12級(jí)主軸箱-車(chē)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【N=16~710;公比1.41;Z=12；P=7.5KW含2張CAD圖-獨(dú)家】.zip,N=16~710,公比1.41,Z=12,P=7.5KW含2張CAD圖-獨(dú)家,12,主軸,車(chē)床,運(yùn)動(dòng),機(jī)械,變速,傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)計(jì),16,710,公比,1.41,7.5,KW,CAD,獨(dú)家 目錄 一、設(shè)計(jì)目的 - 2 - 二、設(shè)計(jì)步驟 - 2 - 2.1.運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) - 2 - 2.1.1已知條件 - 2 - 2.1.2結(jié)構(gòu)分析式 - 2 - 2.1.3 繪制轉(zhuǎn)速圖 - 3 - 2.1.4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 - 5 - 2.2.動(dòng)力設(shè)計(jì) - 6 - 2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 - 6 - 2.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) - 6 - 2.3 各傳動(dòng)組齒輪模數(shù)的確定和校核 - 8 - 3. 齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 - 11 - 2.2.1校核a傳動(dòng)組齒輪 - 11 - 2.2.2 校核b傳動(dòng)組齒輪 - 13 - 2.2.3校核c傳動(dòng)組齒輪 - 14 - 2.3. 各軸的設(shè)計(jì)及主軸的校核 - 16 - 2.3.1 確定各軸最小直徑 - 16 - 2.3.2主軸的計(jì)算及校核 - 17 - 2.3.3多片式摩擦離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算 - 18 - 2.3.4各軸軸承選擇 - 20 - 三.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明 - 20 - 3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 - 20 - 3.2 展開(kāi)圖及其布置 - 21 - 3.3 齒輪塊設(shè)計(jì) - 21 - 3.4 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) - 22 - 3.5 潤(rùn)滑與密封 - 23 - 3.6 其他問(wèn)題 - 24 - 四、總結(jié) - 24 - 五、參考文獻(xiàn) - 25 - 一、設(shè)計(jì)目的 通過(guò)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在擬定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)方案過(guò)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(xiě)技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，并具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。 二、設(shè)計(jì)步驟 2.1.運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 2.1.1已知條件 [1]公比:φ=1.41 [2]轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)：Z=12 [3]確定轉(zhuǎn)速范圍： 主軸最小轉(zhuǎn)速:nmin=16r/min 可得調(diào)速范圍：Rn=φZ(yǔ)-1=1.4112-1=43.8 最大轉(zhuǎn)速:nmax=nmin*Rn=16*43.8 =701r/min 查表取標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速nmax=710r/min [4]電動(dòng)機(jī)功率：P=7.5KW 2.1.2結(jié)構(gòu)分析式 ⑴ ⑵ [3] 從電動(dòng)機(jī)到主軸主要為降速傳動(dòng)，若使傳動(dòng)副較多的傳動(dòng)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，也就是滿足傳動(dòng)副前多后少的原則，因此取方案。在降速傳動(dòng)中，防止齒輪直徑過(guò)大而使徑向尺寸常限制最小傳動(dòng)比 ；在升速時(shí)為防止產(chǎn)生過(guò)大的噪音和震動(dòng)常限制最大轉(zhuǎn)速比。在主傳動(dòng)鏈任一傳動(dòng)組的最大變速范圍。在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證中間傳動(dòng)軸的變速范圍最小， 根據(jù)中間傳動(dòng)軸變速范圍小的原則選擇結(jié)構(gòu)網(wǎng)。從而確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下： 檢查傳動(dòng)組的變速范圍時(shí)，只檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組： R2=φX2*(P2-1) 其中φ=1.41，X2=6，P2=2 所以R2=1.416*(2-1)=8 ，合適。 2.1.3 繪制轉(zhuǎn)速圖 ⑴選擇電動(dòng)機(jī) 一般車(chē)床若無(wú)特殊要求，多采用Y系列封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)原則條件選擇Y160L-8型Y系列籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。 其同步轉(zhuǎn)速720r/min,額定功率7.5KW ⑵分配總降速傳動(dòng)比 總降速傳動(dòng)比 i=nminnd=16720=0.022 又電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nd=720r/min不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)，因而增加一定比傳動(dòng)副。 [3]確定傳動(dòng)軸軸數(shù) 傳動(dòng)軸軸數(shù) = 變速組數(shù) + 定比傳動(dòng)副數(shù) + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。 ⑷確定各級(jí)轉(zhuǎn)速并繪制轉(zhuǎn)速圖 由nmin= 16r/min, ?=1.41,Z=12確定各級(jí)轉(zhuǎn)速： 710、500、355、250、180、125、90、63、45、31.5、22.4、16r/min。 18:72 710 500 355 250 180 125 90 63 45 31.5 22.4 16 30:60 37:53 45:45 24:48 60:30 42:30 由此也可確定加在電動(dòng)機(jī)與主軸之間的定傳動(dòng)比i=720/250=2.88 。下面畫(huà)出轉(zhuǎn)速圖（電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近）。 [5]確定各變速組傳動(dòng)副齒數(shù) ①傳動(dòng)組a: ai1=φ/1=1.41/1， ai2=1/φ2=1/2 查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2.3-4, 可取SZ=72,于是可得軸Ⅰ齒輪齒數(shù)分別為：42、24。 可得軸Ⅱ上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為：30、48。 ②傳動(dòng)組b: bi1=1/1， bi2=1/ φ=1/1.41，bi2=1/ φ2=1/2 查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2.3-4, 可取 SZ=90，于是可得軸Ⅱ上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為：45、37、30。 于是得軸Ⅲ上兩齒輪的齒數(shù)分別為：45、53、60。 ③傳動(dòng)組c: ci1=1φ4=1/3.98, ci2=φ2=2 查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2.3-4, 可取SZ=90, ci1=1/3.98為降速傳動(dòng)，取軸Ⅲ齒輪齒數(shù)為18； ci2=2為升速傳動(dòng)，取軸Ⅳ齒輪齒數(shù)為30。 得軸Ⅲ兩聯(lián)動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為18，60； 得軸Ⅳ兩齒輪齒數(shù)分別為72,30。 2.1.4 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動(dòng)機(jī)等已知條件可有如下系統(tǒng)圖： 53 37 45 30 72 30 18 60 30 60 45 48 42 24 375 132 2.2.動(dòng)力設(shè)計(jì) 2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 ⑴確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速：主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 nIV=nminφz3-1=16*1.41123-1=45 r/min ⑵各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速： 軸Ⅲ可從主軸45 r/min按18/72的傳動(dòng)副找上去，軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速 180 r/min；軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為180r/min；軸Ⅰ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為355r/min。 [3]各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 傳動(dòng)組c中， 只需計(jì)算z =18的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為45 *72/18=180 r/min； 傳動(dòng)組b計(jì)算z = 37的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為180r/min； 傳動(dòng)組a應(yīng)計(jì)算z = 24的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為355r/min。 [4]核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 n實(shí)=720*132375*4230*4545*6030=710 r/min n標(biāo)=710r/min n實(shí)-n標(biāo)n標(biāo)=710 -710710=0.05%≤10φ-1=4.1% 所以合適。 2.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=720r/min,傳遞功率P=7.5KW,傳動(dòng)比i=720/250=2.88 ，兩班制， 一天運(yùn)轉(zhuǎn)16.1小時(shí)，工作年數(shù)10年。 1 定計(jì)算功率 取KA=1.1，則Pca=KAP=8.25KW ⑵選取V帶型 根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計(jì)算功率，選A型帶。 ⑶確定帶輪直徑和驗(yàn)算帶速 查表小帶輪基準(zhǔn)直徑d1=132mm,d2=132*i=132*2.88 =375mm 驗(yàn)算帶速成v=πd1n160*1000 其中 -小帶輪轉(zhuǎn)速(r/min)； -小帶輪直徑(mm)； v=3.14*132*720600*1000=4.97 m/s∈[4,25]，合適。 [4]確定帶傳動(dòng)的中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 設(shè)中心距為,則 0.55(d1+d2)≤a0≤2(d1+d2) 于是 278.85 ≤a0≤1014 ,初取中心距為a0=400mm。 帶長(zhǎng)L0=2a0+π2d1+d2+d2-d124a0 =2*400+3.142132+375+375-13224*400=1633 mm 查表取相近的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld，Ld=1600mm。 帶傳動(dòng)實(shí)際中心距a=a0+Ld-L02=400+1600-1633 2=384 mm [5]驗(yàn)算小帶輪的包角 一般小帶輪的包角不應(yīng)小于。 α1≈180-d2-d1a*57.3=145 °>120°, 合適 [6]確定帶的根數(shù) Z=PcaP0+?P0kαkL 其中： P0=1.11 P0為α1=180°，載荷平穩(wěn)，i=1，特定基準(zhǔn)長(zhǎng)度時(shí)單根V帶的額定功率，由《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖3.2-3，3.2-4得： ?P0=0.09 ?P0 為時(shí)傳遞功率的增量，由《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖3.2-3，3.2-4得： kα=0.91 kα為按小輪包角；由《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3.2-6查得 kL=0.99 kL為長(zhǎng)度系數(shù)；由《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3.2-6查得 為避免V型帶工作時(shí)各根帶受力嚴(yán)重不均勻，限制根數(shù)不大于10。 Z=8.251.11+0.09*0.91*0.99 =7.63 取8 [7]計(jì)算帶的張緊力 F0=500pcavZ2.5-kαkα+qv2 其中： -帶的傳動(dòng)功率,8.25KW； v-帶速,4.97 m/s； q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取q=0.1kg/m。 由《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3.2-1查得 F0=500*8.254.97 *8*2.5-0.910.91+0.1*4.97 2=183.61 N [8]計(jì)算作用在軸上的壓軸力 FQ≈2ZF0sinα12≈2*8*183.61 *sin145 2 =2802.69 N 2.3 各傳動(dòng)組齒輪模數(shù)的確定和校核 ⑴模數(shù)的確定(按齒面接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù))： a傳動(dòng)組：只需計(jì)算齒數(shù)最小齒輪模數(shù) 計(jì)算24齒齒輪的模數(shù)： mj=163003(i+1)k1k2k3Pφmz12i nj[σj]2 其中: i-公比 ； i=2； k1-工況系數(shù)；取1.2 k2-動(dòng)載荷系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表28 按精度等級(jí)7，≤HB350,取k2=1.4 k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表29 取k3=1.12 P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=7.5*0.95=7.125Kw η=η帶η軸承=0.96*0.99=0.95 φm-齒寬系數(shù)；取8 z1-小齒輪齒數(shù)；取24 nj-齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速；355r/min [σj]-齒輪許用接觸應(yīng)力； 按45#整體淬火[σj]=1100MPa mj=1630032+1*1.2*1.4*1.12*7.1258*242*2*355*11002=3.53 取m =4 mm。 于是傳動(dòng)組a的齒輪模數(shù)取m =4 mm，b =32mm。 軸Ⅰ上齒輪的直徑： da1=4 *42=168mm, da2=4 *0=0mm, da3=4 *24=96mm 軸Ⅱ上三聯(lián)齒輪的直徑分別為： da1'=4 *30=120mm, da2'=4 *0=0mm,da3'=4 *48=192mm b傳動(dòng)組： 按最小齒數(shù)30的齒輪計(jì)算： mj=163003(i+1)k1k2k3Pφmz12i nj[σj]2 其中: i-公比 ； i=2.82； k1-工況系數(shù)；取1.2 k2-動(dòng)載荷系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表28 按精度等級(jí)7，≤HB350,取k2=1.4 k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表29 取k3=1.12 P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=7.5*0.92=6.9Kw η=η帶η軸承η軸承η齒輪=0.96*0.99*0.99*0.98=0.92 φm-齒寬系數(shù)；取8 z1-小齒輪齒數(shù)；取30 nj-齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速；180 r/min [σj]-齒輪許用接觸應(yīng)力； 按45#整體淬火[σj]=1100MPa mj=1630032.82+1*1.2*1.4*1.12*6.98*302*2.82*180*11002=3.77 取m =4 mm。 于是傳動(dòng)組b的齒輪模數(shù)取m =4 mm，b =32mm。 軸II上齒輪的直徑： db1=4 *45=180mm, db2=4 *30=148mm 軸III上三聯(lián)齒輪的直徑分別為： db1'=4 *45=180mm, db2'=4 *60=212mm c傳動(dòng)組： 按最小齒數(shù)18的齒輪計(jì)算： mj=163003(i+1)k1k2k3Pφmz12i nj[σj]2 其中: i-公比 ； i=3.98； k1-工況系數(shù)；取1.2 k2-動(dòng)載荷系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表28 按精度等級(jí)7，≤HB350,取k2=1.4 k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表29 取k3=1.12 P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=7.5*0.89=6.675Kw η=η帶η軸承3η齒輪2=0.96*0.993*0.982=0.89 φm-齒寬系數(shù)；取8 z1-小齒輪齒數(shù)；取18 nj-齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速；180 r/min [σj]-齒輪許用接觸應(yīng)力； 按45#整體淬火[σj]=1100MPa mj=1630033.98+1*1.2*1.4*1.12*6.6758*182*3.98*180*11002=4.44 取m =4.5 mm。 于是傳動(dòng)組c的齒輪模數(shù)取m =4.5 mm，b =36mm。 軸III上齒輪的直徑： dc1=4.5 *60=270mm, dc2=4.5 *18=81mm 軸IV上三聯(lián)齒輪的直徑分別為： dc1'=4.5 *30=135mm, dc2'=4.5 *72=324mm 3. 齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核： 2.2.1校核a傳動(dòng)組齒輪 校核最小齒輪齒數(shù)為24的即可，確定各項(xiàng)參數(shù) 計(jì)算公式:mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw] mw≤m 式中，k1-工況系數(shù)；取1.2 k2-動(dòng)載荷系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表28 按精度等級(jí)7，≤HB350,取k2=1.4 k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表29 取k3=1.12 ks-壽命系數(shù)；ks=kTknkpkq=2.00 *0.72*0.78*0.77=0.86 其中， kT=m60n1TC0=660*355*60002*106=2.00 n1-齒輪的最低轉(zhuǎn)速；經(jīng)前面計(jì)算，取355r/min T-齒輪的平均工作時(shí)間；T=TSN ,查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表30，得T=18000/3=6000 C0-基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 表31，得C0=2x106 m-疲勞曲線指數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表31得m=6 kn-轉(zhuǎn)速變化系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 表31得，kn=0.72 kp-功率利用系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 表33得，kp=0.78 kq-材料強(qiáng)化系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 表34得，kq=0.77 P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=7.5*0.95=7.125 η=η帶η軸承=0.96*0.99=0.95a Z-小齒輪齒數(shù)；取最小齒輪齒數(shù)24 Y-齒形系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表27 得Y=0.42 B-齒寬；經(jīng)前面計(jì)算得B=32mm nj-齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速；355r/min m-齒輪模數(shù)；經(jīng)前面計(jì)算得m=4 σw-齒輪齒根許用彎曲應(yīng)力；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表37 得σw=320MPa mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw]=2751.2*1.4*1.12*0.86 *7.12524*0.42*8*355*320=0.31 mw≤m,故齒輪通過(guò)校核。 2.2.2 校核b傳動(dòng)組齒輪 校核最小齒輪齒數(shù)為30的即可，確定各項(xiàng)參數(shù) 計(jì)算公式：mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw] mw≤m 式中，k1-工況系數(shù)；取1.2 k2-動(dòng)載荷系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表28 按精度等級(jí)7，≤HB350,取k2=1.4 k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表29 取k3=1.12 ks-壽命系數(shù)；ks=kTknkpkq=1.79 *0.72*0.78*0.77=0.77 其中， kT=m60n1TC0=660*355*60002*106=1.79 n1-齒輪的最低轉(zhuǎn)速；經(jīng)前面計(jì)算，取180r/min T-齒輪的平均工作時(shí)間；T=TSN ,查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表30，得T=18000/3=6000 C0-基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 表31，得C0=2x106 m-疲勞曲線指數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表31得m=6 kn-轉(zhuǎn)速變化系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 表31得，kn=0.72 kp-功率利用系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 表33得，kp=0.78 kq-材料強(qiáng)化系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 表34得，kq=0.77 P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=7.5*0.92=6.9 η=η帶η軸承η軸承η齒輪=0.96*0.99*0.99*0.98=0.92 Z-小齒輪齒數(shù)；取最小齒輪齒數(shù)30 Y-齒形系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表27 得Y=0.444 B-齒寬；經(jīng)前面計(jì)算得B=32mm nj-齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速；180r/min m-齒輪模數(shù)；經(jīng)前面計(jì)算得m=4 σw-齒輪齒根許用彎曲應(yīng)力；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表37 得σw=320MPa mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw]=2751.2*1.4*1.12*0.77 *6.930*0.444*8*180*320=0.35 mw≤m,故齒輪通過(guò)校核。 2.2.3校核c傳動(dòng)組齒輪 校核齒數(shù)為18的即可，確定各項(xiàng)參數(shù) 計(jì)算公式：mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw] mw≤m 式中，k1-工況系數(shù)；取1.2 k2-動(dòng)載荷系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表28 按精度等級(jí)7，≤HB350,取k2=1.4 k3-齒向載荷分布系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表29 取k3=1.12 ks-壽命系數(shù)；ks=kTknkpkq=1.79 *0.72*0.78*0.77=0.77 其中， kT=m60n1TC0=660*355 *60002*106=1.79 n1-齒輪的最低轉(zhuǎn)速；經(jīng)前面計(jì)算，取180 r/min T-齒輪的平均工作時(shí)間；T=TSN ,查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表30，得T=18000/3=6000 C0-基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 表31，得C0=2x106 m-疲勞曲線指數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表31得m=6 kn-轉(zhuǎn)速變化系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 表31得，kn=0.72 kp-功率利用系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 表33得，kp=0.78 kq-材料強(qiáng)化系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 表34得，kq=0.77 P-齒輪所傳遞的額定功率；P =Pdη=7.5*0.89=6.675 η=η帶η軸承3η齒輪2=0.96*0.993*0.982=0.89 Z-小齒輪齒數(shù)；取最小齒輪齒數(shù)18 Y-齒形系數(shù)；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表27 得Y=0.378 B-齒寬；經(jīng)前面計(jì)算得B=36mm nj-齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速；180 r/min m-齒輪模數(shù)；經(jīng)前面計(jì)算得m=4.5 σw-齒輪齒根許用彎曲應(yīng)力；查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表37 得σw=320MPa mw=275K1K2K3KSPZ1Yφmnj[σw]=2751.2*1.4*1.12*0.77 *6.67518*0.444*8*180 *320=0.48 mw≤m,故齒輪通過(guò)校核。 2.3. 各軸的設(shè)計(jì)及主軸的校核 2.3.1 確定各軸最小直徑 計(jì)算公式：d≥914Pnj 式中：d—軸的危險(xiǎn)斷面處的直徑（mm），當(dāng)軸上有一個(gè)鍵槽時(shí)， d值應(yīng)增大4%-5%；當(dāng)同一斷面上有兩個(gè)鍵槽時(shí)，d值應(yīng)增大7%-10%。當(dāng)軸為花鍵時(shí)，則軸的內(nèi)徑可比 d值減小7%。 P—該軸傳遞的額定功率（KW）。 nj—該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）。 取傳遞效率，η帶=0.96，η軸承=0.99，η齒=0.98 （1）I軸的直徑： I軸傳遞功率PI=Pdη帶η軸承=7.5*0.96*0.99=7.13 KW d≥914PInj=9147.13 355=34.26 mm， 考慮鍵槽故增大5%并圓整取d=38mm （2）II軸的直徑： II軸傳遞功率PII=PIη齒η軸承=7.13 *0.98*0.99=6.92 KW d≥914PIInj=9146.92 180=40.29 mm， 考慮鍵槽故增大5%并圓整取d=45mm （3）III軸的直徑： III軸傳遞功率PIII=PIη齒η軸承=6.92 *0.98*0.99=6.71 KW d≥914PIIInj=9146.71 180 =39.98 mm， 考慮鍵槽故增大5%并圓整取d=42mm （4）IV軸（主軸）的直徑： IV軸傳遞功率PIV=PIIIη齒η軸承=6.71 *0.96*0.99=6.51 KW d≥914PIVnj=9146.51 45 =56.12 mm， 圓整取d=63mm 2.3.2主軸的計(jì)算及校核 （1）選擇主軸軸頸直徑,軸承型號(hào)和最佳跨距 最大加工直徑400mm，P=7.5KW.經(jīng)查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3.11-6：得： 前軸頸應(yīng)為110-145mm, 初選D1=110mm, 后軸頸D2=(0.7-0.85)D1,取D2=85mm, 取主軸中空孔直徑為0.5D2=42mm, 前軸承為NN3022K,后軸承為NN3017K, 根據(jù)結(jié)構(gòu),初定懸伸長(zhǎng)度a1=75mm 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，主軸的跨距L=3~5a1，初定l=350mm （2）主軸前端位移驗(yàn)算： 為了保證機(jī)床的加工精度，必須限制主軸懸伸端處的位移不能超過(guò)允許值，近似計(jì)算中可不計(jì)軸承變形的影響。通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)可知，主軸端部由主軸變形引起的位移占總位移的50%~80%，一般可取60%。由軸承變形引起的位移占20%~40%。 主軸受力簡(jiǎn)圖如下： 計(jì)算公式：KS'≥1.66KA 其中 KS'=300D4aA2(L+aA) ，KA=KB0.6aB2aA2+0.4(1+aBL)2(1+aAL)2 式中：D-主軸當(dāng)量外徑,簡(jiǎn)化計(jì)算為D=(D1+D2)/2=9.75cm aA=75mm aB=0.4Dmax=0.4*400=160mm L=350mm KB=Kcbblim2ξ(1+ξ)cosβcosα 查表9-8取當(dāng)V=50m/min,f=0.1mm/r時(shí)，Kcb=2.46N/μm.mm, β=68.8°，blim=0.015Dmax=6mm。 查表9-9取ξ=0.03 車(chē)削外圓式一般取α=45° 故：KB=Kcbblim2ξ(1+ξ)cosβcosα=2.46*62*0.025（1+0.025）cos68.8*cos45=55.98 N/μm KS'=300D4aA2(L+aA)=300*9.7547.52*(35+7.5)=1134.04 N/μm KA=KB0.6aB2aA2+0.4(1+aBL)2(1+aAL)2=55.98 *0.6*1602752+0.4*1+16035021+753502=185.12 N/μm KS'≥1.66KA 可以看出，主軸的剛度是合格的。 2.3.3多片式摩擦離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算 查取教材10.6，選用材料為銅-銅基粉末冶金材料，并選擇干式型離合器。 （1）確定外離合器的直徑D1 對(duì)于軸裝式，D1=d+2-6mm=110+(2-6)=112-116 最終取D1=114mm （2）確定內(nèi)摩擦片的外徑D2 D2=D1φ 其中φ取0.57-0.75，此處取0.6 則D2=D10.6=1140.6=152.00 mm 圓整取D2=152mm （3）計(jì)算摩擦面中徑Dm及摩擦面平均線速度Vm Dm=D1+D22=114+1522=133mm v=πnDm60000=3.14*355*13360000=2.47 m/s （4）計(jì)算摩擦片對(duì)數(shù)Z KZZ=12MnK103πf[p]（D23-D13)KvKm 式中K-安全系數(shù)，取1.3-1.5，此處取1.4 f-摩擦系數(shù)，查表10.6，取0.28 p-材料的許用壓強(qiáng)，查表10.6，取1 Kv-速度修正系數(shù)，查表10.7得：1 Km-每小時(shí)結(jié)合數(shù)修正系數(shù)，對(duì)于干式型離合器，取1 KZ-摩擦面對(duì)數(shù)修正系數(shù) Mn-離合器傳遞的扭矩。 Mn=9550*Pn=9550*7.5355=201.76 N.m KZZ=12MnK103πf[p]（D23-D13)KvKm=12*201.76 *1.4*1033.14*0.28*1*1523-1143*1*1=1.90 查表10.9取Z=3 （5）計(jì)算主動(dòng)片數(shù)i1和被動(dòng)片數(shù)i2 i1=Z2+1=32+1=2.5，取3 i2=Z2=32=1.5，取2 總片數(shù)i=i1+i2=3+2=5 （6）計(jì)算軸向壓力 Q=π4(D22-D12)[p] Kv=3.144*1522-1142*1* 1=7934.78 N 2.3.4各軸軸承選擇 主軸：根據(jù)外徑D1=110，D2=85 前端選擇雙列圓柱滾子軸承NN3022K,其內(nèi)徑為110，外徑為170 后端選擇雙列圓柱滾子軸承NN3017K,其內(nèi)徑為85，外徑為130 I軸：根據(jù)計(jì)算I軸外徑為38 選擇深溝球軸承6208,其內(nèi)徑為40，外徑為80 II軸：根據(jù)計(jì)算II軸外徑為45 選擇圓錐滾子軸承30208,其內(nèi)徑為40，外徑為80 III軸：根據(jù)計(jì)算III軸外徑為42 選擇圓錐滾子軸承30208,其內(nèi)徑為40，外徑為80 三.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明 3.1 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） 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)位布置傳動(dòng)件及置，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)。 3.2 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，假想將各軸沿其軸線剖開(kāi)并將這些剖切面平整展開(kāi)在同一個(gè)平面上。 總布置時(shí)需要考慮制動(dòng)器的位置。制動(dòng)器可以布置在背輪軸上也可以放在其他軸上。制動(dòng)器不要放在轉(zhuǎn)速太低軸上，以免制動(dòng)扭矩太大，是制動(dòng)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 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(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； 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)。 為了控制噪聲，機(jī)床上主傳動(dòng)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?chē)?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(shí)，制造費(fèi)用將顯著提高。 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。 8級(jí)精度齒輪，一般滾齒或插齒就可以達(dá)到。 7級(jí)精度齒輪，用較高精度滾齒機(jī)或插齒機(jī)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(jí)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(jí)精度的齒輪，用精密滾齒機(jī)可以達(dá)到。淬火齒輪，必須磨齒才能達(dá)到6級(jí)。 機(jī)床主軸變速箱中齒輪齒部一般都需要淬火。 3.4 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。 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(shí)加工幾個(gè)同心孔的工藝。下面分析幾種鏜孔方式：對(duì)于支撐跨距長(zhǎng)的箱體孔，要從兩邊同時(shí)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(shí)加工各孔；對(duì)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(jì)時(shí)應(yīng)盡可能避免。 既要滿足承載能力的要求，又要符合孔加工工藝，可以用輕、中或重系列軸承來(lái)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5～10，以免加工時(shí)孔變形。 花鍵軸兩端裝軸承的軸頸尺寸至少有一個(gè)應(yīng)小于花鍵的內(nèi)徑。 一般傳動(dòng)軸上軸承選用級(jí)精度。 傳動(dòng)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(dòng)件的位置正確性，不論軸是否轉(zhuǎn)動(dòng)，是否受軸向力，都必須有軸向定位。對(duì)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(shí)應(yīng)注意： 1） 軸的長(zhǎng)度。長(zhǎng)軸要考慮熱伸長(zhǎng)的問(wèn)題，宜由一端定位。 2） 軸承的間隙是否需要調(diào)整。 3） 整個(gè)軸的軸向位置是否需要調(diào)整。 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。 3.5 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?，使油能順利地流回到油箱? 3.6 其他問(wèn)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(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。 四、總結(jié) 金屬切削機(jī)床的課程設(shè)計(jì)任務(wù)完成了，雖然設(shè)計(jì)的過(guò)程比較繁瑣，而且剛開(kāi)始還有些不知所措，但是在同學(xué)們的共同努力下，再加上老師的悉心指導(dǎo)，我終于順利地完成了這次設(shè)計(jì)任務(wù)。本次設(shè)計(jì)鞏固和深化了課堂理論教學(xué)的內(nèi)容，鍛煉和培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的知識(shí)和理論的能力，是我獨(dú)立分析、解決問(wèn)題的能力得到了強(qiáng)化. 五、參考文獻(xiàn) ［1］工程學(xué)院機(jī)械制造教研室 主編.金屬切削機(jī)床指導(dǎo)書(shū). ［2］濮良貴 紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版).北京:高等教育出版社,2001年6月 ［3］毛謙德 李振清主編.《袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》第二版.機(jī)械工業(yè)出版社,2002年5月 ［4］《減速器實(shí)用技術(shù)手冊(cè)》編輯委員會(huì)編.減速器實(shí)用技術(shù)手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992年 ［5］戴曙 主編.金屬切削機(jī)床.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005年1月 [6]《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組 主編.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1980年8月 ［7］華東紡織工學(xué)院 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 天津大學(xué)主編.機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè).上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1979年6月 - 34 -