C6140普通车床主轴变速箱设计
最大加工直径为Ф400mm普通车床主轴变
速箱设计
院(系) 部：机械工程系
学生姓名：
指导教师：刘吉兆（教授）
专业：机械设计制造及其自动化
班级：
完成时间： 2007年1月
目录
1.车床参数的拟定- ------------------------------------------------------2 1.1车床主参数和基本参数------------------------------------------------2
1.1.1拟定参数的步骤和方法----------------------------------------------2
2.运动设计- ------------------------------------------------------------4 2.1传动结构式、结构网的选择确定-----------------------------------------4 2.1.1传动组及各传动组中传动副的数目------------------------------------4 2.1.2传动系统扩大顺序的安排 -------------------------------------------4 2.1.3绘制结构网--------------------------------------------------------4 2.1.4传动组的变速范围的极限值------------------------------------------5 2.1.5最大扩大组的选择--------------------------------------------------5 2.2转速图的拟定--------------------------------------------------------6 2.2.1主电机的选定------------------------------------------------------6 2.3齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制------------------------------------7 2.
3.1齿轮齿数的确定的要求----------------------------------------------7
2.3.2变速传动组中齿轮齿数的确定----------------------------------------8
3.强度计算和结构草图设计-- --------------------------------------------11 3.1确定计算转速-------------------------------------------------------11 3.1.1主轴的计算转速---------------------------------------------------11 3.1.2中间传动件的计算转速---------------------------------------------11 3.1.3齿轮的计算转速---------------------------------------------------12 3.2传动轴的估算和验算-------------------------------------------------12 3.2.1传动轴直径的估算-------------------------------------------------12 3.2.2主轴的设计与计算-------------------------------------------------13 3.2.3主轴材料与热处理-------------------------------------------------16 3.3齿轮模数的估算和计算-----------------------------------------------16 3.3.1齿轮模数的估算---------------------------------------------------16 3.3.2齿轮模数的验算---------------------------------------------------19 3.4轴承的选择与校核---------------------------------------------------21 3.
4.1一般传动轴上的轴承选择-------------------------------------------21 3.4.2主轴轴承的类型---------------------------------------------------22 3.4.3轴承间隙调整-----------------------------------------------------22 3.4.4轴承的校核-------------------------------------------------------23 3.5摩擦离合器的选择与验算---------------------------------------------23 3.
5.1按扭矩选择-------------------------------------------------------24 3.5摩擦离合器的选择与验算---------------------------------------------24 3.5.1按扭矩选择-------------------------------------------------------24 3.5.2外摩擦片的内径d- ------------------------------------------------25 3.5.3选择摩擦片尺寸(自行设计)-----------------------------------------25 3.5.4计算摩擦面的对数Z------------------------------------------------25
3.5.5摩擦片片数 ------------------------------------------------------25 参考文献- -------------------------------------------------------------26
1.车床参数的拟定
1.1车床主参数和基本参数
1.1.1拟定参数的步骤和方法
1）极限切削速度Vmax 、Vmin
根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑： 允许的切速极限参考值如下：
表 1.1
根据给出条件，取Vmax=150 m/min 螺纹加工和铰孔时取 Vmin=4 m/min
2）主轴的极限转速
计算车床主轴极限转速时的加工直径，按经验分别取K=0.5,Rn=0.25。则主轴极
限转速应为：
取标准数列数值，即m ax n =1250r/min
在min n 中考虑车螺纹和铰孔时，其加工的最大直径应根据实际加工情况选取50mm 左右。
min n =
8.3140
14.34
10001000max min =??=d v πr/min
取标准数列数值，即min n =28r/min
转速范围Rn=
min
max
n n 转速范围Rn=min max n n =28
1250
=44.64r/min
取41
.1=?min
/114625
.05.04001415.3180
100010001000min max r DkRn v d v n maz maz =????===
ππ
Z=41
.1lg 64
.44lg 1lg lg 1+=+
?n R =12 考虑到设计的结构复杂程度要适中，故采用常规的扩大传动。并选级数Z=12，各级转速数列可直接从标准的数列表中查出，按标准转速数列为：
28，40，56，80，112，160，224，315，450，630，900，1250 3）主轴转速级数Z 和公比Φ 已知
Rn=min
max n n
Rn=ΦZ-1
且Z=2a x3b
a 、
b 为正整数，即Z 应可以分解为2和3的因子，以便用2、3联滑移齿轮实现变速。
取Z=12级 则Z=223?
min
max
1n n R Z n =
Φ=- 11241.1-8.43==Rn m ax n =1250 m in n =28 Rn=
min
max
n n =44.64 综合上述可得：主传动部件的运动参数
1250max =n m in n =28 Z=12 Φ=1.41
4）主电机功率——动力参数的确定
合理地确定电机功率N ，使机床既能充分发挥其性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。
中型普通车床典型重切削条件下的用量 刀具材料：YT15工件材料45号钢，切削方式：车削外圆 查表可知：切深a p =3.5mm 进给量f(s)=0.35mm/r 切削速度V=90m/min 功率估算法用的计算公式 a 主切削力：
Fz=1900apf 0.75=190035.05.3??0.75=3026N
b 切削功率：
N 切=
61200V F Z KW=61200
90
3026?KW=4.45KW
c 估算主电机功率：
N=
总切 N =8
.045.4=5.5KW
可选取电机为：Y132S-4额定功率为5.5KW ，满载转速为1440r/min.
2.运动设计
2.1传动结构式、结构网的选择确定
2.1.1传动组及各传动组中传动副的数目
级数为Z 的传动系统由若干个顺序的传递组组成，各传动组分别有Z1、Z2、Z3、…个传动副.即
Z=Z 1Z 2Z 3…
传动副数由于结构的限制以2或3为适合，即变速级数Z 应为2和3的因子： 即
Z=2a 3b
实现12级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副的组合: 1) 12=3×4 2) 12=4×3 3) 12=3×2×2 4) 12=2×3×2
5) 12=2×2×3
按照传动副“前多后少”的原则选择Z=3×2×2这一方案，但主轴换向采用双向片式摩擦离合器结构，致使Ⅰ轴的轴向尺寸过大，所以此方案不宜采用，而应先择12=2×3×2。
方案4）是比较合理的 12=2×3×2
2.1.2 传动系统扩大顺序的安排
12=2×3×2的传动副组合，其传动组的扩大顺序又可以有6种形式： 1) 12=21×32×26 2) 12=21×34×22 3) 12=23×31×26 4) 12=26×31×23 5) 12=22×34×21 6) 12=26×32×21
根据级比指数分配要“前密后疏”的原则，应选用Z=12×23×62这一方案，然而对于我们所设计的结构将会出现两个问题：
第一变速组采用降速传动时，由于摩擦离合器径向结构尺寸限制，使得Ⅰ轴上的齿轮直径不能太小，Ⅱ轴上的齿轮则会成倍增大。这样，不仅使Ⅰ-Ⅱ轴间中心距加大，而且Ⅰ-Ⅱ轴间的中心距也会辊大，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，则Ⅰ轴至主轴间的降速传动只能同后两个变速组承担。为了避免出现降速比小于允许的杉限值，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Z=32×13×62这一方案则可解决上述存在的问题。
2.1.3 绘制结构网
图2.1结构网
2.1.4 传动组的变速范围的极限值
齿轮传动最小传动比Umin≥1/4,最大传动比Umax2
≤,决定了一个传动组的最大变速范围rmax=umax/umin8
≤。
因此，要按照下表，淘汰传动组变速范围超过极限值的所有传动方案。
极限传动比及指数X,X,值为：
表2.1
2.1.5最大扩大组的选择
正常连续的顺序扩大组的传动的传动结构式为：
Z=Z1[1]?Z2[Z1]?Z3[Z1?Z2]
最后扩大组的变速范围
按照r 8≤原则，导出系统的最大级数Z 和变速范围R n 为：
最后扩大组的传动副数目Z3=2时的转速范围远比Z3=3时大
因此，在机床设计中，因要求的R 较大，最后扩大组应取2更为合适。
同时，最后传动组与最后扩大组往往是一致的。安装在主轴与主轴前一传动轴的具有极限或接近传动比的齿轮副承受最大扭距，在结构上可获得较为满意的处理，这也就是最后传动组的传动副经常为2的另一原因。
2.2 转速图的拟定
运动参数确定以后，主轴各级转速就已知，切削耗能确定了电机功率。在此基础上，选择电
机型号，确定各中间传动轴的转速，这样就拟定主运动的转速图，使主运动逐步具体化。
2.2.1主电机的选定
1）电机功率N ：
中型机床上，一般都采用三相交流异步电动机作为动力源。 根据机床切削能力的要求确定电机功率：
N=5.5KW
2） 电机转速d n ：
选用时，要使电机转速d n 与主轴最高转速m ax n 和I 轴转速相近或相宜，以免采用过大的升速或过小的降速传动。
d n =1440r/min
3）分配降速比:
该车床主轴传动系统共设有四个传动组其中有一个是带传动。根据降速比分配应“前慢后快”的原则以及摩擦离合器的工作速度要求，确定各传动组最小传动比。
u 总=m in n /E n =28/1440=1/51.4
分配总降速传动比时，要考虑是否增加定比传动副，以使转速数列符合标准和有利于减小齿数和减小径向与轴向尺寸，必须按“前慢后快”的原则给串联的各变速器分配最小传动比。
a 决定轴Ⅲ-Ⅳ的最小降速传动比主轴上的齿轮希望大一些，能起到飞轮的作用，所以最后一个变速组的最小降速传动比取极限1/4，公比ψ=1.41，1.414=4，因此从 Ⅳ轴的最下点向上4格，找到Ⅲ上对应的点，连接对应的两点即为Ⅲ-Ⅳ轴的最小传动比。