铣床主轴箱设计主传动系统设计

中北大学课程设计说明书1目录1.概述和机床参数确定……………………………………………………………11.1机床运动参数的确定…………………………………………………………………11.2机床动力参数的确定…………………………………………………………………11.3机床布局………………………………………………………………………………12.主传动系统运动设计……………………………………………………………………22.1确定变速组传动副数目………………………………………………………………22.2确定变速组的扩大顺序………………………………………………………………22.3绘制转速图……………………………………………………………………………32.4确定齿轮齿数…………………………………………………………………………32.5确定带轮直径…………………………………………………………………………32.6验算主轴转速误差……………………………………………………………………42.7绘制传动系统图………………………………………………………………………43.估算传动件参数确定其结构尺寸………………………………………………………53.1确定传动转速…………………………………………………………………………53.2确定主轴支承轴颈尺寸………………………………………………………………63.3估算传动轴直径………………………………………………………………………63.4估算传动齿轮模数……………………………………………………………………63.5普通V带的选择和计算………………………………………………………………74．结构设计…………………………………………………………………………………84.1带轮设计………………………………………………………………………………84.2齿轮块设计……………………………………………………………………………84.3轴承的选择……………………………………………………………………………94.4主轴组件………………………………………………………………………………94.5操纵机构、滑系统设计、封装置设计………………………………………………94.6主轴箱体设计…………………………………………………………………………94.7主轴换向与制动结构设计……………………………………………………………95.传动件验算…………………………………………………………………………………105.1齿轮的验算……………………………………………………………………………105.2传动轴的刚度验算……………………………………………………………………125.3花键键侧压溃应力验算……………………………………………………………165.4滚动轴承的验算……………………………………………………………………165.5主轴组件验算…………………………………………………………………176.主轴位置图………………………………………………………………………………197.总结………………………………………………………………………………………198.参考文献……………………………………………………………………………中北大学课程设计说明书21.概述1机床课程设计的目的机床课程设计，是在金属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。轻型车床是根据机械加工业发展需要而设计的一种适应性强，工艺范围广，结构简单，制造成本低的万能型车床。它被广泛地应用在各种机械加工车间，维修车间。它能完成多种加工工序；车削内圆柱面，圆锥面，成形回转面，环形槽，端面及内外螺纹，它可以用来钻孔，扩孔，铰孔等加工。1.1机床运动参数的确定（1）确定公比φ及Rn已知最低转速nmin=47.5rpm，最高转速nmax=2120rpm，变速级数Z=12.则Rn为主轴变速范围：455.472120minmaxnnRn。主轴转速级数：121lg45lg1lglgnRz，算出41.1（2）求出转速系列根据最低转速nmin=47.5rpm，最高转速nmax=2120rpm，公比φ=1.41，按《机床课程设计指导书》（陈易新编）表5选出标准转速数列：212015001060750530375265190132956747.51.2机床动力参数的确定已知电动机功率为N=2.2kw，根据《金属切削机床课程设计指导书》（陈易新编）附录2选择主电动机为Y100L2-4，其主要技术数据见下表1：中北大学课程设计说明书3表1Y90L-4技术参数转速（r/min）额定功率（kw）满载时堵转电流堵转转矩最大转矩同步转速（r/min）级数电流（A）效率（%）功率因数额定电流（倍）额定转矩（倍）额定转矩（倍）212036.882.50.817.02.22.2150041.3机床布局确定结构方案1）主轴传动系统采用V带，齿轮传动。2）传动型采用集中传动。3）制动采用式摩擦离合器和带式制动器。4）变速系统采用多联划移齿轮变速。5）润滑系统采用飞溅油润滑。2）布局采用卧式铣床常规的布局形式。机床主要由主轴箱，皮鞍，刀架，尾架，进给箱，溜扳箱，车身等6个部件组成。主轴的空间位子布局图2主传动系统运动设计2.1确定变速组传动副数目中北大学课程设计说明书4实现12级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合：1）12=342）12=433）12=3224）12=2235)12=232方案中1）和2）可省一根轴。但是有一个传动组内有四个变速传动副，会增加轴向尺寸。这种方案不宜采用。根据传动副数目分配应“前多后少”的原则，方案3）是可取的。可以使传动副传动组放在接近电动机处，则可使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件少些，这样节省了材料。2.2确定变速组的扩大顺序12=2×3×2的传动副组合，其传动组的顺序又可有以下六种形式：1）12=31×23×262）12=31×26×233）12=32×21×264）12=34×21×225）12=32×26×216）12=34×22×21选着中间轴的变速范围最小的方案，变速范围小，转速高，转矩较小，传动件的尺寸九可以小些，尽量使扩大组的顺序要与传动顺序一致的原则。所以选择方案1）较为合理。结构网图如下：图2变速组扩大顺序2.3绘制转速图中北大学课程设计说明书5图3转速图2.4确定齿轮齿数利用查表法由《机床课程设计指导书》（陈易新编）表9，求出各传动组齿轮齿数表2各传动组齿轮齿数变速组第一变速组第二变速组第三变速组齿数和728490齿轮Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14齿数36362448304249352856603018722.5确定带轮直径确定计算功率kNNjK-工作情况系数工作时间为一班制查表的k=1.1N-主动带轮传动的功率计算功率为Nj=1.1x4=4.4kw根据计算功率和小带轮的转速选用的三角带型号为A，查表的小带轮直径推荐植为80mm，大带轮直径mmDDnnD6.1537501440112122.6绘制传动系统图中北大学课程设计说明书6图4传动系统图3估算传动件参数确定其结构尺寸3.1确定传动转速表4计算转速图传动件轴齿轮ⅠⅡⅢⅣZ1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14转速75037519047.575075075037575053037553037519019037519047.53.2确定主轴支承轴颈尺寸根据《机床课程设计指导书》主轴的驱动功率为2.2kw选取前支承轴颈直径为D=70-90，后支承轴颈直径：6856)85.07.0(12DD，选取mmD602。3.3估算传动轴直径中北大学课程设计说明书7表5估算传动轴直径计算公式轴号计算转速min/rnj电机至该轴传动效率输入功率kwP允许扭转角mdeg/][传动轴长度mm估计轴的直径mm花键轴尺寸BDdN4][91jnPdI7500.981.471.582035522186II3750.98995.01.461.545042525216III47.50.98995.099.01.451.5660466322663.4估算传动齿轮模数根据计算公式计算各传动组最小齿轮的模数表6估算齿轮模数估算公式传动组小齿轮齿数比1u齿宽系数m传递功率P载荷系数K系数HA系数FA许用接触应力HP许用齿根应力FP计算转速cn系数FSY模数Hm模数Fm选取模数m按齿轮接触疲劳强度3221)1(267uznuKPAmHPcmHH第一变速组5Z241.871.47161111005187104.361.21.12.5中北大学课程设计说明书8按齿轮弯曲疲劳强度31267FPcmFSFZnKPYm第二变速组9Z28391.46161111005183554.471.521.443第三变速组13Z18471.45161111005183554.72.82.543.5普通V带的选择和计算设计功率PKPAd（kw）kwPd4.441.1皮带选择的型号为A型两带轮的中心距mmDDAO))(26.0(21范围内选择。中心距过小时，胶带短因而增加胶带的单位时间弯曲次数降低胶带寿命；反之，中心距过大，在带速较高时易引起震动。①计算胶带速度smnDv/03.66000014408014.36000011②初定中心距③计算带的基准长度：mmADDALoDDo5.12314)(222)(21120按上式计算所得的值查表选取计算长度L及作为标记的三角带的内圆长度1250NL标准的计算长度为mmYLLN1275④实际中心距A=8)(82122DDaA5.1816)6.15380(12692)(221DDLammmmAO466~8.139中北大学课程设计说明书9A=mm5.45285.7385.18165.181622为了张紧和装拆胶带的需要，中心距的最小调整范围为ALLh02.0)01.0(0．02L是为了张紧调节量为22.78(h+0.01L)是为装拆调节量为胶带厚度.⑤定小带轮包角oooADD1201801801201求得o34.16701合格.⑥带的挠曲次数:4046.9127503.6210001000Lmvu合格⑦带的根数1cnnZcjon单根三角带能传递的功率1c小带轮的包角系数9.498.09.04.14Z取5根三角胶带。4．结构设计4.1带轮设计根据V带计算，选用3根O型V带。由于I轴安装了摩擦离合器，为了改善它们的工作条件，保证加工精度，采用了卸荷带轮结构。4.2齿轮块设计机床的变速系统采用了滑移齿轮变速机构。根据各传动组的工作特点，基本组的齿轮采用了销钉联结装配式结构。第二扩大组，由于传递的转矩较大，则采用了整体式齿轮。所有滑移出论与传动轴间均采用了花键联结。从工艺的角度考虑，其他固定齿轮也采用花键联结。由于主轴直径较大，为了降低加工成本而采用了单键联结。4.3轴承的选择为了安装方便I轴上传动件的外径均小于箱体左侧支承孔直径并采用0000型向心球轴承为了便于装配和轴承间隙IIIIIIV轴均采用乐2700E型圆锥滚子轴承。V轴上的齿轮受力小线速度较低采用了衬套式滚动轴承。滚动轴承均采用E级精度。中北大学课程设计说明书104.4主轴组件本铣床为普通精度级的轻型机床，为了简化结构，主轴采用了轴向后端定位的两支承主轴主件。前轴承采用了318000型双列圆柱滚子轴承，后支承采用了46000型角接触球轴承和8000型单向推力球轴