數(shù)控車床的主軸組件畢業(yè)設(shè)計（論文）

1、畢 業(yè) 論 文（設(shè)計） 機(jī)電工程系 級 機(jī)電一體化 專業(yè)題 目： 數(shù)控車床主軸組件設(shè)計 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 班 級： 2008 年 06月 10日目 錄緒 論4一、設(shè)計題目及參數(shù)51.1 題目51.2 參數(shù)5二、主軸的要求及結(jié)構(gòu)52.1主軸的要求52.1.1旋轉(zhuǎn)精度 52.1.2靜剛度62.抗振性62.1.4溫升和熱變形62.耐磨性72.1.6材料和熱處理72.2主軸的結(jié)構(gòu)7三、主傳動系統(tǒng)變速方式8四、機(jī)床夾具的確定10五、主軸主要參數(shù)的計算及校核115.1主軸主要參數(shù)的計算115.1.1主軸前端直徑d1125.1.2主軸內(nèi)徑d125.1.3主軸前端懸伸量確定135.1.4主軸跨距的確定1

2、45.2 軸的剛度計算15六、主軸軸承的選擇166.1 軸承的選型166.1.1角接觸球軸承176.1.2圓柱滾子軸承196.1.3圓錐滾子軸承166.1.4深溝球軸承196.2軸承間隙調(diào)整和預(yù)緊19七、主軸箱箱體的設(shè)計207.1主軸箱的概述207.2主傳動的設(shè)計207.2.1驅(qū)動源的選擇207.2.2傳動軸的估算217.2.3齒輪模數(shù)的估算237.2.4v帶的選擇247，3主軸箱展開圖的設(shè)計247.3.1各零件結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計24 7.3.1.1 設(shè)計內(nèi)容和步驟247.3.1.2有關(guān)零件結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計257.3.1.3各軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計2773.1.4主軸組件的剛度和剛度損失的計算287.3.1

3、.5軸承的校核30八、主軸組件的潤滑和密封328.1主軸滾動軸承的潤滑328.1.1脂潤滑328.1.2油潤滑338.2主軸組件的密封33設(shè)計心得35參考文獻(xiàn)37緒 論隨著市場上產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快和對零件精度提出更高的要求，傳統(tǒng)機(jī)床已不能滿足要求。數(shù)控機(jī)床由于眾多的優(yōu)點已成為現(xiàn)代機(jī)床發(fā)展的主流方向。它的發(fā)展代表了一個國家設(shè)計、制造的水平，在國內(nèi)外都受到高度重視?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是信息集成和系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)設(shè)備，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生產(chǎn)效率高、自動化程度高、對加工對象的適應(yīng)強(qiáng)等優(yōu)點。實現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過程的數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。可以說，機(jī)械制造競爭的實質(zhì)

4、就是數(shù)控技術(shù)的競爭。本課題的目的和意義在于通過設(shè)計中運用所學(xué)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)實習(xí)和實驗等實踐知識，達(dá)到鞏固、加深和擴(kuò)大所學(xué)知識的目的。通過設(shè)計分析比較機(jī)床的某些典型機(jī)構(gòu)，進(jìn)行選擇和改進(jìn)，學(xué)習(xí)構(gòu)造設(shè)計，進(jìn)行設(shè)計、計算和編寫技術(shù)文件，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計步驟和方法的目的。通過設(shè)計學(xué)習(xí)查閱有關(guān)設(shè)計手冊、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和資料，達(dá)到積累設(shè)計知識和提高設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計獲得設(shè)計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)計創(chuàng)造一定的條件。第一章 設(shè)計題目及參數(shù)1.1 題目本設(shè)計的題目是數(shù)控車床的主軸組件的設(shè)計。它主要由主軸箱，主軸，電動機(jī)，主軸脈沖發(fā)生器

5、等組成。我主要設(shè)計的是主軸部分。主軸是加工中心的關(guān)鍵部位，其結(jié)構(gòu)優(yōu)劣對加工中心的性能有很大的影響，因此，在設(shè)計的過程中要多加注意。主軸前后的受力不同，故要選用不同的軸承。1.2 參數(shù)床身回轉(zhuǎn)空間400mm尾架頂尖與主軸端面距離1000mm主軸卡盤外徑200mm最大加工直徑600mm棒料作業(yè)能力5063mm主軸前軸承內(nèi)和110130mm最大扭矩480nm第二章 主軸的要求及結(jié)構(gòu)2.1主軸的要求2.1.1旋轉(zhuǎn)精度主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無載荷，低轉(zhuǎn)速的條件下，主軸前端工件或刀具部位的徑向跳動和軸向跳動。主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度主要取決于各主要件，如主軸、軸承、箱體孔的的制造，裝配和調(diào)整精度。還決定于

6、主軸轉(zhuǎn)速，支撐的設(shè)計和性能，潤滑劑及主軸組件的平衡。通用（包括數(shù)控）機(jī)床的旋轉(zhuǎn)精度已有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可循。2.1.2靜剛度 主軸組件的靜剛度（簡稱剛度）反映組件抵抗靜態(tài)外載荷變形的能力。影響主軸組件彎曲剛度的因素很多，如主軸的尺寸和形狀，滾動軸承的型號，數(shù)量，配置形式和預(yù)緊，前后支撐的距離和主軸前端的懸伸量，傳動件的布置方式，主軸組件的制造和裝配質(zhì)量等。各類機(jī)床主軸組件的剛度目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。2.1.3抗振性主軸組件工作時產(chǎn)生震動會降低工件的表面質(zhì)量和刀具耐用度，縮短主軸軸承壽命，還會產(chǎn)生噪聲影響環(huán)境。振動表現(xiàn)為強(qiáng)迫振動和自激振動兩種形式。影響抗振性的因素主要有主軸組件的靜剛度，質(zhì)量分布和阻尼（特

7、別是主軸前支撐的阻尼），主軸的固有頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于自激振動的頻率，以使它不易發(fā)生共振。目前，尚未制定出抗振性的指標(biāo)，只有一些實驗數(shù)據(jù)可供設(shè)計時參考。2.1.4溫升和熱變形主軸組件工作時因各相對運動處的摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生溫升，從而使主軸組件的形狀和位置發(fā)生變化（熱變形）。主軸組件受熱伸長，使軸承間隙發(fā)生變化。溫度使?jié)櫥驼扯冉档?，降低了軸承的承載能力。主軸箱因溫升而變形，使主軸偏離正確位置。前后軸承的溫度不同，還會導(dǎo)致主軸軸線傾斜。由于受熱膨脹是材料固有的性質(zhì)，因此高精度機(jī)床要進(jìn)一步提高加工精度，往往受熱變形的限制。研究如何減少主軸組件的發(fā)熱，如何控制溫度，是高精度機(jī)床主軸組件的研究的主要課題

8、之一。2.1.5耐磨性主軸組件的耐磨性是指長期保持原始精度的能力，即精度保持性。對精度有影響的首先是軸承，其次是安置刀，夾具和工件的部位，如錐孔，定心軸徑等。為了提高耐磨性，一般機(jī)床主軸上的上述部分應(yīng)淬硬至hrc60左右，深約1mm.2.1.6材料和熱處理主軸承載后允許的彈性變形很小，引起的應(yīng)力通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼的強(qiáng)度極限。因此，強(qiáng)度一般不做為選材的依據(jù)。主軸的形狀，尺寸確定之后，剛度主要取決于材料的彈性模量。各種材料的彈性模量幾乎相同，因此剛度也不是選材的依據(jù)。主軸材料的選擇主要根據(jù)耐磨性和熱處理變形來考慮。普通機(jī)床的材料通常是45號或60號優(yōu)質(zhì)中碳鋼，數(shù)控機(jī)床需調(diào)質(zhì)處理和淬火。2.2主軸的結(jié)構(gòu)

9、為了提高剛度，主軸的直徑應(yīng)該大些。前軸承到主軸前端的距離（稱懸伸量）應(yīng)盡可能小一些。為了便于裝配，主軸通常作成階梯形的，主軸的結(jié)構(gòu)和形狀與主軸上所安裝的傳動件，軸承等零件的類型，數(shù)量，位置和安裝方法有直接的關(guān)系。主軸中的孔主要 用于通過棒料，拉桿或其它工具。為了能夠通過更大的棒料，車床的中空希望大些，但受剛度條件的影響和限制，孔徑一般不宜超過外徑的70%。主軸的結(jié)構(gòu)如（附圖1）。圖1第三章 主傳動系統(tǒng)變速方式為了適應(yīng)不同的加工要求，數(shù)控機(jī)床主傳動主要有以下幾種配置方式：（1）帶有變速齒輪的主傳動。這種方式在大、中型數(shù)控機(jī)床采用較多。通過少數(shù)幾對齒輪降速，擴(kuò)大了輸出扭矩，以滿足主軸的輸出扭矩特性

10、的要求，一部分小型數(shù)控機(jī)床也采用此種傳動方式。以獲得強(qiáng)有力的切削時所需要扭矩。數(shù)控機(jī)床使用可調(diào)無級變速交流、直流電動機(jī)。所以經(jīng)齒輪變速后，實現(xiàn)8段無級變速，調(diào)速范圍增加。其優(yōu)點是可滿足各種切削運動輸出轉(zhuǎn)矩，具有大范圍調(diào)速能力。但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要增加潤滑及溫度控制裝置。成本較高，此外，制造和維修也比較困難。（參圖a）（2）一級帶傳動變速方式。這種傳動方式主要應(yīng)用在中小型數(shù)控機(jī)床上。采用v型帶或同步帶傳動，可以避免齒輪傳動時可引起的振動與噪聲，適用于低扭矩特性要求的主軸。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，調(diào)試容易，被廣泛用于許多數(shù)控機(jī)床傳動中。（參圖b）（3）調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動方式，這種主軸傳動方式大

11、大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高主軸部件的剛度，由于結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間少，加工中心的可加工空間相對變大。但是主軸轉(zhuǎn)速的變化及扭矩的輸出和電動機(jī)輸出特性完全一致，電動機(jī)的發(fā)熱對主軸的精度影響大，最好裝有冷卻裝置，否則使用還是受到約束。（參圖c）（4）電主軸直接驅(qū)動方式：這種驅(qū)動方式其實和（c圖）方式差不多，但這種傳動方式結(jié)構(gòu)方式更為緊湊，占用空間更小。它主要是將主軸作為電機(jī)的轉(zhuǎn)子，箱體殼（與主軸配合箱體殼）作為電機(jī)的定子。但是這種電機(jī)形式的主軸結(jié)構(gòu)，連帶主軸組件都是成套，要求很高，精度也高。另外制造成本也很高。且容易發(fā)熱，同樣會影響主軸精度。（參圖d）以下為傳動方式的結(jié)構(gòu)圖: 圖（a）帶

12、有變速齒輪的主傳動 圖（b）一級帶傳動變速方式 圖(c) 調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動方式 圖(d) 電主軸直接驅(qū)動方式綜上所述，進(jìn)行各種傳動方式優(yōu)缺點進(jìn)行分析和比較來選取本設(shè)計所采用的主軸傳動方式。首先是該設(shè)計為數(shù)控車床，主軸選用帶傳動（同步齒形帶），主軸主要是車削加工，必須保證其加工精度，而帶傳動能緩和沖擊、吸收振動，故傳動平穩(wěn)。由此選用一級帶傳動變速方式。第四章 機(jī)床夾具的確定本次設(shè)計的數(shù)控車床所加工工件長度約為300mm長（附圖2），夾具相對設(shè)計較單一，選用卡盤夾緊工具即可滿足加工要求?？ūP夾緊工件與主軸聯(lián)接，并與主軸同步旋轉(zhuǎn)。對于數(shù)控車床夾具主要就是卡盤夾具。卡盤從它的工作原理上分為以下幾種類型

13、：手動松緊卡盤液壓松緊卡盤氣動松緊卡盤電動松緊卡盤首先從數(shù)控車床的自動化程度講，手動卡盤屬人工操作，不合適。另外液壓和氣動松緊卡盤實際工作原理相似，一個是油泵進(jìn)行驅(qū)動，一個是氣泵驅(qū)動，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡明，傳動機(jī)構(gòu)簡單。另外電動卡盤同樣結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，但綜上所述，我們選擇液壓卡盤，液壓卡盤結(jié)構(gòu)緊湊，自動化程度高，結(jié)構(gòu)比電動卡盤簡單，有時可改裝為與其相似的氣動卡盤。另外所設(shè)計的數(shù)控車床許多裝置重于用液壓系統(tǒng)，所以用液壓卡盤是比較合理的。液壓卡盤的控制原理實質(zhì)為一鎖緊回路（附圖3）。第五章 主軸主要參數(shù)的計算及校核5.1主軸主要參數(shù)的計算主軸的主要參數(shù)是：主軸前端直徑d1，主軸內(nèi)徑d。主軸懸伸量a和主軸

14、支撐跨距l(xiāng)。5.1.1主軸前端直徑d1 主軸d1（按電機(jī)功率）如下表5-1（mm）：功率（kw）d1機(jī)床1.42.523.635.557.37.411車床608070907010595130110145銑床及加工中心5090609060957510090105外圓磨床5060557070807590車床、銑床、鏜床、加工中心等機(jī)床因裝配的需要，主軸直徑常是自前往后逐漸減小的。前軸頸直徑d1大于后軸直徑d2。對于車、銑床一般，由上表可取d1=110mm。因此可知由式子后端直徑圓整后 5.1.2主軸內(nèi)徑 主軸內(nèi)孔徑與機(jī)床類型有關(guān)，主要用來通過棒料、鏜桿、拉桿或頂尖。確定內(nèi)孔徑原則是為減輕主軸重量，

15、在滿足對空心主軸孔徑要求和最小壁厚要求下，應(yīng)取最大值。主軸的內(nèi)徑是通過刀具夾具裝置固定刀具、傳動氣動或液壓卡盤等。主軸孔徑越大，主軸部件的相對重量就越輕。主軸的孔徑大小主要受主軸剛度的制約。主軸的孔徑與主軸直徑之比，小于0.3時空心主軸的剛度幾乎與實心主軸相等；等于0.5時空心主軸的剛度為實心主軸的90%；大于0.7時，空心主軸的剛度就急劇下降。一般可取其比值為0.5左右。主軸本身剛度k正比于抗彎斷面慣性矩i由式子可知取孔徑的直徑極限為此時若孔徑再大，剛度急劇下降根據(jù)推薦值 取 d1=55 mm 5.1.3主軸前端懸伸量a確定 圖5-1主軸懸伸量指主軸前端面到前支承徑向反力作用中點（一般即為前

16、徑支撐中點）的距離，參考（1）表6.1-45，它主要取決于主軸前端部結(jié)構(gòu)形式和尺寸，前支撐軸承配置和密封等。因此主要由結(jié)構(gòu)設(shè)計確定。 懸伸量與主軸部件的剛度及抗振性成反比，故應(yīng)盡量取小值。e-材料的彈性模量i-軸慣性距-前剛度值 -后剛度值初選a值可參考下表5-2確定車床和主軸類型精密車床、自動車床用滾動軸承支承，適用高精度和普通精度要求0.61.5中等長度和較長主軸端的車床和銑床，懸伸不太長（不是細(xì)長）的精密鏜床和內(nèi)圓磨床，用滾動軸承和滑動軸承支承適用于絕大部分普通生產(chǎn)要求1.252.5 計算得懸伸量為80mm5.1.4 主軸跨距的確定主軸跨距是決定主軸系統(tǒng)動靜剛度的重要影響因素，目的是找出

17、在切削力作用下，主軸前端的柔度值最小的跨距稱為最優(yōu)跨距（）。實驗證明，動態(tài)作用下最優(yōu)跨距很接近于推得最優(yōu)值，因此設(shè)計時盡量達(dá)到最優(yōu)值。前端角接觸球軸承的剛度（主要為軸向剛度）其中：內(nèi)徑為110mm,查參考（2）表4.3-5 查軸承樣本額定動載荷取 計算得主軸跨距為300mm5.2 軸的剛度計算如果主軸前后軸承由數(shù)段組成，則當(dāng)量直徑 （mm） （參考文獻(xiàn)2）式中 、分別為各段的直徑和長度（）； 總長，如果前后軸承的直徑相差不大，也可把前后軸承直徑的平均值近似地作為當(dāng)量直徑d。 主軸的前懸伸部分較粗，剛度較高，其變形可以忽略不記，后懸伸部分不影響剛度，也可不計算。如主軸前端作用一外載荷f如下圖（參

18、考文獻(xiàn)3）圖5-2 主軸組件計算模型則撓度： （參考文獻(xiàn)2） 式中 f外載荷（n）； a前懸伸，等于載荷作用點至前支承點間的距離（mm）； l跨距，等于前后支承的距離（mm）； e彈性模量，鋼的； i截面慣性距, ；主軸的外徑和孔徑（mm）。又因為，孔的影響可以忽略由此可得主軸剛度滿足要求。第六章 主軸軸承的選擇6.1 軸承的選型 主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。在數(shù)控機(jī)床上主軸軸承常用的有滾動軸承和滑動軸承。滾動軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤滑維護(hù)簡單，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動范圍下穩(wěn)定地工作。滾動軸承有專

19、業(yè)化工廠生產(chǎn)，選購維修方便，在數(shù)控機(jī)床上被廣泛采用。與滑動軸承相比，滾動軸承的噪聲大，滾動體的數(shù)目有限，剛度是變化的，抗震性略差，但總體來說，數(shù)控機(jī)床主軸組件在可能的條件下，應(yīng)盡量使用滾動軸承，特別是大多數(shù)立式主軸和主軸在套筒內(nèi)能夠做軸向移動的主軸。這時用滾動軸承可以用潤滑脂潤滑，以避免漏油。滾動軸承根據(jù)滾動體的結(jié)構(gòu)分為球軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承三大類。主軸軸承主要應(yīng)根據(jù)精度、剛度和轉(zhuǎn)速來選擇，為了提高精度和剛度，主軸軸承間的間隙應(yīng)該是可調(diào)的。線接觸的滾子軸承比點接觸的球軸承的剛度高，但一定溫升下允許的轉(zhuǎn)速較低，下面就簡述幾種常用的數(shù)控機(jī)床主軸的機(jī)構(gòu)及適用范圍。 6.1.1 角接觸球軸

20、承這種軸承既可以承受徑向載荷又可以承受軸向載荷。常用的接觸角主要有兩種： =25，=15，其中=25的編號為7000ac型（舊代號為46100型），屬于特輕型；或編號為7190ac型（舊代號為46900型），屬于超輕型。=15的編號為7000c型（舊代號為36100型），屬于特輕型；或編號為7190c型；或編號為7190c型（舊代號為1036900型），屬于超輕型。如圖6-1所示（參考文獻(xiàn)2）. 圖 6-1角接觸球軸承角接觸球軸承多用于高速主軸，隨接觸角的不同，其應(yīng)用有所區(qū)別，=25的軸向剛度較高，但徑向剛度和允許的轉(zhuǎn)速略低，多用于車、鏜、銑加工中心等主軸；=15的轉(zhuǎn)速可更高一些，但是軸向剛度

21、較低，常用于軸向載荷較小、轉(zhuǎn)速較高的磨床主軸或不承受載荷的車、鏜、銑主軸后軸承。圖6-2角接觸球軸承這種軸承為點接觸，剛度較低。為了提高剛度和承載能力，常用多聯(lián)組配的方法。所以本設(shè)計前支承采用雙聯(lián)組配的方式，代號為df。 6.1.2 圓柱滾子軸承圖6-3為雙列圓柱滾子軸承（參考文獻(xiàn)2），他的特點是內(nèi)孔為1：12的錐孔，與主軸的錐行軸徑相配合。軸向移動為內(nèi)圈，可把內(nèi)圈脹大，以消除徑向間隙或預(yù)緊，這種軸承只能承受徑向載荷。圖 6-3雙列圓柱滾子軸承6.1.3圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承既能承受徑向載荷，又能承受雙向的軸向載荷，滾子數(shù)量大，故剛度和承載能力均較大。由于圓錐滾子軸承是外緣凸肩軸向定位，因而

22、箱體上通孔加工方便，但缺點是滾子大端的端面與內(nèi)圈擋邊之間為滑動摩擦，發(fā)熱較大，故允許的極限轉(zhuǎn)速較低。6.1.4深溝球軸承這種軸承只能承受徑向載荷，軸向載荷則由配套的推力軸承承受。此種軸承一般不能調(diào)整，常用于精度要求和剛度要求不太高的地方。在本設(shè)計中，前軸承采用角接觸球軸承以適應(yīng)較高速的要求。主軸軸向載荷較大，故選用接觸角的軸承。軸向力的方向是從軸頭部指向尾部，故前軸承采用三聯(lián)組配，前兩軸承同向都面朝前，共同承擔(dān)軸向載荷。后一軸承與前兩軸承背靠背，以實現(xiàn)預(yù)緊。后支承的載荷較大，因此采用雙列圓柱滾子軸承。這種軸承的外圈是可以分離的，主軸熱膨脹時，可連同軸承內(nèi)圈的滾子在外圈滾道上軸向移動。后軸承直徑

23、比前軸承小，預(yù)緊力也小，因此溫升不致超過前軸承。6.2軸承間隙調(diào)整和預(yù)緊主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整。多數(shù)軸承，還應(yīng)能夠在過盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動體和滾道之間有一定的欲變形，這就是軸承的預(yù)緊。軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無間隙，滾動體從各個方向支承主軸，有利于提高運動精度。滾動體的直徑不可能絕對相等，滾道也不可能絕對正圓，因而預(yù)緊前只有部分滾動體和滾道接觸。預(yù)緊后，滾動體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動體將更多，各滾動體的受力將更均勻。這都有利于提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)生振動，則由于各個方向都有滾動體支承，可以提高抗振性。但是，預(yù)緊后發(fā)熱較多，溫升較高；且太大的預(yù)緊將使軸承的壽命降低，

24、故預(yù)緊要適當(dāng)。本設(shè)計為數(shù)控車床的主軸組件設(shè)計，功率相對較小，所以取中預(yù)緊。第七章 主軸箱箱體的設(shè)計71主軸箱的概述 主軸箱為數(shù)控機(jī)床的主要傳動系統(tǒng)它包括電動機(jī)、傳動系統(tǒng)和主軸部件它與普通車床的主軸箱比較，相對來手比較簡單只有兩極或三級齒輪變速系統(tǒng)，它主要是用以擴(kuò)大電動機(jī)無級調(diào)速的范圍，以滿足一定恒功率、和轉(zhuǎn)速的問題。7.2主傳動設(shè)計7.2.1驅(qū)動源的選擇機(jī)床上常用的無級變速機(jī)構(gòu)是直流或交流調(diào)速電動機(jī) ，直流電動機(jī)從額定轉(zhuǎn)速nd向上至最高轉(zhuǎn)速nmax是調(diào)節(jié)磁場電流的方法來調(diào)速的，屬于恒功率，從額定轉(zhuǎn)速nd向下至最低轉(zhuǎn)速nmin時調(diào)節(jié)電樞電壓的方法來調(diào)速的屬于恒轉(zhuǎn)矩；交流調(diào)速電動機(jī)是靠調(diào)節(jié)供電頻率

25、的方法調(diào)速。由于交流調(diào)速電動機(jī)的體積小，轉(zhuǎn)動慣量小，動態(tài)響應(yīng)快，沒有電刷，能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流調(diào)速電動機(jī)高，磨損和故障也少，所以在中小功率領(lǐng)域，交流調(diào)速電動機(jī)占有較大的優(yōu)勢，鑒于此，本設(shè)計選用交流調(diào)速電動機(jī)。根據(jù)主軸要求的最高轉(zhuǎn)速4000r/min，最大切削功率5kw，選擇北京數(shù)控設(shè)備廠的besk-8型交流主軸電動機(jī)，最高轉(zhuǎn)速是4500r/min。7.2.2傳動軸的估算傳動軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大的 變形。因此疲勞強(qiáng)度一般不是主要矛盾。除了載荷較大的情況外，可以不必驗算軸的

26、強(qiáng)度。剛度要求軸在載荷下不至于產(chǎn)生過大的變形。如果剛度不夠，軸上的零件由于軸的 變形過大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動和噪音，發(fā)熱，過早磨損而失效，因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。計算轉(zhuǎn)速nj是傳動件傳遞全部功率時的最低轉(zhuǎn)速，各個傳動軸上的計算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖是直接得出，如表2-1所示。 表7.2-1 各軸的計算轉(zhuǎn)速軸iiiiii計算轉(zhuǎn)速1500530140各軸功率和扭矩計算： 已知一級齒輪傳動效率為0.97（包括軸承），同步帶傳動效率為0.98，則 i軸：p1=pd x 0.98=7.5 x 0.98=7.35kw ii 軸 p2=p1 x 0.97=7.5 x 0.97=7.28kw ii

27、i軸 p3=p2 x 0.97=7.28 x 0.97=7.06kw ii軸扭矩：t2=9550p2/n2=9550 x x7.28/530=1.31x iii軸扭矩：t3=9550 p3/n3=9550 x 7.06/140=4.82x 是每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m）,可根據(jù)傳動軸的要求選取，其選擇的原則如表7.2-2所示。 表7.2-2 許用扭轉(zhuǎn)角選取原則 軸 主軸一般傳動軸較低的軸（deg/m）0.5-11-1.51.5-2最后所確定各軸所允許的扭轉(zhuǎn)角如表2-3所示 軸 i軸 ii軸 iii軸（deg/m） 0.510.5把以上確定的各軸的輸入功率n=7.5kw，計算轉(zhuǎn)速nj，允

28、許扭轉(zhuǎn)角代入扭轉(zhuǎn)剛度的估算公式 d=91,可得傳動軸的估算直徑： 40mm 52.06mm 31.39mm.最后取值如下表所示： 軸 i ii iii估算直徑 40 32 53主軸軸徑尺寸的確定： 已知車床最大加工直徑為dmax=400mm,則 主軸前軸頸直徑 d1=0.25dmax15=85-115mm 后頸直徑 d2=(0.7-0.85)d1=67-81mm 內(nèi)孔直徑 d=0.1dmax10=35-55mm7.2.4齒輪模數(shù)的估算按接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪的各參數(shù)都已知方可確定，故只有在裝配草圖畫完后校驗用。在畫草圖時用經(jīng)驗公式估算，根據(jù)估算的

29、結(jié)果然后選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪的模數(shù)。齒輪模數(shù)的估算方法有兩種，一是按齒輪的彎曲疲勞進(jìn)行估算，二是按齒輪的齒面點蝕進(jìn)行估算。這兩種方法的前提條件是各個齒輪的齒數(shù)必須已知。根據(jù)齒輪不產(chǎn)生跟切的基本條件：齒輪數(shù)不小于17。由于z3,z3這對齒輪有較大的傳動比，各個齒輪中最小齒數(shù)的齒輪必然是z3. 取z4=22,s=105,則z4=83從轉(zhuǎn)速圖上直接看出z3的計算轉(zhuǎn)速是530r/min.根據(jù)齒輪彎曲疲勞估算公式 根據(jù)齒輪接觸疲勞強(qiáng)度估算公式計算 得m=2.7由于受傳動軸軸徑尺寸大小限制，選取齒輪模數(shù)為m=3 mm,對比上面的結(jié)果，可知這樣設(shè)計的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，故取

30、同一變速組中的所以齒輪的模數(shù)都為m=3mm.可得兩軸中心距為a=157.5mm.圓整為a=158mm.7.2-5 v型帶的選擇；v帶選擇spz型帶，取小帶輪的大小72mm，大帶輪的大小為204mm；2-5-1確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長如果中心距未給出，可根據(jù)傳動的結(jié)構(gòu)需要初定長度中心距a0，取0.7（）a02（），193.2a0=；確定帶的根數(shù)z：根，圓整為3根。v帶速度的驗算： 故帶符合要求。7.3主軸箱展開圖的設(shè)計主軸箱展開圖是反應(yīng)各個零件的相互關(guān)系，結(jié)構(gòu)形狀以及尺寸的圖紙，并以此為依據(jù)繪制零件工作圖。7. 3.1 各零件結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計1設(shè)計內(nèi)容和步驟通過繪圖設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)尺寸以及選出軸承的型

31、號，確定軸的支點距離和軸上零件力的作用點，計算軸的強(qiáng)度和軸承的壽命。2 有關(guān)零件結(jié)構(gòu)和尺寸的確定傳動零件，軸，軸承是主軸部件的主要零件，其他零件的結(jié)構(gòu)尺寸是根據(jù)主要零件的位置和結(jié)構(gòu)而定。齒寬影響齒的強(qiáng)度。輪齒越寬承載能力越高。但如果太寬，由于齒輪的制造誤差和軸的變形，可能接觸不均，反而容易引起振動和噪聲，一般取齒寬系數(shù)=（6-10）m.這里取齒寬系數(shù)=10，則齒寬b=x m=10x3=30mm.各個齒輪的齒厚確定如表3-1.表7.3-1 各齒輪的齒厚齒輪z1z1z2z2z3z3z4z4齒厚2520353035303030由計算公式；齒頂：齒根：得到下列尺寸表齒輪的直徑?jīng)Q定了各軸之間的尺寸。各主

32、軸部件中各個齒輪的尺寸計算如下表3-2表7.3-2 各齒輪的直徑齒輪z1z1z2z2z3z3z4z4分度圓直徑(mm)481362259014417166249齒頂圓直徑(mm)521402319615017772255齒根圓直徑（mm）43131217.582.5136.5163.558.5241.5 由表7.3-2可以計算出各軸之間的距離，現(xiàn)將它們列出如表7.3-3所示表7.3-3 各軸的中心距 軸 i-ii ii-iii 距離230 1603)確定齒輪的軸向布置 為避免同一滑移齒輪變速組內(nèi)的兩對齒輪同時嚙合，兩個固定齒輪的間距應(yīng)大于滑移齒輪的寬度，一般留有間隙1-2mm。軸承的選擇及其配

33、置主軸組件的滾動軸承既要有承受徑向載荷的徑向軸承，又要有承受兩個方向軸向載荷的推力軸承。軸承類型及型號選用主要根據(jù)主軸的剛度，承載能力，轉(zhuǎn)速，抗振性及結(jié)構(gòu)要求合理的進(jìn)行選定。3 各軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計軸的一端與帶輪相連，將軸的結(jié)構(gòu)草圖繪制如圖7.3-2 圖7.3-2 軸其結(jié)構(gòu)完全按標(biāo)準(zhǔn)確定，根據(jù)其周詳?shù)某叽缈蓪⒔Y(jié)構(gòu)簡圖繪制如圖7.3-3所示： 圖7.3-3 4主軸組件的剛度和剛度損失的計算：最佳跨距的確定： 取彈性模量e=n/， d=（90+65）/2=77.5mm； 主軸截面慣距： 截面面積；a=3459.9 主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩： 故總切削力為：估算時，暫取即取270mm前后支承支反力 取=10330

34、00n/mm 則 則=225mm當(dāng)量切削力的計算：p=（a=b）/a3639對于車床 b=0.4=160mm則水平面內(nèi)：垂直面內(nèi)：主軸端部的撓度計算：， 傳動力的作用下，主軸端位移的計算公式見下式：式中：“”號表示位移方向上與力反向，b表示齒輪與前支承的距離，c表示齒輪與后支承的距離，將各值帶入，得 水平面內(nèi)：垂直面內(nèi)：則主軸最大端位移為：已知主軸最大端位移許用值為0.0002l0.09mm則，符合要求。 主軸傾角的驗算：在切削力p的作用下主軸前軸承處的傾角為：水平面：垂直面內(nèi)：傳動力q作用下主軸傾角為：水平面內(nèi)：rad垂直面內(nèi)：rad則主軸前軸承處的角為垂直面內(nèi)：rad 故符合要求。7.3.

35、5軸承的校核：齒輪受切向力徑向力：；切削力f=1310n，徑向切削力軸向切削力，轉(zhuǎn)速n=4000r/min d=90mm 垂直面內(nèi)的受力分析：水平面內(nèi)的受力分析：故合力：求兩軸承的軸向力:對70000ac型軸承兩次計算的差值不大，因此，確定，當(dāng)量動載荷： 對兩軸承取x=1，y=0； x=1，y=0；由載荷性質(zhì)，輕載有沖擊故取當(dāng)量載荷：。因為所以可知其壽命軸承也符合剛度要求。第八章 主軸組件的潤滑和密封8.1主軸滾動軸承的潤滑潤滑的作用是減少摩擦、降低溫升并與密封裝置一起保護(hù)軸承不受外物的損傷與腐蝕。潤滑劑和潤滑方式?jīng)Q定于軸承的類型、速度和工作負(fù)荷。如果選擇合適，可以降低軸承的工作溫度和延長使用

36、壽命。滾動軸承可以用潤滑脂或潤滑油潤滑。在速度較低時，用潤滑脂比用潤滑油溫升低；速度較高時，用油潤滑較好。8.1.1脂潤滑脂潤滑使用方便，不需要供油管路和系統(tǒng)，沒有漏油問題。如果轉(zhuǎn)速不太高（數(shù)值可查軸承樣本），滾動軸承應(yīng)盡量采用脂潤滑，特別是立式主軸或裝在套筒內(nèi)可以伸縮的主軸（如鉆床、坐標(biāo)鏜床、加工中心等的主軸）。潤滑脂使用期限長，如果轉(zhuǎn)速不超極限值，一次充填可使用2000h以上。只要密封良好，不讓灰塵、油污進(jìn)入軸承，一次充填可一直用到大修時才更換，中間不需填充。潤滑脂填充量不宜過多，尤其不能填滿軸承空間。否則將引起過多的發(fā)熱，并油可能使脂熔化流出。8.1.2油潤滑潤滑滾動軸承所需的油量很少，

37、約每分鐘15滴。若油量增大，則由于攪拌作用會使溫度升高。油量增加過大，則冷卻作用為主，溫度會下降，但能耗卻加大了。常用油的粘度為12mm/s30mm/s(40c時)。高速主軸（如角接觸球軸承n106mmr/min），發(fā)熱較多。為控制其溫升，希望潤滑時兼起冷卻的作用。采用油潤滑，用空氣冷卻的方法。常用油霧和油氣潤滑。由于主軸前端采用了角接觸球軸承，速度較高，致使發(fā)熱較多，所以采用油潤滑，在潤滑時也起冷卻的作用。后端采用的是曲路（迷宮）密封為防止油液外漏，用脂潤滑雙列圓柱滾子軸承。8.2主軸組件的密封主軸組件密封主要是防止油外泄和塵埃、屑末進(jìn)入。密封的類型很多，兩個具有相對運動的結(jié)合面之間必然有間

38、隙，它們之間的密封稱為動密封。兩個相對靜止不動的結(jié)合面之間的密封稱為靜密封。靜密封有研磨面密封、墊片密封、密封膠密封等。在本設(shè)計中軸承端蓋與箱體之間的密封屬于靜密封，采用紙封油墊配合緊定螺釘進(jìn)行密封，之所以采用此種密封是由于研磨面密封適用與結(jié)合面加工平整、光潔，但本設(shè)計箱體為鑄造，不合適；而密封膠密封又不便端蓋拆卸。前、后端軸承端蓋通孔和軸之間的密封屬于動密封。前端軸承為角接觸球軸承，轉(zhuǎn)速較高，采用油潤滑，為防止油液甩出，此處采用了氈圈油封；后端軸承用脂潤滑，此處用迷宮式密封，利用其節(jié)流的作用達(dá)到密封的效果，且間隙中充滿著潤滑脂，密封效果更好。設(shè)計心得在研究了數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)及加工特點的前提下，分析了車床的制造和裝配的精