立式車床變速箱帶畢業(yè)CAD圖紙和說明書設(shè)計
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本科畢業(yè)論文（設(shè)計）
立式車床變速箱設(shè)計
學(xué) 院
小三號黑體居中（下同）
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提交日期
年 月 日
29
誠 信 承 諾 書
本人鄭重承諾和聲明:
我承諾在畢業(yè)論文撰寫過程中遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定,恪守學(xué)術(shù)規(guī)范,此畢業(yè)論文(設(shè)計)中均系本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立完成,沒有剽竊、抄襲他人的學(xué)術(shù)觀點、思想和成果,沒有篡改研究數(shù)據(jù),凡涉及其他作者的觀點和材料,均作了注釋,如有違規(guī)行為發(fā)生,我愿承擔(dān)一切責(zé)任,接受學(xué)校的處理,并承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
畢業(yè)論文（設(shè)計）作者簽名：
年 月 日
摘 要
C554立式車床變速箱設(shè)計主要，主要包括三方面的設(shè)計，即：根據(jù)設(shè)計題目所給定的車床用途、規(guī)格、主軸極限轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速數(shù)列公比或級數(shù)，確定其他有關(guān)運動參數(shù)，選定主軸各級轉(zhuǎn)速值；通過分析比較，選擇傳動方案；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；繪制傳動系統(tǒng)圖。其次，根據(jù)車床類型和電動機功率，確定主軸及各傳動件的計算轉(zhuǎn)速，初定傳動軸直徑、齒輪模數(shù)，確定傳動帶型號及根數(shù)，摩擦片尺寸及數(shù)目；裝配草圖完成后要驗算傳動件（傳動軸、主軸、齒輪、滾動軸承）的剛度、強度或壽命。最后，完成運動設(shè)計和動力設(shè)計后，要將主傳動方案“結(jié)構(gòu)化”，設(shè)計主軸變速箱裝配圖及零件圖，側(cè)重進行傳動軸組件、主軸組件、變速機構(gòu)、箱體、潤滑與密封、傳動軸及滑移齒輪零件的設(shè)計。
關(guān)鍵詞：車床；數(shù)控；傳動系統(tǒng)
Abstract
C554 vertical lathe gearbox design major, mainly includes three aspects of the design, namely: the title given according to the design purpose lathe, specifications, spindle speed limit, the speed or the number of columns common ratio progression, identify other relevant motion parameters selected levels spindle speed value; analysis and comparison, selecting transmission scheme; prepare formula or network structure, develop speed; determining a gear and pulley diameter; transmission drawn map. Secondly, according to the type of lathe and motor power, determined that the calculated spindle speed and various transmission parts, an initial shaft diameter modulus gear, belt model and determine the number, size and number of friction plates; after the completion of assembly sketch to checking the transmission member (shaft, spindle, gear, bearing) stiffness, strength or lifetime. Finally, after the completion of design and dynamic design movement, to the main drive program "structured" designed spindle gearbox assembly drawings and part drawings, conduct focus drive shaft assembly, spindle assembly, the transmission mechanism, housing, lubrication and sealing, transmission slip gear shaft and parts of the design.
Key Words：lathe; CNC; Transmission
目 錄
1 緒 論 1
1.1 選題背景(含國內(nèi)外相關(guān)研究綜述及評價)與意義 1
1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究綜述 1
1.3 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 2
1.3.1 數(shù)控車床與發(fā)展趨勢 2
1.3.2 數(shù)控技術(shù) 2
1.3.3 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢 5
2 C554立式車床變速箱主運動系統(tǒng)設(shè)計 7
2.1 參數(shù)的擬定 7
2. 2 傳動結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 7
2.3 轉(zhuǎn)速圖擬定 8
2.4 齒輪齒數(shù)的確定及傳動系統(tǒng)圖的繪制 11
3 傳動件的估算與驗算 15
3.1 傳動軸的估算和驗算 15
3.2 齒輪模數(shù)的估算與驗算 17
4 展開圖設(shè)計 22
4.1 結(jié)構(gòu)實際的內(nèi)容及技術(shù)要求 22
4.2 齒輪塊的設(shè)計 23
4.3 傳動軸設(shè)計 25
4.4 主軸組件設(shè)計 27
5 制動器設(shè)計 32
6 截面圖設(shè)計 34
6.1 軸的空間布置 34
6.2 潤滑 34
6.3 箱體設(shè)計的有關(guān)問題 35
總結(jié)與展望 36
致 謝 37
參考文獻 38
1 緒論
1 緒 論
1.1 選題背景(含國內(nèi)外相關(guān)研究綜述及評價)與意義
目前，我國車床的發(fā)展不僅從技術(shù)水平上已研制出五坐標的數(shù)控車床加工中心，CNC系統(tǒng)和自動編程系統(tǒng)等。同時，也擁有了一定數(shù)量的數(shù)控車床的開發(fā)、生產(chǎn)、使用以及擁有量等都與世界上的先進國家有較大差距。要達到世界先進水平，迅速發(fā)展我國數(shù)控車床行業(yè)勢在必行。普通車床雖然可以進行單件、小批量生產(chǎn)。但解決多品種、特別是形狀復(fù)雜、精度要求高的零件。就顯得力不從心了。這時只能依賴高素質(zhì)的技術(shù)工人，但產(chǎn)量上不去。如果一般技術(shù)工人就能完成且要上數(shù)量，就必須借助數(shù)控車床。
本設(shè)計為立式車床變速箱設(shè)計，它是數(shù)控車床機械傳動部分的核心。通過改造，大大改善了車床的加工性能：自動化程度提高，減輕操作者的勞動強度，改善了勞動條件；提高加工精度，加工質(zhì)量穩(wěn)定；提高生產(chǎn)效率；易于建立計算機通訊網(wǎng)絡(luò)。
1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究綜述
數(shù)控車床代表著機械制造業(yè)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的方向和水平。目前，我國數(shù)控車床的發(fā)展不僅從技術(shù)水平上已研制出五坐標的數(shù)控車床加工中心，CNC系統(tǒng)和自動編程系統(tǒng)等。同時，也擁有了一定數(shù)量的數(shù)控車床的開發(fā)、生產(chǎn)、使用以及擁有量等都與世界上的先進國家有較大差距。要達到世界先進水平，迅速發(fā)展我國數(shù)控車床行業(yè)勢在必行。
經(jīng)濟型數(shù)控車床設(shè)計的必然性：數(shù)控車床能較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批多變零件的加工問題。能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，也具有適應(yīng)性強、較高的加工精度。但是應(yīng)用數(shù)控車床還受到其它條件的限制。價格昂貴，一次性投資巨大，對于中小企業(yè)心有余而力不足。
目前各企業(yè)都有大量的通用車床，完全用數(shù)控車床代替根本不可能，而且替代下來的車床閑置起來，又會造成浪費。在國內(nèi)，訂購新數(shù)控車床的交貨期一般較長，往往不能滿足生產(chǎn)急需。通用數(shù)控車床對具體生產(chǎn)有多功能。要較好地解決上述問題，應(yīng)走經(jīng)濟型數(shù)控車床設(shè)計之路.經(jīng)濟型車床設(shè)計的優(yōu)點：經(jīng)濟型數(shù)控車床設(shè)計一般指對普通車床其某些部位做一定的設(shè)計，配上數(shù)控裝置，從而使車床具有數(shù)控加工能力，其目的有以下幾點：
從提高資本效率出發(fā)，改造閑置舊設(shè)備，發(fā)揮車床的原有功能和改造后的新增功能，提高車床的使用價值。
所有這些目的都圍繞提高車床的性能價格比，用較少的價格，得到較高的車床性能。因此，經(jīng)濟型數(shù)控車床設(shè)計具有以下優(yōu)點：易于對現(xiàn)有車床實現(xiàn)自動化，而且專業(yè)性強，沒有多余功能；減少輔助加工時間，提高車床的生產(chǎn)效率；降低工人技術(shù)等級的要求；費用低，可充分利用原有車床設(shè)備；周期短，可滿足生產(chǎn)急需。
1.3 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展
1.3.1 數(shù)控車床與發(fā)展趨勢
（1）數(shù)控車床：1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，它奠定了進入信息社會的人的基礎(chǔ)。
六年后，在1952年，計算機技術(shù)在機床的應(yīng)用，出生在美國的第一個數(shù)控車床。此后，普通車床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀以來，開發(fā)和數(shù)控2階段的六代。
①數(shù)字控制（NC）階段（1952 1970）
最初的計算機處理速度的科學(xué)計算，如果數(shù)據(jù)處理并不大，但低，你將不能夠滿足實時控制機床的要求。人，有必要使用電腦作為專用數(shù)控車床系統(tǒng)上的數(shù)字邏輯電路“搭”，被稱為硬件連接數(shù)控（NC硬），它是作為數(shù)控（NC）簡稱。在組成部分，即三代在此階段，1952年，第一代后的發(fā)展 - 和管，第二代的1959 - 和晶體管，1965年，第三代 - 小規(guī)模集成電路。
②計算機數(shù)控（CNC）階段（1970年 - 至今）
1970年，通用汽車已經(jīng)出現(xiàn)了一個小型的計算機和大規(guī)模生產(chǎn)。因此，（必須是英文縮寫“通用”的話，電腦前）隨附作為核心部件的數(shù)控移植系統(tǒng)，它已經(jīng)進入了計算機數(shù)控（CNC）的階段。在1971年在世界上首次，兩個Intel Corporation在計算機的美國的核心部件 - 操作者和控制器，集成LSI技術(shù)在單一芯片上，（稱為微型處理器）微處理器，也稱為中央處理CPU被稱為一個單元（）。
1974年微處理器在數(shù)控系統(tǒng)使用。此外小型計算機功能也一樣，因為你有作為的（它已被用于在同一時間控制多個車床，的群控），以控制微處理器經(jīng)濟合理性的能力，富有車床。然后，在微型計算機的可靠性不理想。但早期不夠高的速度和微處理器的功能，這是，它可以通過一個多處理器體系結(jié)構(gòu)解決。微處理器，因為它是一個通用計算機的核心部件，它是靜止的，它被稱為計算機數(shù)控。
1990年，（PC被用來指家用PC是）的PC機作為符合芯成分的要求的數(shù)字控制系統(tǒng)中，以高的速度階段被開發(fā)。數(shù)控基于PC的系統(tǒng)可以在現(xiàn)在階段被發(fā)現(xiàn)。
總之，計算機數(shù)控階段經(jīng)歷了三代。 1970年，第四代 - 小型機，1974年，第五代 - 1990年的微處理器和第六代 - （簡稱PC海外基于）基于PC。
雖然國家已經(jīng)改變數(shù)字控制（即CNC）的計算機的名稱，中國仍應(yīng)當(dāng)注意，作為用于指數(shù)控（NC）。因此，我們每天在本質(zhì)上，被稱為“計算機數(shù)控”。
1.3.2 數(shù)控技術(shù)
隨著計算機、微電子、信息、自動控制、精密檢測及機械制造技術(shù)的高速發(fā)展，車床數(shù)控技術(shù)有了長足的進步。近年來，有關(guān)的技術(shù)，如這些新的材料和工具，主軸伺服及進給伺服，不但超高速切割技術(shù)，機械產(chǎn)品的發(fā)展而發(fā)展的發(fā)展的一部分，將要求越來越高的質(zhì)量，它加快了數(shù)控車床的發(fā)展。目前數(shù)控車床，高速，高濃度的一步，可靠，已經(jīng)搬了復(fù)雜的發(fā)展方向。世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
① 高速高效高精度
高生產(chǎn)率。由于數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)功能的改進，主軸轉(zhuǎn)速和進給速度大大提高，減少了切削時間和非切削時間。加工中心的進給速度已達到80m/min～120m/min，進給加速度達9.8m/s2～19.6m/s2，換刀時間小于1s。高加工精度。以前汽車零件精度的數(shù)量級通常為10 μm，對精密零件要求為1 μm，隨著精密產(chǎn)品的出現(xiàn)，對精度要求提高到0.1 μm，有些零件甚至已達到0.01 μm，高精密零件要求提高車床加工精度，包括采用溫度補償?shù)?。微機電加工，其加工零件尺寸大小一般在1mm 以下，表面粗糙度為納米數(shù)量級，要求數(shù)控系統(tǒng)能直接控制納米車床。
②柔性化
柔性化包括兩個方面的柔性：一是數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，功能覆蓋面大，便于不同用戶的需求；二是DNC 系統(tǒng)的柔性，同一DNC系統(tǒng)能夠依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮DNC 系統(tǒng)的效能。
③工藝復(fù)合化和多軸化
數(shù)控車床的工藝復(fù)合化，是指工件在一臺車床上裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或旋轉(zhuǎn)工作臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。已經(jīng)出現(xiàn)了集鉆、鏜、銑功能于一身的數(shù)控車床，可完成鉆、鏜、銑、擴孔、鉸孔、攻螺紋等多工序的復(fù)合數(shù)控加工中心，以及車削加工中心，鉆削、磨削加工中心，電火花加工中心等。此外數(shù)控技術(shù)的進步也提供了多軸控制和多軸聯(lián)動控制功能。
④ 實時智能化
早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能，則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)與人工智能已實現(xiàn)相互結(jié)合，人工智能正向著具有實時響應(yīng)的更加復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個主要分支發(fā)展，如自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如，在數(shù)控系統(tǒng)中配置編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(tài)前饋功能；在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。
⑤ 結(jié)構(gòu)新型化
20 世紀90 年代一種完全不同于原來數(shù)控車床結(jié)構(gòu)的新型數(shù)控車床被開發(fā)成功。這種新型數(shù)控車床被稱為“6條腿”的加工中心或稱虛擬軸車床(有的還稱為并聯(lián)車床)，它能在沒有任何導(dǎo)軌和滑臺的情況下，采用能夠伸縮的“6條腿”(伺服軸)支撐并聯(lián)，并與安裝主軸頭的上平臺和安裝工件的下平臺相連。它可實現(xiàn)多坐標聯(lián)動加工，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度、加工效率較普通加工中心高2～10 倍。這種數(shù)控車床的出現(xiàn)將給數(shù)控車床技術(shù)帶來重大變革和創(chuàng)新。
⑥ 編程技術(shù)自動化
隨著數(shù)控加工技術(shù)的迅速發(fā)展，設(shè)備類型的增多，零件品種的增加以及零件形狀的日益復(fù)雜，迫切需要速度快、精度高的編程，以便于對加工過程的直觀檢查。為彌補手工編程和NC 語言編程的不足，近年來開發(fā)出多種自動編程系統(tǒng)，如圖形交互式編程系統(tǒng)、數(shù)字化自動編程系統(tǒng)、會話式自動編程系統(tǒng)、語音數(shù)控編程系統(tǒng)等，其中圖形交互式編程系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。圖形交互式編程系統(tǒng)是以計算機輔助設(shè)計(CAD)軟件為基礎(chǔ)，首先形成零件的圖形文件，然后再調(diào)用數(shù)控編程模塊，自動編制加工程序，同時可動態(tài)顯示刀具的加工軌跡。其特點是速度快、精度高、直觀性好、使用簡便，已成為國內(nèi)外先進的CAD/CAM 軟件所采用的數(shù)控編程方法。目前常用的圖形交互式軟件有Master CAM、Cimatron、Pro/E、UG、CAXA、Solid Works、CATIA等。
⑦ 集成化
數(shù)控系統(tǒng)采用高度集成化芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟、硬件運行速度，應(yīng)用平板顯示技術(shù)可提高顯示器性能。平板顯示器(FPD)具有科技含量高、質(zhì)量小、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現(xiàn)超大規(guī)模顯示，成為與CRT 顯示器抗衡的新興顯示器，是21 世紀顯示器主流。它應(yīng)用先進封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融于一體,通過提高集成電路密度，減小互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格、改進性能、減小組件尺寸、提高系統(tǒng)的可靠性。
⑧ 開放式閉環(huán)控制模式
采用通用計算機組成的總線式、模塊化、開放、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁減、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過程，包括諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現(xiàn)加工過程的多目標優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調(diào)整加工過程變量。在加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。
1.3.3 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢
（1）數(shù)控技術(shù)裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)(如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè))的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)”。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。總之，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。
數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域:(1)機械制造技術(shù);(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù);(3)自動控制技術(shù);(4)伺服驅(qū)動技術(shù):(5)傳感器技術(shù):(6)軟件技術(shù)等。
（2）數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢
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)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、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。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。
①高速、高精加工技術(shù)是裝備的新趨勢
效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會(CIRP)將其確定21世紀的中心研究方向之一。
在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一;在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。
目前高速加工中心進給速度可達80m/min，甚至更高，空運行速度可達100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，己經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合車床。美國CINCINNAT工公司的HyperMach車床進給速度最大達60m/min，快速為100m/min，加速度達2g，主軸轉(zhuǎn)速已達60000r/min。加工一薄壁飛機零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速車床加工需3h，在普通車床加工需8h;德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達12000r/mm
在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控車床的加工精度已由l0um提高到5} m，精密級加工中心則從3}5um，提高到1一1.5}m，并且超精密加工精度已開始進入納米級。
在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的MTBF值己達6000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到
了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大。
②智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢
21世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成;為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等;簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。
③數(shù)控設(shè)備更注重安全性、操作性
數(shù)控設(shè)備是集機電一體化的產(chǎn)品，由于其自動化程度高，所以對其安全性和可操作性有了更高的要求。
2 C554立式車床變速箱主運動系統(tǒng)設(shè)計
2 C554立式車床變速箱主運動系統(tǒng)設(shè)計
2.1 參數(shù)的擬定
選定公比，確定各級傳送車床常用的公比 為1.26或1.41，考慮適當(dāng)減少相對速度損失，這里取公比為 =1.26，根據(jù)給出的條件：主運動部分Z=18級，根據(jù)標準數(shù)列表，確定各級轉(zhuǎn)速為：（30，37.5，47.5，60，75，95，118，150，190，235，300，375，475，600，750，950，1180，1500R/min）.
2. 2 傳動結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇
1，確定變數(shù)組數(shù)目和各變數(shù)組中傳動副的數(shù)目
該車床的變數(shù)范圍較大，必須經(jīng)過較長的傳動鏈減速才能把電機的轉(zhuǎn)速降到主軸所需的轉(zhuǎn)速。級數(shù)為Z的傳動系統(tǒng)由若干個傳動副組成，各傳動組分別有. .`````````個傳動副，即Z=```````。傳動副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制，通常采用P=2或3，即變速Z應(yīng)為2或3的因子：Z=x
因此，這里18=3x3x2，共需三個變速組。
2，傳動組傳動順序的安排
18級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動組，可以排成：3x3x2，或3x2x3。
選擇傳動組安排方式時，要考慮到車床主軸變速率的具體結(jié)構(gòu)，裝置和性能。I軸如果安置制動的電磁離和器時，為減少軸向尺寸。第一傳動組的傳動副數(shù)不能多，以2為宜，有時甚至用一個定比傳動副；主軸對加工精度，表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個傳動組的傳動副選用2 ，或一個定比傳動副。
這里，根據(jù)前多后少的原則，選擇18=3x3x2方案。
3，傳動系統(tǒng)的擴大順序安排
對于18=3x3x2的傳動，有3！=6種可能安排，亦即有6種機構(gòu)副和對應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，傳動方案中，擴大順序與傳動順序可以一致，，結(jié)構(gòu)式18=xx的傳動中，擴大順序與傳動順序一致，稱為順序擴大傳動，而，18=xx的傳動順序不一致，根據(jù)“前密后疏”的原則，選擇18=xx的結(jié)構(gòu)式。
4驗算變速組的變速范圍
齒輪的最小傳動1/4，最大傳動比2，決定了一個傳動組的最大變速范圍=/
因此，可按下表，確定傳動方案：
根據(jù)傳動比及指數(shù) x, 的值
公比
極限值傳動比指數(shù)
1.26
x值: =1/=1/4
6
值: ==2
3
（x+）值：==8
9
因此，可選擇18=xx的傳動方案。
5、最后擴大傳動組的選擇：
正常連續(xù)順序擴大傳動（串聯(lián)式）的傳動式為：
Z=*
最后擴大傳動組的變速范圍為：
r==
按原則，導(dǎo)出系統(tǒng)的最大收效Z和變速范圍為：
2
3
1.26
Z=18
R=50
Z=12
R=12.7
因此，傳動方案18=3*3*2符合上述條件，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下圖2.1：
圖1.1 結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖
2.3 轉(zhuǎn)速圖擬定
運動參數(shù)確定后，主軸各級轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定電機功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機的型號，分配個變速組的最小傳動比；擬定轉(zhuǎn)速圖，確定各中間軸的轉(zhuǎn)速。
1，主電機的選擇
中型車床上，一般都采用交流異步電動機為動力源，可在下列中選用，在選擇電機型號時，應(yīng)注意：
（1）電機的N：
根據(jù)車床切削能力的要求確定電機功率，但電機產(chǎn)品的功率已標準化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標準值。
（2）電機的轉(zhuǎn)速
異步電動機的轉(zhuǎn)速有：3000，1500，1000，750，r/min,這取決于電動機的極對數(shù)P
=60f/p=60x50/p ( r/min)
車床中最常用的是1500 r/min和3000r/min 兩種，選用是要使電機轉(zhuǎn)速與主軸最高速度和工軸轉(zhuǎn)速相近為宜，以免采用過大或過小的降速傳動。
根據(jù)以上要求，我們選擇功率為7.5KW，轉(zhuǎn)速為1500r/min的電機，查表，其型號為Y132M-4，其主要性能如下表
電機型號
額定功率KW
荷載轉(zhuǎn)速r/min
同步轉(zhuǎn)速r/min
Y132M-4
7.5KW
1440
1500
2、分配最小傳動比，擬定轉(zhuǎn)速圖
（1）軸的轉(zhuǎn)速：
軸從電機得到運動，經(jīng)傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為主軸各級轉(zhuǎn)速，電機轉(zhuǎn)速和主軸最小轉(zhuǎn)速應(yīng)相近，顯然，從動件在高速運轉(zhuǎn)下功率工作時所受扭矩最小來考慮，軸轉(zhuǎn)速不宜將電機轉(zhuǎn)速降得太低。弱軸上裝有離合器等零件時，高速下摩檫損耗，發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，軸轉(zhuǎn)速也不宜也太高，軸轉(zhuǎn)速一般取700~1000r/min左右較合適。
因此，使中間變速組降速緩慢。以減少結(jié)構(gòu)的徑向尺寸，在電機軸I到主傳動系統(tǒng)前端軸增加一對26/54的降速齒輪副，這樣，也有利于變型車床的設(shè)計，改變降速齒輪傳動副的傳動比，就可以將主軸18級轉(zhuǎn)速一起提高或降低。
（2）中間軸的轉(zhuǎn)速
對于中間傳動軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小和噪音，振動等性能要求之間的矛盾。
中間傳動軸轉(zhuǎn)速較高時，中間傳動軸和齒輪承受扭矩小，可以使軸徑和齒輪模數(shù)小些：
d, m從而可使結(jié)構(gòu)緊湊。但這樣引起空載功率和噪音加大：
=1/(3.5+cn)KW
式中：C——系數(shù)，兩支承滾動軸承和滑動軸承C=8.5，三支承滾動軸承C=10；
——所有中間軸軸徑的平均值；
——主軸前后軸徑的平均值
——中間傳動軸的轉(zhuǎn)速之和
n——主軸轉(zhuǎn)速（r/min）
=20lg-K
式中：（——所有中間傳動齒輪的分度圓直徑的平均值mm;
——主軸上齒輪分度圓直徑的平均值mm;
q——傳到主軸上所經(jīng)過的齒輪對數(shù)
——主軸齒輪螺旋角
,K——系數(shù)，根據(jù)車床類型及制造水平選取，我國中型車床，車床=3.5，車床K=50.5
從上述經(jīng)驗公式可知，主軸n和中間傳動軸的轉(zhuǎn)速和 對車床噪音和發(fā)熱的關(guān)系，確定中間軸轉(zhuǎn)速時，應(yīng)結(jié)合實際情況做相應(yīng)的修正。
a，對高速輕載或精密車床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低些
b,控制齒輪圓周速度v<8m/s(可用７級齒輪精度)，在此條件下，可適當(dāng)選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。
（3），齒輪傳動比的限制
車床主傳動系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動比：
a, 升速傳動中，最大傳動比 2 ，過大，容易引起振動的噪音。
b, 降速傳動中，最小傳動比 1/4。過小，則主動齒輪與被動齒輪的直徑相差太大將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。
（4）分配最小傳動比
a,決定軸V-VI和VI-的傳動比，根據(jù)臺式車床的結(jié)構(gòu)特點，及對同類車床的比較，為使傳動平穩(wěn)取其傳動比為1，
b,決定各變速組的傳動比；
由前面2軸的轉(zhuǎn)速及中間軸轉(zhuǎn)速的分析，及齒輪傳動比的現(xiàn)在，根據(jù)“前緩后急”的原則，取軸IV-V的最小降速比為極限值的1/4，=1.26，=4，軸III-IV和軸II-III均取=1/
（5）擬定轉(zhuǎn)速圖：
根據(jù)結(jié)構(gòu)圖及結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖及傳動比的分配，擬定轉(zhuǎn)速圖，如下圖2.2所示：
圖1.2 傳動系統(tǒng)圖
2.4 齒輪齒數(shù)的確定及傳動系統(tǒng)圖的繪制
1，齒輪齒數(shù)的確定的要求：
可用計算法或查表確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡便，根據(jù)要求的傳動比u和初步定出的傳動副齒數(shù)和，查表即可求出小齒輪齒數(shù)：
選擇是應(yīng)考慮：
a,傳動組小齒輪不應(yīng)小于允許的最小齒數(shù)，即：
推薦：
對軸齒輪=12，特殊情況下=11，
對套裝在軸上的齒輪，=16，特殊情況下=14，
對套裝在滾動軸承上的空套齒輪，=20；
當(dāng)齒數(shù)少于不發(fā)生根切的最小齒數(shù)時（壓力角a=20的直齒標準，=17），一般需對齒輪進行正變位修正。
b,保證強度和防止熱處理變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚，一般取則，如圖2.3所示。
c、同一傳動組的個齒輪副的中心矩應(yīng)相等。若摸數(shù)相等時，則齒數(shù)和亦相等，
但由于傳動比要求，尤其是在傳動中使用了公用齒輪后，常常滿足不了上述要求，
車床上可用修正齒輪，在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心矩使其相等但修正量不能太大，一般齒數(shù)差不能夠超過3~4個齒。
2，變速傳動組中齒輪齒數(shù)的確定
為了減少齒輪數(shù)目和縮短變速箱的軸向尺寸，這里采用了公用齒輪。但由于公用齒輪的采用，使兩個傳動組間的傳動比互相牽制，不能獨立地按照最緊湊的原則決定傳動件的尺寸，因此，徑向尺寸一般較大，此外，公用齒輪的兩側(cè)齒面同時嚙合會影響其磨損和壽命。這里我們采用查表法來確定齒輪的齒數(shù)。查《車床設(shè)計手冊》確定個齒輪齒數(shù)如下：
軸II-III間變速齒輪齒數(shù)的確定：
由于公比=1.26，傳動比為=1/=，=1/=，=1/
設(shè)：傳動組中最小齒輪齒數(shù)=16，查《車床設(shè)計手冊》表7.3-14
可查得：=16/39 （0.1%），=19/36 （0.9%），=22/33 （-0.3%）
齒數(shù)和為=55
公用齒輪選為=39
軸III-IV間變速組齒輪齒數(shù)的確定：
傳動比為=1/ =1/ =
根據(jù)=，主動輪齒數(shù)為39，從表7.3-14可查得：=18/47 （-0.1%），=28/37 （0.9%），=39/26 （-0.3%）
齒數(shù)和為：=65
軸IV-V間變速組齒輪齒數(shù)的確定：
由于變數(shù)組齒輪傳動比和各傳動副上受力差別較大齒輪副的速度變化，受力差別較大，為了得到合理的結(jié)構(gòu)尺寸，可采用不同模數(shù)的齒輪副。
軸IV-V間的兩對齒輪，其傳動比為=1/4, =2分別?。剑矗剑硠t
／＝／＝3／4
?。耍?0，＝30x3=90, =30x4=120
按傳動比將齒數(shù)分配如下：
=1/4=18/7219/71 ，=2=80/4082/38軸V-VI及VI-VII間齒數(shù)確定，由于這兩個傳動組只是改變傳動方向，不起便速度作用，只需考慮其結(jié)構(gòu)尺寸及磨損振動和噪音等因素。，取V-VI軸間錐材料齒輪齒數(shù)為29，ＶI-VII軸間齒輪齒數(shù)為67。
3、主軸轉(zhuǎn)速系列的驗算：
主軸轉(zhuǎn)速在使用上并要求十分準確，轉(zhuǎn)速稍高或稍低并無太大影響，但標牌上標準數(shù)列的數(shù)值一般也不允許與實際轉(zhuǎn)速相差太大。
由確定的齒輪齒數(shù)所得的實際轉(zhuǎn)速與傳動設(shè)計理論值難以完全相符，需要驗算主軸各級轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過即
%
主軸的各級實際轉(zhuǎn)速分別為：29.4，37.8，47.7，58，74.6，94.3，115，148，187，236.7，304.5，384.6，468，602，760，927，1192.6，1526.5 r/min
==2%
而%=2.6%故符合條件
同理：經(jīng)驗算，其他各級轉(zhuǎn)速也滿足要求。
4、傳動系統(tǒng)圖的繪制
轉(zhuǎn)速圖和齒輪齒數(shù)確定后，變速箱的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度也基本確定了（如齒輪個數(shù)，軸數(shù)，支承軸，為使變速箱的結(jié)構(gòu)緊湊，合理布置齒輪是一個重要的問題，因為它直接影響變速箱的尺寸，變速操作的方便性和結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的可行性問題，在考慮主軸適當(dāng)?shù)闹С芯嗪蜕釛l件下，一般應(yīng)盡可能減少變速箱尺寸。這里為使變速操作的方便，提高效率采用電磁離合器操縱方式。根據(jù)計算結(jié)果，繪制出傳動系統(tǒng)圖，如圖2.4所示：
圖1.4 主傳動系統(tǒng)圖
主運動傳動鏈的傳動路線表達式如下：
電動機I——II——III——IV—=V——VI——VIII（主軸）
3 傳動件的估算與驗算
3 傳動件的估算與驗算
3.1 傳動軸的估算和驗算
傳動軸除應(yīng)滿足強度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。車床主傳動系統(tǒng)精度要求高，不允許有較大的變形因此，疲勞強度一般不是主要矛盾，除載荷很大的情況下，可以不必驗算軸的強度。剛度要求保證軸在載荷下不致產(chǎn)生過大的變形（彎曲，失穩(wěn)，轉(zhuǎn)角）。若剛度不足，軸上的零件如齒輪，軸承等將由于軸的變形過大而不能正常工作，或產(chǎn)生振動和噪聲，發(fā)熱，過早磨損而失效。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。可以先扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，畫出草圖后，再根據(jù)受力情況，結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗算彎曲剛度。
1，傳動軸直徑的估算
傳動軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下列公式估算傳動軸直徑：
d=91mm
式中：N——該傳動軸的輸入功率
N= KW
——電機額定功率
——從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積（不計該軸軸承上的效率）。
——該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速；
計算轉(zhuǎn)速是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速，各傳動件的計算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動關(guān)系而確定，而中型車，車床主軸的計算轉(zhuǎn)速為：
（主）=
——每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m）;可根據(jù)傳動軸的要求選取。
對傳動軸剛度要求
允許扭轉(zhuǎn)角
主軸
一般傳動軸
較低的軸
（deg/m）
0.5-1
1-1.5
1.5-2
估算時應(yīng)注意：
（1）值為每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角，而估算的傳動軸的長度往往不足1m，因此，在計算時應(yīng)按軸的實際長度計算和修正，如軸為500mm，取=1deg/m則
d=91 mm
（2）效率y對估算軸徑d影響不大，可以忽略
（3）如使用花鍵是可根據(jù)估算的軸徑 d選取相近的標準花鍵軸的規(guī)格，主軸總軸徑可參考統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定；
1.5-2.8
2.8-4
4.5-7.5
5.5-7.5
7.5-11
車床
60-80
70-90
70-105
95-130
110-145
升降臺車床
50-90
60-90
60-95
75-100
90-105
各軸的計算轉(zhuǎn)速：
=95 r/min
=118 m/min =300 r/min
=750 r./min =1450 r/min
軸徑的估算：
=91x=24.4
=91x=28.78 =91x=36.18
=91x =45.69 =91x=48.24
2、傳動軸剛度的驗算
（1）軸的彎曲變形的條件和允許值
車床的主傳動軸的彎曲剛度驗算，主要驗算軸上裝齒輪和軸承出的撓度y和傾角。各類軸的撓度y，裝齒輪和軸承處的傾角，應(yīng)小于彎曲剛度的許用值和，即
軸的彎曲變形的允許值：
軸的類型
允許撓度
變形部位
允許傾角
一般傳動軸
（0.0003~0.0005）
裝軸承處，裝齒輪處
0.0025 0.0001
剛度要求較高的軸
0.00021
裝單列圓錐磙子軸承
0.0006
安裝齒輪的軸
（0.01~0.03）
裝滑動軸承處
0.001
安裝蝸輪的軸
（0.02~0.05）
裝單列徑向圓錐磙子軸承處
0.001
（2）軸的彎曲復(fù)形計算公式：
計算花鍵軸的剛度時可采用平均直徑或當(dāng)量直徑
計算公式：矩形花鍵軸：平均直徑=（D+d）/2
當(dāng)量直徑 =
慣性矩： I=
3.2 齒輪模數(shù)的估算與驗算
1、 估算：
按接觸疲勞和彎曲強度計算次論模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪各參數(shù)都已知的情況先才能確定，所以只在草圖畫完之后校核用。在畫草圖之前，先估算，再選用標準齒輪模數(shù)。
齒輪彎曲疲勞強度的估算：
mm
齒面點蝕的估算：
A mm
其中 為大齒輪的計算轉(zhuǎn)速，A為齒輪中心矩，由中心矩A及齒數(shù)，求出模數(shù)
=2A/ mm
根據(jù)估算所得和中較大的值，選擇相近的標準模數(shù)，
各齒輪的計算轉(zhuǎn)數(shù)為：
=1450r/min =695r/min =300r/min 235r/min =95r/min =273r/min =235r/min =695r/min =475r/min =118r/min =695r/min =695r/min =300r/min
=300r/min =118r/min
軸I—II間傳動組齒輪模數(shù)的估算
齒輪彎曲疲勞估算：
=32=1.87
齒輪點蝕的估算：
A=370x =81.76 mm
=2A/=2x81.76/(26+54)=2.04 mm
所以模數(shù)為m=3.
軸II—III傳動組齒輪模數(shù)的估算
齒輪彎曲疲勞估算：
=32=2.759
齒面點蝕估算：
A=370x =108.18
=2A/=2x108.18/(16+39)=3.93 mm
取標準模數(shù) m=4
軸III—IV間傳動組齒輪模數(shù)的估算
齒輪彎曲疲勞估算：
=32x=3.046
齒面點蝕估算：
A=370x =117.3
=2A/=2x147.3/(28+37)=3.61
所以取標準模數(shù)m=4mm。
軸V—VI間傳動組齒輪模數(shù)的估算：
齒輪彎曲疲勞計算，
4.46
齒面點蝕估算：
Ax=153.4
=2A/=2x153.4/(29+29)=5.29
取標準模數(shù)值m=5,軸VI—VII間齒輪模數(shù)的確定：
齒輪彎曲疲勞強度計算：
齒面點蝕估算：
Ax =158.7
=2A/=2x158.7/(67+67)=2.37
取模數(shù)值為m=4。
2、計算（驗算）
結(jié)構(gòu)確定后，齒輪的工作條件：空間安排，材料和精度等級都已經(jīng)確定，才可以核驗齒輪的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度值是否滿足要求。
根據(jù)接觸疲勞強度計算齒輪模數(shù)的公式：
= mm
根據(jù)彎曲疲勞強度計算齒輪模數(shù)，公式：
= mm
式中：N——計算齒輪傳遞的額定功率N= KW
——計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速r/min
——齒寬系數(shù)=b/m, 常取6-10；
——大齒輪與小齒輪齒數(shù)，一般取傳動中最小齒輪的齒數(shù)
i——大齒輪與小齒輪的傳動比， i=/1; “+”用于外嚙合，“-”用于內(nèi)嚙合
——壽命系數(shù)，=，
——工作期限系數(shù)，=
齒輪等傳動件在接觸和彎曲交變載荷下的指數(shù)m和基準循環(huán)次數(shù)
n——齒輪的最低轉(zhuǎn)速 r/min
T——預(yù)先的齒輪工作期限，中型車床推薦：T=15000~20000h;
——轉(zhuǎn)速變化系數(shù)
——功率利用系數(shù)
——材料強化系數(shù)，幅值低的交變載荷可使金屬材料的晶粒邊界強化，起阻止疲勞的刃縫擴大的作用
——工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運動，=1.2~1.6；
——動載荷系數(shù)
——齒向載荷分布系數(shù)
——齒形系數(shù)
——許用彎曲，接觸應(yīng)力MPa;
1、軸I-II間齒輪模數(shù)的計算(驗算)
(1)按接觸疲勞計算齒輪模數(shù):
N=y=0.987.5=7.35W
=8
查表: 取
則
取
線速度
查表: 取
查表 取
查表取 .
因此:
(2) 根據(jù)彎曲疲勞計算
查表取 :
而
查表取 .
Y=0.43,
因此: 。
由以上計算結(jié)果知，齒輪模數(shù)合格。
2、其它齒輪模數(shù)的驗算
其它齒輪的驗算過程與上面相同，將有關(guān)數(shù)值代入上式，經(jīng)計算均滿足要求；
4 展開圖設(shè)計
4 展開圖設(shè)計
4.1 結(jié)構(gòu)實際的內(nèi)容及技術(shù)要求
1．設(shè)計內(nèi)容：
設(shè)計主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動件（傳動軸，軸承，齒輪，離合器和制動器等），主軸組件，操縱機構(gòu)，潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其連接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。
2．技術(shù)要求
主軸變速箱是指車床的主要部分，設(shè)計時除考慮一般機械傳動的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個方面的問題：
（1）精度
立式車床主軸部分要求比較高的精度主軸的徑向跳動，〈0.01mm；主軸軸向串動〈0.01mm。
（2）剛度和抗振性
綜合剛度（主軸刀架之間的力與相對變形之比）；
綜合〉3400N/m
主軸與刀架之間的相對振幅的要求
等級
I
II
III
振幅（0.001mm）
1
2
3
(3)，傳動效率要求
等級
I
II
III
效率
0.85
0.8
0.75
（4）主軸總軸承處溫升和溫升應(yīng)控制在以下范圍：
條件
溫度
溫升
用滾動軸承
70
40
用滑動軸承
60
30
噪聲要控制在以下范圍：
等級
I
II
III
dB
78
80
83
噪音
=20log
式中：——所有中間傳動齒輪分度圓直徑的平均值mm
——主軸上齒輪的分度圓直徑的平均值mm
——傳到主軸所經(jīng)過的齒輪對數(shù)
,k——系數(shù)，根據(jù)個類型及制造水平選取。我國中型車床，車床=3.5，車床K50.5
（5）結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，加工和裝配工藝性好，便于維修和調(diào)整
（6）操作方便，安全可靠
（7）遵循標準化和通用化的原則
4.2 齒輪塊的設(shè)計
1，特點
齒輪是變速箱中的重要元件，齒輪同時嚙合的齒數(shù)是周期性變化的，也就是說，作用在一個齒上的載荷是變化的。同時由于齒輪制造及安裝誤差，不可避免要產(chǎn)生動載荷而引起振動和噪音，常常成為變速箱的主要噪聲源，并影響主軸回轉(zhuǎn)均勻性，在設(shè)計齒輪時，應(yīng)充分考慮這些問題。
2，精度等級的選擇
變速箱中齒輪用于傳遞動力和運動。它的精度選擇主要取決于周圍速度。采用同一精度時，周圍速度越高，振動和噪聲越大，根據(jù)實驗結(jié)果，周圍速度增加一倍，噪音約增加6dB。工作平穩(wěn)性和接觸誤差對振動和噪音的影響比運動誤差更大。所以這兩項精度應(yīng)選高一級，為了控制噪音，車床上主傳動齒輪都選用較高的精度，大都用7-6-6,這里主運動齒輪的精度選為7-6-6。
3、結(jié)構(gòu)與加工方法
不同精度等級的齒輪，要采用不同的加工方法，對結(jié)構(gòu)要求也有不同。
8級精度齒輪，一般滾齒或插齒就可以達到。
7級精度齒輪，用較高精度滾齒機或插齒機可以達到。但淬火后，由于變形，精度下降，因此，需淬火的7級齒輪一般滾（插）后要剃齒，使精度高于7級或淬火和衍齒才能達到6級。車床主軸變速箱中齒輪一般都需要淬火。多聯(lián)齒輪塊的結(jié)構(gòu)形式如下圖2.5所示，各部分的尺寸推薦如下：
（1）、空刀槽，
插齒時： 模數(shù) 12mm， 5mm;
模數(shù)2.54mm, 6mm。
剃齒時：
采用公式：
=4.5+k(1.1+0.038-0.03)mm及計算。
圖1.5
式中，k——為與剃齒刀傾斜角有關(guān)的系數(shù)。
若齒面要高頻淬火，為避免互相影響，應(yīng)大于8。由于這里采用的齒輪的精度為7-6-6，需要剃齒或珩齒，需齒面淬火，所以8，取=8。
（2）、齒寬b 圖2.5
齒寬影響齒的強度。但如果太寬，由于齒輪誤差和軸的變形，可能接觸不均勻，反而容易引起振動和噪音。一般取=(6~10)m
齒輪模數(shù)m小，裝在軸的中部或單片齒輪，取大值齒輪模數(shù)m大，裝在靠近支承處或多聯(lián)齒輪，取小值。薄的大齒輪容易產(chǎn)生板振動，成為噪音發(fā)射體，因此，齒輪基體不宜太薄，設(shè)計單片齒輪時要注意
這里均是單片齒輪，取齒寬（m為模數(shù)）。
（3）、其他問題
滑移齒輪進出嚙合的一端要圓齒，有規(guī)定的形狀和尺寸（見圖1.6），圓齒和倒角性質(zhì)不同，加工方法和畫法也不一樣，
圖1.6
部分（圖（一））用于安裝撥動齒輪的滑塊，一般取=或，這里我們選。
選折齒輪塊的結(jié)構(gòu)時要考慮毛坯形式（棒料、自由鍛或模鍛）和機械加工時的安裝和定位基面，盡可能做到省工，省料又容易保證精度。
4、齒輪的軸向定位
要保證正確嚙合，齒輪在軸上的位置應(yīng)該可靠，空套齒輪和固定在軸上的齒輪的軸向定位可采用隔套定位。
4.3 傳動軸設(shè)計
1．特點
車床傳動軸，廣泛采用滾動軸承作支承。軸上要安裝齒輪，離合器和制動器等。傳動軸應(yīng)保證這些傳動件或機構(gòu)能正常工作
首先，傳動軸應(yīng)有足夠的強度和剛度，如撓度和傾角過大，將使齒輪嚙合不良，軸承工作條件惡化，使振動，噪音、空載功率、磨損和發(fā)熱增大。
兩軸中心距誤差和軸心線間的平行度等裝配及加工誤差也會引起上述問題。
2，軸的結(jié)構(gòu)
傳動軸可以是光軸也可以是化鍵軸，成批生產(chǎn)中，有專門加工花鍵軸的洗床和磨床，工藝上并無困難。所以一般都采用化鍵軸，花鍵軸承載能力高，加工如轉(zhuǎn)盤也比但單鍵的光軸方便。
這里I軸與電機軸相連，I軸上只裝有一個齒輪，可選光軸II、III、IV、V軸采用花鍵軸，VI軸采用光軸。
3，軸承的選擇
車床傳動軸常用的滾動軸承有球軸承和滾錐軸承。在溫升?？蛰d功率和噪音等方面，球軸承都比滾錐軸承優(yōu)越。而且滾錐軸承對軸的剛度、支承孔的加工精度要求都比較高，異常球軸承用得更多。但滾錐軸承的內(nèi)外圈可以公開。裝配方便，間隙容易調(diào)整。所以有時在沒有軸向力時，也常采用這種軸承。選擇軸承的型式和尺寸，首先取決于承載能力，但也要考慮其它結(jié)構(gòu)條件。
即要滿足承載能力要求，又要符合孔的加工工藝，可以用輕、中、或重系列的軸承來達到支承孔直徑的安排要求
花鍵軸兩端裝軸承的軸頸尺寸至少有一個應(yīng)小于花鍵的內(nèi)徑，一般傳動軸上軸承選用G級精度。
（1）滾動軸承的選擇計算
a，壽命計算公式：
滾動軸承的壽命計算公式如下：
L=
試中：L—額定壽命（ x）轉(zhuǎn)
C—額定動載荷（Kgf）
P—當(dāng)量負載荷（Kgf）
——壽命指數(shù)，對球軸承 =3 對滾子軸承=10/3
在實際計算中，一般采用工作小時數(shù)表示軸承的額定壽命，這時上試可變?yōu)椋?
=
試中： —額定壽命（h）
n—軸承的計算轉(zhuǎn)速（r/min）
當(dāng)量動載荷：
P=X+Y
試中：——徑向負荷（Kgf）
——軸向負荷（Kgf）
X——徑向系數(shù)
Y——軸向系數(shù)
（2）按照負載荷選擇軸承
按額定靜負載選擇軸承的基本公式如下：
=
試中：—當(dāng)量靜負荷（kgf） 按下列兩式計算，取大值
—額定靜負荷（kgf）
—安全系數(shù)
（3）軸承的選擇
I軸兩端軸承的選擇，根據(jù)前面估算的直徑及該軸的結(jié)構(gòu)和受力情況，選擇單列向心球軸承（GB276—64）軸承型號為7000308（左軸承）右軸承7000307
II軸兩端軸承的選擇
左軸承：7000307 右軸承：7000306
III軸：左，7000309 右，7000308
IV軸：左，7000310，右7000409
V軸軸承的選擇，由于軸V右端懸伸部分與錐齒輪不相連，承受一定的軸向負荷及徑向負荷，因此，可選用圓錐滾子軸承
左端型號：27310（GB2
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