[优秀毕业设计精品]《金属切削机床》课程设计——车床主轴箱设计.doc
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1、目录1 概述11.1 机床课程设计的目的11.2 机床课程设计的要求11.3 车床的规格系列和用处11.4 操作性能要求12 参数的拟定12.1 确定极限转速12.2 确定公比22.3 选择电机23 传动设计23.1 主传动方案拟定23.2 传动结构式、结构网的选择23.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目23.2.2 传动式的拟定33.2.3 结构式的拟定33.3 转速图的拟定43.4 传动系统图的绘制43.4.1 齿轮齿数的确定43.4.2 绘制传动系统图54 传动件的估算64.1 三角带传动的计算64.2 传动轴的估算84.3 齿轮的计算94.3.1 齿轮模数的计算94.3.2 齿
2、宽确定104.3.3 齿轮结构设计115 动力设计115.1 主轴刚度验算115.1.1 选定前端悬伸量C115.1.2 主轴支承跨距L的确定115.1.3 计算C点挠度115.2 齿轮校验136 结构设计及说明146.1 结构设计的内容、技术要求和方案146.2 展开图及其布置146.3 齿轮块设计156.4. 其他问题166.5 传动轴的设计166.6 主轴组件设计176.6.1 各部分尺寸的选择176.6.2 主轴轴承186.6.3 主轴与齿轮的连接206.6.4 润滑与密封206.6.5 其他问题207 总结218 参考文献221. 概述1.1 机床课程设计的目的机床课程设计,是在金属
3、切削机床课程之后进行的实践性教学环节。其目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计,使学生在拟定传动和变速的结构的结构方案过程中,得到设计构思,方案分析,结构工艺性,机械制图,零件计算,编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练,树立正确的设计思想,掌握基本的设计方法,并培养学生具有初步的结构分析,结构设计和计算能力。1.2 机床课程设计的要求机床的类型、用途及主要参数车床,工作时间:二班制,电动机功率:,主轴最高、最低转速如下:,变速级数:z=12。工件材料:45号钢 刀具材料:YT15设计部件名称:主轴箱1.3 车床的规格系列和用处普通机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础
4、。因此,对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计的是普通车床主轴变速箱。1.4 操作性能要求 具有皮带轮卸荷装置 主轴的变速由变速手柄,和滑移齿轮完成2.参数的拟定2.1 确定极限转速根据公式 主轴转速 rpm rpm转速调整范围 =1.41 2.2确定公比 =1.41 则可得到31.5,45,63,90,125,180,250,355,500,710,1000,1400(共12级)2.3选择电机合理的确定电机功率N,使机床既能充分发挥其使用性能,满足生产需要,又不致使电机经常轻载而降低功率因素。已知电动机的额定功率是5.5KW,根据车床设计手册附录表2选Y132S-4,额定功率5.5,满载
5、转速1440 ,最大额定转距2.2。3.传动设计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、机构以及组成、安排不同特点的传动型式、变速类型。传动方案和型式与结构的复杂程度密切相关,和工作性能也有关系。因此,确定传动方案和型式,要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。传动方案有多种,传动型式更是众多,比如:传动型式上有集中传动,分离传动;扩大变速范围可用增加传动组数,也可用背轮结构、分支传动等型式;变速箱上既可用多速电机,也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。显然,可能的方案有很多,优化的方案也因条件而异
6、。此次设计中,我们采用集中传动型式的主轴变速箱。3.2 传动结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法,但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案,就并非十分有效。3.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目级数为Z的传动系统由若干个顺序的传动组组成,各传动组分别有、个传动副。 传动副中由于结构的限制以2或3为合适,即变速级数Z应为2和3的因子: ,可以有三种方案: 12=322;12=232;12=223;3.2.2 传动式的拟定 12级转速传动系统的传动组,选择传动组安排方式时,考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能以及一个“前多后少”的原则。
7、故离电动机近的传动组的传动副个数最好高于后面的传动组的传动副数。主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大,因此主轴上齿轮少些为好。最后一个传动组的传动副常选用2。综上所述,传动式为12=322。3.2.3 结构式、结构网的拟定对于12=322传动式,有6种结构式和对应的结构网。分别为: 根据(1)传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围(2)基本组扩大组的排列顺序,初选的方案。第2扩大组,则 是可行的。从而确定结构网如下:3.3 转速图的拟定III轴: 这样就确定了轴的六种转速,即710、500、355、250、180,、125r/min。轴的转速传动组b的级比指数为3 这样就确定了轴的三种转速,
8、即710、500、355r/min。I轴: 这样就确定了I轴的转速,即710r/min。绘制转速图如下:3.4传动系统图的绘制3.4.1齿轮齿数的确定当各变速组的传动比确定以后,可确定齿轮齿数。对于定比传动的齿轮齿数可依据机械设计手册推荐的方法确定。对于变速组内齿轮的齿数,如传动比是标准公比的整数次方时,变速组内每对齿轮的齿数和及小齿轮的齿数可以从金属切削机床表81中选取。一般在主传动中,最小齿数应大于1820。采用三联滑移齿轮时,应检查滑移齿轮之间的齿数关系:三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于4,以保证滑移是齿轮外圆不相碰。第一组齿轮:传动比: ,, 查表,齿数和取72=36,=
9、36,=24,=48, =30,=42;第二组齿轮:传动比:, 齿数和取84:,=42,=42,=22,=62;第三组齿轮:传动比:,齿数和取90:=60,=30,=18,=72,3.4.2绘制传动系统图根据各轴齿轮齿数及其它已知条件得如下系统图:4. 传动件的估算4.1 三角带传动的计算 三角带传动中,轴间距A可以加大。由于是摩擦传递,带与轮槽间会有打滑,宜可缓和冲击及隔离振动,使传动平稳。带轮结构简单,但尺寸大,机床中常用作电机输出轴的定比传动。(1)选择三角胶带的型号根据公式式中P-电动机额定功率,-工作情况系数。小带轮的转速:rpm 查机械设计图8-8,因此选择选用A型三角胶带。(2)
10、确定计算功率KWN主动带轮传动的功率=5.5KWK工作情况系数工作时间为两班 K=1.2故(3)确定带轮直径小轮直径D应满足条件: (mm)取得=125mm 大轮直径 为大轮的转速=710rpmmm(4)计算胶带速度 m/s(5)初定中心距两带轮中心距应在mm故mm(6)计算胶带的长度 mm查表12,选标准计算长度L及作为标记的三角胶带的内周长度=1600 (7)计算胶带的弯曲次数带轮的个数m=2次/S 符合要求(8)计算实际中心距A (mm)为了张紧和装拆胶带的需要,中心距的最小调整范围为:(9)定小带轮的包角(10)确定三角胶带的根数Z(包角系数)查机械设计表8-8 =0.99(长度系数)
11、查表8-2 =1.01(单根V带基本额定功率)8-5a 小带轮节圆直径140 =6.6(8-5b) 传动比 i=2 =0.17(计算功率) (工作情况系数)=1.2可得 故 Z=4根(11)作用在支撑轴上的径向力为(胶带初拉力)=200故Q= 4.2 传动轴的估算 其中:N-该轴传递的功率-该传动轴的计算转速。-该传动轴每米长度允许的扭转角。本设计主轴取为1.5,其它轴取为1计算转速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,按主轴的计算转速和相应的传动关系确定。 取30mm, 取32mm 取50mm 取56mm此轴径为平均轴径,设计时可相应调整。4.3 齿轮的计算4.
12、3.1 齿轮模数的计算 (1)- 齿轮弯曲疲劳的计算: (为大齿轮的计算转速,可根据转速图确定)齿面点蚀的计算: 取A=90,由中心距A及齿数计算出模数: 根据计算选取两个中的较大值,选取相近的标准模数。所以取m3(2) -齿轮弯曲疲劳的计算:齿面点蚀的计算:取A=127,由中心距A及齿数计算出模数: 根据计算选取相近的标准模数,所以取(3)- 齿轮弯曲疲劳的计算:齿面点蚀的计算: 取A=200由中心距A及齿数计算出模数: 根据计算选取两个中的较大值,选取相近的标准模数。所以取。4.3.2 齿宽确定由公式得:第一套啮合齿轮 第二套啮合齿轮 第三套啮合齿轮一对啮合齿轮,为了防止大小齿轮因装配误差
13、产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的载荷,设计上,应使小齿轮齿宽比相齿合的另一齿轮宽一些。所以,4.3.3 齿轮结构设计当时,可做成腹板式结构,但考虑到加工问题,现敲定把齿轮全做成实心结构。5. 动力设计5.1主轴刚度验算5.1.1 选定前端悬伸量C参考机械装备设计P121,根据主轴端部的结构,前支承轴承配置和密封装置的型式和尺寸,这里选定C=120mm。5.1.2 主轴支承跨距L的确定一般最佳跨距 ,考虑到结构以及支承刚度因磨损会不断降低,应取跨距L比最佳支承跨距大一些,再考虑到结构需要,这里取L=600mm。5.1.3 计算C点挠度1)周向切削力的计算其中,故,故。,。 2)驱动力Q
14、的计算其中所以3)轴承刚度的计算 这里选用4382900系列双列圆柱子滚子轴承 根据求得: 4)确定弹性模量,惯性距I;和长度。 轴的材产选用40Cr,查机械手册,有 主轴的惯性距I为: 主轴C段的惯性距Ic可近似地算: 切削力P的作用点到主轴前支承的距离S=C+W,对于普通车床,W=0.4H,(H是车床中心高,设H=200mm)。 则: 根据齿轮、轴承宽度以及结构需要,取b=60mm 计算切削力P作用在S点引起主轴前端C点的挠度代入数据并计算得=0.1299mm。 计算驱动力Q作用在两支承之间时,主轴前端C点子的挠度 计算得:=-0.0026mm 求主轴前端C点的终合挠度水平坐标Y轴上的分量
15、代数和为,计算得:=0.0297mm.。综合挠度。综合挠度方向角,又。因为,所以此轴满足要求。5.2 齿轮校验在验算算速箱中的齿轮应力时,选相同模数中承受载荷最大,齿数最小的齿轮进接触应力和弯曲应力的验算。这里要验算的是齿轮13这三个齿轮。齿轮13的齿数为18,模数为5,齿轮的应力: 1)接触应力: u-大齿轮齿数与小齿轮齿数之比; -齿向载荷分布系数;-动载荷系数;-工况系数;-寿命系数查得假定齿轮工作寿命是48000h,故应力循环次数为:查得,所以:2) 弯曲应力:查金属切削手册有Y=0.378,代入公式求得:=158.5Mpa 查机械设计图10-21e,齿轮的材产选,小齿轮的硬度为60H
16、RC,故有,从图10-21e读出。因为:,故满足要求,另外两齿轮计算方法如上,均符合要求。6结构设计及说明6.1 结构设计的内容、技术要求和方案设计主轴变速箱的结构包括传动件(传动轴、轴承、带轮、齿轮等)、主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结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。6.2 展开图及其布置展开图就是按照传动轴传递运动的先后顺序,假想将各轴沿其轴线剖开并将这些剖切面平整展开在同一个平面上。I轴上装的摩擦离合器和变速齿轮。有两种布置方案,一是将两级变速齿轮和离合器做成一体。齿轮的直径受到离合器内径的约束,齿根圆的直径必须大于离合器的外径,负责齿轮无法加工。这样
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