机械加工设备课程设计中型普通车床主轴变速箱设计

1、贵州大学机械工程学院机制专业机械加工设备课程设计任务书一、 设计题目：中型普通车床主轴变速箱设计二、 设计参数：床身上最大工件回转直径：400mm主电机功率：4KW主轴最高转速：1400r/min主轴最低转速：31.5r/min三、 设计要求1、 主轴变速箱传动设计及计算2、 主轴变速箱结构设计3、 绘制主轴变速箱装配图4、 编写设计说明书四、 设计时间开始：2012年01月02日结束：2012年01月13 日 学生姓名：胡志恒 指导教师：闫建伟 一、传动设计1.1电机的选择（1）床身上最大回转直径：400mm（2）主电机功率：4KW（3）主轴最高转速：1400r/min参考机床主轴变速箱设计指导（以下简称设计指导）P16选择Y132S-4型三相异步电动机。1.2运动参数变速范围 Rn=1400/31.5=44.4对于中型车床， 此处取1.41 得转速级数Z=12。查设计指导P6标准数列表得转速系列为：1400、1000、710、500、355、250、180、125、90、63、45、31.5r/min。1.3拟定结构式 1.3.1 确定变速组传动副数目 实现12级主轴转速变化的传动

2、系统可以写成多种传动副组合： 在上列两行方案中，第一行的方案有时可以节省一根传动轴，缺点是有一个传动组内有四个传动副。如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，操纵机构必须互锁以防止两个双联滑移齿轮同时啮合，所以少用。根据传动副数目分配应“前多后少”的原则，方案是可取的。1.3.2确定变速组扩大顺序12=232的传动副组合，其传动组的扩大顺序又可以有以下6种形式： A、12=212236 B、12=212432 C、12 =232136 D、12=262133 E、12=222431 F、12=262231根据级比指数要“前疏后密”的原则，应选用方案A。然而，然而，对于所设计的机构，将会出现两个问题： 第一变速组采用降速传动（图a）时，由于摩擦离合器径向结构尺寸限制，在结构上要求有一齿轮的齿根圆大于离合器的直径，使得轴上的齿轮直径不能太小，轴上的齿轮则会成倍增大。这样，不仅使-轴间中心距加大，而且-轴间的中心距也会加大，从而使整个传动系统结构尺寸增大。这种传动不宜采用。 如果第一变速组采用升速传动（图b），则轴至主轴间的降速传动只能由后两个变速组承担。为了避免出现

3、降速比小于允许的极限值，常常需要增加一个定比降速传动组，使系统结构复杂。这种传动也不是理想的。如果采用方案C、12 =233126（图c） 则可解决上述存在的问题。 其结构网如下图所示：1.4拟定转速图1.4.1验算传动组变速范围检查传动组的变速范围时，只检查最后一个扩大组： 其中， 所以 ，合适。所以转速图拟定如下：1.5确定齿轮齿数查金属切削机床表81各种传动比的适用齿数求出各传动组齿轮齿数如下表：变速组第一变速组a第二变速组b第三变速组c齿数和7260100齿轮Z1齿数2448195340203030204066342080传动过程中，会采用三联滑移齿轮，为避免齿轮滑移中的干涉，三联滑移齿轮中最大和次大齿轮之间的齿数差应大于4。所选齿轮的齿数符合设计要求。1.6确定带轮直径1.6.1确定计算功率Pca 由机械设计表87查得工作情况系数=1.1故Pca P1.144.4KW1.6.2选择V带类型 据Pca、的值由机械设计图810选择A型带。1.6.3确定带轮直径并验算带速V由机械设计表86、表88，取基准直径112mm。验算带速V V /(601000)901440/(601000

4、)8.44m/s因为5m/sV30m/s,所以带轮合适。定大带轮直径 i（1）（1440/630）112（10.02）250.88mm 带的滑动系数，一般取0.02据机械设计表88，取基准直径250mm。1.7验算主轴转速误差 主轴各级实际转速值用下式计算： n = nE(1-)u1 u2 u3 式中 u1 u2 u3 分别为第一、第二、第三变速组齿轮传动比； nE 为电机的满载转速 ；取0.02。 转速误差用主轴实际转速与标准转速相对误差的绝对值表示： n = | |10（-1）%10（1.411）%=4.1%其中主轴理想转速把数据依次代入公式得出下表主轴转速n1n2n3n4n5n6理想转速28405680112160实际转速28.239.556.478.9112.7157.9转速误差%7.11.20.70.80.61.3主轴转速n7n8n9n10n11n12理想转速2243154506309001250实际转速225.6315.8451.1631.6902.31263.2转速误差%0.70.250.240.30.31.0转速误差满足要求，数据可用。1.8绘制传动系统图二、估算主要传

5、动件，确定其结构尺寸2.1确定传动件计算转速2.1.1主轴计算转速主轴计算转速是第一个三分之一转速范围内的最高一级转速，即nj = nmin=78.4r/min 即n4=80r/min;2.1.2各传动轴计算转速轴可从主轴为80r/min按18/72的传动副找上去，似应为315r/min。但是由于轴上的最低转速112r/min经传动组c可使主轴得到28r/min和224r/min两种转速。224r/min要传递全部功率，所以轴的计算转速应为112r/min。轴的计算转速可按传动副b推上去，得315r/min。轴的计算转速为630r/min。 各轴的计算转速列表如下轴计算转速nj630315112802.1.3各齿轮计算转速齿轮Z1齿数2448195340203030204066302080nj630315630900315112315160315224112224315802.2初估轴直径2.2.1确定主轴支承轴颈直径据电机的功率参考机械制造工艺金属切削机床设计指南（以下简称设计指南）表2.32，取主轴前轴颈直径D1 = 80mm，后轴颈直径D2 = （0.70.85）D1，取D2 =

6、 60 mm。2.2.2初估传动轴直径按扭转刚度初步计算传动轴直径 d = 式中d 传动轴危险截面处直径； N 该轴传递功率（KW）； N=；从电机到该传动轴间传动件的传动效率（不计轴承上的效率），对估算传动轴直径影响不大可忽略； 该轴计算转速（r/min）； 该轴每米长度允许扭转角这些轴都是一般传动轴，据设计指导P32取=1deg/m。 根据传动系统图上的传动件布置情况初步估计各轴长度如下表轴长度640600740840对轴d 31mm对轴d 35mm对轴d 46mm考虑到轴是花键轴所以轴直径作为花键轴小径,据设计指南附表2.31取d132mm，花键规格NdDB(键数小径大径键宽)832366；d242mm，花键规格NdDB(键数小径大径键宽)842468；d346mm，花键规格NdDB(键数小径大径键宽)846509。综上对传动轴直径估算结果如下轴直径324246花键8323668424688465092.3估算传动齿轮模数参考设计指导P36中齿轮模数的初步计算公式初定齿轮的模数 按齿轮弯曲疲劳的估算 mw 32 mm 按齿面点蚀的估算A 370 mm mj = 式中 N 该轴传递

7、功率（KW）； N=；从电机到该传动轴间传动件的传动效率（不计轴承上的效率）； 大齿轮的计算转速（r/min）；Z 所算齿轮的齿数；A齿轮中心距同一变速组中的齿轮取同一模数，按工作负荷最重（通常是齿数最小）的齿轮进行计算，然后取标准模数值作为该变速组齿轮的模数。据设计指导P32取每两传动轴间传动件的传动效率0.96传动组a中 按齿轮弯曲疲劳的估算 mw 32 mm = 32 2.03mm 按齿面点蚀的估算A 370 mm37085.2mm mj mm 2.36mm取标准模数m3mm传动组b中 按齿轮弯曲疲劳的估算 mw 32 mm = 32 2.73 mm 按齿面点蚀的估算A 370 mm370119.0mm mj mm 3.30mm取标准模数m4mm传动组c中 按齿轮弯曲疲劳的估算 mw 32 mm = 32 2.75 mm 按齿面点蚀的估算A 370 mm370132.22mm mj mm 2.64mm取标准模数m3mm2.4片式摩擦离合器的选择及计算 2.4.1决定外摩擦片的内径 结构为轴装式，则外摩擦片的内径比安装轴的轴径D大26 mm有 D+(26)36+(26) 3842mm 取42mm2.4.2选择摩擦片尺寸 参考设计指导P41表摩擦片尺寸及花键规格自行设计摩擦片的尺寸如图所示2.4.3计算摩擦面对数ZZ式中Mn额定动扭矩；Mn9550955080.04Nm K1.31.5；取 K1.3；

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