CA6140普通车床主轴变速箱设计

C6140普通车床主轴变速箱设计摘要：车床主要是为了进行车外圆、车端面和镗孔等项工作而设计的机床。车削很少在其他种类的机床上进行，而且任何一种其他机床都不能像车床那样方便地进行车削加工。由于车床还可以用来钻孔和铰孔，车床的多功能性可以使工件在一次安装中完成几种加工。因此，在生产中使用的各种车床比任何其他种类的机床都多。车床的基本部件有：床身、主轴箱组件、尾座组件、溜板组件、丝杠和光杠。主轴箱安装在内侧导轨的固定位置上，一般在床身的左端。它提供动力，并可使工件在各种速度下回转。它基本上由一个安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮(类似于卡车变速箱)所组成。通过变速齿轮，主轴可以在许多种转速下旋转。大多数车床有812种转速，一般按等比级数排列。而且在现代机床上只需扳动24个手柄，就能得到全部转速。一种正在不断增长的趋势是通过电气的或者机械的装置进行无级变速。由于机床的精度在很大程度上取决于主轴，因此，主轴的结构尺寸较大，通常安装在预紧后的重型圆锥滚子轴承或球轴承中。主轴中有一个贯穿全长的通孔，长棒料可以通过该孔送料。主轴孔的大小是车床的一个重要尺寸，因此当工件必须通过主轴孔供料时，它确定了能够加工的棒料毛坯的最大尺寸。关键字：车床，主轴箱组件，主轴，无级变速Abstract：Lathesaremachinetoolsdesignedprimarilytodoturning,facingandboring,Verylittleturningisdoneonothertypesofmachinetools,andnonecandoitwithequalfacility.Becauselathesalsocandodrillingandreaming,theirversatilitypermitsseveraloperationstobedonewithasinglesetupoftheworkpiece.Consequently,morelathesofvarioustypesareusedinmanufacturingthananyothermachinetool.Theessentialcomponentsofalathearethebed,headstockassembly,tailstockassembly,andtheleadscrewandfeedrod.Theheadstockismountedinafoxedpositionontheinnerways,usuallyattheleftendofthebed.Itprovidesapoweredmeansofrotatingthewordatvariousspeeds.Essentially,itconsistsofahollowspindle,mountedinaccuratebearings,andasetoftransmissiongears-similartoatrucktransmissionthroughwhichthespindlecanberotatedatanumberofspeeds.Mostlathesprovidefrom8to18speeds,usuallyinageometricratio,andonmodernlathesallthespeedscanbeobtainedmerelybymovingfromtwotofourlevers.Anincreasingtrendistoprovideacontinuouslyvariablespeedrangethroughelectricalormechanicaldrives.Becausetheaccuracyofalatheisgreatlydependentonthespindle,itisofheavyconstructionandmountedinheavybearings,usuallypreloadedtaperedrollerorballtypes.Thespindlehasaholeextendingthroughitslength,throughwhichlongbarstockcanbefed.Thesizeofmaximumsizeofbarstockthatcanbemachinedwhenthematerialmustbefedthroughspindle.Keywords:Lathes;，headstockassembly，variablespeed目录1绪论.11.1毕业设计的目的.11.2机床主传动系统设计要求.12车床参数的拟定.22.1车床主参数和基本参数.22.1.1极限切削速度Vmax、Vmin的确定.22.1.2主轴的极限转速的确定.22.1.3主轴转速级数Z和公比的确定.32.1.4主电机的选择.33主传动系统设计.63.1传动结构式、结构网、转速图的确定.63.1.1传动形式的确定.63.1.2传动组及各传动组中传动副的数目.63.1.3传动系统扩大顺序的安排.73.1.4绘制转速图.73.1.5转速图的拟定.73.1.6分配降速比.83.2齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制.103.2.1带轮确定.103.2.2齿轮齿数的确定的要求.144强度计算和结构草图设计.174.1确定计算转速.174.1.1各轴、齿轮的计算转速.174.2轴的估算和验算.194.2.1主轴的设计与计算.194.2.2传动轴直径的估算.234.3齿轮模数的估算和计算.244.3.1齿轮模数的估算.244.3.2齿轮模数的验算.274.4轴承的选择与校核.314.4.1一般传动轴上的轴承选择.324.4.2主轴轴承的类型.324.4.3轴承间隙调整和预紧.334.4.4轴承的较核.344.4.5轴承的密封和润滑.354.5片式摩擦离合器的选择与验算.364.5.1按扭矩选择.364.5.2片式离合器的计算.364.5.3计算摩擦面的对数Z.365主轴箱的箱体设计.386结论与展望.406.1结论.406.2展望.40参考文献.41致谢.4201绪论1.1毕业设计的目的（1）课程设计属于机械系统设计课程的延续，通过设计实践，进一步学习掌握机械系统的一般方法。（2）培养综合运用机械制图、机械设计基础、精度设计、金属工艺学、材料热处理及结构工艺等相关知识，进行工程设计的能力。（3）培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。（4）提高技术总结及编制技术文件的能力。（5）为进入工厂打下基础。1.2机床主传动系统设计要求（1）、主轴具有一定的转速和足够的转速范围、转速级别，能够实现运动的开停、变速、换向和制动等，以满足机床的运动要求。（2）、主电动机具有足够的功率，全部机构和元件具有足够的强度和刚度，以满足机床的传动要求。（3）、主运动的有关机构，特别是主轴组件有足够的精度、抗振性、温升小和噪音小，传动效率高，以满足机床的工作性能要求。（4）、操作灵活可靠，调整维修方便，润滑密封良好，以满足机床的使用要求。（5）、结构紧凑简单、工艺性好、成本低、以满足经济要求。三、车床主要参数（规格尺寸）最大工件回转直径D（mm）400刀架上最大回转直径D1200主轴通孔直径d50主轴头号（JB2521-79）6最大工件长度L750-200012车床参数的拟定2.1车床主参数和基本参数2.1.1极限切削速度Vmax、Vmin的确定根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：允许的切速极限参考值如下：表2-1允许的切速极限参考值加工条件Vmax(m/min)Vmin(m/min)硬质合金刀具粗加工铸铁工件3050硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件150300螺纹加工和铰孔38根据给出条件，取Vmax=200m/min螺纹加工和铰孔时取Vmin=5m/min2.1.2主轴的极限转速的确定计算车床主轴极限转速时的加工直径，按经验分别取K=0.5,Rd=0.25dmax=KD=0.5400=200mmdmin=Rddmax=0.25x200=50mm其中:dmax、dmin并不是指机床上可加工的最大和最小直径，而是指实际使用情况下，采用Vmax、（Vmin）时常用的经济加工直径。则主轴极限转速应为：取标准数列数值，即=1400r/minmaxn在中考虑车螺纹和铰孔时，其加工的最大直径应根据实际加工情况选取minmaxd。因此，此处选最大直径为50mm504in/8.3504.0maxininrdvmaxaxin1002173/in3.45vrd2取标准数列数值，即=31.5r/minmin转速范围Rn=iax转速范围=44.44r/minminR1403.5考虑到设计的机构复杂程度要适中，故采用常规的扩大传动，并选级数Z=12，今以和代入公式得R=12.7和43.8，因此取更合适。各级转速41.26.1nR41.数列可直接从标准的数列表中查出，标准转速数列表给出了的从110000的数值，06因为。从表中找到=1440r/min就可以每个5个数值选取一个，得列表60.max如下31.5，45，63，90，125，180，250，355，500，710，1000，14002.1.3主轴转速级数Z和公比的确定已知1minaxZR取Z=12级minax1Zn124.8.43R=1440=31.5maxnmin7.5.310in综合上述可得：主传动部件的运动参数Z=12=1.41i/4maxrin/.31minr2.1.4主电机的选择合理地确定电机功率N，使机床既能充分发挥其性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。中型普通车床典型重切削条件下的用量如表2-2所示。刀具材料：YT15工件材料45号钢，切削方式：车削外圆3查下表可知：切深ap=3.5mm进给量f(s)=0.35mm/r切削速度V=90m/min表2-2中型普通车床典型重切削条件下的切削用量32040切削用量普通型轻型普通型轻型切深pa3.5343.5进给量f0.350.250.40.35切削速度v907510080功率估算法用的计算公式a主切削力：（2.1）b切削功率：Pc=（2.2）KWFVC45.612093c估算主电机功率：（2.3）min/4rnd（2.4）KPC56.80.总中型机床上，一般都采用三相交流异步电动机作为动力源。可以在系列中选用，在选择电动机型号时，应注意：根据机床切削能力的要求确定电机功率，但电动机都已经标准化，因此选取相应的标准值KWP5.电机转速：dn选用时，要使电机转速与主轴最高转速和I轴转速相近或相宜，以免采用过大dnmaxn的升速或过小的降速传动。查机械设计手册可知：P值为5.5KW，按我国生产的电机在Y系列的额定功率选择。NfaFpc3026.0119075.75.4表2-3Y系列的额定功率电机型号额定功率满载转速同步转速ABCDE+0.018Y132S-45.5KW144015002161408938+0.00280FGHKABACADHDBBL103313212280270210315200475图2.1为Y系列的电机的外形图。图2.1为Y系列的电机的外形图53主传动系统设计3.1传动结构式、结构网、转速图的确定3.1.1传动形式的确定集中传动方式：传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个主轴箱内。集中传动适用于中、大型机床，尤其是CA6140,其优点是结构紧凑，便于集中操纵，安装调整方便。利于降低制造成本；缺点是运转的传动件在运转过程中所产生的振动、热量，会使主轴产生变形，使主轴回转中心线偏离正确位置而直接影响加工精度。3.1.2传动组及各传动组中传动副的数目拟定传动链的基本原则，就是以经济的满足对机床的要求，可以满足同样要求的方案有很多种，在进行传动链的可能性分析时，应根据经济合理的原则，选出有最好的方案。转速图有助于各种方案的比较，并为进一步确定传动系统提供方便。拟定主运动转速图应该按照下列步骤进行：拟定传动方案，包括传动形式的选择以及开停。换向，操纵等整个传动系统的确定。传动形式则指传动和变速的元件，机构以及组成，安排不同特点的传动形式，变速类型。传动方案和形式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关，因此，确定传动方案和形式，要从结构、工艺、性能、以及经济性等多方面统一考虑。级数为的传动系统由若干个顺序的传递组组成，各传动组分别有Z个传动副。.4321、即传动副数由于结构的限制以2或3为适合，即变速级数Z应为2和3的因子：即baZ32实现12级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副的组合:1)2)432413)4)2365)21在上述方案中，（1）（2）方案有时可以省掉一根轴，缺点是一个传动组内有四个传动副，如果用一个四联滑移齿轮。则会增加轴向尺寸；如果用两个双联滑移齿轮，则操纵机构必须互销，以防止两个滑移齿轮同时啮合，所以一般少用。（3）（4）（5）方案：按照传动副“前多后少”的原则选择Z=322这一方案，但轴换向采用双向片式摩擦离合器结构，轴的轴向尺寸不至于过大，以免加长变速箱尺寸，第一传动组的传动副不宜过多，以2为宜因此此方案不宜采用，而应选择12=232。方案4）是比较合理的12=2323.1.3传动系统扩大顺序的安排12=232的传动副组合，其传动组的扩大顺序又可以有形式：1)62132）根据级比指数分配要“前密后疏”的原则，应选用Z=这一方案，然而对1236于我们所设计的结构将会出现两个问题：第一变速组采用降速传动时，由于摩擦离合器径向结构尺寸限制，使得轴上的齿轮直径不能太小，轴上的齿轮则会成倍增大。这样，不仅使-轴间中心距加大，而且-轴间的中心距也会辊大，从而使整个传动系统结构尺寸增大。这种传动不宜采用。如果第一变速组采用升速传动，则轴至主轴间的降速传动只能同后两个变速组承担。为了避免出现降速比小于允许的杉限值，常常需要增加一个定比降速传动组，使系统结构复杂。这种传动也不是理想的。如果采用这一方案则可解决上述存在的问题。61323.1.4绘制转速图车床主传动系统转速结构图如图3.1所示。73.1.5转速图的拟定运动参数确定以后，主轴各级转速就已知，切削耗能确定了电机功率。在此基础上，选择电机型号，确定各中间传动轴的转速，这样就拟定主运动的转速图，使主运动逐步具体化。3.1.6分配降速比设计机床主轴变速传动时，为了避免从动齿轮过大而增加箱体的径向尺寸，一般限制降速最小传动比Umin1/4,为避免扩大传动误差，减少振动噪声，一般限制直齿圆柱齿轮的最大升速比Umax,因此决定了一个传动组的最大变速范围28/minaxur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”的原则以及摩擦离合器的工作速度要求，确定各传动组最小传动比。总的传动比：（3.1）(3.2)a决定轴-的最小降速传动比主轴上的齿轮希望大一些，能起到飞轮的作用，所以最后一个变速组的最小降速传动比取极限1/4，公比=1.41，1.414=4，1.min47.5140.3电总uminiincbau皮总44min1.cu图3.1转速结构网132:28044:3125:501800r/min140010007105003552501801259031,54531.586132最末一级间的间隔为6级b中间轴传动比可按先快后慢的原则，确定最小传动比，根据基比指数确定其他传动比轴最小传动比miniamincbuu因为所以轴最小传动，轴采用升速传动，加大齿轮外径，使主动轮齿根直径大于离合器外毂。9.11264cu42minccu4in1c5.01232bu7.4.12b214.12minau33min1.bbu9因此，皮带轮的传动比为：3.2传动原理图41.132au214.12min2au49.01.21.2皮u103.2齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制3.2.1带轮确定因为床头箱内部紧凑，而第一轴除皮带轮外的受力不大，没有必要为抵消皮带的拉力而选用大的轴承和轴，所以用卸荷式带轮结构更划算。1、选择三角带型号根据计算功率(3.3)NKPacP-电机额定功率Ka-工作情况系数车床的启动载荷轻，工作载荷稳定，两班制工作时，取Ka=1.1故=5.5x1.1=6.05KKWPac2、选择V带的带型根据计算功率和电机额定转速查机械设计图811选用B型。3、确定小带轮的基准直径并验算带速vd皮带轮的直径越小，带的弯曲应力就越大，为了提高带的使用寿命，小带轮直径不宜过小。1）初选小带轮的基准直径。1d由表86和表88.取小带轮的基准直径=1321d2）验算带速vsmnd/54.7604160电因为5m/s查表82选带的基准长度Ld=1600mm.按下列公式计算实际中心距a5306.290.500dL6、验算小带轮的包角1(3.6)1204.6350.71483.57)(8012ad因此，小带轮包角取值合理。7、计算带的根数Z1）计算单根V带的额定功率Pr由、和B型带查表8-4a，由插补法得.32mdin/140电n.17.20KWP由、和B型带查表84b得1ikwP4.0查表85得，表82得95.aK92.LK(3.7)KPar25.9.5)17()(02）计算单根V带的根数Z12(3.8)69.25.0rcaPZ因此，带的根数为3。8、计算单根V带的初拉力的最小值（min)(0F带型YZABCDE0.020.060.100.180.300.610.92由上表知道B型带的单位长度质量q=0.18kg/mNvqZKPFac4.285.718054.739.06)2(5)5.2(0min)(20应使带的实际初拉力0Fmin)(9、计算压轴力p压轴力的最小值NZp136024.sin.283sin)(2in)(0带轮结构工作表如下表所示：带轮直径mm带型号带长Ld中心距大带轮小带轮带根数作用于轴上的压力B160053028013231360N主轴箱的动力是从主电机经过皮带轮和三角带传递给轴，并且输进主轴箱，为防止轴在三角带的张力作用下产生变形，设计时将皮带轮先通过花键套、滚动轴承和法兰安装在箱体上。从而使张力由床身承受，扭矩由花键套传递给轴。轴不在因皮带轮的张力而产生弯曲变形，故轴上的零件的动作条件得到改善。如下图所示：133.2.2齿轮齿数的确定的要求1）确定齿轮齿数可用计算法或查表确定齿轮齿数，后者更为简便，根据要求的传动比u和初步定出的传动副齿数和，查表即可求出小齿轮齿数ZS选择时应考虑：1.传动组小齿轮应保证不产生根切。对于标准齿轮，其最小齿数=17miniZ2.齿轮的齿数和不能太大，以免齿轮尺寸过大而引起机床结构增大，一般推荐齿数和ZS100-120。ZS3.同一变速组中的各对齿轮，其中心距必须保证相等。4采用三联滑移齿轮时，最大齿轮齿数与次大齿轮齿数差应该大于或等于4。.5保证强度和防止热处理变形过大，齿轮齿根圆到键槽的壁厚6保证主轴的转速误差在规定的范围之内。卸荷式皮带轮1-皮带轮2-花键套筒3-螺钉4-支撑套14查机械制造装备设计表3-9第一变速组：，时，、70、72、75、84.41.au685zS，时，、72、75、84.2.2a9z符合条件的72、75和84。因此选。于是得变速组a的两个传动副的主从齿轮数84zS分别为：49、35；28、56第二变速组：时，、82、84、85、87、89、90.41.bu80zS时，、84、86、87、89、90.22.b1z时，、81、84、87、88、91.3341.bu80zS符合条件的和87。因此选。于是得变速组b的三个传动副的主从齿轮数分z7z别为：36、51；29、58；23、64。第三变速组：时，、84、86、87、89、90、92、93、95、104、105.21cu81zS时，、84、85、86、89、90、91、94、95、104、105.4.2cz符合条件的、104和105。因此选。于是得变速组c的两个传动副的主从95zS105zS齿轮数分别为：70、35；21、84表3-3变速组第一变速组第二变速组第三变速组齿数和8487105齿轮Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14齿数49352856365129582364703521842）验算主轴转速误差由于确定的齿轮齿数所得的实际转速与传动设计的理论转速难以完全相符，需要验算主轴各级转速，最大误差不得超过10(-1)%。主轴各级实际转速值用下式计算15(3.9)cbuna皮电实)1(其中滑移系数=0.02uaubuc分别为各级的传动比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%(3.10)实际标准实际n同样其他的实际转速及转速误差如下:表3-4主轴转速n1n2n3n4n5n6n7n8n9n10n11n12标准转速31.545639012518025035550071010001440实际转速31.3544.262.3387.8123.8175.1247.6350.2495.3700.5990.651401转速误差0.481.81.072.50.972.80.971.40.951.40.942.8转速误差满足要求。3）绘制主传动系统图按照主传动转速图以及齿轮齿数绘制主传动系统图如下3.5所示图3.5主传动系统图164强度计算和结构草图设计4.1确定计算转速4.1.1各轴、齿轮的计算转速主轴的计算转速：(4.1)III轴计算转速1.III轴最低转速125r/min，2.可使主轴获得31.5r/min、250r/min两级转速，3.其中250r/min大于nj，需要传递全部功率，4.所以III轴计算转速为125r/minII轴计算转速1.III轴计算转速为125r/min，由II轴最低转速355r/min得来，需要传递全部功率，2.所以II轴计算转速为355r/min。I轴计算转速II轴计算转速为355r/min，由I轴最低转速710r/min得来，需要传递全部功率，所以，I轴计算转速为710r/min变速组c最小齿轮z=21，装在第III轴上，使主轴获得31.5180r/min共6级，其中主轴的计算转速为90r/min，故z=21齿轮计算转速为355r/min齿轮z=84，装在第轴上，获得31.5180r/min共6级，其中主轴的计算转速为90r/min，故z=84齿轮计算转速为90r/min齿轮z=70，装在第III轴上，使主轴获得2501400r/min共6级，min/9041.53321minrZj17其中主轴的计算转速为355r/min，故z=70，齿轮计算转速为125r/min齿轮z=35，装在第轴上，获得2501400r/min共6级，其中主轴的计算转速为90r/min，故z=35齿轮计算转速为250r/min变速组b最小齿轮z=23，装在第II轴上。III轴获得125、355r/min，其中III轴的计算转速为125r/min，故z=23齿轮计算转速为355r/min。齿轮z=64，装在第III轴上。III轴获得125、355r/min，其中III轴的计算转速为125r/min，故z=64齿轮计算转速为355r/min。z=29，装在第II轴上。III轴获得180、500r/min，其中III轴的计算转速为125r/min，故z=29齿轮计算转速为355r/min。齿轮z=58，装在第III轴上。III轴获得180、500r/min，其中III轴的计算转速为125r/min，故z=58齿轮计算转速为180r/min。z=36，装在第II轴上。III轴获得250、710r/min，其中III轴的计算转速为125r/min，故z=36齿轮计算转速为355r/min。齿轮z=52，装在第III轴上。III轴获得250、710r/min，其中III轴的计算转速为125r/min，故z=52齿轮计算转速为250r/min变速组a18最小齿轮z=28，II轴获得355r/min，其中II轴的计算转速为355r/min，故z=28齿轮计算转速为710r/min齿轮z=56II轴获得355r/min，其中II轴的计算转速为355r/min，故z=56齿轮计算转速为355r/min齿轮z=49，II轴获得1000r/min，其中II轴的计算转速为355r/min，故z=49齿轮计算转速为710r/min齿轮z=35II轴获得1000r/min，其中II轴的计算转速为355r/min，故z=35齿轮计算转速为1000r/min4.2轴的估算和验算4.2.1主轴的设计与计算主轴组件结构复杂，技术要求高。安装工件的主轴参与切削成形运动，因此它的精度和性能性能直接影响加工质量（加工精度与表面粗糙度）。1）主轴直径的选择查表可以选取前支承轴颈直径D1=105mm后支承轴颈直径D2=(0.70.85)D1=73.589.25mm选取D2=75mm2）主轴内径的选择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空心轴。19确定孔径的原则是在满足对空心主轴孔径要求和最小壁厚要求以及不削弱主轴刚度的要求尽可能取大些。推荐：普通车床d/D(或d1/D1)=0.550.6其中D主轴的平均直径，D=(D1+D2)/2d1前轴颈处内孔直径d=(0.550.6)D=49.554mm所以，内孔直径取52mm主轴锥孔对支撑轴径A、B的跳动，近轴端允差0.005mm，离轴端300mm处允差0.01mm，锥度的接触率大于70%，表面粗糙度Ra0.4um，硬度要求HRC48.3）前锥孔尺寸前锥孔用来装顶尖或其它工具锥柄，要求能自锁，目前采用莫氏锥孔。选择如下：莫氏锥度号取6号标准莫氏锥度尺寸大端直径D=63.3484）主轴前端悬伸量的选择轴悬伸量指主轴前端面到前支撑径向反力作用点（一般即为前径支撑中点）的距离，它主要取决于主轴前端部结构形式和尺寸，前支撑轴配置和密封等。因此，主要由结构设计确定。悬伸量与主轴部件的刚度和抗振性成反比，故应取小值主轴悬伸量与前轴颈直径之比a/D1=0.61.25a=(0.61.5)D1=66131.25mm所以，悬伸量取120mm5）主轴合理跨距和最佳跨距主轴跨距是决定主轴系统精度刚度的重要影响因素，目的是找出在切削力的作用下，主轴前端的柔度值最小的跨距称为最优跨距（）0L根据表3-14见金属切削机床设计计算前支承刚度。AK前后轴承均用双列短圆柱滚子轴承，并采用前端定位的方式。查表4.170DKA=1700901.4=9.26105N/mm20因为后轴承直径小于前轴承，取4.1BAKKB=6.61105N/mm)1(6)03BAKaL其中为参变量BAK综合变量3aEIA其中E弹性模量，取E=2.0105N/mm2I转动惯量，I=(D4-d4)/64=3.14(804-454)=1.81106mm4=3aKEIA356106.98.=0.3909由图4.1主轴最佳跨距计算线图中，在横坐标上找出=0.3909的点向上作垂线与的斜线相交，由交点向左作水平线与纵坐标轴相交，得L0/a=2.5。4.1BAK所以最佳跨距L0L0=2.5120=300又因为合理跨距的范围L合理=(0.753)L0=2251600所以取L=625mm图4.1主轴最佳跨距计算线图216）主轴刚度的验算对于一般受弯矩作用的主轴，需要进行弯曲刚度验算。主要验算主轴轴端的位移y和前轴承处的转角A。如主轴前端作用一外载荷F如下图切削力Fz=3026N挠度yA=(4.2)EIaLFz3)(2=652108.0.)(16=0.029y=0.0002L=0.0002625=0.125yAy倾角A=EIaLF6)32(=65108.0.)23(1=0.000269前端装有圆柱滚子轴承，查表A=0.001rad图4.2主轴布置简图图4.322AA符合刚度要求。7）主轴的材料与热处理材料为45钢，调质到220250HBS，主轴端部锥孔、定心轴颈或定心圆锥面等部位局部淬硬至HRC5055，轴径应淬硬。4.2.2传动轴直径的估算传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度要求，强度要求保证轴在反复载荷和扭矩载荷作用下不发生疲劳破坏。车床主轴传动系统精度要求较高，不允许有较大的变形。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，可不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不发生过大的变形。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。传动轴直径按扭转刚度用下列公式估算传动轴直径：mm(4.3)491jnNd其中：N该传动轴的输入功率KWdNd电机额定功率；从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积取V带的传动效率=0.96，齿轮的传动效率为0.995，滚动轴承的传动效率为0.99（一对）该传动轴的计算转速r/minjn每米长度上允许的扭转角(deg/m),可根据传动轴的要求选取如表4-1所示。表4-1轴允许的扭转角刚度要求允许的扭转角主轴一般的传动轴较低的传动轴0.5111.51.52对于一般的传动轴，取=1.5轴KW28.596.0dN=710r/minjn23mm1.245.7108941d为了传递转矩，选用花键轴，所以d1=24.1x（1-7%）=22.4mm圆整后去d1=30mm。轴KW25.9.065.2dN=355r/minjnmm67.285.13942d为了传递转矩，选用花键轴，所以d2=28.67x（1-7%）=26.67mm圆整后去d2=35mm。轴KW20.59.0965.3dN=125r/minmmjn14.37.143d为了传递转矩，选用花键轴，所以d2=37.14x（1-7%）=34.54mm圆整后去mm。403d查表可以选取花键的型号其尺寸分别为)741(GBbDZ轴取1d0356轴取24轴取3124.3齿轮模数的估算和计算4.3.1齿轮模数的估算根据齿轮弯曲疲劳的估算：(4.4)其中、Z应为同一齿轮的计算转速和齿轮齿数，并且取乘积最小的代入上式，jn（1）第一变速组由转速图得Z1=49齿轮的计算转速为710r/min。Z2=35齿轮的计算转速为1000r/min。Z3=28齿轮的计算转速为710r/min。32dwjPmzn24Z4=56齿轮的计算转速为355/min。根据Pd=5.28KWmm05.23568.2m因此取（2）第二变速组由转速图得Z5=36齿轮的计算转速为355r/min。Z6=52齿轮的计算转速为250r/min。Z7=29齿轮的计算转速为355r/min。Z8=58齿轮的计算转速为180/min。Z9=23齿轮的计算转速为355r/min。Z10=64齿轮的计算转速为125/min。Pd=5.25KW因此取（3）第三变速组由转速图得Z11=70齿轮的计算转速为125r/min。Z12=35齿轮的计算转速为250r/min。Z13=21齿轮的计算转速为355r/min。Z14=84齿轮的计算转速为90/min。Pd=5.20KW因此取mw=3齿轮接触疲劳强度mj其中为大齿轮的计算转速，A为齿轮中心距。jn由中心距A及齿数、求出模数1z232jdwzn78.21564.323jdwznPm93.2510.323jdwzn21ZAjw.w251）第一变速组Z1+Z2=Z3+Z4=84Pd=5.28KW取模数为2mm。2）第二变速组Z5+Z6=Z7+Z8=Z9+Z10=87Pd=5.25KW取模数为3mm。3）第三变速组Z11+Z12=Z13+Z14=105Pd=5.2KW取模数为3mm。据估算所得和中较大的值，选取相近的标准模数。mj第一变速组m1=2.5；第二变速组m2=3；第三变速组m3=3齿轮块设计：机床的变速系统采用了滑移齿轮变速结构。根据各传动轴的工作特点，第一扩大组、第二扩大组以及第三扩大组的滑移齿轮均采用了整体式的滑移齿轮。所以滑移齿轮与传动轴间均采用花键连接。从工艺角度考虑，其他固定齿轮（主轴上的齿轮除外）也采用花键连接。370jdnPAmnAjd2.730Zmj.18421mnAjd6.128370Zmj95.721mnAjd04.1337Zj73.25.21264.3.2齿轮模数的验算因为设计的是机床，所以齿轮对强度及精度都有一定的要求，齿轮应具有较高的强度及齿面具有高硬度；齿轮选用的是40Cr调制处理，硬度250280HBW，验算时选相同模数中承受载荷最大齿数最少的齿轮，一般对高速传动齿轮以验算接触疲劳强度，对于低速传动的齿轮以验算弯曲疲劳强度为主，对硬齿面软齿心的渗碳淬火齿轮，一定要验算弯曲疲劳强度。根据齿轮的接触疲劳计算齿轮模数公式为：mm(4.5)3213)(160jjmSjnizPK根据齿轮的弯曲疲劳强度计算齿轮模数公式为：mm(4.6)275132jmsnYz式中：P-计算齿轮传递的额定功率-计算齿轮（小齿轮）的计算转速r/minJn-齿宽系数，常取610；mb-计算齿轮的齿数，一般取传动中最小齿轮的齿数；1z-大齿轮与小齿轮的齿数比，；“+”用于外啮合，“-”号用于内啮合；i12zi-寿命系数，；KsqNnrKs-工作期限系数，；TmTC06齿轮等传动件在接触和弯曲交变载荷下的疲劳曲线指数m和基准循环次数Con-齿轮的最低转速r/min;T-预定的齿轮工作期限，中型机床推荐：T=1500020000h;-转速变化系数nK-功率利用系数N-材料强化系数。幅值低的交变我荷可使金属材料的晶粒边界强化，起着阻止疲q劳细缝扩展的作用；（寿命系数）的极限SKminax,SK27当；minminmaxSSSKKK时，取时，则取-工作情况系数。中等冲击的主运动：=1.21.6；11-动载荷系数2-齿向载荷分布系数3Y-齿形系数；、-许用弯曲、接触应力MPaj1)第一变速组：相同模数中行承载最大齿数最少的齿轮为Z=28.Z=28位于轴，属于高速轴，按照接触疲劳强度验算齿轮模数。KW28.5Nmm70.mzd节圆速度m/s61.26ndV由表8可得：取精度等级为7级。=1.22K2.1由表9得：=13KqNnrsmTC0631.107356T=0.90nK.w4.qK6.931.s由表可知maxS所以取Ks=0.6由表11许用应力知，取齿轮材料为45整淬=1100MPa=320MPaj由表10可知可查得Y=0.453213)(160jjmSjnizPK96.1701284728.56.)(16032j28所以模数取2.5符合要求。同样可以校核其它齿轮的模数也符合要求。2)第二变速组：相同模数中行承载最大齿数最少的齿轮为Z=23.按照接触疲劳强度和弯曲疲劳强度验算齿轮模数。KW25.Nmm693mzd节圆速度m/s28.1035ndV由表8可得：取精度等级为7级。=1.22K2.1由表9得：=13KqNnrsmTC0631.107356T=0.90nK.w4.qK6931.s由表可知maxS所以取Ks=0.6由表11许用应力知，取齿轮材料为45整淬=1100MPa=320MPaj由表10可知可查得Y=0.4083213)(160jjmSjnizPK57.23102873.6.)(16032j2751323jmsnYzNK36.2057408.63所以模数取3符合要求。293)第三变速组：相同模数中行承载最大齿数最少的齿轮为Z=19.按照弯曲疲劳强度和弯曲疲劳强度验算齿轮模数。KW2.5Nmm631mzd节圆速度m/s17.05ndV由表8可得：取精度等级为7级。=1.22K2.1由表9得：=13KqNnrsmTC0631.107356T=0.90nK.w4.qK6931.s由表可知maxS所以取Ks=0.6由表11许用应力知，取齿轮材料为45整淬=1100MPa=320MPaj由表10可知可查得Y=0.3863213)(160jjmSjnizPK78.23510276.)5(16032j25132jmsnYzNK52.30786.0.7所以模数取3符合要求。30Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14齿数4935285636522958236470352184模数2.533分度圆直径122.587.570140108156871746919221010563252齿根高h125.35.2)(mca3.753.75齿顶高h.a33齿顶圆直径da127.592.575145114162931807519821611169258齿根圆直径df116.2581.2563.75133.75101.5148.579.5166.561.5184.5202.597.555.5244.5中心距105130.5157.5齿宽17.521214.4轴承的选择与校核机床传动轴常用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴