主軸箱設(shè)計(jì)說明書定稿余炳星

1、中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書（普通銑床主軸箱設(shè)計(jì)）中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 10/11 學(xué)年 第 一 學(xué)期學(xué) 院： 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(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： 周明星 學(xué) 號(hào)：0702014325 課程設(shè)計(jì)題目： 金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì) 銑床主軸箱設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： 12 月 19 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： 成云平 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)

2、，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；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、圖冊等有關(guān)技術(shù)資料的能力；4基本掌握繪圖和編寫技術(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)銑床，工作時(shí)間：一班制，電動(dòng)機(jī)功率：，主軸最高、最低轉(zhuǎn)速如下：，變速級(jí)數(shù)：z=12。2工件材料：45號(hào)鋼 刀具材料：YT153設(shè)計(jì)部件名稱

3、：主軸箱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)算說明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等：設(shè)計(jì)任務(wù)1運(yùn)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)，確定公比，繪制結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖、計(jì)算齒輪齒數(shù)。2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、對主要零件（如皮帶、齒輪、主軸、軸承等）進(jìn)行計(jì)算（初算和驗(yàn)算）。設(shè)計(jì)工作量要求：1主軸箱展開圖、剖面圖各一張；2、號(hào)傳動(dòng)軸零件圖一張；3機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖一張；4編寫課程設(shè)計(jì)說明書一份。（A4>15頁） 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書4主要參考文獻(xiàn)：1）王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì). 北京: 兵器工業(yè)出版社, 1999.92）陳易

4、新.金屬切削機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書. 哈爾濱工業(yè)大學(xué) ,1987.73）戴曙.金屬切削機(jī)床.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.84）范云漲.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1994.75設(shè)計(jì)成果形式及要求：主傳動(dòng)系統(tǒng)裝配圖一份；主軸零件圖一張；課程設(shè)計(jì)說明書一份。6工作計(jì)劃及進(jìn)度：2009年12月17日 資料查閱階段 12月22日12月26日 分析、設(shè)計(jì)、繪圖、編寫說明書12月27日 答辯 系主任審查意見： 簽字： 年 月 日目錄1.概述-12.參數(shù)的擬定-13.傳動(dòng)設(shè)計(jì)-14. 傳動(dòng)件的估算-35. 動(dòng)力設(shè)計(jì)-96.主軸空間位置圖-127.主軸箱位置展開圖-128.結(jié)

5、構(gòu)設(shè)計(jì)及說明-139.總結(jié)-1910.參考文獻(xiàn)-20附：主軸箱位置展開圖1.概述1.1機(jī)床課程設(shè)計(jì)的目的機(jī)床課程設(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，對這些基本知識(shí)和資料作些簡要介紹。本次設(shè)計(jì)的是普通銑床主軸變速

6、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， Z=12 =1.26；2.2 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5.5KW，根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊選Y132S-4，額定功率5.5，滿載轉(zhuǎn)速1440 ，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)型式則指傳動(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

7、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)對于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的傳動(dòng)不失為有用的方法，但對于分析復(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)

8、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、個(gè)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)計(jì)選擇方案： 12=3×2×2；122×3×2；122×2×33.2.2 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

9、15;2×2。3.2.3 結(jié)構(gòu)式的擬定對于12=3×2×2傳動(dòng)式，有6種結(jié)構(gòu)式和對應(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。轉(zhuǎn)速圖的擬定圖1轉(zhuǎn)速圖4. 傳動(dòng)件的估算4.1 三角帶傳動(dòng)的計(jì)算三角帶傳動(dòng)中，軸間距A可以加大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會(huì)有打滑，宜可緩和沖擊及隔離振動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。帶輪結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸大，機(jī)床中常用作電機(jī)輸出軸的定比傳動(dòng)。(1)選擇三角帶的型號(hào) 根據(jù)公式 式中P-電動(dòng)機(jī)額定功率，-工作情況系數(shù) 查機(jī)械設(shè)計(jì)圖8-8因此選擇A型帶，尺寸參數(shù)為B=95mm，=11mm，h=

10、10，。(2)確定帶輪的計(jì)算直徑，帶輪的直徑越小帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的壽命，小帶輪的直徑不宜過小，即。查機(jī)械設(shè)計(jì)表8-3，8-7取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑=100。由公式 式中：-小帶輪轉(zhuǎn)速，-大帶輪轉(zhuǎn)速，-帶的滑動(dòng)系數(shù)，一般取0.02。所以，取為較大值180mm，一可增大包角，二可以滿足傳動(dòng)比的要求。(3)確定三角帶速度按公式 (4)初定中心距帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床的總體布局初步選定，一般可在下列范圍內(nèi)選?。?根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 取，取=400mm. (5)三角帶的計(jì)算基準(zhǔn)長度 由機(jī)械設(shè)計(jì)表8-2，圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長度 (6)驗(yàn)算三角帶的撓曲次數(shù) ，符合要求。 (7)確定實(shí)際中心距(8)驗(yàn)算小帶

11、輪包角，主動(dòng)輪上包角合適。(9)確定三角帶根數(shù)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)式8-22得傳動(dòng)比查表8-5c，8-5d 得= 0.02KW,= 1.14KW查表8-8，=0.98；查表8-2，=0.93取 根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 其中：N-該軸傳遞的功率；該軸每米長度允許扭轉(zhuǎn)角；-該傳動(dòng)軸的

12、計(jì)算轉(zhuǎn)速。計(jì)算轉(zhuǎn)速是傳動(dòng)件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系確定。查機(jī)械課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表2-2取I，II，III，IV軸的0.5；根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)速的概念取800，500， 250，200。所以 ， 取30mm, 取40mm , 取90mm 此軸徑為平均軸徑，設(shè)計(jì)時(shí)可相應(yīng)調(diào)整。4.3 齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計(jì)算4.3.1 齒輪齒數(shù)的確定當(dāng)各變速組的傳動(dòng)比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對于定比傳動(dòng)的齒輪齒數(shù)可依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊推薦的方法確定。對于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳動(dòng)比是標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時(shí)，變速組內(nèi)每對齒輪的齒數(shù)和及小齒輪的齒數(shù)可以從表3-6（

13、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)）中選取。一般在主傳動(dòng)中，最小齒數(shù)應(yīng)大于1820。采用三聯(lián)滑移齒輪時(shí)，應(yīng)檢查滑移齒輪之間的齒數(shù)關(guān)系：三聯(lián)滑移齒輪的最大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于或等于4，以保證滑移是齒輪外圓不相碰。第一組齒輪：傳動(dòng)比： ，, 查表，齒數(shù)和取72=36，=36，=28，=44，=32，=40；第二組齒輪：傳動(dòng)比：, 齒數(shù)和取84：，=42，=42，=28，=56；第三組齒輪：傳動(dòng)比：,齒數(shù)和取88：=54，=34，=25，=63，4.3.2 齒輪模數(shù)的計(jì)算式中：按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的齒輪模數(shù)mm；驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率KW；該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速i大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比i1；小齒輪齒數(shù)；齒寬系數(shù)，（B為齒寬，m

14、為模數(shù)），610；許用接觸應(yīng)力MPa，查表26。(1)- 齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： 取m4(2) -齒輪彎曲疲勞的計(jì)算：4.4 取m5 (3)- 齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： 4.98 取m5 (4)標(biāo)準(zhǔn)齒輪：從機(jī)械原理 表10-2查得以下公式齒頂圓 齒根圓 分度圓 齒頂高 齒根高 齒輪的具體值見表齒輪尺寸表齒輪齒數(shù)z模數(shù)m分度圓d齒頂圓齒根圓齒頂高齒根高1364144152134452364144152134453284112120102454444176184166455324128136118456404160168150457425210220197.556.258425210220197.556

15、.259285140150127.556.2510565280290267.556.2511545270280257.556.251234517018015756.2512255270135112.556.2514635315325302.556.254.3.4齒寬確定 由公式得：第一套嚙合齒輪 第二套嚙合齒輪 第三套嚙合齒輪一對嚙合齒輪，為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒的載荷，設(shè)計(jì)上，應(yīng)主動(dòng)輪比小齒輪齒寬大所以，4.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 查機(jī)械設(shè)計(jì)P156頁，當(dāng)。D是軸承外徑，查機(jī)械零件手冊確定選用深溝球軸承6010，d=50mm,D=80mm。帶輪內(nèi)孔尺寸是軸

16、承外徑尺寸80mm。齒機(jī)械設(shè)計(jì)表8-10確定參數(shù)得： 帶輪寬度：，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6090mm。初步選取90mm.后軸頸（0.70.9），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)，定懸伸長度a120mm。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

17、端受力為F/2=3262N。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（106）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)過反復(fù)驗(yàn)算得仍接近1.8?？梢钥闯觯@是一個(gè)迭代過程，很快收斂于正確值。最佳跨距。5.2 齒輪校驗(yàn) 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3，齒輪5，齒輪12這三個(gè)齒輪。 齒輪3的齒數(shù)為28，模數(shù)為4，齒輪的應(yīng)力：1）接觸應(yīng)力： u-大齒輪齒數(shù)與小

18、齒輪齒數(shù)之比；-區(qū)域系數(shù)； -彈性影響系數(shù)； K-載荷系數(shù)；圓周力。查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-4及圖10-8及表10-2分布得假定齒輪工作壽命是48000h。最終確定 ：接觸應(yīng)力 960.0Mpa 接觸疲勞強(qiáng)度校核滿足2） 彎曲應(yīng)力： 齒型系數(shù)；應(yīng)力校正系數(shù).查機(jī)械設(shè)計(jì)有，求得： =95Mpa 彎曲疲勞強(qiáng)度校核滿足另外兩齒輪計(jì)算方法如上，均符合要求。5.3軸承的校驗(yàn)軸選用的是角接觸軸承6010 其基本額定負(fù)荷為16.2KN 由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值所以齒輪越小越靠近軸承，對軸承的要求越高。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該對軸未端的滾子軸承進(jìn)行校核。 齒輪的直徑 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 Nm 齒輪受力 N 根據(jù)受力分析和受力圖可以

19、得出軸承的徑向力為 777.7 N N 因軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，按機(jī)械設(shè)計(jì)表13-6查得為1.2到1.8，取，則有： N N軸承的壽命 因?yàn)椋园摧S承1的受力大小計(jì)算： h故該軸承能滿足要求。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

20、考慮以下幾個(gè)方面的問題。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

21、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，通過空心軸中的拉桿來操縱離合器的結(jié)構(gòu)?？偛贾脮r(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

22、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)過一個(gè)花鍵齒，和軸上的花鍵對正，然后用螺釘把錯(cuò)開的兩個(gè)圓盤連接在一起。這樣

23、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?；瑒?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?？仗X輪需要有軸向定位，軸承需要潤滑。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)

24、嚙合的齒數(shù)是周期性變化的。也就是說，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，

25、機(jī)床上主傳動(dòng)齒輪都要選用較高的精度。大都是用766，圓周速度很低的，才選877。如果噪聲要求很嚴(yán)，或一些關(guān)鍵齒輪，就應(yīng)選655。當(dāng)精度從766提高到655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。8.4.1其他問題滑移齒輪進(jìn)出嚙合的一端要圓齒，有

26、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。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)

27、有足夠的強(qiáng)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(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(shí)的過濾部分。一般尺寸花鍵的滾刀直徑為6585。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。

28、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(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：對于支撐跨距長的箱體孔，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；對中間孔徑比兩端大的箱體，鏜中間孔必須

29、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510，以免加工時(shí)孔變形?；ㄦI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：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(gè)軸的軸向位置是

30、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)孔直徑車床主軸由于要通過棒料，安裝自動(dòng)卡盤的操縱機(jī)構(gòu)及通過卸頂尖的頂桿，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。2） 軸頸直徑前

31、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） 支撐跨距及懸伸長度為了提高剛度，應(yīng)盡量縮短主軸的外伸長度。選擇適當(dāng)?shù)闹慰缇?，一般推薦?。?=35，跨距小時(shí)，軸承變形對軸端變形的影響大。所以，軸承剛度小時(shí)，應(yīng)選大值，軸剛度差時(shí)，則取小值?？缇嗟拇笮?，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)比較簡單，但允許的極限

32、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)

33、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0.030.07），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。軸承配置時(shí)，除選擇軸承的類型不同外，推力軸承的布置是主要差別。推力軸承布置在前軸承、后軸承還是分別布置在前、后軸承，影響著溫升后軸的伸長方向以及結(jié)構(gòu)的負(fù)責(zé)程度，應(yīng)根據(jù)機(jī)床的實(shí)際要求確定。在配置軸承時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 每個(gè)支撐點(diǎn)都要能承受經(jīng)向力。 兩個(gè)方向的軸向力應(yīng)分別有相應(yīng)的軸承承受。 徑向力和兩個(gè)方向的軸向力都應(yīng)傳遞到箱體上，即負(fù)荷都由機(jī)床支撐件承受。3）軸承的精度和配合主軸軸承精度要求比一般傳動(dòng)軸高。前軸承的誤差對主軸前端的影

34、響最大，所以前軸承的精度一般比后軸承選擇高一級(jí)。普通精度級(jí)機(jī)床的主軸，前軸承的選或級(jí)，后軸承選或級(jí)。選擇軸承的精度時(shí)，既要考慮機(jī)床精度要求，也要考慮經(jīng)濟(jì)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(huì)反映到軸承滾道上去。如果配合精度選的太低，會(huì)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。1） 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(fù)間隙，形成一定的預(yù)負(fù)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(fù)載使軸承內(nèi)產(chǎn)生接觸變形，過大的預(yù)負(fù)載對提高剛度沒有明顯的小果，而磨損發(fā)熱量和

35、噪聲都會(huì)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(zhǔn)確地控制，但調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)不能太復(fù)雜。雙列短圓柱滾子軸承內(nèi)圈相對外圈可以移動(dòng)，當(dāng)內(nèi)圈向大端軸向移動(dòng)時(shí)，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(gè)端面的平行度都由較高要求，否則，調(diào)整時(shí)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(yán)格的精度要求。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）。錐面配合對中性好，但加工較難。平鍵一般用一個(gè)或