主轴箱的设计

绪论设计的过程是通过分析、创造和综合而达到满足特定功能目标的一种活动。

在此过程中需不断的对设计方案进行评价，根据评价的结果进行修改，在设计的过程中不断地发现问题和解决问题。

金属切削机床是机械制造业的基础装备，随着社会不断发展和科学不断进步对机床设计技术要求越来越高，计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工程（CAE）应用。

使得机床的设计理论和方法由人工绘图向计算机绘图，由定性设计向定量设计、由表态和线性分析向动态和非线性分析，由可行性设计向最佳设计过渡。

金属切削机床的基本功能是提供切削加工所必需运动和动力。

机床的基本工作原理是通过刀具与工件之间相对运动，由刀具切除工件加工表面多余的金属材料，形成工件加工表面的几何形状、尺寸，并达到其精度要求。

C616型车床是一个十分典型的普通车床，广泛的应用在生产中。

主轴箱的设计不紧要满足机床总体布局变速箱的形状和尺寸的限制、达到十二级转速，还要便于装配、调整、润滑和维修.根据指导教师的推荐，重点选用吴圣庄编著的《金属切削机床》以及辅助类书刊包括《材料力学》《机械制造装备设计》《机械制图》《机械设计》等图书。

其中，戴曙的《金属切削机床设计》无疑是系统化介绍和设计车床的资料。

它从机床设计的步骤，机床的标准化，机床的总体布局到主要的参数的确定，（包括尺寸参数、动力参数）。

在主要的传动设计中，参考齿轮齿数和带轮直径的确定，是主轴箱的尺寸，轴的轴径，以及传动精度等一系列布局。

在结构式，结构网确定之后，要对传动件的结构、材料、构造等进行计算和设计及齿轮的模数确定等。

传动件包括齿轮、传动轴、离合器、制动装置等。

其中齿轮的构造中选用双联齿轮，对齿轮的拼装，齿轮太窄或太宽时的处理，齿轮在轴上的定位问题都有比较全面的论述。

传动轴在反复弯曲载荷和扭曲载荷下不发生疲劳破坏。

刚度方面，轴在弯曲和扭曲载荷下不致产生过大的变形。

高速旋转的轴还应计算其临界转速，以免发生共振，传动轴首先要估算直径，然后再进行刚度验算。

提高刚度时可以采用加大轴的直径缩短轴的长度，使轴上的主动和被动传动件尽可能的靠近，使传动件靠近轴。

在文献资料当中《机床设计图册》中有关C616的主轴箱轴向展开图以及剖面图，外观图等，以及各种轴的空间布置，都要参考《图册》中提供的东西，是一本比较使用的资料。

传动件如齿轮和轴的校核都是参照《材料力学》《机械设计》等内容和公式来展开的。

同时要参考《金属工艺学》在尺寸的标注以及公差配合等内容时，要查阅《尺寸及公差配合》和《机械制造基础》中的尺寸链计算。

同时，还有机床的总体布局和装配，油路等因素的考虑要查阅《机械设计手册》（化学工艺出版社编）。

在制图的过程中，标题拦的尺寸，图纸大小以及一些零件的画法要参考《机械制图》和《简明手册》等工具书。

文献资料是一个设计者必备的工具，选择全面的实用的工具是设计者必备的素质。

面对茫茫书海，我们要在指导老师的引导下挑选合适自己的设计题目的参考资料，并且要多方面收集现代设计中一些先进信息加入到自己的题目中。

其实，整个设计的过程就是将大学四年学习的知识融会贯通的过程，很多当时不会用的感觉泛泛的东西通过设计将变的更具体，可行，学会应用资料，为我所用，能将那些规格化的孤立的零件经过计算，设计成一台可以实现运转的机械，就是我们设计的根本意图所在了。

我们设计还是比较初级的模型，在实践中，只有经过不断的改进，才能达到高的生产效率，然而，基础的知识和原理是设计的源头，工具书的编者为我们提供了如此系统的、直观的资料，是难得的财富，要爱护藏书，让知识美化世界，让文明净化人类。

就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作、学习打下良好的基础。

由于能力所限，设计中难免有许多不妥之处，恳请老师多多指教。

1．主参数的确定1.1 主传动系公比的确定由机械设计工艺师手册查得C616车床技术参数为:nmax=1400r/min n min =31.5r/min Z=12由公式： ϕ1-z =nn minmax 求得公比φ=1.411.2 各级转速n 1=31.5r/min n 7=250r/min n 2=45r/min n 8=355r/minn 3=63r/min n 9=500r/minn 4=90r/min n 10=710r/minn 5=125r/min n11=1000r/min n 6=180r/min 12n=1400r/min2．主传动系设计2.1 结构式因为一轴上装有双向磨擦片式离合器，轴向尺寸较长，为便于结构紧凑，第一变速组采用双联齿轮不按前多后少的原则用三个传动副采用两个传动副。

根据以上的原则：可选择几种传动结构12=2×3×2 12=2×2×3 12=3×2×2按扩大顺序原则63122312⨯⨯= 61222312⨯⨯= 36122312⨯⨯= 16222312⨯⨯=根据主传动系遵守先慢后快，且空间大的原则最终确定结构式为：13612322=⨯⨯2.2转速图如下：1440 r/min 电ⅠⅡr/minⅢⅣ31.54563901251802503555007101000140036:3624:4830:4242:4222:6260:318:72传动系转速图3主传动系统图3.1 齿轮齿数的确定从机械制造装备设计书中查表3-9的基本组的传动比为：Ua1=1 Sz=……,68，70，72，74，76，……, Ua2=1.41 Sz=……,68，70，72，73，75 ,……,Ua3=2Sz=……,66,67,69,72,75,……,取Sz=72,三个传动副的主动齿轮齿数分别为36,30,24则可算出三个传动副的齿轮齿数比分别为Ua1=36/36，Ua2=30/42, Ua3=24/48第一扩大组的传动比为：Ub1=1 Sz=……,80,82,84,86,88 ,……,Ub2=2.82 Sz=……,80,81,84,87,88 ,……,取Sz=84,两个传动副的主动齿轮齿数分别为42、22,则可算出两个传动副的齿轮齿数比分别为Ua1=42/42，Ua2=22/62第二扩大组的传动比为：Uc1=2 Sz=……,86,87,89,90,92,……,Uc2=3.98 Sz=…,86,89,90,91,94,…,取Sz=90,一个传动副的从动齿轮齿数分别为30,另一个传动副主动齿轮齿数为18,则可算出两个传比分别为Uc1=60/30, Uc2=18/723.2齿轮的计算与校核3.2.1计算齿数和为72的齿轮3.2.2校核齿数和为90的齿轮两齿轮的材料均为软齿面齿轮小齿轮用45号钢调质处理,硬度为230～255HBS，大齿轮选用45钢正火处理硬度为190～217HBS。

mm查机械设计图3.3 主传动系统图4KW 1440r/min0212ⅠⅡⅢⅣ36243072422260421830483642624.主轴部件的基本要求主轴部件是机床的重要部件之一。

它是机床的执行件.他的功用提支承并带动工件或刀具旋转进行切削,承受切削力和驱动力等载荷,完成表面成型运动.主轴部件通常由主轴及其支承、传动件、密封件及定位元件组成。

主轴部件的工作性能对整机性能和加工质量以及机床生产率有着直接影响是决定机床性能和技术的经济指标的重要因素.主轴在工作载荷下，应能长期保持需要的稳定的工作精度。

以保证工件的加工精度和表面光洁度。

在各传动件、轴承是最重要的组件所以它的选用都有比较严格的限制。

机床常用的轴承有,滚动轴承、液体静压轴承空气静压轴承等,对主轴轴承的要求是旋转精度高,承载能力大,极限转速高,适应变速范围大,等等。

主轴端安装工件的径向和轴向跳动是主轴箱设计中要保证的部分。

主轴前端采用圆柱滚子轴承和角接触球轴承成对安装，中、后端用深沟球轴承。

在使用时，涉及到双列向心短圆柱滚子轴承间隙的调整，由螺母经套筒压在内环的端面上。

主轴的材料也需要经过计算，在该进行热处理的方位进行处理。

主轴滚动轴承的润滑可以用润滑油和润滑脂来润滑。

关于选用润滑油还是润滑脂要根据转速的高低来判断。

在速度较低时，用润滑脂比用润滑油温度低，在速度较高时，则用润滑油较好。

主轴部件密封的作用，对于油润滑的主轴部件来说，为的是防止油外泄和灰尘屑末进入。

对主轴的要求：1、旋转精度：主轴的外圆面和端面用来安装卡盘，因此应该保证一定的旋转精度2、刚度：指主轴的抗变形能力；3、抗震性：提高主轴的静刚度，采用较大阻尼比的轴承。

4、耐磨性：在安装轴承、夹具、刀具和主件部位应淬火处理。

5、主轴的材料和热处理：采用45号钢。

一般机床的主轴轴承为滚动轴承，可用45钢调质到（220—250）HBS左右，主轴锥孔、卡盘定心轴径。

应淬硬（45—55）HRC 6、主轴轴承的选择：(1)旋转精度高、刚度高、承载能力、大极限转速高.(2)适应变速范围大,磨擦小噪声小.(3)抗震性能好使用维护方便等等.5. 轴的设计及校核5.1主传动轴径， 轴心矩计算a 、选择轴的材料主轴箱传动轴材料选取45钢，经调质处理，其机械性能由机械设计表6-1查得：650b MPa σ=，360s MPa σ=，1300MPa σ-=，1155MPa τ-=；查机械设计表6-4，得[]160b MPa σ-=. b 、初步计算轴径由公式转矩Tτ=WT T=dn P362.055.910⨯⨯[]τT≤得：d ≥=Cmmmm计算，画当量弯矩图（一般而言，轴的强度是否满足只需对危险截面进行校验即可，而轴的当量弯矩较大且轴的直径最小处。

mm强度校合：考虑键槽的影响，查机械设计附表6-8校验合格，故轴安全。

轴上受力分析及弯矩、转矩、当量弯矩图N.mm轴简图(a)轴受力简图(b)水平面受力(c)垂直面受力(d)水平面弯矩图(e)转矩图(h)合成弯矩图(g)垂直面弯矩图(f)3130326530N mmN mmN mm5.2 带轮参数的计算六、箱体的设计箱体的设计查《机械设计实践》。

为了减轻重量和缩短生产周期，箱体采用Q205和Q235钢板焊接而成。

轴承底部可采用圆钢，锻钢或铸钢制造；焊接箱体的箱厚约为铸造体厚的70%到80%，质量比铸造箱体轻1/4—1/2。

齿轮润滑采用浸油润滑，故将齿轮浸入箱体油液中当传动装置在传动时，借助油的粘度将油带到啮合表面进行润滑，同时也将油甩到箱壁来散热。

为避免搅动油损耗功率过大，只要使齿轮啮合处充分润滑。

传动件浸入油中深度不宜太深或太浅，应合适地选择浸油深度。

七、润滑和密封1、润滑综合考虑，选润滑方式为浸油润滑。

润滑剂采用90号工业齿轮油，容量210000ml。

传动件浸油深度为（约1个齿高），滚动轴承的润滑选用飞溅润滑方式。