車床主軸箱傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、<p><b>　　1 概述</b></p><p>　　1．1 機(jī)床的發(fā)展</p><p>　　公元前二千多年出現(xiàn)的樹木車床是機(jī)床最早的雛形。工作時，腳踏繩索下端的套圈，利用樹枝的彈性使工件由繩索帶動旋轉(zhuǎn)，手拿貝殼或石片等作為刀具，沿板條移動工具切削工件。中世紀(jì)的彈性桿棒車床運(yùn)用的仍是這一原理[1]。以下將針對車床發(fā)展的過程加以介紹。</p>

2、;<p>　　車床的誕生不是發(fā)明出來的，而是逐漸演進(jìn)而成，早在四千年前就記載有人利用簡單的拉弓原理完成鉆孔的工作，這是有記錄最早的工具機(jī)，即使到目前仍可發(fā)現(xiàn) 以人力做為驅(qū)動力的手工鉆床，之后車床衍生而出，并被用于木材的車削與鉆孔，英文中車床的名稱 Lathe(Lathe 是木板的意思)就是由此而來，經(jīng)過數(shù)百年的演進(jìn)，車床的進(jìn)展很慢，木質(zhì)的床身，速度慢且扭力低，除了用在木工外，并不適合做金屬切削，直到工業(yè)革命前。這段期間可稱

3、為車床的雛型期[2]。</p><p>　　18世紀(jì)開始的工業(yè)革命，象征著以工匠主導(dǎo)的農(nóng)業(yè)社會結(jié)束，取而代之的是強(qiáng)調(diào)大量生產(chǎn)的工業(yè)社會，由于各種金屬制品被大量使用，為了滿足金屬零件的加工，車床成了關(guān)鍵性設(shè)備，18世紀(jì)初車床的床身已是金屬質(zhì)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變大更適合做金屬切削，但因結(jié)構(gòu)簡單，只能做車削與螺旋方面的加工，到了19世紀(jì)才有完全以鐵質(zhì)零件組合完成的車床，再加上諸如螺桿等傳動機(jī)構(gòu)的導(dǎo)入,一部具有基本功能的車床總算

4、開發(fā)出來。但因動力只能靠人力、獸力或水力帶動，仍無法滿足需求，只能算是剛完成基本架構(gòu)的建構(gòu)[3]。</p><p>　　瓦特發(fā)明了蒸氣機(jī)，使得車床可由蒸氣產(chǎn)生動力用來驅(qū)動車床運(yùn)轉(zhuǎn)，此時車床的動力是集中一處，再藉由皮帶與齒輪的傳遞分散到工廠各處的車床，20世紀(jì)初擁有獨(dú)立動力源的動力車床(Engine Lathe)終于被開發(fā)，也將車床帶到新的領(lǐng)域。此期間拜福特公司大量生產(chǎn)汽車所賜，許多汽車零件必須以車床加工，為了確保

5、零件供應(yīng)充足，供貨商必須大量采購車床才能應(yīng)付所需，即使到今天車床的發(fā)展仍受到汽車產(chǎn)業(yè)的榮枯所左右。</p><p>　　20世紀(jì)中，計算機(jī)被發(fā)明，不久計算機(jī)即被應(yīng)用在工具機(jī)上，數(shù)值控制車床逐漸取代傳統(tǒng)車床成為工廠利器，生產(chǎn)效率倍增，零件加工精度更是大幅提升，且隨著計算機(jī)軟、硬件日趨進(jìn)步與成熟，許多以往視為無法加工的技術(shù)被一一克服，CNC化工具機(jī)的比率成了國家現(xiàn)代化的重要指標(biāo)。</p><p&g

6、t;　　從歷史的角度來看促使車床發(fā)展除了18世紀(jì)工業(yè)革命與20世紀(jì)汽車業(yè)興起是主因外，另一項主因是切削刀具的進(jìn)步，早期使用的切削刀具材質(zhì)是碳鋼，切削速度只能限制在20m/min以下，而且加工精度不佳，之后刀具材質(zhì)采用合金鋼，仍至今日的陶瓷刀具，切削速度更提升到 1000m/min 以上，于是車床轉(zhuǎn)速愈來愈高，進(jìn)給速度也愈來愈快，而且加工精度也從百年前的1mm大幅提0.001mm，進(jìn)步之快除了刀具的改良與技術(shù)的提升，當(dāng)然有數(shù)值控制的配合也

7、是最大的功臣。</p><p>　　1．2 機(jī)床主軸箱</p><p>　　機(jī)床設(shè)計和制造的發(fā)展速度是很快的。由原先的只為滿足加工成形而要求刀具與工件間的某些相對運(yùn)動關(guān)系和零件的一定強(qiáng)度和剛度，發(fā)展至今的高度科學(xué)技術(shù)成果綜合應(yīng)用的現(xiàn)代機(jī)床的設(shè)計，也包括計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）的應(yīng)用。但目前機(jī)床主軸變速箱的設(shè)計還是以經(jīng)驗或類比為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)（經(jīng)驗）設(shè)計方法。因此，探索科學(xué)理論的應(yīng)用，科學(xué)地分

8、析的處理經(jīng)驗，數(shù)據(jù)和資料，既能提高機(jī)床設(shè)計和制造水平，也將促進(jìn)設(shè)計方法的現(xiàn)代化。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品趨精密、復(fù)雜，改型也益頻繁，對機(jī)床的性能、精度、自動化程度等提出了越來越高的要求[11,12]。機(jī)械加工工藝過程自動化是實現(xiàn)上述要求的重要技術(shù)措施之一，不僅能提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，還能改善工人的勞動條件。為此，許多企采用自動機(jī)床、組合機(jī)床和專用機(jī)床組成自動或半自動生產(chǎn)

9、線。但是，采用這種自動、高效的設(shè)備，需要很大的初期投資以及較長的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，只有在大批量的生產(chǎn)條件（如汽車、拖拉機(jī)、家用電器等工業(yè)主要零件的生產(chǎn)）下才會有顯著的經(jīng)濟(jì)效益[3]。</p><p>　　在機(jī)械制造工業(yè)中，單件、小批量生產(chǎn)的零件約占機(jī)械加工的70%～80%?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步和機(jī)械產(chǎn)品市場競爭的益激烈，致使機(jī)械產(chǎn)品不改型、更新?lián)Q代、批量相對減少，質(zhì)量要求越來越高。采用專用的自動化機(jī)床加工這類零件就顯得很不

10、合適，而且自動化生產(chǎn)線投資大、周期長，有時從技術(shù)上甚至是不可能實現(xiàn)的。采用各類仿型機(jī)床，雖然可以部分地解決小批量復(fù)雜的加工，但在更新零件時需制造靠模和調(diào)整機(jī)床，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長，而且由于靠模誤差的影響，加工零件的精度很難達(dá)到較高的要求。</p><p>　　為了解決上述問題，滿足多品種、小批量，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的零件的自動化生產(chǎn)，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適于產(chǎn)品頻繁變化的自動化機(jī)床。隨著計算機(jī)科學(xué)

11、技術(shù)的發(fā)展，1952年，美國帕森斯公司（Parsons）和麻省理工學(xué)院（MIT）合作，研制成功里世界上第一臺以數(shù)字計算機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字控制（numerical control，簡稱NC）三坐標(biāo)直線插補(bǔ)銑床，從而機(jī)械制造業(yè)進(jìn)入了一個新階段。</p><p>　　同時，在設(shè)計中處處實際出發(fā)，分析和處理問題是至關(guān)重要的。從大處講，聯(lián)系實際是指在進(jìn)行機(jī)床工藝可能性的分析。參數(shù)擬定和方案確定中，既要了解當(dāng)今的先進(jìn)生產(chǎn)水平和可

12、能趨勢。更應(yīng)了解我國實際生產(chǎn)水平，使設(shè)計的機(jī)床，機(jī)器在四化建設(shè)中發(fā)揮最佳的效蓋。從小處講，指對設(shè)計的機(jī)床零部件的制造，裝配和維修要進(jìn)行認(rèn)真的，切實的考慮和分析，綜合思考的設(shè)計方法。</p><p>　　機(jī)床之所以會發(fā)展，是由于其設(shè)計者的不斷創(chuàng)新和改革，為應(yīng)用于實際問題而不斷推陳出新，同時，由于世界電子化和信息化的發(fā)展，又大大加快了其發(fā)展的速度。在機(jī)床的發(fā)展過程中，機(jī)床主軸箱設(shè)計的創(chuàng)新發(fā)展過程是其中最重要的部分，也

13、正是由于主軸箱的不斷發(fā)展，各種機(jī)床才會得以適應(yīng)如今的生產(chǎn)規(guī)模。</p><p>　　機(jī)床從誕生至今已經(jīng)經(jīng)過了幾個世紀(jì)，每個時間段都會有應(yīng)用于新領(lǐng)域的機(jī)床誕生，而在這同時，針對于不同領(lǐng)域的機(jī)床其主軸箱也是各不相同的，由于車床的普遍應(yīng)用，多年來對機(jī)床主軸箱的各種改進(jìn)和創(chuàng)新層出不窮，而20世紀(jì)后半葉由于計算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，使機(jī)床主軸箱的設(shè)計也跨出了一大步。</p><p>　　機(jī)床主

14、軸箱的設(shè)計，以及主軸箱各部件的加工工藝直接影響機(jī)床的性能。機(jī)床主軸箱的設(shè)計一般是憑借經(jīng)驗來設(shè)計，而計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展給設(shè)計工作帶來了極大的方便?；谠O(shè)計理論的許多應(yīng)用軟件也應(yīng)運(yùn)而生，很多專業(yè)軟件的仿真分析使得主軸箱的設(shè)計更加準(zhǔn)確，精度也更高。</p><p>　　主軸箱都采用齒輪傳動。其傳動系統(tǒng)是指通過一定的傳動路線把驅(qū)動軸的運(yùn)動,采用多級齒輪傳動,確定傳動齒輪及其傳動軸的位置,最后把運(yùn)動傳到主軸上,使主

15、軸獲得規(guī)定的轉(zhuǎn)速和方向。它是主軸箱設(shè)計最關(guān)鍵、工作量最大的環(huán)節(jié)?；谟嬎銠C(jī)軟件技術(shù)的快速發(fā)展，過去很多只能靠人力計算設(shè)計的科目都現(xiàn)在都可以通過計算機(jī)輔助設(shè)計，而且設(shè)計的精度和效果都高的多。</p><p>　　由于數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用，其主軸箱的設(shè)計也是十分重要。數(shù)控機(jī)床主軸部件是機(jī)床的核心部件，它的性能好壞直接影響機(jī)床的加工精度。在數(shù)控機(jī)床主軸箱的設(shè)計中，采用三維設(shè)計方法，利用Pro/E對其進(jìn)行了三維實體建模及裝

16、配設(shè)計，并通過動態(tài)仿真和干涉分析，以驗證設(shè)計方案的可行性。該方法提高了產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率，為產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了有效的途徑。隨著計算機(jī)三維CAD/CAE軟件的應(yīng)用和普及，使得工程設(shè)計方法、理念和手段都發(fā)生了巨大的變化。在設(shè)計中可以直接進(jìn)行三維設(shè)計，并利用CAE軟件進(jìn)行各種工程分析，在虛擬環(huán)境下模擬實際工作狀況，進(jìn)行運(yùn)動仿真分析，實現(xiàn)最佳設(shè)計。</p><p>　　總之，現(xiàn)在對機(jī)床主軸箱的設(shè)計由于計算機(jī)軟

17、件的發(fā)展，已經(jīng)越來越精確，同時，也保證了設(shè)計出來的產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。</p><p><b>　　2 參數(shù)的擬定</b></p><p>　　2.1 公比的確定</p><p>　　電動機(jī)功率P=7.5kw，；</p><p>　　輸出軸轉(zhuǎn)速在30r/min～1400r/min之間；</p><

18、;p><b>　　變速級數(shù)為12級。</b></p><p>　　由于轉(zhuǎn)速范圍 R= =</p><p>　　因為級數(shù)Z已知： Z=12級 </p><p>　　則===1.41，因此取Φ=1.41合適。</p><p>　　2.2 各級轉(zhuǎn)速的確定</p><p>　　主軸箱的各級輸出轉(zhuǎn)

19、速多采用等比數(shù)列，特殊情況下，也采用其它數(shù)列。由于Φ=1.41，n=1400r/min，通過查詢標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速數(shù)列表可以獲得各級轉(zhuǎn)速：</p><p>　　=31.5r/min =250r/min </p><p>　　=45r/min =355r/min</p><p>　　=63r/min

20、 =500r/min</p><p>　　=90r/min =710r/min</p><p>　　=125r/min =1000r/min</p><p>　　=180r/min =1400r/min</p><p><b>　　共12級

21、轉(zhuǎn)速。</b></p><p><b>　　3 傳動設(shè)計</b></p><p>　　3.1 確定結(jié)構(gòu)方案</p><p>　　a)主軸傳動系統(tǒng)采用V帶、齒輪傳動；</p><p>　　b)傳動形式采用集中式傳動；</p><p>　　c)變速系統(tǒng)采用多聯(lián)滑移齒輪變速。</p

22、><p>　　3.2 傳動方案擬定</p><p>　　3.2.1 結(jié)構(gòu)分析式</p><p>　　a) b) c)</p><p>　　從電動機(jī)到主軸主要為降速傳動，若使傳動副較多的傳動組放在較接近電動機(jī)處可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，節(jié)省材料，也就是滿足傳動副前多后少的原則，因此取方案。在降速傳動中，防止齒輪直徑過大而使徑向尺寸

23、常限制最小傳動比 ；在升速時為防止產(chǎn)生過大的噪音和震動常限制最大轉(zhuǎn)速比。在主傳動鏈任一傳動組的最大變速范圍。在設(shè)計時必須保證中間傳動軸的變速范圍最小。</p><p>　　根據(jù)中間傳動軸變速范圍小的原則選擇結(jié)構(gòu)網(wǎng)。從而確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下：</p><p>　　圖 3.1 轉(zhuǎn)速結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖</p><p>　　檢查傳動組的變速范圍時，只檢查最后一個擴(kuò)大組：</p>

24、;<p><b>　　其中，， </b></p><p><b>　　所以 ，合適。</b></p><p>　　3.2.2 繪制轉(zhuǎn)速圖</p><p><b>　　a)選擇電動機(jī)</b></p><p>　　一般車床若無特殊要求，多采用Y系列封閉式三相異步電動

25、機(jī)，根據(jù)原則條件選擇Y-132M-4型Y系列籠式三相異步電動機(jī)。</p><p>　　b)分配總降速傳動比</p><p><b>　　總降速傳動比 </b></p><p>　　又電動機(jī)轉(zhuǎn)速不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)，因而增加一定比傳動副。</p><p><b>　　c)確定傳動軸軸數(shù)</b></

26、p><p>　　傳動軸軸數(shù) = 變速組數(shù) + 定比傳動副數(shù) + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。</p><p><b>　　d)確定各級轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　由 , ,z = 12確定各級轉(zhuǎn)速：</p><p>　　1400r/min、1000r/min、710r/min、500r/min、355、r/mi

27、n250r/min、180r/min、125r/min、90r/min、63r/min、45r/min、31.5r/min。</p><p>　　在五根軸中，除去電動機(jī)軸，其余四軸按傳動順序依次設(shè)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅲ與Ⅳ軸之間的傳動組分別設(shè)為a、b、c?，F(xiàn)由Ⅳ（主軸）開始，確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速：</p><p>　　1)先來確定Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速</p><p

28、>　　傳動組c 的變速范圍為，結(jié)合結(jié)構(gòu)式，</p><p>　?、筝S的轉(zhuǎn)速確定為：125r/min、180r/min、250r/min、355r/min、500r/min、710r/min。</p><p><b>　　2)確定軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　傳動組b的級比指數(shù)為3，希望中間軸轉(zhuǎn)速較小，因而為了避免升速，又不致傳動

29、比太小，可取，</p><p>　　軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速確定為：355r/min、500r/min、710r/min。</p><p><b>　　3)確定軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　對于軸Ⅰ，其級比指數(shù)為1,可取</p><p><b>　　，，</b></p><p>

30、　　確定軸Ⅰ轉(zhuǎn)速為710r/min。</p><p>　　由此也可確定加在電動機(jī)與主軸之間的定傳動比。</p><p>　　e)確定各變速組傳動副齒數(shù)</p><p><b>　　1)傳動組a:</b></p><p>　?、瘛蜉S間三對齒輪的傳動比： I=1/2, I=1/1.41, I=1</p>&l

31、t;p>　　在轉(zhuǎn)速圖上軸I-II之間有三條傳動線,分別為水平、向右下方降一格、向右方下降兩格。</p><p>　　查機(jī)械設(shè)計手冊3卷表18.2-6得出可用齒輪和s及各齒輪副中小齒輪齒數(shù)如表3.1：</p><p>　　表3.1齒輪和及齒數(shù)</p><p>　　根據(jù)齒數(shù)確定得原則及需求，按最小齒數(shù)限制可選定72,則</p><p>　　

32、時：……57、60、63、66、69、72、75、78……</p><p>　　時：……58、60、63、65、67、68、70、72、73、77……</p><p>　　時：……58、60、62、64、66、68、70、72、74、76……</p><p>　　由于72,于是可得軸Ⅰ齒輪齒數(shù)分別為：24、30、36。于是，，</p><p>

33、;　　可得軸Ⅱ上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為：48、42、36。</p><p><b>　　2)傳動組b:</b></p><p>　?、?Ⅲ軸間兩對齒輪的傳動比： I=1/,I=1</p><p>　　在轉(zhuǎn)速圖上，II軸的每一轉(zhuǎn)速都有兩條線與III軸相連，分別為水平和向右下方降三格。由于II軸有三種轉(zhuǎn)速，每種轉(zhuǎn)速都通過兩條線與III軸相連，故III

34、軸共有</p><p>　　種轉(zhuǎn)速。連線中的平行線代表同一傳動比。</p><p>　　查機(jī)械設(shè)計手冊3卷表18.2-6得出可用齒輪和s及各齒輪副中小齒輪齒數(shù)如表3.2：</p><p>　　表3.2 齒輪和及齒數(shù)</p><p>　　根據(jù)齒數(shù)確定得原則及需求，按最小齒數(shù)限制可選定84,則時：……69、72、73、76、77、80、81、8

35、4、87……</p><p>　　時：……70、72、74、76、78、80、82、84、86……</p><p>　　由于 84，于是可得軸Ⅱ上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為：22、42。</p><p>　　于是 ，，得軸Ⅲ上兩齒輪的齒數(shù)分別為：62、42。</p><p><b>　　3)傳動組c:</b></p>

36、;<p>　?、?Ⅳ軸間三對齒輪的傳動比：I=1/3.98, I=2</p><p>　　在轉(zhuǎn)速圖上，III軸上的每一級轉(zhuǎn)速都有兩條傳動線與IV軸相連，分別為向右上方升兩格和向右下方降四格。 故IV軸的轉(zhuǎn)速為級。</p><p>　　查機(jī)械設(shè)計手冊3卷表18.2-6得出可用齒輪和s及各齒輪副中小齒輪齒數(shù)如表3.3：</p><p>　　表3.3 齒輪

37、和及齒數(shù)</p><p>　　根據(jù)齒數(shù)確定得原則及需求，按最小齒數(shù)限制可選定s=90,則</p><p>　　時：……84、85、89、90、94、95……</p><p>　　時： ……72、75、78、81、84、87、89、90……</p><p><b>　　由于 90.</b></p><p

38、>　　為降速傳動，取軸Ⅲ齒輪齒數(shù)為18；</p><p>　　為升速傳動，取軸Ⅳ齒輪齒數(shù)為30。</p><p><b>　　于是得,</b></p><p>　　得軸Ⅲ兩聯(lián)動齒輪的齒數(shù)分別為18，60；</p><p>　　得軸Ⅳ兩齒輪齒數(shù)分別為72，30。</p><p>　　3.3

39、繪制傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖</p><p>　　畫出轉(zhuǎn)速圖（圖 3.2）（電動機(jī)轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近）。</p><p>　　圖 3.2 傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖</p><p><b>　　4 動力設(shè)計</b></p><p>　　4.1 確定各軸轉(zhuǎn)速</p><p>　　a)確定主軸計算轉(zhuǎn)速：主軸的計算

40、轉(zhuǎn)速為</p><p>　　b)各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速： </p><p>　　軸Ⅲ可從主軸90r/min按72/18的傳動副找上去，軸Ⅲ的計算轉(zhuǎn)速</p><p>　　125r/min；軸Ⅱ的計算轉(zhuǎn)速為355r/min；軸Ⅰ的計算轉(zhuǎn)速為710r/min。</p><p>　　c)各軸功率及轉(zhuǎn)矩的計算</p><p>

41、<b>　　1)各軸功率</b></p><p>　　傳遞效率： =0.96, =0.99,齒輪傳動8級精度=0.97。</p><p>　　P=P ·=7.50.96=7.2kw</p><p>　　P= P··=7.20.990.97=6.91kw</p><p>　　P= P·

42、;·=6.910.990.97=6.63kw</p><p>　　P= P··=6.630.990.97=6.37kw</p><p><b>　　2)各軸的轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　T=9550=9550N·m =49.73N·m</p><p>　　T=955

43、0=9550N·m=96.84N·m</p><p>　　T=9550=9550N·m=185.88N·m</p><p>　　T=9550=9550N·m=506.53N·m</p><p>　　T=9550=9550N·m=675.92N·m</p><p>

44、　　3)各軸數(shù)據(jù)列表如下</p><p>　　表4.1 各軸參數(shù)</p><p>　　4)各齒輪的計算轉(zhuǎn)速</p><p>　　傳動組c中，18/72只需計算z = 18 的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為355r/min；60/30只需計算z = 30的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為250r/min；傳動組b計算z = 22的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為355r/min；傳動組a應(yīng)計算z = 24的齒輪

45、，計算轉(zhuǎn)速為710r/min。</p><p>　　5)核算主軸轉(zhuǎn)速誤差（若誤差≦5%，則適合）</p><p><b>　　所以合適。</b></p><p>　　4.2 帶傳動設(shè)計</p><p>　　電動機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min,傳遞功率P=7.5KW,傳動比i=2.03，假設(shè)兩班制，</p>

46、<p>　　一天運(yùn)轉(zhuǎn)16.1小時，工作年數(shù)10年。</p><p>　　a)確定計算功率 取1.1，則</p><p><b>　　b)選取V帶型</b></p><p>　　根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和計算功率，選B型帶。</p><p>　　c)確定帶輪直徑和驗算帶速</p><p>　　查

47、表小帶輪基準(zhǔn)直徑,</p><p><b>　　驗算帶速成</b></p><p>　　其中 -小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min；</p><p>　　-小帶輪直徑，mm；</p><p><b>　　，帶速合適。</b></p><p>　　d)確定帶傳動的中心距和帶的基準(zhǔn)長度&

48、lt;/p><p><b>　　設(shè)中心距為,則</b></p><p>　　0.55（）a2（）</p><p>　　于是208.45a758,初取中心距為400mm。</p><p><b>　　帶長</b></p><p>　　查表取相近的基準(zhǔn)長度，。</p>

49、<p><b>　　帶傳動實際中心距</b></p><p>　　e)驗算小帶輪的包角</p><p>　　一般小帶輪的包角不應(yīng)小于。</p><p><b>　　。合適。</b></p><p><b>　　f)確定帶的根數(shù)</b></p><p

50、>　　其中： -時傳遞功率的增量；</p><p>　　-按小輪包角，查得的包角系數(shù)；</p><p><b>　　-長度系數(shù)；</b></p><p>　　為避免V型帶工作時各根帶受力嚴(yán)重不均勻，限制根數(shù)不大于10。</p><p><b>　　g)計算帶的張緊力</b></p&

51、gt;<p>　　其中： -帶的傳動功率,KW；</p><p><b>　　v-帶速,m/s；</b></p><p>　　q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取q=0.17kg/m。</p><p>　　v = 1440r/min = 9.42m/s。</p><p>　　h)計算作用在軸上的軸向力<

52、/p><p>　　5 齒輪的計算與校核</p><p>　　5.1 各傳動組齒輪模數(shù)的確定和校核</p><p><b>　　模數(shù)的確定：</b></p><p>　　a傳動組：分別計算各齒輪模數(shù)</p><p>　　先計算24齒齒輪的模數(shù)：</p><p>　　其中:

53、 -公比 ； = 2；</p><p>　　-電動機(jī)功率； = 7.5KW；</p><p><b>　　-齒寬系數(shù)；</b></p><p>　　-齒輪傳動許允應(yīng)力;</p><p>　　-計算齒輪計算轉(zhuǎn)速。</p><p>　　， 取= 600MPa,安全系數(shù)S = 1。</p>

54、;<p><b>　　由應(yīng)力循環(huán)次數(shù)選取</b></p><p><b>　　，取S=1，。</b></p><p><b>　　取m = 4mm。</b></p><p>　　按齒數(shù)30的計算，，可取m = 4mm；</p><p>　　按齒數(shù)36的計算，, 可

55、取m = 4mm。</p><p>　　于是傳動組a的齒輪模數(shù)取m = 4mm，b = 32mm。</p><p><b>　　軸Ⅰ上齒輪的直徑：</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　軸Ⅱ上三聯(lián)齒輪的直徑分別為：</p><p><b&g

56、t;　　b傳動組：</b></p><p>　　確定軸Ⅱ上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù)。</p><p>　　按22齒數(shù)的齒輪計算：</p><p>　　可得m = 4.8mm；</p><p><b>　　取m = 5mm。</b></p><p>　　按42齒數(shù)的齒輪計算：</p>

57、<p>　　可得m = 3.55mm；</p><p>　　于是軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪的模數(shù)統(tǒng)一取為m = 5mm。</p><p>　　于是軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪的直徑分別為：</p><p>　　軸Ⅲ上與軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪嚙合的兩齒輪直徑分別為：</p><p><b>　　c傳動組：</b></p><p&

58、gt;<b>　　取m = 5mm。</b></p><p>　　軸Ⅲ上兩聯(lián)動齒輪的直徑分別為：</p><p>　　軸四上兩齒輪的直徑分別為：</p><p>　　5.2 齒輪強(qiáng)度校核</p><p><b>　　計算公式</b></p><p>　　5.2.1 校核a

59、傳動組齒輪</p><p>　　校核齒數(shù)為24的即可，確定各項參數(shù)</p><p>　　a)P=8.25KW,n=710r/min,</p><p><b>　　b)確定動載系數(shù)：</b></p><p>　　齒輪精度為7級，查得使用系數(shù)[6]</p><p><b>　　c)</

60、b></p><p>　　d)確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)</p><p><b>　　非對稱</b></p><p><b>　　,查得[6]</b></p><p>　　e)確定齒間載荷分配系數(shù): </p><p><b>　　查得</b>

61、</p><p><b>　　[6]</b></p><p>　　f)確定動載系數(shù): </p><p><b>　　g)查表 </b></p><p><b>　　[7]</b></p><p>　　h)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力</p>&l

62、t;p>　　由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限[7]。 </p><p>　　查得 ,S = 1.3[7]</p><p><b>　　， </b></p><p><b>　　故合適。</b></p><p>　　5.2.2 校核B傳動組齒輪</p><p>　　校核

63、齒數(shù)為22的即可，確定各項參數(shù)</p><p>　　a)P=8.25KW,n=355r/min,</p><p><b>　　b)確定動載系數(shù)：</b></p><p>　　齒輪精度為7級，查得使用系數(shù)[6]</p><p><b>　　c)</b></p><p>　　d)

64、確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)</p><p><b>　　非對稱</b></p><p><b>　　,查得[6]</b></p><p>　　e)確定齒間載荷分配系數(shù): </p><p><b>　　由《機(jī)械設(shè)計》查得</b></p><p>　　

65、f)確定動載系數(shù): </p><p><b>　　g)查表 </b></p><p><b>　　[7]</b></p><p>　　h)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限[7]。 </p><p>　　查得 ,S = 1.3[7]<

66、/p><p><b>　　， </b></p><p><b>　　故合適。</b></p><p>　　5.2.3 校核c傳動組齒輪</p><p>　　校核齒數(shù)為18的即可，確定各項參數(shù)</p><p>　　a)P=8.25KW,n=355r/min,</p>

67、<p><b>　　b)確定動載系數(shù)：</b></p><p>　　齒輪精度為7級，查得使用系數(shù)[6]</p><p><b>　　c)</b></p><p>　　d)確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)</p><p><b>　　非對稱</b></p>

68、<p><b>　　,查得[6]</b></p><p>　　e)確定齒間載荷分配系數(shù): </p><p><b>　　查得[6]</b></p><p>　　f)確定動載系數(shù): </p><p><b>　　g)查表 </b></p><p

69、><b>　　[7]</b></p><p>　　h)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力</p><p>　　查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限[7]。 </p><p>　　查得 ,S = 1.3[7]</p><p><b>　　， </b></p><p><b>　　故合

70、適。</b></p><p>　　5.3 傳動系統(tǒng)圖</p><p>　　圖5.1 傳動系統(tǒng)圖</p><p>　　6 主軸的計算與校核</p><p>　　6.1 選擇軸的材料</p><p>　　主軸箱傳動軸材料選取45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其機(jī)械性能由機(jī)械設(shè)計表[8]2-5查得：，，，；查機(jī)械設(shè)計表

71、[8]2-7，得。查表[8]2—6得，[]=35 。</p><p>　　6.2 軸頸的初步確定</p><p><b>　　由公式轉(zhuǎn)矩</b></p><p><b>　　==</b></p><p><b>　　得：d=C </b></p><p>

72、;<b>　　各軸參數(shù)</b></p><p>　　表6.1 各軸參數(shù)</p><p>　　表6.2 各軸計算過程及結(jié)果</p><p>　　經(jīng)過分析上面算出的各類尺寸符合設(shè)計要求。各軸在主軸箱內(nèi)可以有多種方式放置。</p><p>　　6.3 軸的校核計算、受力圖和轉(zhuǎn)矩圖</p><p>

73、　　6.3.1 輸入軸的校核計算、受力圖和轉(zhuǎn)矩圖</p><p>　　a)輸入軸的校核計算</p><p>　　表6.3 校核計算</p><p>　　b)輸入軸的軸上受力分析及彎矩、轉(zhuǎn)矩、當(dāng)量彎矩</p><p>　　圖6.1 受力分析及彎矩、轉(zhuǎn)矩、當(dāng)量彎矩</p><p>　　6.3.2 主軸的校核計算、受

74、力圖和轉(zhuǎn)矩圖</p><p><b>　　a)主軸的校核計算</b></p><p>　　表6.4 校核計算</p><p>　　b)主軸軸上受力分析及彎矩、轉(zhuǎn)矩、當(dāng)量彎矩</p><p>　　圖6.2 受力分析及彎矩、轉(zhuǎn)矩、當(dāng)量彎矩</p><p>　　圖6.2 受力分析及彎矩、轉(zhuǎn)矩、當(dāng)量

75、彎矩(續(xù))</p><p><b>　　7 組件的選定</b></p><p>　　7.1 帶輪的選擇</p><p>　　根據(jù)V帶計算，選用3根B型V帶。由于Ⅰ軸安裝摩擦離合器及傳動齒輪，為了改善它們的工作條件，保證加工精度，采用卸荷式帶輪結(jié)構(gòu)[10]。</p><p>　　7.2 主軸換向與制動機(jī)構(gòu)設(shè)計<

76、/p><p>　　本機(jī)床是適用于機(jī)械加工車間和維修車間的普通車床。主軸換向比較頻繁，采用雙向片式摩擦離合器[11]。這種離合器由內(nèi)摩擦片、外摩擦片、止推片、壓塊和空套齒輪組成。離合器左右兩部門結(jié)構(gòu)是相同的。左離合器傳動主軸正轉(zhuǎn)，用于切削加工。需要傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，片數(shù)較多。右離合器用來傳動主軸反轉(zhuǎn)，主要用于退回，片數(shù)較少。這種離合器的工作原理是，內(nèi)摩擦片的花鍵孔裝在軸Ⅰ的花鍵上，隨軸旋轉(zhuǎn)。外摩擦片的孔為圓孔，直徑略大于

77、花鍵外徑。外圓上有4個凸起，嵌在空套齒輪的缺口之中。內(nèi)外摩擦片相間安裝。用桿通過銷向左推動壓塊時，將內(nèi)片與外片相互壓緊。軸Ⅰ的轉(zhuǎn)矩便通過摩擦片間的摩擦力矩傳遞給齒輪，使主軸正傳。同理，當(dāng)壓塊向右時，使主軸反轉(zhuǎn)。壓塊處于中間位置時，左、右離合器都脫開，軸Ⅱ以后的各軸停轉(zhuǎn)。</p><p>　　制動器安裝在軸Ⅲ，在離合器脫開時制動主軸，以縮短輔助時間。此次設(shè)計采用帶式制動器。該制動器制動盤是一個鋼制圓盤，與軸用花鍵聯(lián)

78、接，周邊圍著制動帶。制動帶是一條剛帶，內(nèi)側(cè)有一層酚醛石棉以增加摩擦。制動帶的一端與杠桿連接。另一端與箱體連接。為了操縱方便并保證離合器與制動器的聯(lián)鎖運(yùn)動，采用一個操縱手柄控制。當(dāng)離合器脫開時，齒條處于中間位置，將制動帶拉緊。齒條軸凸起的左、右邊都是凹槽。左、右離合器中任一個結(jié)合時，杠桿都按順時針方向擺動，使制動帶放松[12]。</p><p>　　7.3 滑移齒輪設(shè)計</p><p>　

79、　機(jī)床的變速系統(tǒng)采用了滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)。根據(jù)各傳動軸的工作特點(diǎn)，基本組、第一擴(kuò)大組以及第二擴(kuò)大組的滑移齒輪均采用了整體式滑移齒輪。所有滑移齒輪與傳動軸間均采用花鍵聯(lián)接[13]。</p><p>　　從工藝角度考慮，其他固定齒輪（主軸上的齒輪除外）也采用花鍵聯(lián)接。由于主軸直徑較大，為了降低加工成本而采用了單鍵聯(lián)接[14]。</p><p>　　各軸采用的花鍵分別為：Ⅰ軸：6×23&

80、#215;26×6</p><p>　?、蜉S：6×26×30×6</p><p>　?、筝S：8×36×40×7</p><p>　?、瘛筝S間傳動齒輪精度為877—8b，Ⅲ～Ⅳ軸間齒輪精度為766—7b[14]。</p><p>　　7.4 軸承的選擇</p>

81、<p>　　為了方便安裝，Ⅰ軸上傳動件的外徑均小于箱體左側(cè)支承孔直徑，均采用深溝球軸承。為了便于裝配和軸承間隙調(diào)整，Ⅱ、Ⅲ軸均采用圓錐滾子軸承。滾動軸承均采用E級精度[15]。</p><p><b>　　7.5 主軸組件</b></p><p>　　本車床為普通精度級的輕型機(jī)床，為了簡化結(jié)構(gòu)、主軸采用了軸向后端定位的兩支承主軸組件。前支承采用雙列圓柱

82、滾子軸承，后支承采用角接觸球軸承和單向推力球軸承。為了保證主軸的回轉(zhuǎn)精度，主軸前后軸承均采用壓塊式防松螺母調(diào)整軸承的間隙。主軸前端采用短圓錐定心結(jié)構(gòu)型式[16]。</p><p>　　前軸承為C級精度，后軸承為D級精度[17]。</p><p>　　7.6 潤滑系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　主軸箱內(nèi)采用飛濺式潤滑，油面高度為65mm左右，甩油環(huán)浸油深度為10mm左

83、右。潤滑油型號為：IIJ30[18]。</p><p>　　卸荷皮帶輪軸承采用脂潤滑方式。潤滑脂型號為：鈣質(zhì)潤滑脂[19]。</p><p>　　7.7 密封裝置設(shè)計</p><p>　?、褫S軸頸較小，線速度較低，為了保證密封效果，采用皮碗式接觸密封。而主軸直徑大、線速度較高，則采用了非接觸式密封。卸荷皮帶輪的潤滑采用毛氈式密封，以防止外界雜物進(jìn)入[20]。<

84、;/p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　機(jī)床主軸箱的設(shè)計終于完成了。雖然設(shè)計的過程比較繁瑣，而且剛開始還有些不知所措，但是在自己的不斷努力下，再加上指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)，我終于順利地完成了這次設(shè)計任務(wù)。本次設(shè)計鞏固和深化了課堂理論教學(xué)的內(nèi)容，鍛煉和培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)過的知識和理論的能力，是我獨(dú)立分析、解決問題的能力得到了強(qiáng)化。</p>

85、<p>　　通過這次畢業(yè)設(shè)計，我很全面的了解了機(jī)床主軸箱的設(shè)計的步驟和內(nèi)容。要完成主軸箱的設(shè)計必須做好充足的準(zhǔn)備工作，要了解部件的結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)工作原理，各零部件的功用、形狀尺寸、位置、相互聯(lián)結(jié)方法、配合及傳動關(guān)系。然后進(jìn)行主軸的總體方案的選定，運(yùn)動設(shè)計主軸箱主要參數(shù)設(shè)計；主傳動系的設(shè)計（傳動系統(tǒng)圖和轉(zhuǎn)速圖）；傳動部件的選取，結(jié)構(gòu)設(shè)計；操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計；主軸箱的外觀設(shè)計。最后繪制裝配圖及零件圖并按所要求的格式編寫設(shè)計說明書。

86、</p><p>　　機(jī)械設(shè)計是一門需要耐心和細(xì)心的工作，要求設(shè)計人員平心靜氣，一絲不茍的工作，不能有煩躁的情緒，如果能夠融入到設(shè)計的氛圍中是有很多樂趣的。經(jīng)過一翻努力最終設(shè)計完成了，在設(shè)計中難免會有一些不足或欠缺的地方，望老師能夠指導(dǎo)。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李靜， 薛冬娟， 付紅芹.

87、 組合機(jī)床主軸箱CAD/CAM開發(fā)[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2004.</p><p>　　[2] 張俊生. 金屬切削機(jī)床與數(shù)控機(jī)床[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社， 1994.</p><p>　　[3] 黃開榜, 張慶春, 那海濤. 金屬切削機(jī)床[M]. 哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 2006.</p><p>　　[4] 王愛玲. 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)

88、計[M]. 北京： 兵器工業(yè)出版社， 1999.</p><p>　　[5] 方鍵. 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計[M]. 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社， 2006.</p><p>　　[6] 吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計[M]. 北京： 高等教育出版社， 2003.</p><p>　　[7] 機(jī)械設(shè)計手冊編委會編著. 機(jī)械設(shè)計手冊[M].第1卷/ -3版. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2004

89、.</p><p>　　[8] 吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計手冊[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2002.</p><p>　　[9] 馮辛安. 機(jī)械制造裝備設(shè)計[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2005.</p><p>　　[10] 席偉光,楊光.李波. 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計[M]. 北京： 高等教育出版社出版， 2003.</p><p>

90、　　[11] 孫桓,陳作模. 機(jī)械原理[M]. 北京： 高等教育出版社出版， 2000.</p><p>　　[12] 吳圣莊. 金屬切削機(jī)床概論[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 1985.</p><p>　　[13] 邱宣懷. 機(jī)械設(shè)計[M]. 北京： 高等教育出版社， 1997.</p><p>　　[14] 王成志, 吳永剛, 黃立杰. 較小軸間距的組合機(jī)

91、床主軸箱設(shè)計[J]. 組合機(jī)床與自動化加工技術(shù), 2000.</p><p>　　[15] 董仲元，蔣克鑄. 設(shè)計方法學(xué)[M]. 北京： 高等教育出版社， 1990.</p><p>　　[16] 沈樂年. 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 1997.</p><p>　　[17] 趙世華. 金屬切削機(jī)床[M]. 北京: 航天工業(yè)出版社， 1996.