12級機床主軸傳動系統(tǒng)的設(shè)計含5張CAD圖N=35~1600;公比1.41;P=7.5KW.zip
12級機床主軸傳動系統(tǒng)的設(shè)計含5張CAD圖N=35~1600;公比1.41;P=7.5KW.zip,12,機床,主軸,傳動系統(tǒng),設(shè)計,CAD,35,1600,公比,1.41,7.5,KW
機床主軸傳動系統(tǒng)的設(shè)計開題報告
一、題目來源
本題目來源于生產(chǎn)實際。
二、研究（設(shè)計）目的和意義
在金屬切削機床的設(shè)計中,機床主軸的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴,是機床最重要的部件之一。而主軸又是剛度薄弱的環(huán)節(jié)，它的前端安裝著-卡盤與工件，直接參與切削加工，主軸的變形和振動對機床的加工精度和表面質(zhì)量影響最大。因此，機床設(shè)計的成功關(guān)鍵取決于主軸設(shè)計的優(yōu)劣。主軸設(shè)計主要是根據(jù)零件的加工條件、加工要求、機床配置參數(shù)和結(jié)構(gòu)等合理地選擇主軸的主參數(shù)。而參數(shù)選擇是否合適將對機床最終的加工精度產(chǎn)生直接影響，并決定機床的加工質(zhì)量和使用性能。本課題是以普通車床為研究目標，從其主軸箱及主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)入手，對其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)組成分析、分級變速分析、傳動件的計算分析的幾個方面進行研究。為優(yōu)化傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和改善傳動系統(tǒng)的精度及穩(wěn)定特性提供必要的理論依據(jù)通過本課題的研究，使機床結(jié)構(gòu)更加緊湊，?性能更加優(yōu)越。
在目前科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的年代，主軸優(yōu)化設(shè)計是機床設(shè)計中主軸設(shè)計的有效手段，它既克服了以往設(shè)計方法中的盲目性，又提高了主軸的設(shè)計質(zhì)量、設(shè)計效率、設(shè)計的科學(xué)性和可靠性。本文介紹一.種主軸多目標優(yōu)化設(shè)計方法，具有設(shè)計方法簡單、實用的優(yōu)點。
三、閱讀的主要參考文獻
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II-1
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四、國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1948年， 美國Parsons(帕森斯)公司為制造飛機螺旋槳葉片輪廓的板狀樣板;提出在坐標機床_上采用數(shù)字脈沖控制的加工方法，并與麻省理工學(xué)院合作,于1952年成功研制出世界上第一臺三坐標立式數(shù)控銑床。后由于計算機技術(shù)及微電子技術(shù)等發(fā)展比較緩慢,數(shù)控機床的發(fā)展也受到了嚴重的制約,直到20世紀60年代集成電路的出現(xiàn)，數(shù)控機床進入了全新的發(fā)展階段。進入20世紀70年代，隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)等的快速發(fā)展，數(shù)控機床得到了突飛猛進的發(fā)展，應(yīng)用范圍也越來越廣泛，對原有機械制造業(yè)產(chǎn)生了巨大的神擊，給機械制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)帶來深刻的變化。目前，數(shù)控機床己發(fā)展到第六代,即以PC機為基礎(chǔ),向著開放化、智能化、圖形化等方面發(fā)展。
我國數(shù)控機床及技術(shù)起始于1958年，是由清華大學(xué)和北京第一機床廠共同
II-2
研制成功的。我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直受到國家經(jīng)濟狀況、數(shù)控技術(shù)發(fā)展水平與國家扶持政策的制定等三大因素的影響。
根據(jù)中國機床工業(yè)協(xié)會所提供的數(shù)據(jù)顯示：我國的數(shù)控機床行業(yè)已經(jīng)建立起國家超精密機床工程技術(shù)研究中心、國家精密工具工程技術(shù)研究中心、國家高效磨削工程技術(shù)研究中心、國家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心和國家高檔數(shù)控I程研究中心等。我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展后,在很多方面都取得了令人矚目的成就，由最初的一窮二白已經(jīng)發(fā)展到在立足自主創(chuàng)新的同時積極消化吸收國際資源，提高國產(chǎn)品牌的國際競爭力。
首先，高中檔數(shù)控機床的設(shè)計研發(fā)取得了較大的進展，在五軸聯(lián)動、高速加工、超精加工、復(fù)合加工、數(shù)字化設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)上也取得了重大突破,形成了一批中檔數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化基地。我國成為繼美國、日本之后世界第三個能生產(chǎn)此類專用設(shè)備的國家。
其次,在高性能數(shù)控機床技術(shù)創(chuàng)新方面也取得了重大突破。濟南二機床集團自行研制了高速五軸數(shù)控龍門銑床，既可滿足大型水泵葉片曲面加工精度的要求,也可用于大型模具加工。沈陽機床集團開發(fā)出五軸車銑復(fù)合加工中心，并實現(xiàn)了系列化、規(guī)格化產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)。北京機電研究院高技術(shù)股份有限公司成功研制出我國第一臺直線電機驅(qū)動的高速加工中心，最高轉(zhuǎn)速可達15000 r/min,X、y軸最大加速度分別為0.8g和1.5g,有效解訣了在高加速及高速運動條件下保證機床剛性和精度的機床結(jié)構(gòu)布局問題。杭州機床集團自主研發(fā)了七軸五聯(lián)動數(shù)控成形磨床，特別適合難加工材料零件多方向、凸凹面、圓弧面的精密加工,不僅成形精度好，而且大大提高了生產(chǎn)效率。武漢重型機床廠研制出的CKX53160數(shù)控單柱移動立式車銑床,保證了三峽水電站550詎型水輪機轉(zhuǎn)輪的加工,另外還研制出重型七軸五聯(lián)動車銑復(fù)合加工機床，可承重100t,能一次裝夾完成螺旋槳的全部工序加工,是我國第-臺自行研制的大型螺旋槳數(shù)控五軸聯(lián)動加工機床，達到了國際先進水平。
五、主要研究（設(shè)計）內(nèi)容、關(guān)鍵問題及解決思路
5.1 主要研究內(nèi)容
車床主軸箱設(shè)計，主要包括三方面的設(shè)計，即:根據(jù)設(shè)計題目所給定的機床用途、規(guī)格、主軸極限轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速數(shù)列公比或級數(shù)，確定其他有關(guān)運動參數(shù)，選定主軸各級轉(zhuǎn)速值通過分析比較，選擇傳動方案擬定結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)，擬定轉(zhuǎn)速
III-3
圖;確定齒輪齒數(shù)及帶輪直徑;繪制傳動系統(tǒng)圖。其次，根據(jù)機床類型和電動機功率，確定主軸及各傳動件的計算轉(zhuǎn)速，初定傳動軸直徑、齒輪模數(shù)，確定傳動帶型號及根數(shù)，;裝配草圖完成后要驗算傳動件(傳動軸、主軸、齒輪、滾動軸承)的剛度、強度或壽命。最后，完成運動設(shè)計和動力設(shè)計后，要將主傳動方案“ 結(jié)構(gòu)化”， 設(shè)計主軸變速箱裝配圖及零件圖，側(cè)重進行傳動軸組件、主軸組件、變速機構(gòu)、箱體、潤滑與密封、傳動軸及滑移齒輪零件的設(shè)計。
5.2 關(guān)鍵問題
主軸具有一定的轉(zhuǎn)速和足夠的轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)速級數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)運動的開停、變速、換向和制動，以滿足機床的運動要求。
主電機具有足夠的功率，全部機構(gòu)和元件具有足夠的強度和剛度，以滿足機床的動力要求。
主傳動的有關(guān)結(jié)構(gòu)，特別是主軸組件要有足夠高的精度、抗震性,熱變形和噪聲要小，傳動效率高，以滿足機床的工作性能要求。
操縱靈活可靠，維修方便，潤滑密封良好，以滿足機床的使用要求。
結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工藝性好，成本低，以滿足經(jīng)濟性要求。
5.3 解決思路
（1）設(shè)定機床主軸箱的整體尺寸；
（2）通過給定的技術(shù)參數(shù)來初步設(shè)定主分軸、齒輪數(shù)等的結(jié)構(gòu)尺寸；
（2）對傳動系統(tǒng)進行理論力學(xué)分析，精確計算選定尺寸及材料；
（3）由電機轉(zhuǎn)速傳動至進給系統(tǒng)的參數(shù)反饋，校核所選定主軸和轉(zhuǎn)動軸尺寸的合理性；
（4）完成整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制裝配圖及零件圖。
六、完成畢業(yè)設(shè)計（論文）所必須具備的工作條件
所必須具備的工作條件：
（1）二維繪圖軟件CAD；
（2）計算機系統(tǒng)windows10。
七、預(yù)期成果（達到目標）
3-4
通過機床主軸系統(tǒng)設(shè)計，提高主軸組件的精度、抗震性,減小熱變形和噪聲，從而提高傳動效率；保證機構(gòu)和元件足夠的強度和剛度。
系統(tǒng)掌握機械設(shè)計和驗算方法，了解傳動系統(tǒng)設(shè)計要求，鞏固加深專業(yè)知識，提高綜合運用能力。
八、工作的主要階段、進度與時間安排
2018年10月21日 指導(dǎo)老師下發(fā)任務(wù)書
2018年10月21日—11月20日 查閱參考文獻及完成開題報告、開題答辯
2018年11月21日—2019年1月20日 初步完成畢業(yè)設(shè)計資料，中期檢查
2019年1月21日—2019年5月10日 完成畢業(yè)設(shè)計主體工作
2019年5月11日—2019年5月20日 指導(dǎo)教師完成各項審查及相關(guān)簽字
2019年5月21日—2019年6月4日 評閱教師完成評閱意見及相關(guān)簽字
2019年6月5日—2019年6月10日 畢業(yè)設(shè)計答辯
九、指導(dǎo)老師審查意見
任務(wù)書
學(xué)院 XXX 專業(yè) XXX 班級XXX
學(xué)生姓名 XXX 指導(dǎo)教師/職稱 XXX
1． 畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：
車床主軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計
2．畢業(yè)設(shè)計(論文)起止時間： 20XX年10月 ～ 20XX年6月
3．畢業(yè)設(shè)計(論文)所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分）
參考文獻：
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[8]機床設(shè)計手冊編寫組. 機床設(shè)計手冊（下冊）[M] . 北京：機械工業(yè)出版社，1986；
原始數(shù)據(jù)：
1）床身上最大回轉(zhuǎn)直徑： 400mm
2）刀架上的最大回轉(zhuǎn)直徑： 200mm
3）主軸通孔直徑： 40mm
4）主軸前錐孔： 莫式6號
5）最大加工工件長度： 1000mm
4．畢業(yè)設(shè)計(論文)應(yīng)完成的主要任務(wù)
（1）機床的主要技術(shù)參數(shù)的確定
（2）主傳動系統(tǒng)設(shè)計
（3）車床主軸箱組件的設(shè)計
（4）繪制主箱體裝配圖及部分零件圖
5．任務(wù)書下達日期 20XX 年 10 月 21 日 指導(dǎo)教師(簽字)
車床主軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計
[摘要] 現(xiàn)代工業(yè)離不開制造，在機械工業(yè)中使用最多的制造工具就是車床,CA6140車床是一種普遍又方便的車床，也是普通機械設(shè)備制造企業(yè)所需的設(shè)備之一。在機械加工車間中，車床約占據(jù)機床總數(shù)的一半左右，車床的加工范圍很廣，主要加工回轉(zhuǎn)類零件，其中包括：外圓、端面、內(nèi)圓、錐面、螺紋等等。本設(shè)計主要針對CA6140車床的主軸箱進行設(shè)計。車床主軸箱是一個比較復(fù)雜的傳動部件。設(shè)計主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動件（傳動軸，軸承，帶輪，離合器和制動器等），主軸組件，縱機構(gòu)，潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置。
設(shè)計的內(nèi)容主要包括確定車床的主要參數(shù)，從而擬定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖，計算和校核主要零部件，主軸變速箱裝配設(shè)計，并且利用專業(yè)制圖軟件進行了零件的設(shè)計和處理。
[關(guān)鍵詞] CA6140機床;主軸箱;傳動;設(shè)計
I
Design of lathe spindle box system
[abstract] Modern industry can not be separated from manufacturing, the most commonly used manufacturing tool in the machinery industry is lathe, CA6140 lathe is a universal and convenient lathe, but also one of the equipment needed by ordinary mechanical equipment manufacturing enterprises. In the machining workshop, the lathe accounts for about half of the total number of machine tools, the lathe processing range is very wide, mainly machining rotary parts, including: outer circle, end face, inner circle, cone, thread and so on. This design mainly aims at the spindle box of CA6140 lathe. Lathe spindle box is a more complex transmission component. The structure of the designed spindle gearbox includes transmission parts (transmission) Structural design and layout of moving shaft, bearing, pulley, clutch and brake, spindle assembly, longitudinal mechanism, lubrication sealing system and box and its couplings.
The contents of the design mainly include determining the main parameters of the lathe, so as to draw up the transmission scheme and transmission system diagram, calculate and check the main parts, and the assembly design of the spindle gearbox. And the professional drawing software is used to design and deal with the parts
.[Keywords] CA6140 machine tool ;spindle box ;transmission ;design
目錄
中文摘要 VI
外文摘要 VII
1前言 1
2 選題背景 2
2.1課題研究的目的與意義 2
2.2國內(nèi)外現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 2
2.3課題研究的主要內(nèi)容 2
2.4預(yù)期目標 2
3參數(shù)的擬定 4
4主傳動系統(tǒng)的設(shè)計 5
4.1 主傳動系統(tǒng)方案的擬定 5
4.2 結(jié)構(gòu)分析式 6
4.3 繪制轉(zhuǎn)速圖 7
4.4 確定傳動組中各軸的轉(zhuǎn)速 9
4.5 確定各變速組傳動副齒數(shù) 9
4.6 動力設(shè)計 11
5 離合器的設(shè)計 13
5.1 離合器的功用、分離和滿足的要求 13
5.2 摩擦式離合器 13
5.3 機械壓緊式摩擦離合器 15
6 制動器的設(shè)計 17
6.1 制動器的功用、要求、分類和構(gòu)造 17
6.2 制動器的計算 17
6.3 操縱機構(gòu)的功用和要求 19
6.4 操縱機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式 20
7 傳動件的估算和驗算 21
7.1 各傳動組齒輪模數(shù)的估算設(shè)計 21
7.2 估算各傳動軸的最小直徑 30
7.3 各傳動軸的校核 31
8 機床主軸組件的設(shè)計 32
8.1 主軸結(jié)構(gòu) 32
8.2 主軸剛度的校核 33
8.3主軸的潤滑結(jié)構(gòu)與密封 36
8.4 密封裝置設(shè)計 36
8.5 車床主軸箱內(nèi)的潤滑方式 36
8.6 主軸箱體的設(shè)計 37
總結(jié) 38
參考文獻 39
致謝 41
V
1前言
本課題主要研究車床主軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化，意義在于更高精度和效率的車床可以更好地推動機械工業(yè)的發(fā)展，對于加工中心的生產(chǎn)發(fā)揮著重要的作用，對與機床的研究和發(fā)展一直都在進行，世界各地都想研究出更加數(shù)控化、效率化、精準化的加工車床，本課題主要針對效率化和精準化展開研究，希望能用自己學(xué)到的知識，為自己所處的行業(yè)發(fā)展貢獻出自己的一份力量！
車床主軸箱傳動系統(tǒng)包含有帶傳動，齒輪傳動，摩擦離合器，鍵連接制動器，通過各個軸之間同中心距同模數(shù)，不同齒數(shù)的齒輪嚙合和位置變化達到不同級數(shù)的速度變化從而達到不同的加工效果。
此論文主要是對主軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計，也就是對主軸箱內(nèi)各個傳動部件的設(shè)計和驗算，達到工作標準，符合設(shè)計要求。
主軸箱是車床的重要系統(tǒng)，直接影響到加工效果，設(shè)計出精密的傳動系統(tǒng)可以大大地提高生產(chǎn)效率。
第 1 頁 (共 41 頁)
2 選題背景
2.1課題研究的目的與意義
CA6140車床非常廣泛地用于機械工業(yè)生產(chǎn)加工，作為最普遍又實用的器械，內(nèi)部各個零部件都在不斷地發(fā)展和優(yōu)化，其中直接影響到車床加工質(zhì)量的就是主軸箱，擁有精密又實用的主軸箱是各個國家機械制造業(yè)不斷追求的目標，本課題主要通過設(shè)計和計算出固定參數(shù)的車床主軸箱傳動系統(tǒng)，使其達到加工需求和規(guī)定尺寸和效率。
2.2國內(nèi)外現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
作為最具有代表性的金屬切削加工設(shè)備之一，世界各地都沒有停止過對CA6140的更新和優(yōu)化，精準化、數(shù)控化一直都是人們的目標，國內(nèi)外加工追求的效果都是為了更高效率的生產(chǎn)和更高精度的產(chǎn)品。
工業(yè)代表著一個國家的生產(chǎn)力，近年來我國出口的機械產(chǎn)品數(shù)量顯著增長，在這個有競爭力的狀況下，我們國家的生產(chǎn)力始終保持領(lǐng)先，是非常值得驕傲的，它不僅代表著經(jīng)濟，也代表著一個國家的實力，從國防安全到生產(chǎn)力，我國加工中心技術(shù)已經(jīng)相對成熟，但是只有不斷地改進和優(yōu)化，才能在科技國防方面更加強大。
2.3課題研究的主要內(nèi)容
本次設(shè)計的主軸箱主要組成部分為傳動部件、主軸箱、潤滑。對這三個方面進行了包括選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算校核等工作。
(1)傳動部件是整個主軸箱系統(tǒng)的核心部分，其中包括有傳動軸、離合器、軸承等零部件，通過變速的方式達到級數(shù)的變化，達到不同的切削效果。
(2)主軸箱是所有傳動零部件的外殼，可以起到固定、保護、防塵的作用。
(3)潤滑是主軸箱傳動系統(tǒng)工作過程中最重要的技術(shù)措施，可以達到減少摩擦、減緩 磨損、延長工作疲勞壽命的作用。
2.4預(yù)期目標
完成車床主軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計是重要目的，其過程不僅是對我大學(xué)四年學(xué)習(xí)的考核和總結(jié)，也能通過查找有關(guān)書籍學(xué)到更多的內(nèi)容。過程是不斷探索和耐心完善的
第 2 頁(共 41 頁)
過程，以達到設(shè)計精度和校核設(shè)計要求。
第 3 頁(共 41 頁)
3參數(shù)的擬定
(1)尺寸參數(shù)床身上最大回轉(zhuǎn)直徑： 400mm
刀架上的最大回轉(zhuǎn)直徑： 200mm
主軸通孔直徑： 40mm
主軸前錐孔： 莫式6號
最大加工工件長度： 1000mm
（2）根據(jù)工況，確定主軸最高轉(zhuǎn)速有采用YT15硬質(zhì)合金刀車削碳鋼工件獲得，主軸最低轉(zhuǎn)速有采用W16Cr4V高速鋼刀車削鑄鐵件獲得。
查閱相關(guān)的標準數(shù)列數(shù)值表，其中轉(zhuǎn)速最高為1600r/min，最低為35r/min的機床最為合適。
公比取為1.41，轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=12。
（3）動力參數(shù)一般是指機床電動機的功率。選用功電動機為7.5KW的Y-132M-4型籠式三相異步電動機。
第 4 頁(共 41 頁)
4主傳動系統(tǒng)的設(shè)計
4.1 主傳動系統(tǒng)方案的擬定
(1)主軸傳動系統(tǒng)采用V帶輸入、傳遞到執(zhí)行機構(gòu)、其中包括主軸箱內(nèi)的齒輪；
(2)傳動形式采用集中式傳動；
(3)可以通過帶式制動器換向和兩個不同方向的片式摩擦離合器這兩種方式，來實現(xiàn)主軸箱的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)運動和速度的變化；
(4)變速系統(tǒng)采用多聯(lián)滑移齒輪變速。
根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動機等已知條件可有如下系統(tǒng)圖：
圖1 傳動系統(tǒng)圖
為了滿足不同的制造需求，應(yīng)該以經(jīng)濟和實用為設(shè)計重點。在設(shè)計時應(yīng)該結(jié)合結(jié)合具體的機床進行分析。一般應(yīng)該滿足的要求有以下幾點：
（1）滿足機床使用性能要求。（2）滿足機床工作性能的要求。（3）滿足機床傳遞動力的要求。（4）滿足產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)濟性的要求。（5）調(diào)整維修方便，結(jié)構(gòu)簡單、
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合理，便于加工和裝配。防護性能好，使用壽命長。
4.2 結(jié)構(gòu)分析式
（1）確定變速組的數(shù)目
① ② ③
（2）確定變速組的排列方案
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。整個傳動系統(tǒng)為降速傳動，也要符合書中描述的傳動副前多后少的原則，按照傳動順序，應(yīng)該將傳動副多的傳動副放在前面，可以大大的減少傳動系統(tǒng)的尺寸、節(jié)省空間。綜上所述，因此傳動式取為的方案。
其結(jié)構(gòu)式為：。式中，12級轉(zhuǎn)速分別分配給a、b、c三個傳動組上分別是3、2、2，分別代表3個傳動副、2個傳動副、兩個傳動副。結(jié)構(gòu)式的下標1、3、6，分別表示各變速組的級比指數(shù)，級比指數(shù)用表示。
在降速傳動系統(tǒng)中，選用的齒輪直徑過大會對最小傳動比產(chǎn)生一定的影響 ；在升速時會使傳動系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，例如震動，會對最大傳動比產(chǎn)生影響。在主傳動鏈任一傳動組的最大變速范圍。在設(shè)計時必須保證中間傳動軸的變速范圍最小。
從而確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下圖2所示：
圖2 傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)
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檢查傳動組的變速范圍時，只檢查最后一個擴大組：
其中，，
所以 ，合適。
4.3 繪制轉(zhuǎn)速圖
4.3.1 轉(zhuǎn)速圖的擬定原則
擬定轉(zhuǎn)速圖是設(shè)計傳動系統(tǒng)的重要內(nèi)容：
（1）傳動副前多后少的原則 （2）傳動順序與擴大順序相一致的原則 （3）確定各變速組的變速范圍及極限傳動比的原則 （4）分配傳動比的原則 （5）為降低機床噪聲應(yīng)該考慮的原則 （6）為減少空載功率損失應(yīng)考慮的原則
以上的原則在設(shè)計主傳動變速傳動系統(tǒng)時一般應(yīng)該遵循的原則，但有時候還須根據(jù)具體的情況加以靈活運用。
4.3.2 擬定轉(zhuǎn)速圖
（1）分配總降速傳動比
總降速傳動比
又電動機轉(zhuǎn)速不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標準，因而增加一定比傳動副。
（2）確定傳動軸軸數(shù)
傳動軸軸數(shù)等于變速組數(shù)和定比傳動副數(shù)之和加上1： 。
（3）確定基本組和擴大組
確定一個變速組級比指數(shù)為1，稱為基本組。基本組的級比指數(shù)用表示，即，則為基本組。
后面的變速組因起變速擴大作用，所以統(tǒng)稱為擴大組。第二變速組為第一擴大組，其級比指數(shù)為，第一變速組通過第二變速組擴大，通過第三變速組繼續(xù)擴大，其級比指數(shù)為。
（4）繪制轉(zhuǎn)速圖
畫5根距離相等的豎直線代表5根軸；畫12根距離相等的水平線代表12級轉(zhuǎn)速，這樣便形成了轉(zhuǎn)速圖格線。
①確定各級轉(zhuǎn)速
由，，確定各級轉(zhuǎn)速：
1600、1120、800、560、400、280、200、140、100、71、50、35。
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②電動機軸與Ⅰ軸之間增加的齒輪傳動為定比傳動，其傳動比為
=
是降速傳動，傳動線向右下方傾斜兩格。
③軸Ⅰ與Ⅱ之間的變速組a共有三個傳動副，其傳動比分別為：
在轉(zhuǎn)速圖上軸Ⅰ與Ⅱ之間有三條傳動線，分別為水平、向右下方降一格、向右下方降兩格。
④軸Ⅱ與Ⅲ之間的變速組b有兩個傳副，其傳動比分別為：
在轉(zhuǎn)速圖上，Ⅱ軸的每一個轉(zhuǎn)速都有兩條傳動線與Ⅲ軸相連，分別是水平和向右下方降三格。由于Ⅱ軸有三種轉(zhuǎn)速，每種轉(zhuǎn)速都通過兩條線與Ⅲ軸相連，故Ⅲ軸共得到種轉(zhuǎn)速。連線中的平行線代表同一傳動比。
⑤Ⅲ與Ⅳ軸之間的變速組c也有兩個傳動副，其傳動比分別為：
在轉(zhuǎn)速圖上，Ⅲ軸的每一個轉(zhuǎn)速都有兩條傳動線與Ⅳ軸相連，分別是向右下方升二格和向右下方降四格。由于Ⅲ軸有三種轉(zhuǎn)速，每種轉(zhuǎn)速都通過兩條線與Ⅳ軸相連，故Ⅳ軸共得到種轉(zhuǎn)速。
圖3 轉(zhuǎn)速圖
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4.4 確定傳動組中各軸的轉(zhuǎn)速
在五根軸中，除去電動機軸，其余四軸都按傳動順序依次設(shè)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅲ與Ⅳ軸之間的傳動組分別設(shè)為a、b、c。現(xiàn)由Ⅳ（主軸）開始確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速：
①先來確定Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速
傳動組c 的變速范圍為，結(jié)合結(jié)構(gòu)式，
Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速為：800、560、400、280、200、140。
② 確定軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速
傳動組b的級比指數(shù)為3，希望中間軸轉(zhuǎn)速較小，因而為了避免升速，又不致傳動比太小，可?。海?
軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速確定為：800、560、400。
③ 確定軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速
對于軸Ⅰ，其級比指數(shù)為1,可?。?
，，
確定軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速為800。
4.5 確定各變速組傳動副齒數(shù)
當變速組的傳動比確定之后，可以確定齒輪齒數(shù)等。確定齒輪齒數(shù)時應(yīng)該注意的問題是：
（1）齒輪的齒數(shù)過大，會使兩軸之間的中心距加大，從而影響到整個傳動系統(tǒng)的大小，也不利于節(jié)省空間和安裝。一般推薦齒數(shù)和。
（2）最小齒輪的齒數(shù)應(yīng)該盡可能小，但是要考慮：①最小齒輪不發(fā)生根切現(xiàn)象，對于標準直齒圓柱齒輪一般取最小齒數(shù)。②兩軸間最小中心距應(yīng)該取得適當。齒輪的齒數(shù)太小，軸之間的中心距會變小，會對軸承等零件的選擇造成影響。
在確定齒輪的齒數(shù)時，應(yīng)注意合理地選取齒數(shù)和。齒數(shù)的確定有時需要經(jīng)過多次反復(fù)，即初選齒數(shù)和，確定主被動齒輪的齒數(shù)，計算齒輪模數(shù)，如模數(shù)過大應(yīng)該增加齒數(shù)和，反之減少齒數(shù)和。為了減少反復(fù)的次數(shù)按傳遞轉(zhuǎn)矩要求可初選中心距設(shè)定齒輪模數(shù)，再算出齒數(shù)和。如齒輪模數(shù)取得過小，齒輪經(jīng)不起沖擊易磨損；如取得過大，
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齒數(shù)和將較小，使變速組內(nèi)的最小齒輪齒數(shù)小于17，產(chǎn)生根切現(xiàn)象，最小齒輪也有可能無法套裝到軸上。
①傳動組a:
有三對齒輪傳動，其傳動比分別為：
，，
查參考文獻[13]表3.9可得到：
時：……57、60、63、66、69、72、75、78……
時：……58、60、63、65、67、68、70、72、73、77……
時：……58、60、62、64、66、68、70、72、74、76……
可取60,于是可得軸Ⅰ齒輪齒數(shù)分別為：20、25、30。
于是，，
可得軸Ⅱ上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為：40、35、30。
①傳動組b:
有兩對齒輪傳動，其傳動比分別為：
，
查參考文獻[13]表3.9可以得到,
時：……69、72、73、76、77、80、81、84、87……
時：……70、72、74、76、78、80、82、84、86……
可取 72，于是可得軸Ⅱ上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為：18、36。
于是 ，，得軸Ⅲ上兩齒輪的齒數(shù)分別為：54、36。
②傳動組c:
有兩對齒輪傳動，其傳動比分別為：
,
查參考文獻[13]表3.9可以得到,
時：……84、85、89、90、94、95……
時： ……72、75、78、81、84、87、89、90……
可取 90，則：
為降速傳動，取軸Ⅲ齒輪齒數(shù)為18；
為升速傳動，取軸Ⅳ齒輪齒數(shù)為30。
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于是得,，得軸Ⅲ兩聯(lián)動齒輪的齒數(shù)分別為18，60；得軸Ⅳ兩齒輪齒數(shù)分別為72，30。
4.6 動力設(shè)計
4.6.1 確定各軸的計算轉(zhuǎn)速
傳動件的計算轉(zhuǎn)速為傳遞主軸計算轉(zhuǎn)速的傳動件的最低轉(zhuǎn)速為。當主軸的計算轉(zhuǎn)速確定之后，就可以從轉(zhuǎn)速圖上確定各傳動件的計算轉(zhuǎn)速。
（1）確定主軸計算轉(zhuǎn)速：
主軸的計算轉(zhuǎn)速為
（2）各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速：
各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速共6級轉(zhuǎn)速，最低轉(zhuǎn)速為140。通過雙聯(lián)齒輪使主軸獲得兩級轉(zhuǎn)速：35和280。280比主軸的計算轉(zhuǎn)速高，能傳遞全部的功率，故Ⅳ軸的140轉(zhuǎn)速也能傳遞全部功率是計算轉(zhuǎn)速。軸Ⅲ共有3級轉(zhuǎn)速，其最低轉(zhuǎn)速為400。通過三聯(lián)齒輪使Ⅲ軸獲得6級轉(zhuǎn)速（其范圍是）都能傳遞全部功率，故Ⅱ軸400的轉(zhuǎn)速也能傳遞全部功率，使計算轉(zhuǎn)速。
表1 軸的計算轉(zhuǎn)速（）
電動機
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
Ⅳ軸
1450
800
400
140
98.11（100）
4.6.2 各齒輪的計算轉(zhuǎn)速
各變速組中尺寸最小的齒輪是變速組中最薄弱的，所以計算的時候選用最小的齒輪進行計算。
Ⅲ-Ⅳ軸之間變速組的最小齒輪是，經(jīng)過該齒輪的傳動，使主軸獲得的從共6級轉(zhuǎn)速，主軸的計算轉(zhuǎn)速是，故的齒輪在時能夠傳遞全部功率，是計算轉(zhuǎn)速。
Ⅱ-Ⅳ軸之間變速組的最小齒輪是，經(jīng)過該齒輪的傳動，使主軸獲得的從
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共3級轉(zhuǎn)速，Ⅲ軸的計算轉(zhuǎn)速是140，故的齒輪在轉(zhuǎn)速400時能夠傳遞全部功率，是計算轉(zhuǎn)速。依此類推，各變速組的最小齒輪的計算轉(zhuǎn)速如表2所示：
表2 齒輪的計算轉(zhuǎn)速（）
30（電動機）
20（Ⅰ軸）
18（Ⅱ軸）
18（Ⅲ軸）
1450
800
400
400
4.6.3 驗算主軸的轉(zhuǎn)速誤差
主軸實際轉(zhuǎn)速與標準轉(zhuǎn)速相對誤差的絕對值可以表示為主軸轉(zhuǎn)速誤差，如下：
所以主軸的轉(zhuǎn)速合適。
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5 離合器的設(shè)計
5.1 離合器的功用、分離和滿足的要求
離合器用于實現(xiàn)運動的啟停、換向和變速。對于經(jīng)常啟停的中等功率的機床，一般用離合器啟停和換向，例如普通車床、六角車床及搖臂鉆床等。
離合器按其結(jié)合部分的特點分為嚙合式和摩擦式兩大類。其優(yōu)缺點比較如下：
1.摩擦離合器可在運轉(zhuǎn)中結(jié)合，并可其過載保護的作用，結(jié)合平穩(wěn)，無沖擊。嚙合式離合器不能在高速運轉(zhuǎn)中結(jié)合，結(jié)合的過程有沖擊。
2.再相同尺寸的條件下，嚙合式離合器能傳遞的扭矩大于摩擦式，或者說傳遞相同的扭矩，摩擦離合器的尺寸大于嚙合式的。
3.嚙合式離合器為剛性傳動，無打滑現(xiàn)象，傳動比準確，可用于內(nèi)聯(lián)傳動鏈。摩擦離合器在摩擦過程中會有打滑現(xiàn)象，沒有精確的傳動比，不能用于內(nèi)聯(lián)傳動鏈。
4機床的主要發(fā)熱來自于摩擦片的摩擦。
離合器應(yīng)滿足下列基本要求：①離、合要迅速、可靠，結(jié)合要平穩(wěn)，斷開要徹底。②對摩擦離合器要求磨損后便于調(diào)整，維修要方便，沖擊、磨損和發(fā)熱要小。③操縱輕便省力。
5.2 摩擦式離合器
摩擦式離合器有錐式和片式，片式又有單片式和多片式。錐式和單片式摩擦離合器比之多片式離合器，當直徑和摩擦系數(shù)相同時，所能傳遞的扭矩較小，所以在機床上用的不多。多片摩擦離合器雖然結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但由于目前已逐步實現(xiàn)標準化和結(jié)構(gòu)典型化，已有專門工廠生產(chǎn)，因此在機床上得到了廣泛的應(yīng)用。
5.2.1 摩擦離合器的工作原理和計算
離合器的內(nèi)片以花鍵與軸聯(lián)結(jié)。外片通過套與軸連接。當摩擦片未被壓緊時，內(nèi)片與外片脫開，主動軸的扭矩不能傳給被動軸，即離合器斷開。當摩擦片壓緊時，則主動軸與被動軸靠摩擦片間的摩擦力矩傳遞扭矩，離合器結(jié)合。
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圖4 片式摩擦離合器的結(jié)構(gòu)組成簡圖
1.外片聯(lián)結(jié)件 2.內(nèi)片聯(lián)結(jié)套 3.間隙調(diào)整裝置 4.外摩擦片5.內(nèi)摩擦片 6. 復(fù)位彈簧 7.加壓盤 8.加壓裝置
（1）離合器的計算
已知條件：摩擦離合器所傳遞的扭矩（）；軸的直徑（）；軸的轉(zhuǎn)速（）。
根據(jù)使用要求，在本設(shè)計中選定濕式、軸裝式、多片摩擦離合器，確定摩擦片的材料為石棉（見參考文獻中[21]表11-23），并查得相應(yīng)的摩擦系數(shù)及許用比壓。
一般情況均按靜扭矩（即按傳遞功率求得的扭矩）設(shè)計離合器，用摩擦系數(shù)進行計算；當要求在負載下起動和變速，或起動慣量（飛輪較大），對起動時間又有要求時，應(yīng)按起動扭矩設(shè)計離合器，用動摩擦系數(shù)。
計算步驟：
1） 決定外摩擦片的內(nèi)徑（）由式計算得。
2） 由參考文獻[21]查取標準值為，則外徑為。
2）選定系數(shù)值，確定內(nèi)摩擦片的外徑
值取，通常取在0.7左右。，取標準值為，則外徑為。
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3）計算摩擦面中徑及摩擦面平均線速度，從而確定。
根據(jù)以上計算所得的，查參考文獻[21]中表11-20得。
4）計算摩擦面對數(shù) 由公式計算得。
式中：--安全系數(shù)，一般取。
--摩擦面對數(shù)修正系數(shù)，對于干式和濕式切每小時結(jié)合次數(shù)少于50次的離合器，取；對濕式切每小時結(jié)合次數(shù)多于50次的離合器，按算的值從參考文獻[21]中表11-21中查得值；
--結(jié)合次數(shù)修正系數(shù)，濕式按參考文獻[21]中表11-22選取。
故
5）計算主動片（一般為內(nèi)摩擦片）片數(shù)和被動片片數(shù)
故摩擦片總數(shù)為11片。
6）摩擦片脫開時所需間隙：濕式的取。
摩擦片的厚度，一般取毫米；摩擦片的材料應(yīng)具有較高的耐磨性、摩擦系數(shù)大，耐高溫、抗膠合性好等特性。常用10或15號鋼，表面滲碳，深度為毫米，淬火后硬度達HRC52-62。
5.3 機械壓緊式摩擦離合器
它的特點是把壓緊機構(gòu)從來年各個離合器的中間移動到了軸承的外面。因此縮短了軸的跨距，有利于減少軸的變形。操縱時，通過操縱桿、套、元寶銷、中心拉桿，銷壓緊螺母或控制左右離合器的接合或斷開。CA6140型普通車床主軸的啟停和換向就采用的這種離合器。
5.4 離合器在傳動系統(tǒng)內(nèi)的位置
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離合器在傳動系統(tǒng)內(nèi)的位置十分重要，應(yīng)考慮下面的問題：離合器應(yīng)盡量放在高速軸上，使得傳遞的扭矩可以小一些，尺寸也就可以小一些。此外，如果有調(diào)整間隙的要求，則要考慮把它安排在便于調(diào)整的位置上。例如車床主軸箱，用于主軸開停、換向的摩擦離合器，一般都放在轉(zhuǎn)速較高的第Ⅰ軸上，并且安排在主軸箱的上部，以便進行調(diào)整。
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6 制動器的設(shè)計
6.1 制動器的功用、要求、分類和構(gòu)造
在制動器的選擇上一般有以下三個要求：（1）由于考慮到空間尺寸的利用率，一般選用結(jié)構(gòu)尺寸盡量簡單占用空間小的。制動器應(yīng)盡量裝在高速軸上。（2）制動時間在可能條件下應(yīng)盡量短些。但也不是越短越好。如果制動時間太短，則有可能因制動力矩太大而損壞齒輪和軸等零部件。（3）要保證使用安全。為此，制動機構(gòu)與開停機構(gòu)必須互鎖。即將離合器脫開時，制動器應(yīng)制動；接通離合器前，制動器必須先斷開。最簡單的互鎖方法就是用同一個操縱機構(gòu)，同時操縱離合器和制動器，如CA6140型普通車床主軸箱內(nèi)的開停離合器和制動器就是這樣。
制動器的工作原理是利用摩擦力矩，使機件的動能轉(zhuǎn)化為熱能，使機件迅速停止運動。
機床上常用的制動器有如下幾種：
（1）片式制動器 這種制動器的構(gòu)造與片式摩擦離合器相同，只是在使用上，將離合器的內(nèi)片或外片固定起來。
（2）閘帶式制動器 操縱桿同時控制離合器和制動器，當操縱桿在中間位置時，離合器松開，這時桿的凸起面頂杠桿，使它繞軸逆時針旋轉(zhuǎn)，制動帶包緊制動輪產(chǎn)生制動摩擦力矩。當操縱桿向上或向下移動時，接通主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的離合器。這時桿的凹部對準杠桿，而放松制動帶。
設(shè)計時，應(yīng)注意制動輪的旋轉(zhuǎn)方向要和制動力的方向相同，以避免摩擦力作用在操縱手柄上。
帶式制動器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但它存在著摩擦力矩較小，制動時間較長，裝制動輪的軸在制動時受到較大的單側(cè)徑向力的確定。
6.2 制動器的計算
6.2.1 制動力矩的計算
制動力矩應(yīng)使被制動件在要求的制動時間內(nèi)，從轉(zhuǎn)速制動到零。由于被制動的傳動鏈內(nèi)的阻力矩時幫助制動的，所以 。
式中：--被制動的傳動鏈內(nèi)的阻力矩（），可近似的根據(jù)機床
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的空載功率求出。在制動過程中是不變的。
--被制動的傳動鏈內(nèi)各元件折合到制動器軸上的當量轉(zhuǎn)動慣量（），見參考文獻[21]中表4-44和4-45。
--在時間時被制動軸的瞬時角速度（）。
將公式在積分后得
式中：--制動時間（）；
--被制動軸在制動開始時的角速度（）。
整合制動過程中的平均制動力矩為： （）
將上式帶入得：
所以 。
式中：--制動前的轉(zhuǎn)速（）；
--系數(shù)，由制動器構(gòu)造而定?？山频娜 ?
6.2.2 閘帶式制動器的尺寸計算
已知：制動扭矩（）及安裝制動器的軸的轉(zhuǎn)速（）。
a、確定制動輪的直徑及包角。及根據(jù)具體結(jié)構(gòu)確定，在結(jié)構(gòu)允許的條件下，盡可能取大值，取。值一般取。
b、計算制動輪上的圓周力。已知制動扭矩及制動輪直徑（）時，可方便地求出圓周力。即（）
c、選定制動帶材料后，按參考文獻[21]中表5.14-3查得其摩擦系數(shù)及許用壓力。閘帶式制動器多用石棉制動帶，與鋼帶的聯(lián)結(jié)方式可用鉚接或粘接。
d、計算操作力。操作力的大小和結(jié)構(gòu)及制動輪的回轉(zhuǎn)方向有關(guān)，根據(jù)參考文獻[21]中表5.14-4提供的結(jié)構(gòu)方式，定出a、b的尺寸，按該表相應(yīng)的公式計算出值。
e、計算制動帶緊邊張力 按式計算得。
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9
根據(jù)摩擦系數(shù)及包角等在參考文獻[21]中表5.14-5查得，故
松邊張力
f、選擇鋼帶。鋼帶厚度一般取，鋼帶寬度為()
式中：--鋼帶許用拉伸應(yīng)力，一般取。
故 。
g、選擇制動帶（閘皮）寬度 按式()計算得。
式中：--制動扭矩（）；
--確定制動輪的直徑（）；
--包角（rad）；
--制動帶的許用壓力(),見參考文獻[21]中表5.14-3得。
故
鋼帶寬度應(yīng)與制動帶寬度一致，因此取鋼帶寬度為。
h、發(fā)熱核算。即核算工作容量系數(shù)：
式中的 、、、、同上，--允許的工作容量系數(shù)，見參考文獻[]中表5.14-9,為：10（）（一般工作條件下）
故<
因此該制動器的發(fā)熱量合格。
6.3 操縱機構(gòu)的功用和要求
在機床中，操縱機構(gòu)的功能是控制機床各部件工作運動的啟動、停止、變速、換
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向以及輔助運動等，如轉(zhuǎn)位、定位等。操縱機構(gòu)一般由以下幾部分組成：操縱件（包括手柄，首輪和按鈕等）、傳動裝置（包括機械的、電氣的、液壓的等）、執(zhí)行件（如撥叉、滑塊、銷子等）。對操縱機構(gòu)的要求是：
（1）安全可靠
①使被操作件準確可靠地處于要求的位置，在機床工作中不應(yīng)松動或脫開。
②機構(gòu)應(yīng)該有足夠的強度、剛度和壽命。
（2）操縱方便直觀，容易記憶。
（3）操縱省力迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，便于制造和維修。
6.4 操縱機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式
操縱機構(gòu)按其控制移動件的多少可以分為單獨操縱和集中操縱。單獨操縱就是一個手柄只操縱一個被操縱件，它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點是當被操縱件多時機床手柄多，有時操縱不方便，難于記憶，操作時間長。為了簡化操縱過程和節(jié)省輔助時間，常采用集中操縱機構(gòu)。
單獨式的操縱機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式很多，一般分為擺動式和移動式兩種。在本設(shè)計中采用擺動式的操縱機構(gòu)。由手柄經(jīng)過轉(zhuǎn)軸、擺桿、滑塊使齒輪沿花鍵軸移動。這種操縱方式結(jié)構(gòu)簡單，在機床上應(yīng)用很普遍。
第 20 頁(共 41 頁)
7 傳動件的估算和驗算
7.1 各傳動組齒輪模數(shù)的估算設(shè)計
7.1.1 各傳動軸上齒輪的模數(shù)估算
1)選擇齒輪的材料、熱處理和精度等級
大小齒輪均選用7級精度的40Cr鋼表面淬火，平均齒面硬度為52HRC。
2)按齒面彎曲疲勞強度初步計算齒輪參數(shù)
因為是閉式硬齒面齒輪傳動，故先按照齒面彎曲疲勞強度進行設(shè)計，即：
式中各參數(shù)為：
（1）試選載荷系數(shù)；
（2）計算小齒輪的轉(zhuǎn)矩：
（3）按參考文獻[9]表6-7選取齒寬系數(shù)，,；
（4）取,，,,,；
（5）查參考文獻[9]表6-4得到齒形系數(shù)：，，，,,,,；
應(yīng)力校正系數(shù)：
，，,，，，，；
（6）許用彎曲應(yīng)力由式計算：
①查參考文獻[9]圖6-15（e）得到彎曲疲勞極限為：，，；
②由可以取安全系數(shù)；
③由式得到各大小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：
；
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；；；；
；；。
④查閱參考文獻[9]圖6-17可以得到彎曲疲勞系數(shù)：
；；；；；；
3)功率的計算
取齒輪的傳動效率為（7級精度），滾動軸承的效率為，聯(lián)軸器的效率為。
當主軸以計算轉(zhuǎn)速工作時，各軸的輸入功率為：
；；；
各軸的輸入轉(zhuǎn)矩的計算：
；
；；；。
所以：
；；
4)確定傳動尺寸
第 22 頁(共 41 頁)
（1）計算圓周速度：
；；
所以，7級精度合用。
（2）計算載荷系數(shù)。各系數(shù)選擇如下：
查閱參考文獻[9]表6-1得到使用系數(shù)；
由7級精度查參考文獻[9]圖6-6的動載荷系數(shù)；；；；
由參考文獻[9]表6-2得到齒間載荷分配系數(shù)；齒向載荷分布系數(shù)。
由式可以得到：
；
；；。
（3）對進行修正：
；
；；；
取其中的標準模數(shù)為：；；；。
（4）計算中心距：
；；；
（5）計算分度圓直徑：
； ；
； ；
； ；
；
（6）計算齒寬：
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，取，則；
，取，則；
，取，則；
，取，則；
5)校核齒面接觸疲勞強度：
由式校核得到。
式中各參數(shù)為：
（1）,,,
，，，
、、、、和值同前。
（2）區(qū)域系數(shù)；
（3）由參考文獻[9]表6-3查得彈性系數(shù)；
（4）許用接觸應(yīng)力由計算。
由參考文獻[9]圖6-14（e）得接觸疲勞極限：
；
由參考文獻[9]圖6-16（曲線2）得接觸疲勞壽命系數(shù)：
；取安全系數(shù),則：
；；
由于；；；，均滿足齒面接觸疲勞強度。
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6)進一步校核模數(shù)：
軸在計算轉(zhuǎn)速時，軸Ⅱ與Ⅰ的轉(zhuǎn)速相同，按軸Ⅲ的計算轉(zhuǎn)速來校核；
第二擴大組有升速傳動，可以按軸Ⅳ的最高轉(zhuǎn)速來校核。
（1）校核：
, ,；；；
疲勞極限：；；；
；
。
查閱參考文獻[9]圖6-17得到彎曲疲勞壽命系數(shù),
；；
??；
故此時，合適。
（2）校核：
升速傳動時，按照小齒輪的接觸疲勞強度校核，大齒輪按照彎曲疲勞強度來校核。由參考文獻[9]圖6-14得到接觸疲勞極限，由參考文獻[9]圖6-16得到接觸疲勞壽命系數(shù),取安全系數(shù)，則：
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此時，不合適，再取代入上式計算可得：
故此時合適。
； ；
查參考文獻[9]表6-4得齒形系數(shù)， ，
， ；
許用彎曲應(yīng)力由式計算。
查參考文獻[9]圖6-12得彎曲疲勞極限,由取安全系數(shù) ；
由式得大齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：
；
查參考文獻[9]圖6-17得彎曲疲勞壽命系數(shù)，
故
；
取
又 ；
故
由參考文獻[9]圖6-14得接觸疲勞強度；
由參考文獻[9]圖6-16得接觸疲勞壽命系數(shù) ，取安全系數(shù)，
則 ， , ，
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故 合適，滿足強度要求。
7.1.2 各齒輪幾何尺寸的確定
（1）電-Ⅰ組相關(guān)參數(shù)
，；
分度圓：；
齒頂高：
齒根高：
全齒高：
齒頂圓直徑：；
齒根圓直徑：；
齒距：
基圓齒距：
齒厚：
齒槽寬：
頂隙：
標準中心距：
基圓直徑：；
；
齒寬：；。
（2）第Ⅰ-Ⅱ組相關(guān)參數(shù)
，，,,,,,;
分度圓：；；；
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；；
齒頂高：
齒根高：
齒頂圓直徑：；；；；
齒根圓直徑：；；；；
齒距：
基圓齒距：
齒厚：
齒槽寬：
頂隙：
標準中心距：；
基圓直徑：；；；；
齒寬：；；
；；
；。
（3）第Ⅱ-Ⅲ組相關(guān)參數(shù)
，，,,,；
分度圓：；；；
齒頂高：
齒根高：
齒頂圓直徑：；；；
齒根圓直徑：；；；
齒距：
基圓齒距：
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齒厚：
齒槽寬：
頂隙：
標準中心距：；
基圓直徑：；；；
齒寬：；；
；；
（4）第Ⅲ-Ⅳ組相關(guān)參數(shù)
，，,,,；
分度圓：；；；
；
齒頂高：
齒根高：
齒頂圓直徑：；；；
齒根圓直徑：；；；
；
齒距：
基圓齒距：
齒厚：
齒槽寬：
頂隙：
標準中心距：；
基圓直徑：；；
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；；
齒寬：；；
7.2 估算各傳動軸的最小直徑
軸徑的初步估算常用如下的方法：按扭轉(zhuǎn)剛度初估軸徑。
其扭轉(zhuǎn)強度條件為：
式中：-----軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（）；
------軸所傳遞的扭矩（）；
-----軸的抗扭截面系數(shù)（）；
-----軸所傳遞的功率（）；
------軸的轉(zhuǎn)速（）；
----軸的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（）。
對于實心軸，其最小直徑為：
（1）Ⅰ軸的直徑：
，取。
（2）Ⅱ軸的直徑：
，取。
（3）Ⅲ軸的直徑：
，取。
（4）主軸的直徑：
，取。
（5）電動機軸的直徑：
，取。
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7.3 各傳動軸的校核
該傳動系統(tǒng)傳動軸主要受到各工作齒輪的軸、徑向力作用，齒輪的圓周力使軸傳遞扭矩，齒輪的徑向力（和軸向力）使軸受彎矩，所以傳動軸應(yīng)按照彎矩和扭矩合成的強度條件進行驗算。
Ⅰ軸的校核：該軸上有三對嚙合的齒輪副，由前面的計算可以得出中間的兩對齒輪的撓度在該軸中心處作用效果最大，所以該軸的校核應(yīng)該用中間嚙合齒輪來校核。
。
Ⅱ軸、Ⅲ軸的校核同上。
第 31 頁(共 41 頁)
8 機床主軸組件的設(shè)計
機床主軸組件主要包括主軸和主軸支承（加工中心的主軸組件還包括安裝在主軸孔內(nèi)的松拉刀機構(gòu)，機械傳動、機電結(jié)合傳動的主軸組件還包括安裝在主軸上的傳動件）。機械傳動、機電結(jié)合傳動和零傳動三種形式的主軸組件的共性問題是：主軸支承的類型及配置和主軸結(jié)構(gòu)。
主軸組件的設(shè)計包括主軸軸承的選擇，軸承的布置與調(diào)整，確定主軸的結(jié)構(gòu)、材料、技術(shù)要求及其潤滑和密封等。
8.1 主軸結(jié)構(gòu)
8.1.1 主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定
主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有主軸前、后軸頸直徑和，主軸內(nèi)孔直徑，主軸前端懸伸量和主軸支承間的跨距（如圖5所示），這些參數(shù)直接影響到主軸的旋轉(zhuǎn)精度和主軸剛度。
圖5 主軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)
（1）主軸前后軸頸直徑的選取
一般按照機床類型、主軸傳遞的功率或者是最大加工直徑，參照參考文獻[13]中表3.13選取。車床和銑床后軸頸的直徑。
（2）主軸內(nèi)孔直徑的確定
很多機床的主軸是空心的，內(nèi)孔直徑與其用途有關(guān)。如車床的主軸內(nèi)孔用來通過棒料或者是安裝送夾料機構(gòu)；銑床的主軸內(nèi)孔可以通過拉桿來拉緊刀桿，等等。臥式
第 32 頁(共 41 頁)
車床的主軸孔徑通常不小于主軸平均直徑的55%~60%；銑床的主軸孔徑可以比刀具拉桿的直徑大5~10mm。
8.1.2 主軸軸承的選用
為了給主軸提供更好的支承，同時也要考慮到潤滑、安裝精度。組件用的軸承類型有：滾動軸承、滑動軸承（液體動壓軸承、液體靜壓軸承、空氣靜壓軸承）、磁浮軸承。
主軸采用了軸向后端定位的兩支承主軸組件。前支承采用雙列圓柱滾子軸承，后支承采用角接觸球軸承和單向推力球軸承。為了保證主軸的回轉(zhuǎn)精度，主軸前后軸承均采用壓塊式防松螺母調(diào)整軸承的間隙。
8.1.3 主軸前端部的結(jié)構(gòu)
主軸的前端采用短圓錐法蘭式結(jié)構(gòu)，用來安裝卡盤或撥盤。主軸前端的短圓錐面是安裝卡盤或撥盤的定位面，法蘭上凹形孔中的端面鍵用來傳遞轉(zhuǎn)矩。安裝撥盤或卡盤時，首先通過雙頭螺柱及螺母將撥盤或卡盤和卡口墊連接，再用螺釘固定卡口墊。主軸前端的這種結(jié)構(gòu)有利于提高主軸組件的剛度，且裝卸卡盤或撥盤方便，工作可靠，定心精度高，所以得到了廣泛的應(yīng)用。普通車床和升降臺銑床主軸端部的結(jié)構(gòu)型式和尺寸已經(jīng)標準化。設(shè)計時應(yīng)該按照《法蘭式車床主軸端部尺寸》（JB2521--79）來選用。法蘭式主軸端部按其與卡盤附件不同的連接方式，可以分為五種型式：
、型：通過螺孔用螺釘連接
型：通過通孔用螺栓或螺柱連接
型：通過插銷螺柱及轉(zhuǎn)墊實現(xiàn)快換連接
型：通過凸輪鎖緊連接
主軸的內(nèi)孔采用7：24的錐度。
8.2 主軸剛度的校核
主軸剛度目前沒有明確的統(tǒng)一要求，若從機床能達到的加工精度出發(fā)，應(yīng)使機床在精加工或半精加工的切削條件下，主軸前端撓度的最大值必須小于端部徑向跳動允許值的1/3，其允許值可以按照國家機床精度標準GC2-60的規(guī)定查取。
8.2.1 主軸的結(jié)構(gòu)簡圖
第 33 頁(共 41 頁)
圖6 主軸的結(jié)構(gòu)簡圖
8.2.2 主軸最佳跨距的確定
車床，。
（1） 選擇軸頸直徑,軸承型號和最佳跨距，照參考文獻[13]中表3.13，前軸頸的直徑應(yīng)該為,初選,后軸頸的直徑應(yīng)該為，取,前軸承為NN212E,后軸承為NN212E,根據(jù)結(jié)構(gòu),定懸伸長度
（2）求軸承剛度
考慮到機械效率，主軸最大輸出轉(zhuǎn)距；
床身上最大加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的60%,取50%即200,故半徑為0.1.
切削力
背向力
故總的作用力
主軸軸端承受一半次力,故受力為
先假設(shè) ，則前后支撐分別為
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根據(jù)可以得到：
。
8.2.3 計算跨距
前支承為雙列圓柱滾子軸承，后支承為雙列圓柱滾子軸承
當量外徑
主軸剛度：由于
故
對于機床的剛度要求，取阻尼比
當,時,,
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取
計算 ：
可以看出，該機床的主軸是合格的。
8.3主軸的潤滑結(jié)構(gòu)與密封
主軸箱內(nèi)采用飛濺式潤滑，油面高度為65mm左右，甩油環(huán)浸油深度為10mm左右。潤滑油型號為：IIJ30。
卸荷皮帶輪軸承采用脂潤滑方式。潤滑脂型號為：鈣質(zhì)潤滑脂。
8.4 密封裝置設(shè)計
軸的軸頸尺寸不大，擁有較低的線速度，用皮碗式接觸密封可以起到很好地密封作用。對于尺寸相對大、線速度高的主軸，采用的是非接觸式密封。卸荷皮帶輪采用毛氈式密封，毛氈可以有效隔絕外界雜質(zhì)。
8.5 車床主軸箱內(nèi)的潤滑方式
車床主軸箱是加工工件的重要部分，也有著較高成本為了保持其精度，延長壽命，車床各個地方需要做到全面的潤滑。主要潤滑方式有以下幾種方法：
1）飛濺潤滑 浸泡在潤滑油里的齒輪在高速轉(zhuǎn)動時將油帶到兩齒輪的嚙合處，起到潤滑齒輪的作用。
第 36 頁(共 41 頁)
2） 壓力潤滑 通過主軸箱內(nèi)柱塞泵，柱塞泵加壓使油流到軸承的上面起到潤滑軸承作用
3） 重力潤滑 主軸箱內(nèi)在高速運轉(zhuǎn)時會有很多飛濺到箱蓋上的油，會順著油槽流到軸承上，通過這種循環(huán)達到潤滑齒輪的作用。
大部分潤滑的重點都在于潤滑軸承，軸其工作狀態(tài)對于主軸箱的運轉(zhuǎn)起到非常重要的作用。
8.6 主軸箱體的設(shè)計
箱中有主軸、變速機構(gòu)，操縱機構(gòu)和潤滑系統(tǒng)等。主軸箱除應(yīng)保證運動參數(shù)外，還應(yīng)具有較高的傳動效率，傳動件具有足夠的強度或剛度，噪聲較低，振動要小，操作方便，具有良好的工藝性，便于檢修，成本較低，防塵、防漏、外形美觀等。
為了減輕機床的重量，在保證箱體足夠剛度的前提下，箱體應(yīng)盡量選用較小的壁厚。最小壁厚可以根據(jù)外形輪廓尺寸按參考文獻[21]中的表選擇。至于支承面、凸臺和連接面等有特殊的壁和隔板，可以按結(jié)構(gòu)需要適當加厚。
箱體在床身上的安裝方式，機床類型不同，其主軸變速箱的定位安裝方式亦不同。有固定式、移動式兩種。車床主軸箱為固定式變速箱，用箱體底部平面與底部突起的兩個小垂直面定位，用螺釘和壓板固定。本主軸箱箱體為一體式鑄造成型，留有安裝結(jié)構(gòu)，并對箱體的底部為安裝進行了相應(yīng)的調(diào)整。箱體的顏色根據(jù)機床的總體設(shè)計確定，并考慮機床實際使用地區(qū)人們心理上對顏色的喜好及風(fēng)俗。
箱體中預(yù)留了潤滑油路的安裝空間和安裝螺紋孔及油溝。
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總結(jié)
CA6140車床的設(shè)計是一個縝密又詳細的過程，其機構(gòu)復(fù)雜而巧妙。從傳動系統(tǒng)的設(shè)計到軸系部件到驗算，我發(fā)現(xiàn)了太多自己不會的地方，需要耐心地查找資料，機械設(shè)計是個一環(huán)套一環(huán)的過程，所有零部件之間互相配合又互相影響，最后才能組成一個完整精密的傳動系統(tǒng)。最后的驗算決定著這個傳動系統(tǒng)是否符合要求，達到工作目的。經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計，我對機械系統(tǒng)設(shè)計這門課當中許多原理公式有了進一步的了解，并且對設(shè)計工作有了更深入的認識。在日后的工作中也會接觸到更多的東西，也讓我明白了有更多的知識需要去探索，去學(xué)習(xí)。
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致謝
在設(shè)計成過程中，感謝很多人的幫助和指點，首先我要感謝我的母校的辛勤培育，感謝院系各位老師四年來的諄諄教誨，感謝他們默默的栽培我。
本次設(shè)計是在我的導(dǎo)師XX的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。她嚴肅的科學(xué)態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，老師都始終給予我細心的指導(dǎo)和不懈的支持，在此，謹向教師表示衷心的感謝和崇高的敬意！
此外，在畢業(yè)設(shè)計過程中，也得到了其他老師和同學(xué)的幫助，設(shè)計任務(wù)一直在很好的氛圍中進行，在這里，也向他們表示真誠的感謝！
再次向設(shè)計中所有提供過幫助的人表示感謝！
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