普通車床主軸箱設(shè)計(jì)【額定功率為：5.5kW 同步轉(zhuǎn)速為：1500rmin 滿載轉(zhuǎn)速為：1440rmin nmax=1800rmin nmin=40rmin Z=12 φ=1.41】【說明書+CAD+SOLIDWORKS+仿真】,額定功率為：5.5kW 同步轉(zhuǎn)速為：1500rmin 滿載轉(zhuǎn)速為：1440rmin nmax=1800rmin nmin=40rmin Z=12 φ=1.41,說明書+CAD+SOLIDWORKS+仿真,普通車床主軸箱設(shè)計(jì)【額定功率為：5.5kW,普通
編 號(hào)：
審定成績(jī)：
重慶郵電大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
設(shè)計(jì)（論文）題目：
普通床主軸變速箱設(shè)計(jì)
學(xué) 院 名 稱 ：
自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名 ：
李俊頡
專 業(yè) ：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) ：
0841001
學(xué) 號(hào) ：
2010213201
指 導(dǎo) 教 師 ：
趙雙
答辯組 負(fù)責(zé)人 ：
填表時(shí)間： 年 月
重慶郵電大學(xué)教務(wù)處制
摘 要
車床設(shè)計(jì)以及制造的發(fā)展速度是非常快的。從開始的只為了滿足加工成形而要求刀具與工件之間的一些相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系以及零件要達(dá)到一定的強(qiáng)度和剛度，發(fā)展到現(xiàn)在的高科技成果綜合應(yīng)用的現(xiàn)代車床設(shè)計(jì)，還包含計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的應(yīng)用。但目前車床主軸變速箱的設(shè)計(jì)仍然是以類比或者經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。因此，探索科學(xué)理論的應(yīng)用，科學(xué)地分析處理經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)和資料，既能提高車床設(shè)計(jì)和制造水平，還可以使得設(shè)計(jì)方法更加現(xiàn)代化。
車床主軸變速箱設(shè)計(jì)是在學(xué)完基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課及相關(guān)專業(yè)課的基礎(chǔ)上，結(jié)合車床傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)所進(jìn)行的綜合訓(xùn)練。在本設(shè)計(jì)中要完成擬定參數(shù)，運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，動(dòng)力計(jì)算，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)草圖，軸和軸承的驗(yàn)算，主軸變速箱裝配設(shè)計(jì)，編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書等內(nèi)容。
車床主軸變速箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括傳動(dòng)件（軸承，傳動(dòng)軸，帶輪，離合器及制動(dòng)器等），操縱機(jī)構(gòu)，主軸部件，潤(rùn)滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，用一張展開圖和若干張截面圖來表示。
【關(guān)鍵詞】車床 主軸 變速箱
Abstract
Development of design and manufacturing of lathe speed is very fast. From the start in order to meet the requirements of forming some relationships and relative motion between tools and workpieces parts to achieve a certain degree of strength and stiffness, and development to the present design of comprehensive application of high-tech achievements of modern lathes, as well as computer-aided design (CAD) applications. But currently lathe spindle gearbox design is still based on analogy or experiences of traditional design methods. Therefore, exploring the application of scientific theory, scientific analysis and treatment experience, data and information, both to raise the level of design and manufacturing of lathe, and made the design more modern.
Lathe spindle gearbox design is based on the completion of courses, technical courses and specialized courses integrated training combination lathe designed transmission parts. To complete the development parameters in the design, motion design, calculation, design sketches, shaft and bearing calculation, spindle gearbox assembly design, write design specification, and so on.
Structure design of lathe spindle transmission, including the layout and structure design of transmission parts (bearings, shaft, pulley, clutch and brake, etc), control mechanism, spindle Assembly, lubrication and sealing system and casing design and their joints, using a map and a number of sections to represent.
【Key words】 lathe spindle gearbox
目 錄
_Toc387442515
1 緒 論 4
1.1課題研究背景以及選題的意義 4
1.1.1課題研究背景 4
1.1.2選題的意義 4
1.1.3選題的目的 5
1.2研究的主要內(nèi)容 5
1.2.1擬定主運(yùn)動(dòng)參數(shù) 5
1.2.2運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 5
1.2.3動(dòng)力計(jì)算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì) 5
1.2.4傳動(dòng)件驗(yàn)算 6
1.2.5裝配設(shè)計(jì) 6
1.2.6編寫設(shè)計(jì)說明書 6
2.車床主要參數(shù)的確定 6
2.1 確定動(dòng)力參數(shù)——主電機(jī)功率 7
2.2運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定 8
2.2.1 主軸最低和最高轉(zhuǎn)速的確定 8
2.2.2 主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的確定 8
3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10
3.1 擬定主傳動(dòng)方案 10
3.2 選定傳動(dòng)結(jié)構(gòu)擬定式 10
3.2.1 確定傳動(dòng)組和各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目 10
3.2.2 分配總降速比 11
3.3 確定皮帶輪直徑和齒輪齒數(shù)并擬定轉(zhuǎn)速圖 12
3.3.1擬定轉(zhuǎn)速圖： 12
3.3.2確定皮帶輪直徑 13
3.3.3 確定齒輪齒數(shù) 13
3.3.4 主軸轉(zhuǎn)速系列的驗(yàn)算 14
3.3.5 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的擬定 16
3.4 確定各傳動(dòng)軸和齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 16
3.4.1計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速 16
3.4.2計(jì)算各傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 16
3.4.3計(jì)算傳動(dòng)組各軸上最小齒輪轉(zhuǎn)速 17
4 估算和驗(yàn)算傳動(dòng)件 17
4.1計(jì)算齒輪模數(shù) 17
4.1.1 計(jì)算各傳動(dòng)軸功率 17
4.1.2計(jì)算齒輪模數(shù) 18
4.1.3 計(jì)算各軸之間的中心距 19
4.2 計(jì)算三角帶傳動(dòng) 19
4.2.1確定三角帶速度 20
4.2.2確定中心距A 20
4.2.3確定三角帶的計(jì)算長(zhǎng)度L0及內(nèi)周長(zhǎng)LN 20
(4)確定實(shí)際中心距A 20
(5)驗(yàn)算小帶輪包角α1 20
(6)確定三角帶根數(shù)Z 21
4.3 估算傳動(dòng)軸和計(jì)算齒輪尺寸 21
4.3.1計(jì)算確定各軸的直徑 21
4.3.2 計(jì)算各齒輪的尺寸 22
5 主軸部件的驗(yàn)算 25
5.1驗(yàn)算主軸軸端位移ya 25
5.1.1主軸的支承簡(jiǎn)化 25
5.1.2主軸的受力分析 25
5.1.3確定切削力和傳動(dòng)力的作用類 26
5.1.4確定切削力P的大小 26
5.1.5確定a力的大小 27
5.2 驗(yàn)算前軸承的轉(zhuǎn)角及壽命 27
5.2.1 驗(yàn)算前軸承處的轉(zhuǎn)角θβ 27
5.2.2 驗(yàn)算前支承壽命 28
6設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 29
6.1 設(shè)計(jì)皮帶輪及齒輪塊 29
6.2 軸承的選擇 29
6.2.1選擇各軸承 29
6.2.2 設(shè)計(jì)主軸 30
6.3設(shè)計(jì)箱體 30
6.4操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 30
6.5密封結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑 30
總 結(jié) 32
致 謝 33
參考文獻(xiàn) 34
1 緒 論
1.1課題研究背景以及選題的意義
1.1.1課題研究背景
車床是機(jī)床的一種，使用車床的工人稱為“車工”，在機(jī)械加工行業(yè)中車床被認(rèn)為是所有設(shè)備的工作“母機(jī)”。車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉(zhuǎn)表面的工件，以圓柱體為主,是機(jī)械制造和修配工廠中使用最廣的一類機(jī)床。
機(jī)床變速箱是機(jī)床中重要的傳動(dòng)裝置，機(jī)床運(yùn)行性能的好壞很大程度上決定于機(jī)床變速箱的傳動(dòng)性能。其主要作用是改變主軸轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)加工要求的目的。但是，其作用不僅僅是改變轉(zhuǎn)速這么簡(jiǎn)單，這主要是由電機(jī)的物理性質(zhì)決定的。換擋變速箱是目前在機(jī)床上應(yīng)用最廣泛的一種。它采用齒輪傳動(dòng)，具有若干個(gè)定值傳動(dòng)比。這種變速箱主要由傳動(dòng)軸、滑移齒輪、離合器、變速機(jī)構(gòu)以及其它傳動(dòng)件組成。換擋變速箱是通過滑移齒輪、交換齒輪、離合器等變速傳動(dòng)副使執(zhí)行件實(shí)現(xiàn)速度的改變。其通過傳動(dòng)齒輪實(shí)現(xiàn)定比傳動(dòng)，因此其傳動(dòng)比變換是跳躍式的，存在速度損失，但是其轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩大，效率高且制造成本低，所以換擋變速箱廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)加工機(jī)床中。車床變速箱是用來改變車床主運(yùn)動(dòng)速度（如主軸轉(zhuǎn)速、工作臺(tái)每分鐘往復(fù)行程數(shù)等）的機(jī)構(gòu)。它可以單獨(dú)地裝在一個(gè)箱體內(nèi)構(gòu)成機(jī)床的一個(gè)部件，也可以與其他機(jī)構(gòu)共同裝在一個(gè)箱體內(nèi)，例如與主軸部件裝在一起時(shí)就稱為主軸變速箱。
目前車床主軸變速箱的設(shè)計(jì)還是以類比或者經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)（傳統(tǒng)）設(shè)計(jì)方法。因此，探索科學(xué)理論的應(yīng)用，科學(xué)地分析處理經(jīng)驗(yàn)，數(shù)據(jù)和資料，既能提高車床設(shè)計(jì)制造水平，還可以使設(shè)計(jì)方法更加現(xiàn)代化。
1.1.2選題的意義
隨著社會(huì)生產(chǎn)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率的要求越來越高。研究本課題對(duì)提高機(jī)電產(chǎn)品生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)強(qiáng)度和降低生產(chǎn)成本等都非常重要。
車床產(chǎn)業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在，技術(shù)已相經(jīng)當(dāng)成熟。高效率、高精度、多樣化、自動(dòng)化已成為當(dāng)今社會(huì)車床發(fā)展的特征。機(jī)床的特點(diǎn)就是多樣化發(fā)展，技術(shù)的飛速發(fā)展和產(chǎn)品的更新使車床必須多樣化，目前車床主要是多品種小批生產(chǎn)，因此現(xiàn)代機(jī)床不但要保障加工精度和高度自動(dòng)化，而且必須有一定的鋼度和柔性，這樣才能更加適應(yīng)加工。
1.1.3選題的目的
機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)是在學(xué)完基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課及有關(guān)專業(yè)課的基礎(chǔ)上進(jìn)行的綜合訓(xùn)練。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我可以掌握機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)過程和方法，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，鍛煉了結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)能力；綜合應(yīng)用過去所學(xué)的理論知識(shí)，提高聯(lián)系實(shí)際和綜合分析能力；訓(xùn)練和提高設(shè)計(jì)的基本技能，如計(jì)算、制圖、應(yīng)用設(shè)計(jì)資料、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、編寫技術(shù)文件等。
1.2研究的主要內(nèi)容
車床主軸變速箱設(shè)計(jì)是在學(xué)完基礎(chǔ)課，技術(shù)基礎(chǔ)課及相關(guān)專業(yè)課的基礎(chǔ)上進(jìn)行的綜合訓(xùn)練。主要內(nèi)容如下：
1.2.1擬定主運(yùn)動(dòng)參數(shù)
根據(jù)車床的類型、規(guī)格等特點(diǎn)，查知典型工藝的切削用量，結(jié)合實(shí)際條件及情況，并與同類型車床比較分析后確定：極限轉(zhuǎn)速，，公比（或級(jí)數(shù) Z ），和主傳動(dòng)電機(jī)功率N。
1.2.2運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)
根據(jù)擬定的參數(shù)，完成結(jié)構(gòu)網(wǎng)和轉(zhuǎn)速圖并對(duì)其分析，確定傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖，計(jì)算各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比和齒輪的齒數(shù)，并驗(yàn)算主軸的轉(zhuǎn)速誤差。
1.2.3動(dòng)力計(jì)算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)
估算軸徑d以及齒輸模數(shù)m，選擇和計(jì)算反向離合器，制動(dòng)器。
將各傳動(dòng)件和其它零件在展開圖和剖面圖上做簡(jiǎn)單的安排，布置和設(shè)計(jì)。
1.2.4傳動(dòng)件驗(yàn)算
根據(jù)以上結(jié)構(gòu)草圖，對(duì)一根傳動(dòng)軸的剛度和強(qiáng)度，以及該軸系的軸承的壽命進(jìn)行驗(yàn)算。
1.2.5裝配設(shè)計(jì)
車床主軸變速箱的裝配圖是以結(jié)構(gòu)草圖為“底稿”，進(jìn)行設(shè)計(jì)和繪制的。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)接件的結(jié)果設(shè)計(jì)與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。圖上各零部件要表達(dá)清楚，并標(biāo)注尺寸和配合。
1.2.6編寫設(shè)計(jì)說明書
應(yīng)包括車床的用途、特點(diǎn)及主要技術(shù)參數(shù)，同類型車床的方案及結(jié)構(gòu)的分析對(duì)比，參數(shù)擬定，運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，動(dòng)力計(jì)算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)，傳動(dòng)件驗(yàn)算，裝配圖設(shè)計(jì)等，此外，還應(yīng)對(duì)重要結(jié)構(gòu)的選擇和分析做必要的說明。
2.車床主要參數(shù)的確定
參數(shù)擬定是車床主軸變速箱設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié),他們是傳動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，而且關(guān)乎產(chǎn)品能否滿足所需功能要求。因此,在車床設(shè)計(jì)的開始，首先需要確定有關(guān)參數(shù)。
車床參數(shù)有主參數(shù)和基本參數(shù)。
主參數(shù)是車床參數(shù)中最主要的，它直接體現(xiàn)了車床的加工能力和特性，并決定和影響其它基本參數(shù)的值，如車床的最大加工直徑D和銑床的工作臺(tái)寬度B。
基本參數(shù)是一些與加工工件尺寸、車床結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性有關(guān)的參數(shù)，可以歸納為：尺寸參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。
專用車床的加工對(duì)象一般比較具體，工藝要求較明確，所以設(shè)計(jì)專用車床的時(shí)候一般只要針對(duì)加工對(duì)象的具體工藝要求，再結(jié)合相關(guān)資料和分析計(jì)算就能擬出參數(shù)。
但是通用車床加工對(duì)象復(fù)雜多樣，形狀、尺寸和材料都不一樣，工藝范圍非常寬：有粗加工，還有精加工；有硬質(zhì)合金刀，還有高速鋼刀等。因此，必須對(duì)所設(shè)計(jì)的車床的工藝范圍及使用情況作出全面的調(diào)研和統(tǒng)計(jì)，再根據(jù)某些典型工藝、加工對(duì)象并適當(dāng)兼顧其它的工藝加工的要求，擬定車床參數(shù)。在擬定參數(shù)時(shí)，還要考慮車床的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)外同類型車床的比較等。這樣才能使擬定的參數(shù)在能滿足車床經(jīng)濟(jì)合理的原則下，最大限度地適應(yīng)各種不同的工藝要求。
2.1 確定動(dòng)力參數(shù)——主電機(jī)功率
正確合理地選擇確定電機(jī)功率N，既可以使車床充分發(fā)揮其使用性能，還能滿足生產(chǎn)需要，而且又不致使電機(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素。
目前，確定車床電機(jī)功率的方法一般有：
1）類比法：對(duì)相同類型的車床實(shí)際使用時(shí)的功率情況進(jìn)行調(diào)查，進(jìn)行分析和比較。
2）估算法：按照車床典型加工條件（加工材料、工藝種類、刀具、切削用量）進(jìn)行估算。
3）試驗(yàn)測(cè)定法：根據(jù)典型的、起決定作用的加工條件，才同類型車床上實(shí)施切削試驗(yàn)，直接測(cè)定出電機(jī)功率。
功率估算和實(shí)驗(yàn)中的決定性加工條件分析，即重切削的典型工藝條件分析以及用量值的確定，內(nèi)容非常繁復(fù)，所以本次設(shè)計(jì)采用推薦的數(shù)據(jù)以估算法來確定主電機(jī)功率N。
1.確定電機(jī)功率和轉(zhuǎn)速
刀具材料：YT15 工件材料：45號(hào)鋼 切削方式：車削外
切削深度aP：3.5mm 進(jìn)給量f：0.35mm/r 切削速度v：90m/min
（1） 主切削力 Fz=1900aPf0.75N （2-1）
=19003.50.350.75
=3026.06N
（2） 切削功率 N切= （2-2）
=kW=4.45kW
（3） 估算主電機(jī)功率 N= （2-3）
=
（2-3）式中：
N值為5.56kW，按我國(guó)生產(chǎn)的電機(jī)在Y系列的額定功率選取，計(jì)有：2.2、3、4、5.5、7.5、10（11）kW等。故選取
額定功率為：5.5kW
同步轉(zhuǎn)速為：1500r/min
滿載轉(zhuǎn)速為：1440r/min
2.2運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定
2.2.1 主軸最低和最高轉(zhuǎn)速的確定
計(jì)算車床主軸極限轉(zhuǎn)速時(shí)的加工直徑，按經(jīng)驗(yàn)分別?。?.1～0.2）D和（0.45～0.5）D。在nmin中考慮車螺紋和鉸孔時(shí)，其最大加工直徑應(yīng)該根據(jù)實(shí)際加工情況選擇0.1D和50mm左右。在最后確定時(shí)，還應(yīng)與同類型車床對(duì)比。
則主軸極限轉(zhuǎn)速為：
nmax=r/min=1800r/min
nmin=r/min=40r/min
2.2.2 主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的確定
1.確定轉(zhuǎn)速范圍Rn定公比確定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)例.
轉(zhuǎn)速范圍 R==45 （2-4）
考慮到所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)要求復(fù)雜程度適中，所以采用常規(guī)的擴(kuò)大傳動(dòng)，并選級(jí)數(shù)Z=12。,今以 =1.41和代入R= z-1式，求得的R值在 =1.41時(shí)與45更接近，所以取 =1.41更為適合。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表給出了以 =1.06的從1～10000的數(shù)值，因 =1.41=1.060，從表中找到nmax=1800，得：1800,1250,900,630,450,315,224,160,112,80,56,40,共12級(jí)轉(zhuǎn)速。
標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表
1.00
1.06
1.12
1.18
1.25
1.32
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
2.12
2.24
2.36
2.5
2.65
2.8
3.0
3.15
3.35
3.55
3.75
4.0
4.25
4.5
4.75
5.0
5.3
5.6
6.0
6.3
6.7
7.1
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
10
10.6
11.2
11.8
12.5
13.2
14
15
16
17
18
19
20
21.2
22.4
23.6
25
26.5
28
30
31.5
33.5
35.5
37.5
40
42.5
45
47.5
50
53
56
60
63
67
71
75
80
85
90
95
100
106
112
118
125
132
140
150
160
170
180
190
200
212
224
236
250
265
280
300
315
335
355
375
400
425
450
475
500
530
560
600
630
670
710
750
800
850
900
950
1000
1060
1120
1180
1250
1320
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2120
2240
2360
2500
2650
2800
3000
3150
3350
3550
3750
4000
4250
4500
4750
5000
5300
5600
6000
6300
6700
7100
7500
8000
8500
9000
9500
10000
3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 擬定主傳動(dòng)方案
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)以及其組成，安排不同特點(diǎn)的傳動(dòng)形式，變速類型。
傳動(dòng)方案和型式與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程密切相關(guān)，而且和工作的性能也相關(guān)。因此，確定傳動(dòng)方案和型式，要從工藝、結(jié)構(gòu)、性能以及經(jīng)濟(jì)性等多方面來統(tǒng)一考慮。
傳動(dòng)方案有許多種，傳動(dòng)型式更是樣式多樣，比如：傳動(dòng)型式上包括集中傳動(dòng)的主軸變速箱，還有分離傳動(dòng)的主軸箱與變速箱；擴(kuò)大變速范圍既能用增加傳動(dòng)組數(shù)，也可以用背輪結(jié)構(gòu)，分支傳動(dòng)等型式；變速型式上可以用多速電機(jī)，也能用交換齒輪，滑移齒輪，公用齒輪等。
3.2 選定傳動(dòng)結(jié)構(gòu)擬定式
傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)對(duì)于選擇和分析比較簡(jiǎn)單的串聯(lián)式的傳動(dòng)確實(shí)為有用的辦法，但是對(duì)于復(fù)雜的傳動(dòng)并且想要進(jìn)而導(dǎo)出實(shí)際的方案，那么就并不是很有效了?？紤]到設(shè)計(jì)題目的車床級(jí)數(shù)和變速范圍應(yīng)該不會(huì)太大、太多，所以一般用串聯(lián)式傳動(dòng)就可以得到連續(xù)不重復(fù)的轉(zhuǎn)速數(shù)列。
3.2.1 確定傳動(dòng)組和各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目
傳動(dòng)副的數(shù)目分別為2、3、2的三個(gè)傳動(dòng)組方案，12級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組可以安排為2 3 2或者3 2 2或者2 2 3。從電動(dòng)機(jī)到主軸通常為降速傳動(dòng)，所以轉(zhuǎn)速比較高，轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也較小，這樣就使小尺寸零件比較多一些，大尺寸零件比較少一些，節(jié)省材料，這就是前多后少的原則。
主軸對(duì)表面粗糙度和加工精度的影響最大，因此主軸上的齒輪盡量少一些比較好，最后一個(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副數(shù)目通常為2。從以上角度考慮，最后選用3 2 2。
其本組和擴(kuò)大組的確定。
椐據(jù)前松后緊原則，根據(jù)以上基礎(chǔ)確定結(jié)構(gòu)式。
主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z和公比
已知： （3-1）
Z=2a×3b
式中a,b為正數(shù)，即Z應(yīng)該可以分解為2和3的因子，以便于用2，3聯(lián)滑移齒輪來實(shí)現(xiàn)變速。如果用4或者5的因子，則需采用2個(gè)相互連鎖的滑動(dòng)齒輪，以保證只有一對(duì)齒輪嚙合，這種傳動(dòng)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以很少采用。普通型和輕型車床系列車床的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，所以選取轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z=8～18級(jí)為優(yōu)。
因?yàn)閆為2和3的因子積，而又為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列數(shù)列，所以當(dāng)按照串聯(lián)傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，在定后，Rn值已定，則應(yīng)該適當(dāng)?shù)刈儎?dòng)或，以符合的關(guān)系。
這樣，就確定了車床主軸變速箱的運(yùn)動(dòng)參數(shù), ,Z, 。并與同類型車床進(jìn)行類比分析。
3.2.2 分配總降速比
在分配總降速比的時(shí)候，值得注意的是傳動(dòng)比的取值范圍，齒輪傳動(dòng)的最大傳動(dòng)比umax2過大，就非常容易引起振動(dòng)以及噪音；最小傳動(dòng)比umin 過小，導(dǎo)致主動(dòng)齒輪與被動(dòng)齒輪的直徑相差太大，將會(huì)使得結(jié)構(gòu)龐大。
1. 確定皮帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比范圍
i =1～2.5，取i=1.8
由主電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1440r/min
可知第Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速n1=1440 0.5=710r/min
2.確定最末一級(jí)傳動(dòng)的總的轉(zhuǎn)動(dòng)比
為 i總= （3-2）
i總=i被iaminibminicmin
最小傳動(dòng)比 icmin=
12=3[1] 2[3] 2[6]
3.3 確定皮帶輪直徑和齒輪齒數(shù)并擬定轉(zhuǎn)速圖
3.3.1擬定轉(zhuǎn)速圖：
3.3.2確定皮帶輪直徑
(1)選擇三角帶的型號(hào)
Ni=KwNd
K—工作情況系數(shù)
Nd—電機(jī)額定功率
因?yàn)槭擒嚧?，工作載比較穩(wěn)定，所以取Nd=1.1
則 Nj=5.5 1.1=6.05kw
查表3-1選擇型號(hào)得出B型
表3-1三角帶型號(hào)
型號(hào)
b
bp
h
13
17
14
10.5
40o
(2)確定帶輪直徑D1D2
計(jì)算小帶輪直徑D1
小帶輪直徑D1不宜過小，要求大于許用值
Dmin=140， D1Dmin D1由表得取220mm
計(jì)算大帶輪直徑D2
按照要求的傳動(dòng)比u和滑動(dòng)率ε確定，當(dāng)帶傳動(dòng)為降速時(shí)：
D大=D小 （3-3）
或 D大= （3-4）
（3-3）（3-4）式中：n1—小帶輪轉(zhuǎn)速r/min
n2—大帶輪轉(zhuǎn)速r/min
ε—帶的滑動(dòng)系數(shù)，一般取0.02
取D2=220mm 三角膠帶的滑動(dòng)率=2%
3.3.3 確定齒輪齒數(shù)
確定齒輪齒數(shù)的時(shí)候要注意下面幾個(gè)要求：
（1）齒輪的齒數(shù)不能過大，避免加大中心距導(dǎo)致車床結(jié)構(gòu)龐大，通常選擇齒輪數(shù)和SZ為60～100。
（2）小齒輪不產(chǎn)生根切，通常取18～20。
（3）三聯(lián)滑移齒輪的相鄰兩個(gè)齒輪的齒數(shù)差應(yīng)該大于4。避免齒輪左右移動(dòng)時(shí)齒輪相碰，使能順利通過。
由已知的傳動(dòng)比和常用傳動(dòng)比的適用齒數(shù)表
ia1=1 Sz=60,62,64,66,68,70,72,74,76,78.
ia2= Sz=60,63,65,67,68,70,72,73,75,77.
ia3= Sz=60,63,66,69,72,75,78.
由已知可選用Sz=72，從齒數(shù)表中查出小齒輪的齒數(shù)為36，30，24，大齒輪的齒數(shù)則為36，42，48。
ib1=1 Sz=60,62,64,66,68,70,72,74,76,78,80.
ib2= Sz=61,65,68,69,72,73,76,77
可選用Sz=84，從齒數(shù)表中查出小齒論的齒數(shù)為42，22，大齒輪的齒數(shù)則為42，62。
ic1=2=1.99 Sz=63,66,69,72,75,78,81,84,90….
ic2= Sz=80,84,85,89,90…..
可選用Sz=90 ，從齒數(shù)表中查出小齒輪的齒數(shù)30，18 ，大齒輪的齒數(shù)則為60，72。
3.3.4 主軸轉(zhuǎn)速系列的驗(yàn)算
由確定已知的齒輪齒數(shù)所得的實(shí)際轉(zhuǎn)速跟傳動(dòng)設(shè)計(jì)的理論值很難可以完全相符，因此，需要驗(yàn)算主軸各段的轉(zhuǎn)速，所允許的最大誤差不得超過±10（-1）%，即
(3-5)
N n實(shí)際=N i皮 ia ib ic
=
=10(-1)%=0.041
第一級(jí)：1400×140/220×24/48×22/62×18/72=40
40-40/40〈4.1% （滿足）
第二級(jí)：1400×140/220×30/42×22/62×18/62=57
57-56/56〈4.1% （滿足）
第三級(jí)：1400×140/220×36/36×22/62×18/72=81
81-80/80〈4.1% （滿足）
第四級(jí)：1440×140/220×24/48×42/42×18/72=115
115-112/112〈4.1% （滿足）
第五級(jí)：1440×140/220×30/42×42/42×18/72=163
163-160/160〈4.1% （滿足）
第六級(jí)：1440×140/220×36/36×42/42×18/72=230
230-224/224〈4.1% （滿足）
第七級(jí)：1440×140/220×24/48×22/62×60/30=322
322-315/315〈4.1% （滿足）
第八級(jí)：1440×140/220×30/42×22/62×60/30=458
458-450/450〈4.1% （滿足）
第九級(jí)：1440×140/220×36/36×22/62×60/30=645
645-630/630〈4.1% （滿足）
第十級(jí)：1440×140/220×24/48×42/42×60/30=921
921-900/900〈4.1% （滿足）
第十一級(jí)：1440×140/220×30/42×42/42×60/30=1308
1308-1250/1250〉4.1%（不滿足）
第十二級(jí)：1440×140/220×36/36×42/42×60/30=1842
1842-1800/1800〈4.1%（滿足）
3.3.5 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的擬定
3.4 確定各傳動(dòng)軸和齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速
3.4.1計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速
由 nj=nmin (3-6)
nⅣ=112r/min
3.4.2計(jì)算各傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速
Ⅲ軸nⅢ=160r/min
Ⅱ軸nⅡ=450r/min
Ⅰ軸nⅠ=900r/min
3.4.3計(jì)算傳動(dòng)組各軸上最小齒輪轉(zhuǎn)速
a組Z=24時(shí) nj=900r/min
b組Z=22時(shí) nj=900r/min
c組Z=18時(shí) nj=160r/min
4 估算和驗(yàn)算傳動(dòng)件
定下傳動(dòng)方案后，就要開始進(jìn)行方案的結(jié)構(gòu)化，計(jì)算確定各零件的實(shí)際尺寸以及相關(guān)布置。因此，通常要對(duì)傳動(dòng)件進(jìn)行估算，比如說傳動(dòng)軸的直徑，齒輪模數(shù)，離合器，帶輪的根數(shù)和型號(hào)等。在確定了以上尺寸的基礎(chǔ)上，才能夠畫出草圖，進(jìn)而得到初步結(jié)構(gòu)化的有關(guān)布置與尺寸。然后根據(jù)結(jié)構(gòu)的尺寸完成重要零件的驗(yàn)算，最后才可以畫正式的裝配圖。
通常經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師會(huì)省略畫草圖這個(gè)中間步驟而直接設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和驗(yàn)算。但是對(duì)于經(jīng)驗(yàn)貧乏的學(xué)生，先繪制草圖可以不用進(jìn)行較大的反復(fù)，更加有利于開展設(shè)計(jì)。
4.1計(jì)算齒輪模數(shù)
4.1.1 計(jì)算各傳動(dòng)軸功率
由公式N=NdK (4-1)
N——傳動(dòng)軸的輸入功率
Nd——電機(jī)額定功率
k——工作情況系統(tǒng)
車床的起動(dòng)載荷頸，工作載荷穩(wěn)定，二班制工作時(shí)，取KW=1.1。
NⅠ=Nd n=n帶 軸=0.96
=5.5 0.96
=5.28KW
向心球軸承和向心短圓柱滾子0.995，斜齒圓柱齒輪=0.97
NⅡ=NⅡ =5.28×0.97×0.995=5.095kw
NⅢ= NⅡ =5.095×0.96×0.99=4.8kw
NⅣ=NⅢ=4.8×0.96×0.99=5.06kw
4.1.2計(jì)算齒輪模數(shù)
定下結(jié)構(gòu)以后，齒輪的工作條件，空間安排，材料和精度等級(jí)等都已經(jīng)確定，才能夠檢驗(yàn)齒輪的接觸疲勞和彎曲疲勞強(qiáng)度值是否滿足要求。
根據(jù)接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為：
mj=16300 （4-2）
根據(jù)彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為：
mω=275 （4-3）
（4-2），（4-3）式中：
N——計(jì)算齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)遞的額定功率N=?·Ndk?
nj——計(jì)算齒輪（小齒輪）的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min
——齒寬系數(shù),
Z1——計(jì)算齒輪的齒數(shù)，一般取轉(zhuǎn)動(dòng)中最小齒輪的齒數(shù)：
i——大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比，i=；（+）用于外嚙合，（-）號(hào)用于內(nèi)嚙合；
KS——KS=KTKNKnKq命系數(shù);
KT—工作期限系數(shù)
基本組的接觸疲勞齒輪模數(shù): mj=16300mm=2.3
彎曲疲勞齒輪模數(shù): mω=275mm=1.8
所以標(biāo)注模數(shù)m=2.5
第一擴(kuò)大組:i=2.82 nⅡ=900r/min
mj=16300mm=2.18
mω=275mm=2.4
所以標(biāo)注模數(shù)m=3
第二擴(kuò)大組: i=4 nⅡ=160r/min
mj=16300mm=2.78
mω=275mm=3.5
所以標(biāo)注模數(shù)m=3.5
4.1.3 計(jì)算各軸之間的中心距
根據(jù)中心距公式a=(z1+z2) （4-4）
(1)Ⅰ～Ⅱ軸a=(36+36)=90mm
(2)Ⅱ～Ⅲ軸a=(42+42)=126mm
(3)Ⅲ～Ⅳ軸a=(18+72)=157.5mm
4.2 計(jì)算三角帶傳動(dòng)
三角帶傳動(dòng)中，中心距A可以比較大。因?yàn)槭悄Σ羵鬟f，三角帶與輪槽間會(huì)有打滑現(xiàn)象，也可因而緩和沖擊和隔離震動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，可是尺寸比較大，車床中一般用于電機(jī)輸出軸的定比傳動(dòng)。
4.2.1確定三角帶速度
已知選用三角形B型帶輪
則三角帶的速度為
=m/s==10.5m/s （4-5）
4.2.2確定中心距A
帶輪的中心距A，根據(jù)車床的總體布局可以初步選定，通常在下述范圍內(nèi)選取
A0=（0.6～2）（D1+D2）mm
如果中心距過小，會(huì)使三角帶的壽命減短；當(dāng)中心距過大時(shí)，則會(huì)引起三角帶振動(dòng)。
4.2.3確定三角帶的計(jì)算長(zhǎng)度L0及內(nèi)周長(zhǎng)LN
三角帶的計(jì)算長(zhǎng)度是通過三角帶截面重心的長(zhǎng)度。
L0=2A0+(D1+D2)+ mm =1432.9mm （4-6）
將計(jì)算得到的L0數(shù)值圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)度L，再?gòu)谋碇胁槌鰧?duì)應(yīng)的內(nèi)周長(zhǎng)度LN（通過截面中心的計(jì)算長(zhǎng)度L=LN+Y，Y是修正值），用作訂購(gòu)和標(biāo)記。
(4)確定實(shí)際中心距A
實(shí)際中心距A的精確值為
A=A0+mm=432mm
(5)驗(yàn)算小帶輪包角α1
α1=180°-57.3°≥120°
180-220=140/432×57.3o≥120°
如果α1過小，應(yīng)加大中心距或加張緊裝置。
(6)確定三角帶根數(shù)Z
Z= （4-7）
（4-7）式中：N0——單根三角帶在α=180°、特定長(zhǎng)度、平穩(wěn)工作情況下傳遞的功率值
C1——包角系數(shù)
Z==2.1
所以取三角帶根數(shù)Z=3根
4.3 估算傳動(dòng)軸和計(jì)算齒輪尺寸
傳動(dòng)軸不但要滿足強(qiáng)度條件，還必須滿足剛度條件。強(qiáng)度條件保證軸在反復(fù)的載荷及扭載荷作用下不至于發(fā)生疲勞破壞。車床主傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求很高，不能有太大的變形。因此，疲勞強(qiáng)度通常不是最主要的矛盾。除非載荷很大，否則可以不用檢驗(yàn)軸的強(qiáng)度。剛度條件保證軸在載荷下（扭轉(zhuǎn)、軸向、彎曲）不致于發(fā)生較大的變形（轉(zhuǎn)角、失穩(wěn)、彎曲）。要是剛度不夠，軸上面的零件比如齒輪、軸承等就會(huì)因?yàn)檩S的變形太大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動(dòng)和噪音、發(fā)熱、過早磨損而失效。因此，一定要保證傳動(dòng)軸擁有一定的剛度。一般，首先按照扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，在繪制完成草圖后，在結(jié)合受力情況、結(jié)構(gòu)布置以及相關(guān)尺寸，檢驗(yàn)彎曲剛度。
4.3.1計(jì)算確定各軸的直徑
公式mm （4-8）
(1)計(jì)算傳動(dòng)軸的直徑
（4-8）式中： N=Ndη kW
Nd——電機(jī)額定功率；
η——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
n1——該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min
[]——每米長(zhǎng)度上的轉(zhuǎn)角（deg/m），可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取
計(jì)算轉(zhuǎn)速nJ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，按主軸得計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系而確定，而中型車，銑床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為：
N=5.50.90=5.28Nn
mm=91=25.18mm
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選取d=30mm
[] 通過查表得知為1.4
(2)計(jì)算Ⅱ軸的直徑
mm=24.96mm
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選取d=35mm
(3)計(jì)算Ⅲ軸的直徑
mm=37.87mm
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選取d=40mm
(4)主軸的直徑根據(jù)書中范圍選取為75mm
4.3.2 計(jì)算各齒輪的尺寸
齒輪分度圓直徑公式d=mz
ha=ha*m hf=(ha*+c*)m
齒頂圓直徑 da=d+zha
齒根圓直徑 df=d-2hf
(1)Ⅰ～Ⅱ軸間的齒輪尺寸
m=2.5 a=90mm z1=z2=36
① 齒頂高 ha=ha*m =2.5m 齒根高度 hf=(ha*+c*)m=3.1
經(jīng)常齒制ha*=1 c*=0.25
d1=d2=90mm
b=20mm
齒頂圓直徑 dd1=95=da2
齒根圓直徑 df1=84=df2
② z1=24 z2=48 i=時(shí)
d1 =60mm d2 =120mm
b=20mm
da1=65mm da2=125mm
df1=54mm df2=114mm
③ z1=30 z2=42
d1 =75mm d2 =105mm
b=20mm
da1=80mm da2=110mm
df1=69mm df2=99mm
(2)Ⅱ～Ⅲ軸間的齒輪尺寸
m=3 a=126mm ha=3 hf=3.75
① z3=42 z4=42
d1=d2=mz=3 42=126mm
b=20mm
da1=da2=126+7=132mm
df1=df2=126-8.8=118.5
② z3=22 z4=62
d1=22 3=66mm d2=62 3=186mm
b=20mm
da1=72mm da2=192mm
df1=58.5mm df2=178.5mm
(3)Ⅲ～Ⅳ軸間的齒輪尺寸
m=3.5 a=157.5mm
① z5=60 z6=30 ha=3.5 hf=4.4 h=8
d1=210mm d2=105mm b=25mm
da1=217mm da2=112mm
df1=202mm df2=97mm
② z5=18 z6=72
d1=mz1=63mm d2=mz2=252mm
齒頂高h(yuǎn)a=35mm 齒根高h(yuǎn)f=45mm
全齒高h(yuǎn)=8
齒頂圓直徑 da1=d1+2ha=70mm da2=259mm
齒根圓直徑 df1=d1-2hf=54mm df2=250mm b=25mm
5 主軸部件的驗(yàn)算
設(shè)計(jì)驗(yàn)算主軸部件的時(shí)候，希望主軸的跨距是合理跨距，但是由于結(jié)構(gòu)的限制，主軸的實(shí)際跨距通常與合理跨距有差別，所以要對(duì)主軸部件進(jìn)行驗(yàn)算，對(duì)于一般的車床，所有的軸都要進(jìn)行剛度驗(yàn)算。一般情況下，要是能夠滿足剛度條件也就能滿足強(qiáng)度條件。
5.1驗(yàn)算主軸軸端位移ya
5.1.1主軸的支承簡(jiǎn)化
L=e++L+=13+652+20=685mm
5.1.2主軸的受力分析
主軸主要受到切削力和傳動(dòng)力的作用。切削力是一個(gè)空間力,有Px,Py,Pz等分力，設(shè)總的切削力為P1。傳動(dòng)力也是空間力，有ax，ay，az等分力。主軸上連著一個(gè)齒輪，主要作用是把主軸運(yùn)動(dòng)傳遞給進(jìn)給箱，齒輪主要是傳遞運(yùn)動(dòng)而不是傳遞動(dòng)力，所以可以忽略不計(jì)。由上述各力作用分析，主要受彎矩和扭矩的作用。此外還受到拉力和壓力作用，但是比起彎矩和扭矩要小的多，小到可以忽略不計(jì)，所以一般考慮到以上受力情況，可以簡(jiǎn)化為以下的受力圖。
Q為傳動(dòng)力
P為總切削力
M是力矩曲PX引起
為了便于計(jì)算，通常認(rèn)為Q和P在同一個(gè)平面內(nèi)
x=13+491.5+17.5=522mm
5.1.3確定切削力和傳動(dòng)力的作用類
a為前支承到主軸端部的距離，切削力的作用點(diǎn)與前支承之間的距離
S=a+0.4H
H為普通車床的中心高 a=100mm
從上面的受力圖可以看出，主軸端部的變形由三部分組成：
第一部分： Px=引起的變形
第二部分： Q力引起的變形
第三部分： M力引起的變形
將三部分結(jié)合起來，可以得到齒輪A點(diǎn)總的位移yA為
yA= （5-1）
5.1.4確定切削力P的大小
——主軸計(jì)算傳遞
N——主軸傳遞的功率
P=
最大切削力估算直徑D為320mm
P==3356N
5.1.5確定a力的大小
a=1.12圓周
a圓周= M扭=
d分度=252mm
a圓周==4261N
a=1.12a圓周=4687N
E:主軸材料的彈性模量，一般用鋼
E=20.6 104N/mm2
J：主軸載面慣性
J==4344037
M=（0.3～0.35）Pa=0.3 3356 100=100680
yA=
==0.0058
要求[yA,ymax]
ymax=0.0002L=0.0002*685=0.137yA<[ymax]符合要求
5.2 驗(yàn)算前軸承的轉(zhuǎn)角及壽命
5.2.1 驗(yàn)算前軸承處的轉(zhuǎn)角θβ
θβ= （5-2）
==
要求aB
收藏