X7132立式铣床主轴箱课程设计说明书

XXXX机械学院

机械设计课程任务说明书题目：设计X7132立式铣床的主轴箱部分

班级：机自0803

指导老师：XXX

2011 年9 月22 日

目录

数控机床课程设计 (4)

第一章X7132铣床的用途及主要技术参数 (4)

1.1、用途 (4)

1.2、结构 (4)

1.3、特点 (4)

第二章方案设计 (5)

第三章主传动设计 (5)

3.1 驱动源的选择 (5)

3.2 转速图的拟定 (5)

3.3传动轴的估算 (7)

3.4齿轮模数的估算 (8)

第四章主轴箱展开图的设计 (8)

4.1设计的内容和步骤 (9)

4.2有关零部件结构和尺寸的确定 (9)

4.3 各轴结构的设计 (11)

4.4主轴组件的刚度和刚度损失的计算 (12)

第五章零件的校核 (13)

5.1齿轮强度校核 (13)

5.2传动轴挠度的验算 (14)

第六章心得体会 (15)

参考文献 (15)

数控机床课程设计

第一章X7132铣床的用途及主要技术参数

1.1、用途

卧式升降台铣床是一种中、小型通用金属切削机床。

本机床的主轴锥孔可直接或者通过附件安装各种圆柱铣刀、圆片铣刀、成型铣刀、端面铣刀等刀具,适于加工各种中小零件的平面、斜面、沟槽、孔、齿轮等,是机械制造、模具、仪器、仪表、汽车、摩托车等行业的理想加工设备。

1.2、结构

本机床的机身、升降台、工作台、主传动、悬梁、冷却、润滑及电气等各部分组成。机身由底座、床身组成,床身固定在底座上、升降台位于床身前方,沿床身导轨垂直升降;升降台与滑座由矩形导轨联接。工作台与滑座用燕尾导轨联接,通过丝杠、丝母带动工作台纵、横向移动;主传动安装在床身内,通过床身右侧盖板上的三个变速手柄调节主轴转速;悬梁部分由固定座、滑枕、挂架组成,床身上面安装固定座,与滑枕通过燕尾导轨联结,挂架悬挂在滑枕的一端;冷却液存放在底座内腔中,电器箱安装在床身左侧。

1.3、特点

本机床工作台可纵、横向手动进给和垂直升降,工作台又可纵、横向实现机动进给。主传动采用齿轮变速结构,通过三级齿轮变速,使主轴得到40-1300转/分12级不同转速,调整范围广。主轴采用支撑结构,提高了主轴的刚性。

主轴孔锥度 7:24

卧轴中心至工作台距离(mm)0-450

主轴转速范围() (12级)40-1300

工作台尺寸(mm)1500*320

工作台行程(mm)340*870

工作台纵、横向机动进给速度(mm/min) 8级30-740

工作台垂直升降速度(mm/min) 560

主传动电机功率(kw)2.2

工作台机动进给电机功率(kw) 1.1

机床外型尺寸(mm)1600*1800*1800/1600*2000*1800

机床重量(kg)1600/1700

第二章方案设计

本次设计的数控铣床主轴箱是串联在交流调频主轴电机后的无级变速箱，属于机械无级变速装置。它是利用摩擦力来传递转矩，通过连续改变摩擦传动副工作半径来实现无级变速。由于它的变速范围小，是恒转矩传动，适合铣床的传动

第三章主传动设计

3.1 驱动源的选择

机床上常用的无级变速机构是直流或交流调速电动机，直流电动机从额定转速nd向上至最高转速nmax是调节磁场电流的方法来调速的，属于恒功率，从额定转速nd向下至最低转速nmin是调节电枢电压的方法来调速的，属于恒转矩；交流调速电动机是靠调节供电频率的方法调速。由于交流调速电动机的体积小，转动惯量小，动态响应快，没有电刷，能达到的最高转速比同功率的直流调速电动机高，磨损和故障也少，所以在中小功率领域，交流调速电动机占有较大的优势，鉴于此，本设计选用交流调速电动机。

选择YL100L1-4型交流主轴电动机，最高转速是3000r/min.同步转速1500r/min。

3.2 转速图的拟定

根据交流主轴电动机的最高转速和基本转速可以求得交流主轴电动机的恒功率转速范围 Rdp=nmax/nd=3000/1500=2 （3-1）

而主轴要求的恒功率转速范围

Rnp= nmax/nd=3000/300=10 ,

远大于交流主轴电动机所能提供的恒功率转速范围，所以必须串联变速机构的方法来扩大其恒功率转速范围。

设计变速箱时，考虑到机床结构的复杂程度，运转的平稳性等因素，取变速箱的公比Фf 等于交流主轴电动机的恒功率调速范围Rdp，即Фf=Rdp=2，功率特性图是连续的，无缺口和无重合的。

变速箱的变速级数

Z=lg Rnp/lg Rdp=lg10/ lg 2= 3.3 (3-2)

取 Z=3

确定各齿轮副的齿数：取S=90

由u=0.6 得Z1=30 Z1′=50

由u=2.07 得Z2=54 Z2′=26

由u=0.5 得Z3=30 Z3′=60

选用YL100L1-4型交流主轴电动机，连续额定输出功率为2.2kw。

由此拟定主传动系统图、转速图分别如图3-1、图3-2所示

3-1主传动系统图

3-2转速图

3.3传动轴的估算

传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度要求。强度要求保证轴在反复载荷和扭转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，不允许有较大的变形。因此疲劳强度一般不是主要矛盾。除了载荷比较大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求轴在载荷下（弯曲，轴向，扭转）不致产生过大的变形（弯曲，失稳，转角）。如果刚度不够，轴上的零件如齿轮，轴承等由于轴的变形过大而不能正常工作，或者产生振动和噪音，发热，过早磨损而失效。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。通常，先按扭转刚度算出轴的直径，画出草图后，再根据受力情况，结构布置和有关尺寸，验算弯曲刚度。

计算转速 nj 是传动件传递全部功率时的最低转速，各个传动轴上的计算转速可以从转速图上直接得出如表2-1所示。

表3-1 各轴的计算转速

各轴功率和扭矩计算：

已知一级齿轮传动效率为0.97（包括轴承），则：

Ⅰ轴： P1=Pd ×0.99=2.2×0.99=2.178 KW

Ⅱ轴： P2=P1×0.97=2.178×0.97=2.113 KW III 轴： P3=P2×0.97=2.113×0.97=2.05 KW

Ⅰ轴扭矩： T1=9550P1/n1 =9550×2.178/1500=13.876 N.m

Ⅱ轴扭矩： T2=9550P2/n2 =9550×2.113/900=22.421N.m III 轴扭矩： T3=9550P3/n3 =9550×2.05/450=43.506N.m

表3-3 许用切应力的确定

把以上确定的各轴的输入功率N 、计算转速nj （如表2-1）、允许扭转角[φ]（如表2-3）代入扭转刚度的估算公式

d =

d =

可得各个传动轴的估算直径，由于轴为花键轴或存在键槽扩大轴径5%~15%：

Ⅰ轴： d1=13.22mm 取d1=30mm

Ⅱ轴： d2=15.92mm 取d2=30mm

III 轴： d2=19.55mm 取d3=65mm