《金屬切削機床》課程設計-銑床主軸箱設計（完整圖紙）

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1、銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 1 目錄 1.1.概述2 2.2.參數(shù)的擬定2 3.3.傳動設計3 4.4.傳動件的估計5 5.5.動力設計11 6.6.結(jié)構設計與說明15 總結(jié)20 主要參考文獻21 CADCAD 圖紙，聯(lián)系圖紙，聯(lián)系 153893706153893706 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 2 1.1.概述概述 1.11.1 機床課程設計的目的機床課程設計的目的 機床課程設計，是在金屬切削機床課程之后進行的實踐性教學環(huán)節(jié)。其目的在于通過機床運動機械變 速傳動系統(tǒng)的結(jié)構設計，使學生在擬定傳動和變速的結(jié)構的結(jié)構方案過程中，得到設計構思，方案分 析，結(jié)構工藝性，機械制圖，零件計算，編寫技

2、術文件和查閱技術資料等方面的綜合訓練，樹立正確 的設計思想，掌握基本的設計方法，并培養(yǎng)學生具有初步的結(jié)構分析，結(jié)構設計和計算能力 1.21.2 銑床的規(guī)格系列和用處銑床的規(guī)格系列和用處 普通機床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設計時應該遵照的基礎。因此，對這些基本知識和資料作 些簡要介紹。 銑床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)： 正轉(zhuǎn)最低 轉(zhuǎn)速 min n ( ) min r 正轉(zhuǎn)最高 轉(zhuǎn)速 nmax ( ) min r 電機功 率 N（kw ） 公比 轉(zhuǎn) 速 級 數(shù) Z 100125031.2612 1.31.3 操作性能要求操作性能要求 1）具有皮帶輪卸荷裝置 2）手動操縱雙向摩擦片離合器實現(xiàn)主軸

3、的正反轉(zhuǎn)及停止運動要求 3）主軸的變速由變速手柄完成 2.2.參數(shù)的擬定參數(shù)的擬定 2.12.1 確定極限轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速范圍確定極限轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速范圍 由任務書已給，轉(zhuǎn)速范圍 max 1250 /minnr min 100 /minnr max min 12.5 n n R n 2.22.2 主電機選擇主電機選擇 合理的確定電機功率 N，使機床既能充分發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機經(jīng)常輕 載而降低功率因素。 已知電動機的功率是 3KW，根據(jù)車床設計手冊附錄表 11-32 選，額定功率 3，轉(zhuǎn) 1002 4 YL kw 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 3 速 1420 ，最大額定轉(zhuǎn)距 2.2,

4、效率 82.5% min r 3.3.傳動設計傳動設計 3.13.1 主傳動方案擬定主傳動方案擬定 擬定傳動方案，包括傳動型式的選擇以及開停、換向、制動、操縱等整個傳動系統(tǒng)的確定。傳動 型式則指傳動和變速的元件、機構以及組成、安排不同特點的傳動型式、變速類型。 傳動方案和型式與結(jié)構的復雜程度密切相關，和工作性能也有關系。因此，確定傳動方案和型式， 要從結(jié)構、工藝、性能及經(jīng)濟等多方面統(tǒng)一考慮。 傳動方案有多種，傳動型式更是眾多，比如：傳動型式上有集中傳動，分離傳動；擴大變速范圍 可用增加傳動組數(shù)，也可用背輪結(jié)構、分支傳動等型式；變速箱上既可用多速電機，也可用交換齒輪、 滑移齒輪、公用齒輪等。 顯

5、然，可能的方案有很多，優(yōu)化的方案也因條件而異。此次設計中，我們采用集中傳動型式的主 軸變速箱。 3.23.2 傳動結(jié)構式、結(jié)構網(wǎng)的選擇傳動結(jié)構式、結(jié)構網(wǎng)的選擇 結(jié)構式、結(jié)構網(wǎng)對于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的傳動不失為有用的方法，但對于分析復雜的傳 動并想由此導出實際的方案，就并非十分有效。 3.2.13.2.1 確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目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)由若干個順序的傳動組組成，各傳動組分別有、個傳動副。 Z Z 即 321 ZZZZ 傳動副中由于結(jié)構的限制以 2 或 3 為合適，即變速級數(shù) Z 應為 2 和 3 的因子： ， ba Z 可以有三種

6、方案： 12=322；12=232；12=223； 3.2.23.2.2 動式的擬定傳動式的擬定傳 12 級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動組，選擇傳動組安排方式時，考慮到機床主軸變速箱的具體結(jié)構、裝置 和性能。 在軸如果安置換向摩擦離合器時，為減少軸向尺寸，第一傳動組的傳動副數(shù)不能多，以 2 為宜。 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。最后一個傳動組的傳動副 常選用 2。 綜上所述，傳動式為 12=322。 3.2.33.2.3 結(jié)構式的擬定結(jié)構式的擬定 對于 12=232 傳動式，有 6 種結(jié)構式和對應的結(jié)構網(wǎng)。分別為： ， ， ， 136 12322 216 12322 26

7、1 12322 163 12322 422 12322 421 12322 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 4 初選的方案。 136 12322 3.33.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定（見下圖）轉(zhuǎn)速圖的擬定（見下圖） 圖 3-1 轉(zhuǎn)速圖 圖 3-3 主傳動系統(tǒng)圖 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 5 3.4展開圖簡圖 4.4. 傳動件的估算傳動件的估算 4.14.1 三角帶傳動的計算三角帶傳動的計算 三角帶傳動中，軸間距 A 可以加大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，宜可緩和沖擊及隔 離振動，使傳動平穩(wěn)。帶輪結(jié)構簡單，但尺寸大，機床中常用作電機輸出軸的定比傳動。 (1)選擇三角帶的型號 根據(jù)公式 1.1 5

8、.56.05 caa PK PKW 式中 P-電動機額定功率，-工作情況系數(shù) a K 查機械設計圖 8-8 因此選擇 A 型帶，尺寸參數(shù)為 B=80mm，=11mm，h=10，。 d b 40 (2)確定帶輪的計算直徑， D D 帶輪的直徑越小帶的彎曲應力就越大。為提高帶的壽命，小帶輪的直徑不宜過小，即 D 。查機械設計表 8-3，8-7 取主動輪基準直徑=125。 min DD Dmm 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 6 由公式 1 1 2 1 2 D n n D 式中： -小帶輪轉(zhuǎn)速，-大帶輪轉(zhuǎn)速，-帶的滑動系數(shù)，一般取 0.02。 n n 所以，由機械設計 A表 8-7 取園整為 224m

9、m。 2 1440 140 1 0.02220.5 800 Dmm (3)確定三角帶速度 按公式 1 1 3.14 125 1440 9.42 60 100060 1000 Dn m V s (4)初定中心距 帶輪的中心距，通常根據(jù)機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)驗公式 取，取=600mm. 12012 0.72DDADDmm2125224698mm 0 A (5)三角帶的計算基準長度 L A DD DDAL 2 0 224 1253.14 2 6001252241751.93 24 700 Lmm 由機械設計表 8-2，圓整到標準的計算長度 1800Lmm (6)驗算

10、三角帶的撓曲次數(shù) ，符合要求。 1000 10.3140 s mv u L 次 (7)確定實際中心距A 0 0 A6001800 17522624 2 LL Amm （） (8)驗算小帶輪包角 ，主動輪上包角合適。 0000 21 1 18057.51170.9120 DD A (9)確定三角帶根數(shù)Z 根據(jù)機械設計式 8-22 得 00 ca l p z pp k k 傳動比 1 2 1440/8001.8 v i v 查表 8-5c，8-5d 得= 0.15KW,= 1.32KW 0 p 0 p 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 7 查表 8-8，=0.98；查表 8-2，=0.96k l k

11、6.05 Z4.3 1.320.150.98 1.01 所以取 根Z5 (10)計算預緊力 查機械設計表 8-4，q=0.1kg/m 2 0 2 2.5 5001 6.052.5 50010.1 7.54 7.54 5 0.98 130.1 ca p Fqv vzk N 4.24.2 傳動軸的估算傳動軸的估算 傳動軸除應滿足強度要求外，還應滿足剛度的要求，強度要求保證軸在反復載荷和扭載荷作用下 不發(fā)生疲勞破壞。機床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞強度一般不失是主要 矛盾，除了載荷很大的情況外，可以不必驗算軸的強度。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

12、軸有足夠的剛度。 4.2.14.2.1 傳動軸直徑的估算傳動軸直徑的估算 491() j N dmm n 其中：d:傳動軸受扭部分的直徑 N：該軸傳遞的功率 ：電動機的功率 d N -該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速。 j n d NN ：電動機到該軸的傳動效率 計算轉(zhuǎn)速是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動件的計算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主 j n 軸的計算轉(zhuǎn)速和相應的傳動關系確定。 所以 4 1 1.5 0.96 9122 800 1 dmmmm 4 2 1.5 0.96 0.99 9128 500 1 dmmmm 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 8 4 3 1.5 0.96 0.99 0.99 9130

13、 250 1 dmmmm 此軸徑為平均軸徑，設計時可相應調(diào)整。 主軸軸徑直徑的確定：為保證機床的工作精度，主軸尺寸一般都是根據(jù)其剛度決定的。對于 通用機床的主軸尺寸參數(shù)，通常由結(jié)構上的要求而定，查表得 主軸前軸徑 80mm, 1 D 21 0.864DDmm 4.34.3 齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計算齒輪齒數(shù)的確定和模數(shù)的計算 4.3.14.3.1 齒輪齒數(shù)的確定齒輪齒數(shù)的確定 當各變速組的傳動比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對于定比傳動的齒輪齒數(shù)可依據(jù)機械設計手冊 推薦的方法確定。對于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳動比是標準公比的整數(shù)次方時，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（機械

14、制造裝備設計）中選取。一般在主傳動中，最小齒數(shù) z S 應大于 1820。采用三聯(lián)滑移齒輪時，應檢查滑移齒輪之間的齒數(shù)關系：三聯(lián)滑移齒輪的最大齒輪之 間的齒數(shù)差應大于或等于 4，以保證滑移是齒輪外圓不相碰。 第一組齒輪： 傳動比：, 1 0 1 1u 2 1 11 1.26 u 查機械制造裝備設計表 3-6，齒數(shù)和取 68 z S =34，=34，=26，=42,； Z 2 Z 3 Z 4 Z 5 38Z 6 30Z 第二組齒輪： 傳動比：, 1 0 1 1u 2 3 11 3 u 齒數(shù)和取 80： z S =40，=40，=27，=53； 7 Z 8 Z 9 Z 10 Z 第三組齒輪： 傳動

15、比：, 2 1 2 1 u 2 6 11 6 u 齒數(shù)和取 90： z S =72，=18，=26，=64， 11 Z 12 Z 13 Z 14 Z 4.3.24.3.2 齒輪模數(shù)的計算齒輪模數(shù)的計算 按統(tǒng)一模數(shù)的方法計算各齒輪齒數(shù)，齒輪模數(shù)的初步計算式為 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 9 3 22 1 (1) 16338 d J mjj iN Mmm Zin ：按接觸疲勞強度計算的齒輪模數(shù) J Mmm ：驅(qū)動電動機功率 d N ：計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速 j n I:大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比 i1 :小齒輪齒數(shù) 1 Z ：齒寬系數(shù) =610 m () m B Bm m 為齒寬，為模數(shù) m ：許用

16、接觸應力 j 其中，=1.5kw, =200r/min, =26 d N j n 1 Z =10, =600MPa m j 3 22 (1.46 1) 1.5 163383 10 261.46 600200 J Mmm (4)標準齒輪： * 20h1c0.25 度， 從機械原理 表 10-2 查得以下公式 齒頂圓 mhzd a a )2+(= * 1 齒根圓 * 1 (22) fa dzhc m 分度圓 mzd = 齒頂高 mhh a a * = 齒根高 mchh a f )+(= * 4.3.44.3.4 齒寬確定齒寬確定 由前面可知，齒寬系數(shù)為=10，m=3 所以大齒輪齒寬為，一般小齒輪比

17、大齒輪 m 3 824Bmm 大 寬 12mm,所以小齒輪的寬度為。24226Bmm 小 軸軸 1 1 上各傳動副齒輪依次的直徑為：（上各傳動副齒輪依次的直徑為：（mmmm） 1 34 3102d (342) 3108 a d (342.5) 394.5 f d 2 26 378d (262) 384 a d (262.5) 365 f d 3 38 3114d (382) 3120 a d (382.5) 3106.5 f d 軸軸 2 2 上各傳動副齒輪依次的直徑為：（上各傳動副齒輪依次的直徑為：（mmmm） 1 34 3102d (342) 3108 a d (342.5) 394.5

18、f d 2 42 3126d (422) 3132 a d (422.5) 3138.5 f d 3 30 390d (302) 396 a d (302.5) 382.5 f d 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 10 4 40 3120d (402) 3126 a d (402.5) 3112.5 f d 5 27 381d 5 27 381d (272.5) 373.5 f d 軸軸 3 3 上各傳動副齒輪依次的直徑為：（上各傳動副齒輪依次的直徑為：（mmmm） 1 120d 126 a d 112 f d 2 159d 165 a d 151.5 f d 3 216d 222 a d 20

19、8.5 f d 4 78d 84 a d 70.5 f d 主軸上各傳動副齒輪依次的直徑為：（主軸上各傳動副齒輪依次的直徑為：（mmmm） 1 18 354d 60 a d 46.5 f d 2 64 3192d 198 a d 184.5 f d 4.44.4 帶輪結(jié)構設計帶輪結(jié)構設計 查機械設計P156 頁，當。D 是軸承外徑，查機械零件手冊300 d dmm時, 采用腹板式 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。齒機械設計 表 8-10 確定參數(shù)得： min 8.5,2.0,9.0,12,8,5.5,38 daf bhhef

20、帶輪寬度：125 182 764Bzefmm 分度圓直徑：，280 d dmm ， 1 1.91.8 100180,5/2811.412dDmmmm CBmm 64,LBmm 4.54.5 片式摩擦離合器的選擇和計算片式摩擦離合器的選擇和計算 片式摩擦離合器目前在機床中應用廣泛，因為它可以在運轉(zhuǎn)中接通或脫開，具有結(jié)合平穩(wěn)、沒有 沖擊、結(jié)構緊湊的特點，部分零件已經(jīng)標準化，多用于機床主傳動。 (1)按扭矩選擇 一般應使選用和設計的離合器的額定靜扭矩和額定動扭矩滿足工作要求，由于普通機床 j M d M 是在空載下啟動反向的，故只需按離合器結(jié)合后的靜負載扭矩來計算。即： mN n N KKMM j

21、nj 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 11 5.5 0.96 95501.3 95500.96 0.9877.08 800 jn j N MKMKN mN m n (2)摩擦片盤接合面的直徑 121 1.5 248 64,1.5 290 120Ddmm DDmm 查 JB/T9190-1999 取=60mm, 1 D 2 110Dmm (3)計算摩擦面對數(shù) 2 0 210002 127.5 1000 9 3.14 0.06 75 75 30 1.0 n M K Z fD b p 摩擦片總數(shù)為19 110.710Z 根據(jù) JB/T9190-1999 選用機械式多片雙聯(lián)離合器，因為安裝在箱內(nèi)，所以采

22、取濕式。查表可得離 合器參數(shù) H=2.5，模數(shù) m=2.5。查離合器手冊表 1.2.6 選用編號為 2 的離合器。 4 46 6箱體的設計箱體的設計 4.6.14.6.1 箱體材料以中等強度的灰鑄鐵 HT150 鑄造時，最小壁厚根據(jù)其外形輪廓尺寸選取 3 長寬高（mm）()mm壁厚 500*500*500812 500*500*300800*800*5001015 800*800*5001220 后支承壁取 22mm,前支承壁取 25mm 4.6.24.6.2 軸間距的確定軸間距的確定 mm 12 11 ()3 (3434)102 22 dmZZ 12 11 ()3 (4040)120 22

23、dmZZmm 12 11 ()3 (1872)135 22 dmZZmm 5.5. 動力設計動力設計 5.15.1 主軸剛度驗算主軸剛度驗算 5.1.15.1.1 選定前端懸伸量 C，參考機械裝備設計P121，根據(jù)主軸端部的結(jié)構，前支承軸承配置 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 12 和密封裝置的型式和尺寸，這里選定 C=120mm. 5.1.25.1.2 主軸支承跨距 L 的確定 一般最佳跨距，考慮到結(jié)構以及支承剛度因磨損會不斷降低，應 0 2 3240 420LCmm 取跨距 L 比最佳支承跨距大一些，再考慮到結(jié)構需要，這里取 L=600mm。 0 L 5.1.35.1.3 計算 C 點撓度

24、1）周向切削力的計算 t P 4 2 955 10 d t jj N p D n 其中, 7 5.5,0.96 0.98 d NKW max 0.5 0.60.5 0.6400200 240, 240,31.5 /min j jj DDmm Dnr 取 故，故。 4 4 2 955 100.82 5.5 1.15 10 240 35.5 t pN 4 1.121.736 10 t PPN 33 0.456.98 10,0.355.43 10 N rtft PPN PP 1 1） 驅(qū)動力 Q 的計算 參考車床主軸箱指導書 ， 7 2.12 10 N Q nzn 其中 7 5.5 0.96 0.9

25、84.58,72,3,35.5 /min d NNKW zmnr 所以 74 4.58 2.12 101.13 10 4 72 35.5 QN 3 3）軸承剛度的計算 這里選用 4382900 系列雙列圓柱子滾子軸承 根據(jù)求得： 0.1030.8 22.222 1.5Cd 0.1030.85 0.1030.85 22.222 1.5708.48 10/ 22.222 1.51009.224 10/ A B CN mm CN mm 4）確定彈性模量，慣性距 I；和長度。 c I, ,a b s 軸的材產(chǎn)選用 40Cr，查簡明機械設計手冊P6，有 5 2.1 10EMPa 主軸的慣性距 I 為：

26、銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 13 44 64 4.27 10 64 DD Imm 外內(nèi) 主軸 C 段的慣性距 Ic 可近似地算： 444 64 0.6 6.25 10 64 c DD Imm 11 切削力 P 的作用點到主軸前支承支承的距離 S=C+W，對于普通車床，W=0.4H， （H 是車床 中心高，設 H=200mm)。 則：1200.4 200200Smm 根據(jù)齒輪、軸承寬度以及結(jié)構需要，取 b=60mm 計算切削力 P 作用在 S 點引起主軸前端 C 點的撓度 23 22 3 63 csp cAA LSLCsccLscsc yPmm EIEIC LC L 代入數(shù)據(jù)并計算得=0.12

27、99mm。 csp y 計算驅(qū)動力 Q 作用在兩支承之間時，主軸前端 C 點子的撓度 cmq y 22 2 6 cmq BA bcLbLbLCLbbc yQmm EILC LC L 計算得：=-0.0026mm cmq y 求主軸前端 C 點的終合撓度 c y 水平坐標 Y 軸上的分量代數(shù)和為coscoscos, cycsppcmqqcmm yyyy ，計算得：=0.0297mm.。綜合撓度66 ,270 ,180 pqm 其中 cy y0.0928 cz ymm 。綜合撓度方向角，又 22 0.118 ccycz yyymmarc72.25 cz yc cy y tg y 。因為，所以此軸滿

28、足要求。 0.00020.0002 6000.12yLmm c yy 5.25.2 齒輪校驗齒輪校驗 在驗算算速箱中的齒輪應力時，選相同模數(shù)中承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪進接觸應力和彎曲應 力的驗算。這里要驗算的是齒輪 2，齒輪 7，齒輪 12 這三個齒輪。 齒輪 12 的齒數(shù)為 18，模數(shù)為 4，齒輪的應力： 1）接觸應力： 4 1 2088 10 vas f j uk k k k N Q zmuBn 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 14 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)；-動載荷系數(shù)；-工況系數(shù)；-壽命系數(shù)k v k A k s k 查機械裝備設計表 10-4 及圖 10

29、-8 及表 10-2 分布得1.15,1.20;1.05,1.25 HBFBvA kkkk 假定齒輪工作壽命是 48000h，故應力循環(huán)次數(shù)為 9 6060 500 1 480001.44 10 h NnjL 次 查機械裝備設計圖 10-18 得，所以：0.9,0.9 FNHN KK 2 3 3 72 11.15 1.05 1.25 0.9 7.5 0.96 0.98 2088 1018 1.024 10 72 18 4 21 500 18 f MPa 2） 彎曲應力： 5 2 191 10 vas w j k k k k N Q zm BYn 查金屬切削手冊有 Y=0.378，代入公式求得：

30、=158.5Mpa w Q 查機械設計圖 10-21e,齒輪的材產(chǎn)選，大齒輪、小齒輪的硬度為 60HRC，故40Cr 滲碳 有，從圖 10-21e 讀出。因為：1650 f MPa 920 w MPa ，故滿足要求，另外兩齒輪計算方法如上，均符合要求。, ffww 5.35.3 軸承的校驗軸承的校驗 軸選用的是角接觸軸承 7206 其基本額定負荷為 30.5KN 由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值所以齒輪越小越靠近軸承，對軸承的要求越高。根據(jù)設計要求，710 /minnr 應該對軸未端的滾子軸承進行校核。 齒輪的直徑 24 2.560dmm 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 n P T9550 Nm 7.5 0.96 9550

31、59.3 710 T 齒輪受力 N 3 22 59.3 1412 60 10 r T F d 根據(jù)受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 15 N1060 21 1 1 ll lF R r v N35210601412 2 v R 因軸承在運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，按機械設計表 10-5 查得 p f 為 1.2 到 1.8，取，則有：3 . 1 p f N 137810623 . 1 111 RXfP p N 6 . 4573523 . 1 222 RXfP p 軸承的壽命 因為，所以按軸承 1 的受力大小計算： 21 PP h 1 . 38309

32、) 1378 17200 ( 85060 10 )( 60 10 3 6 1 6 P C n Lh 故該軸承能滿足要求。 6.6.結(jié)構設計及說明結(jié)構設計及說明 6.16.1 結(jié)構設計的內(nèi)容、技術要求和方案結(jié)構設計的內(nèi)容、技術要求和方案 設計主軸變速箱的結(jié)構包括傳動件（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、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結(jié)件的結(jié)構設計與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。 課程設計由于時間的限制，一般只畫展開圖。 主軸變速箱是機床的重要部件。設計時除考慮一般機械傳動的有關要求外，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

33、效率要求，主軸前軸承處溫度和溫升的控制，結(jié)構 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)構設計時整個機床設計的重點，由于結(jié)構復雜，設計中不可避免要經(jīng)過反復思考和 多次修改。在正式畫圖前應該先畫草圖。目的是： 1） 布置傳動件及選擇結(jié)構方案。 2） 檢驗傳動設計的結(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)。 6.26.2 展開圖及其布置展開圖及其布置 展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

34、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，負責齒輪無法加工。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 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 16 級反向轉(zhuǎn)動，右邊接通得到三級反向轉(zhuǎn)動。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。 總布置時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，是制動尺寸增大。

35、 齒輪在軸上布置很重要，關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。 6.36.3 I I 軸（輸入軸）的設計軸（輸入軸）的設計 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)構上應注意加強軸的剛度或使軸部 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。 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)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)下進行

36、，常采用片式摩擦離合器。由于裝在箱 內(nèi)，一般采用濕式。 在確定軸向尺寸時，摩擦片不壓緊時，應留有 0.20.4的間隙，間隙應能調(diào)整。mm 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德兩個自由度，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)構設計時應使加力環(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

37、。 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)構設計時應考慮這點。 齒輪與軸之間的軸承可以用滾動軸承也可以用滑動軸承?；瑒虞S承在一些性能和維修上不如滾動 軸承，但它的徑向尺寸小。 空套齒輪需要有軸向定位，軸承需要潤滑。 6.46.4 齒輪塊設計齒輪塊設計 齒輪是變速箱中的重要元件。齒輪同時嚙合的齒數(shù)是周期性變化的。也就是說，作用在一個齒輪 上的載荷是變化的。同時由于齒輪制造及安裝誤差等，不可避免要產(chǎn)生動載荷而引起振動和噪音，常 成為變速箱的主要噪聲源，并影響主軸回轉(zhuǎn)均勻性。在

38、齒輪塊設計時，應充分考慮這些問題。 齒輪塊的結(jié)構形式很多，取決于下列有關因素： 1） 是固定齒輪還是滑移齒輪； 2） 移動滑移齒輪的方法； 3） 齒輪精度和加工方法； 變速箱中齒輪用于傳遞動力和運動。它的精度選擇主要取決于圓周速度。采用同一精度時，圓周 速度越高，振動和噪聲越大，根據(jù)實際結(jié)果得知，圓周速度會增加一倍，噪聲約增大 6dB。 工作平穩(wěn)性和接觸誤差對振動和噪聲的影響比運動誤差要大，所以這兩項精度應選高一級。 為了控制噪聲，機床上主傳動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，或一些關鍵齒輪，就應選 655。當精度從 766 提高到 6

39、 55 時，制造費用將顯著提高。 不同精度等級的齒輪，要采用不同的加工方法，對結(jié)構要求也有所不同。 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 17 8 級精度齒輪，一般滾齒或插齒就可以達到。 7 級精度齒輪，用較高精度滾齒機或插齒機可以達到。但淬火后，由于變形，精度將下降。因此， 需要淬火的 7 級齒輪一般滾（插）后要剃齒，使精度高于 7，或者淬火后在衍齒。 6 級精度的齒輪，用精密滾齒機可以達到。淬火齒輪，必須磨齒才能達到 6 級。 機床主軸變速箱中齒輪齒部一般都需要淬火。 6.4.16.4.1 其他問題其他問題 滑移齒輪進出嚙合的一端要圓齒，有規(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

40、一樣，應予注意。 選擇齒輪塊的結(jié)構要考慮毛坯形式（棒料、自由鍛或模鍛）和機械加工時的安裝和定位基面。盡 可能做到省工、省料又易于保證精度。 齒輪磨齒時，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該可靠?；讫X輪在軸向位置由操縱機構中的定位槽、定 位孔或其他方式保證，一般在裝配時最后調(diào)整確定。 6.56.5 傳動軸的設計傳動軸的設計 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。傳動軸應保證這 些傳動件或機構能正常工作。 首先傳動軸應有足夠的強度、剛度。

41、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。 花鍵軸承載能力高，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。 刀 Dmm 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

42、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寸，首先取決于承載能力，但也要考慮其他結(jié)構條件。 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

43、端大的 箱體，鏜中間孔必須在箱內(nèi)調(diào)刀，設計時應盡可能避免。 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。mm 花鍵軸兩端裝軸承的軸頸尺寸至少有一個應小于花鍵的內(nèi)徑。 一般傳動軸上軸承選用級精度。G 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。 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 18 回轉(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注意： 1） 軸的長度。長軸

44、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。 6.66.6 主軸組件設計主軸組件設計 主軸組件結(jié)構復雜，技術要求高。安裝工件（車床）或者刀具（銑床、鉆床等）的主軸參予切削 成形運動，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） ，設計時主要圍繞著保證 精度、剛度和抗振性，減少溫升和熱變形等幾個方面考慮。 6.6.16.6.1 各部分尺寸的選擇各部分尺寸的選擇 主軸形狀與各部分尺寸不僅和強度、剛度有關，而且涉及多方面的因素。 1） 內(nèi)孔直徑 車床主

45、軸由于要通過棒料，安裝自動卡盤的操縱機構及通過卸頂尖的頂桿，必須是空心軸。為了 擴大使用范圍，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 前支撐的直徑是主軸上一主要的尺寸，設計時，一般先估算或擬定一個尺寸，結(jié)構確定后再進行 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，應盡量縮短主軸的外伸長度。選擇適當?shù)闹慰缇?，一般推薦?。?aL a L =35，跨距小時，軸承變形對軸端變形的影響大。所以，軸承剛度小時，應選大值，軸剛度差L a L 時，則取小值。 跨距的大小，很大程度上受其他結(jié)構的限

46、制，常常不能滿足以上要求。安排結(jié)構時力求接近上L 述要求。 6.6.26.6.2 主軸軸承主軸軸承 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，可同時承受徑向力和軸向力，結(jié)構比較簡單，但允許的極限 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)的機床上廣泛采用。具有承載能力大， 允許極限轉(zhuǎn)速高的特點。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

47、，主要用于高速輕載的機床。 2）軸承的配置 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 19 大多數(shù)機床主軸采用兩個支撐，結(jié)構簡單，制造方便，但為了提高主軸剛度也有用三個支撐的了。 三支撐結(jié)構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，可以用兩個支撐的主要支撐，第三個為輔助支撐。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，輔助mm 支撐軸承才起作用。 軸承配置時，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

48、的伸長方向以及結(jié)構的負責程度，應根據(jù)機床的 實際要求確定。 在配置軸承時，應注意以下幾點： 每個支撐點都要能承受經(jīng)向力。 兩個方向的軸向力應分別有相應的軸承承受。 徑向力和兩個方向的軸向力都應傳遞到箱體上，即負荷都由機床支撐件承受。 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CDDE 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

49、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，主軸軸承的間隙應能調(diào)整。把軸承調(diào)到合適的負間隙，形成一 定的預負載，回轉(zhuǎn)精度和剛度都能提高，壽命、噪聲和抗震性也有改善。預負載使軸承內(nèi)產(chǎn)生接觸變 形，過大的預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，應該能方便而且能準確地控制，但調(diào)整機構的結(jié)構不能太復雜。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

50、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。 6.6.36.6.3 主軸與齒輪的連接主軸與齒輪的連接 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。 6.6.46.6.4 潤滑與密封潤滑與密

51、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，一種軸與軸承蓋之間留 0.10.3的間mm 隙（間隙越小，密封效果越好，但工藝困難） 。還有一種是在軸承蓋的孔內(nèi)開一個或幾個并列的溝槽 （圓弧形或形） ，效果比上一種好些。在軸上增開了溝槽（矩形或鋸齒形） ，效果又比前兩種好。v 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 20 在有大量切屑、灰塵和冷卻液的環(huán)境中工作時，可采用曲路密封，曲路可做成軸向或徑向。徑向 式的軸承蓋要做成剖分式，較為復雜。

52、2）疏導在適當?shù)牡胤阶龀龌赜吐?，使油能順利地流回到油箱?總結(jié)總結(jié) 這次課程設計用了三個星期，回想起來，花在畫圖的時間不多，主要還是 在設計計算上。能過本次課程設計，我不但鞏固了舊的知識，如：機械設、 金屬切削機床等。利用繪圖軟件繪圖，而且學到了怎樣設計變速箱，如何設 計每一個細節(jié)。 課程設計是一次知識綜合的考驗，要考慮的問題很多，一個人的能力三 周時間是不夠的，我們通過討論更加深一層俯了設計的過程。而且老師的指 導也是不可或缺的。 銑床主軸箱設計銑床主軸箱設計 21 主要參考文獻 1 陳易新.金屬切削機床課程設計指導書. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1987.7 2 范云漲.金屬切削機床設計簡明手冊. 北京: 機械工業(yè)出版社,1994.7 3 任殿閣.機床設計指導.遼寧:遼寧科學技術出版社,1991.1 4 翁世修.金屬切削機床設計指導.上海:上海交通大學,1987.8