CA6140機(jī)床主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
CA6140機(jī)床主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),CA6140,機(jī)床,主軸,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述機(jī)床主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 文獻(xiàn)綜述機(jī)床主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 文獻(xiàn)綜述姓名:程學(xué)博班級:機(jī)制 1101 班指導(dǎo)教師:趙艷春引言：引言：金屬切削機(jī)床是用切削的方法使得金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器， 它是制作機(jī)器的機(jī)器，所以又稱為“工作母機(jī)”或“工具機(jī)”，習(xí)慣上叫做機(jī)床。在新中國成立以后建立起來的機(jī)床工業(yè)。在半封建半殖民地的舊中國，根本上就沒有機(jī)床制造工業(yè)。一直到解放不久，全國只有十分少數(shù)幾個機(jī)械修配廠生產(chǎn)結(jié)構(gòu)簡單的少量機(jī)床。1949 年機(jī)床年產(chǎn)量僅僅 1500 多臺。在解放后的幾十年時間里頭，我國的機(jī)床工業(yè)獲得高速發(fā)展。 眼前我國已經(jīng)是布局十分合理， 比較完善的機(jī)床工業(yè)體系。 但是，我國的機(jī)床工業(yè)與世界先進(jìn)水平還是有非常較大的差距。所以，我國的機(jī)床工業(yè)面臨著光榮而艱巨的任務(wù)，必須不斷學(xué)習(xí)發(fā)展并且引進(jìn)國外的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，大力發(fā)揚(yáng)科學(xué)研究，以便早日趕上世界先進(jìn)步伐。機(jī)床可進(jìn)行各種車削工作，并可加工公制、英制、模數(shù)和徑節(jié)螺紋。主軸三支撐均采用滾動軸承；進(jìn)給系統(tǒng)用雙軸滑移共用齒輪機(jī)構(gòu)；縱向與橫向進(jìn)給由十字手柄操縱，并附有快速電機(jī)。該機(jī)床剛性好、功率大、操作方便。機(jī)床是將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器，它是制造機(jī)器的機(jī)器，所以又稱為工作母機(jī)或工具機(jī)， 習(xí)慣上簡稱機(jī)床。 現(xiàn)代機(jī)械制造中加工機(jī)械零件的方法很多： 除切削加工外，還有鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓等，但凡屬精度要求較高和表面粗糙度要求較細(xì)的零件，一般都需在機(jī)床上用切削的方法進(jìn)行最終加工。在一般的機(jī)器制造中，機(jī)床所擔(dān)負(fù)的加工工作量占機(jī)器總制造工作量的 40%-60%， 機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的建設(shè)中起著重大作用。自從 20 世紀(jì)中葉以來，全球加工技術(shù)及其裝備在制造過程中占有重要地位:制造裝備中 80%以上零件需進(jìn)行加工,而且加工過程周期長,約占新產(chǎn)品開發(fā)周期3040%,占批量生產(chǎn)產(chǎn)品工時 4050%, 加工費(fèi)用高,全世界約 1 億噸鋼和非鐵材料變成切屑,切削加工的耗費(fèi)每年在 2500 億美元以上。因此機(jī)床工業(yè)是備工業(yè)的基礎(chǔ),世界發(fā)達(dá)國家對其發(fā)展非常重視,機(jī)床產(chǎn)值持續(xù)增長我國機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量呈快速發(fā)展態(tài)勢。近年來數(shù)控機(jī)床無論從產(chǎn)量、消費(fèi)量還是進(jìn)口量上都加快了增長速度,但進(jìn)口量增長率始終大于產(chǎn)量2增長率,國外數(shù)控產(chǎn)品始終對國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床保持著壓力。雖然增長率差額由 3.3%減小到了 0.9%,但簡單的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床占到近 70%,高中檔數(shù)控機(jī)床幾乎全部依賴進(jìn)口, 結(jié)構(gòu)矛盾依然突出。本設(shè)計(jì)主要針對機(jī)床的主軸箱進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要有機(jī)床主要參數(shù)的確定，傳動方案和傳動系統(tǒng)圖的擬定，對主要零件 進(jìn)行了計(jì)算和驗(yàn)算，利用三維畫圖軟件進(jìn)行了零件的設(shè)計(jì)和處理。機(jī)床主軸箱是機(jī)床中重要的傳動部件。其將機(jī)床電動機(jī)和機(jī)床主軸聯(lián)結(jié)起來，將動力和扭矩由電機(jī)傳遞到主軸，從而使主軸轉(zhuǎn)動以加工工件。其主要作用是通過變速裝置調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速和扭矩，從而使電機(jī)運(yùn)行在最佳正文：正文：車床主軸是車床中應(yīng)用最廣泛的一種，約占車床類總數(shù)的 65%，因其主軸以水平方式放置故稱為臥式車床。普通車床的主軸箱又稱床頭箱，它的主要任務(wù)是將主電機(jī)傳來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)過一系列的變速機(jī)構(gòu)使主軸得到所需的正反兩種轉(zhuǎn)向的不同轉(zhuǎn)速，同時主軸箱分出部分動力將運(yùn)動傳給進(jìn)給箱。主軸箱中等主軸是車床的關(guān)鍵零件。主軸在軸承上運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性直接影響工件的加工質(zhì)量，一旦主軸的旋轉(zhuǎn)精。本文對機(jī)床主軸箱進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主軸箱是機(jī)床的動力源將動力和運(yùn)動傳遞給機(jī)床主軸的基本環(huán)節(jié)，其機(jī)構(gòu)復(fù)雜而巧妙，要實(shí)現(xiàn)其全部功能在軟件中的模擬仿真工作量非常大。這次設(shè)計(jì)的效果沒有預(yù)計(jì)的完美，有一些硬件方面的原因，在模擬仿真的時候，由于計(jì)算機(jī)的配置不能達(dá)到所需要求，致使運(yùn)行速度非常慢，不但時間上拖了下來，而且所模擬的效果很不理想。我接受的設(shè)計(jì)任務(wù)是對 CA6140 車床的主軸箱進(jìn)行設(shè)計(jì)。主軸箱的結(jié)構(gòu)繁多，考慮到實(shí)際硬件設(shè)備的承受能力，在進(jìn)行三維造型的時候在不影響模擬仿真的情況下，我省去了很多細(xì)部結(jié)構(gòu)。1溜板部分的機(jī)動進(jìn)給操作型車床的縱、橫向機(jī)動進(jìn)給(feed)和快速移動采用單手柄操縱。自動進(jìn)給手柄在 溜板箱右側(cè)，可沿十字槽縱、橫扳動，手柄扳動方向與刀架運(yùn)動方向一致。手柄在十字槽中 央位置時，停止進(jìn)給運(yùn)動。在自動進(jìn)給手柄頂部有一快進(jìn)按鈕，按下此鈕，快移電動機(jī)工作， 床鞍或中滑板按手柄扳動方向作縱向或橫向快速移動；松開按鈕，快移電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動快 速移動中止。溜板箱正面右側(cè)有一開合螺母操作手柄，用于控制溜板箱與絲杠之間的運(yùn)動聯(lián) 系。車削非螺紋表面時，開合螺母手柄位于上方；車削螺紋時，壓下開合螺母手柄，使開合 螺母閉合并與絲杠嚙合， 將絲杠的運(yùn)動傳遞給溜板箱， 使溜板箱、 床鞍按預(yù)定的螺距(或3導(dǎo)程) 作縱向進(jìn)給。車完螺紋應(yīng)立即將開臺螺母手柄扳回原位。 (1)用自動進(jìn)給手柄作床鞍的縱向和中滑板的橫向進(jìn)給的機(jī)動進(jìn)給練習(xí)。 (2)用手動進(jìn)給手柄和手柄頂部的快進(jìn)按鈕作縱向、橫向的快速移動操作。 (3)操作進(jìn)給箱上的絲杠、光杠變換手柄，使絲杠回轉(zhuǎn)，將溜板箱向右移動足夠遠(yuǎn)的距離， 扳下開臺螺母，觀察床鞍是否按選定螺距作縱向進(jìn)給。扳下和抬起開合螺母的操作應(yīng)果斷有 力，練習(xí)中體會手的感覺。(4)左手操作中滑板手柄， 右手操作開合螺母 兩手配合動作練習(xí)每次車完螺紋時的橫向退 刀。 （5） 操作車床主軸變速手柄得到各擋轉(zhuǎn)速按車床主軸轉(zhuǎn)速銘牌上的主軸轉(zhuǎn)速標(biāo)記， 轉(zhuǎn)動車床 主軸變速手柄，調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速分別為 16 r皿 n、450 rmln 和 1 400，確認(rèn)后啟動車 床并觀察。2操作車床進(jìn)給量手柄得到各擋進(jìn)給量。 按車床進(jìn)給量銘牌確定選擇縱向進(jìn)給量為 0 46 mmr、橫向進(jìn)給量為 0 20 mmr 時手輪 和手柄的位置，并進(jìn)行調(diào)整。按前面步驟調(diào)整車床進(jìn)給量手輪和手柄，使車床得到各擋進(jìn)給量。(1)沿床身導(dǎo)軌手動縱向移動尾座至合適位置， 逆時針方向扳動尾座緊固手柄 將尾座固定。 注意移動尾座時用力不要過大。 (2)逆時針方向轉(zhuǎn)動套筒鎖緊手柄(松開)，搖動手輪，使套筒作進(jìn)、退移動。3手動操作車床床鞍、中滑板、小滑板手柄 (1)搖動床鞍手柄，使床鞍向左或向右作縱向移動。手輪軸 t 的刻度盤圓周等分300 格， 手輪每轉(zhuǎn)動一格，床鞍縱向移動 1 mm。順時針方向轉(zhuǎn)動手柄時，床鞍向右運(yùn)動；逆時針方向 轉(zhuǎn)動手柄時，床鞍向左運(yùn)動。 (2)用左手、 右手分別按順時針和逆時針方向搖動中滑板手柄， 使中滑板作橫向進(jìn)給和退出 移動。中滑板絲杠上的刻度盤圓周等分 100 格，手柄每轉(zhuǎn)過1 格，中滑板橫向移動 o05 mm。 順時針方向轉(zhuǎn)動手柄時，中滑板向遠(yuǎn)離操作者方向運(yùn)動(即橫向進(jìn)刀)；逆時針方向轉(zhuǎn)動手柄 時，中滑板向靠近操作者方向運(yùn)動(即橫向退刀)。 (3)用雙手交替搖動小滑板手柄，使小滑板作縱向短距離的左、右移動。小滑板絲杠上的刻 度盤圓周等分 100 格，手柄每轉(zhuǎn)過 1 格，小滑板縱向移動 0 05mm。小滑板手柄順時針方向 轉(zhuǎn)動時，小滑板向左運(yùn)動；小滑板手柄逆時針方向轉(zhuǎn)動時，小滑板向右運(yùn)動。 (4)左手搖動車床床鞍手柄， 右手同時搖動中滑板手柄， 橫向快速趨近和快速退離工件。 縱、 (5)左手搖動中滑板手柄，右手同時搖動小滑板手柄。4啟動車床 (1)檢查車床各變速手柄是否處于空擋位置 離合器(clutch)是4否處于正確位置， 操縱桿是 否處于停止?fàn)顟B(tài)，確認(rèn)無誤后，合上車床電源總開關(guān)。(2)按下床鞍上的綠色啟動按鈕，電動機(jī)(elettdc molor)啟動。 (3)向上提起溜板箱右側(cè)的操縱桿手柄，主軸正轉(zhuǎn)；操縱桿手柄回到中間位置，主軸停止轉(zhuǎn) 動；操縱桿手CA6140 機(jī)床可進(jìn)行各種車削工作，并可加工公制、英制、模數(shù)和徑節(jié)螺紋。主軸三支撐均采用滾動軸承；進(jìn)給系統(tǒng)用雙軸滑移共用齒輪機(jī)構(gòu)；縱向與橫向進(jìn)給由十字手柄操縱，并附有快速電機(jī)。該機(jī)床剛性好、功率大、操作方便。機(jī)床主軸箱是一個比較復(fù)雜的傳動部件。表達(dá)主軸箱中各傳動件的結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系?？偨Y(jié)：總結(jié)：傳動方案和傳動系統(tǒng)圖的擬定主運(yùn)動傳動鏈1.傳動路線主運(yùn)動傳動鏈的兩末端件是主電動機(jī)和主軸。運(yùn)動由電動機(jī)（7.5Kw，1450r/min）經(jīng) V 帶輪傳動副130mm/230mm 傳至主軸箱中的軸 I。 在軸 I 上裝有雙向多片摩擦理合器1M，使主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、或停止。它就是主換向機(jī)構(gòu)。當(dāng)壓緊離合器1M左部的摩擦片時，軸 I 的運(yùn)動經(jīng)齒輪副5 63 8或5 14 3傳給軸 ，使軸 獲得兩種轉(zhuǎn)速。壓緊右部摩擦片時，經(jīng)齒輪 50（齒數(shù)）、軸 V 上的空套齒輪 34 傳給軸 上的固定齒輪 30。這時軸 I至軸 間多了一個中間齒輪 34，故軸 的轉(zhuǎn)向與經(jīng)1M左部傳動時相反。反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速只有一種。當(dāng)離合器處于中間位置時，左、右摩擦片都沒有被壓緊。軸 I 的運(yùn)動不能傳至軸 ，主軸停轉(zhuǎn)。軸 的運(yùn)動可通過軸 、間三對齒輪的任一對傳至軸，故軸正轉(zhuǎn)共有23=6 種轉(zhuǎn)速。運(yùn)動由軸傳往主軸有兩條線路：（1）高速傳動路線主軸上的滑移齒輪 50 移至左端，使之與軸上右端的齒輪63 嚙合。運(yùn)動由軸經(jīng)齒輪副6 35 0直接傳給主軸，得到 4501400r/min 的 6 種高轉(zhuǎn)速。（2） 低速傳動路線主軸上的滑移齒輪 50 移至右端， 使主軸上的齒式離合器2M嚙5合。軸的運(yùn)動經(jīng)齒輪副2 08 0或5 05 0傳給軸V ，又經(jīng)齒輪副2 08 0或5 18 0傳給軸V、再經(jīng)齒輪副2 65 8和齒式離合器2M傳至主軸，使主軸獲得 10500r/min 的低轉(zhuǎn)速。圖 1 轉(zhuǎn)速圖由上面的傳動路線分析，現(xiàn)確定以下數(shù)據(jù)：（1）確定極限轉(zhuǎn)速主軸最低轉(zhuǎn)速minn為 10r/min,最高轉(zhuǎn)速maxn為 1400r/min，轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍為nR=m a xm in/nn=14（2）確定公比選定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比為1.12（3）求出主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) ZZ=lgRn/lg+1= lg14/lg1.12+1=24（4）確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式24=2322（5）繪制轉(zhuǎn)速圖，選定電動機(jī)：6一般金屬切削機(jī)床的驅(qū)動，如無特殊性能要求，多采用 Y 系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機(jī)。Y 系列電動機(jī)高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動小、運(yùn)行安全可靠。根據(jù)機(jī)床所需功率選擇 Y160M-4，其同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min。分配總降速傳動比：總降速傳動比為 uII=nmin/nd=10/15006.67103,nmin 為主軸最低轉(zhuǎn)速，考慮是否需要增加定比傳動副，以使轉(zhuǎn)速數(shù)列符合標(biāo)準(zhǔn)或有利于減少齒輪和及徑向與軸向尺寸，并分擔(dān)總降速傳動比。然后，將總降速傳動比按“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的各變速組中的最小傳動比。確定傳動軸的軸數(shù)：傳動軸數(shù)變速組數(shù)+定比傳動副數(shù)+1=6繪制轉(zhuǎn)速圖： 先按傳動軸數(shù)及主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)格距 lg畫出網(wǎng)格， 用以繪制轉(zhuǎn)速圖。在轉(zhuǎn)速圖上，先分配從電動機(jī)轉(zhuǎn)速到主軸最低轉(zhuǎn)速的總降速比，在串聯(lián)的雙軸傳動間畫上 u(kk+1)min.再按結(jié)構(gòu)式的級比分配規(guī)律畫上各變速組的傳動比射線，從而確定了各傳動副的傳動比。7參考文獻(xiàn):參考文獻(xiàn):1 任殿閣,張佩勤.機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)（第三版）J北京：北京工業(yè)出版社,2002：76-802 劉朝儒,彭福萌.機(jī)械制圖（第四版）J.北京：高等教育出版社,2006.123 楊德武， 鄢利群 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M 長春： 吉林科學(xué)技術(shù)出版社,2006： 191-2204 成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第三版）第 1 卷M北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002：76-805 成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第三版）第 2 卷M北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002：430-4366成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 （第三版） .第 3 卷M.北京： 北京工業(yè)出版社， 2002:32-407 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第三版）.第 4 卷M.北京：北京工業(yè)出版社,2002:256-1878 劉杰，趙春雨,宋偉剛等機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)M北京：冶金工業(yè)出版社， 2003：46-619 張玉,劉平幾何量公差與測量技術(shù)（第 3 版）M沈陽：東北大學(xué)出版社，2006：17-9710濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械零件M.北京：高等教育出版社，1995:47-9711 濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)M.北京：高等教育出版社，2006：34-5712 張桂芳,滑動軸承M.北京高等教育出版社，1985:78-9813邱宣懷機(jī)械設(shè)計(jì)J高等教育出版社1995:47-9714 吳宗澤,羅圣國機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊J高等教育出版社1982：76-8015 曹桄，高學(xué)滿金屬切削機(jī)床掛圖J上海交通大學(xué)出版社1984：430-436
沈 陽 化 工 大 學(xué) 科 亞 學(xué) 院
本 科 畢 業(yè) 論 文
題 目： 機(jī)床主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 班 級： 1101 班
學(xué)生姓名： 程學(xué)博
指導(dǎo)教師： 趙艷春
論文提交日期： 2015
年
6
月
1
日
論文答辯日期： 2015
年
6
月
5
日
指導(dǎo)教師： 簽字
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
2015 年 3 月 6 日
2015 年 3 月 6 日至 2015 年 6 月 5 日
起止時間：
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分：
機(jī)床主軸箱結(jié)構(gòu)
3.文獻(xiàn)綜述（不少于 3000 字）
裝備圖、零件圖
機(jī)床主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：1.設(shè)計(jì)說明書一份
2. AutoCAD 軟件繪圖一套（包括
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè) 1101 班 學(xué)生：程學(xué)博
摘 要
車床是眾多車床中應(yīng)用最廣泛的一種，約占車床類總數(shù)的 65%，因其主軸以水平方式放置故稱為臥式車床。普通車床的主軸箱又稱床頭箱，它的主要任務(wù)是將主電機(jī)傳來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)過一系列的變速機(jī)構(gòu)使主軸得到所需的正反兩種轉(zhuǎn)向的不同轉(zhuǎn)速，同時主軸箱分出部分動力將運(yùn)動傳給進(jìn)給箱。主軸箱中等主軸是車床的關(guān)鍵零件。
本文對機(jī)床床頭箱進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主軸箱是機(jī)床的動力源將動力和運(yùn)動傳遞給機(jī)床主軸的基本環(huán)節(jié)，其機(jī)構(gòu)復(fù)雜而巧妙，要實(shí)現(xiàn)其全部功能在軟件中的模擬仿真工作量非常大。這次設(shè)計(jì)的效果沒有預(yù)計(jì)的完美， 有一些硬件方面的原因，在模擬仿真的時候，由于計(jì)算機(jī)的配置不能達(dá)到所需要求，致使運(yùn)行速度非常慢，不但時間上拖了下來，而且所模擬的效果很不理想。我接受的設(shè)計(jì)任務(wù)是對車床的主軸箱進(jìn)行設(shè)計(jì)。主軸箱的結(jié)構(gòu)繁多，考慮到實(shí)際硬件設(shè)備的承受能力，在進(jìn)行三維造型的時候在不影響模擬仿真的情況下，省去了很多細(xì)部結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞: 軸; 齒輪; 主軸; 變速
Abstract
Common lathe is one of the the most widely used, accounting for 65% of the total number of lathes , because of the spindle horizontally placed so called horizontal lathe.Mainspindle: also known as the headstock, its main task is coming from the main motor rotation speed through a series of institutions required for the spindle to be turned to different positive and negative speed, while spindle box allocate part of the power the campaign to pass into the box. Lathe headstock spindle is the key to the middle part.
CA6140-type feed box: also known as the cutting box, feed tank equipped with a variable speed feed motion in the body, it can adjust the speed to change mechanism, obtain the required feed rate or screw pitch, the light bar or screw through the spread of sports knife frame for cutting.Screw and light bars: to connect the feed box and the crates and deliver the motion and driving force to slide crate ,to make crate to get the vertical linear slide motion.
Keywords: Haft; Gear; Spindle box; Variable speed
目 錄
引言 1
第一章 傳動方案和傳動系統(tǒng)圖的擬定 2
第二章 主要設(shè)計(jì)零件的計(jì)算和驗(yàn)算 4
2.1 主軸箱的箱體 4
2.2 傳動系統(tǒng)的 I 軸及軸上零件設(shè)計(jì) 5
2.2.1 普通 V 帶傳動的計(jì)算 5
2.2.2 多片式摩擦離合器的計(jì)算 7
2.2.3 齒輪的驗(yàn)算 8
2.2.4 傳動軸的驗(yàn)算 10
2.2.5 軸承疲勞強(qiáng)度校核 11
第三章 傳動系統(tǒng)的Ⅱ軸及軸上零件設(shè)計(jì) 12
3.1 齒輪的驗(yàn)算 13
3.2 傳動軸的驗(yàn)算 15
3.3 軸組件的剛度驗(yàn)算 17
第四章 傳動系統(tǒng)的Ⅲ軸及軸上零件設(shè)計(jì) 19
4.1 齒輪的驗(yàn)算 19
4.2 傳動軸的驗(yàn)算 21
4.3 軸組件的剛度驗(yàn)算 22
第五章 傳動系統(tǒng)的Ⅳ軸及軸上零件設(shè)計(jì) 24
5.1 齒輪的驗(yàn)算 25
5.2 傳動軸的驗(yàn)算 27
5.3 軸組件的剛度驗(yàn)算 28
第六章 傳動系統(tǒng)的Ⅴ軸及軸上零件設(shè)計(jì) 30
6.1 齒輪的驗(yàn)算 30
6.2 軸組件的剛度驗(yàn)算 32
結(jié)論 34
參考文獻(xiàn) 35
致謝 36
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
引言
引言
金屬切削機(jī)床是通過切削金屬毛坯部件加工成機(jī)器零件的機(jī)器，它是制作很多機(jī)器的機(jī)器，所以它又被叫做為“工作母機(jī)”或“工具機(jī)”，也可以叫做為機(jī)床。
在新中國建成以后不久，機(jī)床行業(yè)建設(shè)成立了。在半封建，半殖民的舊中國的時期，基本上就沒有機(jī)床制造業(yè)。一直到解放后不久，全國只有及其十分少數(shù)地幾個機(jī)械修配廠可以用來生產(chǎn)簡單的結(jié)構(gòu)少量機(jī)床。1949 年機(jī)床年產(chǎn)量僅僅只有 1500 多臺床子。在解放后的幾十年時間里頭，中國的機(jī)床工業(yè)能夠獲得高速的發(fā)展。眼前，中國是布局十分合理，完美的機(jī)床工業(yè)體系。但是，仍然我國的機(jī)床工業(yè)與世界先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)水平還是有非常較大的差距。所以，我國的機(jī)床工具行業(yè)面臨著光榮而艱巨的任務(wù)使命，必須不斷地去學(xué)習(xí)發(fā)展，并且引入國外的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)生產(chǎn)技術(shù)，大力發(fā)揚(yáng)科研，研發(fā)，盡快的去迎接世界先進(jìn)步伐與水平。
所研究的車床是比較廣泛常見的一種機(jī)床，占約 65％的總車床設(shè)備，它因?yàn)樽陨硖卣髦鬏S水平方式放置所以被叫為臥式車床。普通車床的主軸箱又稱作為床頭箱， 它的主要任務(wù)是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，需要經(jīng)過一系列的正和負(fù)兩個導(dǎo)引不同速度的主軸傳動機(jī)構(gòu)，和主軸箱和的功率將運(yùn)動的一部分分離被轉(zhuǎn)移到進(jìn)料箱。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是針對機(jī)床主軸箱進(jìn)行了幾個月的設(shè)計(jì)，它的結(jié)構(gòu)是及其復(fù)雜又是是十分的精妙，要實(shí)現(xiàn)其全部功能在使用的過程中仿真工作量是非常大的。這次設(shè)計(jì)的效果即使沒有達(dá)到向預(yù)計(jì)的那樣十分的美好，有一些部分的原因是出現(xiàn)在硬件的部分，在模擬仿真過程當(dāng)中，由于計(jì)算機(jī)的配置仍然無法達(dá)到所需的預(yù)期的要求，其結(jié)果是，會致使在運(yùn)行的過程當(dāng)中速度非常地慢，不但在時間上拖下來了，而且所需要模擬的效果也很不理想了。我接受的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)課題題目是針對機(jī)床的主軸箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)橹鬏S箱繁多而且復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此我們需要考慮到實(shí)際硬件設(shè)備不能忽視。.
機(jī)床可以是各種轉(zhuǎn)彎，并可以加工公制，英寸，模量和牙。
由主軸滾動軸承和三個支持多;進(jìn)料系統(tǒng)是采取兩軸滑動齒輪共同機(jī)制;垂直和水平進(jìn)給是通過與交叉操作手柄，并伴隨著快速馬達(dá)。該機(jī)床具有剛性好，功率大， 操作方便等特點(diǎn).
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第一章傳動方案和傳動系統(tǒng)圖的擬定
第一章傳動方案和傳動系統(tǒng)圖的擬定
（1）確定極限轉(zhuǎn)速
根據(jù)已知主軸的基本設(shè)計(jì)要求得知最低的轉(zhuǎn)速 nmin 為 10r/min,最高轉(zhuǎn)速得知
nmax 為 1400r/min，轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍在 Rn=nmax/nmin=140 里面。
（2）確定公比
選定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比為φ＝1.26
（3）求出主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) Z
Z=lgRn/lgφ+1= lg140/lg1.12+1=24 （1-1） 一般金屬切削機(jī)床，如無特殊性能要求，是 Y 系列自我封閉自扇冷式三相異步
電動機(jī)。Y 系列電動機(jī)具有高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大、噪聲小、振動小、運(yùn)行安全可靠特別特征的。根據(jù)機(jī)床的基本設(shè)計(jì)而選擇 Y160M-4，它的轉(zhuǎn)速為 1500r/min。
（4）確定結(jié)構(gòu)式(選用分支傳動)
24=21×32×[1+（2×2-1）]
（5）確定轉(zhuǎn)速數(shù)列，查《機(jī)械裝備設(shè)計(jì)》標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列可以得出：
10，12.5，16，25，31.5，40，50，63，80，100，125，160，200，250，315，
400，500。高速級 6 級：450，560，710，900，1120，1400
（6）需要繪制轉(zhuǎn)速圖
○ 1 選定電動機(jī)
○ 2 分配總降
考慮該序列是否可以增加超過所述驅(qū)動一對，從而使序列符合標(biāo)準(zhǔn)或減少齒輪和徑向和軸向尺寸的數(shù)量，并降低了總下降率傳輸率。然后，發(fā)送到該系列的傳動比的總減速比的最小變速比是按照“先慢和緊急”減少的原則.圖 1，轉(zhuǎn)速圖。
圖 1 轉(zhuǎn)速圖
○ 3 確定傳動軸的軸數(shù)
傳動軸數(shù)＝變速組數(shù)+定比傳動副數(shù)+1=6
○ 4 繪制轉(zhuǎn)速圖
根據(jù)傳動軸數(shù)和主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)格距 lgφ畫出網(wǎng)格，用于繪制圖表。在速度圖表， 從電機(jī)速度的總減速比的主軸的最小速度，在一個系列 U 之間雙軸傳輸?shù)模↘，K + 1） 分鐘。根據(jù)畫的每個齒輪組傳動比射線分布結(jié)構(gòu)分布的比率，以確定傳輸對的傳動比。
在床上安裝框，不同類型的機(jī)床中，主軸齒輪箱安裝的位置也不同。有兩種固定和移動。該車床主軸箱是一個固定的齒輪箱，并且是固定的底平面的兩個小垂直平面和突起，和螺釘和板的箱的底面被固定。
框的顏色是根據(jù)機(jī)床的整體設(shè)計(jì)決定的，與實(shí)際使用的機(jī)床被認(rèn)為人們的心理和海關(guān)的顏色.
驅(qū)動鏈的驅(qū)動鏈表示實(shí)現(xiàn)工具的垂直或水平運(yùn)動。當(dāng)臥式車床的切削螺桿，饋送傳輸鏈路是接觸的傳動鏈內(nèi)..的主軸線的移動量每個刀架應(yīng)等于螺釘?shù)囊€。當(dāng)切削圓筒和端面，所述進(jìn)給傳動鏈?zhǔn)峭獠窟B接的鏈，這些喂入也移動每個刀架的量。因此， 在進(jìn)料鏈，主軸和轉(zhuǎn)塔作為驅(qū)動鏈末端的分析。
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第二章主要設(shè)計(jì)零件的計(jì)算和驗(yàn)算
第二章主要設(shè)計(jì)零件的計(jì)算和驗(yàn)算
2.1 主軸箱的箱體
主軸，傳動機(jī)構(gòu)，具有控制機(jī)構(gòu)和潤滑系統(tǒng)等的特點(diǎn).除了主軸箱應(yīng)確保運(yùn)動參數(shù)以外，也應(yīng)具有高傳輸效率的特點(diǎn)，它也具有足夠的強(qiáng)度和較強(qiáng)的剛性，低噪聲， 振動小，易操作，具有良好的工藝性和維護(hù)方便，成本比較低，防塵，防滲漏，外形及其美觀的特點(diǎn)。
箱體的材料，以灰鑄鐵 HT150 介質(zhì)強(qiáng)度和 HT200 是最廣泛，對于最低壁箱 HT20-40 設(shè)計(jì)材料的選擇。根據(jù)外形尺寸（長*寬*高）鑄造厚，按選擇的表 2-1。
表 2-1 外輪廓尺寸
長×寬×高( mm3 ) 壁厚(mm)
< 500 × 500 × 300 8-12
> 500 × 500 × 300-800 × 500 × 500 10-15
> 800 × 800 × 500 12-20
由于盒體可以影響扭轉(zhuǎn)剛度降低 10％的軸承孔 - 20％，由于彎曲剛度下降更多， 以及補(bǔ)開口削弱剛度，常用凸和加強(qiáng)肋，和與根據(jù)所述結(jié)構(gòu)需要適當(dāng)?shù)卦黾颖诤?。如介質(zhì)車床前支撐壁通常需要大約 25mm 的支承壁后左右 22 毫米，軸承凸臺孔應(yīng)滿足安裝和調(diào)整軸承的軸承的需求。
的框在主軸箱支承和定位的作用。 CA6140 15 軸，軸定位的主軸線取決于盒安裝空位置，以確保，因此，在空間上的位置的安裝的盒是非常重要的。在該設(shè)計(jì)中， 軸安裝孔的位置主要取決于根據(jù)身體軸線安裝位置被確定考慮齒輪和相互干擾的問題，每一個齒輪的中心距，而位置改變系數(shù)之間的嚙合，并且參照相關(guān)的信息如下：
中心距(a)=1/2（d1+d2）+ym （式中 y 是中心距變動系數(shù)）
中心距Ⅰ-Ⅱ=（56+38）/2×2.25=105.75mm 中心距Ⅰ-Ⅶ=（50+34）/2×2.25=94.5mm 中心距Ⅱ-Ⅶ=（30+34）/2×2.25=72mm
中心距Ⅱ-Ⅲ=（39+41）/2×2.25=90mm 中心距Ⅲ-Ⅳ=（50+50）/2×2.5=125mm 中心距Ⅴ-Ⅷ=（44+44）/2×2=88mm
中心距Ⅴ-Ⅵ=（26+58）/2×4=168mm 中心距Ⅷ-Ⅸ=（58+26）/2×2=84mm 中心距Ⅸ-Ⅵ=（58+58）/2×2=116mm 中心距Ⅸ-Ⅹ=（33+33）/2×2=66mm 中心距Ⅸ-Ⅺ=（25+33）/2×2=58mm
在床上安裝框，不同類型的機(jī)床中，主軸齒輪箱安裝的位置也不同。有兩種固
定和移動。該車床主軸箱是一個固定的齒輪箱，并且是固定的底平面的兩個小垂直平面和突起，和螺釘和板的箱的底面被固定。該主軸箱是一個一種類型的澆注成型， 留下一個結(jié)構(gòu)，和盒的相應(yīng)調(diào)整的安裝底部。
框的顏色是根據(jù)機(jī)床的整體設(shè)計(jì)決定的，與實(shí)際使用的機(jī)床被認(rèn)為人們的心理和海關(guān)的顏色。
潤滑油通道的設(shè)置空間被保留和螺紋孔和油槽安裝，與箱體部件圖表的具體式表示具體。
2.2 傳動系統(tǒng)的 I 軸及軸上零件設(shè)計(jì)
2.2.1 普通 V 帶傳動的計(jì)算
普通 V 帶的選擇應(yīng)滿足其最大功率不打滑地傳遞，疲勞強(qiáng)度應(yīng)該承受一定的使用壽命的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)功率：
Pd = K A · P （kW） （2-1）
d
故小帶輪基準(zhǔn)直徑d
1
為 130mm；
帶速 v ：
1
v = pdd n1 /(60 ′1000) ? 9.86m / s ￡ [v]； （2-2）
d
大帶輪基準(zhǔn)直徑d 為 230 mm；
2
初選中心距a0 ＝1000mm, a0 由機(jī)床總體布局確定。a0 過小，增加帶彎曲次數(shù)；
a0 過大，易引起振動。帶基準(zhǔn)長度：
n (d - d )2
L = 2a + (d + d ) + d 2 d1 = 2722.5mm
（2-3）
d 0 0 2 d1 d 2
4a0
取 Ld 0 ＝2800mm;
A2 + B
d 0
帶撓曲次數(shù)m＝1000mv/ L =7.04 ￡ 40 s-1 ； 實(shí)際中心距a = A +
A = Ld - p(dd1 + dd 2 ) = 108.7 4 8
(d - d )2
B = d 2 d1 = 1250
8
108.72 +1250
故a = 108.7 + = 223mm
小帶輪包角a = 180o - 2 sin-1 dd 2 - dd1 ? 154.09o 3 120o
1 2a
單根 V 帶的基本額定功率 P1 ,取 2.28kW； 單根 V 帶的基本額定功率增量
DP = K n (1- 1 )
（2-4）
K
1 b 1
u
b
K ——彎曲影響系數(shù)，取1.03′10-3
Ku ——傳動比系數(shù)查表，取 1.12
故DP1 = 0.16 ；
帶的根數(shù) z =
Pd
(P1 + DP1 )Ka KL
Ka ——包角修正系數(shù)，取 0.93；
KL ——帶長修正系數(shù)，取 1.01；
故 z =
12.1
(2.281 + 0.16) ′ 0.93′1.01
? 3.89
圓整 z 取 4；
單根帶初拉力：
F = 500 ′ Pd ( 2.5 -1) + qv2
0 vz K
（2-5）
a
q——帶每米長質(zhì)量，取 0.10； 故 F0 ＝58.23N 帶對軸壓力：
Q = 2F z sin a1 = 2 ′ 58.23′ 4 ′ sin 154.09o ? 453.98N
（2-6）
0 2 2
2.2.2 多片式摩擦離合器的計(jì)算
多盤式摩擦離合器的設(shè)計(jì)，首先根據(jù)確定的機(jī)床離合器尺寸的結(jié)構(gòu)中，如軸裝， 比花鍵軸 2?6 毫米外摩擦片直徑 D，直徑為 D 的內(nèi)摩擦，直接會導(dǎo)致到離合器在徑向和軸向的尺寸不同，也會導(dǎo)致其主軸箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)的布局變化，所以應(yīng)該是一個合理的選擇。
摩擦片對數(shù)可按下式計(jì)算
0
Z≥2MnK/pf D 2 b[p]
式中 Mn——摩擦離合器所傳遞的扭矩（N·mm）；
d j
Mn＝955×104 N η/ n ＝955×104 ×11×0.98/800＝1.28×105 （N·mm）
D0 =（D+d）/2＝67mm； （2-7）
b——內(nèi)外摩擦片的接觸寬度（mm）； b=（D-d）/2=23mm；
[ p]——摩擦片的許用壓強(qiáng)（N/ mm2 ）；︱
[ p]＝ é pt ù K K K ＝1.1×1.00×1.00×0.76＝0.836 （2-8）
? 0 ? v m z
é pt ù ——基本許用壓強(qiáng)（MPa）取 1.1；
? 0 ?
Kv ——速度修正系數(shù)；
v ＝p D2 n/6×104 =2.5（m/s） （2-9）
p 0
根據(jù)平均圓周速度vp ，取 1.00；
Km ——接合次數(shù)修正系數(shù)，取 1.00；
Kz ——摩擦結(jié)合面數(shù)修正系數(shù)，取 0.76。
0
所以 Z≥2MnK/pf D 2 b[p]＝2×1.28×105 ×1.4/（3.14×0.08× 672 ×23×0.836＝11
可根據(jù)空載功率損耗 Pk 確定臥式車床反向離合器所傳遞的扭矩，得到：
Pk ＝0.4 Nd ＝0.4×11＝4.4
最后確定摩擦離合器的軸向壓緊力 Q，可按下式計(jì)算：
Q= é pt ù p D 2 b K (N)＝1.1×3.14× 672 ×23×1.00＝3.57×105
? 0 ? 0 v
2.2.3 齒輪的驗(yàn)算
要檢查齒輪的強(qiáng)度，我們應(yīng)該選擇相同的模承擔(dān)牙齒的最大數(shù)量，接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力測試。應(yīng)力計(jì)算的高速傳動齒輪齒的接觸應(yīng)力，與低速驅(qū)動齒輪齒的計(jì)算。在堅(jiān)硬的表面，軟齒齒輪滲碳，彎曲應(yīng)力，必須檢查。
接觸應(yīng)力的驗(yàn)算公式為：
2081′103 (u ±1) K1K2 K3 KS N Zm uBnj
sj = （MPa）≤[ s j ] （2-10） 彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算公式為：
2081′105 K K K K N
o = ?1 2 3 S (MPa) ￡ [s ]
（2-11）
j
w Zm2 BYn w
式中 N-齒輪傳遞功率（KW），N= Nd · h；
60n1T CO
KT = m
T-齒輪在機(jī)床工作期限（TS ）內(nèi)的總工作時間（h），對于中型機(jī)床的齒輪取
TS =15000~20000h，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時間可近似地認(rèn)為 T= TS /P，P
為變速組的傳動副數(shù)；
n1 -齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）；
CO -基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)；（以下均參見《機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》）
M—疲勞曲線指數(shù)；
Kn —速度轉(zhuǎn)化系數(shù)；
KN —功率利用系數(shù)；
KQ —材料強(qiáng)化系數(shù)；
KS —的極限值 KS max ，KS min 當(dāng)≥ KS KS max 時，則取 KS = KS max ；當(dāng) KS ＜ KS min 時， 取 KS = KS min ；
K1 —工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運(yùn)動，取=1.2~1.6； K1
K2 —動載荷系數(shù)；
K3 — 齒 向 載 荷 分 布 系 數(shù) ； Y—標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù)，[ s j ]—許用接觸應(yīng)力（MPa）； [ sw ]—許用彎曲應(yīng)力（MPa）；
如果檢查結(jié)果不合格或者，可以改變材料或熱處理方法的選擇，如果還不滿意，
我們必須采取調(diào)整齒寬或重新選擇齒數(shù)和模量等措施。I 軸上的齒輪采用整淬的方式進(jìn)行熱處理
傳至 I 軸時的最大轉(zhuǎn)速為：
n1 = nd
′ 130 = 820r / min 230
（2-12）
h = 130 ′ 0.98′ 0.96 = 0.511 230
N= Nd · h=5.625kw
nj = n3 = 820r / min
最少的齒輪在離合器兩齒輪中齒數(shù)為 50×2.25，且齒寬應(yīng)該為 B=12mm
2081′103 (1.05 +1) ′1.2 ′1.3′1.04 ′ 3.72 ′ 5.625
50 ′ 2.25 1.05′12 ′ 820
u=1.05 s j = = 1018.15MP ≤[ s j ]=1
19
250MP
符合強(qiáng)度要求。
驗(yàn)算 56×2.25 的齒輪：
2081′103 (1.05 +1) ′1.2 ′1′1.04 ′ 3.72 ′ 5.625
56 ′ 2.25 1.05′12 ′ 820
o j =
符合強(qiáng)度要求。
2.2.4 傳動軸的驗(yàn)算
= 910MP ≤[ s j ]=1250MP
為驅(qū)動軸，除重負(fù)載軸，一般不需要進(jìn)行強(qiáng)度，只檢查的剛性。軸的抗彎斷面慣性矩（ mm4 ）
○ 1 花鍵軸
pd 4 + bN (D - d )(D + d )2 4
I = (mm )
64
p′ 32.24 + 6 ′ 8 ′ (38 - 32.2) ′ (38 + 32.2)2 ?
64
7.42 ′10
4 mm4
式中 d—花鍵軸的小徑（mm）； i—花軸的大徑（mm）；
b、N—花鍵軸鍵寬，鍵數(shù)；
在傳動軸的彎曲載荷的計(jì)算一般是由危險的部分的最大轉(zhuǎn)矩得
到: M = 955′104 N (N · mm) = 955′104 ′ 5.625 ? 6.55′104 N · mm
n
j
扭 820
式中 N—該軸傳遞的最大功率（kw）；
nj —該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）。
傳動軸的彎曲力矩具有輸入轉(zhuǎn)矩齒輪的圓周力和輸出轉(zhuǎn)矩齒輪，徑向力，齒輪的圓周力。
2M 2′6.5 ′104 3
P = ?扭 = ?2.34′10 N
（2-13）
t D 56
式中 D-齒輪節(jié)圓直徑（mm），D=mZ。
齒輪的徑向力 Pr ： Pr = Pt tg(a + r) / cos b(N )
式中： α—為齒輪的嚙合角；α＝20o； ρ—齒面摩擦角； r ? 5.72°；
β—齒輪的螺旋角；β＝0。
故 P ? 0.5P = 1.17 ′103 N
r t
花鍵軸鍵側(cè)擠壓應(yīng)力的驗(yàn)算
花鍵鍵側(cè)工作表面的擠壓應(yīng)力為：
o jy =
8M n max
(D2 - d 2 )lNK
￡ é?s
jy ù? , (MPa)
式中 M n max —花鍵傳遞的最大轉(zhuǎn)矩（ N mm ）；
D、d—花鍵軸的大徑和小徑（mm）； L—花鍵工作長度； N—花鍵鍵數(shù)； K—載荷分布不均勻系數(shù)，K=0.7～0.8；
o = 8′ 6.55′104
? ￡ és ù =
jy (382 - 32.22 ) ′ 85′ 6 ′ 0.7
3.6MPa
? jy ?
20(MPa)
故此花鍵軸校核合格。
2.2.5 軸承疲勞強(qiáng)度校核
機(jī)床傳動軸用滾動軸承，因疲勞破壞而失效的原因，需要進(jìn)行疲勞驗(yàn)算。其額定壽命 Lh 的計(jì)算公式為：
Lh = 500(
Cfn
fF KN KlP
)e 3 [T ](h)
或按計(jì)算負(fù)荷Cj的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：
C = fh f K K KlP ￡ [C](N)
f
j F N n n
式 中 Ln — 額 定 壽 命 （h); Cj — 計(jì) 算 動 載 荷 ; T—工作期限（h),對一般機(jī)床取10000—15000小時。
C—滾動軸承的額定負(fù)載（N）,根據(jù)《軸承手冊》或《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》查取， 單位用（kgf）應(yīng)換算成（N）。
100
3ni
fn —速度系數(shù)， fn = e ni 為滾動軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/mm）
fF — 工作情況系數(shù)，對輕度沖擊和振動的機(jī)床（車床、銑床、鉆床、磨床等多數(shù)機(jī)床）， fF = 1.1 ~ 1.3 ；
KN —功率利用系數(shù), Kn —速度轉(zhuǎn)化系數(shù)， Kl —齒輪輪換工作系數(shù)，查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》；
P—當(dāng)量動載荷，按《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》。
Ln1 = 24863h 3 [T ]
Ln3 = 19852h 3 [T ]
故軸承校核合格。
Ln 2
= 3 2 0 0 3 h 3 [T ]
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
第三章傳動系統(tǒng)的Ⅱ軸及軸上零件設(shè)計(jì)
第三章傳動系統(tǒng)的Ⅱ軸及軸上零件設(shè)計(jì)
3.1 齒輪的驗(yàn)算
要檢查齒輪的強(qiáng)度，我們應(yīng)該選擇相同的模承擔(dān)牙齒的最大數(shù)量，接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力測試。應(yīng)力計(jì)算的高速傳動齒輪齒的接觸應(yīng)力，與低速驅(qū)動齒輪齒的計(jì)算。對硬齒面、軟齒芯滲碳淬火的齒輪，一定要驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力。
2 0 8 1 ′ 1 0 3 ( u ± 1 ) K 1 K 2 K 3 K S N Z m u B n j
接觸應(yīng)力的驗(yàn)算公式為：
o j =
彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算公式為：
2 0 8 1 ′ 1 0 5 K K K K N
（MPa）≤[ s j ] （3-1）
o = ?1 2 3 S ( M P a ) ￡ [s ]
j
w Z m 2 B Y n w
式中 N-齒輪傳遞功率（KW），N= Nd · h；
Nd -電動機(jī)額定功率（KW）；
h-從電動機(jī)到所計(jì)算的齒輪的機(jī)械效率；
nj -齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）；
m-初算的齒輪模數(shù)（mm）； B-齒寬（mm）； Z-小齒輪齒數(shù)；
u-大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，u≥1，“+”號用于外嚙合，“-”號用于內(nèi)嚙合；
KS -壽命系數(shù)：
KS = KT Kn KN KQ KT -工作期限系數(shù)：
60 n1T C O
K T = m
T-齒輪在機(jī)床工作期限（ TS ）內(nèi)的總工作時間（h），對于中型機(jī)床的齒輪取
TS =15000~20000h，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時間可近似地認(rèn)為 T= TS /P，P 為變速組的傳動副數(shù)。
n1 -齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）；
CO -基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)；（以下均參見《機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》）
m—疲勞曲線指數(shù)；
Kn —速度轉(zhuǎn)化系數(shù)； KN —功率利用系數(shù)；
KQ —材料強(qiáng)化系數(shù)；
KS —的極限值 KS max ，KS min ，當(dāng) KS ≥ KS max 時，則取 KS = KS max ；當(dāng) KS ＜ KS min 時， 取 KS = KS min ；
K1 —工作情況系數(shù)；中等沖擊的主運(yùn)動，取 K1 =1.2~1.6；
K2 —動載荷系數(shù)； K3 —齒向載荷分布系數(shù)；
Y—標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù)；
[ s j ]—許用接觸應(yīng)力（MPa）；[ sw ]—許用彎曲應(yīng)力（MPa）。
如果檢查結(jié)果不合格或者，可以改變材料或熱處理方法的選擇，如果還不滿意， 我們必須采取調(diào)整齒寬或重新選擇齒數(shù)和模量等措施。
Ⅱ軸上的雙聯(lián)滑移齒輪采用整淬的方式進(jìn)行熱處理。傳至Ⅱ軸時的最大轉(zhuǎn)速為：
n = 1450 ′ 130 ′ 56 = 1207.78r / min
3 230 38
h = 130 ′ 56 ′ 0.98′ 0.996 = 0.769 230 38
m=2.25
N= Nd · h=5.77kw
nj = n3 = 1207.78r / min
○ 1 最少的齒輪在雙聯(lián)滑移齒輪中齒數(shù)為 38×2.25，并且齒寬需為 B=14mm
u=1.05。
2081′103 (1.05 +1) ′1.2 ′1.3′1.04 ′ 3.72 ′ 5.42
38′ 2.25 1.05′14 ′1207.78
o j =
故雙聯(lián)滑移齒輪符合標(biāo)準(zhǔn)。
= 1195.82MP ≤[ s j ]=1250MP
○ 2 驗(yàn)算 39×2.25 的齒輪：39×2.25 齒輪采用整淬。
nj = n3
= 1207.78r / min
h = 130 ′ 56 ′ 0.98′ 0.997 = 0.761 230 38
N= Nd · h=5.71kw B=14mm u=1
2081′103 (1+1) ′1.2 ′1′1.04 ′ 3.72 ′ 5.71
39 ′ 2.25 1′14 ′1207.78
o j =
= 1027.94MP ≤[ s j ]=1250MP
故此齒輪合格。
○ 3 驗(yàn)算 22×2.25 的齒輪： 22×2.25 齒輪采用整淬
u=4
nj = n3 = 1207.78r / min
h = 130 ′ 56 ′ 39 ′ 0.98′ 0.997 ′ 0.972 = 0.680 230 38 41
N= Nd · h=5.1kw B=14mm
2081′103 (4 +1) ′1.2 ′1′1.04 ′ 3.72 ′ 5.1
22 ′ 2.25 4 ′14 ′1207.78
o j =
故此齒輪合格。
= 927.49MP ≤[ s j ]=1250MP
○ 4 驗(yàn)算 30×2.25 齒輪：30×2.25 齒輪采用整淬
nj = n3
= 1207.78r / min
h = 130 ′ 56 ′ 0.98′ 0.997 = 0.680 230 38
N= Nd · h=5.1kw B=14mm u=1
2081′103 (1+1) ′1.2 ′1′1.04 ′ 3.72 ′ 5.1
30 ′ 2.25 1′14 ′1207.78
o j =
故此齒輪合格。
3.2 傳動軸的驗(yàn)算
= 1131.24MP ≤[ s j ]=1250MP
為驅(qū)動軸，除重負(fù)載軸，一般不需要進(jìn)行強(qiáng)度，只檢查的剛性。
軸的抗彎斷面慣性矩（ mm4 ） 花鍵軸
4
pd 4 + bN (D - d )(D + d )2
I = (mm )
64
（3-2）
式中 d—花鍵軸的小徑（mm）； i—花軸的大徑（mm）； b、N—花鍵軸鍵寬，鍵數(shù)；
在傳動軸的彎曲載荷的計(jì)算一般是由危險的部分的最大轉(zhuǎn)矩得到.:
M = 955′104 N (N · mm) = 955′104 ′
5.42
= 4.51′104 N · mm
n
j
扭 1148.86
式中 N—該軸傳遞的最大功率（kw）；
nj —該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）。
傳動軸的彎曲力矩具有輸入轉(zhuǎn)矩齒輪的圓周力和輸出轉(zhuǎn)矩齒輪，徑向力，齒輪的圓周力：
P ： P =
2M ′ ′ 4
2 4.51 10 3
扭（N）= = 1.804 ′10 N
t t D 50
式中 D—齒輪節(jié)圓直徑（mm）,D=mZ。齒輪的徑向力 Pr ：
Pr = Pt tg(a + r) / cos b(N ) = 902N
式中 α—為齒輪的嚙合角； ρ—齒面摩擦角； β—齒輪的螺旋角；
M 2 + (aT )2
0.1[d]
d 3 mm =27.86mm
符合校驗(yàn)條件
花鍵軸鍵側(cè)擠壓應(yīng)力的驗(yàn)算
花鍵鍵側(cè)工作表面的擠壓應(yīng)力為：
o jy =
8M n max
(D2 - d 2 )lNK
￡ é?s
jy ù? , (MPa)
（3-3）
式中 M n max —花鍵傳遞的最大轉(zhuǎn)矩（ N mm ）；
D、d—花鍵軸的大徑和小徑（mm）； L—花鍵工作長度； N—花鍵鍵數(shù)； K—載荷分布不均勻系數(shù)，K=0.7～0.8；
o = 8′ 4.51′104
= ￡ és ù =
jy (362 - 322 ) ′116 ′ 8′ 0.7
2.04MPa
? jy ?
20(MPa)
故此花鍵軸校核合格。
3.3 軸組件的剛度驗(yàn)算
兩支撐主軸組件的合理跨距
主軸組件跨度上的結(jié)構(gòu)的剛度，在主要成分中的草圖影響，可以在合理的范圍 L. 計(jì)算，以修改草案，當(dāng)跨度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 L.大于當(dāng)考慮使用三個支承結(jié)構(gòu)。
在該系統(tǒng)的主軸組件的靈活性方程的“機(jī)械設(shè)計(jì)”，在主軸端部 C 位教科書夾在主軸和軸承兩相靈活性的疊加
其極值方程為：
L 3 - 6EIlo - 6EI ?1+ CB ? = 0
?
O
CBC CB è
÷
CA ?
式中 L?！侠砜缇啵?C —主軸懸伸梁；
CA ﹑ CB —后﹑前支撐軸承剛度； 該一元三次方程求解可得為一實(shí)根：
LO = 3
12EI
C
(1+ CB
C
)(mm)
12EI
3 C (1+ CB )2
B
C
A
B A
C = (mm)
并且 LO = (1+ CB )
C CA
滾動軸承機(jī)床主要引起疲勞破壞，因此它應(yīng)該被檢查。其額定壽命公式為：
Lh = 500(
Cfn
fF KN KlP
)e 3 [T ](h)
或按計(jì)算負(fù)荷Cj的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：
f
C = fh f K K KlP ￡ [C](N)
j F N n n
式 中 Ln — 額 定 壽 命 （h); Cj — 計(jì) 算 動 載 荷 ; T—工作期限（h),對一般機(jī)床取10000—15000小時。
C—滾動軸承的額定負(fù)載（N）,單位用（kgf）應(yīng)換算成（N）；
100
3ni
fn —速度系數(shù)， fn = e ni 為滾動軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/mm）；
f —壽命系數(shù)， f = e
L 等于軸承的工作期限
Ln
500
n n n
e —壽命系數(shù)，對球軸承e =3，對滾子軸承e = 10 ；
3
fF — 工作情況系數(shù)，對輕度沖擊和振動的機(jī)床（車床、銑床、鉆床、磨床等多數(shù)機(jī)床）， fF = 1.1 ~ 1.3 ；
KN —功率利用系數(shù)， Kn —速度轉(zhuǎn)化系數(shù)， Kl —齒輪輪換工作系數(shù)，查《機(jī)
床設(shè)計(jì)手冊》；
P—當(dāng)量動載荷，按《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》。
Ln1 = 24863h 3 [T ]
Ln 2 = 32003h 3 [T ]
Ln3 = 19852h 3 [T ]
故軸承校核合格。
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
第四章傳動系統(tǒng)的Ⅲ軸及軸上零件設(shè)計(jì)
第四章傳動系統(tǒng)的Ⅲ軸及軸上零件設(shè)計(jì)
4.1 齒輪的驗(yàn)算
要檢查齒輪的強(qiáng)度，我們應(yīng)該選擇相同的模承擔(dān)牙齒的最大數(shù)量，接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力測試。應(yīng)力計(jì)算的高速傳動齒輪齒的接觸應(yīng)力，與低速驅(qū)動齒輪齒的計(jì)算。
2081′103 (u ±1) K1K2 K3 KS N Zm uBnj
在堅(jiān)硬的表面，軟核牙齒滲碳淬火齒輪，齒根彎曲應(yīng)力，必須進(jìn)行檢查。接觸應(yīng)力的驗(yàn)算公式為
sj = （MPa）≤[ s j ] （4-1）
彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算公式為
2081′105 K K K K N
o = ?1 2 3 S (MPa) ￡ [s ]
（4-2）
j
w Zm2 BYn w
式中 N-齒輪傳遞功率（KW），N= Nd · h；
h-從電動機(jī)到所計(jì)算的齒輪的機(jī)械效率；
Nd -電動機(jī)額定功率（KW）； nj -齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）;
m-初算的齒輪模數(shù)（mm）; B-齒寬（mm） Z-小齒輪齒數(shù)；
u-大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，u≥1，“+”號用于外嚙合，“-”號用于內(nèi)嚙
合；
KS -壽命系數(shù)：
KS = KT Kn KN KQ
KT -工作期限系數(shù)：
60n1T CO
KT = m
T-齒輪在機(jī)床工作期限（ TS ）內(nèi)的總工作時間（h），對于中型機(jī)床的齒輪取
TS =15000~20000h，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時間可近似地認(rèn)為 T= TS /P，P 為變速組的傳動副數(shù)；
n1 -齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）;
CO -基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)；（以下均參見《機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》）
29
m—疲勞曲線指數(shù)
Kn —速度轉(zhuǎn)化系數(shù)
KN —功率利用系數(shù)， KQ —材料強(qiáng)化系數(shù)， KS —的極限值
KS min KS max ，當(dāng) KS ≥ KS max 時，則取 KS = KS max ；當(dāng) KS ＜ KS min 時，取 KS = KS min ；
K1 —工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運(yùn)動，取 K1 =1.2~1.6； K2 —動載荷系數(shù)，
K3 —齒向載荷分布系數(shù)，Y—標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù)，[ s j ]—許用接觸應(yīng)力（MPa）,[ sw ]
—許用彎曲應(yīng)力（MPa），
如果檢查結(jié)果不合格或者，可以改變材料或熱處理方法的選擇，如果還不滿意， 我們必須采取調(diào)整齒寬或重新選擇齒數(shù)和模量等措施。
三軸上的三聯(lián)滑移齒輪采用整淬的方式進(jìn)行熱處理
傳至三軸時的最大轉(zhuǎn)速為：
n = 1450 ′ 130 ′ 56 ′ 39 = 1148.86r / min
3 230 38 41
h = 130 ′ 56 ′ 39 ′ 0.98′ 0.997 = 0.723 230 38 41
N= Nd · h=5.42kw nj = n3 = 1148.86r / min
最少的齒輪在三聯(lián)滑移齒輪中齒數(shù)為 41×2.25，且齒寬 B=12mm，u=1.05
2081′103 (1.05 +1) ′1.2 ′1.3′1.04 ′ 3.72 ′ 5.42
41′ 2.25 1.05′ 20 ′1148.86
o j =
故三聯(lián)滑移齒輪符合標(biāo)準(zhǔn)
○ 1 驗(yàn)算 50×2.5 的齒輪：
50×2.5 齒輪采用整淬
= 1189MP ≤[ s j ]=1250MP
nj = n3
= 1148.86r / min
h = 130 ′ 56 ′ 39 ′ 0.98′ 0.997 ′ 0.972 = 0.680 230 38 41
N= Nd · h=5.1kw B=15mm u=1
2081′103 (1+1) ′1.2 ′1′1.04 ′ 3.72 ′ 5.1
50 ′ 2.5 1′15′1148.86
o j =
故此齒輪合格
○ 2 驗(yàn)算 63×3 的齒輪：
= 910MP ≤[ s j ]=1250MP
63×3 齒輪采用整淬
nj = n3
= 1148.86r / min
h = 130 ′ 56 ′ 39 ′ 0.98′ 0.997 ′ 0.972 = 0.680 230 38 41
N= Nd · h=5.1kw B=10mm u=4
2081′103 (4 +1) ′1.2 ′1′1.04 ′ 3.72 ′ 5.1
63′ 3 4 ′10 ′1148.86
o j =
= 558MP ≤[ s j ]=1250MP
故此齒輪合格。
○ 3 驗(yàn)算 44×2 齒輪：
44×2 齒輪采用整淬
nj = n3 = 1148.86r / min
h = 130 ′ 56 ′ 39 ′ 0.98′ 0.997 ′ 0.972 = 0.680 N= N · h=5.1kw B=10mm
u=1
230 38 41
2081′103 (1+1) ′1.2 ′1′1.04 ′ 3.72 ′ 5.1
44 ′ 2 1′15′1148.86
o j =
故此齒輪合格。
d
= 1239MP ≤[ s j ]=1250MP
4.2 傳動軸的驗(yàn)算
為驅(qū)動軸，除重負(fù)載軸，一般不需要進(jìn)行強(qiáng)度，只檢查的剛性。傳動軸的抗彎斷面慣性矩（ mm4 ）
花鍵軸
pd 4 + bN (D - d )(D + d )2 4
I = (mm ) =
64
p′ 324 + 6 ′ 8′ (36 - 32) ′ (36 + 32)2 =
64
6.534 ′10
4 mm4
式中 d—花鍵軸的小徑（mm）；i—花軸的大徑（mm）； b、N—花鍵軸鍵寬， 鍵數(shù)；
在傳動軸的彎曲載荷的計(jì)算一般是由危險的部分的最大轉(zhuǎn)矩得:
M = 955′104 N (N · mm) = 955′104 ′
5.42
= 4.51′104 N · mm
（4-3）
n
j
扭 1148.86
式中 N—該軸傳遞的最大功率（kw）;
nj —該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min 傳動軸的彎曲
力矩具有輸入轉(zhuǎn)矩齒輪的圓周力和輸出轉(zhuǎn)矩齒輪，徑向力，齒輪的圓周力）。
P ： 2 M 扭
2 ′ 4.5 1 ′ 1 0 4 3
t Pt =
（ N ）=
D 5 0
= 1.8 0 4 ′ 1 0 N
式中 D—齒輪節(jié)圓直徑（mm）, D=mZ。齒輪的徑向力 Pr ：
Pr = Pt tg(a + r) / cos b(N ) = 902N
式中 α—為齒輪的嚙合角；
ρ—齒面摩擦角； β—齒輪的螺旋角；
M 2 + (aT )2
0.1[d]
d 3 mm =27.86mm （4-4）
符合校驗(yàn)條件
花鍵軸鍵側(cè)擠壓應(yīng)力的驗(yàn)算 花鍵鍵側(cè)工作表面的擠壓應(yīng)力為：
o jy =
8M n max
(D2 - d 2 )lNK
￡ é?s
jy ù? , (MPa)
式中M n max —花鍵傳遞的最大轉(zhuǎn)矩（ N mm ）；
D、d—花鍵軸的大徑和小徑（mm）； L—花鍵工作長度；
N—花鍵鍵數(shù)； K—載荷分布不均勻系數(shù)，K=0.7～0.8；
o = 8′ 4.51′104
= ￡ és ù =
jy (362 - 322 ) ′116 ′ 8′ 0.7
2.04MPa
? jy ?
20(MPa)
故此三軸花鍵軸校核合格。
4.3 軸組件的剛度驗(yàn)算
兩支撐主軸組件的合理跨距
主軸組件跨度對剛度較大，在主要部件的設(shè)計(jì)草圖，可以在合理的范圍 L.為了計(jì)算，修改草案中，當(dāng)跨度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 L.大于當(dāng)考慮使用三個支承結(jié)構(gòu)。
《機(jī)床設(shè)計(jì)》的教科書中的主軸組件柔度方程系在主軸端部 C 點(diǎn)家在時主軸和軸承兩相柔度的迭加，其極值方程為：
L 3 - 6EIlo - 6EI ?1+ CB ? = 0
?
O
CBC CB è
÷
CA ?
式中 L?！侠砜缇?； C —主軸懸伸梁；
CA ﹑ CB —后﹑前支撐軸承剛度；
該一元三次方程求解可得為一實(shí)根：
LO = 3
12EI C
(1+ CB
C
)(mm)
12EI
3 C (1+ CB )2
B
C
A
B A
C = (mm)
并且 LO = (1+ CB )
C CA
機(jī)床傳動軸用滾動軸承，主要是因疲勞破壞而失效，故應(yīng)進(jìn)行疲勞驗(yàn)算。其額定壽命
Lh = 500(
Cfn
fF KN KlP
)e 3 [T](h)
或按計(jì)算負(fù)荷Cj的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：
f
C = fh f K K KlP ￡ [C](N)
j F N n n
式中Ln —額定壽命（h);
Cj —計(jì)算動載荷;
T—工作期限（h),對一般機(jī)床取10000—15000小時。
C—滾動軸承的額定負(fù)載（N）,單位用（kgf）應(yīng)換算成（N）；
100
3ni
fn —速度系數(shù)， fn = e ni 為滾動軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/mm）
fn —壽命系數(shù)，
fn = e
Ln等于軸承的工作期限
Ln
500
e —壽命系數(shù)，對球軸承e =3，對滾子軸承e = 10 ；
3
fF — 工作情況系數(shù)，對輕度沖擊和振動的機(jī)床（車床、銑床、鉆床、磨床等多數(shù)機(jī)床）， fF = 1.1 ~ 1.3 ；
KN —功率利用系數(shù)， Kn —速度轉(zhuǎn)化系數(shù)， Kl —齒輪輪換工作系數(shù)，查
《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》；
P—當(dāng)量動載荷，按《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》。
Ln1 = 24863h 3 [T ]
Ln 2 = 32003h 3 [T ]
Ln3 = 19852h 3 [T ]
故軸承校核合格
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
第五章傳動系統(tǒng)的Ⅳ軸及軸上零件設(shè)計(jì)
第五章傳動系統(tǒng)的Ⅳ軸及軸上零件設(shè)計(jì)
5.1 齒輪的驗(yàn)算
要檢查齒輪的強(qiáng)度，我們應(yīng)該選擇相同的模承擔(dān)牙齒的最大數(shù)量，接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力測試。應(yīng)力計(jì)算的高速傳動齒輪齒的接觸應(yīng)力，與低速驅(qū)動齒輪齒的計(jì)算。
2081′103 (u ±1) K1K2 K3 KS N Zm uBnj
在堅(jiān)硬的表面，軟核牙齒滲碳淬火齒輪，齒根彎曲應(yīng)力，必須進(jìn)行檢查。接觸應(yīng)力的驗(yàn)算公式為：
sj = （MPa）≤[ s j ] （5-1）
彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算公式為：
1 2 3 S [
]
2081′105 K K K K N
o = (MPa) ￡ s
（5-2）
j
w Zm2 BYn w
式中 N-齒輪傳遞功率（KW），N= Nd · h；
Nd -電動機(jī)額定功率（KW）；
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