1P65F上箱体缸体粗镗孔专机主轴箱设计

1、1 引言组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础， 配以少量的专用部件， 对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用 机床。组合机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工；可完成钻 孔、扩孔、镗孔、攻螺纹、铣削、车孔端面等工序，随着组合机床技术的发展， 其工艺范围日益扩大，如：焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削 工序。组合机床广泛应用于大批量生产的行业，如：汽车、拖拉机、电动机、内燃 机、阀门、缝纫机等制造业。主要加工箱体类零件，如气缸体、变速箱体、汽缸 盖、阀体等；一些重要零件的关键加工工序，虽然生产批量不大，也采用组合机 床来保证其加工质

2、量。目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化的柔 性化方向发展。本文根据工厂需要 , 设计能高效、高精度的进行上箱体缸体精镗孔专机上的 主轴箱。1.1 组合机床的概念组合机床是一种自动化或半自动化的机床。 无论是机械电气或电气控制的都 能实现自动循环。半自动化的组合机床，工人只要将工件装夹好，按一下按钮， 机床既可自动进行加工， 加工一个循环停止。 自动化的组合机床， 工人只要将零 件放到料斗或上料架上， 机床即可连续不断地进行加工。 组合机床的通用部件和 标准件约占 70% 80%，这些部件是系列化的，可以进行成批生产。其余 20% 30%的专用部件是由被加工零件的形状、轮廓尺寸、工艺

3、和工序来决定，如夹 具、主轴箱、刀具和工具等。1.2 组合机床的发展历史1.2.1 国外组合机床的发展历史1911 年，美国为了加工汽车零件研制了组合机床。在发展初期，各机床制 造厂都执行自己的通用部件标准。 为了方便用户使用和维护， 提高互换性， 1953 年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协定， 确定了组合机床通 用部件标准化的原则，并规定了部件间联系尺寸。 1973 年 ISO 公布了第一批组 合机床通用部件标准，使机床制造标准化做了行业性的规定。在刚过去的 20 世 纪中，对机械制造装备进行了多次更新换代。 50 年代为“规模效益”模式，即 少品种大批量生产模式； 70

4、年代，是“精益生产”模式，以提高质量，减低成 本为标志， 80 年代较多的采用数控机床、机器人、柔性制造单元和系统等高技 术的集成机械制造装备； 90 年代，机械制造装备普遍具有“柔性化”、“自动 化”和“精密化”的特点，适应多品种小批量和经常更新产品的需要。1.2.2 国内组合机床的发展历史 在改革开放以来， 我国机械制造业迅猛发展。 已经具备了成套生产加 工各种精密的，高度自动化的以及高效率的组合机床和自动生产线， 有些机床甚至已经接近世界先进水平。 现在我国已经可以研制并生产 出六轴五联动的系统， 分辨率可以达到 1 微米，适用于复杂型体的加 工。 1.3 加工对象及用途1P65F上箱体

5、缸体粗镗孔专机是江苏林海动力机械集团自主研发的专机。 江 苏林海动力机械集团公司先后研制开发了排量从 26ML到 520ML的各种类型的二 冲程、四冲程汽油机，卧式、立式、风冷、强制风冷、水冷、油冷及各种起动方 式和用途的汽油发动机以及各类配套动力机械。主要产品有ATV、CUV等特种车辆；通用发动机及小型汽油发电机组、泵、油锯、风力灭火机、割灌机等小动力 配套机械；摩托车及摩托车发动机等。 1P65F上箱体缸体粗镗孔机床是林海集团 为了满足生产要求， 自主研发的专机。 它用来摩托车发动机活塞销孔的镗削， 生 产纲领：单班制 5万台。摩托车发动机活塞销孔的镗削具有下列特点 :1) 孔公差 要求严

6、格 ;2) 表面光洁度要求高 :3) 孔的几何形状要求较高 ;4) 生产率较高。 本工 序一般是在大量生产机床上进行的。通常采用三台机床 : 一台粗镗孔、一台精镗 孔及一台切槽。不过,对于某些情况下的生产来说 , 分开在三台高效率的机床上加 工的投资毕竟是不合算的。所以林海集团考虑到大批量生产，研发了专机。1P65F上箱体缸体粗镗孔专机要求生产单班制年产 5 万件零件。属于大批量 生产，在批量生产中为了提高生产率， 必须注意缩短加工时间和辅助时间， 而且 尽可能使辅助和加工时间重合， 使每个工位安装多个工件同时进行多刀加工， 实 行工序高度集中，因而广泛采用组合专用机床。组合机床是根据工件加工

7、需要，以大量系列化、 标准化的通用部件为基础， 配以少量专用部件， 对一种或数种工 件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。专用机床能够对工件进行多刀、 多轴、多面、多工位同时加工；可完成钻孔、扩孔、镗孔、攻螺纹、铣削、车孔 端面等工序，随着组合机床技术的发展，其工艺范围日益扩大，如：焊接、热处 理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。组合机床是用已经系列化、标准 化的通用部件和少量专用部件组成的多轴、 多刀、多工序、 多面或多工位同时加 工的高效专用机床， 生产效率比通用机床高几倍至几十倍。 专用机床广泛应用于 大批量生产的行业，如：汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造 业。

8、主要加工箱体类零件，如汽缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等；一些重要零 件的关键加工工序，虽然生产批量不大，也采用组合机床来保证其加工质量。1.4 组合机床的组成组合机床与一般所指的专用机床的最大不同点， 在于组合机床是由大量通用 部件及少量专用部件所组成。 因此，通用部件是组合机床发展的一个很重要的基 础及标志。 所谓组合机床通用部件， 通常是泛指在组合机床及其自动线的设计与 使用中，可以相互更换使用的一些专能部件。 这些部件是经过试制与试验而最后 定型的。因此，相对而言，它的结构较可靠，使用性能是较稳定的。同时还可以 组织专业厂进行生产， 使用厂可以象买标准设备一样在市场上买到。 这样便可以

9、大大缩短设备的设计与制造周期， 降低设备的制造成本。 通用部件之所以能相互 更换使用， 这就是由于各种通用部件之间均有着统一的联系尺寸标准。 在组合机 床的零件总数中， 通用零部件所占有的比重是较大的。 一般可达 60-70%，最高者 则可达到 90%以上。不仅如此，而且它的种类也是很多种的。大的通用部件可以 是个床身、立柱、动力头、动力滑台及冷却系统等，小的通用部件则可以是个电 气挡铁、液压元件(如油缸及单向阀)等。1.5 组合机床通用部件分类1.5.1 按在组合机床中所起作用分1)动力部件2)支承部件3)输送部件例如动力头和动力滑台等。例如滑台，床身，立柱及中间底座等。 例如回转分度工作台

10、，回转鼓轮，自动线工作回转台及零件输送装置等。（4） 控制部件 例如液压元件，控制板，按钮台及电气挡铁等。（5） 其他部件 例如机械扳手，气动扳手，排屑装置及润滑装置等。1.5.2 按动力部件分（1）液压通用部件优点：（a）结构简单、工作可靠；（b）进给量可无级调整（利用节流挑速器）；（c）过载保护装置简单可靠；（d）容易实现较复杂的工作循环。缺点：（a）进给稳定性受油温影响；（b）掌握液压元件的制造比较慢一些；（c）液压系统出现故障，寻找较困难。（2）机械通用部件优点：（a）进给量稳定，不受温度和气候影响；（b）掌握制造较快；（c）发生故障，易于寻找及消除。缺点：（a）不采用先进技术，实现进

11、给量无级调整困难；（b）结构较复杂，使用电机较多。（3）气动液压通用部件。1.5.3 按动力部件实现的进给方式分（1）箱体移动式 它是通过动力部件沿床身导轨的移动来实现刀具进给 运动的，通常习惯称为大型通用部件。（2）套筒移动式 它是通过主轴套筒的移动来实现刀具进给运动的，通 常习惯称为小型通用部件。1.6 组合机床的特点和分类1.6.1 镗床组合机床的特点1.6.2 镗床组和机床的加工特点1.6.3 组和机床镗床的分类工件安置在落地工作台上， 立柱沿床身纵向或横向运动。 用于加工大型工件。 组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面、多工位同时加工，是一种工序集 中的高效率机床。 组合机床加工

12、， 刀具是借助于钻摸板和镗模架， 精加工机床采 用高精度的导向，所以能稳定的保证产品质量。在本设计中我选用了卧式镗床， 因为本道工序的加工要求不是很 高。卧式镗床工件安置在落地工作台上， 立柱沿床身纵向或横向 运动。用于加工大型工件， 2 本设计主要研究内容及加工方案 的制定本设计研究内容是：完成 1P65F上箱体设计2.1 原始资料数据介绍(1) 工件材质： ADC12压铸铝(2) 工艺内容：生产纲领为单班制年产 5 万台上箱体的上端一个 62.5 的孔， 本课题要求镗 64.5 的孔。2.2 主轴箱的总体设计方案 零件加工工艺方案将决定组合机床的加工质量、 生产率、总体布局和夹具结 构等。

13、所以，在制定工艺方案时，必须认真分析被加工零件图，并深入现场了解 零件的形状、大小、材料、硬度、刚性、加工部位的结构特点、加工精度、表面 粗糙度，以及现场所采用的定位、夹紧方法、工艺过程、所采用的刀具及切削用 量、生产率要求、现场的环境和条件等等。如条件允许，还应广泛收集国内外有 关技术材料， 制定出合理的工艺方案。 指定工艺方案时， 还要考虑下列几点基本 原则：(1) 选择合适、可靠的工艺方案(2) 粗、精加工要合理安排(3) 工序集中原则(4) 定位基准及夹紧点的选择原则 在确定工艺方案的同时，也就大体上确定了组合机床的配置形式和结构方 案。但还得考虑下列影响因素的影响。(1) 加工精度的

14、影响工件的加工精度要求， 往往影响组合机床的配置形式和结构方案， 例如，加 工精度要求高时， 应采用固定夹具的单工位组合机床， 加工精度要求较低时， 可 采用移动夹具的多工位组合机床； 工件各孔间的位置精度要求高时， 应采用在同 一工位上对各孔同时精加工的方法； 工件各孔间同轴度要求较高时， 应单独进行 精加工等等。(2) 工件结构状况的影响工件的形状、 大小和加工部位的结构特点， 对机床的结构方案也有一定的影 响。例如，对于外形尺寸和重量较大的工件， 一般采用固定夹具的单工位组合机 床，对多工序的中小型零件， 则宜采用移动夹具的多工位组合机床； 对于大直径 的深孔加工，宜采用具有刚性主轴的立

15、式组合机床等等。(3) 生产率的影响生产率往往是决定采用单工位组合机床、 多工位组合机床还是组合机床自动 线的重要因素。 例如，从其他因素考虑应采用单工位组合机床， 但由于满足不了 生产率的要求， 就不得不采用多工位组合机床， 甚至自动线来进行加工。 而在选 择多工位组合机床时， 还要考虑： 工位数不超过 2-3 个，并能满足生产率要求时， 应选用移动工作台时组合机床；工位数超过 4个时才选用回转工作台或鼓轮式组 合机床。(4) 现场条件影响 使用组合机床的现场条件对组合机床的结构方案也有一定的影响。 使用单位 刃磨刀具、 维修、调整能力以及车间布置的情况， 都将会影响组合机床的结构方 案。2

16、.3 加工方案制定总体方案的图纸表达形式 , 三图一卡的设计，其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡2.3.1 加工方案，我们设计了下列方案，成本最低。2.4 选择切削用量2.4.1 镗孔专机切削用量选择的特点(1)2.4.3 粗镗孔专机切削用量选择方法1000vdw1000 10064.52.5确定刀具2.6 确定夹具3 “三图一卡”的编制编制“三图一卡”的工作内容包括：绘制被加工零件图、加工示意图、机床 联系尺寸图， 编制生产率计算卡。 “三图一卡” 是组合机床总体方案的具体表现。3.1 被加工零件图被加工零件图是根据选定的工艺方案，表明零件形状、尺

17、寸、硬度、以及在 所设计的组合机床上完成的工艺内容和所采用的定位基准、 夹压点的图纸。 而且 同时它也是组合机床设计的主要依据， 也是制造、 验收和调整机床的重要技术条 件。3.1.1 在被加工零件图上应标注的内容3.2被加工零件工序图3.2.1被加工零件工序图的作用及内容3.2.2绘制被加工零件工序图的注意事项图 3.1 上箱体零件图3.2 粗镗孔被加工零件工序图要加工 3.3 被加工零件示意图加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映， 表示被加工零件在机床 上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作 行程以及工作循环等， 是刀具、 夹具、电气和液压系统设计选

18、择动力部件的主要 依据，是整台组合机床布局形式的原始要求， 也是调整机床和刀具所必须的重要 技术文件。3.3.1 在加工示意图上应标注的内容（1） 机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。（2） 工件、夹具、动力头之间的相对位置及联系尺寸。3.3.2 参数的确定（1） 刀具的选择上箱体的上端有一个 64.5mm的孔，本课题要求粗镗 64.5mm的孔，考虑到 材料为铝合金铸造而成，故我们选用主偏角为 45。，未涂层的硬质合金刀具（2） 切削用量的初定表 3.1 加工铝及铝合金的切削用量加工直径 d（ 毫米 ）切削速度V（毫米/分）每转进给量 f（ 毫米/ 转）纯铝铝合金长切屑铝合金短切屑6

19、4.5100-1500.5-1.50.5-1.00.5-1.5本课题加工直径为 64.5 毫米的孔，根据上表取铝合金的切削速度 100mm/min，每转进给量 1mm/r（3）确定切削转矩、轴向力、径向力、切向力和切削功率 根据选定的切削用量 （主要指切削速度及进给量） ，确定切削力作为选择动 力部件及夹具设计的依据；确定切削转矩，用以确定主轴及其他传动件（齿轮、 传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电机（一般指动力箱电机） 功率；确定刀具耐用度，用以验证所选刀具是否合格。本课题中高速钢钻头钻削切削铝的计算公式为扭矩：M=0.0589D2f 0.633切削力：切向力 Fz=Cpzts

20、 0.75=92x1.5x1 0.75=138N径向力 Fy=Cpyt 0.9s0.75=92x1.5 0.9 x10.75 =132.5N 轴向力 Fx=Cpxts0.4=92 x1.5x 1 0.4=138N 镗孔过程中起主要主用的是切向力 故，切削功率 : P 切=N * K *V1000(4) 计算主轴直径 主轴直径通常都是根据扭矩来计算的，计算时采用经验公式 d=B 4 M kp (mm)式中 Mkp 扭矩B 系数。根据主轴在 100厘米长度上允许最大扭转角的数值来选取 B值允许最大扭转角1/41/211122212B0.730.620.520.470.440.42图3.3.1 主轴

21、及镗刀形状图图3.3.2 粗镗孔加工零件示意图根据孔的加工要求， 可知我设计的这一步为粗镗， 加工要求不是很高。 接着 我参考了一些资料后， 再加上导师的悉心讲解， 现决定采用复合镗刀来完成本道 工序，第一把刀镗3.4 机床尺寸联系图3.4.1 联系尺寸图的作用及内容3.4.2 选择动力部件3.4.3 选择通用部件配套3.4.4 电动机的选择(1) 镗孔切削用量(铝合金)精镗 V =100-150m/min f=0.5 1.5mm/r 根据实际情况取 V =100 m/min f=1mm/r(2) 功率的确定切向力 Pz=Cpzts0.75=92x1.5x1 0.75=138N径向力 py=C

22、py.t 0.9s0.75=132.5N轴向力 px=Cpx.ts 0.75=138N 镗孔过程中起主要主用的是切向力Pm=(Fzv+Fx.Nwf )x10 -3kw1000m-机床传动效率，一般为 0.75-0.85PePm/ m=1.38/(0.75_0.85)=(1.84-1.62)kw根据功率取 2.2KW的电动机Y112M-6额定功率2.2kw转速940r/min电流5.61A效率80.5%额定转 矩2.0净重45KGY90L-2额定功率2.2kw转速2840r/min电流4.74A效率82%额定转 矩2.2净重25kgY132S-8额定功率2.2kw转速710r/min电流5.81

23、A效率81%额定转 矩2.2净重70kg再根据同步转速 1000 r/min 和净重轻的比较好，综合考虑选用 Y112M-6 机械设计手册 第三版 第五卷 23-37 确定电动机的总体尺寸， 最后根据尺寸 画出电动机。 安装方式用四个螺钉和皮带轮箱体连接， 而电动机和皮带轮的连接 用紧定螺钉。用 M6的紧定螺钉固定，再用铁丝固定，防止皮带轮的移动。图 3.4.1 电动机结构图3.4.5 联系尺寸图的画法与步骤图 3.5 机床联系尺寸图机床联系尺寸图对无论是对机床的总体设计， 还是对机床的主轴箱设计， 都 有一定的指导意义。 联系尺寸图宏观的为我们指出了机床中心高， 这样设计主轴 箱时就能考虑到

24、实际使用过程中的问题了。 太高了工人加料， 操作都会很不方便 的，太低了同样会遇到这样的问题。机床联系尺寸图还对确定工件的装夹高度有指导意义。 确定了中心高， 我们 就知道自己设计的夹具能不能用， 会不会太高了， 超过中心高了，就不能加工了。 一般略低一些，可以用调整垫板调整，从而达到理想的加工位置。机床联系尺寸图还有个要考虑的重要问题是滑台加工的移动距离， 如果移动 距离过小， 就会加工不了工件。 所以在实际的设计过程中要选的大一点， 当然也 不用过分大，这样就不经济了。 滑台本身的长度也要考虑下， 会不会放不下主轴 箱，会不会撞到皮带轮箱，鉴于这些问题，实际设计过程中，箱盖以及皮带轮箱 体

25、高度要比主轴箱稍微高点。机床联系尺寸图还要考虑材料的刚性，机床的床身要能承受主轴箱，工件， 夹具体等重量。一般选用铸铁，比较便宜，抗压能力也比较好。3.5 机床生产率计算卡生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、 动作时间、 切削用量、生 产率、负荷率等的技术文件。 通过生产率计算率计算卡， 可以分析所拟定的方案 是否满足用户对生产率及负荷率的要求。机床的生产率 Q1（件/h ）按下式计算 Q1=60/T单=60/ （T切+T辅）式中 T 单 单件工时（ min）机加工时间（min）, 包括动力部件工作进给和定磁阀停留时间 t停。T切即 T 切=L1/V f1 +L2/V f2 +t 停L

26、1 、L2 分别为刀具的第、第工作进给行程长度（ mm）Vf1 、Vf2 分别为刀具的第、第工作进给量（ mm/min）t 停 定磁阀停留时间一般在动力部件进给停止状态下，刀具切削 5-10 转 所需的时间（ min）T辅 辅助时间（ min），包括快进时间、快退时间 t 移，装卸工件时间 t装； 即 T辅 =（ L 3 +L 4/ V fk ）+t 装+t 移L3 、L4 分别为动力部件快进行行程长度、快退行程长度（ mm）；Vfk 动力部件的快速移动速度（ mm/min）t 移 快进时间、快退时间（ min ）t 装 装卸工件时间（ min ），一般为 0.5-1.5min ； 机床负荷率

27、按下式计算=Q/Q1= t K/A Q1式中 Q 机床的理想生产率（件 /h ）A 年生产纲领（件）t K 年工作时间 （h） ；单班制工作时 t K=2400h；机床负荷率一般以 65%-75%为宜。机床复杂时取小值，反之取大值。根据实际生产经验， 本机床的装卸工件时间为 1.4min 。工件的定位和夹紧时 间为0.05min 。动力头的快进的行程为 90mm进, 给量为 3000mm/min,用时为 0.03min 。动力头的工进的行程都为 120mm切, 速为100m/min（参考铸铁 ）, 进给量为 1mm/r,工进时间为 0.24min 。动力头的快退的行程都为 210mm进, 给量

28、为 3000mm/min, 用时为 0.07min 。夹具松开工件的时间为 0.05min 。由上述所知：单件总工时为1.84min。机床生产率为32.6件/h, 理论生产率为 22件/h 。根据机床负荷率计算公式：=Q/Q1= t K/A Q1我们得到该机床的负荷率为 64.4%4 组合机床主轴箱设计4.1 主轴箱的用途、分类及组成4.1.1 组合机床主轴箱的用途及分类 主轴箱是组合机床的重要部件之一， 按专用要求进行设计， 由通用零件组成。其主要作用是， 根据被加工零件的加工要求， 安排各主轴位置， 并将动力和运动 由电机或动力部件船给主轴，使之得到要求的转速和转向。4.1.2 主轴箱的组

29、成 通用主轴箱主要由箱体、主轴、皮带轮、轴套的零件和通用（专用）的附加 机构组成。4.2 主轴结构形式的选择4.3 主轴箱的动力计算及动力箱的选择4.4 传动系统的设计与计算4.5 主轴箱轮廓尺寸及相关系数4.6 强度校核4.6.1 轴设计计算和强度校核(1) 轴系结构的总体设计轴和其零件组成的系统称为轴系， 轴是核心， 直接与轴的功能配合的元件称 为轴系元件，包括滚动与滑动轴承、联轴器与离合器、制动器等。为控制轴系振 动的减振系统或减振器， 为监控轴承或整个轴系工作的在线监测系统， 也是现代 机械轴系设计的内容。 在有些机械设备中， 由于位置和性质的重要性， 或是工作 环境的特殊性， 轴系成

30、为其中的关键， 无论在设计或制造成本中都占有很大的比 重。轴按其工作的特点分为三大类，它决定着轴系的总体结构：(a) 心轴 只用于支承转动零件， 承受弯矩而不传递扭矩， 按轴自身旋转与 否分为固定心轴和转动心轴两类。(b) 传动轴 主要用于传递扭矩，不承受或只承受很小的弯矩。(c) 转轴 既用于支承转动零件， 承受弯矩，又用于传递扭矩， 是应用最广 的类型。轴系的总体结构设计必须考虑如下几个方面：(a) 轴承形式的选择 轴承的形式直接影响轴系的结构， 它分滚动与滑动轴 承两大类，各类之中又包含众多形式，各有其适用场合。(b) 轴系自身的定位 轴必须在轴向有定位措施， 这主要靠轴承的组合结构 来

31、实现。有的也可依靠相关零件的集合约束来保证。(c) 轴上零件的合理布置 轴上零件的布置方式对载荷分布有重要影响， 并 由此影响轴的强度或支承反力，最终影响轴的总体设计。(d) 联轴器与离合器的选型 为与其他轴系相联结， 必须采用联轴器与离合 器。联轴器形式的选择首先取决于轴与轴之间的位置偏差以及联轴器的补偿能 力。弹性联轴器同时还是轴向减振和缓冲元件， 带有特种功能的离合器则能对轴 系的过载、超载等起保护作用。(2) 轴的材料及其选择轴的常用材料有碳素钢和合金钢。 碳素钢对应力集中的敏感性较低， 还可通 过热处理改善其综合性能，价格也比合金钢低廉。依次应用较为广泛，常用 45 号钢合金钢则具有

32、更高的机械性能和更好的淬火性能。 因此，在传递大动力， 并 要求减小尺寸与质量， 提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴， 常采用合金钢。在一般工作温度下碳素钢和合金钢的弹性模量基本相同。 因此，用合金钢代 替碳素钢并不能提高轴的刚度。各种热处理 (如高温淬火、 渗碳、氮化、氰化)以及表面强化处理 (如喷丸、 液压等)，对提高轴的抗疲劳强度都有显著的效果。(3) 轴上零件的定位(a) 轴肩 用轴肩定位方便可靠， 能承受较大的轴向载荷， 应用较多。 但轴 肩处因轴截面的变化将产生应力集中， 轴肩过多不利于加工。 用于定位的轴肩高 度 h 一般为( 0.07-0.1 ) d,d 为与零

33、件相配合处的轴径尺寸。用于定位滚动轴承 的轴肩，其高度必须低于轴承内圈的高度， 以便拆卸轴承，轴肩的高度可参阅 机 械手册中的轴承安装尺寸。(b) 套筒 套筒定位结构简单， 定位可靠， 一般用于轴的中部， 两个零件间 距较小时的情况。因套筒与轴的配合较松，所以高速轴上不宜用套筒定位。(c) 轴用圆螺母 圆螺母定位可承受较大的轴向力， 但轴上螺纹处有较大的 应力集中，会削弱轴的强度，故一般用细牙螺纹，并用于固定轴端的零件。当轴 上两个零件距离较远也采用圆螺母定位。(d) 轴端挡圈 轴端挡圈仅适用于轴端零件的固定，可承受较大的轴向力， 应用广泛。(e) 轴承端盖 轴承端盖用螺钉与箱体联结而使滚动轴

34、承的外圈得到轴向 定位。(f) 弹性挡圈 紧定螺钉和锁紧挡圈 弹性挡圈 紧定螺钉和锁紧挡圈结 构简单，但只能承受不大的轴向力， 紧定螺钉和锁紧挡圈还可兼作周向定位之用。(g) 圆锥面 对于承受冲击载荷和同心度要求较高的轴端零件， 可采用圆锥 面定位，并与挡圈、螺母一起使用。利用圆锥面定位，轴上零件装拆方便，且可 兼作周向定位之用。(4) 轴的结构工艺性 轴的结构工艺性是指轴的结构形式应便于加工和轴上零件的装配，成本低， 生产率高。在满足使用要求的前提下，轴的形式应尽量简化，以利于加工。轴端 应制出 45 度倒角，以利于装配零件和去掉毛刺；轴上磨削表面在过渡处应有砂 轮越程槽，以利于磨削加工；需

35、要切制螺纹的轴段，应留有螺纹退刀槽。为减少装夹工件的时间， 同一轴不同轴段的键槽应尽可能布置在轴的同一母 线上，且取相同尺寸。为了制造方便，节省工时，轴上直径相近处的多个圆角应 尽可能采用相同的尺寸、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度、退刀槽宽度。(5) 轴设计计算和强度校核 对于只受扭矩作用或主要承受扭矩作用的传动轴， 应按扭转强度条件计算轴 的直径。对于既受弯矩又受扭矩的轴， 在轴的结构设计完成之前， 通常不能确定 支反力及弯矩的大小， 这时只能近似地按扭转强度条件估算最小轴颈 dmin, 而用降 低许用扭转剪应力的办法来补偿弯矩对轴的强度的影响。9.55 106 pWTn0.2d3T MPa

36、T 轴的扭转剪应力， MPaT 轴所受的扭矩， N mmWT 轴的抗扭截面模量， mm3 ，对于实心圆轴， WT d 3 /16 0.2d3 p 轴所传递的功率， kwn 轴的转速， r/mind 轴的截面直径， mm几种常用轴材料的许用扭转应力 T 见表 4.6.1轴的材料Q235-A204540Cr、35SiMn、42SiMn、38SiMnMoT MPa12-2020-4040-52表 4.6.1 几种材料的许用扭转应力主轴箱主轴选用材料为 45 钢，最大扭矩为为 32439.2Nmm。T 3 32439.2 主轴 d 3 3 15.6mm 0.2 T 0.2 30计算主轴圆周力 Ft1

37、，名义法向载荷 Fn1Ft1 2T /d 138NFn1 Ft1 /cos 138/ cos20 0 146.8N计算支反力：R1Fn1 100130138 237357119NR2 Fn1 R1 146.8 119 27.8N最大弯矩 M1max 119 120 14280Nmm根据第三强度理论求出计算弯矩 Mca查机械设计基础得 0.3， 1 45 255MPa ， 1 40C 355MPaM1caM 2 T 2 142802 0.3 32439.2 2 22794.9Nmm设计计算按最小直径计算1caM1caW1M1ca0.2d322794.930.2 5030.92MPa 1 40C所

38、以主轴强度满足要求4.6.2 轴承的设计和选择轴承是机器用作支承轴颈或回转零件的重要元件。 根据轴承中摩擦性质的不 同，轴承可以分为滑动轴承和滚动轴承两大类(1) 滚动轴承 滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体和保持架组成，内圈装在轴颈上，外圈 则装在轴承座中， 内圈和外圈可分别为旋转件和固定件， 也可都是旋转件。 轴承 内、外圈上都有滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体将沿着滚道滚动。保持架的 作用是将各滚动体均匀分隔， 防止其互相摩擦。 滚动体是滚动轴承中形成滚动摩 擦不可缺少的零件，有球形、圆柱形、截圆锥形、鼓形等。与滑动轴承相比，滚 动轴承有以下有点：(a) 摩擦系数小，启动力矩小，效率高；(

39、b) 径向游隙小，还可用预紧方法消除游隙，因此运转精度高；(c) 轴向尺寸较小，可使机器的轴向尺寸紧凑；(d) 某些滚动轴承能同时承受径向和轴向载荷， 因此可使机器机构简化、 紧 凑；(e) 润滑简单，耗油量少，便于密封，易于维护；(f) 为标准件，互换性好，易于选用与更换，且成本较低。(2) 滚动轴承的选择滚动轴承类型选择是否适当， 直接影响到轴承寿命甚至机械的工作性能。 选 择时应根据轴承的工作载荷(大小、方向和性质)、转速高低和支承刚性以及安 装精度等方面的要求， 结合各类轴承的特性和应用经验进行综合分析， 确定合适 的轴承。选择轴承一般应遵循以下几项原则：(a) 转速较高、载荷较小、要

40、求旋转精度较高应选用球轴承；转速较低、载 荷较大或有冲击载荷时选用滚子轴承，但应注意滚子轴承对角偏斜较敏感。(b) 要承受径向载荷时可选用向心轴承； 主要承受轴向载荷时， 转速要求不 高，可选用推力轴承； 当同时承受径向和轴向载荷时， 可选用角接触球轴承和圆 锥滚子轴承；当径向载荷较大、轴向载荷较小，可选用深沟球轴承；当轴向载荷 较大、径向载荷较小时， 可采用推力角接触球轴承或选用推力球轴承和深沟球轴 承的组合结构，分别承担轴向载荷和径向载荷。(c) 轴承的工作转速一般应低于其极限转速，深沟球轴承、角接触球轴承、 短圆柱滚子轴承极限转速较高， 适用于较高转速的场合； 推力轴承极限转速较低， 只

41、适用于较低转速的场合。 当受纯轴向载荷且转速很高时宁可选用深沟球轴承和 角接触球轴承而不用推力轴承；内径相同的轴承，外径越小，极限转速越高，所 以高速时宜采用超轻、 特轻和轻系列的轴承， 重及特重系列的轴承， 只适用于低 速重载荷的场合。(d) 圆柱滚子和滚针轴承对轴承内外圈的轴向偏斜最为敏感， 因此对轴的刚 度和轴承座孔的支撑刚度和加工精度要求较高。 当两轴承座孔加工不对中或由于 加工、安装误差和轴挠曲变形是轴承内外圈倾斜角较大时， 宜采用调心球轴承和 调心滚子轴承。(e) 为便于安装、拆卸和调整， 常选用内外圈可以分离的轴承 (如圆柱滚子 轴承、圆锥滚子轴承)、具有内锥孔的轴承或带紧定套的

42、轴承等。(f) 角接触球轴承和圆锥滚子轴承一般应成对使用， 对称安装， 以使轴承能 够承受双向轴向载荷的作用。(g) 轴承的公差等级和游隙的选择应考虑工作性能和经济性的要求。 当旋转 精度要求较高时， 宜选用较高的公差等级和较小的游隙； 当要求转速较高时宜选 用较高的公差等级和适当加大轴承游隙。 但轴承的公差等级越高， 轴承价格越高， 一般流体轴承比球轴承价格高，而深沟球轴承如图 2.7 价格最低。图 4.6.1 轴承表 4.6.2 轴承的类型结束语本课题的任务是针对 1P65F上箱体缸体粗镗孔专机主轴箱设计， 要求设计合 理，装夹方便，定位准确，满足加工技术要求，符合单班制年生产 5 万台的生产 纲领，同时尽量提高生产效率，降低生产劳动成本。本设计主要完成了以下几方面的工作：（