車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

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1、 教務(wù)處制 目 錄 第1章 概述...........................................................................................1 1、 車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的目的.....................................................1 2、 設(shè)計(jì)參數(shù)............................................................................................1 第2章 參數(shù)的

2、擬定..............................................................................2 1、 確定轉(zhuǎn)速............................................................................................2 2、 主電機(jī)功率——?jiǎng)恿?shù)的確定..................................................2 第3章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)....................................

3、................................................2 1、 主傳動(dòng)方案擬定................................................................................2 2、 確定結(jié)構(gòu)式........................................................................................3 3、 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)與轉(zhuǎn)速圖擬定...........................................

4、.....................4 第4章 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)............................................................................4 4.1帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)........................................................................................4 4.1.1選擇帶型...............................................................................

5、.........5 4.1.2確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速................................................5 4.1.3確定中心距離、帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度并驗(yàn)算小輪包角........................6 4.1.4確定帶的根數(shù)z............................................................................6 4.1.5確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸............................................................

6、...7 4.1.6確定帶的張緊裝置.......................................................................7 4.1.7計(jì)算壓軸力...................................................................................7 4.2.、傳動(dòng)軸的估算..................................................................................8 4.2.1主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速.

7、........................................................................8 4.2.2各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速.................................................................9 4.2.3各軸直徑的估算.........................................................................9 4.3 齒輪的設(shè)計(jì)..............................................

8、.......................................11 4.3.1齒輪齒數(shù)的確定.....................................................................11 4.3.2齒輪模數(shù)的計(jì)算.....................................................................12 4.3.3、齒寬確定.............................................................................

9、........14 4.4、主軸組件設(shè)計(jì)................................................................................15 4.4.1 主軸的基本尺寸確定..................................................................15 4.4.2主軸剛度驗(yàn)算...............................................................................17 4.4.3主軸前支撐轉(zhuǎn)角的驗(yàn)算

10、...............................................................18 4.5傳動(dòng)軸間的中心距...........................................................................20 4.6軸承的選擇.......................................................................................20 4.7鍵的選擇.....................................

11、......................................................20 第五章 動(dòng)力設(shè)計(jì)...................................................................................21 5.1傳動(dòng)軸的驗(yàn)算..................................................................................21 5.1.1 Ⅰ軸的強(qiáng)度計(jì)算......................................

12、.................................22 5.1.2作用在齒輪上的力的計(jì)算..........................................................22 5.2齒輪校驗(yàn)..........................................................................................24 5.2.1接觸應(yīng)力公式：........................................................................

13、..24 5.2.2彎曲應(yīng)力......................................................................................25 5.3 軸承的校驗(yàn).....................................................................................25 5.4 鍵的校核.........................................................................................

14、26 第六章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明.....................................................................27 6.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案...............................................27 6.2 I軸（輸入軸）的設(shè)計(jì).................................................................28 6.3齒輪塊設(shè)計(jì)..................................................

15、.....................................29 6.4傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)...................................................................................29 6.5主軸與齒輪的連接...........................................................................30 6.6潤(rùn)滑與密封.................................................................

16、......................31 6.7其他問(wèn)題...........................................................................................31 第七章 參考文獻(xiàn)...................................................................................33 第一章 概述 1、車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的目的： （1）通過(guò)車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想和掌握

17、車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法； （2）鞏固和加深所學(xué)理論知識(shí)，擴(kuò)大知識(shí)面，并運(yùn)用所學(xué)理論分析和解決設(shè)計(jì)工作中的具體問(wèn)題； （3）通過(guò)機(jī)械制造裝備課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生在擬訂車(chē)床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、車(chē)床的構(gòu)造設(shè)計(jì)、各種方案的設(shè)計(jì)、零件的計(jì)算、編寫(xiě)技術(shù)文件和設(shè)計(jì)思想的表達(dá)等方面，得到綜合性的基本訓(xùn)練； （4）熟悉有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)和參考資料的運(yùn)用，以培養(yǎng)具有初步的結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的能力。 2、設(shè)計(jì)參數(shù) 普通車(chē)床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)參數(shù)： ①主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z=12； ②主軸轉(zhuǎn)速范圍=106r/min； ③公比φ=1.26； ④電機(jī)功率為4KW； ⑤電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min。 第

18、二章 參數(shù)的擬定 1、確定轉(zhuǎn)速 由 因?yàn)?1.26 ∴得=12.70 取=12.70 ∴ nmax=nminRn=1346r/min 取標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速1320r/min 因?yàn)?1.26=。首先找到最小極限轉(zhuǎn)速106，再每跳過(guò)4個(gè)數(shù)（1.06～1.064）取一個(gè)轉(zhuǎn)速，即可得到公比為1.26的數(shù)列： 106，132，170，212，265，335，425，530，670，850，1060，1320 2、 主電機(jī)選擇 已知異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有3000 、1500、1000、750，已知是4KW，可選取電機(jī)為：Y112M-4額定功率為4KW，滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速為1440r/min.

19、第3章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 1、主傳動(dòng)方案擬定 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。 2、確定結(jié)構(gòu)式 已知Z=x3b a、b為正整數(shù)，即Z應(yīng)可以分解為2和3的因子，以便用2、3聯(lián)滑移齒輪實(shí)現(xiàn)變速。 按照Z(yǔ)=12分解為：Z=312224。 對(duì)于12=322傳動(dòng)式，有6種結(jié)構(gòu)式和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。分別為： ， ， ， 初選12=3x2x2的方案。 從電動(dòng)機(jī)到主軸主要為降速變速，若使變速副較多的變速組放在較接近電動(dòng)機(jī)處可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，節(jié)省材料，也就是滿(mǎn)足變速副前多后少的原則，因此

20、取12=3x2x2方案為好。 設(shè)計(jì)車(chē)床主變速傳動(dòng)系時(shí)，為避免從動(dòng)齒輪尺寸過(guò)大而增加箱體的徑向尺寸，在降速變速中，一般限制限制最小變速比 ；為避免擴(kuò)大傳動(dòng)誤差，減少震動(dòng)噪聲，在升速時(shí)一般限制最大轉(zhuǎn)速比。斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)較平穩(wěn)，可取。因此在主變速鏈任一變速組的最大變速范圍。在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證中間變速軸的變速范圍最小。 綜合上述可得：主傳動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)參數(shù) =106 Z=12 =1.26 3 、確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)與轉(zhuǎn)速圖擬定 由上選擇的結(jié)構(gòu)式12=3x2x2 畫(huà)其擬定轉(zhuǎn)速圖如下： 計(jì)算出傳動(dòng)比后，擬定主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速圖，使主運(yùn)動(dòng)逐漸具體化。 轉(zhuǎn)速擬定圖 第4章 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)

21、 4.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 輸出功率P=4kW,轉(zhuǎn)速n1=1440r/min,n2=600r/min 計(jì)算設(shè)計(jì)功率Pd 根據(jù)V帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16小時(shí)），查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P296表4， 根據(jù)公式 ==1.14=4.4kw 式中P---電動(dòng)機(jī)額定功率，--工作情況系數(shù) 4.1.1選擇帶型 根據(jù)算出的Pd＝4kW及小帶輪轉(zhuǎn)速n1＝1440r/min ，查圖得：dd=80～100可知應(yīng)選取A型V帶。 4.1.2確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P298表13－7查得，小帶輪基準(zhǔn)直徑為80～100mm 則取dd1=95mm> ddmin.=75 mm（dd1

22、根據(jù)P295表13-4查得） 表3 V帶帶輪最小基準(zhǔn)直徑 槽型 Y Z A B C D E 20 50 75 125 200 355 500 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P295表13-4查“V帶輪的基準(zhǔn)直徑”，得=224mm ?誤差驗(yàn)算傳動(dòng)比： （為彈性滑動(dòng)率） 誤差 符合要求 ② 帶速 滿(mǎn)足5m/s

23、1.4確定帶的根數(shù)z 根據(jù)三角帶根數(shù) 式中：N1為—根三角帶傳動(dòng)的功率，N0為單根三角帶在、特定長(zhǎng)度、平穩(wěn)工作情況下傳遞的功率，查表得N0=2.70 C1—包角系數(shù)，查表得C1=0.98 三角帶傳遞的功率N1=4KW 將所查數(shù)據(jù)代入可得 所以，所需帶輪的根數(shù)為3根 求作用在支撐軸上的徑向力Q 4.1.5確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 根據(jù)V帶輪結(jié)構(gòu)的選擇條件，電機(jī)的主軸直徑為d=28mm； 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P293 ，“V帶輪的結(jié)構(gòu)”判斷：當(dāng)3d＜dd1(95mm)＜300mm，可采用H型孔板式或者P型輻板式帶輪，這次選擇H型孔板式作為小帶輪。 由于dd2>300

24、mm，所以宜選用E型輪輻式帶輪。 總之，小帶輪選H型孔板式結(jié)構(gòu)，大帶輪選擇E型輪輻式結(jié)構(gòu)。 帶輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。 4.1.6確定帶的張緊裝置 選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便的定期調(diào)整中心距的張緊裝置。 4.1.7計(jì)算壓軸力 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P303表13－12查得，A型帶的初拉力F0＝130.59N，上面已得到a1=1600，z=3，則 對(duì)帶輪的主要要求是質(zhì)量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面加工精度要高，以減少帶的磨損。轉(zhuǎn)速高時(shí)要進(jìn)行動(dòng)平衡，對(duì)于鑄造和焊接帶輪的內(nèi)應(yīng)力要小, 帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱(chēng)為輪

25、緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動(dòng)帶，制有梯形輪槽。由于普通V帶兩側(cè)面間的夾角是40，為了適應(yīng)V帶在帶輪上彎曲時(shí)截面變形而使楔角減小，故規(guī)定普通V帶輪槽角 為32、34、36、38（按帶的型號(hào)及帶輪直徑確定）。裝在軸上的筒形部分稱(chēng)為輪轂，是帶輪與軸的聯(lián)接部分。中間部分稱(chēng)為輪幅（腹板），用來(lái)聯(lián)接輪緣與輪轂成一整體。 根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，可以得出結(jié)論：小帶輪選擇實(shí)心帶輪，大帶輪選擇腹板帶輪。 4.2.、傳動(dòng)軸的估算 傳動(dòng)軸除應(yīng)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿(mǎn)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

26、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主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速是低速第一個(gè)三分之一變速范圍的最高一級(jí)轉(zhuǎn)速： n=nmin?z3-1 106 r/min 4.2.2各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 軸Ⅲ軸Ⅳ：有兩傳動(dòng)副，其中軸Ⅲ的最低轉(zhuǎn)速為265，通過(guò)67/34使主軸獲得轉(zhuǎn)速為425>nj主，且能傳遞全部功率。 所以：nⅢ =265r/min ， 同理可得nⅢ =265r/min ，nⅡ =530r/min,nⅠ =850r/min 表3-1 各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速 軸 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

27、 計(jì)算轉(zhuǎn)速nj 850 530 265 106 4.2.3各軸直徑的估算 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)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。 Ⅰ軸：K=1.05，A=110 所以，取35mm Ⅱ軸：K=1.06，A=77 取25mm Ⅲ軸：K=1.06，A=77 取35mm Ⅳ軸：K=1.06，A=110 ,取55mm 此軸徑為平均軸徑，設(shè)計(jì)時(shí)可相應(yīng)調(diào)整。

28、當(dāng)軸上有鍵槽時(shí)，d值應(yīng)相應(yīng)增大4～5%;當(dāng)軸為花鍵軸時(shí)，可將估算的d值減小7%為花鍵軸的小徑;空心軸時(shí)，d需乘以計(jì)算系數(shù)b，b值見(jiàn)【5】表7-12。Ⅰ和Ⅳ為由鍵槽并且軸Ⅳ為空心軸，Ⅱ和Ⅲ為花鍵軸。根據(jù)以上原則各軸的直徑取值：，和在后文給定，軸采用光軸，軸和軸因?yàn)橐惭b滑移齒輪所以都采用花鍵軸。因?yàn)榫匦位ㄦI定心精度高，定心穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理變形，定心直徑尺寸公差和位置公差都能獲得較高的精度，故我采用矩形花鍵連接。按規(guī)定，矩形花鍵的定心方式為小徑定心。 4.3齒輪的設(shè)計(jì) 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

29、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，以保證滑移齒輪外圓不相碰。 第一組齒輪： 傳動(dòng)比：, , 齒數(shù)和取72 =36，=36，=32，=40, =28, =44, 第二組齒輪： 傳動(dòng)比：, 齒數(shù)和取84： =42，=42，=28，=56； 第三組齒輪： 傳動(dòng)比：, 齒數(shù)和取91： =56，=35

30、，=20，=71， 4.3.2齒輪模數(shù)的計(jì)算 ①Ⅰ-Ⅱ 齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： 機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)P36，為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，可根據(jù)轉(zhuǎn)速圖確定 齒面點(diǎn)蝕的計(jì)算:mm=mm=61.17mm 取A=65，由中心距A及齒數(shù)計(jì)算出模數(shù)： 根據(jù)計(jì)算選取兩個(gè)中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。 取 ②Ⅱ-Ⅲ齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： 齒面點(diǎn)蝕的計(jì)算:mm=mm=70.42mm 取A=75，由中心距A及齒數(shù)計(jì)算出模數(shù)： 根據(jù)計(jì)算選取兩個(gè)中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。 取，但為了方便加工所以取m=2 ③Ⅲ-Ⅳ 齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： 齒面點(diǎn)蝕的計(jì)算

31、： mm=mm=88.34mm 取A=90，由中心距A及齒數(shù)計(jì)算出模數(shù)： 根據(jù)計(jì)算選取兩個(gè)中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。 M=2 ④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 各個(gè)齒輪的具體值見(jiàn)表 4.3.3、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、主

32、軸組件設(shè)計(jì) 主軸的結(jié)構(gòu)儲(chǔ)存應(yīng)滿(mǎn)足使用要求和結(jié)構(gòu)要求，并能保證主軸組件具有較好的工作性能。主軸結(jié)構(gòu)尺寸的影響因素比較復(fù)雜，目前尚難于用計(jì)算法準(zhǔn)確定出。通常，根據(jù)使用要求和結(jié)構(gòu)要求，進(jìn)行同型號(hào)筒規(guī)格機(jī)床的類(lèi)比分析，先初步選定尺寸，然后通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定下來(lái)，最后在進(jìn)行必要的驗(yàn)算或試驗(yàn)，如不能滿(mǎn)足要求可重新修改尺寸，直到滿(mǎn)意為直。 主軸上的結(jié)構(gòu)尺寸雖然很多，但起決定作用的尺寸是：外徑D、孔徑d、懸伸量a和支撐跨距L。 4.4.1 主軸的基本尺寸確定 外徑尺寸D 主軸的外徑尺寸，關(guān)鍵是主軸前軸頸的（前支撐處）的直徑。選定后，其他部位的外徑可隨之而定。一般是通過(guò)筒規(guī)格的

33、機(jī)床類(lèi)比分析加以確定。320mm車(chē)床，P=7.5KW查【1】表1-27，前軸頸應(yīng),初選,后軸頸取.主軸孔徑d 中型臥式車(chē)床的主軸孔徑，已由d=48mm,增大到d=60-80mm,當(dāng)主軸外徑一定時(shí)，增大孔徑受到一下條件的限制，1、結(jié)構(gòu)限制；對(duì)于軸徑尺寸由前向后遞減的主軸，應(yīng)特別注意主軸后軸頸處的壁厚不允許過(guò)薄，對(duì)于中型機(jī)床的主軸，后軸頸的直徑與孔徑之差不要小于，主軸尾端最薄處的直徑不要小于。2、剛度限制；孔徑增大會(huì)削弱主軸的剛度，由材料力學(xué)知，主軸軸端部的剛度與截面慣性矩成正比， 即： 式中： 據(jù)上式可得出主軸孔徑對(duì)偶剛度影響的 ，有圖可見(jiàn)， 當(dāng)時(shí)，，說(shuō)明空心主軸的剛度降低較小

34、。當(dāng)時(shí)，，空心主軸剛度降低了24%，因此為了避免過(guò)多削弱主軸的剛度，一般取。主軸孔徑d確定后，可根據(jù)主軸的使用及加工要求選擇錐孔的錐度。錐孔僅用于定心時(shí)，則錐孔應(yīng)大些，若錐孔除用于定心，還要求自鎖，借以傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，錐度應(yīng)小些，我這里選用莫氏六號(hào)錐孔。初步設(shè)定主軸孔徑d=60mm，主軸孔徑與外徑比為0.6。 4.4.2主軸剛度驗(yàn)算 機(jī)床在切削加工過(guò)程中，主軸的負(fù)荷較重，而允許的變形由很小，因此決定主軸結(jié)構(gòu)尺寸的主要因素是它的變形大小。對(duì)于普通機(jī)床的主軸，一般只進(jìn)行剛度驗(yàn)算。通常能滿(mǎn)足剛度要求的主軸，也能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。只有重載荷的機(jī)床的主軸才進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。對(duì)于高速主軸，還要進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)

35、算，以免發(fā)生共振。 一彎曲變形為主的機(jī)床主軸(如車(chē)床、銑床)，需要進(jìn)行彎曲剛度驗(yàn)算，以扭轉(zhuǎn)變形為主的機(jī)床（如鉆床），需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度驗(yàn)算。當(dāng)前主軸組件剛度驗(yàn)算方法較多，沒(méi)能統(tǒng)一，還屬近似計(jì)算，剛度的允許值也未做規(guī)定?？紤]動(dòng)態(tài)因素的計(jì)算方法，如根據(jù)部產(chǎn)生切削顫動(dòng)條件來(lái)確定主軸組件剛度，計(jì)算較為復(fù)雜。現(xiàn)在仍多用靜態(tài)計(jì)算法，計(jì)算簡(jiǎn)單，也較適用。 主軸彎曲剛度的驗(yàn)算；驗(yàn)算內(nèi)容有兩項(xiàng)：其一，驗(yàn)算主軸前支撐處的變形轉(zhuǎn)角，是否滿(mǎn)足軸承正常工作的要求；其二，驗(yàn)算主軸懸伸端處的變形位移y，是否滿(mǎn)足加工精度的要求。對(duì)于粗加工機(jī)床需要驗(yàn)算、y值；對(duì)于精加工或半精加工機(jī)床值需驗(yàn)算y值；對(duì)于可進(jìn)行粗加工由能進(jìn)

36、行半精的機(jī)床（如臥式車(chē)床），需要驗(yàn)算值，同時(shí)還需要按不同加工條件驗(yàn)算y值。 支撐主軸組件的剛度驗(yàn)算，可按兩支撐結(jié)構(gòu)近似計(jì)算。如前后支撐為緊支撐、中間支撐位松支撐，可舍棄中間支撐不計(jì)（因軸承間隙較大，主要起阻尼作用，對(duì)剛度影響較?。? 若前中支撐位緊支撐、后支撐為松支撐時(shí)，可將前中支距當(dāng)做兩支撐的之距計(jì)算，中后支撐段主軸不計(jì)。 4.4.3主軸前支撐轉(zhuǎn)角的驗(yàn)算 機(jī)床粗加工時(shí)，主軸的變形最大，主軸前支撐處的轉(zhuǎn)角有可能超過(guò)允許值，故應(yīng)驗(yàn)算此處的轉(zhuǎn)角。因主軸中(后)支撐的變形一般較小，故可不必計(jì)算。 主軸在某一平面內(nèi)的受力情況如圖 在近似計(jì)算中可不計(jì)軸承變形的影響，則該平面內(nèi)主軸

37、前支撐處的轉(zhuǎn)角用下式計(jì)算； 切削力的作用點(diǎn)到主軸前支承支承的距離S=a+W，對(duì)于普通車(chē)床，W=0.4H，（H是車(chē)床中心高，設(shè)H=200mm)。 則： 當(dāng)量切削力的計(jì)算： 主軸慣性矩 ； 式中： ∴ ∵ ∴主軸前支撐轉(zhuǎn)角滿(mǎn)足要求。 4.5傳動(dòng)軸間的中心距 4.6軸承的選擇 Ⅰ軸： 6307 D=80 B=21 深溝球軸承 Ⅱ軸： 7305C D=62 B=17 角接觸球軸承 6305 D=62 B=17 深溝球軸承 Ⅲ軸： 7207C D=8

38、0 B=21 角接觸球軸承 6207 D=80 B=21 深溝球軸承 Ⅳ軸： 7212C D=130 B=31 角接觸球軸承 4.7鍵的選擇 查【4】表6-1選擇軸上的鍵，根據(jù)軸的直徑，鍵的尺寸選擇，鍵的長(zhǎng)度L取22。主軸處鍵的選擇同上，鍵的尺寸為，鍵的長(zhǎng)度L取50。 第五章 動(dòng)力設(shè)計(jì) 5.1傳動(dòng)軸的驗(yàn)算 由于變速箱各軸的應(yīng)力都比較小，驗(yàn)算時(shí)，通常都是用復(fù)合應(yīng)力公式進(jìn)行計(jì)算： （MPa） ——為復(fù)合應(yīng)力（MPa） ——[]為許用應(yīng)力（MPa） ——W為軸危險(xiǎn)斷面的抗彎斷面模數(shù) 實(shí)心軸：

39、 空心軸： 花鍵軸： ——d為空心軸直徑，花鍵軸內(nèi)徑 ——D為空心軸外徑，花鍵軸外徑 ——d0為空心軸內(nèi)徑 ——b為花鍵軸的鍵寬 ——Z為花鍵軸的鍵數(shù) M為在危險(xiǎn)斷面的最大彎矩 Nmm T為在危險(xiǎn)斷面的最大扭矩 ——N為該軸傳遞的最大功率 ——Nj為該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 齒輪的圓周力： 齒輪的徑向力： 5.1.1 Ⅰ軸的強(qiáng)度計(jì)算 Ⅰ軸： 5.1.2作用在齒輪上的力的計(jì)算 已知大齒輪的分度圓直徑： d=mz=348=144mm d=mz=244=88mm 圓周力： 徑向力： 軸向力： 方向如圖所示： 在水平面由受力平

40、衡： =1492N 所以=－1492N 以a點(diǎn)為參考點(diǎn)，由彎矩平衡得： 82330=0 所以： =1121.3N =370.7N 在豎直面內(nèi)的受力情況如下： 受力平衡： 即： N 以a點(diǎn)為參考點(diǎn)，由彎矩平衡： 165+330=0 所以=211.1N =211N 5.2齒輪校驗(yàn) 在驗(yàn)算變速箱中的齒輪應(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3，齒輪9，齒輪13這三個(gè)齒輪。 5.2.1接觸應(yīng)力公式： u----大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比； ---齒

41、向載荷分布系數(shù)；----動(dòng)載荷系數(shù)；----工況系數(shù)；----壽命系數(shù) 查《機(jī)械裝備設(shè)計(jì)》表10-4及圖10-8及表10-2分布得 假定齒輪工作壽命是48000h，故應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為 查《機(jī)械裝備設(shè)計(jì)》圖10-18得，所以： Mpa 5.2.2彎曲應(yīng)力： 查《金屬切削手冊(cè)》有Y=0.378，代入公式求得：=156.5Mpa 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21e,齒輪的材產(chǎn)選，大齒輪、小齒輪的硬度為60HRC，故有，從圖10-21e讀出。因?yàn)椋?，故滿(mǎn)足要求，另外兩齒輪計(jì)算方法如上，均符合要求。 5.3 軸承的校驗(yàn) Ⅰ軸選用的是角接觸軸承6307，其基本額定負(fù)荷為

42、33.2KN 由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值n=850r/min,所以齒輪越小越靠近軸承，對(duì)軸承的要求越高。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該對(duì)Ⅰ軸未端的滾子軸承進(jìn)行校核。 齒輪的直徑 Ⅰ軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 齒輪受力 根據(jù)受力分析可以得出軸承的徑向力為 因軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，按《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-5查得為1.2到1.8，取，則有： 軸承的壽命 因?yàn)?，所以按軸承1的受力大小計(jì)算： 故該軸承能滿(mǎn)足要求。 5.4 鍵的校核 鍵和軸的材料都是鋼，由【4】表6-2查的許用擠壓應(yīng)力,取其中間值，。鍵的工作長(zhǎng)度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。由【4】式（6

43、-1）可得 可見(jiàn)連接的擠壓強(qiáng)度足夠了，鍵的標(biāo)記為： 第6章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明 6.1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)由于時(shí)間的限制，一般只畫(huà)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

44、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(huà)圖前應(yīng)該先畫(huà)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)。 6.2 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

45、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(pán)上，通過(guò)法蘭盤(pán)將帶輪的拉力傳遞到箱壁上。 車(chē)床上的反轉(zhuǎn)一般用于加工螺紋時(shí)退刀。車(chē)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(chē)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(pán)實(shí)現(xiàn)。其中一個(gè)圓盤(pán)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(pán)

46、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。滑動(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。 6.3齒輪塊設(shè)計(jì)

47、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； 6.4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

48、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(xiàn)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(zhuān)門(mén)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

49、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。 6.5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。 6.6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

50、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)牡胤阶龀龌赜吐罚褂湍茼樌亓骰氐接拖洹? 6.7其他問(wèn)題 主軸上齒輪應(yīng)盡可能靠近前軸承，

51、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(chē)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

52、。 第七章 參考文獻(xiàn) [1]鞏云鵬、田萬(wàn)祿等主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社2000 [2]孫志禮，冷興聚，魏嚴(yán)剛等主編.機(jī)械設(shè)計(jì).沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社2000 [3]劉鴻文主編.材料力學(xué).北京：高等教育出版社1991 [4]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研組編.理論力學(xué).北京：高等教育出版社1997 [5]大連理工大學(xué)工程畫(huà)教研室編.機(jī)械制圖.北京：高等教育出版社1993 [6]孫桓，陳作模主編.機(jī)械原理.北京：高等教育出版社2000 [7]高澤遠(yuǎn)，王金主編.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì).沈陽(yáng)：東北工學(xué)院出版社1987 [8]喻子建，張磊、邵偉平、喻子建主編.機(jī)械設(shè)計(jì)習(xí)題與解題分析.沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版 社2000 [9]張玉，劉平主編.幾何量公差與測(cè)量技術(shù).沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社1999 [10]成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(減(變)速器.電機(jī)與電器)化學(xué)工業(yè)出版社 ３７