机床主轴箱部件及组件设计指导书具体步骤.docx

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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24日至6月8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、强度计算和结构草图设计：

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。

4、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，

或主轴箱截面一张，或主轴组件图一张,标注尺寸和配合。

5、绘制若干零件图。

6、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，动力计算、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。

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），以及关键零部件的强度校核，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，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，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

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、

4、动力参数

电机功率可按下式估算

P=PC/η总（KW） PC——消耗于切削的功率

   η总——总效率

对于主运动为回转运动的机床η总=0.7-0.85

主运动为直线运动的机床 η总=0.6-0.7

车、镗、磨等工序的切削功率 Pc=FZ•V/60000 （kw）

钻、扩等工序的切削功率 Pc=T•n/9550 （kw）

FZ——切削力的切向分力（N）（查切削用量手册）

V——切削速度（m/min）

T——主轴最大扭矩（N•m）

n——主轴计算转速（r/min）

或据下列公式及数据估算电机功率P（数据较陈旧）

FZ=f•t•s（公斤力）

f——单位切削面积上的切削力

硬质合金刀具加工中碳钢f=200（公斤力/mm2）

硬质合金刀具加工铸铁 f=180（公斤力/mm2）

t——切削深度（mm）

s——进给量（mm）

车、镗、磨 Pc=FZ•V/6120（kw）

对于间断工作的机床，允许电机短时超载，则电机额定功率可按下式计算：

Pr=P/K （kw）

式中，Pr——额定功率

 P——算得的功率

 K——超载系数 连续工作的电机K=1.0

    间断工作的电机K=1.1-1.25

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

，

∴Z=

+1

∴

=

=

=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=1.06

，根据标准数列。

首先找到最小极限转速25，再每跳过5个数

（1.26～1.06

）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。

运动件与相壁之间距离不小于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。

为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

由指导教师指定零件，据时间设计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