毕业设计（论文）车床主轴箱设计(毕业论文设计)

1、毕业设计（论文）车床主轴箱设计(毕业论文设计) 安徽建筑工业学院毕 业 设 计 论 文 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 05机械 4 班 学生姓名 夏遵超 学 号 05210010428 课 题 车床主轴箱设计 指导教师 魏常武 2009 年 6 月 1 日摘要普通中型车床主轴箱设计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

2、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目录目录41绪论102设计计算1121普通车床的规格11com规格系列和用处11com 操作性能要求113主动参数参数的拟定1131 确定传动公比1132 主电动机的选择124变速结构的设计1341 主变速方案拟定1342 变速结构式结构网的选择13com 确定变速组及各变速组中变速副的数目13com 变速式的拟定

3、14com 结构式的拟定14com 结构网的拟定15com 结构式的拟定15com 结构式的拟定15com 确定各变速组变速副齿数17com 绘制变速系统图185结构设计1951 结构设计的内容技术要求和方案1952 展开图及其布置1953 I轴输入轴的设计2054 齿轮块设计2055 传动轴的设计2156 主轴组件设计22com 各部分尺寸的选择22com 主轴材料和热处理23com 主轴轴承23com 主轴与齿轮的连接24com 润滑与密封25com 其他问题256传动件的设计2561 带轮的设计2562 传动轴的直径估算28com 确定各轴转速28com直径的估算确定各轴最小直径29co

4、m 键的选择3063 传动轴的校核30com 传动轴的校核31com 键的校核3164 各变速组齿轮模数的确定和校核32com 齿轮模数的确定32com 齿宽的确定36com 齿轮结构的设计3765 带轮结构设计3866 片式摩擦离合器的选择和计算3967 齿轮校验41齿轮强度校核41com 校核a变速组齿轮42com 校核b变速组齿轮43com 校核c变速组齿轮4468 轴承的选用与校核46com 各轴轴承的选用46com 各轴轴承的校核467主轴组件设计4771 主轴的基本尺寸确定48com 外径尺寸D48com 主轴孔径d48com 主轴悬伸量a49com 支撑跨距L50com 主轴最佳

5、跨距的确定5172 主轴刚度验算53com 主轴前支撑转角的验算53com 主轴前端位移的验算558总结和展望5881本文工作总结5882课题展望59参考文献60致 谢61附录62普通车床主轴箱设计机械与电气工程学院 机械设计制造及其自动化专业05机械4班 夏遵超 指导老师 魏常武1绪论机床技术参数有主参数和基本参数他们是运动传动和结构设计的依据影响到机床是否满足所需要的基本功能要求参数拟定就是机床性能设计主参数是直接反映机床的加工能力决定和影响其他基本参数的依据如车床的最大加工直径一般在设计题目中给定基本参数是一些加工件尺寸机床结构运动和动力特性有关的参数可归纳为尺寸参数运动参数和动力参数通

6、用车床工艺范围广所加工的工件形状尺寸和材料各不相同有粗加工又有精加工用硬质合金刀具又用高速钢刀具因此必须对所设计的机床工艺范围和使用情况做全面的调研和统计依据某些典型工艺和加工对象兼顾其他的可能工艺加工的要求拟定机床技术参数拟定参数时要考虑机床发展趋势和同国内外同类机床的对比使拟定的参数最大限度地适应各种不同的工艺要求和达到机床加工能力下经济合理机床主传动系因机床的类型性能规格和尺寸等因素的不同应满足的要求也不一样设计机床主传动系时最基本的原则就是以最经济合理的方式满足既定的要求在设计时应结合具体机床进行具体分析一般应满足的基本要求有满足机床使用性能要求首先应满足机床的运动特性如机床主轴油足够

7、的转速范围和转速级数满足机床传递动力的要求主电动机和传动机构能提供足够的功率和转矩具有较高的传动效率满足机床工作性能要求主传动中所有零部件有足够的刚度精度和抗震性热变形特性稳定满足产品的经济性要求传动链尽可能简短零件数目要少以便节约材料降低成本2设计计算21普通车床的规格com规格系列和用处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表11 车床的主参数规格尺寸和基本参数表工件最大回转直径 mm 最高转速 最低转速 电机功率PkW公比转速级数Z3201120257514112com 操作性能要求1具

8、有皮带轮卸荷装置2手动操纵双向片式摩擦离合器实现主轴的正反转及停止运动要求3主轴的变速由变速手柄完成3主动参数参数的拟定31 确定传动公比根据1公式3-2因为已知 Z 1 14129根据1表3-5 标准公比这里我们取标准公比系列 141因为 141 106根据1表3-6标准数列首先找到最小极限转速25再每跳过5个数126106取一个转速即可得到公比为141的数列253555071100140200280400560800112032 主电动机的选择合理的确定电机功率P使机床既能充分发挥其使用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现在以常见的中碳钢为工件材料取45号钢正火处理车削外圆

9、表面粗糙度 32mm采用车刀具可转位外圆车刀刀杆尺寸16mm25mm刀具几何参数 15 6 75 15 0 -10b 03mmr 1mm现以确定粗车是的切削用量为设计确定背吃刀量和进给量f根据2表8-50取4mmf取06确定切削速度参2表8-57取V 17机床功率的计算主切削力的计算 根据2-表8-59和表8-60主切削力的计算公式及有关参数F 981 com95 3242N切削功率的计算 324217 55kW 08 686 kW 根据3表12-1 Y系列IP44电动机的技术数据Y系列IP44电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型异步电动机具有防尘埃铁屑或其他杂物侵入电动机内部的特点B级绝缘工业

10、环境温度不超过40相对湿度不超过95海拔高度不超过1000m额定电压380V频率50Hz适用于无特殊要求的机械上如机床泵风机搅拌机运输机农业机械等根据以上要求我们选取Y132M-4型三相异步电动机额定功率75kW满载转速1440额定转矩22质量81kg 至此可得到上表11中的车床参数4变速结构的设计41 主变速方案拟定拟定变速方案包括变速型式的选择以及开停换向制动操纵等整个变速系统的确定变速型式则指变速和变速的元件机构以及组成安排不同特点的变速型式变速类型变速方案和型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变速方案和型式要从结构工艺性能及经济等多方面统一考虑变速方案有多种变速型式更

11、是众多比如变速型式上有集中变速分离变速扩大变速范围可用增加变速组数也可采用背轮结构分支变速等型式变速箱上既可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方案也因条件而异此次设计中我们采用集中变速型式的主轴变速箱42 变速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变速不失为有用的方法但对于分析复杂的变速并想由此导出实际的方案就并非十分有效com 确定变速组及各变速组中变速副的数目数为Z的变速系统由若干个顺序的变速组组成各变速组分别有个变速副即 变速副中由于结构的限制以2或3为合适即变速级数Z应为2和3的因子 可以有三种方案 com 变速式的拟定 12级转速

12、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如果安置换向摩擦离合器时为减少轴向尺寸第一变速组的变速副数不能多以2为宜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综上所述变速式为12 232com 结构式的拟定对于12 232传动式有6种结构式和对应的结构网分别为 由于本次设计的机床I轴装有摩擦离合器在结构上要求有一齿轮的齿根圆大于离合器的直径初选的方案从电动机到主轴主要为降速变速若使变速副较多的变速组放在较接近电动机处可使小尺寸零件多些大尺寸零件少些节省材料也就是满足变速副前多后少的原则因此取12 232方案为好设

13、计车床主变速传动系时为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸在降速变速中一般限制限制最小变速比 为避免扩大传动误差减少震动噪声在升速时一般限制最大转速比斜齿圆柱齿轮传动较平稳可取因此在主变速链任一变速组的最大变速范围在设计时必须保证中间变速轴的变速范围最小com 结构网的拟定根据中间变速轴变速范围小的原则选择结构网从而确定结构网如下com 结构式的拟定主轴的变速范围应等于住变速传动系中各个变速组变速范围的乘积即检查变速组的变速范围是否超过极限值时只需检查最后一个扩大组因为其他变速组的变速范围都比最后扩大组的小只要最后扩大组的变速范围不超过极限值其他变速组就不会超过极限值其中 符合要求com

14、结构式的拟定绘制转速图选择Y132M-4型Y系列笼式三相异步电动机分配总降速变速比 总降速变速比 又电动机转速不符合转速数列标准因而增加一定比变速副确定变速轴轴数 变速轴轴数 变速组数 定比变速副数 1 3 1 1 5确定各级转速由z 12确定各级转速1120800560400280200140100715035525rmin绘制转速图在五根轴中除去电动机轴其余四轴按变速顺序依次设为主轴与与与轴之间的变速组分别设为abc现由主轴开始确定轴的转速先来确定轴的转速变速组c 的变速范围为结合结构式轴的转速只有一种可能100140200280400560rmin 确定轴的转速变速组b的级比指数为2希望

15、中间轴转速较小因而为了避免升速又不致变速比太小可取 轴的转速确定为400560rmin确定轴的转速对于轴其级比指数为1可取 确定轴转速为800rmin由此也可确定加在电动机与主轴之间的定变速比下面画出转速图电动机转速与主轴最高转速相近com 确定各变速组变速副齿数齿轮齿数的确定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数可以从1表3-9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

16、应大于或等于4以保证滑移是齿轮外圆不相碰根据1查表3-9各种常用变速比的使用齿数变速组a 时5760636669727578时58606365676870727377可取84于是可得轴齿轮齿数分别为2835于是 可得轴上的三联齿轮齿数分别为5649变速组b根据1查表3-9各种常用变速比的使用齿数 时8789909192时87899091时86889091可取 90于是可得轴上两联齿轮的齿数分别为183045于是 得轴上两齿轮的齿数分别为726045变速组c根据1查表3-9各种常用变速比的使用齿数时8589909495108时 84878990108可取 108为降速变速取轴齿轮齿数为22为升速

17、变速取轴齿轮齿数为36于是得得轴两联动齿轮的齿数分别为2272得轴两齿轮齿数分别为8636com 绘制变速系统图根据轴数齿轮副电动机等已知条件可有如下系统图5结构设计51 结构设计的内容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

18、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布置传动件及选择结构方案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52 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I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

19、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53 I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大结构上应注意加强轴的刚度或使轴部受带轮的拉力采用卸荷装置I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I轴在整体装入箱内我们采用的卸荷装

20、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正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0204的间隙间隙应能调整离合器及其压紧装置中有三点值得注意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就限制了轴向和周向的两个自由度起了定位作用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

21、系统不增加轴承轴向复合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I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轴回转方向是相反的二者的相对转速很高约为两倍左右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54 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

22、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是固定齿轮还是滑移齿轮移动滑移齿轮的方法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

23、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

24、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55 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

25、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

26、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轴的长度长轴要考虑热

27、伸长的问题宜由一端定位轴承的间隙是否需要调整整个轴的轴向位置是否需要调整在有轴向载荷的情况下不宜采用弹簧卡圈加工和装配的工艺性等56 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com 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及多方面的因素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轴颈直径前支撑的直径是主轴上一

28、主要的尺寸设计时一般先估算或拟定一个尺寸结构确定后再进行核算前锥孔直径前锥孔用来装顶尖或其他工具锥柄要求能自锁目前采用莫氏六号锥孔支撑跨距及悬伸长度为了提高刚度应尽量缩短主轴的外伸长度选择适当的支撑跨距一般推荐取 235跨距小时轴承变形对轴端变形的影响大所以轴承刚度小时应选大值轴刚度差时则取小值跨距的大小很大程度上受其他结构的限制常常不能满足以上要求安排结构时力求接近上述要求com 主轴材料和热处理在主轴结构形状和尺寸一定的条件下材料的弹性模量E越大主轴的刚度也越高由于钢材的E值较大故一般采用钢质主轴一般机床的主轴选用价格便宜性能良好的45号钢提高主轴有关表面硬度增加耐磨性在长期使用中不至于丧

29、失精度这是对主轴热处理的根本要求机床主轴都在一定部位上承受着不同程度的摩擦主轴与滚动轴承配合使用时轴颈表面具有适当的硬度可改善装配工艺并保证装配精度通常硬度为HRC40-50即可满足要求一般机床的主轴淬火时要求无裂纹硬度均匀淬硬层深度不小于1mm最好15-2mm使精磨后仍能保留一点深度的淬硬层主轴热处理后变形要小螺纹表面一般不淬火淬火部位的空刀槽不能过深台阶交接处应该倒角渗氮主轴的锐边棱角必须倒圆R 05mm可避免渗氮层穿透剥落com 主轴轴承1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

30、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2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003007只

31、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3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

32、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112的内锥孔内圈将胀大消除间隙其他轴承调

33、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com 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115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度布置两国特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com 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

34、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0103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com 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

35、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2202506传动件的设计61 带轮的设计三角带传动中轴间距A可以加大由于是摩擦传递带与轮槽间会有打滑宜可缓和冲击及隔离振动使传动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电动机转速n 1440rm

36、in传递功率P 75kW传动比i 18两班制一天运转16小时工作年数10年 1 选择三角带的型号由4表8-7工作情况系数查的共况系数 12故根据4公式8-21 式中P-电动机额定功率 -工作情况系数 因此根据由4 图8-11普通V带轮型图选用A型 2 确定带轮的基准直径带轮的直径越小带的弯曲应力就越大为提高带的寿命小带轮的直径不宜过小即查4表8-8图8-11和表8-6取主动小带轮基准直径 125由4公式 8-15a 式中-小带轮转速-大带轮转速-带的滑动系数一般取002 由4表8-8取圆整为224mm 3 验算带速度V按4式8-13验算带的速度故带速合适 4 初定中心距带轮的中心距通常根据机床

37、的总体布局初步选定一般可在下列范围内选取 根据4经验公式8-20取取 600mm 5 三角带的计算基准长度由4公式8-22计算带轮的基准长度由4表8-2圆整到标准的计算长度 6 验算三角带的挠曲次数 符合要求 7 确定实际中心距按4公式8-23计算实际中心距 8 验算小带轮包角根据4公式8-25故主动轮上包角合适 9 确定三角带根数根据4式8-26得查表4表8-4d由 i 18和得 015KW查表4表8-5 098查表4表8-2长度系数 101取 根 10 计算预紧力查4表8-3q 01kgm由4式8-27其中 -带的变速功率KW v-带速ms q-每米带的质量kgm取q 01kgm v 14

38、40rmin 942ms计算作用在轴上的压轴力传动比查表4表8-4a由和得 192KW 62 传动轴的直径估算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com 确定各轴转速 确定主轴计算转速计算转速是传动件能传递全部功率的最低转速各传动件的计算转速可以从转速图上按主轴的计算转速和相应的传动关系确定根据1表3-10主轴的计算转速为各变速轴的计算转速 轴的计算转速可从

39、主轴71rmin按7218的变速副找上去轴的计算转速为100rmin轴的计算转速为400rmin轴的计算转速为800rmin各齿轮的计算转速各变速组内一般只计算组内最小齿轮也是最薄弱的齿轮故也只需确定最小齿轮的计算转速变速组c中2286只需计算z 22 的齿轮计算转速为280rmin变速组b计算z 18的齿轮计算转速为400rmin变速组a应计算z 28的齿轮计算转速为800rmin核算主轴转速误差 所以合适com直径的估算确定各轴最小直径根据5公式7-1并查5表7-13得到取1轴的直径取轴的直径取轴的直径取其中P-电动机额定功率kW-从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积-该传动轴的计算

40、转速 -传动轴允许的扭转角当轴上有键槽时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bb值见5表7-12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和在后文给定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15表5-3-30的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各轴间的中心距的确定com 键的选择查4表6-1选择轴上的键根据轴的直径键的尺寸选择键的长度L取

41、22主轴处键的选择同上键的尺寸为键的长度L取10063 传动轴的校核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 3当轴的各段直径相差不大计算精度要求不高时可看做等直径采用平均直径进行计算计算花键轴传动轴一般只验算弯曲刚度花键轴还应进行键侧挤压验算弯曲刚度验算的刚度时可采用平均直径或当量直径一般将轴化为集中载荷下的简支梁其挠度和倾角计算公式见5表7-15分别求出各载荷作用下所产生的挠度和倾角然后叠加注意方向符号在同一平面上进行代

42、数叠加不在同一平面上进行向量叠加com 传动轴的校核轴的校核通过受力分析在一轴的三对啮合齿轮副中中间的两对齿轮对轴中点处的挠度影响最大所以选择中间齿轮啮合来进行校核最大挠度查1表3-12许用挠度 轴轴的校核同上com 键的校核键和轴的材料都是钢由4表6-2查的许用挤压应力取其中间值键的工作长度键与轮榖键槽的接触高度由4式6-1可得可见连接的挤压强度足够了键的标记为64 各变速组齿轮模数的确定和校核com 齿轮模数的确定齿轮模数的估算通常同一变速组内的齿轮取相同的模数如齿轮材料相同时选择负荷最重的小齿轮根据齿面接触疲劳强度和齿轮弯曲疲劳强度条件按5表7-17进行估算模数和并按其中较大者选取相近的

43、标准模数为简化工艺变速传动系统内各变速组的齿轮模数最好一样通常不超过23种模数先计算最小齿数齿轮的模数齿轮选用直齿圆柱齿轮及斜齿轮传动查4表10-8齿轮精度选用7级精度再由4表10-1选择小齿轮材料为40C 调质 硬度为280HBS根据5表7-17有公式齿面接触疲劳强度齿轮弯曲疲劳强度a变速组分别计算各齿轮模数先计算最小齿数28的齿轮齿面接触疲劳强度其中 -公比 2 P-齿轮传递的名义功率P com 72KW -齿宽系数 -齿轮许允接触应力由5图7-6按MQ线查取 -计算齿轮计算转速K-载荷系数取12 650MPa 根据6表10-4将齿轮模数圆整为4mm 齿轮弯曲疲劳强度其中 P-齿轮传递的名

44、义功率P com 72KW -齿宽系数 -齿轮许允齿根应力由5图7-11按MQ线查取-计算齿轮计算转速 K-载荷系数取12根据6表10-4将齿轮模数圆整为25mm 所以于是变速组a的齿轮模数取m 4mmb 32mm轴上主动轮齿轮的直径 轴上三联从动轮齿轮的直径分别为b变速组确定轴上另两联齿轮的模数先计算最小齿数18的齿轮齿面接触疲劳强度其中 -公比 4 P-齿轮传递的名义功率P com 6915KW -齿宽系数 -齿轮许允接触应力由5图7-6按MQ线查取 -计算齿轮计算转速K-载荷系数取12 650MPa 根据6表10-4将齿轮模数圆整为5mm 齿轮弯曲疲劳强度其中 P-齿轮传递的名义功率P

45、com 6915KW -齿宽系数 -齿轮许允齿根应力由5图7-11按MQ线查取-计算齿轮计算转速 K-载荷系数取12根据6表10-4将齿轮模数圆整为3mm 所以于是变速组b的齿轮模数取m 5mmb 40mm 轴上主动轮齿轮的直径 轴上三联从动轮齿轮的直径分别为c变速组 为了使传动平稳所以使用斜齿轮取螺旋角计算中心距a圆整为280mm修正螺旋角因值改变不多所以参数等值不必修正所以轴上两联动主动轮齿轮的直径分别为 轴上两从动轮齿轮的直径分别为标准齿轮参数从7表5-1查得以下公式齿顶圆直径 齿根圆直径分度圆直径 齿顶高 齿根高 齿轮的具体值见表表51齿轮尺寸表 单位mm齿轮齿数z模数分度圆直径d齿顶

46、圆直径齿根圆直径齿顶高齿根高284112120102453541401481304556422423221445494196204186451859010077556253051501601375562545522523521255625725360370347556256052002101875562545522523521255625225114121245101165196487253734438382360485196483651867219711737651964886544606456444331519648com 齿宽的确定 由公式得轴主动轮齿轮轴主动轮齿轮轴主动轮齿轮一般一对啮

47、合齿轮为了防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的载荷设计上应主动轮比从动轮齿宽大510mm所以 com 齿轮结构的设计通过齿轮传动强度的计算只能确定出齿轮的主要尺寸如齿数模数齿宽螺旋角分度圆直径等而齿圈轮辐轮毂等的结构形式及尺寸大小通常都由结构设计而定当齿顶圆直径时可以做成实心式结构的齿轮当时可做成腹板式结构再考虑到加工问题现决定把齿轮812和14做成腹板式结构其余做成实心结构根据4图10-39a齿轮1012和13结构尺寸计算如下齿轮8结构尺寸计算 C取12cm齿轮12结构尺寸计算C取12cm齿轮14结构尺寸计算C取14cm65 带轮结构设计带轮的材料常用的V带轮材料

48、为HT150或HT200转速较高时可以采用铸钢或钢板冲压焊接而成小功略时采用铸铝或塑料带轮结构形式V带轮由轮缘轮辐和轮毂组成根据轮辐结构的不同可以分为实心式4图8-14a腹板式4图8-14b孔板式4图8-14c椭圆轮辐式4图8-14dV带轮的结构形式与基准直径有关当带轮基准直径d为安装带轮的轴的直径mm时可以采用实心式当可以采用腹板式时可以采用孔板式当时可以采用轮辐式 带轮宽度 分度圆直径 D 90mm是深沟球轴承6210轴承外径其他尺寸见带轮零件图V带轮的论槽V带轮的轮槽与所选的V带型号向对应见4表8-10 mm槽型与相对应得A110275879 V带绕在带轮上以后发生弯曲变形使V带工作面夹

49、角发生变化为了使V带的工作面与大论的轮槽工作面紧密贴合将V带轮轮槽的工作面得夹角做成小于V带安装到轮槽中以后一般不应该超出带轮外圆也不应该与轮槽底部接触为此规定了轮槽基准直径到带轮外圆和底部的最小高度轮槽工作表面的粗糙度为V带轮的技术要求铸造焊接或烧结的带轮在轮缘腹板轮辐及轮毂上不允许有傻眼裂缝缩孔及气泡铸造带轮在不提高内部应力的前提下允许对轮缘凸台腹板及轮毂的表面缺陷进行修补转速高于极限转速的带轮要做静平衡反之做动平衡其他条件参见中的规定66 片式摩擦离合器的选择和计算片式摩擦离合器目前在机床中应用广泛因为它可以在运转中接通或脱开具有结合平稳没有冲击结构紧凑的特点部分零件已经标准化多用于机床

50、主传动按扭矩选择即 根据15和14表6-3-20计算转矩查15表6-3-21得摩擦盘工作面的平均直径式中d为轴的直径摩擦盘工作面的外直径摩擦盘工作面的内直径摩擦盘宽度b摩擦面对数m查15表6-3-17摩擦副材料为淬火钢对偶材料为淬火钢摩擦因数取008许用压强取许用温度 120m圆整为7摩擦面片数z 71 8摩擦片脱开时所需的间隙因为采用湿式所以许用传递转矩因为压紧力Q摩擦面压强p根据14表227-7选用带滚动轴承的多片双联摩擦离合器因为安装在箱内所以采取湿式结构形式见14表227-7图a表52特征参数图号许用转距重量kg转动惯量接合力N脱开力N内部外部图a1204700035000501701

51、00表53主要尺寸图号许用转矩DABcEFG闭式开式图a1201832-1081001832604570表54主要尺寸图号HJLRSa图a85475181152656435-10201167 齿轮校验 在验算算速箱中的齿轮应力时选相同模数中承受载荷最大齿数最小的齿轮进接触应力和弯曲应力的验算这里要验算的是齿轮1齿轮5齿轮11这三个齿轮齿轮强度校核计算公式弯曲疲劳强度接触疲劳强度com 校核a变速组齿轮弯曲疲劳强度校核齿数为28的齿轮确定各项参数 n 800rmin确定动载系数齿轮精度为7级由4图10-8查得动载系数由4使用系数确定齿向载荷分配系数取齿宽系数查4表10-4得非对称齿向载荷分配系数

52、 查4图10-13得确定齿间载荷分配系数 由4表10-2查的使用由4表10-3查得齿间载荷分配系数确定载荷系数 查4表 10-5 齿形系数及应力校正系数计算弯曲疲劳许用应力由4图10-20 c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 4图10-18查得 寿命系数取疲劳强度安全系数S 13 接触疲劳强度载荷系数K的确定弹性影响系数的确定查4表10-6得查4图10-21d得故齿轮1合适com 校核b变速组齿轮弯曲疲劳强度校核齿数为18的齿轮确定各项参数n 400rmin确定动载系数齿轮精度为7级由4图10-8查得动载系数确定齿向载荷分配系数取齿宽系数查4表10-4插值法得非对称齿向载荷分配系数 查4图10-13得确定齿间载荷分配系数 由4表10-2查的使用