CK6140數(shù)控,ck6140,數(shù)控 摘 要 數(shù)控車(chē)床又稱(chēng)數(shù)字控制（Numbercal control，簡(jiǎn)稱(chēng)NC）機(jī)床。它是基于數(shù)字控制的，采用了數(shù)控技術(shù)，是一個(gè)裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。它是由主機(jī)，CNC，驅(qū)動(dòng)裝置，數(shù)控機(jī)床的輔助裝置，編程機(jī)及其他一些附屬設(shè)備所組成。 本次設(shè)計(jì)課題是CK6140數(shù)控臥室車(chē)床，CK是數(shù)控車(chē)床，61是臥式車(chē)床，40是床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑為400mm。 此次設(shè)計(jì)包括機(jī)床的總體布局設(shè)計(jì)，縱向進(jìn)給設(shè)計(jì)，其中還包括齒輪模數(shù)計(jì)算及校核，主軸剛度的校核等?？刂葡到y(tǒng)部分包括步進(jìn)電機(jī)的選用及硬件電路設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，說(shuō)明了芯片的擴(kuò)展，鍵盤(pán)顯示接口的設(shè)計(jì)等等。 關(guān)鍵詞 數(shù)控機(jī)床；開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)；電動(dòng)機(jī) Abstract The numerical control lathe called the numerical control (Numbercal control, is called NC) the engine bed. It is based on the numerical control, has used the numerical control technology, is loaded with the procedure control system the engine bed. It is by the main engine, CNC, the drive, the numerical control engine bed auxiliary unit, the programming machine and other some appurtenances is composed. This design topic is the CK6140 numerical control bedroom lathe, CK is the numerical control lathe, 61 is the horizontal lathe, 40 is on the lathe bed the biggest work piece rotation diameter is 400mm. This design including the engine bed overall layout design, longitudinal enters for the design, also includes the gear modulus computation and the examination, the main axle rigidity examination and so on. The control system partially including step-by-steps the electrical machinery to select and the hardware circuit design and the software system design, explained the chip expansion, keyboard demonstration connection design and so on. Key word numerical control tool;Open-architecture;motor 目 錄 1 總體方案設(shè)計(jì) 1.1 CK6140的現(xiàn)狀和發(fā)展 1.2 CK6140數(shù)控臥式車(chē)床的總體方案論證與擬定 2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明 2.1 主運(yùn)動(dòng)部分計(jì)算 2.1.1 參數(shù)的確定 2.1.2 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 2.1.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 2.1.4 帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定 2.1.5 傳動(dòng)件的估算和驗(yàn)算 2.1.6 展開(kāi)圖設(shè)計(jì) 2.1.7 截面圖設(shè)計(jì) 2.2縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 2.2.1 滾珠絲桿副的選擇 2.2.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選用 3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1繪制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3.2.選擇中央處理單元（CPU）的類(lèi)型 3.3存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 3.4?I/O接口電路及輔助電路設(shè) 參考文獻(xiàn) 謝詞 附錄 目 錄 1 總體方案 0 1.1 CK6140的現(xiàn)狀和發(fā)展 1 1.2 CK6140數(shù)控臥式車(chē)床的總體方案論證與擬定 2 1.2.1 數(shù)控車(chē)床 2 1.2.2 CK6140數(shù)控臥式車(chē)床的擬定 2 2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明 4 2.1 主運(yùn)動(dòng)部分計(jì)算 4 2.1.1 參數(shù)的確定 4 2.1.2 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 5 2.1.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 8 2.1.4 帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定 11 2.1.5 傳動(dòng)件的估算和驗(yàn)算 19 2.1.6 展開(kāi)圖設(shè)計(jì) 36 2.2縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 53 2.2.1 滾珠絲桿副的選擇 53 2.2.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選用 58 3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 62 3.1繪制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 62 3.2.選擇中央處理單元（CPU）的類(lèi)型 62 3.3存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì) 63 3.４?I/O接口電路及輔助電路設(shè)計(jì) 64 參 考 文 獻(xiàn) 70 致 謝 72 LATHES 77 1 總體方案 1.1 CK6140的現(xiàn)狀和發(fā)展 自第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床在美國(guó)問(wèn)世至今的半個(gè)世紀(jì)內(nèi)，機(jī)床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展迅速，經(jīng)歷了六代兩個(gè)階段的發(fā)展過(guò)程。其中，第一個(gè)階段為NC階段；第二個(gè)階段為CNC階段，從1974年微處理器開(kāi)始用于數(shù)控系統(tǒng)，即為第五代數(shù)空系統(tǒng)。在近20多年內(nèi)，在生產(chǎn)中，實(shí)際使用的數(shù)控系統(tǒng)大多是這第五代數(shù)控系統(tǒng)，其性能和可靠性隨著技術(shù)的發(fā)展得到了根本性的提高。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，PC微機(jī)的發(fā)展尤為突出，無(wú)論是軟硬件還是外器件的進(jìn)展日新月異，計(jì)算機(jī)所采用的芯片集成化越來(lái)越高，功能越來(lái)越強(qiáng)，而成本卻越來(lái)越低，原來(lái)在大，中型機(jī)上才能實(shí)現(xiàn)的功能現(xiàn)在在微型機(jī)上就可以實(shí)現(xiàn)。在美國(guó)首先推出了基于PC微機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，即PCNC系統(tǒng)，它被劃入為所謂的第六代數(shù)控系統(tǒng)。 下面從數(shù)控系統(tǒng)的性能、功能和體系結(jié)構(gòu)三方面討論機(jī)床。 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)： 1.性能方面的發(fā)展趨勢(shì) （1）.高速高精度高效 （2）.柔性化 （3）.工藝復(fù)合和軸化 （4）.實(shí)時(shí)智能化 2.功能發(fā)展方面 （1）.用戶(hù)界面圖形化 （2）.科學(xué)計(jì)算可視化 （3）.插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化 （4）.內(nèi)置高性能PLC （5）.多媒體技術(shù)應(yīng)用 3.體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 （1）.集成化 （2）.模塊化 （3）.網(wǎng)絡(luò)化 （4）.開(kāi)放式閉環(huán)控制模式 1.2 CK6140數(shù)控臥式車(chē)床的總體方案論證與擬定 1.2.1 數(shù)控車(chē)床 數(shù)控車(chē)床又稱(chēng)數(shù)字控制（Numbercal control，簡(jiǎn)稱(chēng)NC）機(jī)床，它是20世紀(jì)50年代初發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)控制機(jī)床，而數(shù)控車(chē)床四其中的一類(lèi)使用性很強(qiáng)的機(jī)床形式。數(shù)控車(chē)床是基于數(shù)字控制的，它與普通車(chē)床不同的是，數(shù)控車(chē)床的主機(jī)結(jié)構(gòu)上具有以下特點(diǎn)： （1）.由于大多數(shù)數(shù)控車(chē)床采用了高性能的主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，因此，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化。 （2）.為了適應(yīng)數(shù)控車(chē)床連續(xù)地自動(dòng)化加工，數(shù)控車(chē)床機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有較高的動(dòng)態(tài)剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。 （3）.更多地采用高效傳動(dòng)部件，如滾動(dòng)絲桿副，直線滾動(dòng)導(dǎo)軌高，CNC裝置這是數(shù)控車(chē)床的核心，用于實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的變換，插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。 1.2.2 CK6140數(shù)控臥式車(chē)床的擬定 1.CK6140數(shù)控臥式車(chē)床具有定位，縱向和橫向的直線插補(bǔ)功能，還能要求暫停，進(jìn)行循環(huán)加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選取連續(xù)控制系統(tǒng)。 2.CK6140數(shù)控臥式車(chē)床屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)應(yīng)采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 3.根據(jù)設(shè)計(jì)所給出的條件，主運(yùn)動(dòng)部分z=18級(jí)，即傳動(dòng)方案的選擇采用有級(jí)變速最高轉(zhuǎn)速是2000r/min，最低轉(zhuǎn)速是40r/min，。 4.根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機(jī)控制系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，I/O接口電路，包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤(pán)，能顯示加工數(shù)據(jù)和機(jī)床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。此外，系統(tǒng)中還應(yīng)該包括脈沖發(fā)生電路和其他輔助電路。 5.縱向和橫向進(jìn)給是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動(dòng)比應(yīng)滿(mǎn)足機(jī)床所要求的。 6.為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小，傳動(dòng)效率的滾珠絲桿螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。 7.采用滾動(dòng)導(dǎo)軌可以減少導(dǎo)軌間的摩擦阻力，便于工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確和微量移動(dòng)，且潤(rùn)滑方法簡(jiǎn)單。 （附注：伺服系統(tǒng)總體方案框圖1.1） 圖1.1伺服系統(tǒng)總體方案框圖 2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明 2.1 主運(yùn)動(dòng)部分計(jì)算 2.1.1 參數(shù)的確定 一. 了解車(chē)床的基本情況和特點(diǎn)---車(chē)床的規(guī)格系列和類(lèi)型 1. 通用機(jī)床的規(guī)格和類(lèi)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(jiǎn)要介紹。本次設(shè)計(jì)中的車(chē)床是普通型車(chē)床，其品種，用途，性能和結(jié)構(gòu)都是普通型車(chē)床所共有的，在此就不作出詳細(xì)的解釋和說(shuō)明了。 2.車(chē)床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（GB1582-79，JB/Z143-79）： 最大的工件回轉(zhuǎn)直徑D（mm）是400；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑D1大于或等于200；主軸通孔直徑d要大于或等于36；主軸頭號(hào)（JB2521-79）是6；最大工件長(zhǎng)度L是750～2000；主軸轉(zhuǎn)速范圍是：32～1600；級(jí)數(shù)范圍是：18；縱向進(jìn)給量mm/r0.03～2.5；主電機(jī)功率（kw）是5.5～10。 二. 參數(shù)確定的步驟和方法 1. 極限切削速度umax﹑umin 根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：工序種類(lèi) ﹑工藝要求 刀具和工件材料等因素。允許的切速極限參考值如《機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》。然而，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需要選取的值如下： 取umax=300m/min； umin=30m/min。 2. 主軸的極限轉(zhuǎn)速 計(jì)算車(chē)床主軸的極限轉(zhuǎn)速時(shí)的加工直徑，按經(jīng)驗(yàn)分別?。?.1～0.2）D和（0.45～0.5）D。由于D=400mm，則主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為： nmax=r/min ……………………………… 2.1 =2000r/min ； nmin=r/min …………………………… 2.2 =40r/min ； 由于轉(zhuǎn)速范圍 R = = …………………………… 2.3 = 50 ； 因?yàn)榧?jí)數(shù)Z已知： Z=18級(jí) 。 現(xiàn)以Φ=1.26和Φ=1.41代入R= 得R=50和355 ，因此取Φ=1.26更為合適。 各級(jí)轉(zhuǎn)速數(shù)列可直接從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表中查出。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表給出了以Φ=1.06的從1～10000的數(shù)值，因Φ=1.26=，從表中找到nmax=2000r/min，就可以每隔3個(gè)數(shù)值取一個(gè)數(shù)，得：2000，1600，1250，1000，800，630，500，400，315，250，200，160，125，100，80，63，50，40。 3. 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)z和公比￠ 已知 : =Rn Rn=且： z= 18= 4. 主電機(jī)功率—?jiǎng)恿?shù)的確定 合理地確定電機(jī)功率N，使用的功率實(shí)際情況既能充分的發(fā)揮其使用性能，滿(mǎn)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。 目前，確定機(jī)床電機(jī)功率的常用方法很多，而本次設(shè)計(jì)中采用的是：估算法，它是一種按典型加工條件（工藝種類(lèi)、加工材料、刀具、切削用量）進(jìn)行估算。根據(jù)此方法，中型車(chē)床典型重切削條件下的用量： 根據(jù)設(shè)計(jì)書(shū)表中推薦的數(shù)值： 取 P=5.5kw 2.1.2 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 一.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(jiǎn)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，可考慮到本次設(shè)計(jì)的需要可以參考一下這個(gè)方案。 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)有若干個(gè)順序的傳動(dòng)組組成，各傳動(dòng)組分別有Z1、Z2、Z3…個(gè)傳動(dòng)副。即 Z=Z1 Z2 Z3 ……………………………… 2.4 傳動(dòng)副數(shù)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: Z= ……………………………… 2.5 可以有幾種方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已經(jīng)選定了的和本次設(shè)計(jì)所須的正確的方案列出，具體的內(nèi)容如下： 傳動(dòng)齒輪數(shù)目 2x（3+3+2）+2x2+1=21個(gè) 軸向尺寸 19b 傳動(dòng)軸數(shù)目 6根 操縱機(jī)構(gòu) 簡(jiǎn)單，兩個(gè)三聯(lián)滑移齒輪，一個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪 圖2.1 總的傳動(dòng)系統(tǒng) 二.組傳動(dòng)順序的安排 18級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，可以安排成：3x3x2，2x3x3，或3x2x3 選擇傳動(dòng)組安排方式時(shí)，要考慮到機(jī)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。在Ⅰ軸上摩擦離合器時(shí)，應(yīng)減小軸向尺寸，第一傳動(dòng)組的傳動(dòng)副不能多，以2為宜，本次設(shè)計(jì)中就是采用的2，一對(duì)是傳向正傳運(yùn)動(dòng)的，另一個(gè)是傳向反向運(yùn)動(dòng)的。 主軸對(duì)加工精度、表面粗糙度的影響大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副選用2，或者用一個(gè)定比傳動(dòng)副。 三. 傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)大順序的安排 對(duì)于18級(jí)的傳動(dòng)可以有三種方案，準(zhǔn)確的說(shuō)應(yīng)該不只有這三個(gè)方案，可為了使結(jié)構(gòu)和其他方面不復(fù)雜，同時(shí)為了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的需要，選擇的設(shè)計(jì)方案是： 18=3［1］3［3］2［9］ 傳動(dòng)方案的擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序可以一致也可以不一致，在此設(shè)計(jì)中，擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序就是一致的。這種擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序一致，稱(chēng)為順序擴(kuò)大傳動(dòng)。 四. 傳動(dòng)組的變速范圍的極限植 齒輪傳動(dòng)副最小傳動(dòng)比umin≥，最大傳動(dòng)比umax≤2，決定了一個(gè)傳動(dòng)組的最大變速范圍rmax=umax/nmin≤8 因此，要按照參考書(shū)中所給出的表，淘汰傳動(dòng)組變速范圍超過(guò)極限值的所有傳動(dòng)方案。 極限傳動(dòng)比及指數(shù)x，值為： 極限傳動(dòng)比指數(shù) 1.26 x：umin== 6 值；umax==2 3 （x+）值：umin==8 9 五. 最后擴(kuò)大傳動(dòng)組的選擇 正常連續(xù)的順序擴(kuò)大的傳動(dòng)（串聯(lián)式）的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式為： Z=Z1［1］Z2［Z1］Z3［Z1Z2］ 即是： Z=18=3［1］3［3］2［9］ 2.1.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定以后，主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定了電機(jī)功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機(jī)型號(hào)，確定各中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，這樣就擬定主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)圖，使主運(yùn)動(dòng)逐步具體化。 一. 主電機(jī)的選定 中型機(jī)床上，一般都采用三相交流異步電機(jī)為動(dòng)力源，可以在系列中選用。在選擇電機(jī)型號(hào)時(shí)，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行： 1. 電機(jī)功率N： 根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率。但電機(jī)產(chǎn)品的功率已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值。 N=5.5kw 2.電機(jī)轉(zhuǎn)速nd 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速有：3000、1500、1000、750r/min 在此處選擇的是： nd=1500r/min 這個(gè)選擇是根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速nmax和Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速相近或相宜，以免采用過(guò)大的升速或過(guò)小的降速傳動(dòng)。 3.雙速和多速電機(jī)的應(yīng)用 根據(jù)本次設(shè)計(jì)機(jī)床的需要，所選用的是：雙速電機(jī) 4.電機(jī)的安裝和外形 根據(jù)電機(jī)不同的安裝和使用的需要，有四種不同的外形結(jié)構(gòu)，用的最多的有底座式和發(fā)蘭式兩種。本次設(shè)計(jì)的機(jī)床所需選用的是外行安裝尺寸之一。具體的安裝圖可由手冊(cè)查到。 5.常用電機(jī)的資料 根據(jù)常用電機(jī)所提供的資料，選用： Y132S-4 圖2.2 電動(dòng)機(jī) Ⅰ軸從電機(jī)得到運(yùn)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)化成主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸最高轉(zhuǎn)速應(yīng)相接近。顯然，從傳動(dòng)件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下恒功率工作時(shí)所受扭矩最小來(lái)考慮，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速下降得太低。 但如果Ⅰ軸上裝有摩擦離合器一類(lèi)部件時(shí)，高速下摩擦損耗、發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速不宜太高。 Ⅰ軸裝有離合器的一些機(jī)床的電機(jī)、主軸、Ⅰ軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)： 參考這些數(shù)據(jù)，可見(jiàn)，車(chē)床Ⅰ軸轉(zhuǎn)速一般取700～1000r/min。另外，也要注意到電機(jī)與Ⅰ軸間的傳動(dòng)方式，如用帶傳動(dòng)時(shí)，降速比不宜太大，否則Ⅰ軸上帶輪太大，和主軸尾端可能干涉。因此，本次設(shè)計(jì)選用： n1=960r/min 三.中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速 對(duì)于中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小與噪音、震動(dòng)等性能要求之間的矛盾。 中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速較高時(shí)（如采用先升后降的傳動(dòng)），中間轉(zhuǎn)動(dòng)軸和齒輪承受扭矩小，可以使用軸徑和齒輪模數(shù)小寫(xiě)：d∝ 、 m∝，從而可以使用結(jié)構(gòu)緊湊。但是，這將引起空載功率N空和噪音Lp（一般機(jī)床容許噪音應(yīng)小于85dB）加大： N空=) KW ………………………… 2.6 式中： C---系數(shù)，兩支承滾動(dòng)或滑動(dòng)軸承C=8.5，三支承滾動(dòng)軸承C=10； da---所有中間軸軸頸的平均直徑（mm）； d主—主軸前后軸頸的平均直徑（mm）； ∑n—主軸轉(zhuǎn)速（r/min）。 ……………… 2.7 （mz）a—所有中間傳動(dòng)齒輪的分度圓直徑的平均值mm； （mz）主—主軸上齒輪的分度圓的平均值mm； q----傳到主軸所經(jīng)過(guò)的齒輪對(duì)數(shù)； β----主軸齒輪螺旋角； C1、K---系數(shù)，根據(jù)機(jī)床類(lèi)型及制造水平選取。我國(guó)中型車(chē)床、銑床C1=3.5。車(chē)床K=54，銑床K=50.5。 從上訴經(jīng)驗(yàn)公式可知：主軸轉(zhuǎn)速n主和中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速和∑n對(duì)機(jī)床噪音和發(fā)熱的關(guān)系。確定中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況作相應(yīng)修正： 1.功率教大的重切削機(jī)床，一般主軸轉(zhuǎn)速較低，中間軸的轉(zhuǎn)速適當(dāng)取高一些，對(duì)減小結(jié)構(gòu)尺寸的效果較明顯。 2.速輕載或精密車(chē)床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低一些。 3.控制齒輪圓周速度u∠8m/s（可用7級(jí)精度齒輪）。在此條件下，可適當(dāng)選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。 四.齒輪傳動(dòng)比的限制 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動(dòng)比： 1. 升速傳動(dòng)中，最大傳動(dòng)比umax≤2。過(guò)大，容易引起震動(dòng)和噪音。 2.降速傳動(dòng)中，最小傳動(dòng)比umin≥1/4。過(guò)小，則使主動(dòng)齒輪與被動(dòng)齒輪的直徑相差太大，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。 圖2.3 主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速圖 2.1.4 帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定 根據(jù)擬定的轉(zhuǎn)速圖上的各傳動(dòng)比，就可以確定帶輪直徑和齒輪的齒數(shù)。 一. 帶輪直徑確定的方法、步驟 1.選擇三角型號(hào) 一般機(jī)床上的都采用三角帶。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率查圖即可確定型號(hào)（詳情見(jiàn)〈〈機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)〉〉4-1節(jié)）。但圖中的解并非只有一種，應(yīng)使傳動(dòng)帶數(shù)為3～5根為宜。 本次設(shè)計(jì)中所選的帶輪型號(hào)和帶輪的根數(shù)如下： B型帶輪 選取3根 2.確定帶輪的最小直徑Dmin（D?。? 各種型號(hào)膠帶推薦了最小帶輪直徑，直接查表即可確定。 根據(jù)皮帶的型號(hào)，從教科書(shū)〈〈機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程〉〉 查表可?。? Dmin=140mm 3.計(jì)算大帶輪直徑D大 根據(jù)要求的傳動(dòng)比u和滑功率ε確定D大。當(dāng)帶輪為降速時(shí)： 三角膠帶的滑動(dòng)率ε=2%。 三角傳動(dòng)中，在保證最小包角大于120度的條件下，傳動(dòng)比可取1/7 ≤u≤3。對(duì)中型通用機(jī)床，一般取1～2.5為宜。 因此， 137.2mm≤D大≤343mm 經(jīng)查表?。? D大=212mm 二. 確定齒輪齒數(shù) 用計(jì)算法或查表法確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡(jiǎn)單。根據(jù)要求的傳動(dòng)比u和初步定出的傳動(dòng)齒輪副齒數(shù)和Sz，查表即可求出小齒輪齒數(shù)。 在本次設(shè)計(jì)中采用的就是常用傳動(dòng)比的適用齒數(shù)（小齒輪）表就見(jiàn)教科書(shū)〈〈機(jī)床簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)〉〉。 不過(guò)在表中選取的時(shí)候應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題： 1. 不產(chǎn)生根切。一般去Zmin≥18～20。 2. 保證強(qiáng)度和防止熱處理變形過(guò)大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚δ≥2mm，一般取δ>5mm則zmin≥6.5+，具體的尺寸可參考圖。 3. 同一傳動(dòng)組的各對(duì)齒輪副的中心距應(yīng)該相等。若莫數(shù)相同時(shí)，則齒數(shù)和亦應(yīng)相等。但由于傳動(dòng)比的要求，尤其是在傳動(dòng)中使用了公用齒輪后，常常滿(mǎn)足比了上述要求。機(jī)床上可用修正齒輪，在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心距使其相等。但修正量不能太大，一般齒數(shù)差不能超過(guò)3～4個(gè)齒。 4. 防止各種碰撞和干涉 三聯(lián)滑移齒輪的相鄰的齒數(shù)差應(yīng)大于4。應(yīng)避免齒輪和軸之間相撞，出現(xiàn)以上的情況可以采用相應(yīng)的措施來(lái)補(bǔ)救。 5. 在同時(shí)滿(mǎn)足以上的條件下齒輪齒數(shù)的確定已經(jīng)可以初步定出，具體的各個(gè)齒輪齒數(shù)可以見(jiàn)傳動(dòng)圖上所標(biāo)寫(xiě)的。 6. 確定軸間距： 軸間距是由齒輪齒數(shù)和后面計(jì)算并且經(jīng)驗(yàn)算而確定的模數(shù)m而確定的，具體的計(jì)算值如下（模數(shù)和齒輪的齒數(shù)而確定的軸間距必須滿(mǎn)足以上的幾個(gè)條件）： Ⅰ軸與Ⅱ軸之間的距離： 取m=2.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定 ……………………… 2.8 齒輪1與2之間的中心距： ……………………… 2.9 Ⅱ軸與Ⅲ軸之間的距離： 取m=2.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動(dòng)比見(jiàn)圖， ………………………… 2.10 齒輪3與4之間的中心距： ……………………………… 2.11 Ⅲ軸與Ⅳ軸之間的距離： 取m=3.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動(dòng)比 ……………………… 2.12 齒輪9與10之間的中心距： …………………………… 2.13 Ⅳ軸Ⅴ軸之間的中心距離： 取m=3.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動(dòng)比 …………………… 2.14 ……………………… 2.15 主軸到脈沖軸的中心距： 取m=3.5mm，傳動(dòng)比 ………………………… 2.16 ……………………… 2.17 Ⅰ軸到反轉(zhuǎn)軸Ⅵ軸的中心距： 取m=2.5mm，傳動(dòng)比 …………………………… 2.18 …………………………… 2.19 由齒頂高 …………………………… 2.20 齒頂高和齒跟高只與所取的模數(shù)m有關(guān)。 可知取m=2.5mm時(shí)， 取m=3.5mm時(shí)： 三. 主軸轉(zhuǎn)速系列的驗(yàn)算 主軸轉(zhuǎn)速在使用上并不要十分準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)速稍高或稍低并無(wú)太大影響。但標(biāo)牌上標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列的數(shù)值一般也不允許與實(shí)際轉(zhuǎn)速相差太大。 由確定的齒輪齒數(shù)所得的實(shí)際轉(zhuǎn)速與傳動(dòng)設(shè)計(jì)理論值難以完全相符合，需要驗(yàn)算主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過(guò)正負(fù)10（ψ-1）%。即 ％或 按公式： Δn=-2%～+6% ………………………………… 2.21 如果超差，要根據(jù)誤差的正負(fù)以及引起誤差的主要環(huán)節(jié)，重新調(diào)整齒數(shù)，使轉(zhuǎn)速數(shù)列得到改善。 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)路線表達(dá)式如下： 圖2.4 主傳動(dòng)路線 所有主軸的詳細(xì)的校核如下： 輸入到Ⅱ軸的轉(zhuǎn)速 ……………… 2.22 1. ………………… 2.23 ………………………………… 2.24 2.……………………2.25 ……………………………………… 2.26 3. …………………… 2.27 …………………………………… 2.28 4. ……………………… 2.29 ………………………………………… 2.30 5. …………………… 2.31 ……………………………………2.32 6. ……………………2.33 ……………………………………… 2.34 7. …………………… 2.35 …………………………………………2.36 8. …………………… 2.37 ………………………………………… 2.38 9. ………………………2.39 ………………………………………2.40 10. …………………… 2.41 ……………………………………………2.42 11. ………………… 2.43 ……………………………………… 2.44 12. …………………… 2.45 ………………………………………… 2.46 13. …………………… 2.47 ……………………………………… 2.48 14. ……………………2.49 ………………………………………… 2.50 15. …………………… 2.51 …………………………………………2.52 16. …………………2.53 ………………………………………… 2.54 17. ……………………2.55 …………………………………… 2.56 18. …………………… 2.57 ……………………………………………2.58 在主軸上的18級(jí)轉(zhuǎn)速分別校核后，都合格。 四. 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的繪制 計(jì)算結(jié)果，用規(guī)定符號(hào)，以是適當(dāng)比例方格紙上繪制出轉(zhuǎn)速圖和主傳動(dòng)系統(tǒng)圖。 2.1.5 傳動(dòng)件的估算和驗(yàn)算 傳動(dòng)方案確定后，要進(jìn)行方案的結(jié)構(gòu)化，確定個(gè)零件的實(shí)際尺寸和有關(guān)布置。為此，常對(duì)傳動(dòng)件的尺寸先進(jìn)行估算，如傳動(dòng)軸的直徑、齒輪模數(shù)、離合器、制動(dòng)器、帶輪的根數(shù)和型號(hào)等。在這些尺寸的基礎(chǔ)上，畫(huà)出草圖，得出初步結(jié)構(gòu)化的有關(guān)布置與尺寸；然后按結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行主要零件的驗(yàn)算，如軸的剛度、齒輪的疲勞強(qiáng)度等，必要時(shí)作結(jié)構(gòu)和方案上的修改，重新驗(yàn)算，直到滿(mǎn)足要求，最后才能畫(huà)正式裝備圖。 對(duì)于本次設(shè)計(jì)，由于是畢業(yè)設(shè)計(jì)，所以先用手工畫(huà)出草圖，經(jīng)自己和指導(dǎo)老師的多次修改后，再用計(jì)算機(jī)繪出。 一. 三角帶傳動(dòng)的計(jì)算 三角帶傳動(dòng)中，軸間距A可以較大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會(huì)有打滑，亦可因而緩和沖擊及隔離震動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但尺寸，機(jī)床中多用于電機(jī)輸出軸的定比傳動(dòng)。 1. 選擇三角帶的型號(hào) 根據(jù)計(jì)算功率Nj（kw）和小帶輪n1（r/min）查圖選擇帶的型號(hào)。 計(jì)算功率Nj=KWNd kW 式中 Nd—電機(jī)的額定功率， KW—工作情況系數(shù)。 車(chē)床的起動(dòng)載荷輕，工作載荷穩(wěn)定，二班制工作時(shí)，?。篕W=1.1 帶的型號(hào)是： B型號(hào) 2. 確定帶輪的計(jì)算直徑D1、D2 1）.小帶輪計(jì)算直徑D1 皮帶輪的直徑越小，帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的使用壽命，小帶輪直徑D1不宜過(guò)小，要求大雨許用最小帶輪直徑Dmin，即D1≥Dmin。各型號(hào)帶對(duì)應(yīng)的最小帶輪直徑Dmin可查表。 D1=140r/min 2）.大帶輪計(jì)算直徑D2 …………………………………… 2.59 =212r/min 式中: n1--小帶輪轉(zhuǎn)速r/min; n2--大帶輪轉(zhuǎn)速r/min; ε--帶的滑動(dòng)系數(shù),一般取0.02. 算后應(yīng)將數(shù)字圓整為整數(shù)。 3）.確定三角帶速度u 具體的計(jì)算過(guò)程如下： = ………………………………… 2.60 =10.6m/s 對(duì)于O、A、B、C型膠帶，5m/s≤u≤25m/s。 而u=5～10m/s時(shí)最為經(jīng)濟(jì)耐用。 此速度完全符合B型皮帶的轉(zhuǎn)速。 4）.初定中心距A0： 帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床總體布局初步選定，一般可以在下列范圍內(nèi)選取： A0=（0.6～2）（D1+D2） mm ……………………… 2.61 =352（0.6～2）mm =211.2mm～704mm 取 A0=704 mm 距過(guò)小，將降低帶的壽命；中心距過(guò)大時(shí)，會(huì)引起帶振動(dòng)。中型車(chē)床電機(jī)軸至變速箱帶輪的中心距一般為750～850mm。 5）.確定三角帶的計(jì)算長(zhǎng)度L0及內(nèi)周長(zhǎng)LN。 三角帶的計(jì)算長(zhǎng)度是通過(guò)三角帶截面重心的長(zhǎng)度。 ………………………… 2.62 = =1960.67mm 圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)度 L=2033 mm 經(jīng)查表 LN=2000 mm 修正值 Y=33 6）.驗(yàn)算三角帶的擾曲次數(shù)u ≤40 次/s （則合格） ………………………………… 2.63 式中：m--帶輪個(gè)數(shù)。如u超限?？杉哟驦（加大A）或降低u（減少D2、D1）來(lái)解決。 代入數(shù)據(jù)得 …………………………………………………… 2.64 =10.5 次/s ≤40 次/s 是合格的，不需作出任何修改。 7）.確定實(shí)際中心距A ………………………… 2.65 = 740 mm 8）.驗(yàn)算小帶輪包角а1 ……………… 2.66 如果а1過(guò)小，應(yīng)加大中心距或加張緊裝置。 代入數(shù)值如下： =180°-5.6° =174.4°≥120° 經(jīng)校核合格。 9）.確定三角帶根數(shù)z ……………………………… 2.67 式中：N0--單根三角帶在 а1=180°、特定長(zhǎng)度、平穩(wěn)工作情況下傳遞的功率值。 C1---包角系數(shù)。 參數(shù)的選擇可以根據(jù)書(shū)中的表差?。? N0=2.69 C1=0.98 Kw=1.1 帶入數(shù)值得： 所以，傳動(dòng)帶根數(shù)選3根。 此公式中所有的參數(shù)沒(méi)有作特別說(shuō)明的都是從〈〈機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)〉〉 二.傳動(dòng)軸的估算和驗(yàn)算 傳動(dòng)軸除了應(yīng)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿(mǎn)足剛度要求。強(qiáng)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。機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大的變形。因此，疲勞強(qiáng)度不是主要矛盾。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致產(chǎn)生過(guò)大的變形。如果剛度不足，軸上的零件如齒輪、軸承等將由于軸的變形過(guò)大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲、發(fā)熱、過(guò)早磨損而失效。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。通常，先按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，畫(huà)出草圖之后，再根據(jù)受力情況、結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗(yàn)算彎曲剛度。 1.傳動(dòng)軸直徑的估算 傳動(dòng)軸直徑按扭矩剛度用下列公式估算傳動(dòng)軸直徑： ……………………………………2.68 其中：N—該傳動(dòng)軸的輸入功率 N=Ndη kw …………………………………………2.69 Nd—電機(jī)額定功率； η—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（不計(jì)該軸軸承上的效率）。 nf—該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min。 計(jì)算轉(zhuǎn)速nf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)系而確定，而中型車(chē)床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為： ……………………… 2.70 [ψ]—每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m），可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取。 根據(jù)參考書(shū)中所給出的公式和本次設(shè)計(jì)所必須滿(mǎn)足的條件，在傳動(dòng)過(guò)程中所有軸的直徑的估算如下： nj（主）=nminψz/3-1 ……………………… 2.71 =125 r/min Ⅴ主軸 nj=n6=125 r/min ； Ⅳ 軸 nj=n7=160 r/min ； Ⅲ 軸 nj=n11=400 r/min ； Ⅱ 軸 nj=n14=800 r/min ； Ⅰ 軸 nj=960 r/min ； 由 ： ………………………2.72 則計(jì)算主軸Ⅴ和中間軸的直徑d如下： Ⅴ主軸 d5=64 mm ； Ⅳ 軸 d4=40 mm ； Ⅲ 軸 d3=40 mm ； Ⅱ 軸 d2=40 mm ； Ⅰ 軸 d1=30 mm ； 3. 傳動(dòng)軸剛度的驗(yàn)算： 1）.軸的彎曲變形的條件和允許值 機(jī)床主傳動(dòng)的彎曲剛度驗(yàn)算，主要驗(yàn)算軸上裝齒輪和軸承處的橈度y和傾角θ。各類(lèi)軸的橈度y和裝齒輪和軸承處傾角θ，應(yīng)小于彎曲剛度的許用值[Y]和[θ]值，即： y≤[Y]； ………………… 2.73 θ≤[θ] ………………… 2.74 由于書(shū)寫(xiě)量比較大而篇幅不足的原因，所以在此就省了。 2）.軸的彎曲變形計(jì)算公式 計(jì)算軸本身變形產(chǎn)生的橈度y和傾角θ時(shí)，一般常將軸簡(jiǎn)化為集中載荷下的簡(jiǎn)支梁，按參考書(shū)中的表中的有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。 當(dāng)軸的直徑相差不大且計(jì)算精度要求不高時(shí)，可把軸看作等徑軸，采用平均直徑來(lái)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算花鍵軸的剛度時(shí)可采用直徑或當(dāng)量直徑。 由于本次設(shè)計(jì)的說(shuō)明書(shū)的篇幅和時(shí)間的關(guān)系就不在此詳細(xì)的列出了。但一般的計(jì)算公式為： ………………………………………………… 2.75 ……………………………………………… 2.76 矩形花鍵軸：平均直徑……………………………… 2.77 當(dāng)量直徑 …………………………………………… 2.78 慣性距 ………………………… 2.79 本次設(shè)計(jì)機(jī)床中長(zhǎng)采用矩形花鍵軸的： ` 花 鍵 軸 尺寸 （GB1144-74） 平均直徑 當(dāng)量直徑 極慣性距 慣性距 28 27.84 58976 29488 37.5 37.78 200058 100029 61.5 61.76 1428706 714353 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的情況，主軸的剛度要求必須進(jìn)行校核，具體的剛度校核結(jié)果如下： a）.首先，把主軸上的軸承所能承受的載荷在《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)3》中查出，見(jiàn)下： 深溝球軸承 其基本額定載荷為： 推力球軸承 其基本額定載荷為： 雙列圓錐滾子軸承 其基本額定載荷為： b）.計(jì)算軸上的載荷 圖2.5 軸的結(jié)構(gòu)圖與彎矩扭矩圖 主軸上齒輪在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的載荷： 齒輪1： …………2.79 齒輪2： ……………2.80 c）.校核傾角和橈度 經(jīng)查表得： 安裝圓錐滾子軸承處 安裝深溝球軸承處 安裝推力球軸承處 計(jì)算主軸圓軸的平均直徑和慣性矩： …………2.81 …………………………… 2.82 ………………………… 2.83 傾角： 對(duì) ……2.84 ……2.85 ……………… 2.86 ……2.87 對(duì) …2.88 ……2.89 …………………2.90 ………2.91 在點(diǎn)C處的傾角 ………………… 2.92 ……………… 2.93 在點(diǎn)B處的傾角 ……… 2.94 在點(diǎn)A處的傾角 ……………2.95 橈度： 對(duì) …………… 2.96 ……………… 2.97 ………………………… 2.98 對(duì) ……………2.99 ……………… 2.100 ……………… 2.101 ………… 2.102 根據(jù)表選用 ………………………… 2.103 由此可得在主軸上的剛度是完全合格的。 三.齒輪模數(shù)的估算和計(jì)算 按接觸疲勞和彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪個(gè)參數(shù)都已知道后方可確定，所以只在草圖畫(huà)完之后校核用。在畫(huà)草圖之前，先估算，再選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)。 齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： …………………………… 2.104 齒面點(diǎn)蝕的估算： …………………………………… 2.105 其中nj為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，A為齒輪中心距。 由中心距A及齒數(shù)z1、z2求出模數(shù)： …………………………… 2.106 根據(jù)估算所得mj的值，由標(biāo)準(zhǔn)的模數(shù)表查取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。 計(jì)算（驗(yàn)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(jí)等都已確定，才可能核驗(yàn)齒輪的接觸疲勞和彎曲疲勞強(qiáng)度值是否滿(mǎn)足要求。 根據(jù)接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為： ……… 2.107 根據(jù)彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為： ……………… 2.108 式中：N---計(jì)算齒輪傳遞的額定功率； ---計(jì)算齒輪（小齒輪）的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min； ---齒寬系數(shù)=b/m，常取6～10； ---計(jì)算齒輪的齒數(shù)，一般取傳動(dòng)中最小齒輪的齒數(shù)； i---大齒輪和小齒輪餓齒數(shù)比，“+”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(dòng)件在接觸和彎曲腳變載荷下的疲勞曲線指數(shù)m和基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)C0； n---齒輪的最低轉(zhuǎn)速r/min； T---預(yù)定的齒輪工作期限，中型機(jī)床推薦：T=15，000～20，000h； Kn---轉(zhuǎn)速變化系數(shù)； KN---功率利用系數(shù)； Kq---材料強(qiáng)化系數(shù)。幅值低的交變載荷可使金屬材料的晶粒邊界強(qiáng)化，起著阻止疲勞細(xì)縫擴(kuò)展的作用； Ks（壽命系數(shù)）的及值Ksmax，Ksmin 當(dāng)時(shí)，則取 K1---工作情況系數(shù)。中等沖擊的主運(yùn)動(dòng)：K1=1.2～1.6； K2---動(dòng)載荷系數(shù)； K3---齒向載荷分布系數(shù)； Y---齒形系數(shù)； ---許用彎曲、接觸應(yīng)力Mpa。 本次設(shè)計(jì)中的模數(shù)計(jì)算與選取如下： 1.Ⅰ軸傳到Ⅱ軸的模數(shù)： 齒輪接觸疲勞的計(jì)算： …………………… 2.109 齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： ………………………… 2.110 取A=72mm …………………………… 2.111 計(jì)算（驗(yàn)算） 核驗(yàn)齒輪的接觸疲勞和彎曲疲勞強(qiáng)度值是否滿(mǎn)足要求。 根據(jù)接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為： 經(jīng)查表?。? …………2.112 取N=5.5KW，，代入公式得： ………2.113 根據(jù)彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為： 查表取 代入公式得： ……2.114 ………………2.115 經(jīng)校核和查表取m=2.5mm。 2.Ⅱ軸傳到Ⅲ軸的模數(shù)： 齒輪接觸疲勞的計(jì)算： ……………………………2.116 經(jīng)校核取m=2.5mm。 齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： ……………………………2.117 取A=90mm ……………………………… 2.118 經(jīng)校核和查表?。喝j=2.5mm 3.Ⅲ軸傳到Ⅳ軸的模數(shù)： 齒輪接觸疲勞的計(jì)算： ………………………………2.119 齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： …………………………… 2.120 取A=122mm ……………………………… 2.121 經(jīng)校核和查表?。喝j=3.5mm 4.Ⅳ軸傳到Ⅴ軸的模數(shù)： 齒輪接觸疲勞的計(jì)算： ………………………… 2.122 齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： ………………………… 2.123 取A=192mm …………………………… 2.124 經(jīng)校核和查表?。喝=3.5mm 以上所有的模數(shù)的選取都是根據(jù)參考書(shū)《機(jī)械原理》所提供的模數(shù)表中選取的標(biāo)準(zhǔn)值。 四.電磁離合器的選擇 摩擦電磁離合器目前在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用十分廣泛，因?yàn)樗梢栽谶\(yùn)轉(zhuǎn)中自動(dòng)的接通或脫開(kāi)，且具有結(jié)合平穩(wěn)，沒(méi)有沖擊、構(gòu)造緊湊的特點(diǎn)，部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，多用于機(jī)床主傳動(dòng)。選用時(shí)應(yīng)作必要的計(jì)算。 根據(jù)初步的計(jì)算可從《離合器的選擇與運(yùn)用》一書(shū)中選取，所有的作圖和計(jì)算尺寸都見(jiàn)書(shū)中的表。 1.按扭距選擇 一般應(yīng)使用和設(shè)計(jì)的離合器的額定靜扭距Mj和額定扭距Md滿(mǎn)足工作要求，由于普通車(chē)床是在空載下啟動(dòng)和反向的，故只需按離合器結(jié)合后的靜負(fù)載扭距來(lái)選。即： ……………………………… 2.125 對(duì)于需要在負(fù)載下啟動(dòng)和變速，或啟動(dòng)時(shí)間有特殊要求時(shí)，應(yīng)按動(dòng)扭距設(shè)計(jì)離合器。 2.步驟： 1）.決定外摩擦片的內(nèi)徑d。 根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，如為軸裝式時(shí)，摩擦片的內(nèi)徑d應(yīng)比安裝軸的軸徑大2～6mm。 2）.選擇摩擦片尺寸： 可以在參考書(shū)中選擇，具體的型號(hào)見(jiàn)圖紙。 3）.計(jì)算摩擦面對(duì)數(shù)z …………………………………………… 2.126 式中：f-摩擦片間的摩擦系數(shù)（有表可選）； -許用壓強(qiáng)MPa（有表可選）； D-摩擦片內(nèi)片外徑mm（有表可選）； d-摩擦片外片內(nèi)徑mm（有表可選）； Ku-速度修正系數(shù)（有表可選）； Kz-結(jié)合面數(shù)修正系數(shù)（有表可選）； Km-結(jié)合次數(shù)修正系數(shù)（有表可選）。 代入數(shù)值得：取Z=9。 2.1.6 展開(kāi)圖設(shè)計(jì) 一. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，技術(shù)要求和方法 1.設(shè)計(jì)的內(nèi)容 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)接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，用一長(zhǎng)展開(kāi)圖表示。 2.技術(shù)要求 主軸變速箱是機(jī)床的主要部件。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（這是本次設(shè)計(jì)的中型車(chē)床的數(shù)據(jù)）。 1）.精度 車(chē)床主軸部件要求比較高的精度。如： 主軸的徑向跳動(dòng) 〈 0.01mm ； 主軸的橫向竄動(dòng) 〈 0.01mm ； 2）.剛度和抗振性 綜合剛度（主軸與刀架之間的作用力與相對(duì)變形之比）： ……………………………………… 2.127 D—最大回轉(zhuǎn)直徑 mm 。 在主軸與刀架之間的相對(duì)振幅的要求： 等 級(jí) Ⅰ Ⅱ Ⅲ 振幅（0.001mm） ≤1 ≤2 ≤3 3). 傳動(dòng)效率要求 等 級(jí) Ⅰ Ⅱ Ⅲ 效 率 ≥0.85 ≥0.8 0.75 4）.主軸前軸承處溫度和溫升應(yīng)控制在以下范圍： 條 件 溫 度 溫 升 用 滾 動(dòng) 軸 承 ≤70℃ ≤40℃ 用 滑 動(dòng) 軸 承 ≤60℃ ≤30℃ 噪聲要控制在以下范圍 等 級(jí) Ⅰ Ⅱ Ⅲ dB ≤78 ≤80 ≤83 5）.結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單、緊湊，加工和裝備工藝性好，便于維修和調(diào)整。 6）.操作方便，安全可靠。 7）.遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則。 3.設(shè)計(jì)方法 主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。由于結(jié)構(gòu)比較復(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。在正式圖之前，最好能先畫(huà)草圖。目的是： 1）.布置傳動(dòng)件及選擇方案。 2）.檢驗(yàn)傳動(dòng)設(shè)計(jì)的結(jié)果中有無(wú)相互干涉、碰撞或其它不合理的情況，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)。 為達(dá)到上述的目的，草圖的主要輪廓尺寸和零件之間的相對(duì)位置尺寸一定要畫(huà)得準(zhǔn)確，細(xì)部結(jié)構(gòu)可不必畫(huà)出。 部分結(jié)構(gòu)經(jīng)反復(fù)推敲修改，經(jīng)過(guò)必要的驗(yàn)算，確定了結(jié)構(gòu)方案以后，才能開(kāi)始畫(huà)正式裝備圖。 在本次設(shè)計(jì)中，我先用A0的圖紙，手工繪制出了整張完圖，經(jīng)顏教授的四次修改之后才開(kāi)始正式的用軟件畫(huà)圖。然而，在繪圖的過(guò)程中遇到了很多的困難和不懂的地方，在教授的指點(diǎn)下進(jìn)行了反復(fù)的修改才得以完成初圖。 二. 展開(kāi)圖及其布置 展開(kāi)圖就是按照傳動(dòng)軸傳遞運(yùn)動(dòng)的先后順序，假想將各軸延其軸線剖開(kāi)，并將這些剖切面平整展開(kāi)在同一個(gè)平面上。因此，展開(kāi)圖是傳動(dòng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)化，是表達(dá)主軸變速箱內(nèi)傳動(dòng)關(guān)系以及各傳動(dòng)軸（包括傳動(dòng)部件）的結(jié)構(gòu)的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可能要修改傳動(dòng)設(shè)計(jì)。同一傳動(dòng)方案可能有不同的布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。車(chē)床主軸變速箱中的一些設(shè)計(jì)范例可為我們提供參考。 1.離合器結(jié)構(gòu)與軸上的傳動(dòng)齒輪 Ⅰ軸上裝的換向離合器和變速齒輪，有兩種布置方案。一種是兩級(jí)變速齒輪和離合器做成一體。齒輪的直徑受到離合器的約束，齒根圓的直徑必須大于離合器的外徑，否則齒輪無(wú)法加工。這樣軸間距離加大。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Ⅰ和軸Ⅰ’上。左邊部分接通，得到一級(jí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，右邊接通得到是三級(jí)的正向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)的齒輪直徑小，但軸向尺寸較大。此外，這種結(jié)構(gòu)就不能采用通過(guò)空心的軸中拉桿來(lái)操縱離合器的結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)中由于離合器和齒輪的原因只能采用后一種結(jié)構(gòu)方案。具體的結(jié)構(gòu)可見(jiàn)裝備圖中的分布。 2.反向機(jī)構(gòu) 利用機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)主軸反轉(zhuǎn)需要一個(gè)惰輪，也有兩中方案，一種是增加專(zhuān)門(mén)用來(lái)轉(zhuǎn)惰輪的短軸。這種短軸常是懸臂的，剛性差，齒輪接觸不好，容易引起振動(dòng)和噪聲。另一種結(jié)構(gòu)是將惰輪裝在有兩個(gè)支承的傳動(dòng)軸上，軸的剛性好，有利于降低噪聲。本次設(shè)計(jì)中選擇的是后者，因?yàn)闊o(wú)論從哪個(gè)角度去選擇都是后者好于前者。 反向轉(zhuǎn)速一般大于、至少等于正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，低于正轉(zhuǎn)的反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速是不合理的，設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要考慮的問(wèn)題。本次設(shè)計(jì)中，反向的轉(zhuǎn)速大于正轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。 3.變速方案與傳動(dòng)件的布置 變速方案有很多中選擇，滑移齒輪結(jié)構(gòu)緊湊，也最常用，本次設(shè)計(jì)中自然選用了。在Ⅰ軸上還采用了電磁摩擦離合器來(lái)變速，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的機(jī)床是數(shù)控自動(dòng)化機(jī)床，要求不停車(chē)進(jìn)行變速。變速方案不同，布置也不同。 總體布置的時(shí)候需要考慮制動(dòng)器的位置，本次設(shè)計(jì)時(shí)因?yàn)樵冖褫S上放了兩個(gè)電磁離合器，為了減少Ⅰ軸的負(fù)荷，所以制動(dòng)器是不能放在此軸上了。只要把制動(dòng)器放在其他的軸上，具體的裝備見(jiàn)圖。 每一種布置方案的實(shí)現(xiàn)，都必須具備某些條件。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)條件盡可能選擇軸向尺寸較小的方案。本次設(shè)計(jì)中裝備圖上的布置就是最優(yōu)的方案。 三. Ⅰ軸（輸入軸）的設(shè)計(jì) 1.Ⅰ軸的特點(diǎn) 1）.將運(yùn)動(dòng)傳入變速箱的帶輪，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)軸的剛度或使軸不受帶的拉力（帶輪卸荷）。 2）. 若Ⅰ軸上安裝正反用的離合器，由于組成離合器的零件很多，在箱內(nèi)裝備很不方便，一般都希望在箱外將Ⅰ軸組裝好后再整體裝入箱內(nèi)（最好是連皮帶也組裝在上面）。 2.卸荷裝置 帶輪將動(dòng)力傳到Ⅰ軸有兩種方式：一類(lèi)是帶輪直接裝在Ⅰ軸上。除傳遞扭矩外，帶的拉力也作用在軸上。另一類(lèi)是帶輪裝在軸承上，軸承套裝在套筒（法蘭盤(pán)）上，傳給軸的只是扭矩，徑向力有固定在箱體上的套筒承受。這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為卸荷裝置。本次設(shè)計(jì)中用的就是后者，卸荷裝置。具體的結(jié)構(gòu)和裝備見(jiàn)圖。 3.換向裝置 車(chē)床上的反轉(zhuǎn)主要用于加工螺紋時(shí)退刀。車(chē)短螺紋時(shí)，換向頻率比較高。實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的變換有很多種方案?？杀敬卧O(shè)計(jì)中所采用的是電磁離合器。 4.正反向離合器 正反向的轉(zhuǎn)換，希