毕业设计（论文）-X62W铣床主传动箱及第五轴部件的设计.doc

上海工程技术大学毕业设计（论文）x62w铣床主传动箱及第五轴部件的设计目 录摘 要1abstract21绪论31.1 主传动的设计要求41.2 主传动的主要设计程序42主传动的运动设计52.1 主传动装置的组成和特点52.2 x62w铣床特点和参数62.3 转速图及运动参数72.3.1确定变速组的数目82.3.2确定变速的排列方案82.3.3确定基本组和扩大组82.3.4确定是否增加降速传动82.3.5分配降速比92.3.6画出各变速组其他连线92.3.7画出全部连线102.4 齿数的确定132.4.1计算法142.4.2查表法153 主传动结构设计173.1 主传动的布局173.2 变速机构183.3 齿轮的布置和传动系统图183.4 主轴计算转速的确定233.4.1传动轴的计算转速253.4.2齿轮的计算转速263.5 主传动系统的开停装置273.6 主传动系统的制动装置273.7 主传动系统的换向装置293.7.1换向装置的类型:293.7.2设计原则303.8 典型结构分析313.8.1两支承的主轴组件313.8.2三支承的主轴组323.8.3传动轴的结构333.8.4轴上的零件定位343.8.5机床常用滚动轴承类型及工作特性353.8.6选择滚动轴承的原则364第五主轴的设计及零件校核384.1 齿轮的设计和校核394.1.1齿面接触疲劳强度394.1.2齿根弯曲疲劳强度验算434.2 第五主轴的设计和校核444.2.1 计算齿轮受力454.2.2计算支承反力454.2.3画弯矩图464.2.4画轴转矩图464.2.5许用应力464.2.6轴径校核465主传动的润滑475.1 润滑系统的要求475.2 润滑剂的选择475.3 润滑方式的选择486结论48参考文献50译文51原文说明633- 摘 要机床的主传动系统用于实现机床的主运动，它对机床的使用性能和结构及制造成本等都有明显的影响。通过运动参数拟订设计方案，确定转速图，并拟订传统系统图，在保证机床运动和使用要求的前提下，运动链尽量短而简单，传动效率高，并设计反转和制动装置，画好装配图后，对主要零件进行验算如齿轮强度验算和主轴的验算，通常普通机床主轴只进行刚度验算，根据演算结果和对装配草图进行审查后，修改并完善装配图，编写零件代号和制定整个部件的技术条件。最后绘制正确的零件图，并编写设计计算说明书。关键词 ：机床， 运动参数，转速图，传动系统图，零件 the design for the main gearbox and five-axis components of x62w milling machineabstractthe host who is used to realize a machine tool moves the machine tool host drive host drive , it all has obvious effect to machine tool use a function and structure etc.working out a design plan , ascertain rotation rate picture by moving a parameter, work out tradition system picture, under premise moving and being put into use demanding in guarantee machine tool, motion chain is as short but simple as possible , drive is efficient, design reverse turn and arrester, after finishing drawing assembling picture, checking calculation carrying out checking calculation on main part if gear wheel intensity checking calculation composes in reply a chief axiss, the generally average machine tool chief axis carries out stiffness only checking calculation, carries out the queen who examines according to calculation result and to assembling draft , revises and perfects assembling picture, compile and compose part code name and work out the entire component.keywords: machine tool, motion parameters, rotation rate picture, transmission system picture, partx62w铣床主传动箱及第五轴部件的设计1绪论最早的铣床是美国人惠特尼于1818年创制的卧式铣床；为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗于1862年创制了第一台万能铣床，这是升降台铣床的雏形；1884年前后又出现了龙门铣床；二十世纪20年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-决速”或“决速-进给”的自动转换。1950年以后，铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其是70年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。铣床种类很多，一般是按布局形式和适用范围加以区分，主要的有升降台铣床、龙门铣床、单柱铣床和单臂铣床、仪表铣床、工具铣床等。升降台铣床有万能式、卧式和立式几种，主要用于加工中小型零件，应用最广；龙门铣床包括龙门铣镗床、龙门铣刨床和双柱铣床，均用于加工大型零件；单柱铣床的水平铣头可沿立柱导轨移动，工作台作纵向进给；单臂铣床的立铣头可沿悬臂导轨水平移动，悬臂也可沿立柱导轨调整高度。单柱铣床和单臂铣床均用于加工大型零件。x62w是万能升降台铣床。是采用有级变速的齿轮传动，在目前齿轮变速箱应用的最广泛的一种，因为他变速范围大，传动功率也很大，传动比准确，工作可靠，但是，齿轮传动不够平稳，变速机构的结构复杂，不宜用于高精加工机床上。1.1 主传动的设计要求1 机床主轴必须有足够的变速范围和转速，以满足实际使用要求。2 主电动机和传动机构必须供给和传递壮族够的功率和扭矩，并具有较高的传动效率。3 执行件必须有足够的精度，刚度，抗震性和小于许可限度的热变形和温升。4 噪音应在允许的范围内。5 操纵要轻巧灵活，迅速，安全可靠，并必须便于调整和维修。6 结构简单，润滑与密封良好，便于加工和装配，成本底。 1.2 主传动的主要设计程序1 调查研究有足够的设计原始资料，在明确机床满足的要求的同时，还应有同类型的机床设计图纸及经验总结。2 主传动的运动设计根据机床的主要技术参数要求，拟定可能的转速图，并从中选出合理的方案，然后计算齿轮齿数级及带轮直径，最后绘制传动系统图。3 主传动的结构设计根据传动系统图设计变速箱或主轴箱的部件装配图，并进行必要计算。4 主传动的零件设计 轴和齿轮机构的强度校核计算2主传动的运动设计2.1 主传动装置的组成和特点 机器一般由原电动机，传动装置，和工作机三部分组成。 传动装置在原动机与工作机之间传递动力和运动，并以改变运动的形式，速度大小和转矩大小。传动装置一般包括传动件(齿轮传动，蜗杆传动，带传动，链传动等），和支撑件（轴，轴承，机体等）两部分。它的重量和成本在机器中占很大的比重，其他性能和质量对机器的工作影响也很大。因此合理的设计传动方案有很重要的意义。传动方案用机构运动简图来表达，它能简单明了地表示运动和动力的传递方式和线路及部件的组成和联系的关系。合理的方案应保证工作可靠，并且结构简单，尺寸紧凑，加工方便，成本低廉，传动效率高和使用维护便利。一种方案要同时满足这些要求比较困难，因此要保证重点要求。布置传动顺序时，一般考虑的几点：1) 带传动的承载能力较小,传递相同的转矩时结构尺寸较其他传动形式大,但传动平稳,能缓冲减震,因此宜布置在高速级(传动较高,传递相同功率时转矩较小)。2) 链传动运转不均匀，有冲击，不适合高速传动，应布置在低速级。3) 蜗杆传动可以实现较大态度的传动比，尺寸紧凑，传动平稳，但效率太低，使用中小功率，间歇运转的场合。当与齿轮传动相同使用时，对采用铝铁青铜或铸铁作为涡轮材料的蜗杆传动。可布置在低速级，使齿面滑动速度较低，以防止产生胶合或严重磨损。4) 圆锥齿轮加工比较困难，特别是直径模数比较大的圆锥齿轮，所以只有在需改变轴的布置方向时采用，并尽量放在高速级和限制传动比，以减小圆锥齿轮的直径和模数。5) 斜齿轮传动的平稳性较直齿轮传动好，常用在高速级或要求传动平稳的场合6) 开式齿轮的传动的工作环境较差，润滑条件不好，磨损较严重，寿命较短，应布置在低速级。7) 一般将改变运动形式的机构（如螺旋传动，连杆传动，凸轮传动机构）布置在传动系统的最后一级，并且常为工作机的执行机构。2.2 x62w铣床特点和参数铣床工作所具特点和要求：精度，刚度，传动可靠，结构紧凑，耐用，便于维修低噪音。x62w技术参数：主轴线至工作台面距离，30390mm 床身垂直导轨面至工作台面距离，55-310mm 主轴轴线至悬梁下面的距离，155mm 主轴端面至支臂轴承面的最大距离，700mm 主轴孔锥度，7：24 主轴孔径，29mm 刀杆自径，22mm,27mm,32mm,40mm 主轴转速，30-1500r/min 工作台面积（长宽），1250320mm*mm 工作台最大行程：纵向：700/680 横向：255/240 升降：360/340 工作台进给量： 纵向；23.5-1180mm 横向：23.5-1180mm 升降：23.5-1180/3mm 工作台快速移动速度：纵向：2300mm/min 横向：2300mm/min 升降：770mm/min 工作台t形槽：槽数：3 槽宽：18 槽距：20 工作台最大回转角度：180(+45) 主轴运动功率： 7.5kwx62w铣床主传动设计参数： 主轴转速30-1500转/分，公比 运转级数z=18，电机转速n。=1450转/分，功率p=7.5kw2.3 转速图及运动参数 拟定转速图： x62w铣床的主轴转速范围为301500转/分，转速级数z=18，公比 电动机转速 =1440转/分。2.3.1确定变速组的数目 大多数机床广泛应用滑移齿轮的变速方式，为满足结构设计和操纵方便的要求通常采用双联或三联齿轮，所以18级转速需要三个变速组，即z=18=332。2.3.2确定变速的排列方案 变速组的排列方案可以有多种，如：18=332 18=233 18=323由于x62w铣床主传动私通装在床身内，结构上没有特殊要求，根据各变速组中传动副数应遵循“前多后少”的原则，选择18=332这种方案。2.3.3确定基本组和扩大组 根据“前密后疏”的原则，选择的方案。其中第一组为基本组，其级比指数=1；第二变速组为第一扩大组，其级比指数=3；第三变速组为第二扩大组，其级比指数=9。2.3.4确定是否增加降速传动 x62w铣床的总降速比 ，若每一个变速组的最小降速比均取，则三个变速组总的降速比可达到，故无须增加降速传动，但是为了使中间两个变速组作到降速缓慢，有利于减少变速箱的径向尺寸，所以在-轴间增加一对降速传动齿轮（），同时也有利于设计变形机床，只要改变这对降速齿轮的传动比，在其他三个变速不便的情况下，就可以将主轴的18总转速同时提高或降低，以满足用户的不同需求。2.3.5分配降速比 前面已确定，18=332共需3个变速组，并在-轴间增加一对降速传动齿轮，所以转速图上有五根传动轴，如图1-1所示，画五根距离相等的竖直直线（、）代表五根轴，画18根距离相等的水平线代表18级转速，这样形成了转速图格线。1.在主轴上标出18级转速301500转/分，在轴上用a点代表电动机转速=1450转/分；最低转速用e点标出，因此a、e两点连线相距17格，即代表总降速传动比。2.决定、轴间的最小降速传动比一般铣床的工作特点是间断切削，为了提高主轴运转的平稳性，主轴上齿轮应大一些，能起到飞轮的作用，所以最后一个变速组的降速传动比取。按公比=1.26，查表可知=4，即从e点向上数六格，在轴上找出d点，de线即为轴间变速组的降速传动比。3.决定其余变速组的最小传动比根据降速“前缓后急”的原则，-轴间变速组，取，即从d点向上数四格，在轴上找出c点，用cd连线表示；同理，-轴间取，用bc连线表示；-轴间取，用ab连线表示。2.3.6画出各变速组其他连线如图1-2，-轴间有一对齿轮传动，转速图上为一条ab连线。-轴间为基本组，有三对齿轮传动，级比指数x0=1，故三条连县在转速图上各相距一格，从c点向上每隔一格取c1、c2点，连线bc2和bc1得基本组三条连线，它们的传动比分别为，-轴间为第一扩大组也有3对齿轮传动，级比指数=3，三条连线在转速图上各相距三格，即cd2，cd1和cd，它们的传动比分别为，-轴间为第二扩大组有两对齿轮传动，级比指数x2=9，两条连线在转速图上应相距九格即de1和de，它们的传动比分别为，和。2.3.7画出全部连线如图1-3，即x62w铣床的主传动转速图，如前面所述，转速图两轴之间的平行线代表一对齿轮传动，所以画-轴间的连线时，应从c1、c2 两点分别画cd、cd1、cd2的平行线使轴得到九种转速，同理，画出-轴间的连线时，应画九条与de平行的线，九条与de1平行的线，使主轴得到18种转速。图2-1 降速传动比连线图2-2变速组连线图2-3 x62w铣床主传动转速图 各轴运动参数轴和电机转速r/min齿数比功率输入/输出kw转矩输入/输出nm电机1450/0/7.50/49.4第一轴1450/7.43/7.2848.91/47.93第二主轴698.1526:547.06/6.9296.56/94.63第三主轴465.4322:336.71/6.58137.68/134.93368.4719:36173.91/170.43286.4216:39223.73/219.26第四主轴698.1539:266.37/6.2487.25/85.51552.70539:26109.74/107.55429.6339:26141.79/138.95352.2128:37172.95/169.59278.8428:37218.46/214.09216.7528:37281.04/275.42178.2418:47341.74/334.91141.1218:47431.67/423.04109.6918:47555.33/544.22第五主轴1506.5382:386.06/5.9438.43/37.661192.6982:3848.34/47.37927.1082:3862.46/61.21760.0382:3876.19/74.67601.7182:3896.24/84.32467.7282:38123.80/121.32384.6282:38150.54/147.53304.5282:38190.16/186.36236.7082:38244.64/239.75186.8319:71309.93/303.73147.9119:71389.82/382.02114.9819:71503.67/493.6094.6219:71614.36/602.07轴和电机转速r/min齿数比功率输入/输出kw转矩输入/输出nm第五主轴74.6219:716.06/5.94776.02/760.5058.0019:71998.32/978.3547.7019:711235.26/1210.5537.7619:711533.40/1502.3829.3519:711972.66/1933.21注: (1) 效率:一轴输入功率=电机功率联轴器效率(0.99)各轴输入功率=前轴输入功率轴承效率(0.98) 齿轮效率(0.97)各轴输出功率=本轴输入功率轴承效率(0.98)(2)转速:一轴转速=电动机转速各轴转速=前轴转速*齿数比(3)转矩;电机转矩=9550p/n各轴输入转矩=前轴输入转矩*传动比*效率(0.98*0.97)各轴输出转矩=各轴输入转矩*轴承效率(0.98) 2.4 齿数的确定拟定转速图后，根据各个传动副的传动比确定齿轮齿数。确定齿数是要注意的问题: （1）齿轮的齿数和不应过大,以免加大两轴之间的中心矩,使机床的结构庞大,一般推荐齿数和 100-120。 （2）最小齿轮的齿数要尽量小，但应考虑：1）最小齿轮不产生根切现象，机床变速箱中，对于标准直齿圆柱齿轮，一般18。2）受结构限制的最小齿数的各齿数，应能可靠地装在轴上或进行套装，齿轮的齿槽到孔壁或键槽的壁厚大于或等于两倍的模数，以保证足够的强度，以免出现变形，断裂。3）两轴之间的最小中心距应取得得当，若齿数和太小，则中心矩过小，将导致两轴的轴承及其他机构之间的距离过近或相撞。（3）确定齿数时，应符合转速图上的传动比的要求。实际传动比与理论传动比之间的误差不要超过。齿数的确定： 2.4.1计算法 在同一变速组内，对齿轮的齿数之比，必须满足转速图上的已经确定的传动比；当各对齿轮的模数相同，且不采用变位齿轮时，则各队齿轮的齿数和必然相等。确定变速组齿数和时应尽可能的小，一般来说主要是受最小齿轮的限制，显然最小齿轮是在变速组内降速比比最大的一对出轮中，因此可先假设该小齿轮的齿数，根据传动比求出齿数和，然后按各齿轮副的传动比，再分配其他齿轮副的齿数；如果传动比误差比较大，应重新调整齿数和，在按传动比分配齿数。齿轮齿数往往需反复多次计算才确定，合理与否还要在结构设计中进一步检验，必要时还会改变。比如因为中心矩过小，两轴上的零件相碰或因齿轮与其他件相碰时，就必须改变齿数和，个别情况下还需改变齿轮的传动比才能坚决问题。如果根据传动比要求，按上述计算所的齿数和过大以及传动比误差过大时，还可采用变位齿轮的方法来凑中心距，以获得要求的传动比，这时的齿数计算比较灵活。例：-轴间的三对齿轮 该变速组内有三组齿轮,其传动比为: 最小齿轮在最大降速比的这对齿轮中,即根据具体请况,则. 齿数和为 . 2.4.2查表法 转速图上的齿轮副传动比是标准公比的整数次方，变速组内的齿轮模数相同时，可按照表(各种常用齿轮的实用齿数) 查出齿轮齿数, 表中列出了传动比u=14.73，齿数和=40120及相应的小齿轮实用齿数。大齿轮的齿数等于齿数和减去表中小齿轮的齿数。表中列出了传动比u=14.73，齿数和=40120及相应的小齿轮实用齿数。大齿轮的齿数等于齿数和减去表中小齿轮的齿数。-轴间（基本组）的一对齿轮1）可查表中u=2的一行中查找。2）确定最小齿轮的齿数及最小齿数和：最小齿轮必须在的齿轮副中，根据结构条件假设最小齿数，在的一行中找到时，查表得出其最小齿数和3）找出可能采用的齿数和诸数值：这些数值系根据表中能满足传动必要求的齿轮齿数来确定，由开始向右查表，满足要求的齿轮齿数之齿数和有：69，72，75，78，80，82，4）确定合理的齿数和：根据前面所述，在具体结构允许的情况下，选用较小的齿数和为宜，确定=80。5）确定各齿轮副的齿数：由一行找出，则。-轴间（第二扩大组）的两对齿轮变速组内的传动副的模数不同，必须计算各齿轮副的齿数和，按个齿轮副的传动比分配齿数。其传动比和，考虑实际受力情况相差较大，齿轮副的模数分别选择为=4和。可得：为了使齿数和较小并满足最小齿轮齿数的要求，选取k=30，则根据齿轮副的传动比齿数分配如下： 同理， -轴间（第一扩大组）三对齿轮， ，。综上运用计算法和查表法算出: -轴间（基本组）的一对齿轮26:54-轴间（扩大组）的三对齿轮22:33,19:36,16:39-轴间（第一扩大组）三对齿轮39:26,28:37,18:47-轴间（第二扩大组）的两对齿轮 19:71,82:383 主传动结构设计3.1 主传动的布局 主传动的布局主有要集中传动式和分离式两种，主传动的全部变速机构和主轴组件装在同一箱体内，称为集中传动布局；分别装在变速箱和主轴箱两种箱体内，其间用胶带、链条等传动时，称为分离传动布局。 x62w采用集中传动式布局，它的优点是：结构紧凑，便于实现集中操纵，箱体数少，缺点是；传动机构运转中的震动和发热会直接影响主轴的工作精度。3.2 变速机构大多数机床的主运动都需要进行变速，可以是有级变速，也可以是 无级变速，有级变速应用较广，有级变速机构包括交变齿轮变速机构；滑移齿轮变速机构；离合器变速机构。x62w铣床采用滑移齿轮变速机构，它广泛应用于通用机床和一部分专用机床，其优点是：变速范围大；变速级数也较多；变速方便节省时间；在较大的变速范围内可传递较大的功率和扭矩；不工作的齿轮不啮合，因而空载的功率损失较小，其缺点是：变速箱的结构较复杂，不能在运转中变速，为方便滑移齿轮容易进入捏合，一般用直齿圆柱齿轮，传动平稳性不如斜齿轮传动。3.3 齿轮的布置和传动系统图初步确定了转速图和齿轮齿数之后，合理地布置齿轮排列方式，是一个比较重要的问题。它将直接影响到变速箱的尺寸、变速操纵的方便性以及结构实现的可能性电因此设计机床变速箱时，要根据具体要求合理地加以布置。(1)滑移齿轮的轴向布置:变速组中的滑移齿轮一般布置杂主动轴上，因其转速一般比被动轴的转速高，则其上的滑移齿轮的尺寸小，重量轻，操纵省力，但有时在结构上考虑，必须将滑移齿轮放在被动轴上，也有时为了操纵方便将两个相邻变速组的滑移齿轮放在同一根轴上。为了避免同一滑移齿轮变速组内的两对齿轮同时啮合，两个固定齿轮的间距应大于滑移齿轮的宽度，一般留有间隙量为，如图3-1图3-1 滑移齿轮的轴向 (2)一个变速组内齿轮轴向位置的排列:齿轮在轴向位置的排列，如果没有特殊情况，应尽量缩短轴向长度。滑移齿轮的轴向位置常有窄式排列和宽式排列两种。一般采用窄式排列，它所占的轴向长度较小。图32所示的两级变速组占用的轴向长度l4b。其中l为齿轮变速组在轴上所占有的空间长度，b为一个齿轮的齿部宽度。如图33所示的宽式排列(即滑移齿轮的轴向尺寸宽)，则占用的轴向长度较较大，以致在相同的负荷条件下，轴径须加粗从而使轴上的小齿轮的齿数增加，相应使齿数和及径向尺寸加大，因此，一般不希望采用宽式排列。如前所述，二联滑移齿轮的两种排列方式，必须保证同轴上相邻两齿轮的齿数差大于4，才能使滑移齿轮在越过某个固定齿轮时避免齿顶相碰。若相邻齿数差小于4，除了采用增加齿数和的方法(使相邻两齿轮的齿数差增加，此时径向尺寸也加大)、或者采用变位齿轮的方法子以解决外，还可采用如图3中图所示的排列方案，让滑移齿轮中的最小轮越过固定的小齿轮即最大齿轮与最小齿轮的齿数差大于4，而其他两个齿轮的齿数差允许小些，但这种排列方法的轴向尺寸较大。 图3-2 双联滑移齿轮的轴向排列 图3-3 三联滑移齿轮的轴向排列图3-4 三联滑移齿轮轴向排列(3)两个变速组内齿轮轴向位置的排列: 图35上图和图36为两个变速组的齿轮并行排列方式,其总长度等于两变速组的轴向长度之和,两个变速组的齿轮交诺排列,其总的轴向长度较短，但对固定齿轮的齿数差有要求。由图35可知，三轴四级变速机构的并行排列方案，其总长度为工8l，而中图的交错排列只要入6b就够了。x62w铣床主传动系统(图31)，从第轴到第轴的两个变速组中，其固定齿轮就是采用相互交错排列,这样可更好的利用空间,缩短轴向尺寸。若采用公用齿轮排列,其抽向长度更为缩小。图36所示的单公用齿轮的四级变速机构，总长度为工5b,采用双公用齿轮的三轴四级变速机构，总长度可缩短为上4b。若不采用公用齿轮，其总长度则为l8b.由此可见，采用公用齿轮不仅减少了齿轮的数量，而且缩短了轴向尺寸。图3-5 二级变速组的齿轮轴向排列 图3-6 变速组的轴向排列(4)缩小径向尺寸:为了减小变速箱的尺寸，既须缩短轴向尺寸，又要缩小径向尺,它们之间往往是相互联系的，应该根据具体情况考虑全局，恰当地解决齿轮布置问题。有些机床(加卧式镗床和龙门铣床)的变速箱须沿导轨移动，为了减小变速箱对于导轨的颠覆力矩、提高机床的刚度和运动乎稳性，变速箱的重心和主轴应尽可能靠近导轨面这就须力求缩小变速箱的径向尺寸。1)缩小轴间距离 在强度允许的条件下，尽量选用较小的齿数和，并使齿轮的降速传动比大于，以避免采用过大的齿轮。这钱既缩小了本变速组的轴间距离,又不致妨碍其他变速组轴间距离的减小。2) 采用轴线相互重合 在相邻变速组的轴间距离相等的情况下，可格其中两根轴布置在同一轴线上，则径向尺寸可大为缩小如图3-7，而且减少了箱体上孔的排数,箱体孔的加工工艺性也得到改善。3)合理安排变速箱内各轴的位置 在不发生干涉的条件下，尽可能安排得紧凑一些。图3-7 轴线重合的布置方式机床主传动系统中常见的滑移齿轮结构形式有：整体式及装配式，见图38设计滑移齿轮结构，一般应考虑齿轮的工艺方法。整体式多联齿轮在插齿、剃齿时，两个齿轮间应留有足够的空刀槽，磨齿时则更大些；还要考虑变速时拨叉或滑块的拨动方式(图中双点划线所示)；为了使滑移齿轮能够顺利啮合，在其啮合端面上沿全部齿高须倒成圆角；为了保证齿轮的导向性良好，滑移齿轮的轮毂长度不应小于(1.21.5)d，d为轴的直径。 图 3-8 滑移齿轮的结构形式3.4 主轴计算转速的确定主轴计算转速是主轴传递全部功率(此时电动机为满载)时的最低转速，从这一转速起至主轴最高转速间的所有转速都能够传递全部功率，扭矩则随转速的增加而减少，此为恒功率工作范围；低于主轴计算 转速的各级转速所能传递的扭矩与计算转速下的扭矩相等，它是该机床的最大传递扭矩(功率则随转速的降低而减少)。如图3-9为恒扭矩工作范围。专用机床的主轴计算转速是按特定的工艺中所需要的主轴转速来确定。通用机床及专门化机床，根据对现有机床的调查分析和测定以及有关的统计分析资料主轴的计算转速的确定见表32x62w铣床的主轴转速级数z=18，其转速图如图3-10 。由表3-2可知，主轴的计算转速： 转/分在转速图上以黑点表示。图3-9 通用机床主传动功率和扭矩变化情况 图3-10 x62w铣床主传动转速图其他传动件的计算转速的确定:如前所述，主轴从计算转速起至最高转速间的所有转速都传递全部功率，因此，实现上述主轴转速的传动件的实际工作转速也传递全部功率，其他传动件的计算转速就是其传递全部功率时的最低转速。当主轴的计算转速确定后，就可以从转速图上确定其他各传动件的计算转速。确定的顺序通常是由后往前，即先定出位于传动链后面(靠近主轴)的传动件的计算转速，再顺次由后往前定出传动链前面的传动件的计算转速。一般可先找出该传动件共有几级实际工作转速，再找出其中能够传递全部功率时的那几级转速，最后确定能够传递全部功率时的最低转速即为该传动件的计算转速。如图310。3.4.1传动轴的计算转速（1）iv轴的计算转速：从转速图上可以看出，轴共有9级转速为118、160、190、235、300、375、475、600、750转分。主轴在96转分(计算转速)至1500转分(最高转速)之间的所有转速都传递全部功率。此时，iv轴若经齿轮副传动主轴，它只有在375750转分的那4级转速时才能传递全部功率；若经齿轮副传动主轴，则118750转分的9级转速都传递全部功率，因此，其最低转118转分即为iv轴的计算转速。（2）轴的计算转速：同理，轴上共有3级转速为300，375，475。此时，经齿轮副（）传动iv轴，所得到9级转速都能够传递全部功率。因此轴上的这3级转速也都能递全部功率，其最低转速300转分即为轴的计算转速。其余依次类推，各轴的计算转速如下：图3-11 轴转速图3.4.2齿轮的计算转速（1）齿轮的计算转速：齿轮装在iv轴上，从转速图上可知，共有118750转分9级转速，经齿轮副传动主轴得到的2351500转分9级转速都能传递全部功率，故齿轮的这9级转速也都能传递全部功率，其中最低转速118转分即为齿轮的计算转速。（2）齿轮的计算转速：齿轮装在轴(主轴)上共有2351500转分9级转速，都能传递全部功电其最低转速235转分即为齿轮的计算转速。（3）齿轮的计算转速：齿轮装在轴上，共有118750转分9级转速，只有在375750转分的4级转速（经齿轮副，使主轴得到的95190转分的4级转速）能够传递全部功率，而该齿轮在118300转分5级转速时（经齿轮副使主轴所得到的3075转分5级转速都低于主轴的计算转速95转分)，故不能传递全都功率，因此齿轮能够传递全部功率的4级转速为375、475、600、750转分其中最低转速375转分即为的计算转速。（4）齿轮的计算转速：齿轮装在v轴(主轴)上，共有30190转分9级转速，其中只有在95190转分4级转速时，该齿轮才能传递全部功率。最低转速95转分即为齿轮的计算转速。其余异词类推，各齿轮的计算转速如下：图3-12 齿轮转速图由前述已知，提高传动件的计算转速，可使其尺寸缩小，结构紧凑，因此在传动系统中有某些重复转速时，可由不同传动路线来实现这时，应采用传动件计算转速较高的传动路线，并由操纵机构予以保证。3.5 主传动系统的开停装置开停装置用来控制主运动执行件(如主轴)的启动与停止。可直接开停机床主传动系统的动力源(如电动机）或者用离合器接通、断开主运动执行件与动力源间的传动链。开停装置的基本要求是开停方便省力、操作安全可靠、结构简单并能传递足够的扭矩。x62w铣床主运动是靠直接开停主电机来实现主轴的启动与停止。这种开痛方式的优点是：操作方便，可简化机床的机械结构，因此，得到广泛应用。但在电动机功率大、开停频繁的情况下，将导致电动机发热、烧坏，甚至因启动电流较大而影响车间电网正常供电时则不宜采用。另外，几个运动公用一个电动机且又不要求同时开停的情况，也不能采用这种方式。3.6 主传动系统的制动装置某些机床在装卸工件、测量被加工面尺寸、更换刀具及调整机床时，要求机床的主运动执行件(如主轴)尽快地停止运动。但是，当开停装置断开主传动链后，由于传动系统中的传动件具有惯性，运动中的执行件是逐渐减速而停止的。为了减少这段时间，提高机床生产率对于经常启动与停止、传动件惯性大、运动速度较高的主传动系统，须安装制动装置。另外，机床能及时制动，还可避免发生事故或防止工件报废。制动装置的基本要求有：工作可靠、操纵方便、制动时间短、结构简单紧凑以及制动器的磨损要小等。x62w铣床是使用电磁制动器来实现机床主轴的制动。若要求电动机停止运转后才能制动时，则制动器可安装在传动链中的任何传动件上，若电动机不停止运转而进行制动时，则必须断开主运动执行件(如主袖)与电动机的运动联系，此时制动器只能安装在被断开的传动链中的传动件上。制动器若装在转速高的传动件(加传动轴、皮带轮及齿轮等)上，所需要的制动力矩较小，从而制动器的尺寸也可减小；若装在传动链前面的传动件上，制动时的冲击力较大。因此为了结构紧凑、制动平稳，应将制动器放在接近执行件且转速较高的传动件上。促在受到具体条件限制(如接近执行件时的转速一般较低或其他结构条件等原因)的情况下，一般是将制动器放在转速较高的传动件上。制动器与开停装置的操纵，须有可靠的联锁关系，即停车时制动器起作用，开车时则制动器须可靠地放松，以避免损坏传动件或造成过大的功率损失。x62w铣床是将制动器装在轴右端。3.7 主传动系统的换向装置多数机床的主运动执行件(如主轴、工作台)需要有正反两个方向的运动。例如普通车床、钻床等在加工螺纹时，主轴正转用于切削，反转用于退刀。此外，普通车床有时还利用反转进行切断与切槽。又如铣床为了能够使用左刃或右刃铣刀，主轴应作正反两个方向的转动。对于直线运动的机床则更为明显，工作行程结束后必须换向为返回行程(空程)。由此可见，机床主运动的换向有两种不问情况：一种是正反两个方向部用于切削，当选用一个运动方向后，工作过程中不需要改变(如铣床)，这时正反两个方向所需要的运动速度、变速级数及传递功率应该相同；另一种是正向用于切削而反向用于空程，在工作过程中领反复地变换方向(如车床、钻床、刨床等)，这时为了提高生产率，反向运动应比正向运动的速度高，反向的变速级数则可比正向少一些甚至有的机床只要求有一种固定速度，两个方向传递动力的大小也可以不同。主运动执行件的换向，除了某些直线运动机床是由传动机构(如曲柄连秆机构等)本身实现外，多数机床须设置专门的换向装置。换向装置的基本要求是：结构简单紧凑，换向方便，操纵省力；需要在运转中换向时，应减少冲击及磨损，换向时间要短，换向要平稳以及换向的能量损失要小等。3.7.1换向装置的类型:变换电动机的转向，使主运动执行件的运动方向改变，这种换向方式可简化机床的机械结构、操作简单省力且容易实现自动化，在可能的条件下应采用这种方式，例如上述正反两方向都用于切削的情况，即使是正向切削、反向空程的情况，有条件也应采用。利用直流电动机驱动的龙门刨床，由电动机反向，并提高反向速度是很方便的。但是采用交流异步电动机换向，若换向频繁，尤其当电动机功率较大时，易引起电动机过热，故不宜采用。日前，在主传动系统中主要采用圆柱齿多片磨擦离合器式换向机构，它可以在高速运转中平稳地换向，但结构教复杂(沿移齿轮式、牙嵌离合器及锥齿轮换向机构一般用于进给运动和辅助运动的换向)。x62w铣床由于是正反两个方向都用于切削，当选用一个运动方向后，工作过程中不需要改变，这时正反两个方向所需要的运动速度、变速级数及传递功率应该相同；另一种是正向用于切削而反向用于空程。所以x62w铣床应选用电动机换向。这样就使结构简单紧凑，换向方便，操纵省力；需要在运转中换向时，可以减少冲击及磨损，换向时间短。3.7.2设计原则为了提高正向传动的效率，减少其功率损失，换向机构的中间齿轮放在反向传动中。换向时先使运动减速或制动，再接通另一方向的运动，可减少换向的能量损失，已为大多数机床所采用。换向机构的安放位置，若装于传动链前面的传动轴时，因转速一般较高，其传递扭矩可以减小，故结构紧凑，但传动链中的换向件较多，故折算到换向机构传动轴上的效果惯性矩较大换向时的能量损失较大，将直接影响机构的寿命(如离合器的磨损速度增加)、功率损耗及发热等，有时也影响换向时间的长短。由于传动链中存在间隙，换向时的冲击也较大，因此有的机床传动链较前面的薄弱传动容易扭坏。若将换向机构放在传动链的后面即接近被换向的执行件时，可使能量损失小、换向平稳，但因转速一般较低，会增大换向机构的尺寸。一般对于传动件少，惯性小的传动链，换向机构宜放在前面；对于平稳性要求较高、能量损失要小的，宜放在后面.3.8 典型结构分析主轴组件通常是由主轴、主轴轴承和安装在主轴上的传动件等三部分所组成。它是机床中最关键的一个部件，其工作性能对加工质量相生产率有着直接的影响。主轴组件的设计包括主轴轴承的选择，轴承的布置与调整，确定主轴的结构、材料、技术要求及共润滑、密封等。3.8.1两支承的主轴组件前端定位的上的组件，热变形对主轴前端伸长影响小，主轴受压区段短，轴向刚性较高。前端定位的主轴，定位采们两个推力球轴承，这种轴承发热轮严重，成为热源元件，并靠近的支承，故产生不利影响。螺母用来调整的支承双列向心短圆柱滚子轴承的径向间隙和调整推力轴承的间隙或预紧，径向和轴向的间隙可分别调整故轴向刚度很高主轴定位采用接触角为60的双向推力球轴承。它的承载能力、刚度和极限转速都较高：通过修磨套，可以预紧或调整间隙。 轴承外径为负公差与箱体孔间有间隙，因而不承受径向裁荷；与双列向心短圆柱滚子轴承配套使用，承载能力大，刚度高，极限转速也高，适用于巾、高速的车床和铣床主轴组件。用法兰压紧前端轴承外环的凸缘实现轴向定位。轴承后列内环孔径比前列内环孔径大，以便于调整间隙。圆锥滚子做成空心的，冷却润滑油从滚子的中孔流过，起着散热降温的作用。后轴承带有预紧弹簧，以保持轴承的一定预紧。后端定位的主轴组件，热变形使主轴向前端伸长，期间主轴端的轴向精度，主轴的受压区段较长。主轴后端采用单列圆锥滚子轴承，它承受径向力和向前的轴向力，推力球轴承承受向后的轴向力，轴向刚度很高。前端支承采用双列向心短圆柱滚子轴承，能调整径向间隙，径向刚度较高。主轴后端的圆锥滚子轴承及推力球轴承承受全部轴向力。前支承用两个圆锥滚子轴承，它是外环宽端相对配置的，以增强支承刚性，它可以轴向移办故只承受径向力3.8.2三支承的主轴组如果主轴前后支承间距较大，可以加第三支承以提高刚度而成为三支承主轴组件。三支承有两种情况1以前、后支承为主，中间支承为辅的三支承主轴组件，前后均为双列向心短圆柱滚子轴承。中间支承为级精度的单列向心圆柱滚子轴承，这种轴承的径向游隙较大这样，当主轴受力较小时，中间支承不起作用；当主轴受力较大致使中间支示处的挠度较大时，中间支承就参加工作。 2以前、中支承为主，后支承为辅的三支承主轴组件，前、中支承是圆锥滚子轴承，承受大部分径向力和轴向力，后支承是单列向心球轴承，它在箱体孔内轴向不需定位。3.8.3传动轴的结构传动铀通常都用普通级滚动轴承。高精度和精密机床的高速轴可选用精密轴承(d级或e级)。传动铀一端同定，轴的另一端为自由端，只需将轴承内环固定在轴上轴受热时可向自由期延仰，适用于较长的轴。只需将轴承内环固定在抽上即可，轴受热变形一端固定的几种方式有：a）用阶梯孔套及法兰盘固定， 箱体孔加工方便，但增加了一个孔套，降低了支承刚度，b）是在箱体上加工出台阶孔，用法兰盘固定，箱体孔加工较复杂；c)用弹性挡圈及法兰盘固定；d)轴承外环两侧均用弹性挡圈固定；e)选用外环有止动槽的轴承，用法兰盘压住弹性挡圈固定，结构最简单。当轴的两端支承用圆锥滚子轴承或向心推力球轴承时，则必须用两端固定法，一般适用于较短的轴。两端固定的轴，其中一端的结构应能调整轴承外环的轴向位置，有几种调整的方式为：a)是用改变法兰盘的两个内侧面或的厚度来调整轴承位置b)用改变垫片的厚度来调整轴向位置。c)用调节螺钉来调整位置，用螺钉固定。d)用改变垫圈的厚度来调整。 e)用调节螺钉推动顶盘进行调整。非传动轴几种固定方法有：a)用挡片嵌装在轴端槽内， 通过螺钉固定在箱壁上。b)用骑缝螺钉固定，需在装配时进行钻孔攻丝， 拆卸重装通常要另行钻孔攻丝。c)用紧定螺钉固定。d)用钢球涨紧定价，在轴上钻一横孔，内装两个钢球，用螺钉调节另一个钢球的轴向距离使径向的两个钢球紧压在孔壁上。这种结构装拆方便并能调整轴的轴向位置3.8.4轴上的零件定位零件轴向定位的方式有许多种，根据实际情况进行选择。1.轴肩固定方式简单可靠，常用于齿轮，轴承的轴向定位。2.套筒固定方式定位可靠，结构简单不削弱轴向强度和刚度，但是零件数增加用于零件距离不大的轴段