車床主軸箱設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

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編號(hào) 濰 坊 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 報(bào) 告 課題名稱： 車床主軸箱設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 機(jī)制本二 指導(dǎo)教師： 2015 年 06月 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要 CA6140作為主要的車削加工車床，被廣泛的應(yīng)用于機(jī)械加工行業(yè)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及對(duì)國(guó)外先機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)和引進(jìn)，我國(guó)的車床行業(yè)在世界上起到了舉足輕重的作用。 主軸箱是車床中重要的組成部分，整個(gè)車床的動(dòng)力傳動(dòng)就是由它控制的。主軸箱直接影響著車床的工作效率，由此可知主軸箱的重要程度。本設(shè)計(jì)是主要針對(duì)CA6140車床主軸箱的設(shè)計(jì)，車床主軸箱是一個(gè)比較復(fù)雜的傳動(dòng)部件。根據(jù)當(dāng)前實(shí)際情況，考慮到經(jīng)濟(jì)性和效率性等相關(guān)因素，對(duì)車床主軸箱進(jìn)行合理構(gòu)思構(gòu)想, 最終完成對(duì)車床主軸箱的設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要有參數(shù)的確定，擬定傳動(dòng)與變速的結(jié)構(gòu)方案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖，傳動(dòng)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)件的估算和校核，各部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和主軸組件的校核幾個(gè)部分部分來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。以齒輪、帶輪、皮帶輪、軸承、等的參數(shù)設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，并利用制圖軟件進(jìn)行了零件的設(shè)計(jì)和處理。 關(guān)鍵詞：CA6140車床 主軸箱 傳動(dòng) 零件 I Abstract CA6140 as the main turning lathe, CA6140 is widely used in mechanical processing industry. With the development of economy as well as to the learning and introducing foreign advantage technology, lathe industry in China has played a pivotal role in the world. Spindle box is the important part of the lathe and it controlled the power transmission of the whole lathe.Spindle box directly affects the work efficiency of machine tool, thus the importance of the spindle box is goes without saying.This design is mainly for CA6140 lathe spindle box design,and lathe spindle box is a more complicated driving part.According to the current actual situation,considering the factors related to economy and efficiency, to reasonable design idea of lathe spindle box, finally completed the design of lathe spindle box. The major design content including the determination of the parameters, formulate transmission and variable structure scheme and system diagram,transmission design,the estimate and check oftransmissionparts, thedesignofthecomponentsstructure and the check the spindle component. Focus on the parameterdesign of gear, belt pulley, bearing and so on, and use the graphics software for designing and processing of the parts. Key words: CA6140 lathe; spindle box; transmission; parts III 目錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒 論 1 1.1車床的發(fā)展及主軸箱的作用 1 1.1.1車床的發(fā)展歷史 1 1.1.2主軸箱的作用 2 1.2主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 3 第二章 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 4 2.1主傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 4 2.2選擇傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng) 4 2.2.1確定傳動(dòng)組及傳動(dòng)副的數(shù)目 4 2.2.2傳動(dòng)式的擬定 4 2.2.3結(jié)構(gòu)式的擬定 4 2.3轉(zhuǎn)速圖的擬定 5 2.4傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 5 2.5主軸箱的箱體 6 第三章 動(dòng)力設(shè)計(jì) 7 3.1確定各軸轉(zhuǎn)速及檢查 7 3.2帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 8 3.3齒輪模數(shù)的確定以及模數(shù)的校核 10 3.4齒輪強(qiáng)度校核 12 3.5主軸撓度的計(jì)算和校核 15 第四章 離合器的選擇及其計(jì)算 17 第五章 傳動(dòng)件驗(yàn)算 19 5.1軸的強(qiáng)度校核 19 5.2驗(yàn)算花鍵鍵擠壓應(yīng)力 19 5.3滾動(dòng)軸承校核 20 5.4齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 21 5.5計(jì)算跨距 22 第六章 結(jié) 論 24 參考文獻(xiàn) 25 致 謝 26 26 第一章 緒 論 1.1車床的發(fā)展及主軸箱的作用 1.1.1車床的發(fā)展歷史 車床行業(yè)是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)，是制造業(yè)使用最廣的一類機(jī)床，同樣也是一個(gè)具有戰(zhàn)略性意義的產(chǎn)業(yè)，始終在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的位置。生產(chǎn)中主要用來加工軸、盤等具有回轉(zhuǎn)體表面一類的零件，典型運(yùn)動(dòng)方式是工件不動(dòng)，靠車道的運(yùn)動(dòng)來完成材料的去除。金屬切削車床在機(jī)械制造工業(yè)中所承擔(dān)的工作總量約占機(jī)器總制造工作總量的一半以上，是加工機(jī)器零件的主要設(shè)備。 車床具有悠久的歷史，出于生產(chǎn)需要，人類很早就制造出了原始的車床。最早的車床是靠手拉或腳踏，通過繩索使工件旋轉(zhuǎn)，并手持刀具而進(jìn)行切削的，其結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。 圖1.1 腳踏車床 現(xiàn)代車床誕生于1797年，英國(guó)機(jī)械師莫茲利制作出了用絲杠傳動(dòng)刀架的車床，為了能夠改變進(jìn)給速度，莫茲利又于1800年加入了交換齒輪。 十八世紀(jì)四十年代美國(guó)相繼出現(xiàn)了轉(zhuǎn)塔車床和回輪車床，極大地提高了機(jī)械化和自動(dòng)化程度。 1873年，美國(guó)機(jī)械發(fā)明家發(fā)明出第一臺(tái)單軸自動(dòng)車床，不久他又做出了三軸自動(dòng)車床，之后20世紀(jì)初出現(xiàn)了由單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶有齒輪變速箱的車床。 二十世紀(jì)五十年代中期，又相繼出現(xiàn)了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程序控制車床。數(shù)控技術(shù)于60年代開始用于車床，70年代后得到迅速發(fā)展。 中國(guó)車床行業(yè)在建國(guó)60多年來，經(jīng)過幾代人的不懈努力，獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為一個(gè)種類繁多，技術(shù)先進(jìn)，具有較大經(jīng)濟(jì)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)已開始走出國(guó)門參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，取得了舉足輕重產(chǎn)業(yè)地位，正在向車床制造業(yè)大國(guó)的道路邁進(jìn)。 盡管如此，我國(guó)車床行業(yè)的發(fā)展水平與世界先進(jìn)水平之間還有著不小的差距。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （1） 穩(wěn)定性能不佳，大多數(shù)高精密和超精密車床的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能與國(guó)外相比； （2） 精度差，在精度方面達(dá)標(biāo)困難，尤其是精度要求高的零件； （3） 自動(dòng)化和數(shù)控車床的生產(chǎn)在技術(shù)水平和質(zhì)量方面都不如發(fā)達(dá)國(guó)家。 問題已經(jīng)顯而易見，在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，只有不斷提高車床技術(shù)人員的技術(shù)素質(zhì)，不斷壯大我國(guó)車床行業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，努力學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)車床技術(shù)，才能趕上世界先進(jìn)水平。 1.1.2主軸箱的作用 車床主要組成部件有：主軸箱、交換齒輪箱、進(jìn)給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠、床身、床腳和冷卻裝置。 主軸箱是車床的重要組成部分，又稱為床頭箱，箱內(nèi)又包含主軸及其軸承、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、啟動(dòng)、停止及換向機(jī)構(gòu)、制動(dòng)裝置、操縱機(jī)構(gòu)和潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)等。 主軸箱的主要任務(wù)是將主電機(jī)傳來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(shí)主軸箱分出部分動(dòng)力將運(yùn)動(dòng)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)精度降低，則機(jī)床的使用價(jià)值就會(huì)降低。主軸的規(guī)定轉(zhuǎn)速和方向是主軸箱采用多級(jí)齒輪傳動(dòng)，通過一定的傳動(dòng)系統(tǒng)獲得的。主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，會(huì)直接影響車床性能的好壞，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。 圖1.2 主軸箱內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1.2主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 主軸箱中的主軸要有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，能夠滿足車床的運(yùn)動(dòng)； 主電機(jī)必須能輸出充足的功率，并且要有較高的傳動(dòng)效率。全部機(jī)構(gòu)和元件有足夠的強(qiáng)度和剛度；主軸箱的主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)要有足夠高的精度、剛度、抗振性，較小的熱變形和較小的噪聲；主傳動(dòng)系統(tǒng)的操作要足夠靈活，必須安全可靠，維修方便，潤(rùn)滑密封也要良好；主傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單緊湊，制造方便，工藝性好，成本低。  第二章 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 2.1主傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 機(jī)械傳動(dòng)裝置用于傳遞運(yùn)動(dòng)，它的設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)整個(gè)機(jī)械的工作性能、質(zhì)量、成本等有很大的影響。因此傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。合理的傳動(dòng)方案不但要滿足工作機(jī)的功能要求，還要滿足工作安全可靠、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、方便維護(hù)等要求。 傳動(dòng)方案和傳動(dòng)類型有很多，通過各方面的考慮，在這次設(shè)計(jì)中我們決定采用集中傳動(dòng)型式的主軸變速箱類型。集中傳動(dòng)型結(jié)構(gòu)緊湊，方便集中操作，便于調(diào)試，成本低。 2.2選擇傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng) 結(jié)構(gòu)上要考慮自由度問題，分析和選擇比較簡(jiǎn)單的串聯(lián)式傳動(dòng)用結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)是比較好的方法，但這個(gè)方法不適合用于分析復(fù)雜的傳動(dòng)，得不出實(shí)際解決方案。 2.2.1確定傳動(dòng)組及傳動(dòng)副的數(shù)目 傳動(dòng)鏈的確定，要考慮經(jīng)濟(jì)合理的原則。利用轉(zhuǎn)速圖，對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行比較來確定傳動(dòng)系統(tǒng)。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的限制，得出傳動(dòng)副以2或3最為合適，一共有以下三種方案： 。 2.2.2傳動(dòng)式的擬定 因?yàn)橹鬏S對(duì)加工精度、表面粗糙度的影響很大，所以要選擇齒輪少的主軸。 綜上所述，傳動(dòng)式為。 2.2.3結(jié)構(gòu)式的擬定 傳動(dòng)式的結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)分別為： ， ， ， ， ， 。 初選的方案。 2.3轉(zhuǎn)速圖的擬定 圖2.1 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速圖 圖2.2 主傳動(dòng)系圖 2.4傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 車床的傳動(dòng)軸一般采用滾動(dòng)軸承作為支撐。傳動(dòng)軸要保證安裝在軸上的齒輪、離合器和制動(dòng)器等機(jī)構(gòu)可以正常工作。首先，軸應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度和剛度。如偏差和傾角過大，會(huì)使齒輪嚙合,軸承工作狀況的惡化，會(huì)使振動(dòng)和噪聲變大，兩軸中心距誤差和軸之間的并行性導(dǎo)體和其他裝配和加工誤差也會(huì)導(dǎo)致這個(gè)問題。傳動(dòng)軸可以是一個(gè)光軸或花鍵軸。在批量生產(chǎn)中，有專門的加工花鍵銑床和磨床，工藝并不困難。所以齒輪上的軸都用花鍵軸?；ㄦI軸承載力高、加工也比單鍵光軸方便?；ㄦI軸的長(zhǎng)度，終端不高，這是過濾過程的一部分。一般大小的花鍵滾刀刀具直徑D為65～85毫米。機(jī)床的驅(qū)動(dòng)軸滾動(dòng)軸承通常用于有一個(gè)球軸承和滾子圓錐軸承。在溫度、空載功率和噪聲等方面，球軸承要比滾動(dòng)軸承好許多。滾動(dòng)軸承對(duì)軸的剛度，孔加工精度要求很高。但滾錐軸承內(nèi)外圈分離，方便裝配，易于調(diào)整間隙。所以有時(shí)候沒有軸向力，也經(jīng)常使用這種類型的軸承。選擇軸承的類型和大小，首先取決于承載力，但也要考慮其他結(jié)構(gòu)性條件。 2.5主軸箱的箱體 箱體毛坯的常用種類有：鑄件、焊件、鍛件、沖壓件。毛坯的確定要考慮零件的材料、結(jié)構(gòu)形狀、外形大??；機(jī)械性能的要求；生產(chǎn)類型要求；經(jīng)濟(jì)要求等。車床的類型不同，所以箱體的安裝方式也不一樣。車床主軸箱是固定式變速箱，它使用螺釘固定的，用箱體底面和底面的突起兩個(gè)垂直平面來定位。  第三章 動(dòng)力設(shè)計(jì) 3.1確定各軸轉(zhuǎn)速及檢查 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取決于軸上零件，軸承的布置；軸上零件的定位和軸的強(qiáng)度。 （1）主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為: (3-1) （2）各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 傳動(dòng)組C中的齒輪應(yīng)計(jì)算齒數(shù)為22的，計(jì)算得出的轉(zhuǎn)速是200r/min；73/37計(jì)算z = 37的齒輪，計(jì)算得出的轉(zhuǎn)速為125r/min；傳動(dòng)組B中的齒輪計(jì)算齒數(shù)為22的，計(jì)算得出的轉(zhuǎn)速為200r/min；計(jì)算傳動(dòng)組A中齒數(shù)為22的齒輪，計(jì)算得出的轉(zhuǎn)速為500r/min。 （3）核算主軸轉(zhuǎn)速誤差 轉(zhuǎn)速誤差： (3-2) 其中主軸標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速: 表3.1 轉(zhuǎn)速誤差表 主軸轉(zhuǎn)速 n1 n2 n3 n4 n5 n6 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 16 20 25 31.5 40 50 實(shí)際轉(zhuǎn)速 15.66 19.93 24.91 30.69 39.06 48.83 轉(zhuǎn)速誤差% 2.12% 0.35% 0.36% 2.57% 2.35% 2.34% 主軸轉(zhuǎn)速 n7 n8 n9 n10 n11 n12 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 63 80 100 125 160 200 實(shí)際轉(zhuǎn)速 62.61 79.69 99.61 123.57 157.27 196.58 轉(zhuǎn)速誤差% 0.62% 0.39% 0.39% 1.14% 1.71% 1.71% 主軸轉(zhuǎn)速 n13 n14 n15 n16 n17 n18 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速 250 315 400 500 630 800 實(shí)際轉(zhuǎn)速 242.21 308.28 385.35 503.81 628.89 786.11 轉(zhuǎn)速誤差% 3.11% 2.13% 3.66% 0.76% 0.18% 1.73% 轉(zhuǎn)速誤差滿足要求，所以合適。 3.2帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)普通V形帶傳動(dòng)必須要確定帶的型號(hào)、長(zhǎng)度、根數(shù)。帶輪的直徑、寬度和軸孔直徑，中心距，初拉力及作用在軸上力的大小和方向等。 在確定帶輪軸孔直徑時(shí)，應(yīng)根據(jù)帶輪的安裝情況來考慮。當(dāng)帶輪直接裝在電動(dòng)機(jī)軸或減速器軸上時(shí)，應(yīng)該取帶輪軸孔直徑等于電動(dòng)機(jī)軸或減速器軸的直徑；當(dāng)帶輪裝在其他軸上時(shí)，則應(yīng)根據(jù)該軸直徑來確定。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該檢查帶輪尺寸與傳動(dòng)裝置外輪廓尺寸的相互關(guān)系。例如，電動(dòng)機(jī)軸上的小帶輪半徑是否小于電動(dòng)機(jī)的中心高；小帶輪軸孔直徑、長(zhǎng)度是否與電動(dòng)機(jī)外伸軸徑、長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)；大帶輪外圓是否與其他零件相碰。 帶輪直徑確定后，應(yīng)該根據(jù)該直徑和滑動(dòng)率計(jì)算帶傳動(dòng)的實(shí)際傳動(dòng)比和從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速，并以此修正減速器所要求的傳動(dòng)比和輸入轉(zhuǎn)矩。 3.1帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖 （1）確定計(jì)算功率 取，則 （2）選取V帶型 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[2]查得，選擇B型帶。 （3）確定帶輪直徑 由以上已得小帶輪基準(zhǔn)直徑, 校核帶速: (3-3) 其中 -小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min； -小帶輪直徑，mm； ，合適。 （4）帶傳動(dòng)的中心距以及基準(zhǔn)長(zhǎng)度 設(shè)中心距為,則 于是 330a1200,初取中心距為700mm 帶長(zhǎng) （3-4） 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[2]得基準(zhǔn)長(zhǎng)度， 帶傳動(dòng)實(shí)際中心距 （5）校核小帶輪包角是否符合要求 （6）確定帶的根數(shù) （3-5） 其中： -時(shí)傳遞功率的增量； -包角系數(shù)； -長(zhǎng)度系數(shù)； （7）計(jì)算帶的張緊力 （3-6） 其中： -- 帶的傳動(dòng)功率,KW； V -- 帶速,m/s； Q -- 每米帶的質(zhì)量，取 （8）計(jì)算作用在軸上的壓軸力 3.3齒輪模數(shù)的確定以及模數(shù)的校核 設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)必須確定齒輪的材料和熱處理方式，齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、變位系數(shù)、齒寬、分度圓直徑、齒根圓直徑、結(jié)構(gòu)尺寸、中心距等。 齒輪材料及熱處理方式的選擇，應(yīng)考慮齒輪的工作條件、傳動(dòng)尺寸的要求、制造設(shè)備條件等。齒輪傳動(dòng)的計(jì)算準(zhǔn)則和方法，應(yīng)該根據(jù)齒輪工作條件和齒面硬度來確定。對(duì)于軟齒面齒輪傳動(dòng)，應(yīng)該按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪直徑，驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度；對(duì)于硬齒面齒輪傳動(dòng)，應(yīng)該按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算模數(shù)，驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度。 模數(shù)的確定： A傳動(dòng)組： 分別計(jì)算各齒輪模數(shù) 計(jì)算22齒齒輪的模數(shù)： （3-7） 其中: -- 公比 ；； -- 電動(dòng)機(jī)功率；； -- 齒寬系數(shù)； -- 齒輪傳動(dòng)許允應(yīng)力; -計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速。 （3-8） 取,安全系數(shù)。 由應(yīng)力循環(huán)次數(shù)選取 。 ， 取m = 5mm。 按齒數(shù)30的計(jì)算，，可取m = 5mm； 按齒數(shù)26的計(jì)算，, 可取m = 5mm。 傳動(dòng)組a的齒輪模數(shù)取m = 5mm，b = 40mm。 軸Ⅰ上齒輪的直徑： 。 軸Ⅱ上三聯(lián)齒輪的直徑分別為： 。 B傳動(dòng)組： 確定軸Ⅱ上齒輪的模數(shù)。 （3-9） 按22齒數(shù)的齒輪計(jì)算： 可得 m = 4.72mm 取 m = 5mm 按40齒數(shù)的齒輪計(jì)算： 可得m = 3.97mm； 按35齒數(shù)的齒輪計(jì)算： 可得m = 4.15mm； 所以軸Ⅱ齒輪的模數(shù)為m = 5mm。 于是軸Ⅱ齒輪的直徑分別為： ；。 軸Ⅲ上與軸Ⅱ的兩齒輪直徑分別為： ； C傳動(dòng)組： 取m = 5mm。 軸Ⅲ上兩聯(lián)動(dòng)齒輪的直徑分別為： 軸Ⅳ上兩齒輪的直徑分別為： 3.4齒輪強(qiáng)度校核 計(jì)算公式： （3-10） 1、校核a傳動(dòng)組齒輪 （1） （2）確定動(dòng)載系數(shù)： 《機(jī)械設(shè)計(jì)》[2]中查得系數(shù) （3） （4）確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù) 非對(duì)稱 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[2]得 （5）確定齒間載荷分配系數(shù): 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[2]查得 （6）確定動(dòng)載系數(shù): （7）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[2]查得 （8）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 ， ， ， ， 故合適。 圖3.2 齒輪 2、校核b傳動(dòng)組齒輪 （1） （2）確定動(dòng)載系數(shù)： 從《機(jī)械設(shè)計(jì)》[2]中查得系數(shù) （3） （4）確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù) 非對(duì)稱 ,查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得 （5）確定齒間載荷分配系數(shù): 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[2]查得 （6）確定動(dòng)載系數(shù): （7）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[2]查得 （8）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 ， ， ， ， 故合適。 3、校核c傳動(dòng)組齒輪 校核齒數(shù)為22，與驗(yàn)證b用相同的方法驗(yàn)算，c組齒輪同樣符合本次設(shè)計(jì)要求。 3.5主軸撓度的計(jì)算和校核 滾動(dòng)軸承的型號(hào)是根據(jù)軸端直徑確定的，而且軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在初步計(jì)算軸徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，故先要初算軸徑。軸的直徑可按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法進(jìn)行估算。初算軸徑還要考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的影響。當(dāng)該軸段截面上有一個(gè)鍵槽時(shí)，d增大5%；有兩個(gè)鍵槽時(shí)，d增大10%。然后將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。 若減速器高速軸外伸端用聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)相連，則外伸端軸徑應(yīng)該考慮電動(dòng)機(jī)軸及聯(lián)軸器的直徑尺寸，外伸端軸徑和電動(dòng)機(jī)軸直徑應(yīng)相差不大。 1、 確定各軸最小直徑 [1]Ⅰ軸的直徑： [2]Ⅱ軸的直徑： [3]Ⅲ軸的直徑： [4]主軸的直徑： 2、軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 （3-11） 花鍵軸抗彎斷面系數(shù)： （3-12） 其中 d —— 花鍵軸內(nèi)徑； D —— 花鍵軸外徑； b —— 花鍵軸鍵寬； z —— 花鍵軸的鍵數(shù)。 （3-13） T —— 在危險(xiǎn)斷面上的最大扭矩； N —— 該軸傳遞的最大功率； —— 該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速； M ——主動(dòng)被動(dòng)輪最大彎矩。 3、校核花鍵鍵的壓應(yīng)力 花鍵鍵擠壓應(yīng)力為： （3-14） 式中： ——花鍵傳遞的最大扭矩； D、d —— 花鍵的外徑和內(nèi)徑； z —— 花鍵的齒數(shù)； ——通常取為0.75。 結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。 圖3.3 花鍵軸 第四章 離合器的選擇及其計(jì)算 摩擦式離合器主要包括四個(gè)部分。主動(dòng)部分：飛輪、離合器蓋、壓盤。從動(dòng)部分：從動(dòng)盤、從動(dòng)軸。壓緊機(jī)構(gòu)：壓緊彈簧。操縱機(jī)構(gòu)：離合器踏板、分離拉桿、分離叉、分離套筒、分離軸承、分離杠桿等。 主、從動(dòng)部分的接合元件采用摩擦副的離合器。摩擦式離合器是靠摩擦片來傳遞動(dòng)力的離合器。變速器第一軸的前端由軸承支承在飛輪中心孔內(nèi)，后端由軸承支承在變速器殼上。離合器片毅借滑動(dòng)花鍵與變速器第一軸相聯(lián)。壓板彈簧將壓板和離合器片緊壓在飛輪上，使離合器經(jīng)常處于接合狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩就靠飛輪、壓板與離合器片的摩擦作用向變速器第一軸輸出。當(dāng)需要使離合器分離時(shí)，踏下離合器踏板，使離合器壓板克服彈簧的張力向后移動(dòng)，離合器片便與壓板、飛輪分離，離合器便處于分離狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩就不能傳到變速器了。當(dāng)需要離合器重新接合，可以緩抬起離合器踏板。壓板在彈簧的作用下向前移動(dòng)，將離合器片逐漸壓在飛輪上，直至離合器片完全停止滑磨狀態(tài)，離合器便全部接合。 摩擦式離合器，按其離合器片數(shù)可分為單片離合器和雙片離合器兩種；按照壓緊彈簧的形式又可分為多彈簧式、中央彈簧式和膜片彈簧式三種。由離合器工作原理可知，摩擦式離合器所能傳遞最大扭矩的數(shù)值，取決于摩擦面的壓緊力、摩擦系數(shù)、摩擦表面的徑向尺寸和摩擦面數(shù)量。 4.1 離合器的結(jié)構(gòu)示意圖 1、確定摩擦片的徑向尺寸： 由于摩擦片的外徑尺寸受外形輪廓的限制，內(nèi)徑又是由它的軸徑來決定。內(nèi)徑和外徑尺寸決定了內(nèi)外摩擦片的環(huán)形接觸面積的大小，這直接影響著離合器的結(jié)構(gòu)性能。 外摩擦片的內(nèi)徑為： 2、確定摩擦離合面的數(shù)目Z： （4-1） 其中T為離合器的扭矩： K —— 安全系數(shù)，此處取為1.3； [P ]—— 摩擦片許用比壓，取為1.2MPa； f —— 摩擦系數(shù)； S —— 內(nèi)外片環(huán)行接觸面積， （4-2） KV—— 速度修正系數(shù)； —— 結(jié)合次數(shù)修正系數(shù)； —— 結(jié)合面數(shù)修正系數(shù)； 3、摩擦離合器的軸向壓力Q： （4-3） 4、摩擦片的厚度一般隨著摩擦面中徑的增大而加厚，內(nèi)外片分離是的最小間隙為0.2-0.4mm。 普通車床主軸反轉(zhuǎn)的時(shí)候，一般情況下是不切削的，故反向離合器所傳遞的扭矩可按空載功率損耗來確定。 第五章 傳動(dòng)件驗(yàn)算 5.1軸的強(qiáng)度校核 軸的強(qiáng)度校核根據(jù)裝配草圖的軸的結(jié)構(gòu)，確定作用在軸上的力的作用點(diǎn)。確定了力的作用點(diǎn)以后，可以對(duì)軸進(jìn)行受力計(jì)算。校核后，如果強(qiáng)度不夠，應(yīng)該增加軸徑。對(duì)軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。如果已滿足強(qiáng)度要求，而且計(jì)算出安全系數(shù)與許用值相差不大，那么初步設(shè)計(jì)的軸的結(jié)構(gòu)正確。如果安全系數(shù)很大，就要考慮聯(lián)軸器對(duì)軸直徑、壽命、鍵連接強(qiáng)度的要求。 各軸的應(yīng)力公式計(jì)算： （5-1） 式中： [Rb] —— 許用應(yīng)力； W —— 抗彎斷面系數(shù)； T —— 在危險(xiǎn)斷面上的最大扭矩； （5-2） N —— 該軸傳遞的最大功率； —— 該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速； 抗彎斷面系數(shù)計(jì)算公式為： （5-3） 式中： d —— 花鍵軸內(nèi)徑； D —— 花鍵軸外徑； z —— 花鍵軸的鍵數(shù)； 對(duì)于軸Ⅰ、Ⅱ，； 對(duì)于軸Ⅲ，； 可計(jì)算出： 軸Ⅰ，； 軸Ⅱ，； 軸Ⅲ，。 符合設(shè)計(jì)要求 5.2驗(yàn)算花鍵鍵擠壓應(yīng)力 花鍵鍵擠壓應(yīng)力為： (5-4) 式中： —— 花鍵傳遞的最大扭矩； D、d —— 花鍵的外徑和內(nèi)徑； z —— 花鍵的齒數(shù)； ——通常取為0.75。 符合設(shè)計(jì)要求。 5.1 軸的結(jié)構(gòu)示意圖 5.3滾動(dòng)軸承校核 滾動(dòng)軸承的類型應(yīng)該根據(jù)所受載荷的大小、性質(zhì)、方向，軸的轉(zhuǎn)速及其工作要求進(jìn)行選擇。若只承受徑向載荷或主要是徑向載荷而軸向載荷較小，軸的轉(zhuǎn)速較高，則選擇深溝球軸承，若軸承承受徑向力和較大的軸向力或需要調(diào)整傳動(dòng)件的軸向位置，則應(yīng)該選擇角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。由于圓錐滾子軸承裝拆調(diào)整方便、價(jià)格較低，故應(yīng)用最多。根據(jù)初算軸徑，考慮軸上零件的軸向定位和固定，估計(jì)出裝軸承處的軸徑，再選用直徑系列為輕系列或中系列的軸承，這樣可以初步定出滾動(dòng)軸承型號(hào)。 在前面已經(jīng)確定了滾動(dòng)軸承的類型，這樣就可以對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行壽命計(jì)算和校核。軸承的壽命要和減速器的壽命相仿。如果壽命不夠，可以考慮選擇其他的軸承。如果壽命太大，可以考慮選擇小一點(diǎn)的軸承。 對(duì)滾動(dòng)軸承的壽命進(jìn)行校核： (5-5) 式中： L —— 額定壽命； B —— 額定動(dòng)負(fù)荷[N]； —— 速度系數(shù)，； —— 工作情況系數(shù)； ε—— 壽命系數(shù)，對(duì)于球軸承：ε= 3 ；對(duì)于滾子軸承：ε=10/3； Ks—— 壽命系數(shù)； Km —— 功率利用系數(shù)； Kn —— 轉(zhuǎn)速變化系數(shù)； KT —— 工作期限系數(shù)； K —— 齒輪輪換工作系數(shù)； P —— 當(dāng)量動(dòng)載荷[N ]； 符合設(shè)計(jì)要求。 5.4齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 一般主要是高速傳動(dòng)齒輪接觸疲勞強(qiáng)度的校核和低速傳動(dòng)齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度的校核。 齒輪為22的齒輪模數(shù)mi： (5-6) 式中： N —— 傳遞的額定功率[KW]； —— 計(jì)算轉(zhuǎn)速； —— 齒寬系數(shù) ，此處值為6 ； z1 —— 為齒輪齒數(shù)； i —— 大的齒輪與小的齒輪齒數(shù)之比； —— 壽命系數(shù)：； KT —— 工作期限系數(shù)：； T ——； n1 —— 齒輪的最低轉(zhuǎn)速； c0 —— 基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)； m —— 疲勞曲線指數(shù)； K n —— 轉(zhuǎn)速變化系數(shù)； KN—— 功率利用系數(shù)； Kq —— 材料強(qiáng)化系數(shù)； Kc —— 工作狀況系數(shù)，取； Kd —— 動(dòng)載荷系數(shù)； Kb —— 齒向載荷分布系數(shù)； —— 許用接觸應(yīng)力，； 計(jì)算得 ,所以選模數(shù)。 齒數(shù)為30的齒輪模數(shù) (5-7) 其中 Y —— 齒形系數(shù)； —— 許用彎曲應(yīng)力； 計(jì)算得，選模數(shù)為3。 用一樣的方法驗(yàn)算，其他齒輪也都達(dá)到了本次設(shè)計(jì)的要求。 5.5計(jì)算跨距 前支承為雙列圓柱滾子軸承，后支承為雙列圓柱滾子軸承。 當(dāng)量外徑 主軸剛度：由于 對(duì)于機(jī)床的剛度要求，取阻尼比 當(dāng)時(shí), 取 計(jì)算 由此可知，機(jī)床主軸是合格的。  第六章 結(jié) 論 CA6140的主軸箱控制著整個(gè)車床的動(dòng)力來源，是車床的重要組成部分，它的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，但同時(shí)又很精巧。 主軸箱是各種變速齒輪、主軸、制動(dòng)裝置的載體，那么箱體在主軸箱中又起支承和定位的作用，主軸箱中有15根軸，靠箱體保證軸的定位。軸和齒輪的設(shè)計(jì)很重要。通過對(duì)軸的剛度以及軸承疲勞強(qiáng)度的計(jì)算和齒輪強(qiáng)度、接觸應(yīng)力、彎曲應(yīng)力等大量的計(jì)算，來確定是否符合該主軸箱的整體設(shè)計(jì)。最后通過繪圖軟件將設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出來。 在做設(shè)計(jì)的過程中，主軸的控制，最開始考慮用離合器來控制主軸的正反轉(zhuǎn)，但是設(shè)計(jì)量比較大。通向老師請(qǐng)教學(xué)習(xí)以及查閱資料了解到可以直接用電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制。這樣大大減少了設(shè)計(jì)量，簡(jiǎn)化了計(jì)算過程，也使操作更加方便。而齒輪的嚙合方面，通過使主、從動(dòng)齒輪相鄰?fù)瑐?cè)齒輪廓的嚙合線上所卡的線段相同，使齒輪達(dá)到了更好的嚙合。  參考文獻(xiàn) [1] 龔溎義. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000. 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