SSCK20系列數(shù)控車床主軸箱設(shè)計(jì)【優(yōu)秀設(shè)計(jì)含全套CAD圖紙】,優(yōu)秀設(shè)計(jì)含全套CAD圖紙,ssck20,系列,數(shù)控車床,主軸,設(shè)計(jì),優(yōu)秀,優(yōu)良,全套,cad,圖紙 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 摘 要 此次設(shè)計(jì)是以SSCK20系列數(shù)控車床主軸箱設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容。講述了數(shù)控機(jī)床主軸箱的組成、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)方法。主軸箱又稱床頭箱，是數(shù)控機(jī)床的主要傳動(dòng)系統(tǒng)它包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件，它的主要任務(wù)是將主電機(jī)傳來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過一系列的變速機(jī)構(gòu)使主軸達(dá)到所需的正反兩種轉(zhuǎn)向的不同轉(zhuǎn)速，同時(shí)主軸箱分出部分動(dòng)力將運(yùn)動(dòng)傳給進(jìn)給箱。主軸箱中主軸是車床的關(guān)鍵零件。主軸在軸承上運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性直接影響工件的加工質(zhì)量，一旦主軸的旋轉(zhuǎn)精度降低，機(jī)床的使用價(jià)值就會(huì)降低。它與普通車床的主軸箱比較，相對(duì)于比較簡(jiǎn)單只有兩極或三級(jí)齒輪變速系統(tǒng)，它主要是用以擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速的范圍，以滿足一定恒功率和轉(zhuǎn)速的問題。 主軸箱作為數(shù)控車床的主要組成部分，對(duì)數(shù)控車床的加工性能起著至關(guān)重要的作用，因而主軸箱的設(shè)計(jì)就顯得格外的重要。 關(guān)鍵詞：數(shù)控車床 主軸箱 主傳動(dòng) 設(shè)計(jì) Abstract This design takes the NC lathe headstock design as the primary coverage。It has mainly narrated the composition, the structure, the design requirements and the design method of the numerically-controlled machine tool headstock。The headstock is the main drive system of numerically-controlled machine tool, it includs electric motor, transmission system and spindle unit, its primary mission is advocates rotary motion which the electrical machinery transmits through a series of gearshift mechanism to enable the main axle to achieve the pro and con two kinds change different rotational speed, simultaneously the headstock branches out partial powers to pass to the movement the gear box.. In the headstock the main axle is lathe's crucial element, the stability of the main axle revolving on the bearing, influence work piece processing quality immediately. Once the main axle's running accuracy reduces, the lathe’s use value will reduce. It compares with conventional lathe's headstock, it is opposite with that in quite simple only the two-pole or the third-level gear's speed change system. It is mainly uses to expand the electric motor stepless speed regulation the scope, to satisfy the certainly permanent power and the rotational speed. As the key component of the numerical control lathe, the headstock plays a very important role to the numerical control lathe's workability, therefore headstock's design appears important especially. 目錄 緒 論 5 1 設(shè)計(jì)題目與內(nèi)容 6 1.1 題目 6 1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 6 2 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 2.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) 7 2.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 7 2.3 主傳動(dòng)系統(tǒng)的配置方式 9 2.4 主傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 2.5 主傳動(dòng)變速系統(tǒng)的參數(shù) 11 2.5.1 主傳動(dòng)功率參數(shù) 11 2.5.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 11 2.6 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 2.6.1 無級(jí)變速傳動(dòng)設(shè)計(jì)原則 14 2.6.2 轉(zhuǎn)速圖的設(shè)定 15 2.6.3 齒輪齒數(shù)的確定 17 2.6.4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 19 2.6.5 主軸及各傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定 20 2.6.6 各傳動(dòng)軸軸徑的估算 20 2.6.7 齒輪模數(shù)的估算 22 2.7 皮帶輪的設(shè)計(jì) 24 3 車床主軸部件 29 3.1 車床主軸組件的基本要求 29 3.1.1 旋轉(zhuǎn)精度 29 3.1.2 剛度 29 3.1.3 抗振性 29 3.1.4 耐磨性 30 3.1.5 溫升和熱變形 30 3.1.6 精度保持性 30 3.2 主軸組件的傳動(dòng)方式 30 3.2.1 主軸傳動(dòng)部件位置的合理布置 30 4 主軸的設(shè)計(jì) 32 4.1 主軸的結(jié)構(gòu) 32 4.2 主軸的材料與熱處理 32 4.3 主軸的技術(shù)要求 32 4.4 主軸主要參數(shù)的計(jì)算 33 4.4.1 主軸直徑 33 4.4.2 主軸的內(nèi)孔直徑 33 4.4.3主軸前端的懸伸量及主軸的支撐跨距 34 4.5 主軸端部的結(jié)構(gòu)形式 35 5 主軸軸承的選擇 36 5.1 主軸部件軸承的選擇 36 5.2 主軸滾動(dòng)軸的選擇 36 5.3 滾動(dòng)軸的精度選擇 39 6 機(jī)床零件的驗(yàn)算 41 6.1 傳動(dòng)軸的驗(yàn)算 41 6.2 齒輪的驗(yàn)算 47 6.2.1 第一對(duì)齒輪的驗(yàn)算 49 6.2.2 第二對(duì)齒輪的驗(yàn)算 50 6.2.3 第三對(duì)齒輪的驗(yàn)算 52 6.3 滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算 53 結(jié)束語 55 致 謝 56 參考文獻(xiàn) 57 附錄 A 英文原文 58 附錄B 英文譯文 66 緒 論 隨著市場(chǎng)上產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快和對(duì)零件精度提出更高的要求，傳統(tǒng)機(jī)床已不能滿足要求。數(shù)控機(jī)床由于眾多的優(yōu)點(diǎn)已成為現(xiàn)代機(jī)床發(fā)展的主流方向。它的發(fā)展代表了一個(gè)國(guó)家設(shè)計(jì)、制造的水平，在國(guó)內(nèi)外都受到高度重視。 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是信息集成和系統(tǒng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)設(shè)備，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化程度高、對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過程的數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向?？梢哉f，機(jī)械制造競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)質(zhì)就是數(shù)控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。 本課題的目的和意義在于通過設(shè)計(jì)中運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的理論知識(shí)，生產(chǎn)實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐知識(shí)，達(dá)到鞏固、加深和擴(kuò)大所學(xué)知識(shí)的目的。通過設(shè)計(jì)分析比較機(jī)床的某些典型機(jī)構(gòu)，進(jìn)行選擇和改進(jìn)，學(xué)習(xí)構(gòu)造設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算和編寫技術(shù)文件，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)步驟和方法的目的。通過設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)查閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和資料，達(dá)到積累設(shè)計(jì)知識(shí)和提高設(shè)計(jì)能力的目的。通過設(shè)計(jì)獲得設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造一定的條件。 近年來國(guó)際上數(shù)控機(jī)床的發(fā)展不斷朝著高速化、高精度化、功能復(fù)合化、控制智能化、體系開放化、驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化、極端化、信息交互網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展。我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國(guó)數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績(jī)。特別是最近幾年，我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但是我們也必須看到與發(fā)達(dá)國(guó)家相比我們還有很大的差距。國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床還缺乏核心技術(shù)，中高檔機(jī)床仍需從國(guó)外進(jìn)口，其主要原因在于缺乏對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)與精度、可靠性等基礎(chǔ)性技術(shù)的研究、制造水平落后等。 1 設(shè)計(jì)題目與內(nèi)容 1.1 題目 SSCK20系列數(shù)控車床的主軸箱設(shè)計(jì)，其主要參數(shù)如下： 最大加工直徑 200mm， 車床的轉(zhuǎn)速范圍 90r/min—2700r/min， 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 最高轉(zhuǎn)速3000r/min，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min， 電動(dòng)機(jī)額定功率 11Kw， 試確定其主軸箱結(jié)構(gòu)，并根據(jù)以上參數(shù)要求，對(duì)該型號(hào)的數(shù)控車床主軸箱進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要是主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并通過計(jì)算，驗(yàn)算整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。 1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 該設(shè)計(jì)主要包括三方面的內(nèi)容：一、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，根據(jù)機(jī)床用途、規(guī)格、主軸極限轉(zhuǎn)速，擬定轉(zhuǎn)速圖、傳動(dòng)系統(tǒng)圖、計(jì)算帶輪直徑和齒輪齒數(shù)。二、動(dòng)力設(shè)計(jì)，根據(jù)機(jī)床類型、規(guī)格及工作條件，確定主電動(dòng)機(jī)功率；確定主軸及各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速；初定傳動(dòng)軸直徑、齒輪模數(shù)，確定傳動(dòng)帶型號(hào)及帶根數(shù)。在結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，再對(duì)機(jī)床主要傳動(dòng)件、零件，進(jìn)行應(yīng)力、變形和壽命的驗(yàn)算，并修改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。三、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力設(shè)計(jì)之后，還要將主傳動(dòng)方案“結(jié)構(gòu)化”。要設(shè)計(jì)主軸變速箱裝配圖及零件工作圖，側(cè)重進(jìn)行傳動(dòng)軸組件、主軸組件、變速機(jī)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑與密封，以及主軸、傳動(dòng)軸、滑移齒輪、操縱元件、箱體等零件的設(shè)計(jì)。主軸是數(shù)控車床的關(guān)鍵部位，其結(jié)構(gòu)優(yōu)劣對(duì)加工中心的性能有很大的影響，因此，在設(shè)計(jì)的過程中要多加注意。主軸前后的受力不同，故要選用不同的軸承。 第二章 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主傳動(dòng)系統(tǒng)是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)，它應(yīng)具有一定的轉(zhuǎn)速（速度）和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同的材料，不同尺寸，不同要求的工件，并能方便的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的開停，變速，換向和制動(dòng)等。 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件，它與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，這是因?yàn)樽兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速來承擔(dān)，剩去了復(fù)雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，有些只有二級(jí)或三級(jí)齒輪變速系統(tǒng)用以擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速的范圍。 2.1 主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) 與普通機(jī)床比較，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)具有下列特點(diǎn)： 轉(zhuǎn)速高、功率大。它能使數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大功率切削和高速切削，實(shí)現(xiàn)高效率加工。 變速范圍寬。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)有較寬的調(diào)速范圍，一般Ra>100，以保證加工時(shí)能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床常用變速電機(jī)拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。常用的電機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和交流調(diào)頻電機(jī)兩種。目前，中小型數(shù)控機(jī)床中，交流調(diào)頻電機(jī)占優(yōu)勢(shì)，有取代直流電機(jī)之勢(shì)。設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意機(jī)床主軸與電動(dòng)機(jī)在功率特性方面的匹配。交流調(diào)頻電機(jī)通常是通過調(diào)頻進(jìn)行變速?zèng)]，一般為籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；無電刷，因而最高轉(zhuǎn)速不受火花限制；采用全封閉結(jié)構(gòu)，具有空氣強(qiáng)冷，保證高轉(zhuǎn)速和較強(qiáng)的超載能力，具有很寬的調(diào)速范圍。 主軸變速迅速可靠，數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。由于直流和交流主軸電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)日趨完善，所以不僅能夠方便地實(shí)現(xiàn)寬范圍無級(jí)變速，而且減少了中間傳遞環(huán)節(jié)，提高了變速控制的可靠性。 主軸組件的耐磨性高，使傳動(dòng)系統(tǒng)具有良好的精度保持性。凡有機(jī)械摩擦的部位，如軸承、錐孔等都有足夠的硬度，軸承處還有良好的潤(rùn)滑。 2.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)因機(jī)床的類型、性能、規(guī)格尺寸等因素而不同，應(yīng)滿足的要求也不一樣。設(shè)計(jì)機(jī)床主傳動(dòng)系時(shí)最基本的原則就是以最經(jīng)濟(jì)、合理的方式滿足既定的要求。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合具體機(jī)床進(jìn)行具體分析。一般應(yīng)滿足下述基本要求： 1. 滿足機(jī)床使用性能要求。首先要滿足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)性能，如機(jī)床的主軸有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)（對(duì)于主傳動(dòng)為直線傳動(dòng)的機(jī)床，則有足夠的每分鐘雙行程數(shù)范圍及變速級(jí)數(shù)）。傳動(dòng)系設(shè)計(jì)合理，操縱方便靈活、迅速、安全可靠等。 2. 滿足機(jī)床傳遞動(dòng)力要求。主電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠提供和傳遞足夠的功率和扭矩，具有較高的傳動(dòng)效率。 3. 滿足工作性能的要求。主傳動(dòng)中所有的零部件要有足夠的剛度、精度和抗振性，熱變形特性穩(wěn)定。 4. 滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性的要求。傳動(dòng)鏈盡可能簡(jiǎn)短，零件數(shù)目要少，以便節(jié)省材料，降低成本。 5. 調(diào)整維修方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，便于加工和轉(zhuǎn)配。防護(hù)性能好使用壽命長(zhǎng)。 數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機(jī)床主傳動(dòng)要求外，還提出如下要求： 1.具有更大的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速 數(shù)控機(jī)床為了保證加工時(shí)能選用合理的切削用量，充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，必須具有最高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。 2.具有較高的精度和剛度，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低 數(shù)控機(jī)床加工精度的提高，與主傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動(dòng)件的制造精度與剛度，齒輪齒面進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱淬火增加耐磨性； 3.良好的抗振性和熱穩(wěn)定性 數(shù)控機(jī)床上一般既要進(jìn)行粗加工，又要進(jìn)行精加工；加工時(shí)可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻、運(yùn)動(dòng)部件不平衡以及切削過程中的自激振動(dòng)等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動(dòng)，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時(shí)甚至破壞刀具或零件，使加工無法進(jìn)行。因此在主傳動(dòng)系統(tǒng)中各主要零部件不但要具有一定的 靜剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動(dòng)的能力——抗振性。 機(jī)床在切削加工中主傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生熱變形，破壞了零部件之間的相對(duì)位置精度和運(yùn)動(dòng)精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低傳動(dòng)效率，影響到生產(chǎn)率。為此，要求主軸部件具有較高的熱穩(wěn)定性，通過保持合適的配合間隙，并進(jìn)行循環(huán)潤(rùn)滑保持熱平衡等措施來實(shí)現(xiàn)。 2.3 主傳動(dòng)系統(tǒng)的配置方式 數(shù)控機(jī)床的調(diào)速是按照控制指令自動(dòng)執(zhí)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。在主傳動(dòng)系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動(dòng)機(jī)和直流主軸電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。為擴(kuò)大調(diào)速范圍，適應(yīng)低速大轉(zhuǎn)矩的要求，也經(jīng)常應(yīng)用齒輪有級(jí)調(diào)速和電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式。 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有四種配置方式。 (1) 帶有變速齒輪的主傳動(dòng) 大、中型數(shù)控機(jī)床采用這種變速方式。通過少數(shù)幾對(duì)齒輪降速，擴(kuò)大輸出轉(zhuǎn)矩，一滿足主軸低速時(shí)對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩特性的要求。數(shù)控機(jī)床在交流或直流電動(dòng)機(jī)無級(jí)變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無級(jí)變速。滑移齒輪的移位大都采用液壓缸加撥叉，或者直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來實(shí)現(xiàn)。 (2) 通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng) 這種傳動(dòng)主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床。電動(dòng)機(jī)本身的調(diào)速能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以避免齒輪傳動(dòng)引起的振動(dòng)與噪聲。它適用于高速、低轉(zhuǎn)矩特性要求的主軸。常用的是V帶和同步齒形帶。 (3) 用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸 這是上述兩種方式的混合傳動(dòng)，具有上述兩種性能。高速時(shí)電動(dòng)機(jī)通過帶輪直接驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)；低速時(shí)，另一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過兩級(jí)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴(kuò)大了變速范圍，克服了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠且電動(dòng)機(jī)功率不能充分利用的缺陷。 (4) 內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 這種主傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸影響較大。 圖（a）帶有變速齒輪的主傳動(dòng) 圖（b）一級(jí)帶傳動(dòng)變速方式 圖(c) 調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式 圖(d) 電主軸直接驅(qū)動(dòng)方式 此次設(shè)計(jì)采用的是將前兩種方式結(jié)合的設(shè)計(jì)方法，電動(dòng)機(jī)與主軸箱之間采用帶傳動(dòng)，主軸箱內(nèi)部采用變速齒輪來進(jìn)行變速的主傳動(dòng)。這樣結(jié)合了兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，既能夠保證傳遞的平穩(wěn)，又能夠獲得較大的變速范圍。 2.4 主傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是將傳動(dòng)方案“結(jié)構(gòu)化”，向生產(chǎn) 提供主傳動(dòng)部件裝配圖，零件工作圖及零件明細(xì)表等。 在機(jī)床初步設(shè)計(jì)中，考慮主軸變速箱機(jī)床上位置，其他部件的相互關(guān)系，只是概略給出形狀與尺寸要求，最終還需要根據(jù)箱內(nèi)各元件的實(shí)際結(jié)構(gòu)與布置才確定具體方案，在可能的情況下，設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減小主軸變速箱的軸向和徑向尺寸，以便節(jié)省材料，減輕質(zhì)量，滿足使用要求。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意對(duì)于不同情況要區(qū)別對(duì)待，如某些立式機(jī)床和搖臂鉆床的主軸箱；要求較小的軸向尺寸而對(duì)徑向尺寸要求并不嚴(yán)格；但有的機(jī)床，如臥式銑鏜床、龍門銑床的主軸箱要沿立柱或橫梁導(dǎo)軌移動(dòng)，為減少其顛覆力矩，要求縮小徑向尺寸。 機(jī)床主傳動(dòng)部件即主軸變速箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：主軸組件設(shè)計(jì)，操縱機(jī) 構(gòu)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)軸組件設(shè)計(jì)，其他機(jī)構(gòu)（如開停、制動(dòng)及換向機(jī)構(gòu)等）設(shè)計(jì)，潤(rùn)滑與密 封裝置設(shè)計(jì)，箱體及其他零件設(shè)計(jì)等。 主軸變速箱部件裝配圖包括展開圖、橫向剖視圖、外觀圖及其他必要的局部視圖等。繪制展開圖和橫向剖視圖時(shí)，要相互照應(yīng)，交替進(jìn)行，不應(yīng)孤立割裂地設(shè)計(jì)，以免顧此失彼。給制出部件的主要結(jié)構(gòu)裝配草圖之后，需要檢查各元件是否相碰或干涉，再根據(jù)動(dòng)力計(jì)算的結(jié)果修改結(jié)構(gòu)，然后細(xì)化、完善裝配草圖，并按制圖標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加深，最后進(jìn)行尺寸、配合及零件標(biāo)注等。 2.5 主傳動(dòng)變速系統(tǒng)的參數(shù) 機(jī)床主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)有動(dòng)力參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。動(dòng)力參數(shù)是指主運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率，運(yùn)動(dòng)參數(shù)是指主運(yùn)動(dòng)的變速范圍。 2.5.1 主傳動(dòng)功率參數(shù) 機(jī)床主傳動(dòng)的功率可根據(jù)切削功率與主傳動(dòng)傳動(dòng)鏈的總效率η 由下式確定： 　　　　　　　　　　(2.1) 數(shù)控機(jī)床的加工范圍一般都比較大，切削功率可根據(jù)有代表性的加工情況，由其主切削抗力按下式確定： (2.2) 式中 ——主切削力的切向分力() —— 切削速度； ——切削扭矩； —— 主軸轉(zhuǎn)速。 主傳動(dòng)的總效率一般取，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)多用調(diào)速電機(jī)和有限的機(jī)械變速傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，傳動(dòng)鏈較短，因此，效率可取較大值。 2.5.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 運(yùn)動(dòng)參數(shù)是指機(jī)床執(zhí)行件如主軸、工件安裝部件（工作臺(tái)、刀架）的運(yùn)動(dòng)速度。 1．主軸轉(zhuǎn)速的確定 主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主軸轉(zhuǎn)速n 由切削速度v 和工件或刀具的直徑 d 來確定： (2.3) 2. 主軸最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的確定 對(duì)于數(shù)控機(jī)床，為了適應(yīng)切削速度和工件或刀具直徑的變化，主軸的最高、最低轉(zhuǎn)速可由下式確定： (2.4) (2.5) 式中 、——主軸的最高、最低轉(zhuǎn)速； 、——最高、最低的切削速度； 、——相應(yīng)最大、最小計(jì)算轉(zhuǎn)徑(mm)； 3．主軸的變速范圍 主軸的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比值，稱為主軸的變速范圍，用表示,即： (2.6) 4．主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 對(duì)于主傳動(dòng)采用無級(jí)變速系統(tǒng)的機(jī)床，主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速可由下式求出： (2.7) 5．主軸恒功率的變速范圍 對(duì)于主傳動(dòng)采用無級(jí)變速系統(tǒng)的機(jī)床，主軸恒功率的調(diào)速范圍可由下式求出 (2.8) 6．電動(dòng)機(jī)恒功率的調(diào)速范圍 對(duì)于主傳動(dòng)采用無級(jí)變速系統(tǒng)的機(jī)床，電動(dòng)機(jī)恒功率的調(diào)速范圍可由下式求出： (2.9) 式中 ——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（r/min）。 2.6 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主傳動(dòng)系一般由動(dòng)力源（如電動(dòng)機(jī)）、變速裝置及執(zhí)行件（如主軸、刀架、工作臺(tái)），以及開停、換向和制動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成。動(dòng)力源給執(zhí)行件提供動(dòng)力，并讓其得到一定的運(yùn)動(dòng)速度和方向；變速裝置傳遞動(dòng)力以及變換運(yùn)動(dòng)速度；執(zhí)行件執(zhí)行機(jī)床所需的運(yùn)動(dòng)，完成旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)。 主傳動(dòng)系按照變速的連續(xù)性可以分為分級(jí)變速傳動(dòng)和無級(jí)變速傳動(dòng)。分級(jí)變速傳動(dòng)在一定的變速范圍內(nèi)只能得到某些轉(zhuǎn)速，變速級(jí)數(shù)一般不超過20-30級(jí)。分級(jí)變速傳動(dòng)凡事有滑移齒輪變速、交換齒輪變速和離合器（如摩擦式、牙嵌式、齒輪式離合器）變速。因它傳遞功率較大，變速范圍廣，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作可靠，廣泛的應(yīng)用于通用機(jī)床，尤其是中小型通用機(jī)床中。缺點(diǎn)是有速度缺失，不能再運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)行變速。 無級(jí)變速傳動(dòng)可以在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到最有利的切削速度；能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于實(shí)現(xiàn)變速自動(dòng)化；能在負(fù)載下變速，便于車削大端面時(shí)保持恒定的切削速度，以提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。由于此次設(shè)計(jì)的是數(shù)控車床的主軸箱，故采用無級(jí)變速系統(tǒng)，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇到理想的切削速度，這樣既有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。 機(jī)床主傳動(dòng)和進(jìn)給傳動(dòng)中采用無級(jí)變速系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是： 1. 可進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，以得到最有利的切削用量和最小的相對(duì)生產(chǎn)率損失； 2. 允許在負(fù)載下變速，可隨時(shí)修改切削用量，以避免產(chǎn)生振動(dòng)； 3. 縮短變速時(shí)間，便于實(shí)現(xiàn)遙控和自動(dòng)控制； 4. 可實(shí)現(xiàn)車端面時(shí)保持恒定的切削速度，換向迅速而平穩(wěn)，可大大簡(jiǎn)化齒輪變速箱，減少制造工作量； 5. 縮短傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)平穩(wěn)性等。 缺點(diǎn)是有些無級(jí)變速系統(tǒng)成本較高。 機(jī)床主傳動(dòng)中采用的無級(jí)變速裝置有三大類：變速電動(dòng)機(jī)、機(jī)械無級(jí)變速裝置和液壓無級(jí)變速裝置。 機(jī)械無級(jí)變速裝置是機(jī)床主傳動(dòng)中常用的無級(jí)變速裝置。 機(jī)械無級(jí)變速器有鋼球式、寬帶式等多種結(jié)構(gòu)，它們都是利用摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，通過連續(xù)地改變摩擦傳動(dòng)副工作半徑來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。由于它的變速范圍較小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代機(jī)床變速范圍的要求。因此，機(jī)械無級(jí)變速器須串聯(lián)有級(jí)變速箱，以擴(kuò)大其變速范圍。 2.6.1 無級(jí)變速傳動(dòng)設(shè)計(jì)原則 1．盡量選擇功率或扭矩特性符合傳動(dòng)系要求的無級(jí)變速裝置。如執(zhí)行件作直線主運(yùn)動(dòng)的主傳動(dòng)系，對(duì)變速裝置的要求是恒扭矩傳動(dòng)；如主傳動(dòng)系要求恒功率傳動(dòng)，就應(yīng)該選擇恒功率無級(jí)變速裝置。 　 2．無級(jí)變速系統(tǒng)裝置單獨(dú)使用時(shí)，其調(diào)速范圍較小，滿足不了要求，尤其是恒功率調(diào)速范圍往往遠(yuǎn)小于機(jī)床實(shí)際需要的恒功率變速范圍。為此，常把無級(jí)變速裝置與機(jī)械分級(jí)變速箱串聯(lián)在一起使用，以擴(kuò)大恒功率變速范圍和整個(gè)變速范圍。如機(jī)床主軸要求的變速范圍為Rn，選取的無級(jí)變速裝置的變速范圍為，串聯(lián)分級(jí)變速箱的變速范圍應(yīng)為： (2.10) 式中 ——機(jī)械分級(jí)變速箱的變速級(jí)數(shù)； ——機(jī)械分級(jí)變速箱的公比。 通常，無級(jí)變速裝置作為傳動(dòng)系中的基本組，而分級(jí)變速作為擴(kuò)大組，其公比理論上應(yīng)等于無級(jí)變速裝置的變速范圍。實(shí)際上由于機(jī)械無級(jí)變速裝置屬于摩擦傳動(dòng)，有相對(duì)滑動(dòng)現(xiàn)象，可能得不到理論上的轉(zhuǎn)速。為了得到連續(xù)的無級(jí)變速，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該使分級(jí)變速箱的公比略小于無級(jí)變速裝置的變速范圍，即取使轉(zhuǎn)速之間有一小段重疊，保證轉(zhuǎn)速連續(xù)。 在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)時(shí)，必須要考慮電動(dòng)機(jī)與機(jī)床主軸功率特性匹配問題。由于主軸要求的恒功率變速范圍遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍，所以在電動(dòng)機(jī)與主軸之間要串聯(lián)一個(gè)分級(jí)變速箱，以擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍，滿足低速大功率切削時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出功率的要求。 　　在設(shè)計(jì)分級(jí)變速箱時(shí)，考慮機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性要求等因素，變速箱公比的選取有下寫列情況： (1)取變速箱的公比等于電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍。即，功率特性圖是連續(xù)的，無缺口和無重合。如變速箱的變速級(jí)數(shù)為，則主軸的恒功率變速范圍等于 　　變速箱的變速級(jí)數(shù)可由下式算出 (2.11) (2) 若要簡(jiǎn)化變速箱結(jié)構(gòu)，希望變速級(jí)數(shù)少一些，則不得不取較大的公比。變速箱公比　可取大于電動(dòng)機(jī)恒功率的調(diào)速范圍，即。這時(shí)，變速箱每擋內(nèi)有部分轉(zhuǎn)速只能恒扭矩變速，主傳動(dòng)系功率特性圖中出現(xiàn)“缺口”，稱之功率降低區(qū)。使用“缺口”范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速時(shí)，為限制扭矩過大，得不到電動(dòng)機(jī)輸出的全部功率。為保證缺口處的輸出功率，電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)相應(yīng)增大。這就是說，簡(jiǎn)化變速箱是以選擇較大功率的電機(jī)作為代價(jià)的。若級(jí)數(shù)取小些，則根據(jù)式(2.12)計(jì)算出公比： (2.12) (3) 如果數(shù)控機(jī)床為了恒線速切削需在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速時(shí)，取變速箱公比小于電動(dòng)機(jī)恒功率的調(diào)速范圍，即，在主傳動(dòng)系功率特性圖上有小段重合，這時(shí)變速箱的變速級(jí)數(shù)仍可由式(2.11)算出。 2.6.2 轉(zhuǎn)速圖的設(shè)定 轉(zhuǎn)速圖能夠清楚的表達(dá)出：傳動(dòng)軸的數(shù)目，主軸及各傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)、轉(zhuǎn)速值及其傳動(dòng)路線，變速組的個(gè)數(shù)、傳動(dòng)順序及擴(kuò)大順序，各變速組的傳動(dòng)副數(shù)及其傳動(dòng)比數(shù)值，變速規(guī)律等。 首先根據(jù)最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速確定變速范圍，選擇合適的公比后再確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，繪制轉(zhuǎn)速圖。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，已知SSCK20型數(shù)控車床的最大加工直徑為200mm，車床的轉(zhuǎn)速范圍為50r/min—2400r/min，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為3000r/min，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，電動(dòng)機(jī)額定功率為11Kw，試確定其主軸箱結(jié)構(gòu)。 計(jì)算如下： (1) 確定主軸的變速范圍 (2) 確定主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 由于數(shù)控機(jī)床主軸的變速范圍大，計(jì)算轉(zhuǎn)速應(yīng)比計(jì)算值高些，所以圓整取計(jì)算轉(zhuǎn)速nc=。 (3) 確定主軸的恒功率變速范圍 (4) 確定電動(dòng)機(jī)所能夠提供的恒功率變速范圍 由于Rnp>Rdp，電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要串聯(lián)一個(gè)有級(jí)變速箱，以滿足主軸的恒功率調(diào)速范圍。 (5) 確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 取，則 對(duì)于數(shù)控車床，為了加工端面時(shí)滿足恒線速度切削的要求，應(yīng)使轉(zhuǎn)速有一些重復(fù)，故取。則 ==1.94<2,則變速箱內(nèi)的每一檔均為恒功率變速，不會(huì)出現(xiàn)缺口，不會(huì)影響機(jī)床的使用性能。 (6) 擬定轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖如圖2.1所示 圖2.1數(shù)控車床轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖 在設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要全面考慮，特別要注意結(jié)構(gòu)尺寸和傳動(dòng)性能的影響，以便擬定出更加完善合理的轉(zhuǎn)速圖方案。 2.6.3 齒輪齒數(shù)的確定 1．確定齒輪齒數(shù)應(yīng)注意的問題： ① 齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過大，以免加大兩軸之間的中心距，使機(jī)床的機(jī)構(gòu)龐大；同時(shí)，增加齒數(shù)和，還會(huì)提高齒輪的線速度而加大噪音。一般推薦齒數(shù)和。 ② 齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過小，應(yīng)考慮： 　 a. 最小齒輪不產(chǎn)生根切現(xiàn)象，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，一般取最小齒數(shù)。 　 b. 受結(jié)構(gòu)限制的各齒輪（尤其是最小齒輪），應(yīng)能可靠地裝到軸上或進(jìn)行套裝；齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽的厚度(為模數(shù)），以保證有足夠的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)變形或斷裂現(xiàn)象。 　 c. 兩軸間最小中心距應(yīng)取得適宜。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結(jié)構(gòu)之間的距離過近或相碰。 ③ 確定齒輪齒數(shù)時(shí)，應(yīng)符合轉(zhuǎn)速圖上傳動(dòng)比的要求。實(shí)際傳動(dòng)比（齒輪齒數(shù)之比）與理論傳動(dòng)比（轉(zhuǎn)速圖上給定的傳動(dòng)比）之間允許有誤差，但不應(yīng)過大。由于確定齒輪齒數(shù)所造成的主軸轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差，一般于允許超過。即 式中 ——主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速； 　　——主軸的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速； 　　 ——公比。 2．確定齒輪齒數(shù)（變速組內(nèi)齒輪模數(shù)相同時(shí)齒輪齒數(shù)的定）： 確定齒輪齒數(shù)時(shí)，首先必須確定出各變速組內(nèi)齒輪副的模數(shù)，以便根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸判斷其最小齒輪齒數(shù)或齒數(shù)和是否適宜。在同一變速組內(nèi)的齒輪可取相同的模數(shù)，也可取不同的模數(shù)。 后者只有在一些特殊的情況下，如最后擴(kuò)大組或背輪傳動(dòng)中，因各齒輪副的速度變化大，受力情況相差也較大，在同一變速組內(nèi)才采用不同的模數(shù)。在本課程設(shè)計(jì)中，同一變速組內(nèi)的齒輪取相同的模數(shù)。 在同一變速組內(nèi)，各對(duì)齒輪的齒數(shù)之比，必須滿足轉(zhuǎn)速圖上已經(jīng)確定的傳動(dòng)比。 　 計(jì)算公式為： (2.13) (2.14) 式中 ——分別為齒輪副的主動(dòng)與從動(dòng)齒輪的齒數(shù)； ——齒輪副的傳動(dòng)比； 　　——齒輪副的齒數(shù)和。 確定變速組的齒數(shù)和時(shí)，一般地說主要是受最小齒輪的限制。顯然最小齒輪是在變速組內(nèi)降速比或升速比最大的一對(duì)齒輪中，因此可先假定該小齒輪的齒數(shù)，根據(jù)傳動(dòng)比求出齒數(shù)和，然后按各齒輪副的傳動(dòng)比，再分配其他齒輪副的齒數(shù)；如果傳動(dòng)比誤差較大，應(yīng)重新調(diào)整齒數(shù)和，再按傳動(dòng)比分配齒數(shù)。 根據(jù)轉(zhuǎn)速圖確定的傳動(dòng)比可初步確定各軸的齒輪如下 (1) Ⅰ軸與Ⅱ軸的中間齒輪的齒數(shù) 取 根據(jù)上式求得 且，所以滿足要求。 (2) Ⅱ軸與Ⅲ軸之間齒輪的齒數(shù) ① 取 根據(jù)上式求得 且，所以滿足要求。 ② 取 根據(jù)上式求得 且，所以滿足要求。 2.6.4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 圖2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 2.6.5 主軸及各傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定 (1) 主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定： 根據(jù)轉(zhuǎn)速圖得中型車床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。 (2) 各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定 主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速確定后，就可以從轉(zhuǎn)速圖上得出各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，對(duì)于上述轉(zhuǎn)速圖可得各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速如下： Ⅰ軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速： Ⅱ軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速： Ⅲ軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速： 2.6.6 各傳動(dòng)軸軸徑的估算 根據(jù)傳動(dòng)軸傳動(dòng)的功率大小，用扭轉(zhuǎn)剛度公式進(jìn)行初步的計(jì)算。 式中 d——受扭部分的最小直徑（mm），計(jì)算值應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑系列； K——鍵槽系數(shù)，按表選??； A——根據(jù)許用扭轉(zhuǎn)角確定的系數(shù)，按表2.1選??； d——傳動(dòng)軸受扭部分的直徑（mm）； P——電動(dòng)機(jī)額定功率 （Kw）； η——從電動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的軸的機(jī)械效率，見表2.2 ——被估算的傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（）。 表2.1 估算軸徑時(shí)A和K值 [] 0.25 0.5 1 1.5 2 A 130 110 92 83 77 K 無鍵 單鍵 雙鍵 花鍵 軸內(nèi)徑 1 1.04~1.05 1.07~1.1 0.93 表2.2 各傳動(dòng)機(jī)械效率的概略值 類別 傳動(dòng)件 平均機(jī)械效率 齒輪傳動(dòng) 直齒圓柱齒輪，磨齒 0.99 帶傳動(dòng) V帶 0.96 滾動(dòng)軸承 滾子軸承 0.99 表2.3 主軸前軸頸直徑D1 主電動(dòng)機(jī)功率kW 5.5 7.5 11 15 臥式車床 60~90 75~110 90~120 100~160 升降臺(tái)銑床 60~90 75~100 90~100 100~120 外圓磨床 55~70 70~80 75~90 75~100 由于各傳動(dòng)軸屬于一般傳動(dòng)軸，所以取[]，所對(duì)應(yīng)的，電動(dòng)機(jī)的額定功率。 （1）Ⅰ軸軸徑的估算 由于Ⅰ軸上兩個(gè)平鍵，所以取 且 為保證強(qiáng)度，圓整后取 （2）Ⅱ軸軸徑的估算 由于Ⅱ軸是花鍵軸，所以取 且 圓整后取 （3）Ⅲ軸軸徑的估算 Ⅲ軸為主軸，其前軸徑的尺寸，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定功率，查表2.3，應(yīng)在90~120之間，取。則后軸徑為： 圓整后取 2.6.7 齒輪模數(shù)的估算 初步計(jì)算齒輪模數(shù)時(shí)，按簡(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行。一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪進(jìn)行計(jì)算。從等強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，可減小其它齒輪的寬度，使齒輪基本上處于在相近的接觸應(yīng)力或彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作。這樣一來，還可以縮短該傳動(dòng)組的軸向尺寸。模數(shù)的估算公式如下面公式 　　　　 式中 mj——按接觸疲勞強(qiáng)度估算的齒輪模數(shù)（mm），應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值； P——電動(dòng)機(jī)額定功率（kW）； 　　 nj ——被估算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）； u ——大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，u>1,外嚙合為“+”號(hào)，內(nèi)嚙合為“-”號(hào)； 　　 Z ——小齒輪齒數(shù)； φm ——齒寬系數(shù)， φm=B/m=6～10，B為齒寬，m為模數(shù)； 表 2.4 許用接觸應(yīng)力 齒輪材料 許用應(yīng)力 材料 熱處理 機(jī)械性能 接觸應(yīng)力 （Mpa） 彎曲應(yīng)力 （Mpa） 強(qiáng)度極限 （Mpa） 屈服極限 （Mpa） 硬 度 45 正火（Z） 610 360 HC229 750 190 45 調(diào)質(zhì)（T235） 750 450 HB=220-250 600 220 45 整淬（C42） 1200 1000 HRC=10-50 1100 320 45 高頻淬火（G54） HRC=52-57 1370 280 40 調(diào)質(zhì)（T265） 1000 800 HB=250-280 650 275 40 整淬（C48） 1500-1600 1300-1400 HRC=46-51 1250 385 40 高頻淬火（G52） HRC=50-55 1370 354 芯面HB=180-250,HRC59 滲碳淬硬 800 600 1650 297 40 S-C59 1000 800 芯面HB=240-380,HRC59 1750 354 950 700 芯面HB=220-300,HRC59 1750 340 HT20-40 200 HB=170-241 340 82 HT30-54 300 HB-180-225 370 111 [σj]——許用接觸應(yīng)力（MPa）。查下表。 估算此次設(shè)計(jì)中各齒輪的模數(shù)： （1） 第一對(duì)齒輪： 根據(jù)上表選擇45鋼（調(diào)質(zhì)處理），其接觸應(yīng)力，彎曲應(yīng)力，取，由公式來確定各對(duì)齒輪的模數(shù)： ；；； 為保證齒輪具有足夠的強(qiáng)度，取標(biāo)準(zhǔn)值 （2） 第二對(duì)齒輪： 根據(jù)上表選擇45鋼（整體淬火），其接觸應(yīng)力，彎曲應(yīng)力，取，由公式來確定各對(duì)齒輪的模數(shù)： ； ；； 取標(biāo)準(zhǔn)值 （3） 第三對(duì)齒輪： 根據(jù)上表選擇45鋼（調(diào)質(zhì)處理），其接觸應(yīng)力，彎曲應(yīng)力，取，由公式來確定各對(duì)齒輪的模數(shù)： ；；； 取標(biāo)準(zhǔn)值 2.7 皮帶輪的設(shè)計(jì) 帶傳動(dòng)是由帶和帶輪組成傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)。根據(jù)工作原理可分為兩類：摩擦帶傳動(dòng)和嚙合帶傳動(dòng)。摩擦帶傳動(dòng)是機(jī)床主要傳動(dòng)方式之一，常見的有平帶傳動(dòng)和V帶傳動(dòng)；嚙合傳動(dòng)只有同步帶一種。 普通V帶傳動(dòng)是常見的帶傳動(dòng)形式，其結(jié)構(gòu)為：承載層為繩芯或膠簾布，楔角為、相對(duì)高度近似為0.7、梯形截面環(huán)行帶。其特點(diǎn)為：當(dāng)量摩擦系數(shù)大，工作面與輪槽粘附著好，允許包角小、傳動(dòng)比大、預(yù)緊力小。繩芯結(jié)構(gòu)帶體較柔軟，曲撓疲勞性好。其應(yīng)用于：帶速V＜25～30m/s;傳動(dòng)功率P＜700kW;傳動(dòng)比i≤10軸間距小的傳動(dòng)。 帶傳動(dòng)的主要失效形式有以下三種形式，1．帶在帶輪上打滑，不能傳遞動(dòng)力；2．帶由于疲勞產(chǎn)生脫層、撕裂和拉斷；3．帶的工作面磨損。保證帶在工作中不打滑的前提下能傳遞最大功率，并具有一定的疲勞強(qiáng)度和使用壽命是V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是靠摩擦傳動(dòng)的其它帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。 表2.5 皮帶輪的工況系數(shù)KA (摘自GB/T13575.1-1992) 工 況 空、輕載啟動(dòng)，每天工作時(shí)間h <10 10-16 >16 載荷變動(dòng)微小 車床、鉆床、磨床、鏜床等 1.0 1.1 1.2 載荷變動(dòng)小 銑床、滾齒機(jī)等 1.1 1.2 1.3 載荷變動(dòng)較大 刨床、插床、插齒機(jī)等 1.2 1.3 1.4 表2.6普通V帶每米長(zhǎng)的質(zhì)量m 摘自(GB/T13575.1-1992) 帶 型 m/kg 普通帶型 Y Z A B C D E 0.04 0.06 0.10 0.17 0.30 0.60 0.87 表2.7小帶輪包角修正系數(shù)摘自GB/T13575.1-1992 包角 （°） Ka 包角 （°） Ka 180 1 145 0.91 175 0.99 140 0.89 170 0.98 135 0.88 165 0.96 130 0.86 160 0.95 120 0.82 155 0.93 110 0.78 150 0.92 100 0.74 表2.8 V帶輪槽截面尺寸 項(xiàng)目 符號(hào) 槽 型 Z SPZ A SPA B sPB C SPC D SPD E SPE 基準(zhǔn)寬度 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0 基準(zhǔn)線上槽深 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6 基準(zhǔn)線下槽深 7.0 9.0 8.7 11 10.8 14 14.3 19 19.9 23.4 槽間距 e 120.3 150.3 190.4 25.50.5 370.6 44.50.7 第一槽對(duì)稱面至端面的最小距離 7 7 11.5 16 23 28 槽間距積累 極限偏差 0.6 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 帶輪寬 B Z-輪槽數(shù) 外徑 槽 輪 角 32° 相應(yīng)的直徑 - - - - - - 34° 80 118 190 315 - - 36° - - - - 475 600 38° >80 >118 >190 >315 >475 >600 極限偏差 0.5° 計(jì)算如下： (1) 設(shè)計(jì)功率的確定： 查得工況系數(shù) (2) 選定帶型： 根據(jù)和 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)普通V帶選型圖 確定為B型。 (3) 傳動(dòng)比： 根據(jù)轉(zhuǎn)速圖知,傳動(dòng)比為 (4) 確定小帶輪基準(zhǔn)直徑： 參考表（GB/T13575.1-1992）取 (5) 確定大帶輪直徑： 取標(biāo)準(zhǔn)值 (6) 驗(yàn)算帶速： 因?yàn)樵谥g，所以經(jīng)濟(jì)耐用。 (7) 初定帶輪軸中心距： 得： 即： 初取 (8) 確定帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度： 選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度 (9) 計(jì)算實(shí)際軸間距： 取標(biāo)準(zhǔn)值。 安裝時(shí)所需最小軸間距： 張緊或補(bǔ)償伸長(zhǎng)所需最大軸間距： (10) 驗(yàn)算小帶輪包角： 所以小帶輪包角合適。 (11) 單根V帶的基本額定功率： 根據(jù)和查得B型V帶的基本額定功率。 (12) 單根V帶的額定功率增量： 考慮到傳動(dòng)比的影響，額定功率的增量由表查得： (13) 計(jì)算帶的根數(shù)： 取 根。 (14) 單根V帶的預(yù)緊力： (15) 作用在軸上的力： (16) 帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸： 由表可查得 ， ， ， 第三章 車床主軸部件 主軸組件是機(jī)床的重要組件之一。它通常由主軸、主軸支軸和安裝在主軸上的傳動(dòng)件等組成。 主軸是機(jī)床的執(zhí)行件，由它帶動(dòng)工件或刀具直接參加表面成形運(yùn)動(dòng)，主軸組件的工件性能直接影響加工質(zhì)量（包括幾何精度、表面粗糙度等）和機(jī)床生產(chǎn)率。因此，對(duì)于機(jī)床主軸組件，除應(yīng)滿足一般傳動(dòng)軸的要求外，還應(yīng)滿足有別于一般傳動(dòng)軸的特殊要求。 3.1 車床主軸組件的基本要求 3.1.1 旋轉(zhuǎn)精度 主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指主軸前端夾持工件或刀具部分的徑向跳動(dòng)、端面跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)的大小。旋轉(zhuǎn)精度通常是在機(jī)床不受載荷的情況下，用手動(dòng)或低速空轉(zhuǎn)主軸時(shí)進(jìn)行測(cè)量的。主軸旋轉(zhuǎn)精度直接影響工件的加工精度，例如在車床上，安裝卡盤的定心軸頸與安裝頂尖的錐孔中心線的徑向跳動(dòng)，直接影響加工表面的圓度，而軸向竄動(dòng)則影響端面加工以及所加工的螺紋螺距精度。 3.1.2 剛度 主軸組件的剛度是指承受切削力時(shí)，主軸抵抗變形的能力。 如果主軸剛度不足，在切削力和傳動(dòng)力的作用下，主軸將產(chǎn)生過大的變形，會(huì)使裝在主軸上的齒輪嚙合不好，軸承的工作條件惡化，從而加快磨順損。 3.1.3 抗振性 主軸組件的抗振性性是指機(jī)床工作時(shí)，主軸組件保持平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動(dòng)的能力。主軸組件的振動(dòng)，影響被加工表面的質(zhì)量，限制機(jī)床的生產(chǎn)率；此外，還降低刀具耐用度和機(jī)床零件的壽命，發(fā)出噪聲，影響工作環(huán)境等。生產(chǎn)上常以對(duì)加工表面質(zhì)量、精度和生產(chǎn)率的影響來衡量主軸組件的抗震性。隨著機(jī)床向高精度、高生產(chǎn)率方向發(fā)展，對(duì)抗振性要求越來越高。 3.1.4 耐磨性 主軸組見的耐磨性是指長(zhǎng)期保持原始精度的能力，即精度保持性。對(duì)精度有影響的首先是軸承，其次是安置刀，夾具和工件的部位，如錐孔，定心軸徑等。 為了提高耐磨性，一般機(jī)床主軸上的上述部分應(yīng)淬硬至HRC60左右，深約1mm。 3.1.5 溫升和熱變形 溫升使?jié)櫥偷恼扯认陆怠Ｈ缬弥瑵?rùn)滑，溫度過高會(huì)使脂熔化流失。這些都將影響軸承的工作性能。溫升產(chǎn)生熱變形，使主軸伸長(zhǎng)，軸承間隙變化。主軸箱的熱膨脹使主軸偏離正確位置。如果前后軸承溫度不同，還將使主軸傾斜。 3.1.6 精度保持性 主軸組件的精度保持性是指長(zhǎng)期地保持原始制造精度的能力。為了提高精度保持性，主軸的端部和內(nèi)錐孔必須具有一定的硬度；滑動(dòng)軸承配合的軸頸及移動(dòng)方式主軸的工作表面必須耐磨；同時(shí)，正確的選擇主軸和滑動(dòng)軸承的材料與熱處理方法以及軸承的類型與潤(rùn)滑方式等，也有助于提高主軸組件的精度保持性。 3.2 主軸組件的傳動(dòng)方式 主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方式的選擇，決定于主軸轉(zhuǎn)速的高低，所傳遞扭矩的大小，對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的要求及結(jié)構(gòu)緊湊、裝卸維修方便等。 　 機(jī)床主軸傳動(dòng)的方式有齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)及電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)。大多數(shù)機(jī)床主軸是由齒輪傳動(dòng)的，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊和能傳遞較大的扭矩。齒輪裝在前、后支撐之間，且靠近主軸的前支撐處，這樣與切削力的位置比較靠近，因而主軸的扭矩變形可以減小些。當(dāng)主軸上裝有大小兩個(gè)齒輪時(shí)，因?yàn)榇簖X輪用于低速，作用力較大，應(yīng)使其靠近前支撐處。 3.2.1 主軸傳動(dòng)部件位置的合理布置 多數(shù)主軸是由齒輪傳動(dòng)的。齒輪可位于前后軸承之間，也可位于后軸承之后（如果是三支承主軸，這里的前后軸承指的都是主支承。即后軸承實(shí)際上是中軸承。） 如果齒輪位于前后軸承之間，則齒輪應(yīng)盡量靠近前軸承。這樣做的好處是可以減少主軸的彎曲變形。此外，由于主軸上傳遞轉(zhuǎn)矩的部分較短，扭轉(zhuǎn)變形也較小。如果主軸上裝有幾個(gè)齒輪，則一般情況下常使大齒輪靠近前軸承。這樣的安排將使前軸承的負(fù)荷較大，但前軸承的直徑通常大于后軸承，因而承載能力也較大。 為了使主軸組件能成為一個(gè)獨(dú)立的主軸單元，近年來常使傳動(dòng)齒輪位于后支承之后的主軸后懸伸處。這時(shí)，后支承的負(fù)荷較大。應(yīng)考慮采用承載能力較大的軸承。 第四章 主軸的設(shè)計(jì) 4.1 主軸的結(jié)構(gòu) 主軸的結(jié)構(gòu)決定于主軸前端安裝標(biāo)準(zhǔn)刀具或裝夾工件的夾具（如卡盤）等的類型，以及軸上所安裝的傳動(dòng)件，軸承等零件的類型、數(shù)量，位置和安裝方法等，同時(shí)還應(yīng)考慮主軸的加工和裝配工藝性。 　　由于通用機(jī)床所使用的刀具和夾具大部分是標(biāo)準(zhǔn)件，因此主軸前端的結(jié)構(gòu)必須與標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)，以保證通用性。同時(shí)還應(yīng)保證夾具和刀具安裝可靠、定位基準(zhǔn)、裝卸方便和能傳遞一定的動(dòng)力。 主軸的結(jié)構(gòu)還決定于所采用的軸承類型及調(diào)整方法，安裝主軸上的傳動(dòng)件數(shù)目、位置、定位和連接方法等。由于主軸上通常安裝零件，為便于裝配，以及推力軸承、齒輪等軸向定位的需要，主軸一般都做成階梯形，直徑從前向后逐漸縮小。為了避免后軸頸的直徑過小，以致過分削弱主軸剛度，并使內(nèi)孔直徑受到限制，軸上階梯的數(shù)目不宜過多。主軸上長(zhǎng)的長(zhǎng)度尺寸，除個(gè)別要保證傳動(dòng)零件的軸向位置外（此時(shí)軸向尺寸偏差通常為為0.5mm左右），其他軸向尺寸均為自由尺寸。為使切削螺紋時(shí)，砂輪或車刀能越出加工表面，這些部位的階梯間應(yīng)有退刀槽。為了齒輪等傳動(dòng)件聯(lián)接和傳動(dòng)扭矩，主軸上還常常有單鍵槽或花鍵槽。 4.2 主軸的材料與熱處理 主軸最常用的材料是45號(hào)鋼，對(duì)于在滾動(dòng)軸承中工作的主軸，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度HB=250。對(duì)于在滑動(dòng)軸承中工作的軸頸，可采用局部高頻淬火，硬度達(dá)HRC=50。為了進(jìn)一步提高主軸的壽命，對(duì)于滑移齒輪的鍵和主軸的端部也可以采用局部淬火。 4.3 主軸的技術(shù)要求 （1）主軸主要技術(shù)要求的確定 常見機(jī)床主軸部件回轉(zhuǎn)精度 主軸前、后軸頸的同軸度，錐孔相對(duì)于前、后軸頸中心連線的徑向跳動(dòng)，定心軸頸及其定位軸肩相對(duì)于前、后軸頸中心連線的徑向和軸向跳動(dòng)，是決定主軸精度的主要技術(shù)要求項(xiàng)目，直接影響主軸部件的回轉(zhuǎn)精度。 主軸的技術(shù)要求，除少數(shù)機(jī)床已有標(biāo)準(zhǔn)外，大多數(shù)機(jī)床的主軸主要技術(shù)要求，需根據(jù)主軸部件的回轉(zhuǎn)精度確定。 （2） 主軸零件本身各項(xiàng)精度允差的確定 考慮到軸承的誤差和裝配造成的誤差，及留有必要的精度儲(chǔ)備，一般取主軸零件本身的各項(xiàng)精度允差為主軸部件回轉(zhuǎn)精度規(guī)定的對(duì)應(yīng)項(xiàng)目允差的1/2～1/3。 4.4 主軸主要參數(shù)的計(jì)算 主軸是主軸組件的重要組成部分，對(duì)主軸組件的工作性能影響較大。主軸的主要尺寸參數(shù)包括：主軸直徑、內(nèi)孔直徑、主軸前端懸伸量及主軸的支撐跨距等。 4.4.1 主軸直徑 主軸直徑越大，主軸組件的剛度越高。但同時(shí)使安裝在主軸上的軸承、傳動(dòng)件等的尺寸也隨之增大，從而使主軸組件的結(jié)構(gòu)變大，有時(shí)甚至為機(jī)床結(jié)構(gòu)所不允許。因此，主軸直徑應(yīng)在合理的范圍內(nèi)盡量選大些，使之既滿足剛度要求，又使結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省材料。 設(shè)計(jì)時(shí)，由于主軸的具體結(jié)構(gòu)尚未確定，只能根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，初步確定主軸的直徑。通常是根據(jù)傳遞功率，并參考同類型機(jī)床的主軸尺寸加以確定。幾種通用機(jī)床鋼質(zhì)主軸前軸頸的直徑D1可參考表2-3選取。車床和銑床主軸后軸頸D2=(0.7～0.85)D1。應(yīng)該注意的是，由于對(duì)車床、銑床、磨床等機(jī)床主軸彎曲剛度的要求較高，主軸又常是空心的，不能像估算傳動(dòng)軸直徑那樣按其扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行估算。 車床、銑床、鏜銑加工中心等機(jī)床因裝配的需要，主軸直徑常是從前向后逐漸減少的。后軸承的直徑往往小于前軸承的直徑。本次設(shè)計(jì)中的主軸直徑以前在面的各軸軸徑計(jì)算中得到。 4.4.2 主