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含CAD图纸+文档 C616 主轴 设计 CAD 图纸 文档

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C616主轴箱的设计前 言制造业是我国国民经济的支柱产业，其增加值约占我国国内生产总值的40%以上，而先进的制造技术室振兴制造业系统工程的重要组成部分。21世纪时科学计数突飞猛进、不断取得新突破的世纪，它是机床技术全面发展的时代。机床代表一个民族制造工业现代化的水平，随着现代化科学技术的迅速发展，制造技术和自动化水平的高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志。车床是目前使用最广泛的机床之一。车床主要用于加工轴类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成型表面、螺纹和断面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等动作。能够在一次装夹过程中完成更多的加工工序，提高加工进度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。机床是制造工业的基本生产设备，机床工业是我国国计民生，国防建设的基础工业和战略性产业，在世界范围内备受各方密切关注。我国机床工业在国家正确方针政策指引下。经历经济恢复时期及“十五”计划阶段，特别是改革开放20年来的艰巨努力，建立起较大规模，较完整的体系，奠定了有力的技术基础，具备相当的竞争实力。增加机床加工精度，提高机床加工效率。变速箱中包括的机构大致有：作为传动链连接用的定比传动副，变速机构，操纵机构和润滑装置。而操纵机构的选择和设计对车床的构造和性能的发挥有着直接影响。机床设计，是设计人员根据使用部门的要求和制造部门的可能，运用有关科学技术知识，所进行的创造性的劳动。机床工业是机器制造业的重要部门，担负着为农业，工业，科学技术和国防现代化提供技术装备的任务，在整个国民经济中占有重要地位。一个国家机床工业的技术水平，机床的拥有量和现代化程度是这个国家工业生产能力和技术水平的重要标志之一。希望可以通过对C616普通车床变速箱及操作机构的设计，来进一步提高专业和理论知识水平，提高解决实际问题能力。摘 要普通中型车床主轴箱设计，主要包括三方面的设计，即：根据设计题目所给定的机床用途、规格、主轴极限转速、转速数列公比或级数，确定其他有关运动参数，选定主轴各级转速值；通过分析比较，选择传动方案；拟定结构式或结构网，拟定转速图；确定齿轮齿数及带轮直径；绘制传动系统图。其次，根据机床类型和电动机功率，确定主轴及各传动件的计算转速，初定传动轴直径、齿轮模数，确定传动带型号及根数，摩擦片尺寸及数目；装配草图完成后要验算传动件（传动轴、主轴、齿轮、滚动轴承）的刚度、强度或寿命。最后，完成运动设计和动力设计后，要将主传动方案“结构化”，设计主轴变速箱装配图及零件图，侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、箱体、润滑与密封、传动轴及滑移齿轮零件的设计。 【关键词】车床、主轴箱、变速系统、主轴组件。Abstract Ordinary medium-sized lathe headstock design, including the three aspects of the design, namely: According to a design by the use of a given machine, specifications, spindle speed limit, speed series of common ratio or series, to determine other relevant motion parameters, the selected axis of the grade speed value; through analysis and comparison, select the drive scheme; proposed structure or structure network, development of speed diagram; determine gear and pulley diameter; drawing transmission system map. Secondly, according to machine type and motor power, and the transmission parts to determine the calculation of the spindle speed, an initial diameter of shaft, gear module to determine the belt type and root number, size and number of friction plate; Assembly Draft Checking transmission parts after completion of (shaft, spindle, gear, bearing) stiffness, strength or life. Finally, the complete design and dynamic design exercise, the main transmission scheme to the structural, the design of spindle gearbox assembly drawing and part drawings, focusing on the drive shaft assembly, spindle assembly, transmission organizations, box, lubrication and sealing , drive shaft and the sliding gear with the design. Key words ：lathe, the spindle box, transmission, shaft components. 目 录前 言i摘 要ii第一篇 机床的参数1第一章 机床主要技术参数1第一节 尺寸参数1第二节 运动参数1第三节 动力参数2第二章 结构方案确定2第二篇 机床运动的设计2第三章 主传动系统运动设计3第一节 结构式的拟订3第二节 分配降速比3第三节 结构网的拟定4第四章 齿轮齿数的确定5第一节 确定齿轮齿数6第二节 验算主轴转速误差7第三节 绘制传动系统图8第三篇 机床动力的设计8第五章 传动件参数估算9第一节 确定传动件计算转速9第二节 估算主轴支承轴颈直径9第三节 估算传动轴直径9第四节 轴的校核12第五节 键的选择与校核14第六节 花键的校核15第七节 齿轮模数的确定和校核15第八节 齿轮的校核23第九节 轴承的选用与校核28第六章 带轮设计30第一节 型号的选择30第二节 带轮节圆直径的选择30第三节 带速的验算31第四节 确定带的参数31第七章 离合器的确定32第一节 确定摩擦片的径向尺寸33第二节 确定摩擦片的数目34第八章 换向与制动机构设计35第四篇 机床结构的设计36第九章 主运动传动轴系36第十章 变速机37第十一章 主轴组件37第一节 主轴材料和热处理37第二节 主轴轴承38第三节 主轴与齿轮的连接39第四节 主轴组件设计40第五节 支撑跨距L40第六节 主轴最佳跨距的确定41第七节 主轴刚度验算43第八节 主轴前支撑转角的验算44第九节 主轴前端位移的验算45第十二章 主轴变速箱47第十三章 展开图及其布置47第十四章 润滑与密封48第十五章 其他问题49参考文献50总 结51外文资料52外文翻译58致 谢60v 第一篇 机床的参数第一章 机床主要技术参数普通机床的规格和类型有系列型号作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计的是普通型车床主轴变速箱。主要用于加工回转体。机床的主要技术参数包括尺寸参数，运动参数及动力参数。第一节 尺寸参数床身上最大回转直径： 320mm刀架上的最大回转直径： 200mm主轴通孔直径： 30mm主轴前锥孔： 莫式5号最大加工工件长度： 1000mm第二节 运动参数根据工况，确定主轴最高转速有采用YT15硬质合金刀车削碳钢工件获得，主轴最低转速有采用W16Cr4V高速钢刀车削铸铁件获得。机床的最高转速为1400r/min，公比取1.41，转速级数Z=12。正转各级转速如下： n1 =31.5r/min n2 =45r/min n3 =63r/min n4 =90r/min n5 =125r/min n6 =180r/min n7 =250r/min n8 =355r/min n9 =500r/min n10 =710r/min n11 =1000r/min n12 =1400r/min第三节 动力参数电动机功率4KW ， n电=1450r/min。电动机的选定：一般金属切削机床的驱动，如无特殊性能要求，多采用Y系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。Y系列电动机高效、节能、起动转矩大、噪声低、振动小、运行安全可靠。根据机床所需功率选择Y112M-4，其同步转速为1450r/min。 第二章 结构方案确定a) 主轴传动系统采用V带、齿轮传动；b) 传动形式采用集中式传动；c) 主轴换向制动采用双向片式摩擦离合器和带式制动器；d) 变速系统采用多联滑移齿轮变速。e) 主轴的变速由变速手柄完成。第二篇 机床运动的设计根据给定的机床的用途、规格、极限转速、转速数列公比，通过分析比较拟定传动的结构方案（包括结构式、转速图）和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，计算主轴的实际转速与标准转速的相对误差。第三章 主传动系统运动设计第一节 结构式的拟订一、12级转速变速系统的变速组，选择变速组安排方式时，考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。在轴装有双向磨擦片式离合器，轴向尺寸较长，为便于结构紧凑，第一变速组采用双联齿轮不按前多后少的原则。为减少轴向尺寸，第一变速组的变速副数不能多，以2为宜。根据以上的原则：可选择以下两种传动结构： 12=232 12=223 二、按传动顺序与扩大顺序相一致的原则，变速组扩大顺序有以下两种： （1） （2） 三、主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大，因此主轴上齿轮少些为好。最后一个变速组的变速副数常选用2。又因为第二组最后扩大组变速范围超过极限值，所以最终确定结构式为： 第二节 分配降速比该车床主轴传动系统共设有四个传动组，其中有一个是带传动。根据降速比分配应“前慢后快”的原则及摩擦离合器的工作速度要求，确定各传动组最小传动比。U= 1/1.4111 = 第三节 结构网的拟定正转图：反转图：第四章 齿轮齿数的确定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：1） 是固定齿轮还是滑移齿轮；2） 移动滑移齿轮的方法；3） 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6dB。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766，圆周速度很低的，才选877。如果噪声要求很严，或一些关键齿轮，就应选655。当精度从766提高到655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。第一节 确定齿轮齿数从机械制造装备设计书中查表3-9的基本组的传动比为：Ua1=1 Sz=, 48，58，60，68，70, 72 Ua2=1.41 Sz=, 48，58，60，68，70, 72取Sz=70,两个传动副的主动齿轮齿数分别为35、29。则可算出两个传动副的齿轮齿数比分别为Ua1=35/35，Ua2=29/41 。第一扩大组的传动比为： Ub1=1.41 Sz=67,68,70,72,73,75., Ub2=1.41 Sz=67,68,70,72,73,75,Ub3=2.82 Sz=68,69,72,73,76,77取Sz=72,三个传动副的主动齿轮齿数分别为42、30、19.则可算出三个传动副的齿轮齿数比分别为：Ua1=42/30，Ua2=30/42， Ua3=19/53第二扩大组的传动比为： Uc1=2 Sz=,86,87,89,90,92, Uc2=3.98 Sz=,86,89,90,91,94,取Sz=90,一个传动副的主动齿轮齿数分别为60、18。则可算出三个传动副的齿轮齿数比分别为：Uc1=60/30，Uc2=18/72。传动过程中，会采用三联滑移齿轮，为避免齿轮滑移中的干涉，三联滑移齿轮中最大和次大齿轮之间的齿数差应大于4，上述所选齿轮的齿数符合设计要求。变速组第一变速组第二变速组第三变速组齿数和707290齿轮z1z2z3z4z5z6z7z8z9z10z11z12z13z14齿数3535294142303042195360301872第二节 验算主轴转速误差主轴各级实际转速值用下式计算：n = nEu1 u2 u3 式中 ： u1 u2 u3 分别为第一、第二、第三变速组齿轮传动比。 d1 d2分别表示带轮的直径。nE 为电机转速。转速误差用主轴实际转速与标准转速相对误差的绝对值表示：n = | |10（-1）% = 4.1%其中：主轴标准转速转速误差表主轴转速n1n2n3n4n5n6标准转速31.5456390125180实际转速31.0644.9863.3989.63124.25175.67转速误差%1.40.040.60.40.62.4主轴转速n7n8n9n10n11n12标准转速25035550071010001400实际转速254.55359.87507.17717.03994.041405.39转速误差%0.181.41.40.990.590.39转速误差满足要求。第三节 绘制传动系统图第三篇 机床动力的设计根据给定的电动机的功率和传动件的计算转速，初算传动轴直径、齿轮模数；确定皮带型号以及根数、摩擦片式离合器的尺寸和摩擦片数及制动器尺寸。完成装配图草图后，要验算传动件（轴、齿轮、轴承）的应力；变形或者寿命是否在允许范围内，还要验算主轴组件的静刚度。第五章 传动件参数估算第一节 确定传动件计算转速一、 主轴：主轴计算转速是第一个三分之一转速范围内的最高一级转速，即nj =90r/min；二、 各传动轴： 轴可从主轴为90r/min按72/18的传动副找上去，似应为355r/min。但是由于轴上的最低转速125r/min经传动组C可使主轴得到31.5r/min和250r/min两种转速。250r/min要传递全部功率，所以轴的计算转速应为125r/min；轴的计算转速可按传动副B推上去，得355r/min；轴I的计算转速可按传动副A推上去，得500r/min。三、 各齿轮：传动组C中，18/72只需计算z =18 的齿轮，计算转速为355r/min；传动组B中应计算z =19的齿轮，计算转速为355r/min。传动组A中应计算z = 29的齿轮，计算转速为500r/min。第二节 估算主轴支承轴颈直径参考金属切削机床课程设计指导书表2，取通用机床钢质主轴前轴颈直径D1 = 85mm，后轴颈直径D2 = （0.70.85）D1，取D2 = 55 mm，主轴内孔直径d = 0.1 Dmax 10 mm ，其中Dmax为最大加工直径。取d = 30mm。第三节 估算传动轴直径 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。这是加工时的过滤部分。一般尺寸花键的滚刀直径为6585。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510，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。5） 加工和装配的工艺性等。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。一、按扭转刚度初步计算传动轴直径： ，式中：d 传动轴直径（mm）； N 该轴传递功率（KW）； 该轴计算转速（r/min）； 该轴每米长度允许扭转角这些轴都是一般传动轴，取：=10/m。a)、轴的直径：取b)、轴的直径：取c)、轴的直径：取 当轴上有键槽时，d值应相应增大45%;当轴为花键轴时，可将估算的d值减小7%为花键轴的小径;空心轴时，d需乘以计算系数b。和为由键槽并且轴为空心轴，和为花键轴。根据以上原则各轴的直径取值：， 轴采用光轴，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。按规定，矩形花键的定心方式为小径定心。查矩形花键的基本尺寸系列，轴花键轴的规格；轴花键轴的规格。二、各轴间的中心距的确定：； 第四节 轴的校核按照抗弯刚度验算轴的直径需要验算传动轴薄弱环节处的倾角荷挠度。验算倾角时，若支撑类型相同则只需验算支反力最大支撑处倾角；当此倾角小于安装齿轮处规定的许用值时，则齿轮处倾角不必验算。验算挠度时，要求验算受力最大的齿轮处，但通常可验算传动轴中点处挠度（误差0.5mm,可避免渗氮层穿透剥落。 第二节 主轴轴承一、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。二、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0.030.07），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。三、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，前轴承的选或级，后轴承选或级。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。四、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。 第三节 主轴与齿轮的连接 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毂厚度不够的问题。第四节 主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。1)外径尺寸D主轴的外径尺寸，关键是主轴前轴颈的（前支撑处）的直径。选定后，其他部位的外径可随之而定。一般是通过筒规格的机床类比分析加以确定。320mm车床，P=4KW，初选前轴颈=90，后轴颈,取。2）主轴悬伸量a主轴悬伸量的大小往往受结构限制，主要取决于主轴端部的结构形式及尺寸、刀具或夹具的安装方式、前轴承的类型及配置、润滑与密封装置的结构尺寸等。主轴设计时，在满足结构的前提下，应最大限度的缩短主轴悬伸量a。根据结构,定悬伸长度初选120mm。第五节 支撑跨距L支撑跨距L，当前，多数机床的主轴采用前后两个支撑，结构简单，制造、装配方便，容易保证精度，但是，由于两支撑主轴的最佳支距一般较短，结构设计难于实现，故采用三支撑结构。如图所示，三支撑主轴的前中支距，对主轴组件刚度和抗震性的影响，要比前后支距地影响大得多，因此，需要合理确定。为了使主轴组件获得很高的刚度可抗震性，前中之距可按两支撑主轴的最佳只距来选取。由于三支撑的前后支距对主轴组件的性能影响较小，可根据结构情况适当确定。如果为了提高主轴的工作平稳性，前后支距可适当加大，如取。采用三支撑结构时，一般不应该把三个支撑处的轴承同时预紧，否则因箱孔及有关零件的制造误差，会造成无法装配或影响正常运作。因此为了保证主轴组件的刚度和旋转精度，在三支撑中，其中两个支撑需要预紧，称为紧支撑；另外一个支撑必须具有较大的间隙，即处于“浮动”状态，称为松支撑，显然，其中一个紧支撑必须是前支撑，否则前支撑即使存有微小间隙，也会使主轴组件的动态特性大为降低。试验表明，前中支撑为紧支撑、后支撑位松支撑，要比前后支撑位紧支撑、中支撑为松支撑的结构静态特性显著提高。第六节 主轴最佳跨距的确定一、考虑机械效率，主轴最大输出转距床身上最大加工直径约为最大回转直径的50到60%,即加工工件直径取为160mm,则半径为80mm.二、 计算切削力 前后支撑力分别设为,.三、轴承刚度的计算根据下式查得：轴承根子有效长度、球数和列数：再带入刚度公式： ；四、主轴当量直径；五、主轴惯性矩；六、计算最佳跨距设：；式中：式中：第七节 主轴刚度验算机床在切削加工过程中，主轴的负荷较重，而允许的变形由很小，因此决定主轴结构尺寸的主要因素是它的变形大小。对于普通机床的主轴，一般只进行刚度验算。通常能满足刚度要求的主轴，也能满足强度要求。只有重载荷的机床的主轴才进行强度验算。对于高速主轴，还要进行临界转速的验算，以免发生共振。一弯曲变形为主的机床主轴(如车床、铣床)，需要进行弯曲刚度验算，以扭转变形为主的机床（如钻床），需要进行扭转刚度验算。当前主轴组件刚度验算方法较多，没能统一，还属近似计算，刚度的允许值也未做规定。考虑动态因素的计算方法，如根据部产生切削颤动条件来确定主轴组件刚度，计算较为复杂。现在仍多用静态计算法，计算简单，也较适用。主轴弯曲刚度的验算；验算内容有两项：其一，验算主轴前支撑处的变形转角，是否满足轴承正常工作的要求；其二，验算主轴悬伸端处的变形位移y，是否满足加工精度的要求。对于粗加工机床需要验算、y值；对于精加工或半精加工机床值需验算y值；对于可进行粗加工由能进行半精的机床（如卧式车床），需要验算值，同时还需要按不同加工条件验算y值。支撑主轴组件的刚度验算，可按两支撑结构近似计算。如前后支撑为紧支撑、中间支撑位松支撑，可舍弃中间支撑不计（因轴承间隙较大，主要起阻尼作用，对刚度影响较小）；若前中支撑位紧支撑、后支撑为松支撑时，可将前中支距当做两支撑的之距计算，中后支撑段主轴不计。第八节 主轴前支撑转角的验算机床粗加工时，主轴的变形最大，主轴前支撑处的转角有可能超过允许值，故应验算此处的转角。因主轴中(后)支撑的变形一般较小，故可不必计算。主轴在某一平面内的受力情况如图在近似计算中可不计轴承变形的影响，则该平面内主轴前支撑处的转角用下式计算；切削力的作用点到主轴前支承支承的距离S=a+W，对于普通车床，W=0.4H，（H是车床中心高，设H=200mm)。 则：当量切削力的计算：主轴惯性矩：；式中：主轴前支撑转角满足要求。第九节 主轴前端位移的验算计算C点挠度、当量切削力F的计算,见上文。、驱动力Q的计算其中：所以 、轴承刚度的计算 、确定弹性模量E、惯性距I、和长度a、b、s。 轴的材产选用40Cr， 主轴的惯性距I为： 主轴C段的惯性距Ic可近似地算： 根据齿轮、轴承宽度以及结构需要，取b=54mm、只考虑F力作用在主轴前端时轴端的位移， 、只考虑驱动力Q作用在主轴两支撑间时，轴端的位移； 、求主轴前端C点的终合挠度综合挠度；又；因为，所以此轴满足要求。第十二章 主轴变速箱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。3） 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。第十三章 展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。轴上装的摩擦离合器和变速齿轮。有两种布置方案，一是将两级变速齿轮和离合器做成一体。齿轮的直径受到离合器内径的约束，齿根圆的直径必须大于离合器的外径，否则齿轮无法加工。这样轴的间距加大。另一种布置方案是离合器的左右部分分别装在同轴线的轴上，左边部分接通，得到一级反向转动，右边接通得到三级正向转动。这种齿轮尺寸小但轴向尺寸大。我们采用第二种方案，通过空心轴中的拉杆来操纵离合器的结构。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他轴上。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。 第十四章 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0.10.3的间隙（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。润滑系统设计：主轴箱内采用飞溅式润滑，油面高度为65mm左右，甩油环浸油深度为10mm左右。润滑油型号为：IIJ30。卸荷皮带轮轴承采用脂润滑方式。润滑脂型号为：钙质润滑脂。密封装置设计：轴轴颈较小，线速度较低，为了保证密封效果，采用皮碗式接触密封。而主轴直径大、线速度较高，则采用了非接触式密封。卸荷皮带轮的润滑采用毛毡式密封，以防止外界杂物进入。第十五章 其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，可以选用或其他合金钢。主轴头部需要淬火，硬度为5055。其他部分处理后，调整硬度为220250。参考文献【1】冯辛安主编. 机械制造装备设计 第2版 大连理工大学 北京:机械工业出版社, 2007.12【2】黄如林主编. 切削加工简明实用手册 北京：化学工业出版社,2004.7【3】吴宗泽主编. 机械设计课程设计手册 第三版 清华大学 北京：高等教育出版社,2006.12【4】濮良贵主编. 机械设计 第八版 北京：高等教育出版社,2007.8【5】金属切削机床设计4【6】范思冲主编. 画法几何及机械制图 东南大学 北京：机械工业出版社,2005.7【7】郑文纬,吴克坚主编. 机械原理 第七版 东南大学机械学学科组 北京：高等教育出版社,2006.1【8】减速器实用技术手册编辑委员会编. 减速器实用技术手册 北京:机械工业出版社, 1992【9】戴曙主编. 金属切削机床 北京:机械工业出版社, 2005.1【10】机床设计手册编写组主编. 机床设计手册 北京:机械工业出版社, 1980.8【11】华东纺织工学院 、哈尔滨工业大学 、天津大学主编. 上海:上海科学技术出版社, 1979.6【12】哈尔滨工业大学理论力学教研室编. 理论力学（） 第六版 北京：高等教育出版社,2006.12 【13】刘鸿文主编. 材料力学() 第四版 北京：高等教育出版社, 2006.11【14】机械设计手册编委会主编. 机械设计手册 单行本联轴器、离合器与制动器 北京:机械工业出版社,2007.3【15】成大先主编. 机械设计手册 第四版第二卷 北京：化学工业出版社,2003.9【16】方键主编. 结构设计 北京：化学工业出版社，2006总 结C616 主轴箱的设计完成了。通过本次设计，我可以说是对大学所学课程做了一次全方面的复习，虽然说还达不到融会贯通的地步然而也基本上把那些所学的知识都联系在了一起。通过此次设计，我对机床装备设计的步骤，内容表达方式等有了比较系统的掌握，如机床的运动功能设计，总体结构方案设计，机床主要参数设计；主传动系的设计，（传动系统图和转速图），传动部件的选取，结构设计，操纵机构的结构设计；机床的外观设计；计算说明书的格式、写法等，都有了正确的认识。同时，在设计的思路上，还应用到哲学上的思想；在查阅文献资料时，一些外文资料的阅读得益于大学英语的学习：计算校核传动件时，要用到高等数学的内容，在专业方面的知识如理论力学，材料力学中的知识更是不可缺少的。机械设计是一门需要耐心和细心的工作，要求设计人员平心静气，一丝不苟的工作，不能有烦躁的情绪，如果能够融入到设计的氛围中是有很多乐趣的。经过一翻努力最终设计完成了，在设计中难免会有一些不足或欠缺的地方，望老师能够指导。外文资料Hardened gear reducer prices and AnalysisThe purpose of the pump ,to give pressure to the oil ; in other words, to give power to the machine .The purpose of the valves is to control the flow of oil and to apply the power when and where it may be needed .To illustrate as simply as possible how this is accomplished in a “circuit”, that is , in the run of oil from the reservoir ,through the pump , the valves , the driven unit , and back to the reservoir, references are made to the diagrams shown in Figs,11.1 and 11.2. Every fluid-power system used one or more pumps to pressurize the hydraulic fluid the fluid under pressure, in turn, performs work in the output section of the fluid-power system. Thus, the pressurized fluid may be used to move a piston in a in a cylinder or to turn the shaft of a hydraulic motor. So we find that find that every modern fluid power system used at least one pump to pressurize the fluid.TYPES OF PUMPSThree types pumps find use in fluid-power systems: rotary , reciprocating, and centrifugal pumps . Simples hydraulic systems may use but one type of pump, The trend is to use pumps with the most satisfactory characteristics for the specific tasks involved . In matching the characteristics of the pump to the requirements of the hydraulic system, it is not unusual to find two types of pumps in series . For example , a centrifugal pump may be may be used to supercharge a reciprocating pump , or a rotary pump may be used to supply pressurized oil for the controls associated with a reversing variable-displacement reciprocating pump .ROTARY PUMPSThese are built in many different designs and are extremely popular in modern fluid-power system. The most common rotary-pump designs used today are spur gear , internal-gear , generated rotor , sliding-vane , and screw pump . Each type has advantages that make it most suitable for a given application. Spur-Gear Pumps. These pumps (Fig.11.3) have two mating gears are turned in a closely fitted casing. Rotation of one gear, the driver, causes the second , or follower gear , to turn . The driving shaft is usually connected to the upper gear of the pump . When the pump is first started , rotation of gears forces air out the casing and into the dis-charge pipe . This removal of air from the pump casing produces a partial vacuum on the suction side of the pump . Fluid from an external reservoir is forced by atmospheric pressure into the pump inlet . Here the fluid is trapped between the teeth of the upper and lower gears and the pump casing. Continued rotation of the gears forces the fluid out of the pump discharge. Pressure rise in a spur-gear pump is produced by the squeezing action on the fluid as it is expelled from between the meshing gear teeth and casing . A vacuum is formed in the cavity between the teeth as they unmeshed , causing more fluid to be drawn into the pump . A spur-gear pump is a constant-displacement unit ;its discharge is constant at a given shaft speed . The only way the quantity of fluid discharged by a spur-gear pump of the type in Fig,11.3 can be regulated is by varying the shat speed . Modem gear pumps used in fluid-power systems develop pressure up to about 3000psi. SLIDING-VANE PUMPS SLIDING These pumps have a number of vanes which are free to slide into or out of slots in the pump rotor . When the rotor is turned by the pump driver , centrifugal force , springs , or pressurized fluid causes the vanes to move outwad in their slots and bear against the inner bore of the pump casing or against a cam ring . As the rotor revolves, fluid flows in between the vanes when they pass the suction port . This fluid is carried around the pump casin until the discharge port is reached . Here the fluid is forced out of the casing and into the discharge pipe.CONTROL VALVESPressure control valves are used in hydraulic circuits to maintain desired pressure levels in various parts o the circuits . A pressure-control valve maintains the desired pr4essure level by diverting higher-pressure fluid to a lower-pressure area , or restricting flow into another area . Valve that divert fluid can be safety , relief , counter-balance , sequence , and unloading types , Valves that restrict flow into another area can be of the reducing type . A pressure-control valve may also be defined as either a normally closed or normally open two-way valve . Relief , sequence , unloading and counterbalance valves are normally closed , two-way valves that are partially or fully open while performing their design function . A reducing valve is a normally open valve that restricts and finally blocks fluid flow into a secondary area . With either type of operation , the valve can be said to create automatically an orifice to provide the desired pressure control . An orifice is not always created when the valve is piloted from an external source .One valve of this type is the unloading valve it is not self-operating ; it depends on a singal from an external source . Relief , reducing counterbalance , and sequence valves can be fully automatic in operation , with the operating signal taken from within the envelop . TYPE OF PRESSURE-CONTROL VALVES Some popular devices for pressure-control service are ; Safety valve . Usually a poppet-type two-way valve intended to release find to a secondary area when the fluid pressure approaches the set opening pressure of the valve. This type of valve protects piping and equipment from excessive pressure . Relief valve . Valve which limits the maximum pressure that can be applied in that protion of the circuit to which it is connected . Counterbalance valve . Valve which maintains resistance against flow in one direction but permits free flow in the other direction . Sequence valve .Valve which directs flow to more than one portion of a fluid circuit , in sequence .Unloading valve . Valve which allows pressure to build up to an adjustable setting , then by-passes the flows as long as remote source maintains the preset pressure on the pilot port . Ppressure-reducing valve . Valve which maintains a reduced pressure at its outlet regardless of the higher inlet pressure . CONTROLS Volume or flow control valves are used to regulate speed , As was developed in earlier chapters ,the speed of an actuator depends on how much oil is pumped into it per unit of time . It is possible to regulate flow with a variable displacement pump , but in many circuits it is more practical to use a fixed displacement pump and regulate flow with a volume control valve .FLOW CONTROL METHODS There are three basic methods of applying volume . control valves to control actuator speeds . They are meter-out and bleed-off . Meter-In Circuit In meter-in operation . the flow control valve is place between the pump and actuator . In the way , it control the amount of fluid going into the actuator . Pump delivery in excess of the metered amount is diverted to tank over the relief valve . With the flow control valve installed in the cylinder line as shown , flow is controlled in one direction . A check valve must he included in the flow control or placed in parallel with it for return flow . If it is desired to control speed in both directions . the flow control can be installed in the pump outlet line prior to the directional valve . The meter-in method is highly accurate. It is used in application s where the load continually resists movement o the actuator , such as raising a vertical cylinder under load or pushing a load at a controlled speed .Meter-Out Circuit . Meter-out control is used where the load might tend to “run away“ The flow control is located where it will restrict exhaust flow from the actuator .To regulate speed in both directions , the valve is installed in the tank line from the directional valve .More often control is needed in only one direction and it is placed in the line between the actuator and directional valve. Here too a bypass check valve would be required for a rapid return stroke.Bleed-Off Circuit. IN a bleed off arrangement ,the flow control is bleed off the supply line from the pump and determines the actuator speed by metering a portion of the pump delivery to tank .The advantage is that the pump operates at the pressure required by the work , since excess fluid returns to tank through the flow control instead of through the relief valve.Its disadvantage s some less of accuracy because the measured flow is to tank rather than into the cylinder , making the latter subject to variations in the pump delivery due to changing work loads .Bleed-off circuits should not be used in applications where there is a possibility of the load running away. TYPES OF FLOW CONTROLSFlow control valves fall into two basic categories ;pressure compensated and non-pressure compensated , the latter being used where load pressures remain relatively constant and feed rates are not too critical .They may be as simple as a fixed orifice or an adjustable needle valve,although more sophisticated units may even include a check valve for free flow in the reverse direction.Use of non-pressure compensated valves is somewhat limited,since flow through an orifice is essentially proportional to the square rot of the pressure drop ( p) across it .This means that any appreciable change in the work load would load would affect the feed rate.THE APPLICATION OF HYDRAULIC POWER TO MACHINE TOOLS The application of hydraulic power to the operation of machine tools is by no means new, though its adoption on such a wide scale as existe at present, is comparatively recent. It was infact the development of the modern self-contained pump unit that stimulated the growth of this form of machine tool operation.Hydraulic machine tool drive offers a great many advantages.one of them is that it can give infinitely-variable speed control over wide ranges.In addition they can change the direction of drive as easily as they can vary the speed.Asin many other types of machine,many complex mechanical linkages can be simplified or even wholly eliminated by the use of hydraulics.The flexibility and resilience of hydraulic of hydraulic power is another great virtue of this form of dirve.Apart from the smoothness of oreration thus obtained, a great improvement is usually found in the surface finish on the word and the tool can make heavier cuts without detriment and will will last considerably longer without regrinding. By far the greater