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課程設(shè)計說明書
CM6132型精密普通車床主軸變速箱設(shè)計
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘要
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。
目錄
摘要 2
1 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
1.3.2技術(shù)要求 5
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 8
4.3 確定各變速組此論傳動副齒數(shù) 10
4.4確定各變速組變速副齒數(shù) 11
4.5繪制主傳動系統(tǒng)圖 13
5.傳動件的設(shè)計 14
5.1 帶傳動設(shè)計 14
5.1.1計算設(shè)計功率Pd 14
5.1.2選擇帶型 14
5.1.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗證帶速 15
5.1.4確定中心距離、帶的基準(zhǔn)長度并驗算小輪包角 16
5.1.5確定帶的根數(shù)z 16
5.1.6確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 17
5.1.7確定帶的張緊裝置 17
5.1.8計算壓軸力 17
5.2確定各軸轉(zhuǎn)速 18
5.3傳動軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 19
5.4鍵的選擇、傳動軸、鍵的校核 20
6.各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核 22
6.齒輪校驗 25
7.主軸組件設(shè)計 29
7.1主軸的基本尺寸確定 29
7.1.1外徑尺寸D 29
7.1.2主軸孔徑d 29
7.1.3主軸懸伸量a 31
7.1.4支撐跨距L 31
7.1.5主軸最佳跨距的確定 31
7.2主軸剛度驗算 33
7.3各軸軸承的選用的型號 35
小 結(jié) 36
參考文獻 37
1 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(xué)習(xí)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(biāo)準(zhǔn)和資料的方法，達到積累設(shè)計知識和設(shè)計技巧，提高學(xué)生設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計，使學(xué)生獲得機械系統(tǒng)基本設(shè)計技能的訓(xùn)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。
1.3.2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
參考同類型的機床初步擬定參數(shù)如下：
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
1250
28
1.41
∴ Z=+1 =
根據(jù)《機械制造裝備設(shè)計》和《金屬切削機床手冊》標(biāo)準(zhǔn)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(fù)雜，這里我們?nèi)?biāo)準(zhǔn)公比系列=1.41。
因為=1.26=1.06 ，根據(jù)《機械制造裝備設(shè)計》表3-6標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列。查[1]表2.12，首先找到28r/min、然后每隔5個數(shù)取一個值（1.41=1.066），得出主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為28，40，56，80，112，160，224，315，450，630，900，1250共12級。
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
=9.8127030.920.95
=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.
==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(fēng)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
1250
28
3
1.41
12
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(fù)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28～1250轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=12，公比=1.41，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Z=12。可得：
主變速傳動系從電動機到主軸，通常為降速傳動，接近電動機的傳動轉(zhuǎn)速較高， 傳動的轉(zhuǎn)矩較小，尺寸小一些，反之，靠近主軸的傳動件轉(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系時，應(yīng)盡可能將傳動副較多的變速組安排在前面，傳動副數(shù)少的變速組放在后面，使主變速傳動系中更多的傳動件在高速范圍內(nèi)工作，尺寸小一些，以節(jié)省變速箱的造價，減小變速箱的外形尺寸；也就是滿足傳動副前多后少的原則，因此確定傳動方案為：12=3×2×2；
由12=3×2×2傳動式可得6種結(jié)構(gòu)式和對應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。分別為：
依據(jù)傳動順序與擴大順序相一致的原則選擇方案為 ：；
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。
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=8，構(gòu)式，
采用背輪機構(gòu)，則其公比為：=1
==
=
②確定軸Ⅲ的公比
變速組c采用皮帶傳動降速，可取
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
==
=
④確定軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速
對于變速組a,是第一擴大組，其級比指數(shù)為3,可取
=
==
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（12級轉(zhuǎn)速）采用了背輪機構(gòu)后的轉(zhuǎn)速圖
4.3 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 轉(zhuǎn)速圖
（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
1:1
1:1.41
1:2
1.26：1
1:2
代號
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
Z
齒數(shù)
36
36
30
42
24
48
53
37
30
60
主軸箱部分
傳動比
1:1.28
1:2.8
代號
Z6
Z6’
Z7
Z7’
齒數(shù)
20
56
20
56
4.4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(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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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)。
a變速組
，
時，=…，56，59，61，63，65，66，68，70，72，74，…
時，=…57，59，60，61，62，65，67，70，72，73，75，…
可知，可取=72。再由參考文獻[1]表5-2查出各對齒輪副中小齒輪的齒數(shù)為：26、27和24。則：
；；
b變速組
，
時，=…，80，84，85，95，96，99，100，104，105，…
時，=…，92，93，95，96，98，99，101，102，104，…
可取=90，查出齒輪齒數(shù)為：37和30。則：
；
4.5繪制主傳動系統(tǒng)圖
5.傳動件的設(shè)計
5.1 帶傳動設(shè)計
輸出功率P=3kW,轉(zhuǎn)速n1=1420r/min,n2=900r/min
5.1.1計算設(shè)計功率Pd
表4 工作情況系數(shù)
工作機
原動機
ⅰ類
ⅱ類
一天工作時間/h
10~16
10~16
載荷
平穩(wěn)
液體攪拌機；離心式水泵；通風(fēng)機和鼓風(fēng)機（）；離心式壓縮機；輕型運輸機
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷
變動小
帶式運輸機（運送砂石、谷物），通風(fēng)機（）；發(fā)電機；旋轉(zhuǎn)式水泵；金屬切削機床；剪床；壓力機；印刷機；振動篩
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷
變動較大
螺旋式運輸機；斗式上料機；往復(fù)式水泵和壓縮機；鍛錘；磨粉機；鋸木機和木工機械；紡織機械
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.6
載荷
變動很大
破碎機（旋轉(zhuǎn)式、顎式等）；球磨機；棒磨機；起重機；挖掘機；橡膠輥壓機
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
根據(jù)V帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16小時），查《機械設(shè)計》P296表4，
取KA＝1.1。即
5.1.2選擇帶型
普通V帶的帶型根據(jù)傳動的設(shè)計功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1按《機械設(shè)計》P297圖13－11選取。
根據(jù)算出的Pd＝3.3kW及小帶輪轉(zhuǎn)速n1＝1420r/min ，查圖得：dd=80～100可知應(yīng)選取A型V帶。
5.1.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗證帶速
由《機械設(shè)計》P298表13－7查得，小帶輪基準(zhǔn)直徑為80～100mm
則取dd1=95mm> ddmin.=75 mm（dd1根據(jù)P295表13-4查得）
表3 V帶帶輪最小基準(zhǔn)直徑
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
20
50
75
125
200
355
500
由《機械設(shè)計》P295表13-4查“V帶輪的基準(zhǔn)直徑”，得=160mm
① 誤差驗算傳動比： （為彈性滑動率）
誤差 符合要求
② 帶速
滿足5m/s
300mm，所以宜選用E型輪輻式帶輪。
總之，小帶輪選H型孔板式結(jié)構(gòu)，大帶輪選擇E型輪輻式結(jié)構(gòu)。
帶輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。
5.1.7確定帶的張緊裝置
選用結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便的定期調(diào)整中心距的張緊裝置。
5.1.8計算壓軸力
由《機械設(shè)計》P303表13－12查得，A型帶的初拉力F0＝123.75N，上面已得到=171.2o，z=3，則
對帶輪的主要要求是質(zhì)量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面加工精度要高，以減少帶的磨損。轉(zhuǎn)速高時要進行動平衡，對于鑄造和焊接帶輪的內(nèi)應(yīng)力要小, 帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱為輪緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動帶，制有梯形輪槽。由于普通V帶兩側(cè)面間的夾角是40°，為了適應(yīng)V帶在帶輪上彎曲時截面變形而使楔角減小，故規(guī)定普通V帶輪槽角 為32°、34°、36°、38°（按帶的型號及帶輪直徑確定），輪槽尺寸見表7-3。裝在軸上的筒形部分稱為輪轂，是帶輪與軸的聯(lián)接部分。中間部分稱為輪幅（腹板），用來聯(lián)接輪緣與輪轂成一整體。
表 普通V帶輪的輪槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92）
項目
?
符號
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
基準(zhǔn)寬度
b p
5.3
8.5
11.0
14.0
19.0
27.0
32.0
基準(zhǔn)線上槽深
h amin
1.6
2.0
2.75
3.5
4.8
8.1
9.6
基準(zhǔn)線下槽深
h fmin
4.7
7.0
8.7
10.8
14.3
19.9
23.4
槽間距
e
8 ± 0.3
12 ± 0.3
15 ± 0.3
19 ± 0.4
25.5 ± 0.5
37 ± 0.6
44.5 ± 0.7
第一槽對稱面至端面的距離
f min
6
7
9
11.5
16
23
28
最小輪緣厚
5
5.5
6
7.5
10
12
15
帶輪寬
B
B =( z -1) e + 2 f ? z —輪槽數(shù)
外徑
d a
輪 槽 角
32°
對應(yīng)的基準(zhǔn)直徑 d d
≤ 60
-
-
-
-
-
-
34°
-
≤ 80
≤ 118
≤ 190
≤ 315
-
-
36°
60
-
-
-
-
≤ 475
≤ 600
38°
-
＞ 80
＞ 118
＞ 190
＞ 315
＞ 475
＞ 600
極限偏差
± 1
± 0.5
V帶輪按腹板（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式：
（1） 實心帶輪：用于尺寸較小的帶輪(dd≤(2.5～3)d時)，如圖7 -6a。
（2） 腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪(dd≤ 300mm 時)，如圖7-6b。
（3） 孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪((dd－d)＞ 100 mm 時)，如圖7 -6c 。
（4） 橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪(dd＞ 500mm 時)，如圖7-6d。
（a） （b） （c） （d）
圖7-6 帶輪結(jié)構(gòu)類型
根據(jù)設(shè)計結(jié)果，可以得出結(jié)論：小帶輪選擇實心帶輪，如圖（a）,大帶輪選擇腹板帶輪如圖（b）
5.2確定各軸轉(zhuǎn)速
⑴確定主軸計算轉(zhuǎn)速：
主軸的計算轉(zhuǎn)速nj，由公式n=n得，主軸的計算轉(zhuǎn)速nj=78.4r/min，
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。
所以各軸計算轉(zhuǎn)速如下：
軸序號
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
計算轉(zhuǎn)速
900
450
224
224
80
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。
5.3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(dāng)軸上有鍵槽時，d值應(yīng)相應(yīng)增大4～5%;當(dāng)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。
5.4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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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)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
-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2.2 。
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(biāo)準(zhǔn)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
36
2.5
90
95
83.75
2.5
⒉
36
2.5
90
95
83.75
2.5
⒊
30
2.5
75
80
68.75
2.5
⒋
42
2.5
105
110
98.75
2.5
⒌
24
2.5
60
65
53.75
2.5
⒍
48
2.5
120
125
126.25
2.5
⒎
53
2.5
132.5
137.5
68.75
2.5
⒏
37
2.5
92.5
97.5
86.25
2.5
⒐
30
2.5
75
80
68.75
2.5
⒑
60
2.5
150
155
143.75
2.5
6.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。
計算公式：①彎曲疲勞強度;
②接觸疲勞強度
6.1.1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。
6.1.2 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。
7.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(fù)雜，目前尚難于用計算法準(zhǔn)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。
7.1主軸的基本尺寸確定
7.1.1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,
7.1.2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(dāng)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(xué)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(dāng)時，，說明空心主軸的剛度降低較小。當(dāng)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。
7.1.3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。
7.1.4支撐跨距L
當(dāng)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(dāng)確定。如果為了提高主軸的工作平穩(wěn)性，前后支距可適當(dāng)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。
7.1.5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(dāng)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：
7.2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(dāng)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?？紤]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(fù)雜。現(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?。蝗羟爸兄挝痪o支撐、后支撐為松支撐時，可將前中支距當(dāng)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(dāng)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。
7.3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(xué)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(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計使我明白了自己原來知識太理論化了，面對單獨的課題的是感覺很茫然。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。
總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。
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