中型普通車床主軸變速箱設(shè)計

1、 機械加工設(shè)備課程設(shè)計班 級： 學 號： 姓 名： 指導教師： 貴州大學機械工程學院機自專業(yè)機械加工設(shè)備課程設(shè)計任務(wù)書1、 設(shè)計題目：中型普通車床主軸變速箱設(shè)計2、 設(shè)計參數(shù)：床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑：400mm 主電動機功率： 5.5 千瓦 主軸最高轉(zhuǎn)速：1800轉(zhuǎn)/分 主軸最低轉(zhuǎn)速： 40 轉(zhuǎn)/分3、 設(shè)計要求：1、 主軸變速箱傳動設(shè)計及計算；2、 主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計；3、 繪制主軸變速箱裝配圖；4、 編寫設(shè)計計算說明書。4、 設(shè)計時間：開始日期：2013年12月16日結(jié)束日期：2013年1月4日學生姓名： 指導教師： 目錄第一章 前言1一、機床地位1二、設(shè)計目的1三、設(shè)計概述1第二章 傳動

2、設(shè)計2一、參數(shù)擬定21、主軸的極限轉(zhuǎn)速22、主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)z和公比23、動力參數(shù)的確定34、操作性能要求3二、傳動設(shè)計31、傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇確定32、轉(zhuǎn)速圖的擬定5（1）主電機的選定6（2）確定傳動比及各軸轉(zhuǎn)速:6（3）畫轉(zhuǎn)速圖：7（4）確定各軸及各齒輪計算轉(zhuǎn)速73、變速系統(tǒng)圖的繪制8（1）確定帶輪直徑和齒輪齒數(shù)8（2）驗算主軸轉(zhuǎn)速誤差11（3）繪制變速系統(tǒng)圖124、傳動件的估算12（1）傳動軸直徑的估算12（2）片式摩擦離合器的選擇和計算14（3）齒輪模數(shù)及中心距的估算15（4）主軸及其組件的設(shè)計18第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計19一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案19二、展開圖及其布置19三、軸

3、（輸入軸）的設(shè)計19四、傳動軸的設(shè)計20五、主軸軸承211、軸承類型選擇212、軸承的精度和配合213、軸承間隙的調(diào)整21六、主軸與齒輪的連接22七、潤滑與密封22八、其他問題22第四章 總結(jié)與致謝23參考文獻24第一章 前言一、機床地位金屬切削機床是國民經(jīng)濟賴以發(fā)展的基礎(chǔ)，機床的種類、質(zhì)量和加工效率直接影響著其他機械產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟效益。因此，機床工業(yè)的現(xiàn)代化水平和規(guī)模，以及所擁有機床的數(shù)量和質(zhì)量是一個國家工業(yè)發(fā)達程度的重要標志之一。二、設(shè)計目的1、課程設(shè)計屬于機械系統(tǒng)設(shè)計課的延續(xù)，通過設(shè)計實踐，進一步學習和掌握機械系統(tǒng)設(shè)計的一般方法。2、培養(yǎng)綜合運用機械制圖、機械設(shè)計基礎(chǔ)、精度設(shè)計

4、、金屬工藝學、材料熱處理及結(jié)構(gòu)工藝等相關(guān)知識，進行工程設(shè)計的能力。3、培養(yǎng)實用手冊、圖冊、有關(guān)資料及設(shè)計標準規(guī)則的能力。4、提高技術(shù)總結(jié)及編制技術(shù)文件的能力。三、設(shè)計概述機床技術(shù)參數(shù)有主參數(shù)和基本參數(shù)，他們是運動傳動和結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)，影響到機床是否滿足所需要的基本功能要求，參數(shù)擬定就是機床性能設(shè)計。主參數(shù)是直接反映機床的加工能力、決定和影響其他基本參數(shù)的依據(jù)，如車床的最大加工直徑，一般在設(shè)計題目中給定，基本參數(shù)是一些加工件尺寸、機床結(jié)構(gòu)、運動和動力特性有關(guān)的參數(shù)，可歸納為尺寸參數(shù)、運動參數(shù)和動力參數(shù)。通用車床工藝范圍廣，所加工的工件形狀、尺寸和材料各不相同，有粗加工又有精加工；用硬質(zhì)合金刀具又

5、用高速鋼刀具。因此，必須對所設(shè)計的機床工藝范圍和使用情況做全面的調(diào)研和統(tǒng)計，依據(jù)某些典型工藝和加工對象，兼顧其他的可能工藝加工的要求，擬定機床技術(shù)參數(shù)，擬定參數(shù)時，要考慮機床發(fā)展趨勢和同國內(nèi)外同類機床的對比，使擬定的參數(shù)最大限度地適應(yīng)各種不同的工藝要求和達到機床加工能力下經(jīng)濟合理。機床主傳動系因機床的類型、性能、規(guī)格和尺寸等因素的不同，應(yīng)滿足的要求也不一樣。設(shè)計機床主傳動系時最基本的原則就是以最經(jīng)濟、合理的方式滿足既定的要求。在設(shè)計時應(yīng)結(jié)合具體機床進行具體分析，一般應(yīng)滿足的基本要求有：滿足機床使用性能要求。首先應(yīng)滿足機床的運動特性，如機床主軸油足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級數(shù)；滿足機床傳遞動力的要求。

6、主電動機和傳動機構(gòu)能提供足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，具有較高的傳動效率；滿足機床工作性能要求。主傳動中所有零部件有足夠的剛度、精度和抗震性，熱變形特性穩(wěn)定；滿足產(chǎn)品的經(jīng)濟性要求。傳動鏈盡可能簡短，零件數(shù)目要少，以便節(jié)約材料，降低成本。第二章 傳動設(shè)計一、參數(shù)擬定1、主軸的極限轉(zhuǎn)速由設(shè)計任務(wù)書可知：機床主軸的極限轉(zhuǎn)速為： ，則其轉(zhuǎn)速范圍考慮到設(shè)計的結(jié)構(gòu)復雜程度要適中，故采用常規(guī)的擴大傳動分級變速，并選取級數(shù)Z=12。設(shè)其轉(zhuǎn)速公比為。則有式：現(xiàn)將=1.26和1.41代入上式得R=12.7和43.8，因此選=1.41各級轉(zhuǎn)速數(shù)列由標準數(shù)列表中查出。因=1.41=，首先找到40，然后每隔5個數(shù)（1.26=1.0

7、6）取一個值，可得如下轉(zhuǎn)速數(shù)列:40、56、80、112、160、224、315、450、630、900、1250、1800共12級轉(zhuǎn)速。2、主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)z和公比已知= = ，且Z=·3ba、b為正整數(shù)，即Z應(yīng)可以分解為2和3的因子，以便用2、3聯(lián)滑移齒輪實現(xiàn)變速。（如取4或5的因子，則要用兩個互鎖的滑移齒輪，以確保只有一對齒輪嚙合。使得結(jié)構(gòu)過于復雜且不易控制。）取Z=12級 則z=22， 且=1800 =40 =45綜合上述可得：主傳動部件的運動參數(shù) =1800 =40 Z=12 =1.413、動力參數(shù)的確定合理地確定電機功率N，使機床既能充分發(fā)揮其性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機

8、經(jīng)常輕載而降低功率因素。（1）中型普通車床典型重切削條件下的用量：刀具材料：YT15；工件材料45號鋼；切削方式：車削外圓經(jīng)查表可知：切深ap=4mm ；進給量f(s)=0.4mm/r；切削速度V=100m/min。（2）功率估算：a 主切削力：Fz=1900=1900×3.5×=3026.026Nb 切削功率： c 估算主電機功率： 故可選取電機型號為：Y132S， 額定功率為5.5KW，同步轉(zhuǎn)速1500r/min,滿載轉(zhuǎn)速為1440rmin。4、操作性能要求（1）具有皮帶輪卸荷裝置；（2）手動操作縱雙向摩擦片離合器實現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)及停止運動要求；（3）主軸的變速由變速手

9、柄完成。二、傳動設(shè)計1、傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇確定（1）確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目級數(shù)為Z的傳動系統(tǒng)由若干個順序的傳遞組組成，各傳動組分別有Z1、Z2、Z3、個傳動副.即Z=Z1Z2Z3傳動副數(shù)為使結(jié)構(gòu)盡量簡單以2或3為適合，即變速級數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子： Z=2a3b實現(xiàn)12級主軸轉(zhuǎn)速變化的傳動系統(tǒng)可以寫成多種傳動副的組合:1) 12=3×4 2) 12=4×3 3) 12=3×2×2 4) 12=2×3×2 5) 12=2×2×3方案1）和方案2)可省掉一根軸。但有一個傳動組有四個傳動副。若用一個四聯(lián)

10、滑移齒輪，則將大大增加其軸向尺寸；若用兩個雙聯(lián)滑移齒輪，則操縱機構(gòu)必須互鎖以防止兩個滑移齒輪同時嚙合。將使得結(jié)構(gòu)比較復雜。故在此不予采用。 按照傳動副“前多后少”的原則選擇Z=3×2×2這一方案，但主軸換向采用雙向片式摩擦離合器結(jié)構(gòu)，致使軸的軸向尺寸過大，所以此方案不宜采用，加之主軸對加工精度、表面粗超度的影響最大。因此在主軸的傳動副不宜太多，故方案5）亦不采用。而應(yīng)先擇12=2×3×2。綜上所述： 方案4）12=2×3×2 是比較合理的。 （2）傳動系統(tǒng)擴大順序的安排12=2×3×2的傳動副組合，其傳動組的擴大順

11、序又可以有種形式：251) 12=21×32×26 2) 12=21×34×223) 12=23×31×264) 12=26×31×235) 12=22×34×21 6) 12=26×32×21以上各種結(jié)構(gòu)式方案中，由于傳動副的極限傳動比和傳動組的極限變速范圍的限制，一般升速時。故極限變速范圍。檢查傳動組的變速范圍時，只需檢查最后一個擴大組,因其他傳動組的變速范圍都比他小。即對于方案2)和方案5)有：,故對于方案2）和 方案5）不予考慮。對于其余方案有：。然而在可行的結(jié)構(gòu)式方

12、案1）、3）、4）、6）中，為了使中間軸變速范圍最小，在各方案同號傳動軸的最高轉(zhuǎn)速相同時，變速范圍越小，最低轉(zhuǎn)速越高，轉(zhuǎn)矩越小，傳動件尺寸也就越小。比較方案1）、3）、4）、6），方案1）的中間傳動軸變速范圍最小，方案1）最佳。但由于軸裝有摩擦離合器，在結(jié)構(gòu)上要求有一齒輪的齒根圓大于離合器的直徑，因而采用方案3）12=23×31×26 的傳動，以解決軸的裝配工藝的結(jié)構(gòu)。（3）繪制結(jié)構(gòu)網(wǎng)由上選擇的結(jié)構(gòu)式12=23×31×26 畫其結(jié)構(gòu)圖如下：圖2.1結(jié)構(gòu)網(wǎng)（4）傳動組的變速范圍的極限值齒輪傳動最小傳動比1/4,最大傳動比,決定了一個傳動組的最大變速范圍。因

13、此，要按照下表，淘汰傳動組變速范圍超過極限值的所有傳動方案。極限傳動比及指數(shù)X,X,值為：表2.1 極限傳動比及指數(shù) 公比極限傳動比指數(shù)1.41X值：Umin=1/44X'值：Umax=x, =22(X+ X')值：rmin=x+x=8 6（5）最大擴大組的選擇正常連續(xù)的順序擴大組的傳動結(jié)構(gòu)式為：，最后擴大組的變速范圍按照r原則，導出系統(tǒng)的最大級數(shù)Z和變速范圍R為：表2.2 最大級數(shù)及變速范圍 Z3 2 3 1.41Z=12R=44Z=9R=15.6 最后擴大組的傳動副數(shù)目Z3=2時的轉(zhuǎn)速范圍遠比Z3=3時大。Z3=2時:R64/ Z3=3時：R22.6/因此，在機床設(shè)計中，因

14、要求的R較大，最后擴大組應(yīng)取2更為合適。同時，最后傳動組與最后擴大組往往是一致的。安裝在主軸與主軸前一傳動軸的具有極限或接近傳動比的齒輪副承受最大扭矩，在結(jié)構(gòu)上可獲得較為滿意的處理，這也就是最后傳動組的傳動副經(jīng)常為2的另一原因。2、轉(zhuǎn)速圖的擬定 運動參數(shù)確定以后，主軸各級轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定了電機功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機型號，確定各中間傳動軸的轉(zhuǎn)速，這樣就擬定主運動的轉(zhuǎn)速圖，使主運動逐步具體化。（1）主電機的選定1）電機功率N：中型機床上，一般都采用三相交流異步電動機作為動力源。根據(jù)機床切削能力的要求確定電機功率：N=5.5KW2）電機轉(zhuǎn)速：選用時，要使電機轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速和I軸轉(zhuǎn)速相

15、近或相宜，以免采用過大的升速或過小的降速傳動。=1440r/min（2）確定傳動比及各軸轉(zhuǎn)速: 該車床主軸傳動系統(tǒng)共設(shè)有四個傳動組其中有一個是帶傳動。1) I軸的轉(zhuǎn)速I軸從電機得到轉(zhuǎn)速，經(jīng)傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成各級轉(zhuǎn)速。電機轉(zhuǎn)速和主軸最高轉(zhuǎn)速應(yīng)相接近。從動件在高速條件下恒功率工作時將會扭矩作用，I軸轉(zhuǎn)速不宜將電動機轉(zhuǎn)速降得太低，且I軸上裝有摩擦離合類，高速條件下摩擦損耗發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，I軸轉(zhuǎn)速也不宜太高。由電機的轉(zhuǎn)速=1440r/min，查金屬切削機床P18得I軸的轉(zhuǎn)速為900r/min。2) 中間傳動軸的轉(zhuǎn)速a.軸III的轉(zhuǎn)速傳動組c的變速范圍為,可知兩個傳動副的傳動比必然是變速組的極限

16、：，這樣就確定了軸III的六種轉(zhuǎn)速只有一種可能，即為：160,224,315,450,630,900r/mn。b.軸II 的轉(zhuǎn)速傳動組b的級比指數(shù)為1，在傳動比極限值的范圍內(nèi)，軸II的轉(zhuǎn)速最高可為630,1800r/min，最低可為160,450r/min。為了避免升速，又不使傳動比太小，可取，軸II的轉(zhuǎn)速就確定為315,900r/min。3) 帶傳動電動機軸與軸I之間為帶傳動，傳動比為。傳動組a的傳動比為，。（3）畫轉(zhuǎn)速圖：由于結(jié)構(gòu)式有三個傳動組，變速機構(gòu)共有四根軸，加上電動機軸共五根軸，由上分析畫出其轉(zhuǎn)速圖如下：圖2.2 轉(zhuǎn)速圖（4）確定各軸及各齒輪計算轉(zhuǎn)速計算轉(zhuǎn)速是指主軸或各傳動件傳遞全

17、功率時的最低轉(zhuǎn)速。由金屬切削機床表82可查得主軸的計算轉(zhuǎn)速為從主軸最低轉(zhuǎn)速算起，第一個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級轉(zhuǎn)速，即為,III軸的計算轉(zhuǎn)速為，II軸的計算轉(zhuǎn)速為、I軸的計算轉(zhuǎn)速為各傳動齒輪的計算轉(zhuǎn)速如下表：齒輪計算轉(zhuǎn)速（r/min）9009001250450450450450315224160160160315112表2.3 齒輪的計算轉(zhuǎn)速3、變速系統(tǒng)圖的繪制(1) 確定帶輪直徑和齒輪齒數(shù)1)帶輪傳動的選擇a. 選擇三角帶型號及帶輪直徑的確定式中，為三角帶計算功率;為工作情況系數(shù),查機械設(shè)計表8-7，取=1.1;P為電動機額定功率，即P=5.5KW。故小帶輪轉(zhuǎn)速（即電機軸轉(zhuǎn)速）為1440r/mi

18、n，查機床主軸變速箱設(shè)計指導圖4-1，選用B型三角帶。查表，取小輪直徑150mm，大輪直徑由式求得。式中，為帶的滑動系數(shù)，一般取0.02。則根據(jù)三角帶輪的基準直徑系列圓整后取mm。b. 確定三角帶速度v 由于，對于B型帶比較經(jīng)濟耐用。c. 初定中心距A0帶輪的中心距，通常根據(jù)機床總體布局初步選定，一般可在下列范圍內(nèi)選?。褐行木噙^小，將降低帶的壽命；中心距過大又將引起帶的振動。對重型機床電動機軸變速箱帶輪軸的中心距一般為750850mm。故取為800mm。d. 確定三角帶的計算長度L0及內(nèi)周長LN代入數(shù)據(jù)得=2231.44 mm.將其圓整得標準的計算長度為L=2273 mm,查表得相應(yīng)的內(nèi)周長度

19、=2240mm，修正值Y=33mme. 驗算三角帶的撓曲次數(shù) 撓曲次數(shù)，故能滿足要求f. 確定實際中心距 實際中心距 g. 驗算最小包角 故能滿足要求h. 確定三角帶根數(shù)三角帶根數(shù)，式中：N1為根三角帶傳動的功率；N0為單根三角帶在、特定長度、平穩(wěn)工作情況下傳遞的功率，查表得N0=2.71；C1包角系數(shù)，查表得C1=0.99。將所查數(shù)據(jù)代入可得所以，所需帶輪的根數(shù)為3根i. 計算單根三角帶的初拉力的最小值由機械設(shè)計表8-3得B型帶的單位長度質(zhì)量，所以=，故應(yīng)使帶的實際初拉力。j. 計算壓軸力壓軸力最小值：2）確定齒輪齒數(shù)當各變速組的傳動比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，變速組

20、內(nèi)每對齒輪的齒數(shù)和及小齒輪的齒數(shù)可以從金屬切削機床表8-1各種常用傳動比的適用齒數(shù)中選取。選擇時應(yīng)考慮：1.傳動組小齒輪應(yīng)保證不產(chǎn)生根切。對于標準齒輪，其最小齒數(shù)=172.齒輪的齒數(shù)和不能太大，以免齒輪尺寸過大而引起機床結(jié)構(gòu)增大，一般推薦齒數(shù)和100-120，常選用在100之內(nèi)。3.同一變速組中的各對齒輪，其中心距必須保證相等。4.為防止碰撞和干涉，三聯(lián)滑移齒輪的相鄰兩齒輪的齒數(shù)差應(yīng)大于4。5. 保證主軸的轉(zhuǎn)速誤差在規(guī)定的范圍之內(nèi)。A. 對變速組a:a) 變速組a的各傳動比為，能同時滿足個傳動比要求的齒數(shù)和有:=68、72、76、80、84、88、92、96、100、102、104、·

21、;06、108、110、115、118b) 確定合理的齒數(shù)和。為了使主軸箱軸向尺寸不宜太大，故選取較小的最小齒輪齒數(shù)，在以上同時滿足三個傳動比的齒數(shù)和中，選取最小齒輪齒數(shù)為18，則對應(yīng)的齒數(shù)和為=68。c)依次可以查得各傳動比對應(yīng)的最小齒輪齒數(shù)為：=34, =18,故，即軸I齒輪齒數(shù)為34，18，軸II齒輪齒數(shù)為34，50。B. 對變速組b:同理變速組a ，查取=60，各傳動比對應(yīng)的最小齒輪齒數(shù)為：，故，即軸II齒輪齒數(shù)為30，25，20，軸III齒輪齒數(shù)為30，35，40。C. 對變速組c:同理變速組a ，查取=90，各傳動比對應(yīng)的最小齒輪齒數(shù)為：=18，=60，故，即軸III齒輪齒數(shù)為18

22、，60，軸IV齒輪齒數(shù)為72，30。將上述數(shù)據(jù)列表，得：變速組第一變速組a第二變速組b第三變速組c齒數(shù)和686090齒輪齒數(shù)3418345030252030356018607230表2.4 各傳動組的最小齒輪齒數(shù)和齒數(shù)和（2）驗算主軸轉(zhuǎn)速誤差由于確定的齒輪齒數(shù)所得的實際轉(zhuǎn)速與傳動設(shè)計的理論轉(zhuǎn)速難以完全相符，需要驗算主軸各級轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過，即主軸各級實際轉(zhuǎn)速值用下式計算：，其中： u1、 u2 、u3 、u4分別為各級的傳動比故第一級轉(zhuǎn)速：n=(38.88-40)/40=2.8%=4.1% 即第一級轉(zhuǎn)速滿足要求。同樣其他的實際轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速誤差如下:表2.5各級傳動組的轉(zhuǎn)速誤差主軸轉(zhuǎn)速n1n

23、2n3n4n5n6n7n8n8n10n11n12理論轉(zhuǎn)速40568011216022431545063090012501800實際轉(zhuǎn)速38.8855.5477.76108154.29216311.04444.34622.088641234.31728轉(zhuǎn)速誤差（%）2.80.822.83.33.63.61.261.261.264.01.264.0故轉(zhuǎn)速誤差均滿足要求。（3）繪制變速系統(tǒng)圖根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動機等已知條件可有如下系統(tǒng)圖：圖2.3 傳動系統(tǒng)圖4、傳動件的估算（1）傳動軸直徑的估算傳動軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下列公式估算傳動軸直徑：其中：N該傳動軸的輸入功率, KW，且從電機到該傳動軸之間

24、傳動件的傳動效率的乘積；該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速r/min；每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角(deg/m),可根據(jù)傳動軸的要求選取如表3.2所示：表2.5 允許扭轉(zhuǎn)角 剛度要求允許的扭轉(zhuǎn)角 主軸一般的傳動軸較低的傳動軸0.5111.51.52對于一般的傳動軸，取=1.2。取估算的傳動軸長度為1000mm。對I軸有：，=900r/min 對II軸有：KW ，=315r/min 對III軸有：KW ，=180r/min 當軸上有鍵槽時，d值應(yīng)相應(yīng)增大45%;當軸為花鍵軸時，可將估算的d值減小7%為花鍵軸的小徑;空心軸時，d需乘以計算系數(shù)b。故取軸I的直徑mm，軸II 的直徑mm，軸III的直徑mm。采取花鍵軸結(jié)構(gòu)

25、，即將估算的傳動軸直徑d減小7%為花鍵軸的直徑，在選相近的標準花鍵。即：=25×0.93=23.25=33×0.93=30.69=38×0.93=35.34查表可以選取花鍵的型號其尺寸分別為軸取 6-25×21×5軸取 6-32×28×7軸取 6-38×33×10（2）片式摩擦離合器的選擇和計算片式摩擦離合器可以在運轉(zhuǎn)中接通或斷開，且具有結(jié)合平穩(wěn)、沒有沖擊、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，部分零件已標準化。在機床主軸箱變速傳動中用于主軸的啟動和正、反轉(zhuǎn)。A. 摩擦離合器上扭矩的計算由上可知軸I取 6-25×21

26、×5，直徑為23mm、轉(zhuǎn)速為。摩擦離合器所在軸（軸）的扭矩由下式計算：式中:離合器的額定靜扭矩 K安全系數(shù),查機床設(shè)計手冊表得 K=1.5。 運轉(zhuǎn)時最大扭矩 N電動機額定功率，由上知N=5.5KW 軸計算轉(zhuǎn)速，=1000電動機軸到軸傳動效率，=0.96則B. 確定摩擦片內(nèi)徑根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，摩擦片的內(nèi)徑d應(yīng)比安裝軸的軸徑大mm。故取d=30mm。C. 選擇摩擦片尺寸根據(jù)機床主軸變速箱設(shè)計指導圖4-2，查得摩擦片的尺寸如下表所示：表2.6 摩擦片尺寸dD1DBb30989030100D. 計算摩擦面對數(shù)Z 式中:f摩擦片間摩擦系數(shù),查得f=0.06p許用壓強MPa,查得p=1.2D摩擦片外

27、片外徑mmd摩擦片內(nèi)片內(nèi)徑mmKv速度修正系數(shù)，查得Kv =0.94Kz結(jié)合面數(shù)修正系數(shù)，Km =0.84Km 接觸系數(shù)修正系數(shù)經(jīng)計算得Z=7.8取Z=10，則摩擦片的總數(shù)為10+1=11片。E. 計算軸向壓力Q軸向壓力可由下式計算： N將D=90mm、d=30mm、 p=1.2、Kv =0.94代入上式得 Q=6375.5N(3)齒輪模數(shù)及中心距的估算1）齒輪模數(shù)的估算根據(jù)齒輪彎曲疲勞的估算：mm齒面點蝕的估算：mm其中：為大齒輪的計算轉(zhuǎn)速，A為齒輪中心距。 由中心距A及齒數(shù)、求出模數(shù)：mm 根據(jù)估算所得和中較大的值，選取相近的標準模數(shù)。A. 齒數(shù)為34與34的齒輪mm= mm mm故取模數(shù)

28、為2.5B. 齒數(shù)為18與50的齒輪mm=mmmm故取模數(shù)為3C. 齒數(shù)為30與30的齒輪mm =mmmm取模數(shù)為3D. 齒數(shù)為25與35的齒輪mm=mmmm取模數(shù)為4E. 齒數(shù)為20與40的齒輪mm=mmmm取模數(shù)為4F. 齒數(shù)為18與72的齒輪mm =mmmm取模數(shù)為2.5G. 齒數(shù)為60與30的齒輪mm =mmmm取模數(shù)為32)齒輪分度圓直徑及（軸）中心距的估算a. I-II傳動軸間-傳動軸兩齒輪傳動副齒輪齒數(shù)分別為：34與34、18與50。為了使軸上小齒輪齒根圓比摩擦離合器外片的外徑大，即大于90mm,取模數(shù)為3，則其分度圓直徑分別為：-傳動軸間中心距 b. II-III傳動軸間-傳動

29、軸上齒輪傳動副齒輪齒數(shù)分別為：34與30、25與35、20與40。模數(shù)為4,則其分度圓直徑分別為：-傳動軸間中心距c. III-IV傳動軸間-傳動軸上兩齒輪傳動副齒輪齒數(shù)分別為：60與30、18與72。模數(shù)為3，則其分度圓直徑分別為：-傳動軸間中心距 （4）主軸及其組件的設(shè)計 主軸組件結(jié)構(gòu)復雜，技術(shù)要求高。它的精度和性能性能直接影響加工質(zhì)量。1）主軸直徑的選擇由車床功率N=5.5kw,查表可以選取前支承軸頸直徑:,考慮到軸承的直徑系列均為5的倍數(shù)，故取后支承軸頸直徑 D2=(0.70.85)D1=7085mm 選取 D2=80 mm2）主軸內(nèi)徑的選擇車床主軸由于要通過棒料，安裝自動卡盤的操縱機

30、構(gòu)及通過卸頂尖的頂桿，必須是空心軸。由車床主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（GB1582-79,JB/Z143-79）查得最大工件回轉(zhuǎn)直徑D=400mm的主軸通孔直徑d50，推薦：普通車床d/D=0.550.6。且D=(D1+D2)/2=90，d=(0.550.6)D=49.554mm。 所以，內(nèi)孔直徑取d=50mm3）前錐孔尺寸前錐孔用來裝頂尖或其它工具錐柄，要求能自鎖，目前采用莫氏錐孔。選擇如下：莫氏錐度號取5號、標準莫氏錐度尺寸為：大端直徑 D=63.348mm、錐度、長度L=181mm4）主軸前端懸伸量的選擇確定主軸懸伸量a的原則是在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，盡可能取小值。主軸懸伸量與前軸頸直

31、徑之比a/D=0.61.5，a=(0.61.5)D1=60150 mm所以，懸伸量取100mm5）支承跨距及懸伸長度 為了提高主軸剛度，應(yīng)盡量縮短主軸的外伸長度a，選擇適當?shù)闹С锌缇郘。一般推薦取跨距L小時，軸承變形對軸端變形影響大。所以軸承剛度小時，應(yīng)選大值，軸剛性差時，則取小值。在安排結(jié)構(gòu)時力求接近即可。6）頭部尺寸的選擇 對機床主軸的頭部廣泛采用短圓周式結(jié)構(gòu)，懸伸短，剛度好。在此選擇B型，主軸前端軸徑D1=100mm,故選代號為6的B型結(jié)構(gòu)。其公稱直徑D=106.375,、偏差為+0.010、D1=170、D2=133.4、d1=19.05、d2=14、d3=M6、B=25、=14、h=

32、5。7）主軸材料與熱處理材料為45鋼，調(diào)質(zhì)到220250HBS，主軸端部錐孔、定心軸頸或定心圓錐面等部位局部淬硬至HRC5055，軸徑應(yīng)淬硬。8）主軸軸承主軸的前軸承選取3182100系列雙列向心短圓柱滾子軸承。這種軸承承載能力大，內(nèi)孔有1：12錐度，磨擦系數(shù)小，溫升低，但不能承受軸向力，必須和能承受軸向力的軸承配合使用，因此整個部件支承結(jié)構(gòu)比較復雜。第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案設(shè)計主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動件（傳動軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動器等）、主軸組件、操縱機構(gòu)、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結(jié)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。主軸變速箱是機床的

33、重要部件。設(shè)計時除考慮一般機械傳動的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個方面的問題：精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動效率要求，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，遵循標準化和通用化的原則。主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計時整個機床設(shè)計的重點，由于結(jié)構(gòu)復雜，設(shè)計中不可避免要經(jīng)過反復思考和多次修改。在正式畫圖前應(yīng)該先畫草圖。目的是：1) 布置傳動件及選擇結(jié)構(gòu)方案。2) 檢驗傳動設(shè)計的結(jié)果中有無干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時改正。3) 確定傳動軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對位置，以確定各軸的受力點和受力方向，為軸和軸承的驗算提供必要的數(shù)據(jù)。二、展開圖及其布置展

34、開圖就是按照傳動軸傳遞運動的先后順序，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，否則齒輪無法加工。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，得到一級反向轉(zhuǎn)動，右邊接通得到三級正向轉(zhuǎn)動。這種齒輪尺寸小但軸向尺寸大。我們采用第二種方案，通過空心軸中的拉桿來操縱離合器的結(jié)構(gòu)?？偛贾脮r需要考慮制動器的位置。制動器可以布置在背輪軸上也可以放在其他軸上。制動器不要放在轉(zhuǎn)速太低軸上，以免制動扭矩太大

35、，使制動器尺寸增大。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。三、軸（輸入軸）的設(shè)計將運動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)注意加強軸的剛度或使軸部受帶輪的拉力（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，通過法蘭盤將帶輪的拉力傳遞到箱壁上。車床上的反轉(zhuǎn)一般用于加工螺紋時退刀。車螺紋時，換向頻率較高。實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的變換方案很多，我們采用正反向離合器。正反向的轉(zhuǎn)換在不停車的狀態(tài)下進行，常采用片式摩擦離合器。由于裝在箱內(nèi)，

36、一般采用濕式。在確定軸向尺寸時，摩擦片不壓緊時，應(yīng)留有0.20.4的間隙，間隙應(yīng)能調(diào)整。離合器及其壓緊裝置中有三點值得注意：1）摩擦片的軸向定位：由兩個帶花鍵孔的圓盤實現(xiàn)。其中一個圓盤裝在花鍵上，另一個裝在花鍵軸上的一個環(huán)形溝槽里，并轉(zhuǎn)過一個花鍵齒，和軸上的花鍵對正，然后用螺釘把錯開的兩個圓盤連接在一起。這樣就限制了軸向和周向的兩個自由度，起了定位作用。2）摩擦片的壓緊由加力環(huán)的軸向移動實現(xiàn)，在軸系上形成了彈性力的封閉系統(tǒng)，不增加軸承軸向復合。3）結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)使加力環(huán)推動擺桿和鋼球的運動是不可逆的，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，當離合器接通時才和軸一

37、起轉(zhuǎn)動。但脫開的另一端齒輪，與軸回轉(zhuǎn)方向是相反的，二者的相對轉(zhuǎn)速很高（約為兩倍左右）。結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮這點。齒輪與軸之間的軸承可以用滾動軸承也可以用滑動軸承。滑動軸承在一些性能和維修上不如滾動軸承，但它的徑向尺寸小?？仗X輪需要有軸向定位，軸承需要潤滑。裝配時最后調(diào)整確定。 四、傳動軸的設(shè)計機床傳動軸，廣泛采用滾動軸承作支撐。軸上要安裝齒輪、離合器和制動器等。傳動軸應(yīng)保證這些傳動件或機構(gòu)能正常工作。首先傳動軸應(yīng)有足夠的強度、剛度。如撓度和傾角過大，將使齒輪嚙合不良，軸承工作條件惡化，使振動、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引起上述問題。傳動軸

38、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?；ㄦI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。這是加工時的過濾部分。一般尺寸花鍵的滾刀直徑為6585。機床傳動軸常采用的滾動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。所以有時在沒有軸向力時，也常采用這種軸承。選擇軸承的型號和尺

39、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加工幾個同心孔的工藝。下面分析幾種鏜孔方式：對于支撐跨距長的箱體孔，要從兩邊同時進行加工；支撐跨距比較短的，可以從一邊（叢大孔方面進刀）伸進鏜桿，同時加工各孔；對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)計時應(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、中或重系列軸承來達到支撐孔直徑的安排要求。兩孔間的最小壁厚，不得小于510，以免加工時孔變形?；ㄦI軸

40、兩端裝軸承的軸頸尺寸至少有一個應(yīng)小于花鍵的內(nèi)徑。一般傳動軸上軸承選用級精度。傳動軸必須在箱體內(nèi)保持準確位置，才能保證裝在軸上各傳動件的位置正確性，不論軸是否轉(zhuǎn)動，是否受軸向力，都必須有軸向定位。對受軸向力的軸，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）在選擇定位方式時應(yīng)注意：1) 軸的長度。長軸要考慮熱伸長的問題，宜由一端定位。2) ￥軸承的間隙是否需要調(diào)整。3) 整個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。五、 主軸軸承1、軸承類型選擇 根據(jù)設(shè)計機床的功率和轉(zhuǎn)速，選擇裝圓錐滾子軸承的主軸組件。這種主軸轉(zhuǎn)速

41、較低，為25-1600r/min,電動機功率為5.5kw，故可用圓錐滾子軸承以簡化支撐部的構(gòu)造。這種構(gòu)造仍可歸入推力支承在前支承的一類后支承（6216）的輔助支承。采用三支承主軸，前、中為主支承，后為輔助支承。三支承中主支承應(yīng)預(yù)緊，使軸承的滾道和滾動體之間處于過盈狀態(tài)；“輔”支承常用深溝球軸承，保留游隙以至選用游隙增大的軸承。由于三個軸徑和三個殼體不可能完全同軸，因此絕不能三個軸承都預(yù)緊，都預(yù)緊是要發(fā)生干涉的。會使軸承溫度升高，空載功率大幅度上升。如果輔支承保持間隙，則當主軸不受載或載荷較小時，“輔”支承不起作用。當主軸載荷較大，“輔”支承處于繞度較大，超過了游隙，“輔”支承才參加工作。2、軸

42、承的精度和配合主軸軸承精度要求比一般傳動軸高。前軸承的誤差對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。普通精度級機床的主軸，前軸承的選或級，后軸承選或級。選擇軸承的精度時，既要考慮機床精度要求，也要考慮經(jīng)濟性。軸承與軸和軸承與箱體孔之間，一般都采用過渡配合。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反映到軸承滾道上去。如果配合精度選的太低，會降低軸承的回轉(zhuǎn)精度，所以軸和孔的精度應(yīng)與軸承精度相匹配。3、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)到合適的負間隙，形成一定的預(yù)負載，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)負載使軸

43、承內(nèi)產(chǎn)生接觸變形，過大的預(yù)負載對提高剛度沒有明顯的小果，而磨損發(fā)熱量和噪聲都會增大，軸承壽命將因此而降低。軸承間隙的調(diào)整量，應(yīng)該能方便而且能準確地控制，但調(diào)整機構(gòu)的結(jié)構(gòu)不能太復雜。雙列短圓柱滾子軸承內(nèi)圈相對外圈可以移動，當內(nèi)圈向大端軸向移動時，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，隔套兩個端面的平行度都由較高要求，否則，調(diào)整時可能將軸承壓偏而破壞精度。隔套越長，誤差的影響越小。螺母端面對螺紋中心線垂直度、軸上和孔上套簡兩端平行度等均有嚴格的精度要求。六、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）。錐面配合對中性好，但加工較難。平鍵一般用一個或者兩個（相隔180度布置），兩國特鍵不但平衡較好，而且平鍵高度較低，避免因齒輪鍵槽太深導致小齒輪輪轂厚度不夠的問題。七、潤滑與密封主軸轉(zhuǎn)速高，必須保證充分潤滑，一般常用單獨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