机床主轴箱设计说明书

一、设计目的通过机床主运动机械变速传动系统得结构设计，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，并具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。

二、设计步骤1.运动设计1.1已知条件[1]确定转速范围：主轴最小转速mi r n /5.31min =。

[2]确定公比：41.1=ϕ [3]转速级数：12=z [4]主电机KW N 5.7= [5] min /1450r n =1.2运动设计与计算1.1计算主轴各级转速1lg lg +=φRn Z6412.141.1lg )112(lg )1(lg =∙-=∙-=∴φZ Rn故Rn =43.77n 1=n min =31.5 查表取标准值 min /5.311r n = n 2= φ∙1n =415.4441.15.31=⨯ 查表取标准值 min /452r n =n 3=∙1n φ2=31.5*1.412=62.625 查表取标准值 min /633r n =n 4=∙1n φ3=31.5*1.413=88.30 查表取标准值 min /904r n =n 5=∙1n φ4=31.5*1.414=124.50 查表取标准值 min /1255r n =n 6=∙1n φ5=31.5*1.415=175.55 查表取标准值 min /1806r n =n 7=∙1n φ6=31.5*1.416=247.53 查表取标准值 min /2507r n =n 8=∙1n φ7=31.5*1.417=349.01 查表取标准值 min /3558r n =n 9=∙1n φ8=31.5*1.418=492.11 查表取标准值 min /50010r n =n 10=∙1n φ9=31.5*1.419=693.88 查表取标准值 min /71010r n =n 11=∙1n φ10=31.5*1.4110=978.37 查表取标准值 min /100011r n =n 12=∙1n φ11=31.5*1.4111=1379.50 查表取标准值 min /140012r n=1.2结构分析式1) 63122312⨯⨯= 7) 61323212⨯⨯= 13) 16332212⨯⨯= 2) 36122312⨯⨯= 8) 31623212⨯⨯= 14) 13632212⨯⨯= 3) 21422312⨯⨯= 9) 12623212⨯⨯= 15) 41232212⨯⨯= 4) 61222312⨯⨯= 10) 14223212⨯⨯= 16) 21632212⨯⨯= 5) 12422312⨯⨯= 11) 62123212⨯⨯= 17) 42132212⨯⨯= 6) 61222312⨯⨯= 12) 24123212⨯⨯= 18) 26132212⨯⨯= ①考虑到卧式车床主轴传动系统Ⅰ轴上通常采用双向摩擦片离合器进行停车和变相向，且它又占了较长的轴向位置，为了使轴Ⅰ不致过长，由此轴Ⅰ-Ⅱ间只安排了两级变速组，这样式1）—6）即23212⨯⨯=六个结构式不适合；②根据各变速组应按“前多后少”的原则（即级数“前多后少”原则，PcPb Pa ≥≥）这样上式13）—18)即32212⨯⨯=不合适；③又根据转速扩大顺序应尽可能与传动顺序一致（或射线应按“前密后疏”原则x 0<x 1<x2，且根据合理分配传动比使中间轴有较高的转速，即minmin min Uc Ub Ua ≥≥，这样上式8），9）10），12）四个结构式不合适；这样就剩下7）,11）两结构式即： 7) 61323212⨯⨯= A 式11) 62123212⨯⨯= B 式④验算最后扩大组：r 2=φ（p2-1）x2=1.416=7.85<8,合适从电动机到主轴主要为降速传动，若使传动副较多的传动组放在较接近电动机处可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，节省材料，也就是满足传动副前多后少的原则，因此取12=21*32*26方案。

在降速传动中，防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比41min ≥i ；在升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比2m a x ≤i 。

在主传动链任一传动组的最大变速范围()10~8min max max ≤=i i R 。

在设计时必须保证中间传动轴的变速范围最小，根据中间传动轴变速范围小的原则选择结构网。

从而确定结构网如下：1.3 绘制转速图[1]选择电动机一般车床若无特殊要求，多采用Y 系列封闭式三相异步电动机，根据原则条件选择Y-132M-4型Y 系列笼式三相异步电动机。

[2]分配总降速传动比 总降速传动比 02.01450/5.31/min===dn ni又电动机转速min /1450r n d=不符合转速数列标准，因而增加一定比传动副。

[3]确定传动轴轴数传动轴轴数 = 变速组数 + 定比传动副数 + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。

[4] 转速图的拟定U min≧1/4=1/1.414=1/ϕ4U ma x≦2=1.412=ϕ2∴在转速图中降速传动最多降4格，升速传动最多升2格从图3看，选择不同U0可得到P0、P1两个方案：对于P 0点41.1121==D D Uo，对于P 1点2121==D D Uo从图4看，选择不同的U 0可得到P 1、P 2两个方案 对于P 1点2121==D D Uo，对于P 1点8.2121==D D Uo从皮带轮一般取1.5-2较合适，故图3，图4中，取P 、P 1就比较合适，能满足皮带轮传动的要求。

取P 1点的方案；从图3，图4分析知，e 2比e 1低一格，一般说，中间个传动轴（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）上的传动件其转速尽可能高一些，njN M900= ，当传动功率一定时，计算转速越低，其传动扭矩越大，要求尺寸就越大，这样浪费材料，占地大，机器笨重，而当计算转速较高些，相对扭矩就小，其结构尺寸就小，但也不能使计算转速过高，否则容易引起动载荷，产生震动和噪音、发热，综合考虑图4上的e 较好些，即e 2的速度为1180rpm 。

[5]确定各级转速并绘制转速图 由min /53r nmim= 41.1=ϕz =确定各级转速：2360、1700、1180、850、600、425、300、212、150、106、75、53r/min 。

在五根轴中，除去电动机轴，其余四轴按传动顺序依次设为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。

Ⅰ与Ⅱ、Ⅱ与Ⅲ、Ⅲ与Ⅳ轴之间的传动组分别设为a 、b 、c 。

现由Ⅳ（主轴）开始，确定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轴的转速：① 先来确定Ⅲ轴的转速传动组c 的变速范围为]10,8[841.1max 66∈===R ϕ，结合结构式， Ⅲ轴的转速是212r/min 。

② 确定轴Ⅱ的转速传动组b 的级比指数为3，希望中间轴转速较小，因而为了避免升速，又不致传动比太小，可取8.2/1/131==ϕi b ，1/12=i b 轴Ⅱ的转速确定为：300r/min 。

③确定轴Ⅰ的转速对于轴Ⅰ，其级比指数为1,可取2/1/121==ϕi a ，41.1/1/12==ϕi a ，1/13=i a 确定轴Ⅰ转速为850r/min 。

在Ⅲ-Ⅳ轴之间，最小齿轮是Z11，该齿轮可获得6级转速，主轴的计算转速是150rpm，故Z11齿轮的计算转速是600rpm，Z12齿轮的计算转速是75rpm；Ⅱ-Ⅲ轴之间最小的齿轮是Z5，该齿轮可获得3级转速，轴Ⅲ的计算转速为212rpm，故Z5齿轮的计算转速为300rpm，Z6齿轮的计算转速是212rpm；Ⅰ-Ⅱ轴之间最小齿轮是Z1，该齿轮可获得1级转速，轴Ⅱ的计算转速为300rpm，故Z1齿轮的计算转速为850rpm， Z2齿轮的计算转速是300rpm；同理，Z3齿轮的计算转速为850rpm， Z4齿轮的计算转速是850rpm；Z7齿轮的计算转速为300rpm， Z8齿轮的计算转速是300rpm；Z9齿轮的计算转速为850rpm， Z10齿轮的计算转速是1180rpm；Z13齿轮的计算转速为1180rpm，Z14齿轮的计算转速是2360rpm；D1的计算转速为1450rpm， D2的计算转速是850rpm；各轴、齿轮的计算转速列表如下:下面画出转速图,如下图所示：[6]拟定传动系统图[7]确定各变速组传动副齿数、传动比 ①皮带传动5862.01450850921====电n n D D Uo因为主电机N 0=5.5KW ，n 0=1450rpm,差皮带设计手册，选取三角带型号为A 型，同时查推荐最小直径D min =160 取D 1=D min =160mm ，944.2725862.0160012===U D D mm考虑皮带打滑系数ε=0.02故D2=D2（1-0.02）=272.944（1-0.02）=267.48mm 取D2=270mm ②传动组a:查看转速图知, 8.2/1/113==ϕU ，41.1/1/12==ϕU ，采用查表法计算齿轮齿数从传动误差来看，选齿数和Sn=84，76较合适，但考虑到Ⅰ，Ⅱ轴间安装摩擦片离合器的径向尺寸较大，取Sn=80，这时Z1=21， Z2=59， Z3=40， Z4=40②传动组b:查看转速图知, U3=Z5/Z6=1/φ=1 /1.41, U4=Z7/Z8=1, U5=Z9/Z10=1.41/1=1.41 采用查表法计算齿轮齿数从传动的误差来看，选择齿数和Sn=70，82，94较好，但这样考虑到在轴Ⅱ上齿轮的齿顶园碰到轴Ⅰ上的双向摩擦片外径，故取Sn=70这时，Z5=29， Z6=41； Z7=35， Z8=35； Z9=41， Z10=29；③传动组c:查看转速图知,4/1.1981/2=U，=ϕ7=1/4.3/195U，2/1=ϕ=6=采用查表法计算齿轮齿数从传动的误差来看，选择齿数和Sn=90，96，99较好，但这样考虑到在主轴的轴颈较大（满足刚性要求），保证齿轮能套装在主轴上，故取Sn=90 这时，Z11=18， Z12=72； Z13=60， Z14=30；[7]验算主轴转速误差△=（n实际-n理想）/n理想≤10（ϕ-1）=4.1%从转速图可以得知：转速误差标准n1=n电.U0.U1.U3.U6=1450×160/270×21/59×29/41×18/72=54.08 2% 53n2=n电.U0.U1.U4.U6=1450×160/270×21/59×35/35×18/72=76.46 1.94% 75n3=n电.U0.U1.U5.U6=1450×160/270×21/59×41/29×18/72=108.097 1.97% 106n 4=n 电.U 0.U 2.U 3.U 6=1450×160/270×40/40×29/41×18/72=151.942 1.29% 150n 5=n 电.U 0.U 2.U 4.U 6=1450×160/270×40/40×35/35×18/72=214.814 1.33% 212n 6=n 电.U 0.U 2.U 5.U 6=1450×160/270×40/40×41/29×18/72=303.703 1.23% 300n 7=n 电.U 0.U 1.U 3.U 7=1450×160/270×21/59×29/41×60/30=432.648 1.80% 425n 8=n 电.U 0.U 1.U 4.U 7=1450×160/270×21/59×35/35×60/30=611.676 1.95% 600n 9=n 电.U 0.U 1.U 5.U 7=1450×160/270×21/59×41/29×60/30=864.783 1.74% 850n 10=n 电.U 0.U 2.U 3.U 7=1450×160/270×40/40×29/41×60/30=1215.537 3.0% 1180n 11=n 电.U 0.U 1.U 4.U 7=1450×160/270×40/40×35/35×60/30=1718.518 1.0% 1700n 12=n 电.U 0.U 2.U 5.U 7=1450×160/270×40/40×41/29×60/30=2429.629 2.95% 2360经检查均符合要求。