經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計【主軸箱設(shè)計含CAD圖紙、說明書】
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計【主軸箱設(shè)計含CAD圖紙、說明書】,主軸箱設(shè)計含CAD圖紙、說明書,經(jīng)濟(jì)型,數(shù)控車床,傳動系統(tǒng),設(shè)計,主軸,cad,圖紙,說明書,仿單
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畢業(yè)設(shè)計(論文)
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計
ECONOMICOL NC LATHE MAIN TRANCMISSION SYSTEM DESIGN
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本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。
本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
論文作者簽名： 日期：
徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書
本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：
日期： 日期：
摘 要
本文論述了數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)和伺服進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計。主傳動系統(tǒng)的設(shè)計包括運(yùn)動設(shè)計、動力計算、主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計。伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計包括傳動設(shè)計、X、Z軸伺服進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。
本設(shè)計參照中型數(shù)控車床的一些主要的技術(shù)參數(shù)，詳細(xì)論述了主傳動系統(tǒng)中主軸最高和最低轉(zhuǎn)速的設(shè)計，變速范圍的確定，電動機(jī)功率的估算，電動機(jī)的選擇，主軸箱轉(zhuǎn)速圖和功率圖的設(shè)計，傳動軸軸徑和齒輪模數(shù)的估算，傳動軸軸徑、齒輪模數(shù)和軸承的驗(yàn)算；伺服進(jìn)給系統(tǒng)中傳動比的確定，伺服電動機(jī)的選擇，滾珠絲杠螺母副的選擇及伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計和計算。
關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；主傳動系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)設(shè)計
I
Abstract
The subject of my research paper is “the Design of Main Transmission and Servo Feed Transmission for CNC Lathe”.The design for main transmission include the design of movement, the caculation of drive, and the design of headstock .Besides, the design for servo feed transmission include the design of transmission and the design of X-axis, Y-axis servo feed system .
In my design, I take some main technical parameters of medium CNC lathe for reference. Furthermore, I design the maximum and minimum speed for spindle in the main transmission ,the determination of the transmission range, the estimate of motor power, the select of motor, the chart of Speed and power for headstock, the estimate of the size for shaft the estimate for gear modulus, the checking for the shaft , the gear modulus, the determination of the transmission ratio in servo feed transmission, the select of servo motor , the select of ball screw pair, the design of the parameter for servo feed transmission as well as its caculation.
Key words CNC lathe Main Drive System Structural Design
I
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
1 緒論 1
2 總體設(shè)計方案擬定 3
2．1 擬定主運(yùn)動參數(shù) 3
2．2 運(yùn)動設(shè)計 3
2．3 動力計算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計 3
2．4 軸和齒輪的驗(yàn)算 3
2．5 主軸變速箱裝配設(shè)計 3
2．6給電機(jī)伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計 3
3 參數(shù)擬定 5
3．1 車床主參數(shù)(規(guī)格尺寸)和基本參數(shù) 5
3．2 各級轉(zhuǎn)速的確定 5
4． 運(yùn)動設(shè)計 7
4．1 主傳動擬定方案 7
4．2 傳動方案的比較 7
4．2．1 采用單速電機(jī) 7
4．2．2 采用雙速電機(jī) 8
4．3 各級傳動比的計算 8
4．4 各軸轉(zhuǎn)速的確定方法 10
4．4．1 Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速 11
4．4．2 中間傳動軸的轉(zhuǎn)速 11
4．5 轉(zhuǎn)速圖擬定 11
5 主傳動系統(tǒng)設(shè)計 13
5．1 帶輪及帶的計算 13
5．2 齒輪的計算 14
5．2．1 確定齒輪齒數(shù)和模數(shù) 14
5．2．2 確定齒輪的齒數(shù)和模數(shù)并校核 16
5．2．3 齒輪的精度設(shè)計 19
5．3 電磁離合器的選擇和使用 23
5．4 軸的設(shè)計和驗(yàn)算 26
5．4．1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 26
5．4．2 軸的強(qiáng)度校核 27
5．4．3 軸的剛度校核 31
6 主軸變速箱的裝配設(shè)計 34
6．1 箱體內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點(diǎn) 34
6．2 設(shè)計的方法 34
致謝 37
參考文獻(xiàn) 38
6
摘 要
本文論述了數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)和伺服進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計。主傳動系統(tǒng)的設(shè)計包括運(yùn)動設(shè)計、動力計算、主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計。伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計包括傳動設(shè)計、X、Z軸伺服進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。
本設(shè)計參照中型數(shù)控車床的一些主要的技術(shù)參數(shù)，詳細(xì)論述了主傳動系統(tǒng)中主軸最高和最低轉(zhuǎn)速的設(shè)計，變速范圍的確定，電動機(jī)功率的估算，電動機(jī)的選擇，主軸箱轉(zhuǎn)速圖和功率圖的設(shè)計，傳動軸軸徑和齒輪模數(shù)的估算，傳動軸軸徑、齒輪模數(shù)和軸承的驗(yàn)算；伺服進(jìn)給系統(tǒng)中傳動比的確定，伺服電動機(jī)的選擇，滾珠絲杠螺母副的選擇及伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計和計算。
關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；主傳動系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)設(shè)計
I
Abstract
The subject of my research paper is “the Design of Main Transmission and Servo Feed Transmission for CNC Lathe”.The design for main transmission include the design of movement, the caculation of drive, and the design of headstock .Besides, the design for servo feed transmission include the design of transmission and the design of X-axis, Y-axis servo feed system .
In my design, I take some main technical parameters of medium CNC lathe for reference. Furthermore, I design the maximum and minimum speed for spindle in the main transmission ,the determination of the transmission range, the estimate of motor power, the select of motor, the chart of Speed and power for headstock, the estimate of the size for shaft the estimate for gear modulus, the checking for the shaft , the gear modulus, the determination of the transmission ratio in servo feed transmission, the select of servo motor , the select of ball screw pair, the design of the parameter for servo feed transmission as well as its caculation.
Key words CNC lathe Main Drive System Structural Design
I
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
1 緒論 1
2 總體設(shè)計方案擬定 3
2．1 擬定主運(yùn)動參數(shù) 3
2．2 運(yùn)動設(shè)計 3
2．3 動力計算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計 3
2．4 軸和齒輪的驗(yàn)算 3
2．5 主軸變速箱裝配設(shè)計 3
2．6給電機(jī)伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計 3
3 參數(shù)擬定 5
3．1 車床主參數(shù)(規(guī)格尺寸)和基本參數(shù) 5
3．2 各級轉(zhuǎn)速的確定 5
4． 運(yùn)動設(shè)計 7
4．1 主傳動擬定方案 7
4．2 傳動方案的比較 7
4．2．1 采用單速電機(jī) 7
4．2．2 采用雙速電機(jī) 8
4．3 各級傳動比的計算 8
4．4 各軸轉(zhuǎn)速的確定方法 10
4．4．1 Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速 11
4．4．2 中間傳動軸的轉(zhuǎn)速 11
4．5 轉(zhuǎn)速圖擬定 11
5 主傳動系統(tǒng)設(shè)計 13
5．1 帶輪及帶的計算 13
5．2 齒輪的計算 14
5．2．1 確定齒輪齒數(shù)和模數(shù) 14
5．2．2 確定齒輪的齒數(shù)和模數(shù)并校核 16
5．2．3 齒輪的精度設(shè)計 19
5．3 電磁離合器的選擇和使用 23
5．4 軸的設(shè)計和驗(yàn)算 26
5．4．1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 26
5．4．2 軸的強(qiáng)度校核 27
5．4．3 軸的剛度校核 31
6 主軸變速箱的裝配設(shè)計 34
6．1 箱體內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點(diǎn) 34
6．2 設(shè)計的方法 34
致謝 37
參考文獻(xiàn) 38
1 緒論
這次畢業(yè)設(shè)計中,我所從事設(shè)計的課題是CA6140數(shù)控車床主傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計及典型零件的數(shù)控加工。此類數(shù)控車床屬于經(jīng)濟(jì)型中檔精度機(jī)床，這類機(jī)床的傳動要求采用手動與電控雙操縱方式，在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電控變速?？傮w的設(shè)計方案就是對傳動方案進(jìn)行比較，繪出轉(zhuǎn)速圖，對箱體及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，包括軸和齒輪的設(shè)計、校核等。
為什么要設(shè)計此類數(shù)控車床呢？因?yàn)殡S著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國制造業(yè)領(lǐng)域涌現(xiàn)出了許多私營企業(yè)，這些企業(yè)的規(guī)模普遍不大，沒有太多的資本。一些全功能數(shù)控系統(tǒng)，其功能雖然豐富，但成本高，對于這些中小型企業(yè)來說購置困難，但是中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，希望對原有機(jī)床進(jìn)行改造，進(jìn)行數(shù)控化、自動化，以提高生產(chǎn)效率。我國機(jī)床工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀是機(jī)床擁有量大、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，突出的任務(wù)就是用較少的資金迅速改變機(jī)械工業(yè)落后的生產(chǎn)面貌，使之盡可能提高自動化程度，保證加工質(zhì)量，減輕勞動強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益。我國是擁有300多萬臺機(jī)床的國家，而這些機(jī)床又大量是多年累積生產(chǎn)的通用機(jī)床，自動化程度低，要想在近幾年內(nèi)用自動和精密設(shè)備更新現(xiàn)有機(jī)床，不論是資金還是我國機(jī)床廠的能力都是辦不到的。因此，普通機(jī)床的數(shù)控改造，大有可為。它適合我國的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設(shè)備技術(shù)改造主要方法之一。目前，我國經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展迅速，研制了幾十種簡易數(shù)控系統(tǒng)，有力地促進(jìn)了我國數(shù)控事業(yè)的發(fā)展。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)就是結(jié)合現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)實(shí)際，我國的國情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能地降低價格。
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床有許多優(yōu)點(diǎn)。1）其降格便宜，且性能價格比適中，與進(jìn)口標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控車床相比，前者只需一萬元左右，后者則需十萬甚至幾十萬元。因此，它特別適合于改造在設(shè)備中占有較大比重的普通車床，適合在生產(chǎn)第一線大面積推廣。從提高資本效率出發(fā)，改造閑置設(shè)備，能發(fā)揮機(jī)床的原有功能和改造后的新增功能，提高機(jī)床的使用價值。2）適用于多品種、中小批量產(chǎn)品的適應(yīng)性強(qiáng)。在普通車床上加工的產(chǎn)品，大都可在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床上進(jìn)行。加工不同零件，只要改變加工程序，很快適應(yīng)和達(dá)到批量生產(chǎn)的要求。3）相對于普通車床，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床能提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品損失。數(shù)控有較高的加工精度，加工出的產(chǎn)品尺寸一致性好，合格率高。4）采用數(shù)控車床，能解決復(fù)雜的加工精度，還能節(jié)約大量工裝費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本。5）采用此類車床，還能減輕工人勞動強(qiáng)度將工人從緊張、繁重的體力勞動中解脫出來。6）可以提高工人素質(zhì)，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。數(shù)控系統(tǒng)的出現(xiàn)擴(kuò)大了工人的視野，帶動了學(xué)習(xí)微電子技術(shù)的熱潮，為工人由“體力型”向“智力型”過渡創(chuàng)造了條件，促進(jìn)了工廠的技術(shù)進(jìn)步。7）增強(qiáng)了企業(yè)應(yīng)變能力，為提高企業(yè)競爭能力創(chuàng)造了條件。企業(yè)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控設(shè)備對設(shè)備進(jìn)行改造后，提高了加工精度和批量生產(chǎn)的能力，同時又保持“萬能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設(shè)備自身對產(chǎn)品更新?lián)Q代所需要的應(yīng)變能力，增強(qiáng)企業(yè)的競爭能力。
本設(shè)計中的數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的特點(diǎn)就是主電機(jī)采用雙速電機(jī)，這樣可以簡化箱體內(nèi)的結(jié)構(gòu)。操縱方式并非是完全數(shù)控，而是采用采用手動與電控雙操縱方式，在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電控變速。本設(shè)計就是對在我國應(yīng)用非常廣泛的C6型數(shù)控車床進(jìn)行的改造，具有廣泛的適應(yīng)性。C6型車床是一種加工效率高，操作性能好，社會擁有量大的普通車床。實(shí)踐證明，把這種車床改造為數(shù)控車床，已經(jīng)收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
總體的設(shè)計方案就是對傳動方案進(jìn)行比較，繪出轉(zhuǎn)速圖，對箱體及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，包括軸和齒輪的設(shè)計、校核等。設(shè)計時一要注意設(shè)計的科學(xué)性和條理性，另一點(diǎn)就是要注意和實(shí)際的結(jié)合。設(shè)計的依據(jù)主要是以經(jīng)驗(yàn)或類比為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)(經(jīng)驗(yàn))設(shè)計方法。作為一名尚未畢業(yè)的大學(xué)生，經(jīng)驗(yàn)自然是我們所欠缺的，所以除了老師的指導(dǎo)，最主要的就是借鑒書上的設(shè)計方法。書上雖然不會有完全相同的示例，但一些其他類型的主軸箱設(shè)計方法在這個課題上同樣適用，適用也只是大體上的適用，具體到一些細(xì)節(jié)的設(shè)計就需我們自己查設(shè)計手冊了。比如說其中涉及到電磁離合器的設(shè)計就需自己解決。雖然我們很缺乏設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)，但還應(yīng)處處從實(shí)際出發(fā)。從大處講，聯(lián)系實(shí)際是指在進(jìn)行機(jī)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(jìn)生產(chǎn)水平和可能趨勢，更應(yīng)了解我國實(shí)際生產(chǎn)水平，使設(shè)計的機(jī)床、機(jī)器在四化建設(shè)中發(fā)揮最佳的效益。從小處講，指對設(shè)計的機(jī)床零部件的制造、裝配和維修要進(jìn)行認(rèn)真的、切實(shí)的考慮和分析，對推薦的設(shè)計數(shù)據(jù)和資料要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行取舍。通過設(shè)計實(shí)踐，了解和掌握結(jié)合實(shí)際、綜合思考的設(shè)計方法。
2 總體設(shè)計方案擬定
2．1 擬定主運(yùn)動參數(shù)(、、Z)
機(jī)床設(shè)計的初始，首先需要確定有關(guān)參數(shù)，它們是傳動設(shè)計和結(jié)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。根據(jù)擬定的參數(shù)、規(guī)格和其他特點(diǎn)，了解典型工藝的切削用量，了解極限轉(zhuǎn)速、和級數(shù)Z、主傳動電機(jī)功率N。
2．2 運(yùn)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，確定傳動結(jié)構(gòu)方案和傳動系統(tǒng)圖。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(kuò)大變速范圍可以用增加傳動組數(shù)，也可用背輪機(jī)構(gòu)、分支傳動等型式；變速型式上既可用多速電機(jī)，也可用交換齒輪、滑移齒輪、公用齒輪等。然后計算各傳動比及齒輪的齒數(shù)。
2．3 動力計算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計
估算齒輪模數(shù)m和軸頸d，選擇和計算離合器。
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。
2．4 軸和齒輪的驗(yàn)算
在結(jié)構(gòu)草圖的基礎(chǔ)上，對一根傳動軸和齒輪的剛度、強(qiáng)度進(jìn)行校核。
2．5 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(jìn)行設(shè)計和繪制的。圖上各零部件要表達(dá)清楚，并標(biāo)明尺寸和配合。
2．6給電機(jī)伺服系統(tǒng)的改造設(shè)計
為滿足盡可能減少改動量的要求，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)常接口箱驅(qū)動絲杠，帶動刀具縱向和橫向移動。用滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)代替普通的滑動絲杠螺母機(jī)構(gòu)，具有摩擦力小，運(yùn)動靈敏，無爬行現(xiàn)象的特點(diǎn)，也可以進(jìn)行預(yù)緊，以實(shí)現(xiàn)無間隙傳動，以使傳動剛度好，反向時無空程死區(qū)?？v向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：拆去原機(jī)床的溜板箱、光杠與絲杠以及安裝座，配上滾珠絲杠及其相應(yīng)的安裝裝置，縱向驅(qū)動的步進(jìn)電機(jī)及其和絲杠的鏈接部分在主軸箱之下并不占據(jù)絲杠空間。由于采用滾珠絲杠可提高系統(tǒng)的精度和縱向進(jìn)給的整體剛度；橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的改造：由于原橫向進(jìn)給的絲杠空間有限，所以拆除橫向絲杠換上滾珠絲杠。由于現(xiàn)在的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動能力很強(qiáng)，步距角也比原來小了很多，所以步進(jìn)電機(jī)和絲杠之間用聯(lián)軸器連接，1：1傳動。方案如圖2-2。
圖2-1整機(jī)方案圖
（3）聯(lián)軸器
圖2-3是現(xiàn)在廣泛采用的直接聯(lián)接電機(jī)軸和絲杠的撓性聯(lián)軸節(jié)。這種聯(lián)軸節(jié)的工作原理是：聯(lián)軸節(jié)的左半部裝在電機(jī)軸上，當(dāng)擰緊螺釘2時，件3和件5相互靠近，擠壓內(nèi)錐環(huán)17、外錐環(huán)4，使外錐環(huán)內(nèi)徑縮小，內(nèi)錐環(huán)外徑脹大，使件5與電機(jī)軸1形成無鍵聯(lián)接。右半部也同樣形成無鍵聯(lián)接。左半部通過剛性鋼片組成15的兩個對角孔與螺栓6、球面墊圈7、8相聯(lián)。圖中表明球面墊圈8和右半部件9沒有任何聯(lián)接關(guān)系。同樣，彈性鋼片組15的另外兩個對角孔通過球面墊圈14、16、螺栓13與右半部聯(lián)接，墊圈16與件5沒有任何聯(lián)接關(guān)系。這樣依靠彈性鋼片組對角聯(lián)接（即撓性）傳遞扭矩，且與電機(jī)軸和絲杠都無鍵聯(lián)接，便是撓性聯(lián)軸節(jié)的工作原理。
1—電機(jī)軸；2、12—螺釘；3—法蘭；4—外錐環(huán)；5—左本體；
6、13—螺栓；7、8、14、16—墊片；9—右本體；10—法蘭；11—絲杠。
圖2-2 撓性聯(lián)軸器
3 參數(shù)擬定
3．1 車床主參數(shù)(規(guī)格尺寸)和基本參數(shù)
此經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床是由C6140普通車床改裝而來，根據(jù)任務(wù)書上提供的條件：
此數(shù)控車床的主軸轉(zhuǎn)速可分高低兩檔,共有12級轉(zhuǎn)速：其中高低兩檔各有6級轉(zhuǎn)速，低速檔時=340/,=45r/min;高速檔時=1800 r/min，=235 r/min；
此車床床身上最大回轉(zhuǎn)直徑為400mm,主軸端部型式為C6；主軸通孔直徑為65 mm；
主軸孔錐度為公制70；采用雙速電機(jī):其中電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率分別為1000/1500 r/min，4/5.5KW。
3．2 各級轉(zhuǎn)速的確定
已知主軸的轉(zhuǎn)速分為12級，又分為高低兩檔，其中高檔最大轉(zhuǎn)速為1800r/min，最小轉(zhuǎn)速為235 r/min；R1=/=1800/235=7.66
R= 式（3.1）
當(dāng)機(jī)床處于低速檔時,主軸共有6級，轉(zhuǎn)速范圍===7.556
=，即===1.499，取=1.449≈,已知=45,查標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表(見參考文獻(xiàn)1第6頁).從表中找到=45,就可每隔六個數(shù)取得一個數(shù),得低速檔的6級轉(zhuǎn)速分別為45,67,103,154,230,340 r/min;
當(dāng)車床處于高速檔時, 主軸共有6級，轉(zhuǎn)速范圍===7.659
=，即===1.50,取=1.50≈,已知=1800 ,查標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表(見參考文獻(xiàn)[1]第6頁).
從表中找到=1800, 就可每隔六個數(shù)取得一個數(shù),得高速檔的6級轉(zhuǎn)速分別為
236,354,543,815,1200,1800 r/min。
4． 運(yùn)動設(shè)計
4．1 主傳動擬定方案
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(jī)構(gòu)以及其組成、安排不同特點(diǎn)的傳動型式、變速類型。傳動方案和型式與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度密切相關(guān)，和工作性能也有關(guān)系。因此，確定傳動方案和型式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟(jì)性等多方面統(tǒng)一考慮。
4．2 傳動方案的比較
4．2．1 采用單速電機(jī)
已知變速級數(shù)為Z=12。
確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目。
級數(shù)為Z的傳動系統(tǒng)由若干個順序的傳動組組成，各傳動組分別有Z1、Z2、Z3、...各傳動副，即 Z=Z1Z2Z3…
傳動副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以2或3為合適，即變速級數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子 Z=×3。
可以有兩種方案
圖4-1 主傳動示意圖
方案一12=2×3×2
傳動齒輪數(shù)目2×（2+3+2）=14。
軸向尺寸為15b。
傳動軸數(shù)目為4根。
操縱機(jī)構(gòu)較為簡單：兩個滑移齒輪和一個三聯(lián)滑移齒輪，可單獨(dú)也可集中操縱。
圖4-2 主傳動示意圖
方案二 12=3×4
傳動齒輪數(shù)目2×（3×4）=14個。
軸向尺寸為19b。
傳動軸數(shù)目為3根。
操縱機(jī)構(gòu)較復(fù)雜：四聯(lián)滑移齒輪作為整體式，滑移長度為12b；如拆為2個雙聯(lián)滑移齒輪，需要有自鎖，以保證只有一個齒輪副嚙合。
相比之下，還是傳動副數(shù)分別為2，3，2的三個傳動組方案為優(yōu)。
4．2．2 采用雙速電機(jī)
車床上，有時采用雙速電機(jī)，雙速電機(jī)的轉(zhuǎn)速比：=2，傳動系統(tǒng)的公比應(yīng)當(dāng)是2的整次方根，本設(shè)計中的雙速電機(jī)的公比==1.41。這時電機(jī)的轉(zhuǎn)速變換起著系統(tǒng)中第一擴(kuò)大傳動組的作用相應(yīng)基本組的傳動級數(shù)應(yīng)為2，這樣使傳動系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡化。本設(shè)計是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，采用電控和手動兩種方式，為了結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要，本設(shè)計采用雙速電機(jī)。
4．3 各級傳動比的計算
假設(shè)結(jié)構(gòu)如圖：
圖4-3 主傳動結(jié)構(gòu)圖
由于已經(jīng)設(shè)計了各軸之間的相對位置關(guān)系，由傳動系統(tǒng)草圖知共有六個傳動比。
分別設(shè)齒輪1和齒輪4之間的傳動比為,齒輪2和齒輪5之間的傳動比為,齒輪8和齒輪9之間的傳動比為 ,齒輪3和齒輪6之間的傳動比為,齒輪7和齒輪10之間的傳動比為,帶輪傳動比為。
設(shè)其中<<。
當(dāng)處于低檔時，手動操作使得齒輪8和齒輪9嚙合。
當(dāng)中間的電磁離合器得電，齒輪2和齒輪5之間嚙合，當(dāng)時的主軸轉(zhuǎn)速最小，為45或67 r/min。
可得 ×××1000=45r/min
×××1500=67 r/min
當(dāng)左側(cè)的電磁離合器得電，齒輪3和齒輪6之間嚙合，當(dāng)時的主軸轉(zhuǎn)速最大，為226或340 r/min。
可得 ×××1000=230 r/min
×××1500=340 r/min
當(dāng)右側(cè)的電磁離合器得電，齒輪1和齒輪4之間嚙合，當(dāng)時的主軸轉(zhuǎn)速為100或150
可得 ×××1000=100 r/min
×××1500=150 r/min
當(dāng)處于高檔時，手動操作使得齒輪7和齒輪10嚙合
當(dāng)中間的電磁離合器得電，齒輪2和齒輪5之間嚙合，當(dāng)時的主軸轉(zhuǎn)速最小，為236或354
可得 ×××1000=235 r/min
×××1500=354 r/min
當(dāng)左側(cè)的電磁離合器得電，齒輪3和齒輪6之間嚙合，當(dāng)時的主軸轉(zhuǎn)速最大，為1200或1800
可得 ×××1000=1200 r/min
×××1500=1800 r/min
當(dāng)右側(cè)的電磁離合器得電，齒輪1和齒輪4之間嚙合，當(dāng)時的主軸轉(zhuǎn)速為543或816
可得 ×××1000=543 r/min
×××1500=815 r/min
由這6各方程聯(lián)列可解得
≈0.3226 ≈0.7447 ≈1.6452
≈0.2576 ≈1.3659 ≈0.534
傳動比的選用時，應(yīng)注意的幾個問題，充分使用齒輪副的極限傳動比=1/4，=2，
雖然可以最大限度地獲得變速箱范圍或減少傳動件數(shù)，但會導(dǎo)致齒輪和箱體尺寸過大，齒輪線速度增大，容易產(chǎn)生振動和噪音，要求精度提高。在實(shí)踐中，往往不采用降速很小、升速很大的傳動比，特別是中間軸的傳動。因此，從系統(tǒng)的角度考慮，寧可適當(dāng)增加串聯(lián)傳動組的數(shù)目，或者用并聯(lián)式的分支傳動滿足變速范圍的要求，而避免用極限傳動比的傳動副。
以上幾個傳動比都符合要求。
4．4 各軸轉(zhuǎn)速的確定方法
由傳動比和電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以計算出各軸的轉(zhuǎn)速；
4．4．1 Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速
Ⅰ軸從電機(jī)得到運(yùn)動，經(jīng)傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成各級轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速和主軸最高轉(zhuǎn)速應(yīng)相接近。顯然，從傳動件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下恒功率工作時所受扭矩最小來考慮，Ⅰ軸不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速降得太低。但如果Ⅰ軸上裝有摩擦離合器一類部件時，高速下摩擦損耗、發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速也不宜太高車床的Ⅰ軸轉(zhuǎn)速一般取700～1000 r/min左右比較合適。另外也要注意到電機(jī)與Ⅰ軸的傳動方式，如用帶輪傳動時，降速比不宜太大，和主軸尾部可能干涉。
4．4．2 中間傳動軸的轉(zhuǎn)速
對于中間傳動軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小與噪音、振動等性能要求之間的矛盾。
中間傳動軸的轉(zhuǎn)速較高時，中間傳動軸和齒輪承受扭矩小，可以使軸徑和齒輪模數(shù)小些，從而可以使結(jié)構(gòu)緊湊。但是，這將引起空載功率和噪音加大。從經(jīng)驗(yàn)知：主軸轉(zhuǎn)速和中間傳動軸的轉(zhuǎn)速時，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況作相應(yīng)修正：1、對于功率較大的重切削機(jī)床，一般主軸轉(zhuǎn)速較低，中間軸的轉(zhuǎn)速適當(dāng)取高一些對減小結(jié)構(gòu)尺寸的效果較明顯。2、對高速輕載或精密機(jī)床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低一些。3、控制齒輪圓周速度，在此條件下，可適當(dāng)選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。
4．5 轉(zhuǎn)速圖擬定
運(yùn)動參數(shù)確定以后，主軸各級轉(zhuǎn)速就已經(jīng)知道了，而且根據(jù)設(shè)計出來的各級齒輪的傳動比，這樣就可以擬定主運(yùn)動的轉(zhuǎn)速圖，使主運(yùn)動逐漸具體化。
圖4-4 轉(zhuǎn)速圖
此車床集中傳動:公比為,級數(shù)Z=12,變速范圍R=1800/45=40。
5 主傳動系統(tǒng)設(shè)計
5．1 帶輪及帶的計算
選用V帶傳動，電動機(jī)的額定功率P = 4/5.5 KW,轉(zhuǎn)速n1 = 1000/1500r/min傳動比i =1.9一天的運(yùn)轉(zhuǎn)時間≥10h.現(xiàn)以P=5.5KW和n1=1500r/min進(jìn)行計算。
1.確定計算功率P d
由《機(jī)械設(shè)計》表7—6工作情況系數(shù)查得工作情況系數(shù)K A = 1.3,故：
P d = K A P = 1.3 × 5.5 = 7.15 KW
2.選取V帶帶型
根據(jù)P d、n 1由《機(jī)械設(shè)計》圖7.11窄V帶選型圖確定選用B型。
3.確定帶輪基準(zhǔn)直徑
由《機(jī)械設(shè)計》表7.7帶輪的最小基準(zhǔn)直徑和7.2帶輪的基準(zhǔn)直徑系列取主動輪基準(zhǔn)直徑d d1 = 125 mm
從動輪基準(zhǔn)直徑d d2。
d d2 = i d d1 = 1.9 × 125 =237.5 mm
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》表7.3V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列，取d d2 = 250 mm,其傳動誤差. 故可用
4.驗(yàn)算帶的速度
=9.8m/s
所以帶的速度合適。
5.確定窄V帶的基準(zhǔn)長度和傳動中心距
αmin = 0.7（d d1 + d d2）= 0.7 × （125 + 250） = 262.5mm
αmax = 2 (d d1 + d d2 ) = 2 × （125 +250） = 750 mm
因要求結(jié)構(gòu)緊湊,初步確定中心距α0 =400 mm
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》式（7.4）計算帶所需的基準(zhǔn)長度
由《機(jī)械設(shè)計》表 7.2V帶的基準(zhǔn)長度系列選帶的基準(zhǔn)長度
Ld = 1400mm
按《機(jī)械設(shè)計》式（7.22）計算實(shí)際中心距a
6.驗(yàn)算小輪包角1
由《機(jī)械設(shè)計》式（7.3）
所以主動輪上的包角合適。
7.計算窄V帶的根數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計》式（7.23）知
Z= 式（5.1）
由表7.3查取單根V帶所能傳遞的功率為
由式(7.19)計算功率增量
由表7.4查得
由表7.5查得
得
查《機(jī)械設(shè)計》表7.8包角系數(shù)Ka得：K=0.95，查表7.2V帶的基準(zhǔn)長度系列及長度系數(shù)KL得：KL = 0.90則
Z=
取z =4根。
8.計算初拉力F0
查《機(jī)械設(shè)計》表7.1V帶單位長度的質(zhì)量得：m = 0.17kg/m，
初拉力
9.計算作用在軸上的壓軸力Q
由《機(jī)械設(shè)計》式（7.25）得：
5．2 齒輪的計算
5．2．1 確定齒輪齒數(shù)和模數(shù)（查表法）
可以用計算法或查表法確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡便。根據(jù)上面計算的傳動比和初步定出的小齒輪齒數(shù)，查表即可求出齒輪副齒數(shù)之和，再減得大齒輪的齒數(shù)。
用查表法求Ⅰ軸和Ⅱ軸上的齒輪的齒數(shù)和模數(shù)
常用傳動比的適用齒數(shù)（小齒輪）（見參考書[1]第20頁）。
選取時應(yīng)注意：
不產(chǎn)生根切。一般取Zmin≥18～20；
保證強(qiáng)度和防止熱變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚δ≥2m,一般取δ＞5mm則 Zmin≥6.5+2T/m。
同一傳動組的各對齒輪副的中心距應(yīng)當(dāng)相等。若模數(shù)相同，則齒數(shù)和亦應(yīng)相等。但由于傳動比的要求，尤其是在傳動中使用了公用齒輪后，常常滿足不了上述要求。機(jī)床上可用修正齒輪，在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心距使其相等。但修正量不能太大，一般齒數(shù)差不能超過3～4個齒。
防止各種碰撞和干涉。
三聯(lián)滑移齒輪的相鄰兩齒輪的齒數(shù)差應(yīng)大于4。
所以，可以假設(shè)其中最小的齒輪2齒數(shù)為20，而且由上可知，齒輪2和齒輪5之間的傳動比為3.1，查常用傳動比的適用齒數(shù)（小齒輪）表，可找到最接近的傳動比為3.15，當(dāng)時的齒數(shù)之和為82。可得大齒輪齒數(shù)為62。
齒輪模數(shù)的估算
按接觸疲勞和彎曲疲勞強(qiáng)度計算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜,而且有些系數(shù)只有在齒輪各參數(shù)都已經(jīng)知道后方可確定,所以只在草圖畫完之后校核用。在畫草圖之前，先估算，再選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)。
齒輪彎曲疲勞的估算：
≥32mm 式（5.2）
其中N--------------計算齒輪傳遞的額定功率N=η×N
齒輪點(diǎn)蝕的估算：
A≥370mm 式（5.3）
其中為大齒輪的計算轉(zhuǎn)速,A為齒輪中心距。
由中心距A及齒數(shù)z1、z2求出模數(shù)：
式（5.4）
根據(jù)估算所得和中較大得值,選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)
以齒輪2和齒輪5為例
=×n=1500×0.534=801 r/min
N=5.5×0.95=5.225kw
≥32≈1.509
A≥370≈69.133mm
≈1.686
所以,根據(jù) 選取,為了保證模數(shù)一定滿足要求,假設(shè)齒輪2和齒輪5的模數(shù)為3
由此可知,輸入軸1和傳動軸2之間的中心距為
A===123mm
同理且根據(jù)1軸和2軸之間的距離始終為123mm,可得出1軸和2軸之間其余的齒輪的齒數(shù)和模數(shù)
分別為 z1=35 m1=3
z4=47 m4=3
z3=51 m3=3
z6=31 m6=3
5．2．2 確定齒輪的齒數(shù)和模數(shù)（計算法）并校核
以齒輪8和9為例,
設(shè)計時采用最高轉(zhuǎn)速，即齒輪10的轉(zhuǎn)速為1800r/min,已知該組齒輪傳遞的功率為5.5KW,已知傳動比為≈0.2576,假設(shè)齒輪對稱布置,使用壽命為8年,每年以300工作日計,兩班制,中等沖擊,齒輪單向回轉(zhuǎn)。
1、齒輪的材料、精度和齒數(shù)選擇 因傳遞功率不大、轉(zhuǎn)速不高、材料按 表7-1選取，都采用55鋼，鍛造毛坯，大齒輪正火處理，小齒輪調(diào)質(zhì)，均用軟齒面。
齒輪精度用6級，軟齒表面粗糙度為1.6。
軟齒面閉式傳動，失效形式為點(diǎn)蝕，考慮傳動平穩(wěn)性，，取齒輪8的齒數(shù)為17，則齒輪9為17/0.2576=66
2、設(shè)計計算
（1）、設(shè)計準(zhǔn)則 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。
（2）、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計
式（5.5）
=9.55
選取材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為:
,
選取材料的彎曲疲勞極限應(yīng)力為:
,
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N計算：
=
接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù),1.02
彎曲疲勞壽命系數(shù),1,
接觸疲勞安全系數(shù)1,彎曲疲勞安全系數(shù)1.4,又=2.0,試選1.3
由前面的式子求得許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力
將有關(guān)值代入式子 得
==59.17
則1.44
;
;
;
取;則
修正
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)
3．校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
取
校核大小齒輪的彎曲強(qiáng)度
[
所以，初選的齒輪齒數(shù)和計算出的模數(shù)符合要求。
求得齒輪8和9的齒數(shù)和模數(shù)分別為z8=17 m8=3.5
z9=66 m9=3.5
其中齒輪8的齒數(shù)為17，有可能會發(fā)生根切現(xiàn)象，所以要修正齒輪，用變位修正法求得8齒輪的變位系數(shù)為+0.218。用同樣的方法可以求得其他齒輪的變位系數(shù)。
列出各齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、和變位系數(shù)
表5-1 齒輪參數(shù)
編號
模數(shù)
齒數(shù)
齒形角
變位系數(shù)
1
3
35
+0.5
2
3
20
+0.8
3
3
51
0
4
3
47
-0.5
5
3
62
0
6
3
31
0
7
3
56
0
8
3．5
17
+0.218
9
3．5
66
0
10
3
41
+0.169
齒輪材料為55鋼,熱處理為齒部G58±0.2,深0.5
5．2．3 齒輪的精度設(shè)計
齒輪精度設(shè)計的方法及步驟：
1、確定齒輪的精度等級；
2、齒輪誤差檢驗(yàn)組的選擇及其公差值的確定；
3、計算齒輪副側(cè)隙和確定齒厚極限偏差代號；
4、確定齒坯公差和表面粗糙度；
5、公法線平均長度極限偏差的換算；
6、繪制齒輪零件圖。
以齒輪9為例：齒數(shù)為66，模數(shù)為3.5,變位系數(shù)為0。
確定齒輪的精度等級
由于該齒輪是主軸箱內(nèi)的齒輪，對傳動精度和穩(wěn)定性的要求都比較高，主要要求的是傳動平穩(wěn)性精度等級。據(jù)圓周速度
對于如此要求高的齒輪采用6級精度。
齒輪誤差檢驗(yàn)組的選擇及其公差值的確定
該齒輪屬中等精度，且為批量生產(chǎn)查表12-3選定、、、
組成檢驗(yàn)方案。根據(jù)及
第Ⅰ公差組
第Ⅱ公差組 ±
第Ⅲ公差組
計算齒輪副側(cè)隙和確定齒厚極限偏差代號代號
計算齒輪副的最小極限側(cè)隙 由表12-10按油池潤滑和查得
式（5.6）
根據(jù)齒輪和箱體的材料，從材料手冊上查得，鋼和鑄鐵的線膨脹系數(shù)分別為 ， 。
傳遞的中心距
所以，
確定齒厚極限偏差代號
齒厚上偏差 由
式（5.7）
式中前面已查得
按6級精度查得
按145.5，6級精度查得 ，
所以，代入數(shù)據(jù)得，
因?yàn)?±
齒厚的上偏差代號為G，因此
齒厚下偏差
可知
6級精度齒輪，，所以
齒厚下偏差代號為K，因此
至此，小齒輪的精度為：6GK GB10095-88
確定齒坯公差、表面粗糙度
齒輪內(nèi)孔是加工、檢驗(yàn)及安裝的定位基準(zhǔn)，對6級精度的齒輪，由表12-18查得：內(nèi)孔尺寸公差為IT7，內(nèi)孔直徑為85mm,偏差按基準(zhǔn)孔H選取，即齒輪內(nèi)孔的下偏差為0，上偏差為+0.022。內(nèi)孔的形狀公差按6級決定或遵守包容原則。
定位端面的端面圓跳動公差由表12-19查得為0.014mm。
齒頂圓只作為切齒加工的找正基準(zhǔn)，不作為檢驗(yàn)基準(zhǔn)，故其公差選用IT11，齒頂圓直徑，偏差按基準(zhǔn)軸h選取,即下偏差為-0.290，上偏差為0。
齒輪的表面粗糙度按7級查表，各表面粗糙度分別為：齒面=1.6,內(nèi)孔=1.6,基準(zhǔn)端面=3.2,齒頂圓=6.3。
公法線平均長度極限偏差的換算
公法線的公稱長度W及其跨齒數(shù)k,可從機(jī)械設(shè)計有關(guān)手冊中查得
跨齒數(shù)
該齒輪為中模數(shù)齒輪，控制側(cè)隙的指標(biāo)宜采用公法線平均長度極限偏差
齒輪工作圖
下圖為本例齒輪零件圖。
表5-2 齒輪參數(shù)
圖5-1 齒輪零件圖
5．3 電磁離合器的選擇和使用
隨著機(jī)床設(shè)備向自動化趨勢發(fā)展,電磁離合器和制動器的應(yīng)用越來越廣泛,本設(shè)計為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床,采用手動和電動相結(jié)合的方式,其中的電控就是用電磁離合器來實(shí)現(xiàn)的,電磁離合器是自動化控制的主要元件之一,它具有結(jié)構(gòu)緊湊、易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱和自動控制等特點(diǎn)，同時能滿足簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高齒輪箱的傳動剛度和加工精度，實(shí)現(xiàn)機(jī)床高響應(yīng)性、高頻率動作等方面的要求。
我設(shè)計的主軸箱采用了3個電磁離合器，大大簡化了主軸箱內(nèi)結(jié)構(gòu)。離合器的類型很多，有通電工作的，也有失電工作的。按其傳遞扭矩形式可分為摩擦式離合器、牙嵌式離合器，磁粉式離合器以及轉(zhuǎn)差式離合器；按其工作條件可分為濕式離合器和干式離合器；按其電流饋入的方式可分為有滑環(huán)離合器和無滑環(huán)離合器。
選擇離合器的型號規(guī)格之前，必須充分了解各種離合器的動作特性及其優(yōu)缺點(diǎn)。在選擇離合器過程中最重要的因素是扭矩，扭矩表示所傳遞的動力，假如摩擦片數(shù)一定，則所傳遞扭矩大小和離合器有效半徑相對應(yīng)。但在實(shí)際上，速度、溫度、摩擦片的磨損情況，污染情況都影響工作扭矩。
在設(shè)計過程中，計算扭矩是工作載荷的慣性和運(yùn)動載荷的慣性之和，用T表示計算扭矩可用下式求出：
式中
-----旋轉(zhuǎn)組件的重量
K-------旋轉(zhuǎn)組件的回轉(zhuǎn)半徑
N----回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速
S----工作安全系數(shù)
---直線運(yùn)動組件的重量
V-----線性速度
R-----變旋轉(zhuǎn)運(yùn)動為直線運(yùn)動皮帶輪的半徑
g-----9.8
t-----機(jī)器啟動所需時間
----電磁離合器吸合時間
但在實(shí)際工作中,很多設(shè)備的精確載荷難以計算。一般是根據(jù)輸入動力確定所需扭矩。
式中P---輸入功率
S---工作安全系數(shù)
N---輸入轉(zhuǎn)數(shù)
從上式中看出，對扭矩影響最大的是安裝離合器軸的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)。因此。一定動力下，較高的轉(zhuǎn)數(shù)對應(yīng)低的扭矩，因此，在設(shè)計中盡可能將離合器裝在傳動鏈中轉(zhuǎn)速較高的位置，這通常要求離合器和電機(jī)同軸。
本設(shè)計中的主軸箱采用的是油潤滑，所以選用的電磁式離合器是濕式的。
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系，而且Ⅰ軸的扭矩小于Ⅱ軸的扭矩，分析后，選擇在Ⅰ軸上的兩個離合器均為DLM5系列離合器，其型號為DLM5-10；Ⅱ軸上的扭矩大于Ⅰ軸，其型號可選為DLM5-25。
DLM5系列摩擦片式電磁離合器的主要尺寸和特性參數(shù)?????????????? mm
圖5-2 DLM5系列摩擦片式電磁離合器
表5-3 DLM5系列摩擦片式電磁離合器特性參數(shù)
型號
線圈額定
電壓(V)
額定轉(zhuǎn)矩Tn(N·m)
線圈消耗
功率(W)
接通時間
≤(s)
斷開時間
≤(s)
空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
（N·m）
摩擦片許用相對
轉(zhuǎn)速（r/min）
D1
動
靜
DLM5—10
DLM5—10C
直
流
24
100
160,200
19
0.35
0.14,0.15
2.0
3000
133
18.29
142
DLM5—25
DLM5—25C
250
400,500
39
0.40
0.18,0.20
4.0
2000,2200
166
38.40
176
??????????
表5-4 DLM5系列摩擦片式電磁離合器尺寸參數(shù)
型號
D2①
D3
(H8)
D4
(H7)
L1
L2
L3
L4
L5
H1
H2
d1①
d2
DLM5—10
DLM5—10C
105
75
50
61
6.5
24.5
18
8
14
46
6－M6
M6×
?
85
?
64.5
?
?
19
23
85
6－M8
M6×1.5
DLM5—25
DLM5—25C
135
95
65
72
7.5
29
21.5
10
23
60
6－M8
M6×1.5
?
105
?
81
?
?
21
23
60
? 表5-5 DLM5系列摩擦片式電磁離合器尺寸參數(shù)
型號
d3
基型(花鍵孔)
A型(單鍵孔)
D(H7)
D0(H11)
B(D9)
d(H7)
t(H11)
b(H8)
DLM5—10
3—φ4
40
35
10
40
42．4
12
DLM5—25
3—φ4
50
45
12
50
52．9
16
型號
C型（花鍵孔）
摩擦片數(shù)
質(zhì)量（kg）
D(H7)
D0(H11)
B(D9)
內(nèi)片
外片
DLM5—10
50
45
12
12
6
4．5
DLM5—25
65
58
16
16
6
8．0
注：①D2、d1僅供參考，螺孔和銷孔均郵用戶自行加工。
?? ②C型鍵孔與DLMO系列的花鍵孔一致，可以互換。
?? DLM5—1.2C、5C、10C、25C系列可分別代替DLMO—2.5、6.3、16、40系列。
5．4 軸的設(shè)計和驗(yàn)算
5．4．1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
機(jī)床傳動軸，廣泛采用滾動軸承作支承。軸上要安裝齒輪、離合器和制動器等。傳動軸應(yīng)保證這些傳動件或機(jī)構(gòu)能正常工作。
傳動軸應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度。如撓度和傾角過大，將使齒輪嚙合不良，軸承工作條件惡化，使振動、噪聲、空載功率、磨損和發(fā)熱增大。
兩軸中心距誤差和軸心線間的平行度等裝配及加工誤差也會引起上述問題。
所以，在設(shè)計軸時要充分考慮軸的強(qiáng)度剛度等因素。在選擇材料和估算直徑都要滿足條件，估算完以后還要對軸的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行校核。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是使軸的各部分具有合理的結(jié)構(gòu)和尺寸。
影響軸的結(jié)構(gòu)的因素很多，因此軸的結(jié)構(gòu)沒有標(biāo)準(zhǔn)形式。設(shè)計時，必須針對軸的具體情況作具體分析，全面考慮解決。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要要求是：
裝在軸上的零件有確定的位置。且布置合理。
軸受力合理，能可靠地傳遞力和轉(zhuǎn)矩，有利于提高強(qiáng)度和剛度。
具有良好的工藝性。
便于安裝和調(diào)整。
節(jié)省材料，減輕質(zhì)量。
Ⅰ軸（輸入軸）的設(shè)計
Ⅰ軸的特點(diǎn):
1．將運(yùn)動傳入變速箱的齒輪，一般都安裝在軸端，軸變形較大，結(jié)構(gòu)上應(yīng)注意加強(qiáng)軸的剛度或使軸不受帶的拉力（帶輪卸荷）;
2．若Ⅰ軸上安裝正反向的離合器，由于組成離合器的零件很多，在箱內(nèi)裝配很不方便，一般都希望在箱外將Ⅰ軸組裝好后在整體裝入箱內(nèi)（最好連皮帶輪也組裝在上面）。
卸荷裝置:帶輪將動力傳到Ⅰ軸有兩類方式：一類是帶輪直接裝在Ⅰ軸上。除了傳遞扭矩外，帶的拉力也作用在軸上。另一類是帶輪裝在軸承上，軸承裝在套筒（法蘭盤）上，傳給軸的只是扭矩，徑向力由固定在箱體上的套筒承受。這種結(jié)構(gòu)稱為卸荷裝置。
5．4．2 軸的強(qiáng)度校核
由鹽城市機(jī)床廠1997-10-01發(fā)布的臥式車床企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)表9知主軸轉(zhuǎn)速為103時,扭矩為468N.m,這時Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速為
1、 選擇軸的材料
由于這個車頭箱傳動的功率不大，分別為4和5.5KW，對其重量和尺寸也無特殊要求，故此輸入軸采用45鋼。
2、 初估軸徑
按扭矩初估軸的直徑得C=106～117，考慮到安裝帶輪的軸段僅受扭矩作用，取C=106,則
3、 結(jié)構(gòu)設(shè)計
(1) 各軸段直徑的確定 初估直徑后就可按照軸上零件的安裝順序,從處開始逐段確定直徑。考慮到軸段1上安裝帶輪，上面將安裝有軸承為了符合軸承內(nèi)徑系列，即軸段的直徑應(yīng)與軸承型號的選擇同時進(jìn)行，取軸承代號為6306的深溝球軸承，其內(nèi)孔直徑為30，同理可取其他各段軸的內(nèi)徑；
（2）各軸長度的選擇 軸段一處上要安裝有帶輪、軸承、密封圈等，根據(jù)這些部件的尺寸，可以得出各段軸段的長度。各個軸段尺寸的確定主要是根據(jù)軸上零件的轂長或軸上零件配合部分的長度確定。而另一些軸段的長度除與軸上零件有關(guān)外，還與箱體及軸承蓋等零件有關(guān)。通常從齒輪端面開始，為避免轉(zhuǎn)動零件與不動零件干涉，取齒輪端面與箱體內(nèi)壁的距離H=15mm,考慮箱體的鑄造誤差，軸承內(nèi)端面應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離，取，考慮上下軸承座的聯(lián)接，取軸襯座寬度為45mm。
（3）軸上倒角及圓角為了保證軸承內(nèi)圈端面緊靠定位軸肩的端面，根據(jù)軸承手冊推薦，取軸肩圓角半徑為1mm。為方便加工，其他軸肩圓角半徑均取為1mm，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，軸的左右端倒角均為。
上述確定尺寸和結(jié)構(gòu)的過程，與畫草圖同時進(jìn)行，結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖（見下圖）
圖5-3 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計圖
4、 軸的受力分析
(1)畫軸的受力簡圖(見上圖-b)，因?yàn)辇X輪為直齒圓柱齒輪，所以,齒輪上不存在軸向力。
(2)計算支承反力
在水平面上
在垂直面上
(3)畫彎矩圖（見上圖-c d e）
在水平面上 ，a-a剖面左側(cè)
a-a剖面右側(cè)
在垂直面上
合成彎矩
a剖面左側(cè)和右側(cè)的彎矩相同
(4)畫彎矩圖（見上圖-f）
轉(zhuǎn)矩 T=
(5)判斷危險截面
顯然，a-a面處無論是彎矩還是扭矩都為最大，a-a面為危險截面
(6)軸的彎扭合成強(qiáng)度校核
得，
在a-a截面左側(cè)
[2]
合適。
(7)軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核
查得，，；，。
在a-a截面左側(cè)
[2]
查得，；查得絕對尺寸系數(shù)，；軸經(jīng)磨削加工，查得表面質(zhì)量系數(shù)。 則
彎曲應(yīng)力
應(yīng)力幅
平均應(yīng)力
切應(yīng)力
安全系數(shù)
查表得許用安全系數(shù)，顯然，故，a-a截面安全,即整個軸都是安全的，其彎扭合成強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度均是足夠的。
5．4．3 軸的剛度校核
軸受載后要發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，如果變形過大，會影響軸上零件正常工作。
傳動軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。剛度要求保證軸在（彎曲、軸向、扭轉(zhuǎn)）不致產(chǎn)生過大的變形（彎曲、失穩(wěn)、轉(zhuǎn)角）。如果剛度不足，軸上的零件如齒輪、軸承等將由于軸的變形過大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動和噪聲、發(fā)熱、過早磨損而失效。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。通常，先按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，畫出草圖之后，再根據(jù)受力情況、結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗(yàn)算彎曲剛度。
Ⅰ軸的直徑按扭轉(zhuǎn)剛度估算，上文已完成，估算出的直徑為40mm.
車床傳動軸的彎曲剛度驗(yàn)算，主要驗(yàn)算軸上裝齒輪和軸承處的撓度y和傾角θ。各類軸的撓度y和傾角θ，應(yīng)小于彎曲剛度的許用值[Y]和[θ]值，即：
y≤[Y]；θ≤[θ]值，即：
軸的彎曲變形的允許值：
安裝齒輪的軸允許的撓度為（0.01～0.03）m
計算軸本身彎曲變形產(chǎn)生的撓度y和傾角θ時,一般常將軸簡化為集中載荷下的簡支梁,當(dāng)軸的直徑相差不大且計算精度要求不高時,可把軸看作等徑軸,采用平均直徑（)來計算。計算公式為：圓軸：平均直徑
慣性矩
Ⅰ軸為圓軸,其平均直徑
慣性矩
圖5-4 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計圖
計算撓度:
a 段內(nèi): [1]
其中P----力載荷(N) I----截面慣性矩 M---彎矩載荷
θ----傾角 y----撓度 x----所求之點(diǎn)距離
E-----軸材料的彈性模量,鋼材E=
b段內(nèi):
c段內(nèi):
由圖分析得，
a 段內(nèi)撓度
x的值為0和97.1之間由求導(dǎo)得x的值為97.1時,撓度最大,其撓度值為0.0025081,而軸的撓度的允許值為(0.01～0.03)m,其中m為齒輪模數(shù),
所以,[y]=0.03～0.09mm
可知a 段內(nèi)撓度<[y]
b段內(nèi)撓度
=[1]
對式子求導(dǎo),得到撓度為最大時,
求得 其撓度值也<[y]
再由公式計算得到幾個受力端點(diǎn)處的撓度,由計算可得同樣<[y]
所以,撓度符合要求
傾角的校核
由分析可知,最大傾角出現(xiàn)在左支承點(diǎn)處
其傾角為弧度
左支承處裝有深溝球軸承,其許用傾角為[θ]=0.0025rad
可得最大傾角<許用傾角[θ]
所以軸的剛度符合要求.
6 主軸變速箱的裝配設(shè)計
箱體內(nèi)結(jié)構(gòu)的設(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、齒輪、離合器和制動器等）。
6．1 箱體內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點(diǎn)
主軸變速箱是機(jī)床的主要部件。設(shè)計時除考慮一般機(jī)械傳動的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個方面的問題:
(1)精度:車床主軸部件要求比較高的精度。如：主軸的徑向跳動＜0.01mm;主軸的軸向竄動＜0.01mm。
(2)剛度和抗振性:綜合剛度（主軸與刀架之間的作用力與相對變形之比）：
N/mm;
其中D為最大回轉(zhuǎn)直徑mm。
(3)傳動效率的要求：等級1 效率≥0.85
等級2 效率≥0.8
等級3 效率為0.75
(4)主軸前軸承處溫度和溫升應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，噪音也應(yīng)控制在一定范圍之內(nèi)：
等級1 dB≤78
等級2 dB≤80
等級3 dB≤83
結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單、緊湊，加工和裝配工藝性好，便于維修和調(diào)整。
操作方便，安全可靠。
遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則。
6．2 設(shè)計的方法
主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計由于是整個機(jī)床設(shè)計的重點(diǎn)。由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)計中不可避免要經(jīng)過反復(fù)思考和多次修改。在畫正式圖之前，最好能先畫草圖。目的是：
布置傳動件及選擇結(jié)構(gòu)方案。
檢驗(yàn)傳動設(shè)計的結(jié)果中有無相互干涉，碰撞或其它不合理的情況，以便及時改正。
確定傳動軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對位置，以確定各軸的受力點(diǎn)和受力方向，為軸和軸承的驗(yàn)算提供必要的數(shù)據(jù)。
為達(dá)到上述目的，草圖的主要輪廓尺寸和零件之間的相對位置尺寸一定要畫得準(zhǔn)確，細(xì)部結(jié)構(gòu)可不必畫出。
各部分結(jié)構(gòu)經(jīng)過反復(fù)推敲修改，經(jīng)過必要得驗(yàn)算，確定了結(jié)構(gòu)方案以后，才能開始畫正式裝配圖。
展開圖和橫截面圖應(yīng)該盡量交叉進(jìn)行，這樣容易及時發(fā)現(xiàn)問題。
傳動軸設(shè)計
特點(diǎn):機(jī)床的傳動軸，廣泛采用滾動軸承作支承。軸上要安排齒輪，離合器和制動器等。傳動軸應(yīng)保證這些傳動件或機(jī)構(gòu)能正常工作。
首先傳動軸應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度。如撓度和傾角過大，將使齒輪嚙合不良，軸承工作條件惡化，使振動、噪聲、空載功率、磨損和發(fā)熱增大。
兩軸中心距誤差和軸心線間的平行度等裝配及加工誤差也會引起上述問題。
軸的結(jié)構(gòu)
傳動軸可以是光軸也可以是花鍵軸。
軸的空間布置
軸系布置的一般程序是：先確定主軸在變速箱中的位置，在確定傳動軸的軸以及與主軸上的齒輪有嚙合的關(guān)系的軸，第三步確定電動機(jī)軸或運(yùn)動輸入軸（1軸）的位置，最后確定其他各傳動軸的位置。
車床主軸
1、垂直方向（高度）
H=1/2D---由車床主參數(shù)D決定。
2水平方向
a≤b－主軸中心在尾架導(dǎo)軌中間，也有稍偏向前導(dǎo)軌的，也有偏向后導(dǎo)軌的，為降低床身導(dǎo)軌的變形，切削力的方向盡可能在前、后導(dǎo)軌之間，主軸中心越往后越好；但從便于裝卸工件、減輕勞動強(qiáng)度的角度講，主軸中心越往前越好。一般中型車床取尾架導(dǎo)軌中央或稍偏后，這樣，既便于操作，又可使切削力均勻地作用于刀架地兩導(dǎo)軌面上。
傳動主軸的軸
由于切削力P切和轉(zhuǎn)動力P齒的作用，主軸及其軸承將產(chǎn)生變形。
從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析，中型車床主軸部件的變形及其組成比為：主軸本身變形約占45至65%，主軸軸軸承的變形約占30至45%，軸承的支承件（箱體）變形很少。因此，可以認(rèn)為主軸部件的剛度主要取決于主軸及其
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