变速器壳体卧式双面专用攻丝机床设计 毕业设计说明书.doc

装 订 线 变速器壳体卧式双面专用攻丝机床设计 摘要专用机床是用按系列标准化设计的通用部件和按加工零件的形状及加工 要求设计的专用部件组成的机床。其通用部件已经标准化和系列化，应用时可 根据需要选取，大大缩短了设计和制造周期。专用机床具有成本低、效率高的 特点，因此广泛的大批大量的生产中应用。并且随着技术的发展，数控化和自 动化程度不断提高。 本文主要介绍了适用于加工轻型车变速器壳体结合面螺纹孔的攻丝专用机 床的设计过程。包括了专用机床的总体方案设计、通用部件的选取、主轴箱设 计等详细内容。详细说明了通用部件的选取过程，以及主轴箱设计时标准件的 选取原则和过程，详细的分析了轴的强度。绘制了机床总装图、主轴箱齿轮啮 合原理图、主轴箱总装配图和必要零件图等，并利用有限元分析软件对机床主 要部件进行了可靠性分析。 关键词变速器壳体 专用机床 攻丝 主轴 装 订 线 a horizontal types two-sided special use tapping machine tool design for light vehicles gearbox abstracta special purpose machine is designed by the series of standardized common components and parts by processing the shape and design of special processing requirements of the special machine tool components. its generic components have been standardized and serialized, the application can be selected, greatly shortened the design and manufacturing cycle. combination of machine tool with low cost, high efficiency characteristics, therefore a large number of extensive production of a large number of applications. and as technology advances, degree of automation and cnc continuously improved. this paper mainly introduces the combination machine tool designed for tapping holes in link surface of gearbox casing of light vehicles. it includes the total project design of the machine, the selection of general use parts, the design of spindle box etc. the process of selecting in general use parts and the principle and process of selecting the spindle box is elaborated on, and the strengthen of the shaft were analyzed in detail. drew tool machine to always pack a diagram, principal axis box the wheel gear nie match a principle diagram, principal axis box total assemble diagram and necessary spare parts diagram etc., and made use of limited dollars analytical software to carry on dependable sex analysis to the tool machine main parts. keywords gear-housing special purpose machine tapping spindle 共 页 第 页 装 订 线 目 录 第 1 章 绪论 1 1.1 专用机床的定义、组成以及特点 .1 1.2 专用机床的现状以及发展方向 .1 1.3 毕业设计的内容 2 第 2 章 专用机床的总体设计 4 2.1 专用机床工艺方案的确定 .4 2.1.1 确定专用机床工艺方案的基本原则 .4 2.1.2 加工工艺分析 .4 2.1.3 定位基准的选择 .5 2.2 专用机床切削用量的确定 .5 2.2.1 切削用量的选择 .6 2.2.2 确定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具寿命 .6 第 3 章 专用机床的主轴箱设计 8 3.1 概述 .8 3.1.1 主轴箱的用途与分类 8 3.1.2 主轴箱的组成 8 大型通用主轴箱在生产中应用很广，常见的有： .8 3.1.3 主轴箱通用部件 8 3.2 主轴箱的设计步骤和方法 .10 3.2.1 主轴箱设计的原始依据图 .10 3.2.2 主轴结构、轴颈尺寸及齿轮模数的确定 .11 3.2.3 主轴箱传动系统的确定 .12 2.3.4 绘制坐标检查图 19 3.3 绘制主轴箱总图以及装配明细表 .20 3.3.1 主视图 20 3.3.2 主轴箱展开图 20 第 4 章 主要部件的选择和设计 21 4.1 电动机的选择 .21 4.1.1 主运动电动机的选择 21 4.1.2 进给运动电动机的选择 22 4.2 丝杠和导轨的选择 23 4.2.1 丝杠的选择 23 4.2.2 导轨的选择 24 4.3 带传动机构的设计 24 4.4 攻丝机构的选择设计 27 4.4.1 刀具的选择 27 4.4.2 确定主轴类型、尺寸及外伸长度 28 共 页 第 页 装 订 线 第 5 章 对底座及攻丝轴的有限元分析 31 5.1 有限元分析简介 31 5.2 有限元分析软件介绍 31 5.3 底座的初步设计 31 5.4 对机床底座的有限元分析 31 5.4.1 机床底座的模型建立并将模型导入 ansys workbench 界面 31 5.4.2 定义材料 32 5.4.3 添加约束并划分网格 32 5.4.4 各阶阵型图 33 5.4.5 求解结果 33 5.4.6 最终结论 34 5.5 对机床有限元分析的展望 34 总结 35 参考文献 36 致谢 37 共 37 页 第 1 页 装 订 线 第 1 章 绪论 1.1 专用机床的定义、组成以及特点 专用机床是用按系列标准化设计的通用部件和按加工零件的形状及加工要 求设计的专用部件组成的专用机床。专用机床常用的通用部件包括：床身、底 座、立柱、动力箱、动力滑台以及各种工艺切削头等。对于一些按顺序加工的 多工位专用机床，还具有移动工作台或回转工作台。动力箱、各种工艺切削头 和动力滑台是专用机床完成切削主运动或进给运动的动力部件，是专用机床通 用部件中最基本的部件。动力头可以同时完成切削主运动和进给运动。动力滑 台只能完成进给运动。 主轴箱固定在动力箱上，用来布置切削主轴，将动力箱的运动传递给各主 轴。由于主轴的位置与具体的零件有关，所以主轴箱必须根据零件进行设计。 不能制成完全通用部件，但其中很多零件是通用的。 床身、立柱、中间底座是专用机床的支承部件，它能够保证机床刚度和各部件 之间的精度。除此之外，专用机床还有各种控制部件，主要是用来保证机床按 照规定的程序进行工作。 专用机床与其他专用机床和普通机床相比有以下特点： （1）主要用于棱体类零件和杂件的孔面加工。 （2）生产效率高。因为工序集中，可多面、多工位、多轴、多刀同时自动 加工。 （3）加工精度稳定。因为工序固定，可选用成熟的通用部件、精密夹具和 自动工作循环来保证加工精度的一致性。 （4）研制周期短，便与设计、制造和使用维护简单，成本低。因为通用化、 系列化、标准化程度高，通用部件占 70%90%，通用部件可成批生产或进行 预制或外购。 （5）自动化程度高，劳动强度低。 （6）配置灵活。因为结构模块化、组合化。可按工件或工序要求，用大量 通用部件和少量专用部件灵活组成各种类 （7）的专用机床及自动线；机床易于改装；产品工艺变化时，通用部件一 般还可以重复利用。 1.2 专用机床的现状以及发展方向 专用机床可以完成钻孔、绞孔、攻丝、镗孔、镗孔车端面、车削和铣削的 等工序，还可以进行尺寸检验和简单的装配工序。往往一台机床就能同时完成 以上的工序。近几年来专用机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器、矿山、 机械、航空、以及军工部门都以得到广泛的使用。专用机床及其自动线是集机 电于一体的，综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高 效、高质、经济实用。我国传统的专用机床及专用机床自动线主要采用机、电、 气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零 件，主要是完成完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台， 在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。专用机床的分类有大型专用 机床和小型专用机床，专用机床的配置形式，主要有单工位专用机床和多工位 共 37 页 第 2 页 装 订 线 专用机床两大类。其中单工位专用机床包括了卧式专用机床、立式专用机床、 倾斜式专用机床、复合式专用机床。多工位专用机床包括了具有移动工作台的 专用机床、具有回转工作台的专用机床、鼓轮式专用机床、中央立柱式专用机 床。随着技术的不断进步，一种新型的专用机床柔性专用机床越来越受到 人们的青睐，它是应用了多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自 动更换，配以可编程控制器（plc） 、数字控制（nc）等，能任意改变工作循环 控制和驱动系统，并能灵活适应多品种加工的可调可变的专用机床。另外，近 年来专用机床加工中心、数控专用机床、机床辅机（清洗机、装配机、综合测 量机、试验机、输送线）等在专用机床行业中所占份额也越来越大。 随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高，高精度、高生产率、柔性化、多品 种、短周期、数控专用机床及其自动线正在冲击着传统的专用机床行业企业， 因此专用机床装备的发展思路必须是以提高专用机床加工精度、专用机床柔性、 工作可靠性和技术的成套性为主攻方向。一方面，加强数控技术的应用，提高 专用机床产品数控化率；另一方面，进一步发展新型部件，尤其是多坐标部件， 使其模块化、柔性化，适应可调可变、多品种加工的市场需求。在零部件一体 化程度不断提高、数量减少的同时，加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机 床装备适合加工形状复杂的工件。另外，产品周期的缩短也要求加工机床能够 随时调整和适应新的变化，满足各种各样产品的加工需求。因此我国专用机床 技术在将来将迅速发展其方向归纳为以下几点： （1）提高生产率，进一步提高工序集中程度。 （2）扩大工艺范围。 （3）提高加工精度。 （4）提高自动化程度。 （5）提高专用机床及其自动线的可调性，广泛应用数控技术，发展综合 自动化技术。 （6）发展柔性系统。 1.3 毕业设计的内容 （1）主要研究内容： 1) 查阅相关资料完成总体方案的分析与论证； 2) 总体结构设计； 3) 典型零件设计。 （2）目标和要求： 1） 攻变速器壳体结合面上 m8-6hmm 螺纹孔 10 个，其位置度为 0.3mm 2）攻轴承孔端面上 m8-6hmm 螺纹孔 4 个，其位置度为 0.3mm。 （3）特色 本课题要求学生在查阅国内外相关文献的基础上理解与分析技术要求，在 教师指导下综合运用力学、机械原理、机械设计、检测技术和 cad、cae 等 知识进行设计，使学生综合运用所学的专业知识，培养学生的文献检索分析能 力和产品设计能力及科学研究的工程基本能力。 共 37 页 第 3 页 装 订 线 （4）成果形式价值 1) 总装图及典型零件图（四张零件图纸） ； 2) 文献资料分析报告（含 12 篇外文翻译） ； 3) 设计说明书。 共 37 页 第 4 页 装 订 线 第 2 章 专用机床的总体设计 2.1 专用机床工艺方案的确定 2.1.1 确定专用机床工艺方案的基本原则 （1）粗、精加工分开原则 粗、精加工分开有以下几种含义： 1）在同一台多工位机床上，粗、精加工工序分开在相隔工位数较多的两 个位置上进行，使粗加工切削热有足够的冷却时间，避免其影响精加工的精度。 此外，粗、精加工的夹具通常也要分开考虑。 2）粗、精加工分开在自动线或流水线相隔机床数较多的两台机床上进行， 这样既可以避免粗加工的切削热影响精加工，又可以避免粗加工时的振动和夹 压变形对精加工的影响，机床简单。但是这样往往会造成机床台数、占地面积 和投资增大，因此要综合考虑，以使方案达到最优。 （2）工序集中原则 工序集中是近代机械加工的主要发展方向之一。专用机床正是基于这一原 则发展起来的，即运用多刀（相同轴不同刀具）集中在一台机床上完成一个或 几个工件的不同表面的复杂工艺过程，从而有效的提高生产率。因此，拟定方 案时，在保证加工质量和操作维修方便的前提下同时应适当的将工序集中。但 是，工序过于集中会使机床结构复杂，增加设计难度和制造难度。因此综合考 虑这几方面因素很重要。一般原则如下： 1）适当考虑相同类型的工序的集中 在许可条件下，把相同工序集中在一台机床或同一工位上加工，能简化工 作循环和工装结构。如：集中攻螺纹、集中深孔加工工序、适当集中镗孔工序、 适当集中一般的钻、铰工序等。这样不仅便于统一润滑，还有利于简化主轴传 动系统设计。 2）有相对位置精度要求的工序应集中加工 如箱体各面上主要的传动轴孔相互间有严格的位置精度要求，为避免二次 安装误差影响和便于机床的调整与找正，这类孔的精加工应集中起来，在一次 安装下进行。 2.1.2 加工工艺分析 从第一章设计题目内容中可知，设计要求专用机床主要用来加工变速器壳 共 37 页 第 5 页 装 订 线 体结合面的螺纹孔。因此，对变速器壳体进行简要的分析，被加工零件属于箱 体类零件，只是攻螺纹，所以在一道工序中完成加工任务，以满足工序集中原 则。由于主轴箱内主轴的尺寸还没有确定，因此无法确定轴间最小距离。故先 按照一道工序设计。 2.1.3 定位基准的选择 本工序加工零件为箱体零件，箱体类零件是机械加工中工序多、精度要求 高的零件。这类零件在加工孔和螺纹时，定位基准通常选用“一面双销”的方 法。它的特点是： （1）可以简便地消除工件的 6 个自由度，使工件获得稳定可靠的定位。 （2）有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提 高各面上孔的位置精度。 （3） “一面双销”可作为零件从粗加工到精加工的全部工序的定位基准， 使整个过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证加工 精度。同时，使机床各工序的许多部件实现通用化，有利于缩短设计、制造周 期。降低成本。 （4）易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切屑落于定位基面上。 为了保证加工精度及技术要求作为定位基准的平面和销孔必须规定相应的 尺寸精度和表面粗糙度及位置精度。通常，销孔为 h7 级精度，中心距公差一 般为0.03-0.1mm。这里选择了0.036mm。定位平面的平面度公差选择了 0.08mm。表面粗糙度 ra=0.16mm。 在选择定位销时根据工件的重量不同对销孔直径也有一定要求，其选取标 准见表 2-1。工件质量为 13kg，故定位销孔选择 12mm。 表 2-1 定位销孔直径尺寸 工件重量（kg） 20 20-50 50-100 100 定位销孔直径（mm） 12 16 20 25 2.2 专用机床切削用量的确定 在专用机床工艺方案确定的过程中，工艺方法和关键工序的切削用量选择 十分重要。切削用量选择的是否合理，对专用机床的加工精度、生产率、刀具 耐用度、机床的结构形式及工作可靠性均有较大影响。专用机床切削用量选择 应注意到以下几点： 共 37 页 第 6 页 装 订 线 （1）尽量做到合理使用所有刀具，充分发挥其性能； （2）复合刀具切削用量选择应该考虑刀具使用寿命； （3）选择切削用量时要注意既要保证生产批量的要求，又要保证刀具一 定得耐用度要求； （4）切削用量的选择应有利于主轴箱设计； （5）确定切削用量时还需考虑所选动力滑台的性能。 2.2.1 切削用量的选择 本工序中加工的螺纹孔直径、螺距均相同，可以选择相同的切削用量。切 削用量的选择通常使用查表法。螺纹加工的切削用量见表 2-2。被加工零件的 材料为灰铸铁 ht200，所以切削速度为 2.5-5m/min。选择 v=3.768m/min，即 n=150r/min。进给量 f=1.5mm/r。 表 2-2 切削用量参照表 加工材料 铸 铁 钢及其合金 铝及其合金 切削速度(m/min) 2.5-5 1.5-5 5-15 2.2.2 确定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具寿命 根据选定的切削用量，确定切削扭矩，用于确定主轴及其他传动件的尺寸； 确定切削功率，用于选择主传动电动机的功率；确定刀具寿命，可以检验所选 切削用量或刀具是否合理。 查表 2-3 可知攻螺纹时切削力、切削扭矩、切削功率、刀具寿命的计算公 式。 下面利用表中的公式进行计算： （1）切削转矩 =1.9581.41.51.5=50n.mm； 1.459wmdp （2）切削功率 =903.14/97413.14810-3=0.06kw；7 tv （3）刀具寿命 =11.4820.77/3.141.67/1.252=55min； 21.6twk 表 2-3 切削力、切削扭矩、切削功率、刀具寿命的计算公式表 刀具 材料 工件 材料 切削力 f（n） 切削转矩 m（n.mm） 切削功率 p（ ）k 刀具寿命 高速 钢 灰铸铁 1.459wd9741tvd21.64twkp 共 37 页 第 7 页 装 订 线 其中 d加工直径（mm） p w工件螺距（mm） k t修正系数取 0.77 共 37 页 第 8 页 装 订 线 第 3 章 专用机床的主轴箱设计 3.1 概述 3.1.1 主轴箱的用途与分类 主轴箱是专用机床的重要组成部件之一。按专用要求进行设计，由通用零 件组成，根据被加工零件的加工要求，安排各主轴的位置，并将动力和运动由 电机或动力部件传递给各工作主轴，是指得到要求的转速和转向。 主轴箱是根据加工示意图所确定的工件加工孔的数量、位置、切削用量和 主轴类型设计的传递各主轴运动的动力部件。其动力源于通用动力箱。 主轴箱一般具有很多根轴，是对一系列孔进行加工。大也有单轴，以镗孔 居多。 主轴箱按结构大小可分为大型主轴箱、小型主轴箱和专用主轴箱三大类。 大型主轴箱又可分为通用主轴箱和标准主轴箱两种。通用主轴箱结构典型，能 利用通用的箱体和传动件。专用主轴箱结构特殊，常需要加强主轴系统刚性， 因此，其传动件必须专门设计。 3.1.2 主轴箱的组成 大型通用主轴箱在生产中应用很广，常见的有： （1）钻削类主轴箱； （2）攻丝类主轴箱； （3）钻、攻复合主轴箱。 通用主轴箱由通用零件，如箱体、主轴、传动轴、传动齿轮、轴套和附加 机构等组成。 在主轴箱体内腔，可以安排两排 32mm 宽的齿轮或者三排 24mm 宽的齿轮； 箱体后壁与后盖之间可安排一排（后盖 90mm 厚时）30mm 宽的齿轮或两排（后 盖厚 125mm 时）24mm 宽的齿轮。 3.1.3 主轴箱通用部件 (1)通用箱体。 铸铁的通用箱体、前盖、后盖，由于宽度和高度不同，各有 14 中规格。 主轴箱基本尺寸已经在前一章中已经确定。即：标准厚度 180mm；前盖 55mm； 后盖 125mm；宽度 500mm；高度 400mm。 共 37 页 第 9 页 装 订 线 (2)通用主轴以及传动轴 1)通用主轴 通用主轴按用途不同分为钻削类主轴和攻丝主轴两大类。攻丝类主轴按支 承型式分为前后支承均为圆锥滚子轴承主轴和前后支承均为推力球轴承和无内 环滚针轴承的主轴两种。 通用主轴的参数在上一章已经确定外伸长度 120mm；外伸直径 d/d1=38/20；圆锥滚子轴承主轴直径为 20mm。主轴的最小轴间距见表 3-1。由 表知主轴直径为 20mm 的圆锥滚子轴承主轴的最小轴间距为 48mm。从零件图上 得知轴间的最小距离为 48mm。满足要求，所以所有的螺纹可以在一道工序中完 成。 表 3-1 圆锥滚子轴承通用主轴最小轴间距 主轴直径（ ）m20 25 30 35 40 50 60 15 20 48 25 50.5 53 30 55.5 58 63 35 60.5 63 68 73 40 64.5 67 72 77 81 50 69.5 72 77 83 86 91 60 79.5 82 87 92 96 101 111 2)通用传动轴 通用传动轴按其用途和支撑的不同，分为滚锥传动轴、滚针传动轴、埋头 传动轴、手柄轴、油泵传动轴、攻丝用蜗杆轴六种。表 3-2 所示为通用传动轴 的系列参数。初步选定传动轴直径为 20mm。 3)通用齿轮 主轴箱通用齿轮有传动齿轮、动力头齿轮和电机齿轮三种，三种材料均为 45 钢，齿部进行高频淬火。其主要参数见表 3-3。由于主轴箱后盖的厚度为 125mm，所以动力箱齿轮为 a 型。传动齿轮根据设计过程中安排按表选择。 表 3-2 通用传动轴的系列参数 传动轴类型 传动轴直径 圆锥滚子轴承传动轴 20 25 30 35 40 50 60 共 37 页 第 10 页 装 订 线 滚针轴承传动轴 20 25 30 40 埋头传动轴 25 30 35 40 手柄轴 30 40 50 油泵传动轴 20 攻丝用蜗杆轴 25 表 3-3 通用齿轮系列参数 齿轮类型 宽度 齿数 模数 孔径 数量 传动齿轮 24 16-50 连续 2、2.5、3 15、20、25 、30、35、4 0 395 32 1-70（偶数） 2、2.5、3、 4 25、30、35 、40、50、6 0 597 动力箱齿轮 84（a 型） 44（b 型） 21-26 3、4 25、30、40 、50 40 电机齿轮 79 21-26 3 18、22、28 、32、36 20 3.2 主轴箱的设计步骤和方法 主轴箱是专用机床的重要部件之一，他的好坏关系到整体机床的质量好坏。 目前主轴箱的设计有一般设计法和电子计算机辅助设计法两种。本次设计 应用一般设计法，其顺序是：绘制主轴箱原始依据图；确定主轴结构、轴颈尺 寸及齿轮模数；拟定传动系统；计算主轴、传动轴坐标；绘制坐标检查图；绘 制主轴箱总图、零件图及编制组件明细表。本机床中有两个主轴箱，现具体说 明其中的十轴联动多轴箱，具体设计如下：（四轴联动多轴箱设计类似） 3.2.1 主轴箱设计的原始依据图 主轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的，如图 3-1，其主要内 容及注意事项如下： 共 37 页 第 11 页 装 订 线 （1）根据机床尺寸图绘制主轴箱外形图，并标注轮廓尺寸及动力箱驱动 轴的相对位置尺寸。 （2）根据尺寸联系图和加工示意图，标注所有主轴位置尺寸及工件与主 轴、主轴与驱动轴的相关位置尺寸。 （3）根据加工示意图标注各主轴转速和转向。 （4）列表标明工件材料、加工表面要求，并注明主轴的工序内容、切削 用量及主轴外伸长度等。详见表 3-4 （5）标明动力部件型号及性能参数等。 表 3-4 主轴切削用量、轴号、主轴外伸尺寸参数表 主轴外伸尺寸 切削用量轴号 d/d（mm） l（mm） 工序内容 n(m/min) v(m/min) f(mm/r) 1-10 38/20 120 攻 m8 螺纹 孔 125 3.14 1.25 图 3-1 主轴箱设计原始依据图 3.2.2 主轴结构、轴颈尺寸及齿轮模数的确定 (1)主轴型式和直径的确定 主轴型式和直径主要取决于工艺方法、刀具主轴连接结构、刀具的进给抗 力和切削扭矩。攻螺纹主轴因靠模杆在主轴孔内做轴向移动，为获得良好的导 共 37 页 第 12 页 装 订 线 向性，一般采用双健结构，不用轴向定位。主轴直径按加工示意图所示，主轴 类型及外伸尺寸可初步确定。攻丝主轴直径查表 3-5 选为 20mm，传动轴直径可 参照主轴直径大小初步选定为 20mm。待传动系统设计完后再验算某些关键轴。 表 3-5 攻丝主轴直径的确定 被加工材料 铸 铁 钢 螺纹 扭矩（kg.mm） 主轴直径 （mm） 扭矩 （kg.mm） 主轴直径 （mm） m3 32 8 44 10 m3 32 8 44 10 m4 80 10 110 12 m5 134 12 185 15 m6 240 15 330 15 m8 500 17 700 20 (2)齿轮模数的确定 齿轮模数一般用类比法确定，主轴箱中的模数常用 2、2.5、3、3.5、4 几 种。为便于生产，同一主轴箱中的模数规格最好不要多于两种。由于零件的尺 寸较小，为防止所选的齿轮齿数过少，发生根切或者没有合适的标准齿轮，先 初步选择模数为 2，然后，在设计过程中根据实际情况最终确定其大小。 3.2.3 主轴箱传动系统的确定 主轴传动设计，是根据动力箱驱动轴的位置和转速、各主轴的转速要求， 设计传动链，把驱动轴与各主轴连接起来，使各主轴获得预定的转速和转向。 (1)对主轴箱传动系统的一般要求 1)保证主轴强度、刚度、转速和转向的条件下，力求使传动轴和齿轮的规 格、数量为最少。为此，应尽量用一根传动轴带动多根主轴，并将齿轮布置在 同一排上。当中心矩不符合标准时，可采用变位齿轮或略微改变传动比的方法 解决。 2)量不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴负荷，影响加工质量。 3)使结构紧凑，主轴箱内齿轮副的传动比一般要 1/2，后盖内齿轮传动 比允许取 1：31：3.5；尽量避免升速传动。 4)于粗加工的齿轮，应尽量安排在第排，减少主轴扭转变形，精加工主 轴上的齿轮应该尽量设置在第排，一减少主轴端的弯曲变形。 共 37 页 第 13 页 装 订 线 5)动轴直接带动的转动轴数不能超过两根，以免给装配带来麻烦。 主轴箱传动设计过程中，如果第排不够用，可以增加排数。 (2)拟定主轴箱传动系统的基本方法 拟定主轴箱传动系统的基本方法是：先把全部主轴中心尽可能分布在几个 同心圆上，在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴；非同心圆分布的一些 主轴，也可以设置中间传动轴；然后根据已选定的各中心传动轴再取同心圆， 并用最少的传动轴带动这些中心传动轴；最后通过合拢传动轴与动力箱驱动轴 连接起来。传动系统设计的步骤可简述如下： 1)将主轴划分为各种分布类型 被加工零件上加工孔的位置是多种多样的，但大致可归为同心圆分布、直 线分布和任意分布三种类型。因此主轴箱上主轴分布也分为这三种类型。 2)确定驱动轴转速转向及其在主轴箱上的位置 驱动轴的转速可按动力箱型号选定；当采用动力滑台时，驱动轴的旋转方 向可以任意选定；其中心高度则决定于所选动力箱的规格型号。其中心位置在 机床尺寸联系图中已确定。 3)尽量用最少的传动轴及齿轮副把驱动轴和各主轴连接起来。 (2)传动系统的初步设计 拟定传动路线。如图 3-1 所示各主轴位置已经确定，下面结合主轴分布的 三种类型对其进行传动设计。0 轴为驱动轴，现根据主轴分布特点拟定传动系 统方案如下： 1、3 分布在同一直线上，用一根传动轴 15 传动，传动轴中心位于两轴中 心连线的垂直平分线上。由于零件尺寸较小同时可以带动轴 2； 4、5 轴直线分布，可以用一根传动轴 17 带动，轴的中心在两轴中心连线 的平分线上； 6、7 分布在同一直线上，用一根传动轴 18 带动，轴的中心在两轴中心连 线的平分线上； 8、10 分布在同一直线上，用一根传动轴 16 传动，传动轴中心位于两轴中 心连线的垂直平分线上。由于零件尺寸较小同时可以带动轴 9； 15、16、17、18 也可以找到相同的圆心，也可以用一根传动轴 19 带动， 轴中心位于同心圆的圆心； 传动系统初步设计完成，至于其合理性和具体位置安排要结合中心距，齿 轮模数和齿数的限制在实际设计过程中调节，确定。 (4)确定传动轴位置、齿轮齿数以及校核 1)确定传动轴 15 的位置及各齿轮齿数。传动轴 15 在主轴 1、3 的轴中心 连线的垂直平分线上，同时由于带动主轴 2，取其与主轴 2 的中心距为 51mm， 共 37 页 第 14 页 装 订 线 测量得到传动轴 15 与主轴 1、3 的中心距为 70mm。各主轴转速相同，若取 m=2，z 2=17，并按公式（3-1） 、 （3-2） 、 （3-3）依次求得齿数 z1 、z 2 、z 3 和 转速 n15。 n 主 = n 从 /u= n 从 z 从 / z 主 ； (3-1) z 主 =2a/m- z 从 =2au/m(1+u)； (3-2) z 从 =2a/m- z 主 =2am/u(1+u)； (3-3) 所以 z 2 =2a/m- z2=251/2-17=34；（设在第排） n15= n4 z2 / z2=12534/17=250r/min； z1= z3=2au/m(1+u)=2*70*2/2/（1+2）=46.6，取 z1、 z2为 46。 z1 = z3 =2a/m- z1=270/2-46=24， （设在第排） ，由于主轴转速相同， 所以取 z 1 = z3 =23。 所以 a15-1= a15-3=70mm 为非标准中心距，齿轮需要变位。 下面先分别计算它们的总变位量： a 15-1= a 15-3=a15-1- a=70-69=1=0.52； 即，变位系数为+0.5。查变位系数表 表 3-6 确定变位齿轮个数。与表对 照，两变位系数均小于极限变位系数，故只需要一个齿轮 变位即可凑配出标准中心距。变位齿轮选择主轴 1、3 上的齿轮。 表 3-6 齿轮的极限变位系数 限 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 + 限 0.4 0.6 0.8 1.1 1.2 1.4 1.5 1.7 1.8 1.9 2 - 限 0.1 0.4 0.7 1.0 1.3 1.6 1.9 2.2 2.5 2.8 2)确定传动轴 16 的位置及各齿轮齿数。传动轴 16 用来带动主轴 8、9、10。位于主轴 8、10 的轴中心连线的垂直平分线上，并距主轴 9 的轴中 心距离为 51mm，量得距主轴 8、10 的轴中心为 70mm。取 m=2，z 9=17。并按公 式（3-1） 、 （3-2） 、 （3-3）依次求得齿数 z8 、z 9 、z 10 和转速 n16。 z9 =2a/m- z9=251/2-17=34；（设在第排） n16= n9 z9 / z9=12534/17=250r/min； z8=z10=2au/m(1+u)=2*70*2/2/（1+2）=46.6，取 z8、 z10为 46。 z8 = z10 =2a/m- z8=270/2-46=24， （设在第排） ，由于主轴转速相同， 所以取 z8 = z10 =23。 所以 a16-8= a16-10=70mm 为非标准中心距，齿轮需要变 位。下面先分别计算它们的总变位量： a 16-8= a 16-10=a16-8- a=70-69=1=0.52； 即，变位系数为+0.5。查变位系数表 表 3-6 确定变位齿轮个数。与表对 共 37 页 第 15 页 装 订 线 照，两变位系数均小于极限变位系数，故只需要一个齿轮变位即可凑配出标准 中心距。变位齿轮选择主轴 8、10 上的齿轮。 3)确定传动轴 19 的位置及各齿轮齿数。传动轴 19 带动主轴 15、16、17、18，取其为同心圆的圆心，若传动轴 15，16，17，18 对称设置， 则传动轴 19 在传动轴 15、16 的轴心连线垂直平分线上，取其到轴 15、16、17、18 轴中心的距离为 57mm。若取 m=2，z 15= z16= z17= z18=19。并 按公式（3-1） 、 （3-2） 、 （3-3）依次求得齿数 z15 、z 16 、z 17 、z 18 和转速 n19。 z15 = z16 = z17 = z18 =2a/m- z15= 38（z 15 、 z17 设在第排 z16 、 z18 设在第排） n19= n15z15 / z15=500r/min。 4)确定传动轴 17 的各齿轮齿数。测量得 a17-4=51mm，a 17-5=79.1。若选取 m=2，z 4=17，z 5= 26。a 17-5为非标准中心距，齿轮需要变位，下面先分别计算 它们的总变位量： a 17-5= a17-5- a=79.1-78=1.1=2*0.55 即，变位系数为+0.55。查变位系数表 表 3-6 确定变位齿轮个数。与表对 照，变位系数小于极限变位系数，故只需要一个齿轮变位即可凑配出标准中心 距。变位齿轮选择主轴 5 上的齿轮。下面按公式（3-1） 、 （3-2） 、 （3-3）依次 求得齿数 z4 、z 5 、和转速 n17。即： z4 =2a/m- z4=251/2-17=34 ；（设在第排） z5 =2a/m- z5=278/2-26=52 ；（设在第排） n17= n4z4 / z4=250r/min 5)确定传动轴 18 的各齿轮齿数。测量得 a18-7=51mm，a 18-6=79.1。若选取 m=2，z 7=17，z 6= 26。a 17-6为非标准中心距，齿轮需要变位，下面先分别计算 它们的总变位量： a 17-6= a17-6- a=79.1-78=1.1=2*0.55 即，变位系数为+0.55。查变位系数表 表 3-6 确定变位齿轮个数。与表对 照，变位系数小于极限变位系数，故只需要一个齿轮变位即可凑配出标准中心 距。变位齿轮选择主轴 6 上的齿轮。下面按公式（3-1） 、 （3-2） 、 （3-3）依次 求得齿数 z6 、z 7 、和转速 n18。即： z7 =2a/m- z7=251/2-17=34 ；（设在第排） z6 =2a/m- z6=278/2-26=52 ；（设在第排） n18= n4z6 / z6=250r/min 6)驱动轴的齿轮齿数及与之配合的齿轮齿数的确定。驱动轴的齿轮齿数是 有标准的这在前面已经提到过，这里就不在复述了，其转数为 500r/min。其齿 共 37 页 第 16 页 装 订 线 数为 21，模数 m=3，与之配合的齿轮安装在传动轴 19 上，由前面的计算中知 道 n 19=500r/min。要实现 1：1 的传动比，所以与之配合的齿轮齿 数为 21。宽度为 32mm。根据表 4-3 知传动轴 19 直径为 25mm。 传动设计的全部齿数、模数及所在排数，按规格标在传动系统图 3-2 中， 最后计算各主轴的实际转速见表 3-7。传动轴的坐标计算结果见表 3-8。 图 3-2 主轴箱传动系统原理图 表 3-7 各主轴实际转速 主轴实际 转速 主轴 1 主轴 2 主轴 3 主轴 4 主轴 5 主轴 6 主轴 7 主轴 8 主轴 9 主轴 10 (r/minn ) 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 表 3-8 传动轴的坐标计算结果 传动轴号 15 16 17 18 19 x 174.8 174.8 271.2 271.2 223.0 y 128.8 193.2 128.8 193.2 161.0 7)对传动轴的校核 由于在设计主轴箱传动系统时，初步选定了轴径。所以，传动系统拟定后， 应对总体设计和传动设计中选定的传动轴进行验算，校核是否满足工作要求。 校核过程采用传动轴强度的粗略计算法。对于传动轴来说，把轴看成受纯 扭矩作用，不考虑弯矩影响，而采用较低的材料许用应力的一种强度计算方法， 共 37 页 第 17 页 装 订 线 即扭转刚度计算法。 验算传动轴直径 传动轴所承受的总转矩可以由下式进行计算: t 总 =t1u1+t2u2+tnun 其中 tn是作用在第 n 根主轴上的转矩，单位为 kg.mm，t n=974pn/n， ； un传动轴至第 n 根主轴之间的传动比。 验算各传动轴直径计算如下： 轴15 t 15=3 ti1 un =35001/2=750kg.mm 按表 3-9，取 d=20mm 即可。 轴16 t 16=3 ti1 un =35001/2=750kg.mm 按表 3-9，取 d=20mm 即可。 轴17 t 17=2ti1 un =25001/2=500kg.mm 按表 3-9，取 d=20mm 即可。 轴18 t 18=2 ti1 un =25001/2=500kg.mm 按表 3-9，取 d=20mm 即可。 轴19 t119=2 ti1 un +2ti1 un =25001/2+27501/2=1250kg.mm 按表 3-9，取 d=20mm 即可。由于齿轮限制选择为 d=25mm。 经过计算得到的传动轴直径与之前初步选择的直径相吻合，所以，传动轴 能承受扭矩实现传动，符合要求。 表 3-9 轴能承受的扭矩 共 37 页 第 18 页 装 订 线 注：允许扭转角的适用对象，推荐如下：刚性主轴，取=1/4；非 刚性主轴，取=1/2；传动轴=1。 8)对齿轮啮合关系的校核 在前面已经分别列出了主轴和传动轴的坐标，在这里根据它们的坐标列出 坐标验算表以检验齿轮布置的合理性。见表 3-10。表中，a 实 是按坐标算出的 中心距，a 是按传动齿轮节圆直径算出的中心距，a 是两者的差值，经检验， 差值与前面变位齿轮计算中确定的差值完全符合，所以，齿轮布置是合理的。 五、主轴箱所需动力的计算 主轴箱的动力计算包括主轴箱所需的功率和进给力两项。传动系统确定之 后，主轴所需功率 p 主轴箱 按下列公式计算： p 主轴箱 = p 切削 + p 空转 + p 损失 =p 切削 i+p 空转 i+p 损失 i 式中 p 切削 切削功率，单位为 kw； p 空转 空转功率，单位为 kw； p 损失 与负荷成正比的功率损失，单位为 kw。 由前面计算知各主轴切削功率相同都是 0.06kw，每根轴