設計題目：cm6150型精密普通車床床頭箱設計
設計者：
班級學號：
指導教師：
2023年9月3日—2023年9月23日
cm6150型精密普通車床床頭箱設計
[摘要] 本次設計為cm6150型精密普通車床的主軸箱設計。
該工具機屬於精密車床。主傳動為分離型傳動，並用精度高的傳動齒輪。主軸支撐採用精密滾動軸承。它能完成普通車床的各種車削工作，加工零件尺寸精度可達1級，光潔度達▽7以上。
首先根據本次設計的主要引數進行工具機轉速的確定，擬定傳動方案，確定出床頭箱的轉速圖和變速傳動系統圖。選定齒輪的齒數，通過驗算主軸的轉速誤差是否在誤差值的允許範圍內，從而確定設計的齒輪是否達到設計要求。根據《工具機設計手冊》和已經確定的主軸箱轉速圖，計算主軸、各傳動軸以及各齒輪的計算轉速，進而確定齒輪的模數和材料，完成齒輪的設計。
接下來針對齒輪的模數以及傳動軸（中軸）的剛度和強度、軸承壽命等進行校核驗算，達到合格後即初步完成了車床主軸箱的整體設計。
[關鍵詞] 床頭箱齒輪軸
目錄第一章引言4
第二章主要技術引數5
第三章傳動方案和傳動系統圖7
第四章主要設計零件的計算和驗算9
第五章課程設計體會15
第五章參考資料編目16
第一章引言
本次課程設計任務是cm6150車床主軸箱傳動設計。由於cm6150車床是精密，高精密加工車床，要求車床加工精度高，主軸運轉可靠，並且受外界，振動，溫度干擾要小，因此，為盡量減小變速箱，原電機振動源對主軸箱傳動的影響。
第二章主要技術引數
工件最大迴轉直徑：
在床面上500公釐
在床鞍上280公釐
工件最大長度1000公釐
主軸孔徑52公釐
主軸前端孔錐度莫氏6號
主軸轉速範圍：
正傳（24級10~1600轉/分
反傳（12級20~800轉/分
加工螺紋範圍：
公制（44種0.5~40公釐
英製（20種7∕16~40牙/英吋
模數（39種0.4~40公釐
徑節（37種7∕8~80徑節
進給量範圍：
縱向0.028~3.264 公釐/轉
橫向0.011~1.232 公釐/轉
主電機：
功率3.5∕5千瓦
轉速750∕1500轉/分
工件最大長度為1000公釐的工具機：
外形尺寸（長×寬×高2580×945×1295公釐
第三章傳動方案和傳動系統圖
1.引數的確定
任務要求nmax=1600rpm，nmin=10rpm，主軸轉速級數z=21，計算得轉速公比=1.26，選擇電機轉速1500r/min／750 r/min，電機功率3.5／5kw。
已知主軸最低轉速nmin為10mm/min,最高轉速nmax為1600mm/min，轉速調整範圍為 rn=nmax/nmin=160。 選定主軸轉速數列的公比為φ＝1.26。
z=lgrn/lgφ+1= lg14/lg1.12+1=24。
2.傳動設計
2.1選擇結構式
確定變速組的數目和各變速組中傳動副的數目。本次設計使用兩個變速組，各一對齒輪，以及一對內齒輪。內齒輪嚙合時，主軸可以獲得高轉速；由兩對齒輪嚙合傳動時，主軸獲得低轉速。
24=2×3×2×2
2.2繪製轉速圖
（1）選定電動機
一般金屬切削工具機的驅動，如無特殊效能要求，多採用y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相非同步電動機。y系列電動機高效、節能、起動轉矩大、雜訊低、振動小、執行安全可靠。根據工具機所需功率選擇y160m-4，其同步轉速為1500r/min。
（2）分配總降速傳動比
總降速傳動比為uii=nmin/nd=10/1600≈6.67×10－3,nmin為主軸最低轉速，考慮是否需要增加定比傳動副，以使轉速數列符合標準或有利於減少齒輪和及徑向與軸向尺寸，並分擔總降速傳動比。然後，將總降速傳動比按「先緩後急」的遞減原則分配給串聯的各變速組中的最小傳動比。
（3）確定傳動軸的軸數
傳動軸數＝變速組數+定比傳動副數+1=6
（4）繪製轉速圖
先按傳動軸數及主軸轉速級數格距lgφ畫出網格，用以繪製轉速圖。在轉速圖上，先分配從電動機轉速到主軸最低轉速的總降速比，在串聯的雙軸傳動間畫上u(k→k+1)min.再按結構式的級比分配規律畫上各變速組的傳動比射線，從而確定了各傳動副的傳動比。
圖一傳動系統圖
圖二轉速圖
3.變速箱結構的設計
變速箱結構的設計是在系統設計的基礎上進行的，通過結構的優化設計和合理布局各齒輪副、傳動軸、主軸及其裝置，使其達到工具機總體設計對主軸箱部位的全部技術要求。
7.1.主軸元件
ⅴ軸在主軸箱內是關鍵部件之一，其工作效能對加工質量有這直接的影響。採用後端定位。該軸同時受軸向力和徑向力，可以選擇向心球軸承和推力球軸承，前軸承精度要求一般比後軸承高一級，前軸承選用c級精度，後軸承採用d級。
換向直徑由電機帶動，制動採用電磁制動器[15]。
7.2傳動軸的結構
軸的長度較短，可以採用兩端定位，軸上的零件固定主要有彈性擋圈、軸用擋圈、軸套、鍵等。
第四章主要設計零件的計算和驗算
1．傳動軸直徑的計算
按鈕轉剛度對傳動軸直徑進行估算。
（mm3-10）
式中：d —— 主軸直徑[mm];
p —— 該軸傳遞的功率[kw]；
nj —— 該軸的計算轉速[rpm];
該軸允許的扭轉角[deg/m] [7];
因該軸屬於一般傳動軸， =0.6
ⅴ軸： 可取50mm
ⅵ軸： 取80mm
ⅶ軸：取40mm。
2.帶輪直徑和齒輪齒數的確定
4.1帶輪直徑的確定
本次設計中，存在電動機到ⅰ軸的一組皮帶輪傳動，傳動比為1：1.4，
一般工具機上採用v帶，根據電動機轉速和功率即可確定帶型號，傳動帶
數2~5個最佳。根據帶輪傳遞功率和轉速，對於電動機到i軸選擇a型
帶，變速箱帶輪直徑d2=140mm，軸ⅴ上帶輪直徑d1=210mm，採用4根帶。
4.2齒輪齒數的確定
為了便於設計和製造，同一傳動組內各齒輪的模數常取為相同。此時，各傳動副的齒輪齒數和相同。
顯然，齒數和太小，則小齒輪的齒數少，將會發生根切，或造成其加工齒輪中心孔的尺寸不夠（與傳動軸直徑有關），或造成加工鍵槽（傳遞運動需要）時切穿齒根；若齒數和太大，則齒輪結構尺寸大，造成主傳動系統結構龐大。因此，應根據傳動軸直徑等適當選取。本次設計共有ⅴ-ⅶ，，ⅶ-ⅵ兩個傳動副。
軸ⅴ-ⅶ之間有1對嚙合齒輪，軸ⅶ-ⅵ之間有1對嚙合齒輪，u1 = , u2 =，z1=zmin ,取z1=20， =81 ，取齒數和sz=101,。=17， =85。
4.3檢查主軸各級轉速
主軸ⅴ：n理=1600r/min，n實=1632r/min
（n實- n理）/ n理=2.0%<2.6%
主軸ⅶ：n理=800r/min，n實=808r/min
（n實- n理）/ n理=1.0%<2.6%
主軸ⅵ：n理=1600r/min，n實=1648r/min
（n實- n理）/ n理=2.2%<2.6%
所以齒輪齒數符合要求。
4.4齒輪的計算轉速
主軸計算轉速為1600r/min，ⅴ軸的轉速在750r/min以上時才能傳遞全部功率，所以ⅴ軸的計算轉速為1000r/min，ⅶ軸的轉速在1000r/min以上時能傳遞全部功率，ⅶ軸的計算轉速為1000r/min。
4.5 各軸傳遞功率的確定
各軸的傳遞功率n=η*pe。在確定各軸效率時，不考慮軸承的影響，但在選取各軸齒輪傳遞效率時，取小值以彌補軸承帶來的誤差。一般工具機上格傳動元件的效率見下表。
表一機械傳動效率表
床頭箱圓柱齒輪傳動選取8級精度。求的各軸的傳遞功率為
5.0=4.56kw； 4.56*0.95=4.33kw； 4.33*=4.07kw；
4.6齒輪模數的確定
由中心距a及齒數z1,z2，可求齒輪模數為：
m=2a/(z1+z2)
根據生產實踐經驗，按齒麵點蝕估算的齒輪中心距有如下公式：
a>=370(p/nj)^(1/3)（5）
式中，nj：大齒輪的計算轉速，單位為r/min。
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