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湖 南 工 業(yè) 大 學(xué)
2006屆畢業(yè)設(shè)計（說明書）
材 料
院(系)、部： 機 械 工 程 學(xué) 院
學(xué)生姓名： 平 偉 霞
指導(dǎo)教師： 顏 竟 成
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及自動化
班 級： 021班
學(xué) 號： 202134
2006 年 5 月
材料清單
1、畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)書
2、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
3、中期檢查表
4、指導(dǎo)教師評閱表
5、評閱教師評閱表
6、答辯及最終成績評定表
7、畢業(yè)設(shè)計說明書
8、附錄材料
2006 屆畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)書
院(系)：機械工程學(xué)院 專業(yè)：機械設(shè)計制造及自動化
指導(dǎo)教師
顏 竟 成
學(xué)生姓名
平 偉 霞
課題名稱
CK6140數(shù)控臥式車床及控制系統(tǒng)設(shè)計
內(nèi)容及任務(wù)
1、 調(diào)查分析CK6140車床的加工特點，確定新設(shè)計的數(shù)控車床的主要技術(shù)參數(shù)。
2、 進(jìn)行新數(shù)控車床的總體方案和控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計。
3、 完成主運動和進(jìn)給運動的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。
4、 完成控制系統(tǒng)硬件設(shè)計。
5、 根據(jù)總體設(shè)計方案，繪制改造后CK6140數(shù)控車床總體圖A0手工圖一張。
6、 進(jìn)行主運動的運動計算、強度計算和動力計算，繪制主軸箱部件展開圖A0計算機圖一張。
7、 進(jìn)行進(jìn)給運動的運動計算和強度計算，用計算機繪制出縱向數(shù)控進(jìn)給機構(gòu)裝配圖A0圖一張。
8、 繪制數(shù)控車床主軸零件圖A1計算機圖一張。
9、 根據(jù)控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案，繪制控制系統(tǒng)電路圖A0計算機圖一張。
10、編寫畢業(yè)設(shè)計說明書一套（不少于一萬字，全部用計算機打出）。
擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo)
查閱相關(guān)的資料完整的寫出一套說明書，完成4.5張A0的圖紙，要求一張A0的圖紙是用手工繪制的，2.5張A0的是用計算機軟件Auto CAD 繪制，另一張A0的電路圖是用計算機軟件 Pro/tel 繪制。
進(jìn)度安排
起止日期
工作內(nèi)容
備注
2005.11~2006.1
2006.1~2006.3
2006.3~2006.5
2006.5~2006.6
調(diào)研、收集資料，熟悉課題內(nèi)容，完成開題報告。
選擇設(shè)計方案，進(jìn)行理論計算，完成中期檢查。
對結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計計算﹑校核，繪制圖紙，完善結(jié)構(gòu)。
整理圖紙，寫說明書及整理說明書，完善相關(guān)資料，準(zhǔn)備答辯
主要參考資料
主要參考資料：
1、《機械設(shè)計手冊》，化學(xué)工業(yè)出版社。
2、《使用機械設(shè)計手冊》，遼寧科技出版社。
3、《機床設(shè)計圖冊》，上?？萍汲霭嫔?。
4、《TTL集成電路手冊》
5、《存儲器手冊》
6、《機床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)書》，機械工業(yè)出版社。
7、《機床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)數(shù)》，中國科技出版社。
8、《CK6140數(shù)控車床使用說明書》
教研室
意見
年 月 日
院(系)主管領(lǐng)導(dǎo)意見
年 月 日
湖 南 工 業(yè) 大 學(xué)
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
（本科2006屆）
學(xué)院（系）____機械工程系________
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及自動化
題 目 CK6140數(shù)控臥式車床及控制系統(tǒng)設(shè)計
學(xué)生姓名 平 偉 霞 學(xué)號 202134
指導(dǎo)教師 __顏 竟 成___ 職稱____教 授______
2006年02月26日
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
1. 結(jié)合課題任務(wù)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫1500～2000字左右的文獻(xiàn)綜述。
本次設(shè)計的課題是CK6140數(shù)控臥式車床及控制系統(tǒng)的設(shè)計。CK6140數(shù)控車床主要由兩部分組成，一部分是機械部分，另一部分是控制系統(tǒng)。機械部分是由主運動系統(tǒng)，進(jìn)給系統(tǒng)組成。主運動部分的主要依據(jù)是普通車床的傳動原理。只是在三聯(lián)滑移齒輪或雙聯(lián)滑移齒輪，進(jìn)行各種級數(shù)的傳動時普通車床采用的人工操作---手動。而數(shù)控車床的主運動部分則可以采用電磁離合器或撥叉。在這次設(shè)計中，在Ⅰ軸上采用的就是電磁離合器，只要能正確地輸入操作程序，就能進(jìn)行自動的正、反轉(zhuǎn)。而Ⅱ軸、Ⅲ軸、Ⅳ軸及主軸上的多級轉(zhuǎn)速的實現(xiàn)都是通過撥叉來實現(xiàn)的。而控制系統(tǒng)主要是根據(jù)MCS-51系列單片機擴展系統(tǒng)而設(shè)計的，根據(jù)縱向和橫向的直線插補原理，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)，而此CK6140數(shù)控臥式車床選擇是屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定的加工精度的前提，應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)應(yīng)采用步進(jìn)電機開環(huán)控制系統(tǒng)，然而根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，微機控制系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴展程序存儲器，擴展數(shù)據(jù)存儲器I/O接口電路，包括輸入加工程序和控制命令的鍵點，能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機驅(qū)動電路。此外，系統(tǒng)中還應(yīng)包括脈沖發(fā)生電路和其他輔助電路。
在機械部分則包括主參數(shù)的確定，主傳動系統(tǒng)中傳動方案及齒輪齒數(shù)模數(shù)及軸的大小的確定及風(fēng)度的校核，還有展開圖的設(shè)計等。此外，還有進(jìn)給部分的設(shè)計，本設(shè)計中主要是縱向進(jìn)給系統(tǒng)的確定。
數(shù)控車床又稱數(shù)字控制（Numbercal control ,簡稱NC）機床。它是20世紀(jì)50年代初發(fā)展起來的一種自動控制機床，而數(shù)控車床是其中的一類實用性很強的機床形式?，F(xiàn)在在很多中小型企業(yè)都已經(jīng)在一定條件允許的情況下采用了。然而，伴隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控車床也正在迅猛的發(fā)展著。
2.要研究或解決的問題、擬采用的方法或技術(shù)路線：
金屬切削機床是一種用切削方法加工金屬零件的工作機械。它是制造機器的機器，因此又稱工作母機或工作機。現(xiàn)在社會中，人們?yōu)榱烁咝А⒔?jīng)濟地生產(chǎn)各種高質(zhì)量產(chǎn)品，日益廣泛地使用各種機器、儀器和工具等技術(shù)設(shè)備與裝備。為制造這些技術(shù)設(shè)備與裝備，又必須具備各種加工金屬零件的設(shè)備，諸如鑄造、鍛造、焊接、沖壓和切削加工等。由于機械零件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法來達(dá)到。伴隨著計算機的飛速發(fā)展，為了滿足社會生產(chǎn)的需要，用自動化技術(shù)來進(jìn)行加工是實在必行的，這次設(shè)計就是設(shè)計怎樣運用數(shù)控技術(shù)來進(jìn)行零件的加工讓零件滿足生產(chǎn)的需要。
在設(shè)計中，首先必須確定機床主運動的傳動方案幾傳動路線。然后，根據(jù)所選擇的方案來進(jìn)行一系列的計算與校核。主運動確定后，就開始來確定進(jìn)給運動路線，進(jìn)給部分按題中所給出的條件來選擇與計算。
3.成果預(yù)測：
在本次設(shè)計中需要完成4.5張A0的圖紙，一本完整的設(shè)計說明書。
4.時間進(jìn)度計劃：
2005.11~2006.1 調(diào)研、收集資料，熟悉課題內(nèi)容，完成開題報告。
2006.3~2006.5 選擇設(shè)計方案，進(jìn)行理論計算，完成中期檢查。
2006.1~2006.3 對結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計計算﹑校核，繪制圖紙，完善結(jié)構(gòu)。整理圖紙，寫說明書及整理
2006.5~2006.6 說明書，完善相關(guān)資料，準(zhǔn)備答辯
5.指導(dǎo)教師意見（對課題方案的可行性、深度、廣度及工作量的意見）：
指導(dǎo)教師___________
年 月 日
6.教研室意見：
教研室主任___________
年 月 日
說明：開題報告作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一，此報告應(yīng)在導(dǎo)師指導(dǎo)下，由學(xué)生填寫，將作為畢業(yè)設(shè)計（論文）成績考查的重要依據(jù)，經(jīng)導(dǎo)師簽署意見及教研室審查后生效。
湖 南 工 業(yè) 大 學(xué)
2006屆畢業(yè)設(shè)計說明書
題 目 CK6140數(shù)控臥式車床及控制系統(tǒng)設(shè)計
院(系)、部：機 械 工 程 學(xué) 院
學(xué)生姓名： 平 偉 霞
指導(dǎo)教師： 顏 竟 成 職稱 教 授
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及自動化
班 級： 021班
完成時間： 2006年05月30日
摘 要
數(shù)控車床又稱數(shù)字控制（Numbercal control，簡稱NC）機床。它是基于數(shù)字控制的，采用了數(shù)控技術(shù)，是一個裝有程序控制系統(tǒng)的機床。它是由主機，CNC，驅(qū)動裝置，數(shù)控機床的輔助裝置，編程機及其他一些附屬設(shè)備所組成。
本次設(shè)計課題是CK6140數(shù)控臥室車床，CK是數(shù)控車床，61是臥式車床，40是床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑為400mm。
此次設(shè)計包括機床的總體布局設(shè)計，縱向進(jìn)給設(shè)計，其中還包括齒輪模數(shù)計算及校核，主軸剛度的校核等。控制系統(tǒng)部分包括步進(jìn)電機的選用及硬件電路設(shè)計和軟件系統(tǒng)設(shè)計，說明了芯片的擴展，鍵盤顯示接口的設(shè)計等等。
關(guān)鍵詞 數(shù)控機床；開放式數(shù)控系統(tǒng)；電動機
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
1.1 CK6140的現(xiàn)狀和發(fā)展
1.2 CK6140數(shù)控臥式車床的總體方案論證與擬定
2 機械部分設(shè)計計算說明
2.1 主運動部分計算
2.1.1 參數(shù)的確定
2.1.2 傳動設(shè)計
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 傳動件的估算和驗算
2.1.6 展開圖設(shè)計
2.1.7 截面圖設(shè)計
2.2縱向進(jìn)給運動設(shè)計
2.2.1 滾珠絲桿副的選擇
2.2.2 驅(qū)動電機的選用
3 控制系統(tǒng)設(shè)計
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）的類型
3.3存儲器擴展電路設(shè)計
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)控臥式車床的總體方案論證與擬定 2
1.2.1 數(shù)控車床 2
1.2.2 CK6140數(shù)控臥式車床的擬定 2
2 機械部分設(shè)計計算說明 4
2.1 主運動部分計算 4
2.1.1 參數(shù)的確定 4
2.1.2 傳動設(shè)計 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 傳動件的估算和驗算 19
2.1.6 展開圖設(shè)計 36
2.2縱向進(jìn)給運動設(shè)計 53
2.2.1 滾珠絲桿副的選擇 53
2.2.2驅(qū)動電機的選用 58
3 控制系統(tǒng)設(shè)計 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）的類型 62
3.3存儲器擴展電路設(shè)計 63
3.４?I/O接口電路及輔助電路設(shè)計 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
自第一臺數(shù)控機床在美國問世至今的半個世紀(jì)內(nèi)，機床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展迅速，經(jīng)歷了六代兩個階段的發(fā)展過程。其中，第一個階段為NC階段；第二個階段為CNC階段，從1974年微處理器開始用于數(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年代開始，微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，PC微機的發(fā)展尤為突出，無論是軟硬件還是外器件的進(jìn)展日新月異，計算機所采用的芯片集成化越來越高，功能越來越強，而成本卻越來越低，原來在大，中型機上才能實現(xiàn)的功能現(xiàn)在在微型機上就可以實現(xiàn)。在美國首先推出了基于PC微機的數(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)三方面討論機床。
數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢：
1.性能方面的發(fā)展趨勢
（1）.高速高精度高效
（2）.柔性化
（3）.工藝復(fù)合和軸化
（4）.實時智能化
2.功能發(fā)展方面
（1）.用戶界面圖形化
（2）.科學(xué)計算可視化
（3）.插補和補償方式多樣化
（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）.開放式閉環(huán)控制模式
1.2 CK6140數(shù)控臥式車床的總體方案論證與擬定
1.2.1 數(shù)控車床
數(shù)控車床又稱數(shù)字控制（Numbercal control，簡稱NC）機床，它是20世紀(jì)50年代初發(fā)展起來的一種自動控制機床，而數(shù)控車床四其中的一類使用性很強的機床形式。數(shù)控車床是基于數(shù)字控制的，它與普通車床不同的是，數(shù)控車床的主機結(jié)構(gòu)上具有以下特點：
（1）.由于大多數(shù)數(shù)控車床采用了高性能的主軸及伺服傳動系統(tǒng)，因此，數(shù)控機床的機械傳動結(jié)構(gòu)得到了簡化。
（2）.為了適應(yīng)數(shù)控車床連續(xù)地自動化加工，數(shù)控車床機械結(jié)構(gòu)，具有較高的動態(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部件，如滾動絲桿副，直線滾動導(dǎo)軌高，CNC裝置這是數(shù)控車床的核心，用于實現(xiàn)輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲，數(shù)據(jù)的變換，插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。
1.2.2 CK6140數(shù)控臥式車床的擬定
1.CK6140數(shù)控臥式車床具有定位，縱向和橫向的直線插補功能，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)控臥式車床屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)應(yīng)采用步進(jìn)電機開環(huán)控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)設(shè)計所給出的條件，主運動部分z=18級，即傳動方案的選擇采用有級變速最高轉(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，微機控制系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴展程序存儲器，擴展數(shù)據(jù)存儲器，I/O接口電路，包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進(jìn)電機驅(qū)動電路。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)給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進(jìn)電機，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動比應(yīng)滿足機床所要求的。
6.為了保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小，傳動效率的滾珠絲桿螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機構(gòu)，以提高傳動剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有消除齒側(cè)間隙的機構(gòu)。
7.采用滾動導(dǎo)軌可以減少導(dǎo)軌間的摩擦阻力，便于工作臺實現(xiàn)精確和微量移動，且潤滑方法簡單。
（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 機械部分設(shè)計計算說明
2.1 主運動部分計算
2.1.1 參數(shù)的確定
一. 了解車床的基本情況和特點---車床的規(guī)格系列和類型
1. 通用機床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計時應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。本次設(shè)計中的車床是普通型車床，其品種，用途，性能和結(jié)構(gòu)都是普通型車床所共有的，在此就不作出詳細(xì)的解釋和說明了。
2.車床的主參數(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（JB2521-79）是6；最大工件長度L是750～2000；主軸轉(zhuǎn)速范圍是：32～1600；級數(shù)范圍是：18；縱向進(jìn)給量mm/r0.03～2.5；主電機功率（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 ﹑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《機床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)書》。然而，根據(jù)本次設(shè)計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
計算車床主軸的極限轉(zhuǎn)速時的加工直徑，按經(jīng)驗分別取（0.1～0.2）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 ；
因為級數(shù)Z已知：
Z=18級 。
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個數(shù)值取一個數(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)速級數(shù)z和公比￠
已知 : =Rn
Rn=且： z=
18=
4. 主電機功率—動力參數(shù)的確定
合理地確定電機功率N，使用的功率實際情況既能充分的發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機經(jīng)常輕載而降低功率因素。
目前，確定機床電機功率的常用方法很多，而本次設(shè)計中采用的是：估算法，它是一種按典型加工條件（工藝種類、加工材料、刀具、切削用量）進(jìn)行估算。根據(jù)此方法，中型車床典型重切削條件下的用量：
根據(jù)設(shè)計書表中推薦的數(shù)值：
取 P=5.5kw
2.1.2 傳動設(shè)計
一.傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇
結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)對于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的傳動不失為有用的方法，但對于分析復(fù)雜的傳動并想由此導(dǎo)出實際的方案，就并非十分有效，可考慮到本次設(shè)計的需要可以參考一下這個方案。
確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目
級數(shù)為Z的傳動系統(tǒng)有若干個順序的傳動組組成，各傳動組分別有Z1、Z2、Z3…個傳動副。即
Z=Z1 Z2 Z3 ……………………………… 2.4
傳動副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以2或3為合適，即變速級數(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)計所須的正確的方案列出，具體的內(nèi)容如下：
傳動齒輪數(shù)目 2x（3+3+2）+2x2+1=21個
軸向尺寸 19b
傳動軸數(shù)目 6根
操縱機構(gòu) 簡單，兩個三聯(lián)滑移齒輪，一個雙聯(lián)滑移齒輪
圖2.1 總的傳動系統(tǒng)
二.組傳動順序的安排
18級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動組，可以安排成：3x3x2，2x3x3，或3x2x3
選擇傳動組安排方式時，要考慮到機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，應(yīng)減小軸向尺寸，第一傳動組的傳動副不能多，以2為宜，本次設(shè)計中就是采用的2，一對是傳向正傳運動的，另一個是傳向反向運動的。
主軸對加工精度、表面粗糙度的影響大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個傳動組的傳動副選用2，或者用一個定比傳動副。
三. 傳動系統(tǒng)的擴大順序的安排
對于18級的傳動可以有三種方案，準(zhǔn)確的說應(yīng)該不只有這三個方案，可為了使結(jié)構(gòu)和其他方面不復(fù)雜，同時為了滿足設(shè)計的需要，選擇的設(shè)計方案是：
18=3［1］3［3］2［9］
傳動方案的擴大順序與傳動順序可以一致也可以不一致，在此設(shè)計中，擴大順序和傳動順序就是一致的。這種擴大順序和傳動順序一致，稱為順序擴大傳動。
四. 傳動組的變速范圍的極限植
齒輪傳動副最小傳動比umin≥，最大傳動比umax≤2，決定了一個傳動組的最大變速范圍rmax=umax/nmin≤8
因此，要按照參考書中所給出的表，淘汰傳動組變速范圍超過極限值的所有傳動方案。
極限傳動比及指數(shù)x，值為：
極限傳動比指數(shù)
1.26
x：umin==
6
值；umax==2
3
（x+）值：umin==8
9
五. 最后擴大傳動組的選擇
正常連續(xù)的順序擴大的傳動（串聯(lián)式）的傳動結(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
運動參數(shù)確定以后，主軸各級轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定了電機功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機型號，確定各中間傳動軸的轉(zhuǎn)速，這樣就擬定主運動的轉(zhuǎn)圖，使主運動逐步具體化。
一. 主電機的選定
中型機床上，一般都采用三相交流異步電機為動力源，可以在系列中選用。在選擇電機型號時，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：
1. 電機功率N：
根據(jù)機床切削能力的要求確定電機功率。但電機產(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.電機轉(zhuǎn)速nd
異步電機的轉(zhuǎn)速有：3000、1500、1000、750r/min
在此處選擇的是：
nd=1500r/min
這個選擇是根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速nmax和Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速相近或相宜，以免采用過大的升速或過小的降速傳動。
3.雙速和多速電機的應(yīng)用
根據(jù)本次設(shè)計機床的需要，所選用的是：雙速電機
4.電機的安裝和外形
根據(jù)電機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)計的機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查到。
5.常用電機的資料
根據(jù)常用電機所提供的資料，選用：
Y132S-4
圖2.2 電動機
Ⅰ軸從電機得到運動，經(jīng)傳動系統(tǒng)化成主軸各級轉(zhuǎn)速。電機轉(zhuǎn)速和主軸最高轉(zhuǎn)速應(yīng)相接近。顯然，從傳動件在高速運轉(zhuǎn)下恒功率工作時所受扭矩最小來考慮，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速不宜將電機轉(zhuǎn)速下降得太低。
但如果Ⅰ軸上裝有摩擦離合器一類部件時，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床的電機、主軸、Ⅰ軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)：
參考這些數(shù)據(jù)，可見，車床Ⅰ軸轉(zhuǎn)速一般取700～1000r/min。另外，也要注意到電機與Ⅰ軸間的傳動方式，如用帶傳動時，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)計選用：
n1=960r/min
三.中間傳動軸的轉(zhuǎn)速
對于中間傳動軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小與噪音、震動等性能要求之間的矛盾。
中間傳動軸的轉(zhuǎn)速較高時（如采用先升后降的傳動），中間轉(zhuǎn)動軸和齒輪承受扭矩小，可以使用軸徑和齒輪模數(shù)小寫：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)，兩支承滾動或滑動軸承C=8.5，三支承滾動軸承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)過的齒輪對數(shù)；
β----主軸齒輪螺旋角；
C1、K---系數(shù)，根據(jù)機床類型及制造水平選取。我國中型車床、銑床C1=3.5。車床K=54，銑床K=50.5。
從上訴經(jīng)驗公式可知：主軸轉(zhuǎn)速n主和中間傳動軸的轉(zhuǎn)速和∑n對機床噪音和發(fā)熱的關(guān)系。確定中間傳動軸的轉(zhuǎn)速時，應(yīng)結(jié)合實際情況作相應(yīng)修正：
1.功率教大的重切削機床，一般主軸轉(zhuǎn)速較低，中間軸的轉(zhuǎn)速適當(dāng)取高一些，對減小結(jié)構(gòu)尺寸的效果較明顯。
2.速輕載或精密車床，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.齒輪傳動比的限制
機床主傳動系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動比：
1. 升速傳動中，最大傳動比umax≤2。過大，容易引起震動和噪音。
2.降速傳動中，最小傳動比umin≥1/4。過小，則使主動齒輪與被動齒輪的直徑相差太大，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。
圖2.3 主運動的轉(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
一般機床上的都采用三角帶。根據(jù)電機轉(zhuǎn)速和功率查圖即可確定型號（詳情見〈〈機床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)〉〉4-1節(jié)）。但圖中的解并非只有一種，應(yīng)使傳動帶數(shù)為3～5根為宜。
本次設(shè)計中所選的帶輪型號和帶輪的根數(shù)如下：
B型帶輪
選取3根
2.確定帶輪的最小直徑Dmin（D小）
各種型號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，從教科書〈〈機械設(shè)計基礎(chǔ)教程〉〉
查表可?。?
Dmin=140mm
3.計算大帶輪直徑D大
根據(jù)要求的傳動比u和滑功率ε確定D大。當(dāng)帶輪為降速時：
三角膠帶的滑動率ε=2%。
三角傳動中，在保證最小包角大于120度的條件下，傳動比可取1/7
≤u≤3。對中型通用機床，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)
用計算法或查表法確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡單。根據(jù)要求的傳動比u和初步定出的傳動齒輪副齒數(shù)和Sz，查表即可求出小齒輪齒數(shù)。
在本次設(shè)計中采用的就是常用傳動比的適用齒數(shù)（小齒輪）表就見教科書〈〈機床簡明設(shè)計手冊〉〉。
不過在表中選取的時候應(yīng)注意以下幾個問題：
1. 不產(chǎn)生根切。一般去Zmin≥18～20。
2. 保證強度和防止熱處理變形過大，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. 同一傳動組的各對齒輪副的中心距應(yīng)該相等。若莫數(shù)相同時，則齒數(shù)和亦應(yīng)相等。但由于傳動比的要求，尤其是在傳動中使用了公用齒輪后，常常滿足比了上述要求。機床上可用修正齒輪，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3～4個齒。
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)的措施來補救。
5. 在同時滿足以上的條件下齒輪齒數(shù)的確定已經(jīng)可以初步定出，具體的各個齒輪齒數(shù)可以見傳動圖上所標(biāo)寫的。
6. 確定軸間距：
軸間距是由齒輪齒數(shù)和后面計算并且經(jīng)驗算而確定的模數(shù)m而確定的，具體的計算值如下（模數(shù)和齒輪的齒數(shù)而確定的軸間距必須滿足以上的幾個條件）：
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)速圖而確定的傳動比見圖，
………………………… 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)速圖而確定的傳動比
…………………… 2.14
……………………… 2.15
主軸到脈沖軸的中心距：
取m=3.5mm，傳動比
………………………… 2.16
……………………… 2.17
Ⅰ軸到反轉(zhuǎn)軸Ⅵ軸的中心距：
取m=2.5mm，傳動比
…………………………… 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，
取m=3.5mm時：
三. 主軸轉(zhuǎn)速系列的驗算
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際轉(zhuǎn)速相差太大。
由確定的齒輪齒數(shù)所得的實際轉(zhuǎn)速與傳動設(shè)計理論值難以完全相符合，需要驗算主軸各級轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過正負(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。
主運動傳動鏈的傳動路線表達(dá)式如下：
圖2.4 主傳動路線
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級轉(zhuǎn)速分別校核后，都合格。
四. 傳動系統(tǒng)圖的繪制
計算結(jié)果，用規(guī)定符號，以是適當(dāng)比例方格紙上繪制出轉(zhuǎn)速圖和主傳動系統(tǒng)圖。
2.1.5 傳動件的估算和驗算
傳動方案確定后，要進(jìn)行方案的結(jié)構(gòu)化，確定個零件的實際尺寸和有關(guān)布置。為此，常對傳動件的尺寸先進(jìn)行估算，如傳動軸的直徑、齒輪模數(shù)、離合器、制動器、帶輪的根數(shù)和型號等。在這些尺寸的基礎(chǔ)上，畫出草圖，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)行主要零件的驗算，如軸的剛度、齒輪的疲勞強度等，必要時作結(jié)構(gòu)和方案上的修改，重新驗算，直到滿足要求，最后才能畫正式裝備圖。
對于本次設(shè)計，由于是畢業(yè)設(shè)計，所以先用手工畫出草圖，經(jīng)自己和指導(dǎo)老師的多次修改后，再用計算機繪出。
一. 三角帶傳動的計算
三角帶傳動中，軸間距A可以較大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，亦可因而緩和沖擊及隔離震動，使傳動平穩(wěn)。帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸，機床中多用于電機輸出軸的定比傳動。
1. 選擇三角帶的型號
根據(jù)計算功率Nj（kw）和小帶輪n1（r/min）查圖選擇帶的型號。
計算功率Nj=KWNd kW
式中 Nd—電機的額定功率，
KW—工作情況系數(shù)。
車床的起動載荷輕，工作載荷穩(wěn)定，二班制工作時，?。篕W=1.1
帶的型號是： B型號
2. 確定帶輪的計算直徑D1、D2
1）.小帶輪計算直徑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不宜過小，要求大雨許用最小帶輪直徑Dmin，即D1≥Dmin。各型號帶對應(yīng)的最小帶輪直徑Dmin可查表。
D1=140r/min
2）.大帶輪計算直徑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
具體的計算過程如下：
= ………………………………… 2.60
=10.6m/s
對于O、A、B、C型膠帶，5m/s≤u≤25m/s。
而u=5～10m/s時最為經(jīng)濟耐用。
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)機床總體布局初步選定，一般可以在下列范圍內(nèi)選?。?
A0=（0.6～2）（D1+D2） mm ……………………… 2.61
=352（0.6～2）mm
=211.2mm～704mm
取 A0=704 mm
距過小，將降低帶的壽命；中心距過大時，會引起帶振動。中型車床電機軸至變速箱帶輪的中心距一般為750～850mm。
5）.確定三角帶的計算長度L0及內(nèi)周長LN。
三角帶的計算長度是通過三角帶截面重心的長度。
………………………… 2.62
=
=1960.67mm
圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計算長度 L=2033 mm
經(jīng)查表 LN=2000 mm
修正值 Y=33
6）.驗算三角帶的擾曲次數(shù)u
≤40 次/s （則合格） ………………………………… 2.63
式中：m--帶輪個數(shù)。如u超限。可加大L（加大A）或降低u（減少D2、D1）來解決。
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）.確定實際中心距A
………………………… 2.65
= 740 mm
8）.驗算小帶輪包角а1
……………… 2.66
如果а1過小，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)書中的表差?。?
N0=2.69
C1=0.98
Kw=1.1
帶入數(shù)值得：
所以，傳動帶根數(shù)選3根。
此公式中所有的參數(shù)沒有作特別說明的都是從〈〈機床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)〉〉
二.傳動軸的估算和驗算
傳動軸除了應(yīng)滿足強度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強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。機床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大的變形。因此，疲勞強度不是主要矛盾。除了載荷很大的情況外，可以不必驗算軸的強度。剛度要求保證軸在載荷下不致產(chǎn)生過大的變形。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大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動和噪聲、發(fā)熱、過早磨損而失效。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。通常，先按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，畫出草圖之后，再根據(jù)受力情況、結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗算彎曲剛度。
1.傳動軸直徑的估算
傳動軸直徑按扭矩剛度用下列公式估算傳動軸直徑：
……………………………………2.68
其中：N—該傳動軸的輸入功率
N=Ndη kw …………………………………………2.69
Nd—電機額定功率；
η—從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積（不計該軸軸承上的效率）。
nf—該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速r/min。
計算轉(zhuǎn)速nf是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動件的計算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動關(guān)系而確定，而中型車床主軸的計算轉(zhuǎn)速為：
……………………… 2.70
[ψ]—每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m），可根據(jù)傳動軸的要求選取。
根據(jù)參考書中所給出的公式和本次設(shè)計所必須滿足的條件，在傳動過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. 傳動軸剛度的驗算：
1）.軸的彎曲變形的條件和允許值
機床主傳動的彎曲剛度驗算，主要驗算軸上裝齒輪和軸承處的橈度y和傾角θ。各類軸的橈度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
由于書寫量比較大而篇幅不足的原因，所以在此就省了。
2）.軸的彎曲變形計算公式
計算軸本身變形產(chǎn)生的橈度y和傾角θ時，一般常將軸簡化為集中載荷下的簡支梁，按參考書中的表中的有關(guān)公式進(jìn)行計算。
當(dāng)軸的直徑相差不大且計算精度要求不高時，可把軸看作等徑軸，采用平均直徑來進(jìn)行計算。計算花鍵軸的剛度時可采用直徑或當(dāng)量直徑。
由于本次設(shè)計的說明書的篇幅和時間的關(guān)系就不在此詳細(xì)的列出了。但一般的計算公式為：
………………………………………………… 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)計機床中長采用矩形花鍵軸的：
`
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《機械設(shè)計手冊3》中查出，見下：
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)動時所產(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
計算主軸圓軸的平均直徑和慣性矩：
…………2.81
…………………………… 2.82
………………………… 2.83
傾角：
對
……2.84
……2.85
……………… 2.86
……2.87
對
…2.88
……2.89
…………………2.90
………2.91
在點C處的傾角
………………… 2.92
……………… 2.93
在點B處的傾角
……… 2.94
在點A處的傾角
……………2.95
橈度：
對
…………… 2.96
……………… 2.97
………………………… 2.98
對
……………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)的估算和計算
按接觸疲勞和彎曲強度計算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪個參數(shù)都已知道后方可確定，所以只在草圖畫完之后校核用。在畫草圖之前，先估算，再選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)。
齒輪彎曲疲勞的計算：
…………………………… 2.104
齒面點蝕的估算：
…………………………………… 2.105
其中nj為大齒輪的計算轉(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)。
計算（驗算）：
結(jié)構(gòu)確定后，齒輪的工作條件、空間安排、材料和精度等級等都已確定，才可能核驗齒輪的接觸疲勞和彎曲疲勞強度值是否滿足要求。
根據(jù)接觸疲勞計算齒輪模數(shù)公式為：
……… 2.107
根據(jù)彎曲疲勞計算齒輪模數(shù)公式為：
……………… 2.108
式中：N---計算齒輪傳遞的額定功率；
---計算齒輪（小齒輪）的計算轉(zhuǎn)速r/min；
---齒寬系數(shù)=b/m，常取6～10；
---計算齒輪的齒數(shù)，一般取傳動中最小齒輪的齒數(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---材料強化系數(shù)。幅值低的交變載荷可使金屬材料的晶粒邊界強化，起著阻止疲勞細(xì)縫擴展的作用；
Ks（壽命系數(shù)）的及值Ksmax，Ksmin
當(dāng)時，則取
K1---工作情況系數(shù)。中等沖擊的主運動：K1=1.2～1.6；
K2---動載荷系數(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)計中的模數(shù)計算與選取如下：
1.Ⅰ軸傳到Ⅱ軸的模數(shù)：
齒輪接觸疲勞的計算：
…………………… 2.109
齒輪彎曲疲勞的計算：
………………………… 2.110
取A=72mm
…………………………… 2.111
計算（驗算）
核驗齒輪的接觸疲勞和彎曲疲勞強度值是否滿足要求。
根據(jù)接觸疲勞計算齒輪模數(shù)公式為：
經(jīng)查表取：
…………2.112
取N=5.5KW，，代入公式得：
………2.113
根據(jù)彎曲疲勞計算齒輪模數(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)：
齒輪接觸疲勞的計算：
……………………………2.116
經(jīng)校核取m=2.5mm。
齒輪彎曲疲勞的計算：
……………………………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)：
齒輪接觸疲勞的計算：
………………………………2.119
齒輪彎曲疲勞的計算：
…………………………… 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)：
齒輪接觸疲勞的計算：
………………………… 2.122
齒輪彎曲疲勞的計算：
………………………… 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《機械原理》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)控機床中應(yīng)用十分廣泛，因為它可以在運轉(zhuǎn)中自動的接通或脫開，且具有結(jié)合平穩(wěn)，沒有沖擊、構(gòu)造緊湊的特點，部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，多用于機床主傳動。選用時應(yīng)作必要的計算。
根據(jù)初步的計算可從《離合器的選擇與運用》一書中選取，所有的作圖和計算尺寸都見書中的表。
1.按扭距選擇
一般應(yīng)使用和設(shè)計的離合器的額定靜扭距Mj和額定扭距Md滿足工作要求，由于普通車床是在空載下啟動和反向的，故只需按離合器結(jié)合后的靜負(fù)載扭距來選。即：
……………………………… 2.125
對于需要在負(fù)載下啟動和變速，或啟動時間有特殊要求時，應(yīng)按動扭距設(shè)計離合器。
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，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：
可以在參考書中選擇，具體的型號見圖紙。
3）.計算摩擦面對數(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 展開圖設(shè)計
一. 結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容，技術(shù)要求和方法
1.設(shè)計的內(nèi)容
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、操縱機構(gòu)、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置，用一長展開圖表示。
2.技術(shù)要求
主軸變速箱是機床的主要部件。設(shè)計時除考慮一般機械傳動的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個方面的問題（這是本次設(shè)計的中型車床的數(shù)據(jù)）。
1）.精度
車床主軸部件要求比較高的精度。如：
主軸的徑向跳動 〈 0.01mm ；
主軸的橫向竄動 〈 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變形之比）：
……………………………………… 2.127D—最大回轉(zhuǎn)直徑 mm 。
在主軸與刀架之間的相對振幅的要求：
等 級
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
振幅（0.001mm）
≤1
≤2
≤3
3). 傳動效率要求
等 級
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 軸 承
≤70℃
≤40℃
用 滑 動 軸 承
≤60℃
≤30℃
噪聲要控制在以下范圍
等 級
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
dB
≤78
≤80
≤83
5）.結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單、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)計方法
主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個機床設(shè)計的重點。由于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)計中不可避免要經(jīng)過反復(fù)思考和多次修改。在正式圖之前，最好能先畫草圖。目的是：
1）.布置傳動件及選擇方案。
2）.檢驗傳動設(shè)計的結(jié)果中有無相互干涉、碰撞或其它不合理的情況，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和受力方向，為軸和軸承的驗算提供必要的數(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位置尺寸一定要畫得準(zhǔn)確，細(xì)部結(jié)構(gòu)可不必畫出。
部分結(jié)構(gòu)經(jīng)反復(fù)推敲修改，經(jīng)過必要的驗算，確定了結(jié)構(gòu)方案以后，才能開始畫正式裝備圖。
在本次設(shè)計中，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始正式的用軟件畫圖。然而，在繪圖的過程中遇到了很多的困難和不懂的地方，在教授的指點下進(jìn)行了反復(fù)的修改才得以完成初圖。
二. 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，假想將各軸延其軸線剖開，并將這些剖切面平整展開在同一個平面上。因此，展開圖是傳動設(shè)計的結(jié)構(gòu)化，是表達(dá)主軸變速箱內(nèi)傳動關(guān)系以及各傳動軸（包括傳動部件）的結(jié)構(gòu)的。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，可能要修改傳動設(shè)計。同一傳動方案可能有不同的布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計。車床主軸變速箱中的一些設(shè)計范例可為我們提供參考。
1.離合器結(jié)構(gòu)與軸上的傳動齒輪
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，得到一級反向轉(zhuǎn)動，右邊接通得到是三級的正向轉(zhuǎn)動。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)就不能采用通過空心的軸中拉桿來操縱離合器的結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計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)可見裝備圖中的分布。
2.反向機構(gòu)
利用機械傳動實現(xiàn)主軸反轉(zhuǎn)需要一個惰輪，也有兩中方案，一種是增加專門用來轉(zhuǎn)惰輪的短軸。這種短軸常是懸臂的，剛性差，齒輪接觸不好，容易引起振動和噪聲。另一種結(jié)構(gòu)是將惰輪裝在有兩個支承的傳動軸上，軸的剛性好，有利于降低噪聲。本次設(shè)計中選擇的是后者，因為無論從哪個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)計的時候一定要考慮的問題。本次設(shè)計中，反向的轉(zhuǎn)速大于正轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。
3.變速方案與傳動件的布置
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)計中自然選用了。在Ⅰ軸上還采用了電磁摩擦離合器來變速，因為本次設(shè)計的機床是數(shù)控自動化機床，要求不停車進(jìn)行變速。變速方案不同，布置也不同。
總體布置的時候需要考慮制動器的位置，本次設(shè)計時因為在Ⅰ軸上放了兩個電磁離合器，為了減少Ⅰ軸的負(fù)荷，所以制動器是不能放在此軸上了。只要把制動器放在其他的軸上，具體的裝備見圖。
每一種布置方案的實現(xiàn)，都必須具備某些條件。設(shè)計時，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
1.Ⅰ軸的特點
1）.將運動傳入變速箱的帶輪，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
帶輪將動力傳到Ⅰ軸有兩種方式：一類是帶輪直接裝在Ⅰ軸上。除傳遞扭矩外，帶的拉力也作用在軸上。另一類是帶輪裝在軸承上，軸承套裝在套筒（法蘭盤）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)稱為卸荷裝置。本次設(shè)計中用的就是后者，卸荷裝置。具體的結(jié)構(gòu)和裝備見圖。
3.換向裝置
車床上的反轉(zhuǎn)主要用于加工螺紋時退刀。車短螺紋時，換向頻率比較高。實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的變換有很多種方案。可本次設(shè)計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，希望在不停