- 1 -畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書科亞學(xué)院 機(jī)械制造及其自動化 畢業(yè)設(shè)計題目：C6150 車床主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容：1.設(shè)計計算書一份2. AutoCAD 軟件圖紙，三維主軸裝配圖一張，折合 6 張 A1（包括裝備圖、零件圖）3.文獻(xiàn)綜述（不少于 3000 字）4.英文翻譯（不少于 3000 字）指 導(dǎo) 教 師： 2012 年 3 月 5 日教研室主任： 2012 年 3 月 5 日學(xué) 院 院 長： 2012 年 3 月 5 日 - 1 -本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書題 目：C6150 車床主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計 院 系：專 業(yè)：班 級：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：論文提交日論文答辯日期： 年 月 日 機(jī)制專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯申請表注：此表答辯時由學(xué)生本人交給答辯小組秘書姓名 專業(yè) 科機(jī)械 學(xué)號 指 導(dǎo) 教 師 題 目 C6150 車床主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計一 工作量完成情況1 做畢業(yè)設(shè)計的同學(xué)填寫下列內(nèi)容（1） 完成設(shè)計圖紙，折合 A1 號共 6 張；（2） 設(shè)計計算說明書，按標(biāo)準(zhǔn)模板，正文共 31 頁；（3） 實(shí)習(xí)報告，小四號字共 3 頁；（4） 文獻(xiàn)綜述，小四號字共 19 頁；（5） 外文翻譯，小四號字（漢字）共 10 頁；2 撰寫論文的同學(xué)填寫下列內(nèi)容（1） 論文性質(zhì)（在下列選項(xiàng)中畫“√” ） ；理論研究（ ） ；應(yīng)用研究（ ） ；綜述性文章（ ） 。（2） 論文按標(biāo)準(zhǔn)模板，正文共 頁；（3） 實(shí)習(xí)報告，小四號字共 頁；（4） 文獻(xiàn)綜述，小四號字共 頁；（5） 外文翻譯，小四號字（漢字）共 頁；二 工作手冊完成情況（在下列選項(xiàng)中畫“√” ）很好（√ ） ；較好（ ） ；一般（ ） ；較差（ ） ；沒完成（ ） 。三 畢業(yè)設(shè)計（論文）資料初審情況1 畢業(yè)設(shè)計（論文）資料是否經(jīng)過指導(dǎo)教師審查（在下列選項(xiàng)中畫“√” ） 。 是（ √ ） ；否（ ） 。2 審查后是否做了修改（在下列選項(xiàng)中畫“√” ）是（ √ ） ；否（ ） 。四 答辯申請（在下列選項(xiàng)中畫“√” ）申請正常答辯（ √ ） ；申請延期答辯（ ） 。五 指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 摘 要C6150 車床C6150主軸箱是車床的主要基礎(chǔ)件和支承拌之一，也是較為典型、比較復(fù)雜、技術(shù)條件要求較為嚴(yán)格、廢品率較高的箱體類鑄件．其底部盛油不得滲漏，上部開口為箱口。床頭箱生產(chǎn)一直沿用傳統(tǒng)鑄造工藝方案，其鑄件澆注位置選擇箱口朝下，箱底朝上，分型面在鑄件中部最大截面處， 兩箱手工模板造型。鑄件內(nèi)腔由兩壁隔開三個空腔， 是由三個主型芯形成，落在下箱，術(shù)質(zhì)芯盒．手工制芯．該方案的長處在于主型芯較小，形狀較筒單，芯盒制造、制芯都較方便，型芯烘干和下芯位置也一樣，下芯、合箱都很方便。本說明書對于 C6150 車床主軸箱進(jìn)行設(shè)計，其中包括：主傳動系統(tǒng)的運(yùn)動設(shè)計有:確定極限轉(zhuǎn)速、確定公比、確定轉(zhuǎn)速級數(shù)、確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式、繪制轉(zhuǎn)速圖、確定齒輪齒數(shù)和擬定傳動系統(tǒng)圖。主運(yùn)動部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計有：帶傳動的設(shè)計、確定各種計算轉(zhuǎn)速、確定齒輪模數(shù)、確定各軸最小直徑和設(shè)計部分主軸主件。設(shè)計完成后軸與軸承的校核：軸的校核主要通過軸頸、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動等計算出軸最大承受的力量，能夠正常工作的時間。軸承則通過與每根不同的軸的連接，確定要用的軸承，選出最好的軸承，最終確定軸和軸承是否達(dá)到要求。其中最主要的部分則是主軸部件結(jié)構(gòu)：C6150 的主軸部件結(jié)構(gòu)的剖面部分是以前支撐為主，后支撐為輔的三支撐部件。前、中支撐分別是深溝球軸承和圓錐滾柱軸承，螺母通過蝶形彈簧來控制預(yù)緊力和補(bǔ)償熱膨脹。后支撐是一只單列向心球軸承，它在箱體支撐孔。關(guān)鍵詞： 機(jī)床, 軸, 床頭箱 AbstractThe spindle box is the foundation and support of the lathe is one of the typical mix, also, more complex, technical requirements more stringent, the higher rejection rate of casting the box oil leakage. Not, the opening of the upper part is the box. The headstock traditional casting process, the casting pouring position selection box mouth down, bottom up, parting surface in the casting middle maximum cross-section, two boxes of hand shape by template. Casting cavity is composed of two wall three cavities, which is composed of three main core formation, fall on a lower box, operation box handmade quality core . The scheme has the advantage of main core is small, relatively simple, core box core making manufacture, convenient, core drying and core the position is the same, the core, a box is very convenient.Main transmission system design is: to determine the movement speed, and determine the speed, structure, and structured, rendering speed diagram, the pinion gear transmission system and the plan.The moving parts of structure design: belt transmission design and calculation speed, determine the gear module, each shaft diameter and the design of main shaft parts.One of the most important part is the spindle structure: C6150spindle structure section was previously support, back support supplemented by three supporting parts. Ago, supporting are deep groove ball bearing and tapered roller bearing, the nut through the butterfly spring to control the pretightening force and to compensate for thermal expansion. After supporting a single-row radial ball bearing, which in the body supporting hole.Key words: Machine tool, Check, Berth box目 錄第一章 引言 1第二章 設(shè)計計算 42.1 設(shè)計目的 42.2 運(yùn)動設(shè)計 42.3 動力設(shè)計 82.4 齒輪強(qiáng)度校核 .122.5 主軸撓度的校核 162.6 主軸最佳跨距的確定 .172.7 各傳動軸支承處軸承的選擇 .182.8 主軸剛度校核 182.9 結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明 .20結(jié)論 29參考文獻(xiàn) 30致謝 31沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第一章 引言- 0 -第 1 章 引言床頭箱概述床頭箱是車床的主要基礎(chǔ)件和支承拌之一，也是較為典型、比較復(fù)雜、技術(shù)條件要求較為嚴(yán)格、廢品率較高的箱體類鑄件．其底部盛油不得滲漏，上部開口為箱口。床頭箱生產(chǎn)一直沿用傳統(tǒng)鑄造工藝方案，其鑄件澆注位置選擇箱口朝下，箱底朝上，分型面在鑄件中部最大截面處， 兩箱手工模板造型。鑄件內(nèi)腔由兩壁隔開三個空腔， 是由三個主型芯形成，落在下箱，術(shù)質(zhì)芯盒．手工制芯．該方案的長處在于主型芯較小，形狀較筒單，芯盒制造、制芯都較方便，型芯烘干和下芯位置也一樣，下芯、合箱都很方便。1. 主軸的結(jié)構(gòu)分析由經(jīng)驗(yàn)知, 管加工機(jī)床絕大多數(shù)傳動軸都采用雙列圓錐滾子軸承, 受力和制造精度是單列軸承所達(dá)不到的, 這種選擇是合理的、科學(xué)的。比日本的 MAZAK、比利時、德國、蘇聯(lián)等機(jī)床結(jié)構(gòu)好多了, 不但承載能力大, 而且便于調(diào)整軸承間隙。實(shí)踐證明, 這種主軸結(jié)構(gòu)不但精度高, 而且主軸箱體兩端溫升很小。主軸上只有一個齒輪, 變速在前三根軸上, 主軸制造簡單, 齒輪靠近前軸承, 使主軸受力較好, 不易產(chǎn)生彎曲變形。為了使主軸傳動平穩(wěn), 減少噪音, 主軸上采用斜齒輪傳動, 為使大齒輪和主軸結(jié)合牢固, 減少間隙, 傳遞扭矩大 , 裝卸方便, 故選用1:15的錐面結(jié)合。2． 床頭箱主軸的選擇為適應(yīng)高速傳動，主軸軸承必須滿足以下要求：（1）軸承尺寸公差及旋轉(zhuǎn)精度允差要小，以適應(yīng)高精度切削要求；（2）用角接觸球軸承取代圓柱滾子軸承和推力球軸承承受徑向和軸向載荷，并適應(yīng)高速切削；（3）減小徑向截面尺寸，以減小主軸系統(tǒng)的體積并有利于系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)；（4）盡量采用小而多的滾動體，以減小高速旋轉(zhuǎn)慣性力并進(jìn)而提高軸系的動剛度；（5）采用高強(qiáng)度、輕質(zhì)保持架，選擇合理的引導(dǎo)方式，以適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)；沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第一章 引言- 1 -（6）盡量采用配對軸承，以保證軸承的旋轉(zhuǎn)精度與剛度。滿足這些要求后，軸承可實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)而溫升低、剛性高。主軸高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于切削力對滾動體的作用，所以高速主軸的主要設(shè)計參數(shù)為轉(zhuǎn)速。為了適用于高速切削。其前支承采用日本NSK7017A5 三聯(lián)角接觸球軸承，特輕系列，α=25 °,后支承采用一對背靠背組配的角接觸球軸承日本NSK7014C，軸箱載荷已由前支承承受，后支承的外圈與箱體孔軸向就不再定位了，故箱體孔是光孔。主軸熱膨脹時，主軸帶著后軸承在箱體孔內(nèi)移動。后支承背靠背組配為的是實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，后支承并不承受軸向載荷，故采用α=15°的軸承，前后軸承精度皆為ISO4 相當(dāng)于P4 級。使主軸具有較好的高速性和更高的精度。3．床頭箱主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用防噪音、防漏油的有力的措施, 且機(jī)床的制動采用在電機(jī)皮帶輪處利用剎車盤、單向油缸制動原理, 使床頭箱不但結(jié)構(gòu)簡單可靠, 而且便于制造、維修,壽命高, 不易損壞。由于是專用機(jī)床,主傳動鏈只有四根軸, 二個三聯(lián)齒輪變速, 主軸共9種轉(zhuǎn)速, 主傳動鏈短,有利提高機(jī)床的制造精度, 降低噪音和發(fā)熱量。4. 軸承的潤滑脂潤滑在使用上最為方便，它不存在漏油問題。潤滑脂的使用期限長，如果轉(zhuǎn)速不超過樣本所列的極限轉(zhuǎn)速，則一次充填可使用2000 h 以上，只要密封得好，能保證灰塵、屑末、冷卻液、潤滑油等不進(jìn)入軸承，一次充填可以用到修理時才更換。中間不需補(bǔ)充，因此，機(jī)床主軸套筒往往沒有加油孔。對于脂潤滑的主軸組件，由于脂不會外漏，主要是防止外物進(jìn)入，多用不接觸的曲路，防止外物的進(jìn)入。5. 主軸的材料與熱處理 因主軸是空心的, 為了加工簡單,產(chǎn)生變形小, 選用標(biāo)準(zhǔn)的高強(qiáng)度無縫鋼管進(jìn)行加工，不需要套料加工, 也不需要鍛造毛坯。為提高主軸耐受沖擊載荷, 提高韌性, 采用調(diào)質(zhì)處理, 軸承及兩端孔采用高頻淬火。6. 主傳動系統(tǒng)的剎車裝盆一般主軸的制動是剎車片離合器或剎車帶, 這臺機(jī)床學(xué)習(xí)和應(yīng)用了法國克里丹公司在高速車絲機(jī)床FT-150的簡單而可靠的剎車制動方法,在主電機(jī)皮帶輪端安裝一耐磨的剎車盤, 由小直徑的單向油缸和彈簧來實(shí)現(xiàn), 作用力很小, 且剎車效果特別沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第一章 引言- 2 -好, 既安全又快, 沒有噪音, 其結(jié)構(gòu)簡便, 成本低。沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 3 -第 2 章 設(shè)計計算2.1 設(shè)計目的通過機(jī)床主運(yùn)動機(jī)械變速傳動系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)設(shè)計，在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計構(gòu)思、方案分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件計算、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)計思想，掌握基本的設(shè)計方法，并具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算能力。2.2 運(yùn)動設(shè)計2.2.1 已知條件⑴確定轉(zhuǎn)速范圍：主軸最小轉(zhuǎn)速 。min/20inr?⑵確定公比： 41.??⑶轉(zhuǎn)速級數(shù)： 2z2.2.2 結(jié)構(gòu)分析式⑴ ⑵ ⑶ 231??321??231??從電動機(jī)到主軸主要為降速傳動，若使傳動副較多的傳動組放在較接近電動機(jī)處可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，節(jié)省材料，也就是滿足傳動副前多后少的原則，因此取 方案。在降速傳動中，防止齒輪直徑過大而使徑向尺寸321常限制最小傳動比 ；在升速時為防止產(chǎn)生過大的噪音和震動常限制最大轉(zhuǎn)4min?速比 。在主傳動鏈任一傳動組的最大變速范圍 。在2max?i ??10~8minaxa??R設(shè)計時必須保證中間傳動軸的變速范圍最小， 根據(jù)中間傳動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)如圖 1：沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 4 -圖一 結(jié)構(gòu)網(wǎng)檢查傳動組的變速范圍時，只檢查最后一個擴(kuò)大組：其中 ， ， ??122???PXR?41.??62X2?P所以 ，合適。0~86.4.?2.2.3 繪制轉(zhuǎn)速圖⑴選擇電動機(jī)一般車床若無特殊要求，多采用 Y 系列封閉式三相異步電動機(jī)，根據(jù)原則條件選擇 Y-132M-4 型 Y 系列籠式三相異步電動機(jī)。⑵分配總降速傳動比總降速傳動比 02.14/2/min??d又電動機(jī)轉(zhuǎn)速 不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)，因而增加一定比傳動副。i140rd⑶確定傳動軸軸數(shù)傳動軸軸數(shù) = 變速組數(shù) + 定比傳動副數(shù) + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。⑷確定各級轉(zhuǎn)速并繪制轉(zhuǎn)速圖由 z = 12 確定各級轉(zhuǎn)速：min/20rni?4.??1250、1000、710、500、355、250、180、125、90、63、45、20r/min。沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 5 -在五根軸中，除去電動機(jī)軸，其余四軸按傳動順序依次設(shè)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅲ與Ⅳ軸之間的傳動組分別設(shè)為 a、b、c。現(xiàn)由Ⅳ（主軸）開始，確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速：?Ⅲ 軸轉(zhuǎn)速的確定傳動組 c 的變速范圍為 ，結(jié)合結(jié)構(gòu)式，Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速]10,8[41.max66??R?只有一和可能：125、180、250、355、500、710r/min。②Ⅱ軸的轉(zhuǎn)速的確定傳動組 b 的級比指數(shù)為 3，希望中間軸轉(zhuǎn)速較小，因而為了避免升速，又不致傳動比太小，可取，8.2/1/31??i 1/2ib軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速確定為：355、500、710r/min。③Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速的確定對于軸Ⅰ，其級比指數(shù)為 1,可取， ，2/1/1??ia41./??ia/3?ia確定軸Ⅰ轉(zhuǎn)速為 710r/min。由此也可確定加在電動機(jī)與主軸之間的定傳動比 。下面畫71/40/?i出轉(zhuǎn)速圖（電動機(jī)轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近）見圖 2。（ ）圖 2 C6150 主運(yùn)動轉(zhuǎn)速圖⑸確定各變速組傳動副齒數(shù)①傳動組 a:沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 6 -查[1]表 8-1, ， ，2/1/1??ia41./??ia/3?ia時： ……57、60、63、66、69、72、75、78……2//1?iazS時： ……58、60、63、65、67、68、70、72、73、77……4.2i時： ……58、60、62、64、66、68、70、72、74、76……/3i z可取 72,于是可得軸Ⅰ 齒輪齒數(shù)分別為：24、30、36。?zS于是 ， ，48/21ai 42/302?ai 36/?ai可得軸Ⅱ上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為：48、42、36。②傳動組 b:查[1]表 8-1, ，8.2/1/31??ib1/2ib時： ……69、72、73、76、77、80、81、84、87……8.2//31?ibzS時： ……70、72、74、76、78、80、82、84、86……2i z可取 84，于是可得軸 Ⅱ上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為：22、42。zS于是 ， ，得軸Ⅲ上兩齒輪的齒數(shù)分別為： 62、42。62/1?ib42/?ib③傳動組 c:查表[1]8-1, ,/1ic2ci時： ……84、85、89、90、94、95……4/1?iczS時： ……72、75、78、81、84、87、89、90……2可取 90.z為降速傳動，取軸Ⅲ齒輪齒數(shù)為 18；4/1?ic為升速傳動，取軸Ⅳ齒輪齒數(shù)為 30。2于是得 ,7/81i 30/62?ci得軸Ⅲ兩聯(lián)動齒輪的齒數(shù)分別為 18，60；得軸Ⅳ兩齒輪齒數(shù)分別為 72，30。2.2.4 繪制傳動系統(tǒng)圖根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動機(jī)等已知條件可有如下系統(tǒng)圖見圖 3：沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 7 -?千瓦 轉(zhuǎn)分 ?18圖 3 傳動系統(tǒng)圖2.3 動力設(shè)計2.3.1 各軸轉(zhuǎn)速的確定⑴確定主軸計算轉(zhuǎn)速：主軸的計算轉(zhuǎn)速為min/90r41.20n3213zmi ??????IV⑵各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速： 軸Ⅲ可從主軸 90r/min 按 72/18 的傳動副找上去，軸Ⅲ的計算轉(zhuǎn)速125r/min；軸Ⅱ的計算轉(zhuǎn)速為 355r/min；軸Ⅰ的計算轉(zhuǎn)速為 710r/min。⑶各齒輪的計算轉(zhuǎn)速傳動組 c 中，18/72 只需計算 z = 18 的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為 355r/min；60/30 只需計算 z = 30 的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為 250r/min；傳動組 b 計算 z = 22 的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為 355r/min；傳動組 a 應(yīng)計算 z = 24 的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為 710r/min。⑷核算主軸轉(zhuǎn)速誤差min/5.126730/4/236/25/16250 rn ?????實(shí)min4r標(biāo)沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 8 -%52.10125).67(%10)( ???????標(biāo) 標(biāo)實(shí) n所以合適。2.3.2 帶傳動設(shè)計電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1250r/min,傳遞功率 P=7.5KW,傳動比 i=2.03，兩班制，一天運(yùn)轉(zhuǎn) 16.1 小時，工作年數(shù) 10 年。⑴確定計算功率 取 1.1，則?AK25KW.871.PKAca??⑵選取 V 帶型根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計算功率，選 B 型帶。⑶確定帶輪直徑和驗(yàn)算帶速查表[2]小帶輪基準(zhǔn)直徑 ,md961?mi8.19403.262??驗(yàn)算帶速成 0?nv?其中 -小帶輪轉(zhuǎn)速， r/min；1-小帶輪直徑，mm；d，合適。]25,[/4.81062594.3????smv⑷確定帶傳動的中心距和帶的基準(zhǔn)長度設(shè)中心距為 ,則0a0．55（ ） a 2（ ）21d??21d?于是 208.45 a 758,初取中心距為 400mm。?0a帶長 0212104)()(L???m1405)5()(.342 2?????查表取相近的基準(zhǔn)長度 ， 。dLm140?帶傳動實(shí)際中心距 Lad5.3972?沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 9 -⑸驗(yàn)算小帶輪的包角一般小帶輪的包角不應(yīng)小于 。?120。合適。???? ?1204.63.571802????ad?⑹確定帶的根數(shù)LcakpZ?)(0???其中： - 時傳遞功率的增量；0p1?i-按小輪包角 ，查得的包角系數(shù)；?k-長度系數(shù)；L為避免 V 型帶工作時各根帶受力嚴(yán)重不均勻，限制根數(shù)不大于 10。490.5)46.019.2(8????Z⑺計算帶的張緊力 F20).(5qvkvZpca??其中： -帶的傳動功率,KW；cav-帶速,m/s；q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取 q=0.17kg/m。v = 1440r/min = 9.42m/s。NF 7.19342.70)95.2(4.9850 ??????⑻計算作用在軸上的壓軸力ZQ 1302.6sin7.132sin210???2.3.3 各傳動組齒輪模數(shù)的確定和校核⑴模數(shù)的確定a 傳動組：分別計算各齒輪模數(shù)先計算 24 齒齒輪的模數(shù)：沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 10 -321][)1(68jmdnzN?????其中: -公比 ； = 2；-電動機(jī)功率； = 7.5KW；dd-齒寬系數(shù)；m?-齒輪傳動許允應(yīng)力;][?-計算齒輪計算轉(zhuǎn)速。jn， 取 = 600MPa,安全系數(shù) S = 1。SKNlim][?lim?由應(yīng)力循環(huán)次數(shù)選取 9.0MPa5416.][??，取 S=1， 。90.?NK?? MPaSKHN5401690.1lim???mm72.35428.7)(163???取 m = 4mm。按齒數(shù) 30 的計算， ，可取 m = 4mm；1.2按齒數(shù) 36 的計算， , 可取 m = 4mm。39?于是傳動組 a 的齒輪模數(shù)取 m = 4mm，b = 32mm。軸Ⅰ上齒輪的直徑：。mddd aaa 9624120341436321 ??????；；軸Ⅱ上三聯(lián)齒輪的直徑分別為：aaa 1868'3'2'1 ；；b 傳動組：確定軸Ⅱ上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù)。32][)1(168jmdnzN?????按 22 齒數(shù)的齒輪計算：沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 11 -min/358.2rnj?，?可得 m = 4.8mm；取 m = 5mm。按 42 齒數(shù)的齒輪計算：可得 m = 3.55mm；于是軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪的模數(shù)統(tǒng)一取為 m = 5mm。于是軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪的直徑分別為：ddbb 21045102521 ????；軸Ⅲ上與軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪嚙合的兩齒輪直徑分別為：mmbb36'2'1；c 傳動組：取 m = 5mm。軸Ⅲ上兩聯(lián)動齒輪的直徑分別為：mddcc 3065901852????；軸四上兩齒輪的直徑分別為：。；mcc 13672'2'12.4 齒輪強(qiáng)度校核計算公式 bmYKTSaFF12??2.4.1 校核 a 傳動組齒輪校核齒數(shù)為 24 的即可，確定各項(xiàng)參數(shù)⑴ P=8.25KW,n=710r/min, mNnPT ??????? 566 10.7/25.810.9/105.9⑵確定動載系數(shù)： sdv /739?齒輪精度為 7 級，由[2]查得使用系數(shù) .vK沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 12 -⑶ mbm3248????⑷確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù) 1?d?非對稱 ??231.0.60.HdKb??????42.)(8.2?,查《 機(jī)械設(shè)計》得4)/(3/?hb 71??FK⑸確定齒間載荷分配系數(shù): NdTt 906.25?由[2]查得mNbFKtA /1056.73290.1??.H??⑹確定動載系數(shù): 6.127.05.1????HFvAK⑺查表 [3]中 10-5 65.2?FaY58.1?Sa⑻計算彎曲疲勞許用應(yīng)力由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 。 aFEMp540??由[3]中圖 10-18 查得 ,S = 1.39.0?NKaFMp374.1509][???， .89.62?SaFY故合適。3430.???bmKt2.4.2 校核 b 傳動組齒輪校核齒數(shù)為 22 的即可，確定各項(xiàng)參數(shù)⑴ P=8.25KW,n=355r/min, mNnPT ??????? 566 102.35/.8105.9/105.9⑵確定動載系數(shù)： sdv /4?沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 13 -齒輪精度為 7 級，由[2]查得使用系數(shù) 0.1?vK⑶ mbm4058????⑷確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù) d?非對稱 ??231.2.60.1HdKb??????42.)1(80??,查[2]得9.)5/(40/?hb 7.??FK⑸確定齒間載荷分配系數(shù): NdTt 0125?由《機(jī)械設(shè)計》查得mNbFKtA /1040.1??.?H⑹確定動載系數(shù): 397.12.0.1????HFvAK⑺查表[3]中 10-5 72.?FaY57.1?Sa⑻計算彎曲疲勞許用應(yīng)力小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 。 aFEMp40?,S = 1.39.0?NKaFp374.15][??， 5.8.2?SaFY故合適。.72.40397. ???bmKt2.4.3 校核 c 傳動組齒輪校核齒數(shù)為 18 的即可，確定各項(xiàng)參數(shù)⑴ P=8.25KW,n=355r/min, mNnPT ??????? 566 102.35/.8105.9/105.9沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 14 -⑵確定動載系數(shù)： smdnv /67.106359106????齒輪精度為 7 級，由[2]查得使用系數(shù) .vK⑶ mbm458???⑷確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù) 1?d?非對稱 ??231.20.60.HdKb??????413)(8. ???,查[2] 得45//??hb 7.??FK⑸確定齒間載荷分配系數(shù): NdTt 493012.5??由[2]查得mNbFKtA /1023409.1??.?H⑹確定動載系數(shù): 2573.1.9.01????HFvAK⑺查表 [3]中 10-5 91.2?FaY53.1?Sa⑻計算彎曲疲勞許用應(yīng)力由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 。 aFEMp540??由[3]中圖 10-18 查得 ,S = 1.39.0?NKaFMp374.1509][???， 8.2?SaFY故合適。49.305407. ???bmKt沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 15 -2.5 主軸撓度的校核2.5.1 確定各軸最小直徑⑴Ⅰ軸的直徑： min/710,96.1rn??nd55.79144???⑵Ⅱ軸的直徑： min/35,92.0.908.12 rn?mnd5795.144 ?????⑶Ⅲ軸的直徑： in/125,89.0.0323 rn?nd5189.795.144 ????⑷主軸的直徑： min/5.31,8.0.0. 434 rn??mnd72595.714 ????2.5.2 軸的校核Ⅰ軸的校核：通過受力分析，在一軸的三對嚙合齒輪副中，中間的兩對齒輪對Ⅰ軸中點(diǎn)處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來進(jìn)行校核 NdTF mnPt 1750)96/(8.2/ 5.86/9.5105.936???? ???,28,3005: 9mbxaEtt?已 知 ??y12.4.?沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 16 -???????mlIEbxbFYB3 34349 42221098. 1068510626855? ???? ???????。??所 以 合 格,yYB?Ⅱ軸、Ⅲ軸的校核同上。2.6 主軸最佳跨距的確定500mm 車床，P=7.5KW.2.6.1 選擇軸頸直徑，軸承和最佳跨距前軸頸應(yīng)為 75-110mm,初選 =110mm,后軸頸 取 ,前1d12)9.07(dd??m762?軸承為 NN3020K,后軸承為 NN3016K,根據(jù)結(jié)構(gòu),定懸伸長度 a2.6.2 求軸承剛度考慮機(jī)械效率主軸最大輸出轉(zhuǎn)距 NPT679085.???床身上最大加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的 60%,取 50%即 200 ,故半徑為 0.1m.m切削力 NFC6701.?背向力 P3850?故總的作用力 CP2?次力作用于頂在頂尖間的工件上主軸尾架各承受一半,故主軸軸端受力為 NF379/?先假設(shè) mlal25,3/??沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 17 -前后支撐 分別為BARNlaFlBA12605739239?????根據(jù) ??9.1.8.0cos)(.izldKarrv 30,2,7,.1,8.265039???ABaBaAvv zizlmlFN??NKB 17cos18.02639. 89901..1. ???????658.01075.18932. 94.05./.78/3 4????????aKEI mdAeA?。ll 237,/[4]0與 原 假 設(shè) 相 符線 圖查2.7 各傳動軸支承處軸承的選擇主軸 前支承：NN3020K;中支承：N219E;后支承：NN3016KⅠ軸 前支承：30207;后支承：30207Ⅱ軸 前支承：30207;中支承：NN3009;后支承：30207Ⅲ軸 前支承：30208;后支承：302082.8 主軸剛度的校核2.8.1 主軸零件圖SsssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssSsssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssSsssssssssssssssssssssssssssssssssssssss沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 18 -sDdddddddddddsssssssssssssssssssssSsssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssSsssssssssssssssssssssssssssssssssssssssss圖 5 主軸零件圖2.8.2 計算跨距前支承為雙列圓柱滾子軸承，后支承為雙列圓柱滾子軸承 ml 687.05.312743????當(dāng)量外徑 mde 56.80871435684 444 ?????主軸剛度：由于 .06.5.0// ??eid????NalkAis ?/3.14978413103 9224244 ?????? ?對于機(jī)床的剛度要求，取阻尼比 035.??當(dāng) v=50m/min,s=0.1mm/r 時, ,?8.6,/46????mNkcb取 Db87.%6020maxli ????KB 3cos35.1.874???計算 A沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 19 -mNlaKmmDLABABA ?/5.7681.24.075286.3.8414.06. 1.,1.23.022ax ??????????????????????????????加 上 懸 伸 量 共 長 mNs ?/.1/0.75.1??可以看出，該機(jī)床主軸是合格的。2.9 結(jié)構(gòu)設(shè)計及說明2.9.1 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、離合器和制動器等） 、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(jī)床的重要部件。設(shè)計時除考慮一般機(jī)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(jī)床設(shè)計的重點(diǎn)，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(yàn)傳動設(shè)計的結(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(diǎn)和受力方向，為軸和軸承的驗(yàn)算提供必要的數(shù)據(jù)。沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 20 -2.9.2 展開圖及其布置展開圖就是按照傳動軸傳遞運(yùn)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，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)?？偛贾脮r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。2.9.3 Ⅰ軸（輸入軸）的設(shè)計將運(yùn)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(qiáng)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(zhuǎn)一般用于加工螺紋時退刀。車螺紋時，換向頻率較高。實(shí)現(xiàn)政反轉(zhuǎn)的變換方案很多，我們采用正反向離合器。正反向的轉(zhuǎn)換在不停車的狀態(tài)下進(jìn)行，常采用片式摩擦離合器。由于裝在箱內(nèi)，一般采用濕式。在確定軸向尺寸時，摩擦片不壓緊時，應(yīng)留有 0.2～0.4 的間隙，間隙應(yīng)能調(diào)整。m離合器及其壓緊裝置中有三點(diǎn)值得注意：（1）摩擦片的軸向定位：由兩個帶花鍵孔的圓盤實(shí)現(xiàn)。其中一個圓盤裝沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 21 -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(shí)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(yùn)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(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） 。結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮這點(diǎn)。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。2.9.4 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)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(yùn)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(shí)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(yùn)動誤差要大，所以這兩項(xiàng)精度應(yīng)選高一級。沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 22 -為了控制噪聲，機(jī)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(fèi)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(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(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(jī)可以達(dá)到。淬火齒輪，必須磨齒才能達(dá)到 6 級。機(jī)床主軸變速箱中齒輪齒部一般都需要淬火。2.9.4.1 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(yīng)該可靠。滑移齒輪在軸向位置由操縱機(jī)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。2.9.5 傳動軸的設(shè)計機(jī)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(jī)構(gòu)能正常工作。首先傳動軸應(yīng)有足夠的強(qiáng)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；兩軸中心距誤差沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 23 -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(jī)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(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 5～10 ，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(yīng)小于花鍵的內(nèi)徑。一般傳動軸上軸承選用 級精度。G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?；剞D(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。沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第二章 設(shè)計計算- 24 -（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。（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。2.9.6 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(yùn)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。2.9.6.1 各部分尺寸的選擇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。（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 。選擇適當(dāng)?shù)闹慰缇?，一般aL推薦?。?=3～5，跨距 小時，軸承變形對軸端變形的影響大。所以，軸承剛度aLL小時， 應(yīng)選大值，軸剛度差時，則取小值。