數(shù)控車(chē)床主軸箱設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文題 目 數(shù)控車(chē)床主軸箱設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)電一體化 學(xué)生姓名 李園華 論文編號(hào) 28 準(zhǔn)考證號(hào) 指導(dǎo)教師 吳連連 2010 年度 下 (上/下）摘要主軸箱是機(jī)床要的部件，是用于布置機(jī)床工作主軸及其傳動(dòng)零件和相應(yīng)的附加機(jī)構(gòu)的。主軸箱采用多級(jí)齒輪定的傳動(dòng)系統(tǒng)箱內(nèi)各個(gè)位置上的傳動(dòng)齒輪和傳動(dòng)軸把運(yùn)動(dòng)傳到主軸上，使主軸獲得規(guī)定的轉(zhuǎn)速和方向。軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及主軸箱各部件的加工工藝直接影響機(jī)床的性能。主軸箱為數(shù)控機(jī)床的主要傳動(dòng)系統(tǒng)它包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件它與普通車(chē)床的主軸箱比較，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單只有兩極或三級(jí)齒輪變速系統(tǒng)，它主要是用以擴(kuò)

2、大電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的范圍，以滿(mǎn)足一定恒功率、和轉(zhuǎn)速的問(wèn)題。關(guān)鍵字：數(shù)控車(chē)床 主軸箱 傳動(dòng) 齒輪 目 錄第1章 數(shù)控車(chē)床的發(fā)展史 1.1數(shù)控階段5 1.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控階段 5 1.3數(shù)控未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)6第2章 主傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 6 2.1 驅(qū)動(dòng)源的選擇 6 2.2轉(zhuǎn)速圖的擬定7 2.3傳動(dòng)軸的估算8 2.4齒輪模數(shù)的估算 10 2.5V帶的選擇 11第2章 主軸箱展開(kāi)圖的設(shè)計(jì)12 3.1 各零件結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)12 3.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟12 3.3有關(guān)零件結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計(jì).12 3.43各軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .14 3.5主軸組件的剛度和剛度損失的計(jì)算 15 3.6軸承的校核 17總結(jié) 20參考文獻(xiàn) 21前

3、 言隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界機(jī)床業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時(shí)代，其中數(shù)控機(jī)床就是代表產(chǎn)品之一。數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)的加工母機(jī)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。它為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)提供裝備和手段，具有無(wú)限放大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效應(yīng)。目前，歐、美、日等工業(yè)化國(guó)家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而中國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始起步，仍處于發(fā)展階段。 “十五”期間，中國(guó)數(shù)控實(shí)現(xiàn)了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量2001年為17521臺(tái)，2002年24803臺(tái)，2003年36813臺(tái)，2004年51861臺(tái)，2004年產(chǎn)量是2000年的3.7倍，平均年增長(zhǎng)39；2005年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量59639臺(tái)，接近6萬(wàn)臺(tái)大關(guān)，是“

4、九五”末期的4.24倍?！笆濉逼陂g，中國(guó)機(jī)床行業(yè)發(fā)展迅猛的主要原因是市場(chǎng)需求旺盛。固定資產(chǎn)投資增速快、汽車(chē)和機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展迅猛、外商投資企業(yè)增長(zhǎng)速度加快所致。 2006年，中國(guó)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到85756臺(tái)，同比增長(zhǎng)32.8%，增幅高于金切機(jī)床產(chǎn)量增幅18.4個(gè)百分點(diǎn)，進(jìn)而使金切機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)到37.8%，同比增加2.3個(gè)百分點(diǎn)。此外，數(shù)控機(jī)床在外貿(mào)出口方面亦業(yè)績(jī)驕人，全年實(shí)現(xiàn)出口額3.34億美元，同比增長(zhǎng)63.14%，高于全部金屬加工機(jī)床出口額增幅18.58個(gè)百分點(diǎn)。 2007年，中國(guó)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá)123,257臺(tái)，數(shù)控金屬成形機(jī)床產(chǎn)量達(dá)3,011臺(tái)；國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床擁有量約50萬(wàn)

5、臺(tái)，進(jìn)口約20萬(wàn)臺(tái)。 2008年10月，中國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量達(dá)105,780臺(tái)，比2007年同比增長(zhǎng)2.96。 長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進(jìn)展緩慢，高檔依靠進(jìn)口的局面，特別是國(guó)家重點(diǎn)工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進(jìn)口，技術(shù)受制于人。究其原因，國(guó)內(nèi)本土數(shù)控機(jī)床企業(yè)大多處于“粗放型”階段，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國(guó)外先進(jìn)水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技術(shù)方面的差距則達(dá)到了10-15年。同時(shí)中國(guó)在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集成方面的能力也還比較低，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對(duì)滯后，國(guó)產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床還沒(méi)有形成品牌效應(yīng)。同時(shí)，中國(guó)的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓(xùn)、服務(wù)

6、網(wǎng)絡(luò)等支撐體系，市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)能力和經(jīng)營(yíng)管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 國(guó)外公司在中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)銷(xiāo)量中的80以上是普及型數(shù)控系統(tǒng)。如果我們能在普及型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品快速產(chǎn)業(yè)化上取得突破，中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)就有望從根本上實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略反擊。同時(shí)，還要建立起比較完備的高檔數(shù)控系統(tǒng)的自主創(chuàng)新體系，提高中國(guó)的自主設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和成套生產(chǎn)能力，創(chuàng)建國(guó)產(chǎn)自主品牌產(chǎn)品，提高中國(guó)高檔數(shù)控系統(tǒng)總體技術(shù)水平。 第一章 數(shù)控車(chē)床的發(fā)展史 1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，這表明人類(lèi)創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具。它與人類(lèi)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那

7、些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類(lèi)進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國(guó)誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。1.1數(shù)控（NC）階段（19521970年） 早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低，對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路"搭"成一臺(tái)機(jī)床專(zhuān)用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱(chēng)為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC），簡(jiǎn)稱(chēng)為數(shù)控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個(gè)階段歷經(jīng)了三代，即1952年的第一代-電子管；19

8、59年的第二代-晶體管；1965年的第三代-小規(guī)模集成電路。 1.2計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年現(xiàn)在） 到1970年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過(guò)來(lái)作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（把計(jì)算機(jī)前面應(yīng)有的"通用"兩個(gè)字省略了）。到1971年，美國(guó)INTEL公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個(gè)最核心的部件-運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱(chēng)之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱(chēng)為中央處理單元（簡(jiǎn)稱(chēng)CPU）。 到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺(tái)機(jī)床能力有富

9、裕（故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺(tái)機(jī)床，稱(chēng)之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過(guò)多處理器結(jié)構(gòu)來(lái)解決。由于微處理器是通用計(jì)算機(jī)的核心部件，故仍稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控。 到了1990年，PC機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)，國(guó)內(nèi)習(xí)慣稱(chēng)微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿(mǎn)足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的階段。 總之，計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代-小型計(jì)算機(jī)；1974年的第五代-微處理器和1990年的第六代-基于PC（國(guó)外稱(chēng)為PC-BASED）。 ，雖然還要指出的是國(guó)外早已改稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即CNC）了，而我國(guó)仍

10、習(xí)慣稱(chēng)數(shù)控（NC）。所以我們?nèi)粘Ｖv的"數(shù)控"，實(shí)質(zhì)上已是指"計(jì)算機(jī)數(shù)控"了。 1.3 數(shù)控未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì) 1.3.1 繼續(xù)向開(kāi)放式、基于PC的第六代方向發(fā)展 基于PC所具有的開(kāi)放性、低成本、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠(chǎng)家會(huì)走上這條道路。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問(wèn)題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍。 1.3.2 向高速化和高精度化發(fā)展 這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。 1.3.3 向智能化方向發(fā)展 隨

11、著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。 （1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過(guò)程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。 （2）引入專(zhuān)家系統(tǒng)指導(dǎo)加工 將熟練工人和專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專(zhuān)家系統(tǒng)。 （3）引入故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng) （4）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置 可以通過(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。 第二章2主傳動(dòng)設(shè)計(jì)2.1驅(qū)動(dòng)源的選擇機(jī)床上常用的無(wú)級(jí)變速機(jī)構(gòu)是直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī) ，直流電動(dòng)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(chǎng)電

12、流的方法來(lái)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(shí)調(diào)節(jié)電樞電壓的方法來(lái)調(diào)速的屬于恒轉(zhuǎn)矩；交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)是靠調(diào)節(jié)供電頻率的方法調(diào)速。由于交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)的體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，沒(méi)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(dòng)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(dòng)機(jī)占有較大的優(yōu)勢(shì)，鑒于此，本設(shè)計(jì)選用交流調(diào)速電動(dòng)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(chǎng)的BESK-8型交流主軸電動(dòng)機(jī)，最高轉(zhuǎn)速是4500r/min。2.2 轉(zhuǎn)速圖的擬定 根據(jù)交流主軸電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和基本轉(zhuǎn)速可以求得交流主軸電動(dòng)機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍Rdp

13、=nmax/nd=3而主軸要求的恒功率轉(zhuǎn)速范圍Rnp=3，遠(yuǎn)大于交流主軸電動(dòng)機(jī)所能提供的恒功率轉(zhuǎn)速范圍，所以必須串聯(lián)變速機(jī)構(gòu)的方法來(lái)擴(kuò)大其恒功率轉(zhuǎn)速范圍。涉及變速箱時(shí)，考慮到機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性等因素，取變速箱的公比f(wàn)等于交流主軸電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍 Rdp,即=Rdp=3,功率特性圖是連續(xù)的，無(wú)缺口和無(wú)重合的。變速箱的 變速級(jí)數(shù)Z =2.99.取Z=3確定各齒輪齒副的齒數(shù)：取S=116由U=1.955 得Z1= 24 Z1=68由U=1.54 得Z2=75 Z2=30由U=4.6 得Z3=48 Z3=57由此擬定主傳動(dòng)系統(tǒng)圖，轉(zhuǎn)速圖以及主軸功率特性圖分別如圖2-1，2-2，2-

14、32.3 傳動(dòng)軸的估算傳動(dòng)軸除應(yīng)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿(mǎn)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(dòng)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(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求軸在載荷下不至于產(chǎn)生過(guò)大的變形。如果剛度不夠，軸上的零件由于軸的 變形過(guò)大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，發(fā)熱，過(guò)早磨損而失效，因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。計(jì)算轉(zhuǎn)速nj是傳動(dòng)件傳遞全部功率時(shí)的最低轉(zhuǎn)速，各個(gè)傳動(dòng)軸上的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖是直接得出，如表2-1所示。 表2-1 各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速軸 I II III計(jì)算轉(zhuǎn)速 1500 530

15、 140各軸功率和扭矩計(jì)算： 已知一級(jí)齒輪傳動(dòng)效率為0.97（包括軸承），同步帶傳動(dòng)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 III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(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m）,可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取，其選擇的原則如表2-2所示。 表2-2 許用扭轉(zhuǎn)

16、角選取原則 軸 主軸一般傳動(dòng)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(jì)算轉(zhuǎn)速nj，允許扭轉(zhuǎn)角代入扭轉(zhuǎn)剛度的估算公式 d=91,可得傳動(dòng)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(chē)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=67-81

17、mm 內(nèi)孔直徑 d=0.1Dmax10=35-55mm2.4 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(jì)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(huà)完后校驗(yàn)用。在畫(huà)草圖時(shí)用經(jīng)驗(yàn)公式估算，根據(jù)估算的結(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(diǎn)蝕進(jìn)行估算。這兩種方法的前提條件是各個(gè)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(duì)齒輪有較大的傳動(dòng)比，各個(gè)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(jì)算轉(zhuǎn)速是530

18、r/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(jì)算 得m=2.7由于受傳動(dòng)軸軸徑尺寸大小限制，選取齒輪模數(shù)為m=3 mm,對(duì)比上面的結(jié)果，可知這樣設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)，既滿(mǎn)足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿(mǎn)足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，故取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. 則各齒輪齒數(shù)和模數(shù)列表如下：齒輪Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4齒數(shù)2468753048572283模數(shù)223333332.5 V型帶的選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(zhǎng)如果中心距未給出

19、，可根據(jù)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)需要初定長(zhǎng)度中心距a0，取0.7（）<a0<2（），193.2<a0<552后確定a0=200，根據(jù)帶傳動(dòng)的幾何關(guān)系，按下式計(jì)算所需代的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：=2a0+（）+得到=855.4，取=900mma=a0+=200+(900-855.4)/2=222mm。驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角：=>=；確定帶的根數(shù)z：根，圓整為3根。V帶速度的驗(yàn)算： 故帶符合要求。 第三章主軸箱展開(kāi)圖的設(shè)計(jì)主軸箱展開(kāi)圖是反應(yīng)各個(gè)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。3.1 各零件結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)3.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟通過(guò)繪圖設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)尺寸以及選出軸承的型

20、號(hào)，確定軸的支點(diǎn)距離和軸上零件力的作用點(diǎn)，計(jì)算軸的強(qiáng)度和軸承的壽命。3.3 有關(guān)零件結(jié)構(gòu)和尺寸的確定傳動(dòng)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。1） 傳動(dòng)軸的估算見(jiàn)前一節(jié)2） 齒輪相關(guān)尺寸的計(jì)算齒寬影響齒的強(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(dòng)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(gè)齒輪的齒厚確定如表3-1.表3-1 各齒輪的齒厚齒輪Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4齒厚2520353035303030由計(jì)算公式；齒頂：齒根：

21、得到下列尺寸表齒輪的直徑?jīng)Q定了各軸之間的尺寸。各主軸部件中各個(gè)齒輪的尺寸計(jì)算如下表3-2表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3-2可以計(jì)算出各軸之間的距離，現(xiàn)將它們列出如表3-3所示 表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(duì)齒輪同時(shí)嚙合，兩個(gè)固定齒輪的間距應(yīng)大于滑移齒輪的寬度。一般

22、留有間隙1-2mm，所以首先設(shè)計(jì)滑移齒輪。 II軸上的滑移齒輪的兩個(gè)齒輪輪齒之間必須留有用于齒輪加工的間隙，插齒時(shí)，當(dāng)模數(shù)在1-2mm范圍內(nèi)時(shí)，間隙必須不小于5mm,當(dāng)模數(shù)在2.5-4mm范圍內(nèi)時(shí)，間隙必須不小于6 mm，且應(yīng)留有足夠的空間滑移，據(jù)此選出三片齒輪間的間隙分別為d1=17.5mm,d2=15mm. 由滑移齒輪的厚度以及滑移齒輪上的間隙可以得出主軸上的兩個(gè)齒輪間的距離至少是60mm，現(xiàn)取齒輪間的間距為64mm和70mm.4） 軸承的選擇及其配置主軸組件的滾動(dòng)軸承既要有承受徑向載荷的徑向軸承，又要有承受兩個(gè)方向軸向載荷的推力軸承。軸承類(lèi)型及型號(hào)選用主要根據(jù)主軸的剛度，承載能力，轉(zhuǎn)速，

23、抗振性及結(jié)構(gòu)要求合理的進(jìn)行選定。同樣尺寸的軸承，線(xiàn)接觸的磙子軸承比點(diǎn)接觸的球軸承的剛度要高，但極限轉(zhuǎn)速要低，多個(gè)軸承的承載能力比單個(gè)軸承的承載能力要大，不同軸承承受載荷類(lèi)型及大小不同。為了 提高主軸組件的剛度，通常采用輕型或特輕型系列軸承。通常情況下，中速重載采用雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸球軸承，或者成對(duì)圓錐滾子軸承，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是極限轉(zhuǎn)速較低。高速輕載采用成組角接觸球軸承，根據(jù)軸向載荷的大小分別選用25度或15度的接觸角。軸向載荷為主且精度要求不高時(shí)，選用推力軸承配深溝球軸承，精度要求較高時(shí)，選用向心推力軸承。本設(shè)計(jì)的主軸不僅有剛度高的要求，而且有轉(zhuǎn)速高的要求，所以在選擇主軸軸承時(shí)，

24、剛度和速度這兩各方面必須考慮。3.4 各軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)軸的一端與帶輪相連，將軸的結(jié)構(gòu)草圖繪制如圖3-2 圖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(jiǎn)圖繪制如圖3-3所示： 圖3-33.5主軸組件的剛度和剛度損失的計(jì)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(shí)，暫取即取270mm前后支承支反力 取=N/mm 則 則=225mm 因在上式計(jì)算中，忽略了ys的影響，故=225mm主軸端部撓度的計(jì)算： 已知齒輪最少齒數(shù)為30，模數(shù)為3，則分度圓直徑為90mm則齒輪的圓

25、周力： 徑向力：則傳動(dòng)力在水平面和垂直面內(nèi)有分力為：水平面：垂直面：去計(jì)算齒輪與前支承的距離為66mm，其與后支承的距離為384mm。切削力的計(jì)算：已知車(chē)床拖板最大回轉(zhuǎn)直徑。則主切削力：徑向切削力：軸向切削力：當(dāng)量切削力的計(jì)算：P=（a=B）/a3639對(duì)于車(chē)床 B=0.4=160mm則水平面內(nèi)：垂直面內(nèi)：主軸端部的撓度計(jì)算：， 傳動(dòng)力的作用下，主軸端位移的計(jì)算公式見(jiàn)下式：式中：“”號(hào)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

26、傾角的驗(yàn)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(dòng)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。3.6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(duì)70000AC型軸承兩次計(jì)算的差值不大，因此，確定，當(dāng)量動(dòng)載荷： 對(duì)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?yàn)樗钥芍鋲勖S承也符合剛度要求?？偨Y(jié)經(jīng)過(guò)為期兩周的不懈努力，我們順利完成了對(duì)數(shù)控車(chē)床縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在這兩周內(nèi)，