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1、目 錄 1緒論 2 1.1金屬切削機床在國民經(jīng)濟(jì)中的地位 2 1.2本課題研究目的 2 2、 臥室升降臺銑床主軸箱的設(shè)計 3 2.1原始數(shù)據(jù)與技術(shù)條件 3 2.2機床主傳動系統(tǒng)運動設(shè)計 3 2.3傳動零件的初步計算 7 3、 結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明 15 3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 15 3.2展開圖及其布置 16 3.3軸（輸入軸）的設(shè)計 16 3.4齒輪塊設(shè)計 17 3.5傳動軸的設(shè)計 18 3.6主軸組件設(shè)計 19 總結(jié) 23 致謝 24 參考文獻(xiàn) 25 1、緒論 1.1金屬切削機床在國民經(jīng)濟(jì)中的地位 金

2、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， 又稱為“工作母機”或“工具機”。 在現(xiàn)代機械制造工業(yè)中，金屬切學(xué)機床是加工機器零件的主要設(shè)備， 它所擔(dān)負(fù)的工作量， 約占機器總制造工作量的40% 60%機床的技術(shù)水平直接影響機械制造工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞 動生產(chǎn)率。 機床的“母機”屬性決定了它在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位。機床工業(yè)為各種類型的機械制 造廠提供先進(jìn)的制造技術(shù)和優(yōu)質(zhì)高效的機床設(shè)備，促進(jìn)機械制造工業(yè)的生產(chǎn)能力和工藝水平 的提高。機械制造工業(yè)肩負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供現(xiàn)代化技術(shù)裝備的任務(wù)，為適應(yīng)現(xiàn)代化 建設(shè)的需要，必須大力發(fā)展機械制造工業(yè)。機械制造工業(yè)是國民經(jīng)

3、濟(jì)各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)。 機床工業(yè)則是機械制造工業(yè)的基礎(chǔ)。一個國家機床工業(yè)的技術(shù)水平，在很大程度上標(biāo)志著這 個國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。顯然，金屬切削機床在國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化建設(shè)中起著 重大的作用。 1.2本課題研究目的 課程設(shè)計是在學(xué)生學(xué)完相應(yīng)課程及先行課程之后進(jìn)行的實習(xí)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是大學(xué)生的必 修環(huán)節(jié)，不僅是鞏固學(xué)生大學(xué)所學(xué)知識的重要環(huán)節(jié)，而且也是在檢驗大學(xué)生綜合應(yīng)用知識的 能力、自學(xué)能力、獨立操作能力和培養(yǎng)創(chuàng)新能力，是大學(xué)生參加工作前的一次實踐性鍛煉。 通過本課題設(shè)計可以達(dá)到以下目的： 1.綜合運用學(xué)過的專業(yè)理論知識，能獨立分析和擬訂某機床主軸箱傳動結(jié)構(gòu)， 裝配結(jié)構(gòu)和 制造結(jié)

4、構(gòu)的各種方案，能在機械設(shè)計制圖，零件計算和編寫技術(shù)文件等方面得到綜合訓(xùn)練， 具備設(shè)計中等復(fù)雜零件的能力。 2通過本課程設(shè)計的訓(xùn)練，能初步掌握機床的運動設(shè)計，動力計算以及關(guān)鍵零部件的強度 校核，或得工程師必備設(shè)計能力的初步訓(xùn)練，從而提高分析問題，解決問題，盡快適應(yīng)工程 實踐的能力。 3.熟悉和學(xué)會使用各種手冊，能善于使用網(wǎng)絡(luò)搜尋一些設(shè)計的相關(guān)資料， 掌握一定的工藝 制訂的方法和技巧。 4. 進(jìn)一步提高計算機操作的基本技能、CAD及 Pro/Engineer軟件應(yīng)用能力（造型設(shè)計與自 動編程）、仿真模擬軟件的應(yīng)用。 2、臥室升降臺銑床主軸箱的設(shè)計 圖1 2.1原始數(shù)據(jù)與技術(shù)條件

5、 主軸轉(zhuǎn)速范圍：nmax 1250rpm ru 100rpm 變速級數(shù)：Z=12 電動機功率： N 1.5KW 工件材料：45號剛 刀具材料：YT15 2.2機床主傳動系統(tǒng)運動設(shè)計 確定極限轉(zhuǎn)速 Q nmax 1250rpm , nm^ 100rpm _ nmax 1250 “ 廠 轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍：RN - 12.5 確定公比 機床分級變速機構(gòu)共有 z=i2級,其中n nmin , nz nmax， Z級轉(zhuǎn)速分別為ni, n2, nz。 Q任意兩級轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為nj i nj ni n min，n2 m ，n3 n2 nz nz i ni 變速

6、范圍Rn Rmax nmin z i 即 i2.5 ii 求得 i.24按照標(biāo)準(zhǔn)公比取 i.26 確定各主軸轉(zhuǎn)速 查表7 i⑴確定（單位：rmin） m ioo n2 i25 i60 n4 200 n5 250 n6 3i5 n? 400 n8 500 n9 630 ni0 800 nii i000 口2 i250 主運動鏈轉(zhuǎn)速圖的擬定 （1） 確定電動機轉(zhuǎn)速 查《金屬切削機床設(shè)計簡明手冊》可確定電動機的轉(zhuǎn)速 因所給電動機的功率N 3KW 故選電動機的型號為YiOOLi 4 滿載時轉(zhuǎn)速為nm i420rpm。 （2） 傳

7、動組和傳動副數(shù)的確定 傳動組和傳動副數(shù)可能的方案有： 方案（一）： i2 4 3 i2 3 4 方案（二）： i2 3 2 2 i2 2 3 2 i2 2 2 3 在上例兩行方案中，第一行方案有時可以省掉一根軸。缺點是一個傳動組內(nèi)有四個傳動 副。如果用一個四聯(lián)滑移齒輪，貝U會增加軸向尺寸；如果用兩個雙聯(lián)滑移齒輪，貝U操縱機構(gòu) 必須互鎖以防止兩個滑移齒輪同時嚙合。所以一般少用。 第二行的三個方案可根據(jù)下述原則比較：從電動機到主軸，一般為降速傳動。接近電動 機處的零件，轉(zhuǎn)速較高，從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也就較小。如果傳動副較多的傳動組放在接近 電動機處，則可使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件就可

8、以少些，就省材料了。這就是“前 多后少”的原則。 從這個角度考慮，以取12 3 2 2的方案較好。 (3) 結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(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?？赡苡辛N方 案，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式見圖8-4 a. 傳動副的極限傳動比和傳動組的極限變速范圍 在降速傳動時，為了防止被動齒輪的直徑過大而使徑向尺寸太大，常限制最小傳動比 imin 1/4。在升速時，為防止產(chǎn)生過大的振動和噪聲，常限制最大傳動比 imax 2。如用斜齒 齒輪傳動，則imax 2.5。因此主傳動鏈任一傳動組的最大變速范圍一般為 Rmax 業(yè) 8~10 umi

9、n 在檢查傳動組的變速范圍時只需檢查最后一個擴(kuò)大組，因為其他組的變速范圍都比他小。 根據(jù)時(8-2)，應(yīng)為R xV Rmax圖中，方案a、b、c、e的第二擴(kuò)大組X2 6, P2 2,則 R2 6 2 1 6。其中 1.26，則R2 4，時可行的，其它兩個方案R2 6.4，不如第一個好。 所以選擇第二個 b. 基本組和擴(kuò)大組的排列順序 在可行的四種結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式方案(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軸變速范圍最小的方案。因為如果各方案同號傳動軸的最高轉(zhuǎn)速相 同，貝U變速范圍最小的，最低轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較小，傳動件的尺寸也就小些。比較上面四

10、種 方案，方案(a)的中間傳動軸變速范圍最小，故方案(a)最佳。即如果沒有別的要求，則 應(yīng)盡量使擴(kuò)大順序與傳動順序一致。 c. 擬定轉(zhuǎn)速圖 電動機和主軸的轉(zhuǎn)速是已經(jīng)給定的，當(dāng)選定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式后，就可分配各傳動組的傳 動比并確定中間軸的轉(zhuǎn)速。中間軸的轉(zhuǎn)速如果高一些，傳動件的尺寸也就小一些，但中間軸 如果轉(zhuǎn)速過高，將會引起過大的振動，發(fā)熱和噪聲。通常希望齒輪的線速度不超過12: 15呎。 對于該主軸箱，中間軸的最高轉(zhuǎn)速不應(yīng)超過電動機的轉(zhuǎn)速。本例所選定的結(jié)構(gòu)式共有三 主軸共12速, C的變速范圍為 12 14 ， 個傳動組，變速機構(gòu)共需四軸，加上電動機共需五軸，故轉(zhuǎn)速圖共需五條豎線

11、故需12條橫線。 中間各軸的轉(zhuǎn)速可以從主軸開始往前推，先確定軸 III的轉(zhuǎn)速。傳動組 6 1.266 4 Rmax，可知兩個傳動副的傳動比必然是極限值：ic1 ic2 21 ；，這樣就確定了軸 山 的六種轉(zhuǎn)速只有一種可能,即為250, 315，400, 500, 630, SO%。 隨后確定軸II的轉(zhuǎn)速：傳動組b的級比指數(shù)為3,在傳動比極限范圍內(nèi)，軸II的轉(zhuǎn)速 最高可為500, 630, 800rmjn，最低轉(zhuǎn)速為250, 315, 400r mjn。為了避免升速，又不使 傳動比太小，故可取jb1 1 3 、 ib2 11 軸II的轉(zhuǎn)速可取為500, 630, 8°°rmin

12、同理對于軸I，可取iai 2 %.58 ia2 %.26 ia3 龍 電動機I II III IX XT \\ 圖2 故可確定軸I轉(zhuǎn)速為800 r min。轉(zhuǎn)速圖如下: 1250^ 1000 呂0A *534 劉A 4D2 252 20^' 1理 225齒輪齒數(shù)的確定 當(dāng)傳動比采用標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時，齒數(shù)和 Sz以及小齒輪齒數(shù)可從表8 1⑴中查得 如傳動組 a, ia

13、! % Ia2 11.58 查i為1，1.4和2 的三行。有數(shù)字的即為可能方案。結(jié)果如下: Sz=-70,72,74,76,… Sz=-70,72,73,75,77 … Sz 二…70,72,74,76, 從以上三行中可以挑出 Sz=70和72是共同適用的, 如取Sz=72,則從表中查出小齒輪齒 數(shù)分別為36, 32, 28。即ia1 3636 ia2 3240 ia3 2844 同理 ib1 3%6 ib2 2%8 ； ic1 2050 ic2 4%7。 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 實際傳動比所造成的主軸轉(zhuǎn)速誤差一般不應(yīng)超過 10( 1)%，即: 實際傳動比 理

14、論傳動比 理論傳動比 10 1 % 1.24 1.26 1.26 1.5% 2.6% 主軸轉(zhuǎn)速合格 2.3傳動零件的初步計算 計算各傳動件的計算轉(zhuǎn)速 a. 主軸：根據(jù)表8 2⑴，中型機床的主軸計算轉(zhuǎn)速為第一個三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的 最高一級轉(zhuǎn)速， 即為n4 250rpm 。 b.各傳動軸：軸III 可以從主軸為250rpm按48傳動副找上去，近似為500rpm，但是由于 24 軸II上最低轉(zhuǎn)速為500rpm經(jīng)傳動組c可以使主軸得到100,400 rpm兩種轉(zhuǎn) 速。400%命要傳遞全部的功率，所以軸 山 計算轉(zhuǎn)速n3 250rmin，同 理可得

15、軸II計算轉(zhuǎn)速n2 500 r min c.各齒輪：傳動組 24 C中24只需計算Z 48 24的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為 500rmin ； 44只需計算 Z 24，nj 500味命。Z 20 Z=27兩個齒輪哪一個的應(yīng)力更大一些， 較 難判斷，可同時計算，選擇模數(shù)較大的作為傳動組 C齒輪的模數(shù)，傳動組b 應(yīng)計算Z 24，nj 500 ；傳動組a應(yīng)計算Z 28，丐 800 傳動軸直徑的初定 傳動軸直徑按剛度用如下公式進(jìn)行概算: 其中d 傳動軸直徑[mm] Tn——該軸傳遞的額定扭矩 N mm， 「955 104 — nj N ――該軸傳遞的功率 KW

16、nj 該軸的計算轉(zhuǎn)速 rpm ――該軸每米長度允許扭轉(zhuǎn)角degm選取為。三宀。% 軸1 :d1 91 ■ 800 22mm 軸 II :d2 91 4 2.6778 ■- 500 25mm 軸 III :d3 91 42?61 250 29mm 主軸軸頸直徑的確定 2 查表3 根據(jù)主軸驅(qū)動功率可確定銑床主軸前軸頸的直徑 D1范圍50 : 80mm 故取 80mm 后軸頸的直徑 D2 0.7: 0.85 D1 0.7 80 56mm。 234齒輪模數(shù)的初步確定 般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪按簡化的接觸疲勞強度公 式

17、計算mj 163383 i 1 Nd Z2 i 2 nj mm 式中：mj 按疲勞接觸強度計算的齒輪模數(shù) mm Nd ——驅(qū)動電機功率 KW nj 計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速 rpm 大齒輪齒數(shù)和小齒輪齒數(shù)之比i 1 乙 小齒輪齒數(shù) m ――齒寬系數(shù)，m -（ B為齒寬，m為模數(shù)），m 6： 10 m 「一一許用接觸應(yīng)力 MPa 傳動組c模數(shù): 傳動組b模數(shù): mC1 3.5 1 3 2.5 6002 250 16338 3 3 2 2 600 500 2.87 傳動組a模數(shù)： ma1 163383 2 2.65 1~~3 2.27

18、 ■ 8 282 1.6 6002 800 mb 對于傳動組C,應(yīng)選擇較大模數(shù)作為傳動組 C的模數(shù) 故選取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)ma 2.27， mb 2.87， mc 4 選定軸承 查雙列圓柱滾子軸承和圓錐磙子軸承 GB283 87 軸 I : 6004 d=22 D=42 B=12 軸 II : 3182107 d=25 D=50 B=13 軸 III : 3182109 d=29 D=55 B=15 軸 IV: 前端7207 d=35 D=72 B=17 后端7210 d=56 D=90 B=20 236三角帶傳動的計算和選定 三角帶的

19、選用應(yīng)保證有效地傳遞最大功率并有足夠的使用壽命 （一定的疲勞強度）。計算 是按一定的已知條件-----傳遞的功率、主、被動帶輪的轉(zhuǎn)速和工作情況 -----確定帶輪的直 徑、中心距、膠帶型號、長度和根數(shù)及作用在支承軸上的徑向力。 a. 確定計算功率Nj Nj KN kw 式中：N —主動帶輪傳遞的功率 kw K —工作情況系數(shù) 查表 10 有 K=1.2 則 叫=1.2 3=3.6 b. 選擇三角帶的型號 根據(jù)計算功率叫=3.6和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1=1420有圖一選定 選擇三角帶的型號是Z型 c. 確定帶輪的直徑D1、D2 小袋輪的直徑應(yīng)滿足：D1 Dmin Dmin為三角帶

20、帶輪的最小計算直徑，盡量選用較大的直徑，以減小膠帶的彎曲應(yīng)力，從 而提高膠帶的使用壽命。查表11選擇膠帶帶輪的直徑D1 =90mm大輪直徑 n 1420 D2 mm = 90=1.42 90=127.8 取整數(shù)有 D2=128mm n2 1000 其中n1、n2是小輪及大輪的轉(zhuǎn)速rpm d. 計算膠帶速度v D1n1 3.14 90 1420 v ——m/ s 6.68 7 m/s 6000 6000 一般 v 5m/s; 所以選 v=7m/s e. 初定中心距A 兩帶輪的中心距應(yīng)在 A 0.6: 2 D1 D2范圍內(nèi)選定，中心距過小時，膠帶短因而增 加膠帶的單位時間的

21、彎曲次數(shù)降低交代受命；反之，中心距過大，在帶速較高時易引起振動。 所以 Ao=1* (90+128) =218mm f. 計算膠帶的長度Ld0 Ld0 2A0 I D1 D2 2 d2 d1 388 2 80 114 80 114 182.07 mm 4 388 由上式計算出的 Lo值查表12選擇標(biāo)準(zhǔn)長度Ld=1120mm g.計算實際中心距A A A0 土 帶傳動的中心距一般設(shè)計成可調(diào)整的， 其調(diào)整范 圍 Amin A 0.015Ld Amax A 0.03Ld Ld0 1120 1082 哽 388 407 2 2 考慮到安裝調(diào)整和

22、補償張緊力的需要， h. 驗算小帶輪包角 小帶輪包角 1 180 D—D1 57.3 169 A 1 120 所以小帶輪包角合適。 i. 確定V帶根數(shù) 單跟V帶的基本功率0.36kw NoG N0 —單跟三角膠帶能傳遞的功率 查表13得N0 =0.53 Ci —小帶輪包角系數(shù) 查表14得Ci=1 則z= 36 4.98 所以取z=5 0.53 0.98 j. 作用在支承軸上的徑向力 Q Q 2S0zsin - 2 So —膠帶的初拉力有查表得So =80N 則 Q 2 75 5 sin169 746.5N 2 直齒圓柱齒輪的強度計算 在驗算變速箱中

23、的齒輪強度時，選用模數(shù)中承載最大的，齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)行接觸和 彎曲疲勞強度驗算。一般對高速傳動齒輪主要驗算接觸疲勞強度，對于低速傳動齒輪主要 驗算彎曲疲勞強度，對硬齒面軟齒芯淬火齒輪，一定要驗算彎曲疲勞強度。在此例中應(yīng) II 軸的齒數(shù)為24的齒輪按接觸疲勞強度計算齒輪模數(shù) mj mj 163383 i 1 KdgKcCKbCKsCN mm 2? m Z1 i 2 式中：N— 傳遞的額定功率 N Nil =1.984 nj —計算轉(zhuǎn)速 n j=630 B —齒寬系數(shù)： m -，B齒寬，m模數(shù)m=6： 10 取m=8 m Z —小齒輪齒輪； i — 大齒輪與小齒

24、輪的齒數(shù)之比i 1,“ +”號用于外嚙合，“-”號用于內(nèi)嚙合 i=2 Kn —轉(zhuǎn)速變化系數(shù)查表19 Kn=058 kn — j —許用接觸應(yīng)力 從表26選取 j =600 Kb —齒向載荷分布系數(shù)查表24得Kb =1.04 Kq —材料強化系數(shù)查表20 Kq=0.55 m —疲勞曲線指數(shù) 查表16 m=3 C。一基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù) 查表16 C° = 107 Kc —工作情況系數(shù)，考慮沖擊的影響：主運動（中等沖擊）取 Kc=1.2 Kd —動載荷系數(shù)，從表23選取 則Kd =1.2 n1 —齒輪的最低轉(zhuǎn)速 n1 =160 T —齒輪在機床工作期限（Ts ）內(nèi)的總工作時間h見表1

25、7，同一變速組內(nèi)的齒輪 總工作時間可近似為T Ts/P，P為該變速組的傳動副數(shù)；P=2 Ts =20000 則 T=20000/2=10000 Kt —工作期限系數(shù) ’ 60n(T 3ii60 160 10000 , “ Kt m-CT 3―10一 133 ks —壽命系數(shù) ks 心心心心=1.33 0.58 0.89 0.55 0.38 則 mj=16338 =2.215 3 2 1 1.2 1.2 1.04 1.98 8 242 2 6002 630 主軸剛度驗算 a.選定前端懸伸量C,參考《機械裝備設(shè)計》P121，根據(jù)主軸端部的結(jié)構(gòu)，前支承軸承配置 和密圭寸裝置

26、的型式和尺寸，這里選定 C=120mm. b. 主軸支承跨距L的確定 一般最佳跨距L0 2 ： 3 C 240： 420mm，考慮到結(jié)構(gòu)以及支承剛度因磨損會不斷 降低，應(yīng)取跨距L比最佳支承跨距L。大一些，再考慮到結(jié)構(gòu)需要，這里取 L=600mm c. 計算C點撓度 (1) 周向切削力R的計算 Pt 2 955 104 肌 Djnj 其中：Nd 5.5KW, 0.96 0.987, Dj 0.5: 0.6 Dmax 0.5: 0.6 400 200 240mm, 取Dj 240, rij 31.5r/min 故pt 2 955 104 0.82 5.5 2

27、40 35.5 1.15 104N，故 R 1.12R 1.736 104N。 PT 0.45R 6.98 1O‘N,Pf 0.35R 5.43 103N ⑵ 驅(qū)動力Q的計算 參考《機床主軸箱指導(dǎo)書》， 7 N Q 2.12 107 - nzn 其中 所以 N Nd 5.5 0.96 0.987 4.58KW,z 72, m 3,n 35.5r/min Q 軸承剛度的計算 2.12 107 4.58 4 72 35.5 1.13 104N 這里選用4382900系列雙列圓柱子滾子軸承 根據(jù) C 22.222 1.50'103 d0'8 求得: C

28、A 22.222 1.50.103 700.8 8.48 105N/mm CB 22.222 1.50.103 1000.8 9.224 105N/mm ⑷ 確定彈性模量，慣性距I ; lc;和長度a,b,s。 1) 軸的材產(chǎn)選用40Cr，查《簡明機械設(shè)計手冊》P6,有 E 2.1 105MPa 2) 主軸的慣性距I為： D4外D4內(nèi) 64 4.27 106mm4 主軸C段的慣性距Ic可近似地算: D41 0.64D41 64 6.25 106mm4 3) 切削力P的作用點到主軸前支承支承的距離 S=C+，對于普通車床, W=0.4H (H是車床中心高，設(shè) H

29、=200mm) 則：S 120 0.4 200 200mm 4) 根據(jù)齒輪、軸承寬度以及結(jié)構(gòu)需要，取 b=60mm 5) 計算切削力P作用在S點引起主軸前端C點的撓度 ycsp 3sc2 c3 6EIc Lsc 3EI CaL2 sc 2 mm CaL2 代入數(shù)據(jù)并計算得ycsp=0.1299mm 6) 計算驅(qū)動力Q作用在兩支承之間時，主軸前端 C點子的撓度ycmq bc 2L b Lb L C L b bc ycmq Q 2 2 mm q 6EIL CBL2 CAL2 計算得： ycmq=-0.0026mm （5） 求主軸前端C點的終合撓度y

30、c 水平坐標(biāo)丫軸上的分量代數(shù)和為ycy ycsp cos p ycmq C0S ycm cos 其中 p 66o, q 270°, m 180o，計算得： ycy =0.0297mm. ycz 0.0928mm。綜合撓 度 yc .. ycy2 ycz2 0.118mm 綜合撓度方向角 yc arctgb 72.25°，又 ycy y，所以此軸滿足要求。 y 0.0002L 0.0002 600 0.12mm。因為 yc 3、結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明 3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 設(shè)計主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動件（傳動軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器

31、和制動器等） 主軸組件、操縱機構(gòu)、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結(jié)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。課程設(shè)計由于時間的限制，一般只畫展開圖。 主軸變速箱是機床的重要部件。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。 精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動效率要求，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)計時整個機床設(shè)計的重點，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計中不可避免要經(jīng)過反 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） 布置傳動件及選擇結(jié)構(gòu)方案。 2） 檢驗傳動設(shè)計的

32、結(jié)果中有無干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時 改正。 3） 確定傳動軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對位置，以確 定各軸的受力點和受力方向，為軸和軸承的驗算提供必要的數(shù)據(jù)。 3.2展開圖及其布置 展開圖就是按照傳動軸傳遞運動的先后順序，假想將各軸沿其軸線剖開并將這些剖切面 平整展開在同一個平面上。 I軸上裝的摩擦離合器和變速齒輪。有兩種布置方案，一是將兩級變速齒輪和離合器做 成一體。齒輪的直徑受到離合器內(nèi)徑的約束，齒根圓的直徑必須大于離合器的外徑，負(fù)責(zé)齒 輪無法加工。這樣軸的間距加大。另一種布置方案是離合器的左右部分分別裝在同軸線的軸 上，左邊部分接通，得到一級反向轉(zhuǎn)動，

33、右邊接通得到三級反向轉(zhuǎn)動。這種齒輪尺寸小但軸 向尺寸大。我們采用第一種方案，通過空心軸中的拉桿來操縱離合器的結(jié)構(gòu)。 總布置時需要考慮制動器的位置。制動器可以布置在背輪軸上也可以放在其他軸上。制 動器不要放在轉(zhuǎn)速太低軸上，以免制動扭矩太大，是制動尺寸增大。 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。 3.3軸（輸入軸）的設(shè)計 將運動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

34、們采用的卸荷裝置一般是把 軸承裝載法蘭盤上，通過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值得注意： 1） 摩擦片的軸向定位：由兩個帶花鍵孔的圓盤實現(xiàn)。其中一個圓盤裝 在花鍵上，另一個裝在花鍵軸上的一個環(huán)形溝槽里，并轉(zhuǎn)過一個花鍵齒，和軸上的花鍵對正， 然后用螺釘把錯開的兩個圓盤連接在一起。這樣就限制了軸向和周向德兩個自由度，起了定 位作用。 2） 摩擦片的壓緊由加力環(huán)的軸向移動實現(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)計時應(yīng)使加力環(huán)推動擺桿和鋼球的運動是不可逆的，即操縱力撤 消后，有自鎖作用。 結(jié)構(gòu) I軸上裝有摩擦離合器，兩端的齒

35、輪是空套在軸上，當(dāng)離合器接通時才和軸一起轉(zhuǎn)動。 但脫開的另一端齒輪，與軸回轉(zhuǎn)方向是相反的，二者的相對轉(zhuǎn)速很高（約為兩倍左右） 設(shè)計時應(yīng)考慮這點。 齒輪與軸之間的軸承可以用滾動軸承也可以用滑動軸承。滑動軸承在一些性能和維修上 不如滾動軸承，但它的徑向尺寸小。 空套齒輪需要有軸向定位，軸承需要潤滑。 3.4齒輪塊設(shè)計 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 一個齒輪上的載荷是變化的。同時由于齒輪制造及安裝誤差等，不可避免要產(chǎn)生動載荷而引 起振動和噪音，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)計時，應(yīng) 充分考慮這些問題。 齒輪塊的結(jié)構(gòu)

36、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力和運動。它的精度選擇主要取決于圓周速度。采用同一精度 時，圓周速度越高，振動和噪聲越大，根據(jù)實際結(jié)果得知，圓周速度會增加一倍，噪聲約增 大 6dB。 工作平穩(wěn)性和接觸誤差對振動和噪聲的影響比運動誤差要大，所以這兩項精度應(yīng)選高一 級。 為了控制噪聲，機床上主傳動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，制造費用將顯著提高。

37、 不同精度等級的齒輪，要采用不同的加工方法，對結(jié)構(gòu)要求也有所不同。 8級精度齒輪，一般滾齒或插齒就可以達(dá)到。 7級精度齒輪，用較高精度滾齒機或插齒機可以達(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級精度的齒輪，用精密滾齒機可以達(dá)到。淬火齒輪，必須磨齒才能達(dá)到 6級。 機床主軸變速箱中齒輪齒部一般都需要淬火。 其他問題 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）和機械加工時的安裝和定位

38、 基面。盡可能做到省工、省料又易于保證精度 齒輪磨齒時，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。滑移齒輪在軸向位置由操縱機構(gòu)中的定 位槽、定位孔或其他方式保證，一般在裝配時最后調(diào)整確定。 3.5傳動軸的設(shè)計 機床傳動軸，廣泛采用滾動軸承作支撐。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、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、噪聲、空載功率、磨損和發(fā)熱增大；兩軸中心

39、距誤差和軸芯線間的平行 度等裝配及加工誤差也會引起上述問題。 傳動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。這是加工時的過 濾部分。一般尺寸花鍵的滾刀直徑 D刀為65?85mm。 機床傳動軸常采用的滾動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

40、承內(nèi)外圈可以分開，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。選擇軸承的型號和尺寸，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 安裝多刀同時加工幾個同心孔的工藝。下面分析幾種鏜孔方式：對于支撐跨距長的箱體孔， 要從兩邊同時進(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 時加工各孔；對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)計時應(yīng)盡可能避免' 既要滿足承載能力的要求，又要符合

41、孔加工工藝，可以用輕、中或重系列軸承來達(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?10m m,以免加工時孔變形。 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。 傳動軸必須在箱體內(nèi)保持準(zhǔn)確位置，才能保證裝在軸上各傳動件的位置正確性，不論軸 是否轉(zhuǎn)動，是否受軸向力，都必須有軸向定位。對受軸向力的軸，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）在選擇定位方式時應(yīng)注意： 1） 軸的長度。長軸要考慮熱伸長的問題，宜由一端定位。 2） 軸承的間隙是否需要調(diào)整。 3） 整個軸的軸向位置是否需要調(diào)整。

42、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。 3.6主軸組件設(shè)計 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 參予切削成形運動，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 時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方面考慮。 各部分尺寸的選擇 主軸形狀與各部分尺寸不僅和強度、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棒料，安裝自動卡盤的操縱機構(gòu)及通過卸頂尖的頂桿，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。

43、 2） 軸頸直徑 前支撐的直徑是主軸上一主要的尺寸，設(shè)計時，一般先估算或擬定一個尺寸，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） 支撐跨距及懸伸長度 為了提高剛度，應(yīng)盡量縮短主軸的外伸長度a。選擇適當(dāng)?shù)闹慰缇郘,一般推薦?。篖a =3?5，跨距L小時，軸承變形對軸端變形的影響大。所以，軸承剛度小時， 匕應(yīng)選大值， 軸剛度差時，貝U取小值 跨距L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)時力 求接近上述要求。 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

44、柱滾子軸承。承載能力大，可同時承受徑向力和軸向力，結(jié)構(gòu)比較簡單，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)的機床上廣泛采用。具有承載 能力大，允許極限轉(zhuǎn)速高的特點。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床。 2） 軸承的配置 大多數(shù)機床主軸采用兩個支撐，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但為了提高主軸剛度也有用三個 支撐的了。三支撐

45、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，可以用兩個支撐的主要支撐，第三個為輔助支 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 mm ），只有在載 荷比較大、軸產(chǎn)生彎曲變形時，輔助支撐軸承才起作用。 軸承配置時，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方向以及結(jié)構(gòu)的負(fù)責(zé)程 度，應(yīng)根據(jù)機床的實際要求確定。 在配置軸承時，應(yīng)注意以下幾點： ① 每個支撐點都要能承受經(jīng)向力。 ② 兩個方向的軸向力應(yīng)分別有相應(yīng)的軸

46、承承受。 ③ 徑向力和兩個方向的軸向力都應(yīng)傳遞到箱體上，即負(fù)荷都由機床支撐件承受。 3） 軸承的精度和配合 主軸軸承精度要求比一般傳動軸高。前軸承的誤差對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。 普通精度級機床的主軸，前軸承的選C或D級，后軸承選D或E級。選擇軸承的精度時， 既要考慮機床精度要求，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反映到軸承滾道上去。如果配合精度選的太低，會降低軸承的回轉(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

47、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，過大的預(yù)負(fù)載對提高剛度沒有明顯的小果，而磨損發(fā)熱量和噪聲都會增 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)圈相對外圈可以移動，當(dāng)內(nèi)圈向大端軸向移動時，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，隔套兩個端面的平行度都由較高要求，否則，調(diào)整時可能將軸承壓偏而破壞

48、精度。 隔套越長，誤差的影響越小。 螺母端面對螺紋中心線垂直度、軸上和孔上套簡兩端平行度等均有嚴(yán)格的精度要求。 363 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）。錐面配合對中性好，但加工較難。平鍵一般用一個或者兩個（相隔 180度布置），兩 國特鍵不但平衡較好，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 問題。 364 潤滑與密封 主軸轉(zhuǎn)速高，必須保證充分潤滑，一般常用單獨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。

49、 0.1 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 0.3 mm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)開一 個或幾個并列的溝槽（圓弧形或v形），效果比上一種好些。在軸上增開了溝槽（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，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)一一在適當(dāng)?shù)牡胤阶龀龌赜吐?，使油能順利地流回到油箱? 其他問題 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，推力軸承承

50、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。 支承孔如果直接開在箱體上，內(nèi)端面加工有一定難度。為此，可以加一個杯形套孔解決，套 孔單獨在車床上加工，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。各種牌號鋼材的彈性模量基本一樣， 對剛度影響不大。主軸一般選優(yōu)質(zhì)中碳鋼即可。精度較高的機床主軸考慮到熱處理變形的影 響，可以選用40Cr或其他合金鋼。主軸頭部需要淬火，硬度為 RC50?55。其他部分處理后, 調(diào)整硬度為HB220?250。 總結(jié) 在課程設(shè)計當(dāng)中，我也遇到了一些問題，在同學(xué)和老

51、師的幫助下，一個個后解決掉，設(shè) 計過程也培養(yǎng)了我們認(rèn)真細(xì)心的態(tài)度，讓我們在實踐中更加注重細(xì)節(jié)的培養(yǎng)。 在此過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，使我加深了對大學(xué)所學(xué)課程理解，綜合應(yīng)用， 并 得到進(jìn)一步的鞏固，這對以后的學(xué)習(xí)和工作都有積極的意義， 同時也培養(yǎng)了我們具有團(tuán)隊合 作的精神。 總之，這次的課程設(shè)計讓我學(xué)到了很多東西。 致謝 在此次課程設(shè)計中，是在龐老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的。龐老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實的 治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對我產(chǎn)生重要影響。 另外，我還要特別感謝同學(xué)們對我設(shè)計和謝說明書的指導(dǎo)，他們?yōu)槲彝瓿蛇@篇論文提供 了巨大的幫助。 同時，在此次畢

52、業(yè)設(shè)計過程中我也學(xué)到了許多了關(guān)于機床設(shè)計一些教科書上沒有的的知 識，使我對機床的設(shè)計也產(chǎn)生了濃厚的興趣，在將來的工作中也有很大的好處。 最后，再次對關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝。 參考文獻(xiàn) [1] 陳易新?機床課程設(shè)計指導(dǎo)書?哈爾濱工業(yè)大學(xué)，1981 [2] 范云漲.陳兆年主編.金屬切削機床設(shè)計簡明手冊.機械工業(yè)出版社.1994 [3] 濮良貴 紀(jì)名剛主編.機械設(shè)計.高等教育出版社?北京.2001 [4] 黃鶴汀主編.金屬切削機床設(shè)計.北京.機械工業(yè)出版社，2005 ⑸馮開平左宗義主編.畫法幾何與機械制圖?華南理工出版社.2001.9 ⑹ 唐金松主編?簡明機械設(shè)計手冊?上?？萍技夹g(shù)出版社?上海.1992.06 [7] 陳易新編.金屬切削機床課程設(shè)計指導(dǎo)書.北京：機械工業(yè)出版社，1987.7 [8] 曹金榜等編.機床主軸箱、變速箱設(shè)計指導(dǎo).北京：機械工業(yè)出版社，1987.5 [9] 李云主編.機械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導(dǎo)手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1997.8 [10] 戴曙主編?金屬切削機床?北京：機械工業(yè)出版社， 1993.5