X6130卧式万能升降台铣床总体布局及主轴箱设计

摘要本题主要是X6130卧式万能升降台铣床的总体布局及主轴箱的设计，主轴箱及进给箱是由异步电动机进行驱动，通过齿轮传动，分别使主轴获得12级转速，进给系统实现14级变速。通过对主轴箱中零部件的分析和校核，合理的选择零部件包括齿轮，轴等，满足工作时的加工要求，确保加工时铣削零件尺寸、形状的精度要求。该铣床适用于对平面、斜面、螺旋面及成型表面加工，机床具有足够的刚度和强度,能进行高速度切削和承受一定强度的切削工作。通过对主轴箱进行了简要的设计和较核，设计的总体布局满足工艺要求，传动系统满足加工要求。X6130铣床具有主轴转速高、调速范围宽、操作方便、工作台进给速度宽等特点，大大提高了加工范围。关键词总体布局；传动系统；主轴箱IABSTRACTTHISPROBLEMISMAINLYX6130UNIVERSALHORIZONTALMILLINGMACHINELIFTSTHEOVERALLLAYOUTANDDESIGNOFHEADSTOCK,HEADSTOCKANDFEEDBOXISDRIVENBYTHEINDUCTIONMOTOR,THROUGHGEARTRANSMISSION,RESPECTIVELY,WERE12TOSPINDLESPEED,FEEDSYSTEMTOACHIEVE14SPEEDCOMPONENTSOFTHESPINDLEBOXTHROUGHTHEANALYSISANDVERIFICATION,AREASONABLECHOICEPARTS,INCLUDINGGEARS,SHAFTS,ETC,TOMEETTHEPROCESSINGREQUIREMENTSWORKTOENSURETHATWHENTHEMILLINGMACHININGPARTSSIZE,SHAPEPRECISIONTHENEWMACHINESUITABLEFORPLANE,BEVEL,HELICALANDMOLDINGSURFACEPROCESSING,THEMACHINEHASENOUGHSTIFFNESSANDSTRENGTH,TOCARRYOUTACERTAINSTRENGTHTOWITHSTANDHIGHSPEEDCUTTINGANDCUTTINGWORKTHROUGHABRIEFSPINDLEBOXDESIGNANDMORENUCLEAR,THEOVERALLLAYOUTOFTHEDESIGNMEETTHETECHNICALREQUIREMENTSOFTRANSMISSIONSYSTEMTOMEETTHEPROCESSINGREQUIREMENTSX6130MILLINGMACHINEHASASPINDLESPEEDOFHIGH,WIDESPEEDRANGE,EASYOPERATION,WIDETABLEFEEDSPEED,ETC,GREATLYINCREASEDTHERANGEOFPROCESSINGKEYWORDSOVERALLLAYOUT；DRIVINGSYSTEM；HEADSTOCK目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111铣床在国民经济中的地位112铣床工业发展概况和目前水平113铣床的类型和编号2第2章X6130卧式升降台铣床总体方案设计421X6130型铣床的结构特点主要参数和主要用途4211X6130型铣床的结构和特点4212X6130型铣床的主要参数4213X6130型铣床的主要用途422主要部分的名称和用途523铣床的常用卡具6231夹具的概念6232夹具的作用6233铣床夹具的类型7234夹具的组成7235典型工件在铣床上的装夹方式724本章小结8第3章X6130型卧式万能升降台铣床的运动设计931主运动9311主轴传动结构式932确定结构网及主轴转速表933本章小结11第4章主轴箱电动机的选择1241主轴箱电机的选择12411选择电动机的容量12412分配总降速比12413确定传动轴的轴数12414绘制转速图1343本章小结13第5章带传动的设计1551概述15511带传动的分类15512带传动的失效形式15513带传动的设计要求1552带传动的计算及选定16521计算带传动的条件16522计算内容和步骤1654本章小结17第6章主轴箱齿轮设计和应力计算1861齿轮的概述18611齿轮的类型18612齿轮传动的主要特点18613失效形式及设计准则18614齿轮材料及其选择原则1862主轴箱齿轮的设计1963直齿圆柱齿轮应力的计算2164本章小结24第7章轴的设计计算2571轴的概述25711轴的功用及分类25712轴的受力分析、失效形式和设计准则25713轴上零件的固定26714轴的加工和装配工艺性2672轴的设计及计算2773轴的设计28731传动轴直径的确定28732主轴轴径的确定29733核算转速29734主轴的校核3074本章小结34第章零部件的选择3581键的选择3582滑移齿轮的轴向移动3683润滑系统设计3784本章小结37结论38参考文献39致谢400第1章绪论11铣床在国民经济中的地位金属切削机床使用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器。铣床是用铣刀进行加工的机床。由于采用了多刃刀具连续切削，故生产效率较高，而且还可以获得较好的加工表面质量。铣床的工艺范围很广，在铣床上可以加工平面、沟槽、分齿零件、螺旋形表面等，因此在机械制造业中，铣床应用非常广泛，特别是我是升降台铣床。在现代机械制造业中加工机器零件的方法有多种，如锻造、铸造、焊接、切削加工和各种特种加工等等，但切削加工是将金属毛坯加工成具有一定形状、尺寸和表面质量的零件的加工方法，在加工精密零件时，目前主要是依靠切削加工来达到所需的加工精度和表面质量。所以，金属切削机床是加工机器零件的主要设备，它所负担的工作量，约占机器总制造工作量的4060，机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。铣床的母机属性决定了它在国民经济中的重要地位。机床工业为各种类型的机械制造厂提供先进的制造技术与优质高效的机床设备，促进机械制造工业的生产能力和工艺水平的提高。机械制造业肩负着为国民经济各部门提供现代化技术装备的任务，即为工业、农业、交通运输业、科研和国防部门提供各种机器、仪器、和工具。为适应现代化建设的需要，必须大力发展机械制造工业。可见，机械制造工业是国民经济各部门赖以发展的基础，而机床（铣床）工业则是机械制造工业的基础。一个国家机床工业的技术水平在很大程度上标志着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。显然机床（铣床）在国民经济现代化建设中起着重大的作用。12铣床工业的发展概况和我国机床工业目前的水平金属切削机床是人类在改造自然的长期实践中，不断改进生产工具的基础上生产和发展起来的。最原始的机床是靠双手的往复运动，在工件上钻孔。最初的加工对象是木料，为加工回转体，出现了依靠人力使工件往复运动的原始车床，在原始加工阶段，人既是机床的原动力，又是机床的操纵者。当加工对象由木材逐渐过渡到金属时，切削要求增大动力，于是就逐渐出现了水力、风力和畜力等驱动的机床。随着生产的发展和需要，要1516世纪出现1了铣床、磨床。我国明朝宋应星所著“天工开物”中就已有对于天文仪器进行铣削和磨削加工的记载。18世纪末，蒸汽机的出现，提供了新型的巨大的能量，使生产技术发生了革命性的变化，由于在加工过程中逐渐产生了专业性分工，因而出现了各种类型的机床。19世纪末，机床以扩大到许多类型，这些机床多采用皮带传动，性能很低。20世纪以来，齿轮变速箱的出现，使机床的结构和性能发生了根本性的变化。随着电器控制、液压件传动等科学技术的出现及其在机床上的普遍应用，使机床技术有了迅速的发展，除通用机床外又出现了许多各式各样的专用机床。在机床发展的这个阶段，机床的动力已由自然力代替了人力，人只需操纵机床，生产力已不受人的体力的限制。如本文的介绍的万能卧式升降台铣床，还有立式铣床、万能工具铣床、龙门铣床、固定台座式铣床以及各种专用铣床（包括键槽铣床、曲轴铣床、凸轮铣床）等。近些年来，电子技术、计算机技术、信息技术、激光技术等的发展并在机床领域得到应用，使机床开始了迅猛发展的新时代。多样化、精密化、高效化、自动化是这一时代铣床的发展的基本特征。新技术的发展，数控机床以其加工精度高、生产率高、柔性高、适应中小批量生产而日益受到重视。由于数控铣床无需人工操作，而是靠数控程序完成加工循环，调整方便，适应灵活多变的产品。使得中、小批量自动化成为可能。从而生产力发展的过程来看，铣床发展到数控化阶段，不仅铣床的动力无需人力，而且铣床的操纵也由机器本身完成了。人的工作只是编制加工程序，调整刀具等，为铣床的自动加工准备好条件。然后则有电脑控制铣床自动完成加工。我国的铣床工业已经取得了巨大的成果，但与世界先进水平相比，还有较大的差距。主要表现在大部分高精度和超精密铣床性能还不能满足要求，精度保持性也较差，特别是高效的自动化、技术水平和质量保证方面都明显落后。产量低下，机床数控化程度不足10，至于航天、航空、冶金、汽车、造船和重型机器制造等工业部门所需要的多种类型的特种数控铣床基本上还是一片空白。技术性能方面落后，国外已做到1519轴联动，分辨率达到01001而我,M国目前只能做到56轴联动，分辨率为1国内产品的质量和可靠性也不够稳,M定，特别是先进数控系统的开发和研制还需作进一步的努力。13铣床的类型和编号铣床的主要类型万能卧式升降台铣床、立式铣床、龙门铣床、仿行铣床、专门化铣床。数控铣床等。2以本设计介绍的X6130型机床为例，大写的“X”表示的是机床的类别代号，是铣床；“6”表示的是铣床的组号，此铣床为卧式升降台铣床；“1”表示铣床系别号，表示的是万能升降台铣床；“30”是铣床的主参数，表示的是工作台面的宽为300MM。主参数的折算系数是1/10。X6130型万能卧式升降台铣床，主轴轴线与工作台平行，主轴呈横卧位置，其与卧式升降台铣床的区别是在纵向工作台之间增加一回转台。铣削是将铣刀安装在与主轴相连接的刀轴上，绕主轴作旋转运动，被切工件装夹在工作台面上对铣刀作相对进给运动，从而完成切削工作。主传动电机4KW，通过主轴变速箱能使主轴实现12中转速，工作台作垂直和横向运动。它可以加工平面、沟槽、分齿零件和螺旋槽等工件。3第2章X6130型卧式升降台铣床总体方案设计总体方案本设计主要对X6130型万能铣床的总体布局和其部分结构进行设计，使其满足工艺性和传动系统的要求。21X6130型铣床的结构特点主要参数和主要用途211X6130型铣床的结构和特点X6130型卧式升降台铣床由床身、底座、升降台、工作台、刀杆支架、悬梁、主传动及变速、进给传动和电器部分组成。1、床身床身支承并连接各部件，顶面水平导轨支承横梁，前侧导轨供升降台移动之用。床身内装有主轴和主运动变速系统及润滑系统。2、横梁它可在床身顶部导轨前后移动，吊架安装其上，用来支承铣刀3、主轴主轴是空心的，前端有锥孔，用以安装铣刀杆和刀具。4、工作台工作台上有T形槽，可直接安装工件，也可安装附件或夹具。它可沿导轨作纵向移动和进给。5、纵向工作台纵向工作台由纵向丝杠带动在转台的导轨上作纵向移动，以带动台面上的工件作纵向进给。台面上的T形槽用以安装夹具或工件。6、横向工作台横向工作台位于升降台上面的水平导轨上，可带动纵向工作台一起作横向进给。7、升降台升降台可沿床身导轨作垂直移动，调整工作台至铣刀的距离。铣床6130的特点1、轴的启动，停止和工作台的快速移动均有按钮操纵，操作简单方便；2、工作台进给手柄与工作台移动的方向一致，操纵时不易出差错；3、轴的转速和工作台的进给量均采用孔盘变速操纵机构变速，使操纵简便，工作可靠；4、轴能有效的立即制动，使操作迅速，安全，方便；5、X6130型铣床的刚度好，更适宜高速铣削和强力铣削。212X6130型铣床的主要参数图21X6130型铣床的主要参数主要参数工作台面积3001150MM（宽长）工作台最大行程纵向680MM4横向235MM垂直400MM主轴锥孔724ISO50主轴转速12级351600R/MIN主轴电机功率4KW工作台承载工件最大重量500KG工作台回转角度45进给速度14级进给进给电机075KW1380R/MIN机床重量2650KG约外型尺寸169015351630（长宽高）213X6130型铣床的主要用途X6130型卧式万能升降台铣床，主轴轴线与工作台平行，主轴呈横卧位置，铣削时将铣刀安装在与主轴相连接的刀轴上，绕主轴作旋转运动，被切工件装夹在工作台面上对铣刀作相对进给运动，从而完成切削工作。X6130型铣床其与一般升降台铣床的主要区别在于工作台除了能在相互垂直的3个方向作调整或进给运动外，还可绕垂直轴线在45范围内回转，从而扩大了机床的工艺范围。该机床可用于铣削平面、斜面、沟槽、齿轮等，采用分度头附件，还可以加工螺旋表面等。22主要部分的名称和用途1、铣床主传动部分由主传动变速箱及主轴部件组成。主传动变速箱，主要通过调频电动机和滑移齿轮的变速使主轴获得多级转速，以满足不同铣削加工的要求。（1）主轴主轴是变速箱内最重要的部件，它采用三支撑结构，由于轴承的间距和主轴的直径比较大，因此能保证主轴具有必须的刚性和抗震性。前轴承室决定主要主轴回转的主要轴承，因此采用P5级精度的圆锥滚子轴承。主轴中部的轴承决定主轴工作的平稳性，因此采用P6级精度的圆锥滚子轴承。后轴承对铣削的加工精度影响不打，它主要是用来支持主轴的尾端，因此采用角接触球轴承。主轴左端飞轮在铣削过程中能储藏能量，能使主轴旋转均匀和铣削平稳。5尤其是在用齿数少的铣刀进行铣削是，飞轮的作用就更加明显。也有用增加大齿轮的质量代替飞轮。这种铣床的主轴上就不再另装飞轮。（2）中间传动轴。主轴电机通过中间传动轴上装有的三联齿轮和双联齿轮使主轴得到转速。（3）弹性联轴器。弹性联轴器是由两半部分组成，它的一半安装在电动机轴上，另一半安装在一轴上。电动机轴与一轴用弹性联轴器连接，两轴之间允许有少量的偏移和倾斜，在工作是能吸收震动和承受冲击。联轴器上的弹性挡圈经受到启动和停止的冲击而容易磨损，当磨损严重时应及时更换。2、铣床进给变速部分由进给变速箱与变速操纵机构组成。工作进给和快速进给分别由不同的电磁离合器控制，运动经过变速箱变速后，可以得到不同的进给速度。工作进给时，由滚珠式安全离合器实现过载保护。（1）进给箱是一个圆筒式独立部件，装在升降台左边。运动由齿轮传入。工作进给时，电磁离合器吸合运动由齿轮、中间传动轴上的三组滑移齿轮经电磁离合器，由另外一个齿轮传至升降台部件，使工作台得到14级进给速度。（2）变速操纵机构。X6130型铣床进给变速操纵机构中，只要利用拨叉机构分别操纵各个轴上的三联齿轮，各拨到三个不同的啮合位置，同时，把离合器拨在两个适当的位置就可以获得14级转速。进给变速操纵机构和主轴变速操纵机构一样，用三个拨叉来控制。其工作原理也与主轴变速时完全相同。3、升降台部分升降台铣床的升降台与铣床床身以矩形导轨，压板结构相互连接，提高了导轨的刚性，便于维修。在升降台内部，装有能完成升降台上下移，床鞍横向进给及工作台纵向进给的传动机构，各方向的进给运动由一套鼓轮机构及台面操纵集中操纵。4、工作台及床鞍工作台主要供安装铣床夹具或工件用。上面有T形槽供T形螺钉连接使用。床鞍主要用来带动工作台作横向、纵向移动。23铣床的常用夹具231夹具的概念在机床上加工工件，要求将工件迅速准确的安装在机床上并保证工件与刀具之间有一个准确可靠的加工位置，这就需要用一种工艺装置来实现，这种用来使工件定位和夹紧的工艺装备，简称夹具。232夹具的作用1、保证加工精度。2、扩大机床使用范围。63、减少辅助时间，提高生产效率。4、减轻劳动者劳动强度，有利于安全生产。233铣床夹具的类型铣床夹具按使用范围可分为通用铣夹具、专用铣夹具和组合夹具三类。按工件在铣床上的加工运动特点，可分为直线进给夹具、圆周进给夹具、沿曲线进给夹具三大类。1、通用夹具能加工两种或两种以上的工件的同一夹具，一般是指已经规格化、标准化了的夹具。铣床上常用的平口虎钳、轴用虎钳、分度头、圆转台等都属于通用夹具。2、专用铣夹具专用铣夹具是为某一特定工件的某一个工序加工要求而专门设计制造的，当工件或工序改变时就不能再使用了。这种夹具结构紧凑，使用维护方便，加工精度容易控制，产品质量稳定。3、组合夹具由可循环使用的标准夹具零部件组装成易于连接和拆卸的夹具。组合夹具拆卸迅速、周期短、能反复使用、减少制造成本。但生产效率和加工精度不如专用夹具，通常用于新产品试制等多品种加工。234夹具的组成铣床夹具一般由以下部分组成。1、定位件在夹具上起定位作用的零部件。2、加紧件在夹具上起加紧作用的零部件。3、夹具的主体用以将夹具的各个元件和部件联合成一个整体，并通过夹具体使整个夹具体固定在机床上。4、对刀件在夹具上起对刀作用的零部件。用以迅速得到机床工作台及夹具与工件相对于刀具的正确位置。5、导向件在夹具上起引导刀具作用的零部件。6、其他元件和装置由于加工工件的要求不同，夹具中有时还需要增加一些元件。235典型工件在铣床上的装夹方式1、工件直接装夹在工作台面上对于尺寸比较大、几何形状复杂的工件，如机床床身、工作台和箱体等，加工尺寸超过机床工作台行程，需要采用接刀法加工的工件，如沟槽加工、板料切断和标尺刻线等。使用夹具难以保证加工精度，需要精密量具找整的工件，如长齿条、长轴上加工180对称沟槽加工等。2、用通用夹具装夹工件对于加工表面大而薄的工件可选用角铁装夹。7相互平行垂直的矩形工件，可选用平口虎钳装夹。以外圆柱面固定的工件，可选用V形块定位，对于齿轮工件，精度要求高的轴、盘类工件上的角度面、沟槽、刀具齿槽和曲面加工，可选用分度头或回转台装夹。对于盘形工件和短轴轴端加工的工件，可把一些通用夹具组合起来装夹。3、用专用夹具装夹工件专用夹具是专门加工某一加工部位或工序而专门设计的，其优点是工件定位准确，夹紧方便牢固，适用于大批量生产。4、用组合夹具装夹工件选用时，可根据加工需要、定位要求、夹紧方式选用其中某些元件，能机动灵活的组合各种各样的夹具。24本章小结本章主要对X6130型万能铣床进行初步设想，确定其基本尺寸和主要参数，并对铣床的布局做了简单的设计，包括铣床总体结构，主传动部分、铣床进给变速部分、升降台部分、工作台。并对卡具包括概念、作用、类型、组成以及装夹方式做了简单的介绍。8第3章X6130型卧式万能升降台铣床运动设计铣床的主运动是主轴的旋转运动，进给运动由工作台沿纵向、横向和垂直3个方向的直线运动来实现。31主运动311主轴传动结构式主轴传动结构式，又称主轴传动链。它表示的是主电动机的转速传到主轴的传动路线。主电动机轴以1440R/MIN的转速旋转，经过弹性联轴器与轴I连接，则轴I具有与电动机轴相同的转速，则轴具有与电动机轴相同转速。通过传动比为，的三联齿轮传动，使轴上有五个齿轮，其中有四个与轴184023上的齿轮啮合，轴上的齿轮用轴套固定。轴上有两个二联齿轮，有四种不同的啮合对，传动比分别为，。使轴获得3412种不34520314同的转速。再经过一对传动比为的齿轮传动，使变速箱的输出轴具有12种不同转速，最终主轴也获得12种不同的转速。实现12级变速。其传动结构式如下（31）34185204KW010R/MIN3184N主电动机主轴32确定结构网及主轴转速表1、确定转速数列由转速范围为351600R/MIN，公比141。取得主轴转速数列值为35；50；70；100；140；200；280；400；560；800；1120；1600R/MIN，共12级转速。2、确定传动副数及结构式912可分解为34，根据夸大组的顺序最好与传动顺序一致的原则，确定结构式为1234。3、结构网图（31）图31结构图表31主轴转速转速级别计算式转速R/MIN1324018516002112034023800401855605440010624301052807200843021409185100104032701115012853533本章小结本章主要研究了X6130型万能铣床的主传动系统和进给变速系统，并进行了运动方案的设计。主轴共有12级转速。并确定了各传动轴的转速，获得对各轴强度进行校核的参考性数据。11第4章主轴箱电动机的选择X6130型机床是一般的金属切削机床，无特殊的性能要求，采用丫系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电机，Y系列电动机高效、节能、启动转矩大、噪声低，振动小，运行安全可靠，工作条件相对湿度不超过95；海拔不超过1000M；由于主轴最高转速1600R/MIN。41主轴箱电机的选择411选择电动机的容量（41）803529KW95TNWP式中取转速为35R/MIN时，主轴的扭矩为800N。电动机输出的功率P0（42）0WP式中，为电动机至主轴的总效率。53带齿联滚（43）取V带传动效率带096，滚动轴承效率轴承099，齿轮齿轮097联轴联098则由公式43得5350967908163带齿联滚由公式42得02KW81WP12因载荷平稳，电动机额定功率只需略大于即可。由参考文献9可查得MP0选取电动机的额定功率，转速为1440R/MIN，型号为Y112M4。4KWM412分配总降速比总降速比为UIINMIN/ND，NMIN为主轴最低转速，考虑是否需要增加定比传动副，以使速数列符合标准或有利于较少齿数和径向与轴向尺寸，并分担总降速传动比。然后，将总降速传动比按着“先缓后急”的递减原则分配给串联的各变速组中的最小传动比。413确定传动轴的轴数传动轴数变速组数定比传动副数1314414绘制转速图图（41）1440从转速图上，很容易找到主轴每一转速的传动路线，如主轴为280R/MIN时，其传动路线为，主轴的12种转速中的每一243205N主电动机主轴转速，需要经过哪几对齿轮，从该图上一目了然。因此当某一转速不正常时，13可从图中看出是何处发生了故障。42本章小结本章主要工作是选取X6130型铣床的主传动系统驱动机构Y系列三相异步交流电动机。确定了转速的合理取值，选用Y112M4型异步电机，其同步转速为1500R/MIN，满载时转速为1440R/MIN。14第5章带传动的设计51概述511带传动的分类带传动是由主动带轮，从动带轮和挠性传动带组成。根据工作原理不同，可以分为摩擦型和啮合型两类。摩擦型带传动中，带必须以一定的张紧力紧套在两带轮上，使带与带轮接触面间具有一定的正压力。当原动机驱动主动轮回转时，带与带轮接触面上便产生摩擦力。正是依靠这种摩擦力，主动带轮牵动了带，带又牵动从动带轮。啮合型带传动，带的内侧和带轮外缘均制作有齿。工作时，依靠带齿与带轮齿的啮合来传递运动和动力。这种传动无滑动，能保持主、从动轮圆周速度相等，达到同步而称为同步带传动。带传动多为摩擦型，啮合型仅有同步带传动一种。512带传动的失效形式摩擦型带传动的主要失效形式有1带在带轮上打滑；2带过早地发生疲劳破坏。因此，这类带传动的设计准则应为在保证带传动不打滑的条件下，使带具有一定的疲劳强度和寿命。513带传动的设计要求对带轮的设计一般要求为质量小；结构工艺性好（已于制造）；没有过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要进行动平衡处理；与带接触的工作面要精细加工，以减少带带的磨损；各个槽的尺寸和角度都应该保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。对于带轮材料的选择，当带速30M/S时，用铸铁HT200；当带速2545M/S15时，宜采用球墨铸铁或铸钢，也可以用钢板冲压焊接；小功率传动可以用铸铝或塑料。带轮的结构尺寸设计上，根据带轮的基准直径与轴的直径比较，可以采用实心式结构；腹板式结构；孔板结构或轮辐式结构带轮的结构设计，主要依据带轮的基准直径选择结构形式，根据所选带的截型确定轮槽尺寸，带轮的其余尺寸可以按照经验公式计算确定。对于一般机床来说选取窄V带。因为能传动更大的功率，传动结构尺寸较紧凑。52带传动的计算及选定521计算带传动的条件1、传动功率（原动机的额定功率或从动机的实际功率）；2、小带轮的转速和所需的传动比；3、传动用途、载荷性质、原动机种类及工作制度。522计算内容和步骤1、确定计算功率PCA由参考文献16查得工况系数13AK5KW60CA2、选择V带型根据，由参考文献16确定选用A型带CAPN3、确定带轮基准直径由参考文献16取主动轮基准直径，则从动轮基准直径10MD12I427验算带的速度10754/S2/606NV带的速度适合。4、定窄V带的基准长度和传动中心距120127DAD93516取04MA计算长度210120243413985M6DDLAA由参考文献16选取带的基准长度125DL实际中心距40475D398A0402中心距可调范围MINAX151523812M03403475DL5、算小轮包角1211D768578316920合适6、单根V带的额定功率由参考文献16通过插值法10341926X得到132X所以单根窄V带的额定功率P0132KW7、算窄V带的根数Z（51）0CALZK（）查参考文献16查得于是98K3L060531298CALPZK根（）54本章小结本章主要对带传动做具体的设计，并对带传动进行了选择和基本的计算，选取了带传动的类型为A型得出带传动的基准传动比及长度、中心距、包角、17根数等。第6章主轴箱齿轮设计和应力的计算61齿轮的概述611齿轮的类型齿轮传动类型很多。根据一对齿轮在啮合过程中，其传动比是否恒定，将齿轮传动分为圆形（圆柱形或圆锥形）齿轮传动和非圆（如椭圆）齿轮传动。在各种机械中应用最广泛的是圆形齿轮传动，而非圆齿轮传动则用于一些具有特殊要求的机械中。根据两齿轮啮合传动时其相对运动是平面运动还是空间运动，可将其分为平面齿轮传动和空间齿轮传动两类。平面齿轮传动用于传递两平行轴之间的转动，其形状为圆柱。根据轮齿形状的不同，又分为直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮以及人字齿圆柱齿轮传动，其啮合形式又有外啮合、内啮合和齿轮齿条啮合三种。空间齿轮传动用于传递两相交或相错之间的转动，常见的形式有圆锥齿轮传动，准双面齿轮传动，交错轴斜齿轮传动及涡轮蜗杆传动等。612齿轮传动的主要特点1、效率高在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高。2、结构紧凑在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。3、工作可靠，寿命长，承载能力高。4、传动比恒定传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。5、齿轮传动安装精度要求高、成本较高，且不宜用于传动距离过大的场合。齿轮传动可做成开式，半开式及闭式。闭式与开式或半开式的相比，润滑18及防护等条件最好，多用于重要场合。613失效形式及设计准则齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，而轮齿的失效形式又是多种多样的，较为常见的形式有轮齿拆断、工作齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合及塑性变形。所设计的齿轮传动在具体的工作情况下，必须具有足够的，相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致失效。因此，针对上述各种工作情况及失效形式，都应分别确立相应的设计准则。通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。614齿轮的材料及其选择原则齿轮常用材料为优质碳素钢、合金钢、铸铁和非金属材料。一般多用锻件，较大直径齿轮不宜锻造，需采用铸钢或铸铁。选择原则1、要满足工作条件要求2、合理选择材料配对3、考虑加工工艺极热处理工艺62主轴箱齿轮的设计1、选定齿轮的材料、精度等级及齿数选用直齿圆柱齿轮。由参考文献7选得大、小齿轮的材料均为40CR，并经调质及表面淬火，尺面硬度为4855HRC，平均值为52HRC。因采用表面淬火，齿轮的变形不大，不需磨削，故初选精度等级为7级（GB1009588）。2、确定各变速组齿数1）、基本组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，如传动比是标准公比的整数次方时，变速组内每对齿轮的齿数和及小齿轮的齿ZS数可以从表36（机械制造装备设计）中选取。一般在主传动中，最小齿数应大于1820。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。对于外联传动链，若公比I采用标准公比的整数次方时，用查表法莱确定齿数和小齿轮齿数，对于本机构而言，基本组传动比19I11；I21/1/141在1中查表41中查为1412，有数字即可能的方案结果如下；I31/2SZ57，60，63，66，69，72，75I21/141SZ58，60，63，65，67，68,70，72I1SZ58，60，62，64，66，68,70，72，74可挑出SZ60和72是适用的再根据滑移齿轮齿顶不干涉，不发生根切及键可安装在轴上的条件，取SZ72在1中表41中可查得小齿轮的齿数分别为18，24，28，I124/24，I232/35，I324/40，且ZZ12417SZ72100120，最大和次大齿轮的齿数差为403554故满足要求2）第一扩大组I11/1I21/P31/282采用1中相同方法，查表得SZ84，故I14242I22262且ZMM2217，SZ84100120最大和次大齿轮差为6242204故满足要求。3）第二扩大组I12/12I21/4采用1中相同方法查得SZ105小齿轮数分别为35和21，故I170/352I221/84，且ZMAX2117SZ105100120最大和次大齿轮齿数差为8470144，故满足要求。3、确定许用接触应力TI齿轮选用40CR，热处理方法选用高频淬火，根据4表中的514791343MPQ4、确定齿宽系数M610M85、计算各变速组的模数一半同一交速变量中的齿轮取同一模数，选择符合最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度公式（8）进行计算312MUNDZJ（）20式中M1按接触疲劳强度计算的齿轮模数；ND驱动电机功率（KW）NJ计算齿轮的计算转速（R/MIN）U大齿轮齿数与小齿数之比U1，外啮合取“”号，内啮合取“”号；Z1小齿轮齿数；齿宽系数，B/M（B为齿宽，M为模数）MM选用接触应力（MPA）J其他传动条件按机械零件或有关资料进行选择或计算，各个传动件的基本尺寸确定后，便可绘制部件装配图。为了节约合金钢材，初算是对大多数钢质传动零件可采用优质中碳钢进行适当的热处理。对个别工作条件较重的传动零件，当验算是发现其应力超过许用值，可改用较好的合金钢，考虑到我国资源情况尽可能用锰钢代替铬钢。1）基本组32MU1ND68ZJ（）322514107（）189取M1252）第一扩大组32MU1ND68ZJ（）32251810（）244取M225213）第二扩大组322MU1ND168ZJ（）32245104（）25取M22563直齿圆柱齿轮应力的计算在验算变速箱中的齿轮应力时，选相同模数中承受载荷最大的，齿数最小的齿轮进行接触应力和弯曲应力验算，一般对高速传动齿轮主要验算接触应力，对低速传动齿轮主要验算弯曲应力，对硬齿面软齿芯的渗碳淬火齿轮，一定要验算弯曲应力。接触应力验算公式为64JJJUKNZMBN31232081弯曲应力验算公式为65WWJZBYN51230式中N传递的额定功率（KW），66DNNA电动机功率（KW）；从电动机到所计算齿轮的传动效率；NJ计算转速（R/MIN）；M初算的齿轮模数（MM）；B齿宽（MM）；Z小齿轮齿数；U大齿轮齿数与小齿轮齿数之比U1，“十”号用于外啮合，“一”号用于内啮合；寿命系数；K22QNNK工作期限系数QK67MRCVT160T齿轮在机床期限（TE）内的总工作时（H），对于中型机床的齿轮取TE1500020000H，同一变速组内的齿轮总工作时间可近似地认为TT0/P，P为该变速组的传动副数；N1齿轮的最低转速（R/MIN）；CV基准循环次数，钢和铸铁件接触载荷取CV107，弯曲载荷取CV2106；M疲劳曲线指数，钢和铸铁件，接触载荷取M3；弯曲载荷时，对正火、调质及载体淬硬件取M8，对表面淬额（高频、渗炭、氮化等）取M9；KA转速变化系数KN功率利用系数KV材料强化系数变动工作用量交变载荷下，KV的极限值当变动的交变载荷的总循环次数小于2104次时，可视为稳定的交变载荷，其KMAX查4。高速传动件可能存在KKMAX的情况，此时取KKMAX；大载荷低速传动件可能存在KKMIN的情况，此时应取KKMIN；当KMINKKMAX时，取计算值。K3工作状况系数，考虑载荷有冲击的影响，主运动（中等冲击）取K31216；K2动载荷系数；K1齿向载荷分布系数；Y齿形系数；许用接触应力（MPA）；J许用弯曲应力（MPA）；W验算1840齿轮副由公式64计算接触应力68J3123208UKNMBJ23208498513515240833A1MPJA81P0HWZNS故适合。JJ由公式65计算弯曲应力验算（69512390UJKNZMBYN）532A19031540884MPA340MP125LMNUFYS故合格U64本章小结在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主。但对于齿面硬度很高，齿心硬度又低的齿轮或材质较脆的齿轮，通常则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。对主轴箱齿轮进行设计，对主轴箱上受力最大的齿轮进行校核，其它齿轮分别用此方法进行校核。结果证明，所选的齿轮适合主轴箱的传动。24第7章轴的设计计算71轴的概述711轴的功用及分类轴是组成机器的主要零件之一，其功用是1支撑回转零件（如齿轮、带轮等）；2传递运动和转矩。轴根据受载情况不同可分为心轴、传动轴和转轴。按照轴线形状分，则轴有直轴，曲轴和软轴。712轴的受力分析、失效形式和设计准则1、轴上载荷及应力机器在工作时，作用于轴上的载荷（弯矩、转矩等）多数情况下是变载荷，个别情况下也可能是静载荷。变载荷引起变应力；静载荷引起静应力，也可能引起变应力。2、轴的失效形式因疲劳强度不足而产生疲劳断裂；因静强度不足而产生塑性或脆性断裂；因刚度不足而产生过大的弯曲弹性变形或扭转弹性变形；在高转速下工作的轴，可能会发生共振或振幅过大而失效；其他失效（如轴颈磨损；在高温环境中工作时的蠕变；在腐蚀介质中工作被腐蚀并加速疲劳失效等。3、设计准则及设计内容轴的设计准则是针对轴在具体工作条件下最可能发生的失效形式进行相应的设计，使所设计的轴具有足够的、不发生该种失效的工作能力，并具有合理的结构和良好的工艺性。4、轴设计主要内容（1）根据轴的工作条件、工艺要求和经济性原则，选取合适的材料、毛坯形式及热处理方法；（2）根据轴的受力情况、轴上零件的装配和定位、轴的加工等具体要求，确定轴的合理结构形状和尺寸，即进行轴的结构设计；（3）轴的工作能力的计算。一般的轴都必须进行强度计算；对刚度要求高的轴或受力大的细长轴等，还要进行刚度计算；对于高速轴，因有共振危险，应进行振动稳定性计算。25713轴上零件的固定零件和轴的固定和连接方式，随零件的作用而异。一般情况下，为了保证零件在轴上有固定的工作位置，需从轴向和周向加以固定。1、轴上零件的轴向固定轴上零件的轴向固定一般采用轴肩、轴环、轴伸、套筒、缩紧挡圈、圆锥面、圆螺母、轴端挡圈、轴端挡板、弹性挡圈、紧定螺钉等方法。2、轴上零件的周向固定轴上零件的周向固定一般采用平键、楔键、滑键、半圆键、圆柱销、圆锥销、过盈配合等固定方法。714轴的加工和装配工艺性1、轴的加工工艺性轴的结构应便于加工、测量、装配和维修。因此在轴的结构设计中，应考虑以下几个问题1考虑加工工艺所必须的架构要素（如中心孔、螺尾退刀槽、砂轮越程槽等）；2合理确定轴与零件的配合性质，加工精度和表面粗糙度；3轴的配合直径应按GB282281圆整为标准值；4确定各轴段长度时，应尽可能使结构紧凑，同时要保证零件所需的滑动距离、装配或调整所需空间，转动不得与其他零件相碰撞，与轮毂装配的轴段长度，一般应略小于轮毂23MM，以保证轴向定位可靠；5轴上所有零件，都应无过盈的到达配合的部位；6为便于导向或避免擦伤配合表面，轴的两端及有过盈配合的台阶处都应制成倒角；7为减少加工刀具种类和提高劳动生产率，轴上的倒角、圆角、键槽等应尽可能取相同尺寸。2、采用合理的结构措施以提高轴的疲劳强度轴的破坏多属于疲劳破坏。在轴的截面变化处（如轴肩、键槽、环槽等），会产生应力集中，轴的疲劳破坏往往在此产生。因此在轴的结构设计中，应力求降低应力集中。提高轴的表面质量也是提高轴的疲劳强度的有力措施，因为轴的表面工作应力最大。在结构上为了保证轴的疲劳强度，轴肩处的过渡圆角半径不应过小。降低轴上应力集中可采取加大圆角半径，设中间环、假退刀圆角、底部加圆角、增大花键直径、压入弹性小的衬套、减小轮毂端部厚度、孔上倒角或滚珠碾压等措施。提高轴的表面质量包括降低轴的表面粗糙度，对轴的表面进行处理，如热处理，机械处理和化学处理等，都能达到提高轴的疲劳26强度的目的。72轴的设计及计算轴的强度计算轴的计算准则是满足轴的强度或刚度要求，必要时还应校核轴的振动稳定性。轴的扭转强度条件计算轴的扭转强度条件为71395012TTPNWD式中扭转切应力单位为MPA；TT轴所受的扭矩，单位为NMM轴的抗扭截面系数，单位为MM3N轴的转速，单位为R/MINP轴传递的功率，单位为KWD计算截面处轴的直径，单位为MM许用扭转切应力，单位为MPAT由上式可得轴的直径D72333095102TPAN式中A0,对于空心轴，则39512T733041PDAN式中,即空心轴的内径D1与外径D之比，通常取0506。1D应当指出，当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对于直径D100MM的轴，有一个键槽时，轴径增大3；有两个键槽时，应增大7对于直径D100MM的轴，有一个键槽时，轴径增大57；有两27个键槽时，应增大1015然后将轴径圆整为标准直径。按弯扭合成强度条件计算作出轴的计算简图（即力学模型）在作计算简图时，应先求出轴上受力零件的载荷（若为空间力系，应把空间力分解为圆周力，径向力和轴向力，然后把它们全部转化到轴上），并将其分解为水平分力和垂直分力。然后求出各支承处的水平反力和垂直反力。作出弯矩图根据上述简图，分别按水平面和垂直平面计算各力产生的弯矩，并按计算结果分别作出平面上弯矩和垂直面上的弯矩；然后按下式计算总弯矩并作出M图；（74）2HVM作出扭矩图校核轴的强度已知轴的弯矩和扭矩后，可针对某些危险截面作弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力24CA（75）为了考虑循环特性的影响，引入折合系数A,则计算应力为224XCA（76）对于直径为D圆轴，弯曲应力，扭转切应力，将WMWTR2代入上式中，则轴的弯扭合成强度条件为CAT214（77）式中轴的计算应力，单位为MPA；CAM轴所承受的弯矩，单位为NMM；T轴所受的扭矩，单位为NMM28W轴的抗弯截面系数，单位为MM3对称循环变应力时轴的许用弯曲应力。1轴的抗弯系数。73轴的设计731传动轴直径的确定1）、传动轴D1914914JN5093730MM2）、传动轴D2914914JN5093832MM3）、传动轴D2914914JN250938130MM732主轴轴径的确定对通用机床的主轴尺寸参数，多由结构上的需要而定，故定轴前轴径D1尺寸可按2表57所列的统计数据确定。后轴径的直径D2，可按D2（0708）D1酌定，尽量使主轴界面变化较小，外面尺寸要缓减。进来车床主轴內孔直径D有增大趋势，参考书目1表57中机床主轴前轴颈尺寸下限由些偏低，选用时请注意。铣床主轴内孔直径按铣床主轴端部尺寸标准选取。D2（0708）D1D16595MM取D170MM733核算转速误差10（41）NN实际转速标准转速标准转速验算各级转速误差表（71）NNNNNN16001620142001971429112011261414014114800800010098513560506087171040040514505002802820835350734主轴的校核对于主轴箱中，主轴所受的力最大，所以对其主轴校核，其他各轴同理对其受力分析和进行校核。（1）求作用在齿轮上的力切向力FT2T/D1197KN280134径向力436KNANRT轴向力FX0法向力1274KNCOSTN图71弯矩图和扭距图1、从轴的结构图看，弯矩最大是轴的危险截面。现将计算出的截面处的30HVM，载荷水平面H垂直面V支反力R127,1843NHHR021VR弯矩力M12965M21VM总弯矩123M扭矩T3495050965NPN计算弯矩22221961317M963NMEQTM由（公式75）得342MPA017CAW前以选定轴的材料为45号钢，调质处理。由参考文献17查得60MPA因,故安全。截面1只受扭矩作用，没有键槽等应力集1CA1中，只由轴承的过盈配合，但其应力集中在两端，所以不用校核；4、5截面处只受弯矩作用，也不必校核；截面3处虽然计算弯矩最大但其上齿轮与轴属于间隙配合（因齿轮需在花键轴上滑动）该处没有应力集中，也不必校核；只有截面2处既受弯矩作用，又受扭矩作用，而且有轴肩引起的应力集中，所以该轴只校核2处截面左右即可。（1）截面2的左侧抗弯矩系数3330154287MWD抗扭矩系数2T截面2左侧的弯矩为1597678N0M截面2上的扭矩T为T134129NMM31截面上的弯矩应力95617823MPA4BW截面上的扭转切应力T轴的材料为45号钢，调质处理，由参考文献17查得640PAB11275PA5PA截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及由参考文献17查得14350035DDDR经插值后可查得91821又由参考文献17可得轴的敏性系数为500QQ故有效应力集中系数按式为6718211K3950Q查得尺寸系数扭转尺寸系数。轴按磨削加工，得表面质量系；80数为92轴未经表面强化处理，即，则按参考文献17可得综合系数值为117290867K631得材料特性系数10201取55取于是，计算安全系数的值得CAS32685013271MKS9725260115139785222SSCA故可知安全。（2）截面2右侧抗弯截面系数W计算33301406MD抗扭截面系数为T3332128弯矩M及弯曲应力为591767NM0814MPABW扭转T及扭转应力为T134129NMM1342905PA8T过盈配合产生的应力集中系数2K轴按磨削加工，有参考文献17得表面