变速车床主轴箱设计及实物制作(8级)

8级变速车床主轴箱设计及实物制作机械设计制造及其自动化【摘要】作为主要的车削加工机床，普通车床被广泛的应用于机械加工行业中。

本文主要针对8级变速车床主轴箱的设计进行说明，共包括运动设计、动力设计和结构设计三个部分。

设计的主要内容有机床主要参数的确定，传动方案和传动系统图的拟定，最后通过对车床主轴箱零件进行计算、校核从而完成此机床主轴箱的设计。

在结构设计中主要是主轴箱的传动设计，根据已给定的条件，即主轴转速来设计主传动系统。

实际工作时，操纵变速手柄，通过拨叉拨动主轴箱中的滑移齿轮在轴上移动，实现变速。

【关键词】8级变速；主轴箱；设计Design of the 8-Level Speed Spindle Box & the Model Making Mechanical Design, Manufacturing and Automation MajorAbstract：As major turning machines, universal lathe is used widely in mechanical processing industry. In this paper, it focuses on the design of 8-level speed spindle box, and it includes three parts that motion design, dynamic design and structure design. The main contents of this design is to determine the main parameters, transmission scheme and drive system drawing of the machine tool, and finally complete the design of the spindle box by calculating and checking the parts of the spindle box. The main structure design is the design of transmission , under the given conditions, that is, according to spindle speed design the main drive system. Practically working, it control variable speed handles to achieve different speed through the fork that bring along the sliding gear moving on the axis[1].Key words：8-level speed; spindle box; design目录1 运动设计 (1)1.1 车床主参数和基本参数 (1)1.2 确定公比ψ和结构式 (1)1.2.1 结构网 (1)1.3 拟定转速图 (2)1.3.1 主电机的选择 (2)1.4 齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制 (3)1.4.1 齿轮齿数的确定的要求 (3)1.4.3 传动系统图的绘制 (5)2 动力设计 (6)2.1 确定计算转速 (6)2.1.1 主轴的计算转速 (6)2.1.2 中间传动件的计算转速 (6)2.2 估算各传动轴的直径 (6)2.2.1 Ⅰ轴的直径 (6)2.2.2 Ⅱ轴的直径 (7)2.2.3Ⅲ轴的直径 (7)2.2.4 主轴的直径 (7)2.3 齿轮模数的计算 (7)2.4 三角带传动的计算 (8)2.5 主轴刚度验算 (9)2.5.1 选定前端悬伸量C (9)2.5.2 主轴支承跨距L的确定 (9)2.5.3 计算C点挠度 (10)2.6 离合器的选择与计算 (11)2.6.1 确定摩擦片的径向尺寸 (12)2.6.2 按扭矩确定摩擦离合面的数目Z (12)2.6.3 计算摩擦离合器的轴向压力Q (12)2.6.4 确定摩擦片厚度 (13)2.6.5 反转时摩擦片数的确定 (13)3 结构设计展开图及其布置 (14)4 6级变速车床主轴箱模型的实物制作 (16)4.1 实物的加工 (16)4.2 机构的装配 (16)参考文献 (18)致谢语 (19)1 运动设计1.1 车床主参数和基本参数原始数据与资料：车床主参数：360mm ，主轴转速：100～1120/min r ，转速级数：8，电动机功率：5.5Kw 。

1.2 确定公比ψ和结构式由Rn=ψZ-1 得1120/100=11.2 =ψ7=>ψ=1.41划分各级转速为：100，140,200,280,400,560,800,1120.确定Ⅰ轴的转速为：800r/min ，则i 。

=800/1440=1/1.80 已知Rn=minmax n n Rn=ψZ-1且Z=2a x3b a 、b 为正整数，即Z 应可以分解为2和3的因子，以便用2、3联滑移齿轮实现变速。

8级转速传动系统的传动组，选择传动组安排方式时，考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。

主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大，因此主轴上齿轮少些为好。

最后一个传动组的传动副常选用2[2]。

1.2.1 结构网图1-1 8级等比传动系统结构网由此可知：结构式可确定为：8=21×22×24根据降速比分配应“前缓后急”的原则（也称递降原则）以及摩擦离合器的工作速度要求，确定各传动组最小传动比。

在设计机床时，为防止传动比过传动比过小造成从动轮过大，增加箱体尺寸。

一般限定最小传动比i min ≥1/4。

为减少震动，提高传动精度，直齿轮的最大传动比i max ≤2，直齿轮变速组的极限变速范围是r=2×4=8检验扩大组的变速范围。

由式r j =ψp 0p 1可知ψp 0p 1=1.414<8(不超限制)1.3 拟定转速图运动参数确定以后，主轴各级转速就已知，切削耗能确定了电机功率。

在此基础上，选择电机型号，确定各中间传动轴的转速，这样就拟定主运动的转速图，使主运动逐步具体化。

1.3.1 主电机的选择1）电机功率N ：合理的确定电机功率，使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。

中型机床上，一般都采用三相交流异步电动机作为动力源。

根据机床切削能力的要求确定电机功率：N=5.5KW 。

2) 电机转速d n ： 选用时，要使电机转速d n 与主轴最高转速m ax n 和I 轴转速相近或相宜，以免采用过大的升速或过小的降速传动。

d n =1440r/min 。

3） 电机的选定：已知电动机的功率是3KW ，根据表2选Y132S ——4，额定功率5.5kw ，满载转速1440 minr，最大额定转距2.2mN。

3）分配降速比：该车床主轴传动系统共设有四个传动组其中有一个是带传动。

根据降速比分配应“前缓后急”的原则以及摩擦离合器的工作速度要求，确定各传动组最小传动比。

u 总=m in n /E n =100/1440=1/14.40。

4）确定传动轴的轴数：传动轴数＝变速组数+定比传动副数+1=4[3]。

11208005604002802001401001440ⅠⅡⅢⅣ1:1.801:11:11.41:11.41:11:21:2.82r /m i n图1-2 8级等比转速图1.4 齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制1.4.1 齿轮齿数的确定的要求可用计算法或查表确定齿轮齿数，后者更为简便，根据要求的传动比u 和初步定出的传动副齿数和Z S ，查表即可求出小齿轮齿数。

选择时应考虑：1．传动组小齿轮应保证不产生根切。

对于标准齿轮，其最小齿数[]min min Z Z ≥=17 2．齿轮的齿数和Z S 不能太大，以免齿轮尺寸过大而引起机床结构增大，一般推荐齿数和Z S ≤100-120，常选用在100之内。

3．同一变速组中的各对齿轮，其中心距必须保证相等。

4．保证强度和防止热处理变形过大，齿轮齿根圆到键槽的壁厚。

5．保证主轴的转速误差在规定的范围之内[4]。

1.4.2 变速传动组中齿轮齿数的确定用计算法确定第一个变速组中各齿轮的齿数Z j +Z j ’=ZS i j = Z j /Z j ’=a j /b j其中Z j ——主动齿轮的齿数 Z j ’——被动齿轮的齿数 i j ——一对齿轮的传动比 Z S ——一对齿轮的齿数和其中a j 、b j 为互质数，设 a j +b j =S OjZ j =a jzj oj S S Z j ’ =b j zjojS S 为了保证不产生根切以及保证最小齿轮装到轴上或套筒上具有足够的强度，最小齿轮必然是在降速比最大的传动副上出现。

第一变速组:i a1=1:1 i a2=1：1.41= 57Φ=1.41 S O1=2 S 02=12最小公倍数S 0=12 则S Z =12k最小齿数发生在i a2中 ：Z a2=5×1212k≥17 =>k ≥4 取k=7 则S Z =84 Z a1=42 Z a2=5×1212k=35则从动轮齿数为：Z a1=42 Z a2,=7× 1212k =49第二变速组i b1=1:1 i b2=1:2S 11=2 S 12=3最小公倍数S 0=6 则S Z =6k最小齿数发生在i b2中 ：Z b2=1×63k≥17 =>k ≥9 取k=10 则S Z =60 Z a1=30 Z a2=1× 63k=20则从动轮齿数为：Z b1=30 Z b2,=2×63k=40第三变速组：i c1=1.41:1 =75 i c2=1:2.82=1131S 21=12 S 32=42最小公倍数S 0=84 则S Z =84k最小齿数发生在i c2中 ：Z c2=11×8442k≥17 =>22k ≥17 取k=2 则S Z =84 Z c1=49 Z a2=11×8442k=22则从动轮齿数为：Z c1’=35 Z c2,= 31× 8442k =62见表1-1：表1-1 齿轮齿数表1.4.3 传动系统图的绘制1440r/min42353542493020304049223522图1-3 主传动系图2 动力设计2.1 确定计算转速2.1.1 主轴的计算转速主轴的计算转速为主轴从最低转速算起，第一个1/3转速范围内的最高一级转速，即：n j ﹦n min ψZ/3-1其中：z ﹦8则：n j =n min ﹦100×2.82=177/min r2.1.2 中间传动件的计算转速Ⅲ轴上的4级转速分别为：280、400、560、800r/min.主轴在79r/min 以上都可以传递全部功率。