銑床-銑床主軸箱（12.5-2120,12級(jí)）,銑床,主軸 中北大學(xué) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2010/2011學(xué)年第 一 學(xué)期 學(xué) 院： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)：07020143X (41-43) 課程設(shè)計(jì)題目： X6120型（臥升降臺(tái)式）銑床主軸箱設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： 12月20日～ 12月24日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師： 秦慧斌 講師 于大國(guó) 講師 系 主 任： 王 彪 下達(dá)任務(wù)書日期: 2010年12月17日 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 1 設(shè)計(jì)目的： 通過(guò)本課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，使學(xué)生初步掌握機(jī)床的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)（包括主軸箱、變速箱傳動(dòng)鏈），動(dòng)力計(jì)算（包括確定電機(jī)型號(hào)，主軸、傳動(dòng)軸、齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速），以及關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度校核，獲得工程師必備設(shè)計(jì)能力的初步訓(xùn)練。同時(shí)鞏固《金屬切削機(jī)床》課程的基本理論和基本知識(shí)。 （1） 運(yùn)用所學(xué)的理論及實(shí)踐知識(shí)，進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力； （2） 掌握機(jī)床設(shè)計(jì)（主軸箱或變速箱）的方法和步驟，包括參數(shù)擬定、傳動(dòng)設(shè)計(jì)、零件計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，培養(yǎng)結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的能力； （3） 掌握設(shè)計(jì)的基本技能，具備查閱和運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)、圖冊(cè)等有關(guān)技術(shù)資料的能力； （4） 基本掌握設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖和編寫技術(shù)文件的能力。 2．設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）： （1）機(jī)床的類型、用途及主要參數(shù) X6120（臥升降臺(tái)式）銑床，變速級(jí)數(shù)：Z=12, 主軸最高轉(zhuǎn)速：nmax=1800r/min, 最低轉(zhuǎn)速：nmin=40r/min,電機(jī)功率：N=3KW，電機(jī)轉(zhuǎn)速n= 1500r/min，公比 ψ=1.41。 （2）工件材料：45號(hào)鋼 刀具材料：YT15 （3）設(shè)計(jì)部件名稱：主軸變速箱 3．設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求〔包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書、圖紙、實(shí)物樣品等〕： （1）設(shè)計(jì)任務(wù) l 傳動(dòng)設(shè)計(jì)：根據(jù)所給定的轉(zhuǎn)速范圍及變速級(jí)數(shù)，繪制結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖、計(jì)算齒輪齒數(shù)； l 動(dòng)力計(jì)算：選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)及轉(zhuǎn)速，確定傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速、對(duì)主要零件（如皮帶、齒輪、主軸、軸承等）進(jìn)行計(jì)算（估算和驗(yàn)算）。 （2）設(shè)計(jì)工作量要求： l 主軸箱展開圖、軸系剖視圖A0號(hào)圖紙1張； l 主要零件工作圖A3號(hào)圖紙1張； l 編寫詳實(shí)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份。 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 4．主要參考文獻(xiàn)： [1] 曹金榜，易錫麟. 機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M],北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1987.5 [2] 陳易新.金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1987.7 [3] 范云漲.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.7 [4] 任殿閣.機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].遼寧:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1991.1 [5] 翁世修.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].上海:上海交通大學(xué),1987.8 [6] 上海紡織工學(xué)院,哈爾濱工業(yè)大學(xué),天津大學(xué)主編,機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)[M],上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1979.6 [7] 戴曙.金屬切削機(jī)床[M],北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.3 5．設(shè)計(jì)成果形式及要求： （1） X6120銑床主軸箱展開圖、軸系剖視圖A0號(hào)圖紙1張； （2） 主要零件工作圖A3號(hào)圖紙1張； （3） 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份。 6．工作計(jì)劃及進(jìn)度： 2010年 12月20-21日 明確課程設(shè)計(jì)的目的和要求,查閱相關(guān)資料,傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 12月22日 結(jié)構(gòu)分析與選擇,計(jì)算主要部件 12月23-24日 繪制主軸箱展開圖,傳動(dòng)件驗(yàn)算,繪制主要零件工作圖,編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書 12月25日 課程設(shè)計(jì)答辯 系主任審查意見： 簽字： 年 月 日 江蘇科技大學(xué)設(shè)計(jì)論文（銑削專用主軸箱設(shè)計(jì)） 目錄 1.概述-------------------------------------------------------------1 2.參數(shù)的擬定-------------------------------------------------------1 3.傳動(dòng)設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------1 4. 傳動(dòng)件的估算----------------------------------------------------4 5. 動(dòng)力設(shè)計(jì)--------------------------------------------------------10 6.主軸空間位置圖---------------------------------------------------13 7.主軸箱位置展開圖-------------------------------------------------14 8.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明---------------------------------------------------14 9.總結(jié)-------------------------------------------------------------19 10.參考文獻(xiàn)-------------------------------------------------------20 1.概述 1.1銑削專用主軸箱設(shè)計(jì)的目的 課程設(shè)計(jì)是在金屬切削機(jī)床課程之后進(jìn)行的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。其目的在于通過(guò)機(jī)床運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使學(xué)生在擬定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案過(guò)程中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思，方案分析，結(jié)構(gòu)工藝性，機(jī)械制圖，零件計(jì)算，編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，并培養(yǎng)學(xué)生具有初步的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。 1.2車床的規(guī)格系列和用處 普通機(jī)床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(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)的是普通銑床主軸變速箱。 1.3 操作性能要求 1）具有皮帶輪卸荷裝置 2）主軸的變速由變速手柄，和滑移齒輪完成 2.參數(shù)的擬定 2.1 公比選擇 已知最低轉(zhuǎn)速nmin=12.5rpm，最高轉(zhuǎn)速nmax=2120rpm，變速級(jí)數(shù)Z=12， 轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍：， 2.2求出轉(zhuǎn)速系列 根據(jù)最低轉(zhuǎn)速nmin=20rpm，最高轉(zhuǎn)速nmax=1800rpm，公比φ=1.26，按《機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》（陳易新編）表5選出標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速數(shù)列： 2000 1250 800 500 315 200 125 80 50 31.5 20 12.5 2.3 主電機(jī)選擇 合理的確定電機(jī)功率N，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。 已知電動(dòng)機(jī)的功率是5KW，根據(jù)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》選Y100L-2，額定功率5，滿載轉(zhuǎn)速2870 ，最大額定轉(zhuǎn)距2.2。 3.傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3.1 主傳動(dòng)方案擬定 擬定傳動(dòng)方案，包括傳動(dòng)型式的選擇以及開停、換向、制動(dòng)、操縱等整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的確定。傳動(dòng)型式則指?jìng)鲃?dòng)和變速的元件、機(jī)構(gòu)以及組成、安排不同特點(diǎn)的傳動(dòng)型式、變速類型。 傳動(dòng)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，確定傳動(dòng)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。 傳動(dòng)方案有多種，傳動(dòng)型式更是眾多，比如：傳動(dòng)型式上有集中傳動(dòng)，分離傳動(dòng)；擴(kuò)大變速范圍可用增加傳動(dòng)組數(shù)，也可用背輪結(jié)構(gòu)、分支傳動(dòng)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，我們采用集中傳動(dòng)型式的主軸變速箱。 3.2 傳動(dòng)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(jiǎn)單的串聯(lián)式的傳動(dòng)不失為有用的方法，但對(duì)于分析復(fù)雜的傳動(dòng)并想由此導(dǎo)出實(shí)際的方案，就并非十分有效。 3.2.1 確定傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目 級(jí)數(shù)為Z的傳動(dòng)系統(tǒng)由若干個(gè)順序的傳動(dòng)組組成，各傳動(dòng)組分別有、、…… 傳動(dòng)副。即 本設(shè)計(jì)中傳動(dòng)級(jí)數(shù)為Z=12。傳動(dòng)副中由于結(jié)構(gòu)的限制以2或3為合適，本課程設(shè) 選擇方案： 12=3×2×2；12＝2×3×2；12＝2×2×3 3.2.2 傳動(dòng)式的擬定 12級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，選擇傳動(dòng)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)、裝置和性能以及一個(gè)“前多后少”的原則。故離電動(dòng)機(jī)近的傳動(dòng)組的傳動(dòng)副個(gè)數(shù)最好高于后面的傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)。 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)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副常選用2。 綜上所述，傳動(dòng)式為12=3×2×2。 3.2.3 結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)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： 根據(jù)(1)傳動(dòng)副的極限傳動(dòng)比和傳動(dòng)組的極限變速范圍（2）基本組擴(kuò)大組的排列順序，初選的方案。 根據(jù)級(jí)比指數(shù)分配使傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相一致，方案的結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下圖所示： 圖1 結(jié)構(gòu)網(wǎng) 3.2.4轉(zhuǎn)速圖的擬定 上述所選定的結(jié)構(gòu)式共有三個(gè)傳動(dòng)組，變速機(jī)構(gòu)共需4軸，加上電動(dòng)機(jī)共5軸，故轉(zhuǎn)速圖需5條豎線，如下圖所示。主軸共12速，電動(dòng)機(jī)軸與主軸最高轉(zhuǎn)速相近，故需12條橫線。中間各軸的轉(zhuǎn)速可以從電動(dòng)機(jī)軸往后推，也可以從主軸開始往前推。通常以往前推比較方便，即先決定軸三的轉(zhuǎn)速。 圖2轉(zhuǎn)速圖 4. 傳動(dòng)件的估算 4.1 三角帶傳動(dòng) 4.1.1 確定計(jì)算功率 [KW] N——主動(dòng)帶輪傳動(dòng)的功率=3KW K——工作情況系數(shù) 工作時(shí)間為二班制 K=1.2 故 4.1.2 選擇三角膠帶的型號(hào) 小帶輪的轉(zhuǎn)速： rpm 選用B型三角膠帶 4.1.3 確定帶輪直徑 小輪直徑D應(yīng)滿足條件: (mm) mm 故=150mm 大輪直徑 為大輪的轉(zhuǎn)速=1250rpm mm 4.1.4 計(jì)算膠帶速度 m/s 4.1.5 初定中心距 兩帶輪中心距應(yīng)在mm 故mm 4.1.6 計(jì)算膠帶的長(zhǎng)度 mm 查表12，選標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算長(zhǎng)度L及作為標(biāo)記的三角膠帶的內(nèi)周長(zhǎng)度 =1823.7 查得L=1800 4.1.7 計(jì)算膠帶的彎曲次數(shù) 帶輪的個(gè)數(shù)m=2 次/S 符合要求 4.1.8 計(jì)算實(shí)際中心距A (mm) 為了張緊和裝拆膠帶的需要，中心距的最小調(diào)整范圍為： 4.1.9 定小帶輪的包角 4.1.10 確定三角膠帶的根數(shù)Z （包角系數(shù)）查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-8 =0.93 （長(zhǎng)度系數(shù)）查表8-2 =0.95 （單根V帶基本額定功率）8-5a 小帶輪節(jié)圓直徑140 =3.85 (8-5b) 傳動(dòng)比 i=1.15 =0.89 （計(jì)算功率） （工作情況系數(shù)）=1.2 可得 故 Z=2根 4.1.11 作用在支撐軸上的徑向力為 （膠帶初拉力）=200 故Q= 4.2 傳動(dòng)軸的估算 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。 4.2.1 傳動(dòng)軸直徑的估算 （1）.確定各變速齒輪傳動(dòng)副的齒數(shù) Ⅰ軸: 取,則從表中查出小齒輪齒數(shù)分別為28,24,18 Ⅱ軸: 取 小齒輪齒數(shù)為40,20 Ⅲ軸： 為(V帶傳動(dòng)效率)=0.96 (滾子軸承)=0.98 (9級(jí)精度的齒輪)=0.96 為(十字滑塊聯(lián)軸器)=0.98 Ⅰ軸： KW Ⅱ軸： KW Ⅲ軸： KW Ⅳ軸： KW N·mm N·mm N·mm N·mm 傳動(dòng)軸為Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ軸, 一般傳動(dòng)軸取 mm 取d=25 軸承30205 mm 取d=30 軸承30206 mm 取d=40 軸承30208 mm 取d=60 軸承30212 軸承30205 30206 30208 30212 T=15.25 T=17.25 T=19.75 T=23.75 C=12 C=14 C=16 C=19 D=52 D=62 D=80 D=110 d=25 d=30 d=40 d=60 B=15 B=16 B=18 B=22 4.2.2齒輪模數(shù)的計(jì)算 (1)I-Ⅱ齒輪彎曲疲勞的計(jì)算 mm 齒面點(diǎn)蝕的計(jì)算: 取A=50,由中心距A及齒數(shù)計(jì)算出模數(shù) ,所以取 (2)Ⅱ-Ⅲ齒輪彎曲疲勞的計(jì)算 KW 取A=60 ，取m=2.5 (3)Ⅲ-Ⅳ齒輪彎曲疲勞的計(jì)算 KW 取A=145 取m=3.5 (4)標(biāo)準(zhǔn)齒輪： ,, 表1 齒輪 齒數(shù) 模數(shù) m 分度圓 d 齒頂圓 齒根圓 齒頂高 齒根高 1 28 2.5 70 75 63.75 2.5 3.125 2 44 2.5 110 115 103.75 2.5 3.125 3 24 2.5 60 55 66.25 2.5 3.125 4 48 2.5 120 115 126.25 2.5 3.125 5 18 2.5 45 40 51.25 2.5 3.125 6 54 2.5 135 130 141.25 2.5 3.125 7 40 2.5 100 84 85 2.5 3.125 8 40 2.5 100 84 85 2.5 3.125 9 20 2.5 50 44 45 2.5 3.125 10 60 2.5 150 124 125 2.5 3.125 11 60 3.5 150 124 125 3.5 4.375 12 30 3.5 105 64 65 3.5 4.375 13 18 3.5 63 40 41 3.5 4.375 14 72 3.5 252 148 149 3.5 4.375 4.2.3 齒寬的確定 公式m （，m為模數(shù)） 第一套嚙合齒輪：mm 第二套嚙合齒輪：mm 第三套嚙合齒輪：mm 反轉(zhuǎn)嚙合齒輪：mm 4.2.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 當(dāng)mm時(shí)，采用腹板式，D是軸承外徑，采用軸承 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-10確定參數(shù) ,,,=19, =12.5, , 帶輪寬度：B= 分度圓直徑： （d為軸直徑） mm L=B=44 5. 動(dòng)力設(shè)計(jì) 5.1主軸剛度驗(yàn)算 5.1.1 選定前端懸伸量C，參考《機(jī)械裝備設(shè)計(jì)》P121，根據(jù)主軸端部的結(jié)構(gòu)，前支承軸承配置和密封裝置的型式和尺寸，這里選定C=120mm. 5.1.2 主軸支承跨距L的確定 根據(jù)《金屬切削機(jī)床》表10-6前軸頸應(yīng)為60～90mm。初步選取＝90mm.后軸頸 ＝（0.7～0.9），取＝80mm.根據(jù)設(shè)計(jì)方案，選前軸承為30218型，后軸承為30216型。根據(jù)結(jié)構(gòu)，定懸伸長(zhǎng)度a＝120mm。 5.1.3求軸承剛度 主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩（未考慮機(jī)械效率） T= 切削力： 背向力： 故總此作用力：F= 此力主軸頸和后軸頸個(gè)承受一般，故主軸端受力為F/2=10677.23N。 在估算時(shí)，先假設(shè)初值l/a=3,l=3120=360mm。前后支承的支反力和: 根據(jù)式（10－6）可求出前、后軸承的剛度： ; 5.1.4 求最佳跨距 初步計(jì)算時(shí)，可假定主軸的當(dāng)量外徑為前、后軸承頸的平均值，。故慣性矩為： 查線圖。計(jì)算出的與原假定不符。經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)算得仍接近1.8?？梢钥闯觯@是一個(gè)迭代過(guò)程，很快收斂于正確值。最佳跨距。 5.2 齒輪校驗(yàn) 齒輪校核：應(yīng)選模數(shù)相同，齒數(shù)最小的齒輪 驗(yàn)算齒輪3，齒輪9，齒輪13 齒輪3的齒數(shù)z=24，模數(shù)m=2 5.2.1齒根彎曲強(qiáng)度的計(jì)算： （應(yīng)力校正系數(shù)）=1.58 （齒形系數(shù)）=2.65 K（載荷系數(shù)）= （使用系數(shù)）=1.25 （動(dòng)載系數(shù)）=1.4 （齒間載荷分配系數(shù)）=1.0 （齒向載荷分布系數(shù)）=1.1 K=1.93 b=25 m=2.5 合金調(diào)質(zhì)(250HBS) 齒輪9的齒數(shù)z=20,模數(shù)m=2.5 齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算 =2.72 =1.57 .5 N 齒輪13的齒數(shù)z=18,模數(shù)m=3.5 =2.91 =1.53 3.5 小齒輪選用(滲碳后淬火) (強(qiáng)度極限)=1200 (屈服極限)=1100 5.2.2軸的校核 45#鋼 調(diào)質(zhì) 毛土坯直徑 硬度 抗拉強(qiáng)度極限 屈服強(qiáng)度極限 彎曲疲勞極限 剪切疲勞極限 許用彎曲應(yīng)力 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校驗(yàn) n=12.5 P=2.35KW d=60mm 故軸符合，軸選用45#鋼調(diào)質(zhì)處理。 6.主軸空間位置圖 7.主軸箱位置展開圖 8.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明 8.1 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(rùn)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。課程設(shè)計(jì)由于時(shí)間的限制，一般只畫展開圖。 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(wèn)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(guò)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(wú)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)。 8.2 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，負(fù)責(zé)齒輪無(wú)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)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種齒輪尺寸小但軸向尺寸大。我們采用第一種方案，通過(guò)空心軸中的拉桿來(lái)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，是制動(dòng)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。 8.3 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(guò)法蘭盤將帶輪的拉力傳遞到箱壁上。 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(guò)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德兩個(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(rùn)滑。 8.4 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(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，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。 8.5 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(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，有專門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。 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(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。 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。 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(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。 8.6 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。 8.6.1 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 銑床床主軸由于要夾緊刀柄，安裝自動(dòng)卡緊機(jī)構(gòu)及通過(guò)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(lái)裝頂尖或其他工具錐柄，要求能自鎖，目前采用莫氏錐孔。 4） 支撐跨距及懸伸長(zhǎng)度 為了提高剛度，應(yīng)盡量縮短主軸的外伸長(zhǎng)度。選擇適當(dāng)?shù)闹慰缇啵话阃扑]?。?=3～5，跨距小時(shí)，軸承變形對(duì)軸端變形的影響大。所以，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。 8.6.2 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。 8.6.3 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(guó)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(wèn)題。 8.6.4 潤(rùn)滑與密封 主軸轉(zhuǎn)速高，必須保證充分潤(rùn)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)牡胤阶龀龌赜吐罚褂湍茼樌亓骰氐接拖洹? 9.總結(jié) 在課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，我也遇到了一些問(wèn)題。設(shè)計(jì)過(guò)程也是培養(yǎng)我們認(rèn)真細(xì)心的態(tài)度。 在此過(guò)程中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題，使我加深了對(duì)大學(xué)所學(xué)課程理解，綜合應(yīng)用，并得到進(jìn)一步的鞏固，這對(duì)以后的學(xué)習(xí)和工作都有積極的意義。 總之，這次的課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多東西 10.參考文獻(xiàn) [1] 馮辛安主編.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社. 北京.1999.12 [2] 周開勤主編. 機(jī)械零件手冊(cè).高等教育出版社. 2001 [3] 曹玉榜 易錫麟.機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)指導(dǎo). 機(jī)械工業(yè)出版社. 北京.1987.5. 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