金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)主軸箱設(shè)計(jì),金屬,切削,機(jī)床,課程設(shè)計(jì),主軸,設(shè)計(jì) 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 中北大學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 學(xué)生姓名： 弋梅梅 學(xué) 號(hào)：0402140708 學(xué) 院： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 題 目： 金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì) ——車床主軸箱設(shè)計(jì) 碩士 教授 馬清艷 張吉堂 指導(dǎo)教師： 職稱: 2007年12月7日 中北大學(xué) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2007/2008 學(xué)年第 1 學(xué)期 學(xué) 院： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及 其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 弋梅梅 學(xué) 號(hào)：0402140708 課程設(shè)計(jì)題目：金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì) ——車床主軸箱設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： 12月3日～ 12月8日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師： 馬清艷 張吉堂 系 主 任： 王彪 下達(dá)任務(wù)書日期:2007年12月2日 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 1．設(shè)計(jì)目的： 通過本課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，使學(xué)生初步掌握機(jī)床的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)（包括主軸箱、變速箱傳動(dòng)鏈），動(dòng)力計(jì)算（包括確定電機(jī)型號(hào)，主軸、傳動(dòng)軸、齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速），以及關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度校核，獲得工程師必備設(shè)計(jì)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(shí)踐的能力。 2．設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）： 1．運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)：根據(jù)所給定的轉(zhuǎn)速范圍及變速級(jí)數(shù)，擬定機(jī)床主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方案(包括傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式、轉(zhuǎn)速分布圖)和傳動(dòng)系統(tǒng)圖，確定各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比，計(jì)算齒輪的齒數(shù)，主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速及與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速的相對(duì)誤差。 2．動(dòng)力計(jì)算：選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)及轉(zhuǎn)速，確定傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速、對(duì)主要零件（如皮帶、齒輪、主軸、軸承等）進(jìn)行計(jì)算（初算和驗(yàn)算）。 3．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 進(jìn)行主傳動(dòng)系統(tǒng)的軸系、變速機(jī)構(gòu)、主軸組件等的布置和設(shè)計(jì)并繪制展開圖、剖面圖、主要零件工作圖。 4．編寫設(shè)計(jì)說明書 1）機(jī)床的類型、用途及主要參數(shù) 主軸轉(zhuǎn)速范圍， 變速級(jí)數(shù)：z=12，電動(dòng)機(jī)功率：。 2）工件材料：45號(hào)鋼 刀具材料：YT15 3）設(shè)計(jì)部件名稱：車床主軸箱 3．設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求〔包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等〕： 1．課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書一份（A4>15頁） 2．主軸箱展開圖一張 3．主軸箱剖面圖一張 4．機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖一張 5．一個(gè)零件工作圖（主軸）一張 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 4．主要參考文獻(xiàn)： l 要求按國標(biāo)GB 7714—87《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》書寫，例： 1 陳易新.金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.?北京:?機(jī)械工業(yè)出版社,?1987.7 2 范云漲.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊(cè). 北京:?機(jī)械工業(yè)出版社,1994.7 5．設(shè)計(jì)成果形式及要求： 圖紙與說明書 6．工作計(jì)劃及進(jìn)度： ２００７年 １２月２日 ~１２月２日 發(fā)題目、閱讀指導(dǎo)書、收集資料。 １２月３日 ~１２月３日 運(yùn)動(dòng)計(jì)算、繪制轉(zhuǎn)速圖、傳動(dòng)圖 １２月４日 ~１２月６日 動(dòng)力計(jì)算并進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) １２月７日 ~１２月７日 整理設(shè)計(jì)說明書 １２月８日 ~１２月８日 答辯或成績考核 系主任審查意見： 簽字： 年 月 日 目 錄 一、 概述 1 1.1金屬切削機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)中的地位 1 1.2機(jī)床課程設(shè)計(jì)的目的 1 1.3車床的規(guī)格系列和用處 1 1.4 操作性能要求 2 二、參數(shù)的擬定 2 2.1 確定轉(zhuǎn)速范圍 2 2.2 主電機(jī)選擇 2 三、傳動(dòng)設(shè)計(jì) 2 3.1 主傳動(dòng)方案擬定 2 3.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 3 3.2.1 確定傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目 3 3.2.2 傳動(dòng)式的擬定 3 3.2.3 結(jié)構(gòu)式的擬定 3 3.3轉(zhuǎn)速圖的擬定 4 四、 傳動(dòng)件的估算 5 4.1 三角帶傳動(dòng)的計(jì)算 5 4.2 傳動(dòng)軸的估算 7 4.2.1 傳動(dòng)軸直徑的估算 7 4.3 齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計(jì)算 8 4.3.1 齒輪齒數(shù)的確定 8 4.3.2 齒輪模數(shù)的計(jì)算 9 4.3.4齒寬確定 11 4.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 五、動(dòng)力設(shè)計(jì) 12 5.1主軸剛度驗(yàn)算 12 5.1.1 選定前端懸伸量C 12 5.1.2 主軸支承跨距L的確定 12 5.1.3 計(jì)算C點(diǎn)撓度 12 5.2 齒輪校驗(yàn) 14 六、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說明 15 6.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 15 6.2 展開圖及其布置 16 6.3 齒輪塊設(shè)計(jì) 16 6.3.1其他問題 17 6.4 主軸組件設(shè)計(jì) 17 七、總結(jié) 18 八、參考文獻(xiàn) 19 第19頁 一、 概述 1.1金屬切削機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)中的地位 金屬切削機(jī)床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器，它是制造機(jī)器的機(jī)器，又稱為“工作母機(jī)”或“工具機(jī)”。 在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)中，金屬切學(xué)機(jī)床是加工機(jī)器零件的主要設(shè)備，它所擔(dān)負(fù)的工作量，約占機(jī)器總制造工作量的40%～60%。機(jī)床的技術(shù)水平直接影響機(jī)械制造工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。 1.2機(jī)床課程設(shè)計(jì)的目的 課程設(shè)計(jì)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(shí)習(xí)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是大學(xué)生的必修環(huán)節(jié)，其目的在于通過機(jī)床運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使學(xué)生在擬定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思，方案分析，結(jié)構(gòu)工藝性，機(jī)械制圖，零件計(jì)算，編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，并培養(yǎng)學(xué)生具有初步的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力 1.3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)和資料作些簡要介紹。本次設(shè)計(jì)的是普通型車床主軸變速箱。主要用于加工回轉(zhuǎn)體。 表1 車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù) 工件最大回轉(zhuǎn)直徑 D (mm) 正轉(zhuǎn)最高轉(zhuǎn)速 Nmax ( ) 電機(jī)功率 N（kw） 公比 轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z 11 400 2000 3 1.26 12 1.4 操作性能要求 1）具有皮帶輪卸荷裝置 2）手動(dòng)操縱雙向摩擦片離合器實(shí)現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)及停止運(yùn)動(dòng)要求 3）主軸的變速由變速手柄完成 二、參數(shù)的擬定 2.1 確定轉(zhuǎn)速范圍 查金屬切削機(jī)床表7-1得：160r/min，200r/min，250r/min，315r/min，400r/min，500r/min，630r/min，800r/min，1000r/min，1250r/min，1600r/min，2000r/min. 2.2 主電機(jī)選擇 合理的確定電機(jī)功率，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3KW，根據(jù)《車床設(shè)計(jì)手冊(cè)》附錄表2選JO2-32-4，額定功率3，滿載轉(zhuǎn)速1430 ，最大額定轉(zhuǎn)距2.2。 三、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)型式則指傳動(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、、……個(gè)傳動(dòng)副。即 傳動(dòng)副中由于結(jié)構(gòu)的限制以2或3為合適，即變速級(jí)數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子： ，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)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。 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)式和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。分別為： ， ， ， 初選的方案。 3.3轉(zhuǎn)速圖的擬定 圖1正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速圖 圖2主傳動(dòng)系圖 四、 傳動(dòng)件的估算 4.1 三角帶傳動(dòng)的計(jì)算 三角帶傳動(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)選擇三角帶的型號(hào) 根據(jù)公式： 式中P---電動(dòng)機(jī)額定功率，--工作情況系數(shù) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖8-8因此選擇A型帶，尺寸參數(shù)為B=80mm，=11mm，h=10，。 (2)確定帶輪的計(jì)算直徑， 帶輪的直徑越小帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的壽命，小帶輪的直徑不宜過小，即。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-3，8-7取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑=100m 由公式 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。 所以，由《機(jī)械設(shè)計(jì)A》表8-7取園整為224mm。 (3)確定三角帶速度 按公式 (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)選取： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 取，取=600mm. (5)三角帶的計(jì)算基準(zhǔn)長度 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-2，圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長度 (6)驗(yàn)算三角帶的撓曲次數(shù) ，符合要求。 (7)確定實(shí)際中心距 (8)驗(yàn)算小帶輪包角 ，主動(dòng)輪上包角合適。 (9)確定三角帶根數(shù) 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式8-22得 傳動(dòng)比 查表8-5c，8-5d 得= 0.15KW,= 1.32KW 查表8-8，=0.98；查表8-2，=0.96 所以取 根 (10)計(jì)算預(yù)緊力 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-4，q=0.1kg/m 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)生過大的變形。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。 4.2.1 傳動(dòng)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。 查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表3-8取I，IV軸的K=1.05，A=100；II，III軸是花鍵軸，取K=1.06，A=2.0。 所以 ， 取30mm , 取35mm , 取40mm 此軸徑為平均軸徑，設(shè)計(jì)時(shí)可相應(yīng)調(diào)整。 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，以保證滑移是齒輪外圓不相碰。 第一組齒輪： 傳動(dòng)比：, u2=1/1.26,u3=1/1.58 查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表3-6，齒數(shù)和取72 =36，=42，=32,Z4=36,Z5=32,Z6=42； 第二組齒輪： 傳動(dòng)比：,u2=1/2， 齒數(shù)和取72： Z7=36，Z8 =24，Z9=36,Z10=48； 第三組齒輪： 傳動(dòng)比：u1=1.58,u2=1/2.52 齒數(shù)和取72： Z11=43，Z12 =20，Z13=27，Z14=50; 4.3.2 齒輪模數(shù)的計(jì)算 (1) 一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪按簡化的接觸疲勞強(qiáng)度公式計(jì)算 式中：——按疲勞接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒輪模數(shù) ——驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率 ——計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 ——大齒輪齒數(shù)和小齒輪齒數(shù)之比 ——小齒輪齒數(shù) ——齒寬系數(shù)，（B為齒寬，m為模數(shù)）， ——許用接觸應(yīng)力 傳動(dòng)組a模數(shù)： 傳動(dòng)組b模數(shù)： 傳動(dòng)組c模數(shù)： 故選取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。 (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 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 齒根圓 齒頂高 齒根高 1 36 2.5 90 95 83.75 2.5 3.125 2 40 2.5 100 105 93.75 2.5 3.125 3 32 2.5 80 85 73.75 2.5 3.125 4 36 2.5 90 95 83.75 2.5 3.125 5 32 2.5 80 85 73.75 2.5 3.125 6 40 2.5 100 105 93.75 2.5 3.125 7 36 2.5 90 95 83.75 2.5 3.125 8 24 2.5 60 65 53.75 2.5 3.125 9 36 2.5 90 95 83.75 2.5 3.125 10 48 2.5 120 125 113.75 2.5 3.125 11 43 3 129 132 125.25 3 3.75 12 20 3 60 63 56.25 3 3.75 13 27 3 81 84 87.25 3 3.75 14 50 3 150 153 146.25 3 3.75 4.3.4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 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P156頁，當(dāng)。D是軸承外徑，查《機(jī)械零件手冊(cè)》確定選用深溝球軸承6211，d=55mm,D=100mm。帶輪內(nèi)孔尺寸是軸承外徑尺寸100mm。齒《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-10確定參數(shù)得： 帶輪寬度： 分度圓直徑：， ， 五、動(dòng)力設(shè)計(jì) 5.1主軸剛度驗(yàn)算 5.1.1 選定前端懸伸量C 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C=120mm. 5.1.2 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)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L=600mm。 5.1.3 計(jì)算C點(diǎn)撓度 1）周向切削力的計(jì)算 其中, 故，故。 1） 驅(qū)動(dòng)力Q的計(jì)算 參考《車床主軸箱指導(dǎo)書》， 其中 所以 3）軸承剛度的計(jì)算 這里選用4382900系列雙列圓柱子滾子軸承 根據(jù)求得： 4）確定彈性模量，慣性距I；；和長度。 ①軸的材產(chǎn)選用40Cr，查《簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》P6，有 ②主軸的慣性距I為： 主軸C段的慣性距Ic可近似地算： ③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： ④根據(jù)齒輪、軸承寬度以及結(jié)構(gòu)需要，取b=60mm ⑤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 代入數(shù)據(jù)并計(jì)算得=0.1299mm。 ⑥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)子的撓度 計(jì)算得：=-0.0026mm ⑦求主軸前端C點(diǎn)的終合撓度 水平坐標(biāo)Y軸上的分量代數(shù)和為 ，計(jì)算得：=0.0297mm.。綜合撓度。綜合撓度方向角，又。因?yàn)?，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： 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： 2） 彎曲應(yīng)力： 查《金屬切削手冊(cè)》有Y=0.378，代入公式求得：=158.5Mpa 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? ，故滿足要求，另外兩齒輪計(jì)算方法如上，均符合要求。 六、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說明 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，一般只畫展開圖。 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)過反復(fù)思考和多次修改。在正式畫圖前應(yīng)該先畫草圖。 6.2 展開圖及其布置 展開圖就是按照傳動(dòng)軸傳遞運(yùn)動(dòng)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(gè)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(jí)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(jí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，右邊接通得到三級(jí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。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)。 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。 6.3 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，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)。 不同精度等級(jí)的齒輪，要采用不同的加工方法，對(duì)結(jié)構(gòu)要求也有所不同。 6.3.1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(jī)械加工時(shí)的安裝和定位基面。盡可能做到省工、省料又易于保證精度。 齒輪磨齒時(shí)，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(shí)為了縮短軸向尺寸，也有用組合齒輪的。 6.4 主軸組件設(shè)計(jì) 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（車床、鉆床等）的主軸參予切削成形運(yùn)動(dòng)，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(jì)時(shí)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(gè)方面考慮。 主軸形狀與各部分尺寸不僅和強(qiáng)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(dòng)卡盤的操縱機(jī)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(shì)。 2） 軸頸直徑 設(shè)計(jì)時(shí)，一般先估算或擬定一個(gè)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。選擇適當(dāng)?shù)闹慰缇?，一般推薦?。?=3～5，跨距小時(shí)，軸承變形對(duì)軸端變形的影響大。所以，軸承剛度小時(shí)，應(yīng)選大值，軸剛度差時(shí)，則取小值。 七、總結(jié) 在課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，我也遇到了一些問題。設(shè)計(jì)過程也是培養(yǎng)我們認(rèn)真細(xì)心的態(tài)度。 在此過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，使我加深了對(duì)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(duì)以后的學(xué)習(xí)和工作都有積極的意義。 總之，這次的課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多東西。 八、參考文獻(xiàn) [1] 馮辛安主編.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社. 北京.1999.12 [2] 周開勤主編. 機(jī)械零件手冊(cè).高等教育出版社. 2001 [3] 曹玉榜 易錫麟.機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)指導(dǎo). 機(jī)械工業(yè)出版社. 北京.1987.5. 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