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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 課 題 車床主軸箱設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 年 月 日 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 2 頁 共 68 頁 摘要 普通中型車床主軸箱設(shè)計(jì) 普通中型車床主軸箱設(shè)計(jì) 主要包括三方面的設(shè)計(jì) 即 根據(jù)設(shè)計(jì)題目所 給定的機(jī)床用途 規(guī)格 主軸極限轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速數(shù)列公比或級(jí)數(shù) 確定其他有關(guān) 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 選定主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速值 通過分析比較 選擇傳動(dòng)方案 擬定結(jié)構(gòu)式 或結(jié)構(gòu)網(wǎng) 擬定轉(zhuǎn)速圖 確定齒輪齒數(shù)及帶輪直徑 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 其次 根據(jù)機(jī)床類型和電動(dòng)機(jī)功率 確定主軸及各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速 初定傳動(dòng)軸直 徑 齒輪模數(shù) 確定傳動(dòng)帶型號(hào)及根數(shù) 摩擦片尺寸及數(shù)目 裝配草圖完成后 要驗(yàn)算傳動(dòng)件 傳動(dòng)軸 主軸 齒輪 滾動(dòng)軸承 的剛度 強(qiáng)度或壽命 最后 完成運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力設(shè)計(jì)后 要將主傳動(dòng)方案 結(jié)構(gòu)化 設(shè)計(jì)主軸變速箱裝配 圖及零件圖 側(cè)重進(jìn)行傳動(dòng)軸組件 主軸組件 變速機(jī)構(gòu) 箱體 潤滑與密封 傳動(dòng)軸及滑移齒輪零件的設(shè)計(jì) 關(guān)鍵詞 車床 主軸箱 變速系統(tǒng) 主軸組件 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 3 頁 共 68 頁 目錄 目錄 4 1 緒論 10 2 設(shè)計(jì)計(jì)算 11 2 1 普通車床的規(guī)格 11 2 1 1 車床的規(guī)格系列和用處 11 2 1 2 操作性能要求 11 3 主動(dòng)參數(shù)參數(shù)的擬定 11 3 1 確定傳動(dòng)公比 11 3 2 主電動(dòng)機(jī)的選擇 12 4 變速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 13 4 1 主變速方案擬定 13 4 2 變速結(jié)構(gòu)式 結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 13 4 2 1 確定變速組及各變速組中變速副的數(shù)目 13 4 2 2 變速式的擬定 14 4 2 3 結(jié)構(gòu)式的擬定 14 4 2 4 結(jié)構(gòu)網(wǎng)的擬定 15 4 2 5 結(jié)構(gòu)式的擬定 15 4 2 6 結(jié)構(gòu)式的擬定 15 4 2 7 確定各變速組變速副齒數(shù) 17 4 2 8 繪制變速系統(tǒng)圖 18 5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 5 1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 技術(shù)要求和方案 19 5 2 展開圖及其布置 19 5 3 I 軸 輸入軸 的設(shè)計(jì) 20 5 4 齒輪塊設(shè)計(jì) 20 5 5 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 21 5 6 主軸組件設(shè)計(jì) 22 5 6 1 各部分尺寸的選擇 22 5 6 2 主軸材料和熱處理 23 5 6 3 主軸軸承 23 5 6 4 主軸與齒輪的連接 24 5 6 5 潤滑與密封 25 5 6 6 其他問題 25 6 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì) 25 6 1 帶輪的設(shè)計(jì) 25 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 68 頁 6 2 傳動(dòng)軸的直徑估算 28 6 2 1 確定各軸轉(zhuǎn)速 28 6 2 2 傳動(dòng)軸直徑的估算 確定各軸最小直徑 29 6 2 3 鍵的選擇 30 6 3 傳動(dòng)軸的校核 30 6 3 1 傳動(dòng)軸的校核 31 6 3 2 鍵的校核 31 6 4 各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核 32 6 4 1 齒輪模數(shù)的確定 32 6 4 2 齒寬的確定 36 6 4 3 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 37 6 5 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 38 6 6 片式摩擦離合器的選擇和計(jì)算 39 6 7 齒輪校驗(yàn) 41 齒輪強(qiáng)度校核 41 6 7 1 校核 a 變速組齒輪 42 6 7 2 校核 b 變速組齒輪 43 6 7 3 校核 c 變速組齒輪 44 6 8 軸承的選用與校核 46 6 8 1 各軸軸承的選用 46 6 8 2 各軸軸承的校核 46 7 主軸組件設(shè)計(jì) 47 7 1 主軸的基本尺寸確定 48 7 1 1 外徑尺寸 D 48 7 1 2 主軸孔徑 d 48 7 1 3 主軸懸伸量 a 49 7 1 4 支撐跨距 L 50 7 1 5 主軸最佳跨距 的確定 510 7 2 主軸剛度驗(yàn)算 53 7 2 1 主軸前支撐轉(zhuǎn)角的驗(yàn)算 53 7 2 2 主軸前端位移的驗(yàn)算 55 8 總結(jié)和展望 58 8 1 本文工作總結(jié) 58 8 2 課題展望 59 參考文獻(xiàn) 60 致 謝 61 附錄 62 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 68 頁 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 1 緒論 機(jī)床技術(shù)參數(shù)有主參數(shù)和基本參數(shù) 他們是運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù) 影響到機(jī)床是否滿足所需要的基本功能要求 參數(shù)擬定就是機(jī)床性能設(shè)計(jì) 主 參數(shù)是直接反映機(jī)床的加工能力 決定和影響其他基本參數(shù)的依據(jù) 如車床的 最大加工直徑 一般在設(shè)計(jì)題目中給定 基本參數(shù)是一些加工件尺寸 機(jī)床結(jié) 構(gòu) 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性有關(guān)的參數(shù) 可歸納為尺寸參數(shù) 運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù) 通用車床工藝范圍廣 所加工的工件形狀 尺寸和材料各不相同 有粗加 工又有精加工 用硬質(zhì)合金刀具又用高速鋼刀具 因此 必須對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)床 工藝范圍和使用情況做全面的調(diào)研和統(tǒng)計(jì) 依據(jù)某些典型工藝和加工對(duì)象 兼 顧其他的可能工藝加工的要求 擬定機(jī)床技術(shù)參數(shù) 擬定參數(shù)時(shí) 要考慮機(jī)床 發(fā)展趨勢(shì)和同國內(nèi)外同類機(jī)床的對(duì)比 使擬定的參數(shù)最大限度地適應(yīng)各種不同 的工藝要求和達(dá)到機(jī)床加工能力下經(jīng)濟(jì)合理 機(jī)床主傳動(dòng)系因機(jī)床的類型 性能 規(guī)格和尺寸等因素的不同 應(yīng)滿足的 要求也不一樣 設(shè)計(jì)機(jī)床主傳動(dòng)系時(shí)最基本的原則就是以最經(jīng)濟(jì) 合理的方式 滿足既定的要求 在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合具體機(jī)床進(jìn)行具體分析 一般應(yīng)滿足的基本 要求有 滿足機(jī)床使用性能要求 首先應(yīng)滿足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特性 如機(jī)床主軸油 足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) 滿足機(jī)床傳遞動(dòng)力的要求 主電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 能提供足夠的功率和轉(zhuǎn)矩 具有較高的傳動(dòng)效率 滿足機(jī)床工作性能要求 主 傳動(dòng)中所有零部件有足夠的剛度 精度和抗震性 熱變形特性穩(wěn)定 滿足產(chǎn)品 的經(jīng)濟(jì)性要求 傳動(dòng)鏈盡可能簡短 零件數(shù)目要少 以便節(jié)約材料 降低成本 本論文從資料查閱 總體設(shè)計(jì) 模塊設(shè)計(jì) 撰寫論文歷時(shí)三個(gè)月 具體流 程如下所示 資料查閱 熟悉課題 繪制裝配草圖 各零部件的尺寸確定 校核各零件的強(qiáng)度 繪制裝配圖和部分零件圖 撰寫論文 科技翻譯 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 68 頁 2 設(shè)計(jì)計(jì)算 2 1 普通車床的規(guī)格 2 1 1 車床的規(guī)格系列和用處 普通機(jī)床的規(guī)格和類型有系列型號(hào)作為設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵照的基礎(chǔ) 因此 對(duì) 這些基本知識(shí)和資料作些簡要介紹 本次設(shè)計(jì)的是普通型車床主軸變速箱 主 要用于加工回轉(zhuǎn)體 表 1 1 車床的主參數(shù) 規(guī)格尺寸 和基本參數(shù)表 工件最大回轉(zhuǎn)直 徑 mm maxD 最高轉(zhuǎn)速 maxn ir 最低轉(zhuǎn)速 min r 電機(jī)功 率 P kW 公比 轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) Z 320 1120 25 7 5 1 41 12 2 1 2 操作性能要求 1 具有皮帶輪卸荷裝置 2 手動(dòng)操縱雙向片式摩擦離合器實(shí)現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)及停止運(yùn)動(dòng)要求 3 主軸的變速由變速手柄完成 3 主動(dòng)參數(shù)參數(shù)的擬定 3 1 確定傳動(dòng)公比 根據(jù) 1 公式 3 2 因?yàn)橐阎?78P 8 42510minax R znR Z 1 lgnR 1 4129 1 Zn8 4 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 7 頁 共 68 頁 根據(jù) 1 表 3 5 標(biāo)準(zhǔn)公比 這里我們?nèi)?biāo)準(zhǔn)公比系列 1 41 7P 因?yàn)?1 41 1 06 根據(jù) 1 表 3 6 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列 首先找到最小極限轉(zhuǎn)速 67P 25 再每跳過 5 個(gè)數(shù) 1 26 1 06 取一個(gè)轉(zhuǎn)速 即可得到公比為 1 41 的數(shù)6 列 25 35 5 50 71 100 140 200 280 400 560 800 1120 3 2 主電動(dòng)機(jī)的選擇 合理的確定電機(jī)功率 P 使機(jī)床既能充分發(fā)揮其使用性能 滿足生產(chǎn)需要 又不致使電機(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素 現(xiàn)在以常見的中碳鋼為工件材料 取 45 號(hào)鋼 正火處理 車削外圓 表面 粗糙度 3 2mm 采用車刀具 可轉(zhuǎn)位外圓車刀 刀桿尺寸 16mm 25mm 刀aR 具幾何參數(shù) 15 6 75 15 0 0 o0 or or o o01 10 b 0 3mm r 1mm o1re 現(xiàn)以確定粗車是的切削用量為設(shè)計(jì) 確定背吃刀量 和進(jìn)給量 f 根據(jù) 2 表 8 50 取 4mm f 取 0 6pa4Ppa rm 確定切削速度 參 2 表 8 57 取 V 1 7 48Pcsm 機(jī)床功率的計(jì)算 主切削力的計(jì)算 根據(jù) 2 表 8 59 和表 8 60 主切削力的計(jì)算4950 公式及有關(guān)參數(shù) F 9 81 Z Fcn60CFcZa FcfcZvFcK 9 81 270 4 0 92 0 9515 75 0615 0 3242 N 切削功率的計(jì)算 3242 1 7 5 5 kW cPF cv310 310 依照一般情況 取機(jī)床變速效率 0 8 6 86 kW Z8 5 根據(jù) 3 表 12 1 Y 系列 IP44 電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù) Y 系列167 IP44 電動(dòng)機(jī)為一般用途全封閉自扇冷式籠型異步電動(dòng)機(jī) 具有防塵埃 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 68 頁 鐵屑或其他雜物侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的特點(diǎn) B 級(jí)絕緣 工業(yè)環(huán)境溫度不超過 40 相對(duì)濕度不超過 95 海拔高度不超過 1000m 額定電壓 380V 頻 率 50Hz 適用于無特殊要求的機(jī)械上 如機(jī)床 泵 風(fēng)機(jī) 攪拌機(jī) 運(yùn)輸 機(jī) 農(nóng)業(yè)機(jī)械等 根據(jù)以上要求 我們選取 Y132M 4 型三相異步電動(dòng)機(jī) 額定功率 7 5kW 滿 載轉(zhuǎn)速 1440 額定轉(zhuǎn)矩 2 2 質(zhì)量 81kg minr 至此 可得到上表 1 1 中的車床參數(shù) 4 變速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4 1 主變速方案擬定 擬定變速方案 包括變速型式的選擇以及開停 換向 制動(dòng) 操縱等整個(gè) 變速系統(tǒng)的確定 變速型式則指變速和變速的元件 機(jī)構(gòu)以及組成 安排不同 特點(diǎn)的變速型式 變速類型 變速方案和型式與結(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 確定變速方案和型式 要從結(jié)構(gòu) 工藝 性能及經(jīng)濟(jì)等多方面統(tǒng)一考慮 變速方案有多種 變速型式更是眾多 比如 變速型式上有集中變速 分 離變速 擴(kuò)大變速范圍可用增加變速組數(shù) 也可采用背輪結(jié)構(gòu) 分支變速等型 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 采用集中變速型式的主軸變速箱 4 2 變速結(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)于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的變速不失為有用的方法 但對(duì)于分析復(fù)雜的變速并想由此導(dǎo)出實(shí)際的方案 就并非十分有效 4 2 1 確定變速組及各變速組中變速副的數(shù)目 數(shù)為 Z 的變速系統(tǒng)由若干個(gè)順序的變速組組成 各變速組分別有 Z 個(gè)變速副 即 321Z 變速副中由于結(jié)構(gòu)的限制以 2 或 3 為合適 即變速級(jí)數(shù) Z 應(yīng)為 2 和 3 的因 子 可以有三種方案 baZ 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 68 頁 321 32 312 4 2 2 變速式的擬定 12 級(jí)轉(zhuǎn)速變速系統(tǒng)的變速組 選擇變速組安排方式時(shí) 考慮到機(jī)床主軸變 速箱的具體結(jié)構(gòu) 裝置和性能 在 軸如果安置換向摩擦離合器時(shí) 為減少軸向尺寸 第一變速組的變速 副數(shù)不能多 以 2 為宜 主軸對(duì)加工精度 表面粗糙度的影響很大 因此主軸上齒輪少些為好 最 后一個(gè)變速組的變速副數(shù)常選用 2 綜上所述 變速式為 12 2 3 2 4 2 3 結(jié)構(gòu)式的擬定 對(duì)于 12 2 3 2 傳動(dòng)式 有 6 種結(jié)構(gòu)式和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng) 分別為 由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)床 I 軸裝有摩擦離合器 在結(jié)構(gòu)上要求有一齒輪的齒根 圓大于離合器的直徑 初選 的方案 1263 從電動(dòng)機(jī)到主軸主要為降速變速 若使變速副較多的變速組放在較接近電 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 也就是滿足變速副 前多后少的原則 因此取 12 2 3 2 方案為好 設(shè)計(jì)車床主變速傳動(dòng)系時(shí) 為避免從動(dòng)齒輪尺寸過大而增加箱體的徑向尺 寸 在降速變速中 一般限制限制最小變速比 為避免擴(kuò)大傳動(dòng)誤41min u 差 減少震動(dòng)噪聲 在升速時(shí)一般限制最大轉(zhuǎn)速比 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)2ax 較平穩(wěn) 可取 因此在主變速鏈任一變速組的最大變速范圍5 2max u 在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證中間變速軸的變 10 8 inamax R 速范圍最小 4 2 4 結(jié)構(gòu)網(wǎng)的擬定 根據(jù)中間變速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 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 68 頁 4 2 5 結(jié)構(gòu)式的擬定 主軸的變速范圍應(yīng)等于住變速傳動(dòng)系中各個(gè)變速組變速范圍的乘積 即 inR 210 檢查變速組的變速范圍是否超過極限值時(shí) 只需檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組 因?yàn)槠?他變速組的變速范圍都比最后擴(kuò)大組的小 只要最后擴(kuò)大組的變速范圍不超過 極限值 其他變速組就不會(huì)超過極限值 122 PXR 其中 4 6 2 符合要求 0 8 612 4 2 6 結(jié)構(gòu)式的擬定 繪制轉(zhuǎn)速圖 選擇 Y132M 4 型 Y 系列籠式三相異步電動(dòng)機(jī) 分配總降速變速比 總降速變速比 017 4 25 min d 又電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標(biāo)準(zhǔn) 因而增加一定比變速i140rd 副 確定變速軸軸數(shù) 變速軸軸數(shù) 變速組數(shù) 定比變速副數(shù) 1 3 1 1 5 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 68 頁 確定各級(jí)轉(zhuǎn)速 由 z 12 確定各級(jí)轉(zhuǎn)速 min 25rni 41 1120 800 560 400 280 200 140 100 71 50 35 5 25r min 繪制轉(zhuǎn)速圖 在五根軸中 除去電動(dòng)機(jī)軸 其余四軸按變速順序依次設(shè)為 主軸 與 與 與 軸之間的變速組分別設(shè)為 a b c 現(xiàn)由 主軸 開始 確定 軸的轉(zhuǎn)速 先來確定 軸的轉(zhuǎn)速 變速組 c 的變速范圍為 結(jié)合結(jié)構(gòu)式 10 8 41 max66 R 軸的轉(zhuǎn)速只有一種可能 100 140 200 280 400 560r min 確定軸 的轉(zhuǎn)速 變速組 b 的級(jí)比指數(shù)為 2 希望中間軸轉(zhuǎn)速較小 因而為了避免升速 又 不致變速比太小 可取 4 1 1 i 2 14 2 ib1 3 ib 軸 的轉(zhuǎn)速確定為 400 560r min 確定軸 的轉(zhuǎn)速 對(duì)于軸 其級(jí)比指數(shù)為 1 可取 2 1 1 ia41 ia 確定軸 轉(zhuǎn)速為 800r min 由此也可確定加在電動(dòng)機(jī)與主軸之間的定變速比 下面8 10 i 畫出轉(zhuǎn)速圖 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 轉(zhuǎn) 速 圖電 動(dòng) 機(jī) 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 12 頁 共 68 頁 4 2 7 確定各變速組變速副齒數(shù) 齒輪齒數(shù)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zS 小齒輪的齒數(shù)可以從 1 表 3 9 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 根據(jù) 1 查表 3 9 各種常用變速比的使用齒數(shù) 94P 變速組 a 2 1 1 ia41 ia 時(shí) 57 60 63 66 69 72 75 78 2i zS 時(shí) 4 2i 58 60 63 65 67 68 70 72 73 77 zS 可取 84 于是可得軸 齒輪齒數(shù)分別為 28 35 z 于是 56 281ai 49 32 ai 可得軸 上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為 56 49 變速組 b 根據(jù) 1 查表 3 9 各種常用變速比的使用齒數(shù) 94P 1 1 ib2 ib1 3 i 時(shí) 87 89 90 91 92 4i zS 時(shí) 87 89 90 91 2 i z 時(shí) 86 88 90 91 1 ibz 可取 90 于是可得軸 上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為 18 30 45 zS 于是 得軸 上兩齒輪的齒數(shù)分別為 72 81i 60 3 ib45 2 ib 72 60 45 變速組 c 根據(jù) 1 查表 3 9 各種常用變速比的使用齒數(shù) 94P 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 68 頁 4 1 ic2ci 時(shí) 85 89 90 94 95 108 i zS 時(shí) 84 87 89 90 108 2cz 可取 108 z 為降速變速 取軸 齒輪齒數(shù)為 22 4 1ic 為升速變速 取軸 齒輪齒數(shù)為 36 2i 于是得 86 1 ic36 72ic 得軸 兩聯(lián)動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為 22 72 得軸 兩齒輪齒數(shù)分別為 86 36 4 2 8 繪制變速系統(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 變 速 系 統(tǒng) 圖 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 14 頁 共 68 頁 5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(dòng)件及選擇結(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) 5 2 展開圖及其布置 展開圖就是按照傳動(dòng)軸傳遞運(yùn)動(dòng)的先后順序 假想將各軸沿其軸線剖開并 將這些剖切面平整展開在同一個(gè)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(jí)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 否則齒輪無法加工 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(jí)反向轉(zhuǎn) 動(dòng) 右邊接通得到三級(jí)正向轉(zhuǎn)動(dòng) 這種齒輪尺寸小但軸向尺寸大 我們采用第 二種方案 通過空心軸中的拉桿來操縱離合器的結(jié)構(gòu) 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 使制動(dòng)器尺寸 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 5 3 I 軸 輸入軸 的設(shè)計(jì) 將運(yùn)動(dòng)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輪的拉力 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 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 15 頁 共 68 頁 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(shí)退刀 車螺紋時(shí) 換向頻率較高 實(shí)現(xiàn) 正反轉(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(shí) 摩擦片不壓緊時(shí) 應(yīng)留有 0 2 0 4 的間隙 間隙m 應(yīng)能調(diào)整 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(gè)帶花鍵孔的圓盤實(shí)現(xiàn) 其中一個(gè)圓盤裝 在花鍵上 另一個(gè)裝在花鍵軸上的一個(gè)環(huán)形溝槽里 并轉(zhuǎn)過一個(gè)花鍵齒 和軸上的花鍵對(duì)正 然后用螺釘把錯(cuò)開的兩個(gè)圓盤連接在一起 這樣就 限制了軸向和周向的兩個(gè)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(dòng)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(jì)時(shí)應(yīng)使加力環(huán)推動(dòng)擺桿和鋼球的運(yùn)動(dòng)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(shí)才和 軸一起轉(zhuǎn)動(dòng) 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(duì)轉(zhuǎn)速 很高 約為兩倍左右 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這點(diǎn) 齒輪與軸之間的軸承可以用滾動(dòng)軸承也可以用滑動(dòng)軸承 滑動(dòng)軸承在一些 性能和維修上不如滾動(dòng)軸承 但它的徑向尺寸小 空套齒輪需要有軸向定位 軸承需要潤滑 5 4 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 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(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 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 16 頁 共 68 頁 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 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(shí) 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(shí) 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(shí)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(shí)最后調(diào)整確定 5 5 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 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)的過濾部分 一般尺寸花鍵的滾刀直徑 為 65 85 刀Dm 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 裝配方便 間隙容易調(diào)整 所以有時(shí)在沒有軸向力時(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 m 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 G 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 17 頁 共 68 頁 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 軸的長度 長軸要考慮熱伸長的問題 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 5 6 主軸組件設(shè)計(jì) 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(dòng) 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(jì)時(shí)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(gè)方面考慮 5 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(dòng)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(shì) 2 軸頸直徑 前支撐的直徑是主軸上一主要的尺寸 設(shè)計(jì)時(shí) 一般先估算或擬定一個(gè)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 目前采用莫氏六號(hào)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?aL 一般推薦取 2 3 5 跨距 小時(shí) 軸承變形對(duì)軸端變形的影響大 所以 aLL 軸承剛度小時(shí) 應(yīng)選大值 軸剛度差時(shí) 則取小值 跨距 的大小 很大程度上受其他結(jié)構(gòu)的限制 常常不能滿足以上要求 安排結(jié)構(gòu)時(shí)力求接近上述要求 5 6 2 主軸材料和熱處理 在主軸結(jié)構(gòu)形狀和尺寸一定的條件下 材料的彈性模量 E 越大 主軸的剛 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 68 頁 度也越高 由于鋼材的 E 值較大 故一般采用鋼質(zhì)主軸 一般機(jī)床的主軸選用 價(jià)格便宜 性能良好的 45 號(hào)鋼 提高主軸有關(guān)表面硬度 增加耐磨性 在長期 使用中不至于喪失精度 這是對(duì)主軸熱處理的根本要求 機(jī)床主軸都在一定部 位上承受著不同程度的摩擦 主軸與滾動(dòng)軸承配合使用時(shí) 軸頸表面具有適當(dāng) 的硬度可改善裝配工藝并保證裝配精度 通常硬度為 HRC40 50 即可滿足要求 一般機(jī)床的主軸 淬火時(shí)要求無裂紋 硬度均勻 淬硬層深度不小于 1mm 最 好 1 5 2mm 使精磨后仍能保留一點(diǎn)深度的淬硬層 主軸熱處理后變形要小 螺 紋表面一般不淬火 淬火部位的空刀槽不能過深 臺(tái)階交接處應(yīng)該倒角 滲氮 主軸的銳邊 棱角必須倒圓 R 0 5mm 可避免滲氮層穿透剝落 5 6 3 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(shí)承受徑向力和軸向力 結(jié)構(gòu)比 較簡單 但允許的極限轉(zhuǎn)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(jī)床上廣泛采 用 具有承載能力大 允許極限轉(zhuǎn)速高的特點(diǎn) 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(zhuǎn)速低 容易發(fā)熱 向心推力球軸承 允許的極限轉(zhuǎn)速高 但承載能力低 主要用于高速輕載 的機(jī)床 2 軸承的配置 大多數(shù)機(jī)床主軸采用兩個(gè)支撐 結(jié)構(gòu)簡單 制造方便 但為了提高主軸剛 度也有用三個(gè)支撐的了 三支撐結(jié)構(gòu)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(gè)支撐的主要支撐 第三個(gè)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 只有在載荷比較大 軸產(chǎn)生彎曲m 變形時(shí) 輔助支撐軸承才起作用 軸承配置時(shí) 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(jié)構(gòu)的負(fù)責(zé)程度 應(yīng)根據(jù)機(jī)床的實(shí)際要求確定 在配置軸承時(shí) 應(yīng)注意以下幾點(diǎn) 每個(gè)支撐點(diǎn)都要能承受經(jīng)向力 兩個(gè)方向的軸向力應(yīng)分別有相應(yīng)的軸承承受 徑向力和兩個(gè)方向的軸向力都應(yīng)傳遞到箱體上 即負(fù)荷都由機(jī)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(dòng)軸高 前軸承的誤差對(duì)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(jí) 普通精度級(jí)機(jī)床的主軸 前軸承的選 或 級(jí) 后軸承選 或 級(jí) 選擇CDE 軸承的精度時(shí) 既要考慮機(jī)床精度要求 也要考慮經(jīng)濟(jì)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(nèi)外環(huán) 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 19 頁 共 68 頁 都是薄壁件 軸和孔德形狀誤差都會(huì)反映到軸承滾道上去 如果配合精度選的 太低 會(huì)降低軸承的回轉(zhuǎn)精度 所以軸和孔的精度應(yīng)與軸承精度相匹配 1 軸承間隙的調(diào)整 為了提高主軸的回轉(zhuǎn)精度和剛度 主軸軸承的間隙應(yīng)能調(diào)整 把軸承調(diào)到 合適的負(fù)間隙 形成一定的預(yù)負(fù)載 回轉(zhuǎn)精度和剛度都能提高 壽命 噪聲和 抗震性也有改善 預(yù)負(fù)載使軸承內(nèi)產(chǎn)生接觸變形 過大的預(yù)負(fù)載對(duì)提高剛度沒 有明顯的小果 而磨損發(fā)熱量和噪聲都會(huì)增大 軸承壽命將因此而降低 軸承間隙的調(diào)整量 應(yīng)該能方便而且能準(zhǔn)確地控制 但調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)不 能太復(fù)雜 雙列短圓柱滾子軸承內(nèi)圈相對(duì)外圈可以移動(dòng) 當(dāng)內(nèi)圈向大端軸向移 動(dòng)時(shí) 由于 1 12 的內(nèi)錐孔 內(nèi)圈將脹大消除間隙 其他軸承調(diào)整也有與主軸軸承相似的問題 特別要注意 調(diào)整落幕的端面 與螺紋中心線的垂直度 隔套兩個(gè)端面的平行度都由較高要求 否則 調(diào)整時(shí) 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(duì)螺紋中心線垂直度 軸上和孔上套簡兩端平行度等均有嚴(yán)格的 精度要求 5 6 4 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(duì)中性好 但加工較難 平鍵一般用一個(gè)或者兩 個(gè) 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(dǎo)致小齒輪輪轂厚度不夠的問題 5 6 5 潤滑與密封 主軸轉(zhuǎn)速高 必須保證充分潤滑 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m 是在軸承蓋的孔內(nèi)開一個(gè)或幾個(gè)并列的溝槽 圓弧形或 形 效果比上一種好v 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(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 5 6 6 其他問題 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 支承孔如果直接開在箱體上 內(nèi)端面加工有一定難 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 20 頁 共 68 頁 度 為此 可以加一個(gè)杯形套孔解決 套孔單獨(dú)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(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Cr40 火 硬度為 50 55 其他部分處理后 調(diào)整硬度為 220 250 HRCHBS 6 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì) 6 1 帶輪的設(shè)計(jì) 三角帶傳動(dòng)中 軸間距 A 可以加大 由于是摩擦傳遞 帶與輪槽間會(huì)有打 滑 宜可緩和沖擊及隔離振動(dòng) 使傳動(dòng)平穩(wěn) 帶輪結(jié)構(gòu)簡單 但尺寸大 機(jī) 床中常用作電機(jī)輸出軸的定比傳動(dòng) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 1440r min 傳遞功率 P 7 5kW 傳動(dòng)比 i 1 8 兩班制 一天運(yùn)轉(zhuǎn) 16 小時(shí) 工作年數(shù) 10 年 1 選擇三角帶的型號(hào) 由 4 表 8 7 工作情況系數(shù) 查的共況系數(shù) 1 2 156PAKAK 故根據(jù) 4 公式 8 21 0 9572 kWKAca 式中 P 電動(dòng)機(jī)額定功率 工作情況系數(shù) AK 因此根據(jù) 由 4 圖 8 11 普通 V 帶輪型圖選用 A 型 caP1n157P 2 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 D 帶輪的直徑越小帶的彎曲應(yīng)力就越大 為提高帶的壽命 小帶輪的直徑 不宜過小 即 查 4 表 8 8 圖 8 11 和 表 8 6 取主動(dòng)小 Dmin 15715P 帶輪基準(zhǔn)直徑 125 由 4 公式 8 15a 150P 12Dn 式中 小帶輪轉(zhuǎn)速 大帶輪轉(zhuǎn)速 帶的滑動(dòng)系數(shù) 一般取 0 02 n 由 4 表 8 8 取圓整為mD5 20 1 258042 157P 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 21 頁 共 68 頁 224mm 3 驗(yàn)算帶速度 V 按 4 式 8 13 驗(yàn)算帶的速度150P 13 425109 4266Dnms 故帶速合適 smvs 4 初定中心距 帶輪的中心距 通常根據(jù)機(jī)床的總體布局初步選定 一般可在下列范圍內(nèi) 選取 根據(jù) 4 經(jīng)驗(yàn)公式 8 20 152P 7 0210DAD 取 取 600mm 4698m 0 5 三角帶的計(jì)算基準(zhǔn)長度 L 由 4 公式 8 22 計(jì)算帶輪的基準(zhǔn)長度158P 0 2121042ADAL 20 53 4657 93m 由 4 表 8 2 圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長度 146P180L 6 驗(yàn)算三角帶的撓曲次數(shù) 符合要求 0 3140smvuL 次 7 確定實(shí)際中心距 A 按 4 公式 8 23 計(jì)算實(shí)際中心距158P006180752642m 8 驗(yàn)算小帶輪包角 1 根據(jù) 4 公式 8 25 158P 故主動(dòng)輪上包角合適 OOoAD1209 73 50121 9 確定三角帶根數(shù) Z 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 22 頁 共 68 頁 根據(jù) 4 式 8 26 得158P0calpzk 查表 4 表 8 4d 由 i 1 8 和 得 0 15KW 153 min14rn0 查表 4 表 8 5 0 98 查表 4 表 8 2 長度系數(shù) 1 01k lk 39 401 98 15 092 Z 取 根5 10 計(jì)算預(yù)緊力 查 4 表 8 3 q 0 1kg m 由 4 式 8 27 20 5 2 qvkvZpFca 其中 帶的變速功率 KW ca v 帶速 m s q 每米帶的質(zhì)量 kg m 取 q 0 1kg m v 1440r min 9 42m s NF 82 1564 90 98 52 4 90520 計(jì)算作用在軸上的壓軸力 ZQ 32 17sin 62sin10 傳動(dòng)比 1240 81 vi 查表 4 表 8 4a 由 和 得 1 92KW 152PmD51 in1rn0p 6 2 傳動(dòng)軸的直徑估算 傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外 還應(yīng)滿足剛度的要求 強(qiáng)度要求保證軸在反 復(fù)載荷和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求較高 不允 許有較大變形 因此疲勞強(qiáng)度一般不失是主要矛盾 除了載荷很大的情況外 可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度 剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過大的變形 因此 必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 23 頁 共 68 頁 6 2 1 確定各軸轉(zhuǎn)速 確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速 計(jì)算轉(zhuǎn)速 是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速 各jn 傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上 按主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系確定 根據(jù) 1 表 3 10 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 min 70 5r41 25n3213zmi j 各變速軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 軸 的計(jì)算轉(zhuǎn)速可從主軸 71r min 按 72 18 的變速副找上去 軸 的計(jì)算轉(zhuǎn) 速 為3jn 100r min 軸 的計(jì)算轉(zhuǎn)速 為 400r min 2jn 軸 的計(jì)算轉(zhuǎn)速 為 800r min 1j 各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 各變速組內(nèi)一般只計(jì)算組內(nèi)最小齒輪 也是最薄弱的齒輪 故也只需確定 最小齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 變速組 c 中 22 86 只需計(jì)算 z 22 的齒輪 計(jì)算轉(zhuǎn)速為 280r min 變速組 b 計(jì)算 z 18 的齒輪 計(jì)算轉(zhuǎn)速為 400r min 變速組 a 應(yīng)計(jì)算 z 28 的齒輪 計(jì)算轉(zhuǎn)速為 800r min 核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 min 14 5736 245 9 324 1640 rn 實(shí) mi 2r標(biāo) 53 4102 57 10 標(biāo) 標(biāo)實(shí) n 所以合適 6 2 2 傳動(dòng)軸直徑的估算 確定各軸最小直徑 根據(jù) 5 公式 7 1 并查 5 表 7 13 得到 取 1 mnPdj491 軸的直徑 取 i 80 6 11rj 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 24 頁 共 68 頁 mndj 03 28196 575 79144 軸的直徑 取 min 40 92 2 rnj ndj 61 340925715 794 軸的直徑 取 in 0 8 323 rnj mndj 25 461095 795 7144 其中 P 電動(dòng)機(jī)額定功率 kW 從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積 該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 jninr 傳動(dòng)軸允許的扭轉(zhuǎn)角 mo 當(dāng)軸上有鍵槽時(shí) d 值應(yīng)相應(yīng)增大 4 5 當(dāng)軸為花鍵軸時(shí) 可將估算的 d 值減小 7 為花鍵軸的小徑 空心軸時(shí) d 需乘以計(jì)算系數(shù) b b 值見 5 表 7 12 和 為由鍵槽并且軸 為空心軸 和 為花鍵軸 根據(jù)以上原則各軸 的直徑取值 和 在后文給定 軸采用光軸 軸和 軸m30 d 因?yàn)橐惭b滑移齒輪所以都采用花鍵軸 因?yàn)榫匦位ㄦI定心精度高 定心穩(wěn)定 性好 能用磨削的方法消除熱處理變形 定心直徑尺寸公差和位置公差都能獲 得較高的精度 故我采用矩形花鍵連接 按 規(guī)定 矩形花鍵的19874 TGB 定心方式為小徑定心 查 15 表 5 3 30 的矩形花鍵的基本尺寸系列 軸花 鍵軸的規(guī)格 軸花鍵軸的規(guī)格742368 為BDdN 42 為 各軸間的中心距的確定 1684 58 21 mmzd 7 082 4 15cos2 86 doV 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 25 頁 共 68 頁 6 2 3 鍵的選擇 查 4 表 6 1 選擇軸 上的鍵 根據(jù)軸的直徑 鍵的尺寸選擇 30 2 d 鍵的長度 L 取 22 主軸處鍵的選擇同上 鍵的尺寸為78 取鍵 高鍵 寬 hb 鍵的長度 L 取 100 162取鍵 高鍵 寬 6 3 傳動(dòng)軸的校核 需要驗(yàn)算傳動(dòng)軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度 驗(yàn)算傾角時(shí) 若支撐類型相同 則只需驗(yàn)算支反力最大支撐處傾角 當(dāng)此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時(shí) 則齒輪處傾角不必驗(yàn)算 驗(yàn)算撓度時(shí) 要求驗(yàn)算受力最大的齒輪處 但通?？?驗(yàn)算傳動(dòng)軸中點(diǎn)處撓度 誤差 3 當(dāng)軸的各段直徑相差不大 計(jì)算精度要求不高時(shí) 可看做等直徑 采用平均直 徑 進(jìn)行計(jì)算 計(jì)算花鍵軸傳動(dòng)軸一般只驗(yàn)算彎曲剛度 花鍵軸還應(yīng)進(jìn)行鍵側(cè)1d 擠壓驗(yàn)算 彎曲剛度驗(yàn)算 的剛度時(shí)可采用平均直徑 或當(dāng)量直徑 一般將1d2d 軸化為集中載荷下的簡支梁 其撓度和傾角計(jì)算公式見 5 表 7 15 分別求出 各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度和傾角 然后疊加 注意方向符號(hào) 在同一平面上 進(jìn)行代數(shù)疊加 不在同一平面上進(jìn)行向量疊加 6 3 1 傳動(dòng)軸的校核 軸的校核 通過受力分析 在一軸的三對(duì)嚙合齒輪副中 中間的兩對(duì)齒輪 對(duì) 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 mnPr 7 153 012 86 2 860 9 905 96 最大撓度 mEIbl3 4349222max1068 10647 53 6 3974064 124mdII MPaEE 軸 的 材 料 彈 性 模 量 式 中 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 26 頁 共 68 頁 查 1 表 3 12 許用撓度 my12 043 所 以 合 格 yYB 軸 軸的校核同上 6 3 2 鍵的校核 鍵和軸的材料都是鋼 由 4 表 6 2 查的許用擠壓應(yīng)力 取其中間值 鍵的工作長度MPap120 MPap10 鍵與輪榖鍵槽的接觸高度mbLl 168 由 4 式 6 1 可得hk5 37 5 PaakldT pp 10 3 102 3 式 中 表鍵 弱 材 料 的 許 用 擠 壓 應(yīng) 力鍵 軸 輪 轂 三 者 中 最 鍵 的 直 徑 為 鍵 的 寬 度 為 鍵 的 公 稱 長 度 圓 頭 平 鍵鍵 的 工 作 長 度 為 鍵 的 高 度此 處度鍵 與 輪 轂 鍵 槽 的 接 觸 高傳 遞 的 轉(zhuǎn) 矩 264 5 0 p MPamd mbmLbll hkkNT 可見連接的擠壓強(qiáng)度足夠了 鍵的標(biāo)記為 20319680 TGB鍵 6 4 各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核 6 4 1 齒輪模數(shù)的確定 齒輪模數(shù)的估算 通常同一變速組內(nèi)的齒輪取相同的模數(shù) 如齒輪材料相 同時(shí) 選擇負(fù)荷最重的小齒輪 根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度條 件按 5 表 7 17 進(jìn)行估算模數(shù) 和 并按其中較大者選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模HmF 數(shù) 為簡化工藝變速傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)各變速組的齒輪模數(shù)最好一樣 通常不超過 2 3 種模數(shù) 先計(jì)算最小齒數(shù)齒輪的模數(shù) 齒輪選用直齒圓柱齒輪及斜齒輪傳動(dòng) 查 4 表 10 8 齒輪精度選用 7 級(jí)精度 再由 4 表 10 1 選擇小齒輪材料為 40C 調(diào)質(zhì) 硬度為 280HBS r 根據(jù) 5 表 7 17 有公式 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 27 頁 共 68 頁 齒面接觸疲勞強(qiáng)度 32 1 1602 HPjmHznK 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 34FPjF a 變速組 分別計(jì)算各齒輪模數(shù) 先計(jì)算最小齒數(shù) 28 的齒輪 齒面接觸疲勞強(qiáng)度 32 1 1602 HPjmHznK 其中 公比 2 P 齒輪傳遞的名義功率 P 0 96 7 5 7 2KW 齒寬系數(shù) m m105 b 齒輪許允接觸應(yīng)力 由 5 圖 7 6 按 MQHP lim9 HP li 線查取 計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速 jn K 載荷系數(shù)取 1 2 650MPa limH MPaPaHP589 065 m14 302 71123 根據(jù) 6 表 10 4 將齒輪模數(shù)圓整為 4mm 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 3FPjmFznK 其中 P 齒輪傳遞的名義功率 P 0 96 7 5 7 2KW 齒寬系數(shù) m m105 b 齒輪許允齒根應(yīng)力 由 5 圖 7 11 按 MQFP lim4 FP li 線查取 計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速 jn K 載荷系數(shù)取 1 2 MPaF30lim FP42 1 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 28 頁 共 68 頁 mmF 1 2408 7214301 根據(jù) 6 表 10 4 將齒輪模數(shù)圓整為 2 5mm 所以1FH 1 于是變速組 a 的齒輪模數(shù)取 m 4mm b 32mm 軸 上主動(dòng)輪齒輪的直徑 ddaa 1403528421 軸 上三聯(lián)從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為 aa 9656 2 1 b 變速組 確定軸 上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù) 先計(jì)算最小齒數(shù) 18 的齒輪 齒面接觸疲勞強(qiáng)度 32 1 10 HPjmHznK 其中 公比 4 P 齒輪傳遞的名義功率 P 0 922 7 5 6 915KW 齒寬系數(shù) m m105 b 齒輪許允接觸應(yīng)力 由 5 圖 7 6 按 MQHP lim9 HP li 線查取 計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速 jn K 載荷系數(shù)取 1 2 650MPa limH MPaPaP589 065 mH 24 50213 632 根據(jù) 6 表 10 4 將齒輪模數(shù)圓整為 5mm 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 3FPjmFznK 其中 P 齒輪傳遞的名義功率 P 0 922 7 5 6 915KW 齒寬系數(shù) m m105 b 齒輪許允齒根應(yīng)力 由 5 圖 7 11 按 MQ 線FP lim4 FP li 查取 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 29 頁 共 68 頁 計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速 jn K 載荷系數(shù)取 1 2 MPaF30lim FP42 1 m01 380956432 根據(jù) 6 表 10 4 將齒輪模數(shù)圓整為 3mm 所以2FHm 2 于是變速組 b 的齒輪模數(shù)取 m 5mm b 40mm 軸 上主動(dòng)輪齒輪的直徑 mddd bbb 254 150390185 32 軸 上三聯(lián)從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為 bbb 63672 3 2 1 c 變速組 為了使傳動(dòng)平穩(wěn) 所以使用斜齒輪 取 螺旋角 mn5 o14 計(jì)算中心距 a 3 27814cos2 6 cos 21mzn 圓整為 280mm 修正螺旋角 oz 42 15802 6 ars805 ars21 因 值改變不多 所以參數(shù) 等值不必修正 KHZ 所以軸 上兩聯(lián)動(dòng)主動(dòng)輪齒輪的直徑分別為 mdmd ococ 4 372 15s1 42 15s2 軸 上兩從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為 ococ 2 186 06 86 2 1 標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù) h0 度 從 7 表 5 1 查得以下公式 齒頂圓直徑 mzdaa 2 1 齒根圓直徑 cf 分度圓直徑 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 30 頁 共 68 頁 齒頂高 mha 齒根高 cf 齒輪的具體值見表 表 5 1 齒輪尺寸表 單位 mm 齒輪 齒數(shù) z 模數(shù) nm分度圓 直徑 d 齒頂圓 直徑 a 齒根圓 直徑 fd 齒頂高 ah齒根高 f 28 4 112 120 102 4 5 35 4 140 148 130 4 5 56 4 224 232 214 4 5 49 4 196 204 186 4 5 18 5 90 100 77 5 5 6 25 30 5 150 160 137 5 5 6 25 45 5 225 235 212 5 5 6 25 72 5 360 370 347 5 5 6 25 60 5 200 210 187 5 5 6 25 45 5 225 235 212 5 5 6 25 22 5 114 12 124 5 101 16 5 19 6 48 72 5 373 44 383 82 360 48 5 19 6 48 36 5 186 72 197 1 173 76 5 19 6 48 86 5 446 06 456 44 433 1 5 19 6 48 6 4 2 齒寬的確定 由公式 得 10 5 mb 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 31 頁 共 68 頁 軸主動(dòng)輪齒輪 mb3248 軸主動(dòng)輪齒輪 05 軸主動(dòng)輪齒輪 一般一對(duì)嚙合齒輪 為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)導(dǎo)致嚙 合齒寬減小而增大輪齒的載荷 設(shè)計(jì)上 應(yīng)主動(dòng)輪比從動(dòng)輪齒寬大 5 10mm 所以 mb321 mb243 40765 1098 12143 6 4 3 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 通過齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度的計(jì)算 只能確定出齒輪的主要尺寸 如齒數(shù) 模數(shù) 齒寬 螺旋角 分度圓直徑等 而齒圈 輪輻 輪轂等的結(jié)構(gòu)形式及尺寸大小 通常都由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定 當(dāng)齒頂圓直徑 時(shí) 可以做成實(shí)心式結(jié)構(gòu)的mda160 齒輪 當(dāng) 時(shí) 可做成腹板式結(jié)構(gòu) 再考慮到加工問題 現(xiàn)16050amd 決定把齒輪 8 12 和 14 做成腹板式結(jié)構(gòu) 其余做成實(shí)心結(jié)構(gòu) 根據(jù) 4 圖 10 39 a 齒輪 10 12 和 13 結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算如下 齒輪 8 結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 mmdDna 31052370 14 0 0 24 D68 6 6 343 取 mDD 74 6 72 10 350 2302 取 9 82111 m C 取 12cm BC6 43 0 20 齒輪 12 結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 324 8 32518 1 00 mDmdDna 普通車床主軸箱設(shè)計(jì) 第 32 頁 共 68 頁 mD42 mD68 2 674 16 33 取 mD80 7 4 0 50 2302 取 1962831D C 取 12cm mBC 4 0 20 齒輪 14 結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 mDdDna 404 396512 6 1 0 取 m4 70 6 43 m mDDD 682 67 140 3 35 20 2取 m8 21611 取 C 取 14cm BC 43 0 20 6 5