最大加工直徑為400mm的普通車床的主軸箱部件設(shè)計(jì)[4kw 1400 31.5 1.41]【含CAD圖紙和說明書】

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主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是機(jī)床設(shè)計(jì)中非常重要的組成部分，本次設(shè)計(jì)主要從機(jī)床的級(jí)數(shù)入手，與結(jié)構(gòu)式，結(jié)構(gòu)網(wǎng)擬定，再到齒輪和軸的設(shè)計(jì)，再選擇主傳動(dòng)配合件對(duì)軸和齒輪及配合件進(jìn)行校核，將主傳動(dòng)方案“結(jié)構(gòu)化”，設(shè)計(jì)主軸變速箱裝配圖及零件圖，側(cè)重進(jìn)行傳動(dòng)軸組件、主軸組件、變速機(jī)構(gòu)、箱體、潤滑、與密封、傳動(dòng)軸及滑移齒輪零件的設(shè)計(jì)，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 本次突出了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，在保證機(jī)床的基本要求下，根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)的原則擬定結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)，對(duì)機(jī)床的機(jī)構(gòu)進(jìn)行精簡，力求降低生產(chǎn)成本；主軸和齒輪設(shè)計(jì)在滿足強(qiáng)度要求的同時(shí)材料的選擇也應(yīng)采用折中的原則，，不選擇過高強(qiáng)度的材料從而造成浪費(fèi)。 一．設(shè)計(jì)目的 通過機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在擬定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件計(jì)算、編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，并具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。 二．普通車床主動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的擬定 1.已知條件： 最大加工直徑為D=400mm； 主軸最高轉(zhuǎn)速=1400r/min， 最低轉(zhuǎn)速=31.5r/min； 電動(dòng)機(jī)的功率為4KW 2.車床參數(shù)和電動(dòng)機(jī)的選擇： 此經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床根據(jù)任務(wù)書上提供的條件，電動(dòng)機(jī)的功率為4KW,選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y112M-4，電動(dòng)機(jī)具體數(shù)據(jù)如下表所示： 電動(dòng)機(jī)參數(shù)表 電動(dòng)機(jī)信號(hào) 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速 級(jí)數(shù) 同步轉(zhuǎn)速 Y112M-4 4KW 1440r/min 4級(jí) 1500r/min 3.確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)： 根據(jù)任務(wù)書提供的條件，可知傳動(dòng)公比=1.41。 根據(jù)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》由公式： 則有： Z=+1 轉(zhuǎn)速范圍===44.44 由上述綜合可得 由此可知機(jī)床主軸共有12級(jí)。 因?yàn)?1.41=1.06，根據(jù)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》查表標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列。首先找到最小極限轉(zhuǎn)速31.5，再每跳過5個(gè)數(shù)（1.26～1.06）取一個(gè)轉(zhuǎn)速，即可得到公比為1.41的數(shù)列：31.5、45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400 r/min。 4.車床的規(guī)格： 根據(jù)以上的計(jì)算和設(shè)計(jì)任務(wù)書可得到本次設(shè)計(jì)車床的基本參數(shù)： 車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)表 最大加工直徑 最高轉(zhuǎn)速 () 最低轉(zhuǎn)速 () 電機(jī)功率P （kW） 公比 轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z 400 1400 31.5 4 1.41 12 三．運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 1. 擬定傳動(dòng)方案： 擬定傳動(dòng)方案，包括傳動(dòng)型式的選擇以及開停、換向、制動(dòng)、操縱等整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的確定。傳動(dòng)型式則指?jìng)鲃?dòng)和變速的元件、機(jī)構(gòu)以及其組成、安排不同特點(diǎn)的傳動(dòng)型式、變速類型。傳動(dòng)方案和型式與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度密切相關(guān)，和工作性能也有關(guān)系。因此，確定傳動(dòng)方案和型式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟(jì)性等多方面統(tǒng)一考慮。 2. 確定結(jié)構(gòu)式： 由Z=12可得： 主變速傳動(dòng)系從電動(dòng)機(jī)到主軸，通常為降速傳動(dòng)，接近電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)轉(zhuǎn)速較高， 傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩較小，尺寸小一些，反之，靠近主軸的傳動(dòng)件轉(zhuǎn)速較低，傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，尺寸就較大。因此在擬定主變速傳動(dòng)系時(shí)，應(yīng)盡可能將傳動(dòng)副較多的變速組安排在前面，傳動(dòng)副數(shù)少的變速組放在后面，使主變速傳動(dòng)系中更多的傳動(dòng)件在高速范圍內(nèi)工作，尺寸小一些，以節(jié)省變速箱的造價(jià)，減小變速箱的外形尺寸；也就是滿足傳動(dòng)副前多后少的原則，因此確定傳動(dòng)方案為：12=3×2×2； 由12=3×2×2傳動(dòng)式可得6種結(jié)構(gòu)式和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。分別為： 依據(jù)傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相一致的原則選擇方案為 ：； 3. 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)： 傳動(dòng)副的極限傳動(dòng)比和傳動(dòng)組的極限變速范圍：在降速傳動(dòng)時(shí)，為防止被動(dòng)齒輪的直徑過大而使進(jìn)徑向尺寸過大，常限制最小傳動(dòng)比，1/4，升速傳動(dòng)時(shí)，為防止產(chǎn)生過大的振動(dòng)和噪音，常限制最大傳動(dòng)比，斜齒輪比較平穩(wěn)，可取，故變速組的最大變速范圍為/≤8～10。檢查變速組的變速范圍是否超過極限值時(shí)，只需檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組。因?yàn)槠渌兯俳M的變速范圍都比最后擴(kuò)大組的小，只要最后擴(kuò)大組的變速范圍不超過極限值，其他變速組就不會(huì)超過極限值。 依據(jù)中間軸變速范圍小的原則設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下所示： 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖 檢查傳動(dòng)組的變速范圍時(shí)，只檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組： 其中，， ； 最后一個(gè)擴(kuò)大組轉(zhuǎn)速符合要求，則其他變速組的變速范圍肯定也符合要求。 4. 確定各軸轉(zhuǎn)速： 1>.分配總降速變速比 總降速變速比 由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)，因而增加一定比變速副。 2>.確定傳動(dòng)軸數(shù) 變速軸軸數(shù) = 變速組數(shù) + 定比變速副數(shù) + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。 3>.確定各軸轉(zhuǎn)速 在五根軸中，除去電動(dòng)機(jī)軸，其余四軸按變速順序依次設(shè)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（主軸）。Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅲ與Ⅳ軸之間的變速組分別設(shè)為a、b、c?，F(xiàn)由Ⅳ（主軸）開始，確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速。 已知各級(jí)轉(zhuǎn)速如下： 1400、1000、710、500、355、250、180、125、90、63、45、31.5r/min。 ⑴先來確定Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速 變速組c 的變速范圍為，故兩個(gè)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比必然是兩個(gè)極限值： 、結(jié)合結(jié)構(gòu)式，Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速只有一種可能：125、180、250、355、500、710。 ⑵確定軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速 變速組b的級(jí)比指數(shù)為3，希望中間軸轉(zhuǎn)速較小，因而為了避免升速，又不致變速比太小，可取 軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速確定為：355、500、710。 ⑶定軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速 對(duì)于軸Ⅰ，其級(jí)比指數(shù)為1,可取： == == =確定軸Ⅰ轉(zhuǎn)速為710； 電動(dòng)機(jī)與軸Ⅰ的定變傳動(dòng)比； 5.確定轉(zhuǎn)速圖： 6. 確定各變速組傳動(dòng)副齒輪齒數(shù)： 確定齒輪齒數(shù)的原則和要求： ①齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過大；齒輪的齒數(shù)和過大會(huì)加大兩軸之間的中心距，使機(jī)床結(jié)構(gòu)龐大，一般推薦≤100～200. ②最小齒輪的齒數(shù)要盡可能少；但同時(shí)要考慮： ※最小齒輪不產(chǎn)生根切，機(jī)床變速箱中標(biāo)準(zhǔn)直圓柱齒輪，一般最小齒數(shù)≥18； ※受結(jié)構(gòu)限制的最小齒輪最小齒數(shù)應(yīng)大于18～20； ※齒輪齒數(shù)應(yīng)符合轉(zhuǎn)速圖上傳動(dòng)比的要求：實(shí)際傳動(dòng)比（齒數(shù)之比）與理論傳動(dòng)比（轉(zhuǎn)速圖上要求的傳動(dòng)比）之間又誤差，但不能過大，確定齒輪數(shù)所造成的轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過10%（-1）%， 即：% -要求的主軸轉(zhuǎn)速； -齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)的主軸轉(zhuǎn)速； 齒輪齒數(shù)的確定，當(dāng)各變速組的傳動(dòng)比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對(duì)于定比傳動(dòng)的齒輪齒數(shù)可依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的方法確定。對(duì)于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳動(dòng)比是標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時(shí)，變速組內(nèi)每對(duì)齒輪的齒數(shù)和及小齒輪的齒數(shù)可以從《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表3-9中選取。一般在主傳動(dòng)中，最小齒數(shù)應(yīng)大于18～20。采用三聯(lián)滑移齒輪時(shí)，應(yīng)檢查滑移齒輪之間的齒數(shù)關(guān)系：三聯(lián)滑移齒輪的最大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于或等于4，以保證滑移是齒輪外圓不相碰。 根據(jù)表3-4（《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》主編趙雪松、任小中、于華）查得 ①傳動(dòng)組a: 由，， 時(shí)： ……57、60、63、66、69、72、75、78…… 時(shí)： ……63、65、67、68、70、72、73、77…… 時(shí)： ……58、60、62、64、66、68、70、72、74、76…… 可取72,于是可得軸Ⅰ齒輪齒數(shù)分別為：24、30、36。 于是，，； 齒輪 I軸齒數(shù) 28 35 42 84 Ⅱ軸齒數(shù) 56 49 42 ②傳動(dòng)組b： 由， 時(shí)：……69、72、73、76、77、80、81、84、87…… 時(shí)：……70、72、74、76、78、80、82、84、86…… 可取 84，于是可得軸Ⅱ上雙聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為：22、42。 于是 ，，得軸Ⅲ上兩齒輪的齒數(shù)分別為：62、42。 齒輪 Ⅱ軸齒數(shù) 22 42 84 Ⅲ軸齒數(shù) 62 42 ③傳動(dòng)組c: 查表8-1,, 時(shí)：……84、85、89、90、94、95…… 時(shí)： ……72、75、78、81、84、87、89、90…… 取 90.為降速傳動(dòng)，取軸Ⅲ齒輪齒數(shù)為18；為升速傳動(dòng)，取軸Ⅳ齒輪齒數(shù)為30。于是得,；齒輪數(shù)據(jù)如下表所示： 齒輪 Ⅲ軸齒數(shù) 18 60 90 Ⅳ軸齒數(shù) 72 30 7. 繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖： 四．動(dòng)力設(shè)計(jì) 1. 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)： V帶傳動(dòng)中，軸間距A可以加大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會(huì)有打滑，宜可緩和沖擊及隔離振動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。帶輪結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸大，機(jī)床中常用作電機(jī)輸出軸的定比傳動(dòng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min,傳遞功率P=4kW,傳動(dòng)比i=2.03，兩班制，一天運(yùn)轉(zhuǎn)16小時(shí)，工作年數(shù)10年。 (1)確定計(jì)算功率： 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-7工作情況系數(shù)查得=1.2。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式（8-21）得： P--電動(dòng)機(jī)額定功率， --工作情況系數(shù) 因此根據(jù)、由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 圖8-11普通V帶輪選型圖選用A型。 (2)確定帶輪的基準(zhǔn)直徑， 帶輪的直徑越小帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的壽命，小帶輪的直徑不宜過小，即=75mm。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-8、圖8-11和表8-6取主動(dòng)小帶輪基準(zhǔn)直徑=125mm。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式(8-15a)得式： 式中： -小帶輪轉(zhuǎn)速，-大帶輪轉(zhuǎn)速，-帶的滑動(dòng)系數(shù)，一般取0.02。 故 ， 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-8取圓整為250mm。 (3)驗(yàn)算帶速度V， 按《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（8-13）驗(yàn)算帶的速度 V= 所以，故帶速合適。 (4)初定中心距 帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床的總體布局初步選定，一般可在下列范圍內(nèi)選 取： 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》經(jīng)驗(yàn)公式（8-20） 0.7ｘ（125+250）≤≤2ｘ（125+250） 即：263≤≤750； 取=600mm. (5) V帶的計(jì)算基準(zhǔn)長度 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式（8-22）計(jì)算帶輪的基準(zhǔn)長度： 代入數(shù)據(jù)為： =1795.25mm 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-2，圓整到標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)長度，取整為=1800mm (6)確定實(shí)際中心距 按《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式（8-23）計(jì)算實(shí)際中心距 =+=600+=602.38mm (7)驗(yàn)算小帶輪包角 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式（8-25） 故主動(dòng)輪上包角合適。 (8)確定三角帶根數(shù) 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（8-26）得 查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-4d由 i=2.03和得= 0.03KW 查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-5，=0.98；查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-2，長度系數(shù)=0.92 取整即帶數(shù)Z=3 根； (9)計(jì)算預(yù)緊力 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-3，q=0.1kg/m 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（8-27） 其中：-帶的變速功率,kw； v-帶速,m/s； q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取q=0.1kg/m。 v = 1440r/min = 9.42m/s。 （10）計(jì)算作用在軸上的壓軸力 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（8-28） （11）帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān)，因?yàn)?，所以采用孔板式結(jié)構(gòu)，查[3]機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)表9-1可得出大帶輪結(jié)構(gòu)尺寸如下： 2. 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)： 1.確定模數(shù)： （1）Ⅰ-Ⅱ軸： 按齒輪彎曲疲勞計(jì)算： 其中：為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速； Z為大齒輪齒數(shù)； 由以上計(jì)算可知： = 按齒面點(diǎn)蝕計(jì)算： ；取A=82； 由中心距A及齒數(shù)計(jì)算模數(shù)： 圓整為； 模數(shù)取和中較大值。故第一變數(shù)組齒輪模數(shù)因取m=3； (2) Ⅱ-Ⅲ軸： 按齒輪彎曲疲勞計(jì)算： 其中：為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速； Z為大齒輪齒數(shù)； = 按齒面點(diǎn)蝕計(jì)算： ；取A=114； 由中心距A及齒數(shù)計(jì)算模數(shù)： 圓整為； 模數(shù)取和中較大值。故第一變數(shù)組齒輪模數(shù)因取m=3.0； (3)Ⅲ-Ⅳ軸： 按齒輪彎曲疲勞計(jì)算： 其中：為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速； Z為大齒輪齒數(shù)； 由以上計(jì)算可知： = 按齒面點(diǎn)蝕計(jì)算： ；取A=125； 由中心距A及齒數(shù)計(jì)算模數(shù)： 模數(shù)取和中較大值。故齒輪模數(shù)因取m=4； 變速組 Ⅰ-Ⅱ軸 Ⅱ-Ⅲ軸 Ⅲ-Ⅳ軸 模數(shù)m 3 3 4 2.確定齒寬： 由公式得： 第一套嚙合齒輪 第二套嚙合齒輪 第三套嚙合齒輪 一對(duì)嚙合齒輪，為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒的載荷，設(shè)計(jì)上，應(yīng)使小齒輪齒寬比相齒合的另一齒輪寬一些。 3.確定齒輪參數(shù)： 標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù)： 從《機(jī)械原理》表5-1查得以下公式 齒頂圓直徑 ； 齒根圓直徑； 分度圓直徑 ； 齒頂高 ； 齒根高 ； 齒輪的具體值見下表： 模數(shù) 齒數(shù) 齒寬 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒頂高 齒根高 3 36 24 108 114 100.5 3 3.75 36 24 108 114 100.5 24 24 72 78 64.5 48 24 144 150 136.5 30 24 90 96 82.5 42 24 126 132 118.5 3 22 24 66 72 58.5 3 3.75 42 24 126 132 118.5 62 24 186 192 178.5 42 24 126 132 118.5 4 18 24 72 80 62 4 5 60 24 240 248 230 72 24 288 296 278 30 24 120 128 110 4.確定軸間中心距： ； ； ； 3. 軸的設(shè)計(jì)與校核： （1）確定主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速： 由轉(zhuǎn)速圖可知：主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速是低速第一個(gè)三分之一變速范圍的最高以轉(zhuǎn)速，即 同理可得各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速： 軸 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min 710 355 125 90 （2）確定各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速： 傳動(dòng)組c中，18/72只需計(jì)算z = 18 的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為355r/min；60/30只需計(jì)算z = 30的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為250r/min； 傳動(dòng)組b計(jì)算z = 22的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為355r/min； 傳動(dòng)組a應(yīng)計(jì)算z = 24的齒輪，計(jì)算轉(zhuǎn)速為710r/min。 （3）核算主軸轉(zhuǎn)速誤差： 即主軸轉(zhuǎn)速合適。 （4）各軸的功率： 取各傳動(dòng)件效率如下： 帶傳動(dòng)效率： 軸承傳動(dòng)效率： 齒輪傳動(dòng)效率： 則有各傳動(dòng)軸傳遞功率計(jì)算如下： （5）計(jì)算各軸的輸入轉(zhuǎn)矩： 由機(jī)械原理可知轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式為： 以上計(jì)算數(shù)據(jù)總結(jié)如下： 傳動(dòng)軸 電機(jī)軸 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 傳動(dòng)功率kw 4 3.8 3.65 3.51 3.37 傳遞轉(zhuǎn)矩 26.53 51.13 98.21 267.84 357.23 （6）傳動(dòng)軸的直徑估算： 當(dāng)軸上有鍵槽時(shí)，d值應(yīng)相應(yīng)增大4～5%;當(dāng)軸為花鍵軸時(shí)，可將估算的d值減小7%為花鍵軸的小徑;空心軸時(shí)，d需乘以計(jì)算系數(shù)b，b值見《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表7-12。軸有鍵槽，軸和軸因?yàn)橐惭b滑移齒輪所以都采用花鍵軸,Ⅳ有鍵槽并且軸Ⅳ為空心軸.根據(jù)以上原則各軸的直徑取值： a.Ⅰ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算: （1）選擇軸的材料 由文獻(xiàn)[1]中的表11-1和表11-3選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度，，，。 （2）按扭矩初算軸徑 根據(jù)文獻(xiàn)[1]中式（11-2），并查表11-2，取C=115，則 考慮有鍵槽和軸承，軸加大5%： 所以取d=22mm b. Ⅱ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算: （1）選擇軸的材料 由文獻(xiàn)[1]中的表11-1和表11-3選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度，，，。 （2）按扭矩初算軸徑 根據(jù)文獻(xiàn)[1]中式（11-2），并查表11-2，取C=115，則 考慮有鍵槽，軸加大5%： 所以取最小d=30mm c. Ⅲ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算: （1）選擇軸的材料 由文獻(xiàn)[1]中的表11-1和表11-3選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度，，，。 (2）按扭矩初算軸徑 根據(jù)文獻(xiàn)[1]中式（11-2），并查表11-2，取C=115，則 有鍵槽和軸承，軸加大5%：； 取d=38mm. 根據(jù)以上計(jì)算各軸的直徑取值如下表示： 軸 軸 軸 軸 最小軸徑值 22 30 38 （7）Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核計(jì)算： （1）確定軸各段直徑和長度： 段：安裝圓錐滾子軸承， 段：安裝兩個(gè)個(gè)雙聯(lián)齒輪塊，同時(shí)利用軸肩定位軸承，由軸肩計(jì)算公式 所以?。? 段：安裝圓錐滾子軸承， （2）軸的強(qiáng)度校核： 軸的校核主要校核危險(xiǎn)截面已知Ⅱ軸齒輪6、齒輪8數(shù)據(jù)如下： 求圓周力：；徑向力； 軸承支反力： 齒輪6對(duì)軸的支反力： 齒輪8對(duì)軸的支反力： 垂直面的彎矩： 由以上計(jì)算可知危險(xiǎn)截面在軸的右端齒輪6處，，跨距282mm；直徑為48mm段； 軸承的支反力： 水平面彎矩： 合成彎矩： 已知轉(zhuǎn)矩為：轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的剪力按脈動(dòng)循環(huán)變化，取截面C處的當(dāng)量彎矩： 校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度 則有該軸強(qiáng)度滿足要求。 同理可知，按照此方法校核其他傳動(dòng)軸，經(jīng)檢驗(yàn)，傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)均符合要求。 轉(zhuǎn)矩圖 4. 主軸設(shè)計(jì)計(jì)算及校核: 主軸上的結(jié)構(gòu)尺寸雖然很多，但起決定作用的尺寸是：外徑D、孔徑d、懸伸量a和支撐跨距L。 1.主軸前后軸頸直徑的選擇： 主軸的外徑尺寸，關(guān)鍵是主軸前軸頸直徑。一般按照機(jī)床類型、主軸傳遞的功率或最大加工直徑，參考表3-7選取。最大回轉(zhuǎn)直徑400mm車床，P=4KW查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表3-7，前軸頸應(yīng),初選,后軸頸取。 2.主軸內(nèi)孔直徑的確定： 很多機(jī)床的主軸是空心的，為了不過多的削主軸剛度，一般應(yīng)保證d/D <0.7。 取；經(jīng)計(jì)算選取內(nèi)孔直徑d=40mm。 3.主軸前端伸長量a: 減小主軸前端伸長量對(duì)提高提高主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度、剛度、和抗震性有顯著效果，因此在主軸設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足結(jié)構(gòu)的前提下，應(yīng)最大限度的縮短主軸懸伸量a。根據(jù)結(jié)構(gòu),定懸伸長度; 取a=100mm。 4.支撐跨距L: 最佳跨距；取值 合理跨距；取值。 5.主軸剛度校驗(yàn)： 機(jī)床在切削加工過程中，主軸的負(fù)荷較重，而允許的變形由很小，因此決定主軸結(jié)構(gòu)尺寸的主要因素是它的變形大小。對(duì)于普通機(jī)床的主軸，一般只進(jìn)行剛度驗(yàn)算。通常能滿足剛度要求的主軸，也能滿足強(qiáng)度要求。只有重載荷的機(jī)床的主軸才進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。對(duì)于高速主軸，還要進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速的驗(yàn)算，以免發(fā)生共振。 一彎曲變形為主的機(jī)床主軸(如車床、銑床)，需要進(jìn)行彎曲剛度驗(yàn)算，以扭轉(zhuǎn)變形為主的機(jī)床（如鉆床），需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度驗(yàn)算。當(dāng)前主軸組件剛度驗(yàn)算方法較多，沒能統(tǒng)一，還屬近似計(jì)算，剛度的允許值也未做規(guī)定?？紤]動(dòng)態(tài)因素的計(jì)算方法，如根據(jù)部產(chǎn)生切削顫動(dòng)條件來確定主軸組件剛度，計(jì)算較為復(fù)雜。現(xiàn)在仍多用靜態(tài)計(jì)算法，計(jì)算簡單，也較適用。 主軸彎曲剛度的驗(yàn)算；驗(yàn)算內(nèi)容有兩項(xiàng)：其一，驗(yàn)算主軸前支撐處的變形轉(zhuǎn)角，是否滿足軸承正常工作的要求；其二，驗(yàn)算主軸懸伸端處的變形位移y，是否滿足加工精度的要求。對(duì)于粗加工機(jī)床需要驗(yàn)算、y值；對(duì)于精加工或半精加工機(jī)床值需驗(yàn)算y值；對(duì)于可進(jìn)行粗加工由能進(jìn)行半精的機(jī)床（如臥式車床），需要驗(yàn)算值，同時(shí)還需要按不同加工條件驗(yàn)算y值。 支撐主軸組件的剛度驗(yàn)算，可按兩支撐結(jié)構(gòu)近似計(jì)算。如前后支撐為緊支撐、中間支撐位松支撐，可舍棄中間支撐不計(jì)（因軸承間隙較大，主要起阻尼作用，對(duì)剛度影響較小）；若前中支撐位緊支撐、后支撐為松支撐時(shí)，可將前中支距當(dāng)做兩支撐的之距計(jì)算，中后支撐段主軸不計(jì)。 機(jī)床粗加工時(shí)，主軸的變形最大，主軸前支撐處的轉(zhuǎn)角有可能超過允許值，故應(yīng)驗(yàn)算此處的轉(zhuǎn)角。因主軸中(后)支撐的變形一般較小，故可不必計(jì)算。 主軸在某一平面內(nèi)的受力情況如圖： 在近似計(jì)算中可不計(jì)軸承變形的影響，則該平面內(nèi)主軸前支撐處的轉(zhuǎn)角用下式計(jì)算； 切削力的作用點(diǎn)到主軸前支承支承的距離S=a+W，對(duì)于普通車床，W=0.4H，（H是車床中心高，設(shè)H=200mm)。 則： 當(dāng)量切削力的計(jì)算： 主軸慣性矩 式中： ∴ 因?yàn)?；所以可知主軸前支撐轉(zhuǎn)角滿足要求。 5. 片式摩擦離合器的選擇和計(jì)算： 片式摩擦離合器目前在機(jī)床中應(yīng)用廣泛，因?yàn)樗梢栽谶\(yùn)轉(zhuǎn)中接通或脫開，具有結(jié)合平穩(wěn)、沒有沖擊、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，多用于機(jī)床主傳動(dòng)。 【1】 摩擦片的徑向尺寸 摩擦片的外徑尺寸受到輪廓空間的限制，且受制于軸徑d，而摩擦片的內(nèi)外徑又決定著內(nèi)外摩擦片的環(huán)形接觸面積的大小，直接影響離合器的結(jié)構(gòu)和性能。 一般外摩擦片的外徑可?。? d為軸的直徑，取d=25，所以 25+5=30mm 特性系數(shù)是外片內(nèi)徑與內(nèi)片外徑D2之比 取=0.69，則內(nèi)摩擦片外徑 【2】 按扭矩選擇摩擦片結(jié)合面的數(shù)目 一般應(yīng)使選用和設(shè)計(jì)的離合器的額定靜扭矩和額定動(dòng)扭矩滿足工作要求，由于普通機(jī)床是在空載下啟動(dòng)反向的，故只需按離合器結(jié)合后的靜負(fù)載扭矩來計(jì)算。根據(jù)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》有公式。即： 式中 ——速度修正系數(shù)，由表10.7。 ——每小時(shí)結(jié)合數(shù)修正系數(shù)，干式取 1 ；濕式按表10.8選取。 ——摩擦面對(duì)數(shù)修正系數(shù)。 取Z=7 故摩擦片總數(shù)為Z+1=8片，內(nèi)摩擦片為9片。 用同樣的方法可以算出反轉(zhuǎn)摩擦片數(shù)：外摩擦片4片，內(nèi)摩擦片5片。 【3】離合器的軸向拉緊力 由得： 查《機(jī)床零件手冊(cè)》，摩擦片的型號(hào)如下： 內(nèi)片：Dp=72.85，查表取：D=44mm，d=26mm b=3mm,B=9.7mm H=23.5mm,=0.5mm 外片：Dp=72.85，查表?。篋=86mm，d=30mm b=2mm,B=20mm H=48mm,H1=42mm =0.5mm 內(nèi)外片的最小間隙為：0.2～0.4 6.軸承的選用及校核： 1】各傳動(dòng)軸軸承選取的型號(hào)： ① 主軸 前支承： NN3018K 型 圓錐孔雙列圓柱滾子軸承:9014037； 后支撐：352212 雙列圓錐滾子軸承:6011066； ② Ⅰ軸 帶輪處：308 深溝球軸承軸409023； 軸與箱體處：305 GB276-89:256217； 齒輪：7305C 角接觸軸承GB292-83:255215； ③ Ⅱ軸 前、后支承：7306E 圓錐滾子軸承GBT297-84 :307219； ④ Ⅲ軸 前、后支承：7308E 圓錐滾子軸承GBT297-84 :409023； 2】各傳動(dòng)軸軸承的校核： 假定：按兩班制工作，工作期限10年，每年按300天計(jì)，T=48000h。 依據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》軸承校核公式如下： Ⅰ軸軸承校核： 已知選用軸承為：深溝球軸承 305 GB276-89:256217； 基本額定動(dòng)載荷；由于該軸的轉(zhuǎn)速為定值710r/min；依據(jù)設(shè)計(jì)要求應(yīng)對(duì)Ⅰ軸末端軸承進(jìn)行校核。 最小齒輪直徑； Ⅰ軸傳遞轉(zhuǎn)矩 齒輪受到的切向力 齒輪受到的軸向力 齒輪受到的徑向力 因此軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 因此該軸承符合要求，選取合適。同理可校核其他傳動(dòng)軸軸承，經(jīng)校核各軸軸承選取均合適。 7.鍵的選用及校核： <1>Ⅲ軸上的鍵的選用和強(qiáng)度校核： Ⅲ軸與齒輪的聯(lián)接采用普通平鍵聯(lián)接，軸徑d=48mm；齒輪快厚度L=78.5mm；傳遞扭矩；選用A型平鍵，初選鍵型號(hào)為，。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表7-9得。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（7-14）和式（7-15）得 由上式計(jì)算可知擠壓強(qiáng)度滿足。 由上式計(jì)算可知抗剪切強(qiáng)度滿足。 <2>主軸上的鍵的選用和強(qiáng)度校核 主軸與齒輪的聯(lián)接采用普通平鍵聯(lián)接，軸徑d=80mm；齒輪快厚度L=95mm；傳遞扭矩；選用A型平鍵，由于主軸空心所以選擇鍵，。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表7-9得。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（7-14）和式（7-15）得 由上式計(jì)算可知擠壓強(qiáng)度滿足。 由上式計(jì)算可知抗剪切強(qiáng)度滿足。 五．軸承端蓋設(shè)計(jì) 參照《機(jī)械設(shè)計(jì)及機(jī)械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》減速器端蓋設(shè)計(jì)方案來設(shè)計(jì)主軸箱端蓋，材料采用HT150，依據(jù)軸承外徑確定各端蓋的結(jié)構(gòu)尺寸，如圖所示： (依據(jù)該參數(shù)設(shè)計(jì)各軸承端蓋，詳見裝配圖紙圖案) 六．箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 、箱體材料 箱體多采用鑄造方法獲得，也有用鋼板焊接而成。鑄造箱體常用材料為HT15-33,強(qiáng)度要求較高的箱體用HT20-40，只有熱變形要求小的情況下才采用合金鑄鐵，采用HT20-40。與床身做成一體的箱體材料應(yīng)根據(jù)床身或?qū)к壍囊蠖āＯ潴w要進(jìn)行時(shí)效處理。 2 、箱體結(jié)構(gòu) 1、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) （1） 根據(jù)齒輪傳動(dòng)的中心距、齒頂圓直徑、齒寬 等幾何尺寸，確定減速器的箱體的內(nèi)部大小。由中心距確定箱體的長度，由齒頂圓直徑確定箱體的高度。由齒寬來確定箱體的寬度。 （2） 依據(jù)鑄造（或焊接）箱體的結(jié)構(gòu)尺寸、工藝要求，確定箱體的結(jié)構(gòu)尺寸，繪制箱體。如箱蓋，箱座及螺栓的尺寸。 （3） 根據(jù)齒輪的轉(zhuǎn)速確定軸承潤滑的方法與裝置，選擇軸承端蓋的類型。 （4） 附件設(shè)計(jì)與選擇。同時(shí)，可以進(jìn)行軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇軸承。 箱體的尺寸 名稱 符號(hào) 尺寸關(guān)系 箱座壁厚 15 主軸左側(cè)凸緣厚 73 箱座凸緣厚 32 主軸右側(cè)凸緣厚 37 外箱壁至軸承端面距離 齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離 18 齒輪端面與內(nèi)箱壁距離 10 2、鑄造工藝性要求 為了便于鑄造以及防止鑄件冷卻時(shí)產(chǎn)生縮孔或裂紋，箱體的結(jié)構(gòu)應(yīng)有良好的鑄造工藝性。 3、加工工藝性對(duì)結(jié)構(gòu)的要求 由于生產(chǎn)批量和加工方法不同，對(duì)零件結(jié)構(gòu)有不同要求，因此設(shè)計(jì)時(shí)要充分注意加工工藝對(duì)結(jié)構(gòu)的要求。 4、裝配工藝對(duì)結(jié)構(gòu)的要求 為了更快更省力地裝配機(jī)器，必須充分注意裝配工藝對(duì)接否設(shè)計(jì)的要求。 七．潤滑與密封 1、潤滑設(shè)計(jì) （1） 普通機(jī)床主軸變速箱多用潤滑油，其中半精加工、精加工和沒有油式摩擦離合器的機(jī)床，采用油泵進(jìn)行強(qiáng)制的箱內(nèi)循環(huán)或箱外循環(huán)潤滑效果好。粗加工機(jī)床多采用結(jié)構(gòu)簡單的飛濺潤滑點(diǎn)。 （2） 飛濺潤滑 要求賤油件的圓周速度為0.6～8米/秒，賤油件浸油深為10～20毫米（不大于2～3倍輪齒高）。速度過低或浸油深度過淺，都達(dá)不到潤滑目的，速度過高或浸油深度過深，攪油功率損失過大產(chǎn)生熱變形大，且油液容易氣化，影響機(jī)床的正常工作。油的深度要足夠，以免油池底部雜質(zhì)被攪上來。 （3） 進(jìn)油量的大小和方向 回油要保證暢通，進(jìn)油方向要注意角接觸軸承的泵油效應(yīng)，即油必須從小端進(jìn)大端出。 箱體上的回油孔的直徑應(yīng)盡可能的大些，一般應(yīng)大于進(jìn)油孔的直徑。箱體上放置油標(biāo)，一邊及時(shí)檢查潤滑系統(tǒng)工作情況。 （4） 放油孔 應(yīng)在箱體適當(dāng)位置上設(shè)置放油孔，放油孔應(yīng)低于油池底面，以便放凈油，為了便于接油最好在放油孔處接長管。 （5） 防止或減少機(jī)床漏油 ① 箱體上外漏的最低位置的孔應(yīng)高出油面。 ② 軸與法蘭蓋的間隙要適當(dāng)，通常直徑方向間隙1～1.5毫米。 ③ 主軸上常采用環(huán)形槽和間隙密封，效果要好，槽形的方向不能搞錯(cuò)。 ④ 箱蓋處防漏油溝應(yīng)設(shè)計(jì)成溝邊向箱體油溝內(nèi)側(cè)偏一定距離，大約為3～5毫米。 2、潤滑油的選擇 潤滑油的選擇與軸承的類型、尺寸、運(yùn)轉(zhuǎn)條件有關(guān)，速度高選粘度低的，反之選粘度高的。潤滑油粘度通常根據(jù)主軸前頸和主軸最高轉(zhuǎn)速選擇。 八．總結(jié) 金屬切削機(jī)床主軸箱的課程設(shè)計(jì)任務(wù)完成了，雖然設(shè)計(jì)的過程比較繁瑣，而且剛開始還有些不知所措，但是在同學(xué)們的共同努力下，再加上老師的悉心指導(dǎo)，我終于順利地完成了這次設(shè)計(jì)任務(wù)。本次設(shè)計(jì)鞏固和深化了課堂理論教學(xué)的內(nèi)容，鍛煉和培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)過的知識(shí)和理論的能力，是我獨(dú)立分析、解決問題的能力得到了強(qiáng)化。通過本次設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多東西，不但包括一些設(shè)計(jì)的方法，更重要的是，我學(xué)會(huì)了如何獨(dú)立思考，解決問題。在設(shè)計(jì)中，會(huì)不斷地遇到問題，這是就要我們?nèi)ハ朕k法解決，讓我們?nèi)ゲ橘Y料，查手冊(cè)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)的一個(gè)解決問題的重要方法就是查設(shè)計(jì)手冊(cè)。 設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)的過程，通過這個(gè)過程，我們學(xué)會(huì)了分析問題、解決問題的一些基本的方法，讓我們系統(tǒng)回顧了大學(xué)四年學(xué)過的知識(shí)，也為我們將來的工作打下了基礎(chǔ)。 九．參考文獻(xiàn) [1]機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 趙雪松主編 華中科技大學(xué)出版社 [2]機(jī)械設(shè)計(jì) 濮良貴主編 高等教育出版社 [3]機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 王昆主編 高等教育出版社 [4]機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 陳立德編 高等教育出版社 [5]機(jī)械原理第七版 孫恒主編 高等教育出版社 [6]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版-軸及其連接 機(jī)械工業(yè)出版社 [7]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版-機(jī)械傳動(dòng) 機(jī)械工業(yè)出版社 [8]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版-軸承 機(jī)械工業(yè)出版社 [9]畫法幾何及機(jī)械制圖第六版 朱冬梅主編 高等教育出版社