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機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書
機(jī)械教研室
機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(1)
車床主軸箱設(shè)計(jì)
車床主軸箱設(shè)計(jì)
一、課程設(shè)計(jì)的目的
1、 課程設(shè)計(jì)屬于機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課的延續(xù)，通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，進(jìn)一步學(xué)習(xí)掌握機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法。
2、 培養(yǎng)綜合運(yùn)用機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、精度設(shè)計(jì)、金屬工藝學(xué)、材料熱處理及結(jié)構(gòu)工藝等相關(guān)知識，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力。
3、 培養(yǎng)使用手冊、圖冊、有關(guān)資料及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的能力。
4、 提高技術(shù)總結(jié)及編制技術(shù)文件的能力。
5、 是畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)施的技術(shù)準(zhǔn)備。
二、設(shè)計(jì)內(nèi)容與基本要求
設(shè)計(jì)內(nèi)容：獨(dú)立完成變速級數(shù)為6-12級的機(jī)床主傳動系統(tǒng)主軸變速箱設(shè)計(jì)，包括車削左右螺紋的換向機(jī)構(gòu)及與進(jìn)給聯(lián)系的輸出軸。
基本要求：
1、 課程設(shè)計(jì)必須獨(dú)立的進(jìn)行，每人必須完成展開圖、截面圖圖樣設(shè)計(jì)各一張，能夠較清楚地表達(dá)各軸和傳動件的空間位置及有關(guān)結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，合理的確定尺寸、運(yùn)動及動力等有關(guān)參數(shù)。
3、 正確利用結(jié)構(gòu)式、轉(zhuǎn)速圖等設(shè)計(jì)工具，認(rèn)真進(jìn)行方案分析。
4、 正確的運(yùn)用手冊、標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)圖樣必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。說 明書力求用工程術(shù)語，文字通順簡練，字跡工整。
5、 完成典型零件工作圖圖樣設(shè)計(jì)2 張。
三、設(shè)計(jì)步驟
方案確定
1、 確定有關(guān)尺寸參數(shù)、運(yùn)動參數(shù)及動力參數(shù)。
2、 據(jù)所求得的有關(guān)運(yùn)動參數(shù)及給定的公比，寫出結(jié)構(gòu)式，校驗(yàn)轉(zhuǎn)速范圍，繪制轉(zhuǎn)速圖。
3、 確定各變速組傳動副的傳動比值，定齒輪齒數(shù)、帶輪直徑，校驗(yàn)三聯(lián)滑移齒輪齒頂是否相碰，校驗(yàn)各級轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速誤差。
4、 繪制傳動系統(tǒng)圖。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、 草圖設(shè)計(jì)——估計(jì)各軸及齒輪尺寸，確定視圖比例，確定展開圖及截面圖的總體布局；據(jù)各軸的受力條件，初選軸承，在有關(guān)支撐部位畫出軸承輪廓。并檢驗(yàn)各傳動件運(yùn)動過程中是否干涉。
2、 結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)——確定齒輪、軸承及軸的固定方式；確定潤滑、密封及軸承的調(diào)整方式；確定主軸頭部形狀及尺寸，完成展開圖及截面圖的繪制。
3、 加黑，注尺寸、公差配合，標(biāo)注件號，填寫明細(xì)表及裝配圖技術(shù)要求。
零件圖設(shè)計(jì)
編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書
四、基本參數(shù)確定
1、 基本參數(shù)
主參數(shù)D——床身上最大加工直徑（mm）
刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 (D≤800mm時)
或
通過主軸孔最大奉料直徑
床身寬度
通用機(jī)床主軸短部結(jié)構(gòu)形狀
序號
簡 圖
結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn)
應(yīng)用范圍
1
前端短錐面定位，定心精度高；
法蘭上的螺孔用于緊固卡盤，并有一沉孔，以安裝端而鍵傳遞轉(zhuǎn)矩。內(nèi)孔為莫氏內(nèi)錐孔，用以安裝頂尖、心軸等；
頭部懸伸較短，剛性好；
裝卸卡盤方便
大多數(shù)車床、六角車床、多刀車床的主軸
2
a,b為定位面，與卡盤配合有間隙，定位面易磨損，定心精度低；
螺紋用于鎖緊卡盤，內(nèi)錐孔用于安裝頂尖、心軸和彈簧夾頭等；
軸端懸伸長，剛性差；
裝拆卡盤較方便
車床、儀表機(jī)床（在新設(shè)計(jì)的機(jī)床上已逐漸淘汰）
3
長錐為定位面，定心精度高；
與卡盤連接時用套在主軸上的螺母拉緊，長錐上的鍵用以傳遞扭矩；
軸端懸伸較長，剛性較差；
裝拆卡盤較方便
車床
4
7：24錐孔作定位面，供安裝銑刀或銑刀心軸的尾椎，再用拉桿從主軸后端拉緊，四個螺孔供安裝端銑刀用，兩個長槽供安裝端面鍵以傳遞扭矩
銑床
5
模氏錐孔作定位面并傳遞一定的轉(zhuǎn)矩，錐孔內(nèi)部的退錐槽，借助楔鐵使刀具安裝可靠，尾部的退錐槽便于拆卸刀具，并與刀具
扁尾一起傳遞扭矩。
鉆床、鏜床
2、 尺寸參數(shù)
機(jī)床主軸端部結(jié)構(gòu)形狀：
主軸中心孔前段錐度，摩氏3-6度。
為裝配方便，車床主軸直徑通常是從前向后逐段遞減。一般車、銑床主軸后軸頸的直徑，為前軸頸尺寸。
主軸前軸頸尺寸應(yīng)按所傳遞的功率確定，初選時可參照下表初定。
主軸前軸徑的直徑 mm
功率KW
Di
機(jī)床
1.47-2.5
2.6-3.6
3.7-5.5
5.6-7.3
7.4-11
11-14.7
14.8-18.4
18.5-22
22-29.5
臥式車床
60-80
70-90
70-105
95-130
110-145
140-165
150-190
220
230
銑床
50-90
60-90
60-95
75-100
90-105
100-115
------
-----
-----
外圓磨床
----
50-90
55-70
70-80
75-90
75-100
90-100
105
105
主軸前端面到前支撐徑向支反力作用點(diǎn)之間的距離為主軸懸伸量，減小懸伸量對提高主軸組件的剛度與抗振性有明顯效果。主軸懸伸量的選擇，可參照下表確定。
主軸懸申量與前軸頸直徑之比
機(jī)床和主軸的類型
α/D
通用和精密車床，自動車床和短主軸端銑床，用滾動軸承支承，適用于高精度和普通精度要求
0.6-1.25
中等長度和較長主軸端的車床和銑床，懸申不太長（不是細(xì)長）的精密鏜床和內(nèi)圓磨床，用滾動軸承和滑動軸承支撐，適用于絕大部普通生產(chǎn)的要求。
1.25-2.5
孔加工機(jī)床，專用加工細(xì)長深孔的機(jī)床，由加工技術(shù)決定，需要有長的懸伸刀桿或主軸可移動，因切削較重而不適用于有高精度要求的機(jī)床。
〉2.5
主軸最佳跨距可據(jù)下列經(jīng)驗(yàn)公式初定
式中 L0——最佳跨距 a——懸伸量
（懸伸量大的機(jī)床
若實(shí)際跨距L實(shí)與最佳跨距L0不能相等時，可取合理跨距。
若L實(shí)〉L0時，應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)主軸剛度；反之，L實(shí)
4
校驗(yàn)各級轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速誤差
——主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速（r/min）
——主軸標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速（r/min）
——公比
繪制傳動系統(tǒng)圖。
六、草圖設(shè)計(jì)
要求繪制展開圖、截面圖各一張，以表達(dá)所設(shè)計(jì)主軸變速箱的基本結(jié)構(gòu)。兩圖應(yīng)并行繪制。其中展開圖以將各軸展開到同一平面的展開形勢繪制，所表達(dá)的是各軸及軸上所有零件的實(shí)際形狀，及軸向位置及尺寸。截面圖則反映各軸的空間關(guān)系及經(jīng)向尺寸。
設(shè)計(jì)展開圖時，應(yīng)考慮主軸的懸伸量、合理跨距；各傳動軸上齒輪寬度、滑移齒輪必須保證一對齒輪徹底脫開、另一對齒輪才能進(jìn)入嚙合、 并留有1-2mm間隙，不相鄰軸上的齒輪在滑動中不干涉等需要，軸承布置，皮帶輪的位置等因素綜合確定軸向尺寸。
據(jù)各軸的軸間距及傳動件徑向尺寸，合理的布置展開圖的位置。
在截面圖上須注意，主軸必須在兩導(dǎo)軌中央，主軸距導(dǎo)軌面高度應(yīng)等于主參數(shù)之半。帶輪一般在主軸箱后上方，要便于防護(hù)。布置各傳動軸位置時應(yīng)注意檢查不相鄰軸之間齒輪或軸是否干涉。
運(yùn)動件與相壁之間距離不小于15mm。
結(jié)構(gòu)草圖確定后，對有關(guān)軸及齒輪進(jìn)行校驗(yàn)計(jì)算。
七、結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)
箱壁各安裝軸承處可適當(dāng)設(shè)凸緣，加筋條。主軸箱應(yīng)留有在床身上安裝定位的基準(zhǔn)面。
主傳動系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有剎車制動裝置，安放位置最好在接近執(zhí)行件，轉(zhuǎn)速較高且變速范圍較小的傳動軸上。
在向進(jìn)給系統(tǒng)輸出的部位有加工左右螺紋的換向裝置，一般采用介輪換向，而且介輪放在反向傳動中。
主軸軸承可采用滾動軸承，亦可采用滑動軸承，配置形式可以是兩支撐，亦可以是三支撐。常見的主軸滾動軸承配置形式及工作性能見表。
為提高角接觸球軸承的剛度，角接觸球軸承的組配形式以背對背使用為好。主軸軸承精度選擇：
主軸軸承精度
機(jī)床精度等級
前軸承
后軸承
普通精度級
P5或P4（SP）
P5或P4（SP）
精密級
P4（SP）或P2(UP)
P4（SP）
高精度級
P2(UP)
P2(UP)
常見的主軸滾動軸承配置形式及工作性能表
序號
軸承配置
前支承
后支承
前支承承載能力
剛度
振擺
溫升
極限轉(zhuǎn)速
熱變形前端位移
徑向
軸向
徑向
軸向
徑向
軸向
徑向
軸向
徑向
軸向
總的
前支承
1
3182100
2268000
3182100
-
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
2
3182100
8000
3182100
-
1.0
1.0
0.9
3.0
1.0
1.0
1.15
1.2
.65
3
3182100
-
46000
-
1.0
0.6
0.8
0.7
1.0
1.0
0.6
0.5
1.0
3.0
4
7000
(30000)
-
7000
-
0.8
1.0
0.7
1.0
1.0
1.0
0.8
.75
0.6
0.8
5
2697000
-
7000
-
1.5
1.0
1.13
1.0
1.0
1.4
1.4
0.6
0.8
0.8
6
46000
-
46000
-
0.7
0.7
.45
1.0
1.0
1.0
0.7
0.5
1.2
0.8
7
46000
-
46000
-
0.7
1.0
.35
2.0
1.0
1.0
0.7
0.5
1.2
0.8
8
46000
8000
0000
8000
0.7
1.0
.35
1.5
1.0
1.0
1.0
0.7
.75
0.8
9
84000
8000
84000
8000
0.6
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
0.5
0.9
主軸軸承必須能進(jìn)行預(yù)緊和間隙調(diào)整。
因機(jī)床工作屬于輕載，故各軸的軸承通?？砂摧p系列和特輕系列選擇。
各軸承及固定的傳動件，必須有可靠的軸向定位環(huán)節(jié)，其方式可采用軸肩、套筒、螺母、螺釘、彈簧卡圈、楔形鍵塊等等。參照有關(guān)圖冊設(shè)計(jì)。
標(biāo)注尺寸、配合；加黑;編制件號；編制明細(xì)表。標(biāo)注裝配技術(shù)條件。
八、零件工作圖設(shè)計(jì)
由指導(dǎo)教師指定零件，一般設(shè)計(jì)一個軸一個齒輪。圖幅A3.
九、撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書
要求：說明簡要，計(jì)算合理、準(zhǔn)確，表達(dá)清晰，文字簡練通順。
內(nèi)容：1、設(shè)計(jì)任務(wù)；2、主要規(guī)格參數(shù)；3、工作性能及范圍；4、各有關(guān)參數(shù)的計(jì)算與確定；5、方案論證（可結(jié)合結(jié)構(gòu)式及轉(zhuǎn)速圖進(jìn)行）；6、轉(zhuǎn)速圖、傳動系統(tǒng)圖，轉(zhuǎn)速誤差計(jì)算；7、各軸及齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速;8、有關(guān)校驗(yàn)計(jì)算；9、軸承選擇使用及有關(guān)結(jié)構(gòu)說明。
十、工作進(jìn)程安排
方案設(shè)計(jì)：包括參數(shù)確定、轉(zhuǎn)速圖擬定、傳動系統(tǒng)圖擬定。 2天
結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)： 3天
校驗(yàn)計(jì)算： 1天
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：包括完善草圖，注尺寸、公差配合，加黑，
編制件號，明細(xì)及技術(shù)要求等。 4天
零件工作圖設(shè)計(jì)： 1天
編寫說明書： 2天
機(jī)動： 1天
答辯： 1天
十一、課程設(shè)計(jì)選題
C6125型、C6128型、C6132型、C6136型、C6140型普通車床
在每種型號車床中限定公比Ф=1.41、1.58、1.78和Ф=2的各一種。
為保證順利地完成設(shè)計(jì)任務(wù)，轉(zhuǎn)速級數(shù)均限制在12級以內(nèi)。
9