機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第一章 概述1.1機(jī)床主軸箱課程設(shè)計(jì)的目的（1）通過(guò)機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，使學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想和掌握機(jī)床設(shè)計(jì)的基本方法；（2）鞏固和加深所學(xué)理論知識(shí)，擴(kuò)大知識(shí)面，并運(yùn)用所學(xué)理論分析和解決設(shè)計(jì)工作中的具體問(wèn)題；（2）通過(guò)機(jī)械制造裝備課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生在擬訂機(jī)床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)床的構(gòu)造設(shè)計(jì)、各種方案的設(shè)計(jì)、零件的計(jì)算、編寫技術(shù)文件和設(shè)計(jì)思想的表達(dá)等方面，得到綜合性的基本訓(xùn)練；（3）熟悉有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)和參考資料的運(yùn)用，以培養(yǎng)具有初步的結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的能力。1.2設(shè)計(jì)參數(shù)普通車床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)參數(shù)：（a）主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z=12；（b）主軸轉(zhuǎn)速范圍r/min；（c）公比=1.41；

2、（d）電機(jī)功率為7.5KW；（e）電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min。第二章 參數(shù)的擬定2.1 確定極限轉(zhuǎn)速 由 因?yàn)?1.41 得=44.64 取=45 r/min 取標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速1440r/min 2.2 主電機(jī)選擇已知異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有3000 、1500 、1000、750 ，已知是4KW，根據(jù)車床設(shè)計(jì)手冊(cè)附錄表2選Y132S-4，額定功率5.5，滿載轉(zhuǎn)速1440 ，。第三章 傳動(dòng)設(shè)計(jì)3.1 主傳動(dòng)方案擬定可能的方案有很多，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

3、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、個(gè)傳動(dòng)副。即 傳動(dòng)副中由于結(jié)構(gòu)的限制以2或3為合適，即變速級(jí)數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子： ，可以有3種方案： 12=322；12=232；12=223 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。 主軸對(duì)加工精度、表面粗糙度的影響很大，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=322。 3.2.3 結(jié)構(gòu)式的擬定 對(duì)于12=232傳動(dòng)式，有6種結(jié)構(gòu)式和對(duì)應(yīng)

4、的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。分別為： 根據(jù)主變速傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則3.3轉(zhuǎn)速圖的擬定第四章 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(jiǎn)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) 因此選擇A型帶。(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(guò)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=125mm。由公式 式中：-小帶輪轉(zhuǎn)速，-大帶輪轉(zhuǎn)速，所以，取整為250mm。(3)確定三

5、角帶速度按公式 因?yàn)?m/minV25 m/min,所以選擇合適。 (4)初步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)公式即：262.5mm 750mm取=600mm.(5)三角帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度 由機(jī)械設(shè)計(jì)表8-2，圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)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)算小帶輪包角，輪上包角合適(9)確定三角帶根數(shù)得: 傳動(dòng)比: 查表得= 0.40KW,= 3.16KW；=0.97；，=0.95 所以取 根(10)計(jì)算預(yù)緊力查機(jī)械設(shè)計(jì)表8-4，q=0.18kg/m(11)計(jì)算壓軸力4.2 傳動(dòng)軸的估算傳動(dòng)軸

6、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 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速是低速第一個(gè)三分之一變速范圍的最高一級(jí)轉(zhuǎn)速：4.2.2 各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速軸：有12級(jí)轉(zhuǎn)速，其中80r/min通過(guò)齒輪獲得63r/min，剛好能傳遞全部功率：所以：nV =80r/min同理可得：n =250r/min ，n =630r/min ，n =630r/m

7、in,n =800r/min4.2.3 各軸直徑的估算 其中：P-電動(dòng)機(jī)額定功率 K-鍵槽系數(shù) A-系數(shù)-從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積；-該傳動(dòng)軸的計(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。軸：K=1.06，A=120 所以 ， 取28mm軸：K=1.06，A=120 , 取30mm軸：K=1.06，A=110 , 取40mm軸：K=1.06，A=100 , 取30mm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

8、輪齒數(shù)。對(duì)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(cè)推薦的方法確定。對(duì)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(duì)齒輪的齒數(shù)和及小齒輪的齒數(shù)可以從表3-6（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：, 齒數(shù)和取84=42，=42，=35，=49；第二組齒輪：傳動(dòng)比：,， 齒數(shù)和取90：=45，=45，=18，=72，=30，=60；第三組齒輪：傳動(dòng)比：,齒數(shù)和取110：=73，=37，=22，=88，4.3

9、.2 齒輪模數(shù)的計(jì)算(1)- 齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： 機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)P36，為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，可根據(jù)轉(zhuǎn)速圖確定）齒面點(diǎn)蝕的計(jì)算：取A=90，由中心距A及齒數(shù)計(jì)算出模數(shù)： 根據(jù)計(jì)算選取兩個(gè)中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。取 所以取(2) -齒輪彎曲疲勞的計(jì)算：齒面點(diǎn)蝕的計(jì)算：取A=121，由中心距A及齒數(shù)計(jì)算出模數(shù)： 根據(jù)計(jì)算選取兩個(gè)中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。取 所以取(3)- 齒輪彎曲疲勞的計(jì)算： 齒面點(diǎn)蝕的計(jì)算：，取A=162，由中心距A及齒數(shù)計(jì)算出模數(shù)： 根據(jù)計(jì)算選取兩個(gè)中的較大值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。取 所以取 (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

10、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1423126132242312613233531051114493147153545354606453216222718313514187231351419303909610603180186117332192251237311111713223667214883264270158831051111688369751788399105齒輪齒根圓齒頂高齒根高1118.533.752118.533.75397.533.754139.533.75546.533.756198.533.757127.533.75812

11、7.533.75982.533.7510172.533.7511211.533.7512103.533.751358.533.7514256.533.751597.533.751661.533.751791.533.754.3.4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(duì)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；，4.3.5 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 當(dāng)時(shí)，可做成腹板式結(jié)構(gòu)，再考慮到加工問(wèn)題，現(xiàn)敲定把齒輪14做成腹板式結(jié)構(gòu)。其余做成實(shí)心結(jié)構(gòu)。齒輪14計(jì)算如下： ， 4.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)。D是軸承外徑

12、，查機(jī)械零件手冊(cè)確定選用深溝球軸承6211，d=55mm,D=100mm。帶輪內(nèi)孔尺寸是軸承外徑尺寸100mm。齒機(jī)械設(shè)計(jì)表8-10確定參數(shù)得： 帶輪寬度： 分度圓直徑：， 4.5 傳動(dòng)軸間的中心距4.6 軸承的選擇軸： 6208 D=80 B=18 深溝球軸承軸： 7207C D=72 B=17 圓錐滾子軸承軸： 7207C D=72 B=17 圓錐滾子軸承軸： 7208C D=80 B=18 圓錐滾子軸承第五章 動(dòng)力設(shè)計(jì)5.1傳動(dòng)軸的驗(yàn)算由于變速箱各軸的應(yīng)力都比較小，驗(yàn)算時(shí)，通常都是用復(fù)合應(yīng)力公式進(jìn)行計(jì)算： （MPa）為復(fù)合應(yīng)力（MPa）為許用應(yīng)力（MPa）W為軸危險(xiǎn)斷面的抗彎斷面模數(shù) 實(shí)

13、心軸： 空心軸： 花鍵軸：d為空心軸直徑，花鍵軸內(nèi)徑D為空心軸外徑，花鍵軸外徑d0為空心軸內(nèi)徑b為花鍵軸的鍵寬Z為花鍵軸的鍵數(shù)M為在危險(xiǎn)斷面的最大彎矩 NmmT為在危險(xiǎn)斷面的最大扭矩N為該軸傳遞的最大功率Nj為該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速齒輪的圓周力：齒輪的徑向力：5.1.1 軸的強(qiáng)度計(jì)算軸： 5.1.2 作用在齒輪上的力的計(jì)算 已知大齒輪的分度圓直徑：d=mz=2.539=97.5mm圓角力： 徑向力：軸向力：方向如圖所示：由受力平衡：=1759.2N=766.45N所以=（1759.2+766.45）=2525.65N以a點(diǎn)為參考點(diǎn)，由彎矩平衡得：105+（105+40）（300+40+105）=0所以

14、：=2245.5N =280.1N在V面內(nèi)的受力情況如下：受力平衡：即：1759.2+1532.90以a點(diǎn)為參考點(diǎn)，由彎矩平衡：105（105+40）+（30010540）=0所以=3629N =3653N在V面的彎矩圖如下：5.1.3 主軸抗震性的驗(yàn)算（1）支撐剛度，包括軸承的彈性變形和坐圈接觸變形。向心推力球軸承：=（0.70.002）d圓錐孔雙列向力短圓柱滾子軸承：=（mm）前軸承處d=100，R=5400kgf，所以：=0.0108mm =0.0251mm坐圓外變形：對(duì)于向心球軸承：D=150，d=100，b=60，取k=0.01所以：對(duì)于短圓柱滾子軸承：D=150，d=100，b=3

15、7，取k=0.01，R=12500kgf所以：所以軸承的徑向變形：=+=0.05+0.053=0.103mm支撐徑向剛度：k=（2）量主要支撐的剛度折算到切削點(diǎn)的變形其中L=419mm，KA=121359.2kg/mm所以：（3）主軸本身引起的切削點(diǎn)的變形其中：P=2940N，a=125mm，L=419mm，E=2107N/cm，D=91mmI=0.05（D4-d4）=0.05（914-464）=3163377.25mm2所以：（4） 主軸部件剛度（5） 驗(yàn)算抗振性則：所以：所以主軸抗振性滿足要求。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)

16、力和彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算。這里要驗(yàn)算的是齒輪2，齒輪7，齒輪12這三個(gè)齒輪。（1）接觸應(yīng)力公式： u-大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比； -齒向載荷分布系數(shù)；-動(dòng)載荷系數(shù)；-工況系數(shù)；-壽命系數(shù)查機(jī)械裝備設(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，故應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為查機(jī)械裝備設(shè)計(jì)圖10-18得，所以：（2）彎曲應(yīng)力： 查金屬切削手冊(cè)有Y=0.378，代入公式求得：=158.5Mpa 查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21e,齒輪的材產(chǎn)選，大齒輪、小齒輪的硬度為60HRC，故有，從圖10-21e讀出。因?yàn)椋?，故滿足要求，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7

17、206 其基本額定負(fù)荷為30.5KN 由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值所以齒輪越小越靠近軸承，對(duì)軸承的要求越高。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該對(duì)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得出軸承的徑向力為 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10-5查得為1.2到1.8，取，則有： N N軸承的壽命 因?yàn)?，所以按軸承1的受力大小計(jì)算： h故該軸承能滿足要求。第六章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明6.1 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

18、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

19、、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)。6.2 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。車床上的反轉(zhuǎn)一般用于加工螺紋時(shí)退刀。車螺紋時(shí)，換向頻率較高。實(shí)現(xiàn)政反轉(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(jìn)行，常采用片式摩擦離合器。由于裝在箱內(nèi)，

20、一般采用濕式。在確定軸向尺寸時(shí)，摩擦片不壓緊時(shí)，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(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?；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(rùn)滑。6.3 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