最大加工直径为250mm车床主传动系统的设计

摘要 本次设计的车床最大加工直径为 250速级数 2 级的普通车床，其工艺范围为 轴箱内部布置四根主轴，结构简单，传动平稳可靠，操作方便，床头箱体积适中。本次设计重点在于主轴箱的装配设计，辅助配以主轴箱剖面图、设计传动系统图、设计转速图。该机床属于中型普通车床，适合于中小企业、工厂选用 关键词 车床 ;主轴箱装配图 ;转速图 ;转速范围 ;传动系统图 目 录 车床住传送的 设计 . 错误 !未定义书签。 第一章 引言 . 3 第二章 机床的总体设计 . 4 . 4 . 4 3主电机功率 . 5 第三章 传动方案的设计 . 6 . 6 ： . 7 . 7 . 8 定齿数注意事项 . 8 轮齿数的确定 . 8 第四章 传动件参数的确定 . 9 的转速 . 9 . 10 . 10 . 10 第五章 传动件的设计 .六章 主要设计零件的计算和验算 . 12 . 12 . 13 初定及键的选取 . 13 . 13 . 14 . 15 . 15 . 17 . 20 第七章 润滑方式的选取 . 21 . 21 . 21 . 22 第八章 结论 . 23 第九章 参考文献 . 24 第十章 设计图附录 . 25 第一章 引言 金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加 工成机器零件的机器，它是制造机器，又称为“工作母机”。 在现代机械制造工业中，金属切削机床是加工机械零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的 40%至 60%。机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。 普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床类总数的 65%，因其主轴以水平方式放置故称为卧式车床。 此次课程设计的主要组成部件 是 主轴箱。 主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一 些列的变速机构使主轴得到所需要的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工 件的加工质量， 因此合理的设计是非常必要的。 第 二 章 机床的 总 体设计 1) 工艺范围 精车、半精车外圆、车螺纹、车端面 2) 刀具材料 硬质合金、高速钢 3) 加工材料 钢合金结构钢、灰口铸铁、铝及铝合金 4) 尺寸范围 0 250 5) 切削用量 6 f=r 确定主轴极限转速 n。 1) 确定主轴最高、最低转速 按照典型工序的切削速度和刀具直径，计算主轴的最高、最低转速。计算公式如下： m a xm a 0 0 m 式中： 分别为 主轴的最高、最低转速（ 转 /分 ） 分别为 最高、最低切削速度（ 米 /分） 分别为 最 大 、最 小 计算直径（ 毫米 ） 应当指出 ，通常用机床的 ， 而是指常用的经济加工的最大和最小直径。对于通用机床，一般取： 式 中： K 系数，根据现有同类机床使用情况的调查确定（卧式车床 K= D 可能加工的最大直径（本次设计中 D=250 计算直径范围。 (2) 计算 据分析，用 硬质 合金 车 刀 对小直径钢材 精车外圆时，主轴转速为最高。参考切屑用量手册及车 削加工的切削速度手册参考 ，取 0m/ K= 则 1 2 5 m 00 . 5m a x 2 5 m 2m a i n 6 3 7 r/ m i 01000m i nm a xm a x 3) 计算 高速钢车刀，对铸铁材料的盘形零件粗车端面。参考切削用量手册，取m/ 1 2 . 7 r/m i 5 51 0 0 0d vn ma n 1000 3 主电机功率 本次设计采用估算法来确定机床电机功率，并结合模拟法适用。功率估算法用的计算公式： 主（垂 直）切削 力 2 3 1 1 331 9 0 0 0 0 . 7 5 切削功率： 4 . 2 K 10231161200 估算主电机功率： 5 . 2 5 K 84 . 2 切切,取主电机的功率为 N=上公式均摘自机床主轴变速箱设计指导一书。 所取 电动机型号 额定功率/载转速/（ r/ 堵截转矩 最大转矩 质量 /定转矩 额定转矩 同步转速 750r/ 级 10 19 摘 自机械设计课程设计课程设计手册一书 第三章 传动方案的设计 1) 选择传动形式 选择带传动：优点是传动平稳，效率较好，可以有效减少震动引起的误差 2) 变速形式 选择分级变速形式 3) 确定公比 根据选用标准公比的一般原则和经验资料故对于通用机床，为使转速损失不大，机床几个又不过于复杂，一般取中等的标准公比。即 = =次设计中，根据有关计算资料取 = 根据 值，可以确定出其派生的转速数列如下： 18, 25, 50, 71, 100, 140, 200, 280, 400, 560， ： 由 Z= ( ( )+1= =整 12 根据转速级数 Z，按照级比指数规律求拟定结构 式为： 631 223Z 其转速图如下： 本次设计曾考虑使用混合公比的传动方式，但由于转速级数 Z 值小，而且从混合公比的结构网中可以看出主轴的分散速度过大，且中间的常用速度少，两边的跳跃跨度大，鉴于通用机床的特点及传动要求，故本次设计根据参数的要求，否定了使用混合公比的传动方式。 通过阅读有关数据（普通机床系列型谱） 确定一下参数： 最大工件长度 L（ 350 750 刀架滑板上最大工件直径（ 125 主轴通孔直径 d2( 25 尾座顶尖套筒锥孔号 莫氏 3号 刀架截面尺寸 h*b( 1616 定齿数注意事项 1) 齿轮的齿数和 以免加大 两轴 之间 的中心距， 使机床结构庞大，一般推荐齿数和 100120 2) 避免最小齿 轮产生 根切现象 ，机床变速箱中，对于标准直 齿圆柱齿轮，一般取最小齿数 1820 3) 齿轮的齿槽到孔壁或键槽的壁厚 a 2m（ ,保证足够的强度，以避免出现断裂现象。 4) 采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间的齿数 差 应大于 4，以保证滑移时，齿轮外圆不相碰。 轮齿数的确定 在同一变速组内的齿轮齿数取 相同 模数，使用查表法，来确定齿轮的齿数 1) 对于 6/36 2 4/48 3 0/42 2) 对于 2/42 2 2/62 3) 对于 2 0/30 4 8/72 从转速 图可知，传动系统图如下： 第 四 章 传动件参数 的确定 的转速 I 轴从电机得到运动，经传动系统转化成主轴各级转速，电机的转速和主轴的转速应相接近，显然，从传动件 在 高速转动下恒功率工作时所受扭矩最小考虑， 同时，如果 I 轴上装有摩擦离合器一类的部件时，高速小摩擦损耗，发热都将成为突出矛盾。因此， 列数据为 轴， I 轴转速的数据： 车床型号 电机转速 r/轴最 高转速 r/轴转速 r/618450 1200 660 450 1400 750 440 2000 960 430 2000 785 440 800 960 440 1160 755 从上表可以看出 001000r/果电动机与 使 避免与主轴尾端发生干涉。 对于中间传动轴的转速考虑的原则 是：妥善解决结构尺寸大小与噪音，振动等性能要求之间的矛盾，中间轴的转速较高时，中间传动轴和齿轮承受的扭矩小，可以使轴颈和齿轮模数小些，从而使结构紧凑。 对于中型通用机床，主轴计算转速的计算公式为： m i n/13zm i 根据金属切削机床设计实现主轴转速的其他传动件的实际工作转速也传递全部功率， 就是其传递全部功率时的最低转速。 据此，可以确定各轴的计算转速如下： 轴序号 主轴 计算转速(r/280 140 50 35 最小齿轮的计算转速如下： 轴序号及最小齿轮齿数 1（ 24） 2（ 22） 3（ 18） 主轴 计算转速 280 140 140 35 （ r/ 第 五 章 传动件的设计 由于带是靠摩擦传递动力，带与轮槽间会有打滑，亦可因而缓和冲击及隔离震动，使传动平稳。本设计用电机输出轴的定比传动。 1) 确定 计算 功率 根据计算功率 W)和小带轮的转速 n1(r/有关图表，选择带的型号。 计算功率 W) 式中： 电机额定功率 工作情况系数 因车床的启动载荷轻 ， 工作 很 稳定，两班制工作时，取 ) 选择三角带的型号 ： 选 3) 确定带轮的计算直径 小带轮计算 直径 因为皮带轮的直径越小，带的弯曲也就越大，为提高带的使用寿命，小带轮的直径不应过小，按照推荐值 1=140 大带轮计算 直径 D2=n 1 D1/55 取整为 50 确定胶带速度 V=（ n 1） /60 100=5.2(m/s)13m/ 初定中心距 ）（ =606 确定胶带计算长度 及 0=2 21 2+ 2012 D =2000 故 L=Y+000+33=2033 胶带的曲挠次数 U=1000=0次 确定实际中心距 A = 2= 验算表带轮的包角 1 6 0 . 7 757 三角带根数 Z Z= 2 2 5 10j 根 故 Z=3根 作用在轴上的力 Q Q =2 1/2)=表机械设计，带轮的材料为铸铁，常用的牌号为 直径 大于等于300时，采用 轮辐 式。 第六章 主要设计零件的计算和验算 rb 额 =2= =3= = 主 = = 550p1/6290(550p2/9715(550p3/89381(550p4/57468(键的选取 传动轴直径按钮转刚度用下式进行概算 ： d=91 )4 (j/N d 传动轴直径（ N 该传动轴的功率（ 该轴的计算转速（ r/ （ ） 该轴每米长度允许扭转角（ m） 一般取传动轴 （ ） =， 通过上式计算可得机床的各轴轴颈 和花键 如下表： 轴序号 2 颈 3050键 8 32 36 6 8 36 40 7 8 42 46 8 支撑形式选择两支撑，初选悬 伸 量 a=90撑跨距 L=520择平键连接， b h=22 14, L=100对于通用机床的主轴尺寸参数，多由结构上的需要确定，故主轴前轴颈 寸按金属切削设计床设计一书，查表 5电动 机 功率参数而定的主轴颈 尺寸统计确定，又 结合其它参考机床设计手册，取 0轴颈 直径，按 定 5 在同一变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最重的小齿轮， 6300 3（查阅金属切削机床设计一书表 4虑到机床所传递的功率取齿轮材料为40处理方式为 整淬（ 接触应力 =125接触疲劳计算齿轮模数 m， 查表计算可得 取 m=8, 2， i=2， 80, 由上面的公式得 m= m=10, 2， i=40, 由上面的公式得 m= 取 m=8, 8， i=4， 00, 由上面的公式得 m=3 实际转速 5 准转速 8 0 71 100 140 200 280 400 560 误差 以上各级的转速误差全部满足 标准转速标准转速实际转速 10（ %=10（ %=轴及齿 数 1 36 1 24 1 30 2 36 2 48 2 42 2 42 2 22 3 42 3 62 3 60 3 18 主 30 主 72 模数 3 3 3 分度圆直径 90 60 75 90 120 105 105 55 105 155 180 54 90 216 齿根圆直径 顶圆直径 95 65 80 95 125 110 110 60 110 160 186 60 96 222 1) 一轴到二轴的小齿轮从上表可知齿数为 24 查设计手册可得 以 下数据： Z=24， U=2， m=5,80r/=18000/2=9000 接触应力为： KT=n=n kN 1 0 0 02 0 8 8 （ N=j=100曲应力： ： ： KT=n=Y=1 9 1321w k (将以上数据代入公式可得 w=18220) 二轴到三轴的小齿轮从上表可知齿数为 22 查设计手册可得到以下数据： Z=22， U=m=10 5,40r/=18000/2=9000 接触应力为： KT=3 n kN u( 0 02 0 8 8j（ N=j=946100曲应力： KT=n=n kN Y=1 9 1321w k ( 将以上数据代入公式可得 w=19720) 三轴到主轴的小齿轮从上表可知齿数为 18 查设计手册可到以下数据： Z=18 ， U=4 ， m=3,B=10 3=30,00r/ T=18000/2=9000 接触应力为： KT=n=n kN u( 0 02 0 8 8j（ N=j=697100曲应力： KT=n=n kN Y=1 9 1321w k (将以上数据代入公式可得 w=17720 主轴的前端部挠度 y=525= 主轴在前轴承处的倾角 容许值【 】轴承 在安装齿轮处的倾角 容许值【 】齿 平均 =i =470 2506812060150451640 67 取 E=105I= 4404 5 6 9 0 4874516487 4z 计件主 Z = Z =于小齿轮的传动力大，这里以小齿轮来进行计算 主主主主 将其分解为垂直分力和水平分力 由公式 ta 可得 Z Y 8 8 51 6 53 2 1 5 41 6 23 2件主轴载荷图如下所示： 垂直平面内 水平面内 由上图可知如下数据： a=310b=160l=470c=67E b y 2 2 0 0 1 7 21 E 齿 齿 3 齿 5321z 齿齿齿齿 E 轴承 轴承 lM 轴承5321z 轴承轴承轴承轴承 计算（在水平面内） E b y E I 齿 齿 齿 5321y 齿齿齿齿 E 轴承 轴承 轴承 轴承轴承轴承轴承 合成： 0 1 齿齿齿 0 0 0 3 轴承轴承轴承 （ 1） 带轮：由于带轮不承受轴向力，故选用深沟球轴承，型号： 6210. （ 2） 一轴：一轴的前后端与箱体外壁配合，配合处传动轴的轴颈是 25时轴也不会承受轴向力故也选用深沟球轴承，型号： 6205. （ 3） 二轴：二轴与一轴相似，但是由于工作过程之中传动可能有误差，二轴会受轴向力，因此二轴与外币配合采用圆锥滚子轴承，型号： 30206. （ 4） 三 轴： 三轴与外壁配合处采用圆锥滚子轴承，型号： 30207. （ 5） 主轴：主轴是传动系中最为关键的部分，因此应该合理的选择轴承 。从主轴末端到前段均 为圆锥滚子轴承，型号 分别为 ： 30210、 30211、 30212 第七章 润滑方式的选取 1) 应保证开动机床时能够立即供给润滑油。 2) 润滑系统尽可能自动化，工作可靠，以减轻劳动强度。 3) 润滑系统中应设有便于观察润滑工作是否正常的装置。 4) 摩擦面的润滑油量必要时应能调节，以保证被润滑零件正常工作。 5) 润滑系统的检修和清理应方便。 机床上常用 润滑剂有两种：润滑脂和润滑油。 （ 1） 润滑脂 常用的润滑脂有钙基润滑脂和钠基润滑脂两种。在机床上主要应用钙基润滑脂，其特点是粘度较大，有耐水性，熔点低，一般应用于工作温度不超过 60摩擦表面；用在外表面及垂直表面也不易流失，密封简单 。但是流动性差，导热系数小，不能做循环润滑剂；摩擦阻力大，机械效率低。 （ 2） 润滑油 润滑油通常指各种矿物油，其物理和化学性能比较稳定。与润滑脂相比，润滑油的粘度小，摩擦系数低，冷却效果好，适用于高速运动和集中的自动润滑系统中，因此，在机床的变速箱或进给箱中广泛应用。润滑 油的主要特性是粘度，通常是用运动粘度或相对粘度来表示。 润滑对主轴组件的工作性能与轴承寿命都有密切关系。通常润滑油的粘度可根据主轴前轴颈 d(毫米 )和主轴最高转速分 )的乘积教 d 选择使用润滑油应考虑的因素： 1) 相对运动速度。机床部件或零件相对转动或滑动速度高，应选用粘度较小的润滑油，以减少能量损失和温升。 2) 单位面积上的压力越大，选用的润滑油粘度应越大。因为粘度大的油有较大的 内聚力，不易从 摩擦表面中挤压出来。 3) 工作温度高时，应选用粘度较大的润滑油，以免由于温度的升高使粘度降低。 （ 1） 飞溅润滑 在箱体底部装有润滑油，利用最低位置传动轴上齿轮或溅油盘浸入油内一定深度，当机床工作时，旋转的齿轮或溅油盘将润滑油向各方向溅出，直接落到润滑件的表面上或落到特制的油盘或油槽中，油液沿着油管或油槽流至需要润滑的表面上。当溅油齿轮或溅油圆盘的圆周速度适宜时，还能形成油雾，油雾中的细小油珠会落到各摩擦面的间隙中进行润滑。 飞溅润滑的优点是结构简单，使用方便，而且油的消耗量也少。但这种方式需在一 定的条件下才能有效地工作，即溅油齿轮或溅油盘的圆周速度不能太大或太小。 （ 2） 循环润滑 这是比较完善的润滑方法，对于发热量较大或防止温升过高的某些摩擦表面，需用油泵供油进行强制循环润滑，将摩擦面所产生的热量由润滑油带走，进行冷却。 （ 3） 滴油润滑 采用油杯或绒线间断的供少量的润滑油。优点是结构简单，使用方便；缺点是难于控制油量。这种方法主要用于需要油量不大的地方。 （ 4） 油雾润滑 利用压缩空气，通过专门的雾化器形成含少量油的油雾喷入轴承。油雾润滑的阻力小，散热性好，是一种很好的润滑方法。 （ 5） 喷射 (注射 )润滑 一般是通过轴承周围的 3 4 个喷嘴，将 4 公斤厘米 2的压力油喷注到轴承隔离器的空隙，周期性地把油送到润滑表面，供油量少，润滑效果好，但需要一套专门设备。这种方法主要用于转速很高的主轴组件的轴承润滑。 第八章 结论 随着 近年来，数控机床以其加工精度高、生产率高、柔性高、自动化程度高、适应中小批量生产而日益受到重视。 80 年代是数控机床开始大发展的年代，数控机床和加工中心已成为当今机床发展的趋势。 我设计的是数控车床主传动系统，其中包括：数控车 床的主运动传动链，纵向进给运动传动链，还包括齿轮模数计算及 校核，主轴刚度的校核等。与通用车床相比：数控车床的进给传动链采用间隙消除措施，并可对反向间隙和丝杠螺距误差进行自动补偿，所以可