CG6125車床床頭箱的設(shè)計(jì).doc

cg6125車床床頭箱的設(shè)計(jì) 摘要當(dāng)前的機(jī)床制造業(yè)中。雖然數(shù)控機(jī)床正在飛速發(fā)展，然而，普通機(jī)床由于其具有價廉、質(zhì)優(yōu)、萬能而可靠的優(yōu)越性，在相當(dāng)長時間內(nèi)不可能被完全取代，還要與數(shù)控機(jī)床并駕齊驅(qū)。問題是如何挖掘潛力，改進(jìn)性能，提高其競爭能力。本設(shè)計(jì)利用價值工程原理從結(jié)構(gòu)，材料和工藝等方面對車床的床頭箱進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。所謂的價值工程是為了尋求功能與成本之間的合理匹配，使企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營活動中能正確處理質(zhì)量和成本的關(guān)系，向社會提供更多的物美價廉的產(chǎn)品，給企業(yè)和社會帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。確定價值工程的對象，一般我們選擇對產(chǎn)品影響較大的零部件、設(shè)計(jì)年代已久或結(jié)構(gòu)復(fù)雜需要改進(jìn)或簡化結(jié)構(gòu)的零部件、體積較大或材料利用率低的零部件、設(shè)計(jì)中間問題較多和改進(jìn)潛力大的部件。因此利用價值工程作為依據(jù)，合理的確定普通床頭箱的結(jié)構(gòu)并選擇合適的零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：傳動效率 接觸疲勞強(qiáng)度 彎曲強(qiáng)度 耐磨性目 錄摘要1abstract2目 錄3第一章緒論51.1 引言51.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢61.3 本課題主要研究內(nèi)容7第二章 機(jī)械運(yùn)動設(shè)計(jì)82.1 前置條件82.2結(jié)構(gòu)分析式82.2.1確定變速組的個數(shù)和傳動副數(shù)82.2.2 傳動副組合的擴(kuò)大順序的確定92.2.3結(jié)構(gòu)式確定92.2.4驅(qū)動電機(jī)選型92.3結(jié)構(gòu)分析式102.4繪制轉(zhuǎn)速圖10第三章 傳動件設(shè)計(jì)143.1機(jī)床帶傳動設(shè)計(jì)143.2各傳動件的計(jì)算轉(zhuǎn)速163.2.1主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速163.2.2各傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速163.2.3核算主軸轉(zhuǎn)速誤差163.3 繪制傳動系統(tǒng)圖163.31各軸直徑的確定173.3.2齒輪模數(shù)計(jì)算183.3.3齒輪齒寬確定22第四章 強(qiáng)度校核234.1齒輪強(qiáng)度校核234.11校核a傳動組齒輪234.1.2 校核b傳動組齒輪244.1.3校核c傳動組齒輪254.2主軸撓度的校核264.1軸的校核與驗(yàn)算264.3主軸最佳跨距的確定294.3.1 選擇軸頸直徑,軸承型號和最佳跨距294.3.2 求軸承剛度294.3.3 各傳動軸支承處軸承的選擇30第五章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)315.1齒輪塊設(shè)計(jì)315.2軸承的選擇315.3密封裝置設(shè)計(jì)335.4主軸換向與制動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)335.5其他結(jié)構(gòu)問題34總結(jié)35致 謝36參考文獻(xiàn)37第一章 緒論1.1 引言當(dāng)前的機(jī)床制造業(yè)中。雖然數(shù)控機(jī)床正在飛速發(fā)展，然而，普通機(jī)床由于其具有價廉、質(zhì)優(yōu)、萬能而可靠的優(yōu)越性，在相當(dāng)長時間內(nèi)不可能被完全取代，還要與數(shù)控機(jī)床并駕齊驅(qū)。問題是如何挖掘潛力，改進(jìn)性能，提高其競爭能力。本設(shè)計(jì)利用價值工程原理從結(jié)構(gòu)，材料和工藝等方面對車床的床頭箱進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。所謂的價值工程是為了尋求功能與成本之間的合理匹配，使企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營活動中能正確處理質(zhì)量和成本的關(guān)系，向社會提供更多的物美價廉的產(chǎn)品，給企業(yè)和社會帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。確定價值工程的對象，一般我們選擇對產(chǎn)品影響較大的零部件、設(shè)計(jì)年代已久或結(jié)構(gòu)復(fù)雜需要改進(jìn)或簡化結(jié)構(gòu)的零部件、體積較大或材料利用率低的零部件、設(shè)計(jì)中間問題較多和改進(jìn)潛力大的部件。因此利用價值工程作為依據(jù)，合理的確定普通床頭箱的結(jié)構(gòu)并選擇合適的零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。普通車床床頭箱是改變進(jìn)給量用的，依靠箱內(nèi)的滑移齒輪機(jī)構(gòu)或者塔倫機(jī)構(gòu)來變換所需要的進(jìn)給量。它的左端通過掛輪架與床頭箱的軸相連，右端通過聯(lián)軸節(jié)與光桿和絲桿相連，操縱時只要搬動床頭箱外面的手柄到相應(yīng)位置，就可以把主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)過掛輪架，床頭箱傳到絲桿或光桿。在設(shè)計(jì)過程需要解決的主要問題。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.普通車床床頭箱其動力傳動系統(tǒng)多采用齒輪傳動。齒輪傳動具有工作可靠，使用壽命長，瞬時傳動比為常數(shù)，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，功率和速度使用范圍廣等特點(diǎn)，在各種機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)的齒輪傳動設(shè)計(jì)以安全系數(shù)或許用應(yīng)力為基礎(chǔ)，由于安全系數(shù)的確定，缺乏定量的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，許用應(yīng)力常根據(jù)材料性能、熱處理工藝、工作環(huán)境等諸多因素來確定，具有不確定性，而且齒輪的模數(shù)和齒數(shù)等都有一定的標(biāo)準(zhǔn)。但其參數(shù)的選用可根據(jù)實(shí)際傳動的要求進(jìn)行，使齒輪傳動2.在滿足基本要求的前提下體積最小、重量最輕、結(jié)構(gòu)最緊湊。齒輪在工作過程中，由于輪齒受到外力的作用，會產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力，出現(xiàn)疲勞、磨損以及斷裂。要求齒輪必須有較高的硬度及好的耐磨性，齒面具有高的疲勞強(qiáng)度，齒輪心部要有足夠的強(qiáng)度和韌度即要求齒輪必須有較好的綜合力學(xué)性能。車床噪聲主要是齒輪噪聲。它來自車床主傳動和進(jìn)給傳動系統(tǒng)(床頭箱、床頭箱和 溜板箱， 即“三箱)。而要使車床噪聲達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求， 就應(yīng)對產(chǎn)生主要噪聲源的齒輪進(jìn)行剖析研究。3.進(jìn)給軸單元是普通車床的關(guān)鍵部件之一，其靜態(tài)特性(包括靜強(qiáng)度和靜剛度等)和動態(tài)特性(振動響應(yīng)特性和熱穩(wěn)定性等)優(yōu)劣都將直接影響到整臺車床的使用性能。因此，在設(shè)計(jì)階段需對其靜態(tài)以及動態(tài)特性進(jìn)行合理而準(zhǔn)確的分析，以提高設(shè)計(jì)效率，減少試驗(yàn)成本，進(jìn)而提高進(jìn)給軸的使用性能。 4.床頭箱的傳動系統(tǒng)在車床傳動系統(tǒng)中起著重要作用，對進(jìn)給傳動系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使傳動路線縮短，傳動元件減少提高傳動精度和被加工螺紋精度。5.材料的使用性能應(yīng)滿足零件的使用 要求。使用性能是指零件在正常使用狀態(tài)下，材料應(yīng)具備的性能包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。使用性能是保證零件工作安全可靠、經(jīng)久耐用的必要條件。選材時，要根據(jù)零件的工作條件和失效形式，正確地判斷所要求的主要性能同時還要考慮經(jīng)濟(jì)性。中國車床變速總成產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀。1.3 本課題主要研究內(nèi)容設(shè)計(jì)目的：通過臥式機(jī)床主軸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件計(jì)算、編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，并具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。掌握機(jī)床設(shè)計(jì)的過程和方法，使原有的知識有了進(jìn)一步的加深。課程設(shè)計(jì)屬于機(jī)械裝備制造課的延續(xù)，通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，進(jìn)一步學(xué)習(xí)掌握機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和機(jī)械裝備制造的一般方法；培養(yǎng)綜合運(yùn)用機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、精度設(shè)計(jì)、金屬工藝學(xué)、材料熱處理及結(jié)構(gòu)工藝等相關(guān)知識，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力；培養(yǎng)使用手冊、圖冊、有關(guān)資料及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的能力；提高技術(shù)總結(jié)及編制技術(shù)文件的能力。第二章 機(jī)械運(yùn)動設(shè)計(jì)2.1 前置條件1確定轉(zhuǎn)速范圍：主軸最小轉(zhuǎn)速2確定公比:,選取3轉(zhuǎn)速級數(shù)：,4最大加工直徑d=250 mm2.2結(jié)構(gòu)分析式2.2.1確定變速組的個數(shù)和傳動副數(shù)實(shí)現(xiàn)18級轉(zhuǎn)速的變速方案的變速組成方案可為：（1） （2） （3）為了變速箱中的齒輪總個數(shù)為最小值，每個變速組的傳動副數(shù)最好取p=2或3，并且考慮到機(jī)床實(shí)際結(jié)構(gòu)情況，所以變速系統(tǒng)通常使用雙聯(lián)或者三聯(lián)齒輪進(jìn)行變速（方案1齒輪數(shù)為9+2=11，方案26+3=9，方案3+3+2=8對）。還因?yàn)闄C(jī)床的主軸的最低轉(zhuǎn)速部分，比電動機(jī)轉(zhuǎn)速低得多，必須進(jìn)行減速，而用p=2或3，達(dá)到同樣的變速級數(shù)，變速組相應(yīng)增加，這樣可以利用變速的傳動比來降速，以減少專門用于降速的定比傳動副。故組成方案可分為：（1） （2） （3）從電動機(jī)到主軸主要為降速傳動，若使傳動副較多的傳動組放在較接近電動機(jī)處可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，節(jié)省材料，也就是滿足傳動副前多后少的原則，因此取方案。2.2.2 傳動副組合的擴(kuò)大順序的確定（1） （2）根據(jù)級比指數(shù)分配應(yīng)“前疏后密”的原則，應(yīng)選方案（1）其實(shí)擴(kuò)大順序和傳動順序相互一致，它的中間軸的變速范圍是比較小的，當(dāng)中間最高轉(zhuǎn)速一定時，其最低速度處于較高位置，傳遞的扭矩就會變小。在降速傳動中，防止齒輪直徑過大而使徑向尺寸常限制最小傳動比 ；在升速時為防止產(chǎn)生過大的噪音和震動常限制最大轉(zhuǎn)速比。在主傳動鏈任一傳動的最大變速范圍，在設(shè)計(jì)時必須保證中間傳動軸的變速范最小。（1），最后擴(kuò)大組的表示范圍其中， 合適（2） 最后擴(kuò)大組的表示范圍其中， 不合適2.2.3結(jié)構(gòu)式確定總上所述得結(jié)構(gòu)式為：2.2.4驅(qū)動電機(jī)選型 已知該臥式車床的最大回轉(zhuǎn)直徑d=250mm，則加工工件直徑dmax=（0.5-0.6）d=125-150mmdmin=（0.2-0.25）dmax=50-62.5mm 車外圓時，工件以最高轉(zhuǎn)速nmax=2000r/min,車削毛坯為d=50mm切削速度vc= 車刀進(jìn)給速度vf=80mm/min進(jìn)給量f=最大背吃刀量ap=3mm切削層公稱橫截面積ad=fap=0.043=0.12mm2根據(jù)金屬工藝學(xué)切削力經(jīng)驗(yàn)公式fc=kcad根據(jù)金屬工藝學(xué)表1-2，選取kc =1962mpa因此，有fc=kcad=19620.12=231.12n 切削功率pc=選取機(jī)床傳動效率則機(jī)床電動機(jī)的功率根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表8-184，選取y系列封閉式三相異步電動機(jī)y90l4。額定功率為1.5kw，滿載轉(zhuǎn)速為1400r/min2.3結(jié)構(gòu)分析式2.4繪制轉(zhuǎn)速圖選擇電動機(jī)一般車床若無特殊要求，多采用y系列封閉式三相異步電動機(jī)，根據(jù)原則條件選擇y90l-2型y系列籠式三相異步電動機(jī)。(2)確定各級轉(zhuǎn)速并繪制轉(zhuǎn)速圖由 z = 18確定各級轉(zhuǎn)速：由公式 得各級轉(zhuǎn)速為40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000r/min(3)分配各變速組的最小傳動比決定軸的最小降速傳動比主軸上的齒輪希望大點(diǎn)，能起到飛輪的作用，所以最后一個變速組的最小降速傳動比取極限值1/4，公比，=4，因此在軸上向上六格找到一個固定位置，連結(jié)線即得最小傳動比。決定其余變速組的最小傳動比是根據(jù)前緩后急的原則決定基本組的級比指數(shù)x0=1，第一擴(kuò)大組的級比指數(shù)x1=3 第二擴(kuò)大組級比指數(shù)x2=9（4）轉(zhuǎn)速圖(5)確定各變速組傳動副齒數(shù)傳動組:，查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)表2-1時：59、61、63、65、66、68、70、72、74、75時：59、60、62、65、67、70、72、73、75、77時：57、60、63、66、69、72、75、78、75、81可取72,于是可得軸齒輪齒數(shù)分別為：32、28、24?？傻幂S上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為：40、44、48。傳動組:， 查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)表2-1時：59、60、62、65、67、70、72、73、75、77時：63、65、66、68、70、72、73、75、77時：60、63、66、67、70、71、73、74、77可取 77，為升速傳動 故取軸為47于是可得軸上三聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為：47、34、22?？傻幂S上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為：30、41、55傳動組: 升速傳動 查金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)表2-1時：78、81、84、86、87、89、90、92時：80、81、84、85、86、89、90可取 84，為升速傳動 故取軸為28于是可得軸上二聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為：56、17。得軸兩齒輪齒數(shù)分別為28，67。綜上所述，各變速組齒輪齒數(shù)表所示變速組第一變速組第二變速組第三變速組齒數(shù)和s727784齒數(shù)名zz1z2z3z4z5z6z7z8z9z10z11z12z13z14z15z16齒數(shù)24482844324022553441473017675628傳動過程中，會采用三聯(lián)滑移齒輪，為避免齒輪滑移中的干涉，檢驗(yàn)z2-z3=48-42=64，因此所選齒輪的齒數(shù)符合設(shè)計(jì)要求的三聯(lián)滑移齒輪中最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于4。37第三章 傳動件設(shè)計(jì)3.1機(jī)床帶傳動設(shè)計(jì)（1）初定軸i的轉(zhuǎn)速 考慮i軸的轉(zhuǎn)速不宜過低（結(jié)構(gòu)尺寸增大），也不宜過高（帶輪轉(zhuǎn)動不平衡引起的振動、噪聲），初定從動軸n=900r/min。（2）確定計(jì)算功率pca 由機(jī)械設(shè)計(jì)表8-7查得工作情況系數(shù)ka=1.1故 p ca=kap=1.12.2=2.42kw（3）選取v帶型的帶型根據(jù)計(jì)算功率pca和小帶輪轉(zhuǎn)速n=900r/min，從機(jī)械設(shè)計(jì)圖8-11選取a型v帶。（4）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd并驗(yàn)算帶速v初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1,有機(jī)械設(shè)計(jì)表8-6和表8-8，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1=140mm驗(yàn)算帶速v。帶速因?yàn)?m/sv（f0）min（10）計(jì)算壓軸力fp壓軸力的最小值為（fp）min=2z（fp）minsin =22198.4sin =584.61n3.2各傳動件的計(jì)算轉(zhuǎn)速3.2.1主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速由參考資料查得，主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速是第一個三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級轉(zhuǎn)速，3.2.2各傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速軸計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定：a. 軸共有9級實(shí)際工作轉(zhuǎn)速160-1000r/min。b.主軸在160r/min至1000r/min之間的所有轉(zhuǎn)速都能傳遞全部功率，此時軸若經(jīng)齒輪副z15/z16傳動主軸，只有160-250r/min的3級轉(zhuǎn)速才能傳遞全部功率；若經(jīng)齒輪副z13/z14傳動主軸，則315-2000r/min的9級轉(zhuǎn)速都能傳遞全部功率；因此，軸具有的9級轉(zhuǎn)速都能傳遞全部功率。c.其中，能夠傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速n=160r/min即為軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速.其余依次類推，得各傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為：n=800r/min，n=400r/min.3.2.3核算主軸轉(zhuǎn)速誤差3.3 繪制傳動系統(tǒng)圖根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動機(jī)等已知條件可有如下系統(tǒng)圖：各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速1）齒輪z13的計(jì)算轉(zhuǎn)速。 z13裝在軸上，共有160-1000r/min共九級轉(zhuǎn)速；經(jīng)z13/z14傳動，主軸所得到的3級轉(zhuǎn)速160-250r/min才能傳遞全部功率，其中最低轉(zhuǎn)速160r/min即為z13的計(jì)算轉(zhuǎn)速。2）齒輪z14的計(jì)算轉(zhuǎn)速。z14裝在軸上，共有40-250r/min共九級轉(zhuǎn)速；但只有其中的160-250r/min才能傳遞有效功率；其中在最低轉(zhuǎn)速160r/min即為z14的計(jì)算轉(zhuǎn)速。其余依次類推，各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速見下表齒輪序號z1z2z3z4z5z6z7z8z9z10z11z12z13z14z15z16轉(zhuǎn)速（r/min）8004008005008006304001604003154006301601601603153.31各軸直徑的確定 由金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)表3-11得主軸前軸頸直徑d1 =60mm，后軸頸直徑d2 = （0.70.8）d1，取d2 = 45mm。1） 選擇材料。材料選用45鋼正火處理，有機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表8-17，材料抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度硬度255hbs.許用彎曲應(yīng)力2） 計(jì)算基本直徑dmin 由機(jī)械設(shè)計(jì)表15-3，查得軸材料及載荷系數(shù)a0=120，許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。當(dāng)軸端彎矩較小時，查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表2-4取v帶的傳動效率為0.96，齒輪傳動效率為0.97，滾動軸承傳動效率為0.99，則piv=2.20.960.970.990.970.990.970.99=1.87kw軸直徑:，n=800r/min,有一個鍵槽時，軸徑增大5%7%，并圓整為25mm.軸直徑:，n=400r/min,有一個鍵槽時，軸徑增大5%7%，并圓整為25mm.軸直徑:，n=180r/min,有一個鍵槽時，軸徑增大5%7%，并圓整為32mm.軸直徑:，n=125r/min,主軸為空心軸,取=0.5，有一個鍵槽時，軸徑增大5%7%，并圓整為40mm.主軸內(nèi)孔直徑di=0.1dmax10 mm=2510 mm取主軸內(nèi)孔為di=dv0.5=20mm3.3.2齒輪模數(shù)計(jì)算 齒輪選用40cr 調(diào)質(zhì)處理按接觸疲勞強(qiáng)度或者彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，因此先進(jìn)行估算，再選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)，一般同一變速組中的齒輪取同一模數(shù)，一個主軸變速箱中的齒輪采用12個模數(shù)，傳動功率的齒數(shù)模數(shù)一般不小于2mm。 第一變速組：相同模數(shù)承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪為z1。z1位于i軸，屬于高速軸（1）按照接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算齒輪選用精度。1） 選擇載荷系數(shù)kt=1.32） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩t1=3） 由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7選取齒寬系數(shù)，由表10-6查取材料的彈性影響系數(shù)ze=189.8mpa1/2,由圖10-21d按吃面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度強(qiáng)度。4） 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。n1=60n1jlh=608001（1530028）=3.456109n2=3.456109/2=1.7281085） 由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-19取khn1=0.95，khn2=1.02取失效概率的1%，安全系數(shù)s=1; 6） 試算小齒輪分度圓直徑d1t,代入中較小的值。圓周速度齒寬系數(shù)7） 計(jì)算齒寬與齒高之比b/h。模數(shù), 齒高h(yuǎn)=2.25mt=4.12 mm,根據(jù)v=2.07 m/s ,7級精度，由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8查得動載系數(shù)kv=1.23，直齒輪,由表10-2查得使用系數(shù)ka=1，由表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支撐非對稱布置時，kh=1.4220，由圖10-13查得kf=1.28；故載荷系數(shù)k=8）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑得, 模數(shù)m=d1/z1=2.02 mm。（2）按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算1）由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限;大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限，并查取彎曲疲勞壽命;計(jì)算疲勞彎曲許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4，則計(jì)算載荷系數(shù)，由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-5查得齒形系數(shù)yfa1=2.65,yfa2=2.332;應(yīng)力校正系數(shù)ysa1=1.58,ysa2=1.692.模數(shù)對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（及模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.40并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm。由以上結(jié)論，按齒輪齒根彎曲疲勞彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算第二變速組和第三變速組中的齒輪模數(shù)。第二變速組：相同模數(shù)承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪為z7。z7位于軸 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩t1= 2）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n1=60n1jlh=604001（1530028）=1.728109n2=1.728109/2.8=6.171083）由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限;大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限，并查取彎曲疲勞壽命;4）計(jì)算疲勞彎曲許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4，則載荷系數(shù)k約為1.315由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-5查得齒形系數(shù)yfa1=2.72,yfa2=2.272;應(yīng)力校正系數(shù)ysa1=1.57,ysa2=1.734.模數(shù)第三變速組：相同模數(shù)承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪為z11。z11位于iii軸1）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩t1=2）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n1=60n1jlh=601801（1530028）=7.8108n2=7.8108/4=1.951083）由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限;大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限，并查取彎曲疲勞壽命;4）計(jì)算疲勞彎曲許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4，則載荷系數(shù)k約為1.310由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-5查得齒形系數(shù)yfa1=2.85,yfa2=2.228;應(yīng)力校正系數(shù)ysa1=1.54,ysa2=1.762.模數(shù)為了使主軸變速箱中的齒輪采用12個模數(shù)，選取模數(shù)依次為2mm,3mm,3mm.3.3.3齒輪齒寬確定由公式得：第一變速組齒寬bi=（610）2=1220mm第二變速組齒寬bii=（610）3=1830mm第三變速組齒寬biii=（610）3=1830mm一對嚙合齒輪，為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯位時導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒的載荷，設(shè)計(jì)上，應(yīng)使主動輪比小齒輪齒寬大綜上所述，齒輪的基本參數(shù)如下表所示z1z2z3z4z5z6z7z8z9z10z11z12z13z14z15z16齒數(shù) 24482844324022553441473017675628模數(shù)233分度圓直徑48965688648066165102123141905120116884齒根高 hf( ha*+*c)m=1.252=2.53.753.75齒頂高h(yuǎn)aha*m=12=233齒頂圓直徑df521006092688472171108129147995720717490齒根圓直徑df43915183597558.5157.594.5115.5133.582.543.5193.5160.576.5中心距72105126齒寬203030第四章 強(qiáng)度校核4.1齒輪強(qiáng)度校核4.11校核a傳動組齒輪校核齒數(shù)為24的即可，確定各項(xiàng)參數(shù) p=2.2kw,n=800r/min,確定動載系數(shù)：齒輪精度為7級，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得使用系數(shù)確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)非對稱 ,查機(jī)械設(shè)計(jì)得確定齒間載荷分配系數(shù): 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得確定動載系數(shù): 查表 10-5 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 圖10-18查得 ,s = 1.3 ， 故合適。4.1.2 校核b傳動組齒輪校核齒數(shù)為22的即可，確定各項(xiàng)參數(shù) p=2.002kw,n=400r/min,確定動載系數(shù)：齒輪精度為7級，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得使用系數(shù)確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)非對稱 ,查機(jī)械設(shè)計(jì)得確定齒間載荷分配系數(shù): 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得確定動載系數(shù): 查表 10-5 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 圖10-18查得 ,s = 1.3 ， 故合適。4.1.3校核c傳動組齒輪校核齒數(shù)為17的即可，確定各項(xiàng)參數(shù) p=1.914kw,n=160r/min,確定動載系數(shù)：齒輪精度為7級，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得使用系數(shù)確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)非對稱,查機(jī)械設(shè)計(jì)得確定齒間載荷分配系數(shù): 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得確定動載系數(shù): 查表 10-5 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 圖10-18查得 ,s = 1.3 ， 故合適。4.2主軸撓度的校核4.1軸的校核與驗(yàn)算軸的校核：通過受力分析，在一軸的三對嚙合齒輪副中，中間的兩對齒輪對軸中點(diǎn)處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來進(jìn)行校核 。軸、軸的校核同上。經(jīng)校核，傳動軸全部合格。（2）主軸的驗(yàn)算：由機(jī)械設(shè)計(jì),齒輪傳遞扭距和力為主軸轉(zhuǎn)距，齒輪受的切向力 齒輪受的徑向力軸傳遞給主軸的功率為p=1.8kw由材料力學(xué)84頁空心軸抗扭截面系數(shù)為,其中經(jīng)過13-14齒輪傳遞時受力分析大齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速為180r/min,則主軸轉(zhuǎn)距齒輪受的切向力齒輪受的徑向力查機(jī)械工程及自動化簡明設(shè)計(jì)手冊p400，fc與ff、fp之間有一定關(guān)系，取fp=0.4fc，ff=0.25fc。主軸最大轉(zhuǎn)矩求切削力fc=2872.96n切削力平移到主軸端部，隨之在垂直平面和水平平面內(nèi)產(chǎn)生一個附加彎矩mc，mp，把切削力作用點(diǎn)取離主軸夾頭端面（1/21/3）l件處，l件見表7-26mc=（2/3）fcl件=2/32872.960.12=229.8388nmmp=（2/3）fpl件=2/30.42872.960.12=91.9347 nmmf=（1/2）ffl件=1/20.252872.960.12=43.0944 nmmp-mf=91.9347-43.0944=48.84 nm彎矩圖和扭矩圖所示：b由上述內(nèi)力圖，可以判定軸的危險截面為截面b，在截面b上扭矩t=230nm彎矩m=458.47nm很明顯,齒輪處受彎扭最大,且該處抗扭截面系數(shù)沒有相對其它處大很多,所以校核該處.由第三強(qiáng)度,危險截面強(qiáng)度為 (因?yàn)?小于40cr 許用應(yīng)力要求，符合要求4.3主軸最佳跨距的確定4.3.1 選擇軸頸直徑,軸承型號和最佳跨距前軸頸應(yīng)為75-100mm,初選=90mm,后軸頸取,前軸承為nn3020k,后軸承為nn3016k,根據(jù)結(jié)構(gòu),定懸伸長度4.3.2 求軸承剛度考慮機(jī)械效率主軸最大輸出轉(zhuǎn)距床身上最大加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的60%,取50%即200,故半徑為0.1.切削力 背向力 故總的作用力 次力作用于頂在頂尖間的工件上主軸尾架各承受一半,故主軸軸端受力為 先假設(shè) 前后支撐分別為根據(jù) 。4.3.3 各傳動軸支承處軸承的選擇 主軸 前支承：nn3020k;中支承：n219e;后支承：nn3016k 軸 前支承：30207;后支承：30207 軸 前支承：30207;中支承：nn3009;后支承：30207 軸 前支承：30208;后支承：30208第五章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1齒輪塊設(shè)計(jì)機(jī)床的變速系統(tǒng)采用了滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)。根據(jù)各傳動軸的工作特點(diǎn)，基本組、第一擴(kuò)大組以及第二擴(kuò)大組的滑移齒輪均采用了整體式滑移齒輪。所有滑移齒輪與傳動軸間均采用花鍵聯(lián)接。從工藝角度考慮，其他固定齒輪（主軸上的齒輪除外）也采用花鍵聯(lián)接。由于主軸直徑較大，為了降低加工成本而采用了單鍵聯(lián)接。軸采用的花鍵分別為：軸：626306 軸：626306 軸：832366軸采用平鍵 18x120軸間傳動齒輪精度為8778b，軸間齒輪精度為7667b。5.2軸承的選擇（1）主軸前軸承有兩種常用的類型： 雙列短圓柱滾子軸承。承載能力大，可同時承受徑向力和軸向力，結(jié)構(gòu)比較簡單，但允許的極限轉(zhuǎn)速低一些。 與雙列短圓柱滾子軸承配套使用承受軸向力的軸承有三種： 600角雙向推力向心球軸承。是一種新型軸承，在近年生產(chǎn)的機(jī)床上廣泛采用。具有承載能力大，允許極限轉(zhuǎn)速高的特點(diǎn)。外徑比同規(guī)格的雙列圓柱滾子軸承小一些。在使用中，這種軸承不承受徑向力。 推力球軸承。承受軸向力的能力最高，但允許的極限轉(zhuǎn)速低，容易發(fā)熱。 向心推力球軸承。允許的極限轉(zhuǎn)速高，但承載能力低，主要用于高速輕載的機(jī)床。（2）軸承的配置 大多數(shù)機(jī)床主軸采用兩個支撐，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但為了提高主軸剛度也有用三個支撐的了。三支撐結(jié)構(gòu)要求箱體上三支撐孔具有良好的同心度，否則溫升和空載功率增大，效果不一定好。三孔同心在工藝上難度較大，可以用兩個支撐的主要支撐，第三個為輔助支撐。輔助支撐軸承（中間支撐或后支撐）保持比較大的游隙（約0.030.07），只有在載荷比較大、軸產(chǎn)生彎曲變形時，輔助支撐軸承才起作用。 軸承配置時，除選擇軸承的類型不同外，推力軸承的布置是主要差別。推力軸承布置在前軸承、后軸承還是分別布置在前、后軸承，影響著溫升后軸的伸長方向以及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，應(yīng)根據(jù)機(jī)床的實(shí)際要求確定。在配置軸承時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1)每個支撐點(diǎn)都要能承受徑向力。 2)兩個方向的軸向力應(yīng)分別有相應(yīng)的軸承承受。 3)徑向力和兩個方向的軸向力都應(yīng)傳遞到箱體上，即負(fù)荷都由機(jī)床支撐件承受。（3）軸承的精度和配合 主軸軸承精度要求比一般傳動軸高。前軸承的誤差對主軸前端的影響最大，所以前軸承的精度一般比后軸承選擇高一級。 普通精度級機(jī)床的主軸，前軸承的選c或d級，后軸承選d或e級。選擇軸承的精度時，既要考慮機(jī)床精度要求，也要考慮經(jīng)濟(jì)性。 軸承與軸和軸承與箱體孔之間，一般都采用過渡配合。另外軸承的內(nèi)外環(huán)都是薄壁件，軸和孔的形狀誤差都會反映到軸承滾道上去。如果配合精度選的太低，會降低軸承的回轉(zhuǎn)精度，所以軸和孔的精度應(yīng)與軸承精度相匹配。（4）軸承間隙的調(diào)整 為了提高主軸的回轉(zhuǎn)精度和剛度，主軸軸承的間隙應(yīng)能調(diào)整。把軸承調(diào)到合適的負(fù)間隙，形成一定的預(yù)負(fù)載，回轉(zhuǎn)精度和剛度都能提高，壽命、噪聲和抗振性也有改善。預(yù)負(fù)載使軸承內(nèi)產(chǎn)生接觸變形，過大的預(yù)負(fù)載對提高剛度沒有明顯的效果，而磨損發(fā)熱量和噪聲都會增大，軸承壽命將因此而降低。 軸承間隙的調(diào)整量，應(yīng)該能方便而且能準(zhǔn)確地控制，但調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)不能太復(fù)雜。雙列短圓柱滾子軸承內(nèi)圈相對外圈可以移動，當(dāng)內(nèi)圈向大端軸向移動時，由于1：12的內(nèi)錐孔，內(nèi)圈將脹大消除間隙。 其他軸承調(diào)整也有與主軸軸承相似的問題。特別要注意：調(diào)整螺母的端面與螺紋中心線的垂直度，隔套兩個端面的平行度都較高要求，否則，調(diào)整時可能將軸承壓偏而破壞精度。隔套越長，誤差的影響越小。螺母端面對螺紋中心線垂直度、軸上和孔上套簡兩端平行度等均有嚴(yán)格的精度要求。為了方便安裝，軸上傳動件的外徑均小于箱體左側(cè)支承孔直徑，均采用深溝球軸承。為了便于裝配和軸承間隙調(diào)整，、軸均采用圓錐滾子軸承。滾動軸承均采用e級精度。本車床為普通精度級的輕型機(jī)床，為了簡化結(jié)構(gòu)、主軸采用了軸向后端定位的兩支承主軸組件。前支承采用雙列圓柱滾子軸承，后支承采用角接觸球軸承和單向推力球軸承。為了保證主軸的回轉(zhuǎn)精度，主軸前后軸承均采用壓塊式防松螺母調(diào)整軸承的間隙。主軸前端采用短圓錐定心結(jié)構(gòu)型式。前軸承為c級精度，后軸承為d級精度。5.3密封裝置設(shè)計(jì) 主軸轉(zhuǎn)速高，必須保證充分潤滑，一般常用單獨(dú)的油管將油引到軸承處。主軸是兩端外伸的軸，防止漏油更為重要而困難。防漏的措施有兩種：（1）堵加密封裝置防止油外流。 主軸轉(zhuǎn)速高，多采用非接觸式的密封裝置，形式很多，一種軸與軸承蓋之間留0.10.3mm的間隙（間隙越小，密封效果越好，但工藝?yán)щy）。還有一種是在軸承蓋的孔內(nèi)開一個或幾個并列的溝槽（圓弧形或v形），效果比上一種好些。在軸上增開了溝槽（矩形或鋸齒形），效果又比前兩種好。 在有大量切屑、灰塵和冷卻液的環(huán)境中工作時，可采用曲路密封，曲路可做成軸向或徑向。徑向式的軸承蓋要做成剖分式，較為復(fù)雜。（2）疏導(dǎo)在適當(dāng)?shù)牡胤阶龀龌赜吐罚褂湍茼樌亓骰氐接拖?。因此，由于軸軸頸較小，線速度較低，為了保證密封效果，采用皮碗式接觸密封。而主軸直徑大、線速度較高，則采用了非接觸式密封。卸荷皮帶輪的潤滑采用毛氈式密封，以防止外界雜物進(jìn)入。 5.4主軸換向與制動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 本機(jī)床是適用于機(jī)械加工車間和維修車間的普通車床。主軸換向比較頻繁，才用雙向片式摩擦離合器。這種離合器由內(nèi)摩擦片、外摩擦片、止推片、壓塊和空套齒輪組成。離合器左右兩部門結(jié)構(gòu)是相同的。左離合器傳動主軸正轉(zhuǎn)，用于切削加工。需要傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，片數(shù)較多。右離合器用來傳動主軸反轉(zhuǎn)，主要用于退回，片數(shù)較少。這種離合器的工作原理是，內(nèi)摩擦片的花鍵孔裝在軸的花鍵上，隨軸旋轉(zhuǎn)。外摩擦片的孔為圓孔，直徑略大于花鍵外徑。外圓上有4個凸起，嵌在空套齒輪的缺口之中。內(nèi)外摩擦片相間安裝。用桿通過銷向左推動壓塊時，將內(nèi)片與外片相互壓緊。軸的轉(zhuǎn)矩便通過摩擦片間的摩擦力矩傳遞給齒輪，使主軸正傳。同理，當(dāng)壓塊向右時，使主軸反轉(zhuǎn)。壓塊處于中間位置時，左、右離合器都脫開，軸以后的各軸停轉(zhuǎn)。 制動器安裝在軸，在離合器脫開時制動主軸，以縮短輔助時間。此次設(shè)計(jì)采用帶式制動器。該制動器制動盤是一個鋼制圓盤，與軸用花鍵聯(lián)接，周邊圍著制動帶。制動帶是一條剛帶，內(nèi)側(cè)有一層酚醛石棉以增加摩擦。制動帶的一端與杠桿連接。另一端與箱體連接。為了操縱方便并保證離合器與制動器的聯(lián)鎖運(yùn)動，采用一個操縱手柄控制。當(dāng)離合器脫開時，齒條處于中間位置，將制動帶拉緊。齒條軸凸起的左、右邊都是凹槽。左、右離合器中任一個結(jié)合時，杠桿都按順時針方向擺動，使制動帶放松。5.5其他結(jié)構(gòu)問題 主軸上齒輪應(yīng)盡可能靠近前軸承，大齒輪更應(yīng)靠前，這樣可以減小主軸的扭轉(zhuǎn)變形。 當(dāng)后支承采用推力軸承時，推力軸承承受著前向后的軸向力，推力軸承緊靠在孔的內(nèi)端面，所以，內(nèi)端面需要加工，端面和孔有較高的垂直度要求，否則將影響主軸的回轉(zhuǎn)精度。支承孔如果直接開在箱體上，內(nèi)端面加工有一定難度。為此，可以加一個杯形套孔解決，套孔單獨(dú)在車床上加工，保證高的端面與孔德垂直度。 主軸的直徑主要取決于主軸需要的剛度、結(jié)構(gòu)等。各種牌號鋼材的彈性模量基本一樣，對剛度影響不大。主軸一般選優(yōu)質(zhì)中碳鋼即可。精度較高的機(jī)床主軸考慮到熱處理變形的影響，可以選用40cr或其他合金鋼。主軸頭部需要淬火，硬度為