1寧XX 大學課 程 設 計 (論 文 )Φ400 普通車床主軸箱設計【4kw 公比1.41】所 在 學 院專 業(yè)班 級姓 名學 號指 導 老 師年 月 日1摘 要本設計著重研究機床主傳動系統(tǒng)的設計步驟和設計方法，根據(jù)已確定的運動參數(shù)以變速箱展開圖的總中心距最小為目標，擬定變速系統(tǒng)的變速方案，以獲得最優(yōu)方案以及較高的設計效率。在機床主傳動系統(tǒng)中，為減少齒輪數(shù)目，簡化結構，縮短軸向尺寸，用齒輪齒數(shù)的設計方法是試算，湊算法，計算麻煩且不易找出合理的設計方案。本文通過對主傳動系統(tǒng)中三聯(lián)滑移齒輪傳動特點的分析與研究，繪制零件工作圖與主軸箱展開圖及剖視圖。關鍵詞:傳動系統(tǒng)設計,傳動副，結構網，結構式，2目 錄摘 要.2目 錄.4第 1 章 緒論.61.1 課程設計的目的 61.2 課程設計的內容 .61.2.1 理論分析與設計計算 .61.2.2 圖樣技術設計 .61.2.3 編制技術文件 61.3 課程設計題目、主要技術參數(shù)和技術要求 6第 2 章 車床參數(shù)的擬定.82.1 車床主參數(shù)和基本參數(shù) .82.2 車床的變速范圍 R 和級數(shù) Z 82.3 確定級數(shù)主要其他參數(shù) .82.3.1 擬定主軸的各級轉速 .82.3.2 主電機功率—— 動力參數(shù)的確定 .82.3.3 確定結構式 82.3.4 確定結構網 102.3.5 繪制轉速圖和傳動系統(tǒng)圖 102.4 確定各變速組此論傳動副齒數(shù) 122.5 核算主軸轉速誤差 13第 3 章 傳動件的計算.133.1 帶傳動設計 133.2 選擇帶型 .143.3 確定帶輪的基準直徑并驗證帶速 .153.4 確定中心距離、帶的基準長度并驗算小輪包角 .163.5 確定帶的根數(shù) z173.6 確定帶輪的結構和尺寸 .1733.7 確定帶的張緊裝置 .173.8 計算壓軸力 .173.9 計算轉速的計算 193.10 齒輪模數(shù)計算及驗算 193.11 傳動軸最小軸徑的初定 233.12 主軸合理跨距的計算 23第 4 章 主要零部件的選擇.254.1 軸承的選擇 254.2 鍵的規(guī)格 254.3 主軸彎曲剛度校核 254.4.軸承校核 .264.5 潤滑與密封 26第 5 章 摩擦離合器(多片式)的計算 26第 6 章 主要零部件的選擇.286.1 電動機的選擇 .286.2 軸承的選擇 286.3 變速操縱機構的選擇 .286.4 軸的校核 286.5 軸承壽命校核 31第 7 章 主軸箱結構設計及說明.327.1 結構設計的內容、技術要求和方案 327.2 展開圖及其布置 32結束語.33參考文獻.344第 1 章 緒論1.1 課程設計的目的課程設計是在學完本課程后，進行一次學習設計的綜合性練習。通過課程設計，使學生能夠運用所學過的基礎課、技術基礎課和專業(yè)課的有關理論知識，及生產實習等實踐技能，達到鞏固、加深和拓展所學知識的目的。通過課程設計，分析比較機械系統(tǒng)中的某些典型機構，進行選擇和改進；結合結構設計，進行設計計算并編寫技術文件；完成系統(tǒng)主傳動設計，達到學習設計步驟和方法的目的。通過設計，掌握查閱相關工程設計手冊、設計標準和資料的方法，達到積累設計知識和設計技巧，提高學生設計能力的目的。通過設計，使學生獲得機械系統(tǒng)基本設計技能的訓練，提高分析和解決工程技術問題的能力，并為進行機械系統(tǒng)設計創(chuàng)造一定的條件。1.2 課程設計的內容《機械系統(tǒng)設計》課程設計內容由理論分析與設計計算、圖樣技術設計和技術文件編制三部分組成。1.2.1 理論分析與設計計算（1）機械系統(tǒng)的方案設計。設計方案的分析，最佳功能原理方案的確定。（2）根據(jù)總體設計參數(shù)，進行傳動系統(tǒng)運動設計和計算。（3）根據(jù)設計方案和零部件選擇情況，進行有關動力計算和校核。1.2.2 圖樣技術設計（1）選擇系統(tǒng)中的主要機件。（2）工程技術圖樣的設計與繪制。1.2.3 編制技術文件（1）對于課程設計內容進行自我經濟技術評價。（2）編制設計計算說明書。51.3 課程設計題目、主要技術參數(shù)和技術要求題目：中型普通車床主軸箱設計車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)如下：工件最大回轉直徑D (mm)max正轉最高轉速Nmax( )minr正轉最低轉速nmin( )ir電機功率N（kw）公比 ?400 1700 37.5 4 1.416第 2 章 車床參數(shù)的擬定2.1 車床主參數(shù)和基本參數(shù)車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)如下：工件最大回轉直徑D (mm)max正轉最高轉速nmax ( )mir正轉最低轉速nmin( )ir電機功率N（kw）公比 ?400 1700 37.5 4 1.412.2 車床的變速范圍 R 和級數(shù) ZR= =minax17045.3.?由公式 R= ，其中 =1.41，R=45.33，可以計算 z=121Z??2.3 確定級數(shù)主要其他參數(shù)2.3.1 擬定主軸的各級轉速依據(jù)題目要求選級數(shù) Z=12， =1.41=1.066考慮到設計的結構復雜程度要適中，故?采用常規(guī)的擴大傳動。各級轉速數(shù)列可直接從標準的數(shù)列表中查出，按標準轉速數(shù)列為：37.5，53，75，106，150，212，300，425，600，850，1180，17002.3.2 主電機功率——動力參數(shù)的確定合理地確定電機功率 N，使機床既能充分發(fā)揮其性能，滿足生產需要，又不致使電機經常輕載而降低功率因素。根據(jù)題設條件電機功率為 4KW可選取電機為：Y112M-4 額定功率為 4KW，滿載轉速為 1440r/min.72.3.3 確定結構式已知 Z= x3b2aa、b 為正整數(shù)，即 Z 應可以分解為 2 和 3 的因子，以便用 2、3 聯(lián)滑移齒輪實現(xiàn)變速。取 Z=12 級 則 Z=22?（1） 擬訂結構式：1）確定變速組傳動副數(shù)目：實現(xiàn) 12 級主軸轉速變化的傳動系統(tǒng)可以寫成多種傳動副組合：A．12=3*4 B. 12=4*3 C。12=3*2*2 D．12=2*3*2 E。12=2*2*3 方案 A、B 可節(jié)省一根傳動軸。但是，其中一個傳動組內有四個變速傳動副，增大了該軸的軸向尺寸。這種方案不宜采用。根據(jù)傳動副數(shù)目分配應“前多后少”的原則，方案 C 是可取的。但是，由于主軸換向采用雙向離合器結構，致使Ⅰ軸尺寸加大，此方案也不宜采用，而應選用方案 D2）確定變速組擴大順序：12=2*3*2 的傳動副組合，其傳動組的擴大順序又可以有以下 6 種形式：A．12=2 1*32*26 B。12=2 1*34*22C．12 =2 3*31*26 D。12=2 6*31*23E．2 2*34*21 F。12=2 6*32*21根據(jù)級比指數(shù)非陪要“前疏后密”的原則，應選用第一種方案。然而，對于所設計的機構，將會出現(xiàn)兩個問題：① 第一變速組采用降速傳動（圖 1a）時，由于摩擦離合器徑向結構尺寸限8制，使得Ⅰ軸上的齒輪直徑不能太小，Ⅱ軸上的齒輪則會成倍增大。這樣，不僅使Ⅰ-Ⅱ軸間中心距加大，而且Ⅱ-Ⅲ軸間的中心距也會加大，從而使整個傳動系統(tǒng)結構尺寸增大。這種傳動不宜采用。② 如果第一變速組采用升速傳動（圖 1b） ，則Ⅰ軸至主軸間的降速傳動只能由后兩個變速組承擔。為了避免出現(xiàn)降速比小于允許的極限值，常常需要增加一個定比降速傳動組，使系統(tǒng)結構復雜。這種傳動也不是理想的。如果采用方案 C，即 12 =23*31*26。（2） 繪制轉速圖：1）驗算傳動組變速范圍：第二擴大組的變速范圍是 R2 = =8，6?符合設計原則要求。綜合上述可得：主傳動部件的運動參數(shù) =37.5 Z=12 =1.41max170n?min?2.3.4 確定結構網根據(jù)“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,結構緊湊的原則,選取傳動方案 Z=23×31×26,易知第二擴大組的變速范圍 r=φ (P3-1)x=1.264=3.95〈8 滿足要求，其結構網如圖 2-1。Z=23×31×2692.3.5 繪制轉速圖和傳動系統(tǒng)圖（1）選擇電動機：采用 Y 系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。（2）繪制轉速圖：（3）畫主傳動系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉速圖及已知的技術參數(shù)，畫主傳動系統(tǒng)圖如圖 2-3：1-2 軸最小中心距：A 1_2min1/2(Zmaxm+2m+D)軸最小齒數(shù)和:S zmin(Zmax+2+D/m)\10圖 2-3 主傳動系統(tǒng)圖2.4 確定各變速組此論傳動副齒數(shù)(1)Sz 100-120,中型機床 Sz=70-100?(2)直齒圓柱齒輪 Zmin 18-20,m 4??（7）齒輪齒數(shù)的確定。變速組內取模數(shù)相等，據(jù)設計要求 Zmin≥18~20,齒數(shù)和Sz≤100～120，由表 4.1，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數(shù)，各齒輪齒數(shù)如表 2-2。表 2-2 齒輪齒數(shù)基本組 第一擴大組傳動比1.41:1 1:2 1：1 1:1.41 1：2代號 Z1Z 'Z 2Z 'Z3Z 'Z4Z ’ Z5 Z5’齒數(shù) 55 39 31 63 42 42 35 49 28 5611第二擴大組2：1 1：4Z6Z '6Z7 Z '759 29 18 702.5 核算主軸轉速誤差實際傳動比所造成的主軸轉速誤差，一般不應超過±10( -1)％,即?〈10( -1)％=4.1％n標 準 轉 速標 準 轉 速實 際 轉 速 ?各級轉速誤差轉速誤差小于 4.1％，因此不需要修改齒數(shù)。第 3 章 傳動件的計算3.1 帶傳動設計輸出功率 P=4kW,轉速 n1=1440r/min,n2=600r/min3.1.1 計算設計功率 Pd edAdPK?表 4 工作情況系數(shù) AKn 1700 1180 850 600 425 300 212 34.5n` 1764.2 1187.8 854.5 606.05 423.6 303.2 218.6 38.3誤差 0.4％ 1.4％ 1.4％ 0.4％ 1.4％ 0.4％ 1.4％ 0.4％12原動機ⅰ類 ⅱ類一天工作時間 /h工作機 10?10~16 16?0?10~16 16?載荷平穩(wěn)液體攪拌機；離心式水泵；通風機和鼓風機（） ；離心式壓縮機；7.5kW?輕型運輸機1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3載荷變動小帶式運輸機（運送砂石、谷物） ，通風機（ ） ；發(fā)電機；旋7.5k?轉式水泵；金屬切削機床；剪床；壓力機；印刷機；振動篩1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4載荷變動較大螺旋式運輸機；斗式上料機；往復式水泵和壓縮機；鍛錘；磨粉機；鋸木機和木工機械；紡織機械1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6載荷變動很大破碎機（旋轉式、顎式等） ；球磨機；棒磨機；起重機；挖掘機；橡膠輥壓機1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8根據(jù) V 帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16 小時） ，查《機械設計》P 296表 4，取 KA＝1.1。即 1.4.kWdAedPK???3.2 選擇帶型普通 V 帶的帶型根據(jù)傳動的設計功率 Pd 和小帶輪的轉速 n1 按《機械設計》P297 圖13－11 選取。13根據(jù)算出的 Pd＝4.4kW 及小帶輪轉速 n1＝1440r/min ，查圖得：d d=80～100 可知應選取 A 型 V 帶。3.3 確定帶輪的基準直徑并驗證帶速由《機械設計》P 298表 13－7 查得，小帶輪基準直徑為 80～100mm則取 dd1=100mm ddmin.=75 mm（d d1根據(jù) P295表 13-4 查得）表 3 V 帶帶輪最小基準直徑 mind槽型 Y Z A B C D Emind20 50 75 125 200 355 500 21 240=.,10.4=6dd??由《機械設計》P 295表 13-4 查“V 帶輪的基準直徑” ，得 =250mm2d① 誤差驗算傳動比： （ 為彈性滑動率）2150.5()(12%)di??????誤 ?誤差 符合要求1.540%.4i????A② 帶速 10v=7.5/661dnms??14滿足 5m/s300mm，所以宜選用 E 型輪輻式帶輪?？傊?，小帶輪選 H 型孔板式結構，大帶輪選擇 E 型輪輻式結構。帶輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。3.7 確定帶的張緊裝置選用結構簡單，調整方便的定期調整中心距的張緊裝置。3.8 計算壓軸力由《機械設計》P303 表 13－12 查得，A 型帶的初拉力 F0＝125.15N，上面已得到=159.44，z=4，則1a 1a159.42sin=42.sinN=8.172ooFz???對帶輪的主要要求是質量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面加工精度要高，以減少帶的磨損。轉速高時要進行動平衡，對于鑄造和焊接帶輪的內應力要小, 帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱為輪緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動帶，制有梯形輪槽。由于普通 V 帶兩側面間的夾角是 40°，為了適應 V 帶在帶輪上彎曲時截面變形而使楔角減小，故規(guī)定普通 V 帶輪槽16角 為 32°、34°、36°、38°（按帶的型號及帶輪直徑確定） ，輪槽尺寸見表 7-3。裝在軸上的筒形部分稱為輪轂，是帶輪與軸的聯(lián)接部分。中間部分稱為輪幅（腹板） ，用來聯(lián)接輪緣與輪轂成一整體。表 普通 V 帶輪的輪槽尺寸（摘自 GB/T13575.1-92） 槽型 項目 符號 Y Z A B C D E 基準寬度 b p 5.3 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0 基準線上槽深 h amin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6 基準線下槽深 h fmin 4.7 7.0 8.7 10.8 14.3 19.9 23.4 槽間距 e 8 ± 0.3 12 ± 0.3 15 ± 0.3 19 ± 0.4 25.5 ± 0.5 37 ± 0.6 44.5 ± 0.7 第一槽對稱面至端面的距離 f min 6 7 9 11.5 16 23 28 最小輪緣厚 5 5.5 6 7.5 10 12 15 帶輪寬 B B =( z -1) e + 2 f z —輪槽數(shù) 外徑 d a 32° ≤ 60 - - - - - - 34° - ≤ 80 ≤ 118 ≤ 190 ≤ 315 - - 36° 60 - - - - ≤ 475 ≤ 600 38° 對應的基準直徑 d d - ＞ 80 ＞ 118 ＞ 190 ＞ 315 ＞ 475 ＞ 600 輪 槽 角 極限偏差 ± 1 ± 0.5 V 帶輪按腹板（輪輻）結構的不同分為以下幾種型式： （1） 實心帶輪：用于尺寸較小的帶輪(dd≤(2.5～3)d 時)，如圖 7 -6a。 （2） 腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪(dd≤ 300mm 時)，如圖 7-6b。 17（3） 孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪((dd－d)＞ 100 mm 時)，如圖 7 -6c 。 （4） 橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪(dd＞ 500mm 時)，如圖 7-6d。（a） （b） （c） （d）圖 7-6 帶輪結構類型根據(jù)設計結果，可以得出結論：小帶輪選擇實心帶輪，如圖（a）,大帶輪選擇腹板帶輪如圖（b）3.9 計算轉速的計算（1）主軸的計算轉速n j，由公式 n =n 得，主軸的計算轉速n j=99.5r/min，jmi)13/(??z取100r/min。(2). 傳動軸的計算轉速 軸3=400 r/min，軸2=800r/min，軸2=560r/min。（2）確定各傳動軸的計算轉速。表 3-1 各軸計算轉速（3） 確定齒輪副的計算轉速。3-2。表 3-2 齒輪副計算轉速序號 Z1Z 2Z3Z `4Z5n j560 800 800 400 100軸 號 Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 Ⅲ 軸計算轉速 r/min 560 800 400183.10 齒輪模數(shù)計算及驗算（1）模數(shù)計算。一般同一變速組內的齒輪取同一模數(shù)，選取負荷最重的小齒輪，按簡化的接觸疲勞強度公式進行計算，即 mj=16338 可得各組的模數(shù)，如321][)(jjmnuzP???表 3-3 所示。表 3-3 模數(shù)（2）基本組齒輪計算?；窘M齒輪幾何尺寸見下表齒輪 Z1 Z1` Z2 Z2`齒數(shù) 55 39 31 63分度圓直徑 137.5 97.5 77.5 157.5齒頂圓直徑 142.5 102.5 82.5 162.5齒根圓直徑 131.25 91.25 71.25 151.25齒寬 20 20 20 20按基本組最小齒輪計算。小齒輪用 40Cr，調質處理，硬度 241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用 45 鋼，調質處理，硬度 229HB～286HB ，平均取 240HB。計算如下：① 齒面接觸疲勞強度計算：接觸應力驗算公式為??jfsj MPauBnNKzm??????)()1(02832組號 基本組 第一擴大組模數(shù) mm 2.5 2.519彎曲應力驗算公式為：??wswMPaBYnzmNK?????)(109235式中 N----傳遞的額定功率（kW） ，這里取 N 為電動機功率，N=5kW;-----計算轉速（r/min）. =800（r/min） ;jnjm-----初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=2.5（mm）;B----齒寬（mm）;B=24（mm）;z----小齒輪齒數(shù)；z=31u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=2;-----壽命系數(shù)；sK=sTnNKq----工作期限系數(shù)；TmTC016?T------齒輪工作期限，這里取 T=15000h.;-----齒輪的最低轉速（ r/min）, =500（r/min ）1n1n----基準循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取 = ，彎曲載荷取 =0C0C70C612?m----疲勞曲線指數(shù)，接觸載荷取 m=3；彎曲載荷取 m=6;----轉速變化系數(shù)，查 【5】2 上，取 =0.60nKnK----功率利用系數(shù)，查【5】2 上，取 =0.78N N-----材料強化系數(shù)，查 【5】2 上， =0.60q q-----工作狀況系數(shù)，取 =1.13K3K-----動載荷系數(shù)，查 【5】2 上，取 =12 220------齒向載荷分布系數(shù)，查 【5】2 上， =1 1K1KY------齒形系數(shù)，查 【5】2 上，Y=0.386；----許用接觸應力（MPa）,查【4】 ，表 4-7，取 =650 Mpa；??j? ??j?---許用彎曲應力（ MPa） ，查【4】 ，表 4-7，取 =275 Mpa；w w根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得：=635 Mpa j????j?=78 Mpaww（3）擴大組齒輪計算。第一擴大組齒輪幾何尺寸見下表齒輪 Z3 Z3` Z4 Z4` Z5 Z5`齒數(shù) 35 49 28 56 49 39分度圓直徑 87.5 122.5 70 140 122.5 87.5齒頂圓直徑 92.5 127.5 75 145 127.5 92.5齒根圓直徑 81.25 116.25 63.75 133.75 116.25 81.25齒寬 20 20 20 20 20 20第二擴大組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪 Z5 Z5` Z6 Z6`齒數(shù) 59 29 18 70分度圓直徑 177 87 54 210齒頂圓直徑 183 93 60 216齒根圓直徑 169.5 79.5 46.5 202.521齒寬 24 24 24 24按擴大組最小齒輪計算。小齒輪用 40Cr，調質處理，硬度 241HB～286HB，平均取 260HB，大齒輪用 45 鋼，調質處理，硬度 229HB～286HB ，平均取 240HB。同理根據(jù)基本組的計算，查文獻【6】 ，可得 =0.62， =0.77， =0.60， =1.1，nKNqK3=1， =1，m=3.5 ， =355；2K1j可求得：=619 Mpa j????j?=135Mpa ww3.11 傳動軸最小軸徑的初定由【5】式 6，傳動軸直徑按扭轉剛度用下式計算：d=1.64 （mm）??4?Tn或 d=91 （mm）4njN式中 d---傳動軸直徑（mm）Tn---該軸傳遞的額定扭矩（N*mm） T=9550000 ；JnN?N----該軸傳遞的功率（KW）----該軸的計算轉速jn---該軸每米長度的允許扭轉角， == 。??????01各軸最小軸徑如表 3-3。表 3-3 最小軸徑223.12 主軸合理跨距的計算由于電動機功率 P=3kw，根據(jù)【1】表 3.20，前軸徑應為 60~90mm。初步選取d1=80mm。后軸徑的 d2=（ 0.7~0.9）d 1，取 d2=60mm。根據(jù)設計方案，前軸承為NN3016K 型，后軸承為圓錐滾子軸承。定懸伸量 a=120mm，主軸孔徑為 30mm。軸承剛度，主軸最大輸出轉矩 T=9550 =9550× =424.44N.mnP410設該機床為車床的最大加工直徑為 250mm。床身上最常用的最大加工直徑，即經濟加工直徑約為最大回轉直徑的 50%，這里取 60%，即 180mm，故半徑為 0.09m；切削力（沿 y 軸） Fc= =4716N09.42背向力（沿 x 軸） Fp=0.5 Fc=2358N總作用力 F= =5272.65N2pC?此力作用于工件上，主軸端受力為 F=5272.65N。先假設 l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力 RA 和 RB 分別為RA=F× =5272.65× =7908.97Nla?2401?RB=F× =5272.65× =2636.325Nl根據(jù) 文獻【1】式 3.7 得：Kr=3.39 得前支承的剛度：K A= 1.0Fr8.La9.0)(iza.1cos1689.69 N/ ；K B= 785.57 N/ ； = =2.15m?m?BAK57.6主軸的當量外徑 de=(80+60)/2=70mm，故慣性矩為I= =113.8×10-8m464)03.7.(???η= = =0.143aKEA6381.980.2??軸 號 Ⅰ 軸 Ⅱ 軸最小軸徑 mm 35 4023查【1】圖 3-38 得 =2.0，與原假設接近，所以最佳跨距 =120×2.0=240mmal0 0l合理跨距為（0.75-1.5） ，取合理跨距 l=360mm。0l根據(jù)結構的需要，主軸的實際跨距大于合理跨距，因此需要采取措施增加主軸的剛度，增大軸徑：前軸徑 D=100mm，后軸徑 d=80mm。前軸承采用雙列圓柱滾子軸承，后支承采用背對背安裝的角接觸球軸承。第 4 章 主要零部件的選擇 4.1 軸承的選擇I軸：與帶輪靠近段安裝雙列角接觸球軸承代號7007C 另一安裝深溝球軸承6012II軸：對稱布置深溝球軸承6009III軸：后端安裝雙列角接觸球軸承代號7015C 另一安裝端角接觸球軸承代號7010C中間布置角接觸球軸承代號7012C4.2 鍵的規(guī)格I軸安裝帶輪處選擇普通平鍵規(guī)格：BXL=10X56 II軸選擇花鍵規(guī)格：N d =8X36X40X7 III軸選擇鍵規(guī)格：BXL=14X90 4.3 主軸彎曲剛度校核（1）主軸剛度符合要求的條件如下：a 主軸的前端部撓度 []0.250.1sy????b 主軸在前軸承處的傾角 []rad??容 許 值 軸 承24c 在安裝齒輪處的傾角 []0.1rad???容 許 值 齒(2)計算如下：前支撐為雙列圓柱滾子軸承，后支撐為角接觸軸承架立放圓柱滾子軸承跨距L=450mm.當量外徑 de= =21D?m2851045?主軸剛度：因為 di/de=25/285=0.0880.7,所以孔對剛度的影響可忽略；ks= =2kN/mm344424 10)5(1.023)(1034 ????????aldAi剛度要求：主軸的剛度可根據(jù)機床的穩(wěn)定性和精度要求來評定4.4.軸承校核????610()1739hCLThnP????4.5 潤滑與密封主軸轉速高，必須保證充分潤滑，一般常用單獨的油管將油引到軸承處。主軸是兩端外伸的軸，防止漏油更為重要而困難。防漏的措施有兩種：1）密封圈——加密封裝置防止油外流。 。2）疏導——在適當?shù)牡胤阶龀龌赜吐?，使油能順利地流回到油箱。?5 章 摩擦離合器( 多片式)的計算設計多片式摩擦離合器時，首先根據(jù)機床結構確定離合器的尺寸，如為軸裝式時，外摩擦片的內徑 d 應比花鍵軸大 2～6mm，內摩擦片的外徑 D 的確定，直接影響離合器的徑向和軸向尺寸，甚至影響主軸箱內部結構布局，故應合理選擇。25摩擦片對數(shù)可按下式計算Z≥2MnK/ f b[p]?20D式中 Mn——摩擦離合器所傳遞的扭矩（N·mm） ；Mn＝955× η / ＝955× ×4×0.98/560＝1.28× （N·mm）;41djn10510Nd——電動機的額定功率（kW） ；——安裝離合器的傳動軸的計算轉速（r/min） ；jnη——從電動機到離合器軸的傳動效率；K——安全系數(shù)，一般取 1.3～1.5；f——摩擦片間的摩擦系數(shù)，由于磨擦片為淬火鋼，查《機床設計指導》表2-15，取 f=0.08；——摩擦片的平均直徑（ mm）;0D=（D+d）/2＝67mm;b——內外摩擦片的接觸寬度（mm） ；b=（D-d）/2=23mm；——摩擦片的許用壓強（N/ ） ；??p2m＝ ＝1.1×1.00×1.00×0.76＝0.8360t????vKmz——基本許用壓強（ MPa） ，查《機床設計指導》表 2-15，取 1.1；0t——速度修正系數(shù)v＝ n/6× =2.5（m/s）p?02D41根據(jù)平均圓周速度 查《機床設計指導》表 2-16，取 1.00；pv——接合次數(shù)修正系數(shù)，查《機床設計指導》表 2-17，取 1.00；mK——摩擦結合面數(shù)修正系數(shù)，查 《機床設計指導》表 2-18，取 0.76。z所以 Z≥2MnK/ f b[p]＝2×1.28× ×1.4/（3.14×0.08× ×23×0.836＝11 ?0D510267臥式車床反向離合器所傳遞的扭矩可按空載功率損耗 確定，一般取kP＝0.4 ＝0.4×11＝4.4 kPdN最后確定摩擦離合器的軸向壓緊力 Q，可按下式計算：26Q= b (N)＝1.1 ×3.14× ×23×1.00＝3.57×0tp?????2DvK267510式中各符號意義同前述。摩擦片的厚度一般取 1、1.5、1.75、2（mm） ，內外層分離時的最大間隙為0.2～0.4（mm）,摩擦片的材料應具有較高的耐磨性、摩擦系數(shù)大、耐高溫、抗膠合性好等特點，常用 10 或 15 鋼，表面滲碳 0.3～0.5（mm）,淬火硬度達 HRC52～62。第 6 章 主要零部件的選擇 6.1 電動機的選擇轉速n＝1440r/min，功率P＝4kW選用Y系列三相異步電動機 6.2 軸承的選擇I軸：與帶輪靠近段安裝雙列角接觸球軸承代號7007C 另一安裝深溝球軸承6012II軸：對稱布置深溝球軸承6009III軸：后端安裝雙列角接觸球軸承代號7015C 另一安裝端角接觸球軸承代號7010C中間布置角接觸球軸承代號7012C276.3 變速操縱機構的選擇選用左右擺動的操縱桿使其通過桿的推力來控制II軸上的三聯(lián)滑移齒輪和二聯(lián)滑移齒輪。6.4 軸的校核（a） 主軸的前端部撓度 []0.250.1sy????（b） 主軸在前軸承處的傾角 []rad??容 許 值 軸 承（c） 在安裝齒輪處的傾角 .容 許 值 齒65170850236851095D1.07 879il mL??????? ??平 均 總E 取為 ，52.MPa44 407(1)(1)35690()668dI???????434910.9253.922zpF Ndn????主 計件 （ ），.57()yzN0.17()xzFN?由于小齒輪的傳動力大，這里以小齒輪來進行計算 4429102953.852)QPFmzn????主計主 主 （將其分解為垂直分力和水平分力由公式 ,tatanQynQzyF?????可得 2105(),647()zyFN801352)3ZMl Nm??A件25764(yyl?件131025)xxFd??A件主軸載荷圖如下所示：28由上圖可知如下數(shù)據(jù)：a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87mm計算（在垂直平面）, ,1()6QZFabclyEI???2()3ZFcylEI??3(23)6zMcylEI??230.17sz， ，()QZabIl??齒 1 (2)6ZlcI?齒 2 (3)ZlcI?齒 35.9?????齒 齒 齒 2齒 3， ，()6QZFlEI軸 承 1 zFlEI軸 承 23ZMlI?軸 承5.10???軸 承 軸 承 軸 承 2軸 承 3計算（在水平面）, ,1()6QyFabclEI???2()3yFclEI??3()(23)6yxclEI??230.17sy29， ，()3QyFabEIl???齒 1 (23)6yFlcEI???齒 2()(3yxMlcEI????齒 351.80???齒 齒 齒 2齒 3， ，()6QylI軸 承 1 ylI軸 承 2()3yxlI軸 承5.?????軸 承 軸 承 軸 承 2軸 承 3合成： 20.18.sszyy??2501???齒 齒 齒 .3.?軸 承 軸 承 Z軸 承 Y6.5 軸承壽命校核由 П 軸最小軸徑可取軸承為 7008C 角接觸球軸承,ε=3；P=XF r+YFaX=1，Y=0。對Ⅱ軸受力分析得：前支承的徑向力 Fr=2642.32N。由軸承壽命的計算公式：預期的使用壽命 [L10h]=15000hL10h= × = × = h≥[L 10h]n1670?)PC(180673)28.10(?367.10()284.9524??=15000h軸承壽命滿足要求。30第 7 章 主軸箱結構設計及說明7.1 結構設計的內容、技術要求和方案設計主軸變速箱的結構包括傳動件（傳動軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動器等） 、主軸組件、操縱機構、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結件的結構設計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。課程設計由于時間的限制，一 0 般只畫展開圖。主軸變速箱是機床的重要部件。設計時除考慮一般機械傳動的有關要求外，著重考慮以下幾個方面的問題。精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動效率要求，主軸前軸承處溫度和溫升的控制，結構工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標準化和通用化的原則。主軸變速箱結構設計時整個機床設計的重點，由于結構復雜，設計中不可避免要經過反復思考和多次修改。在正式畫圖前應該先畫草圖。目的是：1 布置傳動件及選擇結構方案。2 檢驗傳動設計的結果中有無干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時改正。3 確定傳動軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對位置，以確定各軸的受力點和受力方向，為軸和軸承的驗算提供必要的數(shù)據(jù)。7.2 展開圖及其布置展開圖就是按照傳動軸傳遞運動的先后順序，假想將各軸沿其軸線剖開并將這些剖切面平整展開在同一個平面上。I 軸上裝的摩擦離合器和變速齒輪。有兩種布置方案，一是將兩級變速齒輪和離合器做成一體。齒輪的直徑受到離合器內徑的約束，齒根圓的直徑必須大于離合器的外徑，負責齒輪無法加工。這樣軸的間距加大。另一種布置方案是離合器的左右部分分別裝在同軸線的軸上，左邊部分接通，得到一級反向轉動，右邊接通得到三級反向轉動。這種齒輪尺寸小但軸向尺寸大。我們采用第一種方案，通過空心軸中的拉桿來操縱離合器的結構?？偛贾脮r需要考慮制動器的位置。制動器可以布置在背輪軸上也可以放在其他軸上。制動器不要放在轉速太低軸上，以免制動扭矩太大，是制動尺寸增大。齒輪在軸上布置很重要，關系到變速箱的軸向尺寸，減少軸向尺寸有利于提高剛1寧XX 大學課 程 設 計 (論 文 )Φ400 普通車床主軸箱設計【4kw 公比1.41】所 在 學 院專 業(yè)班 級姓 名學 號指 導 老 師年 月 日1摘 要本設計著重研究機床主傳動系統(tǒng)的設計步驟和設計方法，根據(jù)已確定的運動參數(shù)以變速箱展開圖的總中心距最小為目標，擬定變速系統(tǒng)的變速方案，以獲得最優(yōu)方案以及較高的設計效率。在機床主傳動系統(tǒng)中，為減少齒輪數(shù)目，簡化結構，縮短軸向尺寸，用齒輪齒數(shù)的設計方法是試算，湊算法，計算麻煩且不易找出合理的設計方案。本文通過對主傳動系統(tǒng)中三聯(lián)滑移齒輪傳動特點的分析與研究，繪制零件工作圖與主軸箱展開圖及剖視圖。關鍵詞:傳動系統(tǒng)設計,傳動副，結構網，結構式，2目 錄摘 要.2目 錄.4第 1 章 緒論.61.1 課程設計的目的 61.2 課程設計的內容 .61.2.1 理論分析與設計計算 .61.2.2 圖樣技術設計 .61.2.3 編制技術文件 61.3 課程設計題目、主要技術參數(shù)和技術要求 6第 2 章 車床參數(shù)的擬定.82.1 車床主參數(shù)和基本參數(shù) .82.2 車床的變速范圍 R 和級數(shù) Z 82.3 確定級數(shù)主要其他參數(shù) .82.3.1 擬定主軸的各級轉速 .82.3.2 主電機功率—— 動力參數(shù)的確定 .82.3.3 確定結構式 82.3.4 確定結構網 102.3.5 繪制轉速圖和傳動系統(tǒng)圖 102.4 確定各變速組此論傳動副齒數(shù) 122.5 核算主軸轉速誤差 13第 3 章 傳動件的計算.133.1 帶傳動設計 133.2 選擇帶型 .143.3 確定帶輪的基準直徑并驗證帶速 .153.4 確定中心距離、帶的基準長度并驗算小輪包角 .163.5 確定帶的根數(shù) z173.6 確定帶輪的結構和尺寸 .1733.7 確定帶的張緊裝置 .173.8 計算壓軸力 .173.9 計算轉速的計算 193.10 齒輪模數(shù)計算及驗算 193.11 傳動軸最小軸徑的初定 233.12 主軸合理跨距的計算 23第 4 章 主要零部件的選擇.254.1 軸承的選擇 254.2 鍵的規(guī)格 254.3 主軸彎曲剛度校核 254.4.軸承校核 .264.5 潤滑與密封 26第 5 章 摩擦離合器(多片式)的計算 26第 6 章 主要零部件的選擇.286.1 電動機的選擇 .286.2 軸承的選擇 286.3 變速操縱機構的選擇 .286.4 軸的校核 286.5 軸承壽命校核 31第 7 章 主軸箱結構設計及說明.327.1 結構設計的內容、技術要求和方案 327.2 展開圖及其布置 32結束語.33參考文獻.344第 1 章 緒論1.1 課程設計的目的課程設計是在學完本課程后，進行一次學習設計的綜合性練習。通過課程設計，使學生能夠運用所學過的基礎課、技術基礎課和專業(yè)課的有關理論知識，及生產實習等實踐技能，達到鞏固、加深和拓展所學知識的目的。通過課程設計，分析比較機械系統(tǒng)中的某些典型機構，進行選擇和改進；結合結構設計，進行設計計算并編寫技術文件；完成系統(tǒng)主傳動設計，達到學習設計步驟和方法的目的。通過設計，掌握查閱相關工程設計手冊、設計標準和資料的方法，達到積累設計知識和設計技巧，提高學生設計能力的目的。通過設計，使學生獲得機械系統(tǒng)基本設計技能的訓練，提高分析和解決工程技術問題的能力，并為進行機械系統(tǒng)設計創(chuàng)造一定的條件。1.2 課程設計的內容《機械系統(tǒng)設計》課程設計內容由理論分析與設計計算、圖樣技術設計和技術文件編制三部分組成。1.2.1 理論分析與設計計算（1）機械系統(tǒng)的方案設計。設計方案的分析，最佳功能原理方案的確定。（2）根據(jù)總體設計參數(shù)，進行傳動系統(tǒng)運動設計和計算。（3）根據(jù)設計方案和零部件選擇情況，進行有關動力計算和校核。1.2.2 圖樣技術設計（1）選擇系統(tǒng)中的主要機件。（2）工程技術圖樣的設計與繪制。1.2.3 編制技術文件（1）對于課程設計內容進行自我經濟技術評價。（2）編制設計計算說明書。51.3 課程設計題目、主要技術參數(shù)和技術要求題目：中型普通車床主軸箱設計車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)如下：工件最大回轉直徑D (mm)max正轉最高轉速Nmax( )minr正轉最低轉速nmin( )ir電機功率N（kw）公比 ?400 1700 37.5 4 1.416第 2 章 車床參數(shù)的擬定2.1 車床主參數(shù)和基本參數(shù)車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)如下：工件最大回轉直徑D (mm)max正轉最高轉速nmax ( )mir正轉最低轉速nmin( )ir電機功率N（kw）公比 ?400 1700 37.5 4 1.412.2 車床的變速范圍 R 和級數(shù) ZR= =minax17045.3.?由公式 R= ，其中 =1.41，R=45.33，可以計算 z=121Z??2.3 確定級數(shù)主要其他參數(shù)2.3.1 擬定主軸的各級轉速依據(jù)題目要求選級數(shù) Z=12， =1.41=1.066考慮到設計的結構復雜程度要適中，故?采用常規(guī)的擴大傳動。各級轉速數(shù)列可直接從標準的數(shù)列表中查出，按標準轉速數(shù)列為：37.5，53，75，106，150，212，300，425，600，850，1180，17002.3.2 主電機功率——動力參數(shù)的確定合理地確定電機功率 N，使機床既能充分發(fā)揮其性能，滿足生產需要，又不致使電機經常輕載而降低功率因素。根據(jù)題設條件電機功率為 4KW可選取電機為：Y112M-4 額定功率為 4KW，滿載轉速為 1440r/min.72.3.3 確定結構式已知 Z= x3b2aa、b 為正整數(shù)，即 Z 應可以分解為 2 和 3 的因子，以便用 2、3 聯(lián)滑移齒輪實現(xiàn)變速。取 Z=12 級 則 Z=22?（1） 擬訂結構式：1）確定變速組傳動副數(shù)目：實現(xiàn) 12 級主軸轉速變化的傳動系統(tǒng)可以寫成多種傳動副組合：A．12=3*4 B. 12=4*3 C。12=3*2*2 D．12=2*3*2 E。12=2*2*3 方案 A、B 可節(jié)省一根傳動軸。但是，其中一個傳動組內有四個變速傳動副，增大了該軸的軸向尺寸。這種方案不宜采用。根據(jù)傳動副數(shù)目分配應“前多后少”的原則，方案 C 是可取的。但是，由于主軸換向采用雙向離合器結構，致使Ⅰ軸尺寸加大，此方案也不宜采用，而應選用方案 D2）確定變速組擴大順序：12=2*3*2 的傳動副組合，其傳動組的擴大順序又可以有以下 6 種形式：A．12=2 1*32*26 B。12=2 1*34*22C．12 =2 3*31*26 D。12=2 6*31*23E．2 2*34*21 F。12=2 6*32*21根據(jù)級比指數(shù)非陪要“前疏后密”的原則，應選用第一種方案。然而，對于所設計的機構，將會出現(xiàn)兩個問題：① 第一變速組采用降速傳動（圖 1a）時，由于摩擦離合器徑向結構尺寸限8制，使得Ⅰ軸上的齒輪直徑不能太小，Ⅱ軸上的齒輪則會成倍增大。這樣，不僅使Ⅰ-Ⅱ軸間中心距加大，而且Ⅱ-Ⅲ軸間的中心距也會加大，從而使整個傳動系統(tǒng)結構尺寸增大。這種傳動不宜采用。② 如果第一變速組采用升速傳動（圖 1b） ，則Ⅰ軸至主軸間的降速傳動只能由后兩個變速組承擔。為了避免出現(xiàn)降速比小于允許的極限值，常常需要增加一個定比降速傳動組，使系統(tǒng)結構復雜。這種傳動也不是理想的。如果采用方案 C，即 12 =23*31*26。（2） 繪制轉速圖：1）驗算傳動組變速范圍：第二擴大組的變速范圍是 R2 = =8，6?符合設計原則要求。綜合上述可得：主傳動部件的運動參數(shù) =37.5 Z=12 =1.41max170n?min?2.3.4 確定結構網根據(jù)“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,結構緊湊的原則,選取傳動方案 Z=23×31×26,易知第二擴大組的變速范圍 r=φ (P3-1)x=1.264=3.95〈8 滿足要求，其結構網如圖 2-1。Z=23×31×2692.3.5 繪制轉速圖和傳動系統(tǒng)圖（1）選擇電動機：采用 Y 系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。（2）繪制轉速圖：（3）畫主傳動系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉速圖及已知的技術參數(shù)，畫主傳動系統(tǒng)圖如圖 2-3：1-2 軸最小中心距：A 1_2min1/2(Zmaxm+2m+D)軸最小齒數(shù)和:S zmin(Zmax+2+D/m)\10圖 2-3 主傳動系統(tǒng)圖2.4 確定各變速組此論傳動副齒數(shù)(1)Sz 100-120,中型機床 Sz=70-100?(2)直齒圓柱齒輪 Zmin 18-20,m 4??（7）齒輪齒數(shù)的確定。變速組內取模數(shù)相等，據(jù)設計要求 Zmin≥18~20,齒數(shù)和Sz≤100～120，由表 4.1，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數(shù)，各齒輪齒數(shù)如表 2-2。表 2-2 齒輪齒數(shù)基本組 第一擴大組傳動比1.41:1 1:2 1：1 1:1.41 1：2代號 Z1Z 'Z 2Z 'Z3Z 'Z4Z ’ Z5 Z5’齒數(shù) 55 39 31 63 42 42 35 49 28 5611第二擴大組2：1 1：4Z6Z '6Z7 Z '759 29 18 702.5 核算主軸轉速誤差實際傳動比所造成的主軸轉速誤差，一般不應超過±10( -1)％,即?〈10( -1)％=4.1％n標 準 轉 速標 準 轉 速實 際 轉 速 ?各級轉速誤差轉速誤差小于 4.1％，因此不需要修改齒數(shù)。第 3 章 傳動件的計算3.1 帶傳動設計輸出功率 P=4kW,轉速 n1=1440r/min,n2=600r/min3.1.1 計算設計功率 Pd edAdPK?表 4 工作情況系數(shù) AKn 1700 1180 850 600 425 300 212 34.5n` 1764.2 1187.8 854.5 606.05 423.6 303.2 218.6 38.3誤差 0.4％ 1.4％ 1.4％ 0.4％ 1.4％ 0.4％ 1.4％ 0.4％12原動機ⅰ類 ⅱ類一天工作時間 /h工作機 10?10~16 16?0?10~16 16?載荷平穩(wěn)液體攪拌機；離心式水泵；通風機和鼓風機（） ；離心式壓縮機；7.5kW?輕型運輸機1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3載荷變動小帶式運輸機（運送砂石、谷物） ，通風機（ ） ；發(fā)電機；旋7.5k?轉式水泵；金屬切削機床；剪床；壓力機；印刷機；振動篩1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4載荷變動較大螺旋式運輸機；斗式上料機；往復式水泵和壓縮機；鍛錘；磨粉機；鋸木機和木工機械；紡織機械1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6載荷變動很大破碎機（旋轉式、顎式等） ；球磨機；棒磨機；起重機；挖掘機；橡膠輥壓機1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8根據(jù) V 帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16 小時） ，查《機械設計》P 296表 4，取 KA＝1.1。即 1.4.kWdAedPK???3.2 選擇帶型普通 V 帶的帶型根據(jù)傳動的設計功率 Pd 和小帶輪的轉速 n1 按《機械設計》P297 圖13－11 選取。13根據(jù)算出的 Pd＝4.4kW 及小帶輪轉速 n1＝1440r/min ，查圖得：d d=80～100 可知應選取 A 型 V 帶。3.3 確定帶輪的基準直徑并驗證帶速由《機械設計》P 298表 13－7 查得，小帶輪基準直徑為 80～100mm則取 dd1=100mm ddmin.=75 mm（d d1根據(jù) P295表 13-4 查得）表 3 V 帶帶輪最小基準直徑 mind槽型 Y Z A B C D Emind20 50 75 125 200 355 500 21 240=.,10.4=6dd??由《機械設計》P 295表 13-4 查“V 帶輪的基準直徑” ，得 =250mm2d① 誤差驗算傳動比： （ 為彈性滑動率）2150.5()(12%)di??????誤 ?誤差 符合要求1.540%.4i????A② 帶速 10v=7.5/661dnms??14滿足 5m/s300mm，所以宜選用 E 型輪輻式帶輪?？傊?，小帶輪選 H 型孔板式結構，大帶輪選擇 E 型輪輻式結構。帶輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。3.7 確定帶的張緊裝置選用結構簡單，調整方便的定期調整中心距的張緊裝置。3.8 計算壓軸力由《機械設計》P303 表 13－12 查得，A 型帶的初拉力 F0＝125.15N，上面已得到=159.44，z=4，則1a 1a159.42sin=42.sinN=8.172ooFz???對帶輪的主要要求是質量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面加工精度要高，以減少帶的磨損。轉速高時要進行動平衡，對于鑄造和焊接帶輪的內應力要小, 帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱為輪緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動帶，制有梯形輪槽。由于普通 V 帶兩側面間的夾角是 40°，為了適應 V 帶在帶輪上彎曲時截面變形而使楔角減小，故規(guī)定普通 V 帶輪槽16角 為 32°、34°、36°、38°（按帶的型號及帶輪直徑確定） ，輪槽尺寸見表 7-3。裝在軸上的筒形部分稱為輪轂，是帶輪與軸的聯(lián)接部分。中間部分稱為輪幅（腹板） ，用來聯(lián)接輪緣與輪轂成一整體。表 普通 V 帶輪的輪槽尺寸（摘自 GB/T13575.1-92） 槽型 項目 符號 Y Z A B C D E 基準寬度 b p 5.3 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0 基準線上槽深 h amin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6 基準線下槽深 h fmin 4.7 7.0 8.7 10.8 14.3 19.9 23.4 槽間距 e 8 ± 0.3 12 ± 0.3 15 ± 0.3 19 ± 0.4 25.5 ± 0.5 37 ± 0.6 44.5 ± 0.7 第一槽對稱面至端面的距離 f min 6 7 9 11.5 16 23 28 最小輪緣厚 5 5.5 6 7.5 10 12 15 帶輪寬 B B =( z -1) e + 2 f z —輪槽數(shù) 外徑 d a 32° ≤ 60 - - - - - - 34° - ≤ 80 ≤ 118 ≤ 190 ≤ 315 - - 36° 60 - - - - ≤ 475 ≤ 600 38° 對應的基準直徑 d d - ＞ 80 ＞ 118 ＞ 190 ＞ 315 ＞ 475 ＞ 600 輪 槽 角 極限偏差 ± 1 ± 0.5 V 帶輪按腹板（輪輻）結構的不同分為以下幾種型式： （1） 實心帶輪：用于尺寸較小的帶輪(dd≤(2.5～3)d 時)，如圖 7 -6a。 （2） 腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪(dd≤ 300mm 時)，如圖 7-6b。 17（3） 孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪((dd－d)＞ 100 mm 時)，如圖 7 -6c 。 （4） 橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪(dd＞ 500mm 時)，如圖 7-6d。（a） （b） （c） （d）圖 7-6 帶輪結構類型根據(jù)設計結果，可以得出結論：小帶輪選擇實心帶輪，如圖（a）,大帶輪選擇腹板帶輪如圖（b）3.9 計算轉速的計算（1）主軸的計算轉速n j，由公式 n =n 得，主軸的計算轉速n j=99.5r/min，jmi)13/(??z取100r/min。(2). 傳動軸的計算轉速 軸3=400 r/min，軸2=800r/min，軸2=560r/min。（2）確定各傳動軸的計算轉速。表 3-1 各軸計算轉速（3） 確定齒輪副的計算轉速。3-2。表 3-2 齒輪副計算轉速序號 Z1Z 2Z3Z `4Z5n j560 800 800 400 100軸 號 Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 Ⅲ 軸計算轉速 r/min 560 800 400183.10 齒輪模數(shù)計算及驗算（1）模數(shù)計算。一般同一變速組內的齒輪取同一模數(shù)，選取負荷最重的小齒輪，按簡化的接觸疲勞強度公式進行計算，即 mj=16338 可得各組的模數(shù)，如321][)(jjmnuzP???表 3-3 所示。表 3-3 模數(shù)（2）基本組齒輪計算?；窘M齒輪幾何尺寸見下表齒輪 Z1 Z1` Z2 Z2`齒數(shù) 55 39 31 63分度圓直徑 137.5 97.5 77.5 157.5齒頂圓直徑 142.5 102.5 82.5 162.5齒根圓直徑 131.25 91.25 71.25 151.25齒寬 20 20 20 20按基本組最小齒輪計算。小齒輪用 40Cr，調質處理，硬度 241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用 45 鋼，調質處理，硬度 229HB～286HB ，平均取 240HB。計算如下：① 齒面接觸疲勞強度計算：接觸應力驗算公式為??jfsj MPauBnNKzm??????)()1(02832組號 基本組 第一擴大組模數(shù) mm 2.5 2.519彎曲應力驗算公式為：??wswMPaBYnzmNK?????)(109235式中 N----傳遞的額定功率（kW） ，這里取 N 為電動機功率，N=5kW;-----計算轉速（r/min）. =800（r/min） ;jnjm-----初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=2.5（mm）;B----齒寬（mm）;B=24（mm）;z----小齒輪齒數(shù)；z=31u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=2;-----壽命系數(shù)；sK=sTnNKq----工作期限系數(shù)；TmTC016?T------齒輪工作期限，這里取 T=15000h.;-----齒輪的最低轉速（ r/min）, =500（r/min ）1n1n----基準循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取 = ，彎曲載荷取 =0C0C70C612?m----疲勞曲線指數(shù)，接觸載荷取 m=3；彎曲載荷取 m=6;----轉速變化系數(shù)，查 【5】2 上，取 =0.60nKnK----功率利用系數(shù)，查【5】2 上，取 =0.78N N-----材料強化系數(shù)，查 【5】2 上， =0.60q q-----工作狀況系數(shù)，取 =1.13K3K-----動載荷系數(shù)，查 【5】2 上，取 =12 220------齒向載荷分布系數(shù)，查 【5】2 上， =1 1K1KY------齒形系數(shù)，查 【5】2 上，Y=0.386；----許用接觸應力（MPa）,查【4】 ，表 4-7，取 =650 Mpa；??j? ??j?---許用彎曲應力（ MPa） ，查【4】 ，表 4-7，取 =275 Mpa；w w根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得：=635 Mpa j????j?=78 Mpaww（3）擴大組齒輪計算。第一擴大組齒輪幾何尺寸見下表齒輪 Z3 Z3` Z4 Z4` Z5 Z5`齒數(shù) 35 49 28 56 49 39分度圓直徑 87.5 122.5 70 140 122.5 87.5齒頂圓直徑 92.5 127.5 75 145 127.5 92.5齒根圓直徑 81.25 116.25 63.75 133.75 116.25 81.25齒寬 20 20 20 20 20 20第二擴大組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪 Z5 Z5` Z6 Z6`齒數(shù) 59 29 18 70分度圓直徑 177 87 54 210齒頂圓直徑 183 93 60 216齒根圓直徑 169.5 79.5 46.5 202.521齒寬 24 24 24 24按擴大組最小齒輪計算。小齒輪用 40Cr，調質處理，硬度 241HB～286HB，平均取 260HB，大齒輪用 45 鋼，調質處理，硬度 229HB～286HB ，平均取 240HB。同理根據(jù)基本組的計算，查文獻【6】 ，可得 =0.62， =0.77， =0.60， =1.1，nKNqK3=1， =1，m=3.5 ， =355；2K1j可求得：=619 Mpa j????j?=135Mpa ww3.11 傳動軸最小軸徑的初定由【5】式 6，傳動軸直徑按扭轉剛度用下式計算：d=1.64 （mm）??4?Tn或 d=91 （mm）4njN式中 d---傳動軸直徑（mm）Tn---該軸傳遞的額定扭矩（N*mm） T=9550000 ；JnN?N----該軸傳遞的功率（KW）----該軸的計算轉速jn---該軸每米長度的允許扭轉角， == 。??????01各軸最小軸徑如表 3-3。表 3-3 最小軸徑223.12 主軸合理跨距的計算由于電動機功率 P=3kw，根據(jù)【1】表 3.20，前軸徑應為 60~90mm。初步選取d1=80mm。后軸徑的 d2=（ 0.7~0.9）d 1，取 d2=60mm。根據(jù)設計方案，前軸承為NN3016K 型，后軸承為圓錐滾子軸承。定懸伸量 a=120mm，主軸孔徑為 30mm。軸承剛度，主軸最大輸出轉矩 T=9550 =9550× =424.44N.mnP410設該機床為車床的最大加工直徑為 250mm。床身上最常用的最大加工直徑，即經濟加工直徑約為最大回轉直徑的 50%，這里取 60%，即 180mm，故半徑為 0.09m；切削力（沿 y 軸） Fc= =4716N09.42背向力（沿 x 軸） Fp=0.5 Fc=2358N總作用力 F= =5272.65N2pC?此力作用于工件上，主軸端受力為 F=5272.65N。先假設 l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力 RA 和 RB 分別為RA=F× =5272.65× =7908.97Nla?2401?RB=F× =5272.65× =2636.325Nl根據(jù) 文獻【1】式 3.7 得：Kr=3.39 得前支承的剛度：K A= 1.0Fr8.La9.0)(iza.1cos1689.69 N/ ；K B= 785.57 N/ ； = =2.15m?m?BAK57.6主軸的當量外徑 de=(80+60)/2=70mm，故慣性矩為I= =113.8×10-8m464)03.7.(???η= = =0.143aKEA6381.980.2??軸 號 Ⅰ 軸 Ⅱ 軸最小軸徑 mm 35 4023查【1】圖 3-38 得 =2.0，與原假設接近，所以最佳跨距 =120×2.0=240mmal0 0l合理跨距為（0.75-1.5） ，取合理跨距 l=360mm。0l根據(jù)結構的需要，主軸的實際跨距大于合理跨距，因此需要采取措施增加主軸的剛度，增大軸徑：前軸徑 D=100mm，后軸徑 d=80mm。前軸承采用雙列圓柱滾子軸承，后支承采用背對背安裝的角接觸球軸承。第 4 章 主要零部件的選擇 4.1 軸承的選擇I軸：與帶輪靠近段安裝雙列角接觸球軸承代號7007C 另一安裝深溝球軸承6012II軸：對稱布置深溝球軸承6009III軸：后端安裝雙列角接觸球軸承代號7015C 另一安裝端角接觸球軸承代號7010C中間布置角接觸球軸承代號7012C4.2 鍵的規(guī)格I軸安裝帶輪處選擇普通平鍵規(guī)格：BXL=10X56 II軸選擇花鍵規(guī)格：N d =8X36X40X7 III軸選擇鍵規(guī)格：BXL=14X90 4.3 主軸彎曲剛度校核（1）主軸剛度符合要求的條件如下：a 主軸的前端部撓度 []0.250.1sy????b 主軸在前軸承處的傾角 []rad??容 許 值 軸 承24c 在安裝齒輪處的傾角 []0.1rad???容 許 值 齒(2)計算如下：前支撐為雙列圓柱滾子軸承，后支撐為角接觸軸承架立放圓柱滾子軸承跨距L=450mm.當量外徑 de= =21D?m2851045?主軸剛度：因為 di/de=25/285=0.0880.7,所以孔對剛度的影響可忽略；ks= =2kN/mm344424 10)5(1.023)(1034 ????????aldAi剛度要求：主軸的剛度可根據(jù)機床的穩(wěn)定性和精度要求來評定4.4.軸承校核????610()1739hCLThnP????4.5 潤滑與密封主軸轉速高，必須保證充分潤滑，一般常用單獨的油管將油引到軸承處。主軸是兩端外伸的軸，防止漏油更為重要而困難。防漏的措施有兩種：1）密封圈——加密封裝置防止油外流。 。2）疏導——在適當?shù)牡胤阶龀龌赜吐?，使油能順利地流回到油箱。?5 章 摩擦離合器( 多片式)的計算設計多片式摩擦離合器時，首先根據(jù)機床結構確定離合器的尺寸，如為軸裝式時，外摩擦片的內徑 d 應比花鍵軸大 2～6mm，內摩擦片的外徑 D 的確定，直接影響離合器的徑向和軸向尺寸，甚至影響主軸箱內部結構布局，故應合理選擇。25摩擦片對數(shù)可按下式計算Z≥2MnK/ f b[p]?20D式中 Mn——摩擦離合器所傳遞的扭矩（N·mm） ；Mn＝955× η / ＝955× ×4×0.98/560＝1.28× （N·mm）;41djn10510Nd——電動機的額定功率（kW） ；——安裝離合器的傳動軸的計算轉速（r/min） ；jnη——從電動機到離合器軸的傳動效率；K——安全系數(shù)，一般取 1.3～1.5；f——摩擦片間的摩擦系數(shù)，由于磨擦片為淬火鋼，查《機床設計指導》表2-15，取 f=0.08；——摩擦片的平均直徑（ mm）;0D=（D+d）/2＝67mm;b——內外摩擦片的接觸寬度（mm） ；b=（D-d）/2=23mm；——摩擦片的許用壓強（N/ ） ；??p2m＝ ＝1.1×1.00×1.00×0.76＝0.8360t????vKmz——基本許用壓強（ MPa） ，查《機床設計指導》表 2-15，取 1.1；0t——速度修正系數(shù)v＝ n/6× =2.5（m/s）p?02D41根據(jù)平均圓周速度 查《機床設計指導》表 2-16，取 1.00；pv——接合次數(shù)修正系數(shù)，查《機床設計指導》表 2-17，取 1.00；mK——摩擦結合面數(shù)修正系數(shù)，查 《機床設計指導》表 2-18，取 0.76。z所以 Z≥2MnK/ f b[p]＝2×1.28× ×1.4/（3.14×0.08× ×23×0.836＝11 ?0D510267臥式車床反向離合器所傳遞的扭矩可按空載功率損耗 確定，一般取kP＝0.4 ＝0.4×11＝4.4 kPdN最后確定摩擦離合器的軸向壓緊力 Q，可按下式計算：26Q= b (N)＝1.1 ×3.14× ×23×1.00＝3.57×0tp?????2DvK267510式中各符號意義同前述。摩擦片的厚度一般取 1、1.5、1.75、2（mm） ，內外層分離時的最大間隙為0.2～0.4（mm）,摩擦片的材料應具有較高的耐磨性、摩擦系數(shù)大、耐高溫、抗膠合性好等特點，常用 10 或 15 鋼，表面滲碳 0.3～0.5（mm）,淬火硬度達 HRC52～62。第 6 章 主要零部件的選擇 6.1 電動機的選擇轉速n＝1440r/min，功率P＝4kW選用Y系列三相異步電動機 6.2 軸承的選擇I軸：與帶輪靠近段安裝雙列角接觸球軸承代號7007C 另一安裝深溝球軸承6012II軸：對稱布置深溝球軸承6009III軸：后端安裝雙列角接觸球軸承代號7015C 另一安裝端角接觸球軸承代號7010C中間布置角接觸球軸承代號7012C276.3 變速操縱機構的選擇選用左右擺動的操縱桿使其通過桿的推力來控制II軸上的三聯(lián)滑移齒輪和二聯(lián)滑移齒輪。6.4 軸的校核（a） 主軸的前端部撓度 []0.250.1sy????（b） 主軸在前軸承處的傾角 []rad??容 許 值 軸 承（c） 在安裝齒輪處的傾角 .容 許 值 齒65170850236851095D1.07 879il mL??????? ??平 均 總E 取為 ，52.MPa44 407(1)(1)35690()668dI???????434910.9253.922zpF Ndn????主 計件 （ ），.57()yzN0.17()xzFN?由于小齒輪的傳動力大，這里以小齒輪來進行計算 4429102953.852)QPFmzn????主計主 主 （將其分解為垂直分力和水平分力由公式 ,tatanQynQzyF?????可得 2105(),647()zyFN801352)3ZMl Nm??A件25764(yyl?件131025)xxFd??A件主軸載荷圖如下所示：28由上圖可知如下數(shù)據(jù)：a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87mm計算（在垂直平面）, ,1()6QZFabclyEI???2()3ZFcylEI??3(23)6zMcylEI??230.17sz， ，()QZabIl??齒 1 (2)6ZlcI?齒 2 (3)ZlcI?齒 35.9?????齒 齒 齒 2齒 3， ，()6QZFlEI軸 承 1 zFlEI軸 承 23ZMlI?軸 承5.10???軸 承 軸 承 軸 承 2軸 承 3計算（在水平面）, ,1()6QyFabclEI???2()3yFclEI??3()(23)6yxclEI??230.17sy29， ，()3QyFabEIl???齒 1 (23)6yFlcEI???齒 2()(3yxMlcEI????齒 351.80???齒 齒 齒 2齒 3， ，()6QylI軸 承 1 ylI軸 承 2()3yxlI軸 承5.?????軸 承 軸 承 軸 承 2軸 承 3合成： 20.18.sszyy??2501???齒 齒 齒 .3.?軸 承 軸 承 Z軸 承 Y6.5 軸承壽命校核由 П 軸最小軸徑可取軸承為 7008C 角接觸球軸承,ε=3；P=XF r+YFaX=1，Y=0。對Ⅱ軸受力分析得：前支承的徑向力 Fr=2642.32N。由軸承壽命的計算公式：預期的使用壽命 [L10h]=15000hL10h= × = × = h≥[L 10h]n1670?)PC(180673)28.10(?367.10()284.9524??=15000h軸承壽命滿足要求。30第 7 章 主軸箱結構設計及說明7.1 結構設計的內容、技術要求和方案設計主軸變速箱的結構包括傳動件（傳動軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動器等） 、主軸組件、操縱機構、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結件的結構設計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。課程設計由于時間的限制，一 0 般只畫展開圖。主軸變速箱是機床的重要部件。設計時除考慮一般機械傳動的有關要求外，著重考慮以下幾個方面的問題。精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動效率要求，主軸前軸承處溫度和溫升的控制，結構工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標準化和通用化的原則。主軸變速箱結構設計時整個機床設計的重點，由于結構復雜，設計中不可避免要經過反復思考和多次修改。在正式畫圖前應該先畫草圖。目的是：1 布置傳動件及選擇結構方案。2 檢驗傳動設計的結果中有無干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時改正。3 確定傳動軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對位置，以確定各軸的受力點和受力方向，為軸和軸承的驗算提供必要的數(shù)據(jù)。7.2 展開圖及其布置展開圖就是按照傳動軸傳遞運動的先后順序，假想將各軸沿其軸線剖開并將這些剖切面平整展開在同一個平面上。I 軸上裝的摩擦離合器和變速齒輪。有兩種布置方案，一是將兩級變速齒輪和離合器做成一體。齒輪的直徑受到離合器內徑的約束，齒根圓的直徑必須大于離合器的外徑，負責齒輪無法加工。這樣軸的間距加大。另一種布置方案是離合器的左右部分分別裝在同軸線的軸上，左邊部分接通，得到一級反向轉動，右邊接通得到三級反向轉動。這種齒輪尺寸小但軸向尺寸大。我們采用第一種方案，通過空心軸中的拉桿來操縱離合器的結構?？偛贾脮r需要考慮制動器的位置。制動器可以布置在背輪軸上也可以放在其他軸上。制動器不要放在轉速太低軸上，以免制動扭矩太大，是制動尺寸增大。齒輪在軸上布置很重要，關系到變速箱的軸向尺寸，減少軸向尺寸有利于提高剛