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湖南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
湖 南 科 技 大 學(xué)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ）
題目
C7620型車床主軸箱及后刀架設(shè)計(jì)
作者
孟霄霄
學(xué)院
機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)號(hào)
1103010212
指導(dǎo)教師
廖先祿
二〇一五年 五月二十七日
摘 要
本次設(shè)計(jì)為C7620型卡盤多刀半自動(dòng)車床的主軸箱設(shè)計(jì)。
該車床是用于加工盤套類零件的高效率機(jī)床，主傳動(dòng)采用雙速電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。首先根據(jù)本次設(shè)計(jì)的主要參數(shù)進(jìn)行機(jī)床轉(zhuǎn)速的確定，擬定傳動(dòng)方案，確定出主軸箱的轉(zhuǎn)速圖和變速傳動(dòng)系統(tǒng)圖。選定齒輪的齒數(shù)，通過(guò)驗(yàn)算主軸的轉(zhuǎn)速誤差是否在誤差值的允許范圍內(nèi)，從而確定設(shè)計(jì)的齒輪是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。根據(jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》和已經(jīng)確定的主軸箱轉(zhuǎn)速圖，計(jì)算主軸、各傳動(dòng)軸以及各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，進(jìn)而確定齒輪的模數(shù)和材料，完成齒輪的設(shè)計(jì)。注意到本次設(shè)計(jì)中雙速電機(jī)的特點(diǎn)，根據(jù)主動(dòng)帶輪傳遞的功率選擇三角膠帶的型號(hào)，確定膠帶長(zhǎng)度以及根數(shù)等，進(jìn)一步計(jì)算傳動(dòng)軸和主軸的軸徑，選擇花鍵的型號(hào)，完成皮帶和各個(gè)軸的設(shè)計(jì)，至此完成車床主軸箱內(nèi)主要零件的設(shè)計(jì)。
針對(duì)齒輪的模數(shù)以及傳動(dòng)軸（中軸）的剛度和強(qiáng)度、軸承壽命等進(jìn)行校核驗(yàn)算，達(dá)到合格后即初步完成了車床主軸箱的整體設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞:主軸箱 齒輪 軸 三角膠帶
II
Abstract
The design for the z5140-type multi-tool semi-automatic lathe chuck spindle box design.
The lathe is a disc sets of parts for processing high-efficiency machines, the main drive with dual-speed motor, simple structure. First, according to the design of the main parameters of the machine speed identification, formulation transmission scheme, determine the speed of the spindle box diagram and transmission system diagram. Selected gear teeth, the spindle speed error by checking whether the error value within the allowable range, the design of the gears to determine the design requirements. According to "Machine Design Manual" and have been identified Headstock speed graph, calculate the spindle, the shaft and the gear calculation speed, and to determine the modulus gear and materials to complete the design of gears. Noting this design features two-speed motor, according to the power delivered by the drive pulley choice triangle tape models, to determine the tape length, and number of roots, etc., further calculations shaft and the spindle shaft, select the spline model, complete belts and the design of each axis, thus completing the main parts lathe headstock design.
Modulus as well as for the gear shaft (axis) of the stiffness and strength, bearing life, etc. check checking, reached after passing the initial completion of the overall design of lathe headstock.
Keywords: triangle tape headstock gear shaft
I
目 錄
緒 論 1
第一章 主動(dòng)參數(shù)的確定 2
1.1確定傳動(dòng)公比 2
1.2主電動(dòng)機(jī)的選擇 2
第二章 車床的規(guī)格 3
第三章 變速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4
3.1確定變速組及各變速組中變速副的數(shù)目 4
3.2結(jié)構(gòu)式的確定 4
3.3各變速組的變速范圍及極限傳動(dòng)比 4
3.4確定各軸的轉(zhuǎn)速 5
3.5繪制轉(zhuǎn)速圖 6
3.6確定各變速組變速副齒數(shù) 7
3.7繪制變速系統(tǒng)圖 8
第四章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 9
4.2 展開(kāi)圖及其布置 9
4.3 I軸（輸入軸）的設(shè)計(jì) 9
4.4 齒輪塊設(shè)計(jì) 10
4.5 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 11
4.6 主軸組件設(shè)計(jì) 12
4.6.1 各部分尺寸的選擇 12
4.6.2 主軸材料和熱處理 12
4.6.3 主軸軸承 13
4.6.4 主軸與齒輪的連接 14
4.6.5 潤(rùn)滑與密封 14
4.6.6 其他問(wèn)題 14
第五章 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì) 16
5.1帶輪的設(shè)計(jì) 16
5.2帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
5.3傳動(dòng)軸的直徑估算 19
5.4鍵的選擇 20
5.5齒輪模數(shù)的確定 20
5.6確定各軸間的中心距 24
I
5.7齒輪的設(shè)計(jì) 24
第六章 齒輪校核 25
6.1齒輪強(qiáng)度校核 25
6.1.1校核a組齒輪 25
6.1.2 校核b組齒輪 26
第七章 傳動(dòng)軸剛度校核 29
7.1核算其裝齒輪處產(chǎn)生的撓度和傾角 29
7.2核算軸承處轉(zhuǎn)角 32
第八章 軸承的選用和校核 34
8.1各軸軸承的選用的型號(hào) 34
8.2軸承壽命計(jì)算 34
第九章 后刀架的設(shè)計(jì) 36
9.1后刀架的發(fā)展趨勢(shì) 36
9.2后刀架設(shè)計(jì)的基本要求 36
9.3 C7620機(jī)床后刀架的設(shè)計(jì) 36
9.4刀架的組成 39
9.5后刀架的工作 40
9.6刀架參數(shù)的確定 40
9.7動(dòng)力源的選取 41
9.8安裝調(diào)試 41
第十章結(jié)論 42
參考文獻(xiàn) 43
致謝 44
I
緒 論
C7620卡盤多刀半自動(dòng)車床是一種以加工盤類零件為主的高效率機(jī)床,該機(jī)床配有前后兩個(gè)刀架,能對(duì)零件進(jìn)行端面、外圓、內(nèi)孔及斜錐等多種工序的加工。
由于本機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)采用雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以前后刀架在一次自動(dòng)循環(huán)中能根據(jù)零件直徑的不同，自動(dòng)變換兩種不同的進(jìn)給速度。機(jī)床前后刀架的驅(qū)動(dòng)和工件的夾松都是采用液壓控制的，由于在電器部分采用了步進(jìn)程序控制線路組成的預(yù)選工藝卡片(即插銷板)，配合行程擋鐵的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)本機(jī)床所提出的各種自動(dòng)循環(huán)。
在機(jī)床設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)需要先確定相關(guān)的參數(shù)，它是其它設(shè)計(jì)的根據(jù)，影響到產(chǎn)品是否可以滿足實(shí)際要求，這是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步。機(jī)床參數(shù)有主基本參數(shù)與基本參數(shù)。主參數(shù)是機(jī)車參數(shù)中最重要的，它直接反映機(jī)床的加工能力和特性，決定和影響其它基本參數(shù)。
I
1
第一章 主動(dòng)參數(shù)的確定
1.1確定傳動(dòng)公比
根據(jù)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表3-5 標(biāo)準(zhǔn)公比。這里我們?nèi)?biāo)準(zhǔn)公比系列=1.41.
因?yàn)?1.41=1.06，根據(jù)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表3-6標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列。首先找到最小極限轉(zhuǎn)速90，再每跳過(guò)5個(gè)數(shù)（1.26～1.06）取一個(gè)轉(zhuǎn)速，即可得到公比為1.41的數(shù)列：90、125、180、255、345、485、710、1000。
1.2主電動(dòng)機(jī)的選擇
采用雙速電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)變速范圍位2,轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)共8級(jí)。
電機(jī)功率
電機(jī)轉(zhuǎn)速
I
第二章 車床的規(guī)格
根據(jù)以上的計(jì)算和設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)可得到本次設(shè)計(jì)車床的基本參數(shù)：
表2.1車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)表
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)Z
200
1000
90
7.5/10
1.41
8
I
第三章 變速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
擬定變速方案，包括變速型式的選擇以及開(kāi)停、換向、制動(dòng)、操縱等整個(gè)變速系統(tǒng)的確定。變速型式則指變速和變速的元件、機(jī)構(gòu)以及組成、安排不同特點(diǎn)的變速型式、變速類型。
變速方案和型式與結(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，確定變速方案和型式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟(jì)等多方面統(tǒng)一考慮。
變速方案有多種，變速型式更是眾多，比如：變速型式上有集中變速，分離變速；擴(kuò)大變速范圍可用增加變速組數(shù)，也可采用背輪結(jié)構(gòu)、分支變速等型式；變速箱上既可用多速電機(jī)，也可用交換齒輪、滑移齒輪、公用齒輪等。
顯然，可能的方案有很多，優(yōu)化的方案也因條件而異。
3.1確定變速組及各變速組中變速副的數(shù)目
級(jí)數(shù)為Z的變速系統(tǒng)由若干個(gè)順序的變速組組成，各變速組分別有、……個(gè)變速副。即
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的因子： ，方案：
電變速組作為第一擴(kuò)大組，I—II軸間的變速組為基本組，傳動(dòng)副數(shù)為2，II—III軸間變速組為第二擴(kuò)大組，傳動(dòng)副數(shù)為2。
3.2結(jié)構(gòu)式的確定
轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)：Z=8，根據(jù)①傳動(dòng)副前多后少②傳動(dòng)線前密后疏③降速前緩后急的三原則，可確定結(jié)構(gòu)方案為：，但考慮到所設(shè)計(jì)機(jī)床的實(shí)際情況，采用雙速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，雙速電動(dòng)機(jī)是動(dòng)力源，必須為第一變速組（電變速組）；但級(jí)比是2，除可為混合公比傳動(dòng)系統(tǒng)的變型基本組外，不可能是常規(guī)傳動(dòng)系統(tǒng)的基本組，只能作為第一擴(kuò)大組。因此，機(jī)床采用雙速電動(dòng)機(jī)時(shí)，傳動(dòng)順序和擴(kuò)大順序不一致。由于傳動(dòng)系統(tǒng)的公比是1.41，故基本組的傳動(dòng)副數(shù)為2。因此，確定其傳動(dòng)最佳方案：。
3.3各變速組的變速范圍及極限傳動(dòng)比
傳動(dòng)副的極限傳動(dòng)比和傳動(dòng)組的極限變速范圍：在降速傳動(dòng)時(shí)，為防止被動(dòng)齒輪的直徑過(guò)大而使進(jìn)徑向尺寸過(guò)大，常限制最小傳動(dòng)比，1/4，升速傳動(dòng)時(shí)，為防止產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)和噪音，常限制最大傳動(dòng)比，斜齒輪比較平穩(wěn)，可取，故變速組的最大變速范圍為/≤8～10。
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。
(3.1)
其中，，
∴，符合要求。
3.4確定各軸的轉(zhuǎn)速
3.4.1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)》表3-10，主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為
又因?yàn)?21.6r/min不在轉(zhuǎn)速點(diǎn)上，故選定250r/min為主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。
3.4.2各變速軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：
軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為250r/min；
軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為316r/min；
軸Ⅰ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為710r/min。
3.4.3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b計(jì)算z = 25的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為316r/min；
變速組a計(jì)算z = 36的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為710r/min。
⑷核算主軸轉(zhuǎn)速誤差
∵
∴
所以合適。
3.5繪制轉(zhuǎn)速圖
圖3.1轉(zhuǎn)速圖
3.6確定各變速組變速副齒數(shù)
確定齒輪齒數(shù)的原則和要求：
齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過(guò)大；齒輪的齒數(shù)和過(guò)大會(huì)加大兩軸之間的中心距，使機(jī)床結(jié)構(gòu)龐大，一般推薦≤100～200.
最小齒輪的齒數(shù)要盡可能少；但同時(shí)要考慮：
※最小齒輪不產(chǎn)生根切，機(jī)床變速箱中標(biāo)準(zhǔn)直圓柱齒輪，一般最小齒數(shù)≥18；
※受結(jié)構(gòu)限制的最小齒輪最小齒數(shù)應(yīng)大于18～20；
※齒輪齒數(shù)應(yīng)符合轉(zhuǎn)速圖上傳動(dòng)比的要求：實(shí)際傳動(dòng)比（齒數(shù)之比）與理論傳動(dòng)比（轉(zhuǎn)速圖上要求的傳動(dòng)比）之間又誤差，但不能過(guò)大，確定齒輪數(shù)所造成的轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過(guò)10%（-1）%，即%
-要求的主軸轉(zhuǎn)速；
-齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)的主軸轉(zhuǎn)速；
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3-9中選取。一般在主傳動(dòng)中，最小齒數(shù)應(yīng)大于18～20。采用三聯(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3-9各種常用變速比的使用齒數(shù)。
電機(jī)和Ⅰ軸之間傳動(dòng)為皮帶定比傳動(dòng)，所需數(shù)據(jù)由《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》中表2-7得到：
電動(dòng)機(jī)—Ⅰ軸：
3.6.1變速組a的齒數(shù)確定:
Ⅰ軸—Ⅱ軸：
由于兩個(gè)傳動(dòng)比均小于1，故取其倒數(shù)，即按，，則查表2-7，存在這二個(gè)傳動(dòng)比的（齒數(shù)和）分別有：
，=…109,111,112,113,114,116,117,118,…
，=…109,110,111,113,114,116,117，…
因變速組內(nèi)所有齒輪模數(shù)相同，并是標(biāo)準(zhǔn)齒輪，則二對(duì)傳動(dòng)副的齒數(shù)和是相同的。符合條件的有：109，111，113，114，116，117，若取，從表中可查得小齒輪的齒數(shù)分別是，，則可算出二個(gè)傳動(dòng)副的齒輪齒數(shù)為：
,
。
3.6.2變速組b的齒數(shù)確定：
Ⅱ軸—Ⅲ軸：
由于兩個(gè)傳動(dòng)比均小于1，故取其倒數(shù)，即按，，則查表2-7，存在這二個(gè)傳動(dòng)比的（齒數(shù)和）分別有：
，=…110，111，112，113，114…
，=…108，109，110，113，114…
取=113，從表中可查得小齒輪的齒數(shù)分別是，，則可算出二個(gè)傳動(dòng)副的齒輪齒數(shù)為：
，
。
3.7繪制變速系統(tǒng)圖
圖3.2轉(zhuǎn)速圖
第四章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案
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）、主軸組件、操縱機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結(jié)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，用一張展開(kāi)圖和若干張橫截面圖表示。
主軸變速箱是機(jī)床的重要部件。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：精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動(dòng)效率要求，主軸前軸承處溫度和溫升的控制，結(jié)構(gòu)工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則。
主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)整個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于結(jié)構(gòu)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。在正式畫(huà)圖前應(yīng)該先畫(huà)草圖。目的是：
1） 布置傳動(dòng)件及選擇結(jié)構(gòu)方案。
2） 檢驗(yàn)傳動(dòng)設(shè)計(jì)的結(jié)果中有無(wú)干涉、碰撞或其他不合理的情況，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)。
4.2 展開(kāi)圖及其布置
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。
總布置時(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它軸上。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。
4.3 I軸（輸入軸）的設(shè)計(jì)
將運(yùn)動(dòng)帶入變速箱的帶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)軸的剛度或使軸部受帶輪的拉力（采用卸荷裝置）。我們采用的卸荷裝置一般是把軸承裝載法蘭盤上，通過(guò)法蘭盤將帶輪的拉力傳遞到箱壁上。
車床上的反轉(zhuǎn)一般用于加工螺紋時(shí)退刀。車螺紋時(shí)，換向頻率較高。實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的變換方案很多，我們采用正反向離合器。正反向的轉(zhuǎn)換在不停車的狀態(tài)下進(jìn)行，常采用片式摩擦離合器。由于裝在箱內(nèi)，一般采用濕式。
齒輪與軸之間的軸承可以用滾動(dòng)軸承也可以用滑動(dòng)軸承?；瑒?dòng)軸承在一些性能和維修上不如滾動(dòng)軸承，但它的徑向尺寸小。
空套齒輪需要有軸向定位，軸承需要潤(rùn)滑。
4.4 齒輪塊設(shè)計(jì)
齒輪是變速箱中的重要元件。齒輪同時(shí)嚙合的齒數(shù)是周期性變化的。也就是說(shuō)，作用在一個(gè)齒輪上的載荷是變化的。同時(shí)由于齒輪制造及安裝誤差等，不可避免要產(chǎn)生動(dòng)載荷而引起振動(dòng)和噪音，常成為變速箱的主要噪聲源，并影響主軸回轉(zhuǎn)均勻性。在齒輪塊設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮這些問(wèn)題。
齒輪塊的結(jié)構(gòu)形式很多，取決于下列有關(guān)因素：
一、 是固定齒輪還是滑移齒輪；
二、 移動(dòng)滑移齒輪的方法；
三、 齒輪精度和加工方法；
變速箱中齒輪用于傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。它的精度選擇主要取決于圓周速度。采用同一精度時(shí)，圓周速度越高，振動(dòng)和噪聲越大，根據(jù)實(shí)際結(jié)果得知，圓周速度會(huì)增加一倍，噪聲約增大6dB。
工作平穩(wěn)性和接觸誤差對(duì)振動(dòng)和噪聲的影響比運(yùn)動(dòng)誤差要大，所以這兩項(xiàng)精度應(yīng)選高一級(jí)。
為了控制噪聲，機(jī)床上主傳動(dòng)齒輪都要選用較高的精度。大都是用7—6—6，圓周速度很低的，才選8—7—7。如果噪聲要求很嚴(yán)，或一些關(guān)鍵齒輪，就應(yīng)選6—5—5。當(dāng)精度從7—6—6提高到6—5—5時(shí)，制造費(fèi)用將顯著提高。
不同精度等級(jí)的齒輪，要采用不同的加工方法，對(duì)結(jié)構(gòu)要求也有所不同。
8級(jí)精度齒輪，一般滾齒或插齒就可以達(dá)到。
7級(jí)精度齒輪，用較高精度滾齒機(jī)或插齒機(jī)可以達(dá)到。但淬火后，由于變形，精度將下降。因此，需要淬火的7級(jí)齒輪一般滾（插）后要剃齒，使精度高于7，或者淬火后在衍齒。
6級(jí)精度的齒輪，用精密滾齒機(jī)可以達(dá)到。淬火齒輪，必須磨齒才能達(dá)到6級(jí)。
機(jī)床主軸變速箱中齒輪齒部一般都需要淬火。
滑移齒輪進(jìn)出嚙合的一端要圓齒，有規(guī)定的形狀和尺寸。圓齒和倒角性質(zhì)不同，加工方法和畫(huà)法也不一樣，應(yīng)予注意。
選擇齒輪塊的結(jié)構(gòu)要考慮毛坯形式（棒料、自由鍛或模鍛）和機(jī)械加工時(shí)的安裝和定位基面。盡可能做到省工、省料又易于保證精度。
齒輪磨齒時(shí)，要求有較大的空刀（砂輪）距離，因此多聯(lián)齒輪不便于做成整體的，一般都做成組合的齒輪塊。有時(shí)為了縮短軸向尺寸，也有用組合齒輪的。
要保證正確嚙合，齒輪在軸上的位置應(yīng)該可靠。滑移齒輪在軸向位置由操縱機(jī)構(gòu)中的定位槽、定位孔或其他方式保證，一般在裝配時(shí)最后調(diào)整確定。
4.5 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
機(jī)床傳動(dòng)軸，廣泛采用滾動(dòng)軸承作支撐。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。
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芯線間的平行度等裝配及加工誤差也會(huì)引起上述問(wèn)題。
傳動(dòng)軸可以是光軸也可以是花鍵軸。成批生產(chǎn)中，有專門加工花鍵的銑床和磨床，工藝上并無(wú)困難。所以裝滑移齒輪的軸都采用花鍵軸，不裝滑移齒輪的軸也常采用花鍵軸。
花鍵軸承載能力高，加工和裝配也比帶單鍵的光軸方便。
軸的部分長(zhǎng)度上的花鍵，在終端有一段不是全高，不能和花鍵空配合。這是加工時(shí)的過(guò)濾部分。一般尺寸花鍵的滾刀直徑為65～85。
機(jī)床傳動(dòng)軸常采用的滾動(dòng)軸承有球軸承和滾錐軸承。在溫升、空載功率和噪聲等方面，球軸承都比滾錐軸承優(yōu)越。而且滾錐軸承對(duì)軸的剛度、支撐孔的加工精度要求都比較高。因此球軸承用的更多。但是滾錐軸承內(nèi)外圈可以分開(kāi)，裝配方便，間隙容易調(diào)整。所以有時(shí)在沒(méi)有軸向力時(shí)，也常采用這種軸承。選擇軸承的型號(hào)和尺寸，首先取決于承載能力，但也要考慮其他結(jié)構(gòu)條件。
同一軸心線的箱體支撐直徑安排要充分考慮鏜孔工藝。成批生產(chǎn)中，廣泛采用定徑鏜刀和可調(diào)鏜刀頭。在箱外調(diào)整好鏜刀尺寸，可以提高生產(chǎn)率和加工精度。還常采用同一鏜刀桿安裝多刀同時(shí)加工幾個(gè)同心孔的工藝。下面分析幾種鏜孔方式：對(duì)于支撐跨距長(zhǎng)的箱體孔，要從兩邊同時(shí)進(jìn)行加工；支撐跨距比較短的，可以從一邊（叢大孔方面進(jìn)刀）伸進(jìn)鏜桿，同時(shí)加工各孔；對(duì)中間孔徑比兩端大的箱體，鏜中間孔必須在箱內(nèi)調(diào)刀，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能避免。
既要滿足承載能力的要求，又要符合孔加工工藝，可以用輕、中或重系列軸承來(lái)達(dá)到支撐孔直徑的安排要求。
兩孔間的最小壁厚，不得小于5～10，以免加工時(shí)孔變形。
花鍵軸兩端裝軸承的軸頸尺寸至少有一個(gè)應(yīng)小于花鍵的內(nèi)徑。
一般傳動(dòng)軸上軸承選用級(jí)精度。
傳動(dòng)軸必須在箱體內(nèi)保持準(zhǔn)確位置，才能保證裝在軸上各傳動(dòng)件的位置正確性，不論軸是否轉(zhuǎn)動(dòng)，是否受軸向力，都必須有軸向定位。對(duì)受軸向力的軸，其軸向定位就更重要。
回轉(zhuǎn)的軸向定位（包括軸承在軸上定位和在箱體孔中定位）在選擇定位方式時(shí)應(yīng)注意：
1） 軸的長(zhǎng)度。長(zhǎng)軸要考慮熱伸長(zhǎng)的問(wèn)題，宜由一端定位。
2） 軸承的間隙是否需要調(diào)整。
3） 整個(gè)軸的軸向位置是否需要調(diào)整。
4） 在有軸向載荷的情況下不宜采用彈簧卡圈。
加工和裝配的工藝性等。
4.6 主軸組件設(shè)計(jì)
主軸組件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求高。安裝工件（車床）或者刀具（銑床、鉆床等）的主軸參予切削成形運(yùn)動(dòng)，因此它的精度和性能直接影響加工質(zhì)量（加工精度和表面粗糙度），設(shè)計(jì)時(shí)主要圍繞著保證精度、剛度和抗振性，減少溫升和熱變形等幾個(gè)方面考慮。
4.6.1 各部分尺寸的選擇
主軸形狀與各部分尺寸不僅和強(qiáng)度、剛度有關(guān)，而且涉及多方面的因素。
1） 內(nèi)孔直徑
車床主軸由于要通過(guò)棒料，安裝自動(dòng)卡盤的操縱機(jī)構(gòu)及通過(guò)卸頂尖的頂桿，必須是空心軸。為了擴(kuò)大使用范圍，加大可加工棒料直徑，車床主軸內(nèi)孔直徑有增大的趨勢(shì)。
2） 軸頸直徑
前支撐的直徑是主軸上一主要的尺寸，設(shè)計(jì)時(shí)，一般先估算或擬定一個(gè)尺寸，結(jié)構(gòu)確定后再進(jìn)行核算。
3） 前錐孔直徑
前錐孔用來(lái)裝頂尖或其他工具錐柄，要求能自鎖，目前采用莫氏六號(hào)錐孔。
4） 支撐跨距及懸伸長(zhǎng)度
為了提高剛度，應(yīng)盡量縮短主軸的外伸長(zhǎng)度。選擇適當(dāng)?shù)闹慰缇啵话阃扑]?。?=2～3.5，跨距小時(shí)，軸承變形對(duì)軸端變形的影響大。所以，軸承剛度小時(shí)，應(yīng)選大值，軸剛度差時(shí)，則取小值。
跨距的大小，很大程度上受其他結(jié)構(gòu)的限制，常常不能滿足以上要求。安排結(jié)構(gòu)時(shí)力求接近上述要求。
4.6.2 主軸材料和熱處理
在主軸結(jié)構(gòu)形狀和尺寸一定的條件下，材料的彈性模量E越大，主軸的剛度也越高，由于鋼材的E值較大，故一般采用鋼質(zhì)主軸，一般機(jī)床的主軸選用價(jià)格便宜、性能良好的45號(hào)鋼。提高主軸有關(guān)表面硬度，增加耐磨性，在長(zhǎng)期使用中不至于喪失精度，這是對(duì)主軸熱處理的根本要求。機(jī)床主軸都在一定部位上承受著不同程度的摩擦，主軸與滾動(dòng)軸承配合使用時(shí)，軸頸表面具有適當(dāng)?shù)挠捕瓤筛纳蒲b配工藝并保證裝配精度，通常硬度為HRC40-50即可滿足要求。一般機(jī)床的主軸，淬火時(shí)要求無(wú)裂紋，硬度均勻；淬硬層深度不小于1mm，最好1.5-2mm,使精磨后仍能保留一點(diǎn)深度的淬硬層，主軸熱處理后變形要小。螺紋表面一般不淬火；淬火部位的空刀槽不能過(guò)深，臺(tái)階交接處應(yīng)該倒角；滲氮主軸的銳邊、棱角必須倒圓R>0.5mm,可避免滲氮層穿透剝落。
4.6.3 主軸軸承
1）軸承類型選擇
主軸前軸承有兩種常用的類型：
雙列短圓柱滾子軸承。承載能力大，可同時(shí)承受徑向力和軸向力，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但允許的極限轉(zhuǎn)速低一些。
與雙列短圓柱滾子軸承配套使用承受軸向力的軸承有三種：
600角雙向推力向心球軸承。是一種新型軸承，在近年生產(chǎn)的機(jī)床上廣泛采用。具有承載能力大，允許極限轉(zhuǎn)速高的特點(diǎn)。外徑比同規(guī)格的雙列圓柱滾子軸承小一些。在使用中，這種軸承不承受徑向力。
推力球軸承。承受軸向力的能力最高，但允許的極限轉(zhuǎn)速低，容易發(fā)熱。
向心推力球軸承。允許的極限轉(zhuǎn)速高，但承載能力低，主要用于高速輕載的機(jī)床。
2）軸承的配置
大多數(shù)機(jī)床主軸采用兩個(gè)支撐，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，但為了提高主軸剛度也有用三個(gè)支撐的了。三支撐結(jié)構(gòu)要求箱體上三支撐孔具有良好的同心度，否則溫升和空載功率增大，效果不一定好。三孔同心在工藝上難度較大，可以用兩個(gè)支撐的主要支撐，第三個(gè)為輔助支撐。輔助支撐軸承（中間支撐或后支撐）保持比較大的游隙（約0.03～0.07），只有在載荷比較大、軸產(chǎn)生彎曲變形時(shí)，輔助支撐軸承才起作用。
軸承配置時(shí)，除選擇軸承的類型不同外，推力軸承的布置是主要差別。推力軸承布置在前軸承、后軸承還是分別布置在前、后軸承，影響著溫升后軸的伸長(zhǎng)方向以及結(jié)構(gòu)的負(fù)責(zé)程度，應(yīng)根據(jù)機(jī)床的實(shí)際要求確定。
在配置軸承時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
① 每個(gè)支撐點(diǎn)都要能承受經(jīng)向力。
② 兩個(gè)方向的軸向力應(yīng)分別有相應(yīng)的軸承承受。
③ 徑向力和兩個(gè)方向的軸向力都應(yīng)傳遞到箱體上，即負(fù)荷都由機(jī)床支撐件承受。
3）軸承的精度和配合
主軸軸承精度要求比一般傳動(dòng)軸高。前軸承的誤差對(duì)主軸前端的影響最大，所以前軸承的精度一般比后軸承選擇高一級(jí)。
普通精度級(jí)機(jī)床的主軸，前軸承的選或級(jí)，后軸承選或級(jí)。選擇軸承的精度時(shí)，既要考慮機(jī)床精度要求，也要考慮經(jīng)濟(jì)性。
軸承與軸和軸承與箱體孔之間，一般都采用過(guò)渡配合。另外軸承的內(nèi)外環(huán)都是薄壁件，軸和孔德形狀誤差都會(huì)反映到軸承滾道上去。如果配合精度選的太低，會(huì)降低軸承的回轉(zhuǎn)精度，所以軸和孔的精度應(yīng)與軸承精度相匹配。
1） 軸承間隙的調(diào)整
為了提高主軸的回轉(zhuǎn)精度和剛度，主軸軸承的間隙應(yīng)能調(diào)整。把軸承調(diào)到合適的負(fù)間隙，形成一定的預(yù)負(fù)載，回轉(zhuǎn)精度和剛度都能提高，壽命、噪聲和抗震性也有改善。預(yù)負(fù)載使軸承內(nèi)產(chǎn)生接觸變形，過(guò)大的預(yù)負(fù)載對(duì)提高剛度沒(méi)有明顯的小果，而磨損發(fā)熱量和噪聲都會(huì)增大，軸承壽命將因此而降低。
軸承間隙的調(diào)整量，應(yīng)該能方便而且能準(zhǔn)確地控制，但調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)不能太復(fù)雜。雙列短圓柱滾子軸承內(nèi)圈相對(duì)外圈可以移動(dòng)，當(dāng)內(nèi)圈向大端軸向移動(dòng)時(shí)，由于1：12的內(nèi)錐孔，內(nèi)圈將脹大消除間隙。
其他軸承調(diào)整也有與主軸軸承相似的問(wèn)題。特別要注意：調(diào)整落幕的端面與螺紋中心線的垂直度，隔套兩個(gè)端面的平行度都由較高要求，否則，調(diào)整時(shí)可能將軸承壓偏而破壞精度。隔套越長(zhǎng)，誤差的影響越小。
螺母端面對(duì)螺紋中心線垂直度、軸上和孔上套簡(jiǎn)兩端平行度等均有嚴(yán)格的精度要求。
4.6.4 主軸與齒輪的連接
齒輪與主軸的連接可以用花鍵或者平鍵；軸做成圓柱體，或者錐面（錐度一般取1：15左右）。錐面配合對(duì)中性好，但加工較難。平鍵一般用一個(gè)或者兩個(gè)（相隔180度布置），兩國(guó)特鍵不但平衡較好，而且平鍵高度較低，避免因齒輪鍵槽太深導(dǎo)致小齒輪輪轂厚度不夠的問(wèn)題。
4.6.5 潤(rùn)滑與密封
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0.1～0.3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?，使油能順利地流回到油箱?
4.6.6 其他問(wèn)題
主軸上齒輪應(yīng)盡可能靠近前軸承，大齒輪更應(yīng)靠前，這樣可以減小主軸的扭轉(zhuǎn)變形。
當(dāng)后支承采用推力軸承時(shí)，推力軸承承受著前向后的軸向力，推力軸承緊靠在孔的內(nèi)端面，所以，內(nèi)端面需要加工，端面和孔有較高的垂直度要求，否則將影響主軸的回轉(zhuǎn)精度。支承孔如果直接開(kāi)在箱體上，內(nèi)端面加工有一定難度。為此，可以加一個(gè)杯形套孔解決，套孔單獨(dú)在車床上加工，保證高的端面與孔德垂直度。
主軸的直徑主要取決于主軸需要的剛度、結(jié)構(gòu)等。各種牌號(hào)鋼材的彈性模量基本一樣，對(duì)剛度影響不大。主軸一般選優(yōu)質(zhì)中碳鋼即可。精度較高的機(jī)床主軸考慮到熱處理變形的影響，可以選用或其他合金鋼。主軸頭部需要淬火，硬度為50～55。其他部分處理后，調(diào)整硬度為220～250。
第五章 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)
5.1帶輪的設(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=7.5/10kW,傳動(dòng)比i=1，兩班制，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)》表8-7工作情況系數(shù)查的共況系數(shù)=1.2。
故根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式（8-21）
(5.1)
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B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8-8、圖8-11和表8-6取主動(dòng)小帶輪基準(zhǔn)直徑=180。
因本設(shè)計(jì)的i=1(極大帶輪和小帶輪的直徑相同，等速傳遞)，故=180mm。
(3)驗(yàn)算帶速度v
按《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（8-13）驗(yàn)算帶的速度
(5.2)
所以，故帶速合適。
(4)初定中心距
帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床的總體布局初步選定，一般可在下列范圍內(nèi)選?。?根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式（8-20）
取=500mm。
(5)三角帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式（8-22）計(jì)算帶輪的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
(5.3)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-2，圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)度 L=1600mm
(6)確定實(shí)際中心距
按《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式（8-23）計(jì)算實(shí)際中心距
(5.4)
(7)驗(yàn)算小帶輪包角
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式（8-25）
，故主動(dòng)輪上包角合適。
(8)確定三角帶根數(shù)
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（8-26）得
(5.5)
查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-4d由 i=1和得= 0KW
查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-5，=1；查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-2，長(zhǎng)度系數(shù)=0.92
所以取Z=4根。
(9)計(jì)算預(yù)緊力
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-3，q=0.18kg/m
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（8-27）
(5.6)
其中： -帶的變速功率,KW；
v-帶速,m/s；
q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取q=0.18kg/m。
v = 1440r/min = 9.42m/s。
（10）計(jì)算作用在軸上的壓軸力
5.2帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
⑴帶輪的材料
常用的V帶輪材料為HT150或HT200，轉(zhuǎn)速較高時(shí)可以采用鑄鋼或鋼板沖壓焊接而成，小功略時(shí)采用鑄鋁或塑料。
⑵帶輪結(jié)構(gòu)形式
V帶輪由輪緣、輪輻和輪轂組成，根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同可以分為實(shí)心式（《機(jī)械制圖》圖8-14a）、腹板式（《機(jī)械制圖》圖8-14b）、孔板式（《機(jī)械制圖》圖8-14c）、橢圓輪輻式（《機(jī)械制圖》圖8-14d）。V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān)，當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑（d為安裝帶輪的軸的直徑，mm）時(shí)?？梢圆捎脤?shí)心式，當(dāng)可以采用腹板式，時(shí)可以采用孔板式，當(dāng)時(shí)，可以采用輪輻式。
帶輪寬度：。
⑶V帶輪的論槽
V帶輪的輪槽與所選的V帶型號(hào)相對(duì)應(yīng)，見(jiàn)《機(jī)械制圖》表8-10.
表5.1 V帶輪的輪槽與所選的V帶型號(hào)
槽型
與相對(duì)應(yīng)得
B
14.0
3.50
10.8
11.5
—
—
V帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形，使V帶工作面夾角發(fā)生變化。為了使V帶的工作面與大論的輪槽工作面緊密貼合，將V帶輪輪槽的工作面得夾角做成小于。
V帶安裝到輪槽中以后，一般不應(yīng)該超出帶輪外圓，也不應(yīng)該與輪槽底部接觸。為此規(guī)定了輪槽基準(zhǔn)直徑到帶輪外圓和底部的最小高度。
輪槽工作表面的粗糙度為。
⑷V帶輪的技術(shù)要求
鑄造、焊接或燒結(jié)的帶輪在輪緣、腹板、輪輻及輪轂上不允許有傻眼、裂縫、縮孔及氣泡；鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應(yīng)力的前提下，允許對(duì)輪緣、凸臺(tái)、腹板及輪轂的表面缺陷進(jìn)行修補(bǔ)；轉(zhuǎn)速高于極限轉(zhuǎn)速的帶輪要做靜平衡，反之做動(dòng)平衡。其他條件參見(jiàn)中的規(guī)定。
5.3傳動(dòng)軸的直徑估算
傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度的要求，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。
根據(jù) (5.7)
(5.8)
式中：—危險(xiǎn)截面處軸的直徑，mm
—該軸傳遞的額定扭矩，N/mm
—該軸傳遞的功率，
—該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，r/min
—該軸每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角，一般
式中：——由電機(jī)到該傳動(dòng)件各傳動(dòng)副的傳動(dòng)效率由
按圖5.8-1求得:
5.4鍵的選擇
當(dāng)軸上有鍵槽時(shí)，d值應(yīng)相應(yīng)增大4～5%;當(dāng)軸為花鍵軸時(shí)，可將估算的d值減小7%為花鍵軸的小徑;空心軸時(shí)，d需乘以計(jì)算系數(shù)b，b值見(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表7-12。軸Ⅲ為空心軸，I和Ⅱ?yàn)榛ㄦI軸。I軸和Ⅱ軸因?yàn)橐惭b滑移齒輪所以都采用花鍵軸。因?yàn)榫匦位ㄦI定心精度高，定心穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理變形，定心直徑尺寸公差和位置公差都能獲得較高的精度，故我采用矩形花鍵連接。
因是花鍵軸，內(nèi)徑可減少7%，即:
d =50(1-7%)=46.5
d =50(1-7%)=46.5
按標(biāo)準(zhǔn)圓整，采用Ⅰ軸：6—504512
Ⅱ軸：6—504512，6—555014
鍵的選擇：Ⅰ矩形花鍵的尺寸10890，平鍵14×9×56
Ⅱ矩形花鍵的尺寸3330
Ⅲ平鍵的尺寸 28×6×110
5.5齒輪模數(shù)的確定
齒輪模數(shù)的估算。通常同一變速組內(nèi)的齒輪取相同的模數(shù)，如齒輪材料相同時(shí)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪，根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度條件按《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》表7-17進(jìn)行估算模數(shù)和，并按其中較大者選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，為簡(jiǎn)化工藝變速傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)各變速組的齒輪模數(shù)最好一樣，通常不超過(guò)2～3種模數(shù)。
先計(jì)算最小齒數(shù)齒輪的模數(shù)，齒輪選用直齒圓柱齒輪及斜齒輪傳動(dòng)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-8齒輪精度選用7級(jí)精度，再由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-1選擇小齒輪材料為40C(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS：
根據(jù)《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》表7-17；有公式：
①齒面接觸疲勞強(qiáng)度： (5.9)
②齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度： (5.10)
⑴a變速組：分別計(jì)算各齒輪模數(shù)，先計(jì)算最小齒數(shù)36的齒輪。
①齒面接觸疲勞強(qiáng)度：
其中: -公比 ； =2.25 ；
P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.967.5=7.2KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允接觸應(yīng)力，由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》圖7-6按MQ線查取;
-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
=650MPa，
∴
根據(jù)《畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖》表10-4將齒輪模數(shù)圓整為2.5mm 。
②齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度：
其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.967.5=7.2KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允齒根應(yīng)力，由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》圖7-11按MQ線查??；
-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2；
，
∴
∴
根據(jù)《畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖》表10-4將齒輪模數(shù)圓整為2mm 。
∵所以
于是變速組a的齒輪模數(shù)取m = 2.5，b =30mm。
軸Ⅰ上主動(dòng)輪齒輪的直徑：
軸Ⅱ上三聯(lián)從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為：
⑵b變速組：確定軸Ⅱ上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù)，先計(jì)算最小齒數(shù)25的齒輪。
① 齒面接觸疲勞強(qiáng)度：（公式見(jiàn)a變速組）
其中: -公比 ； =3.52；
P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.9227.5=6.915KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允接觸應(yīng)力，由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》圖7-6按MQ線查取;
-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
=650MPa，
∴
∴
根據(jù)《畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖》表10-4將齒輪模數(shù)圓整為3mm 。
② 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度：
其中: P-齒傳遞的名義功率；P =0.9227.5=6.915KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允齒根應(yīng)力，由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》圖7-11按MQ線查??；
-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
，
根據(jù)《畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖》表10-4將齒輪模數(shù)圓整為2.5mm 。
∵所以
于是變速組b的齒輪模數(shù)取m = 3mm，b = 30mm。
軸Ⅱ上主動(dòng)輪齒輪的直徑：
軸Ⅲ上三聯(lián)從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為：
⑷、標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù)：
從《機(jī)械原理》表5-1查得以下公式
齒頂圓直徑 (5.11)
齒根圓直徑 (5.12)
分度圓直徑 (5.13)
齒頂高 (5.14)
齒根高 (5.15)
齒輪的具體值見(jiàn)下表：
表5.1齒輪尺寸表 （單位：mm）
齒輪
齒數(shù)
z
模數(shù)
分度圓直徑d
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒頂高
齒根高
⒈
36
2.5
90
95
83.75
2.5
3.125
⒉
45
2.5
112.5
117.5
106.25
2.5
3.125
⒊
81
2.5
202.5
207.5
196.25
2.5
3.125
⒋
72
2.5
180
185
173.75
2.5
3.125
⒌
25
3
75
81
67.5
3
3.75
⒍
59
3
177
183
169.5
3
3.75
⒎
88
3
264
270
256.5
3
3.75
⒏
54
3
162
168
154.5
3
3.75
5.6確定各軸間的中心距
；
；
5.7齒輪的設(shè)計(jì)
通過(guò)齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度的計(jì)算，只能確定出齒輪的主要尺寸，如齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、螺旋角、分度圓直徑等，而齒圈、輪輻、輪轂等的結(jié)構(gòu)形式及尺寸大小，通常都由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定。當(dāng)齒頂圓直徑時(shí)，可以做成實(shí)心式結(jié)構(gòu)的齒輪。當(dāng)時(shí)，可做成腹板式結(jié)構(gòu)，再考慮到加工問(wèn)題，現(xiàn)決定把齒輪做成實(shí)心結(jié)構(gòu)。
第六章 齒輪校核
在驗(yàn)算算速箱中的齒輪應(yīng)力時(shí)，選相同模數(shù)中承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算。
6.1齒輪強(qiáng)度校核
計(jì)算公式：①?gòu)澢趶?qiáng)度 (6.1)
②接觸疲勞強(qiáng)度 (6.2)
6.1.1校核a組齒輪
①?gòu)澢趶?qiáng)度；校核齒數(shù)為36的齒輪，確定各項(xiàng)參數(shù)
⑴,n=710r/min,
⑵確定動(dòng)載系數(shù)
∵
齒輪精度為7級(jí)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》使用系數(shù)。
⑶。
⑷確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4，得非對(duì)稱齒向載荷分配系數(shù)；
,
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-13得
⑸確定齒間載荷分配系數(shù):
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-2查的使用，
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-3查得齒間載荷分配系數(shù)
⑹確定載荷系數(shù):
⑺ 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10-5 齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)
；
⑻計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-20(c)查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。
《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-18查得 壽命系數(shù),取疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S = 1.3
②接觸疲勞強(qiáng)度
⑴載荷系數(shù)K的確定：
⑵彈性影響系數(shù)的確定；查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6得
⑶查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21（d）得，
故齒輪1合適。
6.1.2 校核b組齒輪
①?gòu)澢趶?qiáng)度；校核齒數(shù)為25的齒輪，確定各項(xiàng)參數(shù)
⑴ ,n=640r/min,
⑵ 確定動(dòng)載系數(shù)：
齒輪精度為7級(jí)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)
⑶
⑷ 確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4，插值法得非對(duì)稱齒向載荷分配系數(shù)
,查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-13得
⑸ 確定齒間載荷分配系數(shù):
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-2查的使用；
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-3查得齒間載荷分配系數(shù)
⑹ 確定動(dòng)載系數(shù):
⑺ 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10-5齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)
、
⑻ 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-20(c)查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。
《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-18查得 壽命系數(shù),疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S = 1.3
②接觸疲勞強(qiáng)度
u=88/25=3.52；
⑴、載荷系數(shù)K的確定：
⑵、彈性影響系數(shù)的確定；查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6得
⑶、查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21（d）得，
故齒輪5合適。
第七章 傳動(dòng)軸剛度校核
由于軸Ⅱ是傳動(dòng)軸當(dāng)中承載最重的軸，故選其作為剛度驗(yàn)算的傳動(dòng)軸。
7.1核算其裝齒輪處產(chǎn)生的撓度和傾角
① 計(jì)算軸的平均直徑，計(jì)算簡(jiǎn)圖（如下）
B
C
A
D
81
25
圖7.1傳動(dòng)軸受力圖
② 計(jì)算軸傳遞的扭矩
() (7.1)
式中：——軸傳遞的功率,
——軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速,r/min
()
③ 求作用在裝齒輪處B點(diǎn)的力
④ 切向力： （N） (7.2)
徑向力： （N） (7.3)
式中：——齒輪的分度圓直徑，
=2834.57 N
N
⑤ 求作用在裝齒輪處C點(diǎn)的力
由于三軸心(傳入軸、傳出軸、該軸)的軸心在空間位置的軸心連線夾角大于150，需進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將后一對(duì)齒輪嚙合力投影到前一個(gè)坐標(biāo)之后，再進(jìn)行撓度計(jì)算。如下圖所示：
y
x
III軸
I軸
II軸
36
81
25
B
C
圖7.2 齒輪受力圖
切向力： N
徑向力： N
故，=-400.53 N
=6672.90 N
⑥ 計(jì)算裝齒輪處的撓度
應(yīng)用《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表5.8-16公式，由表5.8-17查得：Ⅱ軸的慣性
I=252055
N/
撓度允許值：[y]=(0.0003～0.0005)L
式中：L——軸長(zhǎng)度，mm
查表5.8-14取得：[y]=0.0004L=0.0004×420=0.168
由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》（二）上中表5.8-16得：
整理見(jiàn)下表：
表7.1 齒輪處產(chǎn)生的撓度
位置
坐標(biāo)
方向
B點(diǎn)撓度
C點(diǎn)撓度
疊加
撓度
允許值
結(jié)果
B
X
0.0081
0.0267
0.0348
0.168
合格
Y
0.0040
0.0013
0.0053
0.035
——
C
X
-0.0004
-0.0002
-0.0006
0.168
合格
Y
0.06
0.0029
0.0629
0.0629
——
故，B、C處撓度合格
7.2核算軸承處轉(zhuǎn)角
裝單列圓錐滾子軸承處允許量，由表5.8-14得：
表7.2軸承處轉(zhuǎn)角
位置
方向
A處轉(zhuǎn)角
D處轉(zhuǎn)角
疊加
公式
允許值
結(jié)論
A
X
0.000056
-0.000000053
0.000056
0.000061
0.0006
合格
Y
0.000022
0.0000009
0.000023
——
——
D
X
-0.000062