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1、 龙门铣床主轴箱设计说明书 学生姓名：朱立芹 学号：0401080804 学院：机械工程学院 专业：机械制造及其自动化专业 题目：专业课程设计X2010型龙门铣床主轴箱设计 指导老师： 日期：2011年9月5日课程设计任务书1. 设计目的本次课程设计是毕业课程设计前一次对我们大学四年期间机械专业基础知识的考核和检验。它囊括了理论力学，材料力学，机械原理，机械设计，机械制造装备设计等许多机械学科的专业基础知识。它不仅仅是对我们专业知识掌握情况的考核和检验，也是一次对我们所学的知识去分析，去解决生产实践问题的运用。 通过本专业课程设计的训练，使学生初步掌握机床的运动设计（包括主轴箱、变速箱传动链）
2、，动力计算（包括确定电机型号，主轴、传动轴、齿轮的计算转速），以及关键零部件的强度校核，获得工程师必备设计能力的初步训练，从而提高分析问题、解决问题尽快适应工程实践的能力。2. 设计内容和要求1运动设计：根据所给定的转速范围及变速级数，拟定机床主运动传动结构方案(包括传动结构式、转速分布图)和传动系统图，确定各传动副的传动比，计算齿轮的齿数，主轴实际转速及与标准转速的相对误差。2动力计算：选择电动机型号及转速，确定传动件的计算转速、对主要零件（如齿轮、主轴、轴承等）进行计算（初算和验算）。3结构设计进行主传动系统的轴系、变速机构、主轴组件等的布置和设计并绘制展开图、剖面图、主要零件工作图。4编
3、写设计说明书1）机床的类型、用途及主要参数主轴转速范围：变速级数：z=12，主电动机：P=13KW，n=1460r/min。工作台尺寸：1000x3000mm。主轴孔径：29mm。主轴套筒：直径250mm，手动调整距离200mm。主轴箱进给范围：18级，10500mm/min，快速移动速度1.5m/min，回转角度30。推荐最大刀盘直径：350mm。2）设计部件名称：X2010型龙门铣床主轴箱。3. 设计工作任务要求1 专业课程设计设计说明书一份2 主轴箱展开图一张3主轴箱剖面图一张4机床传动系统图一张5一个零件工作图（主轴）一张 目录1、 概述32、 参数的确定 2.1转速范围、各级转速等的
4、确定33、 传动设计 3.1确定结构式及结构网43.2绘制转速图53.3绘制传动系统图64、 传动件的估算4.1齿轮齿数确定7 4.2 各轴和齿轮计算转速9 4.3验算主轴各级转速相对误差105、 动力设计5.1电机型号115.2各轴直径估算115.3齿轮模数的估算13 5.4尺宽的确定145.4轴承的选择156、 结构设计6.1齿轮的轴向布置156.2各传动轴及其上传动元件的布置156.3主轴及其组件的配置17 6.4传动件的验算187、 总结198、 参考文献19一、概述在现代机械制造工业中，金属切学机床是加工机器零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的40%60%。机床的
5、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。课程设计是在学生学完相应课程及先行课程之后进行的实习性教学环节，是大学生的必修环节，其目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计，使学生在拟定传动和变速的结构的结构方案过程中，得到设计构思，方案分析，结构工艺性，机械制图，零件计算，编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养学生具有初步的结构分析，结构设计和计算能力。该铣床主要用于大中型零件的平面加工。由于机床具有足够的刚度，可用镶硬质合金端铣刀进行高速铣削。该铣床工作台只有纵向进给运动。主轴箱做成单独部件，安装在立柱及横梁上，可沿导轨作横向
6、和垂直进给运动，横梁可沿立柱导轨作垂直方向的调整。主轴也可以沿其轴向作调整。主轴采用手动变速。进给系统的滑移齿轮变速机构、离合器的开合、横梁的卡紧与松开，都采用液压装置来控制。调整工作台侧面T形槽内撞块，可使工作台运动实现自动循环。2、 参数的拟定2.1确定转速范围、各级转速已知，z=12，由、，可得=12.6，=1.26.所以查18页表1.4（机械制造装备设计（陈立德主编）得各级转速为：50r/min， 63r/min， 80r/min, 100r/min, 125r/min, 160r/min, 200r/min, 250r/min, 315r/min, 400r/min, 500r/mi
7、n, 630r/min。3、 传动设计为了便于集中操作，箱体数目减少，本方案采用集中传动式布局，采用直齿滑移轮变速，采用电动机开停及制动方式。3.1确定结构式及结构网 由于结构上的限制，变速组中的传动副数目通常选用2或3为宜，即变速级数Z应为2和3的因子，故其结构式为：.对于12级传动，其结构式可为以下三种形式：；。 在电动机功率一定的情况下，所需传递的转矩越小，传动件和传动轴的集合尺寸就越小。因此，从传动顺序来讲，尽量使前面的传动件多一些，即前多后少原则。故本设计采用结构式为：。 为了使一根轴上变速范围不超过允许值，传动副数越多，级比指数应小一些。考虑到传动顺序中有前多后少原则，扩大顺序应采
8、用前小后大的原则，即所谓的前密后疏原则。故本设计采用的结构式为：。12：级数。3，2，2：按传动顺序的各传动组的传动副数。1，3，6：各传动组中级比间的空格数，也反映传动比及扩大顺序。 验算转速范围：，在允许范围内。该传动形式反映了传动顺序和扩大顺序，且表示传动方向和扩大顺序一致。 结构网只表示各传动副传动比的相关关系，而不表示数值， 因而绘制成对称形式：3.2绘制转速图绘制X2010龙门铣床转速图前，有必要先说明：为了结构紧凑，减小振动和噪声，通常限制：a：最小传动比Imin=1/4;b：最大传动比Imax=2(斜齿轮=2.5);所以，在一个变速组中，变速范围要小于等于8，对应本次设计，转速
9、图中，一个轴上的传动副间最大不能相差6格，可知上述结构式是符合要求的。c：前缓后急原则；即传动在前的传动组，其降速比小，而在后的传动组，其降速比大。3.3绘制传动系统图4、 传动件的估算4.1齿轮齿数确定 本设计中，各轴由电动机直接带动，未经过带传动驱动。对于变速组内齿轮的齿数，如传动比是标准公比的整数次方时，变速组内每对齿轮的齿数和及小齿轮的齿数可以从表1-7（机械制造装备设计陈立德主编）中选取。为了便于设计和制造，同一传动组内各齿轮的模数常取为相同。此时，各传动副的齿轮齿数和相同。显然，齿数和太小，则小齿轮的齿数少，将会发生根切，或造成其加工齿轮中心孔的尺寸不够（与传动轴直径有关），或造成
10、加工键槽（传递运动需要）时切穿齿根；若齿数和太大，则齿轮结构尺寸大，造成主传动系统结构庞大。因此，应根据传动轴直径等适当选取。一般在主传动中，最小齿数应大于1820。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齿轮之间的齿数差应大于或等于4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。轴与轴间的传动比为、，当各对齿数和相等时主动齿轮齿数为35、31、27，从动齿轮齿数为35、39、43。齿数和为70。轴与轴间的传动比为、，当各对齿数和相等时主动齿轮齿数为39、26，从动齿轮齿数为39、52。齿数和为78。轴与轴间的传动比为、，当各对齿数和相等时主动齿轮齿数为49、23，从动齿轮齿数为3
11、1、57。齿数和为80。轴与轴间为降速传动，传动比为，主动齿轮齿数为29，从动齿轮齿数为57，齿数和为86。电机轴（即轴）与轴间传动比为，主动齿轮齿数为24，从动齿轮齿数为44，齿数和为68。第一变速组第二变速组第三变速组707880齿数2731354339352639523923495731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。4.2 各轴和齿轮计算转速 此机床为大型机床，主轴计算转速n为主轴第二个三分之一转速范围内的最低一级转速r/min。取n=125r/min。 轴有12级转速，其中转速250
12、r/min通过齿轮副29/57可获得轴计算转速125r/min，需传递全部功率，故轴的250r/min转速也应能传递全部功率，是计算转速。轴有6级转速，其中最低转速250r/min通过双联滑移齿轮可使轴获得两级转速：100r/min和400r/min。400r/min比轴的计算转速高，需传递全部功率，故轴的最低转速也应能传递全部功率，是计算转速。由于轴的最低转速是其计算转速，所以前面的各轴的最低转速均应是它们的计算转速，所以有：轴计算转速为500r/min，轴计算转速为800r/min，电机轴的计算转速为1460r/min。各变速组内一般只计算最小的，也是强度最薄弱的齿轮，故也只需确定最小齿轮
13、的计算转速。轴轴间齿轮z=29在250r/min时可以使轴获得计算转速125r/min，所以齿轮z=29的计算转速为250r/min。轴轴间变速组的最小齿轮是z=23，经该齿轮传动，使轴获得6级转速：100r/min，125r/min，160r/min，200r/min，250r/min，320r/min。轴的计算转速为250r/min，故z=23的齿轮在630r/min时应能传递全部功率，是计算转速。轴轴间变速组的最小齿轮是z=26，经该齿轮传动，使轴获得3级 转速：250r/min，320r/min，400r/min。轴的计算转速为250r/min，故z=26齿轮在500r/min时应能传
14、递全部功率，是计算转速。轴轴间变速组的最小齿轮是z=27，经该齿轮传动，使轴获得一级转速:500r/min。轴的计算转速为500r/min，故z=27齿轮在800r/min时应传递全部功率，是计算转速。而由转速图可看出电机轴与轴间的齿轮z=24也传递了全部功率，是计算转速。传动件轴轴轴轴轴轴z=29z=23z=26z=27z=24计算转速125250250500800146025063050080014604.3验算主轴各级转速误差为各变速组齿轮传动比。=0.02。各级转速N1N2N3N4N5N6标准转速506380100125160实际转速50.363.6880.11100.6127.351
15、60.22转速误差0.6%1.1%0.14%0.6%1.8%0.14%各级转速N7N8N9N10N11N12标准转速200250320400500630实际转速197.04249.44313.81394.1498.88627.62转速误差1.5%0.22%1.97%1.5%0.22%0.38%经计算知转速相对误差满足要求。五、动力设计5.1电机型号对于无特殊要求的机床，本设计选择Y160L-4型三相异步电动机。额定功率为15kW。5.2各轴直径估算传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度的要求，强度要求保证轴在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求较高，不允许有较大变形。因
16、此疲劳强度一般不失是主要矛盾，除了载荷很大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不至发生过大的变形。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。参考指导书目，取龙门铣床钢制主轴前轴颈直径为，后轴颈直径，取。主轴内孔直径，其中为最大加工直径为350mm，取d=29mm。估算传动轴直径（忽略各传动功率损失）：齿轮选择：出了主轴上的齿轮要求精度较高，使用7级精度外，其他传动齿轮均采用8级精度。传动效率分别为0.98、0.97。、轴上由于仅需承受径向载荷，且轴的转速较高，所以均采用深沟球轴承；轴由于要承受主轴传来的轴向载荷，可采用圆锥滚子轴承；主轴前端可采用双列向心短圆柱滚子轴承来承受较大径向载
17、荷，同时配一对推力球轴承来分担轴所受轴向载荷；中部辅助支承处加一个深沟球轴承；后端也采用一对深沟球轴承。滚子轴承的传动效率为0.98，球轴承的传动效率为0.99。联轴器传动效率为0.99。由此得出各轴的传递功率：轴：轴：轴：轴：轴：主轴：按扭转刚度估算各轴直径：K为键槽系数，A为系数，按轴每米长允许的扭转角选取。N为轴传动功率,n为轴计算转速。、轴均为花键轴，轴较长，为花键轴和单键组合，轴为单键轴。轴轴轴轴轴A9280777777K1.031.051.071.081.07N12.2411.0610.309.609.22n1460800500250250计算出各轴直径分别为：28.7mm，28.
18、8mm，31.2mm，36.8mm，57.4mm。分别取：30mm，36mm，36mm，40mm，62mm。此轴径为平均直径，设计时可相应调整。5.3传动齿模数估算 一般同一变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最重的小齿轮计算，初定计算公式为N-该齿轮传递的功率；Z-齿轮齿数；-该齿轮计算转速。 计算出得各变速组取模数值分别为：3、4、4、4、5。标准齿轮：从机械原理 表10-2查得以下公式：齿顶圆 齿根圆 分度圆 齿顶高 齿根高 齿轮的具体值见表齿轮齿数z模数m分度圆d齿顶圆齿根圆齿顶高齿根高127410811698452314124132114453354140148130454434172
19、180162455394156164146456354140148130457264104112944583941561641464595242082161984510394156164146451123492100824512494196204186451357422823621845143141241321144515243727864.533.7516443132138124.533.7517295145155132.556.2518575285295272.556.255.4尺宽的确定 由公式得：-轴啮合齿轮 -轴啮合齿轮 -轴啮合齿轮 -轴啮合齿轮 -轴啮合齿轮 一对啮合齿轮，为了防
20、止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的载荷，设计上，小齿轮比大齿轮齿宽大510mm。所以取：=38mm，=36mm；=32mm，=32mm；=30mm，=36mm；=38mm，=30mm；=28mm，=30mm；=40mm，=30mm；=30mm，=36mm；=40mm，=32mm；=36mm，=30mm。6、 结构设计6.1齿轮的轴向布置本次设计中有多处使用了滑移齿轮，而滑移齿轮必须保证当一对齿轮完全脱离后，令一对齿轮才能进入啮合，否则会产生干涉或变速困难。所以与之配合的固定齿轮间的距离应保证留有足够的空间，至少不少于齿宽的两倍，并留有=12mm的间隙。6.2各传动轴
21、及其上传动元件的布置轴：左采用深沟球轴承，型号为6004，右采用深沟球轴承，型号为6006。平键连接，尺寸为10x8。轴：左端采用深沟球轴承，型号为6006，中间采用深沟球轴承，型号为6007，右端采用深沟球轴承，型号为6008。右半轴与固定齿轮用平键连接，左半轴采用花键连接三联滑移齿轮，花键尺寸为。轴的左端部还有用于驱动供给润滑油的齿轮，图中未画出。轴：花键轴上固定了4个齿轮，左右端都用套筒定位。采用的均为深沟球轴承，型号为6006。花键尺寸为。轴：轴较长，采用三支承结构。双联滑移齿轮均采用单键连接式，并用花键与轴连接固定。三轴承均采用深沟球轴承。花键尺寸为。轴：用花键轴固定了3个圆柱齿轮，
22、左端用套筒定位，右端用端盖固定好轴承外圈。采用的轴承为圆锥滚子轴承，型号为30211 。花键尺寸为调整6.3主轴及其组件的配置 主轴前端可采用双列向心短圆柱滚子轴承来承受较大径向载荷，同时配一对推力球轴承来分担轴所受轴向载荷；中部辅助支承处加一个深沟球轴承；后端也采用一对深沟球轴承。主轴套筒可由手柄操控作轴向移动，以适应主轴轴向微调的需要。主轴前支承用双列向心短圆柱滚子轴承，用螺母来调整其径向间隙，轴向力由两个推力轴承来承受，通过螺母调整其轴向间隙。6.4传动件的验算轴的强度验算：由于机床主轴箱中各轴的应力都不是很大，验算时，通常用复合应力公式进行计算：-许用应力，考虑应力集中和载荷循环特性等
23、因素。W-轴的危险断面的抗弯断面系数。花键轴的抗弯断面系数d-花键轴内径；D-花键轴外径；b-花键轴键宽；z-花键轴的键数。T-在危险断面上的最大扭矩N-该轴传递的最大功率；n-该轴的计算转速。M-该轴上的主动被动轮的圆周力、径向力所引起的最大弯矩。齿轮圆周力：D-齿轮节圆直径。齿轮径向力：算出齿轮的作用力，即可计算轴承处的支撑反力，由此得到最大弯矩M。经查表计算得传动轴的强度校验符合设计要求。滚动轴承验算：滚动轴承主要是由于疲劳破坏而失效，故应对轴承进行疲劳寿命验算。下面对按轴颈尺寸及工作状况选定的滚动轴承型号进行寿命验算： -额定寿命； C-滚动轴承的额定动负荷； -速度系数； -工作情况
24、系数； -寿命系数； n-轴承计算转速，即轴的计算转速； -寿命系数，不考虑交变载荷对材料的强化影响时，分别指功率利用系数、转速变化系数、工作期限系数； -齿轮轮换工作系数； P-当量动载荷。 使用上述公式对各轴承进行寿命校核，所选轴承均符合设计要求。 直齿圆柱齿轮的强度计算： 在验算主轴箱中的齿轮强度时，选择相同模数中承受载荷最大的、齿数最小的齿轮进行接触强度和弯曲疲劳强度的验算。一般对高速传动齿轮主要验算接触疲劳强度，对低速传动齿轮主要验算弯曲疲劳强度。七、总结在课程设计当中，我也遇到了一些问题。设计过程也是培养我们认真细心的态度。在此过程中不断发现问题和解决问题，使我加深了对大学所学课程理解，综合应用，并得到进一步的巩固，这对以后的学习和工作都有积极的意义。 总之，这次的课程设计让我学到了很多东西。8、 参考文献1、 机械制造装备设计.第2版.冯辛安主编.北京.机械工业出版社.20052、 机械制造装备设计.陈立德，赵海霞主编.北京.国防工业出版社.20103、 机械制造技术基础.吉卫喜主编.北京.高等教育出版社.20084、 机械设计课程设计手册.第3版.吴宗泽，罗圣国主编.北京.高等教育出版社.20065、 机械设计.第8版.濮良贵，纪名刚主编.北京.高等教育出版社.20066、 互换性与测量技术基础.毛平准主编.北京.高等教育出版社.200621