16级变速车床主轴箱设计Word文档格式.docx
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5.1.3计算C点挠度10
5.2齿轮校验12
6结构设计13
6.1结构设计的内容、技术要求和方案13
6.2展开图及其布置13
6.3齿轮块设计14
6.4主轴组件设计14
6.5变速操纵机构15
7机械加工16
参考文献17
附录17
致谢17
[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16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]16级变速；
主轴箱
Designof16-LevelSpeedSpindleBox
&
theModelMaking
MechanicalDesign,ManufacturingandAutomationMajor
Abstract：
Asmajorturningmachines,universallatheisusedwidelyinmechanicalprocessingindustry.Inthispaper,itfocusesonthedesignof16-levelspeedspindlebox,anditincludesthreepartsthatmotiondesign,dynamicdesignandstructuredesign.Themaincontentsofthisdesignistodeterminethemainparameters,transmissionschemeanddrivesystemdrawingofthemachinetool,andfinallycompletethedesignofthespindleboxbycalculatingandcheckingthepartsofthespindlebox.Themainstructuredesignisthedesignoftransmission,underthegivenconditions,thatis,accordingtospindlespeeddesignthemaindrivesystem.Practicallywork,itcontrolvariablespeedhandlestoachievedifferentspeedthroughtheforkthatbringalongtheslidinggearmovingontheaxis.
Keywords:
16-levelspeed;
spindlebox;
design
1概述
1.1车床的规格系列和用处
普通机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。
因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。
本次设计的是普通型车床主轴变速箱。
主要用于加工回转体。
表1车床的主参数（规格尺寸）和基本参数
工件最大回转直径
D
（mm）
正转最低转速
Nmax（
）
正转最高转速
电机功率
N（kw）
转速级数Z
360
60
2000
5.5
16
1.2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
2参数的拟定
2.1确定传动比和各级转速
已知主轴转速范围是60~2000r/min，传动级数是16级，根据公式：
则：
，由此可得传动比为1.26。
[1]
划分各级转速为:
60r/min，75r/min，95r/min，112r/min，155r/min，195r/min，244r/min，310r/min，390r/min，500r/min，630r/min，808r/min,1021r/min,1290r/min
1600r/min,2000r/min。
2.2主电机选择
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。
已知电动机的功率是5.5
，选Y132S-4，额定功率5.5
，满载转速1440
，最大额定转距2.2
。
3运动设计
3.1传动结构式的拟定
3.1.1确定传动组及各传动组中传动副的数目
级数为Z的传动系统由若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有
、
、……个传动副。
即
……
传动副中由于结构的限制以2或4为合适，即变速级数Z应为2和4的因子：
，可以有三种方案：
16=4×
2×
2；
16=2×
4
3.1.2传动式的拟定
16级转速传动系统的传动组，选择传动组安排方式时，要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。
除此之外，虽然16=4×
2、16=4×
4两种方案的传动轴比较少，但是，这两种传动组内有四个变速传动副，增大了传动轴的轴向尺寸，这两种方案不宜采用。
综上所述，传动式为16=2×
2。
3.1.3结构式的拟定
对于传动式16=2×
2，有24种结构式和对应的结构网。
分别为：
……
根据传动比指数分配“前疏后密”的原则应采用第一种方案。
即：
的方案。
3.2转速图的拟定
根据已确定的结构方案绘出转速图如下：
图116级变速车床转速图
3.3确定齿轮齿数
当各变速组的传动比确定以后，可确定齿轮齿数。
对于定比传动的齿轮齿数可依据手册推荐的方法确定。
对于变速组内齿轮的齿数，如传动比是标准公比的整数次方时，变速组内每对齿轮的齿数和
及小齿轮的齿数可以在参考书中选取。
一般在主传动中，最小齿数应大于17。
[3]
第一组齿轮：
传动比：
取
，
，
最小公倍数为16，即
=16，则
=16k
由
取k=5则
=35
=80
=45
第二组齿轮：
最小公倍数为8，即
=8，则
=8k
取k=6则
=18
=48
=30
第三组齿轮：
最小公倍数为10，即
=10，则
=10k
=60
=42
第四组齿轮：
选择
则
=12
=12k
=72
=54
综上可得：
表2各变速组齿轮齿数
变速组
第一变速组
第二变速组
第三变速组
第四变速组
齿数和S
80
48
72
96
齿数名Z
Z1
Z2
Z3
Z4
Z5
Z6
Z7
Z8
Z9
Z10
Z11
Z12
Z13
Z14
Z15
Z16
齿数
35
45
40
18
30
24
42
54
64
32
3.4绘制传动系统图
根据上面所计算个传动齿轮齿数绘制传动系统图如下：
图216级变速传动系统图
4动力设计
4.1传动轴的估算
传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度的要求，强度要求保证轴在反复载荷和扭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，不允许有较大变形。
因此疲劳强度一般不是主要矛盾，除了载荷很大的情况外，可以不必验算轴的强度。
刚度要求保证轴在载荷下不至发生过大的变形。
因此，必须保证传动轴有足够的刚度。
4.1.1传动轴直径的估算
由公式：
[4]
其中：
P-电动机额定功率
-系数n-该传动轴的计算转速
-从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积；
对于空心轴课采用公式：
[4]
即空心轴的内径d1与外径d之比通常取
计算转速n是传动件能传递全部功率的最低转速。
各传动件的计算转速可以从转速图上，按主轴的计算转速和相应的传动关系确定，当取各级效率为1时，所得的轴颈大于最小轴径，以下计算轴颈时均取效率为1。
则:
因为在一轴上要安装离合器，所以一轴直径应大一些，取
；
又因为轴2、3、4均为花键轴内径分别取为：
主轴最小直径为
，以上轴径为平均轴径，设计时可相应调整。
4.1.2主轴前端直径的估算
由通用机床主轴前端轴颈尺寸可知：
主轴前端轴颈D1与直径
的关系，即
=0.25
[3]
已知：
=360mm
=0.25
=0.25×
360±
15＝105mm
再查参考书选车床最大回转直径
=360mm，即为最大加工直径，因此主轴内空直径d=0.1
±
10，取d=35mm[5]
4.2三角带传动的计算
三角带传动中，轴间距A可以加大。
由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，宜可缓和冲击及隔离振动，使传动平稳。
带轮结构简单，但尺寸大，机床中常用作电机输出轴的定比传动。
（1）选择三角带的型号
根据公式：
式中P---电动机额定功率，
--工作情况系数
查参考书可因此选择A型带。
[4]
（2）确定带轮的计算直径
带轮的直径越小带的弯曲应力就越大。
为提高带的寿命，小带轮的直径
不宜过小，即
取主动轮基准直径
=140mm。
由公式
式中：
-小带轮转速，
-大带轮转速，
-带的滑动系数，一般取0.02。
所以
，取为250mm。
（3）确定三角带速度
按公式
在规定的5m/s
范围内，合理。
（4）初定中心距
带轮的中心距，通常根据机床的总体布局初步选定，一般可在下列范围内选取：
根据经验公式
mm，取
=800mm.
（5）三角带的计算基准长度
圆整到标准的计算长度
[4]
（6）验算三角带的挠曲次数
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