iC616 主軸箱的設(shè)計(jì)前 言制造業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其增加值約占我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的 40%以上，而先進(jìn)的制造技術(shù)室振興制造業(yè)系統(tǒng)工程的重要組成部分。21 世紀(jì)時(shí)科學(xué)計(jì)數(shù)突飛猛進(jìn)、不斷取得新突破的世紀(jì)，它是機(jī)床技術(shù)全面發(fā)展的時(shí)代。機(jī)床代表一個(gè)民族制造工業(yè)現(xiàn)代化的水平，隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，制造技術(shù)和自動(dòng)化水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。車(chē)床是目前使用最廣泛的機(jī)床之一。車(chē)床主要用于加工軸類(lèi)等回轉(zhuǎn)體零件。通過(guò)數(shù)控加工程序的運(yùn)行，可自動(dòng)完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成型表面、螺紋和斷面等工序的切削加工，并能進(jìn)行車(chē)槽、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等動(dòng)作。能夠在一次裝夾過(guò)程中完成更多的加工工序，提高加工進(jìn)度和生產(chǎn)效率，特別適合于復(fù)雜形狀回轉(zhuǎn)類(lèi)零件的加工。機(jī)床是制造工業(yè)的基本生產(chǎn)設(shè)備，機(jī)床工業(yè)是我國(guó)國(guó)計(jì)民生，國(guó)防建設(shè)的基礎(chǔ)工業(yè)和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，在世界范圍內(nèi)備受各方密切關(guān)注。我國(guó)機(jī)床工業(yè)在國(guó)家正確方針政策指引下。經(jīng)歷經(jīng)濟(jì)恢復(fù)時(shí)期及“十五”計(jì)劃階段，特別是改革開(kāi)放 20年來(lái)的艱巨努力，建立起較大規(guī)模，較完整的體系，奠定了有力的技術(shù)基礎(chǔ)，具備相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)實(shí)力。增加機(jī)床加工精度，提高機(jī)床加工效率。變速箱中包括的機(jī)構(gòu)大致有：作為傳動(dòng)鏈連接用的定比傳動(dòng)副，變速機(jī)構(gòu)，操縱機(jī)構(gòu)和潤(rùn)滑裝置。而操縱機(jī)構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì)對(duì)車(chē)床的構(gòu)造和性能的發(fā)揮有著直接影響。機(jī)床設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)人員根據(jù)使用部門(mén)的要求和制造部門(mén)的可能，運(yùn)用有關(guān)科學(xué)技術(shù)知識(shí)，所進(jìn)行的創(chuàng)造性的勞動(dòng)。機(jī)床工業(yè)是機(jī)器制造業(yè)的重要部門(mén)，擔(dān)負(fù)著為農(nóng)業(yè)，工業(yè)，科學(xué)技術(shù)和國(guó)防現(xiàn)代化提供技術(shù)裝備的任務(wù)，在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。一個(gè)國(guó)家機(jī)床工業(yè)的技術(shù)水平，機(jī)床的擁有量和現(xiàn)代化程度是這個(gè)國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)能力和技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。希望可以通過(guò)對(duì) C616普通車(chē)床變速箱及操作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，來(lái)進(jìn)一步提高專(zhuān)業(yè)和理論知識(shí)水平，提高解決實(shí)際問(wèn)題能力。ii摘 要普通中型車(chē)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(guò)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(lèi)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(rùn)滑與密封、傳動(dòng)軸及滑移齒輪零件的設(shè)計(jì)?！娟P(guān)鍵詞】車(chē)床、主軸箱、變速系統(tǒng)、主軸組件。iiiAbstractOrdinary medium-sized lathe headstock design, including the three aspects of the design, namely: According to a design by the use of a given machine, specifications, spindle speed limit, speed series of common ratio or series, to determine other relevant motion parameters, the selected axis of the grade speed value; through analysis and comparison, select the drive scheme; proposed structure or structure network, development of speed diagram; determine gear and pulley diameter; drawing transmission system map. Secondly, according to machine type and motor power, and the transmission parts to determine the calculation of the spindle speed, an initial diameter of shaft, gear module to determine the belt type and root number, size and number of friction plate; Assembly Draft Checking transmission parts after completion of (shaft, spindle, gear, bearing) stiffness, strength or life. Finally, the complete design and dynamic design exercise, the main transmission scheme to the “structural“, the design of spindle gearbox assembly drawing and part drawings, focusing on the drive shaft assembly, spindle assembly, transmission organizations, box, lubrication and sealing , drive shaft and the sliding gear with the design. Key words ：lathe, the spindle box, transmission, shaft components. iv目 錄前 言 .i摘 要 ii第一篇 機(jī)床的參數(shù) 1第一章 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù) 1第一節(jié) 尺寸參數(shù) 1第二節(jié) 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 1第三節(jié) 動(dòng)力參數(shù) 2第二章 結(jié)構(gòu)方案確定 2第二篇 機(jī)床運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì) 2第三章 主傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 3第一節(jié) 結(jié)構(gòu)式的擬訂 3第二節(jié) 分配降速比 3第三節(jié) 結(jié)構(gòu)網(wǎng)的擬定 4第四章 齒輪齒數(shù)的確定 5第一節(jié) 確定齒輪齒數(shù) 6第二節(jié) 驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差 7第三節(jié) 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 8第三篇 機(jī)床動(dòng)力的設(shè)計(jì) 8第五章 傳動(dòng)件參數(shù)估算 9第一節(jié) 確定傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速 9第二節(jié) 估算主軸支承軸頸直徑 9第三節(jié) 估算傳動(dòng)軸直徑 9第四節(jié) 軸的校核 12第五節(jié) 鍵的選擇與校核 14第六節(jié) 花鍵的校核 15第七節(jié) 齒輪模數(shù)的確定和校核 15第八節(jié) 齒輪的校核 23第九節(jié) 軸承的選用與校核 28第六章 帶輪設(shè)計(jì) 30v第一節(jié) 型號(hào)的選擇 30第二節(jié) 帶輪節(jié)圓直徑的選擇 30第三節(jié) 帶速的驗(yàn)算 31第四節(jié) 確定帶的參數(shù) 31第七章 離合器的確定 32第一節(jié) 確定摩擦片的徑向尺寸 33第二節(jié) 確定摩擦片的數(shù)目 34第八章 換向與制動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 35第四篇 機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 36第九章 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)軸系 36第十章 變速機(jī) 37第十一章 主軸組件 37第一節(jié) 主軸材料和熱處理 37第二節(jié) 主軸軸承 38第三節(jié) 主軸與齒輪的連接 39第四節(jié) 主軸組件設(shè)計(jì) 40第五節(jié) 支撐跨距 L.40第六節(jié) 主軸最佳跨距 的確定 .410第七節(jié) 主軸剛度驗(yàn)算 43第八節(jié) 主軸前支撐轉(zhuǎn)角的驗(yàn)算 44第九節(jié) 主軸前端位移的驗(yàn)算 45第十二章 主軸變速箱 47第十三章 展開(kāi)圖及其布置 47第十四章 潤(rùn)滑與密封 48第十五章 其他問(wèn)題 49參考文獻(xiàn) 50總 結(jié) 51外文資料 52外文翻譯 58致 謝 601第一篇 機(jī)床的參數(shù)第一章 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)普通機(jī)床的規(guī)格和類(lèi)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(jiǎn)要介紹。本次設(shè)計(jì)的是普通型車(chē)床主軸變速箱。主要用于加工回轉(zhuǎn)體。機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)包括尺寸參數(shù)，運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)。第一節(jié) 尺寸參數(shù)床身上最大回轉(zhuǎn)直徑： 320mm刀架上的最大回轉(zhuǎn)直徑： 200mm主軸通孔直徑： 30mm主軸前錐孔： 莫式 5號(hào)最大加工工件長(zhǎng)度： 1000mm第二節(jié) 運(yùn)動(dòng)參數(shù)根據(jù)工況，確定主軸最高轉(zhuǎn)速有采用 YT15硬質(zhì)合金刀車(chē)削碳鋼工件獲得，主軸最低轉(zhuǎn)速有采用 W16Cr4V高速鋼刀車(chē)削鑄鐵件獲得。機(jī)床的最高轉(zhuǎn)速為 1400r/min，公比 取 1.41，轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) Z=12。?正轉(zhuǎn)各級(jí)轉(zhuǎn)速如下：n1 =31.5r/min n2 =45r/min n3 =63r/min n4 =90r/min n5 =125r/min n6 =180r/min n7 =250r/min n8 =355r/minn9 =500r/min n10 =710r/min n11 =1000r/min n12 =1400r/min．2第三節(jié) 動(dòng)力參數(shù)電動(dòng)機(jī)功率 4KW ， n 電 =1450r/min。電動(dòng)機(jī)的選定：一般金屬切削機(jī)床的驅(qū)動(dòng)，如無(wú)特殊性能要求，多采用 Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。Y 系列電動(dòng)機(jī)高效、節(jié)能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。根據(jù)機(jī)床所需功率選擇 Y112M-4，其同步轉(zhuǎn)速為 1450r/min。第二章 結(jié)構(gòu)方案確定a) 主軸傳動(dòng)系統(tǒng)采用 V帶、齒輪傳動(dòng)；b) 傳動(dòng)形式采用集中式傳動(dòng)；c) 主軸換向制動(dòng)采用雙向片式摩擦離合器和帶式制動(dòng)器；d) 變速系統(tǒng)采用多聯(lián)滑移齒輪變速。e) 主軸的變速由變速手柄完成。第二篇 機(jī)床運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)根據(jù)給定的機(jī)床的用途、規(guī)格、極限轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速數(shù)列公比，通過(guò)分析比較擬定傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)方案（包括結(jié)構(gòu)式、轉(zhuǎn)速圖）和傳動(dòng)系統(tǒng)圖，確定傳動(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù)，計(jì)算主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速的相對(duì)誤差。3第三章 主傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)第一節(jié) 結(jié)構(gòu)式的擬訂一、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Ⅰ軸裝有雙向磨擦片式離合器，軸向尺寸較長(zhǎng)，為便于結(jié)構(gòu)緊湊，第一變速組采用雙聯(lián)齒輪不按前多后少的原則。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。根據(jù)以上的原則：可選擇以下兩種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)：12=2×3×2 12=2×2×3 二、按傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相一致的原則，變速組擴(kuò)大順序有以下兩種：（1） （2） 6213?? 4213??84.)(6?R 864.)3(??R三、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。又因?yàn)榈诙M最后擴(kuò)大組變速范圍超過(guò)極限值，所以最終確定結(jié)構(gòu)式為：6213??第二節(jié) 分配降速比該車(chē)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)共設(shè)有四個(gè)傳動(dòng)組，其中有一個(gè)是帶傳動(dòng)。根據(jù)降速比分配應(yīng)“前慢后快”的原則及摩擦離合器的工作速度要求，確定各傳動(dòng)組最小傳動(dòng)比。U= = 1/1.4111nmiax4= 1?3314?第三節(jié) 結(jié)構(gòu)網(wǎng)的擬定正轉(zhuǎn)圖：31.545639012518025035550071010001400單 位 ： r/min電 動(dòng) 機(jī) I II III IV1450r/min反轉(zhuǎn)圖：531.5 63 1252505001000單 位 ： r/min電 動(dòng) 機(jī) I II III IV1450r/minII′45901803557101400第四章 齒輪齒數(shù)的確定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(shuō)，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(wèn)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—6，6圓周速度很低的，才選 8—7—7。如果噪聲要求很?chē)?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?；讫X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(huà)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?；讫X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。第一節(jié) 確定齒輪齒數(shù)從機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)書(shū)中查表 3-9的基本組的傳動(dòng)比為：Ua1=1 Sz=……, 48，58，60，68，70, 72…… Ua2=1.41 Sz=……, 48，58，60，68，70, 72……取 Sz=70,兩個(gè)傳動(dòng)副的主動(dòng)齒輪齒數(shù)分別為 35、29。則可算出兩個(gè)傳動(dòng)副的齒輪齒數(shù)比分別為 Ua1=35/35，U a2=29/41 。第一擴(kuò)大組的傳動(dòng)比為： Ub1=1.41 Sz=……67,68,70,72,73,75.……,Ub2=1.41 Sz=……67,68,70,72,73,75……,Ub3=2.82 Sz=……68,69,72,73,76,77…7取 Sz=72,三個(gè)傳動(dòng)副的主動(dòng)齒輪齒數(shù)分別為 42、30、19.則可算出三個(gè)傳動(dòng)副的齒輪齒數(shù)比分別為：Ua1=42/30，U a2=30/42， U a3=19/53第二擴(kuò)大組的傳動(dòng)比為： Uc1=2 Sz=……,86,87,89,90,92,……,Uc2=3.98 Sz=……,86,89,90,91,94,……,取 Sz=90,一個(gè)傳動(dòng)副的主動(dòng)齒輪齒數(shù)分別為 60、18。則可算出三個(gè)傳動(dòng)副的齒輪齒數(shù)比分別為：Uc1=60/30，U c2=18/72。傳動(dòng)過(guò)程中，會(huì)采用三聯(lián)滑移齒輪，為避免齒輪滑移中的干涉，三聯(lián)滑移齒輪中最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于 4，上述所選齒輪的齒數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。變速組 第一變速組 第二變速組 第三變速組齒數(shù)和 70 72 90齒輪 z1 z2 z3 z4 z5 z6 z7 z8 z9 z10 z11 z12 z13 z14齒數(shù) 35 35 29 41 42 30 30 42 19 53 60 30 18 72第二節(jié) 驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差主軸各級(jí)實(shí)際轉(zhuǎn)速值用下式計(jì)算：n = nE u1 u2 u3d式中 ：u1 u2 u3 分別為第一、第二、第三變速組齒輪傳動(dòng)比。d1 d2分別表示帶輪的直徑。nE 為電機(jī)轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速誤差用主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差的絕對(duì)值表示：n = | |≤10（ -1）% = 4.1%A''??其中：8主軸標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速'n轉(zhuǎn)速誤差表主軸轉(zhuǎn)速 n1 n2 n3 n4 n5 n6標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 31.5 45 63 90 125 180實(shí)際轉(zhuǎn)速 31.06 44.98 63.39 89.63 124.25 175.67轉(zhuǎn)速誤差% 1.4 0.04 0.6 0.4 0.6 2.4主軸轉(zhuǎn)速 n7 n8 n9 n10 n11 n12標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 250 355 500 710 1000 1400實(shí)際轉(zhuǎn)速 254.55 359.87 507.17 717.03 994.04 1405.39轉(zhuǎn)速誤差% 0.18 1.4 1.4 0.99 0.59 0.39轉(zhuǎn)速誤差滿(mǎn)足要求。第三節(jié) 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖91 32 4685.5kw1440/min2659035352941195342303042ⅠⅡⅢⅥⅡ ′ 3030187230165710 1314121160 915第三篇 機(jī)床動(dòng)力的設(shè)計(jì)根據(jù)給定的電動(dòng)機(jī)的功率和傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速，初算傳動(dòng)軸直徑、齒輪模數(shù)；確定皮帶型號(hào)以及根數(shù)、摩擦片式離合器的尺寸和摩擦片數(shù)及制動(dòng)器尺寸。完成裝配圖草圖后，要驗(yàn)算傳動(dòng)件（軸、齒輪、軸承）的應(yīng)力；變形或者壽命是否在允許范圍內(nèi)，還要驗(yàn)算主軸組件的靜剛度。10第五章 傳動(dòng)件參數(shù)估算第一節(jié) 確定傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速一、 主軸：主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速是第一個(gè)三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級(jí)轉(zhuǎn)速，即nj =90r/min；二、 各傳動(dòng)軸： 軸Ⅲ可從主軸為 90r/min按 72/18的傳動(dòng)副找上去，似應(yīng)為 355r/min。但是由于軸Ⅲ上的最低轉(zhuǎn)速 125r/min經(jīng)傳動(dòng)組 C可使主軸得到 31.5r/min和 250r/min兩種轉(zhuǎn)速。250r/min 要傳遞全部功率，所以軸Ⅲ的計(jì)算轉(zhuǎn)速應(yīng)為 125r/min；軸Ⅱ的計(jì)算轉(zhuǎn)速可按傳動(dòng)副 B推上去，得 355r/min；軸 I的計(jì)算轉(zhuǎn)速可按傳動(dòng)副 A推上去，得 500r/min。三、 各齒輪：傳動(dòng)組 C中，18/72 只需計(jì)算 z =18 的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為 355r/min；傳動(dòng)組 B中應(yīng)計(jì)算 z =19的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為 355r/min。傳動(dòng)組 A中應(yīng)計(jì)算 z = 29的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為 500r/min。第二節(jié) 估算主軸支承軸頸直徑參考《金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表 2，取通用機(jī)床鋼質(zhì)主軸前軸頸直徑D1 = 85mm，后軸頸直徑 D2 = （0.7～0.85）D 1，取 D2 = 55 mm，主軸內(nèi)孔直徑 d = 0.1 Dmax ±10 mm ，其中 Dmax為最大加工直徑。取 d = 30mm。第三節(jié) 估算傳動(dòng)軸直徑機(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。11首先傳動(dòng)軸應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度。如撓度和傾角過(guò)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(wèn)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(zhuān)門(mén)加工花鍵的銑床和磨床，工藝上并無(wú)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(zhǎng)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(guò)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(kāi)，裝配方便，間隙容易調(diào)整。所以有時(shí)在沒(méi)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(zhǎng)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(mǎn)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(lái)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?；剞D(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：121） 軸的長(zhǎng)度。長(zhǎng)軸要考慮熱伸長(zhǎng)的問(wèn)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。傳動(dòng)軸除應(yīng)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿(mǎn)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。一、按扭轉(zhuǎn)剛度初步計(jì)算傳動(dòng)軸直徑：，??mnPdj491??式中：d —— 傳動(dòng)軸直徑（mm） ；N —— 該軸傳遞功率（KW） ；——該軸計(jì)算轉(zhuǎn)速（ r/min） ；jn[ ]—— 該軸每米長(zhǎng)度允許扭轉(zhuǎn)角?這些軸都是一般傳動(dòng)軸，?。篬 ]=10/m。a)、Ⅰ軸的直徑：取 11.96,5/minjnr????440.962.31jd????b)、Ⅱ軸的直徑：取 21 20.98.90.,5/minjnr???13??440.9291.5351jdmn??????c)、Ⅲ軸的直徑：取 3230.89.,2/injnr???440817.15jdmn??????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。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： ， 軸采用28dm???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19874?TGB鍵的定心方式為小徑定心。查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836427NdDB??為 2837NdDB??為 6。為二、各軸間的中心距的確定：；(35)1052dm??????；48?；(6)3V??第四節(jié) 軸的校核按照抗彎剛度驗(yàn)算軸的直徑需要驗(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(lèi)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，但通常可驗(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)擠壓1d14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 。一般將軸化為集1d2d中載荷下的簡(jiǎn)支梁，根據(jù)撓度或者傾角計(jì)算公式分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度或者傾角，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。一、Ⅰ軸的校核：通過(guò)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)Ⅰ軸中點(diǎn)處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來(lái)進(jìn)行校核 6639.510/9.5104.9/5073.42/73(8)8rTPnNmFd???????最大撓度： ????2max 42234948163761084.01.275blEI????????9444.10;32856.;6EEMPadII m????式 中 ；材 料 彈 性 模 量 ；軸 的 ；查表得：許用撓度為 ??(0.1~.3)0.~.9y???。所 以 合 格,YB?二 、Ⅱ軸的校核：通過(guò)受力分析，在二軸的五對(duì)嚙合齒輪副中，中間的兩對(duì)齒輪對(duì)二軸中點(diǎn)處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來(lái)進(jìn)行校核 6639.510/9.5104.92/5.2/2()7rTPnNmFd???????最大撓度：15????2max 422349348157061034FblEI????????查表得：許用撓度為 ??(0.1~.3)0.~.9ym??所 以 合 格,YB?三、 Ⅲ軸的校核：通過(guò)受力分析，在二軸的五對(duì)嚙合齒輪副中，中間的兩對(duì)齒輪對(duì)二軸中點(diǎn)處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來(lái)進(jìn)行校核 6639.510/9.5104.92/5.2/2()7rTPnNmFd???????最大撓度： ????2max 422349348157061034blEI????????查表得許用撓度為 ??(0.1~.)0.3~.9ym???。??所 以 合 格,yYB?第五節(jié) 鍵的選擇與校核一、鍵的選擇選擇軸 上的鍵，根據(jù)軸的直徑 ，鍵的尺寸選擇 ，? 30~2?d 78?取鍵 高鍵 寬 hb鍵的長(zhǎng)度 L取 22。二、鍵的校核鍵和軸的材料都是鋼，查表的許用擠壓應(yīng)力 ,取其中間值，MPap120~][??。鍵的工作長(zhǎng)度 ，鍵與輪榖鍵槽的接MPap10][?? mbLl 682??16觸高度 。可得mhk5.37.05.??? MPaPaMldT pp 10][3.10216.823 ????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(chēng) 長(zhǎng) 度 ，， 圓 頭 平 鍵鍵 的 工 作 長(zhǎng) 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 hkkN?可見(jiàn)連接的擠壓強(qiáng)度足夠了，鍵的標(biāo)記為： 20319680??TGB鍵第六節(jié) 花鍵的校核驗(yàn)算花鍵鍵側(cè)壓應(yīng)力花鍵鍵側(cè)工作表面的擠壓應(yīng)力為：≤[ ] [MPa]??lzdDTjy)(82max??jy?式中：——花鍵傳遞的最大扭矩；maxD、d —— 花鍵的外徑和內(nèi)徑；z —— 花鍵的齒數(shù)；—— 載荷分布不均勻系數(shù)，通常取為 0.75。?使用上述公式對(duì)三傳動(dòng)軸上的花鍵校核，結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。第七節(jié) 齒輪模數(shù)的確定和校核齒輪模數(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，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)HmF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)，查表齒輪17精度選用 7級(jí)精度，選擇小齒輪材料為 40C (調(diào)質(zhì))，硬度為 280HBS。r根據(jù)下列公式：① 齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 32)1(1602???HPjmHznK??②齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度： 340FPjmFzn?一、a 變速組：分別計(jì)算各齒輪模數(shù)，先計(jì)算最小齒數(shù) 29的齒輪。a)、齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 32)1(1602???HPjmHznK??其中: -公比 ； = 1.41；?P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.96 4=3.84KW；?-齒寬系數(shù) = ；m?m105??b-齒輪許允接觸應(yīng)力 ；HP?lim9.HP?按 MQ線查取 ;li-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;jnK-載荷系數(shù)取 1.2。=650MPa，limH?31221.84.160.8950H m???將齒輪模數(shù)圓整為 3mm 。b)、齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度： 340FPjmFznK???其中: 18P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.96 3.84=3.68KW；?-齒寬系數(shù) = ；m?m105??b-齒輪許允齒根應(yīng)力 ；FP?lim4.FP?按 MQ線查??；li-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速; jnK-載荷系數(shù)取 1.2。，MPaF30lim??∴ aP420.1?∴ 316841.795F m??將齒輪模數(shù)圓整為 2mm ?！?； 1FHm?所以 。3?于是變速組 a的齒輪模數(shù)取：m = 3mm。軸Ⅰ上主動(dòng)輪齒輪的直徑：12329873510aaddm????；軸Ⅱ上從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為：' '12504aam；二、b 變速組：確定軸Ⅱ上三聯(lián)齒輪的模數(shù)，先計(jì)算最小齒數(shù) 19的齒輪。a)、齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 32)1(1602???HPjmHznK??其中: -公比 ； =2.78；?P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.922 3.84=3.54KW；?-齒寬系數(shù) = ；m?m105??b-齒輪許允接觸應(yīng)力 ；HP?lim9.HP?19按 MQ線查取 ;limH?-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;jnK-載荷系數(shù)取 1.2。=800MPa，limH?∴ 80.9720PMaPa???∴ 1.1.42AvFHK???將齒輪模數(shù)圓整為 3mm 。b)、齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度： 340FPjmFznK???其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P =0.922 3.84=3.54KW；?-齒寬系數(shù) = ；m?m105??b-齒輪許允齒根應(yīng)力 ；FP?lim4.FP?按 MQ線查取；li-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速; jnK-載荷系數(shù)取 1.2。，MPaF30lim??∴ P42.1?∴ 3254.390F m??將齒輪模數(shù)圓整為 3mm ?！?所以2HFm?2于是變速組 b的齒輪模數(shù)取：m = 3mm軸Ⅱ上主動(dòng)輪齒輪的直徑：1233957309;4216bbbddmdm??????；20軸Ⅲ上三聯(lián)從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為：。' ' '12330935194216bbbdmdmdm??????； ；三、c 變速組：確定軸Ⅲ上齒輪的模數(shù)，先計(jì)算最小齒數(shù) 18的齒輪。a)、齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 32)1(1602???HPjmHznK??其中: -公比 ； =4；?P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.89 3.54=3.15KW；?-齒寬系數(shù) = ；m?m105??b-齒輪許允接觸應(yīng)力 ；HP?lim9.HP?按 MQ線查取 ;li-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速;jnK-載荷系數(shù)取 1.2。=900MPa，limH?∴ 90.810PMaPa???∴ 3122.56.9543H m???將齒輪模數(shù)圓整為 3mm 。b)、齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度： 340FPjmFznK???其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P = P = 0.89 3.54=3.15KW；?-齒寬系數(shù) = ；mm105??b-齒輪許允齒根應(yīng)力 ；FP?lim4.FP?按 MQ線查?。籰i21-計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速; jnK-載荷系數(shù)取 1.2。，lim40FMPa??∴ 1.560P?∴ 3222.8F m??齒輪模數(shù)為 2mm ?！?所以2HFm?3于是變速組 c的齒輪模數(shù)?。簃 = 3mm軸Ⅲ上主動(dòng)輪齒輪的直徑：；12360831854c cddm????；主軸上從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為：。' '12976c c；4、齒輪參數(shù)的確定由以下公式：齒頂圓直徑 ； mhzdaa)+(=*1齒根圓直徑 ；cf 2???分度圓直徑 ；z齒頂高 ；ha*=齒根高 ； mcf)+(標(biāo)準(zhǔn)齒輪： **201c0.25???度 ， ，可得齒輪的具體參數(shù)見(jiàn)下表：（單位：mm）22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 f⒈ 35 3 105 111 97.5 3 3.75⒉ 29 3 87 93 79.5 3 3.75⒊ 35 3 105 111 97.5 3 3.75⒋ 41 3 123 129 115.5 3 3.75⒌ 19 3 57 63 49.5 3 3.75⒍ 30 3 90 96 82.5 3 3.75⒎ 42 3 126 132 118.5 3 3.75⒏ 30 3 90 96 82.5 3 3.75⒐ 53 3 159 165 151.5 3 3.75⒑ 42 3 126 132 118.5 3 3.75⒒ 60 3 180 186 172.5 3 3.75⒓ 18 3 54 60 46.5 3 3.75⒔ 30 3 90 96 82.5 3 3.75⒕ 72 3 216 222 208.5 3 3.75五、齒寬的確定：23按照公式 ，選取小齒輪的齒寬，大齒輪的齒寬比小齒輪小 5-10mm。mbd???此處取 =0.35.齒 數(shù) 分度圓直徑 齒 寬35 105 36.7529 87 30.4535 105 3641 123 25.4519 57 18.930 90 31.542 126 26.530 90 31.553 159 13.942 126 26.560 180 2718 54 4830 90 3272 216 43六、齒輪 14結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算242o1250.6;.();05.3asndmDdcb?????1時(shí) ，則： 124;896.5;31oDmbd?第八節(jié) 齒輪的校核在驗(yàn)算算速箱中的齒輪應(yīng)力時(shí)，選相同模數(shù)中承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算。這里要驗(yàn)算的是齒輪 2，齒輪 5，齒輪 12這三個(gè)齒輪。齒輪強(qiáng)度校核：計(jì)算公式：① 彎曲疲勞強(qiáng)度：;??FSaFtbmYK????②接觸疲勞強(qiáng)度： ??HtEHubdZ??15.2一、校核 a變速組齒輪a)、彎曲疲勞強(qiáng)度 ；校核齒數(shù)為 28的齒輪，確定各項(xiàng)參??FSaFtFbmYK????數(shù)⑴、 ,n=500r/min,0.963.84PkW??6 551/.5103.84/50.731TnNm??????⑵、確定動(dòng)載系數(shù) VK25∵ 87502.3/601dnvms????齒輪精度為 7級(jí)，查得動(dòng)載系數(shù) 。由【4】 使用系數(shù)。08.1vK0.1?AK⑶、 。3.45bm⑷、確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù) .?d?查表得：非對(duì)稱(chēng)齒向載荷分配系數(shù) ；417.?HK,/30.45/(2.).6bh???得 71?FK⑸、確定齒間載荷分配系數(shù): 由表查得：使用 ，0.1?A由表查得：齒間載荷分配系數(shù) 1??FHK⑹、確定載荷系數(shù): 37208.????FvAK⑺、 查表得齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)；5.2FaY61.Sa⑻、計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限：。 aFEMp540??查得壽命系數(shù)：,9.NK取疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)：S = 1.3aFMp374.1509][???，1.6.2SaFY