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目 錄 1 緒論 1 1.1 課題 研究背景及選題意義 1 1.1.1 課題的背景 1 1.1.2 課題的目的 1 1.2 完成的內(nèi)容 1 2 參數(shù)擬定 3 2.1 主電機動力參數(shù)的確定 3 2.2 運動設(shè)計 3 2.2.1 確定主軸極限轉(zhuǎn)速 3 2.2.2 確定轉(zhuǎn)速范圍定公比確定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)例: 4 3 傳動設(shè)計 5 3.1 傳動方案擬定 5 3.1.1傳動組和傳動副數(shù)的確定 5 3.2 傳動結(jié)構(gòu)式的選擇 5 3.2.1 基本組和擴大組的確定 5 3.2.2 分配總降速比 6 3.3 帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定及轉(zhuǎn)速圖擬定 7 3.3.1確定皮帶輪動直徑 7 3.3.2 確定齒輪齒數(shù) 8 3.3.3 畫出轉(zhuǎn)速圖如下： 10 3.3.4 驗算轉(zhuǎn)速誤差 10 3.4 齒輪的計算轉(zhuǎn)速的確定及傳動系統(tǒng)的擬定的計算轉(zhuǎn)速 12 3.4.1 確定各軸和齒輪 12 3.4.2 由轉(zhuǎn)速圖擬定傳動系統(tǒng)圖 13 4 傳動件的估算和驗算 14 4.1齒輪模數(shù)的估算和設(shè)計 14 4.1.1 計算各軸傳動的功率 14 4.1.2 計算傳動軸齒輪模數(shù) 14 4.1.3 計算各軸之間的中心距 16 4.2 三角帶傳動的計算 17 4.2.1計算皮帶尺寸 17 4.3 傳動軸的估算和齒輪尺寸的計算 18 4.3.1確定各軸的直徑 18 4.3.2 計算各齒輪的尺寸 18 5 各部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 21 5.1 皮帶輪及齒輪塊設(shè)計 21 5.1.1 皮帶及皮帶輪的設(shè)計 21 5.1.2 齒輪及齒輪塊設(shè)計 21 5.2 軸承的選擇及箱體設(shè)計 21 5.2.1各軸承的選擇 21 5.2.2 主軸及箱體設(shè)計 21 5.3 密封結(jié)構(gòu)及潤滑 22 6 主軸組件的驗算 23 6.1驗算主軸軸端的位移 23 6.2 前軸承的轉(zhuǎn)角及壽命的驗算 25 6.2.1 驗算前軸承處的轉(zhuǎn)角 25 6.2.2 驗算前支系壽命 25 6.3 箱體設(shè)計 26 總結(jié) 27 致謝 28 摘 要 本文用簡明的語言有側(cè)重的介紹了普通數(shù)控機床中CA6140主軸的設(shè)計改造過程，先通過研究背景及選題意義的介紹，來引出本設(shè)計的意義。然后分別從參數(shù)擬定、傳動設(shè)計、傳動件的估算和驗算、各部件結(jié)構(gòu)設(shè)計和主軸組件的驗算5個部分來進行設(shè)計的。以齒輪、帶輪、皮帶輪、軸承、箱體等的參數(shù)設(shè)計為重點。 關(guān)鍵詞：數(shù)控；齒輪；結(jié)構(gòu)設(shè)計；箱體 1 緒論 1.1 課題 研究背景及選題意義 1.1.1 課題的背景 機床設(shè)計和制造的發(fā)展速度是很快的。由原先的只為滿足加工成形而要求刀具與工件間的某些相對運動關(guān)系和零件的一定強度和剛度，發(fā)展至今日的高度科學(xué)技術(shù)成果綜合應(yīng)用的現(xiàn)代機床的設(shè)計，也包括計算機輔助設(shè)計（CAD）的應(yīng)用。但目前機床主軸變速箱的設(shè)計還是以經(jīng)驗或類比為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)（經(jīng)驗）設(shè)計方法。因此，探索科學(xué)理論的應(yīng)用，科學(xué)地分析的處理經(jīng)驗，數(shù)據(jù)和資料，既能提高機床設(shè)計和制造水平，也將促進設(shè)計方法的現(xiàn)代化。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機械產(chǎn)品日趨精密、復(fù)雜，改型也日益頻繁，對機床的性能、精度、自動化程度等提出了越來越高的要求。機械加工工藝過程自動化是實現(xiàn)上述要求的重要技術(shù)措施之一，不僅能提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，還能改善工人的勞動條件。為此，許多企采用自動機床、組合機床和專用機床組成自動或半自動生產(chǎn)線。但是，采用這種自動、高效的設(shè)備，需要很大的初期投資以及較長的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，只有在大批量的生產(chǎn)條件（如汽車、拖拉機、家用電器等工業(yè)主要零件的生產(chǎn)）下、才會有顯著的經(jīng)濟效益。 在機械制造工業(yè)中，單件、小批量生產(chǎn)的零件約占機械、加工的70%～80%。科學(xué)技術(shù)的進步和機械產(chǎn)品市場競爭的日益激烈，致使機械產(chǎn)品不改型、更新?lián)Q代、批量相對減少，質(zhì)量要求越來越高。采用專用的自動化機床加工這類零件就顯得橫不合理，而且調(diào)整或改裝專用的“剛性”自動化生產(chǎn)線投資大、周期長，有時從技術(shù)上甚至是不可能實現(xiàn)的。采用各類仿型機床，雖然可以部分地解決小批量復(fù)雜的加工，但在更新零件時需制造靠模和調(diào)整機床，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長，而且由于靠模誤差的影響，加工零件的精度很難達到較高的要求。 為了解決上述問題，滿足多品種、小批量，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的零件的自動化生產(chǎn)，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適于產(chǎn)品頻繁變化“柔性”自動化機床。隨著計算機科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，1952年，美國帕森斯公司（Parsons）和麻省理工學(xué)院（MIT）合作，研制成功里世界上第一臺以數(shù)字計算機為基礎(chǔ)的數(shù)字控制（numerical control，簡稱NC）3坐標(biāo)直線插補銑床，從而機械制造業(yè)進入了一個新階段 同時，在設(shè)計中處處實際出發(fā)，分析和處理問題是至關(guān)重要的。從大處講，聯(lián)系實際是指在進行機床工藝可能性的分析。參數(shù)擬定和方案確定中，既要了解當(dāng)今的先進生產(chǎn)水平和可能趨勢。更應(yīng)了解我國實際生產(chǎn)水平，使設(shè)計的機床，機器在四化建設(shè)中發(fā)揮最佳的效蓋。從小處講，指對設(shè)計的機床零部件的制造，裝配和維修要進行認真的，切實的考慮和分析，綜合思考的設(shè)計方法[1]。 1）計算機數(shù)控的概念 ①數(shù)字控制的概念 GB 8129-1997中對NC的定義為：用數(shù)值數(shù)據(jù)的控制裝置，在運行過程中不斷地引入數(shù)值數(shù)據(jù)，從而對某一生產(chǎn)過程實現(xiàn)自控制， ② 數(shù)控機床（NC machine tools） 若機床的操作命令以數(shù)值數(shù)據(jù)的形式描述，工作過程按照規(guī)定的程序自動地進行，則這種機床稱為數(shù)控機床。 ③ 數(shù)控系統(tǒng) 在數(shù)控機床行業(yè)中，數(shù)控系統(tǒng)是指計算機數(shù)字控制裝置、可編程序控制器、進給驅(qū)動與主軸驅(qū)動裝置等相關(guān)設(shè)備的總稱。有時則指其中的計算機數(shù)字控制裝置。為區(qū)別起見將其中的計算機數(shù)字控制裝置稱數(shù)控裝置。 2） 計算機數(shù)控的發(fā)展 從第一臺數(shù)控機床問世至今的40多年中，隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控裝置也在不斷地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷里電子管（1952年）、小規(guī)模集成電路（1965年）、大規(guī)模集成電路及小型計算機（1970年）和微處理計算機（1974年）等五代數(shù)控系統(tǒng)。 前三代數(shù)控裝置屬于采用專用控制計算機的硬接線（硬件）數(shù)控裝置，一般稱為NC數(shù)控裝置。20世紀(jì)70年代初，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，小型計算機的價格急劇下降，出現(xiàn)了采用小型計算機代替專用硬件控制計算機的第四代數(shù)控系統(tǒng)。這種數(shù)控系統(tǒng)不僅在經(jīng)濟上更為合算，而且許多功能可用編制的專用程序?qū)崿F(xiàn)，并可將專用程序存儲在小型計算機的存儲器中，構(gòu)成控制軟件。這種數(shù)控系統(tǒng)稱為計算機數(shù)控系統(tǒng)（computerized numerical control，即CNC）。自1974年開始，以微處理機為核心的數(shù)控裝置（microcomputerized numerical control，即MNC）得到迅速的發(fā)展。CNC和MNC稱為軟接線（軟件）數(shù)控系統(tǒng)。由于NC硬件數(shù)控系統(tǒng)早已淘汰，而目前軟件數(shù)控系統(tǒng)均采用MNC，因此將現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)稱為CNC。 3） 我國數(shù)控機床現(xiàn)況 我國研究數(shù)控技術(shù)源于1958年，幾十年來經(jīng)過了發(fā)展、停滯、引進技術(shù)等幾個階段。1985年以后，我國的數(shù)控機床在引進、消化國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，進行了大量的開發(fā)工作。到1989年底，我國數(shù)控機床的可供品種已超過300種，一些較高檔次的數(shù)控系統(tǒng)，如五軸聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)、分辨率為0.O2um的高精度車床用數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)字仿真的數(shù)控系統(tǒng)、為柔性制造單元配套的數(shù)控系統(tǒng)，也陸續(xù)開發(fā)出來，并制造出了樣機。我國數(shù)控系統(tǒng)在技術(shù)上已趨于成熟，在重大關(guān)鍵技術(shù)上(包括核心技術(shù))，已達到國外先進水平。目前，已新開發(fā)出數(shù)控系統(tǒng)80種。自“七五”以來，國家一直把數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展作為重中之重來支持，現(xiàn)已開發(fā)出具有中國版權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，掌握了國外一直對我國封鎖的一些關(guān)鍵技術(shù)。例如，曾長期困擾我國、并受到西方國家封鎖的多坐標(biāo)聯(lián)動技術(shù)對我們已不再是難題，0.1 μm當(dāng)量的超精密數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控仿形系統(tǒng)、非圓齒輪加工系統(tǒng)、高速進給數(shù)控系統(tǒng)、實時多任務(wù)操作系統(tǒng)都已研制成功。尤其是基于PC機的開放式智能化數(shù)控系統(tǒng)，可實施多軸控制，具備聯(lián)網(wǎng)進線等功能，既可作為獨立產(chǎn)品，又是一代開放式的開發(fā)平臺，為機床廠及軟件開發(fā)商二次開發(fā)創(chuàng)造了條件。 我國數(shù)控機床市場廣闊,自2003年開始，中國就成了全球最大的機床消費國，也是世界上最大的數(shù)控機床進口國,雖然我們已經(jīng)取得不可否認的成就, 但我國數(shù)控機床核心技術(shù)90%仍需進口, 我們只有緊跟先進技術(shù)進步的大方向，并不斷創(chuàng)新，才能趕超世界先進水平。 1.1.2 課題的目的 機床設(shè)計是學(xué)生在學(xué)完基礎(chǔ)課，技術(shù)基礎(chǔ)課及專業(yè)課的基礎(chǔ)上，結(jié)合機床主傳動部件（主軸變速箱）設(shè)計計算進行集合訓(xùn)練。 1.掌握機床主傳動部件設(shè)計過程和方法，包括參數(shù)擬定，傳動設(shè)計，零件計算，結(jié)構(gòu)設(shè)計等，培養(yǎng)結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計的能力。 2.綜合應(yīng)用過去所學(xué)的理論知識，提高聯(lián)系實際和綜合分析的能力。 3.訓(xùn)練和提高設(shè)計的基本技能。如計算，制圖，應(yīng)用設(shè)計資料，標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，編寫技術(shù)文件等[1]。 1.2 完成的內(nèi)容 機床設(shè)計是學(xué)生在學(xué)完基礎(chǔ)課，技術(shù)基礎(chǔ)課及有關(guān)專業(yè)課的基礎(chǔ)上，結(jié)合機床傳動部件（主軸變速箱）設(shè)計進行的綜合訓(xùn)練 1.參數(shù)擬定 根據(jù)機床類型，規(guī)格和其他特點，了解典型工藝的切削用量，結(jié)合世界條件和情況，并與同類機床對比分析后確定：極限轉(zhuǎn)速和，公比（或級數(shù) Z ），主傳動電機功率N。 2.動設(shè)計 根據(jù)擬定的參數(shù)，通過結(jié)構(gòu)網(wǎng)和轉(zhuǎn)速圖的分析，確定轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)方案和轉(zhuǎn)動系統(tǒng)圖，計算各轉(zhuǎn)動副的傳動比及齒輪的齒數(shù)，并驗算主軸的轉(zhuǎn)速誤差。 3.動力計算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計 估算齒輸模數(shù)m和直徑d，選擇和計算反向離合器，制動器。 將各傳動件及其它零件在展開圖和剖面圖上做初步的安排，布置和設(shè)計。 4.軸和軸承的驗算 在結(jié)構(gòu)草圖的基礎(chǔ)上，對一根傳動軸的剛度（學(xué)時充裕時，也可以對該軸的強度進行驗算）和該軸系的軸承的壽命進行驗算。 5.主軸變速箱裝配設(shè)計 主軸變速箱裝配圖是以結(jié)構(gòu)草圖為“底稿”，進行設(shè)計和會制的。圖上各零件要表達清楚，并標(biāo)注尺寸和配合。 6.設(shè)計計算說明書 應(yīng)包括參數(shù)，運動設(shè)計的分析和擬定，軸和軸承的驗算等，此外，還應(yīng)對重要結(jié)構(gòu)的選擇和分析做必要的說明。 2 參數(shù)擬定 機床（機器）設(shè)計的初始，首先需要確定有關(guān)參數(shù)，他們是傳動設(shè)計和機構(gòu)設(shè)計的依據(jù)，影響到產(chǎn)品是否能滿足所需要的功能要求。因此，參數(shù)擬定是機床設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)[2]。 2.1 主電機動力參數(shù)的確定 根據(jù)估算法來確定主電機功率 已知給出CＡ6140普通車床由推存數(shù)據(jù)可知 ：切深mm為3.5 進給量f(s)mm/s為0.35 切削速度為90r/min 功率估算法的計算公式. 1.主切削力 =1900aPf0.75N=19003.50.350.75=3026.06N 2.切削功率 N切= ==4.45Kw 3.估算重電機功率 N== N值為5.56kW按我國生產(chǎn)的電機在Y系列的額定功率選取如下； 同步轉(zhuǎn)速1500n/min 軸徑mm 電機型號 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速n/min 38mm Y132S-4 5.5 1440 2.2 運動設(shè)計 2.2.1 確定主軸極限轉(zhuǎn)速： 計算車床主軸極限轉(zhuǎn)速是加工直徑，按經(jīng)驗分別?。?.1～0.2）D和（0.45～0.5）D。主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為： =1400n/min = =31.5n/min 在中考慮車螺紋和較孔時，其加工最大直徑應(yīng)根據(jù)實際加工情況選取0.1D和50mm左右。 最后確定時，還應(yīng)與同類型車床進行對比。 2.2.2 確定轉(zhuǎn)速范圍定公比確定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)例: 轉(zhuǎn)速范圍: =44.44 由=44.44， =1.41標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表給出了以 =1.066的從1～10000的數(shù)值，因 =1.41=1.066，從表中找到=1400，每隔5個數(shù)值取出一個數(shù)，得： 1400，1000，710，500，355，250，180，125，90，63，45，31.5共12級. 3 傳動設(shè)計 3.1 傳動方案擬定 擬定傳動鏈的基本原則，就是以最經(jīng)濟的辦法滿足對機床既定的要求?？梢詽M足同樣要求的方案可能有很多，在進行傳動鏈的可能分析時，應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟合理的原則，選出最好的方案。轉(zhuǎn)速圖有助于各種方案比較，并為進一步確定傳動系統(tǒng)圖提供方便。擬定主運動轉(zhuǎn)速圖應(yīng)按下列步聚進行。 擬定傳動方案，包括傳動型式的選擇以及開停，換向，制動，操縱等整個傳動系統(tǒng)的確定。傳動型式則指傳動和變速的元件，機構(gòu)以及其組成，安排不同特點的傳動形式，變速類型。 傳動方案和形式與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度密切相關(guān)，和工作性能也有關(guān)。因此，確定傳動方案和形式，要從結(jié)構(gòu)，工藝，性能及經(jīng)濟性等多方面統(tǒng)一考慮。 傳動方案有多種，傳動型式更是式樣眾多，比如：傳動型式上有集中傳動的主軸變速箱，分離傳動的主軸箱與變速箱；擴大變速范圍可以用增加傳動組數(shù)，也可用齒輪結(jié)構(gòu)，分支傳動等型式；變速型式上既可用多速電機，也可用交換齒輪，滑移齒輪，公用齒輪等。 顯然，可能的方案很多，優(yōu)化的方案也因條件而導(dǎo)。對于教學(xué)訓(xùn)練來講，不必強調(diào)在方案上一定要有獨特之一，但一定要學(xué)會分式幾種現(xiàn)有的方案，型式，然后按照設(shè)計的具體要求，具體條件選擇合理可取的方案和形式[1][2]。 3.1.1傳動組和傳動副數(shù)的確定 可能的方案有：12=43 , 12=34 , 12=232 , 12=223 12=322 在上列兩行方案中第一行方案有時可以省掉一根軸. 缺點是有一個傳動組內(nèi)有四個傳動副. 如果用一個四聯(lián)滑移齒輪，則會增加軸向尺寸；如果用兩個雙聯(lián)滑移齒輪，則操縱機構(gòu)必須互銷以防止兩個滑移齒輪同時嚙合，所以一般少用. 第二行的三個方案可根據(jù)下述原則比較：從電動機到主軸，一般降速傳動組故應(yīng)把傳動副較的傳動組放在前面接近電動機處，使其轉(zhuǎn)速較高，從而扭矩較小，尺寸也就可以少些. 這就是前多后少：原則從這個角度考慮以取12=322 方案為好 3.2 傳動結(jié)構(gòu)式的選擇 3.2.1 基本組和擴大組的確定 根據(jù)前松后緊的原則，有了以上基礎(chǔ)可確定結(jié)構(gòu)式： 保只有一對齒論 12=31 2326 傳動副數(shù)分別及2，3，2的三個傳動組方案12級轉(zhuǎn)速傳動位傳動組安排有2 3 2或3 2 2或2 2 3。從電動機到主軸一般為降速傳動，轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩小，尺寸也小，將使小尺寸零件多些，大尺寸零件小些，節(jié)省材料這是前多后小的段則。 主軸對加工精度，表面粗糙度的影響大，因此主軸上的齒輪小為好，最后 各傳動組傳動副也選用從以上角度考慮，最后選用3 2 2其本組和擴大組的確定。 對于12=2 3 2或者12=3 2 2等傳動，均有：32=6種可能排列，根據(jù)實現(xiàn)傳動的可能結(jié)構(gòu)和綜合效果的分析，選擇其中一，二種作為設(shè)計方案。 根據(jù)前松后緊之原則確定了以上結(jié)構(gòu)式。 傳動方案的擴大順序與傳動順序可以一致，也可以不一致，結(jié)構(gòu)式： 12=312326的傳動中，擴大順序也傳動順序一致，稱為順序擴大傳動：而12=31 23 26的傳動，擴大順序也傳動順序就不一致。 2.主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z和公比 已知： 直Z=2a 3b a，b為正數(shù)，即Z應(yīng)可分解為2和3的因子，以便用2，3聯(lián)滑移齒輪實現(xiàn)變速。如取4或5的因子，則要用2個相互連鎖的滑動齒輪，以確輪聯(lián)合，這種傳動由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很小采用。 普通型和輕型車床系列，結(jié)構(gòu)較簡單，轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=8～18級為于。 由于Z為2和3的因子積，而又為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列，因此，如果按串聯(lián)傳動設(shè)計時，在定后，值已定，應(yīng)適當(dāng)?shù)刈儎踊?，以符合的關(guān)系。 這樣，就確定了主傳動部件（主軸變速箱）的運動參數(shù)，。并與同類型車床進行類比分析。 3.2.2 分配總降速比 分配降速比時，應(yīng)注意傳動比的取值范圍：齒輪傳動副中最大傳動比2， 最小傳動比 傳動比過大 ，引起振動和噪音，傳動比過小，使動齒輪與傳動齒輪的直徑相差太大，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。 （1） 確定皮帶轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動比范圍 =1～2.5。取 =1.8 由于主電機額定轉(zhuǎn)速1440r/min ， 可知第Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速n1=1440 0.5=710r/min （2）確定最末一級傳動比 總的轉(zhuǎn)動比為 ： = 最小傳動比 = 12=31 23 26 最末一級間的數(shù)相隔6極（總 ）： = = = (3)中間軸傳動比 可按先慢后快原則，確定最小傳動比，根據(jù)級此指數(shù)確定其他轉(zhuǎn)動比： Ⅱ～Ⅲ～Ⅳ軸小傳動比為 ∵ = ∴取=0.35 = Ⅰ～Ⅱ軸傳動比為 取=0.5 ia2===0.7 ia1=ia2=1 3.3 帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定及轉(zhuǎn)速圖擬定 3.3.1確定皮帶輪動直徑 (1)選擇三角帶的型號 其中：電機額定功率 —工作情況系數(shù) 由于是車床，工作載荷穩(wěn)定，取 =1.1 =5.56 1.1=6.116kw 查表4-1選擇型號得出B型 型號 b bp h 13 17 14 10.5 40 (2)帶輪直徑 小帶輪計算直徑，小帶輪直徑不宜過小，要求大于許用值 =125， 由表得取126mm 大帶輪計算直徑D2 =mm ==256mm 取=256mm 3.3.2 確定齒輪齒數(shù) 確定齒輪齒數(shù)應(yīng)該注意以下幾類： （1）齒輪的齒數(shù)和應(yīng)過大，以免加大中心距使機床結(jié)構(gòu)龐大 一般推薦齒輪數(shù)和SZ為60～100 （2）不產(chǎn)生根切最小齒輪18～20 （3）保證強度和防止熱處理變形過大齒輪齒根園到鍵槽的壁厚2mm一般取 5mm 則 （4）三聯(lián)滑移齒輪的相領(lǐng)兩輪的齒數(shù)差應(yīng)大于4。 避免齒輪右左移動時齒輪右相碰，能順利通過。 由傳動比已知，傳動比的適用齒數(shù)表； 查出： =1 =60,62,64,66,68,70,72,74,76,78. = =60,63,65,67,68,70,72,73,75,77. = =60,63,66,69,72,75,78. 由于可知選用=72，從表查出小齒輪的齒數(shù)為36，30，24。 大齒輪的齒數(shù)則為36，42，48。 =1 =60,62,64,66,68,70,72,74,76,78,80. = =61,65,68,69,72,73,76,77 可選用=84從表中查出小齒論的齒數(shù)42，22。 大齒輪的齒數(shù)則為42，62， =2=1.99 =63,66,69,72,75,78,81,84,90…. = =80,84,85,89,90….. 選用=90 從表中查出小齒輪的齒數(shù)30，18。 大齒輪的齒數(shù)則為60，72。 3.3.3 畫出轉(zhuǎn)速圖如下[1]： 3.3.4 驗算轉(zhuǎn)速誤差 由確定的齒輪所得的實際轉(zhuǎn)速與傳動設(shè)計理論值難以完全相符，需要驗算主軸各級轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過 由公式： n實= 10(-1)%=0.041 (1)n理=1400時 n實=1417.5 =0.012<0.041 (2)n理=1000時 n實=1012.5 = 0.0125<0.041 (3=71時 n實=708.75 =0.0125<0.041 (4)=500時 n實=502.98 =0.00596<0.041 (5)=355時 n實=359.27 =0.012>0.041 (6)=250時 n實=251.49 =0.00596<0.041 (7)=180時 n實=177.1875 =0.016<0.041 (8)=125時 n實=126.5625 =0.016<0.041 (9) =90時 n實=88.59 =0.0156<0.041 (10)=63時 n實=62.87 =0.002<0.041 (11) =45時 n實=44.88 =0.003<0.041 (12) =31.5時 n實=31.44 =0.001<0.041 3.4 齒輪的計算轉(zhuǎn)速的確定及傳動系統(tǒng)的擬定的計算轉(zhuǎn)速 3.4.1 確定各軸和齒輪 (1)主軸轉(zhuǎn)速由= nⅣ=31.5 =88r/min 取90r/min (2)各傳動軸計算轉(zhuǎn)速 Ⅲ軸nⅢ=125r/min Ⅱ軸nⅡ=355r/min Ⅰ軸nⅠ=710r/min (3)傳動組各軸上最小齒輪的轉(zhuǎn)速。 a組, Z=24時 , =710r/min b組, Z=22時 , =355r/min c組, Z=18時 , =355r/min 3.4.2 由轉(zhuǎn)速圖擬定傳動系統(tǒng)圖 4 傳動件的估算和驗算 傳動方案確定后，要進行方案的結(jié)構(gòu)化，確定各零件的實際尺寸和有關(guān)布置。為此，常對傳動件的先進行估算，如傳動軸的直徑，齒輪模數(shù)，離合器，帶輪的根數(shù)和型號等。在這些尺寸的基礎(chǔ)上，畫出草圖，得出初步結(jié)構(gòu)化的有關(guān)布置與尺寸；然后按結(jié)構(gòu)尺寸進行主要零件的驗算，最后才能畫正式裝配圖。 有經(jīng)驗的設(shè)計師可以省略畫草圖這一中間步驟直接進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和驗算。但對缺少設(shè)計經(jīng)驗的學(xué)生，先畫草圖可以避免大的反復(fù)，有利于設(shè)計的進行[1][2]。 4.1齒輪模數(shù)的估算和設(shè)計 4.1.1 計算各軸傳動的功率 由公式 （） 其中 ： ——傳動軸的輸入功率 ——電機額定功率 ——工作情況系統(tǒng) =從電機到傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積輸入功率NⅠ= =5.5 0.96 =5.3Kw NⅡ=NⅡ 中運=0.99 ∴5.22kw NⅢ= NⅡ =0.985 ∴ 5.14kw NⅣ=NⅢ =0.985 ∴ 5.06kw 4.1.2 計算傳動軸齒輪模數(shù) 根據(jù)和計算齒輪模數(shù)，根據(jù)其中較大值取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)： =16300mm ——齒輪的最低轉(zhuǎn)速r/min； ——頂定的齒輪工作期限，中型機床推存：=15～20 ——轉(zhuǎn)速變化系數(shù)； ——功率利用系數(shù)； ——材料強化系數(shù)。 ——（壽命系數(shù)）的極值 齒輪等轉(zhuǎn)動件在接取和彎曲交邊載荷下的疲勞曲線指數(shù)m和基準(zhǔn)順環(huán)次數(shù)C0 ——工作情況系數(shù)。中等中級的主運動： ——動載荷系數(shù)； ——齒向載荷分布系數(shù)； ——齒形系數(shù)； 根據(jù)彎曲疲勞計算齒輪模數(shù)公式為： 式中：N——計算齒輪轉(zhuǎn)動遞的額定功率N=? ——計算齒輪（小齒輪）的計算轉(zhuǎn)速r/min ——齒寬系數(shù), Z1——計算齒輪的齒數(shù)，一般取轉(zhuǎn)動中最小齒輪的齒數(shù)： ——大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比，=；（+）用于外嚙合，（-）號用 于內(nèi)嚙合： 命系數(shù)； ：工作期限 ， =； ==3.49 ==1.8 =0.84 =0.58 =0.90 =0.55 =0.72 =3.49 0.84 0.58 0.55=0.94 =1.80.84 0.90 0.72=0.99 時，取=，當(dāng)<時，取=； ==0.85 =1.5； =1.2 =1 =0.378 許用彎曲應(yīng)力，接觸應(yīng)力，() =354 =1750 6級材料的直齒輪材料選；20熱處理S-C59 =16300mm =16300=2.6 mm =275mm =275 =2.2mm 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)系數(shù)選用模數(shù)為:主軸齒輪模數(shù)為3.5，傳動軸齒輪模數(shù)m=2.5，中間軸齒輪模數(shù)m=3; 4.1.3 計算各軸之間的中心距 根據(jù)中心距公式a=(z1+z2) (1)Ⅰ～Ⅱ軸a=(36+36)=90mm (2)Ⅱ～Ⅲ軸a=(42+42)=126mm (3)Ⅲ～Ⅳ軸a= (18+72)=157.5mm (4)Ⅳ～Ⅴ軸a= (20+60)=80mm (5)Ⅴ～Ⅵ軸a=(40+60)=100mm 4.2 三角帶傳動的計算 4.2.1計算皮帶尺寸[6] 已知選用三角形B型帶輪，小帶輪直徑D1=126mm，大帶輪直徑D2=256mm， 確定帶的速度 (1)確定三角帶速度 =m/s==9.49m/s (2)初定中心距A0 A0=（0.6～2）（D1+D2）mm 中心距過小，將降低帶的壽命；中心距過大時，會引起帶振動。中心距一般為249～830mm。 我們選用A0為750mm (3) 確定三角帶的計算長度L0只內(nèi)周長LN 計算長度：L0=2A0+(D1+D2)+ mm =2105mm 從表中查中相應(yīng)的內(nèi)周長度LN=2000mm,(通過截面中心的計算長度L=LN+Y，Y是修正值)，實際長度L=2044mm (4)確定實際中心距A 精確計算，可按下式計算； A=mm 式中：a=2L-n(D1+D2)=22044-3.14（126-256）=2888.5mm A==722mm (5)驗算小帶輪包角 =180-57.3≥120 169120 如果過小，應(yīng)加大中心距或加張緊裝置。 (6)確定三角帶根數(shù)Z Z= 式中： N0——單根三角帶在α=180特定長度，平穩(wěn)工作情況下傳遞的功率值=2.71 C1——包角系數(shù)0.98 Z==2.25>2 取整數(shù)Z=3根 4.3 傳動軸的估算和齒輪尺寸的計算 4.3.1確定各軸的直徑 公式 ： mm (1)轉(zhuǎn)動軸的直徑 ——電機額定功率； η——從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積； n1——該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速r/mi； ——每米長度上的轉(zhuǎn)角（deg/m），可根據(jù)傳動軸的要求選?。簃m=91=24.5mm N=η =5.28 N=5.5 0.90=5.28 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選d=30mm (2)Ⅱ軸的直徑 mm=91=29.13mm 選d=35mm (3)Ⅲ軸的直徑 mm=91=37.5mm 選d=40mm (4)主軸的直徑根據(jù)書中范圍選擇75mm 4.3.2 計算各齒輪的尺寸[6] 齒輪分度圓直徑公式： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： (1)Ⅰ～Ⅱ軸間的齒輪尺寸： a> =2.5 =90mm =36 齒頂高：=2.5mm 齒根高度： =3.1 經(jīng)常齒制： =1 =0.25 =90mm =20mm 齒頂圓直徑：=95 mm 齒根圓直徑： =84mm b> =24 =48 =時 =60mm =120mm =20mm =65mm =125mm =54mm =114mm c> =30 =42 =75mm =105mm =20mm =80mm =110mm =69mm =99mm (2)Ⅱ～Ⅲ軸間的齒輪尺寸 =3 =126mm =3 =3.75 a> =42 =42 =3 42=126mm =20mm =126+7=132mm =126-8.8=118.5 b> =22 =62 =22 3=66mm =62 3=186mm =20mm =72mm =192mm =58.5mm =178.5mm (3)Ⅲ～Ⅳ軸間的齒輪尺寸 a> =3.5 =157.5mm =60 =30 =3.5 =4.4 =8 =210mm =105mm =25mm =217mm =112mm =202mm =97mm b> =18 =72 由于傳動扭距大，選用平行軸斜齒輪機構(gòu) =63mm =252mm 齒頂高=35mm 齒根高=45mm 全齒高=8 齒頂圓直徑 =70mm =259mm 齒根圓直徑 =54mm =250mm =25mm 5 各部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動件（傳動軸，軸承，帶輪，離合器和制動器等），主軸組件，操縱機構(gòu)，潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。課程設(shè)計限于時間，一般只畫展開圖及一或兩個截面圖[6]。 5.1 皮帶輪及齒輪塊設(shè)計 5.1.1 皮帶及皮帶輪的設(shè)計 (1)皮帶選用B型號三角帶傳動共有三根，設(shè)計長度為2044mm。 (2)帶輪將動力傳動Ⅰ軸上有兩種類形一種是不卸載的軸端結(jié)構(gòu)，另一種是卸載的軸端結(jié)構(gòu)，即帶輪裝在軸承上軸承裝在滾筒上，傳給軸的只承受扭矩，徑向力由固定在箱體上的滾筒承受，避免了第一軸產(chǎn)生彎曲變形，選用卸載的帶輪傳動[6]。 5.1.2 齒輪及齒輪塊設(shè)計 齒輪都是花鍵齒輪，固定齒輪的徑向固定用花鍵實現(xiàn)。 圓齒和倒角性質(zhì)不同，加工方法和畫法也不一樣，齒輪的軸向定位是隔套定位。用隔套將各傳動件在軸向固定裝配方便，有利于軸的剛度。 5.2 軸承的選擇及箱體設(shè)計 5.2.1各軸承的選擇 第Ⅰ軸和第Ⅱ軸主要承受徑向載荷，所以選用向心球軸承。 Ⅲ軸裝有斜齒齒輪主要承受徑向載荷和軸向載荷所以選用單列圓錐滾子軸承。 Ⅳ軸是主軸，剛度和Ⅳ精度要求比較高主要承受軸向載荷和徑向載荷，所以車床主軸前端選擇了雙列向心短圓柱滾子軸承，前端軸承要比后端軸承精度高。 （Ⅴ，Ⅵ，Ⅶ及Ⅷ）軸主要承受徑向載荷，所以選也用向心球軸承。 5.2.2 主軸及箱體設(shè)計 我們所選用的是階梯型主軸，因為階梯型主軸容易安裝主軸組件，又因主軸是棒料，所以是實心。 箱體材料HT20～40，箱體結(jié)構(gòu)為圓方形的，內(nèi)有凸臺，箱體是用鑄造工藝鑄造。 5.3 密封結(jié)構(gòu)及潤滑 所有密封標(biāo)準(zhǔn)件，有調(diào)整式法蘭盤端蓋，墊圈，毛氈等。 主軸箱潤滑方式是飛濺潤滑適用于潤滑點比較集中的地方，這種潤滑比較方便。 為了獲的良好的潤滑效果，深入油面深度以12～25mm為宜，濺油齒輪浸入深度不應(yīng)大于2～3倍齒高濺油件外緣至池深度H30～60mm如圖， - - - - 6 主軸組件的驗算 在設(shè)計主軸組件時，主軸的跨距希望是合理跨距，但由于結(jié)構(gòu)限制，主軸的實際跨距往往不等于合理跨距，為此要對主軸組件進行驗算，對一般的機床全部軸主要進行剛度驗算，通常如果能滿足剛度要求也就能滿足強度要求[6]。 6.1驗算主軸軸端的位移 a主軸的支承簡化。 L=e++L+=13+652+20=685mm b主軸的受力分析 主軸受到切削力，傳動力的作用。 切削力是一個空間力,有等分力，設(shè)總的切削力為是斜齒輪，傳動力a也定空間力：有，，，主軸上連有一個齒輪，主要把主軸運動傳給進給箱， 這齒輪主要是傳遞運動而不是傳遞動力，因此可以忽略不計。 由上述各力的作用，主要受彎矩和扭矩的作用。此外還受拉力和壓力作用，但此彎矩和扭矩要小的多，忽略不計，因此通?？柯房紤]到以上受力情況，可以簡化，以下的受力圖 Q為傳動力 P為總切削力 M是力矩曲PX引起 為了計算方便，認為Q和P車同一個平面 x=13+491.5+17.5=522mm C確定切削力和傳動力的作用點 a前支承到主軸端部的距離，切削力的作用點與前支承之間的距離為S S=a+0.4H H為普通車床的中心高 a=100mm 從以上受力圖以看出 主軸端部的彎形由三部分組成： 第一部分 引起的變形量 第二部分 Q力引起的變形量 第三部分 M力引起的變形量 由三部分增加起來，以得出齒輪A點總的撓度為 = a)確定P的大小 主軸計算傳速， N主軸傳遞的功率 P= D最大切削力估算直徑為320mm P==3356N e確定Q力 Q=1.12圓周 Q 圓周= M扭= d分度=252mm Q 圓周==4261N Q=1.12圓周=4687N E——主軸材料的彈性模量，一般用鋼 E=20.6 104N/mm2 J——主軸載面慣性距 J==4344037 M=（0.3～0.35）Pa=0.3 3356 100=100680 = ==10.00581 要求[,] =0.0002L=0.0002*685=0.137 <[]符合要求 6.2 前軸承的轉(zhuǎn)角及壽命的驗算 6.2.1 驗算前軸承處的轉(zhuǎn)角 = = 要求< ， 0.001red <[]符合要求 6.2.2 驗算前支系壽命 由軸承壽命計算式和 C=. 前支承是雙雙向心短圓柱磙子軸承，只承受徑向力，因此F前軸承的徑向力。 進行受力分式 RB=F ===7270 溫度系數(shù)在100C溫度內(nèi)工作 =1 載荷系數(shù)如 =1 為壽命系數(shù)，磙子軸承= C==7270 =86786Nf C<[C]符合要求 經(jīng)過上過驗算，我所選用的主軸組件達到規(guī)定要求。 6.3 箱體設(shè)計 在箱體內(nèi)要裝有各種機構(gòu)，并保證其較準(zhǔn)確的箱體位置，以便能夠正確運轉(zhuǎn)。同時也要保證箱體的密封防止?jié)櫥耐饬骱突覊m的侵入，箱體應(yīng)用足夠的強度和剛度說明。 1.箱體材料的壁厚（放軸承處的壁厚和其它位置的壁厚） 箱體材料一般工程用鑄造碳鋼碑號ZG200～400壁厚 a.放軸承處壁厚35mm b.其他地方壁厚15mm 2.箱體的技術(shù)要求： 保證傳動件正常運轉(zhuǎn)和機床加工精度，基準(zhǔn)面平直，主軸平基準(zhǔn)面應(yīng)保持平行，同軸線的孔要同心，另處應(yīng)保證安裝在箱體內(nèi)零件與箱壁不加工面之間有足夠間隙，以防相碰[5]。 總結(jié) 經(jīng)過大學(xué)四年艱苦學(xué)習(xí)，我們順利的完成了機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)所學(xué)的全部課程，初步已具備了一個機械工程技術(shù)人員所具備的基本知識和技能，今后還需要進一步在實踐中不斷地探索與積累。 這次畢業(yè)設(shè)計是我們零件課程設(shè)計和工藝課程設(shè)計之后的一次對我們更全面更綜合的考核是一次綜合的訓(xùn)練. 我們畢業(yè)設(shè)計題目是CA6140普通車床主軸變速箱設(shè)計及主軸箱電氣控制線路設(shè)計。 通過畢業(yè)設(shè)計學(xué)到了很多知識，收獲很大。 經(jīng)過設(shè)計，分析得出了以下結(jié)論： （1） 進行了主傳動設(shè)計 （2） 對傳動件進行了估算和驗算 （3） 對各部件斷行了結(jié)構(gòu)設(shè)計 （4） 對主軸組件進行了驗算 這次畢業(yè)設(shè)計為我們走向工作崗位尊定了基礎(chǔ)。 致謝 在本課題的選題，設(shè)計直至最后的論文寫作過程中，始終的到了XXX老師的悉心指導(dǎo)和大力幫助。這位老師一絲不茍的治學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹?shù)目蒲凶黠L(fēng)，廣博的知識，忘我的工作作風(fēng)，都給作者留下深刻的印象，必將激勵我在今后的學(xué)習(xí)和工作中不斷前進。值此論文脫稿之際，謹向這位導(dǎo)師致意和崇高的敬意。 同時感謝院，系，老師的關(guān)心和支持。 謝謝各位專家，教授對論文的評審和指導(dǎo)。 最后，對所有幫助過我的人表示衷心的感謝!!!。 XXX 2006-6-13 參考文獻 [1]．金屬切削機床設(shè)計 戴曙編 機械工業(yè)出版社 1999年出版 [2]．機床主軸變速箱 曹金榜編 機械工業(yè)出版社 1987年出版 [3]．機床設(shè)計圖冊 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1979年出版 [4]．機床課程設(shè)計圖冊 高等教育出版社 1994年出版 [5]．機床設(shè)計手冊 1）通用標(biāo)準(zhǔn)（ 上，下冊） 2）零件設(shè)計 （上，下冊） 機械工業(yè)出版社 [6]機械設(shè)計基礎(chǔ) 揚可楨.程光蘊等. 高等教育出版社 1995年出版 其它 公差與技術(shù)測量 機床零件 機床原理 金屬切削機床 [7]．AutoCAD [8]．Office2000 [9]．機床電氣控制技術(shù)