车床主四轴箱设计说明书.doc

车床主轴箱设计一、课程设计的目的1、 课程设计属于机械系统设计课的延续，通过设计实践，进一步学习掌握机械系统设计的一般方法。 2、 培养综合运用机械制图、机械设计基础、精度设计、金属工艺学、材料热处理及结构工艺等相关知识，进行工程设计的能力。3、 培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。4、 提高技术总结及编制技术文件的能力。5、 是毕业设计教学环节实施的技术准备。二、设计内容与基本要求 设计内容：独立完成变速级数为6-12级的机床主传动系统主轴变速箱设计，包括车削左右螺纹的换向机构及与进给联系的输出轴。基本要求：1、 课程设计必须独立的进行，每人必须完成展开图、截面图图样设计各一张，能够较清楚地表达各轴和传动件的空间位置及有关结构。2、 根据设计任务书要求，合理的确定尺寸、运动及动力等有关参数。3、 正确利用结构式、转速图等设计工具，认真进行方案分析。4、 正确的运用手册、标准，设计图样必须符合国家标准规定。说 明书力求用工程术语，文字通顺简练，字迹工整。5、 完成典型零件工作图图样设计2 张。三、设计步骤 方案确定1、 确定有关尺寸参数、运动参数及动力参数。2、 据所求得的有关运动参数及给定的公比，写出结构式，校验转速范围，绘制转速图。3、 确定各变速组传动副的传动比值，定齿轮齿数、带轮直径，校验三联滑移齿轮齿顶是否相碰，校验各级转速的转速误差。4、 绘制传动系统图。结构设计1、 草图设计估计各轴及齿轮尺寸，确定视图比例，确定展开图及截面图的总体布局；据各轴的受力条件，初选轴承，在有关支撑部位画出轴承轮廓。并检验各传动件运动过程中是否干涉。2、 结构图设计确定齿轮、轴承及轴的固定方式；确定润滑、密封及轴承的调整方式；确定主轴头部形状及尺寸，完成展开图及截面图的绘制。3、 加黑，注尺寸、公差配合，标注件号，填写明细表及装配图技术要求。零件图设计编写设计计算说明书四、基本参数确定1、 基本参数主参数D床身上最大加工直径（mm）刀架上最大工件回转直径 (D800mm时) 或通过主轴孔最大奉料直径 床身宽度 通用机床主轴短部结构形状序号简 图结 构 特 点应用范围1前端短锥面定位，定心精度高；法兰上的螺孔用于紧固卡盘，并有一沉孔，以安装端而键传递转矩。内孔为莫氏内锥孔，用以安装顶尖、心轴等；头部悬伸较短，刚性好；装卸卡盘方便大多数车床、六角车床、多刀车床的主轴2a,b为定位面，与卡盘配合有间隙，定位面易磨损，定心精度低；螺纹用于锁紧卡盘，内锥孔用于安装顶尖、心轴和弹簧夹头等；轴端悬伸长，刚性差；装拆卡盘较方便车床、仪表机床（在新设计的机床上已逐渐淘汰）3长锥为定位面，定心精度高；与卡盘连接时用套在主轴上的螺母拉紧，长锥上的键用以传递扭矩；轴端悬伸较长，刚性较差；装拆卡盘较方便车床47：24锥孔作定位面，供安装铣刀或铣刀心轴的尾椎，再用拉杆从主轴后端拉紧，四个螺孔供安装端铣刀用，两个长槽供安装端面键以传递扭矩铣床5图表 1模氏锥孔作定位面并传递一定的转矩，锥孔内部的退锥槽，借助楔铁使刀具安装可靠，尾部的退锥槽便于拆卸刀具，并与刀具扁尾一起传递扭矩。钻床、镗床2、 尺寸参数机床主轴端部结构形状：主轴中心孔前段锥度，摩氏3-6度。为装配方便，车床主轴直径通常是从前向后逐段递减。一般车、铣床主轴后轴颈的直径，为前轴颈尺寸。主轴前轴颈尺寸应按所传递的功率确定，初选时可参照下表初定。 主轴前轴径的直径 mm 功率KW Di机床 1.47-2.52.6-3.63.7-5.55.6-7.37.4-1111-14.714.8-18.418.5-2222-29.5卧式车床60-8070-9070-10595-130110-145140-165150-190220230铣床50-9060-9060-9575-10090-105100-115-外圆磨床-50-9055-7070-8075-9075-10090-100105105主轴前端面到前支撑径向支反力作用点之间的距离为主轴悬伸量，减小悬伸量对提高主轴组件的刚度与抗振性有明显效果。主轴悬伸量的选择，可参照下表确定。主轴悬申量与前轴颈直径之比机床和主轴的类型/D 通用和精密车床，自动车床和短主轴端铣床，用滚动轴承支承，适用于高精度和普通精度要求0.6-1.25中等长度和较长主轴端的车床和铣床，悬申不太长（不是细长）的精密镗床和内圆磨床，用滚动轴承和滑动轴承支撑，适用于绝大部普通生产的要求。1.25-2.5孔加工机床，专用加工细长深孔的机床，由加工技术决定，需要有长的悬伸刀杆或主轴可移动，因切削较重而不适用于有高精度要求的机床。2.5主轴最佳跨距可据下列经验公式初定 式中 L0最佳跨距 a悬伸量（悬伸量大的机床 图表 2若实际跨距L实与最佳跨距L0不能相等时，可取合理跨距。若L实L0时，应适当加强主轴刚度；反之，L实<L0时，应适当加强轴承刚度。其他传动轴的径向尺寸，可按该轴所传递的扭矩初定，轴向尺寸必须保证各轴间齿轮不相干涉。滑移齿轮在一对齿轮彻底脱开后，下一对才能进行啮合，并且留有1-2mm间隙的实际需要的基础上，据结构要求确定。3、 运动参数可通过类比、试验和计算等方法综合确定，课程设计中可参照下列经验公式及数据初定。 ， =式中，vmin、vmax 、dmax、dmin为经济加工切削速度和经济合理的工件或刀具直径。nmin 、nmax机床的最低、最高转速其中常用经济加工切削速度。硬质合金刀具精车中碳钢;或。高速钢刀具粗车铸铁端面，。高速钢刀具精车丝杠。经济合理的工件或刀具直径可按照以下几种经验公式估定。普通车床 dmax=（0.5- 0.7）D dmin=(0.08-0.12)D 式中D 主参数（床身上最大加工直径） 或取Rd=dmin/dmax=4-6普通车床 dmax=0.5D Rd = dmax/dmin=0.2-0.5车螺纹可取 0.1D国内外现有400mm卧式车床主轴最高、最低转速统计如下表现有400mm卧式车床主轴最高、最低转速运动参数机床型号CA6140YN01M200IK62MAZAK(460)DIZ400SL65中国中国美国原苏联日本德国瑞士主轴最高转速（r/min）1400150022602000150014001430主轴最低转速（r/min）108.51812.5252421对400mm普通车床加工典型工件时常用转速统计如下加工轴类零件常用图表 3个别高速达1600加工盘形零件常用修理工作常用个别低速达；车大导程螺纹为。标准转速可参照机床与数控P15表1-4标准转速系列选取。4、动力参数电机功率可按下式估算P=PC/总（KW） PC 消耗于切削的功率 总总效率对于主运动为回转运动的机床 总=0.7-0.85主运动为直线运动的机床 总=0.6-0.7车、镗、磨等工序的切削功率 Pc=FZ·V/60000 (kw)钻、扩等工序的切削功率 Pc=T·n/9550 (kw)FZ切削力的切向分力（N）(查切削用量手册)V切削速度（m/min）T主轴最大扭矩（N·m）n主轴计算转速（r/min）或据下列公式及数据估算电机功率P（数据较陈旧） FZ=f·t·s （公斤力） f单位切削面积上的切削力 硬质合金刀具加工中碳钢 f= 200（公斤力/mm2） 硬质合金刀具加工铸铁 f= 180（公斤力/mm2）t切削深度（mm）s进给量（mm）车、镗、磨 Pc= FZ·V/6120 （kw）对于间断工作的机床，允许电机短时超载，则电机额定功率可按下式计算：Pr=P/K (kw)式中，Pr额定功率 P算得的功率 K超载系数 连续工作的电机 K=1.0 间断工作的电机 K=1.1-1.25五、结构式及转速图的拟定 据所给定的公比及算得的极限转速，计算转速级数，为简化结构，确保在三周内完成设计任务，对于公比=2和=1.78者，转速级数限制在8级以内（Z8）；=1.58和=1.41者，转速级数限制在12级以内（Z12）。 结构式拟定后据式 ，绘制转速图。 确定各传动组内传动副的传动比值。按下式确定齿轮齿数。 Zi、Zi'第i对齿轮副的主、从齿轮齿数;Ij第j对齿轮副的传动比Sz主从动轮齿数和确定齿轮齿数。或查教材第150页表4.1定齿轮齿数。三联齿轮滑块校验滑移时齿顶是否相碰 Z3-Z2>4校验各级转速的转速误差 主轴实际转速（r/min） 主轴标准转速（r/min） 公比绘制传动系统图。六、草图设计 要求绘制展开图、截面图各一张，以表达所设计主轴变速箱的基本结构。两图应并行绘制。其中展开图以将各轴展开到同一平面的展开形势绘制，所表达的是各轴及轴上所有零件的实际形状，及轴向位置及尺寸。截面图则反映各轴的空间关系及经向尺寸。 设计展开图时，应考虑主轴的悬伸量、合理跨距；各传动轴上齿轮宽度、滑移齿轮必须保证一对齿轮彻底脱开、另一对齿轮才能进入啮合、 并留有1-2mm间隙，不相邻轴上的齿轮在滑动中不干涉等需要，轴承布置，皮带轮的位置等因素综合确定轴向尺寸。据各轴的轴间距及传动件径向尺寸，合理的布置展开图的位置。在截面图上须注意，主轴必须在两导轨中央，主轴距导轨面高度应等于主参数之半。带轮一般在主轴箱后上方，要便于防护。布置各传动轴位置时应注意检查不相邻轴之间齿轮或轴是否干涉。运动件与相壁之间距离不小于15mm。结构草图确定后，对有关轴及齿轮进行校验计算。七、结构图设计箱壁各安装轴承处可适当设凸缘，加筋条。主轴箱应留有在床身上安装定位的基准面。主传动系统应设有刹车制动装置，安放位置最好在接近执行件，转速较高且变速范围较小的传动轴上。在向进给系统输出的部位有加工左右螺纹的换向装置，一般采用介轮换向，而且介轮放在反向传动中。主轴轴承可采用滚动轴承，亦可采用滑动轴承，配置形式可以是两支撑，亦可以是三支撑。常见的主轴滚动轴承配置形式及工作性能见表。为提高角接触球轴承的刚度，角接触球轴承的组配形式以背对背使用为好。主轴轴承精度选择：主轴轴承精度机床精度等级前轴承后轴承普通精度级P5或P4（SP）P5或P4（SP）精密级P4（SP）或P2(UP)P4（SP）高精度级P2(UP)P2(UP)常见的主轴滚动轴承配置形式及工作性能表序号轴承配置前支承后支承前支承承载能力刚度振摆温升极限转速热变形前端位移径向轴向径向轴向径向轴向径向轴向径向轴向总的前支承1318210022680003182100-1.01.01.01.01.01.01.01.01.01.02318210080003182100-1.01.00.93.01.01.01.151.2.6533182100-46000-1.00.60.80.71.01.00.60.51.03.047000(30000)-7000-0.81.00.71.01.01.00.8.750.60.852697000-7000-1.51.01.131.01.01.41.40.60.80.8646000-46000-0.70.7.451.01.01.00.70.51.20.8746000-46000-0.71.0.352.01.01.00.70.51.20.88460008000000080000.71.0.351.51.01.01.00.7.750.898400080008400080000.61.01.01.01.01.01.01.00.50.9主轴轴承必须能进行预紧和间隙调整。因机床工作属于轻载，故各轴的轴承通常可按轻系列和特轻系列选择。各轴承及固定的传动件，必须有可靠的轴向定位环节，其方式可采用轴肩、套筒、螺母、螺钉、弹簧卡圈、楔形键块等等。参照有关图册设计。标注尺寸、配合；加黑;编制件号；编制明细表。标注装配技术条件。八、零件工作图设计 由指导教师指定零件，一般设计一个轴一个齿轮。图幅A3.九、撰写设计计算说明书要求：说明简要，计算合理、准确，表达清晰，文字简练通顺。内容：1、设计任务；2、主要规格参数；3、工作性能及范围；4、各有关参数的计算与确定；5、方案论证（可结合结构式及转速图进行）；6、转速图、传动系统图，转速误差计算；7、各轴及齿轮的计算转速;8、有关校验计算；9、轴承选择使用及有关结构说明。十、工作进程安排方案设计：包括参数确定、转速图拟定、传动系统图拟定。 2天 结构草图设计： 3天校验计算： 1天结构设计：包括完善草图，注尺寸、公差配合，加黑，编制件号，明细及技术要求等。 4天零件工作图设计： 1天编写说明书： 2天机动： 1天答辩： 1天十一、课程设计选题 C6125型、C6128型、C6132型、C6136型、C6140型普通车床 在每种型号车床中限定公比=1.41、1.58、1.78和=2的各一种。 为保证顺利地完成设计任务，转速级数均限制在12级以内。 机械系统设计课程设计指导书（2）和 面 机 设 计一、机械系统设计课程设计的目的及内容 1、目的机械系统设计课程设计是专业课最后一个实践性教学环节，是机械零件课程设计的延伸，是机械系统设计的一次全面训练，为毕业设计打下良好基础，其目的是：（1） 联系生产实际，运用所学过的知识，培养独立的分析问题、解决问题的能力。（2） 利用“机械系统设计”、“食品机械”及“机械设计”等前序课的知识，学会并掌握机械系统设计的特点及方法，学会并掌握机械系统设计中“参数设计”、“方案设计”及“结构设计”的方法。（3） 加强机械设计中基本技能的训练。加强计算能力，加强运用有关设计资料、设计手册、标准、规范及经验数据的能力，加强机械绘图的能力。（4） 巩固和加强机械零件的设计及制造工艺方向的知识。2、内容本课程设计的内容，选择具有代表性的中小型和面机作为设计课题。使学生能在比较少的时间内（三周），完成和面机整机设计全部过程的基本训练。（1）参数设计根据课题所确定的和面机种类、用途及生产能力来确定和面机主要构件（例如浆叶、容器）结构形式和尺寸参数、运动参数（例如浆叶转数）及动力参数（电机功率）。（2）方案设计根据和面机主要构件（例如浆叶）的形式、性质及运动参数，拟定整机的机械传动链和传动系统图。计算并确定各级传动的传动比，皮带传动、齿轮传动、蜗杆传动等传动构件的结构参数及尺寸，拟定机器的结构方案图。（3）结构设计根据结构的方案图，在正式图纸上拟定传动构件与执行构件的位置，然后依次进行执行构件及传动系统设计机体，操纵机构设计，密封及润滑的结构设计。二、 基本要求1、 设计题目：（1）和面机生产能力，以每次调和面粉的重量为准。12 /次 、25 /次 、50 /次三种（2）机型：卧式和面机（3）搅拌浆形式：滚笼式、浆叶式、椭圆式、花环式、叶片式五种（4）工艺要求：调和面团分别为：水面团、韧性面团、酥性面团三种（5）根据学生人数，用不同的生产能力，工艺要求及搅拌浆形式不同进行搭配，做到每人一个设计课题，不重复。2、 图样设计要求（1）图量 完成 0 图纸一张，进行和面机总装配图设计。完成 3 号图二张，进行（二个零件的）零件图设计。（2）要求 方案设计必须合理 装配图必须标明机器的全部结构、原理；标明每个机械零件的功能、形状、尺寸、位置及相互联接的方法，相互配合的性质及运动关系。 必须标明所有配合尺寸，定位及联结尺寸、总体尺寸 必须由视图及剖视图组成，视图完整，投影关系准确，线条及画法，尺寸及配合的标注必须符合国家标准，技术条件齐全。 零件图必须标清零件的形状、大小及结构，尺寸精度，表面粗糙度；形状及位置公差，按国家标准绘制，技术条件齐全3、 设计说明书要求。设计说明书是设计的主要依据，内容必须详尽准确，其中包括：（1） 设计题目：和面机的用途、规格（生产能力）（2） 运动参数、动力参数及主要结构尺寸的确定。（3） 整机结构形式、传动方式、传动系统的拟定，进行方案许证，画结构（方案）草图。（4） 机构及主要零部件的设计、选用。（5） 主要零件、部件的强度、刚度设计计算或验算。（6） 操纵机构及润滑方式的设计计算，（7） 说明书中的理论及计算公式要注明出处。（8） 注明资料来源、参考文献及资料的目录。（9） 总的文字不少于 5000 字。三、设计方法及步骤 （一）、总体方案设计1、搅拌浆形式根据设计课题给定形式或根据给定面团的性质来确定搅拌浆形式：（1） 水面团：依次采用滚笼式、花环式、椭圆式、叶片式（2） 韧性面团：顺序同上（3） 酥性面团：浆叶式 2、搅拌容器的总体尺寸及翻缸形式 （1）宽度（ B ）B = 2 ( R+) 式中 R = 搅拌浆半径 R的大小取决于面团性质及生产能力 = 浆叶与容器的间隙 = 1020 毫米，大小取决与 R (2) 高度（ H ）H = h +2 R 式中 h=(0.51)R（3）长度（ L ）L = (22.5)R 推荐值 （4）手动翻缸（5）滚笼式搅拌器短臂 R1/2长臂 (0.70.8) R1 R1 容器半径4、 确定和面机总体方案图（1） 初步确定机器的总体高度，即搅拌容器上口的地面高度。由于生产能力不同，容器大小不同，总体高度也不同，为方便工人操作方便省力，推荐机器总体高度为 8001000 。（2） 确定机座高度 保证面缸放倒后低于水平面 15 °20 °。 保证机座上安装电机有足够的尺寸及空间。（3） 初步拟定传动方式，主要传动件位置。（二）、运动参数设计1、传动系统中传动链的设计及各传动比的分配设计（1）搅拌浆转速 n浆=2050 rpm 水面团的转速低些，酥性面团的转速高些（2）电机转速 n电=1500 rpm (同步转速) 四级电机(3) 传动链总传动比 i总=n电/n浆= i皮* i齿1*i齿2*i(4)传动比分配： 高速级：推荐采用皮带传动（减速）i皮 3 低速级：推荐采用齿轮传动单级圆柱齿轮 i单6蜗杆传动 i杆402、设计计算各传动轴的转速（三）、动力参数设计1、电机功率的确定和面机的动力参数计算时，电机功率的确定均采用经验公式，即类比法主要取决于和面机的生产力，推荐值如下：生产力（/次）12.5255075100主电机 （千瓦）1.12.2345.57.52、 计算各转动轴的扭矩（参考机械零件设计）。3、 行各传动轴的轴上传动件，支撑件（轴承等）的受力分析，强度计算（粗算）。4、 各传动轴的受力分析，强度计算粗算。（四）、结构设计当方案设计结束后，经审定方案设计合理，进行结构设计。图样的绘制与相关的设计、计算交替进行，相辅相成。1、传动系统设计 传动系统设计在机械零件设计的基础上完成，各传动件的设计计算，主要包括：（1） 皮带传动设计设计计算：皮带轮中心距、皮带轮直径、皮带型号数、长度、带轮结构尺寸（2） 齿轮传动设计设计计算：直齿、斜齿、圆柱齿轮传动、蜗杆传动的中心距、模数、齿数及各传动件的结构尺寸（如分度圆、顶圆、根圆、齿宽等）（3） 根据各传动轴上各零件的结构尺寸，轴承的尺寸，确定各轴的结构尺寸。（4） 对各轴的轴承润滑及密封进行设计。（5） 对主要传动轴画出受力分析图，进行强度校核。（6） 对主要传动轴的轴承进行受力分析，强度及寿命演算（校核）。2、执行件（浆叶容器）及机体的总体结构设计（1） 完成搅拌器（面缸）结构设计。其中包括：容器的结构设计、支撑结构及密封结构设计。 结构设计 整体式结构： V 型板槽一件，与两个端板焊接而成，这种结构一般为小型容器（12 /次）采用。组合式结构： V 型板槽一件（板槽较厚1），两个端板最小壁厚（5）采用铸铁，内层用不锈钢薄板（ = 0.5）衬在里面。V 型板槽与二个端板用螺钉联接成容器。 材质整体式：中小型容器采用不锈钢板（ 1 Cr18Ni9Ti ）焊接而成。组合式：中小型容器 V 型板槽及端板内衬用不锈钢（ 1 Cr18Ni9Ti ），端板用灰口铸铁。（2）搅拌容器（面缸）与输出口的结构设计 搅拌器结构、尺寸设计。 搅拌器与输出轴的联结形式。 搅拌器（浆叶支撑端）与容器端板间的动密封结构。 容器的翻转、定位、结构设计。（3）搅拌容器的支承结构设计（4）传动系统与机体（或机座）的联结，容器支承结构与机体定位联结（5）参见附图 1 ，2（五）、零件工作图设计 1、零件形式：轴类零件一件、传动零件一件 为防止学生之间有重复，零件的确定必须经指导教师指定。 2、要求（1）零件工作图视图完整，必须标明零件的结构、形状、大小。（2）注明零件所有表面的尺寸、尺寸公差、表面粗糙度、形状及位置公差。（3）技术条件齐全。14