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摘 要
鏜床是一種在工件上加工孔為主的機(jī)床，通常用于加工尺寸較大、精度要求較高的孔。本文主要針對臥式專用鏜床的主軸箱進(jìn)行設(shè)計，以便達(dá)到提高生產(chǎn)效率，降低成本等功效。臥式鏜床是應(yīng)用最多、性能最廣的一種鏜床，適用于單件小批生產(chǎn)，而專用鏜床更是針對特定的零件而進(jìn)行設(shè)計的機(jī)床，它有利于減少成本、提高生產(chǎn)效率。
本文設(shè)計的專用鏜床主軸箱一共擁有五級轉(zhuǎn)速，采用滑移齒輪組實現(xiàn)變速。利用撥桿來推動滑移齒輪進(jìn)行變速，從而使輸入軸的轉(zhuǎn)速能夠進(jìn)行合理變速滿足輸出軸要求的轉(zhuǎn)速。本文主要進(jìn)行了主軸箱的傳動方案設(shè)計，其次進(jìn)行了齒輪參數(shù)的計算以及軸類的參數(shù)設(shè)計。并完成裝配圖以清楚表示鏜床主軸箱的參數(shù)以及零件布局。
此次所設(shè)計的簡易鏜床，具有結(jié)構(gòu)簡單、變速可靠、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，它適用于加工孔距誤差較小的孔系。
關(guān)鍵詞：鏜床，五級變速滑移齒輪，主軸箱。
Abstract
Boring a hole in a workpiece based on machine tools, machining is typically used in larger size, high precision holes. This paper mainly for horizontal boring machine headstock design, so as to improve production efficiency, reduce costs and other effects. Horizontal boring machine is the most widely used, the performance of the most widely used as a boring machine is suitable for single and small batch production, but boring is dedicated for a specific machine parts and design, it helps to reduce costs and improve productivity.
This design is dedicated boring headstock has a total of five speed gear set achieved using slip speed. Sliding lever to promote the use of shift gears so that the rotational speed of the input shaft speed can be reasonably satisfy the requirements of the output shaft speed. This paper conducted a transmission design headstock, followed by the design parameters were calculated and the gear shaft of the parameters. And complete the assembly drawings to clearly represent the parameters of boring headstock and parts layout.
The simple design of the boring, simple structure, reliable speed, high production efficiency, it is suitable for machining small holes in the pitch error.
Keywords: boring, five-speed sliding gear, the headstock.
第一章 緒論 1
1.1鏜床概述 1
1.1.1. 鏜床的概念 1
1.1.2. 鏜削加工的特點 1
1.1.3. 鏜床的分類 2
1.2主軸箱的概念 2
1.3專用鏜床 2
1.3.1專用鏜床的概念 2
1.3.2專用機(jī)床的基本要求 3
第二章 鏜床傳動方案的確定 5
第三章 主傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計 7
3.1電動機(jī)的選擇 7
3.2機(jī)械傳動裝置運動和動力參數(shù)的計算 10
3.2.1. 各軸的轉(zhuǎn)速、輸入功率及扭矩 10
3.2.2. 齒輪的設(shè)計 11
第四章 軸的設(shè)計 23
4.1從動軸的設(shè)計計算 23
4.2主軸的設(shè)計計算 27
4.3鍵連接的選擇與計算 29
第五章 全文總結(jié) 31
致謝 32
畢業(yè)設(shè)計小結(jié) 33
附錄 35
III
第1章 緒論
1.1鏜床概述
1.1.1. 鏜床的概念
鏜床是用來加工尺寸較大、精度要求較高的孔的機(jī)床，特別適用于加工分布在零件不同位置上的相互位置精度要求較高的孔系，此外還可以從事與孔精加工有關(guān)的其他加工面的加工。使用不同的刀具和附件還可以進(jìn)行鉆削、銑削，并且鏜床的加工精度和加工表面質(zhì)量均高于鉆床。鏜床是大型箱體零件加工的主要設(shè)備。
由于制造武器的需要，在15世紀(jì)就已經(jīng)出現(xiàn)了水力驅(qū)動的炮筒鏜床。1769年J.瓦特取得實用蒸汽機(jī)專利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽機(jī)的關(guān)鍵問題。1774年英國人J.威爾金森發(fā)明炮筒鏜床，次年用于為瓦特蒸汽機(jī)加工汽缸體。1776年他又制造了一臺較為精確的汽缸鏜床。1880年前后，在德國開始生產(chǎn)帶前后立柱和工作臺的臥式鏜床。為適應(yīng)特大、特重工件的加工，20世紀(jì)30年代發(fā)展了落地鏜床。隨著銑削工作量的增加，50年代出現(xiàn)了落地鏜銑床。20世紀(jì)初，由于鐘表儀器制造業(yè)的發(fā)展，需要加工孔距誤差較小的設(shè)備，在瑞士出現(xiàn)了坐標(biāo)鏜床。為了提高鏜床的定位精度，已廣泛采用光學(xué)讀數(shù)頭或數(shù)字顯示裝置。有些鏜床還采用數(shù)字控制系統(tǒng)實現(xiàn)坐標(biāo)定位和加工過程自動化。
1.1.2. 鏜削加工的特點
1) 鏜孔是對已鑄、鍛、鉆的孔進(jìn)行加工，以擴(kuò)大孔徑、提高精度、降低表面粗糙度以及孔位置的糾偏；
2) 鏜削加工的主運動是鏜刀的旋轉(zhuǎn)涌動，進(jìn)給運動可以是主軸的軸向或徑向移動，也可以是工作臺的縱向或橫向移動。
3) 鏜削刀具結(jié)構(gòu)簡單、種類多樣，具有較好的通用性，但鏜削加工（特別是單刃鏜刀加工）生產(chǎn)效率較低；
4) 鏜削加工主要適用于批量生產(chǎn)的零件加工及位置精度要求較高的孔的加工。
1.1.3. 鏜床的分類
鏜床分為臥式鏜床、落地鏜銑床、金剛鏜床和坐標(biāo)鏜床等類型。
1） 臥式鏜床：應(yīng)用最多、性能最廣的一種鏜床，適用于單件小批生產(chǎn)和修理車間。
2） 落地鏜床和落地鏜銑床：特點是工件固定在落地平臺上，適宜于加工尺寸和重量較大的工件,用于重型機(jī)械制造廠。
3） 金剛鏜床:使用金剛石或硬質(zhì)合金刀具，以很小的進(jìn)給量和很高的切削速度鏜削精度較高、表面粗糙度較小的孔，主要用于大批量生產(chǎn)中。
4） 坐標(biāo)鏜床：具有精密的坐標(biāo)定位裝置，適于加工形狀、尺寸和孔距精度要求都很高的孔，還可用以進(jìn)行劃線、坐標(biāo)測量和刻度等工作，用于工具車間和中小批量生產(chǎn)中。
5） 其他類型的鏜床還有立式轉(zhuǎn)塔鏜銑床、深孔鏜床和汽車、拖拉機(jī)修理用鏜床等。
本文中設(shè)計的鏜床主軸箱為臥式鏜床主軸箱。
1.2 主軸箱的概念
主軸箱是機(jī)床的重要的部件，是用于布置機(jī)床工作主軸及其傳動零件和相應(yīng)的附加機(jī)構(gòu)的。主軸箱采用多級齒輪傳動，通過一定的傳動系統(tǒng)，經(jīng)主軸箱內(nèi)各個位置上的傳動齒輪和傳動軸，最后把運動傳到主軸上，使主軸獲得規(guī)定的轉(zhuǎn)速和方向。主軸箱傳動系統(tǒng)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。
1.3 專用鏜床
1.3.1專用鏜床的概念
專用鏜床是根據(jù)需要加工零件的特性進(jìn)行設(shè)計的一類專用機(jī)床，主要用于對較復(fù)雜零件的批量生產(chǎn)。
1.3.2專用機(jī)床的基本要求
評論專用機(jī)床的性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)下述的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來判定，目的是希望設(shè)計（或者改進(jìn)設(shè)計）和制造出質(zhì)量好、效益好、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的專機(jī)。
1） 工藝范圍
機(jī)床的工藝范圍是指機(jī)床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力。對于專用機(jī)床只能完成一個或者幾個工件的特定工序加工。一般來說，工藝范圍窄，則專用機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)效率也高；工藝范圍太寬，則會使專用機(jī)床的結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜，不能充分發(fā)揮各部件的性能，甚至?xí)绊憣Ｓ脵C(jī)床的主要性能的提高、增加專用機(jī)床的成本。
2） 加工精度
專用機(jī)床應(yīng)該保證被加工工件達(dá)到規(guī)定的精度（包括尺寸、形狀、位置精度和表面粗糙度等），并能在專用機(jī)床長期使用中保持其精度。
3） 生產(chǎn)率和自動化程度
生產(chǎn)率通常是指在單位時間所能加工出的工件數(shù)量。要提高專用機(jī)床的生產(chǎn)率，必須縮短單個工件加工過程的總時間，包括切削加工時間、裝卸工件等輔助時間以及分?jǐn)偟矫總€工件上的準(zhǔn)備和終了時間。
為了提高勞動生產(chǎn)率、減輕工人的勞動強(qiáng)度以及更好的保證加工精度和精度的穩(wěn)定性，各種專用機(jī)床應(yīng)當(dāng)盡量提高自動化程度。設(shè)計專用機(jī)床時應(yīng)根據(jù)實際情況確定其自動化程度和實現(xiàn)自動化所采用的手段。
4） 可靠性
機(jī)床的可靠性是指機(jī)床整個使用壽命周期內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。對于專用機(jī)床來說，它也是一項重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。要求專用機(jī)床不輕易發(fā)生或盡可能少發(fā)生故障。所謂故障是指專用機(jī)床或其零件失去所規(guī)定功能的事件。從可靠性考慮，不僅要求專用機(jī)床在使用過程中不易發(fā)生故障，而且要求其發(fā)生故障后容易維修。
5） 操作方便、工作安全
操作系統(tǒng)要簡便可靠，以減輕操作人員的勞動強(qiáng)度。要有各種保險裝置以消除由于誤操作而引起的危險，以避免人身及設(shè)備事故的發(fā)生。
6） 造型美觀、減少污染
要求所設(shè)計的專用機(jī)床不僅使用性能好、尺寸小、價格低廉而且外形美觀，富于時代特點，并且盡可能降低噪聲，減輕對環(huán)境的污染。
上述各項基本要求之間既相互聯(lián)系又相互制約，在設(shè)計時應(yīng)加以綜合考慮。
1.4 文章的主要內(nèi)容
本篇論文的主要內(nèi)容是專用鏜床的主軸箱設(shè)計，其中涉及了鏜床傳動方案的確定，主傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計以及軸的設(shè)計三部分。根據(jù)對于傳動方案的確定，通過對電動機(jī)的選擇，齒輪參數(shù)的計算，從動軸及主軸參數(shù)的計算從而確定主軸箱的設(shè)計。其中最重要的是對于傳動方案的選擇以及傳動方案的設(shè)計。
第2章 鏜床傳動方案的確定
1. 常見的傳動方案
（1） 蝸桿傳動：
蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，一般蝸桿為主動件。蝸桿和螺紋一樣有右旋和左旋之分。蝸桿傳動，分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿。蝸桿上只有一條螺旋線的稱為單頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，渦輪轉(zhuǎn)過一齒，若蝸桿上有兩條螺旋線，就稱為雙頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，渦輪轉(zhuǎn)過兩個齒。
（2） 塔輪傳動：
通常兩個塔輪配套使用。動力和運動由主動軸輸入，通過帶和塔輪裝置由從動軸輸出。當(dāng)帶所處的主動輪和從動輪直徑相等時，實現(xiàn)等速傳動。改變帶的位置，當(dāng)帶處于主動輪直徑小于從動輪直徑位置時，實現(xiàn)減速傳動；處于主動輪直徑大于從動輪直徑位置時，實現(xiàn)增速傳動。塔輪傳動可用于需要有級變速而功率較小的地方。由于塔輪傳動裝置尺寸較大，雖然結(jié)構(gòu)簡單，在機(jī)械傳動中已很少采用。
（3） 齒輪傳動：
齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機(jī)械傳動。按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動、相交軸圓錐齒輪傳動和交錯軸螺旋齒輪傳動。在所有的機(jī)械傳動中，齒輪傳動應(yīng)用最廣，可用來傳遞相對位置不遠(yuǎn)的兩軸之間的運動和動力。齒輪傳動的特點是：齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確，工作可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大。例如傳遞功率可以從很小至幾十萬千瓦；速度最高可達(dá)300m/s；齒輪直徑可以從幾毫米至二十多米。但是制造齒輪需要有專門的設(shè)備，嚙合傳動會產(chǎn)生噪聲。
2.傳動方案的確定
根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書要求的簡易鏜床主軸具備5級轉(zhuǎn)速，并且主軸能夠正反轉(zhuǎn)，刀具隨主軸上作旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)速分別為分別為100、160、220、300、360r/min。工作臺隨絲杠上作直線進(jìn)給運動。根據(jù)鏜床的運動特點，刀具在切削加工過程中需要多種轉(zhuǎn)速（如鏜孔、車削內(nèi)外螺紋、攻絲、銑削端面或者平面等）。鏜床最大的特色是設(shè)計考慮到設(shè)計的簡易性、操作可行性，經(jīng)過諸多方面的考慮，而采用滑移齒輪最適合。認(rèn)為利用滑移齒輪結(jié)構(gòu)能夠簡便的將電動機(jī)轉(zhuǎn)速降為多種轉(zhuǎn)速從而滿足設(shè)計要求。故本設(shè)計中的主運動為：電動機(jī)經(jīng)過滑移齒輪進(jìn)行傳動，再通過主軸使刀具做旋轉(zhuǎn)運動，以實現(xiàn)刀具的切削運動。
3. 主軸箱內(nèi)轉(zhuǎn)速圖及零件分布
主軸箱轉(zhuǎn)速圖如圖所示：
主軸箱內(nèi)布局如圖所示：
第3章 主傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計
3.1. 電動機(jī)的選擇
1. 選擇電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)
按工作要求，由于三相異步電動機(jī)構(gòu)造簡單，制造、使用和維護(hù)方便，運行可靠，重量較輕，成本較低，固選用Y系列三相異步電動機(jī)為臥式結(jié)構(gòu)。。結(jié)構(gòu)形式：基本安裝B3型，機(jī)座帶底角，端蓋無凸緣，
2. 電動機(jī)的容量選擇
電動機(jī)輸出功率按式（1）為
P0 ………………………………………………(1)
由式（2）
PW ==kw ……………………………………(2)
因此
Pw =
P0 －電動機(jī)的工作功率kw
PW －工作機(jī)（主軸）所需功率kw
T －主軸的扭矩
n －主軸的轉(zhuǎn)速
機(jī)械傳動裝置的總效率按式（3）為
= …………………………………………（3）
－機(jī)械傳動裝置的總效率（由電動機(jī)至工作機(jī)的輸入端）
式中－ 輸入軸上軸承傳動效率
－ 第一級圓柱齒輪傳動效率
－ 第二級圓柱齒輪傳動效率
－ 中間軸上軸承傳動效率
－ 輸出軸上軸承傳動效率
查表得=0.98，=0.99，=0.99，=0.98，=0.98。
則= =
根據(jù)《實用機(jī)床設(shè)計手冊》可得公式（1），（2）
……………………………………（1）
－主切削力，單位為N。
－最大加工直徑，單位為mm。
由畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書可得
因此=1378 N
T=……………………………………（2）
－主切削力，單位為N。
T－主軸的扭矩，單位
由畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書可得S=
因此T=
則 P0 ==
3.確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速
由于主軸的工作轉(zhuǎn)速為100、160、220、300、360此次設(shè)計采用的是滑移齒輪傳動機(jī)構(gòu)。對于長期連續(xù)運轉(zhuǎn)，載荷變化較小，且在常溫下工作的電動機(jī)，選擇電動機(jī)時，只需要使電動機(jī)的額定功率Pm 等于或略大于電動機(jī)所需要的輸出功率P0，電動機(jī)便不會過熱。
根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速以及前文轉(zhuǎn)速圖可以得出。，由《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計》查出有三種使用的電動機(jī)型號，因此有三種傳動方案，如圖表：
方案
電動機(jī)型號
額定功率Pm
Kw
電動機(jī)轉(zhuǎn)速
r/min
1
Y132-2
5.5
2900
2
Y132-6
5.5
960
3
Y132S-4
5.5
1440
綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸和齒輪傳動比，可見第三方案比較適合。因此選定電動機(jī)型號為Y132-2。
4. 計算傳動裝置的總傳動比并分配傳動比
由于該傳動裝置共有五級轉(zhuǎn)速，分別為：100、160、220、300、360。
故傳動比由=，
式中－高速軸傳動比
－低速軸傳動比
得出在五種轉(zhuǎn)速時得到的不同傳動比分別如下表：
100
160
220
300
360
29
18
13.2
9.6
8
5.8
4.5
4.4
3.2
3
5
4
3
3
2.7
3.2. 機(jī)械傳動裝置運動和動力參數(shù)的計算
3.2.1. 各軸的轉(zhuǎn)速、輸入功率及扭矩
該傳動裝置從電動機(jī)到工作機(jī)共有三軸，依次為I軸、II軸、III軸，且該傳動裝置共有五級轉(zhuǎn)速，分別為：100、160、220、300、360
當(dāng)轉(zhuǎn)速為100時：
1） 各軸的轉(zhuǎn)速：
軸I：
軸II：
軸III：
2） 各軸的輸入功率
軸I：
軸II:
軸III:
3） 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩
軸I：
軸II：
軸III:
固可得高速軸（輸入軸）軸I、中間軸軸II、低速軸（輸出軸）軸III的動力參數(shù)如下表所示：
不同轉(zhuǎn)速時各軸參數(shù)
100r/min
160r/min
220r/min
300r/min
360r/min
軸I轉(zhuǎn)速
2900
2900
2900
2900
2900
軸II轉(zhuǎn)速
500
644
659
900
966.67
軸III轉(zhuǎn)速
100
160
220
300
358
軸I輸入功率
4.2
4.2
4.2
4.2
4.2
軸II輸入功率
4.0
4.0
4.0
4.0
4.0
軸III輸入功率
3.9
3.9
3.9
3.9
3.9
軸I轉(zhuǎn)矩
13.6
13.6
13.6
13.6
13.6
軸II轉(zhuǎn)矩
75.76
58.78
57.47
41.8
39.18
軸III轉(zhuǎn)矩
371.24
230.43
168.98
122.89
103.68
3.2.2. 齒輪的設(shè)計
由于本次設(shè)計需要進(jìn)行100、160、220、300、360五級轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換，并要求主軸能夠正反轉(zhuǎn)，固需要進(jìn)行多組齒輪的設(shè)計。
1.當(dāng)轉(zhuǎn)速為100時的齒輪設(shè)計：
1）中間軸與輸出軸選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
（1）按簡圖所示的傳動方案，選用直齒輪圓柱齒輪傳動
（2）本次設(shè)計專用鏜床需要一定精度，固選用7級精度齒輪
（3）材料選擇。由《機(jī)械設(shè)計》表10-1，選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。
（4）選小齒輪齒數(shù)，則大齒輪齒數(shù)
（5）按軟齒而齒輪非對稱安裝，查《機(jī)械設(shè)計》表10-7可得齒寬系數(shù)
2）初步設(shè)計齒輪主要尺寸
（1） 設(shè)計準(zhǔn)則：先由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算。兩者比較校核。
（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算
由《機(jī)械設(shè)計》課本可得公式（1）
……………………（1）
1.確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1)試選載荷系數(shù)；。
2)計算小齒輪傳遞的扭矩
3) 由《機(jī)械設(shè)計》表10-7查得齒寬系數(shù)。
4) 由《機(jī)械設(shè)計》表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。
5) 由《機(jī)械設(shè)計》圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。
6) 由《機(jī)械設(shè)計》可得公式（2）
……………………………………（2）
式中 N－應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；
n－齒輪的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；
j－為齒輪每轉(zhuǎn)一圈時，同一齒面嚙合的次數(shù)；
－為齒輪的工作壽命，單位為h。
由式（2）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
可得
7）由《機(jī)械設(shè)計》課本圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)；
8）計算接觸疲勞需用應(yīng)力。
由《機(jī)械設(shè)計》課本得公式（3）
………………………………………（3）
式中 S－疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)；
－壽命系數(shù)；
－齒輪的疲勞極限。
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1
固
2. 計算
1） 計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。
2） 計算圓周速度v。
3） 計算齒寬b。
4）計算齒寬與齒高之比。
模數(shù)：
齒高：
5） 計算載荷系數(shù)。
根據(jù)，7級精度，由《機(jī)械設(shè)計》課本圖10-8查得動載系數(shù)；
直齒輪，;
由《機(jī)械設(shè)計》課本表10-2查得使用系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計》課本表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，。
由，查《機(jī)械設(shè)計》課本圖10-13得；
固載荷系數(shù)
6） 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由《機(jī)械設(shè)計》課本可以得公式（4）
……………………………………（4）
固
7） 計算模數(shù)m。
③按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計
由《機(jī)械設(shè)計》課本可得公式（5）
…………………………（5）
1. 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1）由《機(jī)械設(shè)計》課本圖10-20c查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限；
2）由《機(jī)械設(shè)計》課本圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，
3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
由《機(jī)械設(shè)計》課本可得公式（6）
…………………………（6）
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（6）得
4） 計算載荷系數(shù)K。
5）查取齒形系數(shù)。
由《機(jī)械設(shè)計》課本表10-5查得,
6） 查取應(yīng)力校正系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計》課本表10-5差得，
7） 計算大小齒輪的并加以比較
可得大齒輪的數(shù)值較大
2. 設(shè)計計算
由公式（5）可得
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.39并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm，按接觸強(qiáng)度算得分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)：
這樣設(shè)計出的齒輪，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。
④幾何尺寸計算
1. 計算分度圓直徑
2. 計算中心距
3. 計算齒輪寬度
固取大齒輪，小齒輪。
1）中間軸與輸出軸選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
（1）按簡圖所示的傳動方案，選用直齒輪圓柱齒輪傳動
（2）本次設(shè)計專用鏜床需要一定精度，固選用7級精度齒輪
（3）材料選擇。由《機(jī)械設(shè)計》表10-1，選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。
（4）選小齒輪齒數(shù)，則大齒輪齒數(shù)
（5）按軟齒而齒輪非對稱安裝，查《機(jī)械設(shè)計》表10-7可得齒寬系數(shù)
2）初步設(shè)計齒輪主要尺寸
（1） 設(shè)計準(zhǔn)則：先由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算。兩者比較校核。
（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算
由《機(jī)械設(shè)計》課本可得公式（1）
……………………（1）
1.確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1)試選載荷系數(shù)；。
2)計算小齒輪傳遞的扭矩
7) 由《機(jī)械設(shè)計》表10-7查得齒寬系數(shù)。
8) 由《機(jī)械設(shè)計》表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。
9) 由《機(jī)械設(shè)計》圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。
10) 由《機(jī)械設(shè)計》可得公式（2）
……………………………………（2）
式中 N－應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；
n－齒輪的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；
j－為齒輪每轉(zhuǎn)一圈時，同一齒面嚙合的次數(shù)；
－為齒輪的工作壽命，單位為h。
由式（2）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
可得
7）由《機(jī)械設(shè)計》課本圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)；
8）計算接觸疲勞需用應(yīng)力。
由《機(jī)械設(shè)計》課本得公式（3）
………………………………………（3）
式中 S－疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)；
－壽命系數(shù)；
－齒輪的疲勞極限。
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1
固
3. 計算
1） 計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。
2） 計算圓周速度v。
4） 計算齒寬b。
4）計算齒寬與齒高之比。
模數(shù)：
齒高：
6） 計算載荷系數(shù)。
根據(jù)，7級精度，由《機(jī)械設(shè)計》課本圖10-8查得動載系數(shù)；
直齒輪，;
由《機(jī)械設(shè)計》課本表10-2查得使用系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計》課本表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，。
由，查《機(jī)械設(shè)計》課本圖10-13得；
固載荷系數(shù)
7） 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由《機(jī)械設(shè)計》課本可以得公式（4）
……………………………………（4）
固
8） 計算模數(shù)m。
③按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計
由《機(jī)械設(shè)計》課本可得公式（5）
…………………………（5）
2. 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1）由《機(jī)械設(shè)計》課本圖10-20c查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限；
2）由《機(jī)械設(shè)計》課本圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，
3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
由《機(jī)械設(shè)計》課本可得公式（6）
…………………………（6）
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（6）得
5） 計算載荷系數(shù)K。
5）查取齒形系數(shù)。
由《機(jī)械設(shè)計》課本表10-5查得,
7） 查取應(yīng)力校正系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計》課本表10-5差得，
8） 計算大小齒輪的并加以比較
可得大齒輪的數(shù)值較大
3. 設(shè)計計算
由公式（5）可得
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.45并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=3mm，按接觸強(qiáng)度算得分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)：
這樣設(shè)計出的齒輪，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。
④幾何尺寸計算
4. 計算分度圓直徑
5. 計算中心距
6. 計算齒輪寬度
固取大齒輪，小齒輪。
2. 設(shè)計其余轉(zhuǎn)速時的齒輪參數(shù)
由于本次設(shè)計的專用機(jī)床共擁有五級轉(zhuǎn)速，分別為：100、160、220、300、360。固根據(jù)100時計算出的齒數(shù)可求出在其它轉(zhuǎn)速時，齒輪所需要的齒數(shù)。并根據(jù)齒輪在該轉(zhuǎn)速時的參數(shù)，來選定齒輪的材料。
又由前文計算可得輸入軸I到中間軸II的總齒數(shù)，中心距，中間軸II到輸出軸III的總齒數(shù)，中心距。由前文中計算同理可以得出其余齒輪參數(shù)，具體如下表：
齒輪參數(shù)
齒數(shù)
分度圓直徑
齒輪寬度
模數(shù)
高速軸上齒輪1
30
60
40
2
高速軸上齒輪2
55
110
2
中間軸上齒輪3
174
348
50
2
中間軸上齒輪4
149
298
2
中間軸上齒輪5
30
90
3
中間軸上齒輪6
41
123
3
中間軸上齒輪7
75
225
3
低速軸上齒輪8
150
450
3
低速軸上齒輪9
139
417
3
低速軸上齒輪10
105
315
3
3. 主軸箱內(nèi)齒輪分布
根據(jù)前文中對于主軸箱內(nèi)的布局，并經(jīng)過對于齒輪參數(shù)的計算，又由于本次設(shè)計的專用鏜床主軸箱需要五級速度，分別為100、160、220、300、360r/min。因為該滑移齒輪組共擁有六級變速，而由于任務(wù)書要求，故只采用前五級主軸轉(zhuǎn)速。故主軸箱內(nèi)齒輪分布位置如下圖所示：
第4章 軸的設(shè)計
4.1. 從動軸的設(shè)計計算
1. 軸的選材
1）由《機(jī)械設(shè)計》課本表15-1，選軸的材料為45號鋼（調(diào)質(zhì)）
2）由《機(jī)械設(shè)計》課本表15-1，查得抗拉強(qiáng)度極限，許用彎
曲應(yīng)力。
3）由《機(jī)械設(shè)計》課本表15-3，由于材料為45號鋼，查得，
。
2. 高速軸I(輸入軸)的設(shè)計
1) 初步確定軸的最小直徑
高速軸I（輸入軸）與電機(jī)直接相連，軸上齒輪，選擇固定裝配。其裝配圖如下圖所示：
由《機(jī)械設(shè)計》課本可得公式（1）
………………………………………（1）
式中：P－軸傳遞的功率，單位為Kw
n－軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min
由公式(1)可得
考慮到高速軸I與電機(jī)直接用聯(lián)軸器相連，并且軸上需要以平鍵與二聯(lián)齒輪進(jìn)行連接。由《機(jī)械設(shè)計》課本可知對于直徑的軸時，有一個鍵槽時，軸的直徑增大；有兩個鍵槽時，軸的直徑應(yīng)增大。然后將軸的直徑圓柱為標(biāo)準(zhǔn)直徑。固取。
由于高速軸I選擇LX1型聯(lián)軸器，固取，半聯(lián)軸器長度，
半聯(lián)軸器與軸配合的?？组L度.
2) 高速軸I的結(jié)構(gòu)設(shè)計
(1) 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，I-II軸段右端需要軸肩，固取II-III段的直徑；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑。半聯(lián)軸器與軸配合的?？组L度.，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，固I-II段的長度應(yīng)比略短一點，固取。
(2) 初步選擇滾動軸承。因軸承同時受到軸向力和徑向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求，并根據(jù)，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級的單列圓錐滾子軸承30325，其尺寸為，固取；而。
右端滾動軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊上查到30325型軸承的定位軸肩高度，因此，取。
(3) 取安裝齒輪段的軸段IV-V的直徑；齒輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。由于已知齒輪齒寬，而又由于采用雙聯(lián)齒輪，固為了使套筒面可靠的壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于齒輪寬度，故取。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度，故取，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度，取。
(4) 軸承端蓋的總寬度為10mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面得間距，固取。
(5) 由箱體內(nèi)實際裝配情況考慮，得，。
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。
具體參數(shù)如下圖所示：
3. 中間軸II的設(shè)計
1）初步確定軸的最小直徑
中間軸II并不與輸入輸出端直接相連，軸上齒輪，，，，選擇滑移齒輪裝配。其裝配圖如下圖所示：
由《機(jī)械設(shè)計》課本可得公式（1）
………………………………………（1）
式中：P－軸傳遞的功率，單位為Kw
n－軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min
由公式(1)可得
考慮到中間軸II不用與聯(lián)軸器相連，但是軸上需要以花鍵與齒輪進(jìn)行連接。由《機(jī)械設(shè)計》課本可知對于直徑的軸時，有一個鍵槽時，軸的直徑增大；有兩個鍵槽時，軸的直徑應(yīng)增大。然后將軸的直徑圓柱為標(biāo)準(zhǔn)直徑。固取。
2）中間軸II的結(jié)構(gòu)設(shè)計
(1) 初步選擇滾動軸承。由于中間軸II左端不用于聯(lián)軸器相連，固選擇與軸承相連接。因軸承同時受到軸向力和徑向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求，并根據(jù)，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級的單列圓錐滾子軸承30325，其尺寸為，因此，故取I-II段直徑，。
(2) 取安裝齒輪的軸段2的直徑。由于為滑移齒輪，固無須進(jìn)行軸向固定，而由于已知齒輪齒寬，固。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度，故取，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度，取。
由于中間軸II并不與輸入或輸出端直接相連，固其他段軸的算法如上相同，具體參數(shù)如圖所示。
4.2主軸的設(shè)計計算
主軸與鏜刀直接相連，軸上齒輪，，選擇固定裝配。其裝配圖如下圖所示：
由《機(jī)械設(shè)計》課本可得公式（1）
………………………………………（1）
式中：P－軸傳遞的功率，單位為Kw
n－軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min
由公式(1)可得
考慮到低速軸III（輸出軸）需要以鍵與齒輪進(jìn)行連接。由《機(jī)械設(shè)計》課本可知對于直徑的軸時，有一個鍵槽時，軸的直徑增大；有兩個鍵槽時，軸的直徑應(yīng)增大。然后將軸的直徑圓柱為標(biāo)準(zhǔn)直徑。固取。
由于低速軸III（輸出軸）與高速軸I（輸入軸）所需計算相同，故詳細(xì)參數(shù)如圖所示。
4.3鍵連接的選擇與計算
1.高速軸I（輸入軸）上的鍵選擇
由《機(jī)械設(shè)計》課本表6-1查表知當(dāng)時，故高速軸（輸入軸）與齒輪連接的鍵選擇，鍵長，材料為鋼。
由《機(jī)械設(shè)計》課本表6-1查表知時，故高速軸（輸入軸）與齒輪連接的鍵選擇，鍵長，材料為鋼。
2. 中間軸II上的鍵選擇
由于中間軸II不需與聯(lián)軸器相連接，所以不用選擇與聯(lián)軸器相連的鍵，僅需選擇與齒輪相連的鍵。且中間軸II上共有5個齒輪且均為滑移齒輪，固選擇花鍵連接方式?；ㄦI采用矩形花鍵連接。由《機(jī)械設(shè)計》課本可得公式（1）
…………………………………（1）
式中：—載荷分配不均系數(shù)，與齒數(shù)多少有關(guān)，一般取，齒
數(shù)多時取偏小值；
z—花鍵的齒數(shù)；
l—齒的工作長度；
h—花鍵齒側(cè)面的工作高度；
—花鍵的平均直徑。
由公式（1）計算得。
經(jīng)校核，中間軸的鍵強(qiáng)度符合要求。
3.低速軸（輸出軸）III上的鍵選擇
由《機(jī)械設(shè)計》課本表6-1查表知時，故高速軸（輸入軸）
與齒輪連接的鍵選擇，鍵長，材料為鋼。
第5章 全文總結(jié)
本次畢業(yè)設(shè)計使理論與實際更加接近，不僅加深了對所學(xué)知識的理解，而且為將來繼續(xù)學(xué)習(xí)深造打下了堅實的基礎(chǔ)。這次設(shè)計主要內(nèi)容是鏜床主軸箱的設(shè)計。其中包括了鏜床的用途和相關(guān)技術(shù)要求，根據(jù)所要求加工零件設(shè)計專用鏜床的主軸箱傳動部分。在齒輪和軸的參數(shù)計算還涉及到了許多機(jī)械專業(yè)方面的基礎(chǔ)知識，并且了解到如何進(jìn)行多級轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)變，并掌握了如何針對齒輪與軸、軸與軸承之間的連接關(guān)系與連接方式，能很好的進(jìn)行連接方式的選擇。
在本次設(shè)計全部完成之后，具備了系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)的設(shè)計知識，掌握了軸類和齒輪在主軸箱內(nèi)如何進(jìn)行選擇的知識，，對常用的機(jī)械材料能夠合理選用；可以良好的設(shè)計一條傳動線路，并且能夠及時針對不同轉(zhuǎn)速做出不同的設(shè)計，提出改進(jìn)方案。
本次設(shè)計，讓我將大學(xué)四年的所學(xué)所用可以更好的學(xué)以致用并且可以更好的將理論與實際相結(jié)合。
致謝
歷時半年的畢業(yè)設(shè)計在忙碌中即將結(jié)束，我已經(jīng)全部完成了我的課題任務(wù)。此時，大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活也即將結(jié)束。這次畢業(yè)論文和設(shè)計得到了很多老師、同學(xué)的幫助。其中我的導(dǎo)師李文燕老師對我的關(guān)心和支持尤為重要，她為人隨和熱情，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心。在閑聊中她總是能像知心朋友一樣鼓勵我，感謝她在整個畢業(yè)設(shè)計過程中給予我方方面面幫助。在長達(dá)一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計中我收獲頗多。尤其是加強(qiáng)了綜合運用知識的能力，提高了機(jī)械設(shè)計的能力和水平。這次專用鏜床的主軸箱設(shè)計使我對主軸箱內(nèi)的傳動系統(tǒng)有了一個比較清晰的認(rèn)識，對機(jī)械制造領(lǐng)域知識也有了整體的概念。十分感謝文燕老師在整個設(shè)計過程中給予的悉心指導(dǎo)和諸多幫助。
最后，我向辛勤培育了我四年的西北工業(yè)大學(xué)明德學(xué)院機(jī)電工程系的全體老師致以崇高的敬意及衷心的感謝。
畢業(yè)設(shè)計小結(jié)
隨著畢業(yè)日子的到來，我的畢業(yè)設(shè)計也接近尾聲。經(jīng)過幾個月的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)，更得注重對理論的學(xué)習(xí)。
機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)涵蓋面非常廣，它涉及到機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制造和自動化控制三大方面，我這次選擇的的是機(jī)械設(shè)計、制造類型的課題—專用鏜床的主軸箱設(shè)計，主要是計算主軸箱內(nèi)參數(shù)并作圖，它要求學(xué)生能結(jié)合對課本的學(xué)習(xí)，綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)和技術(shù)知識，聯(lián)系生產(chǎn)實際和機(jī)器的集體工作條件，去設(shè)計和利用所用到的零部件及簡單的機(jī)械，起到從基礎(chǔ)課程到專業(yè)課程承前啟后的橋梁作用，有對機(jī)械設(shè)計工作者進(jìn)行基礎(chǔ)素質(zhì)培養(yǎng)的啟蒙作用。
此刻，我要感謝機(jī)電工程系的全體老師幾年來對我的指導(dǎo)和幫助，他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度使我得到的不僅是知識，還有他們對知識孜孜不倦追求的精神及做人的品質(zhì)。感謝我的指導(dǎo)老師李郁對我悉心的指導(dǎo)和幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。
總之，整個畢業(yè)設(shè)計的過程讓我受益匪淺。再次感謝我的指導(dǎo)老師給予我的幫助，同時也感謝我的同學(xué)們給我的意見和建議。
附錄
1.參考文獻(xiàn)和書目
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[7]濮良貴·《機(jī)械設(shè)計》·高等教育出版社·2006（5）
[8]黃珊秋·《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計》·高等教育出版社·2006（5）
2.零件圖 3張
3.主軸箱裝配圖 1張
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