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外文翻譯
譯文題目 一種自動化夾具設(shè)計方法
原稿題目A Clamping Design Approach for Automated Fixture Design
原稿出處 Int J Adv Manuf Technol (2001)18:784–789
一種自動化夾具設(shè)計方法
塞西爾
美國，拉斯克魯塞斯，新墨西哥州立大學，，工業(yè)工程系，虛擬企業(yè)工程實驗室（VEEL）
在這片論文里，描述了一種新的計算機輔助夾具設(shè)計方法。對于一個給定的工件，這種夾具設(shè)計方法包含了識別加緊表面和夾緊位置點。通過使用一種定位設(shè)計方法去夾緊和支撐工件，并且當機器正在運行的時候，可以根據(jù)刀具來正確定位工件。該論文還給出了自動化夾具設(shè)計的詳細步驟。幾何推理技術(shù)被用來確定可行的夾緊面和位置。要識別所完成工件和定位點就還需要一些輸入量包括CAD模型的技術(shù)要求、特征。
關(guān)鍵詞：夾緊；夾具設(shè)計
1. 動機和目標
夾具設(shè)計是連接設(shè)計與制造間的一項重要任務(wù)。自動化夾具設(shè)計和計算機輔助夾具設(shè)計開發(fā)（夾具CAD）是下一代制造系統(tǒng)成功實現(xiàn)目標的關(guān)鍵。在這片論文里，討論了一種夾具設(shè)計的方法，這種方法有利于在目前環(huán)境下夾具設(shè)計的自動化。
夾具設(shè)計方法的研究已成為國內(nèi)多家科研工作的重點。作者：周在[1]中對工件的穩(wěn)定和總需求約束了雙重標準，突出重點的工作。在夾具設(shè)計中廣泛的運用了人工智能（AI）以及專家系統(tǒng)。部分CAD模型幾何信息也被用于夾具設(shè)計。Bidanda [4]描述了一個基于規(guī)則的專家系統(tǒng)，以確定回轉(zhuǎn)體零件的定位和夾緊。夾緊機制同時用于執(zhí)行定位和夾緊功能。其他研究者（如DeVor等，[5,6]）分析了切削力鉆井機械和建筑模型及其他金屬切削加工?？涤袨榈仍赱2]中定義了裝配約束建模的模塊化與夾具元件之間的空間關(guān)系。一些研究人員采用模塊化夾具設(shè)計原則，用以生成[2,7-11]，另一些夾具設(shè)計工作者已經(jīng)報告了[1,3,9,12-23]?？梢栽赱21,24]中找到夾具設(shè)計相關(guān)的大量的審查工作。
在第二節(jié)中，對夾具設(shè)計任務(wù)中各種步驟進行了概述。在第3節(jié)和第四節(jié)中描述了工件的加工過程，要夾緊工件表面，否則將面臨工件的全面自動測定。第5節(jié)討論了對工件的夾緊點的測定。
2. 夾具設(shè)計的整體方法
在本節(jié)中，描述了整體夾緊的設(shè)計方法。通常對較理想的位置的那一部分進行夾緊，并減低切削力的影響。夾緊的位置和夾具設(shè)計中定位的位置是高度相關(guān)的。通常，夾緊和定位可以通過同樣的方法來完成。但是，不明白這兩個是夾具設(shè)計中不同的方面，可能導致夾具設(shè)計的失敗。多數(shù)人的在規(guī)劃過程中首先解決定位問題，這樣可以使開發(fā)的定位與設(shè)計的定位相契合。不過，整體定位及設(shè)計方法不在本文討論范文內(nèi)。
除了零件的設(shè)計（為此夾具設(shè)計有待開發(fā)），公差規(guī)格，過程序列，定位點和設(shè)計等因素外，還應(yīng)投入CAD模型到夾具設(shè)計方法中。這樣的夾具可以夾緊并支撐定位器。指導使用的主要內(nèi)容應(yīng)盡量不抵制切割或加工過程和中所涉及的操作。相反，應(yīng)定位夾具，使切削力在正確的方向，這將有助于保持在一個特定的部分加工操作安全。通過引導對定位器的切割力量，部分（或工件）被固定，固定定位點，因此不能移動的定位器。
在這里討論的夾具的設(shè)計方法必須在整體夾具設(shè)計方法的范圍內(nèi)。在此之前進行定位器/支撐和夾具設(shè)計的初步階段，涉及到的分析和識別的功能、相關(guān)的公差和其他規(guī)范是必要的。根據(jù)初步的評估和測定，定位/支撐設(shè)計與夾具設(shè)計結(jié)果的在此基礎(chǔ)上可以同時進行。本文對所描述夾具設(shè)計的方法討論基于定位器/支撐設(shè)計與先前已經(jīng)確定的假設(shè)（包括適當?shù)亩ㄎ缓椭С譁y定一個工件的定位，以及識別和夾具，如V元素的支持面塊，基礎(chǔ)板，定位銷等）。
（1） 夾具設(shè)計的輸入
輸入包括對特定產(chǎn)品的設(shè)計翼邊模型，公差信息，提取的特征，過程順序和部分在給定的每一個設(shè)計的相關(guān)特性的加工方向，面向的位置和定位裝置，以及加工過程中的各種工序，須出示每個相應(yīng)的功能。
（2）夾具設(shè)計的方法
圖一是自動化夾具設(shè)計主要步驟總結(jié)圖。對這些步驟概述如下：
第1步：設(shè)置配置清單以及相關(guān)的[進程_功能]條目。
第2步：確定方向和夾緊力。輸入必要的加工方向向量mdv1，mdv2……mdvn，面對nvs的支持力，并確定法向量。如果加工方向向下（對應(yīng)的方向向量[0，0，-1]），和面的支持向量平行于加工方向，那么，夾緊力方向平行向下加工方向[0，0，-1]。如果必需要側(cè)面夾緊并沒有可夾緊的地方，那么在其中放置一個夾具夾緊下調(diào)，然后邊鉗方向計算如下。讓sv和tv輔助常規(guī)的向量代替次要的和三級定位孔。然后，使用夾緊機構(gòu)夾緊一個方向，例如，av應(yīng)平行于這兩個法向量，即，正常向量應(yīng)分別與每塊表面的sv和tv向量平行。側(cè)面夾緊面應(yīng)該是一對分別平行于面sv和tv的平面孔。
第三步：從列表中選出最大有效加工力。這樣能夠有效的平衡各加工力。
第四步：利用計算出的最高有效加工力，才能確定用來支撐工件加工的面積的夾具尺寸（例如，一個帶夾子可以作為一個夾緊機構(gòu)使用）。
第五步：確定給定工件的夾緊面。這一步在第4步中所述過。
第六步：該夾具的夾緊面的實際位置自動在第5節(jié)中確定。考慮接下來的步驟并返回第一步。
3. 判斷夾具尺寸
在這項工作中所用到的夾具都來自一個系列。夾具的原理與圖二相同。在這一節(jié)里，描述了一個自動化夾具。鎖模力所需的有關(guān)螺桿的螺紋裝置大小或保存到位鉗。夾緊力平衡加工工件使工件保持恰當?shù)奈恢?。讓鎖模力為W和螺桿直徑為D。各種螺絲夾緊力大小，可以按以下方式確定：最初，極限拉伸強度（抗拉強度）和該夾具的材料（供應(yīng)情況而定）可以從數(shù)據(jù)檢索庫檢索。各種材料有不同的拉伸強度。該夾具材料的選擇，也可直接采用啟發(fā)式規(guī)則進行。例如，如果部分材料是低碳鋼，那么鉗材料可低碳鋼或機器鋼。為了確定設(shè)計應(yīng)力，抗拉強度值應(yīng)除以安全系數(shù)（如4或5）。根區(qū)的螺絲格A1（如一個螺絲鉗）可以被確定：[鎖模力/設(shè)計應(yīng)力]。隨后，螺栓截面全面積可以計算為等于{格A1 /（65％），}（因為螺絲的地方可能會發(fā)生根切面積約為65％螺栓的總面積） 。螺釘?shù)闹睆紻可以被確定等同于（D2的3.14 / 4）。另一項涉及可用于方程有關(guān)的寬度B，高度H和跨度的鉗L的螺絲直徑為D（B，H和L可以為不同的值計算D）：d2 =4/3 BH2/L.
4. 判斷夾緊表面
確定夾具經(jīng)常出現(xiàn)的相關(guān)參數(shù)包括了產(chǎn)品的CAD模型，提取的特征信息，特征尺寸，定位面和定位器的選擇。考慮所有潛在的加緊面，如圖3。最關(guān)鍵的是夾緊表面不應(yīng)重疊或與該面相交，如圖4所示。夾緊面積是與工件表面（或PCF）接觸的是一個二維輪廓線段組成的（見圖6）。利用線段相交測試，可以測定在給定的光子晶體光纖的任何范圍內(nèi)是否可能有接觸面夾緊面重疊。
夾緊面的確定可以如下所示：
第1步：鑒別平行于二級和三級定位面（lf1和lf2）是分別到lf1和tcj最遠的距離的面。如下所示：（一）鑒別面tci,tcj,使面tci和 tcj平行l(wèi)f1和tcj平行l(wèi)f2。（二）在TCF中列出面對tci的面。（三）通過檢查所有TCF中面對tci的面，確定的面對tci和tcj的面是到lf1和lf2分別最遠的面，并舍棄所有其他TCF中的面。
第2步：鑒別平行面的位置，除了不相鄰的附加面。最好是選擇一個不與其他定位面垂直相鄰的面。這一步如下所示：
(a) 考慮TCF列表中的tci面，獲得與每個tci面垂直或相鄰的面然后，在FCF列表中插入每個fci面。
(b) 檢查每個FCI面，并執(zhí)行以下測試：如果FCI是相鄰、垂直于lf1或lf2，然后從列表中舍棄它并插入NTCF列表中。
第3步:確定加緊面都在有效的加緊面上，如下所述夾緊面：
例1:如果沒有條目在列表NTCF中，就使用TCF中的面并繼續(xù)執(zhí)行步驟4。如果任何面發(fā)現(xiàn)，垂直于第二，第三位置的面孔lf1和lf2，這將要面臨的是下次選擇可行的夾具。在這種情況下，唯一剩下的選擇是重新審視在列表NTCF的面。
例2：如果列表中NTCF條目數(shù)為1時，可行夾緊面為FCI。與TCI的法向量垂直相鄰的相應(yīng)軸是夾緊軸。
例3：如果在列表NTCF項數(shù)大于1，確定最大的TCI加緊面再進行步驟4。
例4：:夾緊力的方向可以是[1，0，0]或[0，1，0]，可以夾緊TCI面的中心位置。
在其他幾何位置可確定使用零件幾何形狀和拓撲信息，這在下一節(jié)中描述。
5. 判斷夾緊表面上的夾緊點
確定夾緊面后，必須確定實際夾緊位置。輸入夾具側(cè)面積，沿著[x，Y，Z]和潛在的夾緊面CF方向。容下使用CF幾何獲得夾具側(cè)面積：
第一步是確定一個箱體的大小，這是用來測試它是否包含在它里面的任何部分。相交測試也可以在前面介紹的方法使用。如果相交測試返回一個負的結(jié)果，那么有部分箱體與夾具相交，如圖4所示。如果相交測試返回一個正的結(jié)果，可以執(zhí)行下列步驟：
1． 劃分成更小的矩形大小條（1 W）夾框輪廓(圖5和圖6)。
2． 執(zhí)行指定與功能配置文件出現(xiàn)在CF面的零件設(shè)計的相交測試。
3． 沒有功能相交的條形區(qū)域，都是可行夾緊區(qū)域。如果有一個以上的長方形候選
面，矩形配置文件，向中沿軸夾緊CF面點的是夾緊配置文件（夾點）。
如果沒有發(fā)現(xiàn)配置文件，夾具寬度可減少一半，夾具數(shù)可以增加兩個。使用這些修改過的夾具尺寸，執(zhí)行前面描述的特征相交測試。如果此測試也失敗了，那么可以用相鄰的面作為夾緊面用于執(zhí)行端夾緊。這面可以重復進行PCF和功能相交測試。
:
5.1試驗曲線的交點
輸入需要的二維輪廓P1、P2，使用下列方法可以自動確定該配置文件的交集。每一個輸入的資料組成一個封閉環(huán)。此配置文件測試的步驟如下：
(T1) 考慮P1線段中的L（i，1）和P2線段中的L（2，j）。
(T2) 采用L（i，1）線段和L（2，j）線段的相交段。如果邊緣相交測試返回一個正值，那么特征面和潛在面相交。如果它返回一個負值，繼續(xù)執(zhí)行步驟3。
（T3）重復與步驟（T1）相同的部分或者緩慢走過其余P1中的(Li,1)段直到P2中的 [(L2, j+1) till j =n–1]段。
(T4) 其余部分邊和P1中的L12、L13到L1n段重復（T1）和（T2）步驟。
如果特征面與夾緊面重復，線相交測試將決定該事件。相交的邊可以進行自動檢測兩個面是否相互交叉。輸入所需的邊L12{連接 (x1, y1) 和 (x2, y2)}和L34{連接 (x3, y3) 和(x4, y4)}。
L12型方程的可表示為：
F(x,y) =0 (1)
L34型方程的可表示為：
H(x,y) =0 (2)
. 第一步：使用等式（1）計算R3 =F(x3, y3)，用X和Y取代X3和Y3;計算R4 =F(x4, y4)，用X和Y取代X4和Y4。
第二步：如果R3和R4都與0不相等，但R3與R4結(jié)果相同（R1與R2在相同的一邊），則邊L12與L34不相交。如果這樣不滿足條件，那么進行第三步。
第三步：使用等式（2）計算R1 =H(x1, y1)。接著，計算R2 =G(x2, y2)再進行第四步。
第四步：如果R1與R2都不等于0，且R1與R2的結(jié)果相同，那么把R1與R2放在相同的一邊并輸入不相交。如果，這個也不滿足條件，那么進行第五步。
第五步：給定相交線段。這樣就完成了測試?？紤]如圖7所示的一部分樣品。將要生產(chǎn)一個盲孔。起初，完成定位設(shè)計。定位器的（或主要定位器）是一個基盤（放在F4面）和二級和三級定位器面臨F6和F5（對應(yīng)到定位面lf1和lf2在第4節(jié)中討論）。一個輔助定位器也被使用，這是一個V型塊（對F3和F5面輔助定位），如圖8所示。在前面討論的夾具設(shè)計方法中所述的步驟的基礎(chǔ)上，候選面孔（這是平行的，并在從lf1和lf2最遙遠的距離）是面對F3和F5面。沒有面孔，這是平行到定位面，但他們不相鄰。在這種情況下使用的優(yōu)先權(quán)規(guī)則（如步驟3第4步討論），剩余的候選面面對的是F2面。夾具方向向下的V型塊徑向定位器和其他與對工件夾緊底面提供所需位置。
根據(jù)第五步選擇夾具的位置。如果沒有功能發(fā)生在面F2上，那么也沒有必要進行相交測試確定夾具優(yōu)美加緊。夾具位置應(yīng)遠離V型定位器（這是輔助定位位置）的夾緊面毗鄰輔助定位面（這確保了更好的快速夾緊）。最終位置和夾具的設(shè)計如圖8所示。
本文討論的方法，毫不遜色于其他夾具設(shè)計文獻中討論的方法。本文所討論的方法的獨特性是零件的夾緊面的幾何形狀，拓撲和功能發(fā)生了被加工為基礎(chǔ)的系統(tǒng)鑒定。其他方法都沒有利用了定位器的位置，該方法使用定位器在對持有一級，二級和三級定位器加工的工件。這種方法的另一個好處是在可行的候選面上確定在面上用夾具面交點測試（如前所述），并迅速和有效地確定潛在的下游過程中可能出現(xiàn)問題，夾緊和加工的功能檢測。
6. 總結(jié)
在這篇論文中，對在一個夾具設(shè)計方法的總體框架內(nèi)進行了夾具設(shè)計方面的討論。
設(shè)計定位器，規(guī)范零件設(shè)計，和其他相關(guān)被用來確定夾緊面和夾緊方向。并討論了各種自動化步驟。
寧XX學院
課程設(shè)計(論文)
CM6132車床主傳動設(shè)計
所在學院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
指導老師
年 月 日
摘要
主傳動系統(tǒng)設(shè)計是機床設(shè)計中非常重要的組成部分，本次設(shè)計主要由機床的級數(shù)入手，于結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)擬定，再到齒輪和軸的設(shè)計，再選擇各種主傳動配合件，對軸和齒輪及配合件進行校核，將主傳動方案“結(jié)構(gòu)化”，設(shè)計主軸變速箱裝配圖及零件圖，側(cè)重進行傳動軸組件、主軸組件、變速機構(gòu)、箱體、潤滑與密封、傳動軸及滑移齒輪零件的設(shè)計，完成設(shè)計任務(wù)。
本次突出了結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，在保證機床的基本要求下，根據(jù)機床設(shè)計的原則，擬定機構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)，對機床的機構(gòu)進行精簡，力求降低生產(chǎn)成本；主軸和齒輪設(shè)計在滿足強度需要的同時，材料的選擇也是采用折中的原則，沒有選擇過高強度的材料從而造成浪費。
【關(guān)鍵詞】車床、主傳動系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)式、電動機。
Abstract
Main drive system design is Very important part of the Machine Design,The design of the series to start primarily by machine,In the structure, the structure network developed, to the design of gears and shafts,Choose a variety of main drive with the pieces of the shaft and gear, and checked with the parts ，design and motive of completion sport spread the lord to move the project"the structure turn" , Design a principal axis to become soon a box assemble diagram and spare parts diagram and lay particular emphasis on to carry on spread to move stalk module, principal axis module and become soon organization, box a body, lubricate and seal completely, spread to move stalk and slippery move wheel gear spare parts of design to complete design tasks.
This highlights the structural design requirements,under the basic requirements for ensuring the machine ,According to the principles of machine tool design,Development of institutional and structural net,Streamlining of the machine tool sector,Strive to reduce production costs,No choice of materials resulting in high strength waste.
【Keywords】lather, Main drive system,Structure , Electric motor.
目錄
摘要 2
第1章 緒論 5
1.1 課程設(shè)計的目的 5
1.2課程設(shè)計的內(nèi)容 5
1.2.1 理論分析與設(shè)計計算 5
1.2.2 圖樣技術(shù)設(shè)計 5
1.2.3編制技術(shù)文件 5
1.3 課程設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求 5
1.3.1課程設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù) 5
1.3.2技術(shù)要求 6
2. 主動參數(shù)的擬定 6
2.1確定傳動公比 6
2.2主電動機的選擇 6
3.普通車床的規(guī)格 7
4.轉(zhuǎn)速圖的擬定 8
4.1確定變速組及各變速組中變速副的數(shù)目 8
4.2結(jié)構(gòu)式基本組和擴大組的擬定 9
2.2 確定各變速組此論傳動副齒數(shù) 10
4.3結(jié)構(gòu)網(wǎng)的擬定和結(jié)構(gòu)式 12
4.4各變速組的變速范圍及極限傳動比 12
4.5確定各軸的轉(zhuǎn)速 12
4.6繪制轉(zhuǎn)速圖 14
4.7確定各變速組變速副齒數(shù) 14
5.傳動件的設(shè)計 16
5.1帶輪的設(shè)計 16
5.2傳動軸的直徑估算 19
5.3確定各軸轉(zhuǎn)速 20
5.4傳動軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 21
5.5鍵的選擇、傳動軸、鍵的校核 22
6.各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核 23
7.齒輪校驗 27
7.1校核a組齒輪 27
7.2 校核b組齒輪 28
8.主軸組件設(shè)計 30
8.1主軸的基本尺寸確定 31
8.1.1外徑尺寸D 31
8.1.2主軸孔徑d 31
8.1.3主軸懸伸量a 32
8.1.4支撐跨距L 32
8.1.5主軸最佳跨距的確定 33
8.2主軸剛度驗算 35
8.3各軸軸承的選用的型號 37
小 結(jié) 37
參考文獻 38
第1章 緒論
1.1 課程設(shè)計的目的
通過課程設(shè)計，分析比較機械系統(tǒng)中的某些典型機構(gòu)，進行選擇和改進；結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計，進行設(shè)計計算并編寫技術(shù)文件；完成系統(tǒng)主傳動設(shè)計，達到學習設(shè)計步驟和方法的目的。通過設(shè)計，掌握查閱相關(guān)工程設(shè)計手冊、設(shè)計標準和資料的方法，達到積累設(shè)計知識和設(shè)計技巧，提高學生設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計，使學生獲得機械系統(tǒng)基本設(shè)計技能的訓練，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進行機械系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)造一定的條件。
1.2課程設(shè)計的內(nèi)容
《機械系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計內(nèi)容由理論分析與設(shè)計計算、圖樣技術(shù)設(shè)計和技術(shù)文件編制三部分組成。
1.2.1 理論分析與設(shè)計計算
（1）機械系統(tǒng)的方案設(shè)計。設(shè)計方案的分析，最佳功能原理方案的確定。
（2）根據(jù)總體設(shè)計參數(shù)，進行傳動系統(tǒng)運動設(shè)計和計算。
（3）根據(jù)設(shè)計方案和零部件選擇情況，進行有關(guān)動力計算和校核。
1.2.2 圖樣技術(shù)設(shè)計
（1）選擇系統(tǒng)中的主要機件。
（2）工程技術(shù)圖樣的設(shè)計與繪制。
1.2.3編制技術(shù)文件
（1）對于課程設(shè)計內(nèi)容進行自我經(jīng)濟技術(shù)評價。
（2）編制設(shè)計計算說明書。
1.3 課程設(shè)計題目、主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求
1.3.1課程設(shè)計題目和主要技術(shù)參數(shù)
工件最大回轉(zhuǎn)直徑
(mm)
最高轉(zhuǎn)速
( )
最低轉(zhuǎn)速
( )
公比
320
1000
31.5
1.26
1.3.2技術(shù)要求
（1）利用電動機完成換向和制動。
（2）各滑移齒輪塊采用單獨操縱機構(gòu)。
（3）進給傳動系統(tǒng)采用單獨電動機驅(qū)動。
2. 主動參數(shù)的擬定
2.1確定傳動公比
根據(jù)《機械制造裝備設(shè)計》公式（3-2）因為已知
工件最大回轉(zhuǎn)直徑
(mm)
最高轉(zhuǎn)速
( )
最低轉(zhuǎn)速
( )
公比
320
1000
31.5
1.26
∴ Z=+1 =
根據(jù)《機械制造裝備設(shè)計》和《金屬切削機床手冊》標準公比，對于通用機床，為了轉(zhuǎn)速損失不大，機床結(jié)構(gòu)不過于復雜，一般取=1.26或1.41，這里我們?nèi)藴使认盗?1.26。
因為=1.26=1.06 ，根據(jù)《機械制造裝備設(shè)計》表3-6標準數(shù)列。首先找到最小極限轉(zhuǎn)速31.5，再每跳過3個數(shù)（1.26～1.06 ）取一個轉(zhuǎn)速，即可得到公比為1.26的數(shù)列：31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000。
2.2主電動機的選擇
合理的確定電機功率P，使機床既能充分發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機經(jīng)常輕載而降低功率因素。
現(xiàn)在以常見的中碳鋼為工件材料，取45號鋼，正火處理，車削外圓，表面粗糙度=3.2mm。采用車刀具，可轉(zhuǎn)位外圓車刀，刀桿尺寸：16mm25mm。刀具幾何參數(shù)：=15，=6，=75，=15，=0，=-10，b=0.3mm，r=1mm。
現(xiàn)以確定粗車是的切削用量為設(shè)計：
確定背吃刀量和進給量f， 取3mm，f取0.2。
確定切削速度，取V=1.7。
機床功率的計算，
主切削力的計算 ：主切削力的計算公式及有關(guān)參數(shù)：
F=9.81
=9.8127030.20.750.920.95
=1038（N）
切削功率的計算
==10381.7=1.8（kW）
依照一般情況，取機床變速效率=0.8.
=1.80.8=2.3(kW)
根據(jù)Y系列三相異步電動機的技術(shù)數(shù)據(jù),Y系列三相異步電動機為一般用途全封閉自扇冷式籠型異步電動機，具有防塵埃、鐵屑或其他雜物侵入電動機內(nèi)部的特點，B級絕緣，工業(yè)環(huán)境溫度不超過+40℃，相對濕度不超過95%，海拔高度不超過1000m，額定電壓380V，頻率50Hz。適用于無特殊要求的機械上，如機床，泵，風機，攪拌機，運輸機，農(nóng)業(yè)機械等。
根據(jù)以上計算，為滿足轉(zhuǎn)速和功率要求，選擇Y系列三相異步電動機型號為：Y100L2-4,其技術(shù)參數(shù)見下表3-1.
表3-1 ?Y100L2-4型電動機技術(shù)數(shù)據(jù)
電動機型號
額定功率/KW
滿載轉(zhuǎn)速/rmp
額定轉(zhuǎn)矩/N.m
最大轉(zhuǎn)矩/N.m
Y100L2-4
3
1440
2.2
2.3
至此，可得到下表3-2中的車床參數(shù)。
3.普通車床的規(guī)格
根據(jù)以上的計算和設(shè)計任務(wù)書可得到本次設(shè)計車床的基本參數(shù)：
表3-2 車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)表
工件最大回轉(zhuǎn)直徑
(mm)
最高轉(zhuǎn)速
( )
最低轉(zhuǎn)速
( )
電機功率
P（kW）
公比
轉(zhuǎn)速級數(shù)Z
320
1000
31.5
3
1.26
16
4.轉(zhuǎn)速圖的擬定
擬定變速方案，包括變速型式的選擇以及開停、換向、制動、操縱等整個變速系統(tǒng)的確定。變速型式則指變速和變速的元件、機構(gòu)以及組成、安排不同特點的變速型式、變速類型。
變速方案和型式與結(jié)構(gòu)的復雜程度密切相關(guān)，和工作性能也有關(guān)系。因此，確定變速方案和型式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟等多方面統(tǒng)一考慮。
變速方案有多種，變速型式更是眾多，比如：變速型式上有集中變速，分離變速；擴大變速范圍可用增加變速組數(shù)，也可采用背輪結(jié)構(gòu)、分支變速等型式；變速箱上既可用多速電機，也可用交換齒輪、滑移齒輪、公用齒輪等。
顯然，可能的方案有很多，優(yōu)化的方案也因條件而異。
4.1確定變速組及各變速組中變速副的數(shù)目
機床主參數(shù)：機床的主軸轉(zhuǎn)速范圍為31.5～1000轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=16，公比=1.26，電動機的轉(zhuǎn)速=1440轉(zhuǎn)/分。
級數(shù)為Z的變速系統(tǒng)由若干個順序的變速組組成，各變速組分別有、……個變速副。即
由于結(jié)構(gòu)上的限制，變速組中的傳動副數(shù)目通常選用2或3為宜，故其結(jié)構(gòu)式為：Z=2n×3m.對于16級傳動，其結(jié)構(gòu)式可為以下形式：
16=2×2×2×2；
在電動機功率一定的情況下，所需傳遞的轉(zhuǎn)矩越小，傳動件和傳動軸的集合尺寸就越小。因此，從傳動順序來講，盡量使前面的傳動件多以些，即前多后少原則。故本設(shè)計采用結(jié)構(gòu)式為：16=2×2×2×2。
從軸I到軸II有2對齒輪分別嚙合，可得到三種不同的傳動速度；從軸II到軸III有三對齒輪分別嚙合，可得到三種不同的傳動速度，故從軸I到軸III可得到2×2=4種不同的傳動速度；同理，軸III到軸IV有兩對齒輪分別嚙合，可得到兩種不同的傳動速度，故從軸I到軸IV共可得到16=2×2×2×2種不同的傳動轉(zhuǎn)速。
設(shè)計車床主變速傳動系時，為避免從動齒輪尺寸過大而增加箱體的徑向尺寸，在降速變速中，一般限制限制最小變速比 ；為避免擴大傳動誤差，減少震動噪聲，在升速時一般限制最大轉(zhuǎn)速比。斜齒圓柱齒輪傳動較平穩(wěn)，可取。因此在主變速鏈任一變速組的最大變速范圍。在設(shè)計時必須保證中間變速軸的變速范圍最小。
4.2結(jié)構(gòu)式基本組和擴大組的擬定
（1）繪制常規(guī)的轉(zhuǎn)速圖時，要注意，為了結(jié)構(gòu)緊湊，減小振動和噪聲，通常限制：
a：最小傳動比Imin>=1/4;
b：最小傳動比Imax<=2(斜齒輪<=2.5);所以，在一個變速組中，變速范圍要小于等于8，對應(yīng)本次設(shè)計，轉(zhuǎn)速圖中，一個軸上的傳動副間最大不能相差6格。
c：前緩后急原則；即傳動在前的傳動組，其降速比小，而在后的傳動組，其降速比大。
（2）但在繪制CM6132車床轉(zhuǎn)速圖時，要注意，由nmax=1000r/min，nmin=31.5r/min，Z=16.確定的各級轉(zhuǎn)速為：31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000，是非常規(guī)的轉(zhuǎn)速數(shù)列，故在繪制它的轉(zhuǎn)速圖線時，先要確定其主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
CM6132型精密車床采用分離式傳動，即變速箱和主軸箱分離。III，IV軸為皮帶傳動。在主軸箱的傳動中采用了背輪機構(gòu)，解決了傳動比不能過大（受極限傳動比限制）的問題。
(3)繪制轉(zhuǎn)速圖
a.選擇Y100L1-4型Y系列籠式三相異步電動機。
d.繪制轉(zhuǎn)速圖
在五根軸中，按變速順序依次設(shè)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（背輪機構(gòu)）、Ⅴ（主軸）。Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅲ與Ⅳ、Ⅳ和Ⅴ軸之間的變速組分別設(shè)為a、b、c、d. Ⅴ（主軸）開始，確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的轉(zhuǎn)速：
①先來確定背輪機構(gòu)的公比
變速組d 的變速范圍為R2=1.269×2-1=8，構(gòu)式，
采用背輪機構(gòu)，則其公比為：id1=1
id2=1φ4=12.51
id3=1φ5=13.16
②確定軸Ⅲ的公比
變速組c采用皮帶傳動降速，可取
ic=1φ0.5=11.12
③確定軸Ⅱ的公比
為了擴大變速范圍，變速組b是基本組，并采用混合公比，使用二聯(lián)滑移齒輪，可取
ib1=φ2=1.58
ib2=φ1=1.26
ib3=1φ3=12
④確定軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速
對于變速組a,是第一擴大組33，其級比指數(shù)為3,可取
ia1=φ2=1.58
ia2=1φ1=11.26
ia3=1φ4=12.51
由此也可確定加在電動機與主軸之間的定變速比。下面畫出轉(zhuǎn)速圖（電動機轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近）。CM6132型精密車床（16級轉(zhuǎn)速，混合公比）采用了背輪機構(gòu)后的轉(zhuǎn)速圖
2.2 確定各變速組此論傳動副齒數(shù)
(1)Sz100-120,中型機床Sz=70-100
(2)直齒圓柱齒輪Zmin18-20
圖2-3 主傳動系統(tǒng)圖
（7）齒輪齒數(shù)的確定。據(jù)設(shè)計要求Zmin≥18—20,由表4.1，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數(shù)，各齒輪齒數(shù)如表2-2。
表2-2 齒輪齒數(shù)
變速箱部分
傳動比
基本組
第1擴大組
第2擴大組
1:1.26
1:1.58
1.26:1
1：1.26
1.26：1
1:2
代號
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
齒數(shù)
27
34
24
37
38
30
30
38
50
40
30
60
主軸箱部分
傳動比
1:1.58
1:4
代號
Z7
Z7’
Z8
Z8’
齒數(shù)
27
34
17
68
4.3結(jié)構(gòu)網(wǎng)的擬定和結(jié)構(gòu)式
結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式可以用來分析和比較機床傳動系統(tǒng)的方案。結(jié)構(gòu)網(wǎng)與速圖的主要差別是：結(jié)構(gòu)網(wǎng)只表示傳動比的相對關(guān)系，而不表示傳動比和轉(zhuǎn)速的絕對值，而且結(jié)構(gòu)網(wǎng)上代表傳動比的射線對成分布。根據(jù)中間變速軸變速范圍小的原則選擇結(jié)構(gòu)網(wǎng)。結(jié)構(gòu)網(wǎng)可表示成結(jié)構(gòu)式：
4.4各變速組的變速范圍及極限傳動比
傳動副的極限傳動比和傳動組的極限變速范圍：在降速傳動時，為防止被動齒輪的直徑過大而使進徑向尺寸過大，常限制最小傳動比，1/4，升速傳動時，為防止產(chǎn)生過大的振動和噪音，常限制最大傳動比，斜齒輪比較平穩(wěn)，可取，故變速組的最大變速范圍為/≤8～10。
主軸的變速范圍應(yīng)等于住變速傳動系中各個變速組變速范圍的乘積，即：
檢查變速組的變速范圍是否超過極限值時，只需檢查最后一個擴大組。因為其他變速組的變速范圍都比最后擴大組的小，只要最后擴大組的變速范圍不超過極限值，其他變速組就不會超過極限值。
所以對 進行驗算：
Z=18，=1.26.
=≤8～10，符合要求.
4.5確定各軸的轉(zhuǎn)速
機床的主軸轉(zhuǎn)速范圍為35.5～1000轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=16，公比=1.26，電動機的轉(zhuǎn)速=1440轉(zhuǎn)/分。
?確定變速組的數(shù)目
大多數(shù)機床采用滑移齒輪的變速方式為滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計和方便的要求，通常都采用雙聯(lián)和三聯(lián)齒輪，因此18級級轉(zhuǎn)速需要三個變速組，即Z=16=2×2×2×2
① 在五個變速軸中，按變速順序依次設(shè)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅳ（主軸）。Ⅱ與Ⅲ、Ⅲ與Ⅳ、Ⅳ與Ⅴ軸之間的變速組分別設(shè)為a、b、c?，F(xiàn)由Ⅴ（主軸）開始，確定Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ軸的轉(zhuǎn)速。
⑴先來確定Ⅳ軸的轉(zhuǎn)速
變速組c 的變速范圍為降速比為，升速比為故兩個傳動副的傳動比必然是兩個極限值： 、結(jié)合結(jié)構(gòu)式，
Ⅳ軸的轉(zhuǎn)速只有一種可能：160、200、250、315、400、500、630、800、1000。
⑵確定軸Ⅲ的轉(zhuǎn)速
變速組b的級比指數(shù)為3，希望中間軸轉(zhuǎn)速較小，又不致變速比太小，由此可見變速組ｂ中的三個傳動比之間相差均為三格，即相差為倍關(guān)系，通過這三個傳動比使Ⅳ軸得到9種連續(xù)等比數(shù)列的轉(zhuǎn)速（180～1000）即從Ⅲ軸上的三種轉(zhuǎn)速擴大到Ⅳ軸上9種轉(zhuǎn)速，故可取
、 、
軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速確定為：630、500、1000。
⑶定軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速
對于軸Ⅱ，其級比指數(shù)為1,可取：
== == =
確定軸Ⅱ轉(zhuǎn)速為800，
4.6繪制轉(zhuǎn)速圖
4.7確定各變速組變速副齒數(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)和過大會加大兩軸之間的中心距，使機床結(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；但同時要考慮：
※最小齒輪不產(chǎn)生根切，機床變速箱中標準直圓柱齒輪，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)速圖上傳動比的要求：實際傳動比（齒數(shù)之比）與理論傳動比（轉(zhuǎn)速圖上要求的傳動比）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；
-齒輪傳動實現(xiàn)的主軸轉(zhuǎn)速；
齒輪齒數(shù)的確定，當各變速組的傳動比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對于定比傳動的齒輪齒數(shù)可依據(jù)機械設(shè)計手冊推薦的方法確定。對于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳動比是標準公比的整數(shù)次方時，變速組內(nèi)每對齒輪的齒數(shù)和及小齒輪的齒數(shù)可以從《機械制造裝備設(shè)計》表3-9中選取。一般在主傳動中，最小齒數(shù)應(yīng)大于18～20。采用三聯(lián)滑移齒輪時，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)《機械制造裝備設(shè)計》,查表3-9各種常用變速比的使用齒數(shù)。
⑴變速組a:
= = =
※確定最小齒輪的齒數(shù)及最小齒數(shù)和
該變速組內(nèi)的最小齒輪必在i=1/2的齒輪副中，根據(jù)結(jié)構(gòu)條件，假設(shè)最小齒數(shù)為=22時，查表得到 =66。
※找出可能采用的齒數(shù)和諸數(shù)值
=1 =……60、62……
=1.41 =……60、63……
=2 =……60、63……
在具體結(jié)構(gòu)允許下，選用較小的 為宜，現(xiàn)確定=72，
確定各齒數(shù)副的齒數(shù)
i=1/2，找出=24， =-=72-24=48；
i=1/1.26，找出=32，=-=40；
i=1/1.58 ，找出=30，=42；
⑵變速組b的齒數(shù)確定：
=1.58 = =
故變速組中最小齒輪必在1/的齒輪副中，假設(shè)最小齒數(shù)為=22，=77，
同上i=1.58，找出=48， =29，
i=1.26, 找出=34，=43，
i=2.51, 找出=22；=55。
⑶變速組c齒數(shù)確定
==2 ； =
故變速組中最小齒輪必在1/的齒輪副中，假設(shè)最小齒數(shù)為=18，=89，
5.傳動件的設(shè)計
5.1帶輪的設(shè)計
三角帶傳動中，軸間距A可以加大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，宜可緩和沖擊及隔離振動，使傳動平穩(wěn)。帶輪結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸大，機床中常用作電機輸出軸的定比傳動。電動機轉(zhuǎn)速n=1440r/min,傳遞功率P=3kW,傳動比i=1440/800=1.8，兩班制，一天運轉(zhuǎn)16小時，工作年數(shù)10年。
(1)選擇三角帶的型號
由《機械設(shè)計》表8-7工作情況系數(shù)查的共況系數(shù)=1.1。
故根據(jù)《機械設(shè)計》公式（8-21）
式中P--電動機額定功率， --工作情況系數(shù)
因此根據(jù)、由《機械設(shè)計》 圖8-11普通V帶輪型圖選用A型。
(2)確定帶輪的基準直徑，
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。查《機械設(shè)計》表8-8、圖8-11和表8-6取主動小帶輪基準直徑=100。
由《機械設(shè)計》公式(8-15a)
式中：
-小帶輪轉(zhuǎn)速，-大帶輪轉(zhuǎn)速，-帶的滑動系數(shù)，一般取0.02。
故 ，
由《機械設(shè)計》表8-8取圓整為180mm。
(3)驗算帶速度V，
按《機械設(shè)計》式（8-13）驗算帶的速度
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)《機械設(shè)計》經(jīng)驗公式（8-20）
0.7（100+180）≤≤2（100+180）
196≤≤560
取=400mm.
(5)三角帶的計算基準長度
由《機械設(shè)計》公式（8-22）計算帶輪的基準長度
由《機械設(shè)計》表8-2，圓整到標準的計算長度 L=1250mm
(6)確定實際中心距
按《機械設(shè)計》公式（8-23）計算實際中心距
A=+=403.09mm
(7)驗算小帶輪包角
根據(jù)《機械設(shè)計》公式（8-25）
，故主動輪上包角合適。
(8)確定三角帶根數(shù)
根據(jù)《機械設(shè)計》式（8-26）得
查表《機械設(shè)計》表8-4d由 i=1.44和得= 0.15KW
查表《機械設(shè)計》表8-5，=0.98；查表《機械設(shè)計》表8-2，長度系數(shù)=0.92
所以取Z=3。
(9)計算預(yù)緊力
查《機械設(shè)計》表8-3，q=0.1kg/m
由《機械設(shè)計》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 = 1460r/min = 10.7m/s。
（10）計算作用在軸上的壓軸力
帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計
⑴帶輪的材料
常用的V帶輪材料為HT150或HT200，轉(zhuǎn)速較高時可以采用鑄鋼或鋼板沖壓焊接而成，小功略時采用鑄鋁或塑料。
⑵帶輪結(jié)構(gòu)形式
V帶輪由輪緣、輪輻和輪轂組成，根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同可以分為實心式（《機械制圖》圖8-14a）、腹板式（《機械制圖》圖8-14b）、孔板式（《機械制圖》圖8-14c）、橢圓輪輻式（《機械制圖》圖8-14d）。V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準直徑有關(guān)，當帶輪基準直徑（d為安裝帶輪的軸的直徑，mm）時?？梢圆捎脤嵭氖剑斂梢圆捎酶拱迨?，時可以采用孔板式，當時，可以采用輪輻式。
帶輪寬度：。
D=90mm是深溝球軸承6210軸承外徑，其他尺寸見帶輪零件圖。
⑶V帶輪的論槽
V帶輪的輪槽與所選的V帶型號相對應(yīng)，見《機械制圖》表8-10.
槽型
與相對應(yīng)得
B
14.0
3.50
10.8
11.5
—
—
V帶輪的輪槽與所選的V帶型號
V帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形，使V帶工作面夾角發(fā)生變化。為了使V帶的工作面與大論的輪槽工作面緊密貼合，將V帶輪輪槽的工作面得夾角做成小于。
V帶安裝到輪槽中以后，一般不應(yīng)該超出帶輪外圓，也不應(yīng)該與輪槽底部接觸。為此規(guī)定了輪槽基準直徑到帶輪外圓和底部的最小高度。
輪槽工作表面的粗糙度為。
⑷V帶輪的技術(shù)要求
鑄造、焊接或燒結(jié)的帶輪在輪緣、腹板、輪輻及輪轂上不允許有沙眼、裂縫、縮孔及氣泡；鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應(yīng)力的前提下，允許對輪緣、凸臺、腹板及輪轂的表面缺陷進行修補；轉(zhuǎn)速高于極限轉(zhuǎn)速的帶輪要做靜平衡，反之做動平衡。其他條件參見中的規(guī)定。
5.2傳動軸的直徑估算
傳動軸除應(yīng)滿足強度要求外，還應(yīng)滿足剛度的要求，強度要求保證軸在反復載荷和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞強度一般不失是主要矛盾，除了載荷很大的情況外，可以不必驗算軸的強度。剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過大的變形。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。
5.3確定各軸轉(zhuǎn)速
⑴確定主軸計算轉(zhuǎn)速：
計算轉(zhuǎn)速是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動件的計算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動關(guān)系確定。
根據(jù)《機械制造裝備設(shè)計》表3-10，主軸即Ⅴ軸的計算轉(zhuǎn)速為
取=80r/min;
⑵各變速軸的計算轉(zhuǎn)速：
如前所示主軸計算轉(zhuǎn)速至最高轉(zhuǎn)速間的所有轉(zhuǎn)速都傳遞全部功率，因此，實現(xiàn)上述主軸轉(zhuǎn)速的傳動件的實際工作轉(zhuǎn)速也傳遞全功率其他傳動件的計算轉(zhuǎn)速就是其傳遞全部功率是的最低轉(zhuǎn)速。
①軸Ⅳ的計算轉(zhuǎn)速可從主軸125r/min按變速副找上去，軸Ⅳ的計算轉(zhuǎn)速=160r/min;
②軸Ⅲ的計算轉(zhuǎn)速為400r/min;
③軸Ⅱ的計算轉(zhuǎn)速為800r/min;
所以各軸計算轉(zhuǎn)速如下：
軸序號
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
計算轉(zhuǎn)速
1440
800
400
160
125
⑶各齒輪的計算轉(zhuǎn)速
各變速組內(nèi)一般只計算組內(nèi)最小齒輪，也是最薄弱的齒輪，故也只需確定最小齒輪的計算轉(zhuǎn)速。
① 變速組c中，18/71, 計算Z=18（Ⅳ軸上）的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為125r/min;
② 變速組b計算z = 22（Ⅲ軸上）的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為400r/min;
③ 變速組a應(yīng)計算z = 24（Ⅱ軸上）的齒輪，計算轉(zhuǎn)速為800r/in;
⑷核算主軸轉(zhuǎn)速誤差
∵
∴
所以合適。
5.4傳動軸直徑的估算：確定各軸最小直徑
根據(jù)《機械設(shè)計手冊》表7-13，，并查《金屬切削機床設(shè)計》表7-13得到取1.
①Ⅱ軸的直徑：取
取整為36mm.
②Ⅲ軸的直徑：取
取整為40mm
③Ⅳ軸的直徑：取
取整為55mm
④Ⅴ軸的直徑：取
取整為70mm
其中：P-電動機額定功率（kW）；
-從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積；
-該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速（）；
-傳動軸允許的扭轉(zhuǎn)角（）。
當軸上有鍵槽時，d值應(yīng)相應(yīng)增大4～5%;當軸為花鍵軸時，可將估算的d值減小7%為花鍵軸的小徑;空心軸時，d需乘以計算系數(shù)b，b值見《機械設(shè)計手冊》表7-12。Ⅰ和Ⅳ為由鍵槽并且軸Ⅳ為空心軸，Ⅱ和Ⅲ為花鍵軸。根據(jù)以上原則各軸的直徑取值：，和在后文給定，軸采用光軸，軸和軸因為要安裝滑移齒輪所以都采用花鍵軸。因為矩形花鍵定心精度高，定心穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理變形，定心直徑尺寸公差和位置公差都能獲得較高的精度，故我采用矩形花鍵連接。按規(guī)定，矩形花鍵的定心方式為小徑定心。查《機械設(shè)計手冊》 的矩形花鍵的基本尺寸系列，軸花鍵軸的規(guī)格；軸花鍵軸的規(guī)格。
5.5鍵的選擇、傳動軸、鍵的校核
查《機械設(shè)計手冊》表6-1選擇軸上的鍵，根據(jù)軸的直徑，鍵的尺寸選擇，鍵的長度L取22。主軸處鍵的選擇同上，鍵的尺寸為，鍵的長度L取100。
7.傳動軸的校核
需要驗算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗算傾角時，若支撐類型相同則只需驗算支反力最大支撐處傾角；當此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時，則齒輪處傾角不必驗算。驗算撓度時，要求驗算受力最大的齒輪處，但通?？沈炈銈鲃虞S中點處撓度（誤差<%3）。
當軸的各段直徑相差不大，計算精度要求不高時，可看做等直徑，采用平均直徑進行計算，計算花鍵軸傳動軸一般只驗算彎曲剛度，花鍵軸還應(yīng)進行鍵側(cè)擠壓驗算。彎曲剛度驗算；的剛度時可采用平均直徑或當量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡支梁，其撓度和傾角計算公式見《金屬切削機床設(shè)計》表7-15.分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度和傾角，然后疊加，注意方向符號，在同一平面上進行代數(shù)疊加，不在同一平面上進行向量疊加。
①Ⅰ軸的校核：通過受力分析，在一軸的三對嚙合齒輪副中，中間的兩對齒輪對Ⅰ軸中點處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來進行校核
最大撓度：
查《機械制造裝備設(shè)計》表3-12許用撓度 ；
。
②Ⅱ軸、Ⅲ軸的校核同上。
鍵和軸的材料都是鋼，由《機械設(shè)計》表6-2查的許用擠壓應(yīng)力,取其中間值，。鍵的工作長度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。由《機械設(shè)計》式（6-1）可得
可見連接的擠壓強度足夠了，鍵的標記為：
6.各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核
齒輪模數(shù)的估算。通常同一變速組內(nèi)的齒輪取相同的模數(shù)，如齒輪材料相同時，選擇負荷最重的小齒輪，根據(jù)齒面接觸疲勞強度和齒輪彎曲疲勞強度條件按《金屬切削機床設(shè)計》表7-17進行估算模數(shù)和，并按其中較大者選取相近的標準模數(shù)，為簡化工藝變速傳動系統(tǒng)內(nèi)各變速組的齒輪模數(shù)最好一樣，通常不超過2～3種模數(shù)。
先計算最小齒數(shù)齒輪的模數(shù)，齒輪選用直齒圓柱齒輪及斜齒輪傳動，查《機械設(shè)計》表10-8齒輪精度選用7級精度，再由《機械設(shè)計》表10-1選擇小齒輪材料為40C(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS：
根據(jù)《金屬切削機床設(shè)計》表7-17；有公式：
①齒面接觸疲勞強度：
②齒輪彎曲疲勞強度：
⑴、a變速組：分別計算各齒輪模數(shù)，先計算最小齒數(shù)24的齒輪。
①齒面接觸疲勞強度：
其中: -公比 ； = 2；
P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.9611=10.56KW；
-齒寬系數(shù)=；由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》可得。
-齒輪許允接觸應(yīng)力，由《金屬切削機床設(shè)計》圖7-6按MQ線查取;
-計算齒輪計算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
=650MPa，
所以根據(jù)《畫法幾何及機械制圖》表10-4將齒輪模數(shù)圓整為5 。
②齒輪彎曲疲勞強度：
其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.963=2.88KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允齒根應(yīng)力，由《金屬切削機床設(shè)計》圖7-11按MQ線查??；
-計算齒輪計算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2；
，
∴
∴
根據(jù)《畫法幾何及機械制圖》表10-4將齒輪模數(shù)圓整為2.5mm 。
∵所以≥≥2.32
于是變速組a的齒輪模數(shù)取m = 2.5，b =20mm。
⑵、b變速組：確定軸Ⅲ上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù)，先計算最小齒數(shù)22的齒輪。
① 齒面接觸疲勞強度：（公式見a變速組）
其中: -公比 ； =2.82；
P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.9223=2.766KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允接觸應(yīng)力，由《金屬切削機床設(shè)計》圖7-6按MQ線查取;
-計算齒輪計算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
=650MPa，
∴
∴
根據(jù)《畫法幾何及機械制圖》表10-4將齒輪模數(shù)圓整為2.5。
② 齒輪彎曲疲勞強度：
其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P =0.9223=2.766KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允齒根應(yīng)力，由《金屬切削機床設(shè)計》圖7-11按MQ線查?。?
-計算齒輪計算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
，
∴
∴
根據(jù)《畫法幾何及機械制圖》表10-4將齒輪模數(shù)圓整為3mm 。
∵所以
軸Ⅲ上主動輪齒輪的直徑：
⑷、標準齒輪參數(shù)：
1)從《機械原理》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 ；
2)圓柱齒輪
齒頂圓直徑
齒根圓直徑；
分度圓直徑 ；
齒頂高 ；
齒根高 ；
表5.1齒輪尺寸表 （單位：mm）
齒輪
齒數(shù)
z
模數(shù)
分度圓直徑d
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒頂高
⒈
27
2.5
67.5
72.5
61.25
2.5
⒉
34
2.5
85
90
78.75
2.5
⒊
24
2.5
60
65
53.75
2.5
⒋
37
2.5
92.5
97.5
86.25
2.5
⒌
38
2.5
95
100
88.75
2.5
⒍
30
2.5
75
80
68.75
2.5
⒎
30
2.5
75
80
68.75
2.5
⒏
38
2.5
95
100
88.75
2.5
⒐
50
2.5
125
130
118.75
2.5
⒑
40
2.5
100
105
93.75
2.5
⒒
30
2.5
75
80
68.75
2.5
⒓
60
2.5
150
155
143.75
2.5
⒔
64
2.5
160
165
153.75
2.5
⒕
40
2.5
100
105
93.75
2.5
15
17
3
51
57
43.5
3
16
68
3
204
210
196.5
3
7.齒輪校驗
在驗算算速箱中的齒輪應(yīng)力時，選相同模數(shù)中承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪進接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的驗算。這里要驗算的是齒輪1，齒輪5，齒輪11這三個齒輪。
齒輪強度校核
計算公式：①彎曲疲勞強度;
②接觸疲勞強度
7.1校核a組齒輪
①彎曲疲勞強度；校核齒數(shù)為18的齒輪，確定各項參數(shù)
⑴,n=800r/min,
⑵確定動載系數(shù)
∵
齒輪精度為7級，由《機械設(shè)計》圖10-8查得動載系數(shù)。由《機械設(shè)計》使用系數(shù)。
⑶。
⑷確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)
查《機械設(shè)計》表10-4，得非對稱齒向載荷分配系數(shù)；
h==11.25；
,
查《機械設(shè)計》圖10-13得
⑸確定齒間載荷分配系數(shù):
由《機械設(shè)計》表10-2查的使用，
由《機械設(shè)計》表10-3查得齒間載荷分配系數(shù)
⑹確定載荷系數(shù):
⑺ 查《機械設(shè)計》表 10-5 齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)
；
⑻計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
由《機械設(shè)計》圖10-20(c)查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限。
《機械設(shè)計》圖10-18查得 壽命系數(shù),取疲勞強度安全系數(shù)S = 1.3
，
②接觸疲勞強度
⑴載荷系數(shù)K的確定：
⑵彈性影響系數(shù)的確定；查《機械設(shè)計》表10-6得
⑶查《機械設(shè)計》圖10-21（d）得，
故齒輪1合適。
7.2 校核b組齒輪
①彎曲疲勞強度；校核齒數(shù)為22的齒輪，確定各項參數(shù)
⑴,n=400r/min,
⑵確定動載系數(shù)：
齒輪精度為7級，由《機械設(shè)計》圖10-8查得動載系數(shù)
⑶
⑷確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)
查《機械設(shè)計》表10-4，插值法得非對稱齒向載荷分配系數(shù)
,查《機械設(shè)計》圖10-13得
⑸確定齒間載荷分配系數(shù):
由《機械設(shè)計》表10-2查的使用 ；
由《機械設(shè)計》表10-3查得齒間載荷分配系數(shù)
⑹確定動載系數(shù):
⑺查《機械設(shè)計》表 10-5齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)
、
⑻計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
由《機械設(shè)計》圖10-20(c)查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限。
《機械設(shè)計》圖10-18查得 壽命系數(shù),疲勞強度安全系數(shù)S = 1.3
，
②接觸疲勞強度
u=62/22=2.82；
⑴、載荷系數(shù)K的確定：
⑵、彈性影響系數(shù)的確定；查《機械設(shè)計》表10-6得
⑶、查《機械設(shè)計》圖10-21（d）得，
故齒輪7合適。
8.主軸組件設(shè)計
主軸的結(jié)構(gòu)儲存應(yīng)滿足使用要求和結(jié)構(gòu)要求，并能保證主軸組件具有較好的工作性能。主軸結(jié)構(gòu)尺寸的影響因素比較復雜，目前尚難于用計算法準確定出。通常，根據(jù)使用要求和結(jié)構(gòu)要求，進行同型號筒規(guī)格機床的類比分析，先初步選定尺寸，然后通過結(jié)構(gòu)設(shè)計確定下來，最后在進行必要的驗算或試驗，如不能滿足要求可重新修改尺寸，直到滿意為直。
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。
8.1主軸的基本尺寸確定
8.1.1外徑尺寸D
主軸的外徑尺寸，關(guān)鍵是主軸前軸頸的（前支撐處）的直徑。選定后，其他部位的外徑可隨之而定。一般是通過筒規(guī)格的機床類比分析加以確定。320mm車床，P=3KW查《機械制造裝備設(shè)計》表3-13，前軸頸應(yīng),初選,后軸頸取,
8.1.2主軸孔徑d
中型臥式車床的主軸孔徑，已由d=48mm,增大到d=60-80mm,當主軸外徑一定時，增大孔徑受到一下條件的限制，1、結(jié)構(gòu)限制；對于軸徑尺寸由前向后遞減的主軸，應(yīng)特別注意主軸后軸頸處的壁厚不允許過薄，對于中型機床的主軸，后軸頸的直徑與孔徑之差不要小于，主軸尾端最薄處的直徑不要小于。2、剛度限制；孔徑增大會削弱主軸的剛度，由材料力學知，主軸軸端部的剛度與截面慣性矩成正比，
即：
據(jù)上式可得出主軸孔徑對偶剛度影響的 ，有圖可見
當時，，說明空心主軸的剛度降低較小。當時，，空心主軸剛度降低了24%，因此為了避免過多削弱主軸的剛度，一般取。主軸孔徑d確定后，可根據(jù)主軸的使用及加工要求選擇錐孔的錐度。錐孔僅用于定心時，則錐孔應(yīng)大些，若錐孔除用于定心，還要求自鎖，借以傳遞轉(zhuǎn)矩時，錐度應(yīng)小些，我這里選用莫氏六號錐孔。初步設(shè)定主軸孔徑d=60mm，主軸孔徑與外徑比為0.6。
8.1.3主軸懸伸量a
主軸懸伸量的大小往往收結(jié)構(gòu)限制，主要取決于主軸端部的結(jié)構(gòu)形式及尺寸、刀具或夾具的安裝方式、前軸承的類型及配置、潤滑與密封裝置的結(jié)構(gòu)尺寸等。主軸設(shè)計時，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。
8.1.4支撐跨距L
當前，多數(shù)機床的主軸采用前后兩個支撐，結(jié)構(gòu)簡單，制造、裝配方便，容易保證精度，但是，由于兩支撐主軸的最佳支距一般較短，結(jié)構(gòu)設(shè)計難于實現(xiàn)，故采用三支撐結(jié)構(gòu)。要比前后支距地影響大得多，因此，需要合理確定。為了使主軸組件獲得很高的剛度可抗震性，前中之距可按兩支撐主軸的最佳只距來選取。
由于三支撐的前后支距對主軸組件的性能影響較小，可根據(jù)結(jié)構(gòu)情況適當確定。如果為了提高主軸的工作平穩(wěn)性，前后支距可適當加大，如取。采用三支撐結(jié)構(gòu)時，一般不應(yīng)該把三個支撐處的軸承同時預(yù)緊，否則因箱孔及有關(guān)零件的制造誤差，會造成無法裝配或影響正常運作。因此為了保證主軸組件的剛度和旋轉(zhuǎn)精度，在三支撐中，其中兩個支撐需要預(yù)緊，稱為緊支撐；另外一個支撐必須具有較大的間隙，即處于“浮動”狀態(tài)，稱為松支撐，顯然，其中一個緊支撐必須是前支撐，否則前支撐即使存有微小間隙，也會使主軸組件的動態(tài)特性大為降低。試驗表明，前中支撐為緊支撐、后支撐位松支撐，要比前后支撐位緊支撐、中支撐為松支撐的結(jié)構(gòu)靜態(tài)特性顯著提高。
8.1.5主軸最佳跨距的確定
⑴考慮機械效率，主軸最大輸出轉(zhuǎn)距.
床身上最大加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的50到60%,即加工工件直徑取為160mm,則半徑為0.08.
[2]計算切削力
前后支撐力分別設(shè)為,.
⑶軸承剛度的計算
根據(jù)式《結(jié)構(gòu)設(shè)計》（方鍵主編）（6-1）有：
查《結(jié)構(gòu)設(shè)計》（方鍵主編）表6-11得軸承根子有效長度、球數(shù)和列數(shù)：
再帶入剛度公式：
；
⑷主軸當量直徑
；
⑸主軸慣性矩
；
⑹計算最佳跨距
設(shè)：
查《金屬切削機床設(shè)計》（3-14）；
式中
∴
∴
式中：
8.2主軸剛度驗算
機床在切削加工過程中，主軸的負荷較重，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。對于普通機床的主軸，一般只進行剛度驗算。通常能滿足剛度要求的主軸，也能滿足強度要求。只有重載荷的機床的主軸才進行強度驗算。對于高速主軸，還要進行臨界轉(zhuǎn)速的驗算，以免發(fā)生共振。
一彎曲變形為主的機床主軸(如車床、銑床)，需要進行彎曲剛度驗算，以扭轉(zhuǎn)變形為主的機床（如鉆床），需要進行扭轉(zhuǎn)剛度驗算。當前主軸組件剛度驗算方法較多，沒能統(tǒng)一，還屬近似計算，剛度的允許值也未做規(guī)定。考慮動態(tài)因素的計算方法，如根據(jù)部產(chǎn)生切削顫動條件來確定主軸組件剛度，計算較為復雜?，F(xiàn)在仍多用靜態(tài)計算法，計算簡單，也較適用。
主軸彎曲剛度的驗算；驗算內(nèi)容有兩項：其一，驗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。對于粗加工機床需要驗算、y值；對于精加工或半精加工機床值需驗算y值；對于可進行粗加工由能進行半精的機床（如臥式車床），需要驗算值，同時還需要按不同加工條件驗算y值。
支撐主軸組件的剛度驗算，可按兩支撐結(jié)構(gòu)近似計算。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（因軸承間隙較大，主要起阻尼作用，對剛度影響較小）；若前中支撐位緊支撐、后支撐為松支撐時，可將前中支距當做兩支撐的之距計算，中后支撐段主軸不計。
機床粗加工時，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，故可不必計算。
主軸在某一平面內(nèi)的受力情況如圖
在近似計算中可不計軸承變形的影響，則該平面內(nèi)主軸前支撐處的轉(zhuǎn)角用下式計算；
切削力的作用點到主軸前支承支承的距離S=a+W，對于普通車床，W=0.4H，（H是車床中心高，設(shè)H=200mm)。
則：
當量切削力的計算：
主軸慣性矩
式中：
∴
∵
∴主軸前支撐轉(zhuǎn)角滿足要求。
8.3各軸軸承的選用的型號
①主軸 前支承：61817 :8511013;
后支撐61818 :9011513;
②Ⅰ軸 帶輪處軸尾和箱體處：：61806 :30427;
③Ⅱ軸 前、后支承：61807 :35477;
④Ⅲ軸 前、后支承：61809 :45587;
小 結(jié)
畢業(yè)的時間一天一天的臨近，課程設(shè)計也接近了尾聲。在不斷的努力下我的課程設(shè)計終于完成了。在沒有做課程設(shè)計以前覺得課程設(shè)計只是對這幾年來所學知識的大概總結(jié)，但是真的面對課程設(shè)計時發(fā)現(xiàn)自己的想法基本是錯誤的。課程設(shè)計不僅是對前面所學知識的一