金属切削机床课程设计 铣床主轴箱设计（全套图纸）

中北大学课程设计说明书目录全套图纸，加1538937061.题目要求及参数确定-21.1设计要求-21.2运动参数确定-21.3动力参数的确定-22.运动设计 - 22.1传动组的传动副数的确定-22.2结构网和结构式各种方案的选择-32.3拟定转速图-42.4齿轮齿数确定-52.5传动系统图-53.传动零件的初步计算-63.1传动轴直径初定-63.2齿轮模数的初步计算-74.主要零件的验算-84.1三角胶带传动的计算和选定-84.2圆柱齿轮的强度计算-104.3传动轴的验算、强度验算、弯曲刚度验算-144.4 滚动轴承的验算-165.总结-176.参考文献-181. 题目要求及参数确定1.1设计要求1）机床的类型、用途及主要参数铣床，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。2）工件材料：45号钢 刀具材料：YT153）设计部件名称：主轴箱1.2运动参数确定 回转主运动的机床，主运动的参数是主轴转速。 最低转速和最高转速：=100rpm =1250rpm 分级变速时的主轴转速数列：机床的分级变速机构共有Z级。Z=12， 。任意两级转速之间的关系应为：据=11，得：=1.26。查表得：各轴转速：100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250。1.3动力参数的确定 由任务书设定电动机功率：N=1.5KW。查表得应该选择Y系列三相异步电动机电动机的型号为Y90L-4，转速为n=1400rpm。2.运动设计2.1 传动组的传动副数的确定 传动组和传动副数可能的方案有： 12=4*3 12=3*4 12=3*2*2 12=2*3*2 12=2*2*3 在上列各方案中，前两个有时可以省掉一根轴。缺点是有一个传动组内有四个传动副。如果用一个四联滑移齿轮，则会增加轴向尺寸；如果用两个双联滑移齿轮，则操纵机构必须互锁以防止两个滑移齿轮同时啮合。所以一般少用。后三个方案中可根据下述原则比较：从电动机到主轴，一般为降速传动。接近电动机处的零件，转速较高，从而转矩较小，尺寸也就较小。如使传动副较多 的传动组放在接近电动机处，则可使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件就可以少些，就省材料了。这就是“前多后少”的原则。从这个角度考虑，以取12=3*2*2的方案为好。2.2 结构网和结构式各种方案的选择 在12=3*2*2中，又因基本组和扩大组排列顺序的不同而有不同的方案。可能的六种方案，其结构网和结构式见图1。在这些方案中，可根据下列原则选择最佳方案。图1结构网传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围 主传动链任一传动的最大变速范围一般为：816。 在检查传动组的变速范围时，只需检查最后一个扩大组。因为其它传动组的变速范围都比它小。在图中，方案a,b,c,e是可行的。方案d,f是不可行的。基本组和扩大组的排列顺序在可靠的四种结构网方案a,b,c,e中，还要进行比较以选择最佳方案。原则是选择中间传动轴变速范围最小的方案。因为如果各方案同号传动轴的最高转速相同，则变速范围小的，最低转速较高，转矩较小，传动件的尺寸也就可以小些。方案a的中间传动轴变速范围最小，帮方案a最佳。即如果没有别的要求，则应尽量使扩大顺序与传动顺序一致。2.3 拟定转速图 电动机和主轴的转速是已定的，当选定了结构网或结构式后，就可分配和传动级的传动比并确定中间轴的转速。再加上定比传动，就可画出转速图。中间轴的转速如果能高一些，传动件的尺寸也就可以小一些。但是，中间轴如果转速过高，将会引起过大的振动、发热和噪声。通常，希望齿轮的线速度不超过1215m/s。对于中型车、钻、铣等机床，中间轴的最高转速不宜超过电动机的转速。对于小型机床和精密机床，由于功率较小，传动件不会过大。这时振动、发热和噪声是应该考虑的问题。因些更应该注意中间轴的转速，不使过高。图2转速图 本机床所选定的结构式共有三个传动组，变速机构共需4轴。加上电动机轴共5个轴。故转速图共需5个竖线，主轴共12级转速，电动机轴转速与主轴最高转速相近，帮需12条横线。现拟定转速图如：图22.4 齿轮齿数的确定因传动比i采用标准公比的整数次方，齿数和S以及小齿轮齿数可以从表8-1中查得。在传动组a中，ia1=1,ia2=1/1.26,ia3=1/1.59。则，查I 为1，1.26，1.59的三行。有数字的即为可能方案。取S为68，则从表中查出小齿轮齿数为34、30、27。即ia1=34/34,ia2=30/38,ia3=27/41。在传动组b中，ib1=1,ib2=1/2则查I 为1，2的两行。有数字的即为可能方案。取S为72，则从表中查出小齿轮齿数为36、24。即ib1=36/36,ib2=24/48。在传动组c中，ic1=1.59/1,ic2=1/2.5则查I 为4这一行。取S为78，则从表中查出小齿轮齿数为31、22。即ic1=47/31,ic2=22/56。2.5 传动系统图的确定 图3传动系统图3.传动零件的初步计算3.1传动轴直径的初定根据传动轴传递功率的大小,用简化的扭转刚度公式计算:d ()式中 -传动轴受扭部分直径(mm) -该轴传递的功率(kw) -电动机的功率(kw) -电动机到该传动轴的传动效率 -被估算的传动轴的计算转速(r/min) -该传动轴每米长度允许扭转角(deg/m)一般传动轴取=0.51 本设计取0.8则轴d 取d4=32 取d3=22取d2=18取d1=163.2齿轮模数的初步计算初步计算齿轮模数时,按简化的接触疲劳强度公式进行.一般同一变速组中的齿轮取同一模数,选择负荷最重的小齿轮进行计算. 则 式中 - 按接触疲劳强度估算的齿轮模数（mm）; - 驱动电动机功率（mm）; - 被估算齿轮的计算转速(r/min)； - 大齿轮与小齿轮齿数之比, u1,外啮合为+,内啮合为-; - 齿轮齿数; -齿宽系数, =610,B为齿宽,m为模数，本设计中取8； -许用接触应力(),查表3-9，取45钢，整淬，=1100。 则C传动组取=3。则B传动组取=3。则A传动组取=3。4.主要零件的验算4.1三角胶带传动的计算和选定 确定计算功率由表8-65查得工作情况系数KA=1.2,故: Kw=1.8Kw 选取V带型号 根据、n1由图8-85确定选用A型普通V带。 确定带轮基准直径 由表8-35和表8-75取主动基准直径。 根据式（8-15），从动轮基准直径 根据表8-75，取=169。 按式（8-20）验算带的速度 带的速度合适。 确定A带的基准长度和传动中心距 根据,初步确定中心距。 根据式（8-20）计算带所需的基准长度 由表8-2选带的基准长度。 按式（8-21）计算实际中心距a 验算主动轮上的包角1 由式（8-6）得： 主动轮上的包角合适。 计算A带的根数z计算单根V带的额定功率由dd1=100mm和n1=2880r/min，查表8-4a得=2.05kw。根据n1=2880r/min,i=1.69和A型带，查表84b得查表85得0.98，表82得0.96，于是2.21=1.63 取2 计算预紧力F0由式(8-23)知 查表8-4得q=0.1kg/m，故： 计算作用在轴上的压轴力 由式（8-4）得 4.2圆柱齿轮的强度计算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5，齿轮9，齿轮13这三个齿轮齿轮13的齿数为22，模数为3，齿轮的接触应力的验算公式为： 弯曲应力的验算公式为： 式中：齿轮传递的功率（KW），( ) 电动机的额定功率（KW）； 从电动机到所计算齿轮的机械效率； 齿轮的计算转速（r/min）; m初算的齿轮模数； B齿宽（mm）; Z小齿轮齿数； u大齿轮与小齿轮齿数之比，u1，“+”号用于外啮合，“-”号用于内啮合； 寿命系数； KT工作期限系数：KT=m 60n1T/C0 T齿轮在机床工作期限（Ts）内的总工作时间（h），对于中型机床的齿轮取Ts=1500020000h，同一变速组内的齿轮总工作时间可近似地认为T=Ts/P,Po 变速组的传动副数； n1齿轮的最低转速（r/min）; C0基准循环次数，查表3-1； m疲劳曲线指数，查表3-1； 速度转化系数，查表3-2； 功率利用系数，查表3-3； 材料强化系数，查表3-4； 的极限值，见表3-5，当时，则取；当时，则取； 工作情况系数，中等冲击的主运动，取K1=1.21.6； 动载荷系数，查表3-6； 齿向载荷分布系数，查表3-7； 标准齿轮齿形系数，查表3-8； 许用接触应力（），查表3-9； 许用弯曲应力（），查表3-9。查得： =400r/min m=3 B=32 Z=20 u=2.5 = 1.75 K1=1.2 K2=1.3 K3=1 故： =881.51100所以合格。 (N=1.62 K1=1.2 K2=1.3 K3=1)故合格另外两齿轮计算方法如上，均符合要求。 4.3 传动轴的验算受力分析：以IV轴为例进行分析，IV轴上的齿轮为滑移齿轮。通常，选择主轴处于计算转速（160r/min）时齿轮的啮合位置为计算时的位置。根据本机床齿轮排列特点，主轴为160r/min时，IV轴受力变形大于前者。强度验算轴的扭转强度校核P=2.6 n160rpm外力偶矩M(9549X2.6/160)=155.2NmT=M D=32mm弯曲刚度验算各传动力空间角度如图5所示，根据下表的公式计算齿轮的受力。 图5各传动力空间角度 表1 齿轮的受力计算传递功率P(kw)转速nr/(min)传动转矩TN(mm)齿轮压力角齿面摩擦角齿轮Z4齿轮Z9切向力Ft1NF1在X轴投影Fz1NF1在Z轴投影Fz1N分度圆直径d1mm切向力Ft2NF1在X轴投影Fz2NF1在Z轴投影Fz2N分度圆直径d2Mm5.550057603.2206-1200.1-1200.1585.31201252.21252.2-610.775挠度、倾角的计算：分别计算出各平面挠度、倾角，然后进行合成。如下图所示：其中a=120, b=156, c=150, f=126, l=276, n=159.35, 图6各平面挠度、倾角合成XOY平面内挠度： 代入数据，求得 ZOY平面内挠度： 代入数据，求得 挠度的合成：，符合要求。 左支撑倾角计算和分析：XOY平面力作用下的倾角： 代入数据，解得ZOY平面力作用下的倾角： 代入数据，解得倾角的合成：，符合要求；右支承倾角计算和分析： XOY平面力作用下的倾角： 代入数据，解得ZOY平面力作用下的倾角：代入数据，解得倾角的合成：，符合要求。键侧挤压应力计算： 表2 键侧挤压应力计算计算公式最大转矩花键轴小径花键轴大径花键数载荷系数工作长度许用应力许用应力结论72580263060.8176301.39合格4.4 滚动轴承的验算根据前面所示的轴受力状态，分别计算出左（A）、右（B）两支承端支反力。在XOY平面内： 在ZOY平面内： 左、端支反力为： 两支承轴承受力状态相同，但右端受力大，所以只验算右端轴承。滚动轴承的疲劳寿命验算： 其中：额定动载荷：C=11000N，机床设计简明手册； 速度系数：； 使用系数：； 功率利用系数：，表3-3床设计制导；转速变化系数：，表3-2； 齿轮轮换工作系数： 当量动载荷：F=176.7N，已计算求得； 许用寿命：T，一般机床取10000-15000h； 寿命指数：。 则额定寿命： 经验算符合要求。5.总结在课程设计当中，我也遇到了一些问题。设计过程也是培养我们认真细心的态度。在此过程中不断发现问题和解决问题，使我加深了对大学所学课程理解，综合应用，并得到进一步的巩固，这对以后的学习和工作都有积极的意义。总之，这次的课程设计让我学到了很多东西6.参考文献1 陈易新主编. 机床课程设计指导书. 哈尔滨工业大学，19812 范云涨、陈兆年主编.金属切削机床设计简明手册.机械工业出版社，19943 李洪主编. 机械制造工艺、金属切削机床设计指导. 东北工学院出版社，19894 任殿阁 、张佩勤主编. 机床设计指导. 辽宁科学技术出版社，19915 吴宗泽、罗圣国主编.机械设计课程设计手册.高等教育出版社，1992 6 戴曙主编. 金属切削机床. 机械工业出版社，19937 上海纺织工学院等主编. 机床设计图册.上海科学技术出版社，197919