數(shù)控車床主軸箱設(shè)計(jì)

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1、 江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 題 目 數(shù)控車床主軸箱設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)電一體化 學(xué)生姓名 李園華 論文編號(hào) 28 準(zhǔn)考證號(hào) 20080580 指導(dǎo)教師 吳連連 2010 年度 下 (上/下） 摘要 主軸箱是機(jī)

2、床要的部件，是用于布置機(jī)床工作主軸及其傳動(dòng)零件和相應(yīng)的附加機(jī)構(gòu)的。主軸箱采用多級(jí)齒輪定的傳動(dòng)系統(tǒng)箱內(nèi)各個(gè)位置上的傳動(dòng)齒輪和傳動(dòng)軸把運(yùn)動(dòng)傳到主軸上，使主軸獲得規(guī)定的轉(zhuǎn)速和方向。軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及主軸箱各部件的加工工藝直接影響機(jī)床的性能。 主軸箱為數(shù)控機(jī)床的主要傳動(dòng)系統(tǒng)它包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件它與普通車床的主軸箱比較，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單只有兩極或三級(jí)齒輪變速系統(tǒng)，它主要是用以擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的范圍，以滿足一定恒功率、和轉(zhuǎn)速的問(wèn)題。 關(guān)鍵字：數(shù)控車床 主軸箱 傳動(dòng) 齒輪 目 錄 內(nèi)容摘要 …………

3、…………………………………………………………………2 前 言 ……………………………………………………………………………4 第1章 數(shù)控車床的發(fā)展史 1.1數(shù)控階段………………………………………………………………………5 1.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控階段 ……………………………………………………………5 1.3數(shù)控未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)…………………………………………………………6第2章 主傳動(dòng)的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………6 2.1 驅(qū)動(dòng)源的選擇 ………………

4、………………………………………………6 2.2轉(zhuǎn)速圖的擬定…………………………………………………………………7 2.3傳動(dòng)軸的估算…………………………………………………………………8 2.4齒輪模數(shù)的估算 ……………………………………………………………10 2.5V帶的選擇 …………………………………………………………………11 第2章 主軸箱展開(kāi)圖的設(shè)計(jì)………………………………………………………12 3.1 各零件結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)…………………………………………………12 3.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟…………………………………………………………12

5、 3.3有關(guān)零件結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計(jì).………………………………………………12 3.43各軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .…………………………………………………………14 3.5主軸組件的剛度和剛度損失的計(jì)算 ………………………………………15 3.6軸承的校核 …………………………………………………………………17 總結(jié) …………………………………………………………………………………20 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………21 前 言 隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界機(jī)床業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時(shí)代，其中數(shù)控機(jī)床就是代

6、表產(chǎn)品之一。數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)的加工母機(jī)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。它為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門提供裝備和手段，具有無(wú)限放大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效應(yīng)。目前，歐、美、日等工業(yè)化國(guó)家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而中國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始起步，仍處于發(fā)展階段。 “十五”期間，中國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)實(shí)現(xiàn)了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量2001年為17521臺(tái)，2002年24803臺(tái)，2003年36813臺(tái)，2004年51861臺(tái)，2004年產(chǎn)量是2000年的3.7倍，平均年增長(zhǎng)39％；2005年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量59639臺(tái)，接近6萬(wàn)臺(tái)大關(guān)，是“九五”末期的4.24倍?！笆濉逼陂g，中國(guó)機(jī)床行業(yè)發(fā)展迅猛的主要原因是市場(chǎng)需求旺盛。固

7、定資產(chǎn)投資增速快、汽車和機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展迅猛、外商投資企業(yè)增長(zhǎng)速度加快所致。 2006年，中國(guó)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到85756臺(tái)，同比增長(zhǎng)32.8%，增幅高于金切機(jī)床產(chǎn)量增幅18.4個(gè)百分點(diǎn)，進(jìn)而使金切機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)到37.8%，同比增加2.3個(gè)百分點(diǎn)。此外，數(shù)控機(jī)床在外貿(mào)出口方面亦業(yè)績(jī)驕人，全年實(shí)現(xiàn)出口額3.34億美元，同比增長(zhǎng)63.14%，高于全部金屬加工機(jī)床出口額增幅18.58個(gè)百分點(diǎn)。 2007年，中國(guó)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá)123,257臺(tái)，數(shù)控金屬成形機(jī)床產(chǎn)量達(dá)3,011臺(tái)；國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床擁有量約50萬(wàn)臺(tái)，進(jìn)口約20萬(wàn)臺(tái)。 2008年10月，中國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量達(dá)10

8、5,780臺(tái)，比2007年同比增長(zhǎng)2.96％。 長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進(jìn)展緩慢，高檔依靠進(jìn)口的局面，特別是國(guó)家重點(diǎn)工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進(jìn)口，技術(shù)受制于人。究其原因，國(guó)內(nèi)本土數(shù)控機(jī)床企業(yè)大多處于“粗放型”階段，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國(guó)外先進(jìn)水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技術(shù)方面的差距則達(dá)到了10-15年。同時(shí)中國(guó)在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集成方面的能力也還比較低，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對(duì)滯后，國(guó)產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床還沒(méi)有形成品牌效應(yīng)。同時(shí)，中國(guó)的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系，市場(chǎng)營(yíng)銷能力和經(jīng)營(yíng)管理水平也不高。更

9、重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 國(guó)外公司在中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)銷量中的80％以上是普及型數(shù)控系統(tǒng)。如果我們能在普及型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品快速產(chǎn)業(yè)化上取得突破，中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)就有望從根本上實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略反擊。同時(shí)，還要建立起比較完備的高檔數(shù)控系統(tǒng)的自主創(chuàng)新體系，提高中國(guó)的自主設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和成套生產(chǎn)能力，創(chuàng)建國(guó)產(chǎn)自主品牌產(chǎn)品，提高中國(guó)高檔數(shù)控系統(tǒng)總體技術(shù)水平。 第一章 數(shù)控車床的發(fā)展史 1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力

10、勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。 1.1數(shù)控（NC）階段（1952～1970年） 早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路"搭"成一臺(tái)機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC），簡(jiǎn)稱為數(shù)控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個(gè)階段歷經(jīng)了三代，即1952年的第一代--電子管；1959年的第二代--

11、晶體管；1965年的第三代--小規(guī)模集成電路。 1.2計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年～現(xiàn)在） 到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過(guò)來(lái)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（把計(jì)算機(jī)前面應(yīng)有的"通用"兩個(gè)字省略了）。到1971年，美國(guó)INTEL公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個(gè)最核心的部件--運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡(jiǎn)稱CPU）。 到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺(tái)機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時(shí)

12、曾用于控制多臺(tái)機(jī)床，稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過(guò)多處理器結(jié)構(gòu)來(lái)解決。由于微處理器是通用計(jì)算機(jī)的核心部件，故仍稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控。 到了1990年，PC機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)，國(guó)內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的階段。 總之，計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代--小型計(jì)算機(jī)；1974年的第五代--微處理器和1990年的第六代--基于PC（國(guó)外稱為PC-BASED）。 ，雖然還要指出的是國(guó)外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即

13、CNC）了，而我國(guó)仍習(xí)慣稱數(shù)控（NC）。所以我們?nèi)粘Ｖv的"數(shù)控"，實(shí)質(zhì)上已是指"計(jì)算機(jī)數(shù)控"了。 1.3 數(shù)控未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì) 1.3.1 繼續(xù)向開(kāi)放式、基于PC的第六代方向發(fā)展 基于PC所具有的開(kāi)放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問(wèn)題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。 1.3.2 向高速化和高精度化發(fā)展 這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。 1.3.3 向智能

14、化方向發(fā)展 隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。 （1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過(guò)程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。 （2）引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工 將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 （3）引入故障診斷專家系統(tǒng) （4）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置 可以通過(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。 第二章2主傳動(dòng)設(shè)計(jì) 2.1驅(qū)動(dòng)源的選擇 機(jī)床上常用的無(wú)級(jí)變速

15、機(jī)構(gòu)是直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī) ，直流電動(dòng)機(jī)從額定轉(zhuǎn)速nd向上至最高轉(zhuǎn)速nmax是調(diào)節(jié)磁場(chǎng)電流的方法來(lái)調(diào)速的，屬于恒功率，從額定轉(zhuǎn)速nd向下至最低轉(zhuǎn)速nmin時(shí)調(diào)節(jié)電樞電壓的方法來(lái)調(diào)速的屬于恒轉(zhuǎn)矩；交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)是靠調(diào)節(jié)供電頻率的方法調(diào)速。由于交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)的體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，沒(méi)有電刷，能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)高，磨損和故障也少，所以在中小功率領(lǐng)域，交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)占有較大的優(yōu)勢(shì)，鑒于此，本設(shè)計(jì)選用交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)。 根據(jù)主軸要求的最高轉(zhuǎn)速4000r/min，最大切削功率5kw，選擇北京數(shù)控設(shè)備廠的BESK-8型交流主軸電動(dòng)機(jī)，最高轉(zhuǎn)速是4500r/min。 2.2

16、轉(zhuǎn)速圖的擬定 根據(jù)交流主軸電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和基本轉(zhuǎn)速可以求得交流主軸電動(dòng)機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍Rdp=nmax/nd=3 而主軸要求的恒功率轉(zhuǎn)速范圍Rnp=3，遠(yuǎn)大于交流主軸電動(dòng)機(jī)所能提供的恒功率轉(zhuǎn)速范圍，所以必須串聯(lián)變速機(jī)構(gòu)的方法來(lái)擴(kuò)大其恒功率轉(zhuǎn)速范圍。 涉及變速箱時(shí)，考慮到機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性等因素，取變速箱的公比f(wàn)等于交流主軸電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍 Rdp,即=Rdp=3,功率特性圖是連續(xù)的，無(wú)缺口和無(wú)重合的。變速箱的 變速級(jí)數(shù)Z =2.99.取Z=3 確定各齒輪齒副的齒數(shù)：取S=116 由U=1.955 得Z1= 24 Z1’=68 由U=1.

17、54 得Z2=75 Z2’=30 由U=4.6 得Z3=48 Z3’=57 由此擬定主傳動(dòng)系統(tǒng)圖，轉(zhuǎn)速圖以及主軸功率特性圖分別如圖2-1，2-2，2-3 2.3 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)滿足剛度要求。強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)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，不允許有較大的 變形。因此疲勞強(qiáng)度一般不是主要矛盾。除了載荷較大的情況外，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求軸在載荷下不至于產(chǎn)生過(guò)大的變形。如果剛度不夠，軸上的零件由于軸的 變形過(guò)大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，發(fā)熱，過(guò)早磨損而失效，因

18、此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。 計(jì)算轉(zhuǎn)速nj是傳動(dòng)件傳遞全部功率時(shí)的最低轉(zhuǎn)速，各個(gè)傳動(dòng)軸上的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖是直接得出，如表2-1所示。 表2-1 各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 軸 I II III 計(jì)算轉(zhuǎn)速 1500 530 140 各軸功率和扭矩計(jì)算： 已知一級(jí)齒輪傳動(dòng)效率為0.97（包括軸承），同步帶傳動(dòng)效率為0.98，則 I軸：P1=Pd x 0.98=7.5 x 0.98=7.35KW II 軸 p2=p1 x 0.97=7.5 x 0.97=7.28KW

19、 III軸 P3=P2 x 0.97=7.28 x 0.97=7.06KW II軸扭矩：T2=9550P2/n2=9550 x x7.28/530=1.31x III軸扭矩：T3=9550 P3/N3=9550 x 7.06/140=4.82x []是每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m）,可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取，其選擇的原則如表2-2所示。 表2-2 許用扭轉(zhuǎn)角選取原則 軸 主軸 一般傳動(dòng)軸 較低的軸 []（deg/m） 0.5-1 1-1.5 1.5-2 最后所確定各軸所允許的扭轉(zhuǎn)角如表2-3所示 軸 I軸

20、 II軸 III軸 []（deg/m） 0.5 1 0.5 把以上確定的各軸的輸入功率N=7.5KW，計(jì)算轉(zhuǎn)速nj，允許扭轉(zhuǎn)角[]代入扭轉(zhuǎn)剛度的估算公式 d=91,可得傳動(dòng)軸的估算直徑： 40mm 52.06mm 31.39mm.最后取值如下表所示： 軸 I II III 估算直徑 40 32 53 主軸軸徑尺寸的確定： 已知車床最大加工直徑為Dmax=400mm,則 主軸前軸頸直徑 D1=0.25Dmax15=85-115mm 后頸直徑 D2=(0

21、.7-0.85)D1=67-81mm 內(nèi)孔直徑 d=0.1Dmax10=35-55mm 2.4 齒輪模數(shù)的估算 按接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪的各參數(shù)都已知方可確定，故只有在裝配草圖畫(huà)完后校驗(yàn)用。在畫(huà)草圖時(shí)用經(jīng)驗(yàn)公式估算，根據(jù)估算的結(jié)果然后選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪的模數(shù)。 齒輪模數(shù)的估算方法有兩種，一是按齒輪的彎曲疲勞進(jìn)行估算，二是按齒輪的齒面點(diǎn)蝕進(jìn)行估算。這兩種方法的前提條件是各個(gè)齒輪的齒數(shù)必須已知。 根據(jù)齒輪不產(chǎn)生跟切的基本條件：齒輪數(shù)不小于17。由于Z3,Z3’這對(duì)齒輪有較大的傳動(dòng)比，各個(gè)齒輪中最小齒數(shù)的齒輪必然是Z3. 取Z

22、4=22,S=105,則Z4’=83 從轉(zhuǎn)速圖上直接看出Z3的計(jì)算轉(zhuǎn)速是530r/min.根據(jù)齒輪彎曲疲勞估算公式 根據(jù)齒輪接觸疲勞強(qiáng)度估算公式計(jì)算 得m=2.7 由于受傳動(dòng)軸軸徑尺寸大小限制，選取齒輪模數(shù)為m=3 mm,對(duì)比上面的結(jié)果，可知這樣設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，故取同一變速組中的所以齒輪的模數(shù)都為m=3mm.可得兩軸中心距為a=157.5mm.圓整為a=158mm.. 則各齒輪齒數(shù)和模數(shù)列表如下： 齒輪 Z1 Z1’ Z2 Z2’ Z3 Z3

23、’ Z4 Z4’ 齒數(shù) 24 68 75 30 48 57 22 83 模數(shù) 2 2 3 3 3 3 3 3 2.5 V型帶的選 V帶選擇spz型帶，取小帶輪的大小72mm，大帶輪的大小為204mm； 2-5-1確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng) 如果中心距未給出，可根據(jù)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)需要初定長(zhǎng)度中心距a0，取 0.7（）

24、上的包角： =>=； 確定帶的根數(shù)z： 根，圓整為3根。 V帶速度的驗(yàn)算： 故帶符合要求。 第三章主軸箱展開(kāi)圖的設(shè)計(jì) 主軸箱展開(kāi)圖是反應(yīng)各個(gè)零件的相互關(guān)系，結(jié)構(gòu)形狀以及尺寸的圖紙，并以此為依據(jù)繪制零件工作圖。 3.1 各零件結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì) 3.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟 通過(guò)繪圖設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)尺寸以及選出軸承的型號(hào)，確定軸的支點(diǎn)距離和軸上零件力的作用點(diǎn)，計(jì)算軸的強(qiáng)度和軸承的壽命。 3.3 有關(guān)零件結(jié)構(gòu)和尺寸的確定 傳動(dòng)零件，軸，軸承是主軸部件的主要零件，其他零件的結(jié)構(gòu)尺寸是根據(jù)主要零件的位置和結(jié)構(gòu)而定。 1） 傳

25、動(dòng)軸的估算 見(jiàn)前一節(jié) 2） 齒輪相關(guān)尺寸的計(jì)算 齒寬影響齒的強(qiáng)度。輪齒越寬承載能力越高。但如果太寬，由于齒輪的制造誤差和軸的變形，可能接觸不均，反而容易引起振動(dòng)和噪聲，一般取齒寬系數(shù)=（6-10）m.這里取齒寬系數(shù)=10，則齒寬B=X m=10x3=30mm.各個(gè)齒輪的齒厚確定如表3-1. 表3-1 各齒輪的齒厚 齒輪 Z1 Z1’ Z2 Z2’ Z3 Z3’ Z4 Z4’ 齒厚 25 20 35 30 35 30 30 30 由計(jì)算公式； 齒頂： 齒根：得到下列尺寸表 齒輪的直徑?jīng)Q定了各軸之間的尺寸。各主軸部件中各個(gè)齒輪的尺寸計(jì)算如下表3-

26、2 表3-2 各齒輪的直徑 齒輪 Z1 Z1’ Z2 Z2’ Z3 Z3’ Z4 Z4’ 分度圓直徑(mm) 48 136 225 90 144 171 66 249 齒頂圓直徑(mm) 52 140 231 96 150 177 72 255 齒根圓直徑（mm） 43 131 217.5 82.5 136.5 163.5 58.5 241.5 由表3-2可以計(jì)算出各軸之間的距離，現(xiàn)將它們列出如表3-3所示 表3-3 各軸的中心距 軸 I-II II-III 距

27、離 230 160 3)確定齒輪的軸向布置 為避免同一滑移齒輪變速組內(nèi)的兩對(duì)齒輪同時(shí)嚙合，兩個(gè)固定齒輪的間距應(yīng)大于滑移齒輪的寬度。一般留有間隙1-2mm，所以首先設(shè)計(jì)滑移齒輪。 II軸上的滑移齒輪的兩個(gè)齒輪輪齒之間必須留有用于齒輪加工的間隙，插齒時(shí)，當(dāng)模數(shù)在1-2mm范圍內(nèi)時(shí)，間隙必須不小于5mm,當(dāng)模數(shù)在2.5-4mm范圍內(nèi)時(shí)，間隙必須不小于6 mm，且應(yīng)留有足夠的空間滑移，據(jù)此選出三片齒輪間的間隙分別為d1=17.5mm,d2=15mm. 由滑移齒輪的厚度以及滑移齒輪上的間隙可以得出主軸上的兩個(gè)齒輪間的距離至少是60mm，現(xiàn)取齒輪間的間距為64mm和70mm.

28、 4） 軸承的選擇及其配置 主軸組件的滾動(dòng)軸承既要有承受徑向載荷的徑向軸承，又要有承受兩個(gè)方向軸向載荷的推力軸承。軸承類型及型號(hào)選用主要根據(jù)主軸的剛度，承載能力，轉(zhuǎn)速，抗振性及結(jié)構(gòu)要求合理的進(jìn)行選定。 同樣尺寸的軸承，線接觸的磙子軸承比點(diǎn)接觸的球軸承的剛度要高，但極限轉(zhuǎn)速要低，多個(gè)軸承的承載能力比單個(gè)軸承的承載能力要大，不同軸承承受載荷類型及大小不同。為了 提高主軸組件的剛度，通常采用輕型或特輕型系列軸承。 通常情況下，中速重載采用雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸球軸承，或者成對(duì)圓錐滾子軸承，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是極限轉(zhuǎn)速較低。高速輕載采用成組角接觸球軸承，根據(jù)軸向載荷的大小分別選用25度或1

29、5度的接觸角。軸向載荷為主且精度要求不高時(shí)，選用推力軸承配深溝球軸承，精度要求較高時(shí)，選用向心推力軸承。 本設(shè)計(jì)的主軸不僅有剛度高的要求，而且有轉(zhuǎn)速高的要求，所以在選擇主軸軸承時(shí)，剛度和速度這兩各方面必須考慮。 3.4 各軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) Ⅰ軸的一端與帶輪相連，將Ⅰ軸的結(jié)構(gòu)草圖繪制如圖3-2 圖3-2 Ⅱ軸其結(jié)構(gòu)完全按標(biāo)準(zhǔn)確定，根據(jù)其周詳?shù)某叽缈蓪⒔Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖繪制如圖3-3 所示： 圖3-3 3.5主軸組件的剛度和剛度

30、損失的計(jì)算 最佳跨距的確定： 取彈性模量E=N/， D=（90+65）/2=77.5mm； 主軸截面慣距： 截面面積；A=3459.9 主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩： 故總切削力為： 估算時(shí)，暫取即取270mm 前后支承支反力 取=1033000N/mm 則 則=225mm 因在上式計(jì)算中，忽略了ys的影響，故=225mm 主軸端部撓度的計(jì)算： 已知齒輪最少齒數(shù)為30，模數(shù)為3，則分度圓直徑為90mm‘ 則齒輪的圓周力： 徑向力：

31、 則傳動(dòng)力在水平面和垂直面內(nèi)有分力為： 水平面： 垂直面： 去計(jì)算齒輪與前支承的距離為66mm，其與后支承的距離為384mm。 切削力的計(jì)算：已知車床拖板最大回轉(zhuǎn)直徑。 則主切削力： 徑向切削力： 軸向切削力： 當(dāng)量切削力的計(jì)算： P=（a=B）/a＝3639對(duì)于車床 B=0.4=160mm 則水平面內(nèi)： 垂直面內(nèi)： 主軸端部的撓度計(jì)算： ， 傳動(dòng)力的作用下，主軸端位移的計(jì)算公式見(jiàn)下式： 式中：“－”號(hào)表示位移方向上與力反向，b表示齒輪與前支承的距離，c表示齒輪與后支承的距離，將各值帶入，得 水平面內(nèi)： 垂直面內(nèi)： 則主軸

32、最大端位移為： 已知主軸最大端位移許用值為＝0.0002L＝0.09mm 則<，符合要求。 主軸傾角的驗(yàn)算： 在切削力p的作用下主軸前軸承處的傾角為： 水平面： 垂直面內(nèi)： 傳動(dòng)力Q作用下主軸傾角為： 水平面內(nèi)：rad 垂直面內(nèi)：rad 則主軸前軸承處的角為 垂直面內(nèi)： rad 故符合要求。 3.6軸承的校核 齒輪受切向力 徑向力：；切削力F=1310N，徑向切削力 軸向切削力， 轉(zhuǎn)速n=4000r/min d=90mm 垂直面內(nèi)的受力分析： 水平面內(nèi)的受力分析： 故合力： 求兩軸承的軸向力:對(duì)7000

33、0AC型軸承 兩次計(jì)算的差值不大，因此，確定， 當(dāng)量動(dòng)載荷： 對(duì)兩軸承取X=1，Y=0； X=1，Y=0； 由載荷性質(zhì)，輕載有沖擊故取 當(dāng)量載荷： 。 因?yàn)樗钥芍鋲勖? 軸承也符合剛度要求。 總結(jié) 經(jīng)過(guò)為期兩周的不懈努力，我們順利完成了對(duì)數(shù)控車床縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在這兩周內(nèi)，我們本著“以我所學(xué)，為我所用，提高自我”的宗旨，按照設(shè)計(jì)要求、結(jié)合所學(xué)設(shè)計(jì)理論一步一步，認(rèn)認(rèn)真真地分析、計(jì)算，近乎絞盡腦汁終于取得了現(xiàn)在的圓滿成功?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，我們甚至沒(méi)睡過(guò)一個(gè)好覺(jué)。但是，“不經(jīng)一番寒徹骨，那

34、得梅花撲鼻香”。雖然在本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們明顯感覺(jué)到本次相對(duì)以前所做過(guò)的課程設(shè)計(jì)難度較高，但我們還是把它完成了。我們又一次超越了自我，這意味著相對(duì)以前我們的水平有所提高，我們高興，我們累的值！ 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使我們以前所學(xué)的多門知識(shí)得到了一次綜合性地運(yùn)用，也使我們進(jìn)一步理解了各門學(xué)科之間的相互聯(lián)系。通過(guò)機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使我們?cè)跀M定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)方案過(guò)程中，得到結(jié)構(gòu)構(gòu)思、方案分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件設(shè)計(jì)、編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料的等方面的綜合訓(xùn)練，也使我們進(jìn)一步樹(shù)立了正確的設(shè)計(jì)思想，掌握了基本的設(shè)計(jì)方法。同時(shí)，作為畢業(yè)前的最后一次課程設(shè)計(jì)，可以說(shuō)是對(duì)

35、以后工作的一次戰(zhàn)前練兵，本次課程設(shè)計(jì)在提高我們解決實(shí)際問(wèn)題能力的同時(shí)，也讓我們認(rèn)識(shí)到了自身或多或少在某些方面還有不足之處，有待提高。在以后的學(xué)習(xí)、工作中，我們會(huì)再接再勵(lì)，努力學(xué)習(xí)新的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論,計(jì)算技術(shù),力爭(zhēng)做到理論與實(shí)際相結(jié)合，不斷提高自己。 另外，在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，文懷興老師不辭勞苦指導(dǎo)我們，給予了我們很大幫助，在此深表感謝！當(dāng)然，由于我們水平有限，整個(gè)設(shè)計(jì)中不妥之處在所難免，懇請(qǐng)老師不吝指正。 參考文獻(xiàn) 1. 《步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用技術(shù)》 李忠杰 寧守信 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2. 《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 文懷興 夏田 編著 化學(xué)工業(yè)出版社 3. 《機(jī)械

36、設(shè)計(jì)》第七版 濮良貴 紀(jì)名剛 主編 高等教育出版社 4. 《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊(cè)》第三版 龔桂義 主編 高等教育出版社 5. 《機(jī)械零件手冊(cè)》第五版 周開(kāi)勤 主編 高等教育出版社 6. 《機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)》 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 上海紡織工業(yè)學(xué)院 天津大學(xué) 主編 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 評(píng) 語(yǔ) 指導(dǎo)老師（簽字） 答辯小組意見(jiàn) 答 辯 委 員 會(huì) 負(fù) 責(zé) 人（簽字） 成績(jī) 院系（蓋章） 20 年 月 日 21 / 21文檔可自由編輯打印