1C6140 主軸箱的設(shè)計(jì)前 言 普通車床是車床中應(yīng)用最廣泛的一種，約占車床類總數(shù)的 65%，因其主軸以水平方式放置故稱為臥式車床。 CA6140型普通車床的主要組成部件有：主軸箱、進(jìn)給箱、溜板箱、 刀架、尾架、光杠、絲杠和床身。（1）主軸箱。它固定在機(jī)床身的左端，裝在主軸箱中的主軸（主軸為中空，不僅可以用于更長(zhǎng)的棒料的加工及機(jī)床線路的鋪設(shè)還可以增加主軸的剛性） ，通過(guò)夾盤等夾具裝夾工件。主軸箱的功用是支撐并傳動(dòng)主軸，使主軸帶動(dòng)工件按照規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。（2）床鞍和刀架部件。它位于床身的中部，并可沿床身上的刀架軌道做縱向移動(dòng)。刀架部件位于床鞍上，其功能是裝夾車刀，并使車刀做縱向、橫向或斜向運(yùn)動(dòng)。（3）尾座。它位于床身的尾座軌道上，并可沿導(dǎo)軌縱向調(diào)整位置。尾座的功能是用后頂尖支撐工件。在尾座上還可以安裝鉆頭等加工刀具，以進(jìn)行孔加工。（4）進(jìn)給箱。它固定在床身的左前側(cè)、主軸箱的底部。其功能是改變被加工螺紋的螺距或機(jī)動(dòng)進(jìn)給的進(jìn)給量。（5）溜板箱。它固定在刀架部件的底部，可帶動(dòng)刀架一起做縱向、橫向進(jìn)給、快速移動(dòng)或螺紋加工。在溜板箱上裝有各種操作手柄及按鈕，工作時(shí)工人可以方便地操作機(jī)床。（6）床身。床身固定在左床腿和右床腿上。床身是機(jī)床的基本支撐件。在床身上安裝著機(jī)床的各個(gè)主要部件，工作時(shí)床身使它們保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置。2目錄前 言 .1摘 要 .41.概述 61. 車床的規(guī)格系列和用處 .62.參數(shù)的擬定 72.1 確定極限轉(zhuǎn)速 .72.2 主電機(jī)選擇 .73.傳動(dòng)設(shè)計(jì) 83.1 主傳動(dòng)方案擬定 .83.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 .83.2.1 確定傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目 .83.2.2 傳動(dòng)式的擬定 .83.2.3 結(jié)構(gòu)式的擬定 .93.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 104. 傳動(dòng)件的估算 124.1 V帶傳動(dòng)的計(jì)算 124.2 傳動(dòng)軸的估算 144.2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 .144.2.2 傳動(dòng)軸直徑的估算 154.3 齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計(jì)算 164.3.1 齒輪齒數(shù)的確定 164.3.2 齒輪模數(shù)的計(jì)算 174.3.4齒寬確定 204.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 204.5 軸承的選擇 .204.6 片式摩擦離合器的選擇和計(jì)算 215. 動(dòng)力設(shè)計(jì) 2335.1 軸驗(yàn)算 235.2 主軸驗(yàn)算 .255.2 齒輪校驗(yàn) .286.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .296.1 I軸（輸入軸）的設(shè)計(jì) .296.2 齒輪塊設(shè)計(jì) 306.3其他問(wèn)題 316.4 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 316.5 主軸組件設(shè)計(jì) 326.5.1 各部分尺寸的選擇 336.5.2 主軸軸承 336.5.3 主軸與齒輪的連接 356.5.4 潤(rùn)滑與密封 356.5.5 其他問(wèn)題 35總 結(jié) .37參考文獻(xiàn) .38外文資料 .39外文翻譯 .45致 謝 .474摘 要普通中型車床主軸箱設(shè)計(jì)，主要包括三方面的設(shè)計(jì)，即：根據(jù)設(shè)計(jì)題目所給定的機(jī)床用途、規(guī)格、主軸極限轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速數(shù)列公比或級(jí)數(shù)，確定其他有關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，選定主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速值；通過(guò)分析比較，選擇傳動(dòng)方案；擬定結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)，擬定轉(zhuǎn)速圖；確定齒輪齒數(shù)及帶輪直徑；繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖。其次，根據(jù)機(jī)床類型和電動(dòng)機(jī)功率，確定主軸及各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速，初定傳動(dòng)軸直徑、齒輪模數(shù)，確定傳動(dòng)帶型號(hào)及根數(shù)，摩擦片尺寸及數(shù)目；裝配草圖完成后要驗(yàn)算傳動(dòng)件（傳動(dòng)軸、主軸、齒輪、滾動(dòng)軸承）的剛度、強(qiáng)度或壽命。最后，完成運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力設(shè)計(jì)后，要將主傳動(dòng)方案“結(jié)構(gòu)化” ，設(shè)計(jì)主軸變速箱裝配圖及零件圖，側(cè)重進(jìn)行傳動(dòng)軸組件、主軸組件、變速機(jī)構(gòu)、箱體、潤(rùn)滑與密封、傳動(dòng)軸及滑移齒輪零件的設(shè)計(jì)。【關(guān)鍵詞】車床、主軸箱、變速系統(tǒng)、主軸組件。5AbstractOrdinary medium-sized lathe headstock design, including the three aspects of the design, namely: According to a design by the use of a given machine, specifications, spindle speed limit, speed series of common ratio or series, to determine other relevant motion parameters, the selected axis of the grade speed value; through analysis and comparison, select the drive scheme; proposed structure or structure network, development of speed diagram; determine gear and pulley diameter; drawing transmission system map. Secondly, according to machine type and motor power, and the transmission parts to determine the calculation of the spindle speed, an initial diameter of shaft, gear module to determine the belt type and root number, size and number of friction plate; Assembly Draft Checking transmission parts after completion of (shaft, spindle, gear, bearing) stiffness, strength or life. Finally, the complete design and dynamic design exercise, the main transmission scheme to the “structural“, the design of spindle gearbox assembly drawing and part drawings, focusing on the drive shaft assembly, spindle assembly, transmission organizations, box, lubrication and sealing , drive shaft and the sliding gear with the design. Key words ：lathe, the spindle box, transmission, shaft components. 61.概述1. 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 CA6140主軸變速箱。主要用于加工回轉(zhuǎn)體。車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（GB1582-79，JB/Z143-79）工件最大回轉(zhuǎn)直徑D (mm)max正轉(zhuǎn)最高轉(zhuǎn)速( maxN)inr電機(jī)功率N（kw）公比 ?轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) Z反轉(zhuǎn)400 1450 7.5 1.41 12級(jí)數(shù) Z反=Z 正/2；n 反max≈1.07n 正max72.參數(shù)的擬定2.1 確定極限轉(zhuǎn)速， nR?miax ???zn?又∵ =1.41∴ 得 =43.79. 取 =45；?nR，去標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速列 .mi/1.3i/4510/axin rrn min/5.31inr?所以正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速數(shù)列是n1 =31.5r/min n2 =45r/min n3 =63r/min n4 =90r/min n5 =125r/min n6 =180r/min n7 =250r/min n8 =355r/minn9 =500r/min n10 =710r/min n11 =1000r/min n12 =1400r/min。反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速最大為 ,則反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速數(shù)列是mi/15040.7.1maxmax r???正反n1 =47.5r/min n2 =95r/min n3 =190r/min n4 =375r/min n5 =750r/min n6 =1500r/min。2.2 主電機(jī)選擇合理的確定電機(jī)功率 N，使機(jī)床既能充分發(fā)揮其使用性能，滿足生產(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 7.5KW，根據(jù)《車床設(shè)計(jì)手冊(cè)》附錄表 2選 Y132M-4，額定功率 7.5 ，滿載轉(zhuǎn)速 1440 ，最大轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)矩 2.2倍。kwminr83.傳動(dòng)設(shè)計(jì)3.1 主傳動(dòng)方案擬定擬定傳動(dòng)方案，包括傳動(dòng)型式的選擇以及開停、幻想、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。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)等多方面統(tǒng)一考慮。傳動(dòng)方案有多種，傳動(dòng)型式更是眾多，比如：傳動(dòng)型式上有集中傳動(dòng)，分離傳動(dòng)；擴(kuò)大變速范圍可用增加傳動(dòng)組數(shù)，也可用背輪結(jié)構(gòu)、分支傳動(dòng)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。此次設(shè)計(jì)中，我們采用集中傳動(dòng)型式的主軸變速箱。3.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)對(duì)于分析和選擇簡(jiǎn)單的串聯(lián)式的傳動(dòng)不失為有用的方法，但對(duì)于分析復(fù)雜的傳動(dòng)并想由此導(dǎo)出實(shí)際的方案，就并非十分有效。3.2.1 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 、?Z、……個(gè)傳動(dòng)副。即 ? ??321Z?傳動(dòng)副中由于結(jié)構(gòu)的限制以 2或 3為合適， 可以有三種方案： 12=3×2×2；12=2×3×2；12=2×2×3；3.2.2 傳動(dòng)式的擬定12級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，選擇傳動(dòng)組安排方式時(shí)，考慮到機(jī)床主軸變速箱9的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。在Ⅰ軸如果安置換向摩擦離合器時(shí)，為減少軸向尺寸，第一傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)不能多，以 2為宜。主軸對(duì)加工精度、表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好。最后一個(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副常選用 2。綜上所述，傳動(dòng)式為 12=2×3×2。3.2.3 結(jié)構(gòu)式的擬定對(duì)于 12=2×3×2傳動(dòng)式，有 6種結(jié)構(gòu)式。分別為：， ， ，??????????????????， ， ，? ?? ?根據(jù)傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相一致的原則，選 的方案。1263最后擴(kuò)大組變速范圍 符合要求，其他變速組變速范圍也,0~841.)2(6??R肯定符合要求。103.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定圖 3-1 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速圖圖 3-2 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速圖11圖 3-3主傳動(dòng)系圖124. 傳動(dòng)件的估算4.1 V 帶傳動(dòng)的計(jì)算V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)。(1)選擇 V帶的型號(hào)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)公式 8.18 KWPKac 25.871.???式中 P---電動(dòng)機(jī)額定功率， --工作情況系數(shù)(此處取為 1.1)。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 8.6，因此選擇 A型帶，尺寸參數(shù)為頂寬 ，節(jié)寬m13b，高度 ，槽角 。m1bp?8h???40?(2)確定帶輪的計(jì)算直徑 ，?D?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?D宜過(guò)小，即 。查 《機(jī)械設(shè)計(jì)》取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 =125 。min?? ?Dm由公式 ?????12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。?n?n所以 ，??mD.50.157042?由《機(jī)械設(shè)計(jì)》V 帶帶輪基準(zhǔn)直徑的標(biāo)準(zhǔn)系列，取圓整為 250mm。實(shí)際傳動(dòng)比 ???042.1502.12 ?????Di?傳動(dòng)比誤差相對(duì)值 %9.4.??i一般允許誤差 5%，所選大帶輪直徑可選。(3)確定三角帶速度13按公式 smnDv /48.9106524.3106?????在 5～ 25m/s之間，滿足帶速要求。v初定中心距(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?。焊鶕?jù)機(jī)械設(shè)計(jì)公式 即 ，取hDD???)(7.0A）（22121 263A750?=700mm.0A(5)三角帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度 ?L??02121042ADDAL???????3.94755720 ???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 m20L(6)驗(yàn)算三角帶的撓曲次數(shù)，符合要求。 10.3140smvuL??次(7)確定實(shí)際中心距 A2mm8-）D（4D-A???? ２ ＤＤ＝Ｄ １２ｍ ?２－ ＤＤ＝ １２?703195201952022???）（(8)驗(yàn)算小帶輪包角 ?，主動(dòng)輪上包角合適。oo12o1 3.6AD-80??????(9)確定三角帶根數(shù) Z根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式 8-22得0calpzk????傳動(dòng)比.271452vi14查表 8.11，8.9 得 = 0.17KW, = 1.93KW0p?0p查表 8.8， =0.973；查表 8.3， =1.03k?lk9.30.17).0931(258???＝Z所以取 Z=4根(10)驗(yàn)算 V帶的撓曲次數(shù)，符合要求。sLmvu次406.170??(11)計(jì)算帶的張緊力和軸上載荷查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 8.5，q=0.1kg/m單根帶的張緊力 NqvkvzPFca 1784.90198.524.50. 22?????????????帶輪軸的壓軸力 zF.3.6sin7sin210??4.2 傳動(dòng)軸的估算傳動(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。4.2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 (1) 確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 90r/min?IV(2) 各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速： 軸Ⅲ可從主軸 90r/min找上去，軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速125r/min；軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 500r/min；軸Ⅰ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 710r/min。154.2.2 傳動(dòng)軸直徑的估算根據(jù)傳動(dòng)軸傳動(dòng)的功率大小，用扭轉(zhuǎn)剛度公式進(jìn)行初步的計(jì)算。4jnPKAd??式中 d——受扭部分的最小直徑（mm） ，計(jì)算值應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑系列；K——鍵槽系數(shù)，按表選?。籄——根據(jù)許用扭轉(zhuǎn)角確定的系數(shù)，按表 2.1選取；d——傳動(dòng)軸受扭部分的直徑（mm） ；P——電動(dòng)機(jī)額定功率 （kW） ；η——從電動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的軸的機(jī)械效率，見表 2——被估算的傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（ ） 。jn minr表 2.1 估算軸徑時(shí) A和 K值[ ]???m?0.25 0.5 1 1.5 2A 130 110 83 77無(wú)鍵 單鍵 雙鍵 花鍵K1 1.04~1.05 1.07~1.1 1.05~1.09表 2.2各傳動(dòng)機(jī)械效率的概略值類別 傳動(dòng)件 平均機(jī)械效率齒輪傳動(dòng) 直齒圓柱齒輪，磨齒 0.99帶傳動(dòng) V帶 0.96滾動(dòng)軸承 滾子軸承 0.99電動(dòng)機(jī)的額定功率 。kWP5.7?各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速： min/90in,/125min,/0in,/10 ⅠⅠⅠⅠ rrrrn ??（1）Ⅰ軸軸徑的估算由于Ⅰ軸為花鍵軸，所以取 ,7?A9.K509.60軸 承帶1 ???且 min7rn16mnPkAd 6.271095.09.1441 ?????根據(jù)機(jī)械零件手冊(cè)取 d31（2）Ⅱ軸軸徑的估算由于Ⅱ軸為花鍵軸，所以取 ,7?A09.1K39.05齒軸 承12 ???且 min3rnmPkAd 9.2850.7.4422 ??根據(jù)機(jī)械零件手冊(cè)取 d32（3）Ⅲ軸軸徑的估算由于Ⅲ軸為花鍵軸，所以取 ,7?A09.1K9.03齒軸 承23 ???且 min18rnmPkAd 6.40125.7.4433 ??根據(jù)機(jī)械零件手冊(cè)取取 d3（4）主軸軸徑的估算由于主軸為空心軸，根據(jù)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)表 3-1確定主軸前軸頸直徑，后軸頸直徑 ,取mD10?12)85.0~7(D?m802?主軸內(nèi)孔直徑 ，取d 54~65210 ???????? md482?4.3 齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計(jì)算4.3.1 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17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)可以從表 3-9（機(jī)zS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。第一組齒輪：傳動(dòng)比： , 10u??21.4u?查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表 3-9，齒數(shù)和 取 84zS=42， =42， =35， =49；?Z23Z4第二組齒輪：傳動(dòng)比： , ，10u??21?241u??齒數(shù)和 取 90：zS=45， =45， =30， =60， =18， =72；5Z67Z89Z10第三組齒輪：傳動(dòng)比： ,21u??241?齒數(shù)和 取 110：zS=73， =37， =22， =88，1Z1213Z14反轉(zhuǎn)齒輪：傳動(dòng)比： ， 68.12071??nu 19.5022??nu，5/1916?Z4/2Z4.3.2 齒輪模數(shù)的計(jì)算（1）初步計(jì)算齒輪模數(shù)時(shí)，按簡(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行。一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪進(jìn)行計(jì)算。從等強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，可減小其它齒輪的寬度，使齒輪基本上處于在相近的接觸應(yīng)力或彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作。這樣一來(lái)，還可以縮短該傳動(dòng)組的軸向尺寸。18式中 ——按接觸疲勞強(qiáng)度估算的齒輪模數(shù)（mm） ，應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值；jmP——電動(dòng)機(jī)額定功率（kW） ；——被估算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min） ；jnu——大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比；Z——小齒輪齒數(shù)；φ m——齒寬系數(shù)， φ m=B/m=6～10，B 為齒寬，m 為模數(shù)；[σ j]——許用接觸應(yīng)力（ ） 。MPa齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速：軸Ⅲ-Ⅳ ，軸Ⅱ-Ⅲ ，軸Ⅰ-Ⅱin/35rnj?in/475rnj?in/670rnj?根據(jù)指導(dǎo)書表 2.3選擇齒輪材料為 45鋼（淬火處理） ，其接觸應(yīng)力 σ j， 取MPa1258m??1）第一組齒輪： ； ； ；?in6701rn301?Z4.1u??????1.26701.85.633222 ??????uPjm??取標(biāo)準(zhǔn)值 12）第二對(duì)齒輪： ； ； ；?in4752rn?182?Z42u??????7.24510.6301630 22?????uPmjm??取標(biāo)準(zhǔn)值 23）第三對(duì)齒輪： ； ； ；?min35rn?23?Z41u??????67.235108.6011603223233 ?????uPj??取標(biāo)準(zhǔn)值??32)1(160jmj nuZP????19(2) 標(biāo)準(zhǔn)齒輪： **20h1c0.25???度 ， ，從機(jī)械原理 表 5-3查得以下公式：齒頂圓 mzdaa)+(=*1齒根圓 ??chf ???2分度圓 z齒頂高 a*=齒根高 mchf)+(齒輪的具體值見表齒輪尺寸表齒輪 齒數(shù) z 模數(shù) m 分度圓 d 齒頂圓 a齒根圓 fd齒頂高 ah齒根高 f1 42 3 126 132 118.5 3 3.752 42 3 126 132 118.5 3 3.753 35 3 105 111 97.5 3 3.754 49 3 147 153 139.5 3 3.755 18 3 54 60 46.5 3 3.756 72 3 216 222 208.5 3 3.757 45 3 135 141 127.5 3 3.758 45 3 135 141 127.5 3 3.759 30 3 90 96 82.5 3 3.7510 60 3 180 186 172.5 3 3.7511 73 3 219 225 211.5 3 3.7512 37 3 111 117 103.5 3 3.7513 22 3 66 72 58.5 3 3.7514 88 3 264 270 256.5 3 3.7515 42 3 126 132 118.5 3 3.752016 25 3 75 81 67.5 3 3.754.3.4 齒寬確定由公式 ( 6～10,m 為模數(shù))得：mB??第一套嚙合齒輪 m25~1.0~Ⅰ??第二套嚙合齒輪 ??380I::第三套嚙合齒輪 6IB反轉(zhuǎn)嚙合齒輪 ??V10I??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 ， ， ，128,1Bm?318Bm?418,20,5,20,5,05 1976 ?Bm, 1413121865?4.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 8-5確定參數(shù)得：????? 38,6,10,5,7.8,5.2,1min??fehbfap帶輪寬度： ????ezB213????大帶輪外徑： Da460小帶輪外徑： hd7852??4.5 軸承的選擇Ⅰ軸： 深溝球軸承Ⅱ軸： 圓錐滾子軸承Ⅲ軸： 圓錐滾子軸承 深溝球軸承21Ⅳ軸： 雙向推力球軸承 雙列圓柱滾子軸承4.6 片式摩擦離合器的選擇和計(jì)算片式摩擦離合器目前在機(jī)床中應(yīng)用廣泛，因?yàn)樗梢栽谶\(yùn)轉(zhuǎn)中接通或脫開，具有結(jié)合平穩(wěn)、沒有沖擊、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，多用于機(jī)床主傳動(dòng)。(1) 確定摩擦片的徑向尺寸：摩擦片的外徑尺寸受到外形輪廓的限制，內(nèi)徑又由安裝它的軸徑 d來(lái)決定，而內(nèi)外徑的尺寸決定著內(nèi)外摩擦片的環(huán)形接觸面積的大小，直接影響離合器的結(jié)構(gòu)與性能。表示這一特性系數(shù) 是外片內(nèi)徑 D1與內(nèi)片外徑 D2之比，即??21?一般外摩擦片的內(nèi)徑可?。篋 1=1.5d=1.5 36=42mm;?機(jī)床上采用的摩擦片 值可在 0.57～0.77 范圍內(nèi)，此處取 =0.67，則內(nèi)摩擦片外徑 ，取2?1?m7.62.04632?(2) 按扭矩確定摩擦離合面的數(shù)目 Z：Z≥ ZmVfKrSPT?][其中 T為離合器的扭矩 ；mNnNj ????? 48.795.06950?K——安全系數(shù)，此處取為 1.3；[P]——摩擦片許用比壓，取為 1.2MPa；f——摩擦系數(shù)，查得 f=0.06；S——內(nèi)外片環(huán)行接觸面積，S （D 22 — D12）=1730.93mm 2;4??——誘導(dǎo)摩擦半徑，假設(shè)摩擦表面壓力均勻分布，則fr fr=37.53mm；)(3213?KV——速度修正系數(shù)，根據(jù)平均圓周速度查表取為 1.08；22——結(jié)合次數(shù)修正系數(shù)，查表為 1.5；mK——摩擦結(jié)合面數(shù)修正系數(shù)， 查表取為 1；Z將以上數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得 Z=11.8≥11.1，圓整為整偶數(shù) 12，離合器內(nèi)外摩擦片總數(shù) i=Z+1=13。(3) 計(jì)算摩擦離合器的軸向壓力 Q：??NKPSQv 3.2408.193.17???(4) 摩擦片厚度 b = 1， 1.5，1.75，2 毫米，一般隨摩擦面中徑增大而加大。內(nèi)外片分離時(shí)的最小間隙為（0.2～0.4）mm。(5) 反轉(zhuǎn)時(shí)摩擦片數(shù)的確定：普通車床主軸反轉(zhuǎn)時(shí)一般不切削，故反向離合器所傳遞的扭矩可按空載功率損耗確定。普通車床主軸高速空轉(zhuǎn)功率 Pk一般為額定功率 P的 20～40%，取 Pk = 0.4P，計(jì)算反轉(zhuǎn)靜扭矩為 Pk = 2.2KW，代入公式計(jì)算出 Z=6.98≥4.5，圓整為整偶數(shù) 8，離合器內(nèi)外摩擦片總數(shù)為 9。根據(jù) JB/T9190-1999選用機(jī)械式多片雙聯(lián)離合器，因?yàn)榘惭b在箱內(nèi)，所以采取濕式。查表可得離合器參數(shù) H=2.5，模數(shù) m=2.5。查《離合器手冊(cè)》表 1.2.6選用編號(hào)為 2的離合器。235. 動(dòng)力設(shè)計(jì)5.1 軸驗(yàn)算按彎扭合成校核經(jīng)分析選危險(xiǎn)軸Ⅰ軸進(jìn)行校驗(yàn)（1）畫受力簡(jiǎn)圖畫軸空間受力簡(jiǎn)圖，將軸上作用力分解為垂直面受力圖和水平面受力圖分別求出垂直面上的支反力和水平面內(nèi)的支反力。對(duì)于零件作用于軸上的分布載荷或轉(zhuǎn)矩當(dāng)作集中力作用于軸上零件的寬度中心。（2）軸上受力分析軸傳遞的轉(zhuǎn)矩： ?1T NmnP7466095.15.905.96 ????齒輪的圓周力： NdFt 8.423齒輪的徑向力：由機(jī)械設(shè)計(jì)取 ，??20?tgFr32.516??(3)計(jì)算作用于軸上的支反力水平面內(nèi)的支反力:,NFRtHA84953?RHB56垂直面內(nèi)的支反力, rVA310VB20(4)計(jì)算軸的彎、轉(zhuǎn)矩,并畫彎、轉(zhuǎn)矩圖分別作出垂直面和水平面上的彎矩圖，并按 進(jìn)行彎矩合成 .畫轉(zhuǎn)矩圖。HVM??（5）校驗(yàn)軸的強(qiáng)度一般而言，軸的強(qiáng)度是否滿足只需對(duì)危險(xiǎn)截面進(jìn)行校驗(yàn)即可，而軸的當(dāng)量彎矩較大且軸的直徑最小處。24截面處的當(dāng)量彎矩為 ??22HVMaT??轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)變化計(jì)算，取 ，則6.0??mNT??45676.0?=12836722213?? mN?強(qiáng)度校合：考慮鍵槽的影響，查機(jī)械設(shè)計(jì)附表 12.8計(jì)算，MPaW54.70.863??選擇軸材料為 45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，查機(jī)械設(shè)計(jì)表 12.3??MPa60b1???顯然， 校驗(yàn)合格，故軸安全。??b1??軸上受力分析及彎矩、轉(zhuǎn)矩圖255.2 主軸驗(yàn)算5.2.1 選定前端懸伸量 a，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 a=120mm.5.2.2 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),420~)5.32(0 ma?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LL=540mm。5.2.3 計(jì)算 C點(diǎn)撓度1）周向切削力 的計(jì)算tP429510dtjNpDn???其中 89.0.,5.3 ??????齒軸 承?KWNdmin/8,240 ,24~40)6.~()6~(axrDmjj ?取26故， ，Npt 341059.48520.19????，Pt 3.1 NPr 3310.214.504. ????軸上受力分析 mdpTt 96283?， 2trM??合 ???????223)(4)(ptzrrM2）驅(qū)動(dòng)力 Q的計(jì)算參考《車床主軸箱指導(dǎo)書》 ， 72.10Nnz??其中27min/85,372,895.4.05 rZKWNd ?????所以 NQ37109.4852.1.2?3）軸承剛度的計(jì)算這里選用雙列圓柱滾子軸承根據(jù) 求得：0.13.82.5Cd??mNBA /102.97.2.058.13 ???4）確定彈性模量，慣性距 I； ；和長(zhǎng)度 。c,abs①軸的材產(chǎn)選用 45鋼，查《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》P6，有 52.10EMP??②主軸的慣性距 I為：??464.27106DI m?????外 內(nèi)主軸 a段的慣性距 可近似地算：c??446425106cI?????11③切削力 P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： 120.420Sm????④根據(jù)齒輪、軸承寬度以及結(jié)構(gòu)需要，取 b=60mm⑤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??23226cspcAALSsscy mEIIL?? ???? ?? ?代入數(shù)據(jù)并計(jì)算得 =0.1299mm。csp⑥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)的撓度 cmqy28????2226cmq BAbLbLCbcyQmEI L????? ??? ?? ?計(jì)算得： =-0.0026mmcq⑦求主軸前端 C點(diǎn)的終合撓度 cy水平坐標(biāo) Y軸上的分量代數(shù)和為 oscsos,pmqcmyy????，計(jì)算得： =0.0297mm. 。6,270,18pqm??????其 中 c0.928z?綜合撓度 。綜合撓度方向角.cycz?，又 。因?yàn)閍r72.5zyccytg????0.2.06.12L??，所以此軸滿足要求。???5.2 齒輪校驗(yàn)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 2，齒輪 7，齒輪 12這三個(gè)齒輪。齒輪 12的齒數(shù)為 18，模數(shù)為 4，齒輪的應(yīng)力：1）接觸應(yīng)力： ??4108vasf jukNQzmBn????u----大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比；---齒向載荷分布系數(shù)； ----動(dòng)載荷系數(shù)； ----工況系數(shù)； ----壽命k? vkAksk系數(shù)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10-4及圖 10-8及表 10-2分布得1.5,.20;1.5,.2HBFBvAkk??假定齒輪工作壽命是 48000h，故應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為 96051480.1hNnjL???次查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 10-18得 ，所以：.9,.FHNK?2923 3721.501.297.506.98208 1.047148f MPa????????????? ??2）彎曲應(yīng)力：52190vaswjkNQzmBYn???查《金屬切削手冊(cè)》有 Y=0.378，代入公式求得： =158.5Mpa wQ查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 10-21e,齒輪的材產(chǎn)選 45鋼（整淬處理） ，大齒輪、小齒輪的硬度為 60HRC，故有 ，從圖 10-21e讀出 。1650fMPa?????? ??920wMPa??因?yàn)椋?，故滿足要求，另外兩齒輪計(jì)算方法如上，均符合要求。??,ffw??????6.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1 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。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)政反轉(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。在確定軸向尺寸時(shí)，摩擦片不壓緊時(shí)，應(yīng)留有 0.2～0.4 的間隙，間隙應(yīng)能m調(diào)整。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30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。6.2 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，