Φ400mm數(shù)控車床總體設(shè)計及主軸箱設(shè)計
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畢業(yè)設(shè)計(論文)
設(shè)計題目：Φ400mm的數(shù)控車床總體設(shè)計
及主軸箱進(jìn)給設(shè)計
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
V
摘 要
當(dāng)前在我國國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為企業(yè)技術(shù)改造的首先設(shè)備之一。我國的數(shù)控技術(shù)發(fā)展很快，呈現(xiàn)出高速度、高精度、高可靠性、多軸控制、工藝復(fù)合、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化合環(huán)?；l(fā)展的態(tài)勢。與國外數(shù)控技術(shù)的發(fā)展相比，我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展仍然存在著較大差距。
通過該課題的研究，努力達(dá)到以下目的：
1、加強(qiáng)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計和模塊化訓(xùn)練；
2、加強(qiáng)數(shù)控機(jī)床功能部件的選型與設(shè)計計算的訓(xùn)練；
3、加強(qiáng)數(shù)控機(jī)床的整機(jī)設(shè)計中應(yīng)該把握的主要問題的訓(xùn)練
關(guān)鍵詞：車床，數(shù)控，伺服電機(jī)，滾珠絲杠
Abstract
At present in our country all trades and professions of national economy is playing an increasingly important role, CNC machine has become the first device of the technological transformation of enterprises. Numerical control technology of our country is developing very quickly, showing a high speed, high precision, high reliability, multi axis control, composite technology, integrated, intelligent, network combining environmental protection development. Compared with foreign development of numerical control technology, numerical control technology in China still has a large gap in the development of. Through the research, efforts to achieve the following objectives:1, strengthen structure design of the NC machine tool and the modular training;2, strengthen the functional components of NC machine tool selection and design calculation of the training;3, strengthen the NC machine tool in machine design should grasp the main problems in training
Keywords: lathe, numerical control, servo motor, the ball screw
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述 1
1.1 數(shù)控機(jī)床及其特點 1
1.1.1 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的區(qū)別 1
1.1.2 數(shù)控機(jī)床的適用范圍 2
1.2 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度 2
1.3 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢 3
第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 4
2.1總體方案設(shè)計的內(nèi)容 4
2.1.1系統(tǒng)運動方式的確定 4
2.1.2伺服系統(tǒng)的選擇 5
2.1.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動方式的確定 5
2.1.4計算機(jī)的選擇 6
2.2總體設(shè)計方案的確定 6
2.2.1系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇 6
2.2.2計算機(jī)系統(tǒng) 6
2.2.3機(jī)械傳動方式 6
第3章 確定切削用量及選擇刀具 7
3.1刀具選擇 7
3.2切削用量確定 7
3.3切削三要素 8
3.4加工精度和表面粗糙度 8
3.5刀具材料 11
第4章 傳動方案和傳動系統(tǒng)圖的擬定 12
4.1 確定極限轉(zhuǎn)速 12
4.2 確定公比 12
4.3 求出主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z 12
4.4確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式 12
4.5繪制轉(zhuǎn)速圖 12
第5章 主要設(shè)計零件的計算和驗算 14
5.1主軸箱的箱體 14
5.2 傳動系統(tǒng)的I軸及軸上零件設(shè)計 15
5.2.1普通V帶傳動的計算 15
5.2.2多片式摩擦離合器的計算 17
5.2.3齒輪的驗算 19
5.2.4傳動軸的驗算 21
5.2.5軸承疲勞強(qiáng)度校核 23
5.3.傳動系統(tǒng)的Ⅱ軸及軸上零件設(shè)計 24
5.3.1齒輪的驗算 24
5.3.2傳動軸的驗算 27
5.3.3軸組件的剛度驗算 28
5.4 傳動系統(tǒng)的Ⅲ軸及軸上零件設(shè)計 30
5.4.1齒輪的驗算 30
5.4.2 傳動軸的驗算 33
5.4.3 軸組件的剛度驗算 35
5.4傳動系統(tǒng)的Ⅳ軸及軸上零件設(shè)計 37
5.4.1齒輪的驗算 37
5.4.2傳動軸的驗算 40
5.4.3軸組件的剛度驗算 42
5.5. 傳動系統(tǒng)的Ⅴ軸及軸上零件設(shè)計 44
5.5.1齒輪的驗算 44
5.5.2傳動軸的驗算 48
5.5.3軸組件的剛度驗算 49
致 謝 53
參考文獻(xiàn) 54
第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述
近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，尤其是機(jī)械制造業(yè)中，普通機(jī)械正逐漸被高效率、高精度、高自動化的數(shù)控機(jī)械所代替。目前國外機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率已達(dá)到85%以上，而我國的機(jī)械設(shè)備的數(shù)控化率不足20%，隨著我國機(jī)制行業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（汽銑、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。
1.1 數(shù)控機(jī)床及其特點
1.1.1 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的區(qū)別
數(shù)控機(jī)床對零件的加工過程，是嚴(yán)格按照加工程序所規(guī)定的參數(shù)及動作執(zhí)行的。它是一種高效能自動或半自動機(jī)床，與普通機(jī)床相比，具有以下明顯特點：
1. 適合于復(fù)雜異形零件的加工
數(shù)控機(jī)床可以完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
2. 加工精度高
3. 加工穩(wěn)定可靠
實現(xiàn)計算機(jī)控制，排除人為誤差，零件的加工一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
4. 高柔性
加工對象改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，體現(xiàn)出很好的適應(yīng)性，可大大節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。在數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上，可以組成具有更高柔性的自動化制造系統(tǒng)—FMS。
5. 高生產(chǎn)率
數(shù)控機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高，一般為普通機(jī)床的 3～5 倍，對某些復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。
6. 勞動條件好
機(jī)床自動化程度高，操作人員勞動強(qiáng)度大大降低，工作環(huán)境較好。
7. 有利于管理現(xiàn)代化
采用數(shù)控機(jī)床有利于向計算機(jī)控制與管理生產(chǎn)方面發(fā)展，為實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化創(chuàng)造了條件。
8. 投資大，使用費用高
9. 生產(chǎn)準(zhǔn)備工作復(fù)雜
由于整個加工過程采用程序控制，數(shù)控加工的前期準(zhǔn)備工作較為復(fù)雜，包含工藝確定、程序編制等。
10. 維修困難
數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，技術(shù)含量高，對維修人員的技術(shù)要求很高。
1.1.2 數(shù)控機(jī)床的適用范圍
由于數(shù)控機(jī)床的上述特點，適用于數(shù)控加工的零件有：
·批量小而又多次重復(fù)生產(chǎn)的零件；
·幾何形狀復(fù)雜的零件；
·貴重零件加工；
·需要全部檢驗的零件；
·試制件。
對以上零件采用數(shù)控加工，才能最大限度地發(fā)揮出數(shù)控加工的優(yōu)勢。
1.2 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度
數(shù)控車床是一種高精度、高效率的自動化機(jī)床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機(jī)床，約占數(shù)控機(jī)床總數(shù)的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、輪廓形狀復(fù)雜的軸類、盤類等回轉(zhuǎn)體零件的加工，能夠通過程序控制自動完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進(jìn)行切槽、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等加工。
由于數(shù)控車床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補(bǔ)功能，有些數(shù)控車床還具有非圓曲線插補(bǔ)功能以及加工過程中具有自動變速功能等特點，所以它的工藝范圍要比普通車床要寬得多。
1.精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件
由于數(shù)控車床剛性好，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進(jìn)行人工補(bǔ)償和自動補(bǔ)償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以銑代磨。
2.表面粗糙度要求高的回轉(zhuǎn)體零件
數(shù)控車床具有恒線速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均勻的零件。使用恒線速切削功能，就可選用最佳速度來切削錐面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。數(shù)控車床還適合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位選用較大的進(jìn)給量，要求小的部位選用小的進(jìn)給量。
3.輪廓形狀特別復(fù)雜和難于控制尺寸的回轉(zhuǎn)體零件
由于數(shù)控車床具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，部分車床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補(bǔ)功能，所以可以加工形狀特別復(fù)雜或難于控制尺寸的的回轉(zhuǎn)體零件。
1.3 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢
1. 高速、高效、高精度、高可靠性
（1） 高速、高效加工
進(jìn)入21世紀(jì)，機(jī)床向高速化方向發(fā)展:大幅度提高加工效率、降低加工成本，提高零件的表面加工質(zhì)量和精度.上世紀(jì)90年代以來歐、美、日各國爭相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐。
（2）高精度、超精密化加工
當(dāng)前，機(jī)械加工高精度的要求較普通的加工精度提高了一倍.達(dá)到5微米;精密加工精度提高了兩個數(shù)量級，超精密加工精度進(jìn)入納米級(0.001微米)，主軸回轉(zhuǎn)精度要求達(dá)到0.01-0.05微米，加工圓度為0.1微米加工表面粗糙度Ra0.003微米等從精密加工發(fā)展到超精密加工〔特高精度加工)，是世界各工業(yè)強(qiáng)國致力發(fā)展的方向。其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級(<10nm).其應(yīng)用范圍日趨廣泛
（3）高可靠性
是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性在一個數(shù)量級以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在16小時內(nèi)連續(xù)正常工作，無故障率P(t)=99%以上的話，則數(shù)控機(jī)床的平均無故障運行時間MTBF 就必須大于3000小時.當(dāng)前國外數(shù)控裝置的MIBF值已達(dá)60000小時以上，驅(qū)動裝置達(dá)30000小時以上.
2. 模塊化、智能化、柔性化和集成化
(1)模塊化、專門化與個性化
為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床多品種、小批量的特點.機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊化，數(shù)控功能專門化，機(jī)床性能價格比顯著提高并加快優(yōu)化。個性化是近幾午來特別明顯的發(fā)展趨勢.
(2)智能化
在數(shù)控系統(tǒng)中智能化的內(nèi)容包括①為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化:如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成:②為提高驅(qū)動性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運算等:③簡化編程、簡化操作方面的智能化:④智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容等。
(3)柔性化和集成化
數(shù)控機(jī)床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是從點(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床) 、線(FMC 、FMS F、TL F、ML)向面(工段車間獨立制造島、工廠自動化FA)、體(CIMS,分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展.
3. 開放性
為適應(yīng)數(shù)控進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個性化、多品種、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的耍求，最重耍的發(fā)展趨勢是體系結(jié)構(gòu)的開放性，設(shè)計生產(chǎn)開放式的數(shù)控系統(tǒng)，例如美國的OMAC,歐共體的OSACA及日本的OSEC發(fā)展開觸式數(shù)控的計劃等。
第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較
2.1總體方案設(shè)計的內(nèi)容
數(shù)控系統(tǒng)總體方案的擬定應(yīng)包括以下內(nèi)容:系統(tǒng)運動方式的確定、伺服系統(tǒng)的選擇、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動方式的確定、計算機(jī)系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容。
根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，有三種方案可供選擇：
方案一：將Z軸(縱向)、X軸(橫向)的進(jìn)給改為微機(jī)控制，實現(xiàn)二坐標(biāo)控制聯(lián)動的開環(huán)控制。
方案二:將Z軸(縱向)、X軸(橫向)改為微機(jī)控制，實現(xiàn)兩坐標(biāo)控制，兩坐標(biāo)軸聯(lián)動的開環(huán)控制
2.1.1系統(tǒng)運動方式的確定
數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)和點位/直線控制系統(tǒng)。如果工件相對于刀具移動過程中不進(jìn)行切削，可選用點位控制方式。例如，數(shù)控鉆床，在工作臺移動過程中鉆頭并不進(jìn)行鉆孔加工，因此數(shù)控系統(tǒng)可采用點位控制方式。對于點位控制系統(tǒng)的要求是快速定位，保證定位精度。
連續(xù)控制系統(tǒng)要求工作臺和刀具沿各坐標(biāo)軸的運動有確定的函數(shù)關(guān)系，能夠控制刀具沿任意直線或曲線運動，控制每一個軸的位置和速度，使得各個軸同步協(xié)調(diào)到達(dá)目標(biāo)點。連續(xù)控制系統(tǒng)不僅控制目標(biāo)點，而且控制刀具到達(dá)這些目標(biāo)點的整個路徑，使刀具始終接觸工件并制造出希望的形狀，所以具有連續(xù)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床可以加工各種外形輪廓復(fù)雜的零件，故而連續(xù)控制系統(tǒng)又稱為輪廓控制系統(tǒng)或仿型系統(tǒng)。在點位控制系統(tǒng)中不具有連續(xù)控制系統(tǒng)中所具有的軌跡計算裝置，而連續(xù)控制系統(tǒng)中卻具有點位系統(tǒng)的功能。例如，數(shù)控車床、數(shù)控車床等。
點位-直線系統(tǒng)，不但要求工作臺運動的終點坐標(biāo)，還要求工作臺沿坐標(biāo)軸運動過程中切削工作，進(jìn)行簡單的銑削和銑削作業(yè)。其控制方法與點位系統(tǒng)十分相似，故有時也將這兩種系統(tǒng)統(tǒng)稱為點位控制系統(tǒng)。例如，數(shù)控鏜車床等。
2.1.2伺服系統(tǒng)的選擇
伺服系統(tǒng)可以分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。
開環(huán)控制系統(tǒng)中，沒有反饋電路，不帶檢測裝置，指令信號是單方向傳送的。指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱為開環(huán)控制。開環(huán)控制系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，容易掌握，調(diào)試和維修都比較簡單。目前國內(nèi)大力發(fā)展的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床普遍采用開環(huán)伺服系統(tǒng)。
閉環(huán)控制系統(tǒng)具有裝在機(jī)床移動部件上的檢測反饋元件，用來檢測實際位移量，能補(bǔ)償系統(tǒng)的誤差，因而伺服控制精度高。閉環(huán)系統(tǒng)多采用直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)驅(qū)動。但閉環(huán)系統(tǒng)造價高、結(jié)構(gòu)和調(diào)試較復(fù)雜，多用于精度要求高的場合。
半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)不同，不直接檢測工作臺的位移半閉環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)不同，不直接檢測工作臺的位移量，而是檢測元件測出驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)角，再間接推算出工作臺實際的位移量，也有反饋回路，其性能介于開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之間。
2.1.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動方式的確定
為確定數(shù)控系統(tǒng)傳動精度和工件平穩(wěn)性，在設(shè)計機(jī)械傳動裝置時，通常提出低摩擦、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及適當(dāng)?shù)淖枘岜纫蟆Ｔ谠O(shè)計中應(yīng)考慮以下幾點：
盡量采用低摩擦的傳動和導(dǎo)向元件。例如，采用滾珠絲杠螺母傳動副、滾動導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌等。
盡量消除傳動間隙。例如，采用消隙齒輪等。
提高系統(tǒng)剛度。縮短傳動鏈可以提高系統(tǒng)的傳動剛度、減小傳動鏈誤差。也可以
用預(yù)緊的方法提高系統(tǒng)剛度。例如，采用預(yù)加負(fù)載的滾動導(dǎo)軌和滾動絲杠副等。
2.1.4計算機(jī)的選擇
微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由CPU、存儲擴(kuò)展電路、I/O接口電路、伺服電機(jī)驅(qū)動電路、檢測電路等組成。
2.2總體設(shè)計方案的確定
2.2.1系統(tǒng)的運動方式與伺服系統(tǒng)的選擇
由于改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床應(yīng)具有定位、直線插補(bǔ)、順圓插補(bǔ)、逆圓插補(bǔ)、暫停、循環(huán)加工、公英制螺紋加工等功能，故應(yīng)選擇連續(xù)控制系統(tǒng)?？紤]到屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度不高，為了簡化結(jié)構(gòu)、降低成本容易調(diào)試和維護(hù)，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床應(yīng)選用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。
2.2.2計算機(jī)系統(tǒng)
根據(jù)機(jī)床要求采用8位微機(jī)。由于MCS-51系列單片機(jī)具有集成度高、可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)性能價格比高等特點，決定采用MCS-51系列的80C31單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)由微機(jī)部分、鍵盤、顯示器，I/O接口及光隔離電路，步進(jìn)電機(jī)功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實現(xiàn)，顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床狀態(tài)等信息。
2.2.3機(jī)械傳動方式
為實現(xiàn)機(jī)床所要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速再傳動給絲杠。為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性，應(yīng)盡量減少摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加負(fù)載的結(jié)構(gòu)。齒輪傳動也要采用消除齒側(cè)間隙的結(jié)構(gòu)。
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第3章 確定切削用量及選擇刀具
3.1刀具選擇
（一）刀具選擇：
銑平面：硬質(zhì)合金端銑刀或立銑刀，盡是采用二次走刀。
凸臺、凹槽、箱口面：立銑刀。
毛坯表面或粗加工孔：鑲硬質(zhì)合金刀片的玉米銑刀（粗皮刀）。
立體型面和變斜角輪廓外形：球刀、環(huán)形刀、錐形刀、盤形刀。
（二）原則：
安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用和精度高。盡是用較短刀柄，保證剛性。
（三）排序原則
減少刀具數(shù)量；
裝夾一次，盡是加工完；
即使刀具規(guī)格相同，粗、精加工刀具分開；
先銑后鉆；
精加工，先曲面后二維輪廓；
盡可能自動換刀。
3.2切削用量確定
粗：效率；半精、精：質(zhì)量、兼顧效率。
1、主軸轉(zhuǎn)速n：根據(jù)線速度v確定：π
V= (端銑：150m/min；周銑：30m/min)
2、切深t：最好是t等于加工余量。
3、切寬L：與刀具直徑成正比，與切深成反比。
L＝0.6－0.9d
粗加工：大切深、大進(jìn)給、低切速。
精加工：小切深、小進(jìn)給、高切速。
3.3切削三要素
主軸轉(zhuǎn)速、切削深度、進(jìn)給速度。少切削，快進(jìn)給。
3.4加工精度和表面粗糙度
1、加工精度：尺寸精度、形狀精度、位置精度。
（1）尺寸精度：公差與配合國家標(biāo)準(zhǔn)（GB1800－1804-97）。IT01、IT0、IT1、IT2……IT18。
新公差等級與舊公差等級的對照及應(yīng)用
新公差等級
舊精度等級
加工方法
應(yīng)用
軸
孔
IT01－IT2
無
研磨
用于量塊、量儀制造
IT3－IT4
研磨
用于精密儀表、精密機(jī)件的光整加工
IT5
1
無
研磨、珩磨、精磨、精鉸、精拉
用于一般精密配合。IT7－IT6在機(jī)床和較精密的機(jī)器、儀器制造中用得最為普遍
IT6
2
1
IT7
3
2
磨削、拉削、鉸孔、精銑、精鏜、精銑、粉末冶金
IT8
3－4
IT9
4
銑、鏜、銑、刨、插
用于一般要求。主要用于長度尺寸的配合外，如鍵和鍵槽的配合
IT10
5
IT11
6
粗銑、粗鏜、粗銑、粗刨、插、鉆、沖壓、壓鑄
用于不重要的配合。IT12－IT13也用于非配合
IT12－IT13
7
IT14
8
沖壓、壓鑄
用于非配合
IT15－IT18
9－12
鑄、鍛、焊、氣割
?。?）形狀精度：零件上的線、面要素的實際形狀相對于理想形狀的準(zhǔn)確程度。
國家標(biāo)準(zhǔn)（GB1182－1184-80）規(guī)定了六項形狀公差：直線度、平面度、圓度、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度。
?。?）位置公差：零件上點、線、面要素的實際位置相對于理想位置的準(zhǔn)確程度。
國家標(biāo)準(zhǔn)（GB1182－1184-80）規(guī)定了八項位置公差：
定向：平行度、垂直度、傾斜度。
定位：同軸度、對稱度、位置度。
跳動：圓跳動、全跳動。
2、表面粗糙度：表面上微小峰谷高低程度。國家標(biāo)準(zhǔn)（GB3503-83、GB1031－83、GB131-83）
輪廓算術(shù)平均偏差：
Ra＝ 或近似于Ra＝
微觀不平十點高度：
Rz＝(+)
在常用數(shù)值范圍內(nèi)（Ra＝0.25－6.3μm，Rz＝0.1－25μm），在圖樣上應(yīng)優(yōu)先選用Ra。
表面粗糙度Ra、Rz允許值及加工方法表
表面要求
表面特征
Ra(μm)
Rz(μm)
加工方法
舊國際光潔度級別代號
第1系列
第2系列
第1系列
第2系列
不
加
工
毛坯表面清除毛刺
1600
∽
1250
1000
800
630
500
100
400
粗
加
工
明顯可見的刀紋
80
320
粗銑
粗銑
粗刨
鉆
粗銼
▽1
63
250
50
200
可見刀紋
40
160
▽2
32
125
25
100
微見刀紋
20
80
▽3
16.0
63
12.5
50
半
精
加
工
可見加工痕跡
10
40
半精銑
精銑
精銑
精刨
粗磨
▽4
8
32
6.3
25
微見加工痕跡
5
20
▽5
4
16
3.2
12.5
不見加工痕跡
2.5
10
▽6
2
8
1.6
精
加
工
可辨加工痕跡的方向
1.25
6.3
精鉸
刮
精拉
精磨
▽7
1.00
5
0.8
4
微辨加工痕跡的方向
0.63
3.2
▽8
0.5
2.5
0.4
2.0
不辨加工痕跡的方向
0.32
1.6
▽9
0.25
1.25
0.2
1.00
精
密
加
工
暗光澤面
0.16
0.80
精密磨削
珩磨
研磨
超精加工
拋光
▽10
0.125
0. 63
0.1
0.50
亮光澤面
0.080
0.40
▽11
0.063
0.32
0.05
0.25
鏡狀光澤面
0.040
0.20
▽12
0.032
0.16
0.025
0.125
霧狀光澤面
0.020
0.10
▽13
0.016
0.080
0.012
0.063
鏡面
0.010
0.050
鏡面磨削
研磨
▽14
0.008
0.040
0.025
0.032
3.5刀具材料
碳素工具鋼T10A、T12A：HRC60-64,200 -250℃，V＜8m/min。
合金工具鋼CrWMn、9SiCr：350-400℃，V＜10m/min。
高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2：HRC62-67，550-600℃，V＜30m/min；
110W1.5Mo9.5Cr4Vco8、W6Mo5Cr4V2Al：HRC68-70，＞600℃
4、硬質(zhì)合金：HRA89-93（HRC74-82），850-1000℃，V＝100-300m/min。
另外，還有新型硬質(zhì)合金、陶瓷材料、人造金剛石、立方氮化硼等。
第4章 傳動方案和傳動系統(tǒng)圖的擬定
根據(jù)任務(wù)書要求，Φ400mm數(shù)控車床調(diào)速范圍：10/1400r·min-1
4.1 確定極限轉(zhuǎn)速
已知主軸最低轉(zhuǎn)速nmin為10mm/s,最高轉(zhuǎn)速nmax為1400mm/s，轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍為 Rn=nmax/nmin=14
4.2 確定公比
選定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比為φ＝1.26
4.3 求出主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z
Z=lgRn/lgφ+1= lg14/lg1.12+1=24
4.4確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式
24=2×3×2×2
4.5繪制轉(zhuǎn)速圖
（1）選定電動機(jī)
一般金屬切削機(jī)床的驅(qū)動，如無特殊性能要求，多采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機(jī)。Y系列電動機(jī)高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動小、運行安全可靠。根據(jù)機(jī)床所需功率選擇Y160M-4，其同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。
（2）分配總降速傳動比
總降速傳動比為uII=nmin/nd=10/1500≈6.67×10－3,nmin為主軸最低轉(zhuǎn)速，考慮是否需要增加定比傳動副，以使轉(zhuǎn)速數(shù)列符合標(biāo)準(zhǔn)或有利于減少齒輪和及徑向與軸向尺寸，并分擔(dān)總降速傳動比。然后，將總降速傳動比按“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的各變速組中的最小傳動比。
（3）確定傳動軸的軸數(shù)
傳動軸數(shù)＝變速組數(shù)+定比傳動副數(shù)+1=6
（4）繪制轉(zhuǎn)速圖
先按傳動軸數(shù)及主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)格距l(xiāng)gφ畫出網(wǎng)格，用以繪制轉(zhuǎn)速圖。在轉(zhuǎn)速圖上，先分配從電動機(jī)轉(zhuǎn)速到主軸最低轉(zhuǎn)速的總降速比，在串聯(lián)的雙軸傳動間畫上u(k→k+1)min.再按結(jié)構(gòu)式的級比分配規(guī)律畫上各變速組的傳動比射線，從而確定了各傳動副
的傳動比。依據(jù)題目要求選級數(shù)Z=8， =1.41=1.065考慮到設(shè)計的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度要適中，故采用常規(guī)的擴(kuò)大傳動。各級轉(zhuǎn)速數(shù)列可直接從標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)列表中查出，按標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速數(shù)列為：10，12.5，16，20，25，32，40,50,63,80,100,125,160,200,250,320,400,450,500,560,710,900,1120,1400
圖4-1 Φ400mm數(shù)控車床轉(zhuǎn)速圖
第5章 主要設(shè)計零件的計算和驗算
5.1主軸箱的箱體
主軸箱中有主軸、變速機(jī)構(gòu)，操縱機(jī)構(gòu)和潤滑系統(tǒng)等。主軸箱除應(yīng)保證運動參數(shù)外，還應(yīng)具有較高的傳動效率，傳動件具有足夠的強(qiáng)度或剛度，噪聲較低，振動要小，操作方便，具有良好的工藝性，便于檢修，成本較低，防塵、防漏、外形美觀等。
箱體材料以中等強(qiáng)度的灰鑄鐵HT150及HT200為最廣泛,本設(shè)計選用材料為HT20-40.箱體鑄造時的最小壁厚根據(jù)其外形輪廓尺寸(長×寬×高),按下表選取.
長×寬×高()
壁厚(mm)
< 500 × 500 × 300
8-12
> 500 × 500 × 300-800 × 500 × 500
10-15
> 800 × 800 × 500
12-20
由于箱體軸承孔的影響將使扭轉(zhuǎn)剛度下降10%-20%，彎曲剛度下降更多，為彌補(bǔ)開口削弱的剛度，常用凸臺和加強(qiáng)筋；并根據(jù)結(jié)構(gòu)需要適當(dāng)增加壁厚。如中型車床的前支承壁一般取25mm左右，后支承壁取22mm左右，軸承孔處的凸臺應(yīng)滿足安裝調(diào)整軸承的需求。
箱體在主軸箱中起支承和定位的作用。Φ400MM主軸箱中共有15根軸，軸的定位要靠箱體上安裝空的位置來保證，因此，箱體上安裝空的位置的確定很重要。本設(shè)計中各軸安裝孔的位置的確定主要考慮了齒輪之間的嚙合及相互干涉的問題，根據(jù)各對配合齒輪的中心距及變位系數(shù)，并參考有關(guān)資料，箱體上軸安裝空的位置確定如下：
中心距(a)=1/2（d1+d2）+ym （式中y是中心距變動系數(shù)）
中心距Ⅰ-Ⅱ=（56+38）/2×2.25=105.75mm
中心距Ⅰ-Ⅶ=（50+34）/2×2.25=94.5mm
中心距Ⅱ-Ⅶ=（30+34）/2×2.25=72mm
中心距Ⅱ-Ⅲ=（39+41）/2×2.25=90mm
中心距Ⅲ-Ⅳ=（50+50）/2×2.5=125mm
中心距Ⅴ-Ⅷ=（44+44）/2×2=88mm
中心距Ⅴ-Ⅵ=（26+58）/2×4=168mm
中心距Ⅷ-Ⅸ=（58+26）/2×2=84mm
中心距Ⅸ-Ⅵ=（58+58）/2×2=116mm
中心距Ⅸ-Ⅹ=（33+33）/2×2=66mm
中心距Ⅸ-Ⅺ=（25+33）/2×2=58mm
綜合考慮其它因素后，將箱體上各軸安裝空的位置確定如下圖：
上圖中XIV、XV軸的位置沒有表達(dá)清楚具體位置參見零件圖。
箱體在床身上的安裝方式，機(jī)床類型不同，其主軸變速箱的定位安裝方式亦不同。有固定式、移動式兩種。車床主軸箱為固定式變速箱，用箱體底部平面與底部突起的兩個小垂直面定位，用螺釘和壓板固定。本主軸箱箱體為一體式鑄造成型，留有安裝結(jié)構(gòu)，并對箱體的底部為安裝進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。
箱體的顏色根據(jù)機(jī)床的總體設(shè)計確定，并考慮機(jī)床實際使用地區(qū)人們心理上對顏色的喜好及風(fēng)俗。
箱體中預(yù)留了潤滑油路的安裝空間和安裝螺紋孔及油溝，具體表達(dá)見箱體零件圖。
5.2 傳動系統(tǒng)的I軸及軸上零件設(shè)計
5.2.1普通V帶傳動的計算
普通V帶的選擇應(yīng)保證帶傳動不打滑的前提下能傳遞最大功率，同時要有足夠的疲勞強(qiáng)度，以滿足一定的使用壽命。
設(shè)計功率 （kW）
——工況系數(shù)，查《機(jī)床設(shè)計指導(dǎo)》（任殿閣，張佩勤 主編）表2-5，取1.1；
故
小帶輪基準(zhǔn)直徑為130mm；
帶速 ；
大帶輪基準(zhǔn)直徑為230 mm；
初選中心距＝1000mm, 由機(jī)床總體布局確定。過小，增加帶彎曲次數(shù)；過大，易引起振動。
帶基準(zhǔn)長度
查《機(jī)床設(shè)計指導(dǎo)》（任殿閣，張佩勤 主編）表2-7，?。?800mm;
帶撓曲次數(shù)＝1000mv/=7.0440；
實際中心距
故
小帶輪包角
單根V帶的基本額定功率,查《機(jī)床設(shè)計指導(dǎo)》（任殿閣，張佩勤 主編）表2-8，取2.28kW；
單根V帶的基本額定功率增量
——彎曲影響系數(shù)，查表2-9，取
——傳動比系數(shù)，查表2-10，取1.12
故；
帶的根數(shù)
——包角修正系數(shù)，查表2-11，取0.93；
——帶長修正系數(shù)，查表2-12，取1.01；
故
圓整z取4；
單根帶初拉力
q——帶每米長質(zhì)量，查表2-13，取0.10；
故＝58.23N
帶對軸壓力
5.2.2多片式摩擦離合器的計算
設(shè)計多片式摩擦離合器時，首先根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)確定離合器的尺寸，如為軸裝式時，外摩擦片的內(nèi)徑d應(yīng)比花鍵軸大2～6mm，內(nèi)摩擦片的外徑D的確定，直接影響離合器的徑向和軸向尺寸，甚至影響主軸箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局，故應(yīng)合理選擇。
摩擦片對數(shù)可按下式計算
Z≥2MnK/fb[p]
式中 Mn——摩擦離合器所傳遞的扭矩（N·mm）；
Mn＝955×η/＝955××11×0.98/800＝1.28×（N·mm）;
Nd——電動機(jī)的額定功率（kW）；
——安裝離合器的傳動軸的計算轉(zhuǎn)速（r/min）；
η——從電動機(jī)到離合器軸的傳動效率；
K——安全系數(shù)，一般取1.3～1.5；
f——摩擦片間的摩擦系數(shù)，由于磨擦片為淬火鋼，查《機(jī)床設(shè)計指導(dǎo)》表2-15，取f=0.08；
——摩擦片的平均直徑（mm）;
=（D+d）/2＝67mm;
b——內(nèi)外摩擦片的接觸寬度（mm）；
b=（D-d）/2=23mm；
——摩擦片的許用壓強(qiáng)（N/）；
＝＝1.1×1.00×1.00×0.76＝0.836
——基本許用壓強(qiáng)（MPa），查《機(jī)床設(shè)計指導(dǎo)》表2-15，取1.1；
——速度修正系數(shù)
＝n/6×=2.5（m/s）
根據(jù)平均圓周速度查《機(jī)床設(shè)計指導(dǎo)》表2-16，取1.00；
——接合次數(shù)修正系數(shù)，查《機(jī)床設(shè)計指導(dǎo)》表2-17，取1.00；
——摩擦結(jié)合面數(shù)修正系數(shù)，查《機(jī)床設(shè)計指導(dǎo)》表2-18，取0.76。
所以 Z≥2MnK/fb[p]＝2×1.28××1.4/（3.14×0.08××23×0.836＝11 臥式車床反向離合器所傳遞的扭矩可按空載功率損耗確定，一般取
＝0.4＝0.4×11＝4.4
最后確定摩擦離合器的軸向壓緊力Q，可按下式計算：
Q=b(N)＝1.1×3.14××23×1.00＝3.57×
式中各符號意義同前述。
摩擦片的厚度一般取1、1.5、1.75、2（mm），內(nèi)外層分離時的最大間隙為0.2～0.4（mm）,摩擦片的材料應(yīng)具有較高的耐磨性、摩擦系數(shù)大、耐高溫、抗膠合性好等特點，常用10或15鋼，表面滲碳0.3～0.5（mm）,淬火硬度達(dá)HRC52～62。
5.2.3齒輪的驗算
驗算齒輪強(qiáng)度，應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪，進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力驗算。一般對高速傳動的齒輪驗算齒面接觸應(yīng)力，對低速傳動的齒輪驗算齒根彎曲應(yīng)力。對硬齒面、軟齒芯滲碳淬火的齒輪，一定要驗算齒根彎曲應(yīng)力。
接觸應(yīng)力的驗算公式為
（MPa）≤[]（3-1）
彎曲應(yīng)力的驗算公式為
（3-2）
式中 N-齒輪傳遞功率（KW），N=；
T-齒輪在機(jī)床工作期限（）內(nèi)的總工作時間（h），對于中型機(jī)床的齒輪取=15000~20000h，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時間可近似地認(rèn)為T=/P，P為變速組的傳動副數(shù)；
-齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）;
-基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)；查表3-1（以下均參見《機(jī)床設(shè)計指導(dǎo)》）
m—疲勞曲線指數(shù)，查表3-1；
—速度轉(zhuǎn)化系數(shù)，查表3-2；
—功率利用系數(shù)，查表3-3；
—材料強(qiáng)化系數(shù)，查表3-4；
—的極限值，見表3-5，當(dāng)≥時，則取=；當(dāng)＜時，取=；
—工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運動，取=1.2~1.6；
—動載荷系數(shù)，查表3-6；
—齒向載荷分布系數(shù)，查表3-9；
Y—標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù)，查表3-8；
[]—許用接觸應(yīng)力（MPa）,查表3-9；
[]—許用彎曲應(yīng)力（MPa），查表3-9。
如果驗算結(jié)果或不合格時，可以改變初算時選定的材料或熱處理方法，如仍不滿足時，就得采取調(diào)整齒寬或重新選擇齒數(shù)及模數(shù)等措施。
I軸上的齒輪采用整淬的方式進(jìn)行熱處理
傳至I軸時的最大轉(zhuǎn)速為：
N==5.625kw
在離合器兩齒輪中齒數(shù)最少的齒輪為50×2.25，且齒寬為B=12mm
u=1.05
=≤[]=1250MP
符合強(qiáng)度要求。
驗算56×2.25的齒輪：
=≤[]=1250MP
符合強(qiáng)度要求
5.2.4傳動軸的驗算
對于傳動軸，除重載軸外，一般無須進(jìn)行強(qiáng)度校核，只進(jìn)行剛度驗算。
軸的抗彎斷面慣性矩（）
花鍵軸 =
式中 d—花鍵軸的小徑（mm）；
i—花軸的大徑（mm）；
b、N—花鍵軸鍵寬，鍵數(shù)；
傳動軸上彎曲載荷的計算，一般由危險斷面上的最大扭矩求得：
=
式中 N—該軸傳遞的最大功率（kw）;
—該軸的計算轉(zhuǎn)速（r/min）。
傳動軸上的彎矩載荷有輸入扭矩齒輪和輸出扭矩齒輪的圓周力、徑向力，齒輪的圓周力
式中 D—齒輪節(jié)圓直徑（mm）,D=mZ。
齒輪的徑向力：
式中 α—為齒輪的嚙合角，α＝20o；
ρ—齒面摩擦角，；
β—齒輪的螺旋角；β＝0
故N
花鍵軸鍵側(cè)擠壓應(yīng)力的驗算
花鍵鍵側(cè)工作表面的擠壓應(yīng)力為：
式中 —花鍵傳遞的最大轉(zhuǎn)矩（）；
D、d—花鍵軸的大徑和小徑（mm）；
L—花鍵工作長度；
N—花鍵鍵數(shù)；
K—載荷分布不均勻系數(shù)，K=0.7～0.8；
故此花鍵軸校核合格
5.2.5軸承疲勞強(qiáng)度校核
機(jī)床傳動軸用滾動軸承，主要是因疲勞破壞而失效，故應(yīng)進(jìn)行疲勞驗算。其額定壽命的計算公式為：
C—滾動軸承的額定負(fù)載（N）,根據(jù)《軸承手冊》或《機(jī)床設(shè)計手冊》查取，單位用（kgf）應(yīng)換算成（N）；
—速度系數(shù)， 為滾動軸承的計算轉(zhuǎn)速（r/mm） —壽命系數(shù)，
—壽命系數(shù)，對球軸承=3，對滾子軸承=；
工作情況系數(shù)，對輕度沖擊和振動的機(jī)床（車床、銑床、鉆床、磨床等多數(shù)機(jī)床），；
—功率利用系數(shù)，查表3—3；
—速度轉(zhuǎn)化系數(shù)，查表3—2；
—齒輪輪換工作系數(shù)，查《機(jī)床設(shè)計手冊》；
P—當(dāng)量動載荷，按《機(jī)床設(shè)計手冊》。
故軸承校核合格
5.3.傳動系統(tǒng)的Ⅱ軸及軸上零件設(shè)計
5.3.1齒輪的驗算
驗算齒輪強(qiáng)度，應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪，進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力驗算。一般對高速傳動的齒輪驗算齒面接觸應(yīng)力，對低速傳動的齒輪驗算齒根彎曲應(yīng)力。
對硬齒面、軟齒芯滲碳淬火的齒輪，一定要驗算齒根彎曲應(yīng)力。
接觸應(yīng)力的驗算公式為
（MPa）≤[]（3-1）
彎曲應(yīng)力的驗算公式為
（5-2）
式中 N-齒輪傳遞功率（KW），N=；
-電動機(jī)額定功率（KW）；
-從電動機(jī)到所計算的齒輪的機(jī)械效率；
-齒輪計算轉(zhuǎn)速（r/min）;
m-初算的齒輪模數(shù)（mm）;
B-齒寬（mm）
Z-小齒輪齒數(shù)；
u-大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，u≥1，“+”號用于外嚙合，“-”號用于內(nèi)嚙合；
-壽命系數(shù)：
-工作期限系數(shù)：
T-齒輪在機(jī)床工作期限（）內(nèi)的總工作時間（h），對于中型機(jī)床的齒輪取=15000~20000h，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時間可近似地認(rèn)為T=/P，P為變速組的傳動副數(shù)；
-齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）;
-基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)；查表3-1（以下均參見《機(jī)床設(shè)計指導(dǎo)》）
m—疲勞曲線指數(shù)，查表3-1；
—速度轉(zhuǎn)化系數(shù)，查表3-2；
—功率利用系數(shù)，查表3-3；
—材料強(qiáng)化系數(shù)，查表3-4；
—的極限值，見表3-5，當(dāng)≥時，則取=；當(dāng)＜時，取=；
—工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運動，取=1.2~1.6；
—動載荷系數(shù)，查表3-6；
—齒向載荷分布系數(shù)，查表3-9；
Y—標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù)，查表3-8；
[]—許用接觸應(yīng)力（MPa）,查表3-9；
[]—許用彎曲應(yīng)力（MPa），查表3-9。
如果驗算結(jié)果或不合格時，可以改變初算時選定的材料或熱處理方法，如仍不滿足時，就得采取調(diào)整齒寬或重新選擇齒數(shù)及模數(shù)等措施。
Ⅱ軸上的雙聯(lián)滑移齒輪采用整淬的方式進(jìn)行熱處理
傳至Ⅱ軸時的最大轉(zhuǎn)速為：
m=2.25
N==5.77kw
在雙聯(lián)滑移齒輪中齒數(shù)最少的齒輪為38×2.25，且齒寬為B=14mm
u=1.05
=≤[]=1250MP
故雙聯(lián)滑移齒輪符合標(biāo)準(zhǔn)
驗算39×2.25的齒輪：
39×2.25齒輪采用整淬
N==5.71kw B=14mm u=1
=≤[]=1250MP
故此齒輪合格
驗算22×2.25的齒輪：
22×2.25齒輪采用整淬
N==5.1kw B=14mm u=4
=≤[]=1250MP
故此齒輪合格
驗算30×2.25齒輪：
30×2.25齒輪采用整淬
N==5.1kw B=14mm u=1
=≤[]=1250MP
故此齒輪合格
5.3.2傳動軸的驗算
對于傳動軸，除重載軸外，一般無須進(jìn)行強(qiáng)度校核，只進(jìn)行剛度驗算。
軸的抗彎斷面慣性矩（）
花鍵軸 =
式中 d—花鍵軸的小徑（mm）；
i—花軸的大徑（mm）；
b、N—花鍵軸鍵寬，鍵數(shù)；
傳動軸上彎曲載荷的計算，一般由危險斷面上的最大扭矩求得：
=
式中 N—該軸傳遞的最大功率（kw）;
—該軸的計算轉(zhuǎn)速（r/min）。
傳動軸上的彎矩載荷有輸入扭矩齒輪和輸出扭矩齒輪的圓周力、徑向力，齒輪的圓周力：
式中 D—齒輪節(jié)圓直徑（mm）,D=mZ。
齒輪的徑向力：
式中 α—為齒輪的嚙合角；
ρ—齒面摩擦角；
β—齒輪的螺旋角；
=27.86mm
符合校驗條件
花鍵軸鍵側(cè)擠壓應(yīng)力的驗算
花鍵鍵側(cè)工作表面的擠壓應(yīng)力為：
式中 —花鍵傳遞的最大轉(zhuǎn)矩（）；
D、d—花鍵軸的大徑和小徑（mm）；
L—花鍵工作長度；
N—花鍵鍵數(shù)；
K—載荷分布不均勻系數(shù)，K=0.7～0.8；
故此花鍵軸校核合格
5.3.3軸組件的剛度驗算
兩支撐主軸組件的合理跨距
主軸組件的跨距對其剛度的影響很大，在繪制主軸組件的結(jié)構(gòu)草圖后，可以對合理跨距L。進(jìn)行計算，以便修改草圖，當(dāng)跨距遠(yuǎn)大于L。時，應(yīng)考慮采用三支撐結(jié)構(gòu)。
《機(jī)床設(shè)計》的教科書中的主軸組件柔度方程系在主軸端部C點家在時主軸和軸承兩相柔度的迭加，其極值方程為：
式中 L。—合理跨距；
C —主軸懸伸梁；
﹑—后﹑前支撐軸承剛度
該一元三次方程求解可得為一實根：
機(jī)床傳動軸用滾動軸承，主要是因疲勞破壞而失效，故應(yīng)進(jìn)行疲勞驗算。其額定壽命的計算公式為：
C—滾動軸承的額定負(fù)載（N）,根據(jù)《軸承手冊》或《機(jī)床設(shè)計手冊》查取，單位用（kgf）應(yīng)換算成（N）；
—速度系數(shù)， 為滾動軸承的計算轉(zhuǎn)速（r/mm） —壽命系數(shù)，
—壽命系數(shù)，對球軸承=3，對滾子軸承=；
工作情況系數(shù)，對輕度沖擊和振動的機(jī)床（車床、銑床、鉆床、磨床等多數(shù)機(jī)床），；
—功率利用系數(shù)，查表3—3；
—速度轉(zhuǎn)化系數(shù)，查表3—2；
—齒輪輪換工作系數(shù)，查《機(jī)床設(shè)計手冊》；
P—當(dāng)量動載荷，按《機(jī)床設(shè)計手冊》。
故軸承校核合格
5.4 傳動系統(tǒng)的Ⅲ軸及軸上零件設(shè)計
5.4.1齒輪的驗算
驗算齒輪強(qiáng)度，應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪，進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力驗算。一般對高速傳動的齒輪驗算齒面接觸應(yīng)力，對低速傳動的齒輪驗算齒根彎曲應(yīng)力。
對硬齒面、軟齒芯滲碳淬火的齒輪，一定要驗算齒根彎曲應(yīng)力。
接觸應(yīng)力的驗算公式為
（MPa）≤[]（3-1）
彎曲應(yīng)力的驗算公式為
（3-2）
式中 N-齒輪傳遞功率（KW），N=；
-電動機(jī)額定功率（KW）；
-從電動機(jī)到所計算的齒輪的機(jī)械效率；
-齒輪計算轉(zhuǎn)速（r/min）;
m-初算的齒輪模數(shù)（mm）;
B-齒寬（mm）
Z-小齒輪齒數(shù)；
u-大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，u≥1，“+”號用于外嚙合，“-”號用于內(nèi)嚙合；
-壽命系數(shù)：
-工作期限系數(shù)：
T-齒輪在機(jī)床工作期限（）內(nèi)的總工作時間（h），對于中型機(jī)床的齒輪取=15000~20000h，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時間可近似地認(rèn)為T=/P，P為變速組的傳動副數(shù)；
-齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）;
-基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)；查表3-1（以下均參見《機(jī)床設(shè)計指導(dǎo)》）
m—疲勞曲線指數(shù)，查表3-1；
—速度轉(zhuǎn)化系數(shù)，查表3-2；
—功率利用系數(shù)，查表3-3；
—材料強(qiáng)化系數(shù)，查表3-4；
—的極限值，見表3-5，當(dāng)≥時，則取=；當(dāng)＜時，取=；
—工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運動，取=1.2~1.6；
—動載荷系數(shù)，查表3-6；
—齒向載荷分布系數(shù)，查表3-9；
Y—標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù)，查表3-8；
[]—許用接觸應(yīng)力（MPa）,查表3-9；
[]—許用彎曲應(yīng)力（MPa），查表3-9。
如果驗算結(jié)果或不合格時，可以改變初算時選定的材料或熱處理方法，如仍不滿足時，就得采取調(diào)整齒寬或重新選擇齒數(shù)及模數(shù)等措施。
三軸上的三聯(lián)滑移齒輪采用整淬的方式進(jìn)行熱處理
傳至三軸時的最大轉(zhuǎn)速為：
N==5.42kw
在三聯(lián)滑移齒輪中齒數(shù)最少的齒輪為41×2.25，且齒寬為B=12mm
u=1.05
=≤[]=1250MP
故三聯(lián)滑移齒輪符合標(biāo)準(zhǔn)
驗算50×2.5的齒輪：
50×2.5齒輪采用整淬
N==5.1kw B=15mm u=1
=≤[]=1250MP
故此齒輪合格
驗算63×3的齒輪：
63×3齒輪采用整淬
N==5.1kw B=10mm u=4
=≤[]=1250MP
故此齒輪合格
驗算44×2齒輪：
44×2齒輪采用整淬
N==5.1kw B=10mm u=1
=≤[]=1250MP
故此齒輪合格
5.4.2 傳動軸的驗算
對于傳動軸，除重載軸外，一般無須進(jìn)行強(qiáng)度校核，只進(jìn)行剛度驗算。
軸的抗彎斷面慣性矩（）
花鍵軸 =
式中 d—花鍵軸的小徑（mm）；
i—花軸的大徑（mm）；
b、N—花鍵軸鍵寬，鍵數(shù)；
傳動軸上彎曲載荷的計算，一般由危險斷面上的最大扭矩求得：
=
式中 N—該軸傳遞的最大功率（kw）;
—該軸的計算轉(zhuǎn)速（r/min）。
傳動軸上的彎矩載荷有輸入扭矩齒輪和輸出扭矩齒輪的圓周力、徑向力，齒輪的圓周力：
式中 D—齒輪節(jié)圓直徑（mm）,D=mZ。
齒輪的徑向力：
式中 α—為齒輪的嚙合角；
ρ—齒面摩擦角；
β—齒輪的螺旋角；
=27.86mm
符合校驗條件
花鍵軸鍵側(cè)擠壓應(yīng)力的驗算
花鍵鍵側(cè)工作表面的擠壓應(yīng)力為：
式中 —花鍵傳遞的最大轉(zhuǎn)矩（）；
D、d—花鍵軸的大徑和小徑（mm）；
L—花鍵工作長度；
N—花鍵鍵數(shù)；
K—載荷分布不均勻系數(shù)，K=0.7～0.8；
故此三軸花鍵軸校核合格
5.4.3 軸組件的剛度驗算
兩支撐主軸組件的合理跨距
主軸組件的跨距對其剛度的影響很大，在繪制主軸組件的結(jié)構(gòu)草圖后，可以對合理跨距L。進(jìn)行計算，以便修改草圖，當(dāng)跨距遠(yuǎn)大于L。時，應(yīng)考慮采用三支撐結(jié)構(gòu)。
《機(jī)床設(shè)計》的教科書中的主軸組件柔度方程系在主軸端部C點家在時主軸和軸承兩相柔度的迭加，其極值方程為：
式中 L?！侠砜缇?；
C —主軸懸伸梁；
﹑—后﹑前支撐軸承剛度
該一元三次方程求解可得為一實根：
機(jī)床傳動軸用滾動軸承，主要是因疲勞破壞而失效，故應(yīng)進(jìn)行疲勞驗算。其額定壽命的計算公式為：
C—滾動軸承的額定負(fù)載（N）,根據(jù)《軸承手冊》或《機(jī)床設(shè)計手冊》查取，單位用（kgf）應(yīng)換算成（N）；
—速度系數(shù)， 為滾動軸承的計算轉(zhuǎn)速（r/mm） —壽命系數(shù)，
—壽命系數(shù)，對球軸承=3，對滾子軸承=；
工作情況系數(shù)，對輕度沖擊和振動的機(jī)床（車床、銑床、鉆床、磨床等多數(shù)機(jī)床），；
—功率利用系數(shù)，查表3—3；
—速度轉(zhuǎn)化系數(shù)，查表3—2；
—齒輪輪換工作系數(shù)，查《機(jī)床設(shè)計手冊》；
P—當(dāng)量動載荷，按《機(jī)床設(shè)計手冊》。
故軸承校核合格
5.4傳動系統(tǒng)的Ⅳ軸及軸上零件設(shè)計
5.4.1齒輪的驗算
驗算齒輪強(qiáng)度，應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪，進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力驗算。一般對高速傳動的齒輪驗算齒面接觸應(yīng)力，對低速傳動的齒輪驗算齒根彎曲應(yīng)力。
對硬齒面、軟齒芯滲碳淬火的齒輪，一定要驗算齒根彎曲應(yīng)力。
接觸應(yīng)力的驗算公式為
（MPa）≤[]（3-1）
彎曲應(yīng)力的驗算公式為
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