機(jī)械傳動課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)1.doc

34 / 35第一章 緒論第一節(jié) 機(jī)床設(shè)計(jì)的目的 機(jī)床課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完機(jī)床課以后，進(jìn)行一次學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的綜合性練習(xí)。通過設(shè)計(jì)，運(yùn)用所學(xué)過的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的理論知識，生產(chǎn)實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐知識，達(dá)到鞏固、加深和擴(kuò)大所學(xué)知識的目的。通過設(shè)計(jì)，分析比較機(jī)床主傳動中某些典型機(jī)構(gòu)，進(jìn)行選擇和改進(jìn)，學(xué)習(xí)構(gòu)造設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和編寫技術(shù)文件。完成機(jī)床主傳動設(shè)計(jì)，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)步驟和方法的目的。通過機(jī)床課程設(shè)計(jì)，獲得設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力。并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造一定的條件。第二節(jié) 機(jī)床課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 一運(yùn)動設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)題目給定的機(jī)床用途、規(guī)格、主軸極限轉(zhuǎn)速，擬定轉(zhuǎn)速圖、傳動系統(tǒng)圖、計(jì)算帶輪直徑和齒輪齒數(shù)。 二動力設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)題目給定的機(jī)床類型、規(guī)格及工作條件，確定主電動機(jī)功率；確定主軸及各傳動件的計(jì)算轉(zhuǎn)速；初定傳動軸直徑、齒輪模數(shù)，確定傳動帶型號及帶根數(shù)。在結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，再對機(jī)床主要傳動件、零件，進(jìn)行應(yīng)力、變形和壽命的驗(yàn)算，并修改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。三結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 完成運(yùn)動設(shè)計(jì)和動力設(shè)計(jì)之后，還要將主傳動方案“結(jié)構(gòu)化”。要設(shè)計(jì)主軸變速箱裝配圖及零件工作圖，側(cè)重進(jìn)行傳動軸組件、主軸組件、變速機(jī)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)、潤滑與密封，以及主軸、傳動軸、滑移齒輪、操縱元件、箱體等零件的設(shè)計(jì)。第二節(jié) 機(jī)床課程設(shè)計(jì)的步驟及要求 一明確目的要求、查閱有關(guān)資料在接到題目后，應(yīng)弄清給定的條件、數(shù)據(jù)、所設(shè)計(jì)機(jī)床的類型、性能、應(yīng)用范圍和規(guī)定的內(nèi)容與要求。查閱資料時，除本書外還應(yīng)查閱機(jī)床圖冊和機(jī)床設(shè)計(jì)手冊等。必要時還應(yīng)到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，了解同類型機(jī)床的使用性能與操作，主傳動部件與相鄰部件的安裝關(guān)系等。二傳動方案設(shè)計(jì)傳動方案設(shè)計(jì)，包括確定主傳動的運(yùn)動參數(shù)，擬定轉(zhuǎn)速圖、傳動比，確定齒輪齒數(shù)和帶輪直徑，主傳動的換向與制動方式，畫出主傳動的傳動系統(tǒng)圖。三計(jì)算主要傳動件計(jì)算內(nèi)容如下：V帶選擇型號和計(jì)算所需的根數(shù)；傳動軸按扭轉(zhuǎn)剛度要求計(jì)算軸受扭部分的直徑，從而確定軸的直徑；齒輪按變動工作用量計(jì)算接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，取二者中的大值確定齒輪的模數(shù)，再進(jìn)行齒輪的幾何結(jié)構(gòu)計(jì)算。 四結(jié)構(gòu)分析與選擇 對于設(shè)計(jì)中涉及到的結(jié)構(gòu)，都要經(jīng)過認(rèn)真分析后進(jìn)行選擇。結(jié)構(gòu)分析與選擇的主要內(nèi)容如下： 1主軸組件的結(jié)構(gòu) 主軸端部已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。正確選擇主軸軸承的類型及其組合、精度和調(diào)整軸承間隙的方法。計(jì)算主軸組件的合理跨距。合理選擇潤滑與密封的方式。注意主軸組件的拆裝。2傳動軸組件的結(jié)構(gòu)根據(jù)軸承的類型，正確選定軸的軸向定位的方法,軸上所安裝的零件的拆裝與固定。 3齒輪的結(jié)構(gòu) 正確選擇齒輪的精度并考慮相應(yīng)的加工齒形的方法。對于雙聯(lián)和三聯(lián)齒輪，加工方法決定了相鄰齒輪的間距，為縮短軸向尺寸可采用鑲裝結(jié)構(gòu)。輪轂的長度按導(dǎo)向的要求確定，通常為軸直徑的1.5倍左右。 4操縱機(jī)構(gòu) 操縱機(jī)構(gòu)的類型應(yīng)與變速要求相適應(yīng)，注意選擇定位機(jī)構(gòu)和防止操縱機(jī)構(gòu)中發(fā)生干涉現(xiàn)象。五繪制部件的裝配圖 設(shè)計(jì)圖按1：1的比例繪制，必須遵守工程圖學(xué)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和習(xí)慣畫法，要求尺寸準(zhǔn)確、線條清晰、文字工整，標(biāo)準(zhǔn)件必須按規(guī)定繪圖。注意布圖的勻稱美觀，通過徑向尺寸和軸向尺寸的初步計(jì)算，安排圖形的位置?？上韧ㄟ^計(jì)算畫出草圖。展開圖與剖視圖的繪制，常需交叉進(jìn)行，以便相互對照、全面檢查。1.展開圖展開圖，基本上是按照傳動順序，將各軸展開畫在一個平面上，他可以很清楚地表明主軸變速箱的傳動與結(jié)構(gòu)。根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求，在展開圖上應(yīng)標(biāo)注下列內(nèi)容：軸號、軸承型號、主軸軸承型號與精度等級、齒輪的齒數(shù)與模數(shù)、軸間中心距、各處的配合尺寸與配合性質(zhì)、主軸組件的軸向聯(lián)系尺寸（即軸向尺寸鏈）和對主軸組件中各零件（包括標(biāo)準(zhǔn)件）進(jìn)行編號、移動件行程的極限位置、軸向輪廓尺寸和與其它部件有關(guān)的聯(lián)接尺寸等。剖視圖 剖視圖，應(yīng)能表達(dá)各傳動軸和主軸的中間位置，一組操縱機(jī)構(gòu)組件的結(jié)構(gòu)，以及在展開圖上難以表達(dá)或表達(dá)不清楚的機(jī)構(gòu)。通過剖視圖的設(shè)計(jì)，著重表示各機(jī)間的空間關(guān)系。剖視圖中應(yīng)標(biāo)注軸號，展開圖中沒有的軸承型號、配合尺寸和配合性質(zhì)，有嚙合關(guān)系的齒輪軸的軸間距和公差，主軸中心到主軸主軸箱安裝基面的距離（例如車床的中心高）等。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意檢查可能產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象。例如：軸上固定齒輪之間的間距不夠長，在滑移齒輪移動時，原嚙合的一對尚未完全脫開，另一對齒輪就要進(jìn)入嚙合；由于齒數(shù)或傳動比確定的不當(dāng)而引起齒輪與相鄰軸干涉；因軸的軸向定位不足而使軸產(chǎn)生軸向竄動，或因超定位而引起干涉；操縱機(jī)構(gòu)動作的干涉；調(diào)整環(huán)節(jié)不能或不便于調(diào)整；有的零件難以進(jìn)行裝、拆等。還應(yīng)注意零件的結(jié)構(gòu)工藝性好。六傳動件的驗(yàn)算在裝配圖底圖畫好后，傳動件的尺寸和位置均已定，便可驗(yàn)算傳動軸的彎曲剛度和滾動軸承的壽命。可選出受載嚴(yán)重的一根（或一對軸承）軸進(jìn)行驗(yàn)算。由于滑移齒論在軸上有幾個嚙合位置，在各嚙合位置上，軸和軸承的受載不同，因此應(yīng)首先判斷和選定受力后使軸的撓度最大或一對齒輪處傾角最大的工作狀態(tài)，再驗(yàn)算軸的彎曲剛度。軸承壽命的驗(yàn)算，可在驗(yàn)算的傳動軸上，選擇軸承規(guī)格相對較小支反力相對較大處進(jìn)行驗(yàn)算。當(dāng)驗(yàn)算結(jié)果不能滿足性能要求時，應(yīng)修改設(shè)計(jì)。七繪制主要零件工作圖繪制一個零件工作圖，可選擇主軸或齒輪。零件圖上應(yīng)有足夠的視圖和剖面，標(biāo)全尺寸和公差，注明表面粗糙度、形位公差和技術(shù)要求。八編寫設(shè)計(jì)說明書說明書的編寫應(yīng)與設(shè)計(jì)同時進(jìn)行，在圖樣工作全部完成后，再繼續(xù)編寫未完部分，并整理，裝訂成冊。說明書敘述要簡明扼要，層次分明，文字通順，書寫工整，圖表清晰，計(jì)算準(zhǔn)確。第二章 數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié) 主傳動系統(tǒng)概述 一主傳動的功用機(jī)床主傳動是實(shí)現(xiàn)機(jī)床主運(yùn)動的傳動，屬于外聯(lián)系傳動鏈，其功用是：將一定的動力由動力源傳遞給執(zhí)行件（如主軸或工作臺）；保證執(zhí)行件具有一定的轉(zhuǎn)速（或速度）和足夠的轉(zhuǎn)速范圍；能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動的開停、變速、換向和制動等。二主傳動的組成主傳動一般由動力源（如電動機(jī)）、變速裝置及執(zhí)行件（如主軸、刀架、工作臺），以及開停、換向和制動機(jī)夠等組成部分。動力源給執(zhí)行件提供動力，并使其得到一定的運(yùn)動速度和方向；變速裝置傳遞動力以及變換運(yùn)動速度；執(zhí)行件執(zhí)行機(jī)床所需的運(yùn)動，完成旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動。開停機(jī)構(gòu)用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸的啟動和停止的裝置；換向機(jī)構(gòu)用來變換機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)方向的裝置；制動機(jī)構(gòu)用來控制機(jī)床主軸迅速停轉(zhuǎn)的裝置，以減少輔助時間。三主傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)除應(yīng)滿足普通機(jī)床主傳動要求外，還提出如下要求：1.具有更大的調(diào)速范圍，并實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速數(shù)控機(jī)床為了保證加工時能選用合理的切削用量，充分發(fā)揮刀具的切削性能，從而獲得最高的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量，必須具有最高的轉(zhuǎn)速和更大的調(diào)速范圍。 2.具有較高的精度和剛度，傳動平穩(wěn)，噪聲低數(shù)控機(jī)床加工精度的提高，與主傳動系統(tǒng)的剛度密切相關(guān)。為此，應(yīng)提高傳動件的制造精度與剛度，齒輪齒面進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱淬火增加耐磨性；3.良好的抗振性和熱穩(wěn)定性數(shù)控機(jī)床上一般既要進(jìn)行粗加工，又要進(jìn)行精加工；加工時可能由于斷續(xù)切削、加工余量不均勻、運(yùn)動部件不平衡以及切削過程中的自激振動等原因引起的沖擊力或交變力的干擾，使主軸產(chǎn)生振動，影響加工精度和表面粗糙度，嚴(yán)重時甚至破壞刀具或零件，使加工無法進(jìn)行。因此在主傳動系統(tǒng)中各主要零部件不但要具有一定的 靜剛度，而且要求具有足夠的抑制各種干擾力引起振動的能力抗振性。機(jī)床在切削加工中主傳動系統(tǒng)的發(fā)熱使其中所有零部件產(chǎn)生熱變形，破壞了零部件之間的相對位置精度和運(yùn)動精度造成的加工誤差，且熱變形限制了切削用量的提高，降低傳動效率，影響到生產(chǎn)率。為此，要求主軸部件具有較高的熱穩(wěn)定性，通過保持合適的配合間隙，并進(jìn)行循環(huán)潤滑保持熱平衡等措施來實(shí)現(xiàn)。 第二節(jié) 主運(yùn)動系統(tǒng)的參數(shù) 機(jī)床主傳動系統(tǒng)的參數(shù)有動力參數(shù)和運(yùn)動參數(shù)。動力參數(shù)是指主運(yùn)動驅(qū)動電機(jī)的功率，運(yùn)動參數(shù)是指主運(yùn)動的變速范圍。 一主傳動功率 機(jī)床主傳動的功率可根據(jù)切削功率與主傳動傳動鏈的總效率 由下式確定： (2.1)數(shù)控機(jī)床的加工范圍一般都比較大，切削功率可根據(jù)有代表性的加工情況，由其主切削抗力按下式確定： (2.2)式中 主切削力的切向分力() 切削速度()； 切削扭矩()； 主軸轉(zhuǎn)速()。 主傳動的總效率一般取，數(shù)控機(jī)床的主傳動多用調(diào)速電機(jī)和有限的機(jī)械變速傳動來實(shí)現(xiàn)，傳動鏈較短，因此，效率可取較大值。二運(yùn)動參數(shù)運(yùn)動參數(shù)是指機(jī)床執(zhí)行件如主軸、工件安裝部件（工作臺、刀架）的運(yùn)動速度。 1主軸轉(zhuǎn)速的確定主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)床，主軸轉(zhuǎn)速n 由切削速度v 和工件或刀具的直徑 d 來確定： （2.3）2. 主軸最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的確定對于數(shù)控機(jī)床，為了適應(yīng)切削速度和工件或刀具直徑的變化，主軸的最高、最低轉(zhuǎn)速可由下式確定： （2.4） (2.5)式中 主軸的最高、最低轉(zhuǎn)； 最高、最低的切削速度（）； 相應(yīng)最大、最小計(jì)算轉(zhuǎn)徑(mm)；3主軸的變速范圍主軸的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比值，稱為主軸的變速范圍，用表示,即： (2.6)4主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 對于主傳動采用無級變速系統(tǒng)的機(jī)床，主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速可由下式求出： (2.7)5主軸恒功率的變速范圍對于主傳動采用無級變速系統(tǒng)的機(jī)床，主軸恒功率的調(diào)速范圍可由下式求出 (2.8)6電動機(jī)恒功率的調(diào)速范圍 對于主傳動采用無級變速系統(tǒng)的機(jī)床，電動機(jī)恒功率的調(diào)速范圍可由下式求出： (2.9)式中 電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。第三節(jié) 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床采用無級變速系統(tǒng)，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇到理想的切削速度，這樣既有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。無級變速是指在一定的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速（或速度）能連續(xù)地變換，從而獲得最有利的切削速度。機(jī)床主傳動和進(jìn)給傳動中采用無級變速系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是： 1. 可進(jìn)行無級調(diào)速，以得到最有利的切削用量和最小的相對生產(chǎn)率損失； 2. 允許在負(fù)載下變速，可隨時修改切削用量，以避免產(chǎn)生振動； 3. 縮短變速時間，便于實(shí)現(xiàn)遙控和自動控制； 4. 可實(shí)現(xiàn)車端面時保持恒定的切削速度，換向迅速而平穩(wěn)，可大大簡化齒輪變速箱，減少制造工作量； 5. 縮短傳動鏈，提高傳動平穩(wěn)性等。缺點(diǎn)是有些無級變速系統(tǒng)成本較高。機(jī)床主傳動中采用的無級變速裝置有三大類：變速電動機(jī)、機(jī)械無級變速裝置和液壓無級變速裝置。 機(jī)械無級變速裝置是機(jī)床主傳動中常用的無級變速裝置。 機(jī)械無級變速器有鋼球式、寬帶式等多種結(jié)構(gòu)，它們都是利用摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩，通過連續(xù)地改變摩擦傳動副工作半徑來實(shí)現(xiàn)無級變速。由于它的變速范圍較小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代機(jī)床變速范圍的要求。因此，機(jī)械無級變速器須串聯(lián)有級變速箱，以擴(kuò)大其變速范圍。一無級變速主傳動設(shè)計(jì)原則 1盡量選擇功率或扭矩特性符合傳動系要求的無級變速裝置。如執(zhí)行件作直線主運(yùn)動的主傳動系，對變速裝置的要求是恒扭矩傳動；如主傳動系要求恒功率傳動，就應(yīng)該選擇恒功率無級變速裝置。 2無級變速系統(tǒng)裝置單獨(dú)使用時，其調(diào)速范圍較小，滿足不了要求，尤其是恒功率調(diào)速范圍往往遠(yuǎn)小于機(jī)床實(shí)際需要的恒功率變速范圍。為此，常把無級變速裝置與機(jī)械分級變速箱串聯(lián)在一起使用，以擴(kuò)大恒功率變速范圍和整個變速范圍。如機(jī)床主軸要求的變速范圍為Rn，選取的無級變速裝置的變速范圍為，串聯(lián)分級變速箱的變速范圍應(yīng)為： （2.10） 式中 機(jī)械分級變速箱的變速級數(shù)； 機(jī)械分級變速箱的公比。 通常，無級變速裝置作為傳動系中的基本組，而分級變速作為擴(kuò)大組，其公比理論上應(yīng)等于無級變速裝置的變速范圍。實(shí)際上由于機(jī)械無級變速裝置屬于摩擦傳動，有相對滑動現(xiàn)象，可能得不到理論上的轉(zhuǎn)速。為了得到連續(xù)的無級變速，設(shè)計(jì)時應(yīng)該使分級變速箱的公比略小于無級變速裝置的變速范圍，即取使轉(zhuǎn)速之間有一小段重疊，保證轉(zhuǎn)速連續(xù)。二數(shù)控機(jī)床主傳動系設(shè)計(jì)特點(diǎn) 1主傳動采用直流或交流電動機(jī)無級調(diào)速數(shù)控機(jī)床常用變速電機(jī)拖動運(yùn)動系統(tǒng)。常用的電機(jī)有直流電動機(jī)和交流調(diào)頻電機(jī)兩種。目前，中小型數(shù)控機(jī)床中，交流調(diào)頻電機(jī)占優(yōu)勢，有取代直流電機(jī)之勢。設(shè)計(jì)時，必須注意機(jī)床主軸與電動機(jī)在功率特性方面的匹配。交流調(diào)頻電機(jī)通常是通過調(diào)頻進(jìn)行變速沒，一般為籠式感應(yīng)電動機(jī)結(jié)構(gòu)，體積小，轉(zhuǎn)動慣性小，動態(tài)響應(yīng)快；無電刷，因而最高轉(zhuǎn)速不受火花限制；采用全封閉結(jié)構(gòu)，具有空氣強(qiáng)冷，保證高轉(zhuǎn)速和較強(qiáng)的超載能力，具有很寬的調(diào)速范圍。2數(shù)控機(jī)床驅(qū)動電動機(jī)和主軸功率特性的匹配設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床主傳動時，必須要考慮電動機(jī)與機(jī)床主軸功率特性匹配問題。由于主軸要求的恒功率變速范圍遠(yuǎn)大于電動機(jī)的恒功率變速范圍，所以在電動機(jī)與主軸之間要串聯(lián)一個分級變速箱，以擴(kuò)大恒功率調(diào)速范圍，滿足低速大功率切削時對電動機(jī)的輸出功率的要求。在設(shè)計(jì)分級變速箱時，考慮機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性要求等因素，變速箱公比的選取有下寫列情況：取變速箱的公比等于電動機(jī)的恒功率調(diào)速范圍。即，功率特性圖是連續(xù)的，無缺口和無重合。如變速箱的變速級數(shù)為，則主軸的恒功率變速范圍等于變速箱的變速級數(shù)可由下式算出 （2.11） 若要簡化變速箱結(jié)構(gòu)，希望變速級數(shù)少一些，則不得不取較大的公比。變速箱公比可取大于電動機(jī)恒功率的調(diào)速范圍，即。這時，變速箱每擋內(nèi)有部分轉(zhuǎn)速只能恒扭矩變速，主傳動系功率特性圖中出現(xiàn)“缺口”，稱之功率降低區(qū)。使用“缺口”范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速時，為限制扭矩過大，得不到電動機(jī)輸出的全部功率。為保證缺口處的輸出功率，電動機(jī)的功率應(yīng)相應(yīng)增大。這就是說，簡化變速箱是以選擇較大功率的電機(jī)作為代價(jià)的。若級數(shù)取小些，則根據(jù)式(2.12)計(jì)算出公比： （2.12） 如果數(shù)控機(jī)床為了恒線速切削需在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速時，取變速箱公比小于電動機(jī)恒功率的調(diào)速范圍，即，在主傳動系功率特性圖上有小段重合，這時變速箱的變速級數(shù)仍可由式(2.11）算出。三主傳動的運(yùn)動設(shè)計(jì) 1轉(zhuǎn)速圖的擬定 分析和設(shè)計(jì)主傳動系統(tǒng)須應(yīng)用一種特殊線圖，稱為轉(zhuǎn)速圖。轉(zhuǎn)速圖能夠清楚的表達(dá)出：傳動軸的數(shù)目，主軸及各傳動軸的轉(zhuǎn)速級數(shù)、轉(zhuǎn)速值及其傳動路線，變速組的個數(shù)、傳動順序及擴(kuò)大順序，各變速組的傳動副數(shù)及其傳動比數(shù)值，變速規(guī)律等。首先根據(jù)最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速確定變速范圍，選擇合適的公比后再確定轉(zhuǎn)速級數(shù)，繪制轉(zhuǎn)速圖?，F(xiàn)舉例說明：例2-1 ：已知機(jī)床的轉(zhuǎn)速范圍在10r/min1800r/min，電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為6000 r/min，額定轉(zhuǎn)速為1500 r/min，電動機(jī)的額定功率P=11kW，確定主軸箱結(jié)構(gòu)（1）確定主軸的變速范圍 （2）確定主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 由于數(shù)控機(jī)床主軸的變速范圍大，計(jì)算轉(zhuǎn)速應(yīng)比計(jì)算值高些，所以圓整取計(jì)算轉(zhuǎn)速nc=。（3）確定主軸的恒功率變速范圍 （4）確定電動機(jī)所能夠提供的恒功率變速范圍 由于RnpRdp，電動機(jī)直接驅(qū)動主軸不能滿足恒功率變速要求，因此需要串聯(lián)一個有級變速箱，以滿足主軸的恒功率調(diào)速范圍。（5）確定轉(zhuǎn)速級數(shù)取，則 對于數(shù)控車床，為了加工端面時滿足恒線速度切削的要求，應(yīng)使轉(zhuǎn)速有一些重復(fù)，故取。（6）擬定轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖如圖2.1所示圖 2.1轉(zhuǎn)速圖和主軸功率特性圖在設(shè)計(jì)主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時，需要全面考慮，特別要注意結(jié)構(gòu)尺寸和傳動性能的影響，以便擬定出更加完善合理的轉(zhuǎn)速圖方案。 2齒輪齒數(shù)的確定 確定齒輪齒數(shù)應(yīng)注意的問題： 齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過大，以免加大兩軸之間的中心距，使機(jī)床的機(jī)構(gòu)龐大；同時，增加齒數(shù)和，還會提高齒輪的線速度而加大噪音。一般推薦齒數(shù)和。 齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)過小，應(yīng)考慮： a.最小齒輪不產(chǎn)生根切現(xiàn)象，對于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，一般取最小齒數(shù)。 b.受結(jié)構(gòu)限制的各齒輪（尤其是最小齒輪），應(yīng)能可靠地裝到軸上或進(jìn)行套裝；齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽的厚度 (為模數(shù)），以保證有足夠的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)變形或斷裂現(xiàn)象。 c.兩軸間最小中心距應(yīng)取得適宜。若齒數(shù)和太小，則中心距過小，將導(dǎo)致兩軸上的軸承及其他結(jié)構(gòu)之間的距離過近或相碰。確定齒輪齒數(shù)時，應(yīng)符合轉(zhuǎn)速圖上傳動比的要求。實(shí)際傳動比（齒輪齒數(shù)之比）與理論傳動比（轉(zhuǎn)速圖上給定的傳動比）之間允許有誤差，但不應(yīng)過大。由于確定齒輪齒數(shù)所造成的主軸轉(zhuǎn)速相對誤差，一般于允許超過。即 式中 主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速； 主軸的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速； 公比。 確定齒輪齒數(shù)（變速組內(nèi)齒輪模數(shù)相同時齒輪齒數(shù)的定）： 確定齒輪齒數(shù)時，首先必須確定出各變速組內(nèi)齒輪副的模數(shù)，以便根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸判斷其最小齒輪齒數(shù)或齒數(shù)和是否適宜。在同一變速組內(nèi)的齒輪可取相同的模數(shù)，也可取不同的模數(shù)。 后者只有在一些特殊的情況下，如最后擴(kuò)大組或背輪傳動中，因各齒輪副的速度變化大，受力情況相差也較大，在同一變速組內(nèi)才采用不同的模數(shù)。在本課程設(shè)計(jì)中，同一變速組內(nèi)的齒輪取相同的模數(shù)。在同一變速組內(nèi)，各對齒輪的齒數(shù)之比，必須滿足轉(zhuǎn)速圖上已經(jīng)確定的傳動比。計(jì)算公式為： （2.14） （2.15）式中 分別為齒輪副的主動與從動齒輪的齒數(shù)； 齒輪副的傳動比； 齒輪副的齒數(shù)和。確定變速組的齒數(shù)和時，一般地說主要是受最小齒輪的限制。顯然最小齒輪是在變速組內(nèi)降速比或升速比最大的一對齒輪中，因此可先假定該小齒輪的齒數(shù)，根據(jù)傳動比求出齒數(shù)和，然后按各齒輪副的傳動比，再分配其他齒輪副的齒數(shù)；如果傳動比誤差較大，應(yīng)重新調(diào)整齒數(shù)和，再按傳動比分配齒數(shù)。例：在例2-1中，根據(jù)轉(zhuǎn)速圖確定的傳動比可初步確定各軸的齒輪的齒數(shù)如下： 根據(jù)轉(zhuǎn)速圖確定的傳動比可初步確定各軸的齒輪如下：（1）軸與軸的中間齒輪的齒數(shù)取 根據(jù)上式求得 且，所以滿足要求。（2）軸與軸之間齒輪的齒數(shù)取 根據(jù)上式求得 且，所以滿足要求。（3）軸與軸之間齒輪的齒數(shù)取 根據(jù)上式求得 且，所以滿足要求。（4）軸與軸之間齒輪的齒數(shù) 取 根據(jù)式求得 且，所以滿足要求。 聯(lián)立上面兩式求得：Z5=55, 。繪制傳動系統(tǒng)圖根據(jù)上述求出的齒輪齒數(shù)繪制傳動系統(tǒng)圖如下：圖2.2傳動系統(tǒng)圖4主軸及各傳動軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定： (1) 主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定：根據(jù)轉(zhuǎn)速圖得中型車床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。(2) 各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速確定后，就可以從轉(zhuǎn)速圖上得出各傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，對于上述轉(zhuǎn)速圖可得各傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速如下：軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速：5估算各傳動軸軸徑：根據(jù)傳動軸傳動的功率大小，用扭轉(zhuǎn)剛度公式進(jìn)行初步的計(jì)算。 式中 d受扭部分的最小直徑（mm），計(jì)算值應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑系列； K鍵槽系數(shù)，按表選取； A根據(jù)許用扭轉(zhuǎn)角確定的系數(shù)，按表2.1選取； d傳動軸受扭部分的直徑（mm）； P電動機(jī)額定功率 （kW）； 從電動機(jī)到所計(jì)算的軸的機(jī)械效率，見表2 被估算的傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（）。表2.1 估算軸徑時A和K值0.250.511.52A130110928377K無鍵單鍵雙鍵花鍵軸內(nèi)徑11.041.051.071.10.93表2.2各傳動機(jī)械效率的概略值類別傳動件平均機(jī)械效率齒輪傳動直齒圓柱齒輪，磨齒0.99帶傳動V帶0.96滾動軸承滾子軸承0.99由于各傳動軸屬于一般傳動軸，所以取，所對應(yīng)的，電動機(jī)的額定功率。（1）軸軸徑的估算由于軸上一平鍵，所以取且 圓整后取（2）軸軸徑的估算由于軸上一平鍵，所以取且 圓整后?。?）軸軸徑的估算由于軸為花鍵軸，所以取且 圓整后?。?） 軸軸徑的估算由于軸為花鍵軸，所以取 圓整后?。?）軸軸徑的估算軸為主軸，其前軸徑的尺寸，根據(jù)電動機(jī)的額定功率，應(yīng)在90120之間，取。則后軸徑為：圓整后取6. 齒輪模數(shù)的估算 初步計(jì)算齒輪模數(shù)時，按簡化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行。一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪進(jìn)行計(jì)算。從等強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，可減小其它齒輪的寬度，使齒輪基本上處于在相近的接觸應(yīng)力或彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作。這樣一來，還可以縮短該傳動組的軸向尺寸。模數(shù)的估算公式如式(2.17) 式中 mj按接觸疲勞強(qiáng)度估算的齒輪模數(shù)（mm），應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值； P電動機(jī)額定功率（kW）； nj被估算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）； u大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，u1,外嚙合為“+”號，內(nèi)嚙合為“-”號； Z小齒輪齒數(shù)； m齒寬系數(shù)， m=B/m=610，B為齒寬，m為模數(shù)； j許用接觸應(yīng)力（MPa）。查表2.3。表.許用接觸應(yīng)力j例：估算例2-1中各齒輪的模數(shù)：根據(jù)表2.3選擇鋼（整體淬火），其接觸應(yīng)力，取，由公式來確定各對齒輪的模數(shù)：（1）第一對齒輪： ； 取標(biāo)準(zhǔn)值（2）第二對齒輪： ； ； 取標(biāo)準(zhǔn)值（3） 第三對齒輪： ；取標(biāo)準(zhǔn)值（4）第四對齒輪： ； ； 取標(biāo)準(zhǔn)值（5）第五對齒輪： ； ； 取標(biāo)準(zhǔn)值第四節(jié) 皮帶輪的設(shè)計(jì) 帶傳動是由帶和帶輪組成傳遞運(yùn)動和動力的傳動。根據(jù)工作原理可分為兩類：摩擦帶傳動和嚙合帶傳動。摩擦帶傳動是機(jī)床主要傳動方式之一，常見的有平帶傳動和V帶傳動；嚙合傳動只有同步帶一種。 普通V帶傳動是常見的帶傳動形式，其結(jié)構(gòu)為：承載層為繩芯或膠簾布，楔角為40、相對高度進(jìn)似為0.7、梯形截面環(huán)行帶。其特點(diǎn)為：當(dāng)量摩擦系數(shù)大，工作面與輪槽粘附著好，允許包角小、傳動比大、預(yù)緊力小。繩芯結(jié)構(gòu)帶體較柔軟，曲撓疲勞性好。其應(yīng)用于：帶速V2530m/s;傳動功率P700kW;傳動比i10軸間距小的傳動。一主要失效形式 1帶在帶輪上打滑，不能傳遞動力； 2帶由于疲勞產(chǎn)生脫層、撕裂和拉斷； 3帶的工作面磨損。 保證帶在工作中不打滑的前提下能傳遞最大功率，并具有一定的疲勞強(qiáng)度和使用壽命是V帶傳動設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是靠摩擦傳動的其它帶傳動設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。二設(shè)計(jì)計(jì)算 普通V帶傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算見表2-4。設(shè)計(jì)普通V帶傳動的原始數(shù)據(jù)為：傳遞的功率P(KW）；小、大帶輪的轉(zhuǎn)速n1、n2(r/min)；傳動對外廓尺寸的要求；傳動的工作條件。表2-4普通V帶的計(jì)算續(xù)表2-4表2-5工況系數(shù)KA (摘自GB/T13575.1-1992)表2-6 普通V帶每米長的質(zhì)量m 摘自(GB/T13575.1-1992)表2-7小帶輪包角修正系數(shù)摘自GB/T13575.1-1992表2-8 帶長修正系數(shù)KL(普通V帶摘自GB/T13575.1-1992,JB/ZQ4175-1997)表2-9普通帶輪和窄帶輪直徑系列(摘自GB/T10412-2002)表2-10 普通帶的基準(zhǔn)長度系列(摘自GB/T11544-1997)表2-11 V帶的額定功率(摘自GB/T13575-1992) Y型V帶的額定功率(摘自GB/T13575-1992) （KW） 續(xù)表（2-11）表2-12 V帶輪槽截面尺寸圖2-1普通V帶選型圖V帶輪設(shè)計(jì)實(shí)例：設(shè)計(jì)例-的皮帶輪： (1)設(shè)計(jì)功率的確定：查得工況系數(shù)(2) 選定帶型：根據(jù)和確定為B型。(3)傳動比：根據(jù)轉(zhuǎn)速圖知,傳動比為(4)確定小帶輪基準(zhǔn)直徑：參考表取(5)確定大帶輪直徑：取標(biāo)準(zhǔn)值(6) 驗(yàn)算帶速：因?yàn)樵谥g，所以經(jīng)濟(jì)耐用。(7)初定帶輪軸中心距：得： 即： 初取 (8)確定帶基準(zhǔn)長度： 選取基準(zhǔn)長度(9)計(jì)算實(shí)際軸間距：取標(biāo)準(zhǔn)值。安裝時所需最小軸間距：張緊或補(bǔ)償伸長所需最大軸間距：(10)驗(yàn)算小帶輪包角：所以小帶輪包角合適。(11)單根V帶的基本額定功率：根據(jù)和查得B型V帶的基本額定功率。(12)單根V帶的額定功率增量：考慮到傳動比的影響，額定功率的增量由表查得：(13)計(jì)算帶的根數(shù)：取 根。(14)單根V帶的預(yù)緊力： (15)作用在軸上的力：(16)帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸：由表可查得， ， ，第三章 主軸組件 主軸組件是機(jī)床的重要組件之一。它通常由主軸、主軸支軸和安裝在主軸上的傳動件等組成。主軸是機(jī)床的執(zhí)行件，由它帶動工件或刀具直接參加表面成形運(yùn)動，主軸組件的工件性能直接影響加工質(zhì)量（包括幾何精度、表面粗糙度等）和機(jī)床生產(chǎn)率。因此，對于機(jī)床主軸組件，除應(yīng)滿足一般傳動軸的要求外，還應(yīng)滿足有別于一般傳動軸的特殊要求。 第一節(jié) 主軸組件的基本要求為了保證主軸組件在規(guī)定的條件下獲得要求的工作性能，應(yīng)滿足以下要求：一旋轉(zhuǎn)精度 主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指主軸前端夾持工件或刀具部分的徑向跳動、端面跳動和軸向竄動的大小。旋轉(zhuǎn)精度通常是在機(jī)床不受載荷的情況下，用手動或低速空轉(zhuǎn)主軸時進(jìn)行測量的。主軸旋轉(zhuǎn)精度直接影響工件的加工精度，例如在車床上，安裝卡盤的定心軸頸與安裝頂尖的錐孔中心線的徑向跳動，直接影響加工表面的圓度，而軸向竄動則影響端面加工以及所加工的螺紋螺距精度。 二剛度主軸組件的剛度是指承受切削力時，主軸抵抗變形的能力。 如果主軸剛度不足，在切削力和傳動力的作用下，主軸將產(chǎn)生過大的變形，會使裝在主軸上的齒輪嚙合不好，軸承的工作條件惡化，從而加快磨順損。三抗振性主軸組件的抗振性性是指機(jī)床工作時，主軸組件保持平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動的能力。主軸組件的振動，影響被加工表面的質(zhì)量，限制機(jī)床的生產(chǎn)率；此外，還降低刀具耐用度和機(jī)床零件的壽命，發(fā)出噪聲，影響工作環(huán)境等。生產(chǎn)上常以對加工表面質(zhì)量、精度和生產(chǎn)率的影響來衡量主軸組件的抗震性。隨著機(jī)床向高精度、高生產(chǎn)率方向發(fā)展，對抗振性要求越來越高。 四溫升和熱變形溫升使?jié)櫥偷恼扯认陆?。如用脂潤滑，溫度過高會使脂熔化流失。這些都將影響軸承的工作性能。溫升產(chǎn)生熱變形，使主軸伸長，軸承間隙變化。主軸箱的熱膨脹使主軸偏離正確位置。如果前后軸承溫度不同，還將使主軸傾斜。五精度保持性 主軸組件的精度保持性是指長期地保持原始制造精度的能力。為了提高精度保持性，主軸的端部和內(nèi)錐孔必須具有一定的硬度；滑動軸承配合的軸頸及移動方式主軸的工作表面必須耐磨；同時，正確的選擇主軸和滑動軸承的材料與熱處理方法以及軸承的類型與潤滑方式等，也有助于提高主軸組件的精度保持性。 第二節(jié) 主軸軸承的選擇和主軸滾動承 主軸軸承是主軸部件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、潤滑和冷卻等狀況，都直接影響主軸部件的工作性能。主軸部件上的軸承應(yīng)具有旋轉(zhuǎn)精度高、剛度高、承載能力強(qiáng)、抗振性好、極限轉(zhuǎn)速高、適應(yīng)變速范圍大、摩擦功耗小、噪聲低、壽命長等性能，同時應(yīng)滿足制造簡單，使用維修方便、成本低、結(jié)構(gòu)尺寸小等要求。 一主軸部件軸承的選擇在數(shù)控機(jī)床上的主軸軸承常用的有滾動軸承和滑動軸承。由于滾動軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤滑維修方便，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動范圍下穩(wěn)定地工作。滾動軸承由專業(yè)化工廠生產(chǎn)，選購維修方便，而且它在旋精度、剛度、承載能力、轉(zhuǎn)速、發(fā)熱等主要性能上能滿足大多數(shù)主軸部件的要求，特別是它具有能在轉(zhuǎn)速和載荷變動幅度很大的條件下穩(wěn)定工作的優(yōu)點(diǎn)，因此在設(shè)計(jì)主軸部件時，應(yīng)盡量選用滾動軸承。 二主軸滾動軸承的選型主軸較粗，主軸軸承的直徑較大。相對地說，軸承的負(fù)載較輕。因此，一般情況下，承載能力和疲勞壽命不是選擇主軸軸承的主要指標(biāo)。 主軸軸承應(yīng)根據(jù)精度、剛度、和轉(zhuǎn)速選擇。為了提高精度和剛度，主軸軸承的間隙應(yīng)該是可調(diào)的，這是主軸軸承主要的特點(diǎn)。機(jī)床主軸常用的滾動軸承有下列幾種： 角接觸球軸承 角接抽球軸承見圖-1。這種軸承即可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。接觸角常見的有和兩種。前者編號為7000C系列；后者為7000AC系列。接觸角多用于軸向載荷較小，轉(zhuǎn)速較高的地方，如磨床主軸。的多用于軸向載荷較大的地方，如車床和加工中心主軸。把內(nèi)、外圈相對軸向位移，可以調(diào)整間隙，實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。這種軸承多用于高速主軸.圖角接觸球軸承為了提高剛度和承載能力，可以多個組合。圖-a、b、c為三種基本組合方式：圖-角接觸球軸承基本組合方式圖a為背靠背組合，圖b為面對面組合，圖c為同向組合。這三種方式，兩個軸承都共同承擔(dān)徑向載荷；圖a和圖b可承受雙向軸向載荷，圖c則只能承受一個方向的軸向載荷，但承載能力較大，軸向剛度較高。這種組合還可以三聯(lián)組配（圖d）、四聯(lián)組配等。主軸受彎，希望軸承上產(chǎn)生一個盡量大的支反力矩以抵抗彎曲變形。這個力矩與傾角之比，稱為角剛度。單位為Nm/rad。支反力矩的力臂就是角接觸線與軸線交點(diǎn)間的距離AB。從圖可看出背靠背的組合（圖a）的力臂AB比面對面的（圖b）長。運(yùn)轉(zhuǎn)時，由于軸承的外圈裝在殼體內(nèi)，散熱條件比內(nèi)圈好。所以內(nèi)圈的溫度將高于外圈。徑向膨脹的結(jié)果將使過盈增加。但是背靠背組配時軸向膨脹將使過盈減少。因此，過盈的增加比面對面少?；谏鲜鰞蓚€理由，在主軸上，角接觸軸承應(yīng)為背靠背組合。雙列圓柱滾子軸承圖-a是雙列圓柱滾子軸承。它的特點(diǎn)是內(nèi)孔為1：12的錐孔，與主軸的錐形軸頸相配合。軸向移動內(nèi)圈，可以把內(nèi)圈脹大，以消除間隙或預(yù)緊。這種軸承只能承受徑向載荷。圖3-3 雙列圓柱滾子軸承 圖b是另一種雙列圓柱滾子軸承。與圖a的差別在于： 圖a的滾道擋邊開在內(nèi)圈上，滾動體、保持架和內(nèi)圈成為一體，外圈可分離；圖b則相反：滾道擋邊開在外圈上，滾動體、保持架和外圈成為一體，內(nèi)圈可分離。 圖a為特輕型，圖b為超輕型。同樣孔徑，圖b的外徑比圖a小些。前者編號為NN3000K系列，后者為NNU4900K系列。后者只有大型，最小內(nèi)徑100mm. 雙向推力角接觸球軸承 這種軸承與雙列圓柱滾子軸承相配套，用于受軸向載荷，如圖-a所示。軸承由左右內(nèi)圈1和5，外圈3，左右兩列滾珠及保持架2和4，隔套6組成。修磨隔套6的厚度就能消除間隙和預(yù)緊。它的公稱外徑與同孔徑的雙列圓柱滾子軸承相同，但外徑公差帶在零線的下方，與殼體孔間有間隙，所以不承受徑向載荷，專作推力軸承使用。接觸角有，編號為234400。圖-雙向推力角接觸球軸承三 滾動軸承的精度選擇滾動軸承按基本尺寸精度和旋轉(zhuǎn)精度分為2、4、5、6、0五個公差等級，其中2級最高，0級為普通精度級。主軸軸承以4級為主（記作P4）。高精度主軸可用P2級。要求較低的主軸或三支承主軸的輔助軸承可用P5級。P6級和P0級一般不用。 基本尺寸精度指軸承內(nèi)徑、外徑和寬度等尺寸的加工精度。旋轉(zhuǎn)精度指內(nèi)圈和外圈的徑向圓跳動，內(nèi)圈的端面圓跳動，外圈表面對基準(zhǔn)面的垂直度，內(nèi)外圈端面的平行度等。軸承