7級分級變速主傳動系統(tǒng)設計【N=63~500,Z=7，公比為1.41；P=4KW，n=1440含5張CAD圖】

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I分級變速主傳動系統(tǒng)設計摘 要本次課程設計是針對《機械系統(tǒng)設計》專業(yè)課程基礎知識的一次綜合性應用設計，設計過程應用了《機械制圖》 、 《機械原理》 、 《工程力學》等。充分應用了以前所學習的知識，并應用這些知識來分析和解決實際問題。本說明書著重研究機床主傳動系統(tǒng)的設計步驟和設計方法，根據(jù)已確定的運動參數(shù)以變速箱展開圖的總中心距最小為目標，擬定變速系統(tǒng)的變速方案，以獲得最優(yōu)方案以及較高的設計效率。進一步掌握了一般設計的設計思路和設計切入點，同時對機械部件的傳動設計和動力計算也提高了應用各種資料和實際動手的能力。規(guī)范了制圖要求，掌握了機械設計的基本技能。本文通過對主傳動系統(tǒng)中三聯(lián)滑移齒輪傳動特點的分析與研究，繪制零件工作圖與主軸箱展開圖及剖視圖。關鍵詞 分級變速 傳動系統(tǒng)設計 傳動副 結構網(wǎng) 結構式 齒輪模數(shù)傳動比 計算轉速II目錄第 1 章 緒論 .........................................................................................................11.1 課程設計的目的 .....................................................................................11.2 課程設計的內容 .....................................................................................11.2.1 理論分析與設計計算 ..................................................................11.2.2 圖樣技術設計 ..............................................................................11.2.3 編制技術文件 ...............................................................................21.3 課程設計題目、主要技術參數(shù)和技術要求 ........................................21.3.1 課程設計題目和主要技術參數(shù) ................................................21.3.2 技術要求 .......................................................................................2第 2 章 運動設計 .................................................................................................32.1 運動參數(shù)及轉速圖的確定 .....................................................................32.1.1 轉速范圍 .......................................................................................32.1.2 轉速數(shù)列 .......................................................................................32.1.3 確定結構式 ...................................................................................32.1.4 確定結構網(wǎng) ...................................................................................32.1.5 繪制轉速圖和傳動系統(tǒng)圖 ...........................................................42.2 確定各變速組此論傳動副齒數(shù) ............................................................42.3 核算主軸轉速誤差 ................................................................................5第 3 章 動力計算 ...............................................................................................73.1 傳動件的計算轉速 .................................................................................73.2 傳動軸和主軸的軸徑設計 .....................................................................73.3 計算齒輪模數(shù)及尺寬，分度圓直徑 .....................................................83.3.1 計算齒輪模數(shù) ...............................................................................83.3.2 計算齒輪分度圓及尺寬 ...............................................................93.4 帶輪設計 .................................................................................................9第 4 章 主要零部件選擇 ...................................................................................114.1 軸承的選取 ...........................................................................................114.2 鍵的選取 ...............................................................................................11第 5 章 校核 .....................................................................................................125.1 齒輪校核 ...............................................................................................125.2 主軸彎曲剛度校核 ...............................................................................145.3 軸承校核 ...............................................................................................145.4 潤滑與密封 ...........................................................................................14III第 6 章 結構設計 ...............................................................................................166.1 結構設計的內容、技術要求和方案 ...................................................166.2 展開圖及其布置 ...................................................................................166.3 I 軸（輸入軸）的設計 .........................................................................176.4 齒輪塊設計 ..........................................................................................186.4.1 齒輪塊設計 .................................................................................186.4.2 其他問題 ....................................................................................186.5 傳動軸的設計 .......................................................................................196.6 主軸組件設計 ......................................................................................206.6.1 各部分尺寸的選擇 ....................................................................206.6.2 主軸軸承 ....................................................................................216.6.3 主軸與齒輪的連接 ....................................................................226.6.4 潤滑與密封 ................................................................................236.6.5 其他問題 ....................................................................................23結論 .....................................................................................................................24參考文獻 .............................................................................................................25致謝 .....................................................................................................................251第 1 章 緒論1.1 課程設計的目的《機械系統(tǒng)設計》課程設計是在學完本課程后，進行一次學習設計的綜合性練習。通過課程設計，使學生能夠運用所學過的基礎課、技術基礎課和專業(yè)課的有關理論知識，及生產(chǎn)實習等實踐技能，達到鞏固、加深和拓展所學知識的目的。通過課程設計，分析比較機械系統(tǒng)中的某些典型機構，進行選擇和改進；結合結構設計，進行設計計算并編寫技術文件；完成系統(tǒng)主傳動設計，達到學習設計步驟和方法的目的。通過設計，掌握查閱相關工程設計手冊、設計標準和資料的方法，達到積累設計知識和設計技巧，提高學生設計能力的目的。通過設計，使學生獲得機械系統(tǒng)基本設計技能的訓練，提高分析和解決工程技術問題的能力，并為進行機械系統(tǒng)設計創(chuàng)造一定的條件。1.2 課程設計的內容《機械系統(tǒng)設計》課程設計內容由理論分析與設計計算、圖樣技術設計和技術文件編制三部分組成。1.2.1 理論分析與設計計算（1）機械系統(tǒng)的方案設計。設計方案的分析，最佳功能原理方案的確定。（2）根據(jù)總體設計參數(shù)，進行傳動系統(tǒng)運動設計和計算。（3）根據(jù)設計方案和零部件選擇情況，進行有關動力計算和校核。1.2.2 圖樣技術設計（1）選擇系統(tǒng)中的主要機件。（2）工程技術圖樣的設計與繪制。21.2.3 編制技術文件（1）對于課程設計內容進行自我經(jīng)濟技術評價。（2）編制設計計算說明書。1.3 課程設計題目、主要技術參數(shù)和技術要求1.3.1 課程設計題目和主要技術參數(shù)題目 8：分級變速主傳動系統(tǒng)設計技術參數(shù)：Nmin=63r/min，Nmax=500r/min,Z=7 級，公比為 1.41；電動機功率 P=4KW，電機轉速 n=1440r/min1.3.2 技術要求（1）利用電動機完成換向和制動。（2）各滑移齒輪塊采用單獨操縱機構。（3）進給傳動系統(tǒng)采用單獨電動機驅動。3第 2 章 運動設計2.1 運動參數(shù)及轉速圖的確定2.1.1 轉速范圍Rn= = =7.94minaxN63502.1.2 轉速數(shù)列轉速數(shù)列。查《機械系統(tǒng)設計》表 2-9 標準數(shù)列表，首先找到63r/min、然后每隔 5 個數(shù)取一個值（1.41=1.06 6） ，得出主軸的轉速數(shù)列為63r/min,90r/min,125r/min,180r/min,250r/min,355r/min, 500r/min共 7 級。2.1.3 確定結構式對于 Z=7 可分解為：Z=2 1×22×23。2.1.4 確定結構網(wǎng)根據(jù)“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,結構緊湊的原則,選取傳動方案 Z=21×22×23,易知第二擴大組的變速范圍 r=φ (P3-1)x=1.414=3.95〈8，滿足要求滿足要求，其結構網(wǎng)如圖 2-1。圖 2-1 結構網(wǎng) 42.1.5 繪制轉速圖和傳動系統(tǒng)圖（1）選擇電動機：采用 Y 系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。（2）繪制轉速圖，如圖 2-2 所示：圖 2-2 轉速圖（3）畫主傳動系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉速圖及已知的技術參數(shù)，畫主傳動系統(tǒng)圖如圖 2-3：1-2 軸最小中心距：A 1_2min>1/2(Zmaxm+2m+D)軸最小齒數(shù)和:S zmin>(Zmax+2+D/m)2.2 確定各變速組此論傳動副齒數(shù)(1)Sz 100-120,中型機床 Sz=70-100?(2)直齒圓柱齒輪 Zmin 18-20?5圖 2-3 主傳動系統(tǒng)圖（7）齒輪齒數(shù)的確定。據(jù)設計要求 Zmin≥18—20,由表 4.1，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數(shù)，各齒輪齒數(shù)如表 2-1。表 2-1 齒輪齒數(shù)基本組 第 1 擴大組 第 2 擴大組傳動比 1:1.41 1:2 1:1.41 1：2.8 1.41：1 1:2代號 Z1 Z1′ Z2 Z2′ Z3 Z3′ Z4 Z4′ Z5 Z5′ Z6 Z6′齒數(shù) 31 41 24 48 36 51 23 64 56 40 32 642.3 核算主軸轉速誤差實際傳動比所造成的主軸轉速誤差，一般不應超過±10( -1)％,即?〈10( -1)％n標 準 轉 速標 準 轉 速實 際 轉 速 ?6對 Nmax=500r/min，實際轉速Nmax=1440× × × × =509r/min 190435160則有=1.8％〈4.1％-9因此滿足要求。同理，根據(jù)計算得出其他各組的數(shù)據(jù)如下表：因此滿足要求。各級轉速誤差表 2-2 轉速誤差分析表N　 500　 355　 250　 180　　 125　　　90　 63　　n　 510.6　　　360　 255.3　　 180　　　127.7　　 91.1　　 64.2　　誤差值　　2.1%　 1.4%　 2.1%　 0　　　2.1%　　　1.2%　 1.9%　所有計算結果都小于 4.1％，因此不需要修改齒數(shù)。7第 3 章 動力計算3.1 傳動件的計算轉速 4/34/3min(1) 61.9.6/min0i:jRrr???傳 動 件 的 計 算 轉 速主 軸 的 計 算 轉 速取 主 軸 的 計 算 轉 速各 軸 的 計 算 轉 速 如 下表 3-1 各軸的計算轉速軸 序 號電動機(0) I 軸 II 軸 III 軸 IV 軸計算轉速r/min1440 710 355 125 99.6最小齒輪的計算轉速如下:表 3-2 最小齒輪的計算轉速Z1 Z1’ Z2 Z2’ Z3 Z3’ Z4 Z4’ Z5 Z5’ Z6 Z6’710 355 710 355 355 125 355 125 125 100 125 1003.2 傳動軸和主軸的軸徑設計（1）傳動軸軸徑初定Ⅰ軸：p=4kw,n=710r/min, =0.5 帶入公式：?=29.6mm,圓整取 d=30mm49[]jPdn??Ⅱ軸：p=4kw,n=355r/min, =0.5=35.3mm,圓整取 d=36mm 491[]jdn?III 軸：p=4kw,n=125r/min, =0.5 帶入公式：8=45.8mm,圓整取 d=46mm491[]jPdn???（2）主（IV）軸軸頸直徑確定：查表 4-9 選擇主軸前端直徑 D1=80mm,后端直徑 D2=64mm軸承內徑 d/D 小于 0.7 則取 d=50mm材料：45 鋼。熱處理：調質 Hre22-28主軸懸伸量：a/D1=1.25--2.5 a=(1.25—2.5)D1=(1.25—2.5)x(80+64/2)=90—180 取 a=120mm最佳跨距 2.5la?.120.53la??3.3 計算齒輪模數(shù)及尺寬，分度圓直徑3.3.1 計算齒輪模數(shù)40Gr 整體淬火 [ ]=650mpa j?mj=16338 3 1[]2()mZujNdn???Nd—驅動電動機功率u---大齒輪與小齒輪齒數(shù)比Z1--小齒輪齒數(shù)m----齒寬系數(shù) m=B/m=6-10 取 m=8???nj----計算齒輪的計算轉速[ ]---許用接觸應力 j?a).u=z1/z1’=24/48,nj =710r/minmj=16338 3 =1.85 取 m1=21[]2()mZujNdn???b).u=z2/z2’=23/64,nj =355r/min9mj=16338 3 =2.6 取 m2=31[]2()mZujNdn???c).u=z3/z3’=32/64,nj =125r/minmj=16338 3 =2.72 取 m3=31[]2()mZujdn?3.3.2 計算齒輪分度圓及尺寬d1=m1z1=2 31=62mm d1′=m1z1′=2 41=82mm??d2=m2z2=2 24=48mm d2′=m2z2′=2 48=96mmd3=m3z3=3 36=108mm d3′=m3z3′=3 51=153mmd4=m4z4=3 23=69mm d4′=m4z4′=3 64=192mm??d5=m5z5=3 40=120mm d5′=m5z5′=3 56=168mmd6=m6z6=3 32=96mm d6′=m6z6′=3 64=192mmB12= m=8 2=16mm B34= m=8 3=24mm B56= m=8 3=24mm??m????3.4 帶輪設計（1）確定計算功率:P=4kw,K 為工作情況系數(shù)，查表取 K=1.1，pd=kAP=1.1 4=4.4kw?（2）選擇 V 帶的型號:根據(jù) pd,n1=1440r/min 查表選擇 A 型 V 帶 d1=90mm（3）確定帶輪直徑 d1,d2小帶輪直徑 d1=90mm驗算帶速 v= d1n1/(60 1000)= 90 1440/(60 1000)????=6.78m/s從動輪直徑 d2=n1d1/n2=1440 90/710=182.5mm 取 d2=190mm計算實際傳動比 i=d2/d1=190/90=2.1110相對誤差:︱i 0-i/i0︱=︱(1440/710-2.11)/(1440/710)︱=4.0%120°（6）確定 V 帶根數(shù)：確定額定功率：P 0由查表并用線性插值得 P0=0.16kw查表得功率增量 P0=0.17kwA查表得包角系數(shù) K =0.95?查表得長度系數(shù) Kl=0.89確定帶根數(shù)：Z Pd/(P0+ P0)K Kl=4.4/(1.06+0.17) 0.95 0.89=3.02??取 Z=4。11第 4 章 主要零部件選擇4.1 軸承的選?。?）帶輪：選用深溝球軸承，型號：6205（2）一軸：選用深溝球軸承，型號：6205（3）二軸：采用深溝球軸承，型號：6206（4）三軸：采用深溝球軸承，型號：6208（5）主軸：主軸是傳動系統(tǒng)之中最為關鍵的部分，因此應該合理的選擇軸承。從主軸末端到前端依次選擇軸承為角接觸軸承，型號：7012C;深溝球軸承，型號：6210雙列圓柱滾子軸承，型號：NN3000K，4.2 鍵的選取（1）帶輪：選平鍵：8 7 ?（2）1 軸：選平鍵：8 7 花鍵：6 26 60 6?（3）2 軸：選平鍵：10 8 花鍵：8 32 36 6（4）3 軸：選平鍵：10 8 花鍵：8 42 46 8（5）4 軸：選花鍵：8 62 68 1212第 5 章 校核5.1 齒輪校核直角圓柱齒輪的應力驗算公式：表 5-1 齒輪尺寸（1）一軸到二軸的小齒輪從上表可知為齒數(shù)為 29查設計手冊可得以下數(shù)據(jù)： 12324,2,16,70/min,.04,1.,.jZumBnrKK????/80/.52STP接觸應力：31706102.8mTnKC???，.8,.5,.64nNqK0.86STnNqK?軸序號I I II II II II III III III IV IV齒輪齒數(shù)Z31 24 41 48 36 23 64 56 32 40 64模數(shù)M2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3分度圓 d62 48 82 96 108 69 192 168 96 120 192齒根圓直徑 df57 43 77 91 100.5 61.5 184.5 160.5 88.5 112.5 184.5齒頂圓直徑 da66 52 86 100 114 75 198 174 102 126 19813[ 為傳遞的額定功率123()2081()sj juKNMPaZmBn????（KW）] 3.N將以上數(shù)據(jù)代入公式可得 8510jp???彎曲應力： ， ，0.,.7,.nNqKK1.09STnNqK?0.395Y?51239()SwjMPaZmBYn???將以上數(shù)據(jù)代入公式可得 702wp??（2）二軸到三軸的小齒輪從上表可知為齒數(shù)為 20查設計手冊可得以下數(shù)據(jù)： 1233,2.78,324,35/in,.04,1.,.4jZumBnrKK? ??/10/.50STP?接觸應力：31706520.11mTnKC??，.85,.,.6nNqK? 0.7STnNqK?[ 為傳遞的額定功率123()201()sj juMPaZmBn???（KW）] 3.?將以上數(shù)據(jù)代入公式可得 1302jp???彎曲應力：660571.94mTnKC??，.85,.,0.nNqK? 0.9STnNqK?14512390()SwjKNMPaZmBn???將以上數(shù)據(jù)代入公式可得 016wpa???5.2 主軸彎曲剛度校核（1）主軸剛度符合要求的條件如下：a 主軸的前端部撓度 []0.250.1sy????b 主軸在前軸承處的傾角 [].rad??容 許 值 軸 承c 在安裝齒輪處的傾角 0.1容 許 值 齒(2)計算如下：前支撐為雙列圓柱滾子軸承，后支撐為角接觸軸承架立放圓柱滾子軸承跨距 L=450mm.當量外徑 de= =21D?m2851045?主軸剛度：因為 di/de=25/285=0.088<0.7,所以孔對剛度的影響可忽略；ks= =2kN/mm344424 10)5(1.02..3)(1034 ????????aldAi剛度要求：主軸的剛度可根據(jù)機床的穩(wěn)定性和精度要求來評定5.3 軸承校核????610()1739hCLThnP????5.4 潤滑與密封主軸轉速高，必須保證充分潤滑，一般常用單獨的油管將油引到軸承處。15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）密封圈——加密封裝置防止油外流。 。2）疏導——在適當?shù)牡胤阶龀龌赜吐?，使油能順利地流回到油箱?6第 6 章 結構設計6.1 結構設計的內容、技術要求和方案設計主軸變速箱的結構包括傳動件（傳動軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動器等） 、主軸組件、操縱機構、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結件的結構設計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。課程設計由于時間的限制，一般只畫展開圖。主軸變速箱是機床的重要部件。設計時除考慮一般機械傳動的有關要求外，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，結構工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標準化和通用化的原則。主軸變速箱結構設計時整個機床設計的重點，由于結構復雜，設計中不可避免要經(jīng)過反復思考和多次修改。在正式畫圖前應該先畫草圖。目的是：(2)布置傳動件及選擇結構方案。(3)檢驗傳動設計的結果中有無干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時改正。(4)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)。6.2 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徑的約束，齒根圓的直徑必須大于離合器的外徑，負責齒輪無法加工。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，得到一級反向轉動，右邊接通得到三級反向轉動。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構。17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 I 軸（輸入軸）的設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，結構上應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。我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。車床上的反轉一般用于加工螺紋時退刀。車螺紋時，換向頻率較高。實現(xiàn)政反轉的變換方案很多，我們采用正反向離合器。正反向的轉換在不停車的狀態(tài)下進行，常采用片式摩擦離合器。由于裝在箱內，一般采用濕式。在確定軸向尺寸時，摩擦片不壓緊時，應留有 0.2～0.4 的間隙，m間隙應能調整。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)，不增加軸承軸向復合。3） 結構設計時應使加力環(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。I 軸上裝有摩擦離合器，兩端的齒輪是空套在軸上，當離合器接通時才和軸一起轉動。但脫開的另一端齒輪，與軸回轉方向是相反的，二者的相對轉速很高（約為兩倍左右） 。結構設計時應考慮這點。齒輪與軸之間的軸承可以用滾動軸承也可以用滑動軸承?；瑒虞S承在18一些性能和維修上不如滾動軸承，但它的徑向尺寸小?？仗X輪需要有軸向定位，軸承需要潤滑。6.4 齒輪塊設計6.4.1 齒輪塊設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，并影響主軸回轉均勻性。在齒輪塊設計時，應充分考慮這些問題。齒輪塊的結構形式很多，取決于下列有關因素：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，或一些關鍵齒輪，就應選 6—5—5。當精度從 7—6—6 提高到 6—5—5 時，制造費用將顯著提高。不同精度等級的齒輪，要采用不同的加工方法，對結構要求也有所不同。8 級精度齒輪，一般滾齒或插齒就可以達到。7 級精度齒輪，用較高精度滾齒機或插齒機可以達到。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到。淬火齒輪，必須磨齒才能達到 6 級。機床主軸變速箱中齒輪齒部一般都需要淬火。196.4.2 其他問題滑移齒輪進出嚙合的一端要圓齒，有規(guī)定的形狀和尺寸。圓齒和倒角性質不同，加工方法和畫法也不一樣，應予注意。選擇齒輪塊的結構要考慮毛坯形式（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該可靠?；讫X輪在軸向位置由操縱機構中的定位槽、定位孔或其他方式保證，一般在裝配時最后調整確定。6.5 傳動軸的設計機床傳動軸，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。傳動軸應保證這些傳動件或機構能正常工作。首先傳動軸應有足夠的強度、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?；ㄦI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 為 65～85 。刀Dm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。但是滾錐軸承內外圈可以分開，裝配方便，間隙容易調整。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，但也要考慮其他結構條件。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鏜刀頭。在箱外調整好鏜刀尺寸，可以提高生產(chǎn)20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，要從兩邊同時進行加工；支撐跨距比較短的，可以從一邊（叢大孔方面進刀）伸進鏜桿，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調刀，設計時應盡可能避免。既要滿足承載能力的要求，又要符合孔加工工藝，可以用輕、中或重系列軸承來達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 ，以免加工時孔變形。m花鍵軸兩端裝軸承的軸頸尺寸至少有一個應小于花鍵的內徑。一般傳動軸上軸承選用 級精度。G傳動軸必須在箱體內保持準確位置，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?；剞D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注意：5.軸的長度。長軸要考慮熱伸長的問題，宜由一端定位。6.軸承的間隙是否需要調整。7.整個軸的軸向位置是否需要調整。8.在有軸向載荷的情況下不宜采用彈簧卡圈。9.加工和裝配的工藝性等。6.6 主軸組件設計主軸組件結構復雜，技術要求高。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量（加工精度和表面粗糙度） ，設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。6.6.1 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，而且涉及多方面的因素。1） 內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及通過卸頂尖的頂桿，必須是空心軸。為了擴大使用范圍，加大可加工棒料直徑，車床主軸內孔直徑有增大的趨勢。212） 軸頸直徑前支撐的直徑是主軸上一主要的尺寸，設計時，一般先估算或擬定一個尺寸，結構確定后再進行核算。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，應盡量縮短主軸的外伸長度 。選擇適當?shù)闹慰缇郺，一般推薦?。? =3～5，跨距 小時，軸承變形對軸端變形的影響LaLL大。所以，軸承剛度小時， 應選大值，軸剛度差時，則取小值?？缇?的大小，很大程度上受其他結構的限制，常常不能滿足以上要求。安排結構時力求接近上述要求。6.6.2 主軸軸承1）軸承類型選擇主軸前軸承有兩種常用的類型：雙列短圓柱滾子軸承。承載能力大，可同時承受徑向力和軸向力，結構比較簡單，但允許的極限轉速低一些。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，但允許的極限轉速低，容易發(fā)熱。向心推力球軸承。允許的極限轉速高，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，結構簡單，制造方便，但為了提高主軸剛度也有用三個支撐的了。三支撐結構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 ） ，只有在m22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構的負責程度，應根據(jù)機床的實際要求確定。在配置軸承時，應注意以下幾點：（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分別有相應的軸承承受。（3）徑向力和兩個方向的軸向力都應傳遞到箱體上，即負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 或 級，后軸承選 或 級。CDE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，會降低軸承的回轉精度，所以軸和孔的精度應與軸承精度相匹配。4）軸承間隙的調整為了提高主軸的回轉精度和剛度，主軸軸承的間隙應能調整。把軸承調到合適的負間隙，形成一定的預負載，回轉精度和剛度都能提高，壽命、噪聲和抗震性也有改善。預負載使軸承內產(chǎn)生接觸變形，過大的預負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。軸承間隙的調整量，應該能方便而且能準確地控制，但調整機構的結構不能太復雜。雙列短圓柱滾子軸承內圈相對外圈可以移動，當內圈向大端軸向移動時，由于 1：12 的內錐孔，內圈將脹大消除間隙。其他軸承調整也有與主軸軸承相似的問題。特別要注意：調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，調整時可能將軸承壓偏而破壞精度。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格的精度要求。236.6.3 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致小齒輪輪轂厚度不夠的問題。6.6.4 潤滑與密封主軸轉速高，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。主軸轉速高，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，但工藝困難） 。m還有一種是在軸承蓋的孔內開一個或幾個并列的溝槽（圓弧形或 形） ，v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，較為復雜。2）疏導——在適當?shù)牡胤阶龀龌赜吐?，使油能順利地流回到油箱?.6.5 其他問題主軸上齒輪應盡可能靠近前軸承，大齒輪更應靠前，這樣可以減小主軸的扭轉變形。當后支承采用推力軸承時，推力軸承承受著前向后的軸向力，推力軸承緊靠在孔的內端面，所以，內端面需要加工，端面和孔有較高的垂直度要求，否則將影響主軸的回轉精度。支承孔如果直接開在箱體上，內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、結構等。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 或其他合金鋼。Cr4024主軸頭部需要淬火，硬度為 50～55。其他部分處理后，調整硬度為RC220～250 。HB25結論這次的課程設計,對于培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實際的設計思想;訓練綜合運用機械設計和有關先修課程的理論,結合生產(chǎn)實際反系和解決工程實際問題的能力;鞏固、加深和擴展有關機械設計方面的知識等方面有重要的作用。在這次的課程設計過程中,綜合運用先修課程中所學的有關知識與技能,結合各個教學實踐環(huán)節(jié)進行機械課程的設計,一方面,逐步提高了我們的理論水平、構思能力、工程洞察力和判斷力,特別是提高了分析問題和解決問題的能力,為我們以后對專業(yè)產(chǎn)品和設備的設計打下了寬廣而堅實的基礎。 本次設計得到了指導老師的細心幫助和支持。感謝老師的指導和幫助。26參考文獻[1] 段鐵群 主編 《機械系統(tǒng)設計》 科學出版社 第一版[2] 于惠力 主編 《機械設計》 科學出版社 第一版[3] 戴 曙 主編 《金屬切削機床設計》 機械工業(yè)出版社[4] 戴 曙 主編 《金屬切削機床》 機械工業(yè)出版社 第一版[4] 趙九江 主編 《材料力學》 哈爾濱工業(yè)大學出版社 第一版[6] 鄭文經(jīng) 主編 《機械原理》 高等教育出版社 第七版[7] 于惠力 主編 《機械設計課程設計》 科學出版社 27致謝在學習中,老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、豐富淵博的知識、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風范是我終生學習的楷模，老師們的高深精湛的造詣與嚴謹求實的治學精神，將永遠激勵著我。另外，感謝校方給予我這樣一次機會，能夠獨立地完成一個課程設計，并在這個過程當中，給予我們各種方便，使我們在這學期快要結束的時候，能夠將學到的知識應用到實踐中，增強了我們實踐操作和動手應用能力，提高了獨立思考的能力。在這次課程設計的撰寫中，我得到了許多人的幫助。首先我要感謝我的老師在課程設計上給予我的指導、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次設計的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術上的難題，讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間，我不僅學到了許多新的知識，而且也開闊了視野，提高了自己的設計能力。其次，我要感謝幫助過我的同學，他們也為我解決了不少我不太明白的設計上的難題。