C616普通中型車床主軸箱設(shè)計(jì)含5張CAD圖,c616,普通,中型,車床,主軸,設(shè)計(jì),cad C616普通中型車床主軸箱設(shè)計(jì) 摘 要 普通中型車床主軸箱設(shè)計(jì)，主要包括三方面的設(shè)計(jì)，即：根據(jù)設(shè)計(jì)題目所給定的機(jī)床用途、規(guī)格、主軸極限轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速數(shù)列公比或級數(shù)，確定其他有關(guān)運(yùn)動參數(shù)，選定主軸各級轉(zhuǎn)速值；通過分析比較，選擇傳動方案；擬定結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)，擬定轉(zhuǎn)速圖；確定齒輪齒數(shù)及帶輪直徑；繪制傳動系統(tǒng)圖。其次，根據(jù)機(jī)床類型和電動機(jī)功率，確定主軸及各傳動件的計(jì)算轉(zhuǎn)速，初定傳動軸直徑、齒輪模數(shù)，確定傳動帶型號及根數(shù)，摩擦片尺寸及數(shù)目；裝配草圖完成后要驗(yàn)算傳動件（傳動軸、主軸、齒輪、滾動軸承）的剛度、強(qiáng)度或壽命。最后，完成運(yùn)動設(shè)計(jì)和動力設(shè)計(jì)后，要將主傳動方案“結(jié)構(gòu)化”，設(shè)計(jì)主軸變速箱裝配圖及零件圖，側(cè)重進(jìn)行傳動軸組件、主軸組件、變速機(jī)構(gòu)、箱體、潤滑與密封、傳動軸及滑移齒輪零件的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：車床；主軸箱；變速系統(tǒng)；主軸組件 II C616 spindle box design Abstract Under normal circumstances, the lathe headstock design, mainly includes three aspects of the design,n, including the three aspects of the design, namely: According to a design by the use of a given machine, specifications, spindle speed limit, speed series of common ratio or series, to determine other relevant motion parameters, the selected axis of the grade speed value; through analysis and comparison, select the drive scheme; proposed structure or structure network, development of speed diagram; determine gear and pulley diameter; drawing transmission system map. Secondly, according to machine type and motor power, and the transmission parts to determine the calculation of the spindle speed, an initial diameter of shaft, gear module to determine the belt type and root number, size and number of friction plate; Assembly Draft Checking transmission parts after completion of (shaft, spindle, gear, bearing) stiffness, strength or life. Finally, the complete design and dynamic design exercise, the main transmission scheme to the "structural", the design of spindle gearbox assembly drawing and part drawings, focusing on the drive shaft assembly, spindle assembly, transmission organizations, box, lubrication and sealing , drive shaft and the sliding gear with the design. Key words：Machine tools, headstock design, transmission system, transmission, gear parts.  目錄 摘 要 III 第一章 引言 1 第一節(jié) 課題的背景及意義 1 第二節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)和目的 2 第二章 C616型普通車床的主要技術(shù)性能和參數(shù) 4 第一節(jié) 機(jī)床主要技術(shù)性能 4 第二節(jié) 主要技術(shù)參數(shù) 4 第三章 變速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 6 第一節(jié) 根據(jù)任務(wù)書所給的條件來求變速范圍 6 第二節(jié) 結(jié)構(gòu)式分析 6 一、確定變速組及各變速組中變速副的數(shù)目 7 二、結(jié)構(gòu)式的擬定 7 第三節(jié) 結(jié)構(gòu)網(wǎng)的擬定 8 第四節(jié) 各變速組的變速范圍及極限傳動比 8 第五節(jié) 繪制轉(zhuǎn)速圖 9 第六節(jié) 確定各變速組傳動副齒數(shù) 11 第七節(jié) 計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算 12 第八節(jié) 繪制變速系統(tǒng)圖 13 第四章 傳動件的設(shè)計(jì) 14 第一節(jié) 帶傳動設(shè)計(jì) 14 一、電機(jī)到Ⅰ的帶傳動設(shè)計(jì) 14 二、帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 第二節(jié) 傳動效率的確定 18 第三節(jié) 確定各軸最小直徑 18 第四節(jié) 計(jì)算各軸的傳動功率 19 第五節(jié) 鍵的校核 20 一、計(jì)算各軸的扭矩 20 二、校核鍵的擠壓強(qiáng)度 20 第六節(jié) 各傳動軸支承處軸承的選擇 22 第五章 齒輪的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 25 第一節(jié) 各傳動組齒輪模數(shù)的確定 25 第二節(jié) 確定齒輪尺寸 26 第三節(jié) 齒輪強(qiáng)度校核 27 二、Ⅱ軸上齒數(shù)為19的齒輪校核 28 三、Ⅲ軸上的齒數(shù)為18的齒輪 30 第六章 主軸組件設(shè)計(jì) 32 第一節(jié) 主軸的基本尺寸確定 32 一、外徑尺寸D 32 二、主軸孔徑d 33 三、主軸懸伸量 34 四、支撐跨距 34 II 五、主軸最佳跨距的確定 34 第二節(jié) 計(jì)算校核主軸得到的轉(zhuǎn)速 36 第三節(jié) 軸上零件的固定方式及其特點(diǎn) 37 第四節(jié) 主軸剛度的校核 38 一、主軸前支承轉(zhuǎn)角的驗(yàn)算 39 二、主軸前端位移的驗(yàn)算 40 第五節(jié) 潤滑 41 參考文獻(xiàn) 44 致 謝 45 41 第一章 引言 第1節(jié) 課題的背景及意義 制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其增加值約占我國國內(nèi)生產(chǎn)總值的40%以上，而先進(jìn)的制造技術(shù)室振興制造業(yè)系統(tǒng)工程的重要組成部分。21世紀(jì)時科學(xué)計(jì)數(shù)突飛猛進(jìn)、不斷取得新突破的世紀(jì)，它是機(jī)床技術(shù)全面發(fā)展的時代。機(jī)床代表一個民族制造工業(yè)現(xiàn)代化的水平，隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，制造技術(shù)和自動化水平的高低已成為衡量一個國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。 金屬切削機(jī)床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器，它是制造機(jī)器的機(jī)器，又稱為“工作母機(jī)”或“工具機(jī)”。 在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)中，金屬切削機(jī)床是加工機(jī)器零件的主要設(shè)備，它所擔(dān)負(fù)的工作量，約占機(jī)器總制造工作量的40%—60%。機(jī)床的技術(shù)水平直接影響機(jī)械制造工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。 機(jī)床的“母機(jī)”屬性決定了它在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。機(jī)床工業(yè)為各種類型的機(jī)械制造廠提供先進(jìn)的制造技術(shù)和優(yōu)質(zhì)高效的機(jī)床設(shè)備，促進(jìn)機(jī)械制造工業(yè)的生產(chǎn)能力和工藝水平的提高。機(jī)械制造工業(yè)肩負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供現(xiàn)代化技術(shù)裝備的任務(wù)，為適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，必須大力發(fā)展機(jī)械制造工業(yè)。機(jī)械制造工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)。機(jī)床工業(yè)則是機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)。一個國家機(jī)床工業(yè)的技術(shù)水平，在很大程度上標(biāo)志著這個國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。顯然，金屬切削機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化建設(shè)中起著重大的作用。 車床是目前使用最廣泛的機(jī)床之一。車床主要用于加工軸類等回轉(zhuǎn)體零件。通過數(shù)控加工程序的運(yùn)行，可自動完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成型表面、螺紋和斷面等工序的切削加工，并能進(jìn)行車槽、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等動作。能夠在一次裝夾過程中完成更多的加工工序，提高加工進(jìn)度和生產(chǎn)效率，特別適合于復(fù)雜形狀回轉(zhuǎn)類零件的加工。 機(jī)床是制造工業(yè)的基本生產(chǎn)設(shè)備，機(jī)床工業(yè)是我國國計(jì)民生，國防建設(shè)的基礎(chǔ)工業(yè)和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，在世界范圍內(nèi)備受各方密切關(guān)注。我國機(jī)床工業(yè)在國家正確方針政策指引下。經(jīng)歷經(jīng)濟(jì)恢復(fù)時期及“十五”計(jì)劃階段，特別是改革開放20年來的艱巨努力，建立起較大規(guī)模，較完整的體系，奠定了有力的技術(shù)基礎(chǔ)，具備相當(dāng)?shù)母偁帉?shí)力。 增加機(jī)床加工精度，提高機(jī)床加工效率。變速箱中包括的機(jī)構(gòu)大致有：作為傳動鏈連接用的定比傳動副，變速機(jī)構(gòu)，操縱機(jī)構(gòu)和潤滑裝置。而操縱機(jī)構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì)對車床的構(gòu)造和性能的發(fā)揮有著直接影響。 機(jī)床設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)人員根據(jù)使用部門的要求和制造部門的可能，運(yùn)用有關(guān)科學(xué)技術(shù)知識，所進(jìn)行的創(chuàng)造性的勞動。機(jī)床工業(yè)是機(jī)器制造業(yè)的重要部門，擔(dān)負(fù)著為農(nóng)業(yè)，工業(yè)，科學(xué)技術(shù)和國防現(xiàn)代化提供技術(shù)裝備的任務(wù)，在整個國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。一個國家機(jī)床工業(yè)的技術(shù)水平，機(jī)床的擁有量和現(xiàn)代化程度是這個國家工業(yè)生產(chǎn)能力和技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。希望可以通過對C616普通車床變速箱及操作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，來進(jìn)一步提高專業(yè)和理論知識水平，提高解決實(shí)際問題能力。 第2節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)和目的 本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是論述如何設(shè)計(jì)出合理實(shí)用的機(jī)床主軸箱，能正確，平穩(wěn)地加工工件，能保證加工質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，而且經(jīng)濟(jì)性好。 通過對的學(xué)習(xí)，要求達(dá)到以下目的： 1．綜合運(yùn)用學(xué)過的專業(yè)理論知識，能獨(dú)立分析和擬訂某機(jī)床主軸箱傳動結(jié)構(gòu)，裝配結(jié)構(gòu)和制造結(jié)構(gòu)的各種方案，能在機(jī)械設(shè)計(jì)制圖，零件計(jì)算和編寫技術(shù)文件等方面得到綜合訓(xùn)練，具備設(shè)計(jì)中等復(fù)雜零件的能力。 2．通過設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，能初步掌握機(jī)床的運(yùn)動設(shè)計(jì)，動力計(jì)算以及關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度校核，獲得工程師必備設(shè)計(jì)能力的初步訓(xùn)練，從而提高分析問題，解決問題，盡快適應(yīng)工程實(shí)踐的能力。 3. 熟悉和學(xué)會使用各種手冊，能善于使用網(wǎng)絡(luò)搜尋一些設(shè)計(jì)的相關(guān)資料，掌握一定的工藝制訂的方法和技巧。 4. 進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)操作的基本技能﹑CAD及Pro/engineer軟件應(yīng)用能力(造型設(shè)計(jì)與自動編程)﹑仿真模擬軟件的應(yīng)用。 5. 綜合運(yùn)用學(xué)過的各門有關(guān)基礎(chǔ)課（如高等數(shù)學(xué)，大學(xué)物理等），專業(yè)基礎(chǔ)課（如工程力學(xué)，機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，互換性與技術(shù)測量等）和專業(yè)課（如金屬切削原理與刀具，金屬切削機(jī)床，機(jī)械制造工藝學(xué)等）的知識，聯(lián)系成產(chǎn)實(shí)際，學(xué)習(xí)國內(nèi)外有關(guān)機(jī)床設(shè)計(jì)方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，來解決機(jī)床變速箱設(shè)計(jì)問題。 6. 掌握精密機(jī)床組成部分以及精密機(jī)床總體設(shè)計(jì)的基本原理，為進(jìn)行工藝裝備的設(shè)計(jì)打下理論基礎(chǔ)。 7. 了解現(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展動向。 8. 加深自己對工藝設(shè)計(jì)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。 9. 對運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)備（如氣動，液壓等）來改進(jìn)機(jī)床控制所提高的工程效率有一個更清楚的認(rèn)識。 第二章 C616型普通車床的主要技術(shù)性能和參數(shù) 第1節(jié) 機(jī)床主要技術(shù)性能 C616普通車床可以進(jìn)行各種車削加工，并可車削公制、英制、模數(shù)和徑節(jié)螺紋。 第2節(jié) 主要技術(shù)參數(shù) 工件最大回轉(zhuǎn)直徑： 在床身上…………………………………………………………320毫米 在床鞍上…………………………………………………………175毫米 工件最大加工長度………………………………………………750毫米 主軸孔徑…………………………………………………………30毫米 主軸前端孔錐度…………………………………………………莫氏5號 主軸轉(zhuǎn)速范圍……………………………………………………50-2500轉(zhuǎn)/分 加工螺紋范圍： 公制………………………………………………………………0.5-9毫米 英制………………………………………………………………38-2扣/時 模數(shù)螺紋…………………………………………………………0.5-9毫米 徑節(jié)螺紋…………………………………………………………2-184徑節(jié) 進(jìn)給量范圍： 縱向………………………………………………………………0.06-3.34毫米/轉(zhuǎn) 橫向………………………………………………………………0.044-2.47毫米/轉(zhuǎn) 主電機(jī)： 功率………………………………………………………………4kW 轉(zhuǎn)速………………………………………………………………1450轉(zhuǎn)/分 冷卻泵電機(jī)功率…………………………………………………0.125 kW 潤滑泵電機(jī)功率…………………………………………………0.12 kW 第三章 變速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 第1節(jié) 根據(jù)任務(wù)書所給的條件來求變速范圍 1. 根據(jù)參考文獻(xiàn)《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》中公式1-3，。 式中，-主軸最高轉(zhuǎn)速，； -主軸最低轉(zhuǎn)速，。 可以求得，。 2. 根據(jù)和轉(zhuǎn)速級數(shù)，求公比。由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》中公式1-8可得，公比。 3. 根據(jù)公比及，，查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》中表1-4以確定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列。因?yàn)椋紫日业阶钚O限轉(zhuǎn)速50，再每跳過3個數(shù)取一個轉(zhuǎn)速，即可得到公比為1.26的數(shù)列：50，63，80，100，125，160，200，250，315，400，500，630，800，1000，1250，1600，2000，2500。 上述數(shù)列即為本次設(shè)計(jì)的主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列。 第二節(jié) 結(jié)構(gòu)式分析 擬定變速方案，包括變速型式的選擇以及開停、換向、制動、操縱等整個變速系統(tǒng)的確定。變速型式則指變速和變速的元件、機(jī)構(gòu)以及組成、安排不同特點(diǎn)的變速型式、變速類型。 變速方案和型式與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度密切相關(guān)，和工作性能也有關(guān)系。因此，確定變速方案和型式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟(jì)等多方面統(tǒng)一考慮。 變速方案有多種，變速型式更是眾多，比如：變速型式上有集中變速，分離變速；擴(kuò)大變速范圍可用增加變速組數(shù)，也可采用背輪結(jié)構(gòu)、分支變速等型式；變速箱上既可用多速電機(jī)，也可用交換齒輪、滑移齒輪、公用齒輪等。 顯然，可能的方案有很多，優(yōu)化的方案也因條件而異。 一、確定變速組及各變速組中變速副的數(shù)目 級數(shù)為的變速系統(tǒng)由若干個順序的變速組組成，各變速組分別有、……個變速副，即。 由于結(jié)構(gòu)的限制，在變速副中，選擇2或3較為合適，即變速級數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子：，可以有以下三種方案： ，， 二、結(jié)構(gòu)式的擬定 根據(jù)主變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則：傳動副前多后少的原則。主變速傳動系從電動機(jī)到主軸，通常為降速傳動，接近電動機(jī)的傳動轉(zhuǎn)速較高， 傳動的轉(zhuǎn)矩較小，尺寸小一些，反之，靠近主軸的傳動件轉(zhuǎn)速較低，傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，尺寸就較大。因此在擬定主變速傳動系時，應(yīng)盡可能將傳動副較多的變速組安排在前面，傳動副數(shù)少的變速組放在后面，使主變速傳動系中更多的傳動件在高速范圍內(nèi)工作，尺寸小一些，以節(jié)省變速箱的造價，減小變速箱的外形尺寸；所以選擇。 根據(jù)主變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則：前密后疏的原則，即變數(shù)組中，級比指數(shù)小，傳動線密，級比指數(shù)大，傳動線疏。 變速方案：1.，結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。 圖3.1 通過兩種方案的比較，根據(jù)上述“前密后疏”的原則。圖3-1中為順序擴(kuò)大傳動結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)前面?zhèn)鲃咏M的傳動副靠得緊密，后面的較為松散，容易使較多傳動件處于較高的轉(zhuǎn)速下，以便減小傳動件尺寸，使結(jié)構(gòu)緊湊，能達(dá)到預(yù)期的級速且容易實(shí)現(xiàn)，所以我們最終確定的傳動方案是：結(jié)構(gòu)式為。 第三節(jié) 結(jié)構(gòu)網(wǎng)的擬定 根據(jù)中間變速軸變速范圍小的原則選擇結(jié)構(gòu)網(wǎng)。從而確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下：(圖3.2) 圖3.2 傳動系的結(jié)構(gòu)網(wǎng) 第四節(jié) 各變速組的變速范圍及極限傳動比 傳動副的極限傳動比和傳動組的極限變速范圍：在降速傳動時，為防止被動齒輪的直徑過大而使進(jìn)徑向尺寸過大，常限制最小傳動比，，為避免擴(kuò)大傳動誤差，減少震動噪聲，在升速時一般限制最大傳動比，斜齒輪比較平穩(wěn)，可取，故變速組的最大變速范圍為。 主軸的變速范圍應(yīng)等于住變速傳動系中各個變速組變速范圍的乘積，即：。 檢查變速組的變速范圍是否超過極限值時，只需檢查最后一個擴(kuò)大組。因?yàn)槠渌兯俳M的變速范圍都比最后擴(kuò)大組的小，只要最后擴(kuò)大組的變速范圍不超過極限值，其他變速組就不會超過極限值。 ，其中，，。 經(jīng)計(jì)算得，，符合要求。 主軸的變速范圍應(yīng)等于變速傳動系中各個變速組變速范圍的乘積，即：。檢查變速組的變速范圍是否超過極限值時，只需檢查最后一個擴(kuò)大組。因?yàn)槠渌兯俳M的變速范圍都比最后擴(kuò)大組的小，只要最后擴(kuò)大組的變速范圍不超過極限值，其他變速組就不會超過極限值。 其中，其中，，。 經(jīng)計(jì)算得，，符合要求。 第五節(jié) 繪制轉(zhuǎn)速圖 1. 選擇主電動機(jī) 一般車床若無特殊要求，多采用Y系列封閉式三相異步電動機(jī)，Y系列電動機(jī)為一般用途全封閉自扇冷式籠型異步電動機(jī)，具有防塵埃、鐵屑或其他雜物侵入電動機(jī)內(nèi)部的特點(diǎn)。適用于無特殊要求的機(jī)械上，如機(jī)床，泵，風(fēng)機(jī)，攪拌機(jī)，運(yùn)輸機(jī)，農(nóng)業(yè)機(jī)械等。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們選取Y112M-4型三相異步電動機(jī)，額定功率4kW，滿載轉(zhuǎn)速1440r/min。 3. 確定各級轉(zhuǎn)速 由、、z = 12確定各級轉(zhuǎn)速：100，125，160，200，250，315，400，500，630，800，1000，1250r/min。 4. 繪制轉(zhuǎn)速圖 在五根軸中，除去電動機(jī)軸，其余四軸按變速順序依次設(shè)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（主軸）。Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅲ與Ⅳ軸之間的變速組分別設(shè)為a、b、c?，F(xiàn)由Ⅳ（主軸）開始，確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速： 2. 分配總降速傳動比 總降速變速比 分配總降速傳動比時，根據(jù)降速比分配應(yīng)依照“前慢后快”的原則以及摩擦離合器的工作速度要求，確定各變速組的最小傳動比。同時要考慮是否增加定比傳動副，以使轉(zhuǎn)速數(shù)列符合標(biāo)準(zhǔn)和有利于較小齒數(shù)和減小徑向與軸向尺寸。 3. 確定傳動組中傳動副的數(shù)目 組數(shù)為的傳動系統(tǒng)，有若干個順序的傳動組組成，轉(zhuǎn)動組中有個傳動副，則，傳動組中傳動副由于結(jié)構(gòu)的限制。由，，z = 12，確定各級轉(zhuǎn)速： 6級高速：400，500，630，800，1000，1250r/min。 6級低速：100，125，160，200，250，315r/min。 最后，根據(jù)傳動過程及給定已知條件，結(jié)合前面擬定結(jié)構(gòu)網(wǎng)時所述，可以比較清楚的畫出該C616車床的主傳動系統(tǒng)(12級)的轉(zhuǎn)速圖，得到如下圖3.3，該圖能夠清楚的反映出從電機(jī)軸到主軸傳動過程中的傳動情況 圖3.3 轉(zhuǎn)速圖 第六節(jié) 確定各變速組傳動副齒數(shù) 確定各變速組傳動副齒數(shù)時，要遵守以下選用原則： 1. 齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過大，以免加大兩軸的中心距，使機(jī)床的結(jié)構(gòu)龐大；同時增加齒數(shù)和，還會提高齒輪的線速度而增加噪音，一般推薦齒數(shù)和。 2. 齒輪的齒數(shù)和也不應(yīng)該過小，最小齒輪不產(chǎn)生根切現(xiàn)象，對于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，一般取最小齒數(shù)，受結(jié)構(gòu)限制的各齒輪(尤其是最小齒輪)，應(yīng)能可靠的裝到軸上或進(jìn)行套裝；齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽的壁厚(為模數(shù))，以保證有足夠的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)變形和斷裂現(xiàn)象。兩軸間的最小中心距應(yīng)該取得合適。若齒數(shù)和太小，則中心距過小，將導(dǎo)致兩軸上的軸承及其他機(jī)構(gòu)之間距離過近或相碰。 3. 確定齒輪齒數(shù)時，應(yīng)該符合轉(zhuǎn)速圖上傳動比的要求。實(shí)際傳動比(齒輪齒數(shù)之比)與理論傳動比(轉(zhuǎn)速圖上給出的傳動比)之間允許有誤差，但是不應(yīng)該過大。由于確定齒數(shù)所造成的主軸轉(zhuǎn)速相對誤差一般不允許超過。 通過查表法確定各齒輪的齒數(shù)： (1)Ⅰ-Ⅱ軸： 查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》表8-1，取 ，，可得： 時： 時： 時： 可取,于是可得軸Ⅰ齒輪齒數(shù)分別為：35、29、30。 于是，，，可得軸Ⅱ上的齒輪齒數(shù)分別為：35、41、42。 (2)Ⅱ-Ⅲ軸： 已知，，，，可得： 時： 時： 時： 可取,于是可得軸Ⅱ齒輪齒數(shù)分別為：42、19、30。 于是，，，可得軸Ⅲ上的齒輪齒數(shù)分別為：30、53、42。 (3)Ⅲ-Ⅳ軸： 已知，，，可得： 時： 時： 可取,于是可得軸Ⅲ齒輪齒數(shù)分別為：60、18。 于是，，可得軸Ⅳ上的齒輪齒數(shù)分別為：30、72 第七節(jié) 計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算 1. 確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 2. 各傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速： 根據(jù)上節(jié)所設(shè)計(jì)的主軸箱轉(zhuǎn)速圖，軸Ⅲ可從主軸按的傳動副找上去，軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速；；軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以按的傳動副找上去，得軸Ⅱ?yàn)?；軸Ⅰ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為。 軸 計(jì)算轉(zhuǎn)速值 Ⅰ 1250 Ⅱ 1250 Ⅲ 500 Ⅳ 160 表3.1 各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 3. 各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 對于Ⅰ-Ⅱ軸，只需要計(jì)算最小齒輪數(shù)為z=29的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為。 對于Ⅱ-Ⅲ軸，只需要計(jì)算最小齒輪數(shù)為z=19的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為。 對于Ⅲ-Ⅳ軸，只需要計(jì)算最小齒輪數(shù)為z=18的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為。 4. 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 故上述設(shè)計(jì)，符合設(shè)計(jì)要求。 第八節(jié) 繪制變速系統(tǒng)圖 根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動機(jī)等已知條件可有如下系統(tǒng)圖3-6： 圖3.6 傳動系統(tǒng)圖 第四章 傳動件的設(shè)計(jì) 第一節(jié) 帶傳動設(shè)計(jì) 一、電機(jī)到Ⅰ的帶傳動設(shè)計(jì) 一般機(jī)床上都采用三角帶進(jìn)行傳動。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，宜可緩和沖擊及隔離振動，使傳動平穩(wěn)。帶輪結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸大，機(jī)床中常用作電機(jī)輸出軸的定比傳動。電動機(jī)轉(zhuǎn)速，傳遞功率，兩班制，一天運(yùn)轉(zhuǎn)16小時，工作年數(shù)10年。 1. 選擇三角帶的型號 本設(shè)計(jì)中選取三角帶的工作情況系數(shù)。 計(jì)算帶輪的計(jì)算功率得： 式中，--電動機(jī)額定功率， --工作情況系數(shù) 根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計(jì)算功率，確定電動機(jī)到Ⅰ軸的皮帶為A型三角帶。 2. 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 帶輪的直徑越小，帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的壽命，小帶輪的直徑不宜過小，即。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-6和8-8，取小帶輪基準(zhǔn)直徑。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式(8-15a)， 式中：-小帶輪轉(zhuǎn)速，-大帶輪轉(zhuǎn)速，-帶的滑動系數(shù)，一般取0.02。 可得，，經(jīng)圓整后，取值為。 3. 驗(yàn)算帶速度 驗(yàn)算帶的速度 因?yàn)?，故上述選用合適。 4. 初定中心距 帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床的總體布局初步選定，，設(shè)中心距為，則根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式： 取，取。 5. 三角帶的計(jì)算基準(zhǔn)長度 計(jì)算帶輪的基準(zhǔn)長度 查表去相近的基準(zhǔn)長度，圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長度，。 6. 驗(yàn)算三角帶的撓曲次數(shù) 7. 確定實(shí)際中心距 計(jì)算實(shí)際中心距 8. 驗(yàn)算小帶輪包角 對小帶輪包角進(jìn)行驗(yàn)證，一般小帶輪的包角不應(yīng)小于。 ，故主動輪上包角合適。 9. 確定三角帶根數(shù) 為避免型帶工作時各根帶受力嚴(yán)重不均勻，限制根數(shù)不大于10。 取根。 10. 計(jì)算預(yù)緊力 其中：-帶的變速功率，； -帶速，； -每米帶的質(zhì)量，；取。 11. 計(jì)算作用在軸上的壓軸力 12. 小帶輪和大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》中表5.2-12： 小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸： ，，，，，，， 大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸： ，，，，，，， 二、帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1. 帶輪的材料 常用帶輪的材料為或，轉(zhuǎn)速較高時可以采用鑄鋼或鋼板沖壓焊接而成，小功率時采用鑄鋁或塑料。 2. 帶輪結(jié)構(gòu)形式 帶輪由輪緣、輪輻和輪轂組成，根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同可以分為實(shí)心式(《機(jī)械制圖》圖8-14a)、腹板式(《機(jī)械制圖》圖8-14b)、孔板式(《機(jī)械制圖》圖8-14c)、橢圓輪輻式(《機(jī)械制圖》圖8-14d)。 帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān)，當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑(為安裝帶輪的軸的直徑，)時。帶輪的結(jié)構(gòu)形式可以采用實(shí)心式帶輪。當(dāng)可以采用腹板式，，同時時可以采用孔板式。當(dāng)，可以采用輪輻式。 3. 帶輪的輪槽 帶輪的輪槽與所選的帶型號相對應(yīng)，見《機(jī)械制圖》表4.1. 表4.1V帶輪的輪槽與所選的V帶型號 槽型 11 2.75 8.7 9 — — 帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形，使帶工作面夾角發(fā)生變化。為了使帶的工作面與大輪的輪槽工作面緊密貼合，將帶輪輪槽的工作面的夾角做成小于。 帶安裝到輪槽中以后，一般不應(yīng)該超出帶輪外圓，也不應(yīng)該與輪槽底部接觸。為此規(guī)定了輪槽基準(zhǔn)直徑到帶輪外圓和底部的最小高度和。 輪槽工作表面的粗糙度為或。 4. 帶輪的技術(shù)要求 鑄造、焊接或燒結(jié)的帶輪在輪緣、腹板、輪輻及輪轂上不允許有砂眼、裂縫、縮孔及氣泡；鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應(yīng)力的前提下，允許對輪緣、凸臺、腹板及輪轂的表面缺陷進(jìn)行修補(bǔ)；轉(zhuǎn)速高于極限轉(zhuǎn)速的帶輪要做靜平衡，反之做動平衡。其他條件參見中的規(guī)定。 第二節(jié) 傳動效率的確定 根據(jù)傳動系統(tǒng)圖計(jì)算主傳動系統(tǒng)的傳動效率，各傳動件的傳動效率(選自《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》2上表5.1-5)。 表4.2 傳動效率 傳動件 齒輪 軸承 聯(lián)軸器 三角帶傳動 效率 求從電動機(jī)到個傳動軸間的效率(不計(jì)入該傳動軸上的軸承效率)。 表4.3 傳動軸上的效率 軸 公式及參數(shù) 結(jié)果 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 第三節(jié) 確定各軸最小直徑 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》表7-13，，并查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》中表7-13得到。 1. Ⅰ軸的直徑：，。 2. Ⅱ軸的直徑：，。 3. Ⅲ軸的直徑：，。 4. Ⅳ軸(主軸)的直徑：，。 第四節(jié) 計(jì)算各軸的傳動功率 由于傳動過程中存在摩擦，機(jī)床發(fā)熱變形，潤滑油的潤滑程度等許多誤差，使得電動機(jī)產(chǎn)生的能量不能全部傳給有用功，因此，便會產(chǎn)生傳動功率問題。各個軸之間傳遞的功率也便可由以下公式算出。 由于傳動過程中存在摩擦，機(jī)床發(fā)熱變形，潤滑油的潤滑程度等許多誤差，使得電動機(jī)產(chǎn)生的能量不能全部傳給有用功，因此，便會產(chǎn)生傳動功率問題。各個軸之間傳遞的功率也便可由以下公式算出。 式中：-電動機(jī)額定功率，； -從電動機(jī)到所計(jì)算傳動軸間的傳動功率。 公式選自《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》2上式5.1-2 計(jì)算過程及結(jié)果列于下表：單位。 表4.4軸的傳動功率 軸 計(jì)算過程 結(jié)果 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 第五節(jié) 鍵的校核 一、計(jì)算各軸的扭矩 計(jì)算結(jié)果見下表4.5 各軸的扭轉(zhuǎn)計(jì)算公式為。 式中：-所計(jì)算軸的扭矩，； -所計(jì)算軸的功率，； -所計(jì)算軸額計(jì)算轉(zhuǎn)速，。 表4.5 各軸的扭矩 軸 計(jì)算過程 結(jié)果 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 二、校核鍵的擠壓強(qiáng)度 1. Ⅲ軸上的平鍵： 鍵所能傳遞的扭矩為：() 式中：-軸的直徑，； -鍵側(cè)面的工作長度，； -鍵側(cè)面與輪轂的接觸高度，，并??； -許用擠壓應(yīng)力，，本設(shè)計(jì)中，取。 ，。 則根據(jù)上述說明，可以計(jì)算鍵所能傳遞的扭矩為 2. 驗(yàn)算Ⅱ軸上平鍵： ，，。 計(jì)算鍵所能傳遞的扭矩為 3. 驗(yàn)算主軸上10X35GB1096—72平鍵 ，，。 計(jì)算鍵所能傳遞的扭矩為 4. 校核花鍵軸Ⅲ的擠壓強(qiáng)度：()。 花鍵齒側(cè)工作表面上的擠壓應(yīng)力： 式中：-傳遞的扭矩，； -載荷分布不均勻系數(shù)，??； -花鍵的齒數(shù)，； -花鍵齒側(cè)面的工作長度，； -花鍵的工作長度，??； -花鍵的平均半徑，； -許用擠壓應(yīng)力，，本設(shè)計(jì)中，取 則根據(jù)上述說明，可以計(jì)算花鍵齒側(cè)工作表面上的擠壓應(yīng)力為： 所以，平鍵及花鍵的擠壓強(qiáng)度足夠。 第六節(jié) 各傳動軸支承處軸承的選擇 根據(jù)已知條件計(jì)算可知： Ⅰ軸 前支承：30207；后支承：30207 Ⅱ軸 前支承：30207；后支承：30207 Ⅲ軸 前支承：30208；后支承：30208 主軸 前支承：NN3020K;中支承：N219E；后支承：NN3016K 1-支座；2-撥塊；3-杠桿；4-銷子；5-軸孔；6-操縱手輪；7,7‘-壓塊 圖4-1 進(jìn)給箱基本組的操縱機(jī)構(gòu) 圖4-1為進(jìn)給箱中基本組的操縱機(jī)構(gòu)工作原理圖?；窘M的四個滑移齒輪是由一個手輪集中操縱的，手輪6的端面上開有一環(huán)形槽，在槽中有兩個間隔的直徑比槽的寬度大的孔和，孔中分別安裝帶斜面的壓塊1和2，其中壓塊1的斜面向外斜，壓塊2的斜面向里斜。在環(huán)形槽中還有四個均勻分布的銷子5，每個銷子通過杠桿4來控制撥快3，四個撥快分別撥動基本組的四個滑動齒輪。手輪6在圓周方向有八個均布的位置，當(dāng)它處于圖所示的位置時，只有左上角杠桿的銷子控制撥快3將滑動齒輪撥至左端位置，其余三個銷子都處于環(huán)形槽中，其相應(yīng)的滑動齒輪都處于各自的中間(空擋)位置。 1-支座；2-撥塊；3-杠桿；4-銷子；5-軸孔； 6-操縱手輪；7,7‘-壓塊；8-鋼球；9-調(diào)節(jié)螺釘 圖4-2 基本組操縱機(jī)構(gòu)立體圖 當(dāng)需要改變基本組的傳動比時，先將手輪6沿軸向外拉，拉出后就可以自由轉(zhuǎn)動進(jìn)行變速。由于手輪6向外拉后，銷子在長度方向上還有一小段仍保留在槽及孔中，則手輪6轉(zhuǎn)動時，銷子就可以沿著孔的內(nèi)壁滑到槽中，手輪6欲轉(zhuǎn)達(dá)到周向位置可由固定環(huán)的缺口中觀察到。當(dāng)手輪轉(zhuǎn)到所需位置后，例如從圖示位置逆時針轉(zhuǎn)過，將手輪重新推入，這時孔中的壓塊1的斜面推向銷子向外，使左上角杠桿向順時針方向擺動，于是便將相應(yīng)的滑輪推向右端嚙合位置。而其余三個銷子仍都在環(huán)形槽中，其相應(yīng)的滑動齒輪也都處于中間空擋位置。 1-絲杠；2-凸輪；3-操縱軸；4,5,6-杠桿 4-3 螺紋種類移換機(jī)構(gòu)及絲杠，光杠的操縱機(jī)構(gòu) 圖4-3為車床螺紋變換機(jī)構(gòu)(移換機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu))的操縱機(jī)構(gòu)工作原理圖。移換機(jī)構(gòu)的兩齒輪由同一手柄操縱，杠桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了它們的聯(lián)動和反向，偏心的槽型凸輪兼顧控制絲杠和光杠的轉(zhuǎn)換齒輪。 當(dāng)進(jìn)行公制，英制和絲杠，光杠的移換時，轉(zhuǎn)動手柄，通過套筒與鍵使凸輪盤轉(zhuǎn)動，通過槽中銷子帶動左邊杠桿繞支點(diǎn)擺動，經(jīng)過連桿帶動另一端杠桿繞支點(diǎn)擺動，使兩撥叉波動移換機(jī)構(gòu)的滑移齒輪，進(jìn)行公制與英制螺紋的變換。凸輪盤的槽中還有銷子可帶動右邊杠桿繞支點(diǎn)擺動，帶動撥叉撥動聯(lián)接絲杠或光杠傳動的滑移齒輪以接通或斷開絲杠與光杠的傳動。 第五章 齒輪的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 第一節(jié) 各傳動組齒輪模數(shù)的確定 根據(jù)《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》表7-17；有公式： 式中：-公比，； -電動機(jī)的功率，； -齒寬系數(shù)； -齒輪傳動許用應(yīng)力，，本設(shè)計(jì)中取，安全系數(shù)。由應(yīng)力循環(huán)次數(shù)選取，則可計(jì)算； -計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速。 要計(jì)算各傳動組的最小齒輪的模數(shù)，以估算各個齒輪的模數(shù)。 按齒數(shù)29的計(jì)算，。 按齒數(shù)19的計(jì)算，。 按齒數(shù)18的計(jì)算，。 由以上可以得出其他傳動組的各個齒輪的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)） 表5.1 齒輪的模數(shù) 齒輪副 Ⅰ-Ⅱ Ⅱ-Ⅲ Ⅳ-Ⅴ 模數(shù) 第二節(jié) 確定齒輪尺寸 從《機(jī)械原理》表5-1查得以下公式 齒頂圓直徑； 齒根圓直徑； 分度圓直徑； 齒頂高； 齒根高； 本設(shè)計(jì)中分別取，。 Ⅰ-Ⅱ軸：選取模數(shù)。 Ⅱ-Ⅲ軸：選取模數(shù)。 Ⅲ-Ⅳ軸：選取模數(shù)。 根據(jù)從《機(jī)械原理》表5-1查得以下公式（如下表5.2）： 表5.2 齒輪尺寸 齒輪 1 2 3 4 5 6 7 8 齒數(shù) 35 29 35 41 19 30 42 30 模數(shù) 3 3 3 3 3 3 3 3 分度圓直徑 105 87 105 123 48 90 126 90 齒頂圓直徑 84 84 66 102 75 93 126 159 齒根圓直徑 70.5 70.5 52.5 88.5 61.5 79.5 112.5 145.5 齒頂高 3 3 3 3 3 3 3 3 齒根高 3.75 3.75 3.75 3.75 3.75 3.75 3.75 3.75 齒輪 9 10 11 12 13 14 15 16 齒數(shù) 18 73 26 65 72 29 23 78 模數(shù) 3 3 3 3 3 3 3 3 分度圓直徑 54 219 78 195 216 87 69 234 齒頂圓直徑 60 225 84 201 222 93 75 240 齒根圓直徑 46.5 211.5 70.5 187.5 208.5 79.5 61.5 226.5 齒頂高 3 3 3 3 3 3 3 3 齒根高 3.75 3.75 3.75 3.75 3.75 3.75 3.75 3.75 第三節(jié) 齒輪強(qiáng)度校核 在齒輪校驗(yàn)時，選相同模數(shù)中承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算。這里要驗(yàn)算的是齒輪為：Ⅰ軸上齒數(shù)為20的齒輪，Ⅱ軸上齒數(shù)為18的齒輪，Ⅲ軸上的齒數(shù)為23的齒輪。 計(jì)算公式：1. 彎曲疲勞強(qiáng)度； 2. 接觸疲勞強(qiáng)度 一、Ⅰ軸上齒數(shù)為29的齒輪校核 1. 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》彎曲疲勞強(qiáng)度； (1)，。 (2)確定動載系數(shù) 計(jì)算速度為：。 齒輪精度為7級，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8查得動載系數(shù)。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得，使用系數(shù)，。 (3)齒寬為。 (4)確定齒向載荷分配系數(shù)：取齒寬系數(shù)。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4，得非對稱齒向載荷分配系數(shù)；，，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-13得。 (5)確定齒間載荷分配系數(shù)： 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-2查的使用。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-3查得齒間載荷分配系數(shù)。 (6)確定載荷系數(shù)：。 (7)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表 10-5以確定齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù) ；。 (8)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-20(c)查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-18查得壽命系數(shù)，取疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)。 ， 2. 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》接觸疲勞強(qiáng)度 (1)載荷系數(shù)的確定：。 (2)彈性影響系數(shù)的確定；查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6得。 (3)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21(d)得，。 故齒數(shù)為20的齒輪符合設(shè)計(jì)要求。 二、Ⅱ軸上齒數(shù)為19的齒輪校核 1. 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》彎曲疲勞強(qiáng)度； (1)，。 (2)確定動載系數(shù) 計(jì)算速度為：。 齒輪精度為7級，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8查得動載系數(shù)。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得，使用系數(shù)，。 (3)齒寬為。 (4)確定齒向載荷分配系數(shù)：取齒寬系數(shù)。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4，得非對稱齒向載荷分配系數(shù)；，，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-13得。 (5)確定齒間載荷分配系數(shù)： 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-2查的使用。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-3查得齒間載荷分配系數(shù)。 (6)確定載荷系數(shù)：。 (7)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表 10-5以確定齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù) ；。 (8)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-20(c)查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-18查得壽命系數(shù)，取疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)。 ， 2. 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》接觸疲勞強(qiáng)度 (1)載荷系數(shù)的確定：。 (2)彈性影響系數(shù)的確定；查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6得。 (3)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21(d)得，。 故齒數(shù)為18的齒輪符合設(shè)計(jì)要求。 三、Ⅲ軸上的齒數(shù)為18的齒輪 1. 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》彎曲疲勞強(qiáng)度； (1)，。 (2)確定動載系數(shù) 計(jì)算速度為：。 齒輪精度為7級，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8查得動載系數(shù)。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得，使用系數(shù)，。 (3)齒寬為。 (4)確定齒向載荷分配系數(shù)：取齒寬系數(shù)。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4，得非對稱齒向載荷分配系數(shù)；，，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-13得。 (5)確定齒間載荷分配系數(shù)： 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-2查的使用。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-3查得齒間載荷分配系數(shù)。 (6)確定載荷系數(shù)：。 (7)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表 10-5以確定齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù) ；。 (8)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-20(c)查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-18查得壽命系數(shù)，取疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)。 ， 2. 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》接觸疲勞強(qiáng)度 (1)載荷系數(shù)的確定：。 (2)彈性影響系數(shù)的確定；查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6得。 (3)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21(d)得，。 故齒數(shù)為23的齒輪符合設(shè)計(jì)要求。 第六章 主軸組件設(shè)計(jì) 主軸的結(jié)構(gòu)儲存應(yīng)滿足使用要求和結(jié)構(gòu)要求，并能保證主軸組件具有較好的工作性能。主軸結(jié)構(gòu)尺寸的影響因素比較復(fù)雜，目前尚難于用計(jì)算法準(zhǔn)確定出。通常，根據(jù)使用要求和結(jié)構(gòu)要求，進(jìn)行同型號筒規(guī)格機(jī)床的類比分析，先初步選定尺寸，然后通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定下來，最后在進(jìn)行必要的驗(yàn)算或試驗(yàn)，如不能滿足要求可重新修改尺寸，直到滿意為直。 主軸上的結(jié)構(gòu)尺寸雖然很多，但起決定作用的尺寸是：外徑D、孔徑d、懸伸量a和支撐跨距L。（圖6.1） 圖6.1 主軸簡圖 第一節(jié) 主軸的基本尺寸確定 一、外徑尺寸D 主軸的外徑尺寸，關(guān)鍵是主軸前軸頸的(前支撐處)的直徑。選定后，其他部位的外徑可隨之而定。一般是通過筒規(guī)格的機(jī)床類比分析加以確定。車床為在床面上加工工件的最大回轉(zhuǎn)直徑為，主電機(jī)功率為。查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》中表3-13，前軸頸應(yīng)；后軸頸。故根據(jù)上述選取規(guī)則，分取，。 二、主軸孔徑d 中型臥式車床的主軸孔徑，已由，增大到，當(dāng)主軸外徑一定時，增大孔徑受到一下條件的限制： 1. 結(jié)構(gòu)限制。對于軸徑尺寸由前向后遞減的主軸，應(yīng)特別注意主軸后軸頸處的壁厚不允許過薄，對于中型機(jī)床的主軸，后軸頸的直徑與孔徑之差不要小于，主軸尾端最薄處的直徑不要小于。 2. 剛度限制?？讖皆龃髸魅踔鬏S的剛度，由材料力學(xué)知，主軸軸端部的剛度與截面慣性矩成正比， 即： 式中：，-空心，實(shí)心截面主軸剛度； ，-空心，實(shí)心截面慣性矩； -主軸平均外徑； -主軸孔徑。 據(jù)上式可得出主軸孔徑對偶剛度影響的，見圖6.2. 圖6.2 主軸孔徑對偶剛度影響圖 當(dāng)時，，說明空心主軸的剛度降低較小。當(dāng)時，，空心主軸剛度降低了，因此為了避免過多削弱主軸的剛度，一般取。主軸孔徑確定后，可根據(jù)主軸的使用及加工要求選擇錐孔的錐度。錐孔僅用于定心時，則錐孔應(yīng)大些，若錐孔除用于定心，還要求自鎖，借以傳遞轉(zhuǎn)矩時，錐度應(yīng)小些，我這里選用莫氏5號錐孔。初步設(shè)定主軸孔徑，主軸孔徑與外徑比為0.7。 三、主軸懸伸量 主軸懸伸量的大小往往收結(jié)構(gòu)限制，主要取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)形式及尺寸、刀具或夾具的安裝方式、前軸承的類型及配置、潤滑與密封裝置的結(jié)構(gòu)尺寸等。主軸設(shè)計(jì)時，在滿足結(jié)構(gòu)的前提下，應(yīng)最大限度的縮短主軸懸伸量。根據(jù)結(jié)構(gòu)，定懸伸長度。 四、支撐跨距 當(dāng)前，多數(shù)機(jī)床的主軸采用前后兩個支撐，結(jié)構(gòu)簡單，制造、裝配方便，容易保證精度，但是，由于兩支撐主軸的最佳支距一般較短，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難于實(shí)現(xiàn)，故采用三支撐結(jié)構(gòu)。要比前后支距的影響大得多，因此，需要合理確定。為了使主軸組件獲得很高的剛度可抗震性，前中之距可按兩支撐主軸的最佳支距 來選取。 由于三支撐的前后支距對主軸組件的性能影響較小，可根據(jù)結(jié)構(gòu)情況適當(dāng)確定。如果為了提高主軸的工作平穩(wěn)性，前后支距可適當(dāng)加大，如取。采用三支撐結(jié)構(gòu)時，一般不應(yīng)該把三個支撐處的軸承同時預(yù)緊，否則因箱孔及有關(guān)零件的制造誤差，會造成無法裝配或影響正常運(yùn)作。因此為了保證主軸組件的剛度和旋轉(zhuǎn)精度，在三支撐中，其中兩個支撐需要預(yù)緊，稱為緊支撐；另外一個支撐必須具有較大的間隙，即處于“浮動”狀態(tài)，稱為松支撐，顯然，其中一個緊支撐必須是前支撐，否則前支撐即使存有微小間隙，也會使主軸組件的動態(tài)特性大為降低。試驗(yàn)表明，前中支撐為緊支撐、后支撐位松支撐，要比前后支撐位緊支撐、中支撐為松支撐的結(jié)構(gòu)靜態(tài)特性顯著提高。 五、主軸最佳跨距的確定 1. 考慮機(jī)械效率，主軸最大輸出轉(zhuǎn)距。 床身上最大加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的，即加工工件直徑取為,則半徑為。 2. 計(jì)算切削力 前后支撐力分別設(shè)為，。 3. 軸承剛度的計(jì)算 根據(jù)式《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》有： 查《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》中表6-11得軸承根子有效長度、球數(shù)和列數(shù)： ； 。 再帶入剛度公式，得： 4. 主軸當(dāng)量直徑 5. 計(jì)算主軸慣性矩 6. 計(jì)算最佳跨距 查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》中公式(3-14)，； 式中，； 可計(jì)算得：。 式中：-彈性模量，剛的彈性模量，； -主軸的截面慣性矩，；； ，-主軸的外徑和孔徑，； -前軸承的剛度，； -后軸承的剛度，； -前懸伸量，。 第二節(jié) 計(jì)算校核主軸得到的轉(zhuǎn)速 根據(jù)主運(yùn)動傳動路線計(jì)算校核主軸得到的轉(zhuǎn)速，計(jì)算結(jié)果如表6.1 表6.1 主軸的轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速 運(yùn)動平衡式 實(shí)際轉(zhuǎn)速 理論轉(zhuǎn)速 誤差 1240 1250 2.4% 109 110 2.6% 96 98 2.6% 90 92 2.1% 77 80 2.3% 84 85 2.0% 51 53 2.2% 58 60 2.4% 59 62 2.25% 60 64 2.2% 64 68 2.0% 69 72 2.0% 75 77 2.5% 82 83 2.4% 88 90 2.0% 92 95 2.5% 92 98 1.6% 95 100 2.0% 從上表可以看出，主軸各級轉(zhuǎn)速均符合要求，其中 當(dāng)帶傳動的功率一定時，提高帶速，可以減低帶傳動的有效拉力，相應(yīng)的減少帶的根數(shù)或者帶的橫截面積，總體上減少帶傳動的尺寸，但是，提高帶速，也提高了帶的離心應(yīng)力，增加了單位時間內(nèi)帶的循環(huán)次數(shù)，不利于提高帶傳動的疲勞強(qiáng)度和壽命。降低帶傳動則有相反的利弊。 所以，帶速不宜過高或過低，一般推薦，最高轉(zhuǎn)速。題中在轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，符合要求。 第三節(jié) 軸上零件的固定方式及其特點(diǎn) 1. 軸和軸的滑移齒輪采用花鍵(周向) 其特點(diǎn)：(1)鍵與軸一體，花鍵槽較淺，槽應(yīng)力集中較小，提高了傳遞扭矩的能力。 (2)花鍵齒與槽的總接觸面積較大，提高了抗擠壓和耐磨損能力。 (3)齒與槽分布均勻，使軸與輪轂受力均勻，對中性好。 (4)軸與孔的配合比平鍵松，因而拆裝比平鍵方便。 2. Ⅱ軸齒輪應(yīng)采用半圓鍵軸向固定 其特點(diǎn)：裝拆比較方便，但軸上鍵槽較深，影響軸的強(qiáng)度。 3. Ⅳ軸齒輪和齒輪采用花鍵鍵軸向固定。 其特點(diǎn)：同1，且定心精度高。 4. Ⅰ軸、Ⅱ軸前支撐，軸后支撐采用軸肩軸向固定 其特點(diǎn)：定為可靠 5. Ⅰ軸后支撐采用彈性擋圈軸向固定。 其特點(diǎn)：工藝性好，并只限制其軸向移動。 6. Ⅲ軸后支撐采用軸端擋圈軸向固定。 其特點(diǎn)：定為可靠，裝拆方便，能比彈性擋圈承受更大的軸向力。 7. 大帶輪及撥叉采用鎖緊螺母軸向定位 其特點(diǎn)：定位可靠，但重量及件數(shù)增加。 第四節(jié) 主軸剛度的校核 機(jī)床在切削加工過程中，主軸的負(fù)荷較重，而允許的變形由很小，因此決定主軸結(jié)構(gòu)尺寸的主要因素是它的變形大小。對于普通機(jī)床的主軸，一般只進(jìn)行剛度驗(yàn)算。通常能滿足剛度要求的主軸，也能滿足強(qiáng)度要求。只有重載荷的機(jī)床的主軸才進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。對于高速主軸，還要進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算，以免發(fā)生共振。 以彎曲變形為主的機(jī)床主軸(如車床、銑床)，需要進(jìn)行彎曲剛度驗(yàn)算，以扭轉(zhuǎn)變形為主的機(jī)床(如鉆床)，需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度驗(yàn)算。當(dāng)前主軸組件剛度驗(yàn)算方法較多，沒能統(tǒng)一，還屬近似計(jì)算，剛度的允許值也未做規(guī)定?？紤]動態(tài)因素的計(jì)算方法，如根據(jù)部產(chǎn)生切削顫動條件來確定主軸組件剛度，計(jì)算較為復(fù)雜?，F(xiàn)在仍多用靜態(tài)計(jì)算法，計(jì)算簡單，也較適用。 主軸彎曲剛度的驗(yàn)算；驗(yàn)算內(nèi)容有兩項(xiàng)：其一，驗(yàn)算主軸前支撐處的變形轉(zhuǎn)角，是否滿足軸承正常工作的要求；其二，驗(yàn)算主軸懸伸端處的變形位移，是否滿足加工精度的要求。對于粗加工機(jī)床需要驗(yàn)算、值；對于精加工或半精加工機(jī)床值需驗(yàn)算值；對于可進(jìn)行粗加工由能進(jìn)行半精的機(jī)床(如臥式車床)，需要驗(yàn)算值，同時還需要按不同加工條件驗(yàn)算值。 支撐主軸組件的剛度驗(yàn)算，可按兩支撐結(jié)構(gòu)近似計(jì)算。如前后支撐為緊支撐、中間支撐位松支撐，可舍棄中間支撐不計(jì)(因軸承間隙較大，主要起阻尼作用，對剛度影響較小)；若前中支撐位緊支撐、后支撐為松支撐時，可將前中支距當(dāng)做兩支撐的之距計(jì)算，中后支撐段主軸不計(jì)。 一、主軸前支承轉(zhuǎn)角的驗(yàn)算 機(jī)床粗加工時，主軸的變形最大，主軸前支撐處的轉(zhuǎn)角有可能超過允許值，故應(yīng)驗(yàn)算此處的轉(zhuǎn)角。因主軸中(后)支撐的變形一般較小，故可不必計(jì)算。 主軸在某一平面內(nèi)的受力情況如圖6.3. 圖 6.3 主軸受力分析 在近似計(jì)算中可不計(jì)軸承變形的影響，則該平面內(nèi)主軸前支撐處的轉(zhuǎn)角用下式計(jì)算； 切削力的作用點(diǎn)到主軸前支承的距離是，對于普通車床，，(是車床中心高，設(shè))。 則：。 當(dāng)量切削力的計(jì)算： 主軸慣性矩 式中：-主軸傳遞全部功率時，作用于主軸上的當(dāng)量切削力，； -主軸傳遞全部功率時，作用于主軸上的傳動力，； -軸向切削力引起力偶矩，，若軸向切削力較小(如車床，磨床)，可忽略不計(jì)； -主軸前支承反力矩； -支承反力系數(shù)； -主軸懸伸量，； ，，-主軸有關(guān)尺寸，； -主軸材料的彈性模量，鋼； -主軸當(dāng)量外徑，； -主軸支承段的慣性矩，，； -主軸孔徑，。 故，可計(jì)算 顯然。 因此，可知主軸前支撐轉(zhuǎn)角滿足要求。 二、主軸前端位移的驗(yàn)算 計(jì)算撓度： 1. 當(dāng)量切削力的計(jì)算,見上文。 2. 驅(qū)動力的計(jì)算 3. 軸承剛度的計(jì)算 4. 確定彈性模量，慣性距，和長度，，。 (1)軸的材料選用，； (2)主軸的慣性距為： ； (3)主軸段的慣性距可近似地計(jì)算 (4)根據(jù)齒輪、軸承寬度以及結(jié)構(gòu)需要，??； (5)只考慮力作用在主軸前端時,軸端的位移 (6)只考慮驅(qū)動力作用在主軸兩支撐間時，軸端的位移 7. 求主軸前端點(diǎn)的終合撓度 綜合撓度； 又； 因?yàn)?，所以此軸滿足設(shè)計(jì)要求 第五節(jié) 潤滑 為了保證機(jī)床正常工作和減少零件磨損，對主軸箱中的軸承、齒輪、摩擦離合器等零件和部件都必須進(jìn)行良好的潤滑。 本次設(shè)計(jì)中，主軸箱的潤滑系統(tǒng)為箱外潤滑方