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C7620型车床主轴箱及后刀架设计（C7620型卡盘多刀半自动车床的主轴箱设计）【全套CAD图纸+word说明书】
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c7620
车床
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购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 业 设 计（ 论 文 ） 题目 车床主轴箱及后刀架设计 作者 学院 专业 学号 指导教师 二一五年 五月二十七日 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 I 摘 要 本次设计为 卡盘多刀半自动车床的主轴箱设计。 该车床是用于加工盘套类零件的高效率机床，主传动采用双速电机，结构简单。首先根据本次设计的主要参数进行机床转速的确定，拟定传动方案，确定出主轴箱的转速图和变速传动系统图。选定齿轮的齿数，通过验算主轴的转速误差是否在误差值的允许范围内，从而确定设计的齿轮是否达到设计 要求。根据机床设计手册和已经确定的主轴箱转速图，计算主轴、各传动轴以及各齿轮的计算转速，进而确定齿轮的模数和材料，完成齿轮的设计。注意到本次设计中双速电机的特点，根据主动带轮传递的功率选择三角胶带的型号，确定胶带长度以及根数等，进一步计算传动轴和主轴的轴径，选择花键的型号，完成皮带和各个轴的设计，至此完成车床主轴箱内主要零件的设计。 针对齿轮的模数以及传动轴（中轴）的刚度和强度、轴承寿命等进行校核验算，达到合格后即初步完成了车床主轴箱的整体设计。 关键词 :主轴箱 齿轮 轴 三角胶带 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 he is a of to of of of by of to to to of to by to of of as as of of of 纸和说明书 ,咨询 V 目 录 绪 论 .一章 主动参数的确定 .定传动公比 .电动机的选择 .二章 车床的规格 .三章 变速结构的设计 .定变速组及各变速组中变速副的数目 .构式的确定 .变速组的变速范围及极限传动比 .定各轴的转速 .制转速图 .定各变 速组变速副齿数 .制变速系统图 .四章 结构设计 .构设计的内容、技术要求和方案 .开图及其布置 . 轴（输入轴）的设计 .轮块设计 .动轴的设计 .轴组件设计 . 各部分尺寸的选择 . 主轴材料和热处理 . 主轴轴承 . 主轴与齿轮的连接 . 润滑与密封 . 其他问题 .五章 传动件的设计 .轮的设计 .轮结构设计 .动轴的直径估算 .的选择 .轮模数的确定 .定各轴间的中心距 .买后包含有 纸和说明书 ,咨询 轮的设计 .六章 齿轮校核 .轮强度校核 . 校核 . 校核 .七章 传动轴刚度校核 .算其装齿轮处产生的挠度和倾角 .算轴承处转角 .八章 轴承的选用和校核 .轴轴承的选用的型号 .承寿命计算 .九章 后刀架的设计 .刀架的发展趋势 .刀架设计的基本要求 .7620 机床后刀架的设计 .架的组成 .刀架的工作 .架参数的确定 .力源的选取 .装调试 .十章结论 . 42 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 绪 论 盘多刀半自动车床是一种以加工盘类零件为主的高效率机床 ,该机床配有前后两个刀架 ,能对零件进行端面、外圆、内孔及斜锥等多种工序的加工。 由于本机床主传动系统采用双速电机驱动，所以前后刀架在一次自动循环中能根据零件直径的不同，自动变换两种不同的进 给速度。机床前后刀架的驱动和工件的夹松都是采用液压控制的，由于在电器部分采用了步进程序控制线路组成的预选工艺卡片 (即插销板 )，配合行程挡铁的调整，可以实现本机床所提出的各种自动循环。 在机床设计开始时需要先确定相关的参数，它是其它设计的根据，影响到产品是否可以满足实际要求，这是设计的关键一步。机床参数有主基本参数与基本参数。主参数是机车参数中最重要的，它直接反映机床的加工能力和特性，决定和影响其它基本参数。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 第一章 主动参数的确定 定传动公 比 根据机械制造装备设计77准公比 。这里我们取标准公比系列 =因为 =根据机械制造装备设计77准数列。首先找到最小极限转速 90，再每跳过 5 个数（ 取一个转速，即可得到公比为 90、 125、 180、 255、 345、 485、 710、 1000。 电动机的选择 采用双速电动机 ,电动机变速范围位 2,转速级数共 8 级。 电机功率 0/ 电机转速 m 440/710 电购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 第二章 车床的规格 根据以上的计算和设计任务书可得到本次 设计车床的基本参数： 表 格尺寸）和基本参数表 工件最大回转直径 最高转速 最低转速 电机功率 P（ 公比 转速级数Z 200 1000 90 0 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 第三章 变速结构的设计 拟定变速方案，包括变速型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个变速系统的确定。变速型式则指变速和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的变速型式、变速类型。 变速方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。因此，确定变速方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。 变速方案有多种，变速型式更是众多，比如：变速型式上有集中变速，分离变速；扩大变速范围可用增加变速组数，也可采用背轮结 构、分支变速等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。 显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。 定变速组及各变速组中变速副的数目 级数为 变速组分别有 Z 、 Z 个变速副。即 321 变速副中由于结构的限制以 2 或 3 为合适，即变速级数 Z 应为 2 的因子： ，方案： 2228 电变速组作为第一扩大组， I 间的变速组为基本组，传动副数为 2， 动副数为 2。 构式的确定 转速级数： Z=8，根据传动副前多后少传动线前密后疏降速前缓后急的三原则，可确定结构方案为： 4212228 ，但考虑到所设计机床的实际情况，采用双速电动机驱动，双速电动机是动力源，必须为第一变速组（电变速 组）；但级比是 2，除可为混合公比传动系统的变型基本组外，不可能是常规传动系统的基本组，只能作为第一扩大组。因此，机床采用双速电动机时，传动顺序和扩大顺序不一致。由于传动系统的公比是 基本组的传动副数为 2。因此，确定其传动最佳方案： 4212228 。 变速组的变速范围及极限传动比 传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围：在降速传动时，为防止被动齿轮的直径过大而使进径向尺寸过大，常限制最小传动比， 1/4，升速传动时，为防止产生过大的振动和噪音，常限制最大传动比 2i ，斜齿轮比较平稳，可取 i ，故变速组的最大变速范围为 8 10。 主轴的变速范围应等于住变速传动系中各个变速组变速范围的乘积，即： 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 210检查变速组的变速范围是否超过极限值时，只需检查最后一个扩大组。因为其他变速组的变速范围都比最后扩大组的小，只要最后扩大组的变速范围不超过极限值，其他变速组就不会超过极限值。 1222 (其中， 62 X ， 22P )108(R，符合要求。 定各轴的转速 定主轴计算转速 ： 计算转速传动件的计 算转速可以从转速图上，按主轴的计算转速和相应的传动关系确定。 根据机械制造装备设计表 3轴的计算转速为 m 2 1 . 6 3813zm i n j 又因为 在转速点上，故选定 250r/主轴的计算转速 。 变速轴的计算转速 ： 轴的计算转速350r/ 轴的计算转速216r/ 轴的计算转速110r/ 齿轮的计算转速 各变速组内一般只计算组内最小齿轮，也是最薄弱的齿轮，故也只需确定最小齿轮的计算转速。 变速组 z = 25 的齿轮，计算转速为 316r/ 变速组 z = 36 的齿轮，计算转速为 710r/ 核算主轴转速误差 m i n/972/45180/1801440 实40 标 %5%00940)100)( 标标实 n 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 所以合适。 制转速图 图 速图 定各变速组变速副齿数 确定齿轮齿数的原则和要求： 齿轮的齿数和 应过大；齿轮的齿数和 大会加大两轴之间的中心距，使机床结构庞大，一般推荐 100 200. 最小齿轮的齿 数要尽可能少；但同时要考虑： 最小齿轮不产生根切，机床变速箱中标准直圆柱齿轮，一般最小齿数 18； 受结构限制的最小齿轮最小齿数应大于 18 20； 齿轮齿数应符合转速图上传动比的要求：实际传动比（齿数之比）与理论传动比（转速图上要求的传动比）之间又误差，但不能过大，确定齿轮数所造成的转速误差，一般不应超过 10%（ %，即 ）（理实理 110n n n % 理n 实n 齿轮齿数的确定，当各变速组的传动比确定以后，可确定齿轮齿数。对于定比传动的齿轮齿数可依据机械设计手册推荐的方法确定。对于变速组内齿轮的齿 数，如传动比购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 是标准公比的整数次方时，变速组内每对齿轮的齿数和 小齿轮的齿数可以从机械制造装备设计表 3选取。一般在主传动中，最小齿数应大于 18 20。采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于 4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。 根据机械制造装备设计94P,查表 3种常用变速比的使用齿数。 电机和轴之间传动为皮带定比传动，所需数据由机械制造装备设计中表 2 电动机 轴：01 8 0 1180n 速组 a 的齿数确定 : 轴 轴： 2 ，故取其倒数，查表 2在这二个传动比的 数和）分别有： 1 ， 109,111,112,113,114,116,117,118, 2 ， 109,110,111,113,114,116,117， 因变速组内所有齿轮模数相同，并是标准齿轮，则二对传动副的齿数和 合条件的有： 109， 111， 113， 114， 116， 117，若取117表中可查得小齿轮的齿数分别是 451 z ， 363 z ，则可算出二个传动副的齿轮齿数为： 72451 1 712 , 81361 1 734 。 速组 b 的齿数确定 ： 轴 轴： 1 2 ，故取其倒数，即按 查表 2在这二个传动比的 数和）分别有： z= 110， 111， 112， 113， 114 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 108， 109， 110， 113， 114 取 13，从表中可查得小齿轮的齿数分别是 545 z， 257 z， 则可算出二个传动副的齿轮齿数为： 59541 1 356 ， 88251 1 378 。 制变速系统图 图 速图 第四章 结构设计 构设计的内容、技术要求和方案 设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、带轮、齿轮、离合器和制动器等）、主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结件的结构设计与布置，用一张展开图和若干张 横截面图表示。 主轴变速箱是机床的重要部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外，着重考购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 虑以下几个方面的问题：精度方面的要求，刚度和抗震性的要求，传动效率要求，主轴前轴承处温度和温升的控制，结构工艺性，操作方便、安全、可靠原则，遵循标准化和通用化的原则。 主轴变速箱结构设计时整个机床设计的重点，由于结构复杂，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。在正式画图前应该先画草图。目的是： 1） 布置传动件及选择结构方案。 2） 检验传动设计的结果中有无干涉、碰撞或其他不合理的情况，以便及时改正。 确定传动轴的支承跨距、齿轮在 轴上的位置以及各轴的相对位置，以确定各轴的受力点和受力方向，为轴和轴承的验算提供必要的数据。 开图及其布置 展开图就是按照传动轴传递运动的先后顺序，假想将各轴沿其轴线剖开并将这些剖切面平整展开在同一个平面上。 总布置时需要考虑制动器的位置。制动器可以布置在背轮轴上也可以放在其它轴上。制动器不要放在转速太低轴上，以免制动扭矩太大，使制动器尺寸增大。 齿轮在轴上布置很重要，关系到变速箱的轴向尺寸，减少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。 轴（输入轴）的设计 将运动带入变速箱的带轮一般都安装在轴端，轴变形较大，结构上应注意加强轴的刚度或使轴部受带轮的拉力（采用卸荷装置）。我们采用的卸荷装置一般是把轴承装载法兰盘上，通过法兰盘将带轮的拉力传递到箱壁上。 车床上的反转一般用于加工螺纹时退刀。车螺纹时，换向频率较高。实现正反转的变换方案很多，我们采用正反向离合器。正反向的转换在不停车的状态下进行，常采用片式摩擦离合器。由于装在箱内，一般采用湿式。 齿轮与轴之间的轴承可以用滚动轴承也可以用滑动轴承。滑动轴承在一些性能和维修上不如滚动轴承，但 它的径向尺寸小。 空套齿轮需要有轴向定位，轴承需要润滑。 轮块设计 齿轮是变速箱中的重要元件。齿轮同时啮合的齿数是周期性变化的。也就是说，作用在一个齿轮上的载荷是变化的。同时由于齿轮制造及安装误差等，不可避免要产生动载荷而引起振动和噪音，常成为变速箱的主要噪声源，并影响主轴回转均匀性。在齿轮块设计时，应充分考虑这些问题。 齿轮块的结构形式很多，取决于下列有关因素： 一、 是固定齿轮还是滑移齿轮； 二、 移动滑移齿轮的方法； 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 0 三、 齿轮精度和加工方法； 变速箱中齿轮用于传递动力和运动。它的精度选择主要取决于圆周速度。 采用同一精度时，圆周速度越高，振动和噪声越大，根据实际结果得知，圆周速度会增加一倍，噪声约增大 6 工作平稳性和接触误差对振动和噪声的影响比运动误差要大，所以这两项精度应选高一级。 为了控制噪声，机床上主传动齿轮都要选用较高的精度。大都是用 7 6 6，圆周速度很低的，才选 8 7 7。如果噪声要求很严，或一些关键齿轮，就应选 6 5 5。当精度从 7 6 6提高到 6 5 5 时，制造费用将显著提高。 不同精度等级的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构要求也有所不同。 8级精度齿轮，一般滚齿或插齿就可以达到。 7 级 精度齿轮，用较高精度滚齿机或插齿机可以达到。但淬火后，由于变形，精度将下降。因此，需要淬火的 7 级齿轮一般滚（插）后要剃齿，使精度高于 7，或者淬火后在衍齿。 6级精度的齿轮，用精密滚齿机可以达到。淬火齿轮，必须磨齿才能达到 6 级。 机床主轴变速箱中齿轮齿部一般都需要淬火。 滑移齿轮进出啮合的一端要圆齿，有规定的形状和尺寸。圆齿和倒角性质不同，加工方法和画法也不一样，应予注意。 选择齿轮块的结构要考虑毛坯形式（棒料、自由锻或模锻）和机械加工时的安装和定位基面。尽可能做到省工、省料又易于保证精度。 齿轮磨齿时，要求 有较大的空刀（砂轮）距离，因此多联齿轮不便于做成整体的，一般都做成组合的齿轮块。有时为了缩短轴向尺寸，也有用组合齿轮的。 要保证正确啮合，齿轮在轴上的位置应该可靠。滑移齿轮在轴向位置由操纵机构中的定位槽、定位孔或其他方式保证，一般在装配时最后调整确定。 动轴的设计 机床传动轴，广泛采用滚动轴承作支撑。轴上要安装齿轮、离合器和制动器等。传动轴应保证这些传动件或机构能正常工作。 首先传动轴应有足够的强度、刚度。如挠度和倾角过大，将使齿轮啮合不良，轴承工作条件恶化，使振动、噪声、空载功率、磨损和发热增大 ；两轴中心距误差和轴芯线间的平行度等装配及加工误差也会引起上述问题。 传动轴可以是光轴也可以是花键轴。成批生产中，有专门加工花键的铣床和磨床，工艺上并无困难。所以装滑移齿轮的轴都采用花键轴，不装滑移齿轮的轴也常采用花键轴。 花键轴承载能力高，加工和装配也比带单键的光轴方便。 轴的部分长度上的花键，在终端有一段不是全高，不能和花键空配合。这是加工时购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 1 的过滤部分。一般尺寸花键的滚刀直径刀5 85 机床传动轴常采用的滚动轴承有球轴承 和滚锥轴承。在温升、空载功率和噪声等方面，球轴承都比滚锥轴承优越。而且滚锥轴承对轴的刚度、支撑孔的加工精度要求都比较高。因此球轴承用的更多。但是滚锥轴承内外圈可以分开，装配方便，间隙容易调整。所以有时在没有轴向力时，也常采用这种轴承。选择轴承的型号和尺寸，首先取决于承载能力，但也要考虑其他结构条件。 同一轴心线的箱体支撑直径安排要充分考虑镗孔工艺。成批生产中，广泛采用定径镗刀和可调镗刀头。在箱外调整好镗刀尺寸，可以提高生产率和加工精度。还常采用同一镗刀杆安装多刀同时加工几个同心孔的工艺。下面分析几种镗孔方式 ：对于支撑跨距长的箱体孔，要从两边同时进行加工；支撑跨距比较短的，可以从一边（丛大孔方面进刀）伸进镗杆，同时加工各孔；对中间孔径比两端大的箱体，镗中间孔必须在箱内调刀，设计时应尽可能避免。 既要满足承载能力的要求，又要符合孔加工工艺，可以用轻、中或重系列轴承来达到支撑孔直径的安排要求。 两孔间的最小壁厚，不得小于 5 10以免加工时孔变形。 花键轴两端装轴承的轴颈尺寸至少有一个应小于花键的内径。 一般传动轴上轴承选用 G 级精度。 传 动轴必须在箱体内保持准确位置，才能保证装在轴上各传动件的位置正确性，不论轴是否转动，是否受轴向力，都必须有轴向定位。对受轴向力的轴，其轴向定位就更重要。 回转的轴向定位（包括轴承在轴上定位和在箱体孔中定位）在选择定位方式时应注意： 1） 轴的长度。长轴要考虑热伸长的问题，宜由一端定位。 2） 轴承的间隙是否需要调整。 3） 整个轴的轴向位置是否需要调整。 4） 在有轴向载荷的情况下不宜采用弹簧卡圈。 加工和装配的工艺性等。 轴组件设计 主轴组件结构复杂，技术要求高。安装工件（车床）或者刀具（铣床、钻床等）的主轴参予切削成 形运动，因此它的精度和性能直接影响加工质量（加工精度和表面粗糙度），设计时主要围绕着保证精度、刚度和抗振性，减少温升和热变形等几个方面考虑。 部分尺寸的选择 主轴形状与各部分尺寸不仅和强度、刚度有关，而且涉及多方面的因素。 1） 内孔直径 车床主轴由于要通过棒料，安装自动卡盘的操纵机构及通过卸顶尖的顶杆，必须是购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 2 空心轴。为了扩大使用范围，加大可加工棒料直径，车床主轴内孔直径有增大的趋势。 2） 轴颈直径 前支撑的直径是主轴上一主要的尺寸，设计时，一般先估算或拟定一个尺寸，结构确定后再进行核算。 3） 前锥孔直径 前锥孔用来装顶尖或其他工具锥柄，要求能自锁，目前采用莫氏六号锥孔。 4） 支撑跨距及悬伸长度 为了提高刚度，应尽量缩短主轴的外伸长度 a 。选择适当的支撑跨距 L ，一般推荐取： =2 距 L 小时，轴承变形对轴端变形的影响大。所以，轴承刚度小时，选大值，轴刚度差时，则取小值。 跨距 L 的大小，很大程度上受其他结构的限制，常常不能满足以上要求。安排结构时力求接近上述要求。 轴材料和热处理 在主轴结构形状和尺寸一定的条件下，材料的弹性模量 E 越大，主轴的刚度也越高，由于钢材的 一般采用钢质主轴，一般机床的主轴选用价格便宜、性能良好的 45 号钢。提高主轴有关表面硬度，增加耐磨性，在长期使用中不至于丧失精度，这是对主轴热处理的根本要求。机床主轴都在一定部位上承受着不同程度的摩擦，主轴与滚动轴承配合使用时，轴颈表面具有适当的硬度可改善装配工艺并保证装配精度，通常硬度为 可满足要求。一般机床的主轴，淬火时要求无裂纹，硬度均匀；淬硬层深度不小于 1好 精磨后仍能保留一点深度的淬硬层，主轴热处理后变形要小。螺纹表面一般不淬火；淬火部位的空刀槽不能过深，台阶交接处应该倒角；渗氮主轴的锐边、棱角必须倒圆 R避免渗氮层穿透剥落。 轴轴承 1）轴承类型选择 主轴前轴承有两种常用的类型： 双列短圆柱滚子轴承。承载能力大，可同时承受径向力和轴向力，结构比较简单，但允许的极限转速低一些。 与双列短圆柱滚子轴承配套使用承受轴向力的轴承有 三种： 600 角双向推力向心球轴承。是一种新型轴承，在近年生产的机床上广泛采用。具有承载能力大，允许极限转速高的特点。外径比同规格的双列圆柱滚子轴承小一些。在使用中，这种轴承不承受径向力。 推力球轴承。承受轴向力的能力最高，但允许的极限转速低，容易发热。 向心推力球轴承。允许的极限转速高，但承载能力低，主要用于高速轻载的机床。 2）轴承的配置 大多数机床主轴采用两个支撑，结构简单，制造方便，但为了提高主轴刚度也有用购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 3 三个支撑的了。三支撑结构要求箱体上三支撑孔具有良好的同心度，否则温升和空载功率增大，效果不一定 好。三孔同心在工艺上难度较大，可以用两个支撑的主要支撑，第三个为辅助支撑。辅助支撑轴承（中间支撑或后支撑）保持比较大的游隙（约 ，只有在载荷比较大、轴产生弯曲变形时，辅助支撑轴承才起作用。 轴承配置时，除选择轴承的类型不同外，推力轴承的布置是主要差别。推力轴承布置在前轴承、后轴承还是分别布置在前、后轴承，影响着温升后轴的伸长方向以及结构的负责程度，应根据机床的实际要求确定。 在配置轴承时，应注意以下几点： 每个支撑点都要能承受经向力。 两个方向的轴向 力应分别有相应的轴承承受。 径向力和两个方向的轴向力都应传递到箱体上，即负荷都由机床支撑件承受。 3）轴承的精度和配合 主轴轴承精度要求比一般传动轴高。前轴承的误差对主轴前端的影响最大，所以前轴承的精度一般比后轴承选择高一级。 普通精度级机床的主轴，前轴承的选 C 或 D 级，后轴承选 D 或 E 级。选择轴承的精度时，既要考虑机床精度要求，也要考虑经济性。 轴承与轴和轴承 与箱体孔之间，一般都采用过渡配合。另外轴承的内外环都是薄壁件，轴和孔德形状误差都会反映到轴承滚道上去。如果配合精度选的太低，会降低轴承的回转精度，所以轴和孔的精度应与轴承精度相匹配。 1） 轴承间隙的调整 为了提高主轴的回转精度和刚度，主轴轴承的间隙应能调整。把轴承调到合适的负间隙，形成一定的预负载，回转精度和刚度都能提高，寿命、噪声和抗震性也有改善。预负载使轴承内产生接触变形，过大的预负载对提高刚度没有明显的小果，而磨损发热量和噪声都会增大，轴承寿命将因此而降低。 轴承间隙的调整量，应该能方便而且能准确地控制， 但调整机构的结构不能太复杂。双列短圆柱滚子轴承内圈相对外圈可以移动，当内圈向大端轴向移动时，由于 1： 12 的内錐孔，内圈将胀大消除间隙。 其他轴承调整也有与主轴轴承相似的问题。特别要注意：调整落幕的端面与螺纹中心线的垂直度，隔套两个端面的平行度都由较高要求，否则，调整时可能将轴承压偏而破坏精度。隔套越长，误差的影响越小。 螺母端面对螺纹中心线垂直度、轴上和孔上套简两端平行度等均有严格的精度要求。 轴与齿轮的连接 齿轮与主轴的连接可以用花键或者平键；轴做成圆柱体，或者锥面（锥度一般取 1：15左右） 。锥面配合对中性好，但加工较难。平键一般用一个或者两个（相隔 180 度布置），两国特键不但平衡较好，而且平键高度较低，避免因齿轮键槽太深导致小齿轮轮购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 4 毂厚度不够的问题。 润滑与密封 主轴转速高，必须保证充分润滑，一般常用单独的油管将油引到轴承处。 主轴是两端外伸的轴，防止漏油更为重要而困难。防漏的措施有两种： 1）堵 加密封装置防止油外流。 主轴转速高，多采用非接触式的密封装置，形式很多，一种轴与轴承盖之间留 间隙（间隙越小，密封效果越好，但 工艺困难）。还有一种是在轴承盖的孔内开一个或几个并列的沟槽（圆弧形或 v 形），效果比上一种好些。在轴上增开了沟槽（矩形或锯齿形），效果又比前两种好。 在有大量切屑、灰尘和冷却液的环境中工作时，可采用曲路密封，曲路可做成轴向或径向。径向式的轴承盖要做成剖分式，较为复杂。 2）疏导 在适当的地方做出回油路，使油能顺利地流回到油箱。 他问题 主轴上齿轮应尽可能靠近前轴承，大齿轮更应靠前，这样可以减小主轴的扭转变形。 当后支承采用推力轴承时，推力轴承承受 着前向后的轴向力，推力轴承紧靠在孔的内端面，所以，内端面需要加工，端面和孔有较高的垂直度要求，否则将影响主轴的回转精度。支承孔如果直接开在箱体上，内端面加工有一定难度。为此，可以加一个杯形套孔解决，套孔单独在车床上加工，保证高的端面与孔德垂直度。 主轴的直径主要取决于主轴需要的刚度、结构等。各种牌号钢材的弹性模量基本一样，对刚度影响不大。主轴一般选优质中碳钢即可。精度较高的机床主轴考虑到热处理变形的影响，可以选用 其他合金钢。主轴头部需要淬火，硬度为 0 55。其他部分处理后，调整硬度为 20 250。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 5 第五章 传动件的设计 轮的设计 三角带传动中，轴间距 于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，宜可缓和冲击及隔离振动，使传动平稳。带轮结构简单，但尺寸大，机床中常用作电机输出轴的定比传动。电动机转速 n=1440r/递功率 P=0动比 i=1，两班制，一天运转 16小时，工作年数 10 年。 (1)选择三角带的型号 由机械设计 156P 表 8作情况系数 的共况系数 故根据机械设计 156P 公式（ 8 )(12102.1 (式中 因此根据 1n 由机械设计 157P 图 8通 V 带轮型图选用 (2)确定带轮的基准直径 1D ， D 带轮的直径越小带的弯曲应力就越大。为提高带的寿命，小带轮的直径 D 不宜过小，即 。查机械设计 157P 表 8 8 155P 表 8主动小带轮基准直径购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 6 D =180 因本设计的 i=1(极大带轮和小带轮的直径相同，等速传递 )，故 2D =180 (3)验算带速度 v 按机械设计1508算带的速度 1 ( 所以 55 ，故带速合适。 (4)初定中心距 带轮的中心距，通常根据机床的总体布局初步选定，一般可在下列范围内选取： 根据机械设计1528 )(2)(1021 720252 0 A 取0A=500 (5)三角带的计算 基准长度械设计1588算带轮的基准长度 02122100 422 ( 180180()180180(25002 20 由机械设计 146P 表 8整到标准的计 算长度 L=16006)确定实际中心距 A 按机械设计 158P 公式（ 8算实际中心距 0 ( (7)验算小带轮包角 1 根据机械设计 158P 公式（ 8 D 21 ，故主动轮上包角合适。 (8)确定三角带根数 Z 根据机械设计 158P 式（ 8 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 7 00 ( 查表机械设计 153P 表 8 i=1 和 得0p= 0表机械设计表 8k=1；查表机械设计表 8度系数12 =4 根。 (9)计算预紧力 查机械设计表 8q=m 由机械设计式（ 8 20 ) 0 0 ( 其中： m/s； kg/m；取 q=m。 v = 1440r/ s。 25 0 0 20 （ 10）计算作用在轴上的 压轴力 i i 0 轮结构设计 带轮的材料 常用的 速较高时可以采用铸钢或钢板冲压焊接而成，小功略时采用铸铝或塑料。 带轮结构形式 辐和轮毂组成，根据轮辐结构的不同可以分为实心式（机械制图图 8腹板式（机械制图图 8孔板式（机械制图图 8椭圆轮辐式（机械制图图 8 V 带轮的结构形式与基准直径有关，当带轮基准直径（ d 为安装带轮的轴的直径， 。可以采用实心式，当 d 300 可以采用腹板式， 00,300 11 同时时可以采用孔板式，当 d 300 时，可以采用轮辐式。 带轮宽度： 0012219)15(2)1( 。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 8 V 带轮的论槽 带型号相对应，见机械制图表 8表 带轮的轮槽与所选的 V 带型号 槽型 B 0190 0190 V 带工作面夹角发生变化。为了使 V 带的工作面与大论的轮槽工作面紧密贴合，将 V 带轮轮槽的工作面得夹角做成小于 般不应该超出带轮外圆，也不应该与轮槽 底部接触。为此规定了轮槽基准直径到带轮外圆和底部的最小高度fa 。 轮槽工作表面的粗糙度为 R 或 。 V 带轮的技术要求 铸造、焊接或烧结的带轮在轮缘、腹板、轮辐及轮毂上不允许有傻眼、裂缝、缩孔及气泡；铸造带轮在不提高内部应力的前提下，允许对轮缘、凸台、腹板及轮毂的表面缺陷进行修补；转速高于极限转速的带轮要做静平衡，反之做动平衡。的规定。 动轴的直径估算 传动轴 除应满足强度要求外，还应满足刚度的要求，强度要求保证轴在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求较高，不允许有较大变形。因此疲劳强度一般不失是主要矛盾，除了载荷很大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不至发生过大的变形。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。 根据 41 ( 491 ( 式中： d 危险截面处轴的直径， mm 该轴传递的额定扭矩， N/买后包含有 纸和说明书 ,咨询 9 该轴传递的功率， 该轴的计算转速， r/ 该轴每米长度上允许的扭转角，一般 00 1 总 式中： 总 由电机到该传动件各传动副的传动效率由 I 1 0 0 . 9 6 9 . 6 K w 带 I I I 9 . 6 0 . 9 9 9 . 5 N N K w 齿 I I I I I 9 . 5 0 . 9 9 9 . 4 N N K w 齿 4I 9 . 69 1 3 5 . 2 60 . 6 7 1 0d m m 4 . 59 1 4 0 . 0 70 . 8 3 1 6d m m 按图 得 : I 50d 0d 的选择 当轴上有键槽时， 5%;当轴为花键轴时，可将估 算的 %为花键轴的小径 ;空心轴时， d 需乘以计算系数 b， 械设计手册表 7为空心轴， I 和为花键轴。 I 轴和轴因为要安装滑移齿轮所以都采用花键轴。因为矩形花键定心精度高，定心稳定性好，能用磨削的方法消除热处理变形，定心直径尺寸公差和位置公差都能获得较高的精度，故我采用矩形花键连接。 因是花键轴，内径可减少 7%，即 : d =50 (1=d =50 (1=标准圆整，采用轴： 6 50 45 12 轴： 6车床主轴箱和刀架 普通车床是已有的许多标准和特殊类型的车削设备中最重要、最通用以及获得最广泛认可的。标准的普通车床并不是一种高效生产的机器，但是它很容易用于单件和短期的工作。为大量应用于更高的产出同样可以改进那些基本的机器。现代的普通车床有很大范围的速度和进给量选择，以适应几乎每一种操作的优化设置。现已经对主轴箱的设计进行了改进，可提供更高的强度和刚度。这样一来使用大马力的电动机来配合硬质合金刀具进行重切削变得切实可行。为了利用这种大马力同时又不失精度，新的车床具有 更重的床身，更宽的硬导轨以及更大横截面的车架。 主轴箱 :主轴箱是动力末端，位于操作人员的左侧。它包括变速齿轮和旋转的驱动轴，附带几种形式的工件夹具中的一种，旋转轴是空心的，长料棒可以放进主轴的内孔来加工。 主轴箱内装有驱动装置与齿轮机构，以及夹持工件并使其旋转的主轴。工件转速很大程度上取决于工件的直径。直径大的棒料自然应比直径很小的棒料转的慢，这与刀具切削速度有很大的关系，装在空心主轴和尾座轴前端的带锥度的顶尖，把工件牢固地夹在它们之间。由主轴箱带动的光杠驱动刀架，以固定且均匀的速度与床鞍一起来回运动。这使 操作者能精确的切削，且使工件得到良好的表面光洁度。主轴和光杠之间的齿轮控制着光杠的转速，因此控制了刀架的进退。操作者根据所切削金属的种类和要切除的量来选配齿轮。深切或粗切时的走刀速度应比精切时的低。 车床顶尖并非对每种工件都适用。根据工件的形状和特定的切削操作，操作者可用以卡爪夹持工件的卡盘或用花盘来取代顶尖。例如，操作者可 以用一个卡盘夹持一个短工件、或需要钻孔、镗孔及车螺纹的工件。刀架在床鞍上的横向运动，使刀具能够横切工件的端面使其成为平面。为了车螺纹，操作者接通丝杠，丝杠驱动刀架与床鞍一起以准确的速度前 进，以保证螺纹螺距的准确性。操作者可选择不同的齿轮速度，而这会改变主轴和丝杠的速比，因而改变了螺纹的螺距。主轴箱上的反向手柄使操作者能改变床鞍的运动方向，因而带着刀具回到初始位置。 复式刀架：复式刀架，简称刀架，安装在车架上。它可以由自身的手轮来回运动，实现对刀或设置切削深度。它还能 360 度旋转，通过自身的手轮转动任意一个角度进给。复式刀架没有自动进给装置，但是它总是同横向托板和车架一起纵向移动。 刀架：刀架安装在复式刀架上。它可以有很多种变化，但是最简单的形式仅仅是在柱面开槽，在复合刀架的 T 型槽中左右移动 ，在适当的位置夹紧。它也能够旋转来使刀具在一个最佳的加工位置对准工件。 车床夹持工件并使它旋转，而锋利的刀具则切除材料。车床的应用包括轴的加工和螺纹切削。床头箱上的卡盘夹住圆柱型毛坯的一端，传动机构使之快速地绕中心线旋转。尾架可以用来为长工件的另一自由端提供支承。当刀具对着工件进给并沿长度方向移动时 ，工件的直径减小到需要的尺寸。安装轴承的轴肩，容纳止推环的槽，阶梯轴的直径突变部位都可以用这种方法制造。 关键词：主轴箱 齿轮机构 刀架 Of of is is a it be up or It is to a of in to of so To is is at s to of of is of is so be it a it to at a on of A of a of is in of of A or at to to a of of or of on of he is of he to a or of be a on by of or by a on of He a to a of or or A of to of it a a in of at on of of of A on to of so to or is on It be in by or of It be 60 by at it is on be of in is a be or in in in It be so as to to at is of a of a of on of a it be to to of a As a is of is to a on a in of a be in 湖 南 科 技 大 学 毕 业 设 计（ 论 文 ） 题目 车床主轴箱及后刀架设计 作者 学院 专业 学号 指导教师 二一五年 五月二十七日 湖南科技大学本科毕业设计（论文） 要 本次设计为 卡盘多刀半自动车床的主轴箱设计。 该车床是用于加工盘套类零件的高效率机床，主传动采用双速电机，结构简单。首先根据本次设计的主要参数进行机床转速的确定，拟定传动方案，确定出主轴箱的转速图和变速传动系统图。选定齿轮的齿数，通过验算主轴的转速误差是否在误差值的允许范围内，从而确定设 计的齿轮是否达到设计要求。根据机床设计手册和已经确定的主轴箱转速图，计算主轴、各传动轴以及各齿轮的计算转速，进而确定齿轮的模数和材料，完成齿轮的设计。注意到本次设计中双速电机的特点，根据主动带轮传递的功率选择三角胶带的型号，确定胶带长度以及根数等，进一步计算传动轴和主轴的轴径，选择花键的型号，完成皮带和各个轴的设计，至此完成车床主轴箱内主要零件的设计。 针对齿轮的模数以及传动轴（中轴）的刚度和强度、轴承寿命等进行校核验算，达到合格后即初步完成了车床主轴箱的整体设计。 关键词 :主轴箱 齿轮 轴 三 角胶带 he is a of to of of of by of to to to of to by to of of as as of of of V 目 录 绪 论 .一章 主动参数的确定 .定传动公比 .电动机的选择 .二章 车床 的规格 .三章 变速结构的设计 .定变速组及各变速组中变速副的数目 .构式的确定 .变速组的 变速范围及极限传动比 .定各轴的转速 .制转速图 .定各变速组变速副齿数 .制变速系统图 .四章 结构设计 .构设计的内容、技术要求和方案 .开图及其布置 . 轴（输入轴）的设计 .轮块设计 .动轴的设计 .轴组件设计 . 各部分尺寸的选择 . 主轴材料和热处理 . 主轴轴承 . 主轴与齿轮的连接 . 润滑与密封 . 其他问题 .五章 传动件的设计 .轮的设计 .轮结构设计 .动轴的直径估算 .的选择 .轮模数的确定 .定各轴间的中心距 .V 轮的设计 .六章 齿轮校核 .轮强度校核 . 校核 . 校核 .七章 传动轴刚度校核 .算其装齿轮处产生的挠度和倾角 .算轴承处转角 .八章 轴承的选用和校核 .轴轴承的选用 的型号 .承寿命计算 .九章 后刀架的设计 .刀架的发展趋势 .刀架设计的基本要求 .7620 机床后刀架的设计 .架的组成 .刀架的工作 .架参数的确定 .力源的选取 .装调试 .十章结论 . 42 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 1 绪 论 盘多刀半自动车床是一种以加工盘类零件为主的高效率机床 ,该机床配有前后两个刀架 ,能对零件进行端面、外圆、内孔及斜锥等多种工序的加工。 由于本机床主传动系统采用双速电机驱动，所以前后刀架在一次自动循环中能根据零件直径的不同，自动变换两种不同的进给速度。机床前后刀架的驱动和工件的夹松都是采用液压控制的，由于在电器部分采用了步进程序控制线路组成的预选工艺卡片 (即插销板 )，配合行程 挡铁的调整，可以实现本机床所提出的各种自动循环。 在机床设计开始时需要先确定相关的参数，它是其它设计的根据，影响到产品是否可以满足实际要求，这是设计的关键一步。机床参数有主基本参数与基本参数。主参数是机车参数中最重要的，它直接反映机床的加工能力和特性，决定和影响其它基本参数。 2 第一章 主动参数的确定 定传动公 比 根据机械制造装备设计77准公比 。这里我们取标准公比系列 =因为 =根据机械制造装备设计77准数列。首先找到最小极限转速 90，再每跳过 5 个数（ 取一个转速，即可得到公比为 90、 125、 180、 255、 345、 485、 710、 1000。 电动机的选择 采用双速电动机 ,电动机变速范围位 2,转速级数共 8 级。 电机功率 0/ 电机转速 m 440/710 电 3 第二章 车床的规格 根据以上的计算和设计任务书可得到本次设计车床的基本参数： 表 格尺寸）和基本参数表 工件最大回转直径 最高转速 最低转速 电机功率 P（ 公比 转速级数Z 200 1000 90 0 4 第三章 变速结构的设计 拟定变速方案，包括变速型式的选 择以及开停、换向、制动、操纵等整个变速系统的确定。变速型式则指变速和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的变速型式、变速类型。 变速方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。因此，确定变速方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。 变速方案有多种，变速型式更是众多，比如：变速型式上有集中变速，分离变速；扩大变速范围可用增加变速组数，也可采用背轮结构、分支变速等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。 显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。 定变速组及各变速组中变速副的数目 级数为 变速组分别有 Z 、 Z 个变速副。即 321 变速副中由于结构的限制以 2 或 3 为合适，即变速级数 Z 应为 2 的因子： ，方案： 2228 电变速组作为第一扩大组， I 间的变速组为 基本组，传动副数为 2， 动副数为 2。 构式的确定 转速级数： Z=8，根据传动副前多后少传动线前密后疏降速前缓后急的三原则，可确定结构方案为： 4212228 ，但考虑到所设计机床的实际情况，采用双速电动机驱动，双速电动机是动力源，必须为第一变速组（电变速组）；但级比是 2，除可为混合公比传动系统的变型基本组外，不可能是常规传动系统的基本组，只能作为第一扩大组。因此，机床采用双速电动机时， 传动顺序和扩大顺序不一致。由于传动系统的公比是 基本组的传动副数为 2。因此，确定其传动最佳方案： 4212228 。 变速组的变速范围及极限传动比 传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围：在降速传动时，为防止被动齿轮的直径过大而使进径向尺寸过大，常限制最小传动比， 1/4，升速传动时，为防止产生过大的振动和噪音，常限制最大传动比 2i ，斜齿轮比较平稳，可取 i ，故变速组的最大变速范围为 8 10。 主轴的变速范围应等于住变速传动系中各个变速组变速范围的乘积，即： 湖南科技大学本科毕业设计（论文） 5 210检查变速组的变速范围是否超过极限值时，只需检查最后一个扩大组。因为其他变速组的变速范围都比最后扩大组的小，只要最后扩大组的变速范围不超过极限值，其他变速组就不会超过极限值。 1222 (其中， 62 X ， 22P )108(R，符合要求。 定各轴的转速 定主轴计算转速 ： 计算转速传动件的计算转速可以从转速图上，按主轴的计算转速和相应的传动关系确定。 根据机械制造装备设计表 3轴的计算转速为 m 2 1 . 6 3813zm i n j 又因为 在转速点上，故选定 250r/主轴的计算转速 。 变速轴的计算转速 ： 轴的计算转速350r/ 轴的计算转速216r/ 轴的计算转速110r/ 齿轮的计算转速 各变速组内一般只计算组内最小齿轮，也是最薄弱的齿轮，故也只需确定最小齿轮的计算转速。 变速组 z = 25 的齿轮，计算转速为 316r/ 变速组 z = 36 的齿轮，计算转速为 710r/ 核算主轴转速误差 m i n/972/45180/1801440 实40 标 %5%00940)100)( 标标实 n 湖南科技大学本科毕业设计（论文） 6 所以合适。 制转速图 图 速图 定各变速组变速副齿数 确定齿轮齿数的原则和要求： 齿轮的齿数和 应过大；齿轮的齿数和 大会加大两轴之间的中心距，使机床结构庞大，一般推荐 100 200. 最小齿轮的齿数要尽可能少；但同时要考虑： 最小齿轮不产生根切，机床变速箱中标准直圆柱齿轮，一般最小齿数 18； 受结构限制的最小齿轮最小齿数应大于 18 20； 齿轮齿数应符合转速图上传动比的要求：实际传动比（齿数之比）与理论传动比（转速图上要求的传动比）之间又误差，但不能过大，确定齿轮数所造成的转速误差，一般不应超过 10%（ %，即 ）（理实理 110n n n % 理n 实n 齿轮齿数的确定，当各变速组的传动比确定以后，可确定齿轮齿数。对于定比传动的齿轮齿数可依据机械设计手册推荐的方法确定。对于变速组内齿轮的齿数，如传动比湖南科技大学本科毕业设计（论文） 7 是标准公比的整数次方时，变速组内每对齿轮的齿数和 小齿轮的齿数可以从机械制 造装备设计表 3选取。一般在主传动中，最小齿数应大于 18 20。采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于 4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。 根据机械制造装备设计94P,查表 3种常用变速比的使用齿数。 电机和轴之间传动为皮带定比传动，所需数据由机械制造装备设计中表 2 电动机 轴：01 8 0 1180n 速组 a 的齿数确定 : 轴 轴： 2 ，故取其倒数，查表 2在这二个传动比的 数和）分别有： 1 ， 109,111,112,113,114,116,117,118, 2 ， 109,110,111,113,114,116,117， 因变速组内所有齿轮模数相同，并是标准齿轮，则二对传动副的齿数和 合条件的有： 109， 111， 113， 114， 116， 117，若取117表中可查得小齿轮的齿数分别是 451 z ， 363 z ，则可算出二个传动副的齿轮齿数为： 72451 1 712 , 81361 1 734 。 速组 b 的齿数确定 ： 轴 轴： 1 2 ，故取其倒数，即按 查表 2在这二个传动比的 数和）分别有： z= 110， 111， 112， 113， 114 湖南科技大学本科毕业设计（论文） 8 108， 109， 110， 113， 114 取 13，从表中可查得小齿轮的齿数分别是 545 z， 257 z，则可算出二个传动副的齿轮齿数为： 59541 1 356 ， 88251 1 378 。 制变速系统图 图 速图 第四章 结构设计 构设计的内容、技术要求和方案 设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、带轮、齿轮、离合器和制动器等）、主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结件的结构设计与布置，用一张展开图和若干张横截面图表示。 主轴变速箱是机床的重要部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外，着重考湖南科技大学本科毕业设计（论文） 9 虑以下几个方面的问题：精度方面的要求，刚度和抗 震性的要求，传动效率要求，主轴前轴承处温度和温升的控制，结构工艺性，操作方便、安全、可靠原则，遵循标准化和通用化的原则。 主轴变速箱结构设计时整个机床设计的重点，由于结构复杂，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。在正式画图前应该先画草图。目的是： 1） 布置传动件及选择结构方案。 2） 检验传动设计的结果中有无干涉、碰撞或其他不合理的情况，以便及时改正。 确定传动轴的支承跨距、齿轮在轴上的位置以及各轴的相对位置，以确定各轴的受力点和受力方向，为轴和轴承的验算提供必要的数据。 开图及其布置 展开图就是按照传 动轴传递运动的先后顺序，假想将各轴沿其轴线剖开并将这些剖切面平整展开在同一个平面上。 总布置时需要考虑制动器的位置。制动器可以布置在背轮轴上也可以放在其它轴上。制动器不要放在转速太低轴上，以免制动扭矩太大，使制动器尺寸增大。 齿轮在轴上布置很重要，关系到变速箱的轴向尺寸，减少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。 轴（输入轴）的设计 将运动带入变速箱的带轮一般都安装在轴端，轴变形较大，结构上应注意加强轴的刚度或使轴部受带轮的拉力（采用卸 荷装置）。我们采用的卸荷装置一般是把轴承装载法兰盘上，通过法兰盘将带轮的拉力传递到箱壁上。 车床上的反转一般用于加工螺纹时退刀。车螺纹时，换向频率较高。实现正反转的变换方案很多，我们采用正反向离合器。正反向的转换在不停车的状态下进行，常采用片式摩擦离合器。由于装在箱内，一般采用湿式。 齿轮与轴之间的轴承可以用滚动轴承也可以用滑动轴承。滑动轴承在一些性能和维修上不如滚动轴承，但它的径向尺寸小。 空套齿轮需要有轴向定位，轴承需要润滑。 轮块设计 齿轮是变速箱中的重要元件。齿轮同时啮合的齿数是周期性变化 的。也就是说，作用在一个齿轮上的载荷是变化的。同时由于齿轮制造及安装误差等，不可避免要产生动载荷而引起振动和噪音，常成为变速箱的主要噪声源，并影响主轴回转均匀性。在齿轮块设计时，应充分考虑这些问题。 齿轮块的结构形式很多，取决于下列有关因素： 一、 是固定齿轮还是滑移齿轮； 二、 移动滑移齿轮的方法； 湖南科技大学本科毕业设计（论文） 10 三、 齿轮精度和加工方法； 变速箱中齿轮用于传递动力和运动。它的精度选择主要取决于圆周速度。采用同一精度时，圆周速度越高，振动和噪声越大，根据实际结果得知，圆周速度会增加一倍，噪声约增大 6 工作平稳性和接触误差对振动和噪 声的影响比运动误差要大，所以这两项精度应选高一级。 为了控制噪声，机床上主传动齿轮都要选用较高的精度。大都是用 7 6 6，圆周速度很低的，才选 8 7 7。如果噪声要求很严，或一些关键齿轮，就应选 6 5 5。当精度从 7 6 6提高到 6 5 5 时，制造费用将显著提高。 不同精度等级的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构要求也有所不同。 8级精度齿轮，一般滚齿或插齿就可以达到。 7 级精度齿轮，用较高精度滚齿机或插齿机可以达到。但淬火后，由于变形，精度将下降。因此，需要淬火的 7 级齿轮一般滚（插）后要剃齿，使精度高于 7，或者淬火后在衍齿。 6级精度的齿轮，用精密滚齿机可以达到。淬火齿轮，必须磨齿才能达到 6 级。 机床主轴变速箱中齿轮齿部一般都需要淬火。 滑移齿轮进出啮合的一端要圆齿，有规定的形状和尺寸。圆齿和倒角性质不同，加工方法和画法也不一样，应予注意。 选择齿轮块的结构要考虑毛坯形式（棒料、自由锻或模锻）和机械加工时的安装和定位基面。尽可能做到省工、省料又易于保证精度。 齿轮磨齿时，要求有较大的空刀（砂轮）距离，因此多联齿轮不便于做成整体的，一般都做成组合的齿轮块。有时为了缩短轴向尺寸，也有用组合齿轮的。 要保证正确啮 合，齿轮在轴上的位置应该可靠。滑移齿轮在轴向位置由操纵机构中的定位槽、定位孔或其他方式保证，一般在装配时最后调整确定。 动轴的设计 机床传动轴，广泛采用滚动轴承作支撑。轴上要安装齿轮、离合器和制动器等。传动轴应保证这些传动件或机构能正常工作。 首先传动轴应有足够的强度、刚度。如挠度和倾角过大，将使齿轮啮合不良，轴承工作条件恶化，使振动、噪声、空载功率、磨损和发热增大；两轴中心距误差和轴芯线间的平行度等装配及加工误差也会引起上述问题。 传动轴可以是光轴也可以是花键轴。成批生产中，有专门加工花键的铣床 和磨床，工艺上并无困难。所以装滑移齿轮的轴都采用花键轴，不装滑移齿轮的轴也常采用花键轴。 花键轴承载能力高，加工和装配也比带单键的光轴方便。 轴的部分长度上的花键，在终端有一段不是全高，不能和花键空配合。这是加工时湖南科技大学本科毕业设计（论文） 11 的过滤部分。一般尺寸花键的滚刀直径刀5 85 机床传动轴常采用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴承。在温升、空载功率和噪声等方面，球轴承都比滚锥轴承优越。而且滚锥轴承对轴的刚度、支撑孔的加工精度要求都比较高。因此球轴承用的 更多。但是滚锥轴承内外圈可以分开，装配方便，间隙容易调整。所以有时在没有轴向力时，也常采用这种轴承。选择轴承的型号和尺寸，首先取决于承载能力，但也要考虑其他结构条件。 同一轴心线的箱体支撑直径安排要充分考虑镗孔工艺。成批生产中，广泛采用定径镗刀和可调镗刀头。在箱外调整好镗刀尺寸，可以提高生产率和加工精度。还常采用同一镗刀杆安装多刀同时加工几个同心孔的工艺。下面分析几种镗孔方式：对于支撑跨距长的箱体孔，要从两边同时进行加工；支撑跨距比较短的，可以从一边（丛大孔方面进刀）伸进镗杆，同时加工各孔；对中间孔径比两端 大的箱体，镗中间孔必须在箱内调刀，设计时应尽可能避免。 既要满足承载能力的要求，又要符合孔加工工艺，可以用轻、中或重系列轴承来达到支撑孔直径的安排要求。 两孔间的最小壁厚，不得小于 5 10以免加工时孔变形。 花键轴两端装轴承的轴颈尺寸至少有一个应小于花键的内径。 一般传动轴上轴承选用 G 级精度。 传动轴必须在箱体内保持准确位置，才能保证装在轴上各传动件的位置正确性，不论轴是否转动，是否受轴向力，都必须有轴向定位。对受轴向力的轴，其 轴向定位就更重要。 回转的轴向定位（包括轴承在轴上定位和在箱体孔中定位）在选择定位方式时应注意： 1） 轴的长度。长轴要考虑热伸长的问题，宜由一端定位。 2） 轴承的间隙是否需要调整。 3） 整个轴的轴向位置是否需要调整。 4） 在有轴向载荷的情况下不宜采用弹簧卡圈。 加工和装配的工艺性等。 轴组件设计 主轴组件结构复杂，技术要求高。安装工件（车床）或者刀具（铣床、钻床等）的主轴参予切削成形运动，因此它的精度和性能直接影响加工质量（加工精度和表面粗糙度），设计时主要围绕着保证精度、刚度和抗振性，减少温升和热变形等几个方面 考虑。 部分尺寸的选择 主轴形状与各部分尺寸不仅和强度、刚度有关，而且涉及多方面的因素。 1） 内孔直径 车床主轴由于要通过棒料，安装自动卡盘的操纵机构及通过卸顶尖的顶杆，必须是湖南科技大学本科毕业设计（论文） 12 空心轴。为了扩大使用范围，加大可加工棒料直径，车床主轴内孔直径有增大的趋势。 2） 轴颈直径 前支撑的直径是主轴上一主要的尺寸，设计时，一般先估算或拟定一个尺寸，结构确定后再进行核算。 3） 前锥孔直径 前锥孔用来装顶尖或其他工具锥柄，要求能自锁，目前采用莫氏六号锥孔。 4） 支撑跨距及悬伸长度 为了提高刚度，应尽量缩短主轴的外伸长度 a 。选择适当的支撑跨距 L ，一般推荐取： =2 距 L 小时，轴承变形对轴端变形的影响大。所以，轴承刚度小时，选大值，轴刚度差时，则取小值。 跨距 L 的大小，很大程度上受其他结构的限制，常常不能满足以上要求。安排结构时力求接近上述要求。 轴材料和热处理 在主轴结构形状和 尺寸一定的条件下，材料的弹性模量 E 越大，主轴的刚度也越高，由于钢材的 一般采用钢质主轴，一般机床的主轴选用价格便宜、性能良好的 45 号钢。提高主轴有关表面硬度，增加耐磨性，在长期使用中不至于丧失精度，这是对主轴热处理的根本要求。机床主轴都在一定部位上承受着不同程度的摩擦，主轴与滚动轴承配合使用时，轴颈表面具有适当的硬度可改善装配工艺并保证装配精度，通常硬度为 可满足要求。一般机床的主轴，淬火时要求无裂纹，硬度均匀；淬硬层深度不小于 1好 精磨后仍能保留一点深度的 淬硬层，主轴热处理后变形要小。螺纹表面一般不淬火；淬火部位的空刀槽不能过深，台阶交接处应该倒角；渗氮主轴的锐边、棱角必须倒圆 R避免渗氮层穿透剥落。 轴轴承 1）轴承类型选择 主轴前轴承有两种常用的类型： 双列短圆柱滚子轴承。承载能力大，可同时承受径向力和轴向力，结构比较简单，但允许的极限转速低一些。 与双列短圆柱滚子轴承配套使用承受轴向力的轴承有三种： 600 角双向推力向心球轴承。是一种新型轴承，在近年生产的机床上广泛采用。具有承载能力大，允许极限转速高的特点。外径比同规格的双 列圆柱滚子轴承小一些。在使用中，这种轴承不承受径向力。 推力球轴承。承受轴向力的能力最高，但允许的极限转速低，容易发热。 向心推力球轴承。允许的极限转速高，但承载能力低，主要用于高速轻载的机床。 2）轴承的配置 大多数机床主轴采用两个支撑，结构简单，制造方便，但为了提高主轴刚度也有用湖南科技大学本科毕业设计（论文） 13 三个支撑的了。三支撑结构要求箱体上三支撑孔具有良好的同心度，否则温升和空载功率增大，效果不一定好。三孔同心在工艺上难度较大，可以用两个支撑的主要支撑，第三个为辅助支撑。辅助支撑轴承（中间支撑或后支撑）保持比较大的游隙（约 ，只有在载荷比较大、轴产生弯曲变形时，辅助支撑轴承才起作用。 轴承配置时，除选择轴承的类型不同外，推力轴承的布置是主要差别。推力轴承布置在前轴承、后轴承还是分别布置在前、后轴承，影响着温升后轴的伸长方向以及结构的负责程度，应根据机床的实际要求确定。 在配置轴承时，应注意以下几点： 每个支撑点都要能承受经向力。 两个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受。 径向力和两个方向的轴向力都应传递到箱体上，即负荷都由机床支撑件承受。 3）轴承的精度和配合 主轴轴承精度要 求比一般传动轴高。前轴承的误差对主轴前端的影响最大，所以前轴承的精度一般比后轴承选择高一级。 普通精度级机床的主轴，前轴承的选 C 或 D 级，后轴承选 D 或 E 级。选择轴承的精度时，既要考虑机床精度要求，也要考虑经济性。 轴承与轴和轴承与箱体孔之间，一般都采用过渡配合。另外轴承的内外环都是薄壁件，轴和孔德形状误差都会反映到轴承滚道上去。如果配合精度选的太低，会降低轴承的回转精度，所以轴和孔的精度应与轴承精度相匹配。 1） 轴承间隙的调整 为了提高主轴的回转精度和刚度，主轴轴承的间隙应能调整。把轴承调到合适的负间隙，形成一定的预负载，回转精度和刚度都能提高，寿命、噪声和抗震性也有改善。预负载使轴承内产生接触变形，过大的预负载对提高刚度没有明显的小果，而磨损发热量和噪声都会增大，轴承寿命将因此而降低。 轴承间隙的调整量，应该能方便而且能准确地控制，但调整机构的结构不能太复杂。双列短圆柱滚子轴承内圈相对外圈可以移动，当内圈向大端轴向移动时，由于 1： 12 的内錐孔，内圈将胀大消除间隙。 其他轴承调整也有与主轴轴承相似的问题。特别要注意：调整落幕的端面与螺纹中心线的垂直度，隔套两个端面的平行度都由较高要求，否则，调整时可能将轴承压偏而破坏精度。隔套越长，误差的影响越小。 螺母端面对螺纹中心线垂直度、轴上和孔上套简两端平行度等均有严格的精度要求。 轴与齿轮的连接 齿轮与主轴的连接可以用花键或者平键；轴做成圆柱体，或者锥面（锥度一般取 1：15左右）。锥面配合对中性好，但加工较难。平键一般用一个或者两个（相隔 180 度布置），两国特键不但平衡较好，而且平键高度较低，避免因齿轮键槽太深 导致小齿轮轮湖南科技大学本科毕业设计（论文） 14 毂厚度不够的问题。 润滑与密封 主轴转速高，必须保证充分润滑，一般常用单独的油管将油引到轴承处。 主轴是两端外伸的轴，防止漏油更为重要而困难。防漏的措施有两种： 1）堵 加密封装置防止油外流。 主轴转速高，多采用非接触式的密封装置，形式很多，一种轴与轴承盖之间留 间隙（间隙越小，密封效果越好，但工艺困难）。还有一种是在轴承盖的孔内开一个或几个并列的沟槽（圆弧形或 v 形），效果比上一种好些。在 轴上增开了沟槽（矩形或锯齿形），效果又比前两种好。 在有大量切屑、灰尘和冷却液的环境中工作时，可采用曲路密封，曲路可做成轴向或径向。径向式的轴承盖要做成剖分式，较为复杂。 2）疏导 在适当的地方做出回油路，使油能顺利地流回到油箱。 他问题 主轴上齿轮应尽可能靠近前轴承，大齿轮更应靠前，这样可以减小主轴的扭转变形。 当后支承采用推力轴承时，推力轴承承受着前向后的轴向力，推力轴承紧靠在孔的内端面，所以，内端面需要加工，端面和孔有较高的垂直度要求，否则将影响主轴的回转精度。支承孔如果直接 开在箱体上，内端面加工有一定难度。为此，可以加一个杯形套孔解决，套孔单独在车床上加工，保证高的端面与孔德垂直度。 主轴的直径主要取决于主轴需要的刚度、结构等。各种牌号钢材的弹性模量基本一样，对刚度影响不大。主轴一般选优质中碳钢即可。精度较高的机床主轴考虑到热处理变形的影响，可以选用 其他合金钢。主轴头部需要淬火，硬度为 0 55。其他部分处理后，调整硬度为 2
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