數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】

數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】,含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū),數(shù)控機(jī)床,主軸,傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)計(jì),cad,圖紙,說(shuō)明書(shū),仿單 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 201033173 指導(dǎo)教師 年五月 目錄 中文摘要 I 英文摘要 II 前言 III 1 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 1.1 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) 1 1.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 1 2 總體方案擬定 2 2.1 擬定主運(yùn)動(dòng)參數(shù) 2 2.2 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 2 2.3 軸和齒輪的驗(yàn)算 2 3 參數(shù)擬定 3 3.1 主軸極限轉(zhuǎn)速的確定 3 3.2 主動(dòng)參數(shù)的擬定 4 3.3 主電動(dòng)機(jī)的選擇 5 4、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 7 4.1 確定變速組及變速副數(shù)目 7 4.2 結(jié)構(gòu)式的擬定 7 4.3 結(jié)構(gòu)網(wǎng)的擬定 8 4.4 各變速范圍及極限傳動(dòng)比 8 4.5 確定各軸的轉(zhuǎn)速 9 4.6 繪制轉(zhuǎn)速圖 10 4.7 繪制變速系統(tǒng)圖 10 5．傳動(dòng)件的設(shè)計(jì) 11 5.1 帶輪的設(shè)計(jì) 11 5.2 轉(zhuǎn)動(dòng)軸的直徑估算 15 5.3 確定各軸轉(zhuǎn)速 15 5.4 傳動(dòng)軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 16 6．各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核 18 6.1 齒輪模數(shù)的確定 18 6.2 齒輪的設(shè)計(jì) 21 6.3 齒輪校核 23 6.3.1 校核a組齒輪 23 6.3.2 校核b組齒輪 25 6.3.3 校核c組齒輪 26 7．主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29 7.1 對(duì)主軸組件性能的要求 29 7.2 主軸軸承 31 結(jié)論 33 致謝 34 參考文獻(xiàn) 35 附錄 36 數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 數(shù)控車床不僅能夠車外圓還能用于鏜孔、車端面、鉆孔與鉸孔。與其他種類的機(jī)床相比，車床在生產(chǎn)中使用最廣。 本論文首先介紹了我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的過(guò)程與現(xiàn)狀 ,并分析了其存在的問(wèn)題 ;對(duì)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討；并對(duì)ck6140經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算。 主軸箱有安裝在精密軸承中的空心主軸和一系列變速齒輪組成。數(shù)控車床主軸可以獲得在調(diào)速范圍內(nèi)的任意速度，以滿足加工切削要求。 目前，數(shù)控車床的發(fā)展趨勢(shì)是通過(guò)電氣與機(jī)械裝置進(jìn)行無(wú)級(jí)變速。變頻電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)和變速齒輪為主軸提供動(dòng)力。通常變頻電機(jī)調(diào)速范圍3—5，難以滿足主軸變速要求；串聯(lián)變速齒輪則擴(kuò)大了齒輪的變速范圍 。 本設(shè)計(jì)將原來(lái)的帶輪不卸荷結(jié)構(gòu)變?yōu)榱藥л喰逗山Y(jié)構(gòu)，使輸入軸在帶處只受轉(zhuǎn)矩，將軸上的徑向力傳動(dòng)到車床機(jī)體上,改善了輸入軸的受力情況。 關(guān)鍵詞：主軸箱； 卸荷結(jié)構(gòu)； 傳動(dòng)系統(tǒng) 　 I NC machine tool spindle drive system design Abstract Numerical control lathe car can not only circle but also can be used for boring, surfacing, drilling and reaming. Compared with other types of machine tools, lathe the most widely used in the production. This paper first introduces the development process and present situation of NC machine tools in our country, and and analyses the existing problems; The development trend of NC machine tools is discussed; And the ck6140 economical NC lathe main transmission system for the design and calculation. Hollow spindle box is installed in the precision bearing of main shaft and a series of change gear. Numerical control lathe spindle can get any speed within the speed range, in order to meet the processing requirements of cutting. At present, the development trend of NC lathe is infinitely variable speed through the electrical and mechanical devices. Through frequency conversion motor drive belt and change gear for the main shaft. Range of 3-5, usually frequency conversion motor meets the requirement of the spindle speed; Series expanded gear speed range change gear. This is not a design will be the original belt wheel unloading structure into the pulley unloading structure, make the input shaft in place only by the torque, the radial force on the shaft transmission to the lathe body, improves the force of the input shaft. Keywords: spindle box;　unloading structure;　transmission system 前言 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)制造業(yè)領(lǐng)域涌現(xiàn)出了許多私營(yíng)企業(yè)，這些企業(yè)的規(guī)模普遍不大，沒(méi)有太多的資本。一些全功能數(shù)控系統(tǒng)，其功能雖然豐富，但成本高，對(duì)于這些中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)購(gòu)置困難，但是中小型企業(yè)為了發(fā)展生產(chǎn)，希望對(duì)原有機(jī)床進(jìn)行改造，進(jìn)行數(shù)控化、自動(dòng)化，以提高生產(chǎn)效率。我國(guó)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀是機(jī)床擁有量大、工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，突出的任務(wù)就是用較少的資金迅速改變機(jī)械工業(yè)落后的生產(chǎn)面貌，使之盡可能提高自動(dòng)化程度，保證加工質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)是擁有三百多萬(wàn)臺(tái)機(jī)床的國(guó)家，而這些機(jī)床又大量是多年累積生產(chǎn)的通用機(jī)床，自動(dòng)化程度低，也就是說(shuō)我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率還不到3.5％。近十幾年來(lái)，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.65～0.85萬(wàn)臺(tái)，年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的數(shù)控化程度僅為6.5％。這些機(jī)床中,役齡11年以上的占50％以上；11年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到23％，F(xiàn)MC（柔性制造單元）/FMS(柔性制造系統(tǒng))等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國(guó)和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床已占62％以上）。可見(jiàn)我國(guó)的大多數(shù)制造企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大部分用的都是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在12年以上的舊機(jī)床。采用這種裝備加工出來(lái)的產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)、外市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 而相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)床，數(shù)控機(jī)床有以下明顯的優(yōu)越性： （1）可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 （2）可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化，從而效率比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。 （3）使加工的零件精度較高，尺寸分散程度小，使其便于裝配。 （4）便于實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少工件在機(jī)床之間的多次搬運(yùn)。 （5）擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。 因此，采用數(shù)控機(jī)床，可以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力，減少工件安裝，縮短新產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和試制周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)。 此外，數(shù)控化的機(jī)床還是推行FMC、FMS以及CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)普遍成為企業(yè)制造自動(dòng)化的核心技術(shù)。 自從1951年計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床上，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了數(shù)控（NC）和計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）兩個(gè)階段的發(fā)展。目前，數(shù)控系統(tǒng)正處于第六代――基于PC（PC－BASED）。 未來(lái)數(shù)控系統(tǒng)將呈以下發(fā)展趨勢(shì)： ⑴高速化、高精密化 當(dāng)前的機(jī)床正不斷向高速切削、干切削和準(zhǔn)干切削的方向發(fā)展，加工精度也在不斷地提高。另一方面，電主軸和直線電機(jī)的成功應(yīng)用，陶瓷滾珠軸承、高精度大導(dǎo)程空心內(nèi)冷和滾珠螺母強(qiáng)冷的低溫高速滾珠絲杠副以及帶滾珠保持器的直線導(dǎo)軌副等機(jī)床功能部件的面市，也為機(jī)床向高速、精密方向的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。 ⑵主軸變速范圍寬、變速迅速可靠 ⑶向智能化方向發(fā)展 ①應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)向高速化和高精度化發(fā)展 數(shù)控系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中能檢測(cè)一些重要的信息，并且能自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，以達(dá)到對(duì)系統(tǒng)運(yùn)的行狀態(tài)的改善。 ②引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工 將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 ③引入故障檢測(cè)專用系統(tǒng) ④引入動(dòng)裝置智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 可以通過(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。 IV 1 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.1 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn) 與普通機(jī)床比較，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)具有下列特點(diǎn)。 （1）轉(zhuǎn)速較高、功率較大。它能實(shí)現(xiàn)大功率切削和高速切削，進(jìn)行高效率的零件加工。 （2）較寬的變速范圍。它的主傳動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速范圍較寬，一般Ra>100，以確保加工時(shí)能合理的選用切削用量，從而達(dá)到最高的生產(chǎn)效率、表面的質(zhì)量和加工的精度。 （3）可靠的迅速變速主軸，數(shù)控機(jī)床的變速能按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行，因此數(shù)控機(jī)床的變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。隨著直流和交流主軸電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)逐漸完善，很容易就能實(shí)現(xiàn)寬范圍無(wú)級(jí)變速，這樣以來(lái)，不僅減少了變速機(jī)構(gòu)的中間傳遞環(huán)節(jié)，而且變速控制的可靠性也大大提高了。 （4）主軸組件的耐磨性高，這使得傳動(dòng)系統(tǒng)具備了很高的精度。凡有機(jī)械摩擦的部位，如軸承、錐孔等都有足夠的硬度，軸承處還有良好的潤(rùn)滑。 1.2 主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 （1）主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)速范圍、變速級(jí)數(shù)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)的變速、開(kāi)停、制動(dòng)和換向，以滿足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)要求。 （2）主電機(jī)具備足夠大的功率，為滿足機(jī)床的動(dòng)力要求，全部機(jī)構(gòu)和元件都具有足夠的強(qiáng)度和剛度。 （3）主傳動(dòng)的有關(guān)結(jié)構(gòu)，尤其是主軸組件要具備足夠高的精度、抗震性，熱變形和噪聲要小，傳動(dòng)效率高，才能滿足機(jī)床的工作性能要求。 （4）操作靈活可靠，維修方便，潤(rùn)滑密封非常良好，才能滿足機(jī)床的使用要求。 （5）結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單、緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經(jīng)濟(jì)性要求。 2 總體方案擬定 2.1 擬定主運(yùn)動(dòng)參數(shù) 機(jī)床設(shè)計(jì)的初始，首先需要確定有關(guān)參數(shù)，它們是傳動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，影響到產(chǎn)品是否能滿足所需要的功能要求。根據(jù)擬定的參數(shù)、規(guī)格和其他特點(diǎn)，了解典型工藝的切削用量，了解極限轉(zhuǎn)速、和級(jí)數(shù)Z、主傳動(dòng)電機(jī)功率N。 2.2 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 根據(jù)擬定的參數(shù)，通過(guò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)和轉(zhuǎn)速圖的分析，確定傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖。傳動(dòng)方案有多種，傳動(dòng)型式更是式樣眾多，比如：傳動(dòng)型式上有集中傳動(dòng)的主軸變速箱。分離傳動(dòng)的主軸箱與變速箱；擴(kuò)大變速范圍可以用增加傳動(dòng)組數(shù)，也可用背輪機(jī)構(gòu)、分支傳動(dòng)等型式；變速型式上既可用多速電機(jī)，也可用交換齒輪、滑移齒輪、公用齒輪等。然后計(jì)算各傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù)。 估算齒輪模數(shù)m和軸頸d，選擇和計(jì)算離合器。 2.3 軸和齒輪的驗(yàn)算 估算齒輪模數(shù)m和軸頸d，選擇和計(jì)算離合器。在結(jié)構(gòu)草圖的基礎(chǔ)上，對(duì)一根傳動(dòng)軸和齒輪的剛度、強(qiáng)度進(jìn)行校核。 3 參數(shù)擬定 3.1 主軸極限轉(zhuǎn)速的確定 確定主軸的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速，應(yīng)該在分析所設(shè)計(jì)機(jī)床幾種典型加工方式的切削用量和參考現(xiàn)有同類型機(jī)床的技術(shù)性能的基礎(chǔ)上，并按照“技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理”的原則進(jìn)行。 由于通用性機(jī)床加工對(duì)象很廣，不同工序所采用的切削用量相差懸殊，而且加工零件的尺寸變換也很大，所以要合理地確定其極限轉(zhuǎn)速是一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)，必須對(duì)有關(guān)加工工序和切削用量進(jìn)行分析，在分析切削用量的過(guò)程中，應(yīng)特別注意下列幾點(diǎn)： ⑴考慮先進(jìn)加工方法，但所選的切削用量不應(yīng)該是個(gè)別記錄，而應(yīng)該具有普遍性。 ⑵應(yīng)考慮刀具材料的發(fā)展趨勢(shì)。例如普通車到在大多數(shù)情況下已經(jīng)采用硬質(zhì)合金，目前陶瓷刀具也已開(kāi)始應(yīng)用等情況。 ⑶最高和最低轉(zhuǎn)速不能僅用計(jì)算方法來(lái)確定。還應(yīng)該和先進(jìn)的同類機(jī)床比較，因?yàn)檫^(guò)大的轉(zhuǎn)速范圍不僅不能充分發(fā)揮其性能，而且還可能使結(jié)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。在傳動(dòng)系統(tǒng)擬定好以后，驗(yàn)算各主要傳動(dòng)件的最大圓周速度應(yīng)不超過(guò)允許值。 主軸最高和最低轉(zhuǎn)速可按下列計(jì)算： = (rpm) ⑴ = (rpm) ⑵ 其中： 、——主軸最高、最低轉(zhuǎn)速（m/min）； 、——典型工序的最大、最小切削速度（m/min）； 、——最大、最小計(jì)算直徑。 數(shù)控車床采用最大速度的典型工序一般為用硬質(zhì)合金車刀精車或半精車鋼質(zhì)軸類工件的外圓，取=200r/min。 采用最小速度的典型工序又以下幾種情況： ⑴在低速光車，要求獲得粗糙度小于R3.2μm； ⑵精鉸孔 ⑶加工各種螺紋及多頭螺紋； ⑷用高速鋼車刀，對(duì)鑄鐵材料的盤類工件進(jìn)行粗車端面工作，取=25r/min。 一般取計(jì)算直徑： =0.5D =(0.2~0.25) 式中D為最大工件回轉(zhuǎn)直徑，即主參數(shù)(mm)。 當(dāng)?shù)湫凸ば驗(yàn)殂q孔或加工螺紋時(shí)，應(yīng)按在車床上常用最大鉸孔直徑或經(jīng)常加工的最大螺紋直徑作為最大計(jì)算直徑，根據(jù)調(diào)研可推薦：0.2 ,(為刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑） 故 ===1990 r/min，取=2000 r/min； ==49.65 r/min， 取=45 r/min； 與本次設(shè)計(jì)的參數(shù)相差不大，取計(jì)算值。 3.2 主動(dòng)參數(shù)的擬定 根據(jù)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》公式（3-2）因?yàn)橐阎? ⑶ ∴ Z=+1 ∴===1.411 根據(jù)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表10.1標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表，這里我們?nèi)?biāo)準(zhǔn)公比系列=1.41. 因?yàn)?1.41=1.06，根據(jù)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表10.1標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列。首先找到最小極限轉(zhuǎn)速45，再每跳過(guò)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)列：45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400、2000。 3.3 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(jiàn)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：16mm25mm。刀具幾何參數(shù)：=15，=6，=75，=15，=0，=-10，b=0.3mm，r=1mm。 現(xiàn)以確定粗車是的切削用量為設(shè)計(jì)： ⑴確定背吃刀量和進(jìn)給量f，根據(jù)《切削加工簡(jiǎn)明實(shí)用手冊(cè)》表8-50， 取4mm，f取1 。 ⑵確定切削速度，參《切削加工簡(jiǎn)明實(shí)用手冊(cè)》表8-57，取V=2。 ⑶機(jī)床功率的計(jì)算， 主切削力的計(jì)算 根據(jù)《切削加工簡(jiǎn)明實(shí)用手冊(cè)》-表8-59和表8-60，主切削力的計(jì)算公式及有關(guān)參數(shù)： F=9.81 =9.8127040.920.95 =4495.4（N） 切削功率的計(jì)算 ==4495.4×2×=9kw； 取機(jī)床的效率為0.85， 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表20-1 Y系列（IP44）三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù),Y系列（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、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(guò)+40℃，相對(duì)濕度不超過(guò)95%，海拔高度不超過(guò)1000m，額定電壓380V，頻率50Hz。適用于無(wú)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，選取Y160M-4型三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率11kW,滿載轉(zhuǎn)速1460，質(zhì)量123kg。 根據(jù)以上計(jì)算可得到本次設(shè)計(jì)數(shù)控車床的基本參數(shù)： 表3.1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) 最高轉(zhuǎn)速 () 最低轉(zhuǎn)速 () 電機(jī)功率 P（kW） 公比 轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z 400 2000 45 11 1.41 12 4、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 4.1 確定變速組及變速副數(shù)目 級(jí)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、……個(gè)變速副。即 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： 4.2 結(jié)構(gòu)式的擬定 對(duì)于12=3×2×2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： 表4.1 傳動(dòng)方式 根據(jù)主變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則 ⑴傳動(dòng)副前多后少的原則； 主變速傳動(dòng)系從電動(dòng)機(jī)到主軸，通常為降速傳動(dòng)，接近電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)轉(zhuǎn)速較高， 傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩較小，尺寸小一些，反之，靠近主軸的傳動(dòng)件轉(zhuǎn)速較低，傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，尺寸就較大。因此在擬定主變速傳動(dòng)系時(shí)，應(yīng)盡可能將傳動(dòng)副較多的變速組安排在前面，傳動(dòng)副數(shù)少的變速組放在后面，使主變速傳動(dòng)系中更多的傳動(dòng)件在高速范圍內(nèi)工作，尺寸小一些，以節(jié)省變速箱的造價(jià)，減小變速箱的外形尺寸； ⑵傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相一致的原則； 比較兩組變速方案 和 通過(guò)兩種方案的比較，后一種方案因第一擴(kuò)大組在最前面，Ⅱ軸的轉(zhuǎn)速范圍比前種方案大，如兩種方案Ⅱ軸的最高轉(zhuǎn)速一樣，后一種方案Ⅱ軸的最低轉(zhuǎn)速較低，在傳遞相等功率的情況下，受的轉(zhuǎn)矩較大，傳動(dòng)件的尺寸也就比前種方案大。 ⑶變速組的降速要前慢后快，中間軸的速度不易超過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； 根據(jù)以上的原則我們最終確定的傳動(dòng)方案是： 4.3 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)如圖4.1： 31 23 26 圖4.1結(jié)構(gòu)網(wǎng) 4.4 各變速范圍及極限傳動(dòng)比 傳動(dòng)副的極限傳動(dòng)比和傳動(dòng)組的極限變速范圍：在降速傳動(dòng)時(shí)，為防止被動(dòng)齒輪的直徑過(guò)大而使進(jìn)徑向尺寸過(guò)大，常限制最小傳動(dòng)比，1/4，升速傳動(dòng)時(shí)，為防止產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)和噪音，常限制最大傳動(dòng)比，斜齒輪比較平穩(wěn)，可取，故變速組的最大變速范圍為/≤8～10。 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： ⑷ 檢查變速組的變速范圍是否超過(guò)極限值時(shí)，只需檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組。因?yàn)槠渌兯俳M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(guò)極限值，其他變速組就不會(huì)超過(guò)極限值。 其中，， ∴，符合要求 4.5 確定各軸的轉(zhuǎn)速 ?分配總降速變速比 總降速變速比 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副。 ②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。 ③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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（主軸）。Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅲ與Ⅳ軸之間的變速組分別設(shè)為a、b、c?，F(xiàn)由Ⅳ（主軸）開(kāi)始，確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速。 ⑴先來(lái)確定Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速 變速組c 的變速范圍為，故兩個(gè)傳動(dòng)副的傳 動(dòng)比必然是兩個(gè)極限值： 、結(jié)合結(jié)構(gòu)式， Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速只有一種可能：125、250、355、500、710、1000 ⑵確定軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速 變速組b的級(jí)比指數(shù)為3，希望中間軸轉(zhuǎn)速較小，因而為了避免升速，又不致變速比太小，可取 軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速確定為：500、710、1000。 ⑶定軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速 對(duì)于軸Ⅰ，其級(jí)比指數(shù)為1,可取： == == = 確定軸Ⅰ轉(zhuǎn)速為1000，電動(dòng)機(jī)于軸Ⅰ的傳動(dòng)比為1460/1000=1.46 4.6 繪制轉(zhuǎn)速圖 如圖4.2 圖4.2轉(zhuǎn)速圖 4.7 繪制變速系統(tǒng)圖 如圖4.3 圖4.3變速系統(tǒng)圖 5．傳動(dòng)件的設(shè)計(jì) 5.1 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(jiǎn)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=1460r/min,傳遞功率P=11kW,傳動(dòng)比i=1.46，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有輕度沖擊，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《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-7工作情況系數(shù)查得工況系數(shù)=1.2。 故根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式（8-21） 式中P--電動(dòng)機(jī)額定功率， --工作情況系數(shù) 因此根據(jù)、由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 圖8-11普通V帶輪型圖選用A型。 (2)確定帶輪的基準(zhǔn)直徑， 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(guò)小，即。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-8、圖8-11和表8-6取主動(dòng)小帶輪基準(zhǔn)直徑=140。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式(8-15)得： ⑷ 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。 故 ， 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-8取圓整為200mm。 (3)驗(yàn)算帶速度V， 按《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（8-13）驗(yàn)算帶的速度 V= 所以，故帶速合適。 (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?。?根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》經(jīng)驗(yàn)公式（8-20） ⑸ 0.7（140+200）≤≤2（140+200） 238≤≤680 取=600mm. (5)三角帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式（8-22）計(jì)算帶輪的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 ⑸ =1735.3 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-2，圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)度 L=1800mm (6)確定實(shí)際中心距 按《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式（8-23）計(jì)算實(shí)際中心距 A=+=600+=632.35mm (7)驗(yàn)算小帶輪包角 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式（8-25）， 故主動(dòng)輪上包角合適。 (8)確定三角帶根數(shù) 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（8-26）得 查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-4d由 i=1.46和得= 0.36KW 查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-5，=0.98；查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-2，長(zhǎng)度系數(shù)=0.95 所以取Z=4根 (9)計(jì)算預(yù)緊力 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-3，q=0.1kg/m 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（8-27） ⑹ 其中： -帶的變速功率,KW； v-帶速,m/s； q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取q=0.18kg/m。 v = 1460r/min = 10.7m/s。 （10）計(jì)算作用在軸上的壓軸力 （11）帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ⑴帶輪的材料 常用的V帶輪材料為HT150或HT200，轉(zhuǎn)速較高時(shí)可以采用鑄鋼或鋼板沖壓焊接而成，小功略時(shí)采用鑄鋁或塑料。 ⑵帶輪結(jié)構(gòu)形式 V帶輪由輪緣、輪輻和輪轂組成，根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同可以分為實(shí)心式（《機(jī)械制圖》圖8-14a）、腹板式（《機(jī)械制圖》圖8-14b）、孔板式（《機(jī)械制圖》圖8-14c）、橢圓輪輻式（《機(jī)械制圖》圖8-14d）。V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān)，當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑（d為安裝帶輪的軸的直徑，mm）時(shí)?？梢圆捎脤?shí)心式，當(dāng)可以采用腹板式，時(shí)可以采用孔板式，當(dāng)時(shí)，可以采用輪輻式。 帶輪寬度：。 ⑶V帶輪的論槽 V帶輪的輪槽與所選的V帶型號(hào)相對(duì)應(yīng)，見(jiàn)《機(jī)械制圖》表8-10. 表2.1 V帶輪的輪槽與所選的V帶型號(hào) 槽型 與相對(duì)應(yīng)得 A 11.0 2.75 8.7 9 — — V帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形，使V帶工作面夾角發(fā)生變化。為了使V帶的工作面與大論的輪槽工作面緊密貼合，將V帶輪輪槽的工作面得夾角做成小于。 V帶安裝到輪槽中以后，一般不應(yīng)該超出帶輪外圓，也不應(yīng)該與輪槽底部接觸。為此規(guī)定了輪槽基準(zhǔn)直徑到帶輪外圓和底部的最小高度。 輪槽工作表面的粗糙度為。 ⑷V帶輪的技術(shù)要求 鑄造、焊接或燒結(jié)的帶輪在輪緣、腹板、輪輻及輪轂上不允許有傻眼、裂縫、縮孔及氣泡；鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應(yīng)力的前提下，允許對(duì)輪緣、凸臺(tái)、腹板及輪轂的表面缺陷進(jìn)行修補(bǔ)；轉(zhuǎn)速高于極限轉(zhuǎn)速的帶輪要做靜平衡，反之做動(dòng)平衡。其他條件參見(jiàn)中的規(guī)定。 5.2 轉(zhuǎn)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(guò)大的變形。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。 5.3 確定各軸轉(zhuǎn)速 ⑴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)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表10.2，主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 ⑵各變速軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速： ①軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速可從主軸125r/min按72/18的變速副找上去，軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為180r/min； ②軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為500r/min； ③軸Ⅰ的計(jì)算轉(zhuǎn)速為1000r/min。 ⑶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。 ① 變速組c中，18/72只需計(jì)算z = 18 的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為500r/min； ② 變速組b計(jì)算z = 22的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為500r/min； ③ 變速組a應(yīng)計(jì)算z = 24的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為1000r/min。 ⑷核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 ∵ ∴ 所以合適。 5.4 傳動(dòng)軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表7-13，，并查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》表7-13得到取1. ①Ⅰ軸的直徑：取 ②Ⅱ軸的直徑：取 ③Ⅲ軸的直徑：取 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（）； -傳動(dòng)軸允許的扭轉(zhuǎn)角（）。 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(jiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表7-12。Ⅰ和Ⅳ為由鍵槽并且軸Ⅳ為空心軸，Ⅱ和Ⅲ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，矩形花鍵的定心方式為小徑定心。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》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。 ④各軸間的中心距的確定： ； ； ； 6．各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核 6.1 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《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》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)模數(shù)，為簡(jiǎn)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(guò)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《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-8齒輪精度選用7級(jí)精度，再由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-1選擇小齒輪材料為40C(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS： 根據(jù)《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》表7-17；有公式： ①齒面接觸疲勞強(qiáng)度： ②齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度： ⑴、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。 ①齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 其中: -公比 ； = 2； P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.9611=10.56KW； -齒寬系數(shù)=； -齒輪許允接觸應(yīng)力，由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》圖7-6按MQ線查取; -計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速; K-載荷系數(shù)取1.2。 =650MPa， ∴ 根據(jù)《畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖》表10-4將齒輪模數(shù)圓整為5mm 。 ②齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度： 其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.9611=10.56KW； -齒寬系數(shù)=； -齒輪許允齒根應(yīng)力，由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》圖7-11按MQ線查??； -計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速; K-載荷系數(shù)取1.2； ， ∴ ∴ 根據(jù)《畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖》表10-4將齒輪模數(shù)圓整為2.5mm 。 ∵所以≥≥ 于是變速組a的齒輪模數(shù)取m = 5，b =40mm。 軸Ⅰ上主動(dòng)輪齒輪的直徑： 。 軸Ⅱ上三聯(lián)從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為： ⑵、b變速組：確定軸Ⅱ上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù)，先計(jì)算最小齒數(shù)18的齒輪。 ①齒面接觸疲勞強(qiáng)度：（公式見(jiàn)a變速組） 其中: -公比 ； =2.82； P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.92211=10.142KW； -齒寬系數(shù)=； -齒輪許允接觸應(yīng)力，由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》圖7-6按MQ線查取; -計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速; K-載荷系數(shù)取1.2。 =650MPa， ∴ ∴ 根據(jù)《畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖》表10-4將齒輪模數(shù)圓整為5mm 。 ②齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度： 其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P =0.92211=10.142KW； -齒寬系數(shù)=； -齒輪許允齒根應(yīng)力，由《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》圖7-11按MQ線查??； -計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速; K-載荷系數(shù)取1.2。 ， ∴ ∴ 根據(jù)《畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖》表10-4將齒輪模數(shù)圓整為3mm 。 ∵所以 于是變速組b的齒輪模數(shù)取m = 3mm，b = 40mm。 軸Ⅱ上主動(dòng)輪齒輪的直徑： 軸Ⅲ上兩聯(lián)從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為： ⑶、c變速組： 計(jì)算中心距a， 所以軸Ⅲ上兩聯(lián)動(dòng)主動(dòng)輪齒輪的直徑分別為： 軸Ⅳ上兩從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為： ⑷、標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù)： 從《機(jī)械原理》表5-1查得以下公式 齒頂圓直徑 ； 齒根圓直徑； 分度圓直徑 ； 齒頂高 ； 齒根高 ； 6.2 齒輪的設(shè)計(jì) 由公式得： ①Ⅰ軸主動(dòng)輪齒輪； ②Ⅱ軸主動(dòng)輪齒輪； ③Ⅲ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)使主動(dòng)輪比從動(dòng)輪齒寬大（5～10mm）。 所以：， ， ， ， ，。 通過(guò)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)的齒輪。當(dāng)時(shí)，可做成腹板式結(jié)構(gòu)，再考慮到加工問(wèn)題，現(xiàn)決定把齒輪9、12和13做成腹板式結(jié)構(gòu)。其余做成實(shí)心結(jié)構(gòu)。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-39（a） 齒輪8、10、12和13結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算如下： ①齒輪8結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算， ； ； ；； ； ，C取12cm。 ②齒輪10結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算; ； ； ； ； ； ，C取12cm。 ③齒輪12結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 ， ； ； ； ，C取14cm。 ④齒輪13結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 ， ； ； ； ，C取14cm。 6.3 齒輪校核 計(jì)算公式：①?gòu)澢趶?qiáng)度; ②接觸疲勞強(qiáng)度 6.3.1 校核a組齒輪 ①?gòu)澢趶?qiáng)度；校核齒數(shù)為24的齒輪，確定各項(xiàng)參數(shù) ⑴,n=1000r/min, ⑵確定動(dòng)載系數(shù) ∵ 齒輪精度為7級(jí)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》使用系數(shù)。 ⑶。 ⑷確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4，得非對(duì)稱齒向載荷分配系數(shù)； h==11.25； , 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-13得 ⑸確定齒間載荷分配系數(shù): 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-2查的使用， 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-3查得齒間載荷分配系數(shù) ⑹確定載荷系數(shù): ⑺ 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10-5 齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù) ； ⑻計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-20(c)查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-18查得 壽命系數(shù),取疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S = 1.3 ， ②接觸疲勞強(qiáng)度 ⑴載荷系數(shù)K的確定： ⑵彈性影響系數(shù)的確定；查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6得 ⑶查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21（d）得， 故齒輪1合適。 6.3.2 校核b組齒輪 ①?gòu)澢趶?qiáng)度；校核齒數(shù)為22的齒輪，確定各項(xiàng)參數(shù) ⑴,n=500r/min, ⑵確定動(dòng)載系數(shù)： 齒輪精度為7級(jí)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8查得動(dòng)載系數(shù) ⑶ ⑷確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4，插值法得非對(duì)稱齒向載荷分配系數(shù) ,查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-13得 ⑸確定齒間載荷分配系數(shù): 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-2查的使用 ； 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-3查得齒間載荷分配系數(shù) ⑹確定動(dòng)載系數(shù): ⑺查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 10-5齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù) 、 ⑻計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-20(c)查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-18查得 壽命系數(shù),疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S = 1.3 ， ②接觸疲勞強(qiáng)度 u=62/22=2.82； ⑴載荷系數(shù)K的確定： ⑵彈性影響系數(shù)的確定；查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6得 ⑶查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21（d）得， 故齒輪7合適。 6.3.3 校核c組齒輪 ①?gòu)澢趶?qiáng)度；校核齒數(shù)為18的齒輪，確定各項(xiàng)參數(shù) ⑴,n=500r/min, ⑵確定動(dòng)載系數(shù)： 齒輪精度為7級(jí)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8查得動(dòng)載系數(shù) ⑶ ⑷確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù) 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4，插值法得非對(duì)稱齒向載荷分布系數(shù)， ,查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-13得 ⑸確定齒間載荷分配系數(shù): 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-3齒間載荷分布系數(shù)， ⑹確定荷載系數(shù): ⑺查表 10-5 齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)。 ⑻計(jì)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。 《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-18查得 壽命系數(shù),疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S = 1.3 ， ②接觸疲勞強(qiáng)度 ⑴載荷系數(shù)K的確定： ⑵彈性影響系數(shù)的確定；查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6得 ⑶查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21（d）得， 故齒輪11合適。 7．主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7.1 對(duì)主軸組件性能的要求 主軸組件是機(jī)床主要部件之一，它的性能對(duì)整機(jī)性能由很大的影響。主軸直接承受切削力，轉(zhuǎn)速范圍又很大，所以對(duì)主軸組件的主要性能特提出如下要求： （1）回轉(zhuǎn)精度 主軸在作轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在同一瞬間，主軸上線速度為零的點(diǎn)的聯(lián)機(jī)，稱為主軸在該瞬間的回轉(zhuǎn)中心線，在理想狀況下，主軸在每一瞬間的回轉(zhuǎn)中心線的空間位置，相對(duì)于某一固定的參考系統(tǒng)（例如：刀架、主軸箱體或工具機(jī)的工作臺(tái)面）來(lái)說(shuō)，應(yīng)該是固定不變的。但實(shí)際上，由于主軸的軸頸支承在軸承上，軸承又安裝在主軸箱體孔內(nèi)，主軸上還有齒輪或其它傳動(dòng)件，由于軸頸的不圓、軸承的缺陷、支承端面對(duì)軸頸中心線的不垂直，主軸的撓曲和工具機(jī)結(jié)構(gòu)的共振等原因，主軸回轉(zhuǎn)中心線的空間位置，在每一瞬時(shí)都是變動(dòng)的。把回轉(zhuǎn)主軸的這些瞬間回轉(zhuǎn)中心線的平均空間位置定義為主軸的理想回轉(zhuǎn)中心線，而且與固定的參考坐標(biāo)系統(tǒng)聯(lián)系在一起。這樣，主軸瞬間回轉(zhuǎn)中心線的空間位置相對(duì)于理想中心線的空間位置的偏離就是回轉(zhuǎn)主軸在該瞬間的誤差運(yùn)動(dòng)。這些瞬間誤差運(yùn)動(dòng)的軌跡，就是回轉(zhuǎn)主軸誤差運(yùn)動(dòng)的軌跡。主軸誤差運(yùn)動(dòng)的范圍，就是所謂的主軸回轉(zhuǎn)精度。 主軸回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量，一般分為三種：靜態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量和間接測(cè)量。目前我國(guó)在生產(chǎn)中沿用傳統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)量法，用一個(gè)精密的測(cè)量棒插入主軸錐孔中，使千分表觸頭觸及檢測(cè)棒圓柱表面，以低速轉(zhuǎn)動(dòng)主軸進(jìn)行測(cè)量。千分表最大和最小的讀數(shù)差即認(rèn)為是主軸的徑向回轉(zhuǎn)誤差。端面誤差一般以包括主軸所在平面內(nèi)的直角坐標(biāo)系的垂直坐標(biāo)系的垂直度數(shù)據(jù)綜合表示。動(dòng)態(tài)測(cè)量是用以標(biāo)準(zhǔn)球裝在主軸中心線上，與主軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)；在工作態(tài)上安裝兩個(gè)互成90o角的非接觸傳感器，通過(guò)儀器記錄回轉(zhuǎn)情況。間接測(cè)量是用小的切削量加工有色金屬試件，然后在圓度儀上的測(cè)量試件的圓度來(lái)評(píng)價(jià)。出廠時(shí)，普通級(jí)加工中心的回轉(zhuǎn)精度用靜態(tài)測(cè)量法測(cè)量，當(dāng)L＝300mm時(shí)允許誤差應(yīng)小于0.02mm。造成主軸回轉(zhuǎn)誤差的原因主要是由于潤(rùn)滑油膜的產(chǎn)生和不平衡力的擾動(dòng)，在回轉(zhuǎn)的過(guò)程中產(chǎn)生的激振力，也是造成主軸回轉(zhuǎn)誤差的主要原因之一。因此加工中心的主軸不平衡量一般要控制在0.4mm/s以下。 （2）剛度 主軸部件的剛度是指受外力作用時(shí)，主軸組件抵抗變形的能力。通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移時(shí)，在位移方向上所施加的作用力大小來(lái)表示。剛度越大的主軸組件，主軸受力發(fā)生變形時(shí)就很小。主軸組件的剛度不足，在切削力及其它力的作用下，主軸將產(chǎn)生較大的彈性變形，工件的加工質(zhì)量不但會(huì)受到影響，齒輪、軸承的正常工作也會(huì)受到嚴(yán)重影響，使其加劇磨損，降低精度。主軸部件的剛度與軸承類型及配置型式、軸承間隙的調(diào)整、主軸上其他動(dòng)力元件的位置等有關(guān)。 （3）抗振性 主軸組件的抗振興是指切削加工時(shí)，主軸保持平穩(wěn)地運(yùn)行而不發(fā)生振動(dòng)的能力。主軸組件抗振興差，工作時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng)，會(huì)影響工件表面質(zhì)量，而且限制了機(jī)床的生產(chǎn)率提高，此外，還會(huì)降低刀具和主軸軸承的壽命，發(fā)出噪聲，影響工作環(huán)境等。隨著機(jī)床向高精度、高生產(chǎn)率方向發(fā)展，主軸對(duì)抗振性的要求也越來(lái)越高。 （4）溫升和熱變形 主軸組件工作時(shí)，由于摩擦和攪油等耗損而產(chǎn)生熱量，會(huì)出現(xiàn)溫升。溫升會(huì)使主軸組件的形狀和位置發(fā)生畸變，這種現(xiàn)象被稱為熱變形。 熱變形使主軸的旋轉(zhuǎn)軸線與機(jī)床其他部件間的相對(duì)位置發(fā)生變化，直接影響加工質(zhì)量。對(duì)高精度機(jī)床的影響極為嚴(yán)重；熱變形會(huì)造成主軸彎曲，會(huì)使傳動(dòng)齒輪和軸承的工作狀況惡化；熱變形還會(huì)改變已調(diào)好的軸承間隙，使主軸與軸承、軸承與軸承座孔之間的配合發(fā)生變化，嚴(yán)重影響了軸承的正常運(yùn)作，加劇磨損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生軸承抱軸現(xiàn)象。 （5）耐磨性 耐磨性幾乎和材料所有性能都有關(guān)系，而且在不同磨耗機(jī)理?xiàng)l件下，為提高耐磨性對(duì)材料性能亦有不同要求。為了使主軸長(zhǎng)期保持精度，其組件必須要有足夠的耐磨性。主軸組件上最容易發(fā)生磨損的地方出現(xiàn)在刀具或工件的安裝部位及其移動(dòng)式主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)部位。為了提高主軸的耐磨性，應(yīng)該對(duì)主軸的上述部位淬硬或氮化處理。除此之外還要保證主軸軸承有良好的潤(rùn)滑條件，以提高耐磨性。 以上這些要求，有的還是矛盾的。例如高剛度和高速，高速與低溫升，高速與高精度等。這就要具體問(wèn)題具體分析，例如設(shè)計(jì)高效數(shù)控機(jī)床的主軸組件時(shí)，主軸應(yīng)滿足高速和高剛度的要求；設(shè)計(jì)高精度數(shù)控機(jī)床時(shí)，主軸應(yīng)滿足高剛度、低溫升的要求。 7.2 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(shí)承受徑向力和軸向力，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)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(jiǎn)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(zhǎng)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)： ①每個(gè)支撐點(diǎn)都要能承受經(jīng)向力。 ②兩個(gè)方向的軸向力應(yīng)分別有相應(yīng)的軸承承受。 ③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(guò)渡配合。另外軸承的內(nèi)外環(huán)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。 （4）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(guò)大的預(yù)負(fù)載對(duì)提高剛度沒(méi)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(wèn)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(zhǎng)，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(jiǎn)兩端平行度等均有嚴(yán)格的求。 結(jié)論 數(shù)控機(jī)床的動(dòng)力源將動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給機(jī)床主軸的基本環(huán)節(jié)，其機(jī)構(gòu)復(fù)雜而巧妙，這次設(shè)計(jì)的效果沒(méi)有預(yù)計(jì)的輕松。由于在時(shí)間上拖了下來(lái)，而且所學(xué)的知識(shí)內(nèi)容也很不理想。我接受的設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。主軸箱的結(jié)構(gòu)繁多，我省去了很多細(xì)部結(jié)構(gòu)。從這點(diǎn)讓我深深的體會(huì)到“科技是第一生產(chǎn)力”這句話的正確與嚴(yán)峻性。在設(shè)計(jì)中我也遇到了其它許多棘手的問(wèn)題，但是有問(wèn)題就問(wèn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常去網(wǎng)上