車床主軸箱設(shè)計(jì)說(shuō)明書.docx

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目錄 1.題目要求及參數(shù)確定-------------------------------------------1 1.1設(shè)計(jì)要求----------------------------------------------1 1.2運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定------------------------------------------1 1.3動(dòng)力參數(shù)的確定----------------------------------------1 2.運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) -----------------------------------------------------2 2.1傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)的確定------------------------------------2 2.2結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇------------------------------2 2.3擬定轉(zhuǎn)速圖---------------------------------------------------4 2.4齒輪齒數(shù)確定-------------------------------------------------5 2.5計(jì)算各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速--------------------------------6 3.傳動(dòng)零件的初步計(jì)算----------------------------------------7 3.1傳動(dòng)軸直徑初定----------------------------------------7 3.2主軸軸頸直徑確定--------------------------------------7 3.3齒輪模數(shù)的初步確定------------------------------------8 4.主要零件的驗(yàn)算--------------------------------------13 4.1三角帶傳動(dòng)計(jì)算和選定---------------------------------13 4.2圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算-----------------------------------15 4.3傳動(dòng)軸驗(yàn)算-------------------------------------------17 4.4 滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算---------------------------------------21 5.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明-----------------------------------------------24 5.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容，技術(shù)要求及方案-------------------------24 5.2展開(kāi)圖及布置-----------------------------------------25 5.3軸的設(shè)計(jì)---------------------------------------------25 5.4齒輪塊設(shè)計(jì)-------------------------------------------26 5.5傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)-------------------------------------------28 5.6主軸組件設(shè)計(jì)-----------------------------------------30 6.總結(jié)---------------------------------------------------36 7.參考文獻(xiàn)-----------------------------------------------37 1. 題目要求及參數(shù)確定 1.1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：N=3kw，主軸最高、最低轉(zhuǎn)速如下： nmax=1600rpm, nmin=35.5rpm 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)部件名稱：主軸箱 1.2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)速：=35.5rpm =1600rpm 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級(jí)。Z=12， 。任意兩級(jí)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系應(yīng)為： 據(jù)=φ11，得：φ=1.41。查表7-1得：各軸轉(zhuǎn)速：35.5、50、71、100、140、200、280、400、560、800、1120、1600。 1.3動(dòng)力參數(shù)的確定 由任務(wù)書設(shè)定電動(dòng)機(jī)功率：N=3KW。查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)P167表12-1得應(yīng)該選擇Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y100L-2，轉(zhuǎn)速為n=2870rpm。 2.運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 2.1 傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)的確定 傳動(dòng)組和傳動(dòng)副數(shù)可能的方案有： 12=4*3 12=3*4 12=3*2*2 12=2*3*2 12=2*2*3 在上列各方案中，前兩個(gè)有時(shí)可以省掉一根軸。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)增加軸向尺寸；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。 后三個(gè)方案中可根據(jù)下述原則比較：從電動(dòng)機(jī)到主軸，一般為降速傳動(dòng)。接近電動(dòng)機(jī)處的零件，轉(zhuǎn)速較高，從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也就較小。如使傳動(dòng)副較多 的傳動(dòng)組放在接近電動(dòng)機(jī)處，則可使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件就可以少些，就省材料了。這就是“前多后少”的原則。從這個(gè)角度考慮，以取12=3*2*2的方案為好。 2.2 結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇 在12=3*2*2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?？赡艿牧N方案，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1。在這些方案中，可根據(jù)下列原則選擇最佳方案。 圖1結(jié)構(gòu)網(wǎng) ⑴傳動(dòng)副的極限傳動(dòng)比和傳動(dòng)組的極限變速范圍 主傳動(dòng)鏈任一傳動(dòng)的最大變速范圍一般為：≤8～16。 在檢查傳動(dòng)組的變速范圍時(shí)，只需檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組。因?yàn)槠渌鼈鲃?dòng)組的變速范圍都比它小。 　在圖１中，方案a,b,c,e是可行的。方案d,f是不可行的。 ⑵　基本組和擴(kuò)大組的排列順序　　在可靠的四種結(jié)構(gòu)網(wǎng)方案a,b,c,e中，還要進(jìn)行比較以選擇最佳方案。原則是選擇中間傳動(dòng)軸變速范圍最小的方案。因?yàn)槿绻鞣桨竿?hào)傳動(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，幫方案a最佳。即如果沒(méi)有別的要求，則應(yīng)盡量使擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序一致。 2.3 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，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。 圖2轉(zhuǎn)速圖 本機(jī)床所選定的結(jié)構(gòu)式共有三個(gè)傳動(dòng)組，變速機(jī)構(gòu)共需4軸。加上電動(dòng)機(jī)軸共5個(gè)軸。故轉(zhuǎn)速圖共需5個(gè)豎線，主軸共12級(jí)轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近，幫需12條橫線?，F(xiàn)擬定轉(zhuǎn)速圖如：圖2 2.4 齒輪齒數(shù)的確定 因傳動(dòng)比i采用標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方，齒數(shù)和S以及小齒輪齒數(shù)可以從表8-1中查得。①在傳動(dòng)組a中，ia1=1,ia2=1/1.41,ia3=1/2。則，查I 為1，1.41，2的三行。有數(shù)字的即為可能方案。取S為72，則從表中查出小齒輪齒數(shù)為36,30,24。即ia1=36/36,ia2=30/42,ia3=24/48。②在傳動(dòng)組b中，ib1=1,ib2=1/2.82則查I 為1，2.82的兩行。有數(shù)字的即為可能方案。取S為84，則從表中查出小齒輪齒數(shù)為42、22。即ib1=42/42,ib2=22/62。③在傳動(dòng)組c中，ic1=2/1,ic2=1/4則查I 為4這一行。取S為89，則從表中查出小齒輪齒數(shù)為30、18。即ic1=60/30,ic2=18/72。 2.5計(jì)算各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速 a.主軸: 確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 b.各傳動(dòng)軸: 軸III可以從主軸為100rpm按傳動(dòng)副72/18找上去，近似為140rpm，軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為400r/min；軸Ⅰ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為800r/min。 c.各齒輪: 傳動(dòng)組c中，18/72只需計(jì)算z = 18 的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為400r/min；60/30只需計(jì)算z = 30的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為=280r/min；傳動(dòng)組b計(jì)算z = 22的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為=400r/min；傳動(dòng)組a應(yīng)計(jì)算z = 24的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為=800r/min。 3傳動(dòng)零件的初步計(jì)算 3.1傳動(dòng)軸直徑的初定 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。 [1]Ⅰ軸的直徑： [2]Ⅱ軸的直徑： [3]Ⅲ軸的直徑： [4]主軸的直徑： 3.2主軸軸頸直徑的確定 [1]前軸頸應(yīng)為70-90mm,初選=80mm,后軸頸 (0.7～0.85) ，取為65mm,取前軸承為NN30216K,后軸承為NN30213K,根據(jù)結(jié)構(gòu),定懸伸長(zhǎng)度 [2]選定軸承 查雙列圓錐滾子軸承和圓錐磙子軸承 軸I： 6005 d=25 D=47 B=12 軸II： 30207 d=35 D=75 B=18.25 軸III： 30208 d=40 D=80 B=19.75 軸IV: 前端30216 d=80 D=140 B=28.5 后端30213 d=65 D=120 B=24.75 3.3齒輪模數(shù)的初步確定 [1]a傳動(dòng)組：分別計(jì)算各齒輪模數(shù) 先計(jì)算24齒齒輪的模數(shù)： 其中: -公比 ； = 2； -電動(dòng)機(jī)功率； = 3KW； -齒寬系數(shù)6～10，取8； -齒輪傳動(dòng)許允應(yīng)力查表5.5（機(jī)械原理）選取600MPa 取m = 2.5mm。 按齒數(shù)30的計(jì)算，，可取m = 2.5mm； 按齒數(shù)36的計(jì)算，, 可取m = 2.5mm。 一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪的模數(shù)， 于是傳動(dòng)組a的齒輪模數(shù)取m = 2.5mm，齒寬B=82.5=20mm。 軸Ⅰ上齒輪的分度圓直徑為： 。 軸Ⅱ上三聯(lián)齒輪的分度圓直徑分別為： b傳動(dòng)組： 確定軸Ⅱ上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù)。 按22齒數(shù)的齒輪計(jì)算： 可得m = 3.16mm；取m = 3mm。 按42齒數(shù)的齒輪計(jì)算： 可得m = 2.34mm；取m = 2.5mm。 于是軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪的模數(shù)統(tǒng)一取為m =3mm。 于是軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪的分度圓直徑分別為： 軸Ⅲ上與軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪嚙合的兩齒輪的分度圓直徑分別為： c傳動(dòng)組： 按18齒數(shù)的齒輪計(jì)算： 可得m = 4.58mm；取m = 5mm。 按60齒數(shù)的齒輪計(jì)算： 可得m = 3.03mm； 取m = 3mm。 于是軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪的模數(shù)統(tǒng)一取為m=5mm。 軸Ⅲ上兩聯(lián)動(dòng)齒輪的分度圓直徑分別為： 軸四上兩齒輪的分度圓直徑分別為： [2]齒輪參數(shù)的確定 標(biāo)準(zhǔn)齒輪： ，，。 從機(jī)械原理 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 齒數(shù) 模數(shù) m 分度圓 d 齒頂圓 齒根圓 齒頂高 齒根高 1 24 2.5 60 65 61.25 2.5 3.125 2 30 2.5 75 80 71.25 2.5 3.125 3 36 2.5 90 95 86.25 2.5 3.125 4 36 2.5 90 95 86.25 2.5 3.125 5 48 2.5 120 125 116.25 2.5 3.125 6 42 2.5 105 110 101.25 2.5 3.125 7 42 3 126 132 118.5 3 3.75 8 22 3 66 72 58.5 3 3.75 9 42 3 126 132 118.5 3 3.75 10 62 3 186 192 178.5 3 3.75 11 60 5 300 310 287.5 5 6.25 12 18 5 90 100 77.5 5 6.25 13 30 5 150 160 137.5 5 6.25 14 72 5 360 370 347.5 5 6.25 [3]齒寬的確定 公式B=ψm ╳m （ψm=6-10，m為模數(shù)） 第一套嚙合齒輪：B1 =(6-10) ╳2.5mm =15-25 mm 第二套嚙合齒輪：B2= (6-10)╳3mm=18-30 mm 第三套嚙合齒輪： B3=(6-10)╳5mm=30-50 mm B1 = 23mm B2=23mm B3=18mm B4=18 mm B5=18mm B6=18mm B7=22mm B8= 26mm B9=22 mm B10=22mm B11=37mm B12=42mm B13=42mm B14=37mm 4.主要零件的驗(yàn)算 4.1三角帶傳動(dòng)的計(jì)算和選定 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=2870r/min,傳遞功率P=3KW,傳動(dòng)比i=3.59，兩班制， 一天運(yùn)轉(zhuǎn)16小時(shí)，工作年數(shù)10年。 ① 確定計(jì)算功率 由機(jī)械設(shè)計(jì)表8-7查得工作情況系數(shù)KA=1.2,故: Kw=3.6Kw ② 選取V帶型號(hào) 根據(jù)、n1由機(jī)械設(shè)計(jì)圖8-4a]確定選用A型普通V帶。 ③ 確定帶輪基準(zhǔn)直徑 由表8-4[5]和表8-6及圖8-11取主動(dòng)基準(zhǔn)直徑。 從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 根據(jù)表8-8，取=355。 按式（8-20）驗(yàn)算帶的速度 帶的速度合適。 ④ 確定A帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距 根據(jù)＜＜,初步確定中心距。 計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 由表8-2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度。 計(jì)算實(shí)際中心距a ⑤ 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角α1 由式（8-6）得： 主動(dòng)輪上的包角合適。 ⑥ 計(jì)算A帶的根數(shù)z 計(jì)算單根V帶的額定功率 由dd1=100mm和n1=2870r/min，查表8-4a得=2.98kw。 根據(jù)n1=2870r/min,i=3.59和A型帶，查表8－4b得 查表8－5得＝0.92，表8－2得＝1.01，于是 ＝＝3.08 =1.16 取2 ⑦ 計(jì)算預(yù)緊力F0 由式(8-23)知 查表8-4得q=0.1kg/m，故： 計(jì)算作用在軸上的壓軸力 由式（8-4）得 4.2圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 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。這里要驗(yàn)算的是齒輪5，齒輪9，齒輪13這三個(gè)齒輪 計(jì)算公式 校核a傳動(dòng)組齒輪 校核齒數(shù)為24的即可，確定各項(xiàng)參數(shù) ⑴ P=3.6KW,n=800r/min, ⑵確定使用系數(shù)： 齒輪精度為7級(jí)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得使用系數(shù) ⑶確定動(dòng)載系，=1.05 ⑷確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù) ， 非對(duì)稱 ,查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得 ⑸確定齒間載荷分配系數(shù): 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得 ⑹確定動(dòng)載系數(shù): ⑺查表 10-5 ⑻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。 其它的傳動(dòng)組用同類方法校正即可知其強(qiáng)度均合適。 另外兩齒輪計(jì)算方法如上，均符合要求。 4.3傳動(dòng)軸的驗(yàn)算 受力分析：以IV軸為例進(jìn)行分析，IV軸上的齒輪為滑移齒輪。通常，選擇主軸處于計(jì)算轉(zhuǎn)速（140r/min）時(shí)齒輪的嚙合位置為計(jì)算時(shí)的位置。根據(jù)本機(jī)床齒輪排列特點(diǎn)，主軸為140r/min時(shí)，IV軸受力變形大于前者。 強(qiáng)度驗(yàn)算 軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核 P=2.6 n＝140rpm 外力偶矩M＝(9549X2.6/140)=177.33Nm T=M D=32mm 彎曲剛度驗(yàn)算 各傳動(dòng)力空間角度如圖5所示，根據(jù)下表的公式計(jì)算齒輪的受力。 圖5各傳動(dòng)力空間角度 表1 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 N (mm) 齒輪壓力角 α 齒面摩擦角 γ 齒輪Z4 齒輪Z9 切向力 Ft1 N F1 在 X 軸投影Fz1 N F1 在 Z 軸投影Fz1 N 分度圓直徑d1 mm 切向力 Ft2 N F1 在 X 軸投影Fz2 N F1 在 Z 軸投影Fz2 N 分度圓直徑d2 Mm 3.6 400 67336.7 20 6 -1300.1 -1260.7 683.1 160 1272.1 1157.3 -632.7 90 撓度、傾角的計(jì)算： 分別計(jì)算出各平面撓度、傾角，然后進(jìn)行合成。如下圖所示：其中 a=120, b=156, c=150, f=126, l=276, , n=159.35, 圖6各平面撓度、傾角合成 XOY平面內(nèi)撓度： 代入數(shù)據(jù)，求得 ZOY平面內(nèi)撓度： 代入數(shù)據(jù)，求得 撓度的合成：，符合要求。 左支撐傾角計(jì)算和分析： XOY平面力作用下的傾角： 代入數(shù)據(jù)，解得 ZOY平面力作用下的傾角： 代入數(shù)據(jù)，解得 傾角的合成：，符合要求； 右支承傾角計(jì)算和分析： XOY平面力作用下的傾角： 代入數(shù)據(jù)，解得 ZOY平面力作用下的傾角： 代入數(shù)據(jù)，解得 傾角的合成：，符合要求。 鍵側(cè)擠壓應(yīng)力計(jì)算： 表2 鍵側(cè)擠壓應(yīng)力計(jì)算 計(jì)算公式 最大轉(zhuǎn)矩 花鍵軸小徑 花鍵軸大徑 花鍵數(shù) 載荷系數(shù) 工作長(zhǎng)度 許用應(yīng)力 許用應(yīng)力 結(jié)論 72580 26 30 6 0.8 176 30 1.39 合格 4.4 滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算 根據(jù)前面所示的Ⅱ軸受力狀態(tài)，分別計(jì)算出左（A）、右（B）兩支承端支反力。 在XOY平面內(nèi)： 在ZOY平面內(nèi)： 左、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。 滾動(dòng)軸承的疲勞壽命驗(yàn)算： 其中：額定動(dòng)載荷：C=11000N，《機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》； 速度系數(shù)：； 使用系數(shù)：； 功率利用系數(shù)：，表3-3《床設(shè)計(jì)制導(dǎo)》； 轉(zhuǎn)速變化系數(shù)：，表3-2； 齒輪輪換工作系數(shù)： 當(dāng)量動(dòng)載荷：F=176.7N，已計(jì)算求得； 許用壽命：T，一般機(jī)床取10000-15000h； 壽命指數(shù)：。 則額定壽命： 經(jīng)驗(yàn)算符合要求。 5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)要求及方案 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。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。 3） 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)。 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。 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他軸上。制動(dòng)器不要放在轉(zhuǎn)速太低軸上，以免制動(dòng)扭矩太大，是制動(dòng)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。 5.3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的拉力（采用卸荷裝置）。I軸上裝有摩擦離合器，由于組成離合器的零件很多，裝配很不方便，一般都是在箱外組裝好I軸在整體裝入箱內(nèi)。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。 離合器及其壓緊裝置中有三點(diǎn)值得注意： 1） 摩擦片的軸向定位：由兩個(gè)帶花鍵孔的圓盤實(shí)現(xiàn)。其中一個(gè)圓盤裝 在花鍵上，另一個(gè)裝在花鍵軸上的一個(gè)環(huán)形溝槽里，并轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)花鍵齒，和軸上的花鍵對(duì)正，然后用螺釘把錯(cuò)開(kāi)的兩個(gè)圓盤連接在一起。這樣就限制了軸向和周向德兩個(gè)自由度，起了定位作用。 2） 摩擦片的壓緊由加力環(huán)的軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)，在軸系上形成了彈性力的封閉 系統(tǒng)，不增加軸承軸向復(fù)合。 3） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使加力環(huán)推動(dòng)擺桿和鋼球的運(yùn)動(dòng)是不可逆的，即操縱力撤 消后，有自鎖作用。 I軸上裝有摩擦離合器，兩端的齒輪是空套在軸上，當(dāng)離合器接通時(shí)才和軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。但脫開(kāi)的另一端齒輪，與軸回轉(zhuǎn)方向是相反的，二者的相對(duì)轉(zhuǎn)速很高（約為兩倍左右）。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這點(diǎn)。 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。 5.4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： 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)。 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。 5.4.1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。 要保證正確嚙合，齒輪在軸上的位置應(yīng)該可靠?；讫X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。 5.5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6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。 5） 加工和裝配的工藝性等。 5.6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。 5.6.1 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?，一般推薦取： =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。 5.6.2 主軸軸承 1）軸承類型選擇 主軸前軸承有兩種常用的類型： 雙列短圓錐滾子軸承。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。 5.6.3 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。 5.6.4 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? 5.6.5 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 6.總結(jié) 課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程. 在課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，我也遇到了一些問(wèn)題。設(shè)計(jì)過(guò)程也是培養(yǎng)我們認(rèn)真細(xì)心的態(tài)度。 課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程.”千里之行始于足下”，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義.我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ). 在此過(guò)程中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題，使我加深了對(duì)大學(xué)所學(xué)課程理解，綜合應(yīng)用，并得到進(jìn)一步的鞏固，這對(duì)以后的學(xué)習(xí)和工作都有積極的意義。 總之，這次的課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多東西 7.參考文獻(xiàn) [1]陳易新,金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1981 [2]金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)，上海交通大學(xué)出版社,2002 [3]機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)（兩冊(cè)共四本），機(jī)械工業(yè)出版社 [4]機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 [5]金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 [6]金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo),機(jī)械工業(yè)出版社,2003 [7]張巖； 胡金平； 王莉莉，機(jī)床課程設(shè)計(jì)題目及給定參數(shù)的選擇，煤炭技術(shù)，2006.12 [8]袁榮娟；對(duì)金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)改革的幾點(diǎn)建議，教學(xué)研究，2003.2