I臥 式 車 床 主 軸 箱 設 計摘 要金屬切削機床又稱為“工作母機”或“工具機” ，習慣上稱為機床。機床在國民經(jīng)濟現(xiàn)代化建設中起著重大的作用。機 床 技 術 水 平 的 高 低 已 成 為 衡 量 一 個 國家 工 業(yè) 現(xiàn) 代 化 水 平 的 重 要 標 志 之 一 。 機 床 工 業(yè) 是 機 械 制 造 業(yè) 的 “裝 備 部 ”、 “總工 藝 部 ”， 對 國 民 經(jīng) 濟 的 發(fā) 展 起 著 重 大 作 用 。車 床 借 助 于 轉 動 的 工 件 對 著 刀 具 來 切 去 金 屬 材 料 。 車 床 主 要 用 于 加 工 各 種回 轉 體 表 面 ， 如 外 圓 柱 面 、 內 圓 柱 面 、 錐 形 表 面 、 端 面 、 切 槽 、 切 斷 、 車 螺 紋 、鉆 孔 、 鉸 孔 等 ； 在 車 床 上 采 用 特 殊 的 裝 置 ， 還 可 以 進 行 鏜 削 、 磨 削 、 研 磨 、 拋光 等 。 在 一 般 機 械 制 造 企 業(yè) 中 ， 車 床 占 機 床 總 數(shù) 的 20%～ 35%。本 設 計 主 要 設 計 臥 式 車 床 的 主 軸 箱 。 設計摘要如下：確 定 主 傳 動 的 運 動 設計 ， 論 證 并 確 定 合 理 的 結 構 網(wǎng) 和 轉 速 圖 ， 擬 訂 傳 動 系 統(tǒng) 圖 ； 根 據(jù) 已 知 條 件 對 傳動 件 進 行 設 計 和 計 算 ， 對 主 要 傳 動 進 行 驗 算 ； 確 定 傳 動 軸 的 空 間 位 置 及 各 個 零件 的 裝 配 關 系 。關鍵詞：機 床 ， 車 床 ， 主 軸 箱 ， 轉 速 圖IIHORIZONTAL LATHE HEADSTOCK'S DESIGNABSTRACTThe metal-cutting machine tool is called “the machine tool” or “the machine”, in custom is called engine bed. The engine bed is playing the significant role in the national economy modernization. The engine bed technical level's height have become weighs one of national industry modernization level important symbols. The machine tool industry is the machine-building industry “the logistics department”, “the total craft department”, to national economy development important functionThe lathe with the aid of treats the cutting tool in the rotation work piece to slice the metallic material. The lathe mainly uses in processing each kind of solid of revolution surface, like the outer annulus cylinder, the internal bore cylinder, the cone-shape surface, the end surface, the grooving, the cut-off, the cutting thread, the drill hole, ream and so on; Uses the special installment in the lathe, but may also carry on, the grinding, the attrition, polishing boring and so on. In the common machine manufacture enterprise, the lathe accounts for the engine bed total 20%~35%.Present paper main design horizontal lathe's headstock. The design abstract is as follows: The definite master drive's movement design, proves and determined that the reasonable structure network and the speed change diagram, draft the kinematic scheme; To passes on the moving parts according to the datum to carry on the design and the computation, carries on the checking calculation to the main transmission; Definite drive shaft's space position and each components assembly relations.KEY WORDS: Engine bed, Lathe, Headstock, Speed change diagramIII目 錄前 言 .1第 1 章 運 動 設 計 61.1 主 軸 變 速 范 圍 的 確 定 61.2 公 比 的 確 定 61.3 主 軸 轉 速 級 數(shù) 的 確 定 61.4 結 構 式 、 結 構 網(wǎng) 的 確 定 71.4.1 確定結構式 .71.4.2 確定結構網(wǎng) .71.5 繪 制 轉 速 圖 81.5.1 選定電動機 .91.5.2 變速組分析 .91.5.3 確定軸數(shù)，繪制轉速圖 .91.6 各 變 速 組 齒 輪 傳 動 副 齒 數(shù) 的 確 定 .101.6.1 Ⅰ軸— Ⅱ軸變速組齒輪 111.6.2 Ⅱ軸— Ⅲ軸變速組齒輪 111.6.3 Ⅲ軸— Ⅳ軸變速組齒輪 111.7 核 算 轉 速 誤 差 .121.8 繪 制 傳 動 系 統(tǒng) 圖 .13第 2 章 傳 動 零 件 的 初 步 計 算 142.1 帶 傳 動 計 算 142.2 各軸計算轉速的確定 .182.3 傳動軸直徑的估算 .192.4 齒輪模數(shù)的初步計算 .202.6 主軸尺寸參數(shù)的確定 .22第 3 章 零 件 的 驗 算 253.1 對 Ⅰ 軸 ——Ⅱ 軸 小 齒 輪 的 驗 算 253.1.1 接觸疲勞強度的驗算 .253.1.2 彎曲疲勞強度的驗算 .26IV第 4 章 離 合 器 的 計 算 28結 論 .31謝 辭 .32參考文獻 .331前 言1.金屬切削機床及其在國民經(jīng)濟中的地位金屬切削機床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器，它是制造機器的機器，所以又稱為“工作母機”或“工具機” ，習慣上簡稱為機床。現(xiàn)代社會中，人們?yōu)榱烁咝?、?jīng)濟地生產(chǎn)各種高質量的產(chǎn)品，日益廣泛地使用各種機器、儀器和工具等技術設備與裝備。為制造這些技術設備與裝備，又必須具備各種加工金屬零件的設備，諸如鑄造、鍛造、焊接、切削加工和各種特種加工設備等。由于切削加工是將金屬毛坯加工成具有一定形狀、尺寸和表面質量的零件的主要加工方法，在加工精密零件時，目前主要是依靠切削加工來達到所需的加工精度和表面質量。機床是現(xiàn)代化機械制造業(yè)中最重要的加工設備。所以，金屬切削機床是加工機器零件的主要設備，它所擔負的工作量，約占機器總制造工作量的 40%～60%。機床的技術性能直接影響機械產(chǎn)品的質量、勞動生產(chǎn)率及其制造的經(jīng)濟性，進而決定著國民經(jīng)濟的發(fā)展水平。機械制造工業(yè)是國民經(jīng)濟各部門賴以發(fā)展的基礎，而機床工業(yè)則是機械制造工業(yè)的基礎。一個國家機床工業(yè)的技術水平在很大程度上標志著這個國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學技術水平。顯然，金屬切削機床在國民經(jīng)濟現(xiàn)代化建設中起著重大的作用。機 床 技 術 水 平 的 高 低 已 成 為 衡 量 一 個 國 家 工 業(yè) 現(xiàn) 代 化 水 平 的 重 要 標志 之 一 。一 個 國 家 要 繁 榮 富 強 ， 必 須 實 現(xiàn) 工 業(yè) 、 農(nóng) 業(yè) 、 國 防 和 科 學 技 術 的 現(xiàn) 代 化 ，這 就 需 要 一 個 強 大 的 機 械 制 造 工 業(yè) 為 各 部 門 提 供 現(xiàn) 代 化 的 先 進 技 術 設 備 與 武 備 ，即 各 種 機 器 、 儀 器 和 工 具 等 。 然 而 ， 一 個 現(xiàn) 代 化 的 機 械 制 造 業(yè) 必 須 要 由 一 個 現(xiàn)代 化 的 機 床 制 造 業(yè) 作 后 盾 。 機 床 工 業(yè) 是 機 械 制 造 業(yè) 的 “裝 備 部 ”、 “總 工 藝 部 ”，對 國 民 經(jīng) 濟 的 發(fā) 展 起 著 重 大 作 用 。 因 此 ， 許 多 國 家 都 十 分 重 視 本 國 機 床 工 業(yè) 的發(fā) 展 和 機 床 技 術 水 平 的 提 高 ， 使 本 國 國 民 經(jīng) 濟 的 發(fā) 展 建 立 在 堅 實 可 靠 的 基 礎 上 。2.機床的工藝范圍2機 床 可 實 現(xiàn) 三 個 主 要 功 能 ： 1.牢 固 地 支 持 工 件 或 者 刀 架 和 刀 具 ； 2.提 供 工件 和 刀 具 之 間 的 相 對 運 動 ； 3.提 供 一 定 范 圍 的 走 刀 和 切 削 速 度 。機 床 的 工 藝 范 圍 是 指 適 應 不 同 生 產(chǎn) 要 求 的 能 力 。 它 大 致 包 含 這 些 內 容 ： 機床 可 以 完 成 的 工 序 種 類 ； 所 加 工 零 件 的 類 型 、 材 料 和 尺 寸 范 圍 ； 機 床 的 生 產(chǎn) 率和 加 工 零 件 的 單 件 成 本 ； 毛 坯 種 類 ； 適 用 的 規(guī) 模 ； 加 工 精 度 和 表 面 粗 糙 度 。3.車床簡介（ 1） .車 床 的 用 途車 床 借 助 于 轉 動 的 工 件 對 著 刀 具 來 切 去 金 屬 材 料 。 車 床 主 要 用 于 加 工 各 種回 轉 體 表 面 ， 如 外 圓 柱 面 、 內 圓 柱 面 、 錐 形 表 面 、 端 面 、 切 槽 、 切 斷 、 車 螺 紋 、鉆 孔 、 鉸 孔 等 ； 在 車 床 上 采 用 特 殊 的 裝 置 ， 還 可 以 進 行 鏜 削 、 磨 削 、 研 磨 、 拋光 等 。 在 一 般 機 械 制 造 企 業(yè) 中 ， 車 床 占 機 床 總 數(shù) 的 20%～ 35%。 在 車 削 過 程 中 ，工 件 隨 機 床 主 軸 一 起 旋 轉 ， 刀 具 與 工 件 始 終 接 觸 ， 基 本 上 無 沖 擊 現(xiàn) 象 ， 可 以 采用 很 高 的 切 削 速 度 ， 切 削 過 程 連 續(xù) 、 平 穩(wěn) ， 生 產(chǎn) 效 率 高 。 根 據(jù) 零 件 的 使 用 要 求 ，車 削 加 工 等 級 可 達 到 IT11～ IT6， 表 面 粗 糙 度 Ra 值 為 12.5～ 0.8μ m。（ 2） .臥 式 車 床 的 工 藝 范 圍臥 式 車 床 的 工 藝 范 圍 很 廣 ， 它 能 完 成 多 種 多 樣 的 加 工 工 序 ： 加 工 各 種 軸 類 、套 同 類 和 盤 類 零 件 上 的 回 轉 表 面 ， 如 車 削 內 外 圓 柱 面 、 圓 錐 面 、 環(huán) 槽 及 成 型 回轉 面 ； 車 削 端 面 及 各 種 常 用 螺 紋 ； 還 可 以 進 行 鉆 孔 、 擴 孔 、 鉸 孔 和 滾 花 等 工 作 。臥 式 車 床 的 萬 能 性 較 大 ， 但 結 構 較 復 雜 而 且 自 動 化 程 度 低 ， 在 加 工 形 狀 比較 復 雜 的 工 件 時 ， 換 刀 較 麻 煩 ， 加 工 過 程 中 的 輔 助 時 間 較 多 ， 所 以 適 用 于 單 件 、小 批 量 生 產(chǎn) 及 修 理 車 間 等 。（ 3） .車 床 主 軸 箱 的 簡 介主 軸 箱 內 部 裝 有 主 軸 和 變 速 、 傳 動 機 構 。 主 軸 箱 的 功 能 是 支 承 主 軸 ， 將 動力 經(jīng) 變 速 、 傳 動 機 構 傳 給 主 軸 ， 使 主 軸 按 規(guī) 定 的 轉 速 帶 動 工 件 轉 動 。 主 軸 右 端安 裝 用 來 裝 夾 工 件 的 頂 尖 或 卡 盤 等 。 主 軸 徑 向 及 軸 向 跳 動 會 影 響 工 件 的 旋 轉 平穩(wěn) 性 ， 是 衡 量 車 床 精 度 的 主 要 指 標 。34.本設計的目的和要求（ 1） .本 設 計 的 目 的本 設 計 是 在 學 完 大 學 的 基 礎 技 術 課 和 專 業(yè) 課 之 后 進 行 的 一 個 實 踐 性 教 學 環(huán)節(jié) 。 本 設 計 主 要 設 計 普 通 車 床 的 主 軸 箱 。 其 目 的 ：1) 培 養(yǎng) 綜 合 運 用 和 鞏 固 擴 大 已 學 過 的 知 識 ， 以 提 高 理 論 聯(lián) 系 實 踐 的 綜 合 分析 、 設 計 和 計 算 能 力 。2) 培 養(yǎng) 收 集 、 閱 讀 、 分 析 和 運 用 資 料 的 能 力 ， 以 提 高 獨 立 工 作 的 能 力 。3) 使 自 己 在 擬 定 傳 動 和 變 速 的 結 構 方 案 過 程 中 ， 得 到 設 計 構 思 、 方 案 分 析 、結 構 工 藝 性 、 機 械 制 圖 、 零 件 計 算 、 編 寫 技 術 文 件 和 查 閱 技 術 資 料 等 方面 的 綜 合 訓 練 。4) 樹 立 正 確 的 設 計 思 想 ， 掌 握 基 本 的 設 計 方 法 ， 并 培 養(yǎng) 學 生 具 有 初 步 的 結構 分 析 、 結 構 設 計 和 計 算 能 力 。5) 使 自 己 掌 握 機 床 設 計 的 方 法 和 步 驟 ， 以 提 高 結 構 設 計 與 編 制 技 術 文 件 的能 力 。（ 2） .本 設 計 的 要 求有 關 設 計 圖 紙 和 設 計 計 算 說 明 書 的 具 體 技 術 要 求 如 下 ：1) 部 件 裝 配 圖部 件 裝 配 圖 ， 用 以 表 明 該 部 件 的 全 部 機 構 、 機 構 工 作 原 理 、 每 個 零 件 的 功用 、 形 狀 、 尺 寸 、 位 置 、 相 互 聯(lián) 接 的 方 法 、 配 合 性 質 及 運 動 關 系 。 零 件 要 標 注零 件 號 、 參 數(shù) 和 數(shù) 量 。 并 用 羅 馬 字 標 注 各 軸 軸 號 。主 軸 箱 展 開 圖 ， 是 將 傳 動 關 系 ， 通 過 各 軸 線 轉 折 的 縱 向 展 開 而 成 的 軸 系 裝配 圖 。 展 開 圖 上 要 標 注 配 合 件 的 配 合 尺 寸 和 配 合 性 質 、 影 響 軸 向 轉 配 尺 寸 的 軸向 尺 寸 。 主 軸 箱 展 開 圖 用 一 張 A0 號 圖 紙 繪 制 。橫 向 剖 面 （ 或 剖 視 ） 圖 是 確 定 各 軸 的 空 間 位 置 并 表 明 操 縱 機 構 、 制 動 及 潤滑 裝 置 等 的 布 置 與 結 構 的 裝 配 圖 。 允 許 作 階 梯 剖 視 或 局 部 剖 面 ， 以 盡 可 能 地 表示 出 操 縱 機 構 。 在 橫 向 剖 面 圖 上 還 要 標 注 嚙 合 齒 輪 的 中 心 距 ， 主 軸 軸 線 至 基 面的 距 離 ， 箱 體 剖 面 輪 廓 尺 寸 等 。 橫 向 剖 面 圖 有 A-A 剖 面 圖 和 B-B 剖 面 圖 ， 用 A04號 圖 紙 繪 制 。主 軸 部 件 圖 主 要 確 定 主 軸 上 安 裝 零 件 形 狀 、 大 小 ， 及 各 部 件 間 的 安 裝 尺 寸 ，公 差 等 。 主 軸 部 件 圖 用 A1 號 圖 紙 繪 制 。2) 零 件 工 作 圖任 何 機 器 都 是 由 零 件 組 成 的 ， 機 器 零 件 又 是 按 著 它 的 設 計 圖 紙 進 行 制 造 和檢 驗 的 ， 所 以 零 件 工 作 圖 是 機 器 制 造 的 基 本 依 據(jù) 。 它 應 正 確 簡 明 地 表 示 出 零 件的 形 狀 、 大 小 、 構 造 、 精 度 、 表 面 粗 糙 度 、 形 位 公 差 和 技 術 條 件 等 。 在 設 計 中繪 制 了 兩 張 零 件 圖 ， 皮 帶 輪 零 件 圖 和 齒 輪 零 件 圖 ， 二 者 均 用 A2 號 圖 紙 繪 制 。3) 設 計 說 明 書設 計 說 明 書 用 以 論 證 設 計 方 案 的 正 確 性 ， 是 整 個 設 計 的 依 據(jù) 。5.本設計的內容本 設 計 的 內 容 包 括 ：1) 運 動 設 計根 據(jù) 給 定 的 機 床 用 途 、 規(guī) 格 、 極 限 轉 速 ， 確 定 公 比 、 求 出 主 軸 轉 速 級 數(shù) 、確 定 結 構 式 和 結 構 網(wǎng) 、 繪 制 轉 速 圖 、 確 定 傳 動 副 的 傳 動 比 及 齒 輪 的 齒 數(shù) 、 計 算主 軸 實 際 轉 速 與 標 準 轉 速 的 相 對 誤 差 并 核 算 主 軸 實 際 轉 速 與 標 準 轉 速 的 相 對 誤差 是 否 在 合 理 范 圍 內 、 繪 制 傳 動 系 統(tǒng) 圖 。2) 動 力 設 計根 據(jù) 給 定 的 電 動 機 功 率 ， 進 行 帶 傳 動 的 計 算 ， 確 定 皮 帶 型 號 及 根 數(shù) 、 計 算各 軸 傳 遞 的 功 率 、 計 算 出 傳 動 件 的 計 算 轉 速 、 估 算 傳 動 軸 的 直 徑 、 初 步 計 算 齒輪 的 模 數(shù) 、 確 定 主 軸 尺 寸 參 數(shù) ； 驗 算 齒 輪 的 接 觸 疲 勞 強 度 和 彎 曲 疲 勞 強 度 、 驗算 主 軸 剛 度 、 驗 算 主 軸 前 軸 承 疲 勞 壽 命 、 計 算 摩 擦 片 式 離 合 器 的 尺 寸 和 摩 擦 片數(shù) 。3) 結 構 設 計進 行 主 傳 動 傳 動 軸 系 、 變 速 機 構 、 主 軸 組 件 、 箱 體 、 操 縱 結 構 、 潤 滑 與 密封 等 的 布 置 和 結 構 設 計 。 即 繪 制 裝 配 圖 （ 包 括 主 軸 箱 展 開 圖 、 剖 面 圖 、 主 軸 組件 圖 ） 和 零 件 工 作 圖 。4) 編 寫 設 計 說 明 書5第 1 章 運 動 設 計1.1 主 軸 變 速 范 圍 的 確 定根 據(jù) 設 計 任 務 書 ， 得 知 ， 。min/1320maxrn?in/30ir?變 速 范 圍 可 由 下 式 求 得 ：（ 1-1）minaxR由 （ 1-1） 式 計 算 得 變 速 范 圍 為 ： minax?4/3012r1.2 公 比 的 確 定規(guī) 定 標 準 公 比 1， 并 且 規(guī) 定 相 對 速 度 損 失 的 最 大 值 不 大 于 50%， 則 相 應?不 大 于 2， 所 以 。?2??為 了 簡 化 機 床 設 計 和 使 用 ， 規(guī) 定 了 幾 個 標 準 值 這 些 是 2 或 10 的 某 次 方 根 。對 于 中 小 型 通 用 機 床 ， 常 取 公 比 =1.26 或 1.41。?在 此 選 取 =1.41?1.3 主 軸 轉 速 級 數(shù) 的 確 定確 定 了 變 速 范 圍 和 公 比 后 ， 可 由 下 式 求 出 主 軸 轉 速 級 數(shù) z：（ 1-2）1lg???nRz式 中 ： ——變 速 范 圍 ；nR——傳 動 系 統(tǒng) 的 公 比 。?6由 （ 1-2） 式 計 算 得 主 軸 轉 速 級 數(shù) 為 ：1lg???nRz124.l?取 主 軸 轉 速 級 數(shù) z=12。1.4 結 構 式 、 結 構 網(wǎng) 的 確 定1.4.1 確定結構式因 為 變 速 范 圍 ， 沒 有 超 過 了 連 續(xù) 串 聯(lián) 傳 動 的 允 許 變 速 范 圍 50。 因4?nR此 ， 采 用 串 聯(lián) 式 傳 動 結 構 。 因 為 車 床 需 要 正 、 反 轉 ， 從 動 帶 輪 軸 上 需 要 安 裝 一個 摩 擦 片 式 離 合 器 ， 它 必 須 占 據(jù) 一 定 的 長 度 ， 同 時 摩 擦 片 必 須 有 相 當 的 直 徑 來傳 遞 扭 矩 ， 從 而 導 致 主 動 齒 輪 尺 寸 一 定 大 于 被 動 齒 輪 尺 寸 ， 而 形 成 升 速 傳 動 。從 結 構 上 考 慮 ， 轉 速 偏 高 會 引 起 摩 擦 片 式 離 合 器 振 動 ， 因 此 ， 從 電 機 到 從 動 帶輪 軸 需 要 降 速根據(jù)給定最大最小轉速要求，選擇轉速級數(shù) 12 級，傳動公比為 1.41。 轉速數(shù)列如下：30、42.5、60、85、118、170、236、335、472、670、950、1320。1.4.2 確定結構網(wǎng)擬 定 傳 動 方 案 ， 包 括 傳 動 型 式 的 選 擇 以 及 開 停 、 換 向 、 制 動 、 操 縱 等 整 個傳 動 系 統(tǒng) 的 確 定 。 傳 動 型 式 則 指 傳 動 和 變 速 的 元 件 、 機 構 以 及 組 成 、 安 排 不 同特 點 的 傳 動 型 式 、 變 速 類 型 。傳 動 方 案 和 型 式 與 結 構 的 復 雜 程 度 密 切 相 關 ， 和 工 作 性 能 也 有 關 系 。 因 此 ，確 定 傳 動 方 案 和 型 式 ， 要 從 結 構 、 工 藝 、 性 能 以 及 經(jīng) 濟 等 多 方 面 統(tǒng) 一 考 慮 。 在此 次 設 計 中 ， 我 采 用 集 中 傳 動 型 式 的 主 軸 變 速 箱 。方案一： 方案二： 方案三：6312??6213??6132??7根 據(jù) 結 構 式 畫 出 結 構 網(wǎng) 。 應 該 遵 循 “前 少 后 多 ”、 “前 緊 后 松 ”、 “前 緩 后 急 ”的 原 則 ， 并 且 考 慮 前 面 的 設 計 內 容 。結 構 網(wǎng) 見 圖 1-1。 這 是 主 軸 箱 的 傳 動 系 統(tǒng) 的 結 構 網(wǎng) ， 是 從 動 帶 輪 軸 到 主 軸 的結 構 網(wǎng) 。圖 1-1 12 級 傳 動 系 統(tǒng) 的 結 構 網(wǎng)在 一 般 的 選 擇 原 則 中 ， 通 常 取 擴 大 順 序 與 傳 動 順 序 一 致 ， 但 在 此 次 設 計 中 ，考 慮 到 機 床 的 啟 動 、 停 止 ， 要 求 Ⅰ 軸 上 裝 有 摩 擦 離 合 器 ， 所 以 ， 方 案 一 中 ， 由于 裝 有 摩 擦 離 合 器 ， 必 然 導 致 Ⅰ 軸 上 的 軸 向 尺 寸 增 大 。 方 案 二 、 三 中 ， 解 決 了方 案 一 中 軸 向 尺 寸 過 大 的 問 題 ， 但 考 慮 到 Ⅱ 軸 到 Ⅲ 軸 的 傳 動 中 ， 方 案 二 中 可 能會 有 較 大 的 降 速 比 。 故 選 方 案 三 作 為 此 處 設 計 的 可 行 方 案 。1.5 繪 制 轉 速 圖81.5.1 選定電動機一 般 的 普 通 車 床 ， 多 采 用 Y 系 列 封 閉 自 扇 冷 式 籠 型 三 相 異 步 電 動 機 。 Y 系列 電 動 機 高 效 、 節(jié) 能 、 起 動 轉 矩 大 、 噪 聲 低 、 振 動 小 、 運 行 安 全 可 靠 。 選 用Y132S2-2 電 動 機 。 其 額 定 功 率 為 ， 滿 載 轉 速 為 。KW3min/1420r1.5.2 變速組分析該 車 床 的 主 傳 動 系 統(tǒng) 的 總 降 速 比 為 ， 每 個 降 速 變401in/1320i/?rr速 組 的 最 小 降 速 比 為 ， 則 總 降 速 比 為 ， 這 樣 是 無 需 增 加 降 速 的 定 比 傳 動 ，414為 使 Ⅰ 軸 的 轉 速 降 低 ， 及 其 它 變 速 組 變 速 緩 慢 ， 以 減 少 結 構 的 徑 向 尺 寸 ， 在 電動 機 到 Ⅰ 軸 之 間 增 加 一 對 的 降 速 帶 傳 動 ， 這 樣 有 利 于 機 床 設 計 ， 也 有 利250于 主 軸 箱 徑 向 和 軸 向 尺 寸 的 減 少 。由 于 車 床 Ⅰ 軸 轉 速 一 般 取 。 在 中 型 通 用 機 床 中 ， 通 常 傳 動r/min1~7比 的 范 圍 內 ， 故 初 選 Ⅰ 軸 轉 速 為 810 25.1~?u 8.042??nu主r/min。1.5.3 確定軸數(shù)，繪制轉速圖本 設 計 需 要 4 根 軸 ， 再 加 上 電 動 機 軸 ， 12 級 轉 速 ， 畫 出 轉 速 圖 見 圖 1-2。由 圖 1-2 分 析 可 知 ： Ⅰ 軸 有 1 種 轉 速 ， 從 電 動 機 到 Ⅰ 軸 的 傳 動 比 為 ：； Ⅱ 軸 有 2 種 轉 速 ， 即 從 Ⅰ 軸 到 Ⅱ 軸 有 兩 種 傳 動 比 ：56.0?u=1.7， =1.7； Ⅲ 軸 有 6 種 轉 速 ， 即 從 Ⅱ 軸 到 Ⅲ 軸 有 三 種 傳 動 比 ：2， ， ； Ⅳ 軸 有 12 種 轉 速 ， 即 從 Ⅲ 軸 到 Ⅳ 軸 有 兩 種?u23?u43u傳 動 比 ： =2， ； 主 軸 有 12 級 轉 速 。14?9圖 1-2 24 級 傳 動 系 統(tǒng) 的 轉 速 圖1.6 各 變 速 組 齒 輪 傳 動 副 齒 數(shù) 的 確 定多 軸 變 速 傳 動 機 構 的 各 變 速 組 間 的 齒 數(shù) 和 zS可 以 由 下 式 確 定 ：（ 1-3）maxinmi1zzZuS?????????式 中 ： ——同 一 變 速 組 中 最 小 傳 動 比 ；minu——同 一 變 速 組 中 最 小 齒 輪 的 齒 數(shù) ；iZ——變 速 組 間 的 最 大 齒 數(shù) 和 ， 取 。axzS 120max?zS1.6.1 Ⅰ軸—Ⅱ軸變速組齒輪Ⅰ 軸 —Ⅱ 軸 變 速 組 的 齒 輪 ， 因 為 要 安 裝 一 個 離 合 器 ， 齒 數(shù) 要 選 的 大 一 些 ，10為 了 避 免 根 切 現(xiàn) 象 和 結 構 設 計 的 需 要 ， 取 。46min?Z由 式 （ 1-3） 得 ：mini1uSz????????746.1????查 [3]書 第 36 頁 表 2 確 定 合 理 的 齒 數(shù) 和 =108。zS=40， 則 = =108-40=68；?1Z1??ZSz=68， 則 = =99-45=40。2221.6.2 Ⅱ軸—Ⅲ軸變速組齒輪為 了 避 免 根 切 現(xiàn) 象 和 結 構 設 計 的 需 要 ， 取 。25min?Z由 式 （ 1-3） 得 ：mini1ZuSz????????96258.1??????查 [3]書 第 36 頁 表 2 確 定 合 理 的 齒 數(shù) 和 =96。zS=19， 則 = =96-19=77；Z?1ZSz?=25， 則 = =96-25=71；2=32， 則 = =80-31=64。?3z1.6.3 Ⅲ軸—Ⅳ軸變速組齒輪為 了 避 免 根 切 現(xiàn) 象 ， 同 時 滿 足 傳 動 比 的 要 求 ， 取 。20min?Z由 式 （ 1-3） 得 ：11mini1ZuSz????????1024??????查 [3]書 第 36 頁 表 2 確 定 合 理 的 齒 數(shù) 和 =110。zS=37， 則 = =100-20=73；1Z?1ZSz?=22， 則 = =100-50=88。21.7 核 算 轉 速 誤 差實 際 傳 動 比 所 造 成 的 主 軸 轉 速 誤 差 ， 一 般 不 應 該 超 過 ， 即)%1(0???（ 1-4）??%10?????n式 中 ： ——主 軸 的 實 際 轉 速 ， ；? min/r——主 軸 的 標 準 轉 速 , ；——傳 動 系 統(tǒng) 的 公 比 。?表 3-4 各 軸 轉 速 誤 差主軸轉速 n1 n2 n3 n4 n5 n6理想轉速 30 42.5 60 85 118 170實際轉速 29.5 41.5 61.5 84.12 117 171.5轉速誤% 1 2 2.5 1 0.8 0.8主軸轉速 n7 n8 n9 n10 n11 n12理想轉速 236 335 472 670 950 1320實際轉速 235. 337 475 672.7 952 131212轉速誤% 0.3 0.5 0.6 0.4 0.8 0.61.8 繪 制 傳 動 系 統(tǒng) 圖 140 ()ⅣⅢⅡⅠφ 250φ圖 1-3 傳 動 系 統(tǒng) 圖車 床 的 正 、 反 轉 是 通 過 摩擦離合器實現(xiàn)的。13第 2 章 傳 動 零 件 的 初 步 計 算2.1 帶 傳 動 計 算帶 傳 動 的 失 效 形 式 和 設 計 準 則 ：帶 傳 動 的 主 要 失 效 形 式 是 打 滑 和 帶 的 疲 勞 破 壞 ， 因 此 ， 帶 傳 動 的 設 計 準 則是 在 保 證 帶 傳 動 不 打 滑 的 前 提 下 ， 具 有 一 定 的 疲 勞 強 度 和 壽 命 。1) 確 定 設 計 功 率根 據(jù) 電 動 機 的 額 定 功 率 dN、 載 荷 的 性 質 和 每 天 工 作 時 間 等 因 素 來 確 定 設 計功 率 ：（ 2-1）dAdKP?式 中 ： ——工 作 情 況 系 數(shù) ；A——電 動 機 的 額 定 功 率 ， 。dNW由 以 上 設 計 內 容 可 知 ， 電 動 機 的 型 號 為 Y132S2—2， 額 定 功 率 為， 查 [4]第 142 頁 表 9—13 ， 取 工 作 情 況 系 數(shù) 。KWd3? 1.?AK則 ， 設 計 功 率 為 dAdNKP?W3.1?因 此 ， 設 計 功 率 為 。d2) 選 擇 帶 型根 據(jù) 設 計 功 率 和 小 帶 輪 的 轉 速 ， 查 [4]第 143 頁 圖 9—8 dPmin/1420rn?得 ， 帶 型 為 A 型 普 通 V 帶 。3) 確 定 帶 輪 直 徑初 選 小 帶 輪 直 徑 。1D查 [4]第 134 頁 表 9—7 得 ， 可 初 選 小 帶 輪 直 徑 ；D140?大 帶 輪 的 轉 速 ； 傳 動 比 。min/802rn?75.82i大 帶 輪 直 徑 ： 1i14m43.25107??查 [4]第 134 頁 表 9—7 得 ， 選 大 帶 輪 直 徑 。mD250?實 際 傳 動 比 為 ： 78.14012?Di大 帶 輪 實 際 轉 速 in12min/7.80654r??轉 速 誤 差 %5013.in/81062 ??????rn因 此 ， 此 帶 輪 直 徑 是 允 許 的 。4) 驗 算 帶 速可 用 下 式 計 算 帶 速 ：（ 2-2）106??Dnv?式 中 ： ——帶 速 ， ；sm/——帶 輪 的 基 準 直 徑 ， ；——帶 輪 的 轉 速 ， 。nin/r用 公 式 （ 2-2） 計 算 帶 速 106??Dv?smr/403.1in/2?因 為 ,因 此 帶 速 合 適 。vsm/25/?5) . 確定帶的基準長度和傳動中心距15由 初 定 中 心 距 ， 取 。????210217.0DaD??? ma780?根 據(jù) 帶 傳 動 的 幾 何 關 系 ， 按 下 式 計 算 所 需 帶 的 長 度 ：（ 2-3）??02121040 aLd ???式 中 ： ——帶 的 初 算 長 度 ， ；0 m——初 定 中 心 距 ， ；a、 ——主 動 輪 和 從 動 輪 的 基 準 直 徑 ， 。1D2 m則 根 據(jù) 公 式 （ 2-3） 得 ： ????02121040 aDaLd ???????mm2176 7804158? ????查 [4]第 129 頁 圖 9—3 得 ， 取 帶 的 基 準 長 度 。Ld2?由 下 式 可 以 計 算 實 際 中 心 距 ：a（ 2-4）200dLa???式 中 ： ——實 際 中 心 距 ， ；m——帶 的 基 準 長 度 ， ；dL——帶 的 初 算 長 度 ， 。0則 ， 實 際 中 心 距 為 ： 200dLa???mm6917678?6) 驗算小帶輪的包角由 下 式 可 以 計 算 帶 輪 上 的 包 角 ：（ 2-5）aD121608?????16式 中 ： ——小 帶 輪 的 包 角 ；1?——實 際 中 心 距 ， ；am、 ——主 動 輪 和 從 動 輪 的 基 準 直 徑 ， 。1D2 m則 ， 小 帶 輪 上 的 包 角 為 ：aD121608????????12085.796m因 此 ， 小 帶 輪 的 包 角 合 適 。7) . 計算帶的根數(shù)由 下 式 可 以 計 算 V 帶 的 根 數(shù) :(2-6) ??LdKPZ?0???式 中 ： ——V 帶 的 根 數(shù) ；——電 動 機 的 設 計 功 率 ， ；dPW——單 根 V 帶 所 能 傳 遞 的 基 本 額 定 功 率 ， ；0 K——基 本 額 定 功 率 增 量 ， ；?——包 角 系 數(shù) ， 是 考 慮 包 角 不 是 時 對 傳 動 的 影 響 ； ?K?180——長 度 系 數(shù) ， 考 慮 帶 的 基 準 長 度 不 為 特 定 長 度 時 是 對 傳 動 的 影 響 。L由 小 帶 輪 的 直 徑 ， 小 帶 輪 的 轉 速 ， 查 [4]第 139mD140?min/4201rn?頁 表 9—9 得 基 本 額 定 功 率 ；KWP29.由 傳 動 比 ， 小 帶 輪 的 轉 速 ， 查 [4]第 140 頁75.i i/1r表 9—10 得 基 本 額 定 功 率 增 量 ；5.0?由 小 帶 輪 的 包 角 ， 查 [4]第 145 頁 表 9—14 得 包 角 系 數(shù)??8.10?；8.??K由 帶 的 基 準 長 度 ， 查 [4]第 145 頁 表 9—15 得 長 度 系 數(shù)mLd2。03.1L因 此 ， 由 公 式 （ 2-6） 得 ， 帶 的 根 數(shù) 為 ：Z17??LdKPZ?0???341. 3.1982.??W圓 整 取 Z=2 根 。2.2 各軸計算轉速的確定計 算 轉 速 是 傳 動 件 能 傳 遞 全 部 功 率 的 最 低 轉 速 。 各 傳 動 件 的 計 算 轉 速 可 以從 轉 速 圖 上 ， 按 主 軸 的 計 算 轉 速 和 相 應 的 傳 動 關 系 確 定 。 查 [3]第 54 頁 表 2-2 得 中 型 車 床 主 軸 的 計 算 轉 速 可 按 下 式 確 定 ：（ 2-7）13min??zj?式 中 ： ——主 軸 計 算 轉 速 ， ；j in/r——主 軸 的 最 小 轉 速 ， ；in m——傳 動 系 統(tǒng) 的 公 比 ， 。i/由 公 式 （ 2-8） 得 主 軸 的 計 算 轉 速 為 ：13min??zj?/2.9r根 據(jù) 主 軸 轉 速 標 準 數(shù) 列 得 到 ， 主 軸 的 計 算 轉 速 應 為 。min/95rj?軸Ⅲ可從主軸為 95r/min 按 22/88 的傳動副找上去得如下轉速表 2-1 各軸計算轉速軸 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ計算轉速 n 810r/min 472r/min 118r/min 95r/min182.3 傳動軸直徑的估算由 下 式 可 估 算 出 各 傳 動 軸 及 主 軸 的 直 徑 ：（ 2-8）??491?jnNd?式 中 ： ——軸 的 估 算 直 徑 ， ；m——軸 的 傳 遞 功 率 ， ；NKW——軸 的 計 算 轉 速 ， ；jnin/r——每 米 長 度 上 允 許 的 扭 轉 角 。???1) 主 軸 直 徑 估 算據(jù)《設計指導》P32 這些軸取 [ ]=1deg/m。 ?表 2-2 各軸估算長度軸 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ長度 540 500 640 700對Ⅰ軸d＝ ＝ ＝28mm4][91?jnN410583.91?對Ⅱ軸d＝ ＝ ＝30mm4][91?jnN4106723.91?對Ⅲ軸d＝ ＝ ＝40mm4][91?jnN410783.91?192.4 齒輪模數(shù)的初步計算參考《設計指導》P36 中齒輪模數(shù)的初步計算公式初定齒輪的模數(shù)（1）Ⅰ—Ⅱ軸齒輪彎曲疲勞的估算 mznNmw28.1473231???齒面點蝕的估算：A mm. .04723.3701??n由中心距 A 及齒數(shù)計算出模數(shù)： mm 31.0874.21????ZAm根據(jù)計算選取兩個中的大值，選取相近的標準模數(shù)。取 m1 = 2.5mm. （2）Ⅱ—Ⅲ軸齒輪彎曲疲勞的估算 znNmw 12.8963.23????齒面點蝕的估算：A mm. 3.128.3702?n由中心距 A 及齒數(shù)計算出模數(shù)： mm 3.296121????ZAm根據(jù)計算選取兩個中的大值，選取相近的標準模數(shù)。取 m1 = 2.5mm. （3）Ⅲ—Ⅳ軸齒輪彎曲疲勞的估算 znNmw 26.85103.23 ????齒面點蝕的估算：A mm. 2.853.730?n由中心距 A 及齒數(shù)計算出模數(shù)： mm 27.108.521????ZAm根據(jù)計算選取兩個中的大值，選取相近的標準模數(shù)。取 m1 = 3mm.20表 2-3 齒輪參數(shù)齒輪齒數(shù)分度圓（ ）zm?齒頂高（h a=m） 齒根高 ( =1.25m )fhZ1 = 68 170 2.5 3.125Z2 = 40 100 2.5 3.125Z3 = 40 100 2.5 3.125Z4 = 68 170 2.5 3.125Z5 = 19 47.5 2.5 3.125Z6 = 77 192.5 2.5 3.125Z7 = 25 62.5 2.5 3.125Z8 = 71 177.5 2.5 3.125Z9 = 32 80 2.5 3.125Z10 = 64 160 2.5 3.125Z11 = 73 219 3 3.75Z12 = 37 111 3 3.75Z13 = 22 66 3 3.75Z14 = 88 264 3 3.75Z15 = 48 144 2.5 3.125Z16 = 25 62.5 2.5 3.125212.6 主軸尺寸參數(shù)的確定1) 主 軸 前 、 后 軸 徑 的 確 定根 據(jù) 機 床 主 參 數(shù) 按 下 式 可 確 定 主 軸 的 前 軸 頸 直 徑 1D：（ 2-9）152.0max1??D式 中 ： ——主 軸 的 前 軸 頸 直 徑 ， ；1D——機 床 主 參 數(shù) （ 機 床 最 大 加 工 直 徑 ） ， 。max m主 軸 后 軸 頸 的 直 徑 2可 根 據(jù) 前 軸 頸 直 徑 1按 下 面 的 經(jīng) 驗 公 式 確 定 ：（ 2-10）??18.0~7?式 中 ： ——主 軸 后 軸 頸 的 直 徑 ， ；2——主 軸 的 前 軸 頸 直 徑 ， 。1D此 設 計 的 主 參 數(shù) 。m320ax?主 軸 前 軸 頸 直 徑 15.ax1?D??9~680??取 主 軸 前 軸 頸 直 徑 。m1主 軸 后 軸 頸 直 徑 ??128.07D?64~5.??取 主 軸 后 軸 頸 直 徑 。022) 主 軸 內 孔 直 徑 的 選 擇主 軸 內 孔 主 要 用 于 通 過 棒 料 、 夾 緊 刀 具 或 工 件 用 的 拉 桿 、 冷 卻 管 等 。 大 型 、重 型 機 床 的 空 心 主 軸 ， 還 可 減 輕 重 量 。 確 定 孔 徑 d 的 原 則 是 在 滿 足 對 空 心 主 軸孔 徑 的 要 求 和 最 小 壁 厚 要 求 以 及 不 削 弱 主 軸 剛 度 的 要 求 下 盡 量 取 大 一 些 。普 通 車 床 。6.0~5./?Dd主 軸 前 軸 頸 處 內 孔 直 徑 ??11.Dm480.?取 主 軸 前 軸 頸 處 內 孔 直 徑 。d51?22主 軸 后 軸 頸 處 內 孔 直 徑 ??226.0~5.Dd?取 主m3?軸 前 軸 頸 處 內 孔 直 徑 。d523) 主 軸 前 端 懸 伸 量 的 選 擇a主 軸 前 端 懸 伸 量 是 指 主 軸 前 支 承 徑 向 反 力 作 用 點 到 主 軸 前 端 受 力 作 用 點 之間 的 距 離 。 無 論 從 理 論 分 析 還 是 從 實 際 測 試 的 結 果 來 看 ， 主 軸 懸 伸 量 值 愈 小a愈 能 提 高 主 軸 部 件 的 剛 度 。 因 此 確 定 主 軸 懸 伸 量 的 原 則 是 在 滿 足 結 構 要 求 的a前 提 下 ， 盡 可 能 取 小 值 。查 [3]第 89 頁 表 3-13 得 ： 5.1~60/1?Da則 主 軸 前 端 懸 伸 量 ??.m20~48?取 主 軸 前 端 懸 伸 量 。a1?4) 主 軸 合 理 跨 距 的 選 擇L?根 據(jù) 綜 合 變 量 和 前 、 后 支 承 的 剛 度 之 比 求 出 主 軸 支 承 的 最 佳 跨 距 ， 在? 0L具 體 設 計 時 ， 常 由 于 結 構 上 的 限 制 ， 實 際 跨 距 ， 這 樣 就 造 成 主 軸 部 件 的0L?剛 度 損 失 ， 當 時 ， 剛 度 損 失 不 大 （ 5%左 右 ） ， 應 認 為 在 合 理 范5.1~7.0/?圍 之 內 ， 稱 為 合 理 跨 距 。根 據(jù) [3]第 90 頁 的 描 述 ， 又 因 為 后 軸 承 內 徑 小 于 前 軸 承 內 徑 ， 所 以 ， 取 前 、后 支 承 的 剛 度 之 比 。4.1?BAK綜 合 變 量 可 用 下 式 計 算 得 到 ：?（ 2-11）3aEIA式 中 ： ——綜 合 變 量 ；——主 軸 材 料 的 彈 性 模 量 ， 各 種 鋼 材 的 均 在 左EE25/0.mN?右 ， ；2725/10./10.2cmNmN???——主 軸 截 面 的 平 均 慣 性 矩 ， ；I 4——前 支 承 的 剛 度 ， ；AK/23——主 軸 前 端 懸 伸 量 ， 。acm查 [3]第 92 頁 表 3-14 得 4.170DKA??cN/26.86.主 軸 材 料 的 彈 性 模 量 ；2725/10./10.2mmE????主 軸 截 面 的 平 均 慣 性 矩??46dDI??42108.5cm??由 公 式 （ 2-13） 得 此 主 軸 的 綜 合 變 量 為 ：3aKEIA????1.210/0848 364227???cmNc查 [3]第 90 頁 圖 3-34 得 ， 所 以 最 佳 跨 距 為 。5.0?aL maL450.0?合 理 跨 距 為 。??L67~1~75.0??由 圖 1-3， 得 跨 距 ， 因 此 ， 此 設 計 不 需 要 三 支 承 。m??624第 3 章 零 件 的 驗 算3.1 對 Ⅰ 軸 ——Ⅱ 軸 小 齒 輪 的 驗 算3.1.1 接觸疲勞強度的驗算齒 面 接 觸 疲 勞 強 度 的 驗 算 公 式 為 ：（ 3-1）??HHEbduKTZ????????21)(式 中 ： ——齒 輪 的 許 用 接 觸 應 力 ；H][——彈 性 系 數(shù) ；EZ——節(jié) 點 區(qū) 域 系 數(shù) ；——重 合 度 ；?——初 算 的 齒 輪 模 數(shù) ， ；Km——小 齒 輪 傳 遞 的 轉 矩 ， ；1T——大 齒 輪 齒 數(shù) 與 小 齒 輪 齒 數(shù) 之 比 ， ，u 1?u“+”用 于 外 嚙 合 ， “-”用 于 內 嚙 合——齒 寬 ；b——分 度 圓 直 徑1dmNT?????46108.3109.5.9按 齒 數(shù) ,查 機 械 設 計 圖 6-15 得43Z.02.1?? 8.2.2??65??.?查 6-7 取 據(jù) 表 6-6 載 荷 平 穩(wěn) ， 電 動 機 驅 動 ，1.?K 0.1?AK據(jù) 表 6-9 不 對 稱 布 置 ， 取 齒 寬 系 數(shù) ； 據(jù) 圖 6-11 查 得1?d?5?試 選 05.?vt則 得 3.1.1??由 圖 6-16 重 合 度 系 數(shù) 780?Z25許 用 應 力由 圖 6-23 查 得 (不 允 許 出 現(xiàn) 點 蝕 )96.01?NZ12N由 表 6-8 查 得 MPaE8由 表 6-11 取 安 全 系 數(shù) HS有 圖 6-24 工 作 硬 化 系 數(shù) 7.0w由 表 6-10 查 得 齒 輪 接 觸 疲 勞 強 度 極 限 （ 大 小 齒 輪 硬 度 相 等 ）PaH41lim???(3-2)??M32.096.71?PaH412??取 小 值 代 入 。 ??1 MPaaH 32.407.2.1038.278.052.8924 ???????接 觸 疲 勞 強 度 足 夠 。3.1.2 彎曲疲勞強度的驗算彎 曲 疲 勞 強 度 的 驗 算 公 式 為 ：（ 3-3）??wjSwBYnZmNK?????231509式 中 ： ——齒 形 系 數(shù) ；Y——許 用 彎 曲 應 力 ， 。??wMPa其 它 符 號 的 意 義 同 公 式 （ 3-1） 中 的 字 母 。， 工 作 工 作 期 限 系 數(shù) ：8012??CmTCnK016?29.11280i/76??r查 [6]第 69 頁 表 33 得 =0.90； 查 [6]第 70 頁 表 34 得 =0.77； 其 余NKqK26符 號 的 值 同 公 式 （ 3-1） 。壽 命 系 數(shù) 為 ： KqNnTS?765.07.098.21?查 [6]第 64 頁 表 27 得 ； 查 [6]第 40 頁 表 11 得 。4Y??MPaw280??由 公 式 （ 3-3） 得 ： jSwBnZmNK231509?????MPaParKWw2802.83min/1784.6)5(403.5.?????因 此 ， 齒 輪 的 彎 曲 疲 勞 強 度 足 夠 。