18級(jí)變速車床銑床主軸箱設(shè)計(jì),18,變速,車床,銑床,主軸,設(shè)計(jì) 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 摘 要 隨著我國(guó)的工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的發(fā)展進(jìn)程，國(guó)內(nèi)的裝備工業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，作為裝備制造業(yè)的核心的機(jī)床行業(yè)備受關(guān)注。無(wú)論在地位、產(chǎn)值、技術(shù)和市場(chǎng)等方面，機(jī)床工業(yè)都有了迅速的發(fā)展，但是和國(guó)際機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展強(qiáng)國(guó)比如德國(guó)、日本等國(guó)家還是有差距的。隨著中國(guó)科技的進(jìn)步、工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的發(fā)展進(jìn)程，機(jī)床產(chǎn)業(yè)有良好的發(fā)展前景[1]。而在多種多樣的機(jī)床設(shè)備中，作為應(yīng)用最為廣泛的機(jī)床之一的銑床，則為機(jī)械加工行業(yè)提供了必不可少的助力。銑床是指主要用銑刀在工件上加工各種表面的機(jī)床，通常銑刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)，工件和銑刀的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。銑床是一種用途廣泛的工具，在各行各業(yè)中都起著重要的作用，它可以加工各種形式的平面和曲面、鍵槽、花鍵、齒輪、鏈輪等，它能夠完成多種機(jī)床可以進(jìn)行的工作，同時(shí)因?yàn)殂姶驳牡毒叨酁槎嗳械模淮涡缘募庸し秶^大，因此銑床具備較高的生產(chǎn)效率和廣泛的應(yīng)用范圍。 盡管銑床具有廣泛的應(yīng)用，但是隨著我國(guó)制造業(yè)的不斷升級(jí)，產(chǎn)品的加工制造精度要求和效率要求也在不斷地提升，因此傳統(tǒng)的普通銑床已經(jīng)不能滿足當(dāng)今市場(chǎng)的需求，所以對(duì)于普通銑床的數(shù)控化改造在如火如荼的進(jìn)行中，數(shù)控化改造對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化有著重要的應(yīng)用意義，可以大幅提升加工制造的工作效率，同時(shí)由于引入了數(shù)控伺服系統(tǒng)，加工制造的產(chǎn)品精度、質(zhì)量等也得到了保證，產(chǎn)品性能更加穩(wěn)定，有助于我國(guó)加快實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的升級(jí)換代，也可以提升制造業(yè)的整體水平，因此對(duì)普通銑床進(jìn)行數(shù)控化改進(jìn)，尤其是對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)添加伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是尤為必要的，如此之舉可以使企業(yè)在保證最小投入成本的基礎(chǔ)之上提高加工制造精度和效率要求，減小了企業(yè)壓力，提高了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。本課題基于X6140型號(hào)銑床的基礎(chǔ)之上進(jìn)行了機(jī)構(gòu)上的改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一款小型萬(wàn)能銑床，本課題所設(shè)計(jì)的小型萬(wàn)能銑床結(jié)構(gòu)上包含機(jī)床的鑄造機(jī)身、主傳動(dòng)系統(tǒng)、主軸組件、伺服進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、工作臺(tái)等幾大部分。主要對(duì)該銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)所能給達(dá)到的主軸轉(zhuǎn)速范圍與主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、伺服進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、主軸組件結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)、以及機(jī)床床身的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：銑床；主傳動(dòng)系統(tǒng)；主軸；伺服進(jìn)給系統(tǒng) Abstract With the development of China's industrialization and urbanization, the domestic equipment industry has developed by leaps and bounds, and the machine tool industry, as the core of equipment manufacturing industry, has attracted much attention. No matter in the status, output value, technology and market, machine tool industry has developed rapidly, but the international machine tool industry development powers such as Germany, Japan and other countries still have gaps. With the progress of Science and Technology, industrialization and urbanization in China, the machine tool industry has good prospects for development. In a wide variety of machine equipment, as one of the most widely used machine tools milling machines, for the machining industry to provide an essential boost. Milling machine refers to the main use of milling cutters on the workpiece to process a variety of surfaces of the machine, usually milling knife rotation movement as the main movement, workpiece and milling tool movement into the feed motion. Milling machine is a widely used tool, in all walks of life play an important role, it can machine various forms of flat and surface, key slot, flower key, gear, sprocket, etc. , it can complete a variety of machine tools can do the work, at the same time because the milling machine tools are many blades, a larger one-time processing range, so milling machine has a high production efficiency and a wide range of applications. Although milling machine has a wide range of applications, but with the continuous upgrading of China's manufacturing industry, product processing and manufacturing accuracy requirements and efficiency requirements are constantly improving, so the traditional ordinary milling machine can not meet the needs of today's market, so for the ordinary milling machine CNC transformation in the fire, CNC transformation for the manufacturing industry to achieve automation, flexibility, integration has an important application significance, can greatly improve the efficiency of processing and manufacturing, and because of the introduction of CNC servo system, Processing and manufacturing product accuracy, quality, etc. have also been guaranteed, product performance is more stable, help China to accelerate the upgrading of the manufacturing industry, but also to improve the overall level of manufacturing industry, so the ordinary milling machine numerical control improvement, especially for the feed system to add servo drive system is particularly necessary, so that enterprises can ensure the minimum input cost on the basis of improving the accuracy and efficiency requirements of processing manufacturing, reduce the pressure of enterprises, improve competitiveness. Based on the basis of the X6140 model milling machine, this topic is based on the improvement of the mechanism, the design of a small universal milling machine, the design of this topic of small universal milling machine structure contains the machine's casting body, main drive system, spindle components, servo feed transmission system, workbench and other parts. The main transmission range of the main drive system of the milling machine and the structure of the main drive system, the structural design of the servo feed system, the design of the structure parameters of the spindle assembly, and the structure of the machine body are designed in detail. Key words: milling; main drive system; principal axis 目錄 摘要 I ABSTRACT II 第1章 緒論 1 1.1 課題研究的意義及背景 1 1.2 小型萬(wàn)能銑床的發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3 小型萬(wàn)能銑床的總體方案設(shè)計(jì)與工作原理 4 1.3 課題主要研究?jī)?nèi)容 5 第2章 主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 2.1 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 6 2.1.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)公比確定 6 2.1.2 傳動(dòng)組和傳動(dòng)副數(shù)的確定 7 2.1.3 降速比的分配 9 2.1.4 擬定傳動(dòng)系統(tǒng)圖 13 2.2 帶輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 14 2.2.1 主電機(jī)的參數(shù) 14 2.2.2 帶輪的確定及傳動(dòng)比 15 2.2.3 V帶的選型與計(jì)算 15 2.3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 17 2.3.1 齒輪齒數(shù)的計(jì)算 17 2.3.2 齒輪轉(zhuǎn)速誤差校驗(yàn) 18 2.3.3 齒輪模數(shù)的計(jì)算 20 2.3.4 齒輪彎曲強(qiáng)度校核 23 第3章 變速箱傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 25 3.1 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 25 3.1.1 設(shè)計(jì)計(jì)算 25 3.2.1 強(qiáng)度校核 26 3.2 主軸的設(shè)計(jì) 29 3.2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算 29 圖3-3 主軸尺寸簡(jiǎn)圖 30 3.2.2 強(qiáng)度校核 30 圖3-4彎矩扭矩分析圖 31 3.3 傳動(dòng)軸的排布設(shè)計(jì) 32 3.3.1 齒輪排布設(shè)計(jì) 32 3.3.2 軸承選擇 33 第4章 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 36 第5章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 37 5.1 導(dǎo)軌的選取 37 5.2 工作臺(tái)的選取 37 5.2.1 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理 37 5.2.2 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的類型 38 5.3 可持續(xù)發(fā)展及經(jīng)濟(jì)性分析 38 5.3.1 可持續(xù)發(fā)展 38 5.3.2 經(jīng)濟(jì)型分析 39 總結(jié) 40 參考文獻(xiàn) 41 致謝 42 V 第1章 緒論 1.1 課題研究的意義及背景 21世紀(jì)初，日本和德國(guó)系占據(jù)著世界機(jī)床產(chǎn)值前兩位的傳統(tǒng)強(qiáng)國(guó)，但兩國(guó)的機(jī)床產(chǎn)業(yè)均在2008年爆發(fā)的金融危機(jī)中受到較大影響。彼時(shí)，機(jī)床行業(yè)高速發(fā)展中的中國(guó)受金融危機(jī)的影響相對(duì)較小，機(jī)床產(chǎn)值于2009年一躍成為世界首位，并在隨后的幾年中一直保持著世界第一機(jī)床生產(chǎn)大國(guó)的地位。而銑床作為機(jī)械加工的通用設(shè)備在制造業(yè)各種產(chǎn)品的生產(chǎn)中一直起著不可替代的作用。自動(dòng)銑床具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護(hù)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低的特點(diǎn)，已成為現(xiàn)代生產(chǎn)中的主要設(shè)備，萬(wàn)能銑床的廣泛應(yīng)用，給機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)帶來(lái)了深刻的變化。 隨著自動(dòng)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，越來(lái)越多的普通銑床漸漸退出市場(chǎng)，但是目前在中小型企業(yè)中，因其具有操作簡(jiǎn)單，使用成本較低等特點(diǎn)，仍然有大量的普通機(jī)床在被使用。但是隨著我國(guó)制造業(yè)自動(dòng)化、智能化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，隨著加工制造質(zhì)量和效率要求的不斷提升，普通機(jī)床已經(jīng)不再適用于當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展，因此越來(lái)越多的普通機(jī)床被改造設(shè)計(jì)成了半自動(dòng)化的設(shè)備，通過(guò)加入伺服系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)，大幅提升了普通機(jī)床的加工制造質(zhì)量和效率，因?yàn)楹芏嘀行⌒推髽I(yè)沒(méi)有充足的資金去采購(gòu)更高自動(dòng)化程度的機(jī)床設(shè)備，但是如果沒(méi)有性能更穩(wěn)定，加工質(zhì)量和效率更高的數(shù)控化設(shè)備，企業(yè)就面臨著更大的生存壓力，因此通過(guò)小成本的機(jī)床數(shù)控化改造，一方面給企業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型節(jié)省了成本，一方面迎合了目前市場(chǎng)的硬性需求，為企業(yè)的生存和發(fā)展提供了保障。 本課題所設(shè)計(jì)了一款半自動(dòng)化的小型萬(wàn)能銑床。小型萬(wàn)能銑床是一種通用金屬切削機(jī)床，即能臥銑，又能立銑。它適用于鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、孔加工；如用圓片銑床、角度銑刀、形成銑刀及端面銑刀，能銑削平面、斜面、垂直面和溝槽等，可作為多方向的銑削工作。由于其應(yīng)用廣泛，故適合一般修理與工具車間，單件或小批生產(chǎn)車間使用為宜擅長(zhǎng)做小而精的工件。本課題所設(shè)計(jì)的小型萬(wàn)能銑床采用了機(jī)械式的主傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)切削動(dòng)作，同時(shí)將進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)為伺服進(jìn)給系統(tǒng)來(lái)完成工件的三軸進(jìn)給，提高了萬(wàn)能銑床的柔性和自動(dòng)化程度也提高了，適用于各種中小型零件加工，特別是有色金屬材料；塑料；尼龍的切削，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于單件 1 或是成批的機(jī)械制造；儀表工業(yè)；建筑裝飾和修配部門。，所以說(shuō)，本課題在基于X6140銑床基礎(chǔ)上所研究設(shè)計(jì)的一種小型萬(wàn)能銑床，有著極大的實(shí)用意義。 1.2 小型萬(wàn)能銑床的發(fā)展現(xiàn)狀 機(jī)床是先進(jìn)制造技術(shù)的載體和裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)，其作為先進(jìn)制造業(yè)的母機(jī)，向傳統(tǒng)機(jī)械工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、電子信息技術(shù)工業(yè)及其他加工工業(yè)等下游行業(yè)提供加工裝備。2015年主要的56個(gè)機(jī)床生產(chǎn)國(guó)和地區(qū)的機(jī)床生產(chǎn)總值已達(dá)到801.90億美元，以中國(guó)為首的前五大機(jī)床生產(chǎn)國(guó)的產(chǎn)值占上述總產(chǎn)值的72.42%。其中，中國(guó)機(jī)床產(chǎn)值221億美元，已超過(guò)上述56個(gè)國(guó)家及地區(qū)總產(chǎn)值的1/4，世界主要機(jī)床消費(fèi)國(guó)家消費(fèi)金額對(duì)比如圖1-1所示。 圖1-1 世界主要機(jī)床消費(fèi)國(guó)家消費(fèi)金額對(duì)比圖 雖然在消費(fèi)總量上我國(guó)的消費(fèi)金額高居世界首位，遠(yuǎn)超其他各國(guó)，但在中高檔萬(wàn)能銑床方面與國(guó)外一些先進(jìn)產(chǎn)品相比仍存在較大差距。這是由于歐美日等先進(jìn)工業(yè)國(guó)家在早期就完成了對(duì)機(jī)床的原始技術(shù)積累，其中一些著名機(jī)床公司致力于科技創(chuàng)新和新產(chǎn)品的研發(fā)引導(dǎo)著數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展，如美國(guó)英格索爾公司和德國(guó)惠勒喜樂(lè)公司對(duì)用于汽車工業(yè)和航空工業(yè)高速數(shù)控萬(wàn)能銑床的發(fā)展日本牧野公司對(duì)高效精密加工中心所作的貢獻(xiàn)，德國(guó)瓦德里希公司在重型龍門五面加工萬(wàn)能銑床方面的開發(fā)以及日本馬扎克公司研發(fā)的車銑中心對(duì)高效復(fù)合加工的推進(jìn)等等如圖1-2所示。相比之下，我國(guó)大部分近代機(jī)床產(chǎn)品在技術(shù)上處于跟蹤階段，小型萬(wàn)能銑床同樣如此，在很多技術(shù)指標(biāo)上仍然達(dá)不到世界先進(jìn)水準(zhǔn)，由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明顯差距。 目前市場(chǎng)上廣泛使用的小型萬(wàn)能銑床的型號(hào)主要有X6140萬(wàn)能銑床，如圖1-3所示、X6132萬(wàn)能銑床、63K萬(wàn)能銑床等。 圖1-2 日本馬扎克數(shù)控加工中心圖 圖1-3 X6140萬(wàn)能銑床結(jié)構(gòu)圖 1.3 小型萬(wàn)能銑床的總體方案設(shè)計(jì)與工作原理 本課題所設(shè)計(jì)的小型萬(wàn)能銑床結(jié)構(gòu)緊湊，可用于銑削屏幕、斜面、溝槽、齒輪等，工作臺(tái)可繞垂直軸在水平面±45°范圍內(nèi)調(diào)整，該萬(wàn)能銑床主要由床身、主軸變速機(jī)構(gòu)、懸梁、主軸、刀桿支架、工作臺(tái)、滑鞍、升降臺(tái)、伺服進(jìn)給系統(tǒng)、底座等幾大主要部件組成小型萬(wàn)能銑床各部分機(jī)構(gòu)示意如圖2-1所示。 圖2-1 小型萬(wàn)能銑床各部分結(jié)構(gòu)示意圖 X6140銑床的設(shè)計(jì)是結(jié)合國(guó)內(nèi)外銑床之優(yōu)點(diǎn)，自主研發(fā)的經(jīng)濟(jì)型銑床，具有機(jī)構(gòu)合理，操作簡(jiǎn)單，功率低，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，其具體介紹如下： 1、X6140銑床的設(shè)計(jì)符合人機(jī)工程學(xué)原理，操作方便；操作面板均使用形象化符號(hào)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單直觀。 2、潤(rùn)滑裝置可對(duì)縱、橫、垂向的絲杠及導(dǎo)軌進(jìn)行強(qiáng)制潤(rùn)滑，減小機(jī)床的磨損，保證機(jī)床的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)冷卻系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整噴嘴改變冷卻液流量的大小，滿足不同的加工需求。 3、X、Y、Z三方向?qū)к壐苯?jīng)超音頻淬火、精密磨削及刮研處理，配合強(qiáng)制潤(rùn)滑，提高精度，延長(zhǎng)機(jī)床的使用壽命。 4、工作臺(tái)X/Y/Z向有手動(dòng)進(jìn)給、機(jī)動(dòng)進(jìn)給和機(jī)動(dòng)快進(jìn)三種，進(jìn)給速度能滿足不同的加工要求；快速進(jìn)給可使工件迅速到達(dá)加工位置，加工方便、快捷，縮短非加工時(shí)間。 5、工作臺(tái)水平回轉(zhuǎn)角度±45°，拓展機(jī)床的加工范圍。主傳動(dòng)部分和工作臺(tái)進(jìn)給部分均采用齒輪變速結(jié)構(gòu)，調(diào)速范圍廣，變速方便，快捷。 6、機(jī)床主軸軸承為圓錐滾子軸承，主軸采用三支承結(jié)構(gòu)，主軸的系統(tǒng)剛度好，承載能力強(qiáng)，且主軸采用能耗制動(dòng)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，停止迅速、可靠。 7、底座、機(jī)身、工作臺(tái)、中滑座、升降滑座等主要構(gòu)件均采用高強(qiáng)度材料鑄造而成，并經(jīng)人工時(shí)效處理，保證機(jī)床長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性。 1.3 課題主要研究?jī)?nèi)容 萬(wàn)能銑床由機(jī)身、主傳動(dòng)、進(jìn)給箱、升降臺(tái)、工作臺(tái)、懸梁、冷卻、潤(rùn)滑及電氣等各部分組成。機(jī)身由底座、床身組成，床身固定在底座上；主傳動(dòng)安裝在床身內(nèi)，通過(guò)床身右側(cè)蓋板上的三個(gè)變速手柄調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速;進(jìn)給箱配掛在滑座右側(cè)，通過(guò)輸出軸齒輪和滑動(dòng)齒輪將動(dòng)力分別傳給縱、橫向絲杠；升降臺(tái)與床身有燕尾導(dǎo)軌配合，沿床身導(dǎo)軌垂直升降；升降臺(tái)與滑座由矩形導(dǎo)軌配合，工作臺(tái)與滑座由燕尾導(dǎo)軌配合，通過(guò)絲杠、絲母帶動(dòng)工作臺(tái)縱、橫向移動(dòng)；結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。小型萬(wàn)能銑床的其他關(guān)鍵部位進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化機(jī)床的使用性能。 第2章 主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 2.1.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)公比確定 已知條件： 1. 主軸轉(zhuǎn)速范圍：，； 2. 轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)為Z=18。 開始確定公比Φ，由公式 由公式 (2-1) 可得 故 綜上可得，本課題所設(shè)計(jì)小型萬(wàn)能銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)公比Φ為1.26，即相鄰轉(zhuǎn)速的比為1.26，主傳動(dòng)系統(tǒng)主軸獲得的18級(jí)轉(zhuǎn)速如圖2-1所示[1]。 圖2-1 主傳動(dòng)系統(tǒng)主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速圖 2.1.2 傳動(dòng)組和傳動(dòng)副數(shù)的確定 在選定完傳動(dòng)公比之后，首先確定傳動(dòng)組以及傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目。根據(jù)要求要滿足18級(jí)轉(zhuǎn)速，則各傳動(dòng)組以及傳動(dòng)組中傳動(dòng)副數(shù)目就可以確定 由公式 Z=p×q×r… (2-2) 可得 ① 18=3×3×2 ② 18=3×2×3 ③ 18=2×3×3 ④ 18=3×6 ⑤ 18=6×3 ⑥ 18=2×9 ⑦ 18=9×2 總共得出7種變速級(jí)數(shù)和傳動(dòng)副數(shù)目的組合方案，同時(shí)，根據(jù)主傳動(dòng)鏈轉(zhuǎn)速圖的設(shè)計(jì)及原則[3]可知如果傳動(dòng)副數(shù)目多的優(yōu)點(diǎn)是變速組即傳動(dòng)軸的數(shù)目就少，傳動(dòng)鏈縮短，但是如果同一變速組種的傳動(dòng)副數(shù)目較多，這樣會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度加長(zhǎng)主傳動(dòng)箱的整體尺寸加大，而且增加了變速操作的復(fù)雜性，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致變速的速差增大，進(jìn)而影響齒輪的大小會(huì)變大，因?yàn)閺睦碚撋峡梢苑治龅贸觯谧兯傧到y(tǒng)中采用雙聯(lián)或三聯(lián)滑移齒輪進(jìn)行變速是容易實(shí)現(xiàn)的，如果使用四聯(lián)滑移齒輪，會(huì)增大軸向尺寸，而如果采用兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪，則操縱機(jī)構(gòu)必須互鎖，以防止兩個(gè)滑移齒輪同時(shí)嚙合，所以一般較少使用，因此每一變速組內(nèi)的傳動(dòng)副數(shù)目一般應(yīng)取2或者3[2]。 故，經(jīng)過(guò)初步優(yōu)選后，確定下可以采用①、②、③方案。 同時(shí)根據(jù)傳動(dòng)順序前多后少的原則[3]可知，一般情況下，在主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)將傳動(dòng)副數(shù)較多的變速組安排在靠近電動(dòng)機(jī)軸的位置，因?yàn)檗D(zhuǎn)速?gòu)碾妱?dòng)機(jī)輸出逐級(jí)傳至主軸的過(guò)程中，一般都是降速傳動(dòng)，所以靠近電動(dòng)機(jī)的位置轉(zhuǎn)速較高，同時(shí)扭矩較小，齒輪的尺寸也較小，空間較為充裕，反觀越靠近主軸的位置，轉(zhuǎn)速就越低，同時(shí)扭矩增大，齒輪的尺寸變大，空間較為狹小，因此適宜將傳動(dòng)副較多的變速組安排在靠近電動(dòng)機(jī)軸的位置。 故，經(jīng)過(guò)再次優(yōu)選后，確定下最優(yōu)的傳動(dòng)順序方案為① 18=3×3×2。 傳動(dòng)組順序和傳動(dòng)副數(shù)目確定完后，該方案還可衍生出不同的擴(kuò)大順序方案。 由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)式 Z=Paxa×Pbxb×Pcxc×……×Pixi (2-3) 可得 ① 18=31×33×29 ② 18=31×36×23 ③ 18=33×31×29 ④ 18=36×31×23 ⑤ 18=32×36×21 ⑥ 18=36×32×21 根據(jù)基本組、第一擴(kuò)大組、第二擴(kuò)大組的不同排列順序，總共得出6種不同的擴(kuò)大順序方案，查閱相關(guān)資料可知，在確定擴(kuò)大順序方案時(shí)，應(yīng)滿足傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相一致的原則[3]，保證“前密后疏”，即電動(dòng)機(jī)輸出軸的一側(cè)傳動(dòng)線分布密集，主軸一側(cè)的傳動(dòng)線分布疏松，這樣在空間安排上也具有好處。 故，根據(jù)上述原則進(jìn)行擴(kuò)大順序方案的優(yōu)選，最終選定方案為： ①18=31×33×29 為本課題的最理想的擴(kuò)大順序方案，轉(zhuǎn)速結(jié)構(gòu)符合“前密后疏”的設(shè)計(jì)原則，其轉(zhuǎn)速結(jié)構(gòu)網(wǎng)格如圖2-5所示。 圖2-2 主傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速結(jié)構(gòu)網(wǎng)格圖 2.1.3 降速比的分配 確定完了主傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)大順序，為了合理設(shè)計(jì)齒輪的尺寸從而避免影響主軸箱體的徑向尺寸，還要對(duì)個(gè)變速組的變速范圍及逆行校核，查閱相關(guān)資料可知，各變速組的變速范圍不應(yīng)超過(guò)極限變速范圍[3]，而且由于各變速組的變速范圍隨著速度的傳遞在不斷增大，因此檢查變速組的變速范圍是否超過(guò)極限值時(shí)，只需檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組即可，一般限制最小傳動(dòng)比imin≥14，為了避免擴(kuò)大傳動(dòng)誤差，減少振動(dòng)噪音，一般限制直齒圓柱齒輪的最大傳動(dòng)比imax≤2，斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)較平穩(wěn)[3]，可取imax≤2.5。 由公式 rmin=umaxumin (2-4) 可得直齒圓柱齒輪的極限變速范圍rmin=umaxumin=214=8 斜齒圓柱齒輪的極限變速范圍 rmin=umaxumin=2.514=10 故只要保證最后一個(gè)擴(kuò)大組的變速范圍不超過(guò)8即可。 由本課題所設(shè)計(jì)選用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)式18=31×33×29與公比Φ=1.26可知，第二擴(kuò)大組29為最后擴(kuò)大組，其變速范圍由公式 r2=?x2P2?1 (2-5) 可得 r2=1.2692?1=8 故，將最后一個(gè)擴(kuò)大組的變速范圍與極限變速范圍相對(duì)比得出，所有變速組的變速范圍符合要求。 最后，經(jīng)查閱文獻(xiàn)資料得知，在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)與主軸的轉(zhuǎn)速已經(jīng)確定。當(dāng)降速時(shí)，分配傳動(dòng)比應(yīng)使各中間傳動(dòng)軸的最低轉(zhuǎn)速適當(dāng)?shù)母咝?。因?yàn)檗D(zhuǎn)速高時(shí)，在傳遞一定功率的條件下，傳遞到扭矩就小，相應(yīng)的傳動(dòng)件尺寸就小。因此，按傳動(dòng)順序的各變速組的最小傳動(dòng)比應(yīng)采取逐步降速的方法，而且最后擴(kuò)大組的最小傳動(dòng)比一般取極限值，即要求在減速傳動(dòng)時(shí)采取“前緩后急”的原則[3]，滿足 iamin≥ibmin≥icmin≥…≥14 根據(jù)本課題所提供的電動(dòng)機(jī)與主軸的轉(zhuǎn)速參數(shù)要求，結(jié)合以上所得出的結(jié)論，通過(guò)分配各傳動(dòng)組的傳動(dòng)比已確定中間軸的轉(zhuǎn)速，即可得出轉(zhuǎn)速圖。 剛開始的時(shí)候已經(jīng)將主軸Ⅴ的轉(zhuǎn)速確定完成，接下來(lái)確定Ⅳ軸的轉(zhuǎn)速。令最后一級(jí)變速組為變速組c，則變速組c的變速范圍是?9=1.269=8，可知兩個(gè)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比必然是最大和最小的兩個(gè)極限值，即 icmin=14=1?6，icmin=21=?31 由此得出Ⅳ軸的9種轉(zhuǎn)速，分別為118r/min、150r/min、190r/min、236r/min、300r/min、375r/min、475r/min、600r/min、750r/min，轉(zhuǎn)速圖如圖2-6所示。 圖2-3 主傳動(dòng)系統(tǒng)Ⅳ軸9種轉(zhuǎn)速圖 隨后確定Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速，令上一變速組為變速組b，則變速組b的級(jí)比指數(shù)為3，該變速組的變速范圍應(yīng)在傳動(dòng)比極限值的范圍內(nèi)，因?yàn)椴煌笮⌒吞?hào)的機(jī)床，同時(shí)由于本課題所設(shè)計(jì)的機(jī)床為小型萬(wàn)能銑床，對(duì)于小型機(jī)床和精密機(jī)床，由于功率較小，傳動(dòng)件本身不會(huì)太大，因此這是振動(dòng)、發(fā)熱和噪聲是應(yīng)該考慮的最主要的問(wèn)題，因此作為中間軸，對(duì)其轉(zhuǎn)速應(yīng)該進(jìn)行限制，盡可能的降低，但同時(shí)要保證“前緩后急”的原則，根據(jù)上述計(jì)算，同理可得Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速最高可達(dá)475r/min、600 r/min、750r/min，最低可到236 r/min、300 r/min、375 r/min。根據(jù)上述原則，我們?nèi)∪齻€(gè)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比為： ib1=1?4，ib2=1?，ib3=?21 因此確定Ⅲ軸的三種轉(zhuǎn)速分別為：300r/min、375r/min、475r/min，具體的轉(zhuǎn)速圖如圖2-7所示。 圖2-4 主傳動(dòng)系統(tǒng)Ⅲ軸3種轉(zhuǎn)速圖 同理，對(duì)于第一級(jí)變速組，三個(gè)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比可取為： ia1=1?4，ib2=1?3，ib3=1?2 因此確定了Ⅱ軸的轉(zhuǎn)速為750r/min，轉(zhuǎn)速圖如圖2-5所示。所以總傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖2-6所示。 圖2-5 主傳動(dòng)系統(tǒng)Ⅱ軸轉(zhuǎn)速圖 圖2-6 主傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖 2.1.4 擬定傳動(dòng)系統(tǒng)圖 擬定主傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)方案，設(shè)計(jì)有電動(dòng)機(jī)軸、Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸和主軸Ⅳ，電機(jī)由電動(dòng)機(jī)軸輸出動(dòng)力，通過(guò)普通V帶傳動(dòng)將動(dòng)力輸送至Ⅰ軸，電動(dòng)機(jī)軸和Ⅰ軸分別設(shè)計(jì)有不同大小的帶輪用以減速。Ⅰ軸上同時(shí)設(shè)計(jì)有三個(gè)固定齒輪，Ⅱ軸上有兩組移動(dòng)三聯(lián)滑移齒輪，其中一組可以與Ⅰ軸上的不同齒輪嚙合，將動(dòng)力傳送至Ⅲ軸，同時(shí)獲得不同的轉(zhuǎn)速比。Ⅱ軸上設(shè)計(jì)另一組三聯(lián)滑移齒輪，此三聯(lián)滑移齒輪又同Ⅲ軸齒輪嚙合將動(dòng)力傳遞至Ⅲ軸。Ⅲ軸設(shè)計(jì)有三個(gè)固定齒輪和一個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪，三個(gè)不同齒數(shù)的固定齒輪通過(guò)與Ⅱ軸上的三聯(lián)滑移齒輪嚙合獲得不同的轉(zhuǎn)速比，同時(shí)雙聯(lián)滑移齒輪通過(guò)滑移與主軸Ⅳ嚙合也可獲得不同的轉(zhuǎn)速比，同時(shí)將動(dòng)力傳遞至主軸Ⅳ。主軸Ⅳ是由兩只齒輪通過(guò)鑄造的方式同主軸Ⅳ連為一體的軸齒輪，主軸Ⅳ通過(guò)電動(dòng)機(jī)軸、Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸的逐級(jí)變速，最終可以獲得18種不同的轉(zhuǎn)速，范圍在30~1500rpm之間，主軸傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖2-7所示[4]。 圖2-7 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 （一）各軸的功率計(jì)算 （二）各軸的最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算 2.2 帶輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 2.2.1 主電機(jī)的參數(shù) 本課題是基于X6140基礎(chǔ)之上進(jìn)行設(shè)計(jì)的小型萬(wàn)能銑床，參考其機(jī)床的工作功率，選用7.5KW的主電機(jī)。一般的普通銑床在電機(jī)驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，如果沒(méi)有特別的要求，多是采用一般步進(jìn)電機(jī)，即三相異步電動(dòng)機(jī)。常用的三相異步電動(dòng)機(jī)由Y2、Y3系列，Y系列電機(jī)具有高效、節(jié)能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、噪聲小、可靠性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。本課題選用Y132M-4型號(hào)的三相異步電動(dòng)機(jī)[5]，其主要參數(shù)如下： 表2-1 Y132M-4參數(shù) 型號(hào) 額定功率kw 轉(zhuǎn)速r/min 效率% 功率因素cosφ Y132M-4 7.5 1440 87 0.85 2.2.2 帶輪的確定及傳動(dòng)比 對(duì)于電動(dòng)機(jī)軸與Ⅰ軸之間的傳動(dòng)，在此我們沿用了經(jīng)典的機(jī)床設(shè)計(jì)方案，在電動(dòng)機(jī)軸與Ⅰ軸之間使用普通V帶傳動(dòng)。帶傳動(dòng)適用于中心距較大傳動(dòng)，且具有緩沖、吸振及過(guò)度載打滑的特點(diǎn)，能保護(hù)其他傳動(dòng)件，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)軸與Ⅰ軸之間的距離很遠(yuǎn)，所以不適合使用齒輪傳動(dòng)，同時(shí)皮帶傳動(dòng)的靜音效果較好，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)，而且當(dāng)負(fù)荷超載知時(shí)，皮帶會(huì)打滑，可以保護(hù)其他傳動(dòng)零件，起到了過(guò)載保護(hù)的作用，適合普通機(jī)床的第一級(jí)傳動(dòng)要求，因此選用普通V帶傳動(dòng)作為電動(dòng)機(jī)軸與Ⅰ軸之間的傳動(dòng)方式[6]。 由于電動(dòng)機(jī)軸與Ⅰ軸之間的帶傳動(dòng)為定比傳動(dòng)方式，其傳動(dòng)比的確定如下： 由公式 （2-6） 可得，電動(dòng)機(jī)軸與Ⅰ軸之間的傳動(dòng)比 2.2.3 V帶的選型與計(jì)算 根據(jù)上述結(jié)論，本課題所設(shè)計(jì)的小型萬(wàn)能銑床的電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)軸之間由普通V帶進(jìn)行傳動(dòng)，根據(jù)已知的條件，我們進(jìn)行V帶的選型和計(jì)算，經(jīng)查閱相關(guān)資料可知，V帶的選用應(yīng)保證有效的傳遞最大功率，并有足夠的使用壽命[7]。 首先確定計(jì)算功率Pj。 由公式 Pj=KP (2-7) 其中，K為V帶的工作情況系數(shù)，根據(jù)文獻(xiàn)[4]表1-12，查表選取該系數(shù)K=1.1， 得 Pj=1.1×7.5=8.25(kW) 進(jìn)而查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得，選取A型帶。 接下來(lái)需要確定的是大帶輪與小帶輪的直徑D1、D2。其中小帶輪直徑D1（mm）應(yīng)滿足：D1≥Dmin，Dmin為帶輪的最小計(jì)算直徑。由文獻(xiàn)[4]表1-13可知，A型帶Dmin的推薦值為140mm。 由公式 D2=n1n2D1 (2-8) 可得， D2=1440750×140=268.8mm 圓整D2可得出大帶輪的直徑為270mm 故，小帶輪直徑D1=140mm，大帶輪直徑D2=270mm。 接下來(lái)需要計(jì)算V帶的速度。對(duì)于所選用的A型帶，速度的限定是5≤v≤25。 由公式 (2-9) 可得， v=10.6m/s 在速度限定范圍之內(nèi)，因此，大小帶輪尺寸選定符合要求。 接下來(lái)通過(guò)初步定出的中心距來(lái)計(jì)算V帶的長(zhǎng)度L0。 由公式 L0=2A0+π2D1+D2+D2?D124A0 (2-10) 可知 L0=1942.4mm 由文獻(xiàn)4所提供的表1-14可知，根據(jù)L0選擇標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算長(zhǎng)度L=2033mm，從而可得V帶的內(nèi)周長(zhǎng)度LN=2000mm。 有了以上計(jì)算結(jié)果，下一步計(jì)算實(shí)際中心距A。 由公式 A≈A0+L?L02 (2-11) 可得出 A≈660mm 小帶輪的包角體現(xiàn)了皮帶的張緊程度，如果包角過(guò)小，則需要增加中心距A或者是增加張緊裝置，接下來(lái)計(jì)算小帶輪的包角α1。 由公式 α1=180°?D2?D1A×180°π≥120° (2-12) 可知 α1=168.7°≥120° 滿足使用要求，故不需要增加中心距或者是增加張緊裝置。 最后需要計(jì)算V帶的根數(shù)z。 由公式 z=PjP0C1 (2-13) 查閱文獻(xiàn)[4]，由表1-16得出小帶輪包角系數(shù)C1選取0.98 可得 z=1.12 故選取帶輪根數(shù)z=2。 綜上所述，大小帶輪的具體參數(shù)如表2-1所示。 表2-2 帶輪參數(shù)表 帶型 根數(shù)z 帶輪長(zhǎng)度LN 大帶輪直徑D2 小帶輪直徑D1 中心距A V 2 2033mm 270mm 140mm 660 2.3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 2.3.1 齒輪齒數(shù)的計(jì)算 根據(jù)前面的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果可知， 第一組齒輪a： ia1=1?2=11.58=Z1Z2 (2-14) ia2=1?3=12=Z3Z4 (2-15) ia3=1?4=12.51=Z5Z6 (2-16) 查機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表2-8可根據(jù)傳動(dòng)比取得齒數(shù)和值： :41、44、48、49、52、57、59、60、62… :42、45、48、51、54、57、60… :42、46、49、53、56、60… SZ越小，中心距越小，因此在滿足最小齒數(shù)的情況下，盡量取最小的齒數(shù)和SZ，同時(shí)還應(yīng)該滿足三聯(lián)齒輪最大齒數(shù)和次大齒數(shù)之差大于等于4，故取SZ=78，而且此時(shí)Z7=22符合要求。 所以可求得相關(guān)變速組齒輪的齒數(shù)： ia1=Z1Z2=3048 ia2=Z3Z4=2652 ia3=Z5Z6=2256 第二組齒輪b： ib1=1?4=12.51=Z7Z8 (2-17) ib2=1?=11.26=Z9Z10 (2-18) ib3=?21=1.581=Z11Z12 (2-19) 查表2-8得： :42、46、49、53、56、60、63、66、69、70、72… :41、43、45、50、52、54、56、59、61、63、65、66、68、70、72… :41、44、48、49、52、54、57、59、60、62、65、67、70、72… 同理得SZ=70。 所以可求得相關(guān)變速組齒輪的齒數(shù)： ib1=Z7Z8=2050 ib2=Z9Z10=3139 ia3=Z11Z12=4327 第三組齒輪c： ic1=1?6=14=Z13Z14 (2-20) ic2=?21=21=Z15Z16 (2-21) 查表2-8得： :80、81、84、85、86… :81、84、86… 當(dāng)SZ=81時(shí)，Z15=81/5=16.2，不符合最小齒數(shù)要求，故取SZ=84。 所以可求得相關(guān)變速組齒輪的齒數(shù)： ic1=Z13Z14=1767 ic2=Z15Z16=5628 2.3.2 齒輪轉(zhuǎn)速誤差校驗(yàn) 齒輪齒數(shù)確定后，還應(yīng)驗(yàn)算一下實(shí)際傳動(dòng)比與理論傳動(dòng)比之間的轉(zhuǎn)速誤差是否在允許范圍內(nèi)，一般不允許超過(guò)[8]。 即 (2-22) 經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算，齒輪的齒數(shù)確定后輸出軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速可由齒輪的傳動(dòng)比算出各級(jí)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，計(jì)算公式為： (2-23) 經(jīng)公示2-23計(jì)算可得(具體計(jì)算步驟不在贅述)，實(shí)際主軸轉(zhuǎn)速為表2-3 表2-3 主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速 n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 29 38 48 58 75 94 115 148 187 n10 n11 n12 n13 n14 n15 n16 n17 n18 237 305 384 468 602 760 927 1193 1488 主軸的理論設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速詳見(jiàn)表2-4 表2-4 主軸理論轉(zhuǎn)速 n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 30 37.5 47.5 60 75 95 118 150 190 n10 n11 n12 n13 n14 n15 n16 n17 n18 235 300 375 475 600 750 950 1180 1500 所以有 經(jīng)計(jì)算得均滿足要求 2.3.3 齒輪模數(shù)的計(jì)算 本部分齒輪均用于主軸箱主傳動(dòng)系統(tǒng)中，為保證齒輪具有足夠的強(qiáng)度和使用壽命，小齒輪選擇材料為40Cr（調(diào)質(zhì)）硬度達(dá)280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度達(dá)250HBS，初選齒輪為8級(jí)工作精度，可滿足一般工業(yè)加工設(shè)備[9]。已知，最大齒數(shù)比u=2.54工作狀況為，一年300天，一天1班制12小時(shí)，工作壽命15年。 （一） 齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 公式為： (2-24) <1>選取載荷系數(shù)=1.3； <2>計(jì)算小齒輪傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩 <3>參考查閱文獻(xiàn)資料，取齒寬系數(shù)，取材料彈性影響系數(shù)； <4>根據(jù)文獻(xiàn)資料，查出小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為； <5>計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) <6>根據(jù)文獻(xiàn)資料，選取接觸疲勞壽命系數(shù),； <7>計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 失效概率取1%，安全系數(shù)S=1， （二） 初算 <1>初算小齒輪分度圓直徑d1 本部分齒輪均用于主軸箱主傳動(dòng)系統(tǒng)中，為保證齒輪具有足夠的強(qiáng)度和使用壽命，小齒輪 圓整后取d=73mm。 （三） 計(jì)算齒輪參數(shù) <1>模數(shù) ，圓整后取m=4 <2>第一對(duì)齒輪參數(shù) 分度圓直徑為： 中心距： 齒輪寬度： 取B1=40mm，B2=35mm。 <3>第二對(duì)齒輪參數(shù) 分度圓直徑為： 中心距： 齒輪寬度： 取B1=45mm，B2=40mm。 <4>第三對(duì)齒輪參數(shù) 分度圓直徑為： 中心距： 齒輪寬度： 取B1=50mm，B2=50mm。 通過(guò)重復(fù)上述計(jì)算的過(guò)程，可以計(jì)算出第二根軸與第三根軸，第三根軸與主軸對(duì)對(duì)應(yīng)的齒輪模數(shù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算可得出其兩者模數(shù)m取4，所以主軸箱的模數(shù)全部為4。 第二根軸與第三根軸三對(duì)齒輪的齒寬，見(jiàn)表2-5。 表2-5 Z7 Z8 Z9 Z10 Z11 Z12 齒寬 45 40 55 50 40 45 第三根軸與第四根軸兩對(duì)齒輪的齒寬，見(jiàn)表2-6。 表2-6 Z13 Z14 Z15 Z16 齒寬 35 30 45 50 2.3.4 齒輪彎曲強(qiáng)度校核 對(duì)第一組齒輪中的小齒輪，進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度校核。 （1）根據(jù)文獻(xiàn)資料[4]查取，小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為 （2）根據(jù)文獻(xiàn)資料[4]，查取彎曲疲勞壽命系數(shù), （3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，則： (2-25) (2-26) （4） 根據(jù)文獻(xiàn)資料[4]，查取齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)為： ， ， （5） 計(jì)算彎曲疲勞應(yīng)力 (2-27) (2-28) 通過(guò)公式2-27和2-28的計(jì)算結(jié)果證明，齒輪的設(shè)計(jì)符合要求，同理可以求得其他齒輪的彎曲疲勞應(yīng)力均為合格。 第3章 變速箱傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 3.1 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)各個(gè)傳動(dòng)軸時(shí)，應(yīng)先考慮其空間布置，變速箱內(nèi)各傳動(dòng)軸的空間布置應(yīng)滿足機(jī)床總體布局對(duì)變速箱形狀和尺寸的限制，還要考慮各軸的受力情況、調(diào)整裝配和操作維修的方便。根據(jù)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)，變速箱的形狀和尺寸限制是影響傳動(dòng)軸空間布置的重要因素[10]。本設(shè)計(jì)中，銑床的變速箱為立式床身，高度方向和軸向尺寸較大，變速系統(tǒng)各傳動(dòng)軸可布置在立式床身的鉛錘對(duì)稱面上。根據(jù)布置順序，首先確定主軸的位置，其次確定傳動(dòng)主軸的軸，以及與主軸與有齒輪嚙合關(guān)系的軸的位置。然后再確定電機(jī)軸的位置。最后確定其他傳動(dòng)軸的位置。在排布各傳動(dòng)軸空間位置時(shí)，因?yàn)榇采韮?nèi)部空間較大，因此將其中三根傳動(dòng)軸排布在一個(gè)鉛錘平面內(nèi)，主軸垂直于第三根傳動(dòng)軸?？紤]到床身較長(zhǎng)，為了減小軸承間的跨距，在中間加一個(gè)支撐墻。具體空間布置形式參照機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)。 3.1.1 設(shè)計(jì)計(jì)算 <1>選取材料 查閱參考文獻(xiàn)，傳動(dòng)軸的材料選45號(hào)鋼，正火回火，硬度達(dá)170～217HBS，抗拉強(qiáng)度極限，屈服強(qiáng)度極限，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限，許用彎曲應(yīng)力。 <2>軸徑計(jì)算 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算軸徑公式為： （3-1） 參考文獻(xiàn)[2]表可知，系數(shù)A取110； 由于第一根傳動(dòng)軸安裝齒輪，參考相關(guān)文獻(xiàn)[2]查表的鍵槽系數(shù)K取1.05； 則 取 <3>確定各軸段直徑和長(zhǎng)度 Ⅰ-Ⅱ段，安裝帶輪，取，； Ⅱ-Ⅲ段，安裝軸承（初步選取30205圓錐滾子軸承，其尺寸參數(shù)為），取，； Ⅲ-Ⅳ段，安裝齒輪，取，； Ⅳ-Ⅴ段，安裝軸承，取，； 則總長(zhǎng)度，結(jié)構(gòu)如圖3-1所示 圖3-1 Ⅰ軸設(shè)計(jì)尺寸簡(jiǎn)圖 3.2.1 強(qiáng)度校核 對(duì)于傳動(dòng)軸Ⅰ，由傳動(dòng)系統(tǒng)圖可知，當(dāng)三聯(lián)滑移齒輪的中間齒輪接觸嚙合時(shí)，對(duì)于傳動(dòng)軸Ⅰ軸產(chǎn)生的撓度影響最大，據(jù)此判斷出此處為Ⅰ軸工作情況最嚴(yán)重的地方，故此處為傳動(dòng)軸Ⅰ軸的危險(xiǎn)截面處，由此處進(jìn)行剛度校核。對(duì)擁有不同軸徑的軸，強(qiáng)度最低也即是最危險(xiǎn)的斷面的部位為軸徑最小處，對(duì)軸的強(qiáng)度要求是在受最大力時(shí)不斷裂。由前面可知，，，AB=40mm，BC=280mm。計(jì)算圓周力和徑向力。 （3-2） （3-3） 支持力為： （3-4） （3-5） xy平面彎矩為： （3-6） 支持力為： （3-7） （3-8） xz平面彎矩為： （3-9） 則合成彎矩為: （3-10） 如圖3-2所示，根據(jù)齒輪的排布位置，傳動(dòng)軸的危險(xiǎn)截面為A處截面，所以對(duì)為A處截面進(jìn)行校核，取a=0.7（剪力為脈動(dòng)循環(huán)變化）。 則A處截面的彎矩為： （3-11） 對(duì)A處截面強(qiáng)度校核 （3-12） 所以，該軸校核合格。 圖3-2 彎矩扭矩分析圖 （一） 對(duì)第二根傳動(dòng)軸重復(fù)公式3-1的上述過(guò)程，得出圓整后最小直徑為35mm，從而計(jì)算出各軸段的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行強(qiáng)度校核為合格軸。 Ⅰ-Ⅱ段，安裝軸承，?。ǜ鶕?jù)軸徑，初步選取深溝球軸承61807，其尺寸參數(shù)為），（軸承寬度及套筒度）。 Ⅱ-Ⅲ段，此段軸與齒輪為花鍵連接，初選花鍵型號(hào)為，所以，； Ⅲ-Ⅳ段，，（選用深溝球軸承61807）。 總長(zhǎng)為。 （二）對(duì)第三根傳動(dòng)軸重復(fù)公式3-1的上述過(guò)程，得出圓整后最小直徑為45mm，從而計(jì)算出各軸段的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行強(qiáng)度校核為合格軸。 Ⅰ-Ⅱ段，安裝軸承，?。ǜ鶕?jù)軸徑，初步選取深溝球軸承61809，其尺寸參數(shù)為），（軸承寬度及套筒長(zhǎng)度）。 Ⅱ-Ⅲ段，此段有一部分軸與齒輪為花鍵連接，初選花鍵型號(hào)為，所以，； Ⅲ-Ⅳ段，，（選用深溝球軸承61809）。 總長(zhǎng)為。 3.2 主軸的設(shè)計(jì) 3.2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算 <1>選取材料 因主軸的直徑尺寸最大，為了節(jié)省材料減輕重量，主軸選用空心軸，同時(shí)選用高強(qiáng)度、高韌性的38SiMnMo[11]，調(diào)質(zhì)處理，由參考文獻(xiàn)[4]知，硬度229～286HBS，抗拉強(qiáng)度極限，屈服強(qiáng)度極限，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限，許用彎曲應(yīng)力。 <2>軸徑計(jì)算 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算軸徑公式為： （3-13） 參考文獻(xiàn)[2]表可知，系數(shù)A取110； 由于第一根傳動(dòng)軸安裝齒輪，參考相關(guān)文獻(xiàn)[2]查表的鍵槽系數(shù)K取1.6； 則 取 <3>確定各軸段直徑和長(zhǎng)度 Ⅰ-Ⅱ段，安裝軸承，取，； Ⅱ-Ⅲ段，取，； Ⅲ-Ⅳ段，取，； Ⅳ-Ⅴ段，安裝軸承，取，； Ⅵ-Ⅶ段，，；帶錐度軸（錐度為7:24） 則總長(zhǎng)度，結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。 圖3-3 主軸尺寸簡(jiǎn)圖 3.2.2 強(qiáng)度校核 對(duì)擁有不同軸徑的軸，強(qiáng)度最低也即是最危險(xiǎn)的斷面的部位為軸徑最小處，對(duì)軸的強(qiáng)度要求是在受最大力時(shí)不斷裂。對(duì)于傳動(dòng)軸Ⅳ，由傳動(dòng)系統(tǒng)圖可知，當(dāng)傳動(dòng)軸Ⅳ與兩聯(lián)滑移齒輪的大齒輪接觸嚙合時(shí)，對(duì)于傳動(dòng)軸Ⅳ軸產(chǎn)生的撓度影響最大，據(jù)此判斷出此處為Ⅳ軸工作情況最嚴(yán)重的地方，故此處為傳動(dòng)軸Ⅳ軸的危險(xiǎn)截面處，由此處進(jìn)行剛度校核[12]。由前面可知，，，AB=80mm，BC=785mm。計(jì)算圓周力和徑向力。 （3-14） （3-15） 支持力為： （3-16） （3-17） xy平面彎矩為： （3-18） 支持力為： （3-19） （3-20） xz平面彎矩為： （3-21） 則合成彎矩為: （3-22） 如圖3-4所示，根據(jù)齒輪的排布位置，傳動(dòng)軸的危險(xiǎn)截面為B處截面，所以對(duì)為B處截面進(jìn)行校核，取a=0.7（剪力為脈動(dòng)循環(huán)變化）。 則B處截面的彎矩為： （3-23） 對(duì)B處截面強(qiáng)度校核，d為主軸內(nèi)孔直徑。 （3-24） 所以，該軸校核合格。 圖3-4彎矩扭矩分析圖 3.3 傳動(dòng)軸的排布設(shè)計(jì) 3.3.1 齒輪排布設(shè)計(jì) 由前面章節(jié)可得出各軸的中心距為： 軸1—2：a1=156mm； 軸2—3：a2=140mm； 軸3—4：a3=168mm； 1、傳動(dòng)軸齒輪排布 在對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理的排布滑移齒輪，齒輪的排列方式將直接影響到變速箱尺