Ck6163型數(shù)控車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) CK6163型數(shù)控車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第1章、機(jī)床的主要參數(shù)的確定1.1尺寸參數(shù)1.1.1主參數(shù) 床身最大工件回轉(zhuǎn)直徑 630mm(1 P)1.1.2基本參數(shù)刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 320主軸通孔直徑 80主軸頭號(hào)B型 B型11號(hào)主軸前端孔錐度 公制100號(hào)裝刀基面至主軸中心距離 h=36mm最大工件長(zhǎng)度 1500mm (選自GB1582-79.JB/Z143-79)1.2運(yùn)動(dòng)參數(shù)1.2.1主軸極限轉(zhuǎn)速的確定1.2.1.1計(jì)算n根據(jù)分析，用硬質(zhì)合金車(chē)刀對(duì)小直徑鋼材精車(chē)外圓時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速最高，據(jù)經(jīng)驗(yàn)，并參考切削用量資料，取Vmax=200m/min,取R=0.5，Rd=0.2，則d=RD=0.5630=315mm (2 P)d=Rdd=0.2315=63mm (2 P)n=1010r/min (2 P)1.2.1.2計(jì)算n根據(jù)分析，用高速鋼車(chē)刀粗車(chē)合金鋼材料的梯形螺紋（絲桿），主軸轉(zhuǎn)速最低。根據(jù)調(diào)查，630mm數(shù)控車(chē)床加工絲桿的最大直徑為70mm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，并參考切削用量資料，取V=7m/min，則： n=32 r/min (2 P)訪問(wèn)若干個(gè)使用630數(shù)控車(chē)床的使用部門(mén)，了解并統(tǒng)計(jì)了這些機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速如下：加工軸類(lèi)零件 n=400900r/min加工盤(pán)形零件 n=150300r/min機(jī)修工作 n=80150r/min車(chē)大導(dǎo)程螺紋 n=3263r/min最后綜合地分析比較計(jì)算和調(diào)查所得的結(jié)果，對(duì)主軸的最高轉(zhuǎn)速，計(jì)算結(jié)果為1010r/min，調(diào)查結(jié)果900r/min，根據(jù)用戶(hù)需要并留有發(fā)展余地，取所設(shè)計(jì)機(jī)床的主軸最高轉(zhuǎn)速為1000r/min，最低轉(zhuǎn)速為32r/min。 1.2.2主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)的確定1.2.2.1主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列公比CK6163數(shù)控車(chē)床適中、小型通用機(jī)床，取=1.26 (2 P)1.2.2.2主軸轉(zhuǎn)速的級(jí)數(shù) Z=+1= (2 P)1.3動(dòng)力參數(shù)主電動(dòng)機(jī)功率的確定：1.3.1計(jì)算法負(fù)荷切削規(guī)范規(guī)范名稱(chēng)加工方法工作條件刀具條件切削用量CK6163數(shù)控車(chē)床最大扭矩試驗(yàn)車(chē)外圓材料45號(hào)鋼，直徑260mm材料YT15前角=6后角=68主偏角=45傾角=3刀尖半徑r=1mm主軸轉(zhuǎn)速n=125r/min背吃刀量ap=6mm進(jìn)給量f=0.5mm/r 切削速度V=(2 P)主切削力=（查表，用硬質(zhì)合金刀具加工中碳鋼料時(shí)，F(xiàn)=200,加工鑄鐵時(shí)F=180，P=(2 P),機(jī)床電機(jī)功率）(2 P),其中Fc主切削力，F(xiàn)單位面積的切削力1.3.2調(diào)查研究法參照普通車(chē)床CW6163B主電機(jī)=11kw，考慮數(shù)控車(chē)床加工特點(diǎn)和生產(chǎn)實(shí)際情況，故選用CK6163數(shù)控車(chē)床主電機(jī)功率為=13kw。第2章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)原則在滿(mǎn)足一定轉(zhuǎn)速范圍、技術(shù)條件下，傳動(dòng)鏈盡可能短和簡(jiǎn)單； 傳動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)小、噪聲低、效率高； 功率和扭矩滿(mǎn)足使用要求； 適應(yīng)主軸精度和剛度要求； 操作方便、輕巧、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好； 必須考慮制動(dòng)裝置； 必須考慮良好的潤(rùn)滑。2.2傳動(dòng)方式 根據(jù)設(shè)計(jì)原則，考慮數(shù)控車(chē)床的加工特點(diǎn)，本機(jī)傳動(dòng)方式采取分離傳動(dòng)，即把主軸組件與變速傳動(dòng)部分兩者分開(kāi)形成一個(gè)主軸箱和一個(gè)變速箱。有如下優(yōu)點(diǎn)：變速箱工作中產(chǎn)生的振動(dòng)和熱量不直接傳給主軸，因而減少了主軸的振動(dòng)和熱變形，提高了加工精度。主軸箱內(nèi)齒輪可大為減少，故主軸箱的振動(dòng)、噪聲和熱量都減少了。高速時(shí)可由皮帶傳動(dòng)直接帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，縮短傳動(dòng)鏈，從而運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，精度、效率均提高；低速時(shí)，經(jīng)背輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)主軸，可獲得較大的扭矩，以滿(mǎn)足粗加工的需要。缺點(diǎn)是多增加了箱體，使加工和裝配工時(shí)增加。因而，提高了制造成本。2.3變速形式 采用滑移齒輪有級(jí)變速傳動(dòng)方式，其優(yōu)點(diǎn)是齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)可靠，工藝成熟，變速方便。缺點(diǎn)是噪聲較大，高速時(shí)更為嚴(yán)重。2.4確定主傳動(dòng)系統(tǒng)方案及運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算，并繪制轉(zhuǎn)速圖2.4.1主傳動(dòng)采用分離傳動(dòng) 即分為變速箱和主軸箱兩部分。主軸箱在上，變速箱在下。下面的變速箱有22=4級(jí)變速，作為第一擴(kuò)大組和基本組。上面的主軸箱采用了背輪機(jī)構(gòu)和增加變速組的傳動(dòng)系統(tǒng)。變速箱與主軸箱之間用皮帶傳動(dòng)。若接合主軸內(nèi)齒輪離器，可直接傳動(dòng)主軸，得到4級(jí)高速；若經(jīng)背輪機(jī)構(gòu)，可得到4級(jí)低速，它的結(jié)構(gòu)式為8=ZZZ，背輪機(jī)構(gòu)作為第二擴(kuò)大組，其得8級(jí)轉(zhuǎn)速。如前計(jì)算，主軸轉(zhuǎn)速為16級(jí)，故采用增加一個(gè)變速組傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)擴(kuò)大變速范圍和變速級(jí)數(shù)。本題采用增加一個(gè)變速組的傳動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)數(shù)為2，作為最后一個(gè)擴(kuò)大組，則其結(jié)構(gòu)式為Z=16=。最后擴(kuò)大組的變速范圍，故r<r,即r沒(méi)有超過(guò)最大變速范圍，是允許的。2.4.2確定是否增加降速傳動(dòng)CK6163數(shù)控車(chē)床總降速比i=。若每一個(gè)變速組的最小降速比均取，則四個(gè)變速組總的降速比可達(dá)到=，故無(wú)需增加降速傳動(dòng)。但是為使中間兩個(gè)變速組做到降速度慢。減小變速箱和主軸箱的徑向尺寸。分別在變速箱和主軸箱前增加一對(duì)降速傳動(dòng)帶輪傳動(dòng)，其降速比分別為：變速箱為180/130；主軸箱：304/190(1.5=1.26)。在主軸之前增加一對(duì)降速傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)，其傳動(dòng)比為=2（），進(jìn)一步提高主軸傳動(dòng)平穩(wěn)性和加工精度。2.4.3分配降速比前面已確定：16=ZZ 共需四個(gè)變速組。 增加：電動(dòng)機(jī)變速箱 變速箱主軸箱 主軸前 共三個(gè)降速比它們分別是：主軸箱及變速箱電動(dòng)機(jī)第一擴(kuò)大組基本組 為四根軸，即電 變速箱主軸箱： 一根軸主軸箱：背輪機(jī)構(gòu) 第二擴(kuò)大組 新增變速組 第三擴(kuò)大組 ，共三根軸主軸前定比傳動(dòng)： 一根軸 總共九根傳動(dòng)軸2.4.4繪制轉(zhuǎn)速圖1）畫(huà)出豎直相等的線，分別代表電、九根軸，畫(huà)十六根距離相等的水平線代表16級(jí)轉(zhuǎn)速，這樣形成了轉(zhuǎn)速圖格線。2）在主軸軸標(biāo)出16級(jí)轉(zhuǎn)速（查標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表，得如下數(shù)值：32，40，50，63，80，100，125，200，250，315，400，500，630，800，1000）3）在最低轉(zhuǎn)速用H點(diǎn)表示，在最高轉(zhuǎn)速軸用B表示，在軸向上兩格（=1.26），在電機(jī)軸上用A點(diǎn)代表電動(dòng)級(jí)轉(zhuǎn)速n0=1450r/min。B、H兩點(diǎn)連線相距約15格，即代表總降速比i=。4）主軸箱 a、定比降速 ：從H點(diǎn)向上3格在軸得G點(diǎn)（）， b、變速組：（第二擴(kuò)大組，背輪機(jī)構(gòu)）， b、低速組：變速組的降速比的1/4，故從軸G點(diǎn)向上4格。得軸F點(diǎn)；變速組的降速比取1/4，軸向上4格得軸E點(diǎn)（軸E點(diǎn)）。 b、高速組：（直線傳動(dòng)）：從EE作一水平線與軸相交于G點(diǎn) c、變速組（第三擴(kuò)大組，新增）：P=2，Z=8，<，從F點(diǎn)分別向下向4格得G、G點(diǎn)。5）變速箱主軸箱定比降速（1.5=）從軸E點(diǎn)向上兩格到軸點(diǎn)。6）變速箱內(nèi)變速組a:基本組 從軸D點(diǎn)向上1格到軸C點(diǎn)，因基本組為I，即基本組為二對(duì)齒輪傳動(dòng)，級(jí)比指數(shù)為=1.故從軸C水平作一線得D點(diǎn)； b:第一擴(kuò)大組為I，即二對(duì)齒輪傳動(dòng)，級(jí)比指數(shù)=2.故二對(duì)齒輪傳動(dòng)相距2格，從C向上2格得C點(diǎn)。將以上各點(diǎn)連線，并畫(huà)出全部傳速線，得轉(zhuǎn)速圖。2.5變速組內(nèi)模數(shù)相同齒數(shù)的確定第一擴(kuò)大組： i= i=1.26 查表，得 Z=32，Z Z，Z=32基本組： i= i=1查表得： Z， Z第二擴(kuò)大組:背輪機(jī)構(gòu) 齒輪離合器直接傳動(dòng): i=（）=1背輪傳動(dòng): i= i=查得： Z， Z，Z Z，Z第三擴(kuò)大組：（新增） i= i=1.26查得：Z（=Z） Z=60（=Z） Z（=Z） Z（=Z=）（Z與Z，Z與Z，Z與Z，Z與Z設(shè)計(jì)成同一齒輪）將各級(jí)齒輪齒數(shù)標(biāo)在轉(zhuǎn)速線圖上成轉(zhuǎn)速圖。CK6163轉(zhuǎn)速圖2.6驗(yàn)算主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速誤差2.6.1計(jì)算主軸各級(jí)實(shí)際轉(zhuǎn)速 n=1450=32.4r/min n=1450=40.5r/minn=1450=50.7r/minn=1450=63.5r/minn=1450=81r/minn=1450=101.3r/minn=1450=127.7r/minn=1450=158.4r/minn=1450=202.7r/minn=1450=253.4r/minn=1450=316.7r/minn=1450=395.9r/minn=1450=506.7r/minn=1450=633.4r/minn=1450=791.8r/minn=1450=989.7r/min 2.6.2驗(yàn)算主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速差 主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差為: =100%=100%=1.25%=100%=100%=1.25=100%=100%=1.4%=100%=100%=0.79%=100%=100%=1.25%=100%=100%=1.3%=100%=100%=1.36%=100%=100%=1.00%=100%=100%=1.35%=100%=100%=1.36%=100%=100%=0.54%=100%=100%=1.025%=100%=100%=1.34%=100%=100%=0.54%=100%=100%=1.025%=100%=100%=1.03%主軸轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差表：n32.440.550.763.581101.3126.7158.4202.7253.4316.7395.9506.7633.4791.8989.7n32405063801001251602002503154005006308001000%1.251.251.40.791.251.31.361.001.351.360.541.0251.340.541.0251.03轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差允許值為%=10(-1)%=10(1.26-1)%=2.6%比較以上計(jì)算結(jié)果，主軸實(shí)際各級(jí)轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差均未超差，符合要求。2.7繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖第3章、傳動(dòng)零件的初步計(jì)算3.1計(jì)算轉(zhuǎn)速n3.1.1主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定 由于機(jī)床屬于中型通用機(jī)床和用途較廣的半自動(dòng)機(jī)床，又為等公比傳動(dòng)，故計(jì)算轉(zhuǎn)速：n=n=n= n= n=321.26=100r/min (6 P)3.1.2其他傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定從轉(zhuǎn)速圖上確定其他各傳動(dòng)比的計(jì)算轉(zhuǎn)速。3.1.2.1傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速a、軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 軸共有16級(jí)轉(zhuǎn)速，軸按30/60傳動(dòng)主軸，只有200r/min及其以上轉(zhuǎn)速傳遞全部功率，故最低轉(zhuǎn)速200r/min即為軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。b、軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速同理軸共有8級(jí)轉(zhuǎn)速，此時(shí)經(jīng)齒輪副（，）傳動(dòng)，只有400r/min800r/min共4級(jí)轉(zhuǎn)速能夠傳遞全部功率，故最低轉(zhuǎn)速400r/min為其計(jì)算轉(zhuǎn)速。c、其余軸計(jì)算轉(zhuǎn)速 按上述方法類(lèi)推?，F(xiàn)將各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速列表如下軸序號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)速n/ rmin10008006304004004002001002）齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速a、齒輪Z的計(jì)算轉(zhuǎn)速齒輪Z裝在軸上，經(jīng)齒輪副傳動(dòng)主軸，得到63r/min2000r/min 16級(jí)轉(zhuǎn)速，其中200r/min及其以上的轉(zhuǎn)速才能傳遞全部功率，故齒輪Z的計(jì)算轉(zhuǎn)速為200r/min。b、齒輪Z的計(jì)算轉(zhuǎn)速齒輪Z裝在軸（主軸）上，共有32r/min1000r/min轉(zhuǎn)速，其中只有100r/min及其以上者能傳遞全部功率，故100r/min為其計(jì)算轉(zhuǎn)速。c、齒輪Z的計(jì)算轉(zhuǎn)速齒輪Z裝在軸上，經(jīng)齒輪副傳動(dòng)軸，其本身轉(zhuǎn)速為160r/min800r/min轉(zhuǎn)速，其中250r/min及其以上者才能傳遞全部功率，故250r/min為其計(jì)算轉(zhuǎn)速。d、齒輪Z的計(jì)算轉(zhuǎn)速齒輪Z裝在軸上，經(jīng)齒輪副傳到軸得到63r/min315r/min轉(zhuǎn)速，只有100r/min及其以上者能傳遞全部功率，故100r/min為其計(jì)算轉(zhuǎn)速。e、以此類(lèi)推，可得其他各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)將各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速列表如下：齒輪ZZZZZZZZZZZZZZZ計(jì)算轉(zhuǎn)速/rmin1000125010008001250125080063040040040010002501002003.2各軸輸入功率：軸 P=P=130.96=12.48 KW軸 P= P=12.480.990.97=11.98 KW軸 P= P=11.980.990.97=11.51 KW軸 P= P=11.510.96=11 KW軸 P= P=110.990.97=10.6 KW軸 P= P=10.60.990.97=10.11 KW軸 P= P=10.110.990.97=9.78 KW軸 P= P=9.780.990.97=9.39 KW各軸輸入功率列表如下：軸電輸入功率/kw1312.4811.9811.511110.610.119.789.363.3各軸輸入轉(zhuǎn)矩：軸 T=9.5510=9.5510Nmm=119184 Nmm軸 T=9.5510=9.5510Nmm=143071.25 Nmm軸 T=9.5510=9.5510 Nmm=174477 Nmm軸 T=9.5510=9.5510 Nmm=260625 Nmm軸 T=9.5510=9.5510 Nmm=253075 Nmm軸 T=9.5510=9.5510 Nmm=241376.25 Nmm軸 T=9.5510=9.5510 Nmm=46699.5 Nmm軸 T=9.5510=9.5510 Nmm=899105 Nmm各軸輸入轉(zhuǎn)矩列表如下：軸輸入轉(zhuǎn)矩/Nmm119184143071.25174477260625250075241376.2546699.58891053.4傳動(dòng)軸及主軸直徑計(jì)算（最小直徑）（1）按扭矩剛度對(duì)傳動(dòng)軸直徑估算d=91=91=32.7mm 取d=35mm (5 P)d=91=91=32.8mm 取d=30mmd=91=91=35.95mm 取d=35mmd=91=9144mm 取d=45mmd=91=91=46.1mm 取d=50mmd=91=91=45.6mm 取d=50mm d=91=91=38.5mm 取d=40mm（2）主軸直徑估算查表選擇主軸前軸頸直徑為D=（140165）mm，取D=160.25mm，D=（0.70.85）D=120.25mm。3.5傳動(dòng)齒輪的計(jì)算3.5.1齒輪的材料及熱處理1）變速箱齒輪： 、軸齒輪 選用鍛鋼 45 G45 軸齒輪 選用鍛鋼 40Cr G45 2）床頭箱（主軸箱） 、軸齒輪 選用鍛鋼 45 G52、 軸齒輪 選用鍛鋼 40Cr G523.5.2齒輪精度選擇 考慮齒輪轉(zhuǎn)速均大于510m/s范圍內(nèi)，故選用8-7-7DC精度，表面粗糙度。3.5.3齒輪模數(shù)的估算一般同一變速組的齒輪模數(shù)相同，按簡(jiǎn)化的疲勞強(qiáng)度公式對(duì)負(fù)荷最重的小齒輪的模數(shù)進(jìn)行估算。a、變速箱m=16338=16338=2.78 取m=3mm (6 P)b、主軸箱直齒輪模數(shù)：m=16338=16338 =3.6 取m=4mm斜齒輪模數(shù)： m=16338=16338 =4.38 取m=4.5mm3.6三角膠帶傳動(dòng)計(jì)算3.6.1變速箱（與電動(dòng)機(jī)帶輪）（1）確定計(jì)算功率(9 P) P=KP=1.113=14.3kw（2）選擇膠帶的型號(hào)根據(jù)計(jì)算功率P=14.3kw，小帶輪轉(zhuǎn)速n=1450r/min，選擇帶型，為B型帶。（3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑d 、d小帶輪基準(zhǔn)直徑d=130mm大帶輪基準(zhǔn)直徑d=id=188.5mm ，取d=186mm校核速比誤差 =0.01330.05, 在允許范圍內(nèi)，可以。（4）校核帶速 V=9.86m/s V=525m/s之間，d選擇合適。（5）確定帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld和中心距a初取中心距a=0.7(d+d)2(d+d) =0.7(130+186)2(130+186) =212.2632mm初取a=400mm確定帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld=2a+（d+d）+ =2400+ =1298mm根據(jù)Ld值取標(biāo)準(zhǔn)值L=1250mm。實(shí)際中心距 a= a+400+376mm中心距變化范圍 a=a+0.03Ld=376+0.031250=413.5mm a=a-0.015Ld=376-0.0151250=357.25mm（6）驗(yàn)算包角 =180-57.3 =180-57.3 171.2 120,符合要求。（7）確定膠帶根數(shù)Z查表單根V帶基本額定功率 P=2.2kw單根V帶功率的增量 P=0.36kw包角修正系數(shù) K=0.98帶長(zhǎng)修正系數(shù) K=0.88代入公式Z=6.5取Z=7根<10根，可以。（8）計(jì)算預(yù)緊力F帶每米長(zhǎng)質(zhì)量=0.17kg/m預(yù)緊力 F=500(-1)+ V =500（）+0.179.86 =160.35N（9）計(jì)算壓軸力 F=2ZFsin=27160.35sin=2266.2N（10）帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（見(jiàn)電動(dòng)機(jī)與變速箱帶輪）3.6.2主軸箱（與變速箱帶輪）（1）確定計(jì)算功率 (9 P) P=1.111.51=12.661kw（2）選擇三角帶的型號(hào)根據(jù)計(jì)算功率P=12.661kw，小帶輪轉(zhuǎn)速n=1250r/min，選擇帶型，選擇B型帶。（3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑d 、d小帶輪基準(zhǔn)直徑d=190mm 大帶輪基準(zhǔn)直徑d=i190=297mm，取d=304mm校核速比誤差 =-0.0240.05在允許范圍內(nèi)，可以（4）校核帶速V=12.44m/sV=525m/s之間，d選擇合適（5）確定帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距a初定中心距 a=0.7(d+d)2(d+d) =0.7(190+304)2(190+304) =345.8988mm初取a=450mm確定帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度 =2a+（d+d）+ =2450+ 1683mm根據(jù)取標(biāo)準(zhǔn)值 =1680mm實(shí)際中心距 a=a+=450+=448.5中心距變化范圍 a=a+0.03=448.5+0.031680=460.4mm a=a-0.015=448.5-0.0151680=384.8mm（6）驗(yàn)證包角 =180-57.3 =180-57.3 =164120，符合要求。（7）確定膠帶根數(shù)查表單根V帶基本額定功率=4.29kw單根V帶功率的增量 =0.54kw包角修正系數(shù) K=0.96帶長(zhǎng)修正系數(shù) K=0.93代入公式 Z=2.94取Z=5根<10根，可以（8）計(jì)算預(yù)緊力F帶每米質(zhì)量 =0.17kg/m預(yù)緊力 F=500（）+V =500（）+0.1712.44 =188.92N（9）計(jì)算壓軸力 F=2ZFsin=25188.92sin =1870.8N（10）帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（見(jiàn)床頭箱與變速箱帶輪）第4章、繪制部件裝配圖4.1主軸部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (7 3冊(cè)P)4.1.1主軸的滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)1）主軸滾動(dòng)軸的選擇中等速度、較大載荷、要求剛度較高、主軸前支承選用雙列向心短圓柱滾子軸承NN3032/P4（C3182132），承受較大的徑向載荷，而軸向載荷選用推力球軸承51134/P4（C8134）來(lái)消除；后支撐為NN3024/P4（C3182124）雙列短圓柱滾子軸承；中間輔助軸承為6028（128）深溝球軸承。這樣，不僅保證主軸的回轉(zhuǎn)精度，也提高了主軸的剛性和抗振性。2）主軸軸承精度選擇前后主軸的精度對(duì)主軸的旋轉(zhuǎn)精度的影響：a圖a圖表示軸承右偏移量，后軸承有偏移量為零，這時(shí)反映到主軸端部的偏移量為=b圖b圖表示軸承偏移量為零，后軸承有偏移量，這時(shí)反映到主軸前端的偏心量為：=從以上說(shuō)明，前軸承的精度對(duì)主軸組建的旋轉(zhuǎn)精度影響較大。因此前軸承的精度應(yīng)選得高一些，后軸承比前軸承可以選的低一些。本設(shè)計(jì)前后軸承精度都選的偏高些，為P4級(jí)。3）推力支撐位置的選擇（軸承的配置形式）為了使主軸有足夠的軸向位置精度并盡量?jī)?yōu)化結(jié)構(gòu)，應(yīng)適當(dāng)?shù)剡x擇推力支撐的位置。本設(shè)計(jì)推力支撐位置采用如下形式：以上表示兩個(gè)推力支撐都裝在前支撐的內(nèi)側(cè)，減少了主軸的懸伸，并且有軸向剛度和軸向精度的優(yōu)點(diǎn)，但前支撐結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。4）滾動(dòng)軸承的預(yù)緊和間隙的調(diào)整對(duì)軸承進(jìn)行預(yù)緊使其間隙為零或產(chǎn)生過(guò)盈量，可提高軸向的旋轉(zhuǎn)精度、抗振性和剛度改善主軸部件的工作性能，使?jié)L動(dòng)體受力均勻而使軸承的壽命提高。帶內(nèi)錐孔的雙列短圓柱滾子軸承NN3000（3182100）的調(diào)整方法是：擰緊螺母頂隔套推動(dòng)NN3032（3182132）軸承內(nèi)座圈進(jìn)行預(yù)緊。4.1.2主軸的設(shè)計(jì)1）主軸的材料和熱處理 由于本機(jī)床主軸支撐為滾動(dòng)軸承，選用45鋼，調(diào)質(zhì)HBS220250，主軸錐孔和定心軸頸表面淬火HRC4045。2）主軸的主要技術(shù)要求a、主軸上主要配合尺寸公差采用6級(jí)精度b、軸頸處的形狀公差取直徑公差c、主軸端部和安裝齒輪等部件的軸頭與前后軸頸同軸度公差略小于直徑公差的d、用于2夾具軸向定位的軸肩端面（對(duì)軸線的）跳動(dòng)不大于該處直徑公差的e、表面粗糙度，安裝軸承處的軸頸和安裝傳動(dòng)件的軸頭，其表面粗糙度R為0.4。3）主軸主要參數(shù)的確定(6 3冊(cè)P)a、主軸前軸頸直徑D的確定 根據(jù)普通車(chē)床主軸前軸直徑D與主參數(shù)D的關(guān)系，當(dāng)D在6301000mm時(shí)，D=0.2D再根據(jù)主電機(jī)功率，采用類(lèi)比設(shè)計(jì)，定位D=0.2D+35=0.2+35=126+35mm，取D=160.25mm。b、主軸內(nèi)孔直徑d根據(jù)=0.550.6，d=（0.550.6）D=（0.550.6）（126161）=（69.396.6）mm，取d=80mm。c、主軸懸伸量a，根據(jù)軸端標(biāo)準(zhǔn)選a=163.5mmd、主軸支承跨距L的確定利用主軸最佳跨距計(jì)算線圖計(jì)算，根據(jù)公式=，先求分的大小。再根據(jù)的大小查找L/a的數(shù)值，從而定出L的數(shù)值。彈性模量：E=2.110kgf/cm主軸跨距部分的慣性矩：I=（D-d）=（14.025-8）=1698cmD主軸跨距部分的平均直徑d主軸跨距部分的平均孔徑滾動(dòng)體上負(fù)荷：Q=57.7kgf F軸承的徑向負(fù)荷（kgf） i 滾動(dòng)體列數(shù)（單列為1，雙列為2） z每列中的滾動(dòng)體數(shù)Q滾動(dòng)體上的負(fù)荷（kgf）滾動(dòng)體有效長(zhǎng)度：L=L-2r=18-20.8=16.4mmL滾動(dòng)體有效長(zhǎng)度(mm)r 滾子的倒圓角半徑（mm）L 滾子長(zhǎng)度（mm）徑向彈性位移：=0.6=0.6=2.62軸承有與M預(yù)緊量是的相對(duì)間隙：=-1.91從機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)（2）圖中，查得，代入=0.352.62=0.92， 計(jì)算=0.21。（當(dāng)滾動(dòng)體軸承已預(yù)緊時(shí)，其徑向彈性位移）從圖中，查得K=0.2，軸承外圈與箱體孔的接觸變形：=0.53。（軸承寬度，軸承外徑）從圖中，查得K=0.05，軸承內(nèi)圈與軸頸接觸變形：=0.2滾動(dòng)軸承支承的徑向彈性位移：=0.92+0.53+0.2=1.65主軸前支承的剛度：C=364kgf/主軸后支承的剛度C：=4，C=91kgf/=2.24 根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，查L(zhǎng)/a=4.4975，L=a4.975=163.54.975=813mme、主軸前端錐度 公制100號(hào)f、主軸前后端外錐度：因前后端選用雙列短圓柱滾子軸承，其內(nèi)錐度1：12，故與之相配合（外錐度也為1：12，尺寸為160.25mm）。4）主軸傳動(dòng)件的布置為了減少主軸的彎曲變形，大齒輪靠近前軸承，并由于傳遞的轉(zhuǎn)矩的部分短，扭矩變形也小，再者大齒輪用于低速轉(zhuǎn)矩大。這樣可使前軸承負(fù)荷大。但前軸承直徑大于后軸承直徑。因而，前后軸承的壽命比較接近。5)主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 見(jiàn)圖4.2 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)4.2.1 傳動(dòng)軸的材料與熱處理 因?yàn)檩d荷不是特別大，也沒(méi)有較大的沖擊，通常決定傳動(dòng)軸尺寸的主要因素是剛度。各種鋼的彈性模量E相差不多，又與熱處理方式無(wú)關(guān)。故選用45鋼。為獲得較好的強(qiáng)度、塑形和韌性等方面的綜合機(jī)械性能，采用調(diào)質(zhì)處理HBS220250。4.2.2 傳動(dòng)軸的支承變速箱部分：均采用深溝球軸承I軸：左端裝有皮帶輪，由于此皮帶輪采用了卸載結(jié)構(gòu)，共有兩直軸承為620（457219）1套，右端為6307（358021）1套軸：左端6307（307279）1套，右端6307（358021）1套。軸：于I軸同為6209（458519）2套，右端為6307（358021）1套床頭箱部分 采用深溝軸承和圓錐滾子軸承軸：左端裝有皮帶輪、卸載結(jié)構(gòu)共有兩套軸承為6210（509020），右端為1套軸承，中間齒輪上裝有兩軸承6010（508016）軸：左端6210（509020）1套， 右端6017（8513032）2套軸：左端6028（10516026）2套， 右端6310（5011027）1套軸：左端6207（357217）2套，中間I6100（559018）2套，中間30213（6512023）1套，右端30213（6512023）1套4.2.3 傳動(dòng)軸承的軸向定位： I軸軸 軸軸 軸軸 軸4.2.4 滑移齒輪在傳動(dòng)軸上的布置與排列在變速傳動(dòng)組內(nèi)，I軸323與403相嚙合，因323較小，故選為滑移齒輪，考慮有兩檔變速，故323與403做成一整體，使之與323相嚙合。軸363與軸363相嚙合，因軸363為固定齒輪，故只有軸363為滑移齒輪。同理軸323為固定齒輪，故軸403為滑移齒輪。 為了保證原處于嚙合狀態(tài)齒輪脫開(kāi)后，另一個(gè)齒輪才能開(kāi)始進(jìn)入嚙合，雙聯(lián)滑移齒輪所占的軸向長(zhǎng)度L>4b，（b為齒寬），如圖所示：I軸與軸故設(shè)計(jì)合理 故設(shè)計(jì)合理4.2.5 固定齒輪定位軸向定位用軸環(huán)和隔套同向定位齒輪，用花鍵。軸齒輪內(nèi)裝軸承，內(nèi)軸承定位保證。軸采用隔套和彈簧擋圈軸向定位，用花鍵周向定位。軸齒 輪靠彈簧擋套軸向定位，用花鍵周向定位。軸肩和隔套軸向定位，花鍵周向 定位。主軸采用錐度和平鍵實(shí)現(xiàn)軸向和周向定位。4.3 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1） 變速箱齒輪由整塊材料做成（2） 多聯(lián)滑移齒輪由整塊材料做成，其結(jié)構(gòu)如圖：（3） 床頭箱內(nèi)齒離合器由整塊材料做成，其結(jié)構(gòu)如下：（4） 床頭箱齒輪由整塊材料做成4.4 各轉(zhuǎn)動(dòng)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸軸軸軸軸軸軸主軸（軸）4.5 操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) (2 P) 主運(yùn)動(dòng)采用分離傳動(dòng)，變速箱實(shí)現(xiàn)四級(jí)變速，變速由操縱油缸、控制活塞桿、上的撥叉移動(dòng)雙聯(lián)滑移齒輪、和實(shí)現(xiàn)變速。同時(shí)搖擺電機(jī)通過(guò)蝸桿帶動(dòng)蝸輪經(jīng)電磁離合器，使傳動(dòng)系統(tǒng)緩慢擺動(dòng)，以免齒輪頂相碰，可順利嚙合。變速完畢后，撞塊和接電器觸頭發(fā)出信號(hào)，搖擺電機(jī)可停轉(zhuǎn)，電磁離合器脫開(kāi)，主電機(jī)方可啟動(dòng)。床頭箱中雙向內(nèi)嚙合離合器和，由操縱油缸中的活塞桿帶動(dòng)撥叉和來(lái)控制它的接通或放松；使主傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)四級(jí)變速。停車(chē)時(shí)為克服旋轉(zhuǎn)件的慣性，采用液壓摩擦制動(dòng)器迅速停止。改變主電機(jī)轉(zhuǎn)向，可實(shí)現(xiàn)主軸反轉(zhuǎn)。第5章、主要零件的驗(yàn)算5.1 齒輪（按接觸疲勞）強(qiáng)度驗(yàn)算5.1.1變速箱因所選齒輪為硬齒面，且高速運(yùn)轉(zhuǎn)，故按接觸疲勞強(qiáng)度校核齒輪模數(shù)。 m=16300=16300 =3mm (5 P)與所選實(shí)際模數(shù)相同，故強(qiáng)度足夠。5.1.2主軸箱因所選齒輪為硬齒面，且高速運(yùn)轉(zhuǎn)，故按接觸疲勞強(qiáng)度校核齒輪模數(shù)。m=16300=16300=3.9mm4mm（所設(shè)計(jì)模數(shù)），故所設(shè)計(jì)模數(shù)強(qiáng)度足夠 (5 P)5.2 傳動(dòng)軸的驗(yàn)算5.2.1傳動(dòng)軸的剛度驗(yàn)算當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速n=800r/min時(shí)，運(yùn)動(dòng)由齒輪Z=40傳入，運(yùn)動(dòng)傳出的齒輪有Z=32、Z=36兩個(gè)。但由于Z=36位置靠近中間，故以Z=36傳出時(shí)作用力最大，并且由此產(chǎn)生的彎矩也最大。所以按Z=40傳入，Z=36傳出的情況進(jìn)行計(jì)算。圖1 空間坐標(biāo)計(jì)算圖圖2 撓度與傾角計(jì)算圖圖3 B(C)點(diǎn)撓度分解圖1）、計(jì)算作用在軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩T=1430.7kgfcm2）、作用在B點(diǎn)處的力F、FF=238.45kgf (5 P 表4-6)F= Ftg（）=238.45tg（20+543）=238.450.482=115kgf（摩擦角，f=0.1，=543）3）、作用在C點(diǎn)處的力F、FF=265kgf (5 P 表4-6)F= Ftg（）=265tg（20+543）=2650482=128kgf4）、撓度的計(jì)算a、作用在B點(diǎn)的力在B點(diǎn)產(chǎn)生撓度查表I=16.6cm E=2.110kgf/cm軸簡(jiǎn)化受力圖見(jiàn)圖2Y=0.00298cm=0.03mm (5 P 表4-6)Y=0.00144cm=0.014mm (5 P 表4-6)b、作用在C點(diǎn)力在B點(diǎn)產(chǎn)生的撓度Y=（）=(5 P 表4-6) =0.0028cm=0.028mmY=（）=(5 P 表4-6) =0.0014cm=0.014mmc、作用在C點(diǎn)力在C點(diǎn)產(chǎn)生的撓度Y=0.0026cm=0.026mm (5 P 表4-6)Y=0.0013cm=0.013mm (5 P 表4-6)d、作用在B點(diǎn)力在C點(diǎn)產(chǎn)生的撓度Y= (5 P 表4-6) Y=0.0012cm=0.012mm e、計(jì)算B點(diǎn)的撓度對(duì)X、Y軸的分解，C點(diǎn)的撓度對(duì)x、y軸的分解 Y= Ycos60=0.03cos60=0.015mm Y= Ycos30=0.014cos30=0.012mm Y=Ycos45=0.028cos45=0.02mm Y=Ycos45=0.014cos45=0.01mm Y= Ysin60=0.03sin60=0.026mm Y= -Ysin30=0.014sin30=-0.007mm Y=Ysin45=0.028sin45=0.02mm Y=Ycos45=0.014cos45=0.01mm Y=Ycos45=0.026cos45=0.018mm Y=-Ycos45=-0.013cos45=-0.009mm Y=Ycos60=0.025cos60=0.0125mm Y=Ycos30=0.012cos30=0.01mm Y= Ysin45=0.026sin45=0.018mm Y= Ycos45=0.013cos45=0.009mm Y=Ysin60=0.025sin60=0.0216mm Y=-Ycos30=-0.012cos30=-0.01mmf、計(jì)算B點(diǎn)在X、Y坐標(biāo)方向的撓度，C點(diǎn)在X、Y坐標(biāo)方向的撓度。 Y=Y+Y+Y+Y=0.015+0.012+0.02+0.01=0.037mm Y=Y+Y+Y+Y=0.026-0.007+0.02+0.01=0.049mm Y=Y+Y+Y+Y=0.018-0.009+0.0125+0.01=0.0315mm Y=Y+Y+Y+Y=0.018+0.009+0.0216-0.01=0.0386mm g、合成B點(diǎn)撓度，合成C點(diǎn)撓度。 Y=0.061mm Y=0.050mm將以上計(jì)算結(jié)果，列下表與撓度允許值進(jìn)行比較（單位 mm）撓度坐標(biāo) 方向由作用在B點(diǎn)的力產(chǎn)生的撓度由作用在B點(diǎn)的力產(chǎn)生的撓度疊加后的撓度合成的撓度計(jì)算值允許值YX0.0150.0120.02-0.010.0370.0610.11Y0.026-0.0070.020.010.049YX0.018-0.0090.01250.010.03150.050.11Y0.0180.0090.0216-0.010.03865）、傾角的計(jì)算 在軸上安裝軸承和齒輪處應(yīng)核算傾角是否超過(guò)允許值 a、作用在B點(diǎn)的力在B點(diǎn)產(chǎn)生的傾角：Q=0.000019rad (5 P 表4-6)Q=0.000009 rad (5 P 表4-6) b、作用在C點(diǎn)的力在B點(diǎn)產(chǎn)生的傾角： Q=0.000063rad Q=0.000031rad c、作用在C點(diǎn)的力在C點(diǎn)產(chǎn)生的傾角：Q=-0.00014 radQ=-0.00007rad d、作用在B點(diǎn)的力在C點(diǎn)產(chǎn)生的傾角：Q= =-0.00083 radQ=-0.00004 rad e、作用在B點(diǎn)的力在A點(diǎn)產(chǎn)生的傾角：Q=0.00033 radQ= =0.00016 rad f、作用在C點(diǎn)的力在A點(diǎn)產(chǎn)生的傾角： Q=0.00029radQ=0.00014radg、作用在B點(diǎn)的力在D點(diǎn)產(chǎn)生的傾角：Q=-0.00032radQ=-0.00015radh、作用在C點(diǎn)的力在D點(diǎn)產(chǎn)生的傾角:Q=-0.00036 radQ= =-0.00019 radi、計(jì)算A點(diǎn)在X、Y坐標(biāo)方向的傾角: Q=Q+Q+Q+Q =0.00033cos60+0.00016cos30+0.0029cos45-0.00014sin45 =0.0004rad Q=Q+Q+Q+Q =0.00033sin60-0.00016sin30+0.0029sin45+0.00014cos45 =0.000325rad合成A點(diǎn)傾角：Q=0.00052radj、計(jì)算B點(diǎn)在X、Y坐標(biāo)方向的傾角: Q=Q+ Q+ Q+ Q =0.00019cos60+0.00009cos30+0.000065cos45-0.000031sin45 =0.000059radQ=Q+ Q+ Q+ Q=0.00019sin60-0.00009sin30+0.000065sin45+0.000031cos45=0.00008rad合成B點(diǎn)傾角：Q=0.0001rad k、計(jì)算C點(diǎn)在X、Y坐標(biāo)方向的傾角: Q=Q+ Q+ Q+ Q =-0.00083cos60-0.0004cos30-0.00014cos45+0.00007sin45 =-0.0008rad Q=Q+ Q+ Q+ Q =-0.00083sin60+0.0004sin30-0.00014sin45-0.00007cos45 =-0.00066rad合成C點(diǎn)傾角：Q=0.001radl、計(jì)算D點(diǎn)在X、Y坐標(biāo)方向的傾角:Q=Q+ Q+ Q+ Q =-0.00032cos60-0.00015cos15-0.00036cos45+0.00019sin45 =-0.0004radQ=Q+ Q+ Q+ Q =-0.00032sin60+0.00015sin30-0.00036sin45-0.00019cos45 =-0.00074rad合成D點(diǎn)傾角：Q=0.00084rad將以上計(jì)算結(jié)果列下表與傾角允許值進(jìn)行比較（rad）傾角坐標(biāo)方向由作用在B點(diǎn)的力產(chǎn)生的傾角由作用在B點(diǎn)的力產(chǎn)生的傾角由作用在B點(diǎn)的力產(chǎn)生的傾角合成后的傾角計(jì)算值允許值QX0.00030.00010.00040.00052裝向心球軸承處Q=0.0025Y0.000210.00030.00033QX0.0000170.0000390.000060.0001裝向心球軸承處Q=0.001Y0.0000120.0000680.00008QX-0.00076-0.00005-0.000080.0001裝向心球軸承處Q=0.001Y-0.00052-0.00015-0.0007QX-0.00029-0.00012-0.00040.00084裝向心球軸承處Q=0.0025Y-0.00035-0.00039-0.0007以上計(jì)算結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸剛度足夠。5.2.2傳動(dòng)軸強(qiáng)度計(jì)算(9 P) 1）求F、F、F、F在X、Y軸上的分解 F=Fcos60=2385cos60=1192.5 NF=Fcos30=1150cos45=99.6 NF=F+F=1192.5+99.6=1292.1 NF=Fsin60=2385sin60=2065 NF=-Fsin30=-1150sin30=-575 NF=F+F=2065-575=1490NF=Fcos45=2650cos45=1874 NF=-Fsin45=-128sin45=-90.5 NF=F+F=1874-90.5=1783.5 NF= Fsin45=2650sin45=1874NF= Fcos45=128cos45=90.5NF= F+ F=1874+90.5=1964.5N2）計(jì)算左支承點(diǎn)的支承反力R、R（見(jiàn)力學(xué)模型圖） a、-R276+1292.1144+1783.592=0 R=1268.6Nb、-R276+1490144+1964.592=0 R=1432.2N3）計(jì)算右支承點(diǎn)的支承反力R、Ra、R276-1292.1132-1783.5184=0 R=1245.2Nb、R276-1490132-1964.5144=0 R=1737.6N4）計(jì)算彎矩、繪制彎矩圖，驗(yàn)算C點(diǎn)（見(jiàn)力學(xué)模型圖）力學(xué)模型圖、彎矩圖力學(xué)模型圖：水平彎矩圖：垂直彎矩圖：合成彎矩圖：轉(zhuǎn)矩圖：當(dāng)量彎矩圖： a、水平彎矩 C點(diǎn)水平彎矩（左） M=RAC=1268.6184=233422.4NmmC點(diǎn)水平彎矩（右） M=RDC=1245.292=114558.4Nmmb、垂直彎矩 C點(diǎn)垂直彎矩（左） M=RAC=1432.2184=263524.8NmmC點(diǎn)垂直彎矩（右） M=RDC=1737.692=159859.2Nmm c、作合成彎矩 C點(diǎn)左側(cè)合成彎矩： M=352038.8NmmC點(diǎn)右側(cè)合成彎矩：M=196668.7Nmmd、計(jì)算后的轉(zhuǎn)矩=0.6143070=85842Nmm轉(zhuǎn)矩圖：e、當(dāng)量彎矩 M=362353.6NmmM=214586.6Nmm當(dāng)量彎矩圖： f、校核危險(xiǎn)截面軸徑 d=39.24mm 所選軸為花鍵。其大徑為mm，其小徑為mm均大于39.24mm，故軸的強(qiáng)度足夠。5.3 主軸剛度驗(yàn)算 (6 P)5.3.1 跨距 L=813mm=81.3cm5.3.2 當(dāng)量外徑 (6 P)根據(jù)公式D=138mm=13.8mm5.3.3 主軸剛度 由于d/D=0.58>0.5 故孔對(duì)剛度有影響。 據(jù)公式K=479N/um (6 P)5.3.4 主軸剛度的要求剛度要求計(jì)算簡(jiǎn)圖由于這種機(jī)床屬于通用機(jī)床，對(duì)主軸的剛度要求可根據(jù)自激振動(dòng)穩(wěn)定性決定。查表1取阻尼=0.03，查表2當(dāng)V=50m/min，f=0.2mm時(shí)，K=2.06，夾角，這種機(jī)床要求的切削穩(wěn)定性良好。取b=0.02D=6.4mm。根據(jù)公式K= (6 P) =61N/根據(jù)公式K= K0.6 (6 P) =610.6 =237N/根據(jù)公式K=1.66 K=1.66237=393N/393 N/<479 N/，該機(jī)床主軸剛度是合格的。5.4 滾動(dòng)軸承壽命的驗(yàn)算（驗(yàn)算軸承6307）5.4.1 傳動(dòng)軸、滾動(dòng)軸承壽命驗(yàn)算通過(guò)分析可知，當(dāng)軸的Z=32齒輪與軸的Z=40齒輪嚙合，軸的Z=32齒輪與軸的Z=40齒輪嚙合時(shí)，軸上的軸承受力狀況最危險(xiǎn)。這時(shí)軸的受力情況如下圖所示：1）計(jì)算作用在軸上轉(zhuǎn)矩T前已計(jì)算 T=1430.7kgfcm=143070Nmm2）計(jì)算作用在B點(diǎn)的力F 、F前已計(jì)算 F=