毕业设计(论文)金属切削机床CA6140型车床转速主轴箱设计.doc
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1、目录一、设计要求:- 1 -二、设计目的- 2 -三、设计步骤- 2 -1.运动设计- 2 -1.1已知条件- 2 -1.2结构分析式- 2 -1.3 绘制转速图- 3 -1.4 绘制传动系统图- 7 -2.动力设计- 7 -3. 带传动设计- 8 -4.齿轮传动设计- 11 -第一变速组齿轮的结构尺寸- 11 -第二变速组齿轮结构尺寸的设计- 15 -5、轴的设计- 21 -轴的设计计算- 21 -轴结构设计- 24 -轴结构设计- 27 -6、主轴结构设计- 30 -7、轴承的校核- 33 -轴上的轴承校核- 33 -轴上的轴承校核- 33 -III轴上的轴承校核- 34 -主轴上的轴承校
2、核- 35 -7、键的选用和强度校核- 36 -轴上的键的选用和强度校核- 36 -II轴上的键的选用和强度校核- 36 -主轴上的键的选用和强度校核- 37 -8、轴承端盖的设计- 38 -四、箱体的结构设计- 40 -五、润滑与密封- 41 -1、润滑设计- 41 -2、润滑油的选择- 41 -七,参考文献- 42 -一、设计要求:主电动机的功率4kw,最高转速1400r/min,最低转速31.5r/min.本次设计主要参考(1)规格 选用型号CA6140、规格4001000(2)用途 CA6140型卧式车床万能性大,适用于加工各种轴类、套筒类、轮盘类零件上的回转表面。可车削外圆柱面、车削
3、端面、切槽和切断、钻中心孔、钻孔、镗孔、铰孔、车削各种螺纹、车削内外圆锥面、车削特型面、滚花和盘绕弹簧等。加工范围广、结构复杂、自动化程度不高,所以一般用于单件、小批生产。二、设计目的通过机床主运动机械变速传动系统得结构设计,在拟定传动和变速的结构方案过程中,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,并具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。三、设计步骤1.运动设计1.1已知条件1确定转速范围:主轴最小转速。2确定公比:3转速级数:1.2结构分析式 3 从电动机到主轴主要为降速传动,若使传动副较多
4、的传动组放在较接近电动机处可使小尺寸零件多些,大尺寸零件少些,节省材料,也就是满足传动副前多后少的原则,因此取方案。在降速传动中,防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比 ;在升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比。在主传动链任一传动组的最大变速范围。在设计时必须保证中间传动轴的变速范围最小, 根据中间传动轴变速范围小的原则选择结构网。从而确定结构网如下:检查传动组的变速范围时,只检查最后一个扩大组: 其中, 值,符合要求,其他变速组的变速范围肯定也符合要求。1.3 绘制转速图 (1)选择电动机类型根据已知工作条件和要求,选择一般用途的Y系列三相鼠笼式异步电动机,卧式封闭结构。
5、(2)机械传动效率 根据以上公式可得传动副效率的概略值可按表2-3选取(参考机械设计基础课程指导主编林远艳、唐汉坤下面简称文献1)于是 (3)电动机所需的输出功率为: 所以 (4) 确定电动机的型号 根据已知条件选择最低转速31.5r/min,最高转速1400r/min,功率4kW,所以选择Y112M-4的Y系列三相鼠笼式异步电动机电机型号额定功率/kW电机转速/(r/min)同步转速满载转速Y112M-4415001440 (5)分配总降速传动比 总降速传动比 又电动机转速不符合转速数列标准,因而增加一定比传动副。确定传动轴轴数 传动轴轴数 = 变速组数 + 定比传动副数 + 1 = 3 +
6、 1 + 1 = 5。确定各级转速并绘制转速图 由 z = 12确定各级转速:1400、1000、710、500、355、250、180、125、90、63、45、31.5r/min。在五根轴中,除去电动机轴,其余四轴按传动顺序依次设为、。与、与、与轴之间的传动组分别设为a、b、c。现由(主轴)开始,确定、轴的转速: 先来确定轴的转速传动组c 的变速范围为,结合结构式,轴的转速只有一种可能:125、180、250、355、500、710r/min。 确定轴的转速传动组b的级比指数为3,希望中间轴转速较小,因而为了避免升速,又不致传动比太小,可取 ,轴的转速确定为:355、500、710r/mi
7、n。确定轴的转速对于轴,其级比指数为1,可取 ,确定轴转速为710r/min。由此也可确定加在电动机与主轴之间的定传动比。下面画出转速图(电动机转速与主轴最高转速相近)。 确定各变速组传动副齿数根据表2-8(机械制造装备设计主编关慧贞、冯辛安)查得 传动组a: ,时:57、60、63、66、69、72、75、78时:58、60、63、65、67、68、70、72、73、77时:58、60、62、64、66、68、70、72、74、76可取72,于是可得轴齿轮齿数分别为:24、30、36。于是,可得轴上的三联齿轮齿数分别为:48、42、36。传动组b:查表8-1, ,时:69、72、73、76、
8、77、80、81、84、87时:70、72、74、76、78、80、82、84、86可取 84,于是可得轴上双联齿轮的齿数分别为:22、42。于是 ,得轴上两齿轮的齿数分别为:62、42。传动组c:查表8-1,时:84、85、89、90、94、95时: 72、75、78、81、84、87、89、90可取 90.为降速传动,取轴齿轮齿数为18;为升速传动,取轴齿轮齿数为30。于是得,得轴两联动齿轮的齿数分别为18,60;得轴两齿轮齿数分别为72,30。1.4 绘制传动系统图根据轴数,齿轮副,电动机等已知条件可有如下系统图:2.动力设计2.1 确定各轴转速 确定主轴计算转速由转速图可知:主轴的计算
9、转速是低速第一个三分之一变速范围的最高以转速,即各传动轴的计算转速: 轴可从主轴90r/min按72/18的传动副找上去,轴的计算转速125r/min;轴的计算转速为355r/min;轴的计算转速为710r/min。3各齿轮的计算转速 传动组c中,18/72只需计算z = 18 的齿轮,计算转速为355r/min;60/30只需计算z = 30的齿轮,计算转速为250r/min;传动组b计算z = 22的齿轮,计算转速为355r/min;传动组a应计算z = 24的齿轮,计算转速为710r/min。4核算主轴转速误差 所以合适。5各轴的功率6计算各轴的输入转矩3. 带传动设计电动机转速n=14
10、40r/min,传递功率P=3.68kW,传动比i=2.03,两班制,一天运转16.1小时,工作年数10年。确定计算功率 取1.1,则选取V带型 根据小带轮的转速和计算功率,选A型带。确定带轮直径和验算带速 查表小带轮基准直径, 验算带速成 其中 -小带轮转速,r/min; -小带轮直径,mm; ,合适。4确定带传动的中心距和带的基准长度 设中心距为,则 055()a2() 于是 208.45a758,初取中心距为400mm。 带长 查表取相近的基准长度,。 带传动实际中心距5验算小带轮的包角 一般小带轮的包角不应小于。 。合适。6确定带的根数 其中: -时传递功率的增量; -按小轮包角,查得
11、的包角系数; -长度系数; 为避免V型带工作时各根带受力严重不均匀,限制根数不大于10。由文献1查表10-7取从文献1中表10-5查取 表10-2查取则 7计算带的张紧力 其中: -带的传动功率,KW; v-带速,m/s; q-每米带的质量,kg/m;取q=0.17kg/m。 v = 1440r/min = 9.42m/s。 8计算作用在轴上的压轴力 9V带轮的结构设计4.齿轮传动设计第一变速组齿轮的结构尺寸已知:V带效率为,轴承(对)效率为传递功率,主动轮转速,最大传动比,载荷平稳,单向回转,单班制工作,工作期限10年,每年按300天计,原动机为电动机。解:材料、热处理方法。可选一般齿轮材料
12、如下:小齿轮选用45号钢,调制处理,;大齿轮选用45号钢,正火处理,硬质差40,在规定的3050范围内。 选择精度等级。减速器为一般齿轮传动,估计圆周速度不大于6,根据参考文献1中的表8-4,初选8级精度。 按齿面接触疲劳强度设计齿轮,齿轮承载能力应由齿面接触疲劳强度决定。 a) 载荷系数K:查参考文献1中表8-5,取K=1.2.b) 转矩:c)d) 接触疲劳许用应力: 由参考文献1的图8-12查得: 950 ,850。接触疲劳寿命系数:由公式N=得 查参考文献1的图8-11,得 按一般可靠性要求,查参考文献【二】的表8-8,取=1.1,则 e) 计算小齿轮分度圆直径: 查参考文献1中的表8-
13、10,取 取f) 计算圆周速度: 因,故所取的八级精度合适。 确定主要参数, 第一对齿轮(齿数24/48)主要几何尺寸1) 模数: 2) 分度圆直径: 3)中心距: 4)齿根圆直径: 6) 齿顶圆直径: 7)齿宽: 经处理后取,则第二对齿轮(齿数30/42)的主要几何尺寸(1)分度圆直径: (2)齿根圆直径: (3)齿顶圆直径: (4)齿宽: 经处理后取,则第三对齿轮(36/36)的主要几何尺寸(1)分度圆直径: (2)齿根圆直径: (3)齿顶圆直径: (4)齿宽: 经处理取,则 按齿根弯曲疲劳强度校核。由参考文献1中的式(8-5)得出,若则校核合格。齿形系数:由考文献1;查表8-6得: 应力
14、修正系数:查文献1中表8-7得:由文献1中图8-8查得:由文献1表8-8查得:由文献1图8-8查得:所以:故齿根弯曲疲劳强度校核合格。第二变速组齿轮结构尺寸的设计已知:V带效率为,轴承(对)效率为传递功率,主传动轮最低转速,传动比,载荷平稳,但想回转,单班制工作,工作期限10年,每年按300天计,原动机为电动机。解:小齿轮选用45号钢,调质处理,;大齿轮选用45号钢正火处理,硬质差,在规定的3050范围内。选择精度等级。估计圆周速度不大于,根据参考文献1中的表8-4,初选8级精度。按齿面接触疲劳强度设计齿轮,齿轮承载能力应由齿面解除疲劳强度决定。 (a) 载荷系数K:参考文献1中的表8-5,取
15、。(b) 转矩:(c) 接触疲劳许用应力 : 由参考文献1中的图8-12查得:,接触疲劳寿命系数:由公式N=得 查参考文献1的图8-11,得 按一般可靠性要求,查参考文献1的表8-8,取=1.1,则 g) 计算小齿轮分度圆直径: 查参考文献1中的表8-10,取 取h) 计算圆周速度: 因,故所取的八级精度合适。 确定主要参数, 第一对齿轮(齿数22/62)主要几何尺寸1) 模数: 2) 分度圆直径: 3)中心距: 4)齿根圆直径: 5)齿顶圆直径: 6)齿宽: 经处理后取,则第二对齿轮(齿数42/42)的主要几何尺寸(1)分度圆直径: (2)齿根圆直径: (3)齿顶圆直径: (4)齿宽: 经处
16、理后取则 按齿根弯曲疲劳强度校核。由参考文献1中的式(8-5)得出,若则校核合格。齿形系数:由文献1查表8-6得: 应力修正系数:查文献1中表8-7得:由文献1图8-8查得:由文献1表8-8查得:由文献1图8-8查得:所以:故齿根弯曲疲劳强度校核合格。第三变速组齿轮结构尺寸的设计 已知:V带效率为,轴承(对)效率为传递功率,主传动轮最低转速,传动比,载荷平稳,但想回转,单班制工作,工作期限10年,每年按300天计,原动机为电动机。解:小齿轮选用45号钢,高频淬火,;大齿轮选用45号钢,高频淬火,硬质差,在规定的3050的范围内。选择精度等级。估计圆周速度不大于,根据参考文献1中的表8-4,初选
17、八级精度。 载荷系数K:参考文献1中的表8-5,取。转矩:接触疲劳许用应力 : 由参考文献1的图8-12查得 :, 接触疲劳寿命系数:由公式N=得 查参考文献1的图8-11,得 按一般可靠性要求,查参考文献1的表8-8,取 按一般可靠性要求,查参考文献【二】表 8-8,取,则 计算小齿轮分度圆直径: 查参考文献1中的表8-10,取 取 计算圆周速度: 因,故所取的八级精度合适。确定主要参数, 第一对齿轮(齿数18/72)主要几何尺寸1) 模数: 2) 分度圆直径: 3)中心距: 4)齿根圆直径: 5)齿顶圆直径: 6)齿宽: 经处理后取,则第二对齿轮(齿数60/30的主要几何尺寸(1)分度圆直
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