机床设计课程设计指导书

1、金属切削机床课程设计指导书 机械工程学院129第一章 绪论1第一节机床设计的目的1第二节 机床课程设计的内容1第二节机床课程设计的步骤及要求1第二章 数控机床主传动系统设计4第一节 主传动系统概述4第二节 主运动系统的参数5第三节 主传动系统的设计6第四节 皮带轮的设计18第三章 主轴组件30第一节 主轴组件的基本要求30第二节 主轴轴承的选择和主轴滚动承31第三节 主轴34第四节主轴组件35第五节 主轴组件的设计计算37第六节主轴端部的结构形式38第四章机床零件的验算43第一节传动轴的验算43第二节齿轮的验算50第三节滚动轴承的验算53第五章 伺服进给系统设计60第一节 概述60第二节 伺服

2、系统性能分析与参数设计63第三节 伺服系统设计步骤及设计计算公式69第四节 消隙机构78第五节 滚珠丝杠副传动79附录：111 第一章 绪论第一节 机床设计的目的 机床课程设计是在学完机床课以后，进行一次学习设计的综合性练习。通过设计，运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。通过设计，分析比较机床主传动中某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计计算和编写技术文件。完成机床主传动设计，达到学习设计步骤和方法的目的。通过机床课程设计，获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力。并为进行一般机械的

3、设计创造一定的条件。第二节 机床课程设计的内容 一运动设计 根据设计题目给定的机床用途、规格、主轴极限转速，拟定转速图、传动系统图、计算带轮直径和齿轮齿数。 二动力设计 根据设计题目给定的机床类型、规格及工作条件，确定主电动机功率；确定主轴及各传动件的计算转速；初定传动轴直径、齿轮模数，确定传动带型号及带根数。在结构机构设计之后，再对机床主要传动件、零件，进行应力、变形和寿命的验算，并修改结构设计。三结构设计 完成运动设计和动力设计之后，还要将主传动方案“结构化”。要设计主轴变速箱装配图及零件工作图，侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、操纵机构、润滑与密封，以及主轴、传动轴、滑移齿轮、操纵

4、元件、箱体等零件的设计。第二节 机床课程设计的步骤及要求 一明确目的要求、查阅有关资料在接到题目后，应弄清给定的条件、数据、所设计机床的类型、性能、应用范围和规定的内容与要求。查阅资料时，除本书外还应查阅机床图册和机床设计手册等。必要时还应到实验室进行实地调查，了解同类型机床的使用性能与操作，主传动部件与相邻部件的安装关系等。二传动方案设计传动方案设计，包括确定主传动的运动参数，拟定转速图、传动比，确定齿轮齿数和带轮直径，主传动的换向与制动方式，画出主传动的传动系统图。三计算主要传动件计算内容如下：V带选择型号和计算所需的根数；传动轴按扭转刚度要求计算轴受扭部分的直径，从而确定轴的直径；齿轮按

5、变动工作用量计算接触强度和弯曲强度，取二者中的大值确定齿轮的模数，再进行齿轮的几何结构计算。 四结构分析与选择 对于设计中涉及到的结构，都要经过认真分析后进行选择。结构分析与选择的主要内容如下： 1主轴组件的结构 主轴端部已经标准化。正确选择主轴轴承的类型及其组合、精度和调整轴承间隙的方法。计算主轴组件的合理跨距。合理选择润滑与密封的方式。注意主轴组件的拆装。2传动轴组件的结构根据轴承的类型，正确选定轴的轴向定位的方法,轴上所安装的零件的拆装与固定。 3齿轮的结构 正确选择齿轮的精度并考虑相应的加工齿形的方法。对于双联和三联齿轮，加工方法决定了相邻齿轮的间距，为缩短轴向尺寸可采用镶装结构。轮毂

6、的长度按导向的要求确定，通常为轴直径的1.5倍左右。 4操纵机构 操纵机构的类型应与变速要求相适应，注意选择定位机构和防止操纵机构中发生干涉现象。五绘制部件的装配图 设计图按1：1的比例绘制，必须遵守工程图学所规定的标准和习惯画法，要求尺寸准确、线条清晰、文字工整，标准件必须按规定绘图。注意布图的匀称美观，通过径向尺寸和轴向尺寸的初步计算，安排图形的位置。可先通过计算画出草图。展开图与剖视图的绘制，常需交叉进行，以便相互对照、全面检查。1.展开图展开图，基本上是按照传动顺序，将各轴展开画在一个平面上，他可以很清楚地表明主轴变速箱的传动与结构。根据课程设计的要求，在展开图上应标注下列内容：轴号、

7、轴承型号、主轴轴承型号与精度等级、齿轮的齿数与模数、轴间中心距、各处的配合尺寸与配合性质、主轴组件的轴向联系尺寸（即轴向尺寸链）和对主轴组件中各零件（包括标准件）进行编号、移动件行程的极限位置、轴向轮廓尺寸和与其它部件有关的联接尺寸等。剖视图 剖视图，应能表达各传动轴和主轴的中间位置，一组操纵机构组件的结构，以及在展开图上难以表达或表达不清楚的机构。通过剖视图的设计，着重表示各机间的空间关系。剖视图中应标注轴号，展开图中没有的轴承型号、配合尺寸和配合性质，有啮合关系的齿轮轴的轴间距和公差，主轴中心到主轴主轴箱安装基面的距离（例如车床的中心高）等。设计中应注意检查可能产生的干涉现象。例如：轴上固

8、定齿轮之间的间距不够长，在滑移齿轮移动时，原啮合的一对尚未完全脱开，另一对齿轮就要进入啮合；由于齿数或传动比确定的不当而引起齿轮与相邻轴干涉；因轴的轴向定位不足而使轴产生轴向窜动，或因超定位而引起干涉；操纵机构动作的干涉；调整环节不能或不便于调整；有的零件难以进行装、拆等。还应注意零件的结构工艺性好。六传动件的验算在装配图底图画好后，传动件的尺寸和位置均已定，便可验算传动轴的弯曲刚度和滚动轴承的寿命。可选出受载严重的一根（或一对轴承）轴进行验算。由于滑移齿论在轴上有几个啮合位置，在各啮合位置上，轴和轴承的受载不同，因此应首先判断和选定受力后使轴的挠度最大或一对齿轮处倾角最大的工作状态，再验算轴

9、的弯曲刚度。轴承寿命的验算，可在验算的传动轴上，选择轴承规格相对较小支反力相对较大处进行验算。当验算结果不能满足性能要求时，应修改设计。七绘制主要零件工作图绘制一个零件工作图，可选择主轴或齿轮。零件图上应有足够的视图和剖面，标全尺寸和公差，注明表面粗糙度、形位公差和技术要求。八编写设计说明书说明书的编写应与设计同时进行，在图样工作全部完成后，再继续编写未完部分，并整理，装订成册。说明书叙述要简明扼要，层次分明，文字通顺，书写工整，图表清晰，计算准确。第二章 数控机床主传动系统设计第一节 主传动系统概述 一主传动的功用机床主传动是实现机床主运动的传动，属于外联系传动链，其功用是：将一定的动力由动

10、力源传递给执行件（如主轴或工作台）；保证执行件具有一定的转速（或速度）和足够的转速范围；能够实现运动的开停、变速、换向和制动等。二主传动的组成主传动一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行件（如主轴、刀架、工作台），以及开停、换向和制动机够等组成部分。动力源给执行件提供动力，并使其得到一定的运动速度和方向；变速装置传递动力以及变换运动速度；执行件执行机床所需的运动，完成旋转或直线运动。开停机构用来实现机床主轴的启动和停止的装置；换向机构用来变换机床主轴旋转方向的装置；制动机构用来控制机床主轴迅速停转的装置，以减少辅助时间。三主传动系统的设计要求数控机床的主传动系统除应满足普通机床主传动要求外，

11、还提出如下要求：1.具有更大的调速范围，并实现无级调速数控机床为了保证加工时能选用合理的切削用量，充分发挥刀具的切削性能，从而获得最高的生产率、加工精度和表面质量，必须具有最高的转速和更大的调速范围。 2.具有较高的精度和刚度，传动平稳，噪声低数控机床加工精度的提高，与主传动系统的刚度密切相关。为此，应提高传动件的制造精度与刚度，齿轮齿面进行高频感应加热淬火增加耐磨性；3.良好的抗振性和热稳定性数控机床上一般既要进行粗加工，又要进行精加工；加工时可能由于断续切削、加工余量不均匀、运动部件不平衡以及切削过程中的自激振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰，使主轴产生振动，影响加工精度和表面粗糙度，严

12、重时甚至破坏刀具或零件，使加工无法进行。因此在主传动系统中各主要零部件不但要具有一定的 静刚度，而且要求具有足够的抑制各种干扰力引起振动的能力抗振性。机床在切削加工中主传动系统的发热使其中所有零部件产生热变形，破坏了零部件之间的相对位置精度和运动精度造成的加工误差，且热变形限制了切削用量的提高，降低传动效率，影响到生产率。为此，要求主轴部件具有较高的热稳定性，通过保持合适的配合间隙，并进行循环润滑保持热平衡等措施来实现。 第二节 主运动系统的参数 机床主传动系统的参数有动力参数和运动参数。动力参数是指主运动驱动电机的功率，运动参数是指主运动的变速范围。 一主传动功率 机床主传动的功率可根据切削

13、功率与主传动传动链的总效率 由下式确定： (2.1)数控机床的加工范围一般都比较大，切削功率可根据有代表性的加工情况，由其主切削抗力按下式确定： (2.2)式中 主切削力的切向分力() 切削速度()； 切削扭矩()； 主轴转速()。 主传动的总效率一般取，数控机床的主传动多用调速电机和有限的机械变速传动来实现，传动链较短，因此，效率可取较大值。二运动参数运动参数是指机床执行件如主轴、工件安装部件（工作台、刀架）的运动速度。 1主轴转速的确定主运动为旋转运动的机床，主轴转速n 由切削速度v 和工件或刀具的直径 d 来确定： （2.3）2. 主轴最高转速和最低转速的确定对于数控机床，为了适应切削速

14、度和工件或刀具直径的变化，主轴的最高、最低转速可由下式确定： （2.4） (2.5)式中 主轴的最高、最低转； 最高、最低的切削速度（）； 相应最大、最小计算转径(mm)；3主轴的变速范围主轴的最高转速与最低转速之比值，称为主轴的变速范围，用表示,即： (2.6)4主轴的计算转速 对于主传动采用无级变速系统的机床，主轴的计算转速可由下式求出： (2.7)5主轴恒功率的变速范围对于主传动采用无级变速系统的机床，主轴恒功率的调速范围可由下式求出 (2.8)6电动机恒功率的调速范围 对于主传动采用无级变速系统的机床，电动机恒功率的调速范围可由下式求出： (2.9)式中 电动机的额定转速。第三节 主传

15、动系统的设计数控机床采用无级变速系统，以利于在一定的调速范围内选择到理想的切削速度，这样既有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。无级变速是指在一定的范围内，转速（或速度）能连续地变换，从而获得最有利的切削速度。机床主传动和进给传动中采用无级变速系统的主要优点是： 1. 可进行无级调速，以得到最有利的切削用量和最小的相对生产率损失； 2. 允许在负载下变速，可随时修改切削用量，以避免产生振动； 3. 缩短变速时间，便于实现遥控和自动控制； 4. 可实现车端面时保持恒定的切削速度，换向迅速而平稳，可大大简化齿轮变速箱，减少制造工作量； 5. 缩短传动链，提高传动平稳性等。缺点是有些无级变速系统

16、成本较高。机床主传动中采用的无级变速装置有三大类：变速电动机、机械无级变速装置和液压无级变速装置。 机械无级变速装置是机床主传动中常用的无级变速装置。 机械无级变速器有钢球式、宽带式等多种结构，它们都是利用摩擦力来传递转矩，通过连续地改变摩擦传动副工作半径来实现无级变速。由于它的变速范围较小，远远不能满足现代机床变速范围的要求。因此，机械无级变速器须串联有级变速箱，以扩大其变速范围。一无级变速主传动设计原则 1尽量选择功率或扭矩特性符合传动系要求的无级变速装置。如执行件作直线主运动的主传动系，对变速装置的要求是恒扭矩传动；如主传动系要求恒功率传动，就应该选择恒功率无级变速装置。 2无级变速系统

17、装置单独使用时，其调速范围较小，满足不了要求，尤其是恒功率调速范围往往远小于机床实际需要的恒功率变速范围。为此，常把无级变速装置与机械分级变速箱串联在一起使用，以扩大恒功率变速范围和整个变速范围。如机床主轴要求的变速范围为Rn，选取的无级变速装置的变速范围为，串联分级变速箱的变速范围应为： （2.10） 式中 机械分级变速箱的变速级数； 机械分级变速箱的公比。 通常，无级变速装置作为传动系中的基本组，而分级变速作为扩大组，其公比理论上应等于无级变速装置的变速范围。实际上由于机械无级变速装置属于摩擦传动，有相对滑动现象，可能得不到理论上的转速。为了得到连续的无级变速，设计时应该使分级变速箱的公比

18、略小于无级变速装置的变速范围，即取使转速之间有一小段重叠，保证转速连续。二数控机床主传动系设计特点 1主传动采用直流或交流电动机无级调速数控机床常用变速电机拖动运动系统。常用的电机有直流电动机和交流调频电机两种。目前，中小型数控机床中，交流调频电机占优势，有取代直流电机之势。设计时，必须注意机床主轴与电动机在功率特性方面的匹配。交流调频电机通常是通过调频进行变速没，一般为笼式感应电动机结构，体积小，转动惯性小，动态响应快；无电刷，因而最高转速不受火花限制；采用全封闭结构，具有空气强冷，保证高转速和较强的超载能力，具有很宽的调速范围。2数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计在设计数控机床主传

19、动时，必须要考虑电动机与机床主轴功率特性匹配问题。由于主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机的恒功率变速范围，所以在电动机与主轴之间要串联一个分级变速箱，以扩大恒功率调速范围，满足低速大功率切削时对电动机的输出功率的要求。在设计分级变速箱时，考虑机床结构复杂程度，运转平稳性要求等因素，变速箱公比的选取有下写列情况：取变速箱的公比等于电动机的恒功率调速范围。即，功率特性图是连续的，无缺口和无重合。如变速箱的变速级数为，则主轴的恒功率变速范围等于变速箱的变速级数可由下式算出 （2.11） 若要简化变速箱结构，希望变速级数少一些，则不得不取较大的公比。变速箱公比可取大于电动机恒功率的调速范围，即。这时

20、，变速箱每挡内有部分转速只能恒扭矩变速，主传动系功率特性图中出现“缺口”，称之功率降低区。使用“缺口”范围内的转速时，为限制扭矩过大，得不到电动机输出的全部功率。为保证缺口处的输出功率，电动机的功率应相应增大。这就是说，简化变速箱是以选择较大功率的电机作为代价的。若级数取小些，则根据式(2.12)计算出公比： （2.12） 如果数控机床为了恒线速切削需在运转中变速时，取变速箱公比小于电动机恒功率的调速范围，即，在主传动系功率特性图上有小段重合，这时变速箱的变速级数仍可由式(2.11）算出。三主传动的运动设计 1转速图的拟定 分析和设计主传动系统须应用一种特殊线图，称为转速图。转速图能够清楚的表

21、达出：传动轴的数目，主轴及各传动轴的转速级数、转速值及其传动路线，变速组的个数、传动顺序及扩大顺序，各变速组的传动副数及其传动比数值，变速规律等。首先根据最高转速和最低转速确定变速范围，选择合适的公比后再确定转速级数，绘制转速图。现举例说明：例2-1 ：已知机床的转速范围在10r/min1800r/min，电动机的最高转速为6000 r/min，额定转速为1500 r/min，电动机的额定功率P=11kW，确定主轴箱结构（1）确定主轴的变速范围 （2）确定主轴的计算转速 由于数控机床主轴的变速范围大，计算转速应比计算值高些，所以圆整取计算转速nc=。（3）确定主轴的恒功率变速范围 （4）确定电

22、动机所能够提供的恒功率变速范围 由于Rnp>>Rdp，电动机直接驱动主轴不能满足恒功率变速要求，因此需要串联一个有级变速箱，以满足主轴的恒功率调速范围。（5）确定转速级数取，则 对于数控车床，为了加工端面时满足恒线速度切削的要求，应使转速有一些重复，故取。（6）拟定转速图和功率特性图如图2.1所示图 2.1转速图和主轴功率特性图在设计主传动系统结构时，需要全面考虑，特别要注意结构尺寸和传动性能的影响，以便拟定出更加完善合理的转速图方案。 2齿轮齿数的确定 确定齿轮齿数应注意的问题： 齿轮的齿数和不应过大，以免加大两轴之间的中心距，使机床的机构庞大；同时，增加齿数和，还会提高齿轮的线

23、速度而加大噪音。一般推荐齿数和。 齿轮的齿数和不应过小，应考虑： a.最小齿轮不产生根切现象，对于标准直齿圆柱齿轮，一般取最小齿数。 b.受结构限制的各齿轮（尤其是最小齿轮），应能可靠地装到轴上或进行套装；齿轮的齿槽到孔壁或键槽的厚度 (为模数），以保证有足够的强度，避免出现变形或断裂现象。 c.两轴间最小中心距应取得适宜。若齿数和太小，则中心距过小，将导致两轴上的轴承及其他结构之间的距离过近或相碰。确定齿轮齿数时，应符合转速图上传动比的要求。实际传动比（齿轮齿数之比）与理论传动比（转速图上给定的传动比）之间允许有误差，但不应过大。由于确定齿轮齿数所造成的主轴转速相对误差，一般于允许超过。即

24、式中 主轴的实际转速； 主轴的标准转速； 公比。 确定齿轮齿数（变速组内齿轮模数相同时齿轮齿数的定）： 确定齿轮齿数时，首先必须确定出各变速组内齿轮副的模数，以便根据结构尺寸判断其最小齿轮齿数或齿数和是否适宜。在同一变速组内的齿轮可取相同的模数，也可取不同的模数。 后者只有在一些特殊的情况下，如最后扩大组或背轮传动中，因各齿轮副的速度变化大，受力情况相差也较大，在同一变速组内才采用不同的模数。在本课程设计中，同一变速组内的齿轮取相同的模数。在同一变速组内，各对齿轮的齿数之比，必须满足转速图上已经确定的传动比。计算公式为： （2.14） （2.15）式中 分别为齿轮副的主动与从动齿轮的齿数； 齿

25、轮副的传动比； 齿轮副的齿数和。确定变速组的齿数和时，一般地说主要是受最小齿轮的限制。显然最小齿轮是在变速组内降速比或升速比最大的一对齿轮中，因此可先假定该小齿轮的齿数，根据传动比求出齿数和，然后按各齿轮副的传动比，再分配其他齿轮副的齿数；如果传动比误差较大，应重新调整齿数和，再按传动比分配齿数。例：在例2-1中，根据转速图确定的传动比可初步确定各轴的齿轮的齿数如下： 根据转速图确定的传动比可初步确定各轴的齿轮如下：（1）轴与轴的中间齿轮的齿数取 根据上式求得 且，所以满足要求。（2）轴与轴之间齿轮的齿数取 根据上式求得 且，所以满足要求。（3）轴与轴之间齿轮的齿数取 根据上式求得 且，所以满

26、足要求。（4）轴与轴之间齿轮的齿数 取 根据式求得 且，所以满足要求。 联立上面两式求得：Z5=55, 。绘制传动系统图根据上述求出的齿轮齿数绘制传动系统图如下：图2.2传动系统图4主轴及各传动轴计算转速的确定： (1) 主轴计算转速的确定：根据转速图得中型车床主轴的计算转速。(2) 各轴的计算转速的确定主轴计算转速确定后，就可以从转速图上得出各传动轴的计算转速，对于上述转速图可得各传动轴的计算转速如下：轴的计算转速：轴的计算转速：轴的计算转速：轴的计算转速：5估算各传动轴轴径：根据传动轴传动的功率大小，用扭转刚度公式进行初步的计算。 式中 d受扭部分的最小直径（mm），计算值应圆整为标准直径

27、系列； K键槽系数，按表选取； A根据许用扭转角确定的系数，按表2.1选取； d传动轴受扭部分的直径（mm）； P电动机额定功率 （kW）； 从电动机到所计算的轴的机械效率，见表2 被估算的传动轴的计算转速（）。表2.1 估算轴径时A和K值0.250.511.52A130110928377K无键单键双键花键轴内径11.041.051.071.10.93表2.2各传动机械效率的概略值类别传动件平均机械效率齿轮传动直齿圆柱齿轮，磨齿0.99带传动V带0.96滚动轴承滚子轴承0.99由于各传动轴属于一般传动轴，所以取，所对应的，电动机的额定功率。（1）轴轴径的估算由于轴上一平键，所以取且 圆整后取（

28、2）轴轴径的估算由于轴上一平键，所以取且 圆整后取（3）轴轴径的估算由于轴为花键轴，所以取且 圆整后取（4） 轴轴径的估算由于轴为花键轴，所以取 圆整后取（5）轴轴径的估算轴为主轴，其前轴径的尺寸，根据电动机的额定功率，应在90120之间，取。则后轴径为：圆整后取6. 齿轮模数的估算 初步计算齿轮模数时，按简化的接触疲劳强度公式进行。一般同一变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最重的小齿轮进行计算。从等强度的观点出发，可减小其它齿轮的宽度，使齿轮基本上处于在相近的接触应力或弯曲应力状态下工作。这样一来，还可以缩短该传动组的轴向尺寸。模数的估算公式如式(2.17) 式中 mj按接触疲劳强度估算的齿

29、轮模数（mm），应圆整为标准值； P电动机额定功率（kW）； nj被估算齿轮的计算转速（r/min）； u大齿轮与小齿轮齿数之比，u>1,外啮合为“+”号，内啮合为“-”号； Z小齿轮齿数； m齿宽系数， m=B/m=610，B为齿宽，m为模数； j许用接触应力（MPa）。查表2.3。表.许用接触应力j例：估算例2-1中各齿轮的模数：根据表2.3选择钢（整体淬火），其接触应力，取，由公式来确定各对齿轮的模数：（1）第一对齿轮： ； 取标准值（2）第二对齿轮： ； ； 取标准值（3） 第三对齿轮： ；取标准值（4）第四对齿轮： ； ； 取标准值（5）第五对齿轮： ； ； 取标准值第四节 皮

30、带轮的设计 带传动是由带和带轮组成传递运动和动力的传动。根据工作原理可分为两类：摩擦带传动和啮合带传动。摩擦带传动是机床主要传动方式之一，常见的有平带传动和V带传动；啮合传动只有同步带一种。 普通V带传动是常见的带传动形式，其结构为：承载层为绳芯或胶帘布，楔角为40°、相对高度进似为0.7、梯形截面环行带。其特点为：当量摩擦系数大，工作面与轮槽粘附着好，允许包角小、传动比大、预紧力小。绳芯结构带体较柔软，曲挠疲劳性好。其应用于：带速V2530m/s;传动功率P700kW;传动比i10轴间距小的传动。一主要失效形式 1带在带轮上打滑，不能传递动力； 2带由于疲劳产生脱层、撕裂和拉断；

31、3带的工作面磨损。 保证带在工作中不打滑的前提下能传递最大功率，并具有一定的疲劳强度和使用寿命是V带传动设计的主要依据，也是靠摩擦传动的其它带传动设计的主要依据。二设计计算 普通V带传动的设计计算见表2-4。设计普通V带传动的原始数据为：传递的功率P(KW）；小、大带轮的转速n1、n2(r/min)；传动对外廓尺寸的要求；传动的工作条件。表2-4普通V带的计算续表2-4表2-5工况系数KA (摘自GB/T13575.1-1992)表2-6 普通V带每米长的质量m 摘自(GB/T13575.1-1992)表2-7小带轮包角修正系数摘自GB/T13575.1-1992表2-8 带长修正系数KL(普

32、通V带摘自GB/T13575.1-1992,JB/ZQ4175-1997)表2-9普通带轮和窄带轮直径系列(摘自GB/T10412-2002)表2-10 普通带的基准长度系列(摘自GB/T11544-1997)表2-11 V带的额定功率(摘自GB/T13575-1992) Y型V带的额定功率(摘自GB/T13575-1992) （KW） 续表（2-11）表2-12 V带轮槽截面尺寸图2-1普通V带选型图V带轮设计实例：设计例-的皮带轮： (1)设计功率的确定：查得工况系数(2) 选定带型：根据和确定为B型。(3)传动比：根据转速图知,传动比为(4)确定小带轮基准直径：参考表取(5)确定大带轮直

33、径：取标准值(6) 验算带速：因为在之间，所以经济耐用。(7)初定带轮轴中心距：得： 即： 初取 (8)确定带基准长度： 选取基准长度(9)计算实际轴间距：取标准值。安装时所需最小轴间距：张紧或补偿伸长所需最大轴间距：(10)验算小带轮包角：所以小带轮包角合适。(11)单根V带的基本额定功率：根据和查得B型V带的基本额定功率。(12)单根V带的额定功率增量：考虑到传动比的影响，额定功率的增量由表查得：(13)计算带的根数：取 根。(14)单根V带的预紧力： (15)作用在轴上的力：(16)带轮的结构和尺寸：由表可查得， ， ，第三章 主轴组件 主轴组件是机床的重要组件之一。它通常由主轴、主轴支

34、轴和安装在主轴上的传动件等组成。主轴是机床的执行件，由它带动工件或刀具直接参加表面成形运动，主轴组件的工件性能直接影响加工质量（包括几何精度、表面粗糙度等）和机床生产率。因此，对于机床主轴组件，除应满足一般传动轴的要求外，还应满足有别于一般传动轴的特殊要求。 第一节 主轴组件的基本要求为了保证主轴组件在规定的条件下获得要求的工作性能，应满足以下要求：一旋转精度 主轴的旋转精度是指主轴前端夹持工件或刀具部分的径向跳动、端面跳动和轴向窜动的大小。旋转精度通常是在机床不受载荷的情况下，用手动或低速空转主轴时进行测量的。主轴旋转精度直接影响工件的加工精度，例如在车床上，安装卡盘的定心轴颈与安装顶尖的锥

35、孔中心线的径向跳动，直接影响加工表面的圆度，而轴向窜动则影响端面加工以及所加工的螺纹螺距精度。 二刚度主轴组件的刚度是指承受切削力时，主轴抵抗变形的能力。 如果主轴刚度不足，在切削力和传动力的作用下，主轴将产生过大的变形，会使装在主轴上的齿轮啮合不好，轴承的工作条件恶化，从而加快磨顺损。三抗振性主轴组件的抗振性性是指机床工作时，主轴组件保持平稳地运转而不发生振动的能力。主轴组件的振动，影响被加工表面的质量，限制机床的生产率；此外，还降低刀具耐用度和机床零件的寿命，发出噪声，影响工作环境等。生产上常以对加工表面质量、精度和生产率的影响来衡量主轴组件的抗震性。随着机床向高精度、高生产率方向发展，对

36、抗振性要求越来越高。 四温升和热变形温升使润滑油的粘度下降。如用脂润滑，温度过高会使脂熔化流失。这些都将影响轴承的工作性能。温升产生热变形，使主轴伸长，轴承间隙变化。主轴箱的热膨胀使主轴偏离正确位置。如果前后轴承温度不同，还将使主轴倾斜。五精度保持性 主轴组件的精度保持性是指长期地保持原始制造精度的能力。为了提高精度保持性，主轴的端部和内锥孔必须具有一定的硬度；滑动轴承配合的轴颈及移动方式主轴的工作表面必须耐磨；同时，正确的选择主轴和滑动轴承的材料与热处理方法以及轴承的类型与润滑方式等，也有助于提高主轴组件的精度保持性。 第二节 主轴轴承的选择和主轴滚动承 主轴轴承是主轴部件的重要组成部分，它

37、的类型、结构、配置、精度、安装、润滑和冷却等状况，都直接影响主轴部件的工作性能。主轴部件上的轴承应具有旋转精度高、刚度高、承载能力强、抗振性好、极限转速高、适应变速范围大、摩擦功耗小、噪声低、寿命长等性能，同时应满足制造简单，使用维修方便、成本低、结构尺寸小等要求。 一主轴部件轴承的选择在数控机床上的主轴轴承常用的有滚动轴承和滑动轴承。由于滚动轴承摩擦阻力小，可以预紧，润滑维修方便，能在一定的转速范围和载荷变动范围下稳定地工作。滚动轴承由专业化工厂生产，选购维修方便，而且它在旋精度、刚度、承载能力、转速、发热等主要性能上能满足大多数主轴部件的要求，特别是它具有能在转速和载荷变动幅度很大的条件下

38、稳定工作的优点，因此在设计主轴部件时，应尽量选用滚动轴承。 二主轴滚动轴承的选型主轴较粗，主轴轴承的直径较大。相对地说，轴承的负载较轻。因此，一般情况下，承载能力和疲劳寿命不是选择主轴轴承的主要指标。 主轴轴承应根据精度、刚度、和转速选择。为了提高精度和刚度，主轴轴承的间隙应该是可调的，这是主轴轴承主要的特点。机床主轴常用的滚动轴承有下列几种： 角接触球轴承 角接抽球轴承见图-1。这种轴承即可承受径向载荷，又可承受轴向载荷。接触角常见的有°和°两种。前者编号为7000C系列；后者为7000AC系列。°接触角多用于轴向载荷较小，转速较高的地方，如磨床主轴。°

39、;的多用于轴向载荷较大的地方，如车床和加工中心主轴。把内、外圈相对轴向位移，可以调整间隙，实现预紧。这种轴承多用于高速主轴.图角接触球轴承为了提高刚度和承载能力，可以多个组合。图-a、b、c为三种基本组合方式：图-角接触球轴承基本组合方式图a为背靠背组合，图b为面对面组合，图c为同向组合。这三种方式，两个轴承都共同承担径向载荷；图a和图b可承受双向轴向载荷，图c则只能承受一个方向的轴向载荷，但承载能力较大，轴向刚度较高。这种组合还可以三联组配（图d）、四联组配等。主轴受弯，希望轴承上产生一个尽量大的支反力矩以抵抗弯曲变形。这个力矩与倾角之比，称为角刚度。单位为N·m/rad。支反力矩

40、的力臂就是角接触线与轴线交点间的距离AB。从图可看出背靠背的组合（图a）的力臂AB比面对面的（图b）长。运转时，由于轴承的外圈装在壳体内，散热条件比内圈好。所以内圈的温度将高于外圈。径向膨胀的结果将使过盈增加。但是背靠背组配时轴向膨胀将使过盈减少。因此，过盈的增加比面对面少。基于上述两个理由，在主轴上，角接触轴承应为背靠背组合。双列圆柱滚子轴承图-a是双列圆柱滚子轴承。它的特点是内孔为1：12的锥孔，与主轴的锥形轴颈相配合。轴向移动内圈，可以把内圈胀大，以消除间隙或预紧。这种轴承只能承受径向载荷。图3-3 双列圆柱滚子轴承 图b是另一种双列圆柱滚子轴承。与图a的差别在于： 图a的滚道挡边开在内

41、圈上，滚动体、保持架和内圈成为一体，外圈可分离；图b则相反：滚道挡边开在外圈上，滚动体、保持架和外圈成为一体，内圈可分离。 图a为特轻型，图b为超轻型。同样孔径，图b的外径比图a小些。前者编号为NN3000K系列，后者为NNU4900K系列。后者只有大型，最小内径100mm. 双向推力角接触球轴承 这种轴承与双列圆柱滚子轴承相配套，用于受轴向载荷，如图-a所示。轴承由左右内圈1和5，外圈3，左右两列滚珠及保持架2和4，隔套6组成。修磨隔套6的厚度就能消除间隙和预紧。它的公称外径与同孔径的双列圆柱滚子轴承相同，但外径公差带在零线的下方，与壳体孔间有间隙，所以不承受径向载荷，专作推力轴承使用。接触

42、角有°，编号为234400。图-双向推力角接触球轴承三 滚动轴承的精度选择滚动轴承按基本尺寸精度和旋转精度分为2、4、5、6、0五个公差等级，其中2级最高，0级为普通精度级。主轴轴承以4级为主（记作P4）。高精度主轴可用P2级。要求较低的主轴或三支承主轴的辅助轴承可用P5级。P6级和P0级一般不用。 基本尺寸精度指轴承内径、外径和宽度等尺寸的加工精度。旋转精度指内圈和外圈的径向圆跳动，内圈的端面圆跳动，外圈表面对基准面的垂直度，内外圈端面的平行度等。轴承精度包括的项目很多，但决定的只有一二项。轴承的工作精度主要决定于旋转精度。对径向轴承（如圆柱滚子轴承）主要是¡°

43、成套轴承内圈的径向跳动Kia¡±或¡°成套轴承外圈的径向跳动Kea¡±。对推力轴承主要是¡°成套轴承内圈端面对滚道的跳动Sia¡±。而对角接触轴承则应兼顾Kia（或Kea）和Sia。主轴滚动轴承内、外圈的旋转精度见表3-1和表3-2。 表31 主轴滚动轴承内圈的旋转精度（单位）表32 主轴滚动轴承外圈的旋转精度（单位）轴承外径D/mm>80120>120150>150180>180250精度等级P2P4P5P2P4P5P2P4P5P2P4P5向心轴承（圆锥滚子轴承除外）K

44、ea56105711581371015圆锥滚子轴承Kea6107118131015如果切削力方向固定，不随主轴旋转而旋转，如车、铣、磨床主轴，则应根据Kia选择。如果切削力方向随主轴的旋转而旋转，如镗床和加工中心主轴，则应根据Kea选择。前后轴承之间，前轴承对主轴组件的精度影响比后轴承的影响大。因此，后轴承的精度可比前轴承低一级。第三节 主轴 本节主要介绍如何确定主轴的结构、合理选择主轴的材料与热处理方法，以及制定主轴的技术条件。一主轴的结构主轴的结构决定于主轴前端安装标准刀具或装夹工件的夹具（如卡盘）等的类型，以及轴上所安装的传动件，轴承等零件的类型、数量，位置和安装方法等，同时还应考虑主轴

45、的加工和装配工艺性。由于通用机床所使用的刀具和夹具大部分是标准件，因此主轴前端的结构必须与标准相适应，以保证通用性。同时还应保证夹具和刀具安装可靠、定位基准、装卸方便和能传递一定的动力。 主轴的结构还决定于所采用的轴承类型及调整方法，安装主轴上的传动件数目、位置、定位和连接方法等。由于主轴上通常安装零件，为便于装配，以及推力轴承、齿轮等轴向定位的需要，主轴一般都做成阶梯形，直径从前向后逐渐缩小。为了避免后轴颈的直径过小，以致过分削弱主轴刚度，并使内孔直径受到限制，轴上阶梯的数目不宜过多。主轴上长的长度尺寸，除个别要保证传动零件的轴向位置外（此时轴向尺寸偏差通常为为0.5mm左右），其他轴向尺寸

46、均为自由尺寸。为使切削螺纹时，砂轮或车刀能越出加工表面，这些部位的阶梯间应有退刀槽。为了齿轮等传动件联接和传动扭矩，主轴上还常常有单键槽或花键槽。 二主轴的材料与热处理 主轴最常用的材料是45号钢，对于在滚动轴承中工作的主轴，进行调质处理，硬度HB=250。对于在滑动轴承中工作的轴颈，可采用局部高频淬火，硬度达HRC=50。为了进一步提高主轴的寿命，对于滑移齿轮的键和主轴的端部也可以采用局部淬火。 三主轴的技术要求 主轴主要技术要求的确定 1. 常见机床主轴部件回转精度 主轴前、后轴颈的同轴度，锥孔相对于前、后轴颈中心连线的径向跳动，定心轴颈及其定位轴肩相对于前、后轴颈中心连线的径向和轴向跳动

47、，是决定主轴精度的主要技术要求项目，直接影响主轴部件的回转精度。 主轴的技术要求，除少数机床已有标准外，大多数机床的主轴主要技术要求，需根据主轴部件的回转精度确定。 主轴零件本身各项精度允差的确定 考虑到轴承的误差和装配造成的误差，及留有必要的精度储备，一般取主轴零件本身的各项精度允差为主轴部件回转精度规定的对应项目允差的1/21/3。第四节主轴组件 一主轴组件的传动方式 主轴旋转运动传动方式的选择，决定于主轴转速的高低，所传递扭矩的大小，对运转平稳性的要求及结构紧凑、装卸维修方便等。 机床主轴传动的方式有齿轮传动、带传动及电动机直接传动。大多数机床主轴是由齿轮传动的，其结构简单、紧凑和能传递

48、较大的扭矩。齿轮装在前、后支撑之间，且靠近主轴的前支撑处，这样与切削力的位置比较靠近，因而主轴的扭矩变形可以减小些。当主轴上装有大小两个齿轮时，因为大齿轮用于低速，作用力较大，应使其靠近前支撑处。 二主轴传动件位置的合理布置 多数主轴是由齿轮传动的。齿轮可位于前后轴承之间，也可位于后轴承之后（如果是三支承主轴，这里的前后轴承指的都是¡°主¡±支承。即后轴承实际上是中轴承。）如果齿轮位于前后轴承之间，则齿轮应尽量靠近前轴承。这样做的好处是可以减少主轴的弯曲变形。此外，由于主轴上传递转矩的部分较短，扭转变形也较小。如果主轴上装有几个齿轮，则一般情况下常使大齿

49、轮靠近前轴承。这样的安排将使前轴承的负荷较大，但前轴承的直径通常大于后轴承，因而承载能力也较大。为了使主轴组件能成为一个独立的单元¡ª主轴单元，近年来常使传动齿轮位于后支承之后的主轴后悬伸处。这时，后支承的负荷较大。应考虑采用承载能力较大的轴承。 三滚动轴承的预紧 预紧或预载荷是指使轴承滚道与滚动体之间有一定的过盈量。当滚动轴承在有间隙的条件下工作，会造成载荷集中作用在处于受力方向的少数几个滚动体上，使这几个滚动体和滚道之间产生很大的接触应力和接触变形。如略有过盈时，可使承载的滚动体增多，滚动体受力均匀，还可以均化误差。所以，适当预紧可提高轴承的刚度和寿命。但是，过度预紧，会使滚动体和滚道的变形太大，将导致提高其温升，并降低轴承寿命。 1双列圆柱滚子轴承的预紧这种轴承是靠内空的锥面，使内圈径向胀大实现预紧的，故称之为径向预紧。衡量预紧大小的是滚子包络圆直径D2（见图3-5（a）与外圈滚道直径之差=(D2-D1)。将称之为径向预紧量或简称¡°预紧量¡±，单位为m。装配时，把外圈装入壳体孔内，测出D1。先不装隔离套1（图3-5（b），把内圈装上主轴。拧动螺母2，用专门的包络圆测量仪测量滚动体的包络圆直径，直到使它比D1大，测出距离L，按L值磨隔套的厚度。装上隔