机床课程设计说明书机床主轴箱

1、机床课程设计说明书机床课程设计说明书题目：机床主轴箱题目：机床主轴箱 开始时间：开始时间： 2012.02.252012.02.25 完成时间：完成时间： 2012.03.082012.03.08 答辩日期：答辩日期： 2012.03.092012.03.09 指导教师：指导教师： 学生姓名：学生姓名： 学号：学号： 班级：机自班级：机自 08110811 班班 学校名：太原科技大学学校名：太原科技大学 目录目录 1.概述概述.41.1 机床主轴箱课程设计的目的机床主轴箱课程设计的目的 .41.2 设计任务和主要技术要求设计任务和主要技术要求 .41.3 操作性能要求操作性能要求.52.参数的

2、拟定参数的拟定.52.1 确定极限转速确定极限转速.52.2 主电机选择主电机选择.53.传动设计传动设计 .53.1 主传动方案拟定主传动方案拟定.53.2 传动结构式、结构网的选择传动结构式、结构网的选择.63.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目确定传动组及各传动组中传动副的数目.63.2.2 传动式的拟定传动式的拟定.63.2.3 结构式的拟定结构式的拟定.74.4. 传动件的估算传动件的估算.74.14.1 三角带传动的计算三角带传动的计算.74.24.2 传动轴的估算传动轴的估算.104.2.14.2.1 主轴的计算转速主轴的计算转速.104.2.24.2.2 各传动轴的计算

3、转速各传动轴的计算转速.104.2.34.2.3 各轴直径的估算各轴直径的估算.114.34.3 齿轮齿数的确定和模数的计算齿轮齿数的确定和模数的计算.124.3.14.3.1 齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定.124.3.24.3.2 齿轮模数的计算齿轮模数的计算.124.3.44.3.4 齿宽确定齿宽确定 .144.44.4 带轮结构设计带轮结构设计.154.54.5 传动轴间的中心距传动轴间的中心距.154.64.6 轴承的选择轴承的选择.154.74.7 片式摩擦离合器的选择和计算片式摩擦离合器的选择和计算.165.5. 动力设计动力设计.165.15.1 传动轴的验算传动轴的验算.165

4、.1.15.1.1 轴的强度计算轴的强度计算.175.1.25.1.2 作用在齿轮上的力的计算作用在齿轮上的力的计算.175.25.2 齿轮校验齿轮校验.185.35.3 轴承的校验轴承的校验 .206.6.结构设计及说明结构设计及说明 .216.16.1 结构设计的内容、技术要求和方案结构设计的内容、技术要求和方案.216.26.2 展开图及其布置展开图及其布置.226.36.3 i i 轴（输入轴）的设计轴（输入轴）的设计.236.46.4 齿轮块设计齿轮块设计.246.4.16.4.1 其他问题其他问题 .256.56.5 传动轴的设计传动轴的设计.266.66.6 主轴组件设计主轴组件

5、设计.286.6.16.6.1 各部分尺寸的选择各部分尺寸的选择.286.6.26.6.2 主轴轴承主轴轴承.296.6.36.6.3 主轴与齿轮的连接主轴与齿轮的连接.326.6.46.6.4 润滑与密封润滑与密封.326.6.56.6.5 其他问题其他问题.337.7.总结总结 .348 草考文献草考文献.34 1.1.概述概述1.11.1 机床主轴箱课程设计的目的机床主轴箱课程设计的目的 机床课程设计是在学习过课程机床课程设计是在学习过课程机械制造装备设计机械制造装备设计之后进行的实践性教学环节，其目的在于通过机床运动机之后进行的实践性教学环节，其目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结

6、构设计，使学生在拟定传动和变速的械变速传动系统的结构设计，使学生在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案分析、结构工艺性、结构方案过程中，得到设计构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和阅读技术资料等方机械制图、零件计算、编写技术文件和阅读技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养学生具有初步的结构分析，机构设计和计算能法，并培养学生具有初步的结构分析，机构设计和计算能力。力。1.21.2 设计任务和主要技术要求设计任务和主要技术要求 普通机床的规格和类型有系列型谱作为设计师应该遵

7、普通机床的规格和类型有系列型谱作为设计师应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料做些简要介绍。照的基础。因此，对这些基本知识和资料做些简要介绍。本次设计的目的是普通机床主轴变速箱，主要加工回转体，本次设计的目的是普通机床主轴变速箱，主要加工回转体，车床的主要参数如下：车床的主要参数如下：（1）加工工件最大直径为：加工工件最大直径为：320mm（2）变速范围：变速范围：rn=178.571（3）公比：公比：=1.41=1.41（4）抗振性：一般抗振性：一般（5） min/2000maxrn min/ r2 .11nmin（6 6）转速级数：转速级数：1616 级级（7 7）电动机功率：电动机功

8、率：2/32/3 千瓦千瓦 转速转速 710/1410r/min710/1410r/min1.31.3 操作性能要求操作性能要求 11具有皮带轮卸荷装置具有皮带轮卸荷装置 22手动操纵双向齿轮离合器实现主轴的正反转及停止运动手动操纵双向齿轮离合器实现主轴的正反转及停止运动要求。要求。 33主轴的变速由变速手柄完成主轴的变速由变速手柄完成2.2.参数的拟定参数的拟定2.12.1 确定极限转速确定极限转速 由机床主参数知：由机床主参数知： min/2000maxrnmin/ r2 .11nmin2.22.2 主电机选择主电机选择 合理的确定电机功率，使机床既能充分发挥其使用性合理的确定电机功率，使

9、机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不至于使电机经常轻载而降低功率能，满足生产需要，又不至于使电机经常轻载而降低功率因素。因素。 已知异步电动机的转速有已知异步电动机的转速有 3000r/min3000r/min 1500r/min1500r/min 1000r/min1000r/min 750r/min,750r/min,已知已知 p p 额分别为额分别为 2 2 千瓦和千瓦和 3 3 千瓦，千瓦，所以选所以选 y132s-8y132s-8 3.3.传动设计传动设计3.13.1 主传动方案拟定主传动方案拟定 拟定传动方包括传动形式的选择以及开停、幻想、制拟定传动方包括传动形式的选择以

10、及开停、幻想、制动、操纵等整个传动系统的制定。传动形式则指传动和变动、操纵等整个传动系统的制定。传动形式则指传动和变速的原件、机构以及组成、安排不同特点的传动形式、变速的原件、机构以及组成、安排不同特点的传动形式、变速类型。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，和工作性能也有关系。因此，确定传动方案和形式要从结构、工性能也有关系。因此，确定传动方案和形式要从结构、工艺、性能及经济等多方面考虑。艺、性能及经济等多方面考虑。 传动方案有多种，传动形式更是多样。比如：传动形传动方案有多种，传动形式更是多样。比如：传动形式上有集中传动、分离传动

11、；扩大变速范围可用增加传动式上有集中传动、分离传动；扩大变速范围可用增加传动组数，也可用背轮结构、分支传动等形式；变速箱上即可组数，也可用背轮结构、分支传动等形式；变速箱上即可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。显然，可能的方案有很多，优化的条件也因条件而异。显然，可能的方案有很多，优化的条件也因条件而异。此次设计中，我们采用分离传动形式的变速箱。此次设计中，我们采用分离传动形式的变速箱。3.23.2 传动结构式、结构网的选择传动结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动结构式、结构网对于分析和选择简单的串

12、联式的传动不失为有用的方法，但是对于分析复杂的传动并想由此导不失为有用的方法，但是对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。出实际的方案，就并非十分有效。3.2.13.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的确定传动组及各传动组中传动副的 数目数目技术为技术为 z z 的传动系统由若干个顺序的传动组组成，各的传动系统由若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有传动组分别有 z1,z2.z1,z2.传动副，即传动副，即z=z1*z2*z3*.znz=z1*z2*z3*.zn，z z 应为应为 2 2 和和 3 3 的因子。的因子。3.2.23.2.2 传动式的拟定传动式的拟定由设计图纸

13、知此次设计的机床主轴箱采用由设计图纸知此次设计的机床主轴箱采用 1616 级转速传动系级转速传动系统，选择传动组安排方式时，考虑到机床主轴箱的具体结统，选择传动组安排方式时，考虑到机床主轴箱的具体结构、装置和吸能。在构、装置和吸能。在 i i 轴上如果安装滑移齿轮组时，为减轴上如果安装滑移齿轮组时，为减少轴向尺寸第一传动组的传动副数不能多，所以选择少轴向尺寸第一传动组的传动副数不能多，所以选择 3.3.主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大，因此主轴主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大，因此主轴上齿轮少些为好。最后一个传动组传动副数为上齿轮少些为好。最后一个传动组传动副数为 2.2.综上所述，综

14、上所述，传动式为传动式为 16=3*2*1*2+16=3*2*1*2+（3-13-1）*2*1*2-1*2*1*2*2*1*2-1*2*1*23.2.33.2.3 结构式的拟定结构式的拟定21212121321232152/12152/12151*16 ）（3.33.3 转速图的拟定转速图的拟定 4.传动件的估算传动件的估算4.1 三角带传动的计算三角带传动的计算三角带传动中，轴间距三角带传动中，轴间距 a 可以加大。由于是摩擦传递，可以加大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，亦可缓和冲击及隔离震动，使传动带与轮槽间会有打滑，亦可缓和冲击及隔离震动，使传动平稳。带轮结构简单，但尺寸大，机床中

15、常用作电机输出平稳。带轮结构简单，但尺寸大，机床中常用作电机输出轴的定比传动。轴的定比传动。（1）选择三角带的型号）选择三角带的型号根据公式根据公式 kwpkpaca2 . 22*1 . 1*11kwpkpaca3.33*1.1*22式中式中 p 为电机额定功率，为电机额定功率，ka 为工作情况系数。查为工作情况系数。查机械机械设计设计图图 8-8 因此选因此选 b 型带。型带。（2）确定带轮的计算直径确定带轮的计算直径 带轮的直径越小带的弯曲应力就越大，为挺高带的寿命，带轮的直径越小带的弯曲应力就越大，为挺高带的寿命，小带轮直径小带轮直径 d1 不宜过小，即不宜过小，即 d1dmin。查。查

16、机械设计机械设计表表 8-3 8-7 取取 d1=215mm。式中：式中：小带轮最高转速小带轮最高转速 2140r/min,大带轮最高转速大带轮最高转速n1n22000r/min,所以所以 d2=2140/2000 *215=230mm，由，由机械设计机械设计表表 8-7 查的取查的取 230mm。（3）确定三角带速度确定三角带速度 按公式：按公式： min/m241000*60d1n1v因为因为 5m/minv25m/min,所以选择合适。所以选择合适。（4）初步初定中心距初步初定中心距带轮的中心距通常根据机床的总体布局初步选定，一般可带轮的中心距通常根据机床的总体布局初步选定，一般可在下列

17、范围内选取：根据公式：在下列范围内选取：根据公式：0.7（d1+d2)a02*(d1+d2)mm即即 311.5mma0890mm 取取 a0=600mm。（5）三角带的计算基准长度三角带的计算基准长度=1898.74mm04)21(2020) 12(2addaldd 由由机械设计机械设计表表 8-2 圆整到标准长度圆整到标准长度 l=1900mm。（6）确定实际中心距确定实际中心距a=a0+(l-l0)/2=600.63mm (7) 验算小带轮包角验算小带轮包角主轴轮上包角合适。主轴轮上包角合适。000011206 .1785 .57*12180add （8）确定三角带根数）确定三角带根数

18、z根据根据机械设计机械设计式式 8-22 得得z=kkpppvca10传动比：传动比：i=v1/v2=1.07查表查表 8-5c，8-5d 得得查表查表 8-8，,16. 30,40. 00kwpkwp；查表；查表 8-2 z=1.40 所以取所以取 z=2 根根97. 0k95. 0kl （9）计算预紧力）计算预紧力查查机械设计机械设计表表 8-4，q=0.18kg/m=145.325nvkvpfqzca20) 15 . 2(500(10)计算压轴力计算压轴力nzffp26.5812sin*)(*2)(minminp4.2 传动轴的估算传动轴的估算传动轴除应满足强度要求外还应满足刚度要求，强

19、度要求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荷作用下不发生疲劳破坏。机床主保证轴在反复载荷和扭荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统要求精度较高，不允许有较大变形。因此疲劳强传动系统要求精度较高，不允许有较大变形。因此疲劳强度一般不是主要矛盾，除了载核很大的情况外，可以不必度一般不是主要矛盾，除了载核很大的情况外，可以不必演算轴的强度，刚度要求保证轴在载荷下不发生较大变形，演算轴的强度，刚度要求保证轴在载荷下不发生较大变形，因此，必须保证传动轴有足够的刚度。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。4.2.1 主轴的计算转速（当电动机转速为主轴的计算转速（当电动机转速为

20、1410r/min）主轴的计算转速是低速第一个三分之一变速主轴的计算转速是低速第一个三分之一变速范围的最高一级转速，所以范围的最高一级转速，所以 nvi=63r/min4.2.2 各传动轴的计算转速各传动轴的计算转速 轴轴v:有有 16 级转速，其中级转速，其中 90r/min 通过齿轮获得通过齿轮获得 63r/min 刚刚好能传递全部功率，所以好能传递全部功率，所以 nv=90r/min同理：同理：niv=180r/min ,niii=192.6r/min ,nii=539.2r/min ,ni=1500r/min.4.2.3 各传动直径的估算各传动直径的估算根据公式：根据公式：mmnpkd

21、aj4其中：其中：p 为电动机额定功率为电动机额定功率 k 为键槽系数为键槽系数 a 为系数为系数 为从电动机到该传动轴之间的传递效率的乘积。为从电动机到该传动轴之间的传递效率的乘积。p nj 为该传动轴的计算转速为该传动轴的计算转速i轴：轴：k=1.06，a=120所以所以 dii=26.6mm取整为取整为 dii=28mmii轴：轴：k=1.06，a=110所以所以 dii=34.13mm取整为取整为 35mmiii轴：轴：k=1.06，a=110所以所以 diii=40.16mm取整为取整为 45mmiv轴：轴：k=1.06，a=100所以所以 div=36.9mm取整为取整为 40mm

22、v轴：轴：k=1.06，a=90所以所以 dv=39mm取整为取整为 40mmvi轴：轴：k=1.06，a=80 所以所以 dvi=37.8mm取整得取整得 40mm，因为其为空心轴，查，因为其为空心轴，查机械设计机械设计的内径为的内径为20mm。4.3 齿轮齿数的确定和模数的计算齿轮齿数的确定和模数的计算4.3.1 齿轮齿数得确定齿轮齿数得确定当各变速组的传动比确定以后，可确定齿轮齿数。对于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。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对

23、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方时，变速组内每对齿轮的齿数和及小齿轮的齿数可以从及小齿轮的齿数可以从zs表表 3-63-6（机械制造装备设计）中选取。一般在主传动中，最（机械制造装备设计）中选取。一般在主传动中，最小齿数应大于小齿数应大于 18182020。采用三联滑移齿轮时，应检查滑移。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数差应大于或等于 4 4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。 由设计图知各组齿轮齿数如下：由

24、设计图知各组齿轮齿数如下：第一组：第一组：z1=33z1=33，z2=31z2=31第二组：第二组：z3=20z3=20，z4=56z4=56，z5=32z5=32，z6=44z6=44，z7=26z7=26，z8=50z8=50第三组：第三组：z9=26z9=26，z10=20z10=20，z11=56z11=56第四组：第四组：z12=35z12=35，z13=70z13=70第五组：第五组：z14=21z14=21，z15=84z15=844.3.24.3.2 齿轮模数的计算齿轮模数的计算（1 1）电动机电动机-i轴齿轮模数的计算轴齿轮模数的计算n1=n1= kw88. 2kw96. 0

25、*3y*nd27. 11410*3388. 2323wm齿轮中心距的计算：齿轮中心距的计算：mm47mmnj3703-na电取取 a=47a=47，4 . 1313347*2212mjzza根据计算结果选取两个中的较大值，选取相近的标准模数。根据计算结果选取两个中的较大值，选取相近的标准模数。取取 m1=m2=2.5.m1=m2=2.5.同理可确定：同理可确定：m3=m4=2.5m3=m4=2.5，m5=m6=2.5m5=m6=2.5，m7=m8=2.5m7=m8=2.5，m9=m10=2.5m9=m10=2.5，m11=m1m11=m12=2.52=2.5，m13=m14=m15=2.5m1

26、3=m14=m15=2.5。（2 2）标准齿轮参数如下：标准齿轮参数如下：=20=20 度，度，25. 01ch*a从从机械原理机械原理表表 10-210-2 查的如下公式：查的如下公式：吃顶圆吃顶圆 ：m*21zhd*aa）（吃根圆：吃根圆：m*22z1chd*af）（分度圆：分度圆：d=m*zd=m*z齿顶高：齿顶高：m*hh*aa吃根高：吃根高：m*chh*af）（齿轮的具体值见表：齿轮的具体值见表：齿轮尺寸表齿轮齿数 z模数 m分度圆 d齿顶圆ad1332.582.587.52312.577.582.53202.550554562.5 1401455322.580 856442.511

27、01157262.565708502.51251309262.5657010202.5505511562.514014512352.587.5 92.513702.517518014212.552.557.515842.5210215齿轮齿根圆fd齿顶高ah齿根高fh176.25 2.5 3.125271.252.53.125343.752.53.1254 133.752.53.125573.752.53.1256103.75 2.53.125758.752.53.1258118.752.53.1259 58.75 2.53.1251043.752.53.12511133.752.53.125

28、12 81.252.53.12513168.752.53.1251446.252.53.12515203.752.53.1254.3.44.3.4 齿宽确定齿宽确定由公式由公式 b=b=得：得：b1=(6-10)b1=(6-10)为模数），（m106m*mm*2.5=15-25mm*2.5=15-25mm，同理：，同理：b2=b3=b4=b5=b6=b7=b8=b9=b10=b11=b12=b13=b14=b15=15-b2=b3=b4=b5=b6=b7=b8=b9=b10=b11=b12=b13=b14=b15=15-25mm25mm一对齿和齿轮，为防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位一对齿和

29、齿轮，为防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致齿合齿宽减少而增大齿轮载荷，设计上应使主动轮时导致齿合齿宽减少而增大齿轮载荷，设计上应使主动轮比从动轮齿宽。所以：比从动轮齿宽。所以：b1=19mm,b2=17mmb1=19mm,b2=17mm，b3=19mm,b4=17mmb3=19mm,b4=17mm，b5=19mm,b6=17mm,bb5=19mm,b6=17mm,b7=19mm,b8=17mm,b9=15mm,b10=19mm,b11=17mm,b12=19mm,b7=19mm,b8=17mm,b9=15mm,b10=19mm,b11=17mm,b12=19mm,b13=17mm,b14

30、=19mm,b15=17mm.13=17mm,b14=19mm,b15=17mm.4.44.4 带轮结构设计带轮结构设计查查机械设计机械设计知，当知，当300mmk=ka*kv*kh1k=ka*kv*kh *kh*kh =1.84=1.8422由由机械设计机械设计表表 8-58-5 查的材料弹性影响系数查的材料弹性影响系数=189.8=189.8zeamp33由图由图 8-158-15 查的节点区域系数查的节点区域系数=2.5=2.5zh4n1=9.55*104n1=9.55*10 * *=1.7*10=1.7*10 n.mmn.mm n2=1.4*10n2=1.4*10 n.mmn.mm6j

31、87. 0*3n7755由图由图 8-198-19 查的接触疲劳寿命系数查的接触疲劳寿命系数 khn1=0.94khn1=0.94 ,khn2=0.91,khn2=0.9166由图由图 8-21e8-21e 按齿面硬度查的齿轮的接触疲劳强度极限按齿面硬度查的齿轮的接触疲劳强度极限a11002limlim1mphh77计算接触疲劳许用应力，取失效概率为计算接触疲劳许用应力，取失效概率为 1%1%，安全系数，安全系数sh=1.sh=1.khn1*khn1*/sh=1034mpa/sh=1034mpa1hlim1hkhn2*khn2*/sh=1001mpa/sh=1001mpa2hlim2h88 1

32、22. 1128376. 10 . 3m2bhbch*akfkh查的，由机械设计图，且）【（k=ka*kv*kfk=ka*kv*kf *kf*kf =2.0496=2.04962z2z=33.6=33.62vz z=35.8=35.8 由图由图 8-17,8-188-17,8-18 查的齿形系数查的齿形系数2v应力修正系数应力修正系数，41. 22ayf，19. 21ayf，82. 11ays，67. 12ays33由图由图 8-22c8-22c 按齿面硬度查的小齿轮弯曲疲劳按齿面硬度查的小齿轮弯曲疲劳a500lim2mpf大齿轮弯曲疲劳强度极限大齿轮弯曲疲劳强度极限a3801limmpf4n

33、1=1.7*104n1=1.7*10 n.mn.m n2=1.4*10n2=1.4*10 n.mn.m7755由图由图 8-208-20 查的弯曲疲劳寿命系数查的弯曲疲劳寿命系数 kfn1=0.87kfn1=0.87 ,kfn2=0.85,kfn2=0.8566计算弯曲疲劳许用应力，取安全系数计算弯曲疲劳许用应力，取安全系数 sf=1.31sf=1.31 =327mpa=327mpasfkfnff1lim1*1=254mpa=254mpasfkfnff2lim2*277由式由式由图由图 8-268-26 查的螺旋角系数查的螺旋角系数=0.88=0.883 . 2y88由式由式=26.6mpa=

34、26.6mpanfmdkt222b*2yf 2ays 2ay2f=27.1mpa=27.1mpanfmdkt111b*2yf 1ays 1ay1f同理其他齿轮用同种方法校核均满足要求。同理其他齿轮用同种方法校核均满足要求。5.35.3 轴承校核轴承校核i轴选用的是角接触球轴承轴选用的是角接触球轴承 72057205 其基本额定载荷为其基本额定载荷为16.5kw16.5kw，由于该轴转速为，由于该轴转速为 1500r/min,1500r/min,所以齿轮越小越靠近所以齿轮越小越靠近轴承，对轴承的要求越高。根据设计要求，应该对轴承，对轴承的要求越高。根据设计要求，应该对轴未轴未端的轴承进行校核。端

35、的轴承进行校核。齿轮的直径齿轮的直径 d=77.5mmd=77.5mm 轴传递的转矩轴传递的转矩 npt9550 t=9550t=9550=18.336=18.336 nmnmnp 齿轮受力齿轮受力 fr=0.5fr=0.5=179.09=179.09 n nd2t 根据受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为根据受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为 rv1=298.4rv1=298.4 n n rv2=54.19rv2=54.19 n n 因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力，因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力，按按机械设计机械设计表表 10-510-5 查得查得pf为

36、为 1.21.2 到到 1.81.8，取，取，则有：，则有：3 . 1pfp1=p1=rv1=387.92rv1=387.92 n n fpp2=p2= rv2=70.447rv2=70.447 n nfp轴承的寿命轴承的寿命 因为因为，所以按轴承，所以按轴承 1 1 的受力大小计算：的受力大小计算：21pp lh=lh=968.5=968.5 h h36pcn6010）（故该轴承能满足要求。故该轴承能满足要求。同理：用同种方法校核其他轴承均满足设计要求！同理：用同种方法校核其他轴承均满足设计要求！6.6.结构设计及说明结构设计及说明6.16.1 结构设计的内容、技术要求和方案结构设计的内容、

37、技术要求和方案设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、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）带轮、齿轮、离合器和制动器等） 、主轴组件、操纵机构、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。课程设计由于时间的限张展开图和若干张横截面图表示。课程设计由于时间的限制，一般只画展开图。制，一般只画展开图。主轴变速箱是机床的重要部件。设计时除考虑一般机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。械传动的有

38、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。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：正式画图前应该先画草图。目的是：1 1）布置传动件

39、及选择结构方案。布置传动件及选择结构方案。2 2）检验传动设计的结果中有无干涉、碰撞或其他不合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。理的情况，以便及时改正。3 3）确定传动轴的支承跨距、齿轮在轴上的位置以及各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。轴和轴承的验算提供必要的数据。6.26.2 展开图及其布置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

40、平整展开在同一个平面上。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。i i 轴上装的摩擦离合器和变速齿轮。有两种布置方案，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，离合器内径的约束，齿根圆的直径必须大于离合器的外径，负责齿轮无法加工。这样轴的间距加大。另一种布置方案负责齿轮无法加工。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

41、，右边接通得到三级反向转动。这通，得到一级反向转动，右边接通得到三级反向转动。这种齿轮尺寸小但轴向尺寸大。我们采用第一种方案，通过种齿轮尺寸小但轴向尺寸大。我们采用第一种方案，通过空心轴中的拉杆来操纵离合器的结构。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，是制动尺寸增大。上，以免制动扭矩太大，是制动尺寸增大。齿轮在轴上布置很重要，关系到变速箱的轴向尺寸，减齿轮在轴上布置很重要，关系到变速

42、箱的轴向尺寸，减少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。6.36.3 i i 轴（输入轴）的设计轴（输入轴）的设计将运动带入变速箱的带轮一般都安装在轴端，轴变形较将运动带入变速箱的带轮一般都安装在轴端，轴变形较大，结构上应注意加强轴的刚度或使轴部受带的拉力（采大，结构上应注意加强轴的刚度或使轴部受带的拉力（采用卸荷装置）用卸荷装置） 。i i 轴上装有摩擦离合器，由于组成离合器的轴上装有摩擦离合器，由于组成离合器的零件很多，装配很不方便，一般都是在箱外组装好零件很多，装配很不方便，一般都是在箱外组装好 i i 轴在轴在整体装入箱内。我们采用的卸荷装置一般是把轴承

43、装载法整体装入箱内。我们采用的卸荷装置一般是把轴承装载法兰盘上，通过法兰盘将带轮的拉力传递到箱壁上。兰盘上，通过法兰盘将带轮的拉力传递到箱壁上。车床上的反转一般用于加工螺纹时退刀。车螺纹时，换车床上的反转一般用于加工螺纹时退刀。车螺纹时，换向频率较高。实现政反转的变换方案很多，我们采用正反向频率较高。实现政反转的变换方案很多，我们采用正反向离合器。正反向的转换在不停车的状态下进行，常采用向离合器。正反向的转换在不停车的状态下进行，常采用片式摩擦离合器。由于装在箱内，一般采用湿式。片式摩擦离合器。由于装在箱内，一般采用湿式。在确定轴向尺寸时，摩擦片不压紧时，应留有在确定轴向尺寸时，摩擦片不压紧时

44、，应留有 0.20.20.40.4的间隙，间隙应能调整。的间隙，间隙应能调整。mm离合器及其压紧装置中有三点值得注意：离合器及其压紧装置中有三点值得注意：1 1）摩擦片的轴向定位：由两个带花键孔的圆盘实现。摩擦片的轴向定位：由两个带花键孔的圆盘实现。其中一个圆盘装在花键上，另一个装在花键轴上的一其中一个圆盘装在花键上，另一个装在花键轴上的一个环形沟槽里，并转过一个花键齿，和轴上的花键对个环形沟槽里，并转过一个花键齿，和轴上的花键对正，然后用螺钉把错开的两个圆盘连接在一起。这样正，然后用螺钉把错开的两个圆盘连接在一起。这样就限制了轴向和周向德两个自由度，起了定位作用。就限制了轴向和周向德两个自由

45、度，起了定位作用。2 2）摩擦片的压紧由加力环的轴向移动实现，在轴系上摩擦片的压紧由加力环的轴向移动实现，在轴系上形成了弹性力的封闭系统，不增加轴承轴向复合。形成了弹性力的封闭系统，不增加轴承轴向复合。3 3）结构设计时应使加力环推动摆杆和钢球的运动是不结构设计时应使加力环推动摆杆和钢球的运动是不可逆的，即操纵力撤消后，有自锁作用。可逆的，即操纵力撤消后，有自锁作用。i i 轴上装有摩擦离合器，两端的齿轮是空套在轴上，当轴上装有摩擦离合器，两端的齿轮是空套在轴上，当离合器接通时才和轴一起转动。但脱开的另一端齿轮，与离合器接通时才和轴一起转动。但脱开的另一端齿轮，与轴回转方向是相反的，二者的相对

46、转速很高（约为两倍左轴回转方向是相反的，二者的相对转速很高（约为两倍左右）右） 。结构设计时应考虑这点。结构设计时应考虑这点。齿轮与轴之间的轴承可以用滚动轴承也可以用滑动轴承。齿轮与轴之间的轴承可以用滚动轴承也可以用滑动轴承。滑动轴承在一些性能和维修上不如滚动轴承，但它的径向滑动轴承在一些性能和维修上不如滚动轴承，但它的径向尺寸小。空套齿轮需要有轴向定位，轴承需要润滑。尺寸小。空套齿轮需要有轴向定位，轴承需要润滑。6.46.4 齿轮块设计齿轮块设计齿轮是变速箱中的重要元件。齿轮同时啮合的齿数是周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期

47、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。问题。齿轮块的结构形式很多，取决于下列有关因素：齿轮块的结构形式很多，取决于下列有关因素：1 1）是固定齿轮还是滑移齿轮；是固定齿轮还是滑移齿轮；2 2）移动滑移齿轮的方法；移动滑移齿轮的方法；3 3）齿轮精度和加工方法；齿轮精度和加工方法；变速

48、箱中齿轮用于传递动力和运动。它的精度选择主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，动和噪声越大，根据实际结果得知，圆周速度会增加一倍，噪声约增大噪声约增大 6db6db。工作平稳性和接触误差对振动和噪声的影。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。大都是制噪声，机床上主传动齿轮都要选用较高的精度。大都

49、是用用 7 76 66 6，圆周速度很低的，才选，圆周速度很低的，才选 8 87 77 7。如果噪声要。如果噪声要求很严，或一些关键齿轮，就应选求很严，或一些关键齿轮，就应选 6 65 55 5。当精度从。当精度从 7 76 66 6 提高到提高到 6 65 55 5 时，制造费用将显著提高。不同精度时，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。不同。8 8 级精度齿轮，一般滚齿或插齿就可以达到。级精度齿轮，一般滚齿或插齿就可以达到。7 7 级精级精度齿轮，用较高精度滚齿机或插齿机可以达到。但淬火后，度

50、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，需要淬火的由于变形，精度将下降。因此，需要淬火的 7 7 级齿轮一般级齿轮一般滚（插）后要剃齿，使精度高于滚（插）后要剃齿，使精度高于 7 7，或者淬火后在衍齿。，或者淬火后在衍齿。6 6级精度的齿轮，用精密滚齿机可以达到。淬火齿轮，必须级精度的齿轮，用精密滚齿机可以达到。淬火齿轮，必须磨齿才能达到磨齿才能达到 6 6 级。级。机床主轴变速箱中齿轮齿部一般都需要淬火。机床主轴变速箱中齿轮齿部一般都需要淬火。6.4.16.4.1 其他问题其他问题滑移齿轮进出啮合的一端要圆齿，有规定的形状和尺寸。滑移齿轮进出啮合的一端要

51、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，应予注圆齿和倒角性质不同，加工方法和画法也不一样，应予注意。意。选择齿轮块的结构要考虑毛坯形式（棒料、自由锻或模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、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。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

52、的。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。保证，一般在装配时最后调整确定。6.56.5 传动轴的设计传动轴的设计 机床传动轴，广泛采用滚动轴承作支撑。轴上要安装机床传动轴，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。构能正常工作。首先传动轴应有足够的强度、刚度。如挠度

53、和倾角过大，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、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。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齿轮的轴

54、都采用花键轴，不装滑移齿轮的轴也常采用花键轴。轴。花键轴承载能力高，加工和装配也比带单键的光轴方便。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滚刀直径为为 65658585。刀dmm机床传动轴常采用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴承。在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。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

55、锥轴承对轴的刚度、支撑孔的加工精度要求都比较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，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。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。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。

56、在箱外调成批生产中，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

57、能避免。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。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，不得小于两孔间的最小壁厚，不得小于 5 51010，以免加工时孔，以免加工时孔mm变形。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。内径。一般传动轴上轴承选用一般传动轴上轴承选用级精度。级精度。g传动轴必须在箱体内保持准确位置，才能保证装在轴上传动轴必须在箱体内保持准

58、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，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，其轴向定位就更重都必须有轴向定位。对受轴向力的轴，其轴向定位就更重要。要。回转的轴向定位（包括轴承在轴上定位和在箱体孔中定回转的轴向定位（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：位）在选择定位方式时应注意：1 1）轴的长度。长轴要考虑热伸长的问题，宜由一端定轴的长度。长轴要考虑热伸长的问题，宜由一端定位。位。2 2）轴承的间隙是否需要调整。轴承的间隙是否需要调整。3 3）整个轴的轴向位置是否需要调整。整个轴的轴向位

59、置是否需要调整。4 4）在有轴向载荷的情况下不宜采用弹簧卡圈。在有轴向载荷的情况下不宜采用弹簧卡圈。5 5）加工和装配的工艺性等。加工和装配的工艺性等。6.66.6 主轴组件设计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）度） ，设计时主要围绕着保证精度、刚度和抗振性，减少温，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

60、形等几个方面考虑。升和热变形等几个方面考虑。6.6.16.6.1 各部分尺寸的选择各部分尺寸的选择主轴形状与各部分尺寸不仅和强度、刚度有关，而且涉主轴形状与各部分尺寸不仅和强度、刚度有关，而且涉及多方面的因素。及多方面的因素。1 1）内孔直径内孔直径车床主轴由于要通过棒料，安装自动卡盘的操纵机构及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。为了扩大使用范围，通过卸顶尖的顶杆，必须是空心轴。为了扩大使用范围，加大可加工棒料直径，车床主轴内孔直径有增大的趋势。加大可加工棒料直径，车床主轴内孔直径有增大的趋势。2 2）轴颈直径轴颈直径前支撑的直径是主轴上一主要的尺