机床主轴设计最低转速80,公比1.41,级数8-3kw

目录

一、设计目的 .............................................................................................................................. - 2 - 二、设计步骤 .............................................................................................................................. - 2 -

1.运动设计 .......................................................................................................................... - 2 -

1.1已知条件 ............................................................................................................... - 2 - 1.2结构分析式 ........................................................................................................... - 2 - 1.3 绘制转速图 .......................................................................................................... - 3 - 1.4 绘制传动系统图 .................................................................................................. - 5 - 2.动力设计 .......................................................................................................................... - 6 -

2.1 确定各轴转速 ...................................................................................................... - 6 - 2.2 带传动设计 .......................................................................................................... - 6 - 2.3 各传动组齿轮模数的确定和校核 ...................................................................... - 8 - 3. 齿轮齿根弯曲疲劳强度校核 ...................................................................................... - 11 -

3.1校核a传动组齿轮 ............................................................................................. - 11 - 3.2 校核b传动组齿轮 ............................................................................................ - 13 - 3.3校核c传动组齿轮 ............................................................................................. - 14 - 4. 各轴的设计及主轴的校核 .......................................................................................... - 16 -

4.1 确定各轴最小直径 ............................................................................................ - 16 - 4.2主轴的计算及校核 ............................................................................................. - 17 - 4.3多片式摩擦离合器的设计计算 ......................................................................... - 18 - 4.4各轴轴承选择 ..................................................................................................... - 20 -

三、总结 .................................................................................................................................... - 20 - 四、参考文献 ............................................................................................................................ - 21 -

- 1 -

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:????????=80r/min 转速级数:??=8

可得调速范围：????=?????1

=11.08

[2]电动机功率：P=3KW [3]公比:φ=1.41

[4]最大转速:????????=????????? ????=80?11.08=886.4r/min 取标准转速：????????=900r/min

1.2结构分析式

⑴ 8?2?2?2 ⑵ 8?2?4

为了使主轴不至于安装过多齿轮，增大其轴向尺寸，因此取12?2x2x2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imin?1；4 - 2 -

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imax?2。在主传动链任一传动组的最大变速范围Rmax??imaximin??8~10。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：

检查传动组的变速范围时，只检查最后一个扩大组： R2=????2?(??2?1) 其中φ=1.41，??2=4，??2=2 所以R2=1.414?(2?1)=4 ，合适。

1.3 绘制转速图

⑴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Y100L2-4型Y系列笼式三相异步电动机。

其同步转速1430r/min,额定功率3KW ⑵分配总降速传动比 总降速传动比 i=

????????????

80

=1430=0.056

- 3 -

又电动机转速????=1430r/min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。

⑷确定各级转速并绘制转速图

由????????=80r/min,?=1.41,Z=8确定各级转速：

900、630、450、315、224、160、112、80r/min。

由此也可确定加在电动机与主轴之间的定传动比i=1430/0=2.27 。下面画出转速图（电动机转速与主轴最高转速相近）。

143

900 630 450 315 224 160 112 80

[5]确定各变速组传动副齿数 ①传动组a:

????1=1/??=1/1.41，????2=1/1 查《实用机床设计手册》表2.3-4,

可取????=70,于是可得轴Ⅰ齿轮齿数分别为：、29、35。 可得轴Ⅱ上的三联齿轮齿数分别为：、41、35。 ②传动组b:

????1=1/??2=1/2，????2=1/1

查《实用机床设计手册》表2.3-4,

可取 ????=78，于是可得轴Ⅱ上两联齿轮的齿数分别为：26、39。 于是得轴Ⅲ上两齿轮的齿数分别为：52、39。 ③传动组c:

????1=??3=1/2.82,????2=??2=1.41

- 4 -

1

查《实用机床设计手册》表2.3-4, 可取????=91,

????1=1/2.82为降速传动，取轴Ⅲ齿轮齿数为24； ????2=1.41为升速传动，取轴Ⅳ齿轮齿数为38。 得轴Ⅲ两联动齿轮的齿数分别为24，53； 得轴Ⅳ两齿轮齿数分别为67,38。

1.4 绘制传动系统图

根据轴数，齿轮副，电动机等已知条件可有如下系统图：

29 280

39 26 53 41 35 24 35 39 52 38 67 125

- 5 -

2.动力设计

2.1 确定各轴转速

⑴确定主轴计算转速：主轴的计算转速为 ??????=??????????

???138

=80?

1.413?1

=140 r/min

取主轴计算转速为：160 r/min ⑵各传动轴的计算转速：

轴Ⅲ可从主轴160 r/min按24/67的传动副找上去，轴Ⅲ的计算转速

450 r/min；轴Ⅱ的计算转速为450r/min；轴Ⅰ的计算转速为630r/min。

[3]各齿轮的计算转速

传动组c中，只需计算z =24的齿轮，计算转速为140 *67/24=450 r/min； 传动组b计算z = 26的齿轮，计算转速为450r/min； 传动组a应计算z =29的齿轮，计算转速为630r/min。 [4]核算主轴转速误差

??实=1430?

125353953

???=890 r/min

280

35

39

38

??标=900r/min

所以合适。

??实???标

??标

=

890 ?900

900

=1.07%≤10 φ?1 =4.1%

2.2 带传动设计

电动机转速n=1430r/min,传递功率P=3KW,传动比i=1430/630=2.27 ，两班制， 一天运转16.1小时，工作年数10年。

⑴ 定计算功率 取????=1.1，则??????=??????=3.3KW ⑵选取V带型

根据小带轮的转速和计算功率，选A型带。

⑶确定带轮直径和验算带速

查表小带轮基准直径??1=125????,??2=125???=125?2.27 =280????

- 6 -

11

验算带速成v=60?1000 ??????

其中 n1-小带轮转速(r/min)；

d1-小带轮直径(mm)；

v=

3.14?125?1430600?1000

=9.35 ??/??∈[5,25]，合适。

[4]确定带传动的中心距和带的基准长度 设中心距为a0,则

0.55(??1+??2)≤a0≤2(??1+??2)

于是222.75≤a0≤810,初取中心距为??0=400mm。 带长??0=2??0+2 ??1+??2 +=2?400+

3.142

??

??2???1 2

4??0

125+280 +

280?125 2

4?400

=1451 mm

查表取相近的基准长度????，????=1400????。 带传动实际中心距a=??0+

[5]验算小带轮的包角

一般小带轮的包角不应小于120?。 α1≈180?

??2???1??

???????02

=400+

1400?1451

2

=375 mm

?57.3=158 °>120°, 合适

[6]确定带的根数

Z=

其中：

??0=1.93

??0为α1=180°，载荷平稳，i=1，特定基准长度时单根V带的额定功率，

由《实用机床设计手册》图3.2-3，3.2-4得：

??????

??0+???0 ????????

???0=0.09

???0 为i?1时传递功率的增量，由《实用机床设计手册》图3.2-3，

3.2-4得：

????=0.95

- 7 -

????为按小轮包角?；由《实用机床设计手册》表3.2-6查得

????=0.96

????为长度系数；由《实用机床设计手册》表3.2-6查得

为避免V型带工作时各根带受力严重不均匀，限制根数不大于10。 Z= 1.93+0.09 ?0.95?0.96=1.79 取2

[7]计算带的张紧力F0

??????2.5?????

F0=500 +????2

????????

其中： pca-带的传动功率,3.3KW； v-带速,9.35 m/s；

q-每米带的质量，kg/m；取q=0.1kg/m。 由《实用机床设计手册》表3.2-1查得

??0=500?9.35 ?2?

3.33.3

2.5?0.95

0.95

+0.1?9.35 2=152.64 N

[8]计算作用在轴上的压轴力 F??≈2????0??????

??12

≈2?2?152.64 ???????

158

2

=599.06 N

2.3 各传动组齿轮模数的确定和校核

⑴模数的确定(按齿面接触疲劳计算齿轮模数)： a传动组：只需计算齿数最小齿轮模数 计算齿齿轮的模数：

(??+1)??1??2??3??

????=16300

??????12?? ????[????]23

其中: i-公比 ； i=1.41； ??1-工况系数；取1.2

- 8 -

??2?动载荷系数；查《金属切削机床设计指导》表28

按精度等级7，≤HB350,取??2=1.4 ??3?齿向载荷分布系数；查《金属切削机床设计指导》表29 取??3=1.12

P-齿轮所传递的额定功率；P =??????=3?0.95=2.85Kw

??=??带??轴承=0.96?0.99=0.95

????-齿宽系数；取8 ??1?小齿轮齿数；取29 ????-齿轮计算转速；630r/min

[????]-齿轮许用接触应力； 按45#整体淬火[????]=1100MPa

????=16300

取m =2.5 mm。

于是传动组a的齿轮模数取m =2.5 mm，b =20mm。 轴Ⅰ上齿轮的直径：

????1=2.5 *35=87.5mm,????2=2.5 *29=72.5mm 轴Ⅱ上三联齿轮的直径分别为：

′′????1=2.5 *35=87.5mm,????2=2.5 *41=102.5mm

3

1.41+1 ?1.2?1.4?1.12?2.85

=1.98

8?292?1.41?630?11002

b传动组：

按最小齿数26的齿轮计算：

(??+1)??1??2??3??

????=16300

??????12?? ????[????]23

其中: i-公比 ； i=2； ??1-工况系数；取1.2

- 9 -

??2?动载荷系数；查《金属切削机床设计指导》表28

按精度等级7，≤HB350,取??2=1.4 ??3?齿向载荷分布系数；查《金属切削机床设计指导》表29 取??3=1.12

P-齿轮所传递的额定功率；P =??????=3?0.92=2.76Kw ??=??带??轴承??轴承??齿轮=0.96?0.99?0.99?0.98=0.92

????-齿宽系数；取8 ??1?小齿轮齿数；取26 ????-齿轮计算转速；450r/min

[????]-齿轮许用接触应力； 按45#整体淬火[????]=1100MPa

2+1 ?1.2?1.4?1.12?2.76 ????=16300=2.25

8?262?2?450?110023

取m =3 mm。

于是传动组b的齿轮模数取m =3 mm，b =24mm。 轴II上齿轮的直径： ????1=3 *39=117mm,????2=3 ?26=78mm 轴III上三联齿轮的直径分别为：

′′????1=3 *39=117mm,????2=3 *52=156mm

c传动组：

按最小齿数24的齿轮计算：

3(??+1)??1??2??3??

????=16300

??????12?? ????[????]2

其中: i-公比 ； i=2.82； ??1-工况系数；取1.2

??2?动载荷系数；查《金属切削机床设计指导》表28

按精度等级7，≤HB350,取??2=1.4

- 10 -

4. 各轴的设计及主轴的校核

4.1 确定各轴最小直径

计算公式：d≥110 n j4

P 式中：d—轴的危险断面处的直径（mm），当轴上有一个键槽时， d值应增大4%-5%；当同一断面上有两个键槽时，d

值应增大7%-10%。当轴为花键时，则轴的内径可比

d值减小7%。

P—该轴传递的额定功率（KW）。 nj—该轴的计算转速（r/min）。

取传递效率，??带=0.96，??轴承=0.99，??齿=0.98

（1）I轴的直径：

I轴传递功率P??=??????带??轴承=3?0.96?0.99=2.85 KW

d≥110 n??=110 630=28.53 mm，

j

4

P42.85

考虑键槽故增大5%并圆整取d=32mm

（2）II轴的直径：

II轴传递功率P????=??????齿??轴承=2.85 ?0.98?0.99=2.77 KW

d≥110 n????=110 450=30.80 mm，

j

4

P42.77

考虑键槽故增大5%并圆整取d=35mm

（3）III轴的直径：

III轴传递功率P??????=??????齿??轴承=2.77 ?0.98?0.99=2.68 KW

??????d≥110 n=110 450 =30.57 mm，

j4

P42.68

考虑键槽故增大5%并圆整取d=35mm

（4）IV轴（主轴）的直径：

IV轴传递功率P????=??????????齿??轴承=2.68 ?0.96?0.99=2.60 KW

d≥110 n????=110 160 =39.29 mm，

j

4

P42.60

圆整取d=42mm

- 16 -

4.2主轴的计算及校核

（1）选择主轴轴颈直径,轴承型号和最佳跨距

最大加工直径400mm，P=3KW.经查《实用机床设计手册》表3.11-6：得： 前轴颈应为70-90mm, 初选D1=85mm,

后轴颈D2=(0.7-0.85)D1,取D2=65mm, 取主轴中空孔直径为0.5D2=32mm, 前轴承为NN3017K,后轴承为NN3013K, 根据结构,初定悬伸长度??1=75mm

根据经验，主轴的跨距L= 3~5 ??1，初定l=350mm

（2）主轴前端位移验算：

为了保证机床的加工精度，必须限制主轴悬伸端处的位移不能超过允许值，近似计算中可不计轴承变形的影响。通过计算和实验可知，主轴端部由主轴变形引起的位移占总位移的50%~80%，一般可取60%。由轴承变形引起的位移占20%~40%。 主轴受力简图如下：

′计算公式：????≥1.66????

′ 其中 ????=??2(??+??) ，????=???? 0.6??2+0.4

??

??

??

??

(1+??)2??????2(1+)??300??4

2????

式中：D-主轴当量外径,简化计算为D=(D1+D2)/2=7.5mm

- 17 -

????=75mm

????=0.4Dmax=0.4*400=160mm L=350mm

??cb??lim

????=????????????????

2??(1+ξ) 查表9-8取当V=50m/min,f=0.1mm/r时，??cb=2.46??/μm.mm, ??=68.8°，??lim=0.015Dmax=6mm。 查表9-9取??=0.03 车削外圆式一般取??=45°

cblim故：????=2??????????????????=

(1+ξ)

????2.46?6

2?0.025（1+0.025）

??????68.8???????45=55.98 N/μm

44

300??300?7.5′

????=2==397.06 ??/????

????(??+????)7.52?(35+7.5)2(1+????

????=???? 0.62+0.4

????(1+

????2

)??

????2 )??

=55.98 ? 0.6?

1602

752+0.4?

1+350 1+350 75

1602

2 =185.12 N/μm

′????≥1.66????

可以看出，主轴的刚度是合格的。

4.3多片式摩擦离合器的设计计算

查取教材10.6，选用材料为铜-铜基粉末冶金材料，并选择干式型离合器。

（1）确定外离合器的直径??1

对于轴装式，??1=??+ 2?6 ????=85+(2-6)=87-91 最终取??1=88mm （2）确定内摩擦片的外径??2

??2=

其中??取0.57-0.75，此处取0.6 则??2=

??10.6

??1 ??=

88

0.6

=117.33 mm

圆整取??2=118mm

（3）计算摩擦面中径????及摩擦面平均线速度????

- 18 -

????=

??1+??2

2

=

88+118

2

=103mm =3.40 m/s

??

v=60000=

??????3.14?630?103

60000

（4）计算摩擦片对数Z

??????=

12??????103

3

????[p]（??2

?

3??1)????????

式中???安全系数，取1.3-1.5，此处取1.4 ???摩擦系数，查表10.6，取0.28 p ?材料的许用压强，查表10.6，取1

?????速度修正系数，查表10.7得：0.86

?????每小时结合数修正系数，对于干式型离合器，取1 ?????摩擦面对数修正系数 ????-离合器传递的扭矩。 ????=

9550?????

=

9550?3

630

=45.48 N.m

=3.14?0.28?1? 1183?883 ?0.86?1=1.05

12?45.48 ?1.4?103

??????=

12??????103

3???3)????????[p]（??2????1

查表10.9取Z=3 （5）计算主动片数??1和被动片数??2 ??1=2+1=2+1=2.5，取3 ??2=2=2=1.5，取2

总片数i=??1+??2=3+2=5 （6）计算轴向压力

22

Q=4(??2???1)[p]????=

??

3.144

??3??

3

? 1182?882 ?1?0.86=4172.12 N

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4.4各轴轴承选择

主轴：根据外径D1=85，D2=65

后端选择双列圆柱滚子轴承NN3017K,其内径为85，外径为130 前端选择双列圆柱滚子轴承NN3013K,其内径为65，外径为100 I轴：根据计算I轴外径为32

选择圆锥滚子轴承30205,其内径为25，外径为52 II轴：根据计算II轴外径为35

选择圆锥滚子轴承30206,其内径为30，外径为62 III轴：根据计算III轴外径为35

选择圆锥滚子轴承30206,其内径为30，外径为62

三、总结

金属切削机床的课程设计任务完成了，虽然设计的过程比较繁琐，而且刚开始还有些不知所措，但是在同学们的共同努力下，再加上老师的悉心指导，我终于顺利地完成了这次设计任务。本次设计巩固和深化了课堂理论教学的内容，锻炼和培养了我综合运用所学过的知识和理论的能力，是我独立分析、解决问题的能力得到了强化.

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四、参考文献

［1］工程学院机械制造教研室 主编.金属切削机床指导书.

［2］濮良贵 纪名刚主编.机械设计(第七版).北京:高等教育出版社,2001年6月

[3］毛谦德 李振清主编.《袖珍机械设计师手册》第二版.机械工业出版社,2002年5月

［4］《减速器实用技术手册》编辑委员会编.减速器实用技术手册.北京:机械工业出版社,1992年

［5］戴曙主编.金属切削机床.北京:机械工业出版社,2005年1月

[6]《机床设计手册》编写组 主编.机床设计手册.北京:机械工业出版社,1980年8月

［7］华东纺织工学院哈尔滨工业大学天津大学主编.机床设计图册.上海:上海科学技术出版社,1979年6月

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四、参考文献

［1］工程学院机械制造教研室 主编.金属切削机床指导书.

［2］濮良贵 纪名刚主编.机械设计(第七版).北京:高等教育出版社,2001年6月

[3］毛谦德 李振清主编.《袖珍机械设计师手册》第二版.机械工业出版社,2002年5月

［4］《减速器实用技术手册》编辑委员会编.减速器实用技术手册.北京:机械工业出版社,1992年

［5］戴曙主编.金属切削机床.北京:机械工业出版社,2005年1月

[6]《机床设计手册》编写组 主编.机床设计手册.北京:机械工业出版社,1980年8月

［7］华东纺织工学院哈尔滨工业大学天津大学主编.机床设计图册.上海:上海科学技术出版社,1979年6月

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/x8bg.html