《金屬切削機(jī)床》課程設(shè)計(jì)車床主軸箱設(shè)計(jì)（全套圖紙）

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1、金屬切削機(jī)床車床課程設(shè)計(jì) 目錄 全套圖紙加174320523 各專業(yè)都有 第1章 概述……………………………………………………………1 1.1 金屬切削機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位……………………………………1 1.2 機(jī)床課程設(shè)計(jì)的目的……………………………………………………1 1.3 車床的規(guī)格系列和用處…………………………………………………2 1.4 操作性能要求……………………………………………………………2 第2章 題目要求及參數(shù)確定…………………………………………2 2.1 設(shè)計(jì)要求………………………………………………

2、……………………2 2.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定………………………………………………………………3 2.3 動(dòng)力參數(shù)確定………………………………………………………………3 第3章 傳動(dòng)設(shè)計(jì) ………………………………………………………3 3.1 傳動(dòng)組和傳動(dòng)副的確定……………………………………………………4 3.2 結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇…………………………………………4 3.3 擬定轉(zhuǎn)速圖…………………………………………………………………5 3.4 齒輪齒數(shù)的確定……………………………………………………………7 3.5 傳

3、動(dòng)系統(tǒng)圖 …………………………………………………………………8 3.6 軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速………………………………………………………………9 第4章 傳動(dòng)件的估算 …………………………………………………9 4.1 三角帶傳動(dòng)的計(jì)算…………………………………………………………9 4.2 傳動(dòng)軸直徑的估算…………………………………………………………12 4.3 齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計(jì)算……………………………………………13 4.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………17 4.5 圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算……………………

4、…………………………………17 4.6 傳動(dòng)軸的驗(yàn)算………………………………………………………………20 4.7 主軸最佳跨距的計(jì)算………………………………………………………23 4.8 主軸剛度驗(yàn)算………………………………………………………………24 4.9 滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算……………………………………………………………27 第5章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明 ……………………………………………28 5.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案………………………………………28 5.2 展開(kāi)圖及其布置……………………………………………………………2

5、9 5.3 齒輪組設(shè)計(jì)…………………………………………………………………29 5.4 主軸主件設(shè)計(jì)………………………………………………………………30 第6章 總結(jié) ……………………………………………………………31 參考文獻(xiàn) 第1章 概述 1.1 金屬切削機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位 金屬切削機(jī)床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器，它是制造機(jī)器的機(jī)器，又稱為“工作母機(jī)”或“工具機(jī)”。 在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)中，金屬切削機(jī)床是加工機(jī)器零件的主要設(shè)備，它所擔(dān)負(fù)的

6、工作量，約占機(jī)器總制造工作量的40%—60%。機(jī)床的技術(shù)水平直接影響機(jī)械制造工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。 機(jī)床的“母機(jī)”屬性決定了它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。機(jī)床工業(yè)為各種類型的機(jī)械制造廠提供先進(jìn)的制造技術(shù)和優(yōu)質(zhì)高效的機(jī)床設(shè)備，促進(jìn)機(jī)械制造工業(yè)的生產(chǎn)能力和工藝水平的提高。機(jī)械制造工業(yè)肩負(fù)著為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門提供現(xiàn)代化技術(shù)裝備的任務(wù)，為適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，必須大力發(fā)展機(jī)械制造工業(yè)。機(jī)械制造工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)。機(jī)床工業(yè)則是機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)。一個(gè)國(guó)家機(jī)床工業(yè)的技術(shù)水平，在很大程度上標(biāo)志著這個(gè)國(guó)家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。顯然，金屬切削機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化建設(shè)中起著重大的作用。

7、 1.2 機(jī)床課程設(shè)計(jì)的目的 課程設(shè)計(jì)是在學(xué)生學(xué)完相應(yīng)課程及先行課程之后進(jìn)行的實(shí)習(xí)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是大學(xué)生的必修環(huán)節(jié)，不僅是鞏固學(xué)生大學(xué)所學(xué)知識(shí)的重要環(huán)節(jié)，而且也是在檢驗(yàn)大學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力、自學(xué)能力、獨(dú)立操作能力和培養(yǎng)創(chuàng)新能力，是大學(xué)生參加工作前的一次實(shí)踐性鍛煉。 通過(guò)本課題設(shè)計(jì)可以達(dá)到以下目的： 1．綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的專業(yè)理論知識(shí)，能獨(dú)立分析和擬訂某機(jī)床主軸箱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，裝配結(jié)構(gòu)和制造結(jié)構(gòu)的各種方案，能在機(jī)械設(shè)計(jì)制圖，零件計(jì)算和編寫技術(shù)文件等方面得到綜合訓(xùn)練，具備設(shè)計(jì)中等復(fù)雜零件的能力。 2．通過(guò)本課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，能初步掌握機(jī)床的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，動(dòng)力計(jì)算以及關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度校核，獲得工程師必

8、備設(shè)計(jì)能力的初步訓(xùn)練，從而提高分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，盡快適應(yīng)工程實(shí)踐的能力。 3. 熟悉和學(xué)會(huì)使用各種手冊(cè)，能善于使用網(wǎng)絡(luò)搜尋一些設(shè)計(jì)的相關(guān)資料，掌握一定的工藝制訂的方法和技巧。 4. 進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)操作的基本技能﹑CAD及Pro/engineer軟件應(yīng)用能力(造型設(shè)計(jì)與自動(dòng)編程)﹑仿真模擬軟件的應(yīng)用。 1.3 車床的規(guī)格系列和用處 普通機(jī)床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。因此，對(duì)這些基本知識(shí)和資料作些簡(jiǎn)要介紹。本次設(shè)計(jì)的是普通型車床主軸變速箱。主要用于加工回轉(zhuǎn)體。 表1 車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù) 正轉(zhuǎn)最低轉(zhuǎn)速 Nmin ( 工件最大回轉(zhuǎn)直徑

9、D (mm) 正轉(zhuǎn)最高轉(zhuǎn)速 Nmax ( ) 電機(jī)功率 N（kw） 公比 轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z 160 400 2000 4 1.26 12 1.4 操作性能要求 1）具有皮帶輪卸荷裝置 2）手動(dòng)操縱雙向摩擦片離合器實(shí)現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)及停止運(yùn)動(dòng)要求 3）主軸的變速由變速手柄完成 第2章 題目要求及參數(shù)確定 2.1設(shè)計(jì)要求 1）機(jī)床的類型、用途及主要參數(shù) 車床，工作時(shí)間：二班制，電動(dòng)機(jī)功率：，主軸最高、最低轉(zhuǎn)速如下： ， 變速級(jí)數(shù)：z=12。 2）工件材料：45號(hào)鋼 刀具材料：YT15 3）設(shè)計(jì)部

10、件名稱：主軸箱 2.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定 回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)的參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速。 ① 最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)： ② 分級(jí)變速時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列：機(jī)床的分級(jí)變速機(jī)構(gòu)共有Z=12級(jí)；由主軸轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍 得公比：φ=1.26。根據(jù)已知公比并查《金屬切削機(jī)床》表確定各級(jí)轉(zhuǎn)速（單位：）：160r/min，200r/min，250r/min，315r/min，400r/min，500r/min，630r/min，800r/min，1000r/min，1250r/min，1600r/min，2000r/min。 2.3 動(dòng)力參數(shù)的確定 合理的確定電機(jī)功率，使機(jī)床既能充分發(fā)揮其使用性能，滿

11、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。 已知電動(dòng)機(jī)的功率是4KW，，根據(jù)《金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》（陳易新編）附錄2選擇主電動(dòng)機(jī)為Y112M-2，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表2： 表2-1 Y112M-2技術(shù)參數(shù) 轉(zhuǎn)速（r/min） 額定功率 （kw） 滿載時(shí) 堵轉(zhuǎn)電流 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 同步轉(zhuǎn)速 （r/min） 級(jí)數(shù) 電流 (A) 效率 (%) 功率因數(shù) 額定電流 （倍） 額定轉(zhuǎn)矩 （倍） 額定轉(zhuǎn)矩 （倍） 2880 4 8.2 85.5 0.87 7.0 2.2 2.2 3000 2 第3章 傳動(dòng)設(shè)計(jì)

12、 擬定傳動(dòng)方案，包括傳動(dòng)型式的選擇以及開(kāi)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)以及組成、安排不同特點(diǎn)的傳動(dòng)型式、變速類型。 3.1 傳動(dòng)組和傳動(dòng)副的確定 傳動(dòng)組和傳動(dòng)副數(shù)可能的方案有： ①12=43 ②12=34 ③12=322 ④12=232 ⑤12=223 在上面的方案中，①②兩種方案有時(shí)可以省略一根軸。缺點(diǎn)是有一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)有四個(gè)傳動(dòng)副。如果用一個(gè)四聯(lián)滑移齒輪，則會(huì)增大軸向尺寸；如果用兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪，則操縱機(jī)構(gòu)必須互鎖以防止兩個(gè)滑移齒輪同時(shí)嚙合。所以一般少用。 而③④⑤三個(gè)方案由“前多后少”原則比較，從電動(dòng)機(jī)到主軸，一般為降速傳動(dòng)。

13、接近電動(dòng)機(jī)處的零件，轉(zhuǎn)速較高，從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也較小。如使傳動(dòng)副有較多的傳動(dòng)組在接近電動(dòng)機(jī)處，則使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件少些，可以節(jié)省材料。故③12=322的方案為好。 3.2 結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇 在12=322中，又因基本組和擴(kuò)大組排列順序的不同而有不同的方案?？赡苡辛N方案，如下圖所示： （a） （b） （b） （d）

14、 （e） （f） 圖3-1 12級(jí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)的各種方案 （1）傳動(dòng)副的極限傳動(dòng)比和傳動(dòng)組的極限變速范圍 由《金屬切削機(jī)床》（戴曙主編）可知，常限制最小傳動(dòng)比，最大傳動(dòng)比。因此主傳動(dòng)鏈任一傳動(dòng)組的最大變速范圍一般為 。 檢查傳動(dòng)組變速范圍時(shí)，只需檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組，即必須保證 圖3-1中，方案a、b、c、e的第二擴(kuò)大組，，則。，則，是可行的。方案d和f，，，，也是可行的。 （2）基本組和擴(kuò)大組的排列順序 六種結(jié)構(gòu)網(wǎng)方案經(jīng)以上驗(yàn)證均可行，需進(jìn)一步選

15、擇最佳方案的原則：中間傳動(dòng)軸（如軸Ⅱ、Ⅲ）變速范圍最小 因?yàn)楦鞣桨钢?，若傳?dòng)軸的最高轉(zhuǎn)速相同，則變速范圍小的，最低轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較小，傳動(dòng)件的尺寸也就可以小些。方案a) 的中間傳動(dòng)軸變速范圍最小，故方案 a) 最佳。 其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下： 圖3-2 結(jié)構(gòu)網(wǎng) 3.3 擬定轉(zhuǎn)速圖 電動(dòng)機(jī)和主軸的轉(zhuǎn)速是已定的，當(dāng)選定了結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式后，就可分配和傳動(dòng)級(jí)的傳動(dòng)比并確定中間軸的轉(zhuǎn)速。再加上定比傳動(dòng)，就可畫出轉(zhuǎn)速圖。中間軸的轉(zhuǎn)速如果能高一些，傳動(dòng)件的尺寸也就可以小一些。但是，中間軸如果轉(zhuǎn)速過(guò)高，將會(huì)引起過(guò)大的振動(dòng)、發(fā)熱和噪聲。通常，希望齒輪的線速度不超過(guò)12～15m/s。對(duì)于中型車、鉆、銑等機(jī)床

16、，中間軸的最高轉(zhuǎn)速不宜超過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)于小型機(jī)床和精密機(jī)床，由于功率較小，傳動(dòng)件不會(huì)過(guò)大。這時(shí)振動(dòng)、發(fā)熱和噪聲是應(yīng)該考慮的問(wèn)題。因些更應(yīng)該注意中間軸的轉(zhuǎn)速，不使過(guò)高。 由于所選定的結(jié)構(gòu)式共有三個(gè)傳動(dòng)組，變速機(jī)構(gòu)共需4軸，外加電動(dòng)機(jī)軸共5軸。故轉(zhuǎn)速圖需5條豎線。主軸共12速，故需12條橫線。 軸Ⅲ傳動(dòng)組c的變速范圍為，兩個(gè)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比可取為： ， 因此軸Ⅲ六種轉(zhuǎn)速為：400r/min，500r/min，630r/min，800r/min，1000r/min，1250r/min。 軸Ⅱ轉(zhuǎn)動(dòng)組b的級(jí)比指數(shù)為3，在傳動(dòng)比極限的范圍內(nèi)，軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速最高可為1250、1600、2000r/m

17、in，最低可為400、500、630r/min。為了避免升速，傳動(dòng)比可取： ， 軸Ⅱ額轉(zhuǎn)速確定為800、1000、1250r/min。 同理，對(duì)于軸Ⅰ，可?。? ，， 這樣就確定了軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速為1250r/min。電動(dòng)機(jī)軸與軸Ⅰ的傳動(dòng)比接近于1/2.3=1/。最后，可得轉(zhuǎn)速圖4： 圖3-3 12級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖 3.4 齒輪齒數(shù)的確定 利用查表法由《金屬切削機(jī)床》（戴曙主編）表8-1，可求出各傳動(dòng)組齒輪齒數(shù)： 表3-1 齒輪齒數(shù) 變速組 基本組 第一擴(kuò)大組 第二擴(kuò)大組 齒輪 齒數(shù) 35 35 31

18、 39 27 43 42 42 28 56 60 38 28 70 第一組齒輪： 傳動(dòng)比：=1, =1/1.26,=1/1.58 《金屬切削機(jī)床》（戴曙主編）表8-1，齒數(shù)和取70 =35，=35，=31,=39,=27,=43； 第二組齒輪： 傳動(dòng)比：,,=1/2， 齒數(shù)和取84： =42， =42，=28, =56； 第三組齒輪： 傳動(dòng)比：=1.58,=1/2.52 齒數(shù)和取98： =60， =38，=28，=70； 3.5 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 通過(guò)以上齒輪的齒數(shù)，傳動(dòng)副，級(jí)比指數(shù)以及傳動(dòng)比確定如下所示傳動(dòng)系統(tǒng)圖： 圖3-4 主

19、傳動(dòng)系圖 3.6 軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 （1）主軸 根據(jù)《金屬切削機(jī)床》（戴曙主編）表8-2，中型車床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速是第一個(gè)三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級(jí)轉(zhuǎn)速，即為。 （2）各傳動(dòng)軸 軸Ⅲ的最低轉(zhuǎn)速400r/min經(jīng)傳動(dòng)組c可使主軸得到160r/min和630r/min兩種轉(zhuǎn)速。630r/min要傳遞全部功率，所以軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速應(yīng)為400r/min。軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速可按傳動(dòng)副b推上去，得800r/min。 第4章 傳動(dòng)件的估算 4.1 三角帶傳動(dòng)的計(jì)算 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

20、中常用作電機(jī)輸出軸的定比傳動(dòng)。 (1)選擇三角帶的型號(hào) 根據(jù)公式： 式中P---電動(dòng)機(jī)額定功率，--工作情況系數(shù)（工作時(shí)間為二班制查表得=1.2） 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖8-11因此選擇A型帶，尺寸參數(shù)為B=80mm，=11mm，h=10，。 (2)確定帶輪的計(jì)算直徑， 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8-6，8-8取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑=100m 由公式 式中： -小帶輪轉(zhuǎn)速，-大帶輪轉(zhuǎn)速，-帶的滑動(dòng)系數(shù)，一般取0.02。 所以，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-8圓整為224mm。 (3)確定三角帶速度 按公式

21、 (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)選取： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 取，取=600mm. (5)三角帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度 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 (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 (8)驗(yàn)算小帶輪包角 主動(dòng)輪上包角合適。 (9)確定三角帶根數(shù) 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式8-22得 傳動(dòng)比 查表8-4a，8-4b 得= 0.34KW,=2.05KW 查表8-5，=0.98；查表8-2，=0.96 所以取 根 (10)計(jì)算預(yù)緊力 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8

22、-3，q=0.1kg/m 4.2 傳動(dòng)軸直徑的估算 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。按照《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》96頁(yè)內(nèi)容計(jì)算傳動(dòng)軸直徑: 其中：P-電動(dòng)機(jī)額定功率 K-鍵槽系數(shù) A-系數(shù) -從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積； -該傳動(dòng)

23、軸的計(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。 各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速如下： 各軸功率如下： 查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》[1]表3-8取I，IV軸的K=1.05，A=110； II，III軸是花鍵軸，取K=1.07，A=77。 所以 ， 取30mm , 取25mm , 取30mm ， 取40mm 此軸徑為平均軸徑，設(shè)計(jì)時(shí)可相應(yīng)調(diào)整,實(shí)際取值均大于計(jì)算值。 4.3 齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計(jì)算

24、 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[1]表3-6（機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)）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。 4.3.1 齒輪齒數(shù)的計(jì)算 第一組齒輪： 傳動(dòng)比：=1, =1/1.26,=1/1.58 《金屬切削機(jī)床》（戴曙主編）表8-1，齒數(shù)和取70 =35，=35，=31,=3

25、9,=27,=43； 第二組齒輪： 傳動(dòng)比：,,=1/2， 齒數(shù)和取84： =42， =42，=28, =56； 第三組齒輪： 傳動(dòng)比：=1.58,=1/2.52 齒數(shù)和取98： =60， =38，=28，=70； 4.3.2 齒輪模數(shù)的計(jì)算 （1）Ⅰ-Ⅱ軸： 按齒輪彎曲疲勞計(jì)算： =（《機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)》[3]P36，為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，可根據(jù)轉(zhuǎn)速圖確定） 按齒面點(diǎn)蝕計(jì)算： 取A=50 由中心距A及齒數(shù)計(jì)算模數(shù)： 圓整為 模數(shù)因取和中較大值。故第一變數(shù)組齒輪模數(shù)因取m=2.0 （2）Ⅱ-Ⅲ軸： 按齒輪彎

26、曲疲勞計(jì)算： 按齒面點(diǎn)蝕計(jì)算： 取A=60 由中心距A及齒數(shù)計(jì)算模數(shù)： 同理 第二轉(zhuǎn)動(dòng)組齒輪模數(shù)取m=2.0 （3）Ⅲ-Ⅳ軸： 按齒輪彎曲疲勞計(jì)算： = 按齒面點(diǎn)蝕計(jì)算： 取A=72 故第三傳動(dòng)組取m=2. (4)標(biāo)準(zhǔn)齒輪： 從機(jī)械原理[9] 表10-2查得以下公式 齒頂圓 齒根圓 分度圓 齒頂高 齒根高 齒輪的具體值見(jiàn)表5: 表4-1 齒輪尺寸表 齒輪 齒數(shù) z 模數(shù) m 分度圓 d 齒頂圓 齒根圓 齒頂高 齒根高 1 36 2 72 76 67 2 2.5

27、 2 36 2 72 76 67 2 2.5 3 32 2 64 68 59 2 2.5 4 40 2 80 84 75 2 2.5 5 28 2 56 60 51 2 2.5 6 44 2 88 92 83 2 2.5 7 36 2 72 76 67 2 2.5 8 36 2 72 76 67 2 2.5 9 24 2 48 52 43 2 2.5 10 48 2 96 100 91 2 2.5 11 49 2 98 102 93 2

28、 2.5 12 31 2 62 66 52 2 2.5 13 23 2 46 50 41 2 2.5 14 57 2 114 118 109 2 2.5 4.3.4 齒寬確定 由公式得： 第一套嚙合齒輪 第二套嚙合齒輪 第三套嚙合齒輪 一對(duì)嚙合齒輪，為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒的載荷，設(shè)計(jì)上，應(yīng)主動(dòng)輪比小齒輪齒寬大 所以，，，， 4.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》（濮良貴、紀(jì)名剛編）教材P161知，當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑時(shí)，帶輪可做成腹板式結(jié)構(gòu)。并由《機(jī)械設(shè)計(jì)》（濮良貴、紀(jì)名剛編）表8

29、-10知，帶輪的輪槽截面尺寸如下： 帶輪槽寬 輪槽基準(zhǔn)直徑到帶輪外圓的最小高度 輪槽基準(zhǔn)直徑到帶輪底部的最小高度 帶輪分度圓(基準(zhǔn)直徑)齒槽寬 帶輪齒跟角 基準(zhǔn)圓直徑（大帶輪） (d為軸的直徑，此處的d為Ⅰ軸直徑) 帶輪寬度,L為軸與帶輪接觸長(zhǎng)度 。 4.5 圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 校核a傳動(dòng)組齒輪 校核齒數(shù)為28的即可，確定各項(xiàng)參數(shù) 1）由于，則： 計(jì)算可知： 2）取齒寬系數(shù)，模數(shù)，則 3）計(jì)算圓周速度： 4）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)》表10-4查得 5)確定動(dòng)載系數(shù): 6)查表 10-5

30、得：， 7)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。圖10-18查得 ,S = 1.3 ， 故合適。 校核b傳動(dòng)組齒輪 校核齒數(shù)為24的即可，確定各項(xiàng)參數(shù) 1）由于，，則： 計(jì)算可知 2)取齒寬系數(shù)，模數(shù)則 3)計(jì)算圓周速度： 4）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)》表10-4查得： 5）確定動(dòng)載系數(shù): 6）查表 10-5得：， 7）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 圖10-18查得 , ， 故合適。 校核c傳動(dòng)組齒輪

31、 校核齒數(shù)為23的即可，確定各項(xiàng)參數(shù) 1) 由于，，則： 計(jì)算可知： 2)取齒寬系數(shù)，模數(shù)，則 3)計(jì)算圓周速度： 4)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)》查得： 5）確定動(dòng)載系數(shù): 6）查表 10-5可知：， 7）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 圖10-18查得 ,S = 1.3 ， 故合適。 4.6 傳動(dòng)軸的驗(yàn)算 對(duì)于一般傳動(dòng)軸要進(jìn)行剛度的驗(yàn)算，軸的剛度驗(yàn)算包括滾動(dòng)軸承處的傾角驗(yàn)算和齒輪的齒向交角的驗(yàn)算。如果是花鍵還要進(jìn)行鍵側(cè)壓潰應(yīng)力計(jì)算。以Ⅱ軸為例，驗(yàn)算軸的彎曲剛度

32、、花鍵的擠壓應(yīng)力 圖4-1 軸Ⅱ受力分析圖 圖4-1中為齒輪（齒數(shù)為40）上所受的切向力，徑向力的合力。為齒輪（齒數(shù)36）上所受的切向力，徑向力的合力。 各傳動(dòng)力空間角度如圖4-2所示，根據(jù)表4-2的公式計(jì)算齒輪的受力。 圖4-2 軸Ⅱ空間受力分析 表4-2 齒輪的受力計(jì)算 傳遞功率P kw 轉(zhuǎn) 速 n r/min 傳動(dòng) 轉(zhuǎn)矩 T Nmm 齒輪壓力角 α 齒面摩擦角 γ 齒輪40 齒輪36 切向力 Ft1 N 合力 F1 N F1 在 X 軸投影Fz1 N F1 在 Z 軸投影Fz1 N 分度圓直

33、徑d1 mm 切向力 Ft2 N 合力 F2 N F1 在 X 軸投影Fz2 N F1 在 Z 軸投影Fz2 N 分度圓直徑d2 mm 2.92 800 34857.5 20 6 871 926.6 96.74 921.76 80 968.3 1030 107.5 1024.6 72 從圖7及計(jì)算結(jié)果看出，Ⅱ軸在X、Z兩個(gè)平面上均受到兩個(gè)方向相反力的作用。根據(jù)圖8所示的軸向位置，分別計(jì)算出各平面撓度、傾角，然后進(jìn)行合成。根據(jù)《機(jī)械制造工藝、金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》（李洪主編）書中的表2.4-14,表2.4-15計(jì)算結(jié)果如下:

34、 a=100 b=230 c=130 f=200 l=330 E=2.1105MPa n=l-x=150 圖4-3軸Ⅱ撓度、傾角分析圖 （1）xoy平面內(nèi)撓度 （2）zoy平面

35、內(nèi)撓度 （3）撓度合成 查表得其許用應(yīng)力為0.0003330=0.099，即0.0271〈0.099，則撓度合格。 （4）左支承傾角計(jì)算和分析 a. xoy平面力作用下的傾角 b. zoy平面力作用下的傾角 c. 傾角合成 查表得其許用傾角值為0.0006，則左支承傾角合格。 （5）右支承傾角計(jì)算和分析 a. xoy平面力作用下的傾角 b. zoy平面力作用下的傾角 c.

36、 傾角合成 查表得其許用傾角值為0.0006，則右支承傾角合格。 4.7 主軸最佳跨距的計(jì)算 根據(jù)《機(jī)械裝備設(shè)計(jì)》表3-10，由于電動(dòng)機(jī)功率為3kw，初選主軸前軸承軸徑mm，后軸承軸徑，求主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩： 根據(jù)主電動(dòng)機(jī)功率為3kw，則床身上最大回轉(zhuǎn)直徑D=400mm,刀架上最大回轉(zhuǎn)直徑主軸通孔直徑d,最大工件長(zhǎng)度1000mm。床身上最大加工直徑為最大回轉(zhuǎn)直徑的50%也就是192mm故半徑為0.096m。 切削力（沿y軸） 背向力（沿x軸） 故總的作用力 此力作用于頂尖間的工件上，主軸和尾架各承受一半，故主軸端受力為F/2=521.35，主軸孔

37、徑初選為40，根據(jù)結(jié)構(gòu)選懸伸長(zhǎng)度a=120mm，在計(jì)算時(shí)，先假定初值l/a=3 l=3，前后支承的支反力： 軸承的剛度：=52, =9, =C/10=9.42KN(載荷c查軸承樣本可得) 初步計(jì)算時(shí)，可假定主軸的當(dāng)量外徑為前后軸承的軸徑的平均值。 故慣性矩為：I= 同理計(jì)算得：=1206.2 變化值計(jì)算后發(fā)現(xiàn)計(jì)算出的值總接近于1.8，這是一個(gè)迭代過(guò)程，最終可得最佳跨距。 4.8 主軸剛度驗(yàn)算 4.8.1 選定前端懸伸量C 參考《機(jī)械裝備設(shè)計(jì)》P121，根據(jù)主軸端部的結(jié)構(gòu)，前支承軸承配置和密封裝置的型式和尺寸，這里選定C=120mm. 4.8.2

38、 主軸支承跨距L的確定 一般最佳跨距 ，考慮到結(jié)構(gòu)以及支承剛度因磨損會(huì)不斷降低，應(yīng)取跨距L比最佳支承跨距大一些，再考慮到結(jié)構(gòu)需要，這里取L=600mm。 4.8.3 計(jì)算C點(diǎn)撓度 1）周向切削力的計(jì)算 其中, 故，故。 2)驅(qū)動(dòng)力Q的計(jì)算 參考《車床主軸箱指導(dǎo)書》， 其中 所以 3）軸承剛度的計(jì)算 這里選用4382900系列雙列圓柱子滾子軸承 根據(jù)求得： 4）確定彈性模量，慣性距I；；和長(zhǎng)度。 ①軸的材產(chǎn)選用40Cr，查《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》P6，有 ②主軸的慣性距I為： 主軸C段的慣性距Ic可近似地算： ③切削力P

39、的作用點(diǎn)到主軸前支承支承的距離S=C+W，對(duì)于普通車床，W=0.4H，（H是車床中心高，設(shè)H=200mm)。 則： ④根據(jù)齒輪、軸承寬度以及結(jié)構(gòu)需要，取b=60mm ⑤計(jì)算切削力P作用在S點(diǎn)引起主軸前端C點(diǎn)的撓度 代入數(shù)據(jù)并計(jì)算得=0.1299mm。 ⑥計(jì)算驅(qū)動(dòng)力Q作用在兩支承之間時(shí)，主軸前端C點(diǎn)子的撓度 計(jì)算得：=-0.0026mm ⑦求主軸前端C點(diǎn)的終合撓度 水平坐標(biāo)Y軸上的分量代數(shù)和為 ，計(jì)算得：=0.0297mm.。綜合撓度。綜合撓度方向角，又。因?yàn)?，所以此軸滿足要求。 4.9 滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算 機(jī)床的一般傳動(dòng)軸用的軸承，主要是因?yàn)槠谄茐亩?，故進(jìn)

40、行疲勞壽命驗(yàn)算。 滾動(dòng)軸承的疲勞壽命驗(yàn)算 根據(jù)圖6所示的Ⅱ軸受力狀態(tài)，分別計(jì)算出左（A端）、右（B端）兩支承端支反力。 在xoy平面內(nèi)： 在zoy平面內(nèi)： 左、右端支反力為： 兩支承軸承受力狀態(tài)相同，但右端受力大，所以只驗(yàn)算右端軸承。 軸承壽命 經(jīng)過(guò)計(jì)算F=124.3 故合格。 第5章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明 5.1 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。課程設(shè)計(jì)由

41、于時(shí)間的限制，一般只畫展開(kāi)圖。 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。在正式畫圖前應(yīng)該先畫草圖。 5.2 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。 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

42、輪和離合器做成一體。齒輪的直徑受到離合器內(nèi)徑的約束，齒根圓的直徑必須大于離合器的外徑，負(fù)責(zé)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)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種齒輪尺寸小但軸向尺寸大。我們采用第一種方案，通過(guò)空心軸中的拉桿來(lái)操縱離合器的結(jié)構(gòu)。 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。本設(shè)計(jì)的展開(kāi)圖如圖5-1所示： 圖5-1 傳動(dòng)軸及主軸展開(kāi)圖 5.3 齒輪組設(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

43、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： 1） 是固定齒輪還是滑移齒輪； 2） 移動(dòng)滑移齒輪的方法； 3） 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)。 不同精度等級(jí)的齒輪，要采用不同的加工方法，對(duì)結(jié)

44、構(gòu)要求也有所不同。 5.3.1其他問(wèn)題 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。 5.4 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（車床、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

45、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。 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 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?，一般推薦?。?=3～5，跨距小時(shí)，軸承變形

46、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。 第6章 總結(jié) 通過(guò)機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械變速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使我在擬定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)和制造結(jié)構(gòu)的各種方案以及在機(jī)械設(shè)計(jì)制圖、零件計(jì)算和編寫技術(shù)文件等方面得到了綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)了我的初步的結(jié)構(gòu)分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算能力。 由于時(shí)間比較緊迫，設(shè)計(jì)中可能存在不少問(wèn)題，望老師能給予指出和指正。通過(guò)這次設(shè)計(jì)更加鞏固了我對(duì)《金屬切削機(jī)床》的認(rèn)識(shí)和了解，對(duì)以后的課程設(shè)計(jì)或工作以后的設(shè)計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。 最后，再次對(duì)關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝。 參考文獻(xiàn) [1] 馮辛安主編.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社. 北京

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