太原科技大學(xué)華科學(xué)院課程設(shè)計說明書題目C616數(shù)控機(jī)床主軸變速箱設(shè)計人高鵬學(xué)號201122011009指導(dǎo)教師賈育秦系別機(jī)械電子工程系專業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化（機(jī)電方向）班級機(jī)自112210H2015年4月3日太原科技大學(xué)華科學(xué)院數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書題目：C616數(shù)控機(jī)床主軸變速箱內(nèi)容：機(jī)床展開圖主軸零件圖課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計說明書原始資料：機(jī)床轉(zhuǎn)速圖一張;班級機(jī)自112210H學(xué)生高鵬指導(dǎo)教師賈育秦2015年4月3日目錄1.摘要和機(jī)床參數(shù)確定………………1…………………1…………………11.3機(jī)床布局………………12.主傳動系統(tǒng)運動設(shè)計……………………2確定變速組傳動副數(shù)目………………22.2確定變速組的擴(kuò)大順序………………2……………3…………3…………3……………………4………………………43．估算傳動件參數(shù)確定其結(jié)構(gòu)尺寸………5…………5………………6………………………6……………………6………………74．結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………8………………8……………8……………9………………94.5操縱機(jī)構(gòu)、滑系統(tǒng)設(shè)計、封裝置設(shè)計………………9…………9……………9………………10…………10…………………12……………16……………………165.5主軸組件驗算.......................................................176.主軸位置及傳動示意圖..............................................20……………20………………211.摘要機(jī)床課程設(shè)計，是在數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計課程之后進(jìn)行的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的在于通過機(jī)床運動機(jī)械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使學(xué)生在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計構(gòu)思，方案分析，結(jié)構(gòu)工藝性，機(jī)械制圖，零件計算，編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計思想，掌握基本的設(shè)計方法，并培養(yǎng)學(xué)生具有初步的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算能力。1.1機(jī)床運動參數(shù)的確定（1）確定公比φ及Rn已知最低轉(zhuǎn)速nmin=45rpm，最高轉(zhuǎn)速nmax=1980rpm，變速級數(shù)Z=12，則公比： φ=（nmax/nmin）1/（Z－1）=（1980rpm/45rpm）1/（12－1）≈ 轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍：Rn=nmax/nmin=44（2）求出轉(zhuǎn)速系列根據(jù)最低轉(zhuǎn)速45r/min，最高轉(zhuǎn)速=1980r/min，公比φ=1.41，按表選出標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速數(shù)列：200014001000710500355250180125906345已知電動機(jī)功率為N=4kw，根據(jù)《金屬切削機(jī)床簡明手冊》（范云漲、陳兆年編）表11-32選擇主電動機(jī)為Y112M-4，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)見下表1：表1Y90L-4技術(shù)參數(shù)額定功率（kw）滿載時級數(shù)電流（A）效率（%）功率因數(shù)1440415004確定結(jié)構(gòu)方案1）主軸傳動系統(tǒng)采用V帶，齒輪傳動。2）傳動型采用集中傳動。3）制動采用式摩擦離合器和帶式制動器。4）變速系統(tǒng)采用多聯(lián)劃移齒輪變速。5）潤滑系統(tǒng)采用飛濺油潤滑。2）布局采用C616型車床常規(guī)的布局形式。機(jī)床主要由主軸箱，皮鞍，刀架，尾架，進(jìn)給箱，溜扳箱，車身等6個部件組成。主軸的空間位子布局圖主傳動系統(tǒng)運動設(shè)計實現(xiàn)12級主軸轉(zhuǎn)速變化的傳動系統(tǒng)可以寫成多種傳動副組合：1）12=32）12=433）12=34）12=25)12=2方案中1）和2）可省一根軸。但是有一個傳動組內(nèi)有四個變速傳動副，會增加軸向尺寸。這種方案不宜采用。根據(jù)傳動副數(shù)目分配應(yīng)“前多后少”的原則，方案3）是可取的。可以使傳動副傳動組放在接近電動機(jī)處，則可使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件少些，這樣節(jié)省了材料。12=2×3×2的傳動副組合，其傳動組的順序又可有以下六種形式：1）12=31×23×262）12=31×26×233）12=32×21×264）12=34×21×225）12=32×26×216）12=34×22×21選著中間軸的變速范圍最小的方案，變速范圍小，轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩較小，傳動件的尺寸九可以小些，盡量使擴(kuò)大組的順序要與傳動順序一致的原則。所以選擇方案1）較為合理。結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖如下：圖2變速組擴(kuò)大順序 圖3轉(zhuǎn)速圖利用查表法由《金屬切屑機(jī)床》（戴曙編）表8-1，求出各傳動組齒輪齒數(shù)表2各傳動組齒輪齒數(shù)變速組第一變速組第二變速組第三變速組齒數(shù)和728490齒輪Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14齒數(shù)3636304224484935285662311872確定計算功率N-主動帶輪傳動的功率計算功率為Nj根據(jù)計算功率和小帶輪的轉(zhuǎn)速選用的三角帶型號為A，查表的小帶輪直徑推薦植為，大帶輪直徑圖4傳動系統(tǒng)圖估算傳動件參數(shù)確定其結(jié)構(gòu)尺寸 表4計算轉(zhuǎn)速圖傳動件軸齒輪ⅠⅡⅢⅣZ1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14算轉(zhuǎn)速根據(jù)《機(jī)床課程設(shè)計指導(dǎo)書》主軸的驅(qū)動功率為4kw選取前支承軸頸直徑為D=70-90，后支承軸頸直徑：，選取。表5估算傳動軸直徑計算公式軸號計算轉(zhuǎn)速電機(jī)至該軸傳動效率輸入功率允許扭轉(zhuǎn)角傳動軸長度mm估計軸的直徑mm花鍵軸尺寸I71057636II35540III18067046根據(jù)計算公式計算各傳動組最小齒輪的模數(shù)表6估算齒輪模數(shù)估算公式傳動組小齒輪齒數(shù)比齒寬系數(shù)傳遞功率P載荷系數(shù)K系數(shù)系數(shù)許用接觸應(yīng)力許用齒根應(yīng)力計算轉(zhuǎn)速系數(shù)模數(shù)模數(shù)選取模數(shù)m按齒輪接觸疲勞強(qiáng)度按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度第一變速組24716111100518710第二變速組2839161111005183553第三變速組1847161111005183554設(shè)計功率（kw）皮帶選擇的型號為A型兩帶輪的中心距范圍內(nèi)選擇。中心距過小時，膠帶短因而增加膠帶的單位時間彎曲次數(shù)降低膠帶壽命；反之，中心距過大，在帶速較高時易引起震動。①計算膠帶速度②初定中心距③計算帶的基準(zhǔn)長度：按上式計算所得的值查表選取計算長度L及作為標(biāo)記的三角帶的內(nèi)圓長度標(biāo)準(zhǔn)的計算長度為④實際中心距A=A=為了張緊和裝拆膠帶的需要，中心距的最小調(diào)整范圍為A0．02L是為了張緊調(diào)節(jié)量為22.78(h+0.01L)是為裝拆調(diào)節(jié)量為膠帶厚度.⑤定小帶輪包角求得合格.⑥帶的撓曲次數(shù):合格⑦帶的根數(shù)單根三角帶能傳遞的功率小帶輪的包角系數(shù)取5根三角膠帶。4．結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)V帶計算，選用3根O型V帶。由于I軸安裝了摩擦離合器，為了改善它們的工作條件，保證加工精度，采用了卸荷帶輪結(jié)構(gòu)。機(jī)床的變速系統(tǒng)采用了滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)。根據(jù)各傳動組的工作特點，基本組的齒輪采用了銷釘聯(lián)結(jié)裝配式結(jié)構(gòu)。第二擴(kuò)大組，由于傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，則采用了整體式齒輪。所有滑移出論與傳動軸間均采用了花鍵聯(lián)結(jié)。從工藝的角度考慮，其他固定齒輪也采用花鍵聯(lián)結(jié)。由于主軸直徑較大，為了降低加工成本而采用了單鍵聯(lián)結(jié)。為了安裝方便I軸上傳動件的外徑均小于箱體左側(cè)支承孔直徑并采用0000型向心球軸承為了便于裝配和軸承間隙IIIIIIV軸均采用樂2700E型圓錐滾子軸承。V軸上的齒輪受力小線速度較低采用了襯套式滾動軸承。滾動軸承均采用E級精度。本銑床為普通精度級的輕型機(jī)床，為了簡化結(jié)構(gòu)，主軸采用了軸向后端定位的兩支承主軸主件。前軸承采用了318000型雙列圓柱滾子軸承，后支承采用了46000型角接觸球軸承和8000型單向推力球軸承。為了保證主軸的回轉(zhuǎn)精度，主軸前后軸承均用壓塊式防松螺母調(diào)整軸承的間隙。主軸前端采用了圓錐定心結(jié)構(gòu)型式。前軸承為C級精度，后軸承為D級精度。4.5操縱機(jī)構(gòu)、滑系統(tǒng)設(shè)計、封裝置設(shè)計為了適應(yīng)不同的加工狀態(tài)，主軸的轉(zhuǎn)速經(jīng)常需要調(diào)整。根據(jù)各滑依齒輪變速傳動組的特點，分別采用了集中變速操縱機(jī)構(gòu)和單獨操縱機(jī)構(gòu)。主軸箱采用飛濺式潤滑。油面高度為65mm左右，甩油輪浸油深度為10mm左右。潤滑油型號為：HJ30。I軸軸頸較小，線速度較低，為了保證密封效果，采用了皮碗式接觸密封。而主軸直徑大，線速度較高，則采用了非接觸式密封。卸荷皮帶輪的潤滑采用毛氈式密封，以防止外界雜物進(jìn)入。箱體外形采取了各面間直角連接方式，使箱體線條簡單，明快。并采用了箱體底面和兩個導(dǎo)向塊為定位安裝面，并用螺釘和壓板固定。安裝簡單，定位可靠。本機(jī)床屬于臥式銑床，適用于機(jī)械加工車間和維修車間。制動器采用了帶式制動器，并根據(jù)制動器設(shè)計原則，將其放置在靠近主軸的較高轉(zhuǎn)速的III軸上。為了保證離合器與制動器的聯(lián)鎖運動，采用一個操縱手柄控制。傳動件驗算以II軸為例，驗算軸的彎曲剛度，花鍵的擠壓應(yīng)力，齒輪模數(shù)及軸承壽命。驗算變速箱中齒輪強(qiáng)度應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)行接觸壓力和彎曲壓力計算，一般對高速傳動的齒輪驗算齒面接觸壓力，對低速傳動的齒輪驗算齒根彎曲壓力對硬齒面軟齒心滲碳淬火的齒輪要驗算齒根彎曲壓力。接觸壓力的驗算公式：彎曲應(yīng)力的驗算公式：表7齒輪驗算參數(shù)第一傳動組第二傳動組第三傳動組齒輪傳遞功率N齒輪計算轉(zhuǎn)速750375齒輪的模數(shù)m34齒寬B141624小齒輪數(shù)Z242218大齒輪與小齒輪齒數(shù)比u224壽命系數(shù)111速度轉(zhuǎn)化系數(shù)(接觸載荷)彎曲載荷功率利用系數(shù)（接觸載荷）彎曲載荷材料利用系數(shù)（接觸載荷）彎曲載荷工作情況系數(shù)動載荷系數(shù)111齒向載荷分布系數(shù)齒形系數(shù)Y其中壽命系數(shù)工作期限系數(shù)T-齒輪在機(jī)床工作期限（的總工作時間h，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時間可近似地認(rèn)為，P為該變速組的傳動副數(shù)。穩(wěn)定工作用量載荷下的極限值=1。高速傳動件可能存在情況，此時取，載荷低速傳動件可能存在時取計算值。對于一般傳動軸要進(jìn)行剛度的驗算，軸的剛度驗算包括滾動軸承處的傾角驗算和齒輪的齒向交角的驗算。如果是花鍵還要進(jìn)行鍵側(cè)壓潰應(yīng)力計算。以Ⅱ軸為例，驗算軸的彎曲剛度、花鍵的擠壓應(yīng)力圖5軸Ⅱ受力分析圖圖5中F1為齒輪Z4（齒數(shù)為35）上所受的切向力Ft1，徑向力Fr1的合力。F2為齒輪Z9（齒數(shù)40）上所受的切向力Ft2，徑向力Fr2的合力。各傳動力空間角度如圖6所示，根據(jù)表11的公式計算齒輪的受力。圖6軸Ⅱ空間受力分析表8齒輪的受力計算傳遞功率Pkw轉(zhuǎn)速n傳動轉(zhuǎn)矩T齒輪壓力角α°齒面摩擦角γ°齒輪35齒輪4010001394620632380從表8計算結(jié)果看出，Ⅱ軸在X、Z兩個平面上均受到兩個方向相反力的作用。根據(jù)圖7所示的軸向位置，分別計算出各平面撓度、傾角，然后進(jìn)行合成。根據(jù)《機(jī)械制造工藝、金屬切削機(jī)床設(shè)計指導(dǎo)》（李洪主編）書中的表2.4-14,表2.4-15計算結(jié)果如下:a=100b=230c=130f=200l=330×105MPan=l-x=150圖7軸Ⅱ撓度、傾角分析圖（1）xoy平面內(nèi)撓度（2）zoy平面內(nèi)撓度（3）撓度合成×330=0.099，即0.0048〈0.099，則撓度合格。（4）左支承傾角計算和分析a.xoy平面力作用下的傾角b.zoy平面力作用下的傾角c.傾角合成查表得其許用傾角值為0.0006，則左支承傾角合格。（5）右支承傾角計算和分析a.xoy平面力作用下的傾角b.zoy平面力作用下的傾角c.傾角合成查表得其許用傾角值為0.0006，則右支承傾角合格。花鍵鍵側(cè)工作表面的擠壓應(yīng)力為：經(jīng)過驗算合格。機(jī)床的一般傳動軸用的軸承，主要是因為疲勞破壞而失效，故進(jìn)行疲勞壽命驗算。滾動軸承的疲勞壽命驗算根據(jù)表11所示的Ⅱ軸受力狀態(tài)，分別計算出左（A端）、右（B端）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：