机械制造行业机械制造装备课程设计普通车床主轴箱部件设计

(机械制造行业)机械制造装备课程设计普通车床主轴箱部件设计湖南工业大学机械工程学院目录1.课程设计任务书·····························································42.绪论·······································································63．设计计算···································································63.1车床的规格系列和用处···················································63.2操作性能要求···························································74.主动参数参数的拟定·························································74.1确定传动公比φ·························································74.2主电动机的选择·························································75.变速结构的设计·····························································85.1主变速方案拟定··························································85.2变速结构式、结构网的选择·················································85.2.1确定变速组及各变速组中变速副的数目································85.2.2变速式的拟定······················································95.2.3结构式的拟定······················································95.2.4结构网的拟定······················································95.2.5结构式的拟定·····················································105.2.6结构式的拟定·····················································105.2.7确定各变速组变速副齿数···········································115.2.8绘制变速系统图···················································136.结构设计··································································136.1结构设计的内容、技术要求和方案··········································136.2展开图及其布置·························································146.3I146.4齿轮块设计·····························································146.5传动轴的设计···························································156.6主轴组件设计···························································166.6.1各部分尺寸的选择·················································166.6.2主轴材料和热处理·················································166.6.3主轴轴承·························································176.6.4主轴与齿轮的连接·················································186.6.5润滑与密封······················································186.6.6其他问题·························································187.传动件的设计······························································187.1带轮的设计·····························································187.2传动轴的直径估算·······················································217.2.1确定各轴转速·····················································217.2.2传动轴直径的估算：确定各轴最小直径································227.2.3键的选择·························································237.3传动轴的校核···························································237.3.1传动轴的校核·····················································237.3.2键的校核·························································24湖南工业大学机械工程学院7.4各变速组齿轮模数的确定和校核···········································247.4.1齿轮模数的确定···················································247.4.2齿宽的确定·······················································287.4.3齿轮结构的设计···················································297.5带轮结构设计···························································307.6片式摩擦离合器的选择和计算·············································317.7齿轮强度校验···························································337.7.1校核a变速组齿轮·················································337.7.2校核b变速组齿轮·················································357.7.3校核c变速组齿轮·················································367.8轴承的选用与校核·······················································377.8.1各轴轴承的选用···················································377.8.2各轴轴承的校核···················································378.主轴组件设计······························································398.1主轴的基本尺寸确定·····················································398.1.1外径尺寸D·······················································398.1.2主轴孔径d·······················································398.1.3主轴悬伸量a·····················································408.1.4支撑跨距L·······················································408.1.5主轴最佳跨距L0的确定············································418.2主轴刚度验算···························································438.2.1主轴前支撑转角的验算·············································448.2.2主轴前端位移的验算···············································459.心得体会及参考文献························································47湖南工业大学课程设计任务书2011—2012学年第一学期机械工程学院（系、部）机械设计制造及自动化专业机设081班级课程名称：《机械制造装备设计》设计题目：起止日期：自2011年11月26日至2011年12月13日共2周湖南工业大学机械工程学院一、设计任务:1、车床最大加工直径为250mm.2、主要技术参数：主电机功率P（kw）主电机转速n电（r·min-1）Nmax（r·min-1）Nmin（r·min-1）公比Ψ414501400631.41内3、加工工件材料为钢材；4、刀具为硬质合金刀具；容二、设计工作量1、运动计算：根据给定的转速确定主传动的机构图、转速图、传统系统图、计算齿轮及齿数；2、动力计算：选择电动机型号，对主要零件（如带、齿轮、主轴、传动轴、轴承等）任3、编写设计计算说明书一份；务4、绘制下列图纸：5、6、②主轴箱部件展开图及主要剖面图；7、③主轴零件图。8、设计说明书及图纸必须为计算机输出稿；9、上交作业应包括电子稿以及打印稿，设计说明书文件格式为word2003版本，平面图纸文件格式为autocad2007或以下版本，3D图为step文件格式（图纸要求包括*3D图可根据学生个体情况选择。起止日期工作内容2011.11.26--2011.11.29参考文献，画图2011.11.30--2011.12.4任务书的编写进度安排2011.12.05--2011.12.13任务书、图纸的整理排版湖南工业大学机械工程学院主要1.《机械制造装备设计》冯辛安等著机械工业出版社2.《机械制造装备设计课程设计》陈立德编高等教育出版社参考3.《机械制造装备设计》陈立德编高等教育出版社4.5.《金属切削机床设计》戴曙著机械工业出版社资料指导教师（签字）：姚建民2011年11月26日系（教研室）主任（签字）：年月日摘要普通中型车床主轴箱设计普通中型车床主轴箱设计，主要包括三方面的设计，即：根据设计题目所给定的机床用途、规格、主轴极限转速、转速数列公比或级数，确定其他有关运动参数，选定主轴各级转速值；通过分析比较，选择传动方案；拟定结构式或结构网，拟定转速图；确定齿轮齿数及带轮直径；绘制传动系统图。其次，根据机床类型和电动机功率，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，确定传动带型号及根数，摩擦片尺寸及数目；装配草图完成后要验算传动件（传动轴、主轴、齿轮、滚动轴承）的刚度、强度或寿命。最后，完成运动设计和动力设计后，要将主传动方案“结构化，设计主轴变速箱装配图及零件图，侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、箱体、润滑与密封、传动轴及滑移齿轮零件的设计。【关键词】车床、主轴箱、变速系统、主轴组件。2.绪论机床技术参数有主参数和基本参数，他们是运动传动和结构设计的依据，影响到机床是否满足所需要的基本功能要求，参数拟定就是机床性能设计。主参数湖南工业大学机械工程学院是直接反映机床的加工能力、决定和影响其他基本参数的依据，如车床的最大加工直径，一般在设计题目中给定，基本参数是一些加工件尺寸、机床结构、运动和动力特性有关的参数，可归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数。通用车床工艺范围广，所加工的工件形状、尺寸和材料各不相同，有粗加工又有精加工；用硬质合金刀具又用高速钢刀具。因此，必须对所设计的机床工艺范围和使用情况做全面的调研和统计，依据某些典型工艺和加工对象，兼顾其他的可能工艺加工的要求，拟定机床技术参数，拟定参数时，要考虑机床发展趋势和同国内外同类机床的对比，使拟定的参数最大限度地适应各种不同的工艺要求和达到机床加工能力下经济合理。机床主传动系因机床的类型、性能、规格和尺寸等因素的不同，应满足的要求也不一样。设计机床主传动系时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动特性，如机床主轴油足够的转速范围和转速级数；满足机床传递动力的要求。主电动机和传动机构能提供足够的功率和转矩，具有较高的传动效率；满足机床工作性能要求。主传动中所有零部件有足够的刚度、精度和抗震性，热变形特性稳定；满足产品的经济性要求。传动链尽可能简短，零件数目要少，以便节约材料，降低成本。3.设计计算3.1车床的规格系列和用处普通机床的规格和类型有系列型号作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计的是普通型车床主轴变速箱。主要用于加工回转体。湖南工业大学机械工程学院表1.1车床的主参数（规格尺寸）和基本参数表工件最大回转直最高转速最低转速电机功公比转速级数径()()率Z(mm)P（kW）3201120257.51.41123.2操作性能要求1）具有皮带轮卸荷装置2）手动操纵双向片式摩擦离合器实现主轴的正反转及停止运动要求3）主轴的变速由变速手柄完成4.主动参数参数的拟定4.1确定传动公比根据【1】公式（3-2）因为已知，∴Z=+1也即Z=12因为=1.41=1.0631.55为1.41的数列25，35.5，50，71，100，140，200，280，400，560，800，1120.31.4.2主电动机的选择合理的确定电机功率P，使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。现在以常见的中碳钢为工件材料，取45号钢，正火处理，车削外圆，表面粗糙度=3.2mm。采用车刀具，可转位外圆车刀，刀杆尺寸：16mm25mm。刀具几何参数：=15，=6，=75，=15，=0，=-10，b=0.3mm，r=1mm。现以确定粗车是的切削用量为设计：湖南工业大学机械工程学院①确定背吃刀量和进给量f，根据【2】表8-50，取4mm，f取0.6。②确定切削速度，参【2】表8-57，取V=1.7。③机床功率的计算，2-表8-59和表8-60数：F=9.81=9..920.95=3242（N）切削功率的计算==32421.7=5.5（kW）依照一般情况，取机床变速效率=0.8.==6.86(kW)根据【3】表12-1Y系列（IP44）电动机的技术数据,Y系列（IP44）电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型异步电动机，具有防尘埃、铁屑或其他杂物侵入电动机内部的特点，B级绝缘，工业环境温度不超过+40℃，相对湿度不超过95%，海拔高度不超过1000m，额定电压380V，频率50Hz。适用于无特殊要求的机械上，如机床，泵，风机，搅拌机，运输机，农业机械等。根据以上要求，我们选取Y132M-4型三相异步电动机，额定功率7.5kW,满载转速1440，额定转矩2.2，质量81kg。至此，可得到上表1.1中的车床参数。5.变速结构的设计5.1主变速方案拟定案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。变速范围可用增加变速组数，也可采用背轮结构、分支变速等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。湖南工业大学机械工程学院型式的主轴变速箱。5.2变速结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的变速不失为有用的方法，但对于分析复杂的变速并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。5.2.1确定变速组及各变速组中变速副的数目数为Z的变速系统由若干个顺序的变速组组成，各变速组分别有、……个变速副。即变速副中由于结构的限制以2或3为合适，即变速级数Z应为2和3的因子：，可以有三种方案：5.2.2变速式的拟定12构、装置和性能。在Ⅰ轴如果安置换向摩擦离合器时，为减少轴向尺寸，第一变速组的变速副数不能多，以2为宜。的变速副数常选用2。综上所述，变速式为12=2×3×2。5.2.3结构式的拟定对于12=2×3×2传动式，有6种结构式和对应的结构网。分别为：由于本次设计的机床I轴装有摩擦离合器，在结构上要求有一齿轮的齿根圆大于离合器的直径。初选的方案。从电动机到主轴主要为降速变速，若使变速副较多的变速组放在较接近电动机处可使小12=2×3×2方案为好。一般限制限制最小变速比；为避免扩大传动误差，减少震动噪声，在升速时一般限制最大转速比。斜齿圆柱齿轮传动较平稳，可取。因此在主变速链任一变速组的最大变速范围。在设计时必须保证中间变速轴的变速范围最小。5.2.4结构网的拟定根据中间变速轴变速范围小的原则选择结构网。从而确定结构网如下：5.2.5结构式的拟定主轴的变速范围应等于住变速传动系中各个变速组变速范围的乘积，即：检查变速组的变速范围是否超过极限值时，只需检查最后一个扩大组。因为其他变速组的变速范围都比最后扩大组的小，只要最后扩大组的变速范围不超过极限值，其他变速组就不会超过极限值。∴，符合要求。5.2.6结构式的拟定绘制转速图⑴、选择Y132M-4型Y系列笼式三相异步电动机。⑵、分配总降速变速比总降速变速比又电动机转速不符合转速数列标准，因而增加一定比变速副。湖南工业大学机械工程学院⑶、确定变速轴轴数变速轴轴数=变速组数+定比变速副数+1=3+1+1=5。⑷、确定各级转速z=12确定各级转速：1120、800、560、400、280、200、140、100、71、50、35.5、25r/min。⑸、绘制转速图abc轴的转速：①先来确定Ⅲ轴的转速变速组c的变速范围为，结合结构式，Ⅲ轴的转速只有一种可能：100、140、200、280、400、560r/min。②确定轴Ⅱ的转速变速组b的级比指数为2，希望中间轴转速较小，因而为了避免升速，又不致变速比太小，可取轴Ⅱ的转速确定为：400、560r/min。③确定轴Ⅰ的转速对于轴Ⅰ，其级比指数为1,可取，确定轴Ⅰ转速为800r/min。由此也可确定加在电动机与主轴之间的定变速比。下面画出转速图（电动机转速与主轴最高转速相近）5.2.7确定各变速组变速副齿数齿轮齿数的确定，当各变速组的传动比确定以后，可确定齿轮齿数。对于定比传动的齿轮齿数可依据机械设计手册推荐的方法确定。对于变速组内齿轮的齿数，如传动比是标准公比的整数次方时，变速组内每对齿轮的齿数和及小齿轮的齿数可以从【1】表3-9中选取。18～20数关系：三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。根据【1】,查表3-9各种常用变速比的使用齿数。⑴、变速组a:时：……57、60、63、66、69、72、75、78……时：……58、60、63、65、67、68、70、72、73、77……可取84,于是可得轴Ⅰ齿轮齿数分别为：28、35。可得轴Ⅱ上的三联齿轮齿数分别为：56、49。⑵、变速组b:根据【1】,查表3-9各种常用变速比的使用齿数,∵，,时：……87、89、90、91、92……时：……87、89、90、91……时：……86、88、90、91……湖南工业大学机械工程学院可取90，于是可得轴Ⅱ上两联齿轮的齿数分别为：18、30、45。72，60、45。⑶、变速组c:根据【1】,查表3-9各种常用变速比的使用齿数,,时：……、85、89、90、94、95、108……时：……84、87、89、90、108……可取108.为降速变速，取轴Ⅲ齿轮齿数为22；为升速变速，取轴Ⅳ齿轮齿数为36。于是得,得轴Ⅲ两联动齿轮的齿数分别为22，72；得轴Ⅳ两齿轮齿数分别为86，36。5.2.8绘制变速系统图根据轴数，齿轮副，电动机等已知条件可有如下系统图：6.结构设计6.1结构设计的内容、技术要求和方案主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结件的结构设计与布置，用一张展开图和若干张横截面图表示。主轴变速箱是机床的重要部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外，着重考虑以下几个方面的问题：精度方面的要求，刚度和抗震性的要求，传动效率要求，主轴前轴承处主轴变速箱结构设计时整个机床设计的重点，由于结构复杂，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。在正式画图前应该先画草图。目的是：1）布置传动件及选择结构方案。2）检验传动设计的结果中有无干涉、碰撞或其他不合理的情况，以便及时改正。确定传动轴的支承跨距、齿轮在轴上的位置以及各轴的相对位置，以确定各轴的受力点和受力方向，为轴和轴承的验算提供必要的数据。6.2展开图及其布置平整展开在同一个平面上。I轴上装的摩擦离合器和变速齿轮。有两种布置方案，一是将两级变速齿轮和离合器做成一体。齿轮的直径受到离合器内径的约束，齿根圆的直径必须大于离合器的外径，否则齿轮无法加工。这样轴的间距加大。另一种布置方案是离合器的左右部分分别装在同轴线的轴上，左边部分接通，得到一级反向转动，右边接通得到三级正向转动。这种齿轮尺寸小但轴向尺寸大。我们采用第二种方案，通过空心轴中的拉杆来操纵离合器的结构。动器不要放在转速太低轴上，以免制动扭矩太大，使制动器尺寸增大。齿轮在轴上布置很重要，关系到变速箱的轴向尺寸，减少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。湖南工业大学机械工程学院6.3I轴（输入轴）的设计I多，装配很不方便，一般都是在箱外组装好I轴在整体装入箱内。我们采用的卸荷装置一般是把轴承装载法兰盘上，通过法兰盘将带轮的拉力传递到箱壁上。方案很多，我们采用正反向离合器。正反向的转换在不停车的状态下进行，常采用片式摩擦离合器。由于装在箱内，一般采用湿式。在确定轴向尺寸时，摩擦片不压紧时，应留有0.2～0.4的间隙，间隙应能调整。离合器及其压紧装置中有三点值得注意：6）摩擦片的轴向定位：由两个带花键孔的圆盘实现。其中一个圆盘装在花键上，另一个装在花键轴上的一个环形沟槽里，并转过一个花键齿，和轴上的花键对正，然后用螺钉把错开的两个圆盘连接在一起。这样就限制了轴向和周向的两个自由度，起了定位作用。7）摩擦片的压紧由加力环的轴向移动实现，在轴系上形成了弹性力的封闭系统，不增加轴承轴向复合。8）结构设计时应使加力环推动摆杆和钢球的运动是不可逆的，即操纵力撤消后，有自锁作用。I轴上装有摩擦离合器，两端的齿轮是空套在轴上，当离合器接通时才和轴一起转动。但脱开的另一端齿轮，与轴回转方向是相反的，二者的相对转速很高（约为两倍左右）。结构设计时应考虑这点。不如滚动轴承，但它的径向尺寸小。空套齿轮需要有轴向定位，轴承需要润滑。6.4齿轮块设计一个齿轮上的载荷是变化的。同时由于齿轮制造及安装误差等，不可避免要产生动载荷而引起振动和噪音，常成为变速箱的主要噪声源，并影响主轴回转均匀性。在齿轮块设计时，应充分考虑这些问题。齿轮块的结构形式很多，取决于下列有关因素：一、是固定齿轮还是滑移齿轮；二、移动滑移齿轮的方法；三、齿轮精度和加工方法；变速箱中齿轮用于传递动力和运动。它的精度选择主要取决于圆周速度。采用同一精度时，圆周速度越高，振动和噪声越大，根据实际结果得知，圆周速度会增加一倍，噪声约增大6dB。级。为了控制噪声，机床上主传动齿轮都要选用较高的精度。大都是用7—6—6很低的，才选8—7—7。如果噪声要求很严，或一些关键齿轮，就应选6—5—5。当精度从7—6—6提高到6—5—5时，制造费用将显著提高。不同精度等级的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构要求也有所不同。湖南工业大学机械工程学院8级精度齿轮，一般滚齿或插齿就可以达到。7级精度齿轮，用较高精度滚齿机或插齿机可以达到。但淬火后，由于变形，精度将下776级精度的齿轮，用精密滚齿机可以达到。淬火齿轮，必须磨齿才能达到6级。机床主轴变速箱中齿轮齿部一般都需要淬火。滑移齿轮进出啮合的一端要圆齿，有规定的形状和尺寸。圆齿和倒角性质不同，加工方法和画法也不一样，应予注意。基面。尽可能做到省工、省料又易于保证精度。都做成组合的齿轮块。有时为了缩短轴向尺寸，也有用组合齿轮的。定位孔或其他方式保证，一般在装配时最后调整确定。6.5传动轴的设计机床传动轴，广泛采用滚动轴承作支撑。轴上要安装齿轮、离合器和制动器等。传动轴应保证这些传动件或机构能正常工作。条件恶化，使振动、噪声、空载功率、磨损和发热增大；两轴中心距误差和轴芯线间的平行度等装配及加工误差也会引起上述问题。上并无困难。所以装滑移齿轮的轴都采用花键轴，不装滑移齿轮的轴也常采用花键轴。花键轴承载能力高，加工和装配也比带单键的光轴方便。滤部分。一般尺寸花键的滚刀直径为65～85。机床传动轴常采用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴承。在温升、空载功率和噪声等方面，球轴承都比滚锥轴承优越。而且滚锥轴承对轴的刚度、支撑孔的加工精度要求都比较高。因此球轴承用的更多。但是滚锥轴承内外圈可以分开，装配方便，间隙容易调整。所以有时在没有轴向力时，也常采用这种轴承。选择轴承的型号和尺寸，首先取决于承载能力，但也要考虑其他结构条件。和可调镗刀头。在箱外调整好镗刀尺寸，可以提高生产率和加工精度。还常采用同一镗刀杆安装多刀同时加工几个同心孔的工艺。下面分析几种镗孔方式：对于支撑跨距长的箱体孔，要从两边同时进行加工；支撑跨距比较短的，可以从一边（丛大孔方面进刀）伸进镗杆，同撑孔直径的安排要求。两孔间的最小壁厚，不得小于5～10，以免加工时孔变形。花键轴两端装轴承的轴颈尺寸至少有一个应小于花键的内径。一般传动轴上轴承选用级精度。是否转动，是否受轴向力，都必须有轴向定位。对受轴向力的轴，其轴向定位就更重要。回转的轴向定位（包括轴承在轴上定位和在箱体孔中定位）在选择定位方式时应注意：1）轴的长度。长轴要考虑热伸长的问题，宜由一端定位。湖南工业大学机械工程学院2）轴承的间隙是否需要调整。3）整个轴的轴向位置是否需要调整。4）在有轴向载荷的情况下不宜采用弹簧卡圈。加工和装配的工艺性等。6.6主轴组件设计主轴组件结构复杂，技术要求高。安装工件（车床）或者刀具（铣床、钻床等）的主轴参予切削成形运动，因此它的精度和性能直接影响加工质量（加工精度和表面粗糙度），设计时主要围绕着保证精度、刚度和抗振性，减少温升和热变形等几个方面考虑。6.6.1各部分尺寸的选择主轴形状与各部分尺寸不仅和强度、刚度有关，而且涉及多方面的因素。1）内孔直径轴。为了扩大使用范围，加大可加工棒料直径，车床主轴内孔直径有增大的趋势。2）轴颈直径后再进行核算。3）前锥孔直径前锥孔用来装顶尖或其他工具锥柄，要求能自锁，目前采用莫氏六号锥孔。4）支撑跨距及悬伸长度=2～3.5，跨距小时，轴承变形对轴端变形的影响大。所以，轴承刚度小时，应选大值，轴刚度差时，则取小值。跨距的大小，很大程度上受其他结构的限制，常常不能满足以上要求。安排结构时力求接近上述要求。6.6.2主轴材料和热处理在主轴结构形状和尺寸一定的条件下，材料的弹性模量E越大，主轴的刚度也越高，由于钢材的E值较大，故一般采用钢质主轴，一般机床的主轴选用价格便宜、性能良好的45号钢。提高主轴有关表面硬度，增加耐磨性，在长期使用中不至于丧失精度，这是对主轴热处理的根本要求。机床主轴都在一定部位上承受着不同程度的摩擦，主轴与滚动轴承配合使用时，轴颈表面具有适当的硬度可改善装配工艺并保证装配精度，通常硬度为HRC40-50即可满足要求。一般机床的主轴，淬火时要求无裂纹，硬度均匀；淬硬层深度不小于1mm，最好1.5-2mm,淬火；淬火部位的空刀槽不能过深，台阶交接处应该倒角；渗氮主轴的锐边、棱角必须倒圆R>0.5mm,可避免渗氮层穿透剥落。6.6.3主轴轴承1）轴承类型选择主轴前轴承有两种常用的类型：许的极限转速低一些。与双列短圆柱滚子轴承配套使用承受轴向力的轴承有三种：600角双向推力向心球轴承。是一种新型轴承，在近年生产的机床上广泛采用。具有承载能力大，允许极限转速高的特点。外径比同规格的双列圆柱滚子轴承小一些。在使用中，这种轴承不承受径向力。湖南工业大学机械工程学院推力球轴承。承受轴向力的能力最高，但允许的极限转速低，容易发热。向心推力球轴承。允许的极限转速高，但承载能力低，主要用于高速轻载的机床。2）轴承的配置支撑的了。三支撑结构要求箱体上三支撑孔具有良好的同心度，否则温升和空载功率增大，效果不一定好。三孔同心在工艺上难度较大，可以用两个支撑的主要支撑，第三个为辅助支撑。辅助支撑轴承（中间支撑或后支撑）保持比较大的游隙（约0.03～0.07比较大、轴产生弯曲变形时，辅助支撑轴承才起作用。前轴承、后轴承还是分别布置在前、后轴承，影响着温升后轴的伸长方向以及结构的负责程度，应根据机床的实际要求确定。在配置轴承时，应注意以下几点：①每个支撑点都要能承受经向力。②两个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受。③径向力和两个方向的轴向力都应传递到箱体上，即负荷都由机床支撑件承受。3）轴承的精度和配合主轴轴承精度要求比一般传动轴高。前轴承的误差对主轴前端的影响最大，所以前轴承的精度一般比后轴承选择高一级。普通精度级机床的主轴，前轴承的选或级，后轴承选或级。选择轴承的精度时，既要考虑机床精度要求，也要考虑经济性。轴承与轴和轴承与箱体孔之间，一般都采用过渡配合。另外轴承的内外环都是薄壁件，轴和孔德形状误差都会反映到轴承滚道上去。如果配合精度选的太低，会降低轴承的回转精度，所以轴和孔的精度应与轴承精度相匹配。1）轴承间隙的调整形成一定的预负载，回转精度和刚度都能提高，寿命、噪声和抗震性也有改善。预负载使轴承内产生接触变形，过大的预负载对提高刚度没有明显的小果，而磨损发热量和噪声都会增大，轴承寿命将因此而降低。112的内錐孔，内圈将胀大消除间隙。隔套越长，误差的影响越小。螺母端面对螺纹中心线垂直度、轴上和孔上套简两端平行度等均有严格的精度要求。6.6.4主轴与齿轮的连接齿轮与主轴的连接可以用花键或者平键；轴做成圆柱体，或者锥面（锥度一般取1：15180国特键不但平衡较好，而且平键高度较低，避免因齿轮键槽太深导致小齿轮轮毂厚度不够的问题。6.6.5润滑与密封主轴转速高，必须保证充分润滑，一般常用单独的油管将油引到轴承处。主轴是两端外伸的轴，防止漏油更为重要而困难。防漏的措施有两种：1）堵——加密封装置防止油外流。湖南工业大学机械工程学院主轴转速高，多采用非接触式的密封装置，形式很多，一种轴与轴承盖之间留0.1～0.3的间隙（间隙越小，密封效果越好，但工艺困难）。还有一种是在轴承盖的孔内开一个或几果又比前两种好。径向式的轴承盖要做成剖分式，较为复杂。2）疏导——在适当的地方做出回油路，使油能顺利地流回到油箱。6.6.6其他问题主轴上齿轮应尽可能靠近前轴承，大齿轮更应靠前，这样可以减小主轴的扭转变形。所以，内端面需要加工，端面和孔有较高的垂直度要求，否则将影响主轴的回转精度。支承孔如果直接开在箱体上，内端面加工有一定难度。为此，可以加一个杯形套孔解决，套孔单独在车床上加工，保证高的端面与孔德垂直度。主轴的直径主要取决于主轴需要的刚度、结构等。各种牌号钢材的弹性模量基本一样，对刚度影响不大。主轴一般选优质中碳钢即可。精度较高的机床主轴考虑到热处理变形的影响，50～55220～250。7.传动件的设计7.1带轮的设计An=1440r/min,传递功率P=7.5kW,传动比i=1.816小时，工作年数10年。(1)、选择三角带的型号由【4】表8-7工作情况系数查的共况系数=1.2。故根据【4】公式（8-21）式中P--电动机额定功率，--工作情况系数因此根据、由【4】图8-11普通V带轮型图选用A型。(2)、确定带轮的基准直径，带轮的直径越小带的弯曲应力就越大。为提高带的寿命，小带轮的直径不宜过小，即。查【4】表8-8、图8-11和表8-6取主动小带轮基准直径=125。由【4】公式(8-15a)式中：-小带轮转速，-大带轮转速，-带的滑动系数，一般取0.02。∴，由【4】表8-8取圆整为224mm。(3)、验算带速度V，按【4】式（8-13）验算带的速度∵，故带速合适。(4)、初定中心距带轮的中心距，通常根据机床的总体布局初步选定，一般可在下列范围内选取：根据【4】经验公式（8-20）取，取=600mm.湖南工业大学机械工程学院(5)、三角带的计算基准长度由【4】公式（8-22）计算带轮的基准长度由【4】表8-2，圆整到标准的计算长度(6)、验算三角带的挠曲次数，符合要求。(7)、确定实际中心距按【4】公式（8-23）计算实际中心距(8)、验算小带轮包角根据【4】公式（8-25），故主动轮上包角合适。(9)、确定三角带根数根据【4】式（8-26）得查表【4】表8-4d由i=1.8和得=0.15KW,查表【4】表8-5，=0.98；查表【4】表8-2，长度系数=1.01∴取根(10)、计算预紧力查【4】表8-3，q=0.1kg/m由【4】式（8-27）其中：-带的变速功率,KW；v-带速,m/s；q-每米带的质量，kg/m；取q=0.1kg/m。v=1440r/min=9.42m/s。⑾、计算作用在轴上的压轴力传动比查表【4】表8-4a由和得=1.92KW7.2传动轴的直径估算传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度的要求，强度要求保证轴在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求较高，不允许有较大变形。因此疲劳强度一般不失是主要矛盾，除了载荷很大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不至发生过大的变形。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。7.2.1确定各轴转速⑴、确定主轴计算转速：计算转速是传动件能传递全部功率的最低转速。各传动件的计算转速可以从转速图上，按主轴的计算转速和相应的传动关系确定。根据【1】表3-10，主轴的计算转速为⑵、各变速轴的计算转速：①轴Ⅲ的计算转速可从主轴71r/min按72/18的变速副找上去，轴Ⅲ的计算转速为100r/min；②轴Ⅱ的计算转速为400r/min；③轴Ⅰ的计算转速为800r/min。⑶、各齿轮的计算转速各变速组内一般只计算组内最小齿轮，也是最薄弱的齿轮，故也只需确定最小齿轮的计算转速。①变速组c中，22/86只需计算z=22的齿轮，计算转速为280r/min；湖南工业大学机械工程学院②变速组b计算z=18的齿轮，计算转速为400r/min；③变速组a应计算z=28的齿轮，计算转速为800r/min。⑷、核算主轴转速误差∵∴所以合适。7.2.2传动轴直径的估算：确定各轴最小直径根据【5】公式（7-15】表7-13得到取1.①Ⅰ轴的直径：取②Ⅱ轴的直径：取③Ⅲ轴的直径：取其中：P-电动机额定功率（kW-从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积；--当轴上有键槽时，d值应相应增大4～5%;当轴为花键轴时，可将估算的d值减小7%为花键轴的小径;空心轴时，d需乘以计算系数b，b值见【5】表7-12。Ⅰ和Ⅳ为由键槽并且轴Ⅳ为空心轴，Ⅱ和Ⅲ为花键轴。根据以上原则各轴的直径取值：，和在后文给定，轴采用光轴，轴和轴因为要安装滑移齿轮所以都采用花键轴。因为矩形花键定心精度高，定心稳定故我采用矩形花键连接。按规定，矩形花键的定心方式为小径定心。查【15】表5-3-30的矩形花键的基本尺寸系列，轴花键轴的规格；轴花键轴的规格。④各轴间的中心距的确定：；；；7.2.3键的选择查【4】表6-1选择轴上的键，根据轴的直径，键的尺寸选择，键的长度L取22。主轴处键的选择同上，键的尺寸为，键的长度L取100。7.3传动轴的校核需要验算传动轴薄弱环节处的倾角荷挠度。验算倾角时，若支撑类型相同则只需验算支反力最大支撑处倾角；当此倾角小于安装齿轮处规定的许用值时，则齿轮处倾角不必验算。验算挠度时，要求验算受力最大的齿轮处，但通常可验算传动轴中点处挠度（误差<%3）.当轴的各段直径相差不大，计算精度要求不高时，可看做等直径，采用平均直径进行计算，计算花键轴传动轴一般只验算弯曲刚度，花键轴还应进行键侧挤压验算。弯曲刚度验算；的刚度时可采用平均直径或当量直径。一般将轴化为集中载荷下的简支梁，其挠度和倾角计算57-15.在同一平面上进行代数叠加，不在同一平面上进行向量叠加。7.3.1传动轴的校核①Ⅰ轴的校核：通过受力分析，在一轴的三对啮合齿轮副中，中间的两对齿轮对Ⅰ轴中点处的挠度影响最大，所以，选择中间齿轮啮合来进行校核最大挠度：查【1】表3-12许用挠度；湖南工业大学机械工程学院。②Ⅱ轴、Ⅲ轴的校核同上。7.3.2键的校核46-2查的许用挤压应力,键与轮榖键槽的接触高度。由【4】式（6-1）可得可见连接的挤压强度足够了，键的标记为：7.4各变速组齿轮模数的确定和校核7.4.1齿轮模数的确定：齿轮模数的估算。通常同一变速组内的齿轮取相同的模数，如齿轮材料相同时，选择负荷最重的小齿轮，根据齿面接触疲劳强度和齿轮弯曲疲劳强度条件按【57-17进行估算模数和，并按其中较大者选取相近的标准模数，为简化工艺变速传动系统内各变速组的齿轮模数最好一样，通常不超过2～3种模数。先计算最小齿数齿轮的模数，齿轮选用直齿圆柱齿轮及斜齿轮传动，查【4】表10-8齿轮精度选用7级精度，再由【4】表10-1选择小齿轮材料为40C(调质)，硬度为280HBS：根据【5】表7-17；有公式：①齿面接触疲劳强度：②齿轮弯曲疲劳强度：⑴、a变速组：分别计算各齿轮模数，先计算最小齿数28的齿轮。①齿面接触疲劳强度：其中:-公比；=2；P-齿轮传递的名义功率；P=0.967.5=7.2KW；-齿宽系数=；-齿轮许允接触应力，由【5】图7-6按MQ线查取;-计算齿轮计算转速;K-载荷系数取1.2。=650MPa，∴根据【6】表10-4将齿轮模数圆整为4mm。②齿轮弯曲疲劳强度：其中:P-齿轮传递的名义功率；P=0.967.5=7.2KW；-齿宽系数=；-齿轮许允齿根应力，由【5】图7-11按MQ线查取；-计算齿轮计算转速;K-载荷系数取1.2。，∴∴根据【6】表10-4将齿轮模数圆整为2.5mm。∵所以于是变速组a的齿轮模数取m=4mm，b=32mm。轴Ⅰ上主动轮齿轮的直径：。轴Ⅱ上三联从动轮齿轮的直径分别为：湖南工业大学机械工程学院⑵、b变速组：确定轴Ⅱ上另两联齿轮的模数，先计算最小齿数18的齿轮。①齿面接触疲劳强度：其中:-公比；=4；P-齿轮传递的名义功率；P=0.9227.5=6.915KW；-齿宽系数=；-齿轮许允接触应力，由【5】图7-6按MQ线查取;-计算齿轮计算转速;K-载荷系数取1.2。=650MPa，∴∴根据【6】表10-4将齿轮模数圆整为5mm。②齿轮弯曲疲劳强度：其中:P-齿轮传递的名义功率；P=0.9227.5=6.915KW；-齿宽系数=；-齿轮许允齿根应力，由【5】图7-11按MQ线查取；-计算齿轮计算转速;K-载荷系数取1.2。，∴∴根据【6】表10-4将齿轮模数圆整为3mm。∵所以于是变速组b的齿轮模数取m=5mm，b=40mm。轴Ⅱ上主动轮齿轮的直径：轴Ⅲ上三联从动轮齿轮的直径分别为：⑶、c变速组：为了使传动平稳，所以使用斜齿轮，取，螺旋角。计算中心距a，∴圆整为280mm。修正螺旋角，所以轴Ⅲ上两联动主动轮齿轮的直径分别为：

轴Ⅳ上两从动轮齿轮的直径分别为：

⑷、标准齿轮参数：从【7】表5-1查得以下公式齿顶圆直径；齿根圆直径；分度圆直径；齿顶高；齿根高；齿轮的具体值见表表5.1齿轮尺寸表（单位：mm）湖南工业大学机械工程学院齿轮齿数模数分度圆直齿顶圆直齿根圆直齿顶高齿根高z径d径径⒈28411212010245⒉35414014813045⒊56422423221445⒋49419620418645⒌1859010077.556.25⒍305150160137.556.25⒎455225235212.556.25⒏725360370347.556.25⒐605200210187.556.25⒑455225235212.556.25⒒225114.12124.5101.165.196.48⒓725373.44383.82360.485.196.48⒔365186.72197.1173.765.196.48⒕865446.06456.44433.15.196.487.4.2齿宽的确定由公式得：①Ⅰ轴主动轮齿轮；②Ⅱ轴主动轮齿轮；③Ⅲ轴主动轮齿轮；一般一对啮合齿轮，为了防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的载荷，设计上，应主动轮比从动轮齿宽大（5～10mm7.4.3齿轮结构的设计湖南工业大学机械工程学院分度圆直径等，而齿圈、轮辐、轮毂等的结构形式及尺寸大小，通常都由结构设计而定。当现决定把齿轮8、12和14做成腹板式结构。其余做成实心结构。根据【4】图10-39（a）齿轮10、12和13结构尺寸计算如下：①齿轮8结构尺寸计算，；；；；；，C取12cm。②齿轮12结构尺寸计算;；；；；；，C取12cm。③齿轮14结构尺寸计算，；；；，C取14cm。7.5带轮结构设计⑴、带轮的材料常用的V带轮材料为HT150或HT200，转速较高时可以采用铸钢或钢板冲压焊接而成，小功略时采用铸铝或塑料。⑵、带轮结构形式V48-14a腹板式（【48-14b48-14c48-14dV带轮的结构形式与基准直径有关，当带轮基准直径（d为安装带轮的轴的直径，mm）时。可以采用实心式，当可以采用腹板式，时可以采用孔板式，当时，可以采用轮辐式。带轮宽度：。分度圆直径：。D=90mm是深沟球轴承6210轴承外径，其他尺寸见带轮零件图。⑶、V带轮的论槽V带轮的轮槽与所选的V带型号向对应，见【4】表8-10.mm槽型与相对应得A11.2.758.79——0湖南工业大学机械工程学院V带绕在带轮上以后发生弯曲变形，使V带工作面夹角发生变化。为了使V带的工作面与大论的轮槽工作面紧密贴合，将V带轮轮槽的工作面得夹角做成小于。V定了轮槽基准直径到带轮外圆和底部的最小高度。轮槽工作表面的粗糙度为。⑷、V带轮的技术要求铸造、焊接或烧结的带轮在轮缘、腹板、轮辐及轮毂上不允许有傻眼、裂缝、缩孔及气泡；转速高于极限转速的带轮要做静平衡，反之做动平衡。其他条件参见中的规定。7.6片式摩擦离合器的选择和计算片式摩擦离合器目前在机床中应用广泛，因为它可以在运转中接通或脱开，具有结合平稳、没有冲击、结构紧凑的特点，部分零件已经标准化，多用于机床主传动。按扭矩选择，即：根据【15】和【14】表6-3-20，①计算转矩，查【15】表6-3-21得∴②摩擦盘工作面的平均直径式中d为轴的直径。③摩擦盘工作面的外直径④摩擦盘工作面的内直径⑤摩擦盘宽度b⑥摩擦面对数m156-3-17，摩擦副材料为淬火钢，对偶材料为淬火钢，摩擦因数取0.08，许用压强取，许用温度<120℃.∴m圆整为7.∴摩擦面片数z=7+1=8.⑦摩擦片脱开时所需的间隙，因为采用湿式所以⑧许用传递转矩因为⑨压紧力Q⑩摩擦面压强p根据【14】表22.7-7选用带滚动轴承的多片双联摩擦离合器，因为安装在箱内，所以采取湿式。结构形式见【14】表22.7-7图（a表5.2特征参数图许用转距重量/kg转动惯量/接合脱开号内部外部力/N力/N图a1204.70.00350.0050170100表5.3主要尺寸图许用转矩DABcEFG号闭式开式图a1201832-1081001832604570湖南工业大学机械工程学院表5.4主要尺寸图HJLRSa号图a85475181152656435-1020117.7齿轮校验在验算算速箱中的齿轮应力时，选相同模数中承受载荷最大，齿数最小的齿轮进接触应力和弯曲应力的验算。这里要验算的是齿轮1，齿轮5，齿轮11这三个齿轮。齿轮强度校核：计算公式：①弯曲疲劳强度;②接触疲劳强度7.7.1校核a变速组齿轮①弯曲疲劳强度；校核齿数为28的齿轮，确定各项参数⑴、,n=800r/min,⑵、确定动载系数∵齿轮精度为7级，由【4】图10-8查得动载系数。由【4】使用系数。⑷、确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数查【4】表10-4，得非对称齿向载荷分配系数；,查【4】图10-13得⑸、确定齿间载荷分配系数:由【4】表10-2查的使用，由【4】表10-3查得齿间载荷分配系数⑹、确定载荷系数:⑺、查【4】表10-5齿形系数及应力校正系数；湖南工业大学机械工程学院⑻、计算弯曲疲劳许用应力由【4】图10-20(c)查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。【4】图10-18查得寿命系数,取疲劳强度安全系数S=1.3，②接触疲劳强度⑴、载荷系数K的确定：⑵、弹性影响系数的确定；查【4】表10-6得⑶、查【4】图10-21（d）得，故齿轮1合适。7.7.2校核b变速组齿轮①弯曲疲劳强度；校核齿数为18的齿轮，确定各项参数⑴、,n=400r/min,⑵、确定动载系数：齿轮精度为7级，由【4】图10-8查得动载系数⑶、⑷、确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数查【4】表10-4，插值法得非对称齿向载荷分配系数,查【4】图10-13得⑸、确定齿间载荷分配系数:由【4】表10-2查的使用；由【4】表10-3查得齿间载荷分配系数⑹、确定动载系数:⑺、查【4】表10-5齿形系数及应力校正系数、⑻、计算弯曲疲劳许用应力由【4】图10-20(c)查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。【4】图10-18查得寿命系数,疲劳强度安全系数S=1.3，②接触疲劳强度⑴、载荷系数K的确定：⑵、弹性影响系数的确定；查【4】表10-6得⑶、查【4】图10-21（d）得，故齿轮8合适。7.7.3校核c变速组齿轮①弯曲疲劳强度；校核齿数为22的齿轮，确定各项参数湖南工业大学机械工程学院⑴、,n=280r/min,⑵、确定动载系数：齿轮精度为7级，由【4】图10-8查得动载系数⑶、⑷、确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数查【4】表10-4，插值法得非对称齿向载荷分布系数，,查【4】图10-13得⑸、确定齿间载荷分配系数:由【4】表10-3齿间载荷分布系数，⑹、确定荷载系数:⑺、查表10-5齿形系数及应力校正系数。⑻、计算弯曲疲劳许用应力由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。【4】图10-18查得寿命系数,疲劳强度安全系数S=1.3，②接触疲劳强度⑴、载荷系数K的确定：⑵、弹性影响系数的确定；查【4】表10-6得⑶、查【4】图10-21（d）得，故齿轮11合适。7.8轴承的选用与校核7.8.1各轴轴承的选用①主轴前支承：NN3022K；中支承：NN3020K；后支撑N219E②Ⅰ轴离合器及齿轮处支承均用：6206;带轮处支承：6210③Ⅱ轴前支承：30207;中支承：NN3009;后支承：30207④Ⅲ轴前支承：30208;后支承：302087.8.2各轴轴承的校核⑴、Ⅰ轴轴承的校核Ⅰ轴选用的是深沟球轴承620619.5KN,由于该轴的转速是定值，所以齿轮越小越靠近轴承，对轴承的要求越高。根据设计要求，应该对Ⅰ轴未端的滚子轴承进行校核。①齿轮的直径②Ⅰ轴传递的转矩∴③齿轮受力根据受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为:在水平面：在水平面：∴4】表13-6查得载荷系数，取，则有：⑤轴承的寿命计算:所以按轴承的受力大小计算寿命故该轴承6206能满足要求。湖南工业大学机械工程学院⑵、其他轴的轴承校核同上，均符合要求。8.主轴组件设计主轴的结构储存应满足使用要求和结构要求，并能保证主轴组件具有较好的工作性能。主轴结构尺寸的影响因素比较复杂，目前尚难于用计算法准确定出。通常，根据使用要求和结构要求，进行同型号筒规格机床的类比分析，先初步选定尺寸，然后通过结构设计确定下来，最后在进行必要的验算或试验，如不能满足要求可重新修改尺寸，直到满意为直。主轴上的结构尺寸虽然很多，但起决定作用的尺寸是：外径D、孔径d、悬伸量a和支撑跨距L。8.1主轴的基本尺寸确定8.1.1外径尺寸D主轴的外径尺寸，关键是主轴前轴颈的（前支撑处）的直径。选定后，其他部位的外径320mmP=7.5KW13-13，前轴颈应,初选,后轴颈取。8.1.2主轴孔径d中型卧式车床的主轴孔径，已由d=48mm,增大到d=60-80mm,当主轴外径一定时，增大孔径受到一下条件的限制，1、结构限制；对于轴径尺寸由前向后递减的主轴，应特别注意主轴后轴颈处的壁厚不允许过薄，对于中型机床的主轴，后轴颈的直径与孔径之差不要小于，主轴尾端最薄处的直径不要小于。2、刚度限制；孔径增大会削弱主轴的刚度，由材料力学知，主轴轴端部的刚度与截面惯性矩成正比，即：式中：据上式可得出主轴孔径对偶刚度影响的，有图可见，24%，因此为了避免过多削弱主轴的刚度，一般取。主轴孔径d确定后，可根据主轴的使用及加工要求选择锥孔的锥度。锥孔仅用于定心时，则锥孔应大些，若锥孔除用于定心，还要求自锁，借以传递转矩d=60mm为0.6。8.1.3主轴悬伸量a主轴悬伸量的大小往往收结构限制，主要取决于主轴端部的结构形式及尺寸、刀具或夹具的安装方式、前轴承的类型及配置、润滑与密封装置的结构尺寸等。主轴设计时，在满足结构的前提下，应最大限度的缩短主轴悬伸量a。根据结构,定悬伸长度。8.1.4支撑跨距L支撑跨距L，当前，多数机床的主轴采用前后两个支撑，结构简单，制造、装配方便，容易保证精度，但是，由于两支撑主轴的最佳支距一般较短，结构设计难于实现，故采用三支撑结构。如图所示，三支撑主轴的前中支距，对主轴组件刚度和抗震性的影响，要比前后支距地影响大得多，因此，需要合理确定。为了使主轴组件获得很高的刚度可抗震性，前中之距可按两支撑主轴的最佳只