機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、摘 要普通車(chē)床主軸箱設(shè)計(jì)，主要包括三方面的設(shè)計(jì)，即：根據(jù)設(shè)計(jì)題目所給定的機(jī)床用途、規(guī)格、主軸極限轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速數(shù)列公比或級(jí)數(shù)，確定其他有關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，選定主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速值；通過(guò)分析比較，選擇傳動(dòng)方案；擬定結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)，擬定轉(zhuǎn)速圖；確定齒輪齒數(shù)及帶輪直徑；繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖。其次，根據(jù)機(jī)床類(lèi)型和電動(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)及根數(shù)，；裝配草圖完成后要驗(yàn)算傳動(dòng)件（傳動(dòng)軸、主軸、齒輪、滾動(dòng)軸承）的剛度、強(qiáng)度或壽命。最后，完成運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力設(shè)計(jì)后，要將主傳動(dòng)方案“結(jié)構(gòu)化”，設(shè)計(jì)主軸變速箱裝配圖及零件圖，側(cè)重進(jìn)行傳動(dòng)軸組件、主軸組件、變速機(jī)構(gòu)、箱體、潤(rùn)滑與密封、

2、傳動(dòng)軸及滑移齒輪零件的設(shè)計(jì)?！娟P(guān)鍵詞】車(chē)床;主軸箱;變速系統(tǒng);主軸組件。AbstractOrdinarylathespindleboxdesign,mainlyincludesthreeaspects,namely:accordingtothedesigntopicgivenmachineusage,specifications,spindlespeed,speedratioorseriestoidentifyotherrelatedmovementparametersandselectspindlealllevelsvelocityvalue;throughanalysisandcompar

3、isontoselecttransmissionscheme;drawstructuresorstructuralnetwork,definespeeddiagram;determinetoothnumberofgearandbeltwheeldiameteranddrawtransmissionsystemdiagram.Secondly,accordingtothetypeofmachineandelectricmotorpower,identifycalculationspeedoftheprincipalaxisandthetransmissionparts,initiallydeci

4、dethediameterofthetransmissionshaft,thegearmodulus,confirmthetransmissionbelttypeanditsnumber;AfterassemblySketchesfinishneedtochecktransmissionparts(transmissionshaft,chiefshaft,gear,rollingbearing)stiffness,intensityorlifespan.Finally,aftercompletionofthekinematicdesignanddynamicdesignstillneedtom

5、akemaindrivesystembestructuredanddesignspindlegearboxassemblydrawingandpartsdrawing,emphasizesonthetransmissionshaftcomponent,maincomponents,transmissionmechanism,box,lubricationandseal,transmissionshaftandtheslipgearpartsdesign.Key wordslathe;spindlebox;transmissionsystem;spindleassembly. 桂林電子科技大學(xué)信

6、息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 第 46 頁(yè) 共 49 頁(yè)引言機(jī)床技術(shù)參數(shù)有主參數(shù)和基本參數(shù)，他們是運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，影響到機(jī)床是否滿(mǎn)足所需要的基本功能要求，參數(shù)擬定就是機(jī)床性能設(shè)計(jì)。主參數(shù)是直接反映機(jī)床的加工能力、決定和影響其他基本參數(shù)的依據(jù)，如車(chē)床的最大加工直徑，一般在設(shè)計(jì)題目中給定，基本參數(shù)是一些加工件尺寸、機(jī)床結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性有關(guān)的參數(shù)，可歸納為尺寸參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。通用車(chē)床工藝范圍廣，所加工的工件形狀、尺寸和材料各不相同，有粗加工又有精加工；用硬質(zhì)合金刀具又用高速鋼刀具。因此，必須對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)床工藝范圍和使用情況做全面的調(diào)研和統(tǒng)計(jì)，依據(jù)某些典型工藝和加工對(duì)象，兼

7、顧其他的可能工藝加工的要求，擬定機(jī)床技術(shù)參數(shù)，擬定參數(shù)時(shí)，要考慮機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)和同國(guó)內(nèi)外同類(lèi)機(jī)床的對(duì)比，使擬定的參數(shù)最大限度地適應(yīng)各種不同的工藝要求和達(dá)到機(jī)床加工能力下經(jīng)濟(jì)合理。機(jī)床主傳動(dòng)系因機(jī)床的類(lèi)型、性能、規(guī)格和尺寸等因素的不同，應(yīng)滿(mǎn)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(mǎn)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(mǎn)足的基本要求有：滿(mǎn)足機(jī)床使用性能要求。首先應(yīng)滿(mǎn)足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特性，如機(jī)床主軸油足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)；滿(mǎn)足機(jī)床傳遞動(dòng)力的要求。主電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能提供足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，具有較高的傳動(dòng)效率；滿(mǎn)足機(jī)床工作性能要求。主傳動(dòng)中所有零部件有足

8、夠的剛度、精度和抗震性，熱變形特性穩(wěn)定；滿(mǎn)足產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性要求。傳動(dòng)鏈盡可能簡(jiǎn)短，零件數(shù)目要少，以便節(jié)約材料，降低成本。1 緒論1.1 設(shè)計(jì)的目的及其研究意義本課題是以普通車(chē)床為研究目標(biāo)，從其主軸箱及主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)入手，對(duì)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)組成分析、分級(jí)變速分析、傳動(dòng)件的計(jì)算分析的幾個(gè)方面進(jìn)行研究。為優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和改善傳動(dòng)系統(tǒng)的精度及穩(wěn)定特性提供必要的理論依據(jù)通過(guò)本課題的研究，使機(jī)床結(jié)構(gòu)更加緊湊，性能更加優(yōu)越。我國(guó)車(chē)床進(jìn)入市場(chǎng)到現(xiàn)在，通過(guò)各大機(jī)床廠家的不懈努力，通過(guò)采取與國(guó)外著名機(jī)床廠家的合作、合資、技術(shù)引進(jìn)、樣機(jī)消化吸收等措施，使得我國(guó)的機(jī)床制造水平有了很大的提高，其產(chǎn)量在金屬切削機(jī)床中

9、占有較大的比例。目前，國(guó)產(chǎn)車(chē)床的品種、規(guī)格較為齊全，質(zhì)量基本穩(wěn)定可靠，已進(jìn)入實(shí)用和全面發(fā)展階段。但是在這些機(jī)床中，大都處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并且相當(dāng)一部分處于效率不高，加工不精密的狀態(tài)。本項(xiàng)目的研究，有利于改善機(jī)床的性能，使得產(chǎn)品的加工更加高效，更加精密。1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀近年來(lái)我國(guó)企業(yè)的機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)中也普遍開(kāi)始使用。在這些機(jī)床中相當(dāng)部分處于使用效率不高，管理方式落后的狀態(tài)。與國(guó)外的機(jī)床相比，我國(guó)機(jī)床還存在以下幾方面的問(wèn)題：產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性及服務(wù)等能力不強(qiáng)。國(guó)產(chǎn)機(jī)床在質(zhì)量、交貨期和服務(wù)等方面與國(guó)外著名品牌相比存在較大的差距。國(guó)產(chǎn)車(chē)床的技

10、術(shù)含量與生產(chǎn)水平與國(guó)際上先進(jìn)水平也有較大差距。在交貨期方面，絕大多數(shù)企業(yè)由于任務(wù)重拖期交貨。服務(wù)體系不健全，在市場(chǎng)開(kāi)拓、成套技術(shù)服務(wù)、快速反應(yīng)能力等方面不能滿(mǎn)足市場(chǎng)快節(jié)奏和個(gè)性化的要求。自主創(chuàng)新能力不足。 長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)機(jī)床制造業(yè)的基礎(chǔ)、共性技術(shù)研究工作主要在行業(yè)性的研究院所進(jìn)行。能力薄弱，技術(shù)創(chuàng)新投入不足，引進(jìn)消化吸收能力差，低水平生產(chǎn)能力過(guò)剩，自主創(chuàng)新能力不高，缺乏優(yōu)秀技術(shù)人才。雖然國(guó)產(chǎn)機(jī)床制造商通過(guò)技術(shù)引進(jìn)、海內(nèi)外并購(gòu)重組以及國(guó)外采購(gòu)等獲得了一些先進(jìn)技術(shù)，但缺乏對(duì)基礎(chǔ)共性技術(shù)的研究，忽視了自主開(kāi)發(fā)能力的培育，企業(yè)的市場(chǎng)響應(yīng)速度慢。 功能部件發(fā)展滯后。機(jī)床是由各種功能部件（主軸單元及主軸頭

11、、滾珠絲杠副、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等）在床身、立柱等基礎(chǔ)機(jī)架上集裝而成的，功能部件是機(jī)床的重要組成部分。雖不可否認(rèn)我國(guó)其中個(gè)別產(chǎn)品的制造水平接近國(guó)際先進(jìn)水平。但整體上，我國(guó)機(jī)床功能部件發(fā)展緩慢、品種少、產(chǎn)業(yè)化程度低，精度指標(biāo)和性能指標(biāo)的綜合情況還不過(guò)硬。目前，許多功能部件僅能滿(mǎn)足中低檔機(jī)床的配套需要，但是很大一部分還是還依賴(lài)進(jìn)口。因此，我們應(yīng)該盡快研究機(jī)床行業(yè)的核心技術(shù)。1.3 設(shè)計(jì)方案本課題主要通過(guò)數(shù)據(jù)分析，校核計(jì)算，設(shè)計(jì)出機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)及分級(jí)變速系統(tǒng)等各單元部件的布置結(jié)構(gòu)。（1）設(shè)定普通機(jī)床主軸箱的整體尺寸；（2）通過(guò)給定的技術(shù)參數(shù)來(lái)初步設(shè)定主分軸、齒輪數(shù)等的結(jié)構(gòu)尺寸；（2）對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行理論力學(xué)

12、分析，精確計(jì)算選定尺寸及材料；（3）由電機(jī)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)至進(jìn)給系統(tǒng)的參數(shù)反饋，校核所選定主軸和轉(zhuǎn)動(dòng)軸尺寸的合理性；（4）完成整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制裝配圖及零件圖。2 機(jī)床總體設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)本次設(shè)計(jì)的車(chē)床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)如表2.1所示工件最大回轉(zhuǎn)直徑(mm)最高轉(zhuǎn)速( )最低轉(zhuǎn)速( )電機(jī)功率P（kW）公比轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z3202000427.51.4112表2.12.2 主軸箱展開(kāi)圖圖展開(kāi)圖就是按照傳動(dòng)軸傳遞運(yùn)動(dòng)的先后順序，假想將各軸沿其軸線剖開(kāi)并將這些剖切面平整展開(kāi)在同一個(gè)平面上。I軸上裝的摩擦離合器和變速齒輪。有兩種布置方案，一是將兩級(jí)變速齒輪和離合器做成一體。齒輪的直徑受到離合器內(nèi)徑

13、的約束，齒根圓的直徑必須大于離合器的外徑，否則齒輪無(wú)法加工。這樣軸的間距加大。另一種布置方案是離合器的左右部分分別裝在同軸線的軸上，左邊部分接通，得到一級(jí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，右邊接通得到三級(jí)正向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種齒輪尺寸小但軸向尺寸大。我們采用第二種方案，通過(guò)空心軸中的拉桿來(lái)操縱離合器的結(jié)構(gòu)?？偛贾脮r(shí)需要考慮制動(dòng)器的位置。制動(dòng)器可以布置在背輪軸上也可以放在其他軸上。制動(dòng)器不要放在轉(zhuǎn)速太低軸上，以免制動(dòng)扭矩太大，使制動(dòng)器尺寸增大。齒輪在軸上布置很重要，關(guān)系到變速箱的軸向尺寸，減少軸向尺寸有利于提高剛度和減小體積。主軸箱分布圖如圖2.1所示圖2.12.3 電動(dòng)機(jī)的確定合理的確定電機(jī)功率P，使機(jī)床既能充分發(fā)揮其使用性

14、能，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，又不致使電機(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素。現(xiàn)在以常見(jiàn)的中碳鋼為工件材料，取45號(hào)鋼，正火處理，車(chē)削外圓，表面粗糙度=3.2mm。采用車(chē)刀具，可轉(zhuǎn)位外圓車(chē)刀，刀桿尺寸：16mm25mm。刀具幾何參數(shù)：=15，=6，=75，=15，=0，=-10，b=0.3mm，r=1mm?，F(xiàn)以確定粗車(chē)是的切削用量為設(shè)計(jì)： 確定背吃刀量和進(jìn)給量f，取4mm，f取0.6。 確定切削速度，參，取V=1.7。 機(jī)床功率的計(jì)算，主切削力的計(jì)算 公式：F=9.81 =9.8127040.920.95 =3242（N）切削功率的計(jì)算 =32421.7=5.5（kW）依照一般情況，取機(jī)床變速效率=0.8.=6.86

15、(kW)查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)P142可得，選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132M-4，滿(mǎn)載時(shí)，其轉(zhuǎn)速為1440r/min。因此初選電動(dòng)機(jī)合格。3 主運(yùn)動(dòng)參數(shù)的擬定3.1 確定傳動(dòng)比根據(jù)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)知 ， Z=+1=1.42根據(jù)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)表2-4 標(biāo)準(zhǔn)公比。這里我們?nèi)?biāo)準(zhǔn)公比系列=1.41.根據(jù)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)表2-5標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列。給定的最低轉(zhuǎn)速為45r/min，在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列中，可以選擇最低轉(zhuǎn)速為45，因此可以得到公比為1.41的數(shù)列：45,64,90,127,180,254,358,505,715,1004,1415,1955.3.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)方案確定3.2.1傳動(dòng)布局選擇有變速要求的主傳動(dòng)，可

16、分為集中傳動(dòng)式和分離式傳動(dòng)式兩種布局方式把主軸組件和主傳動(dòng)的全部變速機(jī)構(gòu)集中于一個(gè)箱體內(nèi)，被稱(chēng)為集中傳動(dòng)式布局，一般將該部件成為主軸變速箱；而把主軸組件和主傳動(dòng)的大部分變速機(jī)構(gòu)分離裝于兩個(gè)箱體內(nèi)，被稱(chēng)為分離傳動(dòng)式布局。由于集中傳動(dòng)式布局結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，偏于實(shí)現(xiàn)集中操縱，箱體數(shù)少，在機(jī)床上安裝、調(diào)整方便。大多機(jī)床采用這種布局，因此，本設(shè)計(jì)也將采用此種布局。3.2.2變速方式選擇機(jī)床主傳動(dòng)的變速方式可分為無(wú)級(jí)變速和有級(jí)變速兩種。無(wú)級(jí)變速是指在一定速度（或轉(zhuǎn)速）范圍內(nèi)能連續(xù)、任意的變速。有級(jí)（或分級(jí)）變速是指在若干固定速度（或轉(zhuǎn)速）級(jí)內(nèi)不連續(xù)地變速。而變次的設(shè)計(jì)采用的是滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)，因此使用的是有級(jí)變

17、速。3.2.3開(kāi)停及正反轉(zhuǎn)方式選擇控制主軸啟動(dòng)和停止分電動(dòng)機(jī)開(kāi)停和機(jī)械開(kāi)停兩種，而換向同樣如此。本次設(shè)計(jì)采用電動(dòng)機(jī)開(kāi)停，機(jī)械方式中的片式摩擦離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。4 變速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.1 確定變速組及各變速組中變速副的數(shù)目變速副中由于結(jié)構(gòu)的限制以2或3為合適，即變速級(jí)數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子： ，可以有三種方案：2.2.2變速式的擬定 12級(jí)轉(zhuǎn)速變速系統(tǒng)的變速組，選擇變速組安排方式時(shí)，考慮到機(jī)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。在軸如果安置換向摩擦離合器時(shí)，為減少軸向尺寸，第一變速組的變速副數(shù)不能多，以2為宜。主軸對(duì)加工精度、表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好。最后一個(gè)變速組的變速副數(shù)常選

18、用2。綜上所述，變速式為12=232，12=322。4.2 變速式的擬定 12級(jí)轉(zhuǎn)速變速系統(tǒng)的變速組，選擇變速組安排方式時(shí)，考慮到機(jī)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。在軸如果安置換向摩擦離合器時(shí)，為減少軸向尺寸，第一變速組的變速副數(shù)不能多，以2為宜。主軸對(duì)加工精度、表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好。最后一個(gè)變速組的變速副數(shù)常選用2。從電動(dòng)機(jī)到主軸主要為降速變速，若使變速副較多的變速組放在較接近電動(dòng)機(jī)處可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，節(jié)省材料，也就是滿(mǎn)足變速副前多后少的原則，因此取12=232方案為好。4.3 結(jié)構(gòu)式的擬定對(duì)于12=232傳動(dòng)式，有6種結(jié)構(gòu)式和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。分別

19、為：， ， ， 由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)床傳動(dòng)軸裝有摩擦離合器，在結(jié)構(gòu)上要求有一齒輪的齒根圓大于離合器的直徑。在擬定結(jié)構(gòu)式時(shí)，要采用前多后少的安排變速組的傳動(dòng)順序，要前密后疏的安排其擴(kuò)大順序，因此采用主軸的變速范圍應(yīng)等于住變速傳動(dòng)系中各個(gè)變速組變速范圍的乘積，即：檢查變速組的變速范圍是否超過(guò)極限值時(shí)，只需檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組。因?yàn)槠渌兯俳M的變速范圍都比最后擴(kuò)大組的小，只要最后擴(kuò)大組的變速范圍不超過(guò)極限值，其他變速組就不會(huì)超過(guò)極限值。 其中， ，符合要求4.4 結(jié)構(gòu)網(wǎng)的擬定根據(jù)中間變速軸變速范圍小的原則選擇結(jié)構(gòu)網(wǎng)。從而確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)如圖4.1所下圖4.14.5 轉(zhuǎn)速圖的擬定、選擇Y132M-4型Y系列籠式三

20、相異步電動(dòng)機(jī)。、分配總降速變速比 總降速變速比 又電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)，因而增加一定比變速副。、確定變速軸軸數(shù) 變速軸軸數(shù) = 變速組數(shù) + 定比變速副數(shù) + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。、確定各級(jí)轉(zhuǎn)速由、z = 12確定各級(jí)轉(zhuǎn)速：45,64,90,127,180,254,358,505,715,1004,1415,1955、繪制轉(zhuǎn)速圖在五根軸中，除去電動(dòng)機(jī)軸，其余四軸按變速順序依次設(shè)為、（主軸）。與、與、與軸之間的變速組分別設(shè)為a、b、c?，F(xiàn)由（主軸）開(kāi)始，確定、軸的轉(zhuǎn)速： 先來(lái)確定軸的轉(zhuǎn)速變速組c 的變速范圍為，結(jié)合結(jié)構(gòu)式，軸的轉(zhuǎn)速只有一種可能：180,254,358,50

21、5,712,1004r/min。 確定軸的轉(zhuǎn)速變速組b的級(jí)比指數(shù)為2，希望中間軸轉(zhuǎn)速較小，因而為了避免升速，又不致變速比太小，可取 ，軸的轉(zhuǎn)速確定為：712,1004r/min。確定軸的轉(zhuǎn)速對(duì)于軸，其級(jí)比指數(shù)為1,可取 ， 確定軸轉(zhuǎn)速為1415r/min。因此轉(zhuǎn)速圖如圖4.2所示圖4.24.6 確定齒輪齒數(shù)齒輪齒數(shù)的確定，當(dāng)各變速組的傳動(dòng)比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對(duì)于定比傳動(dòng)的齒輪齒數(shù)可依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的方法確定。對(duì)于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳動(dòng)比是標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時(shí)，變速組內(nèi)每對(duì)齒輪的齒數(shù)和及小齒輪的齒數(shù)可以從機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)表2-8中選取。一般在主傳動(dòng)中，最小齒數(shù)應(yīng)大于1820。采用

22、三聯(lián)滑移齒輪時(shí)，應(yīng)檢查滑移齒輪之間的齒數(shù)關(guān)系：三聯(lián)滑移齒輪的最大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于或等于4，以保證滑移是齒輪外圓不相碰。根據(jù)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì),查表可得各種常用變速比的使用齒數(shù)。、變速組a:，； 時(shí)：57、60、63、66、69、72、75、78時(shí)：58、60、63、65、67、68、70、72、73、77可取84,于是可得軸齒輪齒數(shù)分別為：28、35。于是， 可得軸上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為：56、49。、變速組b:根據(jù)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì),查表2-8各種常用變速比的使用齒數(shù), ，,時(shí)：87、89、90、91、92時(shí)：87、89、90、91時(shí)：86、88、90、91可取 90，于是可得軸上兩聯(lián)齒輪

23、的齒數(shù)分別為：18、30、45。于是 ，得軸上兩齒輪的齒數(shù)分別為：72，60、45。、變速組c:同理可得；,時(shí)：、85、89、90、94、95、108時(shí)： 84、87、89、90、108可取 108.為降速變速，取軸齒輪齒數(shù)為22；為升速變速，取軸齒輪齒數(shù)為36。于是得,得軸兩聯(lián)動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為22，72；得軸兩齒輪齒數(shù)分別為86，36。4.7 繪制變速系統(tǒng)圖根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動(dòng)機(jī)等已知條件繪制系統(tǒng)圖，如圖4.3所示：5 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)5.1 傳動(dòng)帶的設(shè)計(jì)三角帶傳動(dòng)中，軸間距A可以加大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會(huì)有打滑，宜可緩和沖擊及隔離振動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。帶輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但尺寸大，機(jī)床中常用

24、作電機(jī)輸出軸的定比傳動(dòng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min,傳遞功率P=7.5kW,傳動(dòng)比i=1.8，兩班制，一天運(yùn)轉(zhuǎn)16小時(shí)，工作年數(shù)10年。(1)、選擇三角帶的型號(hào)由機(jī)械設(shè)計(jì)查表可得工作情況系數(shù)查的共況系數(shù)=1.2。有公式 式中P-電動(dòng)機(jī)額定功率， -工作情況系數(shù) 因此根據(jù)、由機(jī)械設(shè)計(jì)圖8-11普通V帶輪型圖選用A型。(2)、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑，帶輪的直徑越小帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的壽命，小帶輪的直徑不宜過(guò)小，即。查機(jī)械設(shè)計(jì)表8-6、表8-8初選小帶輪基準(zhǔn)直徑=125。由公式 有表8-8可得 (3)、驗(yàn)算帶速度V， ，故帶速合適。(4)、初定中心距帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床的總體布局初

25、步選定，一般可在下列范圍內(nèi)選?。?根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（8-20）取，取=600mm.(5)、三角帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度由公式（8-22）計(jì)算帶輪的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 由表8-2，圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)度(6)、驗(yàn)算三角帶的撓曲次數(shù) ，符合要求。 (7)、確定實(shí)際中心距按公式（8-23）計(jì)算實(shí)際中心距(8)、驗(yàn)算小帶輪包角根據(jù)公式（8-25），故主動(dòng)輪上包角合適。(9)、確定三角帶根數(shù)查表8-4a由和得= 1.92KW 查表8-4b由 i=1.8和得= 0.15KW,查表8-5，=0.98；查表8-2，長(zhǎng)度系數(shù)=1.0取 根(10)、計(jì)算單根V帶的初拉力的最小值查表8-3得A型帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量q=0.1kg/m= 5 （

26、11）計(jì)算作用在軸上的壓軸力 5.2 傳動(dòng)軸的直徑估算傳動(dòng)軸除應(yīng)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿(mǎn)足剛度的要求，強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞強(qiáng)度一般不失是主要矛盾，除了載荷很大的情況外，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過(guò)大的變形。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度5.2.1計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速、確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：計(jì)算轉(zhuǎn)速是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系確定。根據(jù)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)，主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為、各變速軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速： 軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速可從主軸71r/mi

27、n按72/18的變速副找上去，軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為180r/min；軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為712r/min；軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為1415r/min。、各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速各變速組內(nèi)一般只計(jì)算組內(nèi)最小齒輪，也是最薄弱的齒輪，故也只需確定最小齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。 變速組c中，22/86只需計(jì)算z = 22 的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為505r/min； 變速組b計(jì)算z = 18的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為712r/min； 變速組a應(yīng)計(jì)算z = 28的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為1415r/min。5.2.2確定傳動(dòng)軸最小直徑根據(jù)公式， 取=1.軸的直徑：取軸的直徑：取軸的直徑：取 其中：P-電動(dòng)機(jī)額定功率（kW）；-從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的

28、乘積；-該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（）； -傳動(dòng)軸允許的扭轉(zhuǎn)角（）。5.2.3花鍵軸的選用因?yàn)檩S上要安裝滑移齒輪，因此我采用花鍵軸。其基本尺寸據(jù)GB/T1144-1987選?。狠S：軸：前段后段軸：5.2.4傳動(dòng)軸的校核需要驗(yàn)算傳動(dòng)軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗(yàn)算傾角時(shí)，若支撐類(lèi)型相同則只需驗(yàn)算支反力最大支撐處傾角；當(dāng)此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時(shí)，則齒輪處傾角不必驗(yàn)算。驗(yàn)算撓度時(shí)，要求驗(yàn)算受力最大的齒輪處，但通?？沈?yàn)算傳動(dòng)軸中點(diǎn)處撓度（誤差%3）.當(dāng)軸的各段直徑相差不大，計(jì)算精度要求不高時(shí)，可看做等直徑，采用平均直徑進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算花鍵軸傳動(dòng)軸一般只驗(yàn)算彎曲剛度，花鍵軸還應(yīng)進(jìn)行鍵側(cè)擠壓驗(yàn)算。彎曲剛度驗(yàn)

29、算；的剛度時(shí)可采用平均直徑或當(dāng)量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡(jiǎn)支梁，其撓度和傾角計(jì)算公式分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度和傾角，然后疊加，注意方向符號(hào)，在同一平面上進(jìn)行代數(shù)疊加，不在同一平面上進(jìn)行向量疊加。軸的校核：通過(guò)受力分析，在一軸的三對(duì)嚙合齒輪副中，中間的兩對(duì)齒輪對(duì)軸中點(diǎn)處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來(lái)進(jìn)行校核最大撓度：查1表3-12許用撓度； 。 軸的校核最大撓度：查表得許用撓度； 。 軸的校核同上。5.3 摩擦離合器摩擦離合器是靠主從動(dòng)不分的結(jié)合元件采用摩擦副以傳遞轉(zhuǎn)矩，可在運(yùn)轉(zhuǎn)中結(jié)合，結(jié)合平穩(wěn)，過(guò)載時(shí)離合可打滑起安全保護(hù)作用。片式摩擦離合器結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單可靠，因此本

30、設(shè)計(jì)采用片式摩擦離合器。計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取摩擦盤(pán)工作面的平均直徑式中d為軸的直徑。摩擦盤(pán)工作面的外直徑摩擦盤(pán)工作面的內(nèi)直徑摩擦盤(pán)寬度b摩擦面對(duì)數(shù)m，摩擦副材料為淬火鋼，對(duì)偶材料為淬火鋼，摩擦因數(shù)取0.08，許用壓強(qiáng)取，許用溫度0.5mm,可避免滲氮層穿透剝落7.1 主軸組件的作用與基本要求7.1.1主軸組件的組成、功用及基本要求主軸組件由主軸、主軸軸承和安裝在主軸上的傳動(dòng)件、密封件等組成。主軸組件是機(jī)床的執(zhí)行元件，它的功用是支撐并帶動(dòng)工件或刀具完成表面形成運(yùn)動(dòng)，同時(shí)氦氣傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩、承受切削力和驅(qū)動(dòng)力等載荷的作用。主軸和一般的傳動(dòng)軸的相同點(diǎn)是：兩者都傳遞運(yùn)動(dòng)、扭矩并承受傳動(dòng)力，都要保證傳動(dòng)件和支撐

31、件的正常工作條件。但主軸直接承受切削力，還要帶動(dòng)工件或刀具，實(shí)現(xiàn)表面成形運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)主軸組件有高的要求。7.1.2主軸組件的基本要求對(duì)主軸組件總的要求是,保證在一定的載荷與轉(zhuǎn)速下，帶動(dòng)工件或刀具精確而穩(wěn)定地繞其軸心線旋轉(zhuǎn)，并長(zhǎng)期地保持這種性能，對(duì)此，對(duì)主軸組件提出以下幾方面要求。旋轉(zhuǎn)精度主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度是指機(jī)床處于空載手動(dòng)或機(jī)動(dòng)低速旋轉(zhuǎn)情況下，在主軸前段安裝工件或刀具的基準(zhǔn)面上所測(cè)得的徑向跳動(dòng)、端面跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)的大小。主軸的旋轉(zhuǎn)精度，直接受軸承和間隙的影響，同時(shí)也和其他ing級(jí)按（箱體、主軸本身等）的精度有關(guān)。剛度主軸組件的剛度是指其在外加載荷作用下抵抗變形的能力，通常以主軸前端部產(chǎn)生一個(gè)

32、小單位的彈性變形時(shí)，在變形方向上所加的作用力的大小來(lái)表示。抗振性 主軸組件的抗振性是指其抵抗受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)而保持平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)能力。溫升和熱變形主軸組件工作時(shí)因各相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生了溫升，溫升使主軸組件的形狀和外置發(fā)生畸變，成為熱變形。精度保持性主軸組件的精度保持性是指長(zhǎng)期地保持其原始制造精度的能力。為此，主軸組件中的各滑動(dòng)表面，包括主軸軸頸和滑動(dòng)軸承的配合必須具有一定的硬度和耐磨性。其他主軸組件應(yīng)保證上述基本要求外，還應(yīng)滿(mǎn)足一下要求a.主軸的定位可靠。主軸在切削力和傳動(dòng)力的作用下，應(yīng)有可靠的徑向和軸向定位，使主軸在工作時(shí)所受到的切削力和傳動(dòng)力通過(guò)軸承可靠地傳至箱體等基礎(chǔ)零件

33、上去。 b.主軸前端結(jié)構(gòu)應(yīng)保證工件或大局裝卡可靠，并有足夠的定位精度c.結(jié)構(gòu)工藝好，在保證好用的基礎(chǔ)上，盡可能地做到好造、好裝、好拆及好修，并盡可能降低主軸組件的成本。7.2 主軸基本尺寸的確定7.2.1 主軸外徑尺寸的確定主軸的外徑尺寸，關(guān)鍵是主軸前軸頸的（前支撐處）的直徑。選定后，其他部位的外徑可隨之而定。一般是通過(guò)筒規(guī)格的機(jī)床類(lèi)比分析加以確定。320mm車(chē)床，P=7.5KW查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)表5-12，前軸頸應(yīng),初選,后軸頸取,7.2.2主軸孔徑的確定中型臥式車(chē)床的主軸孔徑，已由d=48mm,增大到d=60-80mm,當(dāng)主軸外徑一定時(shí)，增大孔徑受到一下條件的限制，1、結(jié)構(gòu)限制；對(duì)于軸徑尺

34、寸由前向后遞減的主軸，應(yīng)特別注意主軸后軸頸處的壁厚不允許過(guò)薄，對(duì)于中型機(jī)床的主軸，后軸頸的直徑與孔徑之差不要小于，主軸尾端最薄處的直徑不要小于。2、剛度限制；孔徑增大會(huì)削弱主軸的剛度，由材料力學(xué)知，主軸軸端部的剛度與截面慣性矩成正比，即：式中：據(jù)上式可得出主軸孔徑對(duì)偶剛度影響的 ，如圖7.1可見(jiàn)， 圖7.1主軸內(nèi)孔直徑對(duì)剛度的影響當(dāng)時(shí)，說(shuō)明空心主軸的剛度降低較小。當(dāng)時(shí)，空心主軸剛度降低了24%，因此為了避免過(guò)多削弱主軸的剛度，一般取。主軸孔徑d確定后，可根據(jù)主軸的使用及加工要求選擇錐孔的錐度。錐孔僅用于定心時(shí)，則錐孔應(yīng)大些，若錐孔除用于定心，還要求自鎖，借以傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，錐度應(yīng)小些，我這里選用莫

35、氏六號(hào)錐孔。初步設(shè)定主軸孔徑d=60mm，主軸孔徑與外徑比為0.6。7.2.3主軸懸伸量確定主軸懸伸量a是指主軸前支撐反力的作用點(diǎn)到主軸前端受力作用點(diǎn)之間的距離，其決于主軸前端的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸；另外，其還與前支撐中軸承的類(lèi)型及組合形式、工件或工夾具方式以及前支撐的潤(rùn)滑及密封裝置的結(jié)構(gòu)尺寸等相關(guān)。初選a值，通用車(chē)床按金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)查a/=0.61.5，故初選a=120mm。7.2.4主軸支承跨距主軸支承跨距L是指主軸前后或前一中支承反力作用點(diǎn)只之間的距離，它是決定主軸組件剛度的主要因素之一。支撐跨距L，當(dāng)前，多數(shù)機(jī)床的主軸采用前后兩個(gè)支撐，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、裝配方便，容易保證精度，但是，由于兩支

36、撐主軸的最佳支距一般較短，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難于實(shí)現(xiàn)，故采用三支撐結(jié)構(gòu)。由于三支撐的前后支距對(duì)主軸組件的性能影響較小，可根據(jù)結(jié)構(gòu)情況適當(dāng)確定。如果為了提高主軸的工作平穩(wěn)性，前后支距可適當(dāng)加大。采用三支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，一般不應(yīng)該把三個(gè)支撐處的軸承同時(shí)預(yù)緊，否則因箱孔及有關(guān)零件的制造誤差，會(huì)造成無(wú)法裝配或影響正常運(yùn)作。因此為了保證主軸組件的剛度和旋轉(zhuǎn)精度，在三支撐中，其中兩個(gè)支撐需要預(yù)緊，稱(chēng)為緊支撐；另外一個(gè)支撐必須具有較大的間隙，即處于“浮動(dòng)”狀態(tài)，稱(chēng)為松支撐，顯然，其中一個(gè)緊支撐必須是前支撐，否則前支撐即使存有微小間隙，也會(huì)使主軸組件的動(dòng)態(tài)特性大為降低。試驗(yàn)表明，前中支撐為緊支撐、后支撐位松支撐，要比前后支撐

37、位緊支撐、中支撐為松支撐的結(jié)構(gòu)靜態(tài)特性顯著提高。查機(jī)械設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)前軸承剛度 則初算時(shí)可取平均值作為慣性距的計(jì)算直徑，即故慣性轉(zhuǎn)矩T= 查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)得：故初算mm7.2.5主軸最佳跨距的的確定1、考慮機(jī)械效率，主軸最大輸出轉(zhuǎn)距.床身上最大加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的50到60%,即加工工件直徑取為160mm,則半徑為0.08.2、計(jì)算切削力 前后支撐力分別設(shè)為,.3、主軸當(dāng)量直徑；4、主軸慣性矩；5、計(jì)算最佳跨距查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)7.3 主軸剛度的驗(yàn)算機(jī)床在切削加工過(guò)程中，主軸的負(fù)荷較重，而允許的變形由很小，因此決定主軸結(jié)構(gòu)尺寸的主要因素是它的變形大小。對(duì)于普通機(jī)床的主軸，一般只進(jìn)行剛度驗(yàn)

38、算。通常能滿(mǎn)足剛度要求的主軸，也能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。只有重載荷的機(jī)床的主軸才進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。對(duì)于高速主軸，還要進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算，以免發(fā)生共振。 一彎曲變形為主的機(jī)床主軸(如車(chē)床、銑床)，需要進(jìn)行彎曲剛度驗(yàn)算，以扭轉(zhuǎn)變形為主的機(jī)床（如鉆床），需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度驗(yàn)算。當(dāng)前主軸組件剛度驗(yàn)算方法較多，沒(méi)能統(tǒng)一，還屬近似計(jì)算，剛度的允許值也未做規(guī)定?？紤]動(dòng)態(tài)因素的計(jì)算方法，如根據(jù)部產(chǎn)生切削顫動(dòng)條件來(lái)確定主軸組件剛度，計(jì)算較為復(fù)雜?，F(xiàn)在仍多用靜態(tài)計(jì)算法，計(jì)算簡(jiǎn)單，也較適用。主軸彎曲剛度的驗(yàn)算；驗(yàn)算內(nèi)容有兩項(xiàng)：其一，驗(yàn)算主軸前支撐處的變形轉(zhuǎn)角，是否滿(mǎn)足軸承正常工作的要求；其二，驗(yàn)算主軸懸伸端處的變形位移y，是否滿(mǎn)

39、足加工精度的要求。對(duì)于粗加工機(jī)床需要驗(yàn)算、y值；對(duì)于精加工或半精加工機(jī)床值需驗(yàn)算y值；對(duì)于可進(jìn)行粗加工由能進(jìn)行半精的機(jī)床（如臥式車(chē)床），需要驗(yàn)算值，同時(shí)還需要按不同加工條件驗(yàn)算y值。支撐主軸組件的剛度驗(yàn)算，可按兩支撐結(jié)構(gòu)近似計(jì)算。如前后支撐為緊支撐、中間支撐位松支撐，可舍棄中間支撐不計(jì)（因軸承間隙較大，主要起阻尼作用，對(duì)剛度影響較?。?；若前中支撐位緊支撐、后支撐為松支撐時(shí)，可將前中支距當(dāng)做兩支撐的之距計(jì)算，中后支撐段主軸不計(jì)。主軸組件如7.2所示7.3.1主軸端部撓度計(jì)算主軸端部撓度直接影響加工精度和表面粗糙度，因此必須加以限制。機(jī)床粗加工時(shí)，主軸的變形最大，主軸前支撐處的轉(zhuǎn)角有可能超過(guò)允許值

40、，故應(yīng)驗(yàn)算此處的轉(zhuǎn)角。因主軸中(后)支撐的變形一般較小，故可不必計(jì)算。主軸在某一平面內(nèi)的受力情況如7.3圖所示 圖7.3在近似計(jì)算中可不計(jì)軸承變形的影響，則該平面內(nèi)主軸前支撐處的轉(zhuǎn)角用下式計(jì)算；切削力的作用點(diǎn)到主軸前支承支承的距離S=a+W，對(duì)于普通車(chē)床，W=0.4H，（H是車(chē)床中心高，設(shè)H=200mm)。 則：當(dāng)量切削力的計(jì)算：主軸慣性矩；式中：主軸前支撐轉(zhuǎn)角滿(mǎn)足要求。7.3.2主軸前端位移的驗(yàn)算；計(jì)算C點(diǎn)撓度、當(dāng)量切削力F的計(jì)算,見(jiàn)上文。、驅(qū)動(dòng)力Q的計(jì)算其中：所以 、軸承剛度的計(jì)算 、確定彈性模量E、慣性距I、和長(zhǎng)度a、b、s。 軸的材產(chǎn)選用40Cr， 主軸的慣性距I為： 主軸C段的慣性距

41、Ic可近似地算： 根據(jù)齒輪、軸承寬度以及結(jié)構(gòu)需要，取b=54mm、只考慮F力作用在主軸前端時(shí)軸端的位移， 、只考慮驅(qū)動(dòng)力Q作用在主軸兩支撐間時(shí)，軸端的位移；、求主軸前端C點(diǎn)的終合撓度綜合撓度；又；因?yàn)?，所以此軸滿(mǎn)足要求。7.4 主軸組件的密封主軸轉(zhuǎn)速高，必須保證充分潤(rùn)滑，一般常用單獨(dú)的油管將油引到軸承處。主軸是兩端外伸的軸，防止漏油更為重要而困難。防漏的措施有兩種：（1）堵加密封裝置防止油外流。主軸轉(zhuǎn)速高，多采用非接觸式的密封裝置，形式很多，一種軸與軸承蓋之間留0.10.3的間隙（間隙越小，密封效果越好，但工藝?yán)щy）。還有一種是在軸承蓋的孔內(nèi)開(kāi)一個(gè)或幾個(gè)并列的溝槽（圓弧形或形），效果比上一種好些。在軸上增開(kāi)了溝槽（矩形或鋸齒形），效果又比前兩種好。在有大量切屑、灰塵和冷卻液的環(huán)境中工作時(shí)，可采用曲路密封，曲路可做成軸向或徑向。徑向式的軸承蓋要做成剖分式，較為復(fù)雜。（2）疏導(dǎo)在適當(dāng)?shù)牡胤阶龀龌赜吐罚褂湍茼樌亓骰氐接拖浣Y(jié)論本次設(shè)計(jì)的課題是機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是在修完大學(xué)所有課程之后徑向的一次綜合性設(shè)計(jì)，