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緒論
設(shè)計(jì)的過(guò)程是通過(guò)分析、創(chuàng)造和綜合而達(dá)到滿足特定功能目標(biāo)的一種活動(dòng)。在此過(guò)程中需不斷的對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)論，根據(jù)評(píng)價(jià)的結(jié)果進(jìn)行修改，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中不斷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題。金屬切削機(jī)床是機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備，隨著社會(huì)不斷發(fā)展和科學(xué)不斷進(jìn)步對(duì)機(jī)床設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助工程應(yīng)用。使得機(jī)床的設(shè)計(jì)理論和方法由人工繪圖向計(jì)算機(jī)繪圖，由定性設(shè)計(jì)向定量設(shè)計(jì)。由表態(tài)和線性分析向動(dòng)態(tài)和非線性分析，由可行性設(shè)計(jì)向最佳設(shè)計(jì)過(guò)度。
金屬切削機(jī)床的基本功能是提供切削加工所必需運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。機(jī)床基本工作原理是通過(guò)刀具與工件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由刀具切除工件加工表面多余的金屬材料，形成工件加工表面的幾何形狀、尺寸，并達(dá)到其精度要求。X6132萬(wàn)能升降臺(tái)銑床是一個(gè)十分典型的普通車床，廣泛的應(yīng)用在生產(chǎn)中。
主軸箱的設(shè)計(jì)不僅要滿足機(jī)床總體布局變速箱的形狀和尺寸的限制、達(dá)到18級(jí)轉(zhuǎn)速，還要便于裝配、調(diào)整、潤(rùn)滑和維修。
根據(jù)指導(dǎo)教師的推薦、重點(diǎn)選用《金屬切削機(jī)床》以及輔助類書刊包括《材料力學(xué)》、《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》、《機(jī)械制圖》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》等圖書。
其中，《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》無(wú)疑是系統(tǒng)化介紹和設(shè)計(jì)車床的資料。它從機(jī)床設(shè)計(jì)的步驟，機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)化，機(jī)床的總體布局到主要參數(shù)的確定。在主要的傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，參考齒輪齒數(shù)和齒輪直徑的確定，是主軸箱的尺寸，軸的軸徑，以及傳動(dòng)精度等一系列布局。在結(jié)構(gòu)式，結(jié)構(gòu)網(wǎng)確定之后，要對(duì)傳動(dòng)件的結(jié)構(gòu)、材料、構(gòu)造等進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)及齒輪模數(shù)確定等。
傳動(dòng)件包括齒輪、傳動(dòng)軸、離合器、制動(dòng)裝置等。其中齒輪的構(gòu)造中三聯(lián)滑移齒輪，對(duì)齒輪的拼裝，齒輪太窄或太寬時(shí)的處理，齒輪在軸上的定位問(wèn)題都有比較全面的論述。
傳動(dòng)軸在反復(fù)彎曲載荷和扭曲載荷下不發(fā)生疲勞破壞。在剛度方面，軸的彎曲和扭曲載荷下不致產(chǎn)生過(guò)大的變形。高速旋轉(zhuǎn)的軸還應(yīng)計(jì)算器臨界轉(zhuǎn)速，以免發(fā)生共振，傳動(dòng)軸首先要估算直徑，然后再進(jìn)行剛度驗(yàn)算。提高剛度時(shí)可以采用加大軸的直徑縮短軸的長(zhǎng)度，使軸上的主動(dòng)和被動(dòng)傳動(dòng)件盡可能的靠近，使傳動(dòng)件靠近軸。
文獻(xiàn)資料室一個(gè)設(shè)計(jì)者必備的工具，選擇全面的實(shí)用的工具是設(shè)計(jì)者必備的素質(zhì)。其實(shí)，整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程就是將大學(xué)四年學(xué)習(xí)的知識(shí)融會(huì)貫通的過(guò)程，很多當(dāng)時(shí)不會(huì)用的感覺(jué)泛泛的東西通過(guò)設(shè)計(jì)將變得更具體，可行，學(xué)會(huì)應(yīng)用資料，為我所用，能將那些規(guī)格化的鼓勵(lì)的零件經(jīng)過(guò)計(jì)算，設(shè)計(jì)成一臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械，就是我們?cè)O(shè)計(jì)的根本意圖所在了。
我們?cè)O(shè)計(jì)還是比較初級(jí)模型，在實(shí)踐中，只有不斷的改進(jìn)，才能達(dá)到高的生產(chǎn)效率，然而，基礎(chǔ)的知識(shí)和原理是設(shè)計(jì)的源頭，就我個(gè)人而言，我希望能通過(guò)這次專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)自己未來(lái)從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為今后的工作、學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。
由于能力所限、設(shè)計(jì)中難免有許多不妥之處，懇請(qǐng)老師多多指教。
目錄
一、 概述 4
1.1金屬切削機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位 4
1.2機(jī)床畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的 4
1.3車床的規(guī)格系列和用處 4
1.4 操作性能要求 5
二、傳動(dòng)設(shè)計(jì) 5
2.1 主傳動(dòng)方案擬定 5
2.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 5
2.2.1 確定傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目 5
2.2.2 確定傳動(dòng)順序 6
2.2.3 確定擴(kuò)大順序 6
2.2.4 確定變速組中的極限傳動(dòng)比及變速范圍...............................................................................6 2.2.5 確定最小傳動(dòng)比............................................................................................................................7
三、 傳動(dòng)件的估算 9
3.1 帶輪設(shè)計(jì) 9
3.2 齒輪齒數(shù)的確定和計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算 11
3.2.1 齒輪齒數(shù)的確定 11
3.2.2 齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算 14
3.3 軸及傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 16
3.4 齒數(shù)模數(shù)的確定 16
3.5 傳動(dòng)軸直徑的確定.................................................................................................................................17
3.6 主軸軸徑的確定.....................................................................................................................................18
四、驗(yàn)算主要零件 18
4.1齒輪模數(shù)驗(yàn)算 18
4.2 傳動(dòng)軸剛度驗(yàn)算 20
4.3 軸承壽命驗(yàn)算 22
五、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明 24
5.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 24
六、總結(jié) 24
七、參考文獻(xiàn) 24
一、概述
1.1 金屬切削機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位
金屬切削機(jī)床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器，它是制造機(jī)器的機(jī)器，又稱為“工作母機(jī)”或“工具機(jī)”。
在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)中，金屬切學(xué)機(jī)床是加工機(jī)器零件的主要設(shè)備，它所擔(dān)負(fù)的工作量，約占機(jī)器總制造工作量的40%～60%。機(jī)床的技術(shù)水平直接影響機(jī)械制造工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。
1.2機(jī)床畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的
專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)是在學(xué)生學(xué)完相應(yīng)課程及先行課程之后進(jìn)行的實(shí)習(xí)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是大學(xué)生的必修環(huán)節(jié)，其目的在于通過(guò)機(jī)床運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使學(xué)生在擬定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)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，并培養(yǎng)學(xué)生具有初步的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。
1.3車床的規(guī)格系列和用處
規(guī)格系列：
表1 X6132萬(wàn)能升降臺(tái)銑床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)
最低轉(zhuǎn)速
Nmin
( )
最低轉(zhuǎn)速
Nmax
( )
主電機(jī)轉(zhuǎn)速
( )
主電機(jī)功率
N（kw）
公比
轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z
30
1500
1450
7.5
1.26
18
1.4 操作性能要求
用處：該機(jī)床用于銑削平面、斜面、溝槽、齒輪等。工作臺(tái)可繞垂直軸在
水平面范圍整，如采用分度頭附件，還可加工螺旋表面。
二、傳動(dòng)設(shè)計(jì)
2.1 主傳動(dòng)方案擬定
擬定傳動(dòng)方案，包括傳動(dòng)型式的選擇以及開(kāi)停、幻想、制動(dòng)、操縱等整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的確定。傳動(dòng)型式則指?jìng)鲃?dòng)和變速的元件、機(jī)構(gòu)以及組成、安排不同特點(diǎn)的傳動(dòng)型式、變速類型。
傳動(dòng)方案和型式與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度密切相關(guān)，和工作性能也有關(guān)系。因此，確定傳動(dòng)方案和型式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟(jì)等多方面統(tǒng)一考慮。
傳動(dòng)方案有多種，傳動(dòng)型式更是眾多，比如：傳動(dòng)型式上有集中傳動(dòng)，分離傳動(dòng)；擴(kuò)大變速范圍可用增加傳動(dòng)組數(shù)，也可用背輪結(jié)構(gòu)、分支傳動(dòng)等型式；變速箱上既可用多速電機(jī)，也可用交換齒輪、滑移齒輪、公用齒輪等。
顯然，可能的方案有很多，優(yōu)化的方案也因條件而異。此次設(shè)計(jì)中，我們采用集中傳動(dòng)型式的主軸變速箱。
2.2 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。
2.2.1 確定傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目
一定變速組組數(shù)的變速系統(tǒng)可由不同數(shù)目的變速組組成。變速傳動(dòng)裝置總變速級(jí)數(shù)應(yīng)等于各變速組變速級(jí)數(shù)的連乘積，即，式中Z—主軸總變速級(jí)數(shù)；p、q、r—各組變速機(jī)構(gòu)的變速級(jí)數(shù)（即為每組傳動(dòng)副數(shù)）。
減少變速組的數(shù)目可以縮短傳動(dòng)鏈，但在總變速級(jí)數(shù)不一定的情況下，勢(shì)必會(huì)增加各變速組內(nèi)傳動(dòng)副數(shù)目P，并且降速過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致齒輪的徑向尺寸增大。18級(jí)轉(zhuǎn)速的變速系統(tǒng)，其變速級(jí)和傳動(dòng)副數(shù)的組合方案為：
首先應(yīng)該確定，預(yù)使主軸得到18級(jí)轉(zhuǎn)速需要幾個(gè)變速組，以及他們各需要幾個(gè)傳動(dòng)副。
方案①②③：變速組數(shù)目為3個(gè)，傳動(dòng)軸數(shù)最少為4根，但齒輪對(duì)數(shù)目為，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，同時(shí)由于機(jī)床結(jié)構(gòu)原因，通常采用雙聯(lián)或三聯(lián)齒輪進(jìn)行變速。
方案④~⑦：雖然變速組數(shù)目為2個(gè)，傳軸軸數(shù)最少為3根，但齒輪對(duì)數(shù)目為3+6=9、9+2=11，比方案①~③中多。同時(shí)使變速箱的軸向尺寸增加，使操縱機(jī)構(gòu)變得復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)。
綜上所述，主軸為18級(jí)轉(zhuǎn)速的變速系統(tǒng)，應(yīng)采用由3個(gè)變速組所組成的方案，即應(yīng)選擇方案①②③。
2.2.2確定傳動(dòng)順序
在一般情況下，變速系統(tǒng)為降速的，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速往往比主軸變速范圍內(nèi)大多數(shù)轉(zhuǎn)速高，現(xiàn)對(duì)上述方案進(jìn)行分析。
方案①：變速組a有3對(duì)傳動(dòng)副，在靠近主軸處為低速的變速組b為2對(duì)，變速組c也為2對(duì)。根據(jù)扭矩公式可知，當(dāng)傳動(dòng)件傳遞的功率一定，轉(zhuǎn)速高時(shí)所傳遞的扭矩小，則軸、齒輪等傳動(dòng)件尺寸相應(yīng)的可小一些。因此，從傳動(dòng)順序來(lái)說(shuō)，應(yīng)盡量使前面的傳動(dòng)件多些，可節(jié)省材料，減輕重量，故第一方案為最佳方案。
2.2.3確定擴(kuò)大順序
當(dāng)傳動(dòng)順序確定后，由于基本組、擴(kuò)大組的排列順序不同，可得出不同的排列方案，其結(jié)構(gòu)式為：
射線開(kāi)口大勢(shì)必造成低轉(zhuǎn)速較低，其結(jié)果是使傳動(dòng)件的尺寸較大。因此，在網(wǎng)上表現(xiàn)為前后傳動(dòng)組的射線間開(kāi)口笑，后面?zhèn)鲃?dòng)組的射線間開(kāi)口大，這時(shí)各變速組的變速范圍是逐漸增大的，故方案①為最佳方案。
2.2.4確定變速組中的極限傳動(dòng)比及變速范圍
在主傳動(dòng)系統(tǒng)中，對(duì)于降速，為了防止被動(dòng)齒輪的直徑過(guò)大而使徑向尺寸太大，常應(yīng)限制最小傳動(dòng)比。對(duì)于升速，為了防止產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)和噪聲，常應(yīng)限制最大傳動(dòng)比。
由于齒輪副的極限傳動(dòng)比有了限制，則變速組的最大變速范圍相應(yīng)地也應(yīng)有一定的限制。在主運(yùn)動(dòng)中：
因此，一般只要最后擴(kuò)大組的變速范圍不超過(guò)限制范圍，則其余的變速組也不會(huì)超過(guò)。通常，最后擴(kuò)大組的傳動(dòng)副數(shù)為2，可以減少最后擴(kuò)大組的變速范圍，以利于不超過(guò)限制范圍。因此，設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，Rn值的擴(kuò)大，由于受到值的限制，就不能通過(guò)無(wú)限增加變速組的數(shù)目來(lái)實(shí)現(xiàn)。
驗(yàn)算：方案，其最后擴(kuò)大組的變速范圍，合格。
2.2.5確定最小傳動(dòng)比
在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)與主軸的轉(zhuǎn)速已經(jīng)確定。當(dāng)降速時(shí)，分配傳動(dòng)比應(yīng)使各個(gè)中間傳動(dòng)軸的最低轉(zhuǎn)速適當(dāng)?shù)馗咝Ｒ驗(yàn)閚高后，在傳遞一定功率下，傳遞的扭矩就小，相應(yīng)的使傳動(dòng)件的尺寸也小。未來(lái)使更多的傳動(dòng)件在相對(duì)高速下工作，減少變速箱的結(jié)構(gòu)尺寸，除了在傳動(dòng)順序上前多后少，擴(kuò)大順序上前密后疏，對(duì)于降速運(yùn)動(dòng)最小傳動(dòng)比應(yīng)采取前緩后急的原則，即在傳動(dòng)順序上，越靠前最小傳動(dòng)比越小，最后變速組的最小傳動(dòng)比常取1/4。
據(jù)上所述，主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速圖為：
傳動(dòng)系統(tǒng)圖為：
三、 傳動(dòng)件的估算
3.1 帶輪設(shè)計(jì)
1、確定計(jì)算功率
查表8-6 知
=
2、選擇帶型
根據(jù)計(jì)算功率 和小帶輪轉(zhuǎn)速由圖8-9知選擇V帶B型。
3、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑和
初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)8-11圖，取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑=150mm
根據(jù)式（8-15）從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑
==1.933112=290mm
根據(jù)表8-8取=290mm
按式（8-13）驗(yàn)算帶的速度
帶的速度合適
4確定A型V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距
根據(jù)初步確定中心距：初定中心距
根據(jù)式（8-22）計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
由表8-2選帶的基本長(zhǎng)度Ld=1600mm
按式（8-21）計(jì)算實(shí)際中心距
5、驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角
由（8-6）得：
主動(dòng)輪的包角合適
6、計(jì)算V型帶的根數(shù)Z
由式（8-22）
由 查表8-4a和表8-4b
得
查表8-5得： 查表8-2得
7、計(jì)算預(yù)緊力
由式8-27知
查表8-3得q=0.18kg/m 故：
8、計(jì)算作用在軸上的壓軸力式（8-28）
=2Z
3.2 齒輪齒數(shù)以及計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定
當(dāng)各變速組的傳動(dòng)比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對(duì)于定比傳動(dòng)的齒輪齒數(shù)可依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的方法確定。對(duì)于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳動(dòng)比是標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時(shí)，變速組內(nèi)每對(duì)齒輪的齒數(shù)和及小齒輪的齒數(shù)可以從表3-6（機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)）中選取。一般在主傳動(dòng)中，最小齒數(shù)應(yīng)大于18～20。采用三聯(lián)滑移齒輪時(shí)，應(yīng)檢查滑移齒輪之間的齒數(shù)關(guān)系：三聯(lián)滑移齒輪的最大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于或等于4，以保證滑移是齒輪外圓不相碰。
3.2.1齒輪齒數(shù)的確定
第一組齒輪：傳動(dòng)比，查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表1.7可得相應(yīng)的齒數(shù)和的值可取60，78..........,我們可取的值為60，則各齒輪相對(duì)應(yīng)的齒數(shù)為
檢查主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速誤差：檢驗(yàn)式為
式中
★第一對(duì)齒輪
① 符合要求
★第二對(duì)齒輪
② 符合要求
★第三對(duì)齒輪
③ 符合要求
第二組齒輪：傳動(dòng)比，查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表1.7可得相應(yīng)的齒數(shù)和的值可取70,77..........,我們可取的值為70，則各齒輪相對(duì)應(yīng)的齒數(shù)為
檢查主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速誤差：檢驗(yàn)式為
式中
★第一對(duì)齒輪
① 符合要求
★第二對(duì)齒輪
② 符合要求
★第三對(duì)齒輪
③ 符合要求
第三組齒輪：傳動(dòng)比，查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表1.7可得相應(yīng)的齒數(shù)和的值可取85,89,90,95..........,我們可取的值為89，則各齒輪相對(duì)應(yīng)的齒數(shù)為
檢查主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速誤差：檢驗(yàn)式為
式中
★第一對(duì)齒輪
① 符合要求
★第二對(duì)齒輪
② 符合要求
3.2.2齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定
①齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。齒輪裝在Ⅳ軸上，從轉(zhuǎn)速圖可以看出，共有118r/min~750r/min共9級(jí)轉(zhuǎn)速，經(jīng)齒輪/傳動(dòng)主軸得到235r/min~1500r/min這9級(jí)轉(zhuǎn)速能傳遞全部功率，故齒輪的這9級(jí)轉(zhuǎn)速也能傳遞全部功率，其中最低轉(zhuǎn)速118r/min正好為齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。
②齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。齒輪裝在Ⅴ軸（主軸）上，有235r/min~1500r/min共9級(jí)轉(zhuǎn)速，都能傳遞全部功率，其最低轉(zhuǎn)速235r/min即為齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。
③齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。齒輪裝在Ⅳ軸上，有118r/min~750r/min共9級(jí)轉(zhuǎn)速。其中375r/min~750r/min的4級(jí)轉(zhuǎn)速能傳遞全部功率，而118r/min~300r/min的5級(jí)轉(zhuǎn)速不能傳遞全部功率。因此，齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速即為375r/min。
其余依次類推，各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速如下。
齒輪序號(hào)
計(jì)算轉(zhuǎn)速
1450
695
695
475
695
375
695
300
300
齒輪序號(hào)
計(jì)算轉(zhuǎn)速
475
300
235
300
118
118
235
375
95
齒輪的具體值見(jiàn)表
齒輪尺寸表
齒輪
齒數(shù)
z
模數(shù)
m
分度圓
d
齒頂圓
齒根圓
齒頂高
齒根高
3
23
4
92
100
82
4
5
4
37
4
148
156
138
4
5
5
20
4
80
88
70
4
5
6
40
4
160
168
150
4
5
7
17
4
68
76
58
4
5
8
43
4
172
172
162
4
5
9
43
4
172
172
162
4
5
10
27
4
108
116
98
4
5
11
31
4
124
124
114
4
5
12
39
4
156
156
146
4
5
13
20
4
80
88
70
4
5
14
50
4
200
208
190
4
5
15
59
3
177
183
169.5
3
3.75
16
30
3
90
96
82.5
3
3.75
17
18
4
72
80
62
4
5
18
71
4
284
292
274
4
5
3.3軸及傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速
①主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。由《械制造裝備設(shè)計(jì)》中表1.8可查出
②傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。從轉(zhuǎn)速圖上可以看出，Ⅳ軸共有9級(jí)轉(zhuǎn)速：118r/min~1500r/min之間的所有轉(zhuǎn)速都傳遞全部功率。此時(shí)，Ⅳ軸若經(jīng)齒輪副/傳動(dòng)主軸，它只有在375r/min~750r/min的那4級(jí)轉(zhuǎn)速時(shí)才能傳遞全部功率；若經(jīng)過(guò)齒輪副/傳動(dòng)主軸。則118r/min~750r/min的9級(jí)轉(zhuǎn)速能傳遞全部功率，因此，其中的最低轉(zhuǎn)速118r/min即為Ⅳ軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。
其余，依次類推。各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速如下：
軸序號(hào)
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
計(jì)算轉(zhuǎn)速
1450
750
300
118
95
3.4齒數(shù)模數(shù)的確定
一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪按簡(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式計(jì)算
式中：——按疲勞接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒輪模數(shù)
——驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率 ——計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速
——大齒輪齒數(shù)和小齒輪齒數(shù)之比 ——小齒輪齒數(shù)
——齒寬系數(shù)，（B為齒寬，m為模數(shù)），
——許用接觸應(yīng)力
傳動(dòng)組1模數(shù)：
傳動(dòng)組2模數(shù)：
傳動(dòng)組3模數(shù)：
故選取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)
3.5傳動(dòng)軸直徑的計(jì)算
傳動(dòng)軸的直徑可按下列扭轉(zhuǎn)剛度公式進(jìn)行計(jì)算
取
取
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)3.19-3~17表知
取花鍵軸尺寸為
取
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表取花鍵軸尺寸為
取
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表3.19-3~17 取花鍵軸尺寸為
將計(jì)算結(jié)果列成表格形式，
如：
軸號(hào)
花鍵軸尺寸
備注
Ⅰ
7.2
1410
26
35
平鍵
Ⅱ
6.77
750
30.1
45
6-423610
花鍵
Ⅲ
6.374
30
37.3
45
6-484212
花鍵
Ⅳ
6
75
52
50
6-555014
花鍵
3.6主軸軸頸的確定
根據(jù)功率N=7.5kw 在5.5~7.5之間 知
主軸軸頸選75~100 取d=75mm
四、驗(yàn)算主要零件
4.1齒輪模數(shù)驗(yàn)算
一般按接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算，選取某軸上承受載荷最大的齒輪和同材料同模數(shù)齒輪中齒輪最少齒寬最小的齒輪進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算對(duì)象主軸前軸的小齒輪 即第IV軸
（1）、按接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算
由258頁(yè)5.4-84材料彈性系數(shù)
由表5.4-85齒輪材料性能系數(shù)
由表5.4-80查得
--嚙合角影響系數(shù) 非變位齒輪
=14.84（2）按彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算（防止齒根折斷）
--齒形系數(shù) 非變位外嚙合直齒輪圓柱齒輪 =1
=1.29 =0.85 259頁(yè)表5.4-85查得
=1.04 =1 =0.85
=30.65
所以 所以 合格
4.2傳動(dòng)軸剛度驗(yàn)算（軸）
（1）計(jì)算軸的平均直徑，畫出計(jì)算簡(jiǎn)圖。
花鍵軸：
（2）計(jì)算該周傳遞的扭矩
6.374kw 375r/min
=162324.533mm
(3)、求作用在齒輪處B點(diǎn)的力
切向力：
徑向力：
(4)、求作用在齒輪處C點(diǎn)的力
切向力：
徑向力：
(5)、計(jì)算撓度應(yīng)用552頁(yè)表5.8公式
E=2.1N/mm I=81844mm
校： =
=0.5=0.0164mm
=
=0.5=0.0207mm
=
=0.5=0.0316mm
(6)、計(jì)算傾角，應(yīng)用【1】552頁(yè)表5.8-16公式
A: =rad
=0.5=0.00028 rad
=rad
=0.5=0.00034 rad
D: =rad
=0.5=-0.00021 rad
=rad
=0.5=-0.00034 rad
=+=0.0741
=+=0.0043
=+=0.1015
=+=0.012
=+=0.00126 rad
=+=0.00006 rad
=+=-0.00101 rad
=+=-0.00009 rad
=rad
=rad
由551頁(yè)表5.8-14查得【Y】=（0.0003~0.0005）l=0.1032mm
故【Q】=0.0025 rad 所以 合格
4.3、軸承壽命的驗(yàn)算
軸承的壽命應(yīng)滿足
--額定壽命
T—工作期限 h ；通常取T=10000h
額定壽命的計(jì)算公式：=
式中：n--軸承（即軸）的計(jì)算轉(zhuǎn)速；
--壽命指數(shù)，球軸承=3， 滾子軸承=10/3
C--額定動(dòng)負(fù)荷 （N）
P--當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷
--47.8(6212型) --71.5
P=x
--徑向負(fù)荷（由支反力解出）
--軸向負(fù)荷（該系統(tǒng)的軸向負(fù)荷為0）
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)584頁(yè)表5.9-18查得：
X=1 y=0
所以 ：== ==
A端：6212型軸承：
D端：6216型軸承：
校核合格
五、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明
5.1 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。
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。
六、總結(jié)
在畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，我也遇到了一些問(wèn)題。設(shè)計(jì)過(guò)程也是培養(yǎng)我們認(rèn)真細(xì)心的態(tài)度。
在此過(guò)程中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題，使我加深了對(duì)大學(xué)所學(xué)課程理解，綜合應(yīng)用，并得到進(jìn)一步的鞏固，這對(duì)以后的學(xué)習(xí)和工作都有積極的意義。
總之，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多東西。
七、參考文獻(xiàn)
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