CM6132机械系统设计课程设计_精密车床主轴箱及变速箱系统设计

目录绪论 (1)1．概述 (5)1.1机床主轴箱课程设计的目的 (5)1.2设计任务和主要技术要求 (5)1.3操作性能要求 (6)2.技术参数确定与方案设计 (6)2.1原始数据 (6)2.2开展CM6132功能原理设计 (6)3．运动设计 (7)3.1确定转速极速 (7)3.1.1计算主轴最高转速 (9)3.1.2计算主轴最低转速 (10)3.1.3确定主轴标准转速数列 (11)3.2主电动机的选择 (12)3.3变速结构的设计 (14)3.3.1 主变速方案拟定 (14)3.3.2 拟定变速结构式 (14)3.3.3拟定变速结构网 (15)3.3.4 验算变速结构式 (16)3.5齿轮齿数的估算 (20)3.6主轴转速误差 (23)4.动力设计 (26)4.1电机功率的确定 (26)4.2确定各轴计算转速 (26)4.3带轮的设计 (27)4.4传动轴直径的估算 (30)4.5齿轮模数的确定 (33)4.6主轴轴颈的直径 (36)4.6.1主轴悬伸量a (36)4.6.2主轴最佳跨距0L的确定和轴承的选择 (36)4.6.3主轴组件刚度验算 (37)5. 结构设计 (38)5.1齿轮的轴向布置 (39)5.2传动轴及其上传动元件的布置 (40)5.2.1 I轴的设计 (42)5.2.2 II轴的设计 (42)5.2.3 III轴的设计 (42)5.2.4 带轮轴的设计 (42)5.2.5 Ⅳ轴的设计 (43)5.2.6主轴的设计 (43)5.2.7 主轴组件设计 (43)5.3齿轮布置的注意问题 (44)5.5润滑与密封 (45)5.6其他问题 (45)6.总结 (46)7.致谢 (47)8.参考资料 (47)1．概述1.1机床主轴箱课程设计的目的机床课程设计，是在学习过课程《机械系统设计》之后进行的实践性教学环节。

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。

1.2设计任务和主要技术要求本次课程设计任务是CM6132车床主传动设计。

由于CM6132车床是精密、高精密加工车床，要求车床加工精度高，主轴运转可靠，并且受外界，振动，温度干扰要小，因此，本次设计是将车床的主轴箱传动和变速箱传动分开设计，以尽量减小变速箱，原电机振动源对主轴箱传动的影响。

本次课程设计包括CM6132车床传动设计，动力计算，结构设计以及主轴校核等内容，其中还有A0大图纸的CM6132车床主传动的装配图。

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，因此称之为专业课程设计。

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。

1.3 操作性能要求1）具有皮带轮卸荷装置2）手动操纵双向摩擦片离合器实现主轴的正反转及停止运动要求3）主轴的变速由变速手柄完成2.技术参数确定与方案设计2.1原始数据(1)机床主参数：D max=ø320mm。

(2)刀具材料：高速钢或硬质合金。

(3)工件材料：钢或铸铁。

2.2开展CM6132功能原理设计画出车削加工的运动功能图，写出车削加工的运动功能结构式。

图1 车床运动功能图和运动功能式绘出传动原理图。

图2 车削加工的传动原理图3．运动设计根据机床的规格、用途和常用的切削用量，以及与同类型机床的类别分析，确定机床主运动的极限转速、主轴转速的合理分布，从而确定主运动传动系统的公比和级数。

拟定传动系统的结构方案（结构式、结构网设计），分配分变速组的传动比，确定齿轮齿数，绘制其传动系统图，并计算校核其转速误差。

3.1确定转速极速调查和分析所设计机床上可能进行的工序，从中选择要求最高、最低转速的典型工序。

按照典型工序的切削速度和刀具直径（或工件直径）计算最高、最低转速（即极限转速）和。

计算公式如下：==式中：——分别为主轴最高、最低转速——分别为最高、最低切削速度；——分别为最大、最小计算直径。

应当指出，通用机床的并不是机床上可能加工的最大和最小直径，而是指常用的经济加工的最大和最小直径。

对于通用机床，一般取：=k·D=式中：D——可能加工的最大直径（mm）；K——系数，根据对现有同类型机床使用情况的调查确定（摇臂钻床，k=1.0;普通车床，K=0.5）；——计算直径范围（=0.2～0.25）。

就本课程设计的D max=ø320mm的精密卧式车床设计，取K=0.5、=0.25。

=k ·D=0.5×320mm=160mm;min d =d R ×m ax d =0.25×160mm=40mm 。

3.1.1计算主轴最高转速根据设计要求，及其刀具和工件的材料，查资料可知，用硬质合金刀具加工易切碳钢时，主轴转速最高，一般=150~250m/min 。

按经验，并考虑切削用量资料，取=250m/min 。

则===1990r/min 根据标准公比的标准数列表，取=2000r/min 。

3.1.2计算主轴最低转速根据设计要求，及其刀具和工件的材料，查资料可知，用高速钢刀具加工灰铸铁时，主轴转速最低。

按经验，并考虑切削用量资料，取=13.8m/min 。

则===27.5r/min用高速钢刀具,精车合金钢材料的梯形螺纹（丝杠），加工丝杠的最大直径为ø32mm,取=1.5m/min 。

则===14.9r/min综合同类型机床，取=19r/min。

3.1.3确定主轴标准转速数列主轴变速范围==105Z=18ψ===1.31由于我国机床专业标准GC58-60规定了ψ的七个标准公比：1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78和2。

取ψ=1.26。

查标准数列表，按常规计算各轴转速为：19、23.6、30、37.5、47.5、60、75、95、118、150、190、236、300、375、475、600、750、950、1180、1500、1900。

可看出共有21级转速，且无法达到最高转速=2000r/min。

故综合同类型机床对其转速进行调整，使其满足=2000r/min，=19r/min，Z=18.求出各级转速为：19、38、50、62、76、100、125、200、250、305、390、500、610、785、1000、1580、2000。

3.2 主电动机的选择合理的确定电机功率P，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。

现在以常见的中碳钢为工件材料，取45号钢，正火处理，车削外圆，表面粗糙度a R =3.2mm 。

采用车刀具，可转位外圆车刀，刀杆尺寸：16mm ⨯25mm 。

刀具几何参数：0γ=15o ，0α=6o ，r κ=75o ，r κ'=15o ，λ=0o ，01γ=-10o ，b 1r =0.3mm ，r e =1mm 。

现以确定粗车是的切削用量为设计：确定背吃刀量p a 和进给量f ， p a 取3mm ，f 取0.2r mm 。

确定切削速度，取V c =1.7s m 。

机床功率的计算，主切削力的计算 ：主切削力的计算公式及有关参数：F Z =9.81⨯Fc n 60⨯Fc C ⨯Fc Z a ⨯Fc Z f ⨯Fc Z v ⨯Fc K=9.81⨯15.060-⨯270⨯3⨯⨯15.07.1-⨯0.92⨯0.95=1038（N ）切削功率的计算c P =c F ⨯c v ⨯310-=1038⨯1.7⨯310-=1.8（kW ） 依照一般情况，取机床变速效率η=0.8.Z P ==2.3(kW) 根据Y 系列三相异步电动机的技术数据,Y 系列三相异步电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型异步电动机，具有防尘埃、铁屑或其他杂物侵入电动机内部的特点，B 级绝缘，工业环境温度不超过+40℃，相对湿度不超过95%，海拔高度不超过1000m ，额定电压380V ，频率50Hz 。

适用于无特殊要求的机械上，如机床，泵，风机，搅拌机，运输机，农业机械等。

根据以上计算，为满足转速和功率要求，选择Y 系列三相异步电动机型号为：Y100L2-4,其技术参数见下表3-1.表3-1 Y100L2-4型电动机技术数据至此，可得到下表3-2中的车床参数。

表3-2 车床的主参数（规格尺寸）和基本参数表3.3变速结构的设计3.3.1 主变速方案拟定拟定变速方案，包括变速型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个变速系统的确定。

变速型式则指变速和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的变速型式、变速类型。

变速方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。

因此，确定变速方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。

变速方案有多种，变速型式更是众多，比如：变速型式上有集中变速，分离变速；扩大变速范围可用增加变速组数，也可采用背轮结构、分支变速等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。

显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。

此次设计中，我们采用分离变速型式的主轴变速箱。

3.3.2 拟定变速结构式由于结构上的限制，变速组中的传动副数目通常选用2或3为宜，故其结构式为：Z=2n ×3m .对于18级传动，其结构式可为以下三种形式：18=3×3×2；18=3×2×3；18=2×3×3；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以些，即前多后少原则。

故本设计采用结构式为：18=3×3×2。

从轴I 到轴II 有三队齿轮分别啮合，可得到三种不同的传动速度；从轴II 到轴III 有三对齿轮分别啮合，可得到三种不同的传动速度，故从轴I 到轴III 可得到3×3=9种不同的传动速度；同理，轴III 到轴IV 有两对齿轮分别啮合，可得到两种不同的传动速度，故从轴I 到轴IV 共可得到3×3×2=18种不同的传动转速。

设计车床主变速传动系时，为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，在降速变速中，一般限制限制最小变速比41min ≥u ；为避免扩大传动误差，减少震动噪声，在升速时一般限制最大转速比2m ax ≤u 。