普通銑床主軸箱設(shè)計(jì),1.5,KW,普通,銑床,主軸,設(shè)計(jì) 目 錄 1.題目要求及參數(shù)確定-------------------------------------------2 1.1設(shè)計(jì)要求--------------------------------------------------------------------2 1.2運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定-------------------------------------------------------------2 1.3動(dòng)力參數(shù)的確定------------------------------------------------------------2 2.運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) ------------------------------------------------------ 2 2.1傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)的確定--------------------------------------2 2.2結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇-------------------------------3 2.3擬定轉(zhuǎn)速圖----------------------------------------------------4 2.4齒輪齒數(shù)確定--------------------------------------------------5 2.5傳動(dòng)系統(tǒng)圖----------------------------------------------------5 3.傳動(dòng)零件的初步計(jì)算---------------------------------------------6 3.1傳動(dòng)軸直徑初定------------------------------------------------6 3.2齒輪模數(shù)的初步計(jì)算-------------------------------------------7 4.主要零件的驗(yàn)算-------------------------------------------------8 4.1三角膠帶傳動(dòng)的計(jì)算和選定------------------------------------8 4.2圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算------------------------------------------10 4.3傳動(dòng)軸的驗(yàn)算、強(qiáng)度驗(yàn)算、彎曲剛度驗(yàn)算---------------------14 4.4 滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算----------------------------------------------16 5.總結(jié)-----------------------------------------------------------------------------17 6.參考文獻(xiàn)-------------------------------------------------------18 1. 題目要求及參數(shù)確定 1.1設(shè)計(jì)要求 1）機(jī)床的類型、用途及主要參數(shù) 銑床，工作時(shí)間：二班制，電動(dòng)機(jī)功率：，主軸最高、最低轉(zhuǎn)速如下： ， 變速級(jí)數(shù)：z=12。 2）工件材料：45號(hào)鋼 刀具材料：YT15 3）設(shè)計(jì)部件名稱：主軸箱 1.2運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定 回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)的參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速。 ① 最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速：=100rpm =1250rpm ② 分級(jí)變速時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列：機(jī)床的分級(jí)變速機(jī)構(gòu)共有Z級(jí)。Z=12， 。任意兩級(jí)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系應(yīng)為： 據(jù)=φ11，得：φ=1.26。查表得：各軸轉(zhuǎn)速：100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250。 1.3動(dòng)力參數(shù)的確定 由任務(wù)書設(shè)定電動(dòng)機(jī)功率：N=1.5KW。查表得應(yīng)該選擇Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y90L-4，轉(zhuǎn)速為n=1400rpm。 2.運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 2.1 傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)的確定 傳動(dòng)組和傳動(dòng)副數(shù)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，前兩個(gè)有時(shí)可以省掉一根軸。缺點(diǎn)是有一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)有四個(gè)傳動(dòng)副。如果用一個(gè)四聯(lián)滑移齒輪，則會(huì)增加軸向尺寸；如果用兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪，則操縱機(jī)構(gòu)必須互鎖以防止兩個(gè)滑移齒輪同時(shí)嚙合。所以一般少用。 后三個(gè)方案中可根據(jù)下述原則比較：從電動(dòng)機(jī)到主軸，一般為降速傳動(dòng)。接近電動(dòng)機(jī)處的零件，轉(zhuǎn)速較高，從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也就較小。如使傳動(dòng)副較多 的傳動(dòng)組放在接近電動(dòng)機(jī)處，則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。這就是“前多后少”的原則。從這個(gè)角度考慮，以取12=3*2*2的方案為好。 2.2 結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇 在12=3*2*2中，又因基本組和擴(kuò)大組排列順序的不同而有不同的方案?？赡艿牧N方案，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1。在這些方案中，可根據(jù)下列原則選擇最佳方案。 圖1結(jié)構(gòu)網(wǎng) ⑴傳動(dòng)副的極限傳動(dòng)比和傳動(dòng)組的極限變速范圍 主傳動(dòng)鏈任一傳動(dòng)的最大變速范圍一般為：≤8～16。 在檢查傳動(dòng)組的變速范圍時(shí)，只需檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組。因?yàn)槠渌鼈鲃?dòng)組的變速范圍都比它小。 　在圖１中，方案a,b,c,e是可行的。方案d,f是不可行的。 ⑵　基本組和擴(kuò)大組的排列順序　　在可靠的四種結(jié)構(gòu)網(wǎng)方案a,b,c,e中，還要進(jìn)行比較以選擇最佳方案。原則是選擇中間傳動(dòng)軸變速范圍最小的方案。因?yàn)槿绻鞣桨竿?hào)傳動(dòng)軸的最高轉(zhuǎn)速相同，則變速范圍小的，最低轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較小，傳動(dòng)件的尺寸也就可以小些。方案a的中間傳動(dòng)軸變速范圍最小，幫方案a最佳。即如果沒(méi)有別的要求，則應(yīng)盡量使擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序一致。 2.3 擬定轉(zhuǎn)速圖 電動(dòng)機(jī)和主軸的轉(zhuǎn)速是已定的，當(dāng)選定了結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式后，就可分配和傳動(dòng)級(jí)的傳動(dòng)比并確定中間軸的轉(zhuǎn)速。再加上定比傳動(dòng)，就可畫出轉(zhuǎn)速圖。中間軸的轉(zhuǎn)速如果能高一些，傳動(dòng)件的尺寸也就可以小一些。但是，中間軸如果轉(zhuǎn)速過(guò)高，將會(huì)引起過(guò)大的振動(dòng)、發(fā)熱和噪聲。通常，希望齒輪的線速度不超過(guò)12～15m/s。對(duì)于中型車、鉆、銑等機(jī)床，中間軸的最高轉(zhuǎn)速不宜超過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)于小型機(jī)床和精密機(jī)床，由于功率較小，傳動(dòng)件不會(huì)過(guò)大。這時(shí)振動(dòng)、發(fā)熱和噪聲是應(yīng)該考慮的問(wèn)題。因些更應(yīng)該注意中間軸的轉(zhuǎn)速，不使過(guò)高。 圖2轉(zhuǎn)速圖 本機(jī)床所選定的結(jié)構(gòu)式共有三個(gè)傳動(dòng)組，變速機(jī)構(gòu)共需4軸。加上電動(dòng)機(jī)軸共5個(gè)軸。故轉(zhuǎn)速圖共需5個(gè)豎線，主軸共12級(jí)轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近，幫需12條橫線。現(xiàn)擬定轉(zhuǎn)速圖如：圖2 2.4 齒輪齒數(shù)的確定 因傳動(dòng)比i采用標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方，齒數(shù)和S以及小齒輪齒數(shù)可以從表8-1中查得。①在傳動(dòng)組a中，ia1=1,ia2=1/1.26,ia3=1/1.59。則，查I 為1，1.26，1.59的三行。有數(shù)字的即為可能方案。取S為68，則從表中查出小齒輪齒數(shù)為34、30、27。即ia1=34/34,ia2=30/38,ia3=27/41。②在傳動(dòng)組b中，ib1=1,ib2=1/2則查I 為1，2的兩行。有數(shù)字的即為可能方案。取S為72，則從表中查出小齒輪齒數(shù)為36、24。即ib1=36/36,ib2=24/48。③在傳動(dòng)組c中，ic1=1.59/1,ic2=1/2.5則查I 為4這一行。取S為78，則從表中查出小齒輪齒數(shù)為31、22。即ic1=47/31,ic2=22/56。 2.5 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的確定 圖3傳動(dòng)系統(tǒng)圖 3.傳動(dòng)零件的初步計(jì)算 3.1傳動(dòng)軸直徑的初定 根據(jù)傳動(dòng)軸傳遞功率的大小,用簡(jiǎn)化的扭轉(zhuǎn)剛度公式計(jì)算:d≥ () 式中 -傳動(dòng)軸受扭部分直徑(mm) -該軸傳遞的功率(kw) -電動(dòng)機(jī)的功率(kw) η -電動(dòng)機(jī)到該傳動(dòng)軸的傳動(dòng)效率 -被估算的傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min) [Φ]-該傳動(dòng)軸每米長(zhǎng)度允許扭轉(zhuǎn)角(deg/m)一般傳動(dòng)軸取[Φ]=0.5～1 本設(shè)計(jì)取0.8 則軸d≥ 取d4=32 取d3=22 取d2=18 取d1=16 3.2齒輪模數(shù)的初步計(jì)算 初步計(jì)算齒輪模數(shù)時(shí),按簡(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行.一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù),選擇負(fù)荷最重的小齒輪進(jìn)行計(jì)算. 則 式中 - 按接觸疲勞強(qiáng)度估算的齒輪模數(shù)（mm）; - 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率（mm）; - 被估算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min)； - 大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比, u＞1,外嚙合為+,內(nèi)嚙合為-; - 齒輪齒數(shù); -齒寬系數(shù), =6～10,B為齒寬,m為模數(shù)，本設(shè)計(jì)中取8； [σ]-許用接觸應(yīng)力(),查表3-9，取45鋼，整淬，σ=1100。 則C傳動(dòng)組取=3。 則B傳動(dòng)組取=3。 則A傳動(dòng)組取=3。 4.主要零件的驗(yàn)算 4.1三角膠帶傳動(dòng)的計(jì)算和選定 ① 確定計(jì)算功率 由表8-6[5]查得工作情況系數(shù)KA=1.2,故: Kw=1.8Kw ② 選取V帶型號(hào) 根據(jù)、n1由圖8-8[5]確定選用A型普通V帶。 ③ 確定帶輪基準(zhǔn)直徑 由表8-3[5]和表8-7[5]取主動(dòng)基準(zhǔn)直徑。 根據(jù)式（8-15），從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 根據(jù)表8-7[5]，取=169。 按式（8-20）驗(yàn)算帶的速度 帶的速度合適。 ④ 確定A帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距 根據(jù)＜＜,初步確定中心距。 根據(jù)式（8-20）計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 由表8-2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度。 按式（8-21）計(jì)算實(shí)際中心距a ⑤ 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角α1 由式（8-6）得： 主動(dòng)輪上的包角合適。 ⑥ 計(jì)算A帶的根數(shù)z 計(jì)算單根V帶的額定功率 由dd1=100mm和n1=2880r/min，查表8-4a得=2.05kw。 根據(jù)n1=2880r/min,i=1.69和A型帶，查表8－4b得 查表8－5得＝0.98，表8－2得＝0.96，于是 ＝＝2.21 =1.63 取2 ⑦ 計(jì)算預(yù)緊力F0 由式(8-23)知 查表8-4得q=0.1kg/m，故： 計(jì)算作用在軸上的壓軸力 由式（8-4）得 4.2圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 在驗(yàn)算算速箱中的齒輪應(yīng)力時(shí)，選相同模數(shù)中承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算。這里要驗(yàn)算的是齒輪5，齒輪9，齒輪13這三個(gè)齒輪 齒輪13的齒數(shù)為22，模數(shù)為3，齒輪的接觸應(yīng)力的驗(yàn)算公式為： 彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算公式為： 式中：——齒輪傳遞的功率（KW），( ) ——電動(dòng)機(jī)的額定功率（KW）； η——從電動(dòng)機(jī)到所計(jì)算齒輪的機(jī)械效率； ——齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）; m——初算的齒輪模數(shù)； B——齒寬（mm）; Z——小齒輪齒數(shù)； u——大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，u≥1，“+”號(hào)用于外嚙合，“-”號(hào)用于內(nèi)嚙合； ——壽命系數(shù)； KT——工作期限系數(shù)：KT=m 60n1T/C0 T——齒輪在機(jī)床工作期限（Ts）內(nèi)的總工作時(shí)間（h），對(duì)于中型機(jī)床的齒輪取Ts=15000～20000h，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時(shí)間可近似地認(rèn)為T=Ts/P,Po 變速組的傳動(dòng)副數(shù)； n1——齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）; C0——基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，查表3-1； m——疲勞曲線指數(shù)，查表3-1； ——速度轉(zhuǎn)化系數(shù)，查表3-2； ——功率利用系數(shù)，查表3-3； ——材料強(qiáng)化系數(shù)，查表3-4； 的極限值，見(jiàn)表3-5，當(dāng)時(shí)，則?。划?dāng)時(shí)，則?。? ——工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運(yùn)動(dòng)，取K1=1.2～1.6； ——?jiǎng)虞d荷系數(shù)，查表3-6； ——齒向載荷分布系數(shù)，查表3-7； ——標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù)，查表3-8； [] ——許用接觸應(yīng)力（），查表3-9； [] ——許用彎曲應(yīng)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： =881.5<1100 所以合格。 (N=1.62 K1=1.2 K2=1.3 K3=1) 故合格 另外兩齒輪計(jì)算方法如上，均符合要求。 4.3 傳動(dòng)軸的驗(yàn)算 受力分析：以IV軸為例進(jìn)行分析，IV軸上的齒輪為滑移齒輪。通常，選擇主軸處于計(jì)算轉(zhuǎn)速（160r/min）時(shí)齒輪的嚙合位置為計(jì)算時(shí)的位置。根據(jù)本機(jī)床齒輪排列特點(diǎn)，主軸為160r/min時(shí)，IV軸受力變形大于前者。 強(qiáng)度驗(yàn)算 軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核 P=2.6 n＝160rpm 外力偶矩M＝(9549X2.6/160)=155.2N·m T=M D=32mm 彎曲剛度驗(yàn)算 各傳動(dòng)力空間角度如圖5所示，根據(jù)下表的公式計(jì)算齒輪的受力。 圖5各傳動(dòng)力空間角度 表1 齒輪的受力計(jì)算 傳遞功率 P (kw) 轉(zhuǎn) 速 n r/ (min) 傳動(dòng) 轉(zhuǎn)矩 T N (mm) 齒輪壓力角 α° 齒面摩擦角 γ ° 齒輪Z4 齒輪Z9 切向力 Ft1 N F1 在 X 軸投影Fz1 N F1 在 Z 軸投影Fz1 N 分度圓直徑d1 mm 切向力 Ft2 N F1 在 X 軸投影Fz2 N F1 在 Z 軸投影Fz2 N 分度圓直徑d2 Mm 5.5 500 57603.2 20 6 -1200.1 -1200.1 585.3 120 1252.2 1252.2 -610.7 75 撓度、傾角的計(jì)算： 分別計(jì)算出各平面撓度、傾角，然后進(jìn)行合成。如下圖所示：其中 a=120, b=156, c=150, f=126, l=276, , n=159.35, 圖6各平面撓度、傾角合成 XOY平面內(nèi)撓度： 代入數(shù)據(jù)，求得 ZOY平面內(nèi)撓度： 代入數(shù)據(jù)，求得 撓度的合成：，符合要求。 左支撐傾角計(jì)算和分析： XOY平面力作用下的傾角： 代入數(shù)據(jù)，解得 ZOY平面力作用下的傾角： 代入數(shù)據(jù)，解得 傾角的合成：，符合要求； 右支承傾角計(jì)算和分析： XOY平面力作用下的傾角： 代入數(shù)據(jù)，解得 ZOY平面力作用下的傾角： 代入數(shù)據(jù)，解得 傾角的合成：，符合要求。 鍵側(cè)擠壓應(yīng)力計(jì)算： 表2 鍵側(cè)擠壓應(yīng)力計(jì)算 計(jì)算公式 最大轉(zhuǎn)矩 花鍵軸小徑 花鍵軸大徑 花鍵數(shù) 載荷系數(shù) 工作長(zhǎng)度 許用應(yīng)力 許用應(yīng)力 結(jié)論 72580 26 30 6 0.8 176 30 1.39 合格 4.4 滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算 根據(jù)前面所示的Ⅱ軸受力狀態(tài)，分別計(jì)算出左（A）、右（B）兩支承端支反力。 在XOY平面內(nèi)： 在ZOY平面內(nèi)： 左、端支反力為： 兩支承軸承受力狀態(tài)相同，但右端受力大，所以只驗(yàn)算右端軸承。 滾動(dòng)軸承的疲勞壽命驗(yàn)算： 其中：額定動(dòng)載荷：C=11000N，《機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》； 速度系數(shù)：； 使用系數(shù)：； 功率利用系數(shù)：，表3-3《床設(shè)計(jì)制導(dǎo)》； 轉(zhuǎn)速變化系數(shù)：，表3-2； 齒輪輪換工作系數(shù)： 當(dāng)量動(dòng)載荷：F=176.7N，已計(jì)算求得； 許用壽命：T，一般機(jī)床取10000-15000h； 壽命指數(shù)：。 則額定壽命： 經(jīng)驗(yàn)算符合要求。 5.總結(jié) 在課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，我也遇到了一些問(wèn)題。設(shè)計(jì)過(guò)程也是培養(yǎng)我們認(rèn)真細(xì)心的態(tài)度。 在此過(guò)程中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題，使我加深了對(duì)大學(xué)所學(xué)課程理解，綜合應(yīng)用，并得到進(jìn)一步的鞏固，這對(duì)以后的學(xué)習(xí)和工作都有積極的意義。 總之，這次的課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多東西  6.參考文獻(xiàn) [1] 陳易新主編. 機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)，1981 [2] 范云漲、陳兆年主編.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，1994 [3] 李洪主編. 機(jī)械制造工藝、金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo). 東北工學(xué)院出版社，1989 [4] 任殿閣 、張佩勤主編. 機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo). 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1991 [5] 吳宗澤、羅圣國(guó)主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè).高等教育出版社，1992 [6] 戴曙主編. 金屬切削機(jī)床. 機(jī)械工業(yè)出版社，1993 [7] 上海紡織工學(xué)院等主編. 機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè).上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1979 18