數(shù)控車床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
數(shù)控車床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),數(shù)控車床,傳動(dòng),機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容
任務(wù)：數(shù)控車床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)總體方案，有關(guān)設(shè)計(jì)依據(jù)，需要進(jìn)行傳動(dòng)
方案的比較，繪出轉(zhuǎn)速圖，進(jìn)行有關(guān)軸、齒輪的強(qiáng)度、剛度校核。進(jìn)行參數(shù)選
擇以及必要的參數(shù)、校核計(jì)算。
二、設(shè)計(jì)（論文）依據(jù)
1. 床身最大回轉(zhuǎn)直徑為φ400mm；
2. 主軸端部型式為C6；
3. 主軸通孔直徑為φ65 mm；
4. 主軸孔錐度為公制70；
5. 主軸轉(zhuǎn)速:45～340,235～1800；
6. 主電機(jī)(雙速):1000/1500r/min，4/5.5KW。
三、技術(shù)要求
本數(shù)控車床設(shè)計(jì)要求為經(jīng)濟(jì)型中檔精度機(jī)床，故主傳動(dòng)要求采用手動(dòng)與電控雙操
縱方式，在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電控變速。
四.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）物化成果的具體內(nèi)容及要求
1 圖樣
1) 總裝圖 1張 A3
2) 主傳動(dòng)系統(tǒng)裝配圖 1張 A0
3) 箱體零件圖 1張 A0
4) 主軸零件圖 1張 A1
5) 齒輪零件圖 8張 A3
6) 輸入軸零件圖 1張 A3
7) 帶輪零件圖 1張 A3
8) 甩油環(huán)零件圖 1張 A3
9) 卡口墊零件圖 1張 A3
10) 軸承透蓋零件圖 2張 A3
11) 軸承悶蓋零件圖 1張 A3
12) 端蓋零件圖 1張 A4
13) 隔套零件圖 9張 A4
14) 擋油環(huán)零件圖 2張 A4
15) 傳動(dòng)鍵零件圖 1張 A4
16) 定位套零件圖 1張 A4
2 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(不少于1萬(wàn)字)
五. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃
起訖日期
工作內(nèi)容
備 注
3.31～4.5
畢業(yè)實(shí)習(xí)，收集資料，完成實(shí)習(xí)報(bào)告
4.6～4.20
資料整理，擬定設(shè)計(jì)方案，編寫草稿
4.21～4.30
繪制結(jié)構(gòu)草圖
5.2～6.3
繪制工程圖
6.4～6.15
編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書
6.16～6.20
審圖，改圖
6.21～6.22
準(zhǔn)備答辯資料
6.23～6.27
參加答辯
六. 主要參考文獻(xiàn)：
1.曹金榜,易錫麟,張玉峰,陳田養(yǎng),王長(zhǎng)春.機(jī)床變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京:機(jī)械工業(yè)
出版社,1987
2.徐錦康,蔡慧官,蔣同洋.機(jī)械設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001
3.張新義.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1993
4.北京航空學(xué)院機(jī)械加工教研室.北京:國(guó)防工業(yè)出版社
5.王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì).北京:兵器工業(yè)出版社
6.王伯平.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999
7.吳宗澤,羅建國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:高等教育出版社
8.機(jī)械工業(yè)出版社編輯組編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社
9.中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院編.實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社,1989
10.楊黎明.機(jī)械零件簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:兵器工業(yè)出版社.,1992
七、其他
鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè)
設(shè)計(jì)（論文）題目 數(shù)控車床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
劉 斌
班 級(jí)
材機(jī)99(5)班
學(xué) 號(hào)
B99Q0051
起訖日期
2003.03.27～2003.06.27
指導(dǎo)教師
沙 愛 民
教研室主任
姜 煜 林
系 主 任
徐 文 寬
發(fā)任務(wù)書日期 2003 年 3 月 31 日
學(xué)科門類： 工學(xué) 單位代碼 ： ３２０２２
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）
數(shù)控車床
主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
劉 斌
所學(xué)專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
材機(jī)995班
學(xué) 號(hào)
B99Q0051
指導(dǎo)教師
沙愛民
鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系
二○○三年六月
鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）
摘 要
本文作者研究的主要是數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)，這類主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可用于對(duì)普通車床的改造，以適應(yīng)當(dāng)前我國(guó)機(jī)床工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
本文作者完成的設(shè)計(jì)主要包括根據(jù)一些原始數(shù)據(jù)（其中包括機(jī)床的類型、規(guī)格等）結(jié)合實(shí)際條件和情況對(duì)車床一些參數(shù)進(jìn)行擬定，再根據(jù)擬定的參數(shù)，進(jìn)行傳動(dòng)方案的比較，確定傳動(dòng)方案。然后計(jì)算各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪齒數(shù)，再估算齒輪的模數(shù)和各軸的軸徑，并對(duì)齒輪和軸的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行校核。除此之外，還要對(duì)箱體內(nèi)的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，一些零件的選型，如電磁離合器的選擇等，從而完成對(duì)整個(gè)主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：數(shù)控車床 主傳動(dòng)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)
Abstract
What author of this text study numerical control main transmission of lathe mainly, the main design of transmission can use for to ordinary transformation of lathe, In order to adapt to the current situation of the present industrial development of lathe of our country, have certain economic benefits and social benefit.
The design that the author of this text finished includes according to some initial data mainly( type, specification of including the lathe ,etc.) Combine actual condition and situation draft to some parameters of lathe, and then according to the parameter drafted, Carry on the comparison of the transmission scheme, confirm the transmission scheme. It then can't calculate every transmission transmission of the packs than and gear wheel tooth count, estimate modulus and the every axle foot-paths of axle of gear wheel more, And check the intensity, rigidity of gear wheel and axle . In addition, will design the main structure in the body of the case , the selecting types of some parts, Electromagnetic choice of clutch,etc., finish to whole main design of transmission for instance.
Keywords：NC machine tool; main driving system; design
1
鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
0 引言
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中,我所從事設(shè)計(jì)的課題是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。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(dòng)要求采用手動(dòng)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(jì)方案就是對(duì)傳動(dòng)方案進(jìn)行比較，繪出轉(zhuǎn)速圖，對(duì)箱體及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括軸和齒輪的設(shè)計(jì)、校核等。
為什么要設(shè)計(jì)此類數(shù)控車床呢？因?yàn)殡S著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)制造業(yè)領(lǐng)域涌現(xiàn)出了許多私營(yíng)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(duì)于這些中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)購(gòu)置困難，但是中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，希望對(duì)原有機(jī)床進(jìn)行改造，進(jìn)行數(shù)控化、自動(dòng)化，以提高生產(chǎn)效率。我國(guó)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(dòng)化程度，保證加工質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)是擁有300多萬(wàn)臺(tái)機(jī)床的國(guó)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(dòng)化程度低，要想在近幾年內(nèi)用自動(dòng)和精密設(shè)備更新現(xiàn)有機(jī)床，不論是資金還是我國(guó)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(guó)的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國(guó)設(shè)備技術(shù)改造主要方法之一。目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展迅速，研制了幾十種簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)，有力地促進(jìn)了我國(guó)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(guó)的國(guó)情，在滿足系統(tǒng)基本功能的前提下，盡可能地降低價(jià)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(jià)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(wàn)元左右，后者則需十萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)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(jià)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(duì)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(dòng)強(qiáng)度將工人從緊張、繁重的體力勞動(dòng)中解脫出來(lái)。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(dòng)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(guò)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(jìng)爭(zhēng)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(duì)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(shí)又保持“萬(wàn)能加工”和“專用高效”這兩種屬性，提高設(shè)備自身對(duì)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(jìng)爭(zhēng)能力。
本設(shè)計(jì)中的數(shù)控車床主傳動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)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(jì)就是對(duì)在我國(guó)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(huì)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(jì)方案就是對(duì)傳動(dòng)方案進(jìn)行比較，繪出轉(zhuǎn)速圖，對(duì)箱體及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括軸和齒輪的設(shè)計(jì)、校核等。設(shè)計(jì)時(shí)一要注意設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)方法。書上雖然不會(huì)有完全相同的示例，但一些其他類型的主軸箱設(shè)計(jì)方法在這個(gè)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(jì)就需我們自己查設(shè)計(jì)手冊(cè)了。比如說(shuō)其中涉及到電磁離合器的設(shè)計(jì)就需自己解決。雖然我們很缺乏設(shè)計(jì)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(shì)，更應(yīng)了解我國(guó)實(shí)際生產(chǎn)水平，使設(shè)計(jì)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(duì)設(shè)計(jì)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(duì)推薦的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和資料要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行取舍。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐，了解和掌握結(jié)合實(shí)際、綜合思考的設(shè)計(jì)方法。
1 總體設(shè)計(jì)方案擬定
1．1 擬定主運(yùn)動(dòng)參數(shù)(、、Z)
機(jī)床設(shè)計(jì)的初始，首先需要確定有關(guān)參數(shù)，它們是傳動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jí)數(shù)Z、主傳動(dòng)電機(jī)功率N。
1．2 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)
根據(jù)擬定的參數(shù)，通過(guò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)和轉(zhuǎn)速圖的分析，確定傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖。傳動(dòng)方案有多種，傳動(dòng)型式更是式樣眾多，比如：傳動(dòng)型式上有集中傳動(dòng)的主軸變速箱。分離傳動(dòng)的主軸箱與變速箱；擴(kuò)大變速范圍可以用增加傳動(dòng)組數(shù)，也可用背輪機(jī)構(gòu)、分支傳動(dòng)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(jì)算各傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù)。
1．3 動(dòng)力計(jì)算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)
估算齒輪模數(shù)m和軸頸d，選擇和計(jì)算離合器。
將各傳動(dòng)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(jì)。
1．4 軸和齒輪的驗(yàn)算
在結(jié)構(gòu)草圖的基礎(chǔ)上，對(duì)一根傳動(dòng)軸和齒輪的剛度、強(qiáng)度進(jìn)行校核。
1．5 主軸變速箱裝配設(shè)計(jì)
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(jì)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 參數(shù)擬定
2.1 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(lái)，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(jí)轉(zhuǎn)速：其中高低兩檔各有6級(jí)轉(zhuǎn)速，低速檔時(shí)=340/,=45r/min;高速檔時(shí)=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。
2.2 各級(jí)轉(zhuǎn)速的確定
已知主軸的轉(zhuǎn)速分為12級(jí)，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=[1]
當(dāng)機(jī)床處于低速檔時(shí),主軸共有6級(jí)，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(yè)).從表中找到=45,就可每隔六個(gè)數(shù)取得一個(gè)數(shù),得低速檔的6級(jí)轉(zhuǎn)速分別為45,67,103,154,230,340 r/min;
當(dāng)車床處于高速檔時(shí), 主軸共有6級(jí)，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(yè)).
從表中找到=1800, 就可每隔六個(gè)數(shù)取得一個(gè)數(shù),得高速檔的6級(jí)轉(zhuǎn)速分別為
236,354,543,815,1200,1800 r/min。
3． 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)
3．1 主擬定傳動(dòng)方案
擬定傳動(dòng)方案，包括傳動(dòng)型式的選擇以及開停、換向、制動(dòng)、操縱等整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的確定。傳動(dòng)型式則指?jìng)鲃?dòng)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(dòng)型式、變速類型。傳動(dòng)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(dòng)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。
3．2 傳動(dòng)方案的比較
3．2．1 采用單速電機(jī)
已知變速級(jí)數(shù)為Z=12。
確定傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目。
級(jí)數(shù)為Z的傳動(dòng)系統(tǒng)由若干個(gè)順序的傳動(dòng)組組成，各傳動(dòng)組分別有Z1、Z2、Z3、...各傳動(dòng)副，即 Z=Z1Z2Z3…
傳動(dòng)副數(shù)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 Z=×3。
可以有兩種方案
方案一12=2×3×2
傳動(dòng)齒輪數(shù)目2×（2+3+2）=14。
軸向尺寸為15b。
傳動(dòng)軸數(shù)目為4根。
操縱機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)單：兩個(gè)滑移齒輪和一個(gè)三聯(lián)滑移齒輪，可單獨(dú)也可集中操縱。
方案二 12=3×4
傳動(dòng)齒輪數(shù)目2×（3×4）=14個(gè)。
軸向尺寸為19b。
傳動(dòng)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(zhǎng)度為12b；如拆為2個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪，需要有自鎖，以保證只有一個(gè)齒輪副嚙合。
相比之下，還是傳動(dòng)副數(shù)分別為2，3，2的三個(gè)傳動(dòng)組方案為優(yōu)。
3．2．2 采用雙速電機(jī)
車床上，有時(shí)采用雙速電機(jī)，雙速電機(jī)的轉(zhuǎn)速比：=2，傳動(dòng)系統(tǒng)的公比應(yīng)當(dāng)是2的整次方根，本設(shè)計(jì)中的雙速電機(jī)的公比==1.41。這時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變換起著系統(tǒng)中第一擴(kuò)大傳動(dòng)組的作用相應(yīng)基本組的傳動(dòng)級(jí)數(shù)應(yīng)為2，這樣使傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。本設(shè)計(jì)是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，采用電控和手動(dòng)兩種方式，為了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，本設(shè)計(jì)采用雙速電機(jī)。
3．3 各級(jí)傳動(dòng)比的計(jì)算
假設(shè)結(jié)構(gòu)如圖：
由于已經(jīng)設(shè)計(jì)了各軸之間的相對(duì)位置關(guān)系，由傳動(dòng)系統(tǒng)草圖知共有六個(gè)傳動(dòng)比。
分別設(shè)齒輪1和齒輪4之間的傳動(dòng)比為,齒輪2和齒輪5之間的傳動(dòng)比為,齒輪8和齒輪9之間的傳動(dòng)比為 ,齒輪3和齒輪6之間的傳動(dòng)比為,齒輪7和齒輪10之間的傳動(dòng)比為,帶輪傳動(dòng)比為。
設(shè)其中<<。
當(dāng)處于低檔時(shí)，手動(dòng)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，手動(dòng)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(shí)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(shí)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(shí)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(dòng)比的選用時(shí)，應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題，充分使用齒輪副的極限傳動(dòng)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(dòng)件數(shù)，但會(huì)導(dǎo)致齒輪和箱體尺寸過(guò)大，齒輪線速度增大，容易產(chǎn)生振動(dòng)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(dòng)比，特別是中間軸的傳動(dòng)。因此，從系統(tǒng)的角度考慮，寧可適當(dāng)增加串聯(lián)傳動(dòng)組的數(shù)目，或者用并聯(lián)式的分支傳動(dòng)滿足變速范圍的要求，而避免用極限傳動(dòng)比的傳動(dòng)副。
以上幾個(gè)傳動(dòng)比都符合要求。
3．4 各軸轉(zhuǎn)速的確定方法
由傳動(dòng)比和電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以計(jì)算出各軸的轉(zhuǎn)速；
3．4．1 Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速
Ⅰ軸從電機(jī)得到運(yùn)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成各級(jí)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(dòng)件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下恒功率工作時(shí)所受扭矩最小來(lái)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(shí)，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(dòng)方式，如用帶輪傳動(dòng)時(shí)，降速比不宜太大，和主軸尾部可能干涉。
3．4．2 中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速
對(duì)于中間傳動(dòng)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(dòng)等性能要求之間的矛盾。
中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速較高時(shí)，中間傳動(dòng)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(dòng)軸的轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況作相應(yīng)修正：1、對(duì)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(duì)減小結(jié)構(gòu)尺寸的效果較明顯。2、對(duì)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。
3．5 轉(zhuǎn)速圖擬定
運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定以后，主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速就已經(jīng)知道了，而且根據(jù)設(shè)計(jì)出來(lái)的各級(jí)齒輪的傳動(dòng)比，這樣就可以擬定主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速圖，使主運(yùn)動(dòng)逐漸具體化。
此車床集中傳動(dòng):公比為,級(jí)數(shù)Z=12,變速范圍R=1800/45=40。
4 動(dòng)力計(jì)算
4.1 齒輪的計(jì)算
4.1 .1 確定齒輪齒數(shù)和模數(shù)（查表法）
可以用計(jì)算法或查表法確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡(jiǎn)便。根據(jù)上面計(jì)算的傳動(dòng)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(dòng)比的適用齒數(shù)（小齒輪）（見參考書1第20頁(yè)）。
選取時(shí)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(guò)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(dòng)組的各對(duì)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(dòng)比的要求，尤其是在傳動(dòng)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(guò)3～4個(gè)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(dòng)比為3.1，查常用傳動(dòng)比的適用齒數(shù)（小齒輪）表，可找到最接近的傳動(dòng)比為3.15，當(dāng)時(shí)的齒數(shù)之和為82?？傻么簖X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(jì)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 [1]
其中N--------------計(jì)算齒輪傳遞的額定功率N=η×N
齒輪點(diǎn)蝕的估算：
A≥370mm[1]
其中為大齒輪的計(jì)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)：
[1]
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(dòng)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
4．1. 2 確定齒輪的齒數(shù)和模數(shù)（計(jì)算法）并校核
以齒輪8和9為例,
設(shè)計(jì)時(shí)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(dòng)比為≈0.2576,假設(shè)齒輪對(duì)稱布置,使用壽命為8年,每年以300工作日計(jì),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(jí)，軟齒表面粗糙度為1.6。
軟齒面閉式傳動(dòng)，失效形式為點(diǎn)蝕，考慮傳動(dòng)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(jì)計(jì)算
（1）、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，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(jì)
[2]
=9.55
由圖7-6選取材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為:
,
由圖7-7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由式(7-3)計(jì)算
=
由圖7-8查得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù),1.02
由圖7-9查得彎曲疲勞壽命系數(shù),1,
由表7-2查得接觸疲勞安全系數(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
[2]
[2]
[2]
[2]
將有關(guān)值代入式子 得
==59.17 [2]
則1.44
查圖7-10得;由表7-3查得;由表7-4查得;取;則
修正[2]
由表7-6取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)
3．校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
由圖7-18查得
取
由式（7-12）校核大小齒輪的彎曲強(qiáng)度
[2]
[ [2]
所以，初選的齒輪齒數(shù)和計(jì)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(huì)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)
編號(hào)
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
4．1. 3 齒輪的精度設(shè)計(jì)；
齒輪精度設(shè)計(jì)的方法及步驟：1、確定齒輪的精度等級(jí)；
2、齒輪誤差檢驗(yàn)組的選擇及其公差值的確定；
3、計(jì)算齒輪副側(cè)隙和確定齒厚極限偏差代號(hào)；
4、確定齒坯公差和表面粗糙度；
5、公法線平均長(zhǎng)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(jí)
由于該齒輪是主軸箱內(nèi)的齒輪，對(duì)傳動(dòng)精度和穩(wěn)定性的要求都比較高，主要要求的是傳動(dòng)平穩(wěn)性精度等級(jí)。據(jù)圓周速度
對(duì)于如此要求高的齒輪采用6級(jí)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
查表12-13、表12-14、表12-15可得公差值：
第Ⅰ公差組
第Ⅱ公差組 ±
第Ⅲ公差組
計(jì)算齒輪副側(cè)隙和確定齒厚極限偏差代號(hào)代號(hào)
計(jì)算齒輪副的最小極限側(cè)隙 由表12-10按油池潤(rùn)滑和查得
[6]
根據(jù)齒輪和箱體的材料，從材料手冊(cè)上查得，鋼和鑄鐵的線膨脹系數(shù)分別為 ， 。
傳遞的中心距 [6]
所以，
確定齒厚極限偏差代號(hào)
齒厚上偏差 由式（12-15）
[6]
式中前面已查得
由表12-14按6級(jí)精度查得
由表12-17按145.5，6級(jí)精度查得 ，
所以，代入數(shù)據(jù)得，
因?yàn)?±
由圖12-29或者12-9查得齒厚的上偏差代號(hào)為G，因此
齒厚下偏差
可知 [6]
查表12-13，6級(jí)精度齒輪，查表12-11，，所以
由圖12-29或表12-9查得齒厚下偏差代號(hào)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(duì)6級(jí)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(jí)決定或遵守包容原則。
定位端面的端面圓跳動(dòng)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(jí)查表12-20，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(zhǎng)度極限偏差的換算
公法線的公稱長(zhǎng)度W及其跨齒數(shù)k,可從機(jī)械設(shè)計(jì)有關(guān)手冊(cè)中查得或按式12-7和式12-8求得
跨齒數(shù)
[6]
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(zhǎng)度極限偏差，按換算式12-20、式12-21、式12-22得
[6]
[6]
齒輪工作圖
下圖為本例齒輪零件圖。
4.2 電磁離合器的選擇和使用
隨著機(jī)床設(shè)備向自動(dòng)化趨勢(shì)發(fā)展,電磁離合器和制動(dòng)器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,本設(shè)計(jì)為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床,采用手動(dòng)和電動(dòng)相結(jié)合的方式,其中的電控就是用電磁離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)的,電磁離合器是自動(dòng)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(dòng)控制等特點(diǎn)，同時(shí)能滿足簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高齒輪箱的傳動(dòng)剛度和加工精度，實(shí)現(xiàn)機(jī)床高響應(yīng)性、高頻率動(dòng)作等方面的要求。
我設(shè)計(jì)的主軸箱采用了3個(gè)電磁離合器，大大簡(jiǎn)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(wú)滑環(huán)離合器。
選擇離合器的型號(hào)規(guī)格之前，必須充分了解各種離合器的動(dòng)作特性及其優(yōu)缺點(diǎn)。在選擇離合器過(guò)程中最重要的因素是扭矩，扭矩表示所傳遞的動(dòng)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(duì)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(jì)過(guò)程中，計(jì)算扭矩是工作載荷的慣性和運(yùn)動(dòng)載荷的慣性之和，用T表示計(jì)算扭矩可用下式求出： [7]
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(dòng)組件的重量
V-----線性速度
R-----變旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)皮帶輪的半徑
g-----9.8
t-----機(jī)器啟動(dòng)所需時(shí)間
----電磁離合器吸合時(shí)間
但在實(shí)際工作中,很多設(shè)備的精確載荷難以計(jì)算。一般是根據(jù)輸入動(dòng)力確定所需扭矩。
[7]
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(duì)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(dòng)力下，較高的轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)應(yīng)低的扭矩，因此，在設(shè)計(jì)中盡可能將離合器裝在傳動(dòng)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(jì)中的主軸箱采用的是油潤(rùn)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(gè)離合器均為DLM5系列離合器，其型號(hào)為DLM5-10；Ⅱ軸上的扭矩大于Ⅰ軸，其型號(hào)可選為DLM5-25。
5 軸的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算
5.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)床傳動(dòng)軸，廣泛采用滾動(dòng)軸承作支承。軸上要安裝齒輪、離合器和制動(dòng)器等。傳動(dòng)軸應(yīng)保證這些傳動(dòng)件或機(jī)構(gòu)能正常工作。
傳動(dòng)軸應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度。如撓度和傾角過(guò)大，將使齒輪嚙合不良，軸承工作條件惡化，使振動(dòng)、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(huì)引起上述問(wèn)題。
所以，在設(shè)計(jì)軸時(shí)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(duì)軸的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行校核。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)，必須針對(duì)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(jì)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(jì)
Ⅰ軸的特點(diǎn):1．將運(yùn)動(dòng)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(dòng)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。
5.2 軸的強(qiáng)度校核(以Ⅰ軸為例)
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(shí),扭矩為468N.m,這時(shí)Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速為
5.2.1 選擇軸的材料
由于這個(gè)車頭箱傳動(dòng)的功率不大，分別為4和5.5KW，對(duì)其重量和尺寸也無(wú)特殊要求，故此輸入軸采用45鋼。
5.2.2 初估軸徑
按扭矩初估軸的直徑，查表10-2(見參考書2)得C=106～117，考慮到安裝帶輪的軸段僅受扭矩作用，取C=106,則
[2]
5.2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(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?？紤]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(hào)的選擇同時(shí)進(jìn)行，取軸承代號(hào)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(zhǎng)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(zhǎng)度。各個(gè)軸段尺寸的確定主要是根據(jù)軸上零件的轂長(zhǎng)或軸上零件配合部分的長(zhǎng)度確定。而另一些軸段的長(zhǎng)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(dòng)零件與不動(dòng)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(cè)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(guò)程，與畫草圖同時(shí)進(jìn)行，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)草圖（見下圖-a）
5.2.4 軸的受力分析
(1)畫軸的受力簡(jiǎn)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(jì)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(xiǎn)截面
顯然，a-a面處無(wú)論是彎矩還是扭矩都為最大，a-a面為危險(xiǎn)截面
(6)軸的彎扭合成強(qiáng)度校核
由表10-1查得，
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
由表10-1查得，，；，。
在a-a截面左側(cè)
[2]
由附表10-1查得，；由附表10-4查得絕對(duì)尺寸系數(shù)，；軸經(jīng)磨削加工，由附表10-5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10-6得許用安全系數(shù)，顯然，故，a-a截面安全,即整個(gè)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。
5.3 軸的剛度校核(以Ⅰ軸為例)
軸受載后要發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，如果變形過(guò)大，會(huì)影響軸上零件正常工作。
傳動(dòng)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(dòng)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(guò)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(guò)大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲、發(fā)熱、過(guò)早磨損而失效。因此，必須保證傳動(dòng)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(dòng)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(jì)算軸本身彎曲變形產(chǎn)生的撓度y和傾角θ時(shí),一般常將軸簡(jiǎn)化為集中載荷下的簡(jiǎn)支梁,當(dāng)軸的直徑相差不大且計(jì)算精度要求不高時(shí),可把軸看作等徑軸,采用平均直徑（)來(lái)計(jì)算。計(jì)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
計(jì)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): [1]
c段內(nèi): [1]
由圖分析得,
a 段內(nèi)撓度[1]
x的值為0和97.1之間由求導(dǎo)得x的值為97.1時(shí),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(duì)式子求導(dǎo),得到撓度為最大時(shí),
求得 其撓度值也<[y]
再由公式計(jì)算得到幾個(gè)受力端點(diǎn)處的撓度,由計(jì)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(jì)
箱體內(nèi)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì):設(shè)計(jì)主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動(dòng)件（傳動(dòng)軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動(dòng)器等）。
6.1 箱體內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
主軸變速箱是機(jī)床的主要部件。設(shè)計(jì)時(shí)除考慮一般機(jī)械傳動(dòng)的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)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(dòng)＜0.01mm;主軸的軸向竄動(dòng)＜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(duì)變形之比）：
N/mm;
其中D為最大回轉(zhuǎn)直徑mm。
(3)傳動(dòng)效率的要求：等級(jí)1 效率≥0.85
等級(jí)2 效率≥0.8
等級(jí)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(jí)1 dB≤78
等級(jí)2 dB≤80
等級(jí)3 dB≤83
結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)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(jì)的方法(以軸的布置為例)
主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于是整個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)中不可避免要經(jīng)過(guò)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(dòng)件及選擇結(jié)構(gòu)方案。
檢驗(yàn)傳動(dòng)設(shè)計(jì)的結(jié)果中有無(wú)相互干涉，碰撞或其它不合理的情況，以便及時(shí)改正。
確定傳動(dòng)軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對(duì)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(duì)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(guò)反復(fù)推敲修改，經(jīng)過(guò)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(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。
傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)
特點(diǎn):機(jī)床的傳動(dòng)軸，廣泛采用滾動(dòng)軸承作支承。軸上要安排齒輪，離合器和制動(dòng)器等。傳動(dòng)軸應(yīng)保證這些傳動(dòng)件或機(jī)構(gòu)能正常工作。
首先傳動(dòng)軸應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度。如撓度和傾角過(guò)大，將使齒輪嚙合不良，軸承工作條件惡化，使振動(dòng)、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(huì)引起上述問(wèn)題。
軸的結(jié)構(gòu)
傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)軸或運(yùn)動(dòng)輸入軸（1軸）的位置，最后確定其他各傳動(dòng)軸的位置。
車床主軸（圖6-20）
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(dòng)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(dòng)主軸的軸
由于切削力P切和轉(zhuǎn)動(dòng)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軸承。然而，主軸傳動(dòng)齒輪與其嚙合的齒輪之間不同的位置，將致使主軸及其主軸軸承承受力有著很大上午變化。通過(guò)分析兩種極限情況，就可以了解一般情況下的主軸部件受力和變形方法，以選擇和確定合適的主軸上齒輪傳動(dòng)力的位置和方向。
Ⅰ軸（輸入軸）的位置1．Ⅰ軸上往往裝有摩擦離合器等機(jī)構(gòu)，這些部件的位置安排應(yīng)便于調(diào)裝。2． 摩擦離合器或摩擦式制動(dòng)器，需要考慮便于冷卻與潤(rùn)滑，離主軸部件要遠(yuǎn)一些，以減少由于摩擦發(fā)熱對(duì)主軸部件熱變形的影響。3．Ⅰ軸的端部常裝有皮帶輪，而主軸尾端外伸，有可能裝自動(dòng)卡盤的操縱氣缸或油缸，布置Ⅰ軸位置時(shí)，必須保證兩者不會(huì)相碰，Ⅰ軸上帶輪外緣不能高出箱體，以免影響外觀。
綜述以上各點(diǎn)，車床上Ⅰ軸一般多安排在變速箱后壁靠近箱蓋處。
中間各傳動(dòng)軸的位置:主軸和Ⅰ軸位置既定，中間各傳動(dòng)軸位置即可按傳動(dòng)順序進(jìn)行安排，應(yīng)考慮滿足以下要求：
(1)裝有離合器的軸：要便于裝調(diào)、維修和潤(rùn)滑。
(2)裝有制動(dòng)裝置的軸：要便于裝調(diào)、維修，該軸應(yīng)布置在靠近箱蓋或箱壁處，同時(shí)還應(yīng)考慮與起、停裝置的互鎖。
(3)裝有潤(rùn)滑油泵的軸：要有足夠的空間安裝潤(rùn)滑油泵，其高度要便于油泵吸油和排油，并便于裝卸和調(diào)整油泵，裝有濺油輪或?yàn)R油齒輪的軸應(yīng)注意圓周速度和浸入油面的深度。
(4)與相關(guān)部件有聯(lián)系的軸：車床主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)間的內(nèi)在聯(lián)系是通過(guò)變速箱內(nèi)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)輸出軸聯(lián)系，它應(yīng)布置在主軸前下方靠近進(jìn)給箱處。
(5)其他：使箱體截面尺寸緊湊、比例協(xié)調(diào)，各操縱機(jī)構(gòu)安排得當(dāng)?shù)鹊取?
:
7 結(jié)論
通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成了對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這類主傳動(dòng)系統(tǒng)是應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型中檔精度數(shù)控車床的。這類車床共有12級(jí)轉(zhuǎn)速，分高低兩檔，高低兩檔的切換是通過(guò)手柄來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而在同一檔內(nèi)的6級(jí)轉(zhuǎn)速，是通過(guò)電磁離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)控制。
此類數(shù)控車床既不同于一般的數(shù)控車床,也不同于普通車床,是兩者的結(jié)合。這類數(shù)控車床比一般的全功能數(shù)控機(jī)床便宜，能節(jié)約成本，其性能價(jià)格比適中。相對(duì)于普通車床，用此類主傳動(dòng)裝置，其加工的精度更高，能提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品損失。因?yàn)榇藗鲃?dòng)系統(tǒng)部分采用電控，還能減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。所以，此類主傳動(dòng)設(shè)計(jì)適應(yīng)我國(guó)國(guó)情。
由于這次設(shè)計(jì)時(shí)間較為倉(cāng)促，沒有對(duì)所有重要部件進(jìn)行校核，有的只是進(jìn)行了簡(jiǎn)單的選型，而不是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格計(jì)算得到。而且由于缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，設(shè)計(jì)的很多方面都缺乏工藝性。
致謝
我進(jìn)行了將近一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，不但包括一些設(shè)計(jì)的方法，更重要的是，我學(xué)會(huì)了如何獨(dú)立思考，解決問(wèn)題。在設(shè)計(jì)中，會(huì)不斷地遇到問(wèn)題，這是就要我們?nèi)ハ朕k法解決，讓我們?nèi)ゲ橘Y料，查手冊(cè)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)的一個(gè)解決問(wèn)題的重要方法就是查設(shè)計(jì)手冊(cè)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程，通過(guò)這個(gè)過(guò)程，我們學(xué)會(huì)了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的一些基本的方法，讓我們系統(tǒng)回顧了大學(xué)四年學(xué)過(guò)的知識(shí)，也為我們將來(lái)的工作打下了基礎(chǔ)。
指導(dǎo)我們?cè)O(shè)計(jì)的是鹽城市機(jī)床廠的沙愛民高級(jí)工程師，沙老師雖然不是我們學(xué)校的老師，但為了指導(dǎo)我們?cè)O(shè)計(jì)，沙老師一個(gè)星期三次過(guò)來(lái)給我們指導(dǎo)。沙老師家離我們學(xué)校又很遠(yuǎn)，但她為了我們的設(shè)計(jì)還是每次都過(guò)來(lái)。沙老師不但有機(jī)械的理論知識(shí)，更有非常豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，回答我們問(wèn)題都能聯(lián)系實(shí)際，給我們以啟示。
通過(guò)指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)，我覺得在設(shè)計(jì)過(guò)程中自己積累了不少的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，但同樣存在著很多不足。設(shè)計(jì)過(guò)程中有一些很簡(jiǎn)單的問(wèn)題我有時(shí)也解決不了，需要老師幫助才能解決。有時(shí)看見老師在，一些自己能解決的問(wèn)題，也懶于去思考，都拿去問(wèn)老師。
通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了不少東西，也發(fā)現(xiàn)了自身很大的不足。感謝我們指導(dǎo)老師的幫助，也感謝系部給我們提供了這么多的便利條件。
參考文獻(xiàn)
1 曹金榜，易錫麟，張玉峰，陳田養(yǎng)，王長(zhǎng)春.機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1987
2 徐錦康,蔡慧官,蔣同洋.機(jī)械設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001
3 張新義.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1993
4 北京航空學(xué)院機(jī)械加工教研室.北京:國(guó)防工業(yè)出版社館
5 王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì).北京:兵器工業(yè)出版社
6 王伯平.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999
7 吳宗澤,羅建國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:高等教育出版社
8 機(jī)械工業(yè)出版社編輯組編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社
9 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院編.實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:農(nóng)業(yè)機(jī)械出版
社,1989
10 楊黎明.機(jī)械零件簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:兵器工業(yè)出版社,1992
附件清單
1 數(shù)控車床總裝圖 CK-000 A3 一張
2 主傳動(dòng)系統(tǒng)裝配圖 CK-001 A0 一張
3 內(nèi)隔套零件圖 CK-101 A4 一張
4 齒輪零件圖 CK-102 A3 一張
5 齒輪零件圖 CK-103 A3 一張
6 齒輪零件圖 CK-108 A3 一張
7 擋油環(huán)零件圖 CK-114 A4 一張
8 擋油環(huán)零件圖 CK-115 A3 一張
9 主軸零件圖 CK-116 A1 一張
10 軸承透蓋零件圖 CK-117 A3 一張
11 齒輪零件圖 CK-118 A3 一張
12 齒輪零件圖 CK-120 A3 一張
13 Ⅰ軸零件圖 CK-121 A3 一張
14 內(nèi)隔套零件圖 CK-122 A4 一張
15 內(nèi)隔套零件圖 CK-123 A4 一張
16 帶輪零件圖 CK-124 A3 一張
17 軸承透蓋零件圖 CK-125 A4 一張
18 外隔套零件圖 CK-126 A4 一張
19 齒輪零件圖 CK-127 A4 一張
20 內(nèi)隔套零件圖 CK-129 A4 一張
21 齒輪零件圖 CK-131 A3 一張
22 內(nèi)隔套零件圖 CK-132 A4 一張
23 齒輪零件圖 CK-133 A3 一張
24 外隔套零件圖 CK-134 A4 一張
25 內(nèi)隔套零件圖 CK-135 A4 一張
26 床頭箱零件圖 CK-139 A0 一張
27 端蓋零件圖 CK-140 A4 一張
28 外隔套零件圖 CK-143 A4 一張
29 軸承透蓋零件圖 CK-146 A3 一張
30 傳動(dòng)鍵零件圖 CK-147 A4 一張
31 卡口墊零件圖 CK-148 A3 一張
32 甩油環(huán)零件圖 CK-150 A3 一張
33 定位套零件圖 CK-157 A4 一張
35
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