2014机床主轴箱部件及组件设计指导书(具体步骤)

山东科技大学

毕业设计（论文）指导书

课题名称：机床主轴箱部件及组件设计指导书

学院(部) 机电系

专业

班级

学生姓名

学号

2014 年2月 xx日至 6 月xx日共 16 周

指导教师（签字）郭秀欣

教研室主任（签字）

车床主轴箱部件及其组件设计步骤

基本要求

1、参数拟定：确定公比，主电动机功率P。

2、运动设计：列出结构式，绘出结构网、转速网、传动系统图，计算各传动副的传动比及齿轮的齿

数。

3、动力设计确定电机型号，主轴、传动轴、齿轮的计算转速，以及关键零部件的强度校核

4、结构草图设计：估算齿轮模数m和轴径d，选择和计算正反向离合器、制动器，绘制出结构草图。

在结构草图的基础上，对根轴进行强度验算，或对主轴进行刚度验算和该轴系的轴承寿命进行验算。

5、主轴变速箱装配设计：在结构草图的基础上，用计算机绘出主轴箱展开图一张，

、主轴箱截面图一张，主轴组件图一张,标注尺寸和配合。

6、绘制轴和齿轮的若干零件图。

7、编写设计计算说明书一份（2万字左右，全部用计算机打印出）。

内容应包括参数、运动设计的分析和拟定，轴和轴承的验算，此外，还应对重要结构的选择和分析做必要的说明，并付有相应的图形，如转速图、传动系统图受力图等，以及查阅资料的出处。

8、参考资料中文不少于10篇，英文不少于2篇。且按要求的格式书写。

一、设计的目的

通过本设计的训练：

1、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、初步掌握机床的动力计算（包括确定电机型号，主轴、传动轴、齿轮的计算转速，关键零部件的强

度校核），以及主轴箱结构草图等的设计，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。

3、其目的在于通过设计，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，运用机械制图，机械设计基础、金属切削机床、精度设计、金属工艺学、材料热处理及结构工艺、零件计算等相关知识，来进行工程设计的能力。

4、培养学生使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力，提高技术总结及编制技术文件的能力。

从而得到编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，

5、使学生树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养学生具有初步的结构分析，结构设计和计

算的能力。巩固大学期间本专业所学到的专业基础课及专业课涉及到的内容。强化计算机绘图的

操作训练。

二、设计内容与基本要求

设计内容：独立完成变速级数为6-12级的机床主传动系统主轴变速箱设计，包括车削左右

螺纹的换向机构及与进给联系的输出轴。

基本要求：

1、课程设计必须独立的进行，每人必须完成展开图、截面图、主轴组件图及足够的零件图图样设

计，能够较清楚地表达各轴和传动件的空间位置及有关结构。

2、根据设计任务书要求，合理的确定尺寸、运动及动力等有关参数。

3、正确利用结构式、转速图等设计工具，认真进行方案分析。

4、正确的运用手册、标准，设计图样必须符合国家标准规定。说明书力求用工程术语，文字通顺

简练，字迹工整。

5、完成典型零件工作图图样设计2 张。

三、设计步骤

方案确定

1、确定有关尺寸参数、运动参数及动力参数。

2、据所求得的有关运动参数及给定的公比，写出结构式，校验转速范围，绘制转速图。

3、确定各变速组传动副的传动比值，定齿轮齿数、带轮直径，校验三联滑移齿轮齿顶是否相碰，

校验各级转速的转速误差。

4、绘制传动系统图。

结构设计

所谓结构设计是将传动方案“结构化”，向生产部门提供装配图，零件工作图，及零件明细表。

主轴箱结构设计的主要内容：包括主轴和传动轴的组件设计；操纵机构设计；开停、制动及换向机构设计；润滑和密封机构的设计；箱体及其它零件设计等。

1、草图设计——估计各轴及齿轮尺寸，确定视图比例，确定展开图及截面图的总体布局；据各轴

的受力条件，初选轴承，在有关支撑部位画出轴承轮廓。并检验各传动件运动过程中是否干涉。

2、结构图设计——确定齿轮、轴承及轴的固定方式；确定润滑、密封及轴承的调整方式；确定主

轴头部形状及尺寸，完成展开图及截面图的绘制。

3、加粗，标注尺寸、公差配合，标注件号，填写明细表及装配图技术要求。

零件图设计

各齿轮、各轴等

编写设计计算说明书

四、基本参数确定

1、基本参数

主参数D——床身上最大加工直径（mm）

通用机床主轴短部结构形状、

或取R d=d man/d mix=4-6

普通车床d max=0.5D R d=d min/d max=0.2-0.5

五、结构式及转速图的拟定

据所给定的公比及算得的极限转速，计算转速级数，为简化结构，确保在15周内完成计任务，对于公比Ф=2和Ф=1.78者，转速级数限制在8级以内（Z≤8）；Ф=1.58和Ф=1.41者，转速级数限制在12级以内（Z≤12）。

例如：确定传动公比?

因为已知 8.4425

1120min max ===n n R n ，1

-=z n R ? ∴ Z=?

lg lg n R +1

∴?=)

1(-Z n R =118.44=1.4129

根据【1】标准公比?表，我们取标准公比系列?=1.41.

因为?=1.41=1.066

，根据标准数列。首先找到最小极限转速25，再每跳过5个数

（1.26～1.066

）取一个转速，即可得到公比为1.41的数列：25，35.5，50，71，100，140，200，280，400，560，800，1120.

可通过类比、试验和计算等方法综合确定，设计中可参照下列经验公式及数据初定。

六、草图设计

要求绘制展开图、截面图各一张，以表达所设计主轴变速箱的基本结构。两图应并行绘制。其中展开图以将各轴展开到同一平面的展开形势绘制，所表达的是各轴及轴上所有零件的实际形状，及轴向位置及尺寸。截面图则反映各轴的空间关系及经向尺寸。

设计展开图时，应考虑主轴的悬伸量、合理跨距；各传动轴上齿轮宽度、滑移齿轮必须保证一对齿轮彻底脱开、另一对齿轮才能进入啮合、并留有1-2mm间隙，不相邻轴上的齿轮在滑动中不干涉等需要，轴承布置，皮带轮的位置等因素综合确定轴向尺寸。

据各轴的轴间距及传动件径向尺寸，合理的布置展开图的位置。

在截面图上须注意，主轴必须在两导轨中央，主轴距导轨面高度应等于主参数之半。带轮一般在主轴箱后上方，要便于防护。布置各传动轴位置时应注意检查不相邻轴之间齿轮或轴是否干涉。

运动件与箱壁之间距离不小于15mm。

结构草图确定后，对有关轴及齿轮进行校验计算。

七、结构图设计

箱壁各安装轴承处可适当设凸缘，加筋条。主轴箱应留有在床身上安装定位的基准面。

主传动系统应设有刹车制动装置，安放位置最好在接近执行件，转速较高且变速范围较小的传动轴上。在向进给系统输出的部位有加工左右螺纹的换向装置，一般采用介轮换向，而且介轮放在反向传动中。主轴轴承可采用滚动轴承，亦可采用滑动轴承，配置形式可以是两支撑，亦可以是三支撑。常见的主轴滚动轴承配置形式及工作性能见表。

提高角接触球轴承的刚度，角接触球轴承的组配形式以背对背使用为好。主轴轴承精度选择：

八、零件工作图设计

设计n个轴n个齿轮。图幅A3.

九、撰写设计计算说明书

要求：

说明简要，计算合理、准确，表达清晰，文字简练通顺。

内容：

1、设计任务；

2、主要规格参数；

3、工作性能及范围；

4、各有关参数的计算与确定；

5、方案论证（可结合结构式及转速图进行）；

6、转速图、传动系统图，转速误差计算；

7、各轴及齿轮的计算转速;

8、有关校验计算；

9、轴承选择使用及有关结构说明。

十、工作进程安排

第1-2周确定设计题目，查阅国内外有关文献资料；复习及学习相关机床设计所用到的理论知识内容，做好设计准备。

第2-3周查找资料，阅读文献，完成开题报告。

第4-5周毕业实习，到工厂实地实习，搜集资料，熟悉现场生产况，并与生产技术工人进行交流、学习，并根据实际情况及时拟定初步设计方案。

第6-10周方案具体设计:确定传动方案、拟定转速图和传动件设计、画主轴箱展开图。

第11-13周中期检查画主轴箱截面图、主轴部件图和各零件的零件图

第14周整理资料、完成毕业设计说明书、检查修改错误、补充设计中遗漏的内容、绘制图纸及整理专题、预出图。

第15周整理说明书、打印装配图及零件图；

第16周最终整理，毕业答辩。

指导教师：郭秀欣

2014-2-10