X6132型万能升降台铣床主轴箱设计.docx
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X6132型万能升降台铣床主轴箱设计
X6132型万能升降台铣床主轴箱设计
学号：
班专
题目：
时间：
2022年9月5号~2022年9月23号
绪论
设计的过程是通过分析、创造和综合而达到满足特定功能目标的一种活动。
在此过程中需不断的对设计方案进行评论，根据评价的结果进行修改，在设计的过程中不断地发现问题和解决问题。
金属切削机床是机械制造业的基础设备，随着社会不断发展和科学不断进步对机床设计要求越来越高，计算机辅助设计和计算机辅助工程应用。
使得机床的设计理论和方法由人工绘图向计算机绘图，由定性设计向定量设计。
由表态和线性分析向动态和非线性分析，由可行性设计向最佳设计过度。
金属切削机床的基本功能是提供切削加工所必需运动和动力。
机床基本工作原理是通过刀具与工件之间相对运动，由刀具切除工件加工表面多余的金属材料，形成工件加工表面的几何形状、尺寸，并达到其精度要求。
某6132万能升降台铣床是一个十分典型的普通车床，广泛的应用在生产中。
主轴箱的设计不仅要满足机床总体布局变速箱的形状和尺寸的限制、达到18级转速，还要便于装配、调整、润滑和维修。
根据指导教师的推荐、重点选用《金属切削机床》以及辅助类书刊包括《材料力学》、《机械制造装备设计》、《机械制图》、《机械设计》等图书。
由于能力所限、设计中难免有许多不妥之处，恳请老师多多指教。
一、概述.............................................................................................................................................4
1.1金属切削机床在国民经济中的地位............................................................................................41.2机床课程设计的目的.................................................................................................................4
1.3车床的规格系列和用处.............................................................................................................41.4操作性能要求...........................................................................................................................5二、传动设计........................................................................................................................................5
2.1主传动方案拟定.....................................................................................................................52.2传动结构式、结构网的选择....................................................................................................5
2.2.1确定传动组及各传动组中传动副的数目.........................................................................5
2.2.2确定传动顺序...............................................................................................................62.2.3确定扩大顺序...............................................................................................................6
2.2.4确定变速组中的极限传动比及变速范围...............................................................................62.2.5确定最小传动比............................................................................................................................7三、传动件的估算...............................................................................................................................9
3.1带轮设计................................................................................................................................93.2齿轮齿数的确定和计算转速的计算........................................................................................11
3.2.1齿轮齿数的确定...........................................................................................................113.2.2齿轮计算转速的计算...................................................................................................143.3轴及传动轴的计算转速.........................................................................................................163.4齿数模数的确定.......................................................................................错误！
未定义书签。
3.5传动轴直径的确定.................................................................................................................................173.6主轴轴径的确定.....................................................................................................................................18四、验算主要零件...................................................................................................错误！
未定义书签。
4.1齿轮模数验算..............................................................................................错误！
未定义书签。
4.2传动轴刚度验算.....................................................................................................................204.3轴承寿命验算.........................................................................................................................22五、结构设计及说明..........................................................................................................................234
5.1结构设计的内容、技术要求和方案......................................................................................234六、总结.............................................................................................................................................24七、参考文献......................................................................................................................................24
一、概述
1.1金属切削机床在国民经济中的地位
金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，又称为“工作母机”或“工具机”。
在现代机械制造工业中，金属切学机床是加工机器零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的40%～60%。
机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。
1.2机床课程设计的目的
1.3车床的规格系列和用处规格系列：
表1某6132万能升降台铣床的主参数（规格尺寸）和基本参数
Rn
nma某nmin
z1
150030
50
17
所以1.26
1.4操作性能要求
用处：
该机床用于铣削平面、斜面、沟槽、齿轮等。
工作台可绕垂直轴在
水平面45范围整，如采用分度头附件，还可加工螺旋表面。
二、传动设计
2.1主传动方案拟定
拟定传动方案，包括传动型式的选择以及开停、幻想、制动、操纵等整个传动系统的确定。
传动型式则指传动和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的传动型式、变速类型。
传动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，确定传动方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。
传动方案有多种，传动型式更是众多，比如：
传动型式上有集中传动，分离传动；扩大变速范围可用增加传动组数，也可用背轮结构、分支传动等型式；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，我们采用集中传动型式的主轴变速箱。
2.2传动结构式、结构网的选择
结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法，但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。
2.2.1确定传动组及各传动组中传动副的数目
一定变速组组数的变速系统可由不同数目的变速组组成。
变速传动装置总变速级数应等于各变速组变速级数的连乘积，即Zpqr，式中Z—主轴总变速级数；p、q、r—各组变速机构的变速级数（即为每组传动副数）。
减少变速组的数目可以缩短传动链，但在总变速级数不一定的情况下，势必会增加各变速组内传动副数目P，并且降速过快，会导致齿轮的径向尺寸增大。
18级转速的变速系统，其变速级和传动副数的组合方案为：
①18332②18323③18233④1836⑤1863⑥1829⑦1892
首先应该确定，预使主轴得到18级转速需要几个变速组，以及他们各需要几个传动副。
方案①②③：
变速组数目为3个，传动轴数最少为4根，但齿轮对数目为3328，结构简单、紧凑，同时由于机床结构原因，通常采用双联或三联齿轮进行变速。
方案④~⑦：
虽然变速组数目为2个，传轴轴数最少为3根，但齿轮对数目为3+6=9、9+2=11，比方案①~③中多。
同时使变速箱的轴向尺寸增加，使操纵机构变得复杂，难以实现。
综上所述，主轴为18级转速的变速系统，应采用由3个变速组所组成的方案，即应选择方案①②③。
2.2.2确定传动顺序
在一般情况下，变速系统为降速的，电动机转速往往比主轴变速范围内大多数转速高，现对上述方案进行分析。
方案①：
变速组a有3对传动副，在靠近主轴处为低速的变速组b为2对，变速组c也为2对。
根据扭矩公式可知，当传动件传递的功率一定，转速高时所传递的扭矩小，则轴、齿轮等传动件尺寸相应的可小一些。
因此，从传动顺序来说，应尽量使前面的传动件多些，可节省材料，减轻重量，故第一方案为最佳方案。
2.2.3确定扩大顺序
当传动顺序确定后，由于基本组、扩大组的排列顺序不同，可得出不同的排列方案，其结构式为：
①18313329②18313623③18333129④18363123⑤18323621⑥18363221
射线开口大势必造成低转速较低，其结果是使传动件的尺寸较大。
因此，在网上表现为前后传动组的射线间开口笑，后面传动组的射线间开口大，这时各变速组的变速范围是逐渐增大的，故方案①为最佳方案。
2.2.4确定变速组中的极限传动比及变速范围
在主传动系统中，对于降速，为了防止被动齿轮的直径过大而使径向尺寸太大，常应限制最小传动比umin
14
。
对于升速，为了防止产生过大的振动和噪声，常应限制最大传动比
uma某2（直齿轮）；uma某2.5（斜齿轮）。
由于齿轮副的极限传动比有了限制，则变速组的最大变速范围相应地也应有一定的限制。
在主运动中：
rma某
uma某uminuma某umin
214
8（直齿）
rma某
2.514
10（斜齿）
因此，一般只要最后扩大组的变速范围不超过限制范围，则其余的变速组也不会超过。
通常，最后扩大组的传动副数为2，可以减少最后扩大组的变速范围，以利于不超过限制范围。
因此，设计传动系统时，Rn值的扩大，由于受到rma某值的限制，就不能通过无限增加变速组的数目来实现。
验算：
方案18313329，其最后扩大组的变速范围r2
2.2.5确定最小传动比
在设计传动系统时，电动机与主轴的转速已经确定。
当降速时，分配传动比应使各个中间传动轴的最低转速适当地高些。
因为n高后，在传递一定功率下，传递的扭矩就小，相应的使传动件的尺寸也小。
未来使更多的传动件在相对高速下工作，减少变速箱的结构尺寸，除了在传动顺序上前多后少，扩大顺序上前密后疏，对于降速运动最小传动比应采取前缓后急的原则，即在传动顺序上，越靠前最小传动比越小，最后变速组的最小传动比常取1/4。
某j（pj1）
91
1.26
9
8
，合格。
据上所述，主运动转速图为：
传动系统图为：
三、传动件的估算3.1带轮设计
1、确定计算功率pca查表8-6知kA1.2
p=k
ca
A
p1.27.59kw
2、选择带型
根据计算功率pca和小带轮转速n1由图8-9知选择V带B型。
3、确定带轮的基准直径dd1和dd2
初选小带轮的基准直径dd1
根据机械设计8-11图，取主动轮基准直径dd1=150mm根据式（8-15）从动轮基准直径dd2dd2=idd1=1.933112=290mm根据表8-8取dd2=290mm按式（8-13）验算带的速度
V
d1
601000
1121410
601000
m/11.39m/25m/
带的速度合适
4确定A型V带的基准长度和传动中心距
根据0.7（dd1dd2）a02（dd1dd2）初步确定中心距：
初定中心距
a
450mm
根据式（8-22）计算带所需的基准长度L
d2a0
2
（d
d1
d
）d2
（dd）
4a
2
1602mm
由表8-2选带的基本长度Ld=1600mm
按式（8-21）计算实际中心距a
a
a
Ld
d
2
250
16021600
2
451
5、验算主动轮上的包角1由（8-6）得：
1180
d2
a
d1
57.5180
200112
251
57.3162120
主动轮的包角合适
6、计算V型带的根数Z
由式（8-22）Z由n11450
p
（pp）kk
ca
l
r/m
dd1150mm
i1.933
查表8-4a和表8-4b
得p03.22kw
查表8-5得：
k
Z
ca
p
0.4kw
0.95
查表8-2得kl0.92
9
3.620.950.92
3根
p
（pp）kk
l
7、计算预紧力F0
由式8-27知F0500
pv
caz
（
2.5
k
qv
2
查表8-3得q=0.18kg/m故：
F0[500
993
（
2.50.95
1）0.1811.39]238.22N
2
8、计算作用在轴上的压轴力式（8-28）FPFP=2ZF0
3.2齿轮齿数以及计算转速的确定
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机械设计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Sz及小齿轮的齿数可以从表3-6（机械制造装备设计）中选取。
一般在主传动中，最小齿数应大于18～20。
采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：
三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。
3.2.1齿轮齿数的确定
in
2
[23238.22in
1622
]1411.72N
u1
111
432
11.2611.2611.26
432
11.581212.52
第一组齿轮：
传动比u2
u3
，查《机械制造装备设计》表1.7可得相应的齿数
Z323
和SZ的值可取60，78..........,我们可取SZ的值为60，则各齿轮相对应的齿数为
Z374Z520Z717
Z406Z843
检查主轴各级转速误差：
检验式为
n理-n实
n理
10（-1）%
n理—主轴理论转速
式中n实—主轴实际转速
—公比值
★第一对齿轮
n实750
2337
466.216
①
n理-n实
n理
475-466.216
475
符合要求
0.01850.026
★第二对齿轮
n实750
2040
375
②
n理-n实
n理
375-375375
符合要求
00.026
★第三对齿轮
n实750
1743
375
③
n理-n实
n理
300-296.51
300
符合要求
0.01160.026
u11.58
2
第二组齿轮：
传动比u2
u3
11
4
11.2612.52
，查《机械制造装备设计》表1.7可得相应的齿数和SZ
Z943
的值可取70,77..........,我们可取SZ的值为70，则各齿轮相对应的齿数为
Z1027Z1320Z1131
Z1239Z1450
检查主轴各级转速误差：
检验式为
n理-n实
n理
10（-1）%
n理—主轴理论转速
式中n实—主轴实际转速
—公比值
★第一对齿轮
n实475
4327
756.48
①
n理-n实
n理
750-756.48
750
符合要求
0.00860.026
★第二对齿轮
n实475
377.56
②
n理-n实
n理
375-377.56
375
符合要求
0.00680.026
★第三对齿轮
n实475
2050
190
③
n理-n实
n理
190190190
符合要求
00.026
u1u2
3
第三组齿轮：
传动比
u2
1u
6
1，查《机械制造装备设计》表1.7可得相应的齿数和SZ的值可4
Z59取85,89,90,95..........,我们可取SZ的值为89，则各齿轮相对应的齿数为15
Z1630Z1718
Z7118
检查主轴各级转速误差：
检验式为
n理-n实
n理
10（-1）%
n理—主轴理论转速
式中n实—主轴实际转速
—公比值
★第一对齿轮
n实750
5930
1475
①
n理-n实
n理
1500-14751500
符合要求
0.0160.026
★第二对齿轮
n实750
1871
190.14
②
n理-n实
n理
190190.14
190
符合要求
0.000740.026
3.2.2齿轮计算转速的确定
①齿轮Z15的计算转速。
齿轮Z15装在Ⅳ轴上，从转速图可以看出，Z15共有
118r/min~750r/min共9级转速，经齿轮Z15/Z16传动主轴得到235r/min~1500r/min这9级转速能传递全部功率，故齿轮Z15的这9级转速也能传递全部功率，其中最低转速118r/min正好为齿轮Z15的计算转速。
②齿轮Z16的计算转速。
齿轮Z16装在Ⅴ轴（主轴）上，有235r/min~1500r/min共9级转速，都能传递全部功率，其最低转速235r/min即为齿轮Z16的计算转速。
③齿轮Z17的计算转速。
齿轮Z17装在Ⅳ轴上，有118r/min~750r/min共9级转速。
其中375r/min~750r/min的4级转速能传递全部功率，而118r/min~300r/min的5级转速不能传递全部功率。
因此，齿轮Z17的计算转速即为375r/min。
其余依次类推，各齿轮的计算转速如下。
齿轮的具体值见表
齿轮尺寸表
3.3轴及传动轴的计算转速
①主轴的计算转速。
由《械制造装备设计》中表1.8可查出
18
njnmin
3
nmin
5
n695r/min
②传动轴的计算转速。
从转速图上可以看出，Ⅳ轴共有9级转速：
118r/min~1500r/min之间的所有转速都
传递全部功率。
此时，Ⅳ轴若经齿轮副Z17/Z18传动主轴，它只有在375r/min~750r/min的
那4级转速时才能传递全部功率；若经过齿轮副Z15/
Z16传动主轴。
则
118r/min~750r/min的9级转速能传递全部功率，因此，其中的最低转速118r/min即为Ⅳ轴的计算转速。
其余，依次类推。
各轴的计算转速如下：
3.4齿数模数的确定
一般同一变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最重的小齿轮按简化的接触疲劳强度公式计算mjmm
式中：
mj——按疲劳接触强度计算的齿轮模数mm
Nd——驱动电机功率KWn
升级会员 