C620普通车床的主轴变速箱设计 本科生毕业论文（设计）.doc

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1、C620普通车床的主轴变速箱设计本科生毕业论文（设计）题 目 C620普通车床的主轴变速箱设计学 院 机电工程学院 专业班级 机械设计制造及其自动化 学生姓名 指导教师 撰写日期： 2008 年 6 月 10日摘 要机床设计和制造的发展速度是很快的。由原先的只为满足加工成形而要求刀具与工件间的某些相对运动关系和零件的一定强度和刚度，发展至今日的高度科学技术成果综合应用的现代机床的设计，也包括计算机辅助设计（CAD）的应用。但目前机床主轴变速箱的设计还是以经验或类比为基础的传统（经验）设计方法。因此，探索科学理论的应用，科学地分析的处理经验，数据和资料，既能提高机床设计和制造水平，也将促进设计方

2、法的现代。机床设计是学生在学完基础课，技术基础课及有关专业课的基础上，结合机床传动部件（主轴变速箱）设计进行的综合训练。我们毕业设计题目是320普通车床的主轴变速箱设计及主轴箱电气控制线路设计。在本设计中首先进行参数拟定，运动设计，动力计算和结构草图设计，轴和轴承的验算，主轴变速箱装配设计，设计计算说明书等内容。设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴，轴承，带轮，离合器和制动器等），主轴组件，操纵机构，润滑密封系统和箱体及其联接件的结构设计与布置，用一张展开图和若干张横截面图表示。课程设计限于时间，一般只画展开图及一或两个截面图。关键词：普通车床；变速箱有完整word论文，CAD图，英汉翻译

3、QQ：383535017AbstractMachine design and manufacturing growth rate is fast. Instead of only to meet the processing requirements of forming tool and the workpiece with some relative movement between the parts and a certain intensity and just , to the development of todays highly scientific and technica

4、l achievements and integrated application of modern machine design, also including computer-aided design (CAD) applications. However, the machine tool spindle gearbox design is analogous to the experience or the basis of the traditional (experience) design method. Therefore, to explore the applicati

5、on of scientific theory, scientific analysis of the treatment experience, data and information, can improve the design and manufacture of machine tools, but also will promote modern methods of design. Machine design is the completion of students in basic subjects, the technical basis of the Specialt

6、y Group and on the basis of Drive with machine parts for the design of integrated training. We graduated a design is 320 ordinary lathe spindle axis gearbox design and boxes of electrical control circuit design. In the first design parameters for the formulation, design movement, dynamic calculation

7、 of the draft structure and design, shaft and bearing checking, Spindle assembly gearbox design, brochures, and other design elements. Spindle gearbox design the structure of pieces, including transmission (transmission shaft, bearings, pulley, clutch and brake, etc.), spindle components, manipulate

8、d bodies, lubrication system and the box sealed and connected pieces of the structure design and layout, start with a map and a number of cross-section map. Curriculum design time to the general plan and started painting one or two cross-section map. Keywords : lathe；georbox目录1 绪 论21.1课题研究背景及选题的意义21

9、.1.1课题的背景21.1.2研究的意义21.1.3课题的目的21.2完成的内容32 机床主要参数的确定42.1 动力参数的确定42.2运动参数的确定52.2.1 主轴最低和最高转速的确定52.2.2 主轴转速数列的确定53 主传动系统的设计63.1 主传动方案拟定63.2 传动结构拟定式的选择63.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目63.2.2 分配总降速比73.3 皮带轮直径和齿轮齿数的确定及转速图拟定83.3.1确定皮带轮动直径83.3.2 确定齿轮齿数83.3.3 转速图拟定：103.3.4 主轴转速系列的验算103.3.5 传动系统图的拟定123.4 确定各传动轴和齿轮的计算

10、转速124 传动件的估算和验算134.1齿轮模数的计算134.1.1 各传动轴功率的计算134.1.2齿轮模数的计算144.1.3 计算各轴之间的中心距154.2 三角带传动的计算154.2.1计算皮带尺寸154.3 传动轴的估算和齿轮尺寸的计算174.3.1确定各轴的直径174.3.2 计算各齿轮的尺寸185 主轴部件的验算205.1验算主轴轴端的位移ya205.2 前轴承的转角及寿命的验算225.2.1 验算前轴承处的转角225.2.2 验算前支系寿命226主传动系统的结构设计246.1 皮带轮及齿轮块设计246.2 轴承的选择246.2.1各轴承的选择246.2.2 主轴设计246.3箱

11、体设计246.4操纵机构的设计256.5密封结构及油滑25总 结26致 谢27参考文献281 绪 论1.1课题研究背景及选题的意义1.1.1课题的背景金属切削机床是制造机器的机器，称为“工作母机”，习惯上称为机床。金属切削机床是用切削方法将金属毛胚加工成机器零件的机器。机械的水平随着机床的精密程度，机床的属性决定了它在国民经济中的重要地位，机床的技术水平直接影响机械制造工业产品的质量和劳动生产效率，机床直接标志着一个国家的工业生产的能力和科学技术水平。由原先的只为满足加工成形而要求刀具与工件间的某些相对运动关系和零件的一定强度和刚度，发展至今日的高度科学技术成果综合应用的现代机床的设计，也包括

12、计算机辅助设计（CAD）的应用。但目前机床主轴变速箱的设计还是以经验或类比为基础的传统（经验）设计方法。因此，探索科学理论的应用，科学地分析的处理经验，数据和资料，既能提高机床设计和制造水平，也将促进设计方法的现代化。同时，在设计中处处实际出发，分析和处理问题是至关重要的。从大处讲，联系实际是指在进行机床工艺可能性的分析。参数拟定和方案确定中，既要了解当今的先进生产水平和可能趋势。更应了解我国实际生产水平，使设计的机床，机器在四化建设中发挥最佳的小盖。从小处讲，指对设计的机床零部件的制造，装配和维修要进行认真的，切实的考虑和分析，综合思考的设计方法。1.1.2研究的意义随着科学技术和社会生产的

13、不断发展，对机电产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。它对提高生产率，保证产品质量，改善劳动强度和降低生产成本，都是非常重的。机床工业发展到今天，技术已成熟，自动化、高精度、高效率、多样化已成为当今时代机床发展的特征。多样化的发展已经是机床的特点，技术的发展速度的更新和产品的加速使机床必须多品种，现代的机床主要面对多品种中小批生产，因此现代机床不仅要保障加工精度和高度自动化，还必须有一定的钢度和柔性，使之能方便的适应加工。1.1.3课题的目的机床设计是学生在学完基础课，技术基础课及专业课的基础上，结合机床主传动（主轴变速箱）设计计算进行集合训练。1.掌握机床主传动部件设计过程和方法，包括参数

14、拟定，传动设计，零件计算，结构设计等，培养结构分析和设计的能力。2.综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力。3.训练和提高设计的基本技能。如计算，制图，应用设计资料，标准和规范，编写技术文件等。1.2完成的内容机床设计是学生在学完基础课，技术基础课及有关专业课的基础上，结合机床传动部件（主轴变速箱）设计进行的综合训练。1.参数拟定根据机床类型，规格和其他特点，了解典型工艺的切削用量，结合世界条件和情况，并与同类机床对比分析后确定：极限转速和，公比（或级数 Z ），主传动电机功率N。2.动设计根据拟定的参数，通过结构网和转速图的分析，确定转动结构方案和转动系统图，计算各转动副的

15、传动比及齿轮的齿数，并验算主轴的转速误差。3.动力计算和结构草图设计估算齿输模数m和轴径d，选择和计算反向离合器，制动器。将各传动件及其它零件在展开图和剖面图上做初步的安排，布置和设计。4.轴和轴承的验算在结构草图的基础上，对一根传动轴的刚度（学时充裕时，也可以对该轴的强度进行验算）和该轴系的轴承的寿命进行验算。5.主轴变速箱装配设计主轴变速箱装配图是以结构草图为“底稿”，进行设计和会制的。图上各零件要表达清楚，并标注尺寸和配合。 6.设计计算说明书应包括参数，运动设计的分析和拟定，轴和轴承的验算等，此外，还应对重要结构的选择和分析做必要的说明。2.机床主要参数的确定机床（机器）设计的初始，首

16、先需要确定有关参数，他们是传动设计和机构设计的依据，影响到产品是否能满足所需要的功能要求。因此，参数拟定是机床设计中的重要环节。2.1 动力参数的确定根据估算法来确定主电机功率已知给出C620普通车床由推存数据主轴转速n=40转/分，n=1800转/分。主轴转速级数Z=12功率估算法的计算公式1。1.确定电动机的功率和转速刀具材料：YT15 工件材料：45号钢切削方式：车削外圆 切削深度：3.5mm进给量：0.35 切削深度：90（1） 主切削力 Fz=1900aPf0.75N （2-1）=19003.50.350.75=3026.06N（2） 切削功率 N切= （2-2） =4.45kW（3

17、） 估算重电机功率 N= （2-3）=（2-3）式中：N值为5.56kW按我国生产的电机在Y系列的额定功率选取如下；同步转速1500r/min额定功率5.5kW满载转速1440r/min2.2运动参数的确定2.2.1 主轴最低和最高转速的确定计算车床主轴极限转速是加工直径，按经验分别取（0.10.2）D和（0.450.5）D12。主轴极限转速应为：nmax=r/min=1800r/minnmin=r/min=40r/min 2.2.2 主轴转速数列的确定1.确定转速范围Rn定公比确定主轴转速数例.转速范围 R=45 （2-4）= （2-5）考虑到设计的结构复杂程度要适中，故采用常规的扩大转动，

18、并选级数Z=12。,今以 =1.41和代入R= z-1式，得R=12,因此取 =1.41更为适合。标准数列表给出以 =1.06的从110000的数值，因 =1.41=1.066，从表中找到nmax=1800，得：1800,1250,900,630,450,315,224,160,112,80,56,40,共12级转速。3 主传动系统的设计3.1 主传动方案拟定拟定传动方案，包括传动型式的选择以及开停，换向，制动，操纵等整个传动系统的确定。传动型式则指传动和变速的元件，机构以及其组成，安排不同特点的传动形式，变速类型。传动方案和型式与结构的复杂程密切相关，和工作性能也有关。因此，确定传动方案和型

19、式，要从结构，工艺，性能及经济性等多方面统一考虑。传动方案有多种，传动型式更是式样众多，比如：传动型式上有集中传动的主轴变速箱，分离传动的主轴箱与变速箱；扩大变速范围可以用增加传动组数，也可用背轮结构，分支传动等型式；变速型式上既可用多速电机，也可用交换齿轮，滑移齿轮，公用齿轮等23456。3.2 传动结构拟定式的选择3.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目传动副数分别及2，3，2的三个传动组方案12级转速传动高统传动组安排有2 3 2或3 2 2或2 2 3。从电动机到主轴一般为降速传动，转速较高，转矩小，尺寸也小，将使小尺寸零件多些，大尺寸零件小些，节省材料这是前多后小的段则。主轴对

20、加工精度，表面粗糙度的影响大，因此主轴上的齿轮小为好，最后一各传动组传动副也选用从以上角度考虑，最后选用3 2 2其本组和扩大组的确定。椐据前松后紧之后原则确定有了以上基础小确定结构式。1.主轴转速级数Z和公比 已知： （3-1） Z=2a3b3.3 皮带轮直径和齿轮齿数的确定及转速图拟定3.3.1确定皮带轮动直径(1)选择三角带的型号Ni=KwNd K工作情况系数 Nd电机额定功率由于是车床，工作载稳定，取Nd=1.1 Nj=5.5 1.1=6.05kw查表3-1选择型号得出B型表3-1三角带型号型号bbph13171410.540(2)带轮直径D1D2小带轮计算直径D1，小带轮直径D1不直

21、过小，要求大于许用值Dmin=140， D1Dmin D1由表得取220mm大带轮计算直径D2根据要求的传动比u和滑动率确定D大。当带传动为降速时： D大=D小 （3-3） 或 D大= （3-4） （3-3）（3-4）式中：n1小带轮转速r/min n2大带轮转速r/min 带的滑动系数，一般取0.02取D2=220mm三角胶带的滑动率=2%3.3.2 确定齿轮齿数确定齿轮齿数应该注意以下几类：3.3.3 转速图拟定：3.3.4 主轴转速系列的验算由确定的齿轮所得的实际转速与传动设计理论值难以完全相符，需要验算主轴个级转速，最大误差不得超过 (3-5)N n实际=N i皮 ia ib ic=1

22、0(-1)%=0.041第一级：1400140/22024/4822/6218/72=40 40-40/404.1% （满足）第二级：1400140/22030/4222/6218/62=57 57-56/564.1% （满足）第三级：1400140/22036/3622/6218/72=81 81-80/804.1% （满足）第四级：1440140/22024/4842/4218/72=115 115-112/1124.1% （满足）第五级：1440140/22030/4242/4218/72=163 163-160/1604.1% （满足） 第六级：1440140/22036/3642/4

23、218/72=230230-224/2244.1% （满足）第七级：1440140/22024/4822/6260/30=322 322-315/3154.1% （满足）第八级：1440140/22030/4222/6260/30=458 458-450/4504.1% （满足） 第九级：1440140/22036/3622/6260/30=645 645-630/6304.1% （满足）第十级：1440140/22024/4842/4260/30=921 921-900/9004.1% （满足）第十一级：1440140/22030/4242/4260/30=1308 1308-1250/12

24、504.1%（不满足）第十二级：1440140/22036/3642/4260/30=1842 1842-1800/18004.1%（满足） 3.3.5 传动系统图的拟定3.4 确定各传动轴和齿轮的计算转速(1)确定主轴计算转速由nj=nmin (3-6)n=112r/min(2)各传动轴计算转速轴n=160r/min轴n=450r/min轴n=900r/min(3)传动组各轴上最小齿轮的转速a组Z=24时 nj=900r/minb组Z=22时 nj=900r/minc组Z=18时 nj=160r/min4 传动件的估算和验算传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度要求。因此必须保证传动轴有足够

25、的刚度。传动方案确定后，要进行方案的结构化，确定各零件的实际尺寸和有关布置。为此，常对传动件的先进行估算，如传动轴的直径，齿轮模数，离合器，带轮的根数和型号等。在这些尺寸的基础上，画出草图，得出初步结构化的有关布置与尺寸；然后按结构尺寸进行主要零件的验算，最后才能画正式装配图。有经验的设计师可以省略画草图这一中间步骤直接进行结构设计和验算。但对缺少设计经验的学生，先画草图可以避免大的反复，有利于设计的进行678。4.1齿轮模数的计算4.1.1 各传动轴功率的计算由公式N=NdK (4-1) N传动轴的输入功率Nd电机额定功率 k工作情况系统车床的起动载荷颈，工作载荷稳定，二班制工作时，取KW=

26、1.1。N=Nd n=n带 轴=0.96=5.5 0.96=5.28KW 向心球轴承和向心短圆柱滚子0.995，斜齿圆柱齿轮=0.97N=N =5.280.970.995=5.095kw N= N =5.0950.960.99=4.8kwN=N =4.80.960.99=5.06kw4.1.2齿轮模数的计算结构确定以后，齿轮的工作条件，空间安排，材料和精度等级等都已确定，才可能核心齿轮的接触的疲劳弯皮带强度值是否满走要求。根据接触疲劳计算齿轮模数公式：mj=16300 （4-2） 根据弯句疲劳计算齿轮模数公式为：m=275 （4-3） （4-2），（4-3）式中：N计算齿轮转动递的额定功率N=

27、Ndk nj_计算齿轮（小齿轮）的计算转速r/min 齿宽系数, Z1计算齿轮的齿数，一般取转动中最小齿轮的齿数： i大齿轮与小齿轮的齿数比，i=；（+）用于外齿合，（-）号用于内啮合； KSKS=KTKNKnKq命系数; KT工作期限系数基本组的接触疲劳齿轮模数: mj=16300mm=2.3 弯曲疲劳齿轮模数: m=275mm=1.8 所以标注模数m=2.5第一扩大组:i=2.82 n=900r/minmj=16300mm=2.18m=275mm=2.4 所以标注模数m=3第二扩大组: i=4 n=160r/minmj=16300mm=2.78m=275mm=3.5 所以标注模数m=3.5

28、4.1.3 计算各轴之间的中心距根据中心距公式a=(z1+z2) （4-4）(1)轴a=(36+36)=90mm(2)轴a=(42+42)=126mm(3)轴a=(18+72)=157.5mm 4.2 三角带传动的计算(1)确定三角带速度 已知选用三角形B型带轮确定带的速度=m/s=10.5m/s （4-5） (2)初定中心距A0 带论的中心距，通过根据机床总体布局初步选定，一般可以在下列范围内选取；A0=（0.62）（D1+D2）mm中心距过小，将降低带的寿命；中心距过大时，会引起带振动。(3) 确定三角带的计算长度L0只内周长LN三角带的计算长度是通过三角带截面重心的长度。L0=2A0+(

29、D1+D2)+ mm =1432.9mm （4-6） 将算出的L0数值圆整到表准的计算长度L，并从表中查中相应的内周长度LN（通过截面中心的计算长度L=LN+Y，Y是修正值），作为订购和标记时用 (4)确定实际中心距A A的精确值为A=A0+mm=432mm(5)验算小带轮包角11=180-57.3120180-220=140/43257.3o120 如果1过小，应加大中心距或加张紧装置。(6)确定三角带根书ZZ= （4-7） （4-7）式中：N0单根三角带在=180，特定长度，平稳工作情况下传递的功率值 C1包角系数Z=2.1 所以取根数Z=34.3 传动轴的估算和齿轮尺寸的计算4.3.1确

30、定各轴的直径 公式mm （4-8） (1)转动轴的直径 （4-8）式中： N=Nd kW Nd_电机额定功率； 从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积 n1该传动轴的计算转速r/min 计算转速nJ是传动件能传递全部功率的最低转速，各传动件的计算转速可以从转速图上，按主轴得计算转速和相应的传动关系而确定，而中型车，铣床主轴的计算转速为；每米长度上的转角（deg/m），可根据传动轴的要求选取。N=5.5 0.90=5.28Nnmm=91=25.18mm 根据标准选d=30mm 由表可知道1.4(2)轴的直径mm=24.96mm选d=35mm(3)轴的直径mm=37.87mm选d=40mm(4

31、)主轴的直径根据书中范围选择75mm4.3.2 计算各齿轮的尺寸齿轮分度圆直径公式d=mz ha=ha*m hf=(ha*+c*)m 齿顶圆直径 da=d+zha 齿根圆直径 df=d-2hf(1)轴间的齿轮尺寸 a m=2.5 a=90mm z1=z2=36 齿顶高 ha=ha*m =2.5m 齿根高度 hf=(ha*+c*)m=3.1 经常齿制ha*=1 c*=0.25 d1=d2=90mm b=20mm齿顶圆直径 dd1=95=da2齿根圆直径 df1=84=df2b z1=24 z2=48 i=时d1 =60mm d2 =120mmb=20mmda1=65mm da2=125mmdf1

32、=54mm df2=114mmc z1=30 z2=42d1 =75mm d2 =105mmb=20mmda1=80mm da2=110mmdf1=69mm df2=99mm(2)轴间的齿轮尺寸m=3 a=126mm ha=3 hf=3.75a z3=42 z4=42 d1=d2=mz=3 42=126mm b=20mm da1=da2=126+7=132mm df1=df2=126-8.8=118.5b z3=22 z4=62 d1=22 3=66mm d2=62 3=186mm b=20mmda1=72mm da2=192mmdf1=58.5mm df2=178.5mm(3)轴间的齿轮尺寸

33、 am=3.5 a=157.5mm az5=60 z6=30 ha=3.5 hf=4.4 h=8 d1=210mm d2=105mm b=25mm da1=217mm da2=112mmdf1=202mm df2=97mmb z5=18 z6=72d1=mz1=63mm d2=mz2=252mm齿顶高ha=35mm 齿根高hf=45mm全齿高h=8齿顶圆直径 da1=d1+2ha=70mm da2=259mm齿根圆直径 df1=d1-2hf=54mm df2=250mm b=25mm5 主轴部件的验算 在设计主轴组件时，主轴的跨距希望是合理跨距，但由于结构，限制，主轴的实际跨距往往不等于合理跨

34、距，为此要对主轴组件进行验算，对一般的机床全部轴主要进行刚度验算，通常如果能满足刚度要求也就能满足强度要求611。5.1验算主轴轴端的位移yaa主轴的支承简化L=e+L+=13+652+20=685mmb主轴的受力分析主轴受到切削力，传动力的作用。切削力是一个空间力,有Px,Py,Pz等分力，设总的切削力为P1传动力也定空间力有ax，ay，az，主轴上连有一个齿轮，主要把主轴运动传给进给箱，这齿轮主要是传递运动而不是传递动力，因此可以忽略不计。由上述各力的作用，主要受弯矩和扭矩的作用。此外运受拉力和压力作用，但此起弯矩和扭矩要小的多，忽略不计，因此通常靠路考虑到以上受力情况，可以简化，以下的受

35、力图 Q为传动力 P为总切削力 M是力矩曲PX引起为了计算方便，认为Q和P车同一个平面x=13+491.5+17.5=522mmC确定切削力和传动力的作用类 a前支承到主轴端部的距离，切削力的作用点，与前支承之间的距离S=a+0.4H H为普通车床的中心高 a=100mm从以上受力图以看出主轴端部的弯形由三部分组成。第一部分 Px=引起的变形第二部分 Q力引起的变形第三部分 M力引起的变形由三部分增加起来，以得出齿轮A点总的度yA为yA= （5-1） a)确定P的大小主轴计算传递N主轴传递的功率P=D最大切削力估算直径为320mmP=3356Ne确定a力a=1.12圆周a圆周= M扭=d分度=

36、252mma圆周=4261N a=1.12圆周=4687NE:主轴材料的弹性模是，一般用钢 E=20.6 104N/mm2J：主轴载面惯性J=4344037M=（0.30.35）Pa=0.3 3356 100=100680yA= =0.0058要求yA,ymaxymax=0.0002L=0.0002*685=0.137yAymax符合要求5.2 前轴承的转角及寿命的验算5.2.1 验算前轴承处的转角= （5-2）= = 要求aBaBmax aBmax=0.001red aBamax符合要求5.2.2 验算前支系寿命由轴承寿命计算式C= （5-3）前支承是双双向心端圆柱磙子轴承，只承受径向力，因

37、此F前轴承的径向力。进行受力分式 MC=7270温度系数在100C温度内工作 =1 载荷系数如 =1为寿命系数，磙子轴承=C=.=7270 =86786NfC=86786Nf=8856mgf前轴承的额定功率负荷C为9420kgf,CC符合要求6主传动系统的结构设计设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴，轴承，带轮，离合器和制动器等），主轴组件，操纵机构，润滑密封系统和箱体及其联接件的结构设计与布置，用一张展开图和若干张横截面图表示。课程设计限于时间，一般只画展开图及一或两个截面图。6.1 皮带轮及齿轮块设计(1)皮带选用B型号三角带传动共有根，设计长度为2044mm(2)带轮将动力传动轴上有两种类形一种是不卸载的轴端结构，另一种是卸载的轴端结构，即带轮装在轴承上轴承装在滚筒上，传给轴的只是扭矩，径向力中固定在箱体上的滚筒承受避免了第一轴产生弯曲变形，选用卸载的带轮传动。6.2 轴承的选择6.2.1各轴承的选择轴和轴主要承受径向载荷，所以选用向心球轴承。轴固有斜齿齿轮主要承受径向载荷和轴向载荷所以选用单列圆锥滚子轴承轴是主轴，刚度和精度要求比较高主要承受轴向载荷和径向载荷，所以车主轴前端选择了双到向心短圆柱滚子轴承，前端轴承要比后端轴承精度高.轴轴及轴主要承受径向载荷，所以选也用向心球轴承。6.2.2 主轴设计 在此设计