《車床主軸箱設(shè)計(jì)---參考》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《車床主軸箱設(shè)計(jì)---參考（52頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 中北大學(xué) 信息商務(wù)學(xué)院 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 系： 機(jī)械自動(dòng)化系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 題 目： 機(jī)床課程設(shè)計(jì) ——車床主軸箱設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 馬維金 職稱 : 教授 黃曉斌 職稱 : 副教授 2013 年 12 月 28 日 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書

2、目錄 一、傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1.1 電機(jī)的選擇 1.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 1.3 擬定結(jié)構(gòu)式 1.3.1 確定變速組傳動(dòng)副數(shù)目 1.3.2 確定變速組擴(kuò)大順序 1.4 擬定轉(zhuǎn)速圖驗(yàn)算傳動(dòng)組變速范圍 1.5 確定齒輪齒數(shù) 1.6 確定帶輪直徑 1.6.1 確定計(jì)算功率 Pca 1 .6.2 選擇 V 帶類型 1.6.3 確定帶輪直徑基準(zhǔn)并驗(yàn)算帶速 V 1.7 驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差 1.8 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 二、估算主要傳動(dòng)件，確定其結(jié)構(gòu)尺寸 2.1 確定傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速 2.1.1 主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速 2.1.2 各

3、傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)速 2.1.3 各齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速 2.2 初估軸直徑 2.2.1 確定主軸支承軸頸直徑 2.2.2 初估傳動(dòng)軸直徑 2.3 估算傳動(dòng)齒輪模數(shù) 2.4 片式摩擦離合器的選擇及計(jì)算 2.4.1 決定外摩擦片的內(nèi)徑 d0 2.4.2 選擇摩擦片尺寸 2.4.3 計(jì)算摩擦面對(duì)數(shù) Z 2.4.4 計(jì)算摩擦片片數(shù) 2.4.5 計(jì)算軸向壓力 Q 2.5V 帶的選擇及計(jì)算 2.5.1 初定中心距 a0 2.5.2 確定 V 帶計(jì)算長度 L 及內(nèi)周長 L N 2.5.3 驗(yàn)算 V 帶的撓曲

4、次數(shù) 2 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 2.5.4 確定中心距 a 2.5.5 驗(yàn)算小帶輪包角 α1 2.5.6 計(jì)算單根 V 帶的額定功率 Pr 2.5.7 計(jì)算 V 帶的根數(shù) 三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 帶輪的設(shè)計(jì) 3.2 主軸換向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.3 制動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.4 齒輪塊的設(shè)計(jì) 3.5 軸承的選擇 3.6 主軸組件的設(shè)計(jì) 3.6.1 各部分尺寸的選擇 3.6.1.1 主軸通孔直徑 3.6.1.2 軸頸直徑 3.6.1.3 前錐孔尺寸 3.6.1

5、.4 頭部尺寸的選擇 3.6.1.5 支承跨距及懸伸長度 3.6.2 主軸軸承的選擇 3.7 潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.8 密封裝置的設(shè)計(jì) 四、傳動(dòng)件的驗(yàn)算 4.1 傳動(dòng)軸的驗(yàn)算 4.2 鍵的驗(yàn)算 4.2.1 花鍵的驗(yàn)算 4.2.2 平鍵的驗(yàn)算 4.3 齒輪模數(shù)的驗(yàn)算 4.4 軸承壽命的驗(yàn)算 五、設(shè)計(jì)小結(jié) 六、參考文獻(xiàn) 3 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 一、傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1.1 電機(jī)的選擇 主電機(jī)功

6、率： 4KW 主軸最高轉(zhuǎn)速： 1500r/min 選擇 Y112M-4型三相異步電動(dòng)機(jī)。 1.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù) lg nmax nmin Z 1 根據(jù)公式 lg 變速范圍 Rn= vm ax ＝1500/33.5=44.8 ＝ Z 1 vm in 對(duì)于中型車床， ＝1.26 或 ＝1.41 此處取 ＝1.41 得轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) Z=12。 查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 P6 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表得轉(zhuǎn)速系列為： 33.5 、 47.5 、67、95、 132、190、265、 375、530、750、1060、1500。 1.

7、3 擬定結(jié)構(gòu)式 1.3.1 確定變速組傳動(dòng)副數(shù)目 實(shí)現(xiàn) 12 級(jí)主軸轉(zhuǎn)速變化的傳動(dòng)系統(tǒng)可以寫成多種傳動(dòng)副組合： 12＝ 3 4 12 ＝43 12＝ 3 2 2 12 ＝ 2 3 2 12 ＝ 2 2 3 在上列兩行方案中，第一行的方案有時(shí)可以節(jié)省一根傳動(dòng)軸，缺點(diǎn)是有一個(gè) 傳動(dòng)組內(nèi)有四個(gè)傳動(dòng)副。 如用一個(gè)四聯(lián)滑移齒輪， 則會(huì)增加軸向尺寸； 如果用兩 個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪， 操縱機(jī)構(gòu)必須互鎖以防止兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪同時(shí)嚙合， 所以少 用。 根據(jù)傳動(dòng)副數(shù)目分配應(yīng)“前多后少”的原則，方案 12＝322 是可取的。 但是，由于主軸換向采用雙向離合器

8、結(jié)構(gòu)， 致使Ⅰ軸尺寸加大， 此方案也不宜采 用，而應(yīng)選用方案 12＝ 2 3 2。 1.3.2 確定變速組擴(kuò)大順序 12=23 2 的傳動(dòng)副組合，其傳動(dòng)組的擴(kuò)大順序又可以有以下 6 種 形式： A 、 12=213226 B 、12=21 3422 C、12 =2 33126 D 、12=26 3123 4 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 E、12=2234 21 F 、12=26 3221 根據(jù)級(jí)比指數(shù)要“前密后疏”的原則，應(yīng)選用方案 A。然而，對(duì)于所設(shè)計(jì) 的機(jī)構(gòu)，將會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)問題： Ⅰ Ⅱ

9、 Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ ① 第一變速組采用降速傳動(dòng)（圖 a）時(shí)，由于摩擦離合器徑向結(jié)構(gòu)尺寸限 制，在結(jié)構(gòu)上要求有一齒輪的齒根圓大于離合器的直徑， 使得Ⅰ軸上的齒輪直徑 不能太小，Ⅱ軸上的齒輪則會(huì)成倍增大。這樣，不僅使Ⅰ - Ⅱ軸間中心距加大， 而且Ⅱ - Ⅲ軸間的中心距也會(huì)加大，從而使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸增大。這種傳 動(dòng)不宜采用。 ② 如果第一變速組采用升速傳動(dòng)（圖 b），則Ⅰ軸至主軸間的降速傳動(dòng)只 能由后兩個(gè)變速組承擔(dān)。 為了避免出現(xiàn)降速比小于允許的極限值， 常

10、常需要增加 一個(gè)定比降速傳動(dòng)組，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。這種傳動(dòng)也不是理想的。 如果采用方案 C、12 =2 3 3126（圖 c） 則可解決上述存在的問題。 其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下圖所示： 5 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 1.4 擬定轉(zhuǎn)速圖及驗(yàn)算傳動(dòng)組變速范圍 第二擴(kuò)大組的變速范圍 R2＝ 6 ＝8，符合設(shè)計(jì)原則要求，方案可用。 由第二擴(kuò)大組的

11、變速范圍 R2＝ 6 ＝ 8R＝ 可知第二擴(kuò)大組兩個(gè)傳動(dòng)副的傳 m ax 動(dòng)必然是傳動(dòng)比的極限值。所以轉(zhuǎn)速圖擬定如下： 1.5 確定齒輪齒數(shù) 查《金屬切削機(jī)床》表 8－1 各種傳動(dòng)比的適用齒數(shù)求出各傳動(dòng)組齒輪齒數(shù)如下表： 變速組 第一變速組 a 第二變速組 b 第三變速組 c 齒數(shù)和 72 72 90

12、 齒輪 Z1 Z 1* Z 2 Z 2* Z 3 Z 3* Z 4 Z 4* Z 5 Z 5* Z 6 Z 6* Z 7 Z 7* 齒數(shù) 24 48 42 30 19 53 24 48 30 42 60 30 18 72 傳動(dòng)過程中， 會(huì)采用三聯(lián)滑移齒輪， 為避免齒輪滑移中的干涉， 三聯(lián)滑移齒 輪中最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于 4。所選齒輪的齒數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。 1.6 確定帶輪直徑 1.6.1 確定計(jì)算功率 Pca 6 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 8－

13、7 查得工作情況系數(shù) K A =1.1 故 Pca ＝ K A P＝ 1.1 4＝4.4KW 1.6.2 選擇 V 帶類型 據(jù) Pca、 nE 的值由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 8－11 選擇 A 型帶。 1.6.3 確定帶輪直徑基準(zhǔn)并驗(yàn)算帶速 V 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 8－6、表 8－ 8，取小帶輪基準(zhǔn)直徑 d1 ＝ 。 118mm 驗(yàn)算帶速 V V ＝π d1 nE /(60 1000) ＝π 1181440/(60 1000) ＝ 8.897m/s 因?yàn)?5m/s＜V＜30m/s, 所以帶輪合適。

14、 定大帶輪直徑 d 2 d 2 ＝ i d1 （1－ε）＝（ 1440/750 ） 118（ 1－0.02 ）＝ 222.03mm ε――帶的滑動(dòng)系數(shù)，一般取 0.02 據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 8－ 8，取基準(zhǔn)直徑 d2 ＝224mm。 1.7 驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差 主軸各級(jí)實(shí)際轉(zhuǎn)速值用下式計(jì)算： n = n E(1- ε ) d1 u1 u 2 u 3 d2 式中 u 1 u 2 u 3 分別為第一、第二、第三變速組齒輪傳動(dòng)比； n E 為電機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速 ；ε取 0.02 。 轉(zhuǎn)速誤差用主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差的絕

15、對(duì)值表示： △ n = | n n | ≤ 10（Φ -1 ）%10（ 1.41 － 1） %=4.1% n 其中 n 主軸理想轉(zhuǎn)速 把數(shù)據(jù)依次代入公式得出下表 主軸轉(zhuǎn)速 n1 n2 n3 n4 n5 n6 理想轉(zhuǎn)速 33.5 47.5 67 95 132 190 7 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 實(shí)際轉(zhuǎn)速 33.5 47.3 67.1 94.6 133.4 188.1 轉(zhuǎn)速誤差 % 0 0

16、.4 0.1 0.4 1 0.5 主軸轉(zhuǎn)速 n7 n8 n9 n10 n11 n12 理想轉(zhuǎn)速 265 375 530 750 1060 1500 實(shí)際轉(zhuǎn)速 265.2 373.9 527.2 743.4 1054.5 1486.8 轉(zhuǎn)速誤差 % 0.1 0.3 0.5 0.9 0.5 0.9 轉(zhuǎn)速誤差滿足要求，數(shù)據(jù)可用。 1.8 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖

17、 二、估算主要傳動(dòng)件，確定其結(jié)構(gòu)尺寸 2.1 確定傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速 2.1.1 主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速 主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速是第一個(gè)三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級(jí)轉(zhuǎn)速， 即 nj = n min Z 1 4=95r/min; 3 =93.9r/min 即 n 8 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 2.1.2 各傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)速 軸Ⅲ可從主軸為 95r/min 按 18/72 的傳動(dòng)副找上去，似應(yīng)為 375r/min 。但是由于軸Ⅲ上的最低轉(zhuǎn)速 132r/min 經(jīng)傳動(dòng)組

18、 c 可使主軸得到 33.5r/min 和 265r/min 兩種轉(zhuǎn)速。 265r/min 要傳遞全部功率，所以軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速應(yīng)為 132r/min 。軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速可按傳動(dòng)副 b 推上去，得 375r/min 。軸Ⅰ的計(jì)算轉(zhuǎn) 速為 750r/min 。 各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速列表如下 軸 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 計(jì)算轉(zhuǎn)速 nj 750 375 132 95 2.1.3 各齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速 1 * Z 2 * Z 4 * Z 7 Z 1 Z 2 * Z 4 * * * 齒 Z

19、 Z 3 Z 5 Z 6 Z 3 Z 5 Z 6 Z 7 輪 齒 24 48 42 30 19 53 24 48 30 42 60 30 18 72 數(shù) nj 75 37 75 106 37 13 37 19 37 26 13 26 37 95 0 5 0 0 5 2 5 0 5 5 2 5 5

20、 2.2 初估軸直徑 2.2.1 確定主軸支承軸頸直徑 據(jù)電機(jī)的功率參考《機(jī)械制造工藝金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指南》 （以下簡稱《設(shè) 計(jì)指南》）表 4.2 －3，取主軸前軸頸直徑 D1 = 80mm，后軸頸直徑 D2 = （ 0.7 ～0.9 ） D1，取 D2 = 60 mm。 2.2.2 初估傳動(dòng)軸直徑 按扭轉(zhuǎn)剛度初步計(jì)算傳動(dòng)軸直徑 d = 91 N 4 n j [ ] 式中 d —— 傳動(dòng)軸危險(xiǎn)截面處直徑； N —— 該軸傳遞功率（ KW）； N= N d η； 9 中北大

21、學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 η——從電機(jī)到該傳動(dòng)軸間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率（不計(jì)軸承上的效率） ，對(duì)估算傳動(dòng)軸直徑影響不大可忽略； n j ——該軸計(jì)算轉(zhuǎn)速（ r/min ）； [ ] —— 該軸每米長度允許扭轉(zhuǎn)角 據(jù)《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 P32這些軸取 [ ]=1deg/m。 根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)圖上的傳動(dòng)件布置情況初步估計(jì)各軸長度如下表 軸 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 長度 640 600 740 840 對(duì)Ⅰ軸 d＝ 91 4 N ＝ 91

22、 0.96 4 ＝28mm n j [ 640 ] 4 750 1 1000 對(duì)Ⅱ軸 d＝ 91 4 N ＝ 91 4 0.96 0.97 ＝35mm n j [ ] 4 600 375 1 1000 對(duì)Ⅲ軸 d＝ 91 4 N ＝ 91 4 0.96 0.97

23、0.97 ＝40mm n j [ ] 4 132 740 1 1000 考慮到軸是花鍵軸所以軸直徑作為花鍵軸小徑 , 據(jù)《設(shè)計(jì)指南》附表 2.3 －1取 d1＝28mm，花鍵規(guī)格 N d DB( 鍵數(shù)小徑大徑鍵寬 ) ＝832 287；d2＝ 35mm，花鍵規(guī)格 NdDB(鍵數(shù)小徑大徑鍵寬 ) ＝8403510；d3＝ 40mm，花鍵規(guī)格 NdDB(鍵數(shù)小徑大徑鍵寬 ) ＝ 8 454012。 綜上對(duì)傳動(dòng)軸直徑估算結(jié)果如下 軸 Ⅰ Ⅱ Ⅲ

24、 直徑 28 35 40 花鍵 6 3228 7 6 40 35 6 45 40 10 12 10 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 2.3 估算傳動(dòng)齒輪模數(shù) 參考《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 P36 中齒輪模數(shù)的初步計(jì)算公式初定齒輪的模數(shù)按齒輪彎曲疲勞的估算 m w ≥ 32 N mm 3 n j Z 按齒面點(diǎn)蝕的估算 A ≥ 370 N mm 3 n j m j = 2A zi zi*

25、 式中 N —— 該軸傳遞功率（ KW）； N= N d η； η——從電機(jī)到該傳動(dòng)軸間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率（不計(jì)軸承上的效率） ； n j ——大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速（ r/min ）； Z —— 所算齒輪的齒數(shù)； A——齒輪中心距 同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，按工作負(fù)荷最重（通常是齒數(shù)最小）的齒 輪進(jìn)行計(jì)算，然后取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)值作為該變速組齒輪的模數(shù)。據(jù)《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 P32 取每兩傳動(dòng)軸間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率η＝ 0.97 傳動(dòng)組 a 中 按齒輪彎曲疲勞的估算 m w ≥ 32 3 N mm

26、 = 32 3 4 0.96 ＝ 1.91mm n j Z 750 24 按齒面點(diǎn)蝕的估算 A ≥ 370 3 N mm＝ 370 3 4 0. 96 ＝ 80.35mm n j 375 m j ＝ 2 A mm＝ 2 80.35 ＝ 2.23mm z1 z1* 72 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m＝ 2.5mm 傳動(dòng)組 b 中 11 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 按齒輪彎曲疲勞的估算 N mm = 32 3 4 0.9

27、6 0.97 ＝ 2.58 mm w m ≥ 32 3 375 19 n j Z 按齒面點(diǎn)蝕的估算 A ≥ 370 3 N mm＝370 3 4 0.96 0.97 ＝112.6mm n j 132 m j ＝ 2 A mm＝ 2 112.6 ＝3.13mm z3 z3* 72 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m＝ 4mm 傳動(dòng)組 c 中 按齒輪彎曲疲勞的估算 m w ≥ 32 3 N

28、mm = 32 3 4 0.96 0.97 0.97 ＝ 2.60mm n j Z 375 18 按齒面點(diǎn)蝕的估算 A ≥ 370 N mm＝ 370 4 0.96 0.97 0.97 ＝ 3 3 nj 95 124.43mm m j ＝ 2 A mm＝ 2 124.43 ＝2.77mm z6 z6* 90 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m＝ 3mm 2.4 片式摩擦離合器的選擇及計(jì)算 2.4.1 決定外摩擦片的內(nèi)徑

29、d0 結(jié)構(gòu)為軸裝式，則外摩擦片的內(nèi)徑 d 0 比安裝軸的軸徑 D大 2～6 mm有 d 0 ＝D+(2～6) ＝ 36+(2～6) ＝38～42mm 取 d 0 ＝ 42mm 2.4.2 選擇摩擦片尺寸 參考《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 P41 表摩擦片尺寸及花鍵規(guī)格自行設(shè)計(jì)摩擦片的尺寸如圖 所示 12 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 24 φ42 6 φ90 φ90 φ9 8 φ38 φ32 外摩擦片 厚

30、度 1.5 內(nèi)摩擦片 2.4.3 計(jì)算摩擦面對(duì)數(shù) Z K z Z 12MnK 103 / π ［ ］ 3 3 f p (D d0 ) KvKm 式中 Mn――額定動(dòng)扭矩； Mn＝9550 N η ＝ 9550 4 0.96 ＝ 48.90N n j 750 m K ＝1.3 ～1.5 ；取 K ＝1.3 ； f ——摩擦片間

31、的摩擦系數(shù)；查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 12 f ＝0.6 （摩擦片材料 10 鋼，油潤） [P] ——摩擦片基本許用比壓；查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 12 [P] ＝1.0MPa（摩 擦片材料 10 鋼，油潤）； D——摩擦片內(nèi)片外徑 mm； d 0 ――外摩擦片的內(nèi)徑 mm； KV ——速度修正系數(shù)； 根據(jù)平均圓周速度（ 1.62m/s ）查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 13 近似取為 1.3 ； Km ——結(jié)合次數(shù)修正系數(shù)；查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 13 取為 0.84 ； K z ――接合面修正系數(shù)； 13 中北大

32、學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 把數(shù)據(jù)代入公式得 K z Z＝10.8 查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 13 取 Z＝14 2.4.4 計(jì)算摩擦片片數(shù) 摩擦片總片數(shù)（ Z＋1）＝ 15 片 2.4.5 計(jì)算軸向壓力 Q Q＝ π ( D 2 d0 2 ) ［ p］ Kv 40 ＝ π (902 422 ) 0.8 1.2 40 ＝ 478N 2.5V 帶的選擇及計(jì)算 2.5.1 初定中心距 a0 由前面部分 V 帶輪直徑的選擇結(jié)合公式有 a0 ＝（ 0.6 ～2）（ d1 ＋ d2 ） ＝（ 0.6 ～ 2）（ 118

33、＋ 224） ＝ 205.2 ～ 684 mm 取 a0 ＝500 mm 2.5.2 確定 V 帶計(jì)算長度 L 及內(nèi)周長 LN L0 ＝ 2 a0 ＋π( d1 d 2 ) ( d2 d1 ) 2 2 4a0 π (118 (224 118)2 ＝ 2 500＋ 224) 500 2 4 ＝ 1542.8 mm 據(jù)《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 P30表計(jì)算長度取 L＝1625 mm，內(nèi)周長 LN ＝1600 mm。 2.5.3 驗(yàn)算 V 帶的

34、撓曲次數(shù) μ＝ 1000mv ≤40 次/s L 式中 m――帶輪個(gè)數(shù)； 把數(shù)據(jù)代入上式得μ＝ 10.95 ≤40 次/s ，數(shù)據(jù)可用。 2.5.4 確定中心距 a 14 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 L L0 ＝ 500＋ 1625 1542.8 ＝541.1 mm a ＝ a0 ＋ 2 2 取 a＝542 mm 2.5.5 驗(yàn)算小帶輪包角 α1 α1 ≈ 180o － d2 d1 57.3o a ＝180o － 224 118 57.

35、3o 542 ＝ 168.8o ≥ 120o 滿足要求。 2.5.6 計(jì)算單根 V 帶的額定功率 Pr 由 d1 ＝ 118min 和 n1 ＝1440r/min, 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 8－4a 得 P0 =1.76KW； 據(jù) n1 ＝ 1440r/min 和 i ＝ 2.23 和 A 型帶，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 8－4b 得△ P0 =0.17KW； 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 8－5 得 Kα＝ 0.98 ； 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 8－2 得 《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 8－ 5 得 K L ＝0.99 ； 有 Pr ＝（ P0 ＋△

36、P0 ） Kα K L ＝（ 1.76 ＋0.17 ） 0.98 0.99 ＝ 1.87 2.5.7 計(jì)算 V 帶的根數(shù) Z ＝ Pca / Pr =4.4/1.87 ＝2.35[ 取 Z＝3 根 三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 帶輪的設(shè)計(jì) 根據(jù) V 帶計(jì)算，選用 3 根 A 型 V 帶。由于Ⅰ軸安裝摩擦離合器及傳動(dòng)齒輪，為了改善它們的工作條件， 保證加工精度，采用卸荷式帶輪結(jié)構(gòu)輸入。 如圖所示，帶輪支承在軸承外圓上， 而兩軸承裝在與箱體固定的法蘭盤上， 扭矩從端頭花鍵傳入。 15 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書

37、 3.2 主軸換向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 主軸換向比較頻繁，才用雙向片式摩擦離合器。 這種離合器由內(nèi)摩擦片、 外摩擦片、滑動(dòng)套筒、螺母、鋼球和空套齒輪等組成。離合器左右兩部門結(jié) 構(gòu)是相同的。 左離合器傳動(dòng)主軸正轉(zhuǎn)， 用于切削加工。 需要傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，片數(shù)較多。右離合器用來傳動(dòng)主軸反轉(zhuǎn)，主要用于退回，片數(shù)較少。 這種離合器的工作原理是， 內(nèi)摩擦片的花鍵孔裝在軸Ⅰ的花鍵上，

38、隨軸 旋轉(zhuǎn)。外摩擦片的孔為圓孔，直徑略大于花鍵外徑。外圓上有 4 個(gè)凸起，嵌 在空套齒輪的缺口之中。內(nèi)外摩擦片相間安裝。移動(dòng)套筒 4 時(shí)，鋼球沿斜面 向中心移動(dòng)并使滑塊 3、螺母 1 向左移動(dòng)，將內(nèi)片與外片相互壓緊。軸Ⅰ的 轉(zhuǎn)矩便通過摩擦片間的摩擦力矩傳遞給齒輪，使主軸正傳。同理，當(dāng)滑塊 7、 螺母 8 向右時(shí)，使主軸反轉(zhuǎn)。處于中間位置時(shí)，左、右離合器都脫開，軸Ⅱ 以后的各軸停轉(zhuǎn)。摩擦片的間隙可通過放松銷 6 和螺母 8 來進(jìn)行調(diào)整。 摩擦片的軸向定位是由兩個(gè)帶花鍵孔的圓盤實(shí)現(xiàn)。 其中一個(gè)圓盤裝在花 鍵上，另一個(gè)裝在花鍵軸的一個(gè)環(huán)形溝槽里，并轉(zhuǎn)

39、過一個(gè)花鍵齒，和軸上的 花鍵對(duì)正，然后用螺釘把錯(cuò)開的兩個(gè)圓盤連接起來。 結(jié)構(gòu)如下圖所示 16 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 1 2 3 4 5 6 7 8 3.3 制動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 根據(jù)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)原理，將其安裝在靠近主軸的較高轉(zhuǎn)速的軸Ⅲ，在離 合器脫開時(shí)制動(dòng)主軸，以縮短輔助時(shí)間。此次設(shè)計(jì)采用帶式制動(dòng)器。該制動(dòng) 器制動(dòng)盤是一個(gè)鋼制圓盤，與軸用花鍵聯(lián)接，周邊圍著制動(dòng)帶。制動(dòng)帶是一 條

40、剛帶，內(nèi)側(cè)有一層酚醛石棉以增加摩擦。制動(dòng)帶的一端與杠桿連接。另一 端與箱體連接。為了操縱方便并保證離合器與制動(dòng)器的聯(lián)鎖運(yùn)動(dòng)，采用一個(gè) 操縱手柄控制。當(dāng)離合器脫開時(shí)，齒條處于中間位置，將制動(dòng)帶拉緊。齒條 軸凸起的左、右邊都是凹槽。左、右離合器中任一個(gè)結(jié)合時(shí)，杠桿都按順時(shí) 針方向擺動(dòng)，使制動(dòng)帶放松。 17 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 3.4 齒輪塊的設(shè)計(jì) 機(jī)床的變速系統(tǒng)采用

41、了滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)。根據(jù)各傳動(dòng)軸的工作特點(diǎn)，基 本組 ( 傳動(dòng)組 b) 滑移齒輪采用平鍵聯(lián)接裝配式齒輪，固定齒輪用獨(dú)立式；第一 擴(kuò)大組 ( 傳動(dòng)組 a) 的滑移齒輪采用了整體式滑移齒輪；第二擴(kuò)大組 ( 傳動(dòng)組 c) 傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大用平鍵聯(lián)接裝配式齒輪， 此時(shí)平鍵傳遞轉(zhuǎn)矩， 彈性擋圈軸向固定， 簡單、工藝性好、結(jié)構(gòu)方便。所有滑移齒輪與傳動(dòng)軸間均采用花鍵聯(lián)接。 從工藝角度考慮，其他固定齒輪（主軸上的齒輪除外）也采用花鍵聯(lián)接。由 于主軸直徑較大，為了降低加工成本而采用了單鍵聯(lián)接。 由各軸的圓周速度參考《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 P53, Ⅰ～Ⅲ軸間傳動(dòng)齒輪精度為 8－7

42、 － 7Dc，Ⅲ～Ⅳ軸間齒輪精度為 7－6－6 Dc 。齒輪材料為 45 鋼，采用整體淬火處理。 根據(jù)前面初估的模數(shù)計(jì)算齒輪直徑由于Ⅱ軸基本組的大齒輪會(huì)和離合器相 干涉（相碰），因而對(duì)第一擴(kuò)大組的齒輪模數(shù)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)為 m=4mm,并取為統(tǒng)一模數(shù)。各齒輪參數(shù)如下表 齒輪 1 Z 1* Z 2 Z 2* Z 3 Z 3* Z 4 Z 齒數(shù) 24 48 42 30 19 53 24 n 750 375 750 1060 375 132 375 j

43、 分度圓直徑 96 192 168 120 76 212 96 齒頂圓直徑 104 200 176 128 84 220 104 齒底圓直徑 86 182 158 110 66 202 86 齒輪寬 32 30 30 32 32 30 32 齒輪 Z 4* Z 5 Z 5* Z 6 Z 6* Z 7 Z 7* 齒數(shù) 48 30 42 60 30 18 72 nj 190 375 265 132 265 375 95 分度圓直徑 192 120 168

44、 240 120 72 288 齒頂圓直徑 200 128 176 248 128 80 296 18 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 齒底圓直徑 182 110 158 230 110 62 278 齒輪寬 30 32 30 30 32 33 30 3.5 軸承的選擇 為了方便安裝， Ⅰ軸上傳動(dòng)件的外徑均小于箱體左側(cè)支承孔直徑， 均采用深溝球軸承。為了便于裝配和軸承間隙調(diào)整，Ⅱ、Ⅲ軸均采用圓錐滾子軸承。滾動(dòng)軸承均采用 E 級(jí)精度。 3.6 主軸組件的設(shè)計(jì)

45、 3.6.1 各部分尺寸的選擇 3.6.1.1 主軸通孔直徑 參考《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 P5，取主軸通孔直徑 d＝37mm。 3.6.1.2 軸頸直徑 據(jù)前面的估算主軸前軸頸直徑 D1 = 80mm，后軸頸直徑 D2 =60mm。 3.6.1.3 前錐孔尺寸 據(jù)車床最大回轉(zhuǎn)直徑 320mm，參考《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 P61 表莫氏錐度號(hào)選 5；其標(biāo) 準(zhǔn)莫氏錐度尺寸如下 莫 氏 大 端 直 錐 度 簡圖 徑 D D d 長度 號(hào) L

46、 L 1 ： d D 5 44.399 130 19.022 3.6.1.4 頭部尺寸的選擇 采用短圓錐式的頭部結(jié)構(gòu)，懸伸短，剛度好。參考《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 P63 的圖及 19 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 P64 表的主軸頭部尺寸如下圖所示 5 6 9 . , 5 6 1 0 10 1 . 0 0 + 0

47、 3 8 5 6 5 . 3 . 4 1 2 0 8 1 7 7 30 1 2 22 13 3.6.1.5 支承跨距及懸伸長度 為了提高剛度，應(yīng)盡量縮短主軸的懸伸長度 a，適當(dāng)選擇支承跨距 L。取 L/a ＝ 3.24 ，由頭部尺寸取 a＝ 100mm則 L＝324mm。 3.6.2 主軸軸承的選擇 為提高剛度，主軸采用三支承，前支承和中支承為主要支承，后支承為輔 助支承。這是因?yàn)橹鬏S上的傳動(dòng)齒輪集

48、中在前部； 容易滿足主軸的最佳跨距要求； 箱體上前、中支承的同軸度加工容易保證，尺寸公差也易控制。 前軸承選用一個(gè)型號(hào)為 32316 的圓錐滾子軸承，中軸承選一個(gè)用型號(hào)為 30214 的圓錐滾子軸承，后軸承選用一個(gè)型號(hào)為 6312 深溝球軸承。前軸承 D 級(jí)精度，中軸承 E 級(jí)精度，后軸承 E 級(jí)精度。前軸承內(nèi)圈配合為 k5，外圈配合為M6；中軸承內(nèi)圈配合為 js5 ，外圈配合為 K6；后軸承內(nèi)圈配合為 js6 ，外圈配合為 H7。 3.7 潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 主軸箱內(nèi)采用飛濺式潤滑，油面高度為 65mm左右，甩油環(huán)浸油深度為 10mm

49、20 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 左右。潤滑油型號(hào)為： IIJ30 。 卸荷皮帶輪軸承采用脂潤滑方式。潤滑脂型號(hào)為：鈣質(zhì)潤滑脂。 3.8 密封裝置的設(shè)計(jì) Ⅰ軸軸頸較小，線速度較低，為了保證密封效果，采用皮碗式接觸密封。而 主軸直徑大、 線速度較高， 則采用了非接觸式密封。 卸荷皮帶輪的潤滑采用毛氈 式密封，以防止外界雜物進(jìn)入。詳見展開圖。 四、傳動(dòng)件的驗(yàn)算 4.1 傳動(dòng)軸的驗(yàn)算 Ⅰ軸的剛度較低，故而在此處進(jìn)行驗(yàn)算。其受力簡化如下圖所示 T1 T2 C F r

50、 A B 168 320 R C b a R A T2 ＝ T1 =9.55 106 N ＝9.55 10 6 4 0.96 ＝ 48896 Nmm n 750 齒輪受到的徑向力 Fr ＝2 T2 tan α / d1 ＝248896tan 20 o /96 ＝370.8 N 對(duì)于傳動(dòng)軸Ⅰ主要驗(yàn)算軸上裝齒輪和軸承處的撓度 y 和傾角θ。Ⅰ軸上有一段 為花鍵軸，但長度在軸上的比例不大，全軸按圓軸算。Ⅰ軸平均直徑求的 d＝ 28mm，則

51、 截面慣性矩 I ＝π d 4 ＝π 284 ＝30171.9 mm4 64 64 按《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 P34有關(guān)公式計(jì)算 對(duì) B 點(diǎn) y ＝ Fr a 2b2 /3EI l ＝ 370.8 3202 1682 2.1 108 30171.9 488 3 21 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 ＝ 1.16 10－4 mm 查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 P33表 對(duì)一般傳動(dòng)軸許用撓度 [Y] ＝（0.0003 ～ 0.0005

52、 ）l ＝（0.0003 ～0.0005 ） 448＝ 0.1464 ～0.244 mm； 對(duì)裝有齒輪的軸許用撓度 [Y] ＝（0.01 ～0.03 ）m＝（0.01 ～0.03 ） 4＝ 0.04 ～ 0.12 mm； 滿足要求。 θB ＝ Fab（b a） 3EIl ＝ 370.8 320 168 （168－320） 3 2.1 108 30171.9 488 ＝－ 3.27 10 7 rad 查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 P33表許用 [ θ] ＝0.001rad 滿足要求。 對(duì) A 點(diǎn) θA ＝ Fab(a 2b

53、) 6EIl ＝ 370.8 320 168 （320 2 168） 6 2.1 108 30171.9 488 ＝ 7.05 10 7 rad 對(duì) C 點(diǎn) θA ＝－ Fab(b 2a) 6EIl ＝ 370.8 320 168 （168 2 320） 6 2.1 108 30171.9 488 ＝ 8.68 10 7 rad 查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 P33表許用 [ θ ] ＝ 0.001rad 滿足要求。 綜上，Ⅰ軸的剛度滿足要求。 4.2 鍵的驗(yàn)算

54、 4.2.1 花鍵的驗(yàn)算 花鍵鍵側(cè)工作表面的擠壓應(yīng)力為 jy 8Tmax ≤ [ jy ] 2 d 2 )lz (D 式中： jy ――計(jì)算擠壓應(yīng)力； Mp 22 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 Tmax ——花鍵傳遞的最大扭矩； N m m Tmax ＝ 9.55 106 N ，N――該軸傳遞的最大功率， n j ――該軸的計(jì) n j 算轉(zhuǎn)速； D 、d —— 花鍵的外徑和內(nèi)徑； mm z—— 花鍵的齒數(shù)； l ――工作長度； mm —— 載

55、荷分布不均勻系數(shù)， ＝0.7 ～0.8 ；取 ＝0.75 [jy ] ――許用擠壓應(yīng)力，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6－ 3， [ jy ] ＝100～ 140Mp，取 [ jy ] ＝ ； 130 Mp 對(duì)Ⅰ軸花鍵 Tmax ＝ 9.55 106 4 0.96 ＝48896 Nm m 750 對(duì)Ⅰ軸裝離合器處花鍵 D ＝36mm d ＝ 32

56、 mm z ＝6 l ＝18 mm 則 jy＝ 8 48896 2 282 ) 18 6 0.75 (32 ＝20.1Mp≤[ jy ] 滿足要求。 對(duì)Ⅰ軸裝帶輪處花鍵 D＝30mm d ＝ 26mm z＝ 6 l ＝ 40 mm 則 jy＝ 8 48896 26 2 ) 40 6 0.75 (30 2

57、 ＝9.7Mp≤ [ jy ] 滿足要求。 所以Ⅰ軸花鍵滿足要求。 對(duì)Ⅱ軸花鍵 Tmax ＝ 9.55 10 6 4 0.96 0.97 ＝94858 Nm m 375 D＝ 40mm d ＝35mm z＝6 l ＝70 mm 則 23 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 8 94858 jy＝ ( 402 352 ) 70 6 0.75 ＝6.4Mp≤ [ jy ] 滿足要求。 對(duì)Ⅲ軸花鍵 Tma

58、x ＝ 9.55 106 4 0.96 0.97 0.98 ＝264094 Nm m 132 D＝ 45mm d ＝40mm z＝6 l ＝110mm 則 ＝ 8 264094 jy 402 ) 110 6 0.75 ( 452 ＝10.0Mp≤[ jy ] 滿足要求。 4.2.2 平鍵的驗(yàn)算 普通平鍵的強(qiáng)度條件 σp ＝ 2T 103 ≤[ p ] kld 式中： σp ――計(jì)算擠壓應(yīng)力； Mp T ——傳遞

59、的轉(zhuǎn)矩； N m k —— 鍵與輪轂槽的接觸高度， k ＝ 0.5h ，此處 h 為鍵的高度； mm l —— 鍵的工作長度； mm d ――軸的直徑； mm [ p ] ――鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》 表 6－2，此處鍵、軸、輪轂三者材料都是鋼 [ p ] ＝100～ 120M Mp，取 [ p ] ＝110 Mp； 對(duì)Ⅱ軸三聯(lián)齒輪出 A 型平鍵 b h=16 10 , L=56 T ＝48.896 Nm k ＝0.5h ＝0.5 10＝5 mm l ＝L-b=40 mm d ＝ 53 mm

60、 則 σp ＝ 2 48.896 103 5 40 53 24 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 ＝9.2 Mp ≤[ p ] 滿足要求。 對(duì)Ⅲ軸三聯(lián)齒輪出 A 型平鍵 b h=18 11 , L=63 T ＝94.858 Nm k ＝ 0.5h ＝0.5 11＝5.5mm l ＝ 45mm d ＝63mm則 σp ＝ 2 94.858 10 3 5.5 45 63 ＝12.2 Mp ≤ [ p ] 滿足要求。 對(duì)Ⅳ軸三聯(lián)

61、齒輪出 A 型平鍵 T ＝ 9.55 103 4 0.96 0.97 0.98 ＝1040 N m k ＝ 0.5h ＝ 0.5 14＝ 33.5 7mm l ＝ 68mm d ＝75 mm , b h=22 14,L=80mm, 則 σp ＝ 2 7 1040 10 3 68 75 ＝58.3Mp≤[ p ] 滿足要求。 4.3 齒輪模數(shù)的驗(yàn)算 按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù) mj m j = 16300 3 (i 1) Kd K c K b K s N mm

62、 m z12 i[ j ] 2 n j 式中： N —— 傳遞的額定功率 KW； n j —— 計(jì)算轉(zhuǎn)速（小齒輪）； r/min m —— 齒寬系數(shù)； z 1 —— 計(jì)算齒輪齒數(shù)； i —— 大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比， “+”用于外嚙合，“—”用于內(nèi)嚙合，此處為外嚙合，故取“ +”; K s —— 壽命系數(shù)： K s = K TKn KNKq 60n T KT —— 工作期限系數(shù)： K T = m c0 25 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 T ——預(yù)定的齒輪工作期

63、限，對(duì)中型機(jī)床 T = 15000 ～20000h； n —— 齒輪的最低轉(zhuǎn)速； r/min c 0 —— 基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 3； m —— 疲勞曲線指數(shù)，查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 3； K n —— 轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 4； K —— 功率利用系數(shù)，查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 5； N K q —— 材料強(qiáng)化系數(shù)，查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 6； K c —— 工作狀況系數(shù)，中等沖擊主運(yùn)動(dòng)， Kc = 1.2 ～ 1.6 ； K d —— 動(dòng)載荷系數(shù)，查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 8； K

64、 b —— 齒向載荷分布系數(shù)，查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 9； [ j ] —— 許用接觸應(yīng)力，查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 11； Mp 齒輪按彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù) mw mw = 275 K d K c K b K s N 3 m z1 [ w ] n j Y 其中 Y —— 齒形系數(shù)由《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 10 查得； [ w ] —— 許用彎曲應(yīng)力，查《設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 11； Mp 驗(yàn)算結(jié)果如下表 按接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算算齒輪模數(shù) 參數(shù)

65、 傳動(dòng)組 a 傳動(dòng)組 b 傳動(dòng)組 c N 3.84 3.72 3.65 n j 750 375 375 m 7.5 7.5 7.5 z1 24 19 18 i 2 2.8 4 m 3 3 3 n 750 375 132 26 T KT K s c0 K n KN Kq Kc Kd Kb [

66、 j ] mj 結(jié)論  中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 15000 15000 15000 4.07 3.23 2.28 1.44 0.88 0.81 107 107 107 0.85 0.68 0.89 0.58 0.58 0.58 0.76 0.73 0.73 1.2 1.2 1.2 1.3 1.4 1.2 1.02 1.04 1.04 1100 1100 1100 2.02 3.55 3.29 估算值可用 估算值可用 估算值可用 齒輪按彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算齒輪模數(shù) 參數(shù) 傳動(dòng)組 a 傳動(dòng)組 b 傳動(dòng)組 c N 3.84 3.72 3.65 n j 750 375 375 m 7.5 7.5 7.5 z1