買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 I 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 題目： 自動換刀數(shù)控臥室鏜銑床主軸箱設(shè)計(jì) 系 別： 機(jī)電信息系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 班 級： 學(xué) 生： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2013 年 05 月 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 要 機(jī)械行業(yè)是運(yùn)用數(shù)控機(jī)床最多的，很多企業(yè)為了提高自己的生產(chǎn)效率，常常會對機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行多方面的 改造 。社會主義 市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展為我國工業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，在現(xiàn)代一體化生產(chǎn)模式中運(yùn)用了很多先進(jìn)的設(shè)備。對于數(shù)控機(jī)床而言，主軸箱是其最為核心的組織結(jié)構(gòu)，整個(gè)主軸箱影響著數(shù)控機(jī)床的變速情況。大部分制造企業(yè)在實(shí)行技術(shù)改造時(shí)把重點(diǎn)放在了主軸箱變速器上，這是調(diào)整機(jī)床運(yùn)行速度的重點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過程中必須要對主軸箱的每個(gè)部件加以控制，這樣才能確保數(shù)控機(jī)床主軸變速性能的良好。 本文對主軸箱變速操縱機(jī)構(gòu)的工作原理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算分析，利用兩個(gè)液壓油缸，經(jīng)撥叉帶動雙聯(lián)滑移齒輪移動到需要的多個(gè)位置。 關(guān)鍵字 ：數(shù)控機(jī)床； 主軸箱； 結(jié) 構(gòu)； 設(shè)計(jì) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 is NC a of to of of to of to of a of in of C is NC of in of to on is to In of to so as to C In of on of a to a of 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 錄 1 緒論 . 1 控鏜銑床的結(jié)構(gòu)組成 . 1 國臥式鏜銑床的發(fā)展 . 2 國臥式鏜銑床的發(fā)展歷史 . 2 國臥式鏜銑床的發(fā)展趨勢 . 2 2 數(shù)控臥式鏜銑床變速操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) . 4 軸箱變速操縱機(jī)構(gòu)工作原理 . 4 軸箱變速操縱機(jī)構(gòu)中傳動軸的安裝 . 5 輪在軸上的布置和排列 . 5 嚙合齒輪的寬度 . 6 3 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 7 動的選取 . 7 擇電動機(jī)的類型 . 7 速及功率的確定 . 7 軸器的選擇 . 7 定各齒輪齒數(shù) . 7 速的計(jì)算 . 7 軸功率及轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 . 8 輪的設(shè)計(jì) . 8 定齒輪齒數(shù)的原則和要求 . 8 輪傳動設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇 . 8 輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 . 9 的設(shè)計(jì) . 12 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 12 上作用力的計(jì)算 . 14 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 14 的選取 . 16 的受力分析 . 16 核軸的強(qiáng)度 . 17 核鍵連接的強(qiáng)度 . 18 核軸承壽命 . 18 4 箱體的設(shè)計(jì) . 20 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 傳動系統(tǒng)的潤滑 . 21 總 結(jié) . 22 參考文獻(xiàn) . 23 致 謝 . 24 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 .未定義書簽。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 . 25 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 1 緒論 在車床、鏜床、銑床、插、拉床、磨床、 數(shù)控加工中心、齒輪加工中心、切斷機(jī)床、特種加工機(jī)床、組合機(jī)床、柔性制造系統(tǒng)等眾多機(jī)械加工設(shè)備中，鏜銑床加工特點(diǎn)：加工過程中工件不動，讓刀具移動，并使刀具轉(zhuǎn)動（主運(yùn)動），在實(shí)踐中具有“萬能機(jī)床”的稱號 1,2。 鏜銑床主要是刀具在工件上加工已有預(yù)制孔的機(jī)床。通常，刀具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動，刀具或工件的移動為進(jìn)給運(yùn)動。它主要是用來加工高精度孔或一次定位完成多個(gè)孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關(guān)的其他加工面的加工 3。 控鏜銑床的結(jié)構(gòu)組成 如圖 示，數(shù)控機(jī)床主要由機(jī)床本體、自動換刀裝置、數(shù)控轉(zhuǎn)臺 、液壓油箱、數(shù)控電柜、主軸驅(qū)動調(diào)速控制柜、機(jī)床電氣柜、主軸箱潤滑冷卻用自動油溫調(diào)節(jié)器和空氣干燥器等組成。 12345678 910圖 控機(jī)床示意圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 a. 機(jī)床本體。機(jī)床的本體是用來支撐機(jī)床的工作已達(dá)到加工生產(chǎn)目的。主要由床身和立柱組成。 b. 主軸結(jié)構(gòu)。主軸部件既要滿足精加工精度較高的要求，又要滿足粗加工時(shí)高效切削的能力。因此在旋轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性和熱變形等方面，都有很高的要求。在布局結(jié)構(gòu)方面 ，對于具有自動換刀功能的數(shù)控鏜銑床，其主軸部件除主軸、主軸軸承和傳動件等一般組成部分外，還有道具自動加緊、主軸自動準(zhǔn)停和主軸裝刀口吹凈等裝置。 c. 數(shù)控轉(zhuǎn)臺。數(shù)控轉(zhuǎn)臺可以進(jìn)行任意角度定位，它的功能有兩個(gè)：一是使工作臺進(jìn)行圓周進(jìn)給運(yùn)動，二是使工作臺進(jìn)行分度運(yùn)動。 d. 換刀裝置。數(shù)控鏜銑床為了能在工件一次裝夾中完成多種甚至所有加工工序，以縮減輔助時(shí)間和減少多次安裝工件所引起的誤差，必須具有自動換刀裝置。其主要有刀庫、橫梁升降機(jī)構(gòu)、滑座伸縮機(jī)構(gòu)、手架回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、裝刀手和卸刀手組成。 e. 機(jī)床導(dǎo)軌。導(dǎo)軌主要用來 支撐和引導(dǎo)運(yùn)動部件沿一定的軌道運(yùn)動。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動的一方叫運(yùn)動導(dǎo)軌，不運(yùn)動的一方叫支撐導(dǎo)軌。運(yùn)動導(dǎo)軌相對于支撐導(dǎo)軌的運(yùn)動，通常是直線運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 國臥式鏜銑床的發(fā)展 國臥式鏜銑床的發(fā)展歷史 我國臥式鏜床生產(chǎn)是在 1954 年由仿制開始的。目前已有 13 個(gè)省、一個(gè)自治區(qū)、三個(gè)直轄市的二十六個(gè)廠，臥式鏜床的年產(chǎn)量到 1971 年，已經(jīng)超過一千臺。臥式鏜床的品種，第一個(gè)五年計(jì)劃期間，只能生產(chǎn)主軸直徑 85 毫米的臥式鏜床，現(xiàn)在已經(jīng)能生產(chǎn)主軸直徑 63、 85、 125、 150 等毫米的臥式鏜床及主軸直徑 110只能根據(jù)國外圖紙生產(chǎn)單一產(chǎn)品，發(fā)展到自行設(shè)計(jì)試制并采用一定先進(jìn)技術(shù)的多種產(chǎn)品。在無產(chǎn)階級大革命中，就有 17 個(gè)廠先后設(shè)計(jì)試制了三十一種臥式鏜床。其中直徑 63有五種；直徑 125有一種；無伸縮主軸簡易臥式鏜床有兩種；直徑 160地鏜床有兩種，直徑200有一種，直徑 250有一種。 國臥式鏜銑床的發(fā)展趨勢 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 圖 式數(shù)控鏜銑床實(shí)物圖 當(dāng)代臥式鏜銑床與落地式鏜銑床技術(shù)發(fā)展非?？?，如圖 示，主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)理念的更新和機(jī)床運(yùn)行速 度及制造工藝水平有很大的提高，另一方面是機(jī)床結(jié)構(gòu)變化大，新技術(shù)的應(yīng)用層出不窮 4,5。臥式鏜銑床的結(jié)構(gòu)向高速電主軸方向發(fā)展，落地式鏜銑床向滑枕式 (無鏜軸 )結(jié)構(gòu)方向發(fā)展，功能附件呈高速、多軸聯(lián)動、結(jié)構(gòu)型式多樣化的發(fā)展態(tài)勢，這將是今后一個(gè)時(shí)期技術(shù)發(fā)展的新趨勢 6 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 2 數(shù)控臥式鏜銑床變速操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸箱變速操縱機(jī)構(gòu)工作原理 主軸箱中有主軸、變速機(jī)構(gòu)，操縱系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)等。如果主軸箱與變速機(jī)構(gòu)分離，則除主軸箱外還有變速箱。主軸箱除應(yīng)保證運(yùn)動參數(shù)外，還應(yīng)具有較高的傳動效率，傳動 件具有足夠的強(qiáng)度或剛度，噪聲要低，振動要小，操縱方便，具有良好的工藝性，便于檢修，成本低，防塵，防漏，外型美觀等。 如圖 圖 示 ,主軸箱中采用兩個(gè)液壓缸，經(jīng)撥叉帶動兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪移動而實(shí)現(xiàn)主軸變速。上油缸使撥叉撥動軸右邊雙聯(lián)滑移齒輪變速：油缸和組成的差動油缸，可以使軸左邊的雙聯(lián)滑移齒輪獲得二個(gè)位置。即當(dāng)油缸 2 進(jìn)壓力油油缸 4 回壓力油時(shí)，活塞桿被推向右邊，活塞桿用撥叉撥動軸上的雙聯(lián)滑移齒輪到左邊位置；當(dāng)油 缸 4 進(jìn)壓力油 2 油缸回壓力油時(shí)，撥叉撥動雙聯(lián)滑移齒輪移動到左邊位置。圖 圖 ,10兩個(gè)圖合起來反映了變速操縱機(jī)構(gòu)中幾個(gè)液壓缸的位置及其雙聯(lián)滑移齒輪變速的關(guān)系。 圖 軸箱變速操縱機(jī)構(gòu)（ a） 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 12345圖 軸箱變速操縱機(jī)構(gòu)（ b） 軸箱變速操縱機(jī)構(gòu)中傳動軸的安裝 傳動軸的軸承以深溝球軸承為主，也可用圓錐滾子軸承。前者噪聲小、發(fā)熱小，應(yīng)用較多，后者裝配方便承載能力較大，還可以承受軸向載荷，因而也有采用的，載荷較大的地方還可以采用圓柱滾子軸承 11,12。 輪在軸上的布置和排列 在變速傳動組內(nèi)應(yīng)盡量使 較小的齒輪成為滑移齒輪，使滑移省力。滑移齒輪必須使原出于嚙合狀態(tài)的齒輪完全脫開后，另一個(gè)齒輪才開始嚙合。因此，雙聯(lián)滑移齒輪傳動組占用的軸向長度為 B4b13,如圖 示 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 圖 聯(lián)滑移齒輪軸向長度 嚙合齒輪的寬度 在一般情況下，一對相嚙合的齒輪，寬度應(yīng)該是相同的，但是，考慮到操縱機(jī)構(gòu)的定位不可能很精準(zhǔn)，撥叉也存在著誤差和磨損，使用時(shí)往往會發(fā)生錯(cuò)位。這時(shí)只有部分齒寬參與工作，會使齒輪局部磨損，降低壽命。如果軸向尺寸并不要求很緊湊，可以使小齒輪比相嚙合的大齒輪寬 2 向尺寸將有所增加 14。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 3 主傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 動的選取 擇電動機(jī)的類型 根據(jù)用途選用 Y 系列一般用途的全封閉自冷式三相異步電動機(jī)，三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、維護(hù)方便，可直接接于三相交流電網(wǎng)中，在工業(yè)上用途最為廣泛，具有效率高、性能好、噪聲低、振動小等優(yōu)點(diǎn)，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機(jī)械上，如金屬切屑機(jī)床。 速及功率的確定 初步選定電動機(jī)功率為 般市場上最常用、供應(yīng)最多的是同步轉(zhuǎn)速為 1500r/ 1000r/電動機(jī)，無特殊需求不選用 3000r/ 750r/此選擇同步轉(zhuǎn)速為 1500r/電動機(jī)，其滿載轉(zhuǎn)速為 1440r/型號為 軸器的選擇 聯(lián)軸器的選擇應(yīng)由工作要求決定。由于輸入軸與電動機(jī)軸直接相連，并且轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，所以選用彈性套柱銷聯(lián)軸器。其型號為 B/T 4323定各齒輪齒數(shù) 表 示為確定的各齒輪的齒數(shù) 表 齒輪選定的齒數(shù) 編號 齒輪 1 齒輪 2 齒輪 3 齒輪 4 齒輪 5 齒輪 6 齒輪 7 齒輪 8 齒輪 9 齒輪 10 齒數(shù) Z 27 45 23 38 67 52 53 22 35 60 速的計(jì)算 在初步確定齒輪的齒數(shù)的情況下，計(jì)算主軸的轉(zhuǎn)速。齒輪 5、 6 和齒輪 7、 8為兩個(gè)雙連齒輪并安裝在同一根軸上，齒輪 2、 3、 4 安裝在另一根軸上，齒輪 9和齒輪 10 安裝在主軸上。從電動機(jī)輸出，經(jīng)過齒輪傳動到主軸有 4 種轉(zhuǎn)速，分別為： 230r/950r/110r/450r/ 1 的轉(zhuǎn)速是由電動直接輸出的，所以轉(zhuǎn)速為 1440r/ 2 和軸 3 的轉(zhuǎn)速 是由齒輪傳遞的，所以軸 2 的轉(zhuǎn)速買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 為 1440 27/45=864r/ 3 的轉(zhuǎn)速有兩種分別為 864 38/52=64 23/67= 軸功率及轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 a. 功率的計(jì)算 軸 1 功率為 500 軸 2 功率為 1 056W； 軸 3 功率為 2 779W； 主軸功率為 3 510W。 b. 轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 軸 1 的轉(zhuǎn)矩為：1117 3 5 0 . 7 59 5 4 9 9 5 4 9 4 8 . 71440 ； 軸 2 的轉(zhuǎn)矩為 : 22270659 5 4 9 9 5 4 9 7 7 . 9 8864 ； 軸 3 有轉(zhuǎn)矩有兩種，分別為 和 ； 主軸有四種轉(zhuǎn)矩，分別為 、 、 、 。 輪的設(shè)計(jì) 定齒輪齒數(shù)的原則和要求 齒輪齒數(shù)確定的原則是使齒輪結(jié)構(gòu)緊湊，主軸轉(zhuǎn)速誤差小。具體要求如下： a. 齒輪的齒數(shù)不應(yīng)過大； b. 最小齒輪的齒數(shù)要求盡可能小，對于圓柱齒輪最小齒數(shù)7Z ； c. 受結(jié)構(gòu)限制的最小齒輪的各齒輪（尤其是最小齒輪），應(yīng)可靠的裝到軸上或進(jìn)行套裝，齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽的壁厚大于等于 2保證有足夠的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)變形、斷裂。 輪傳動設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇 a. 壓力角 的選擇 我國對一般用途的齒輪傳動規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為 =20o，本次設(shè)計(jì)中，一對嚙合直齒圓柱齒輪的壓力角均取 =20o。 b. 齒數(shù)的選擇 保持中心距 a 不變的情況下，增加齒數(shù)，除能增加重合度，改善傳動平穩(wěn)外，還可以減小模數(shù)，降低齒高，因而減少金屬切削量，節(jié)省制造費(fèi)用。 閉式齒輪傳動一般轉(zhuǎn)速較高，為了提高傳動的平穩(wěn)性，較少沖擊振動，以齒買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 數(shù)多一些為好，小齒輪的齒數(shù)可以是 20 40，小齒輪確定后，按齒數(shù)比 =1,確定大齒輪的齒數(shù)。為了使各個(gè)相嚙合的齒輪相對磨損均勻，傳動平穩(wěn)， 般互為質(zhì)數(shù)。 輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 由于此次設(shè)計(jì)中涉及的齒輪過多，因此這里對齒輪 1 做詳細(xì)設(shè)計(jì)分析。 a. 選定齒輪類型、精度等級 選用直齒圓柱齒輪傳動。由于是金屬切屑機(jī)床，轉(zhuǎn)速較高，故選 用 8 級精度（ 0095 b. 選擇材料 由表查得選擇小齒輪材料為 40質(zhì)處理），硬度為 280齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)處理），硬度為 240者材料硬度差為 40 c. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì) 算公式進(jìn)行試算，即 213112 . 3 3 ( ) （ 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 試選載荷系數(shù) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 41117 3 5 0 . 7 59 5 4 9 9 5 4 9 4 . 9 1 01440 m 選取齒寬系數(shù) d= 由表查得材料的彈性影響系數(shù) 121 8 9 P a按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞極限 00齒輪的接觸疲勞極限為 50 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 假定該機(jī)床可使用 20 年，每年按 300 天計(jì)算，則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為 00 1440 1 (2 8 300 20)=109 00 864 1 (2 8 300 20)= 109 取接觸疲勞壽命系數(shù) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) s=1。由下式得： 1 l i m 11 0 . 9 6 0 0 5401H N M P 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 2 l i m 22 0 . 9 5 5 5 0 5 2 2 . 51H N M P 試算小齒輪分度圓直徑 213123312 . 3 21 . 3 4 8 . 7 1 0 4 . 2 1 8 9 . 82 . 3 20 . 2 3 . 2 5 2 2 . 58 8 . 0 6 4 計(jì)算圓周速度 11 8 8 . 0 6 4 1 4 4 0 6 . 6 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 計(jì)算齒寬 b 1 0 . 2 8 8 . 0 6 4 1 7 . 6 1 3d m m 計(jì)算齒寬與齒高比 模數(shù)： 1 8 8 . 0 6 4 3 . 327tt dm m 齒高 ： 2 . 2 5 2 . 2 5 3 . 3 7 . 4 2 5th m m m 則齒寬與齒高比為 1 7 3 2 7 5 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) =s， 8 級精度，查得動載系數(shù) 齒輪 1，查得使用系數(shù) 插值法查得 8 級精度小齒輪相對支撐非對稱布置時(shí) 由 b/h=得 故載荷系數(shù) K=H=1 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 2311 2 . 1 3 4 58 8 . 0 6 4 1 0 3 . 91 . 3d m 。 計(jì)算模數(shù) m 111 0 3 . 9 3 . 8 527dm m 。 d. 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 13 212 F a S （ 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 查得小齒輪的彎曲疲勞極限1 500 P a ，大齒輪的彎曲疲勞極限2 380 P a 。 取彎曲疲勞壽命系數(shù) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) s=則： 111 0 . 8 5 5 0 0 3 0 3 . 5 71 . 4F E F M P ； 222 0 . 8 8 3 8 0 2 3 8 . 8 61 . 4F E F M P 。 計(jì)算載荷系數(shù) K。 K=F=1 查取齒形系數(shù)。 查取應(yīng)力校正系數(shù)。 計(jì)算大小齒輪的 加以比較 111 2 . 5 7 1 . 6 0 0 . 0 1 3 5 43 0 3 . 5 7F a S ； 222 2 . 3 5 1 . 6 8 0 . 0 1 6 5 32 3 8 . 8 6F a S 大齒輪的數(shù)值大。 設(shè)計(jì)計(jì)算 41 332212 2 2 . 0 2 5 4 . 9 1 0 2 . 8 20 . 2 2 7F a F m 對比計(jì)算結(jié)果，有齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的 模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的的模數(shù)。由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲疲勞強(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有關(guān)。所以取模數(shù)為 。因?yàn)樗〉凝X數(shù)為 7， 5，所以分度圓直徑為 7 3=81mm， 45=135樣設(shè)計(jì)出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。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 d. 幾何尺寸計(jì)算 計(jì)算中心距 12 8 1 1 3 5 10822m m 計(jì)算齒輪寬度 b=81= 05 的設(shè)計(jì) 軸的設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及主軸的制造工藝等方面的要求，合理的確定軸的結(jié)構(gòu)和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會影響機(jī)床的工作能力和軸上零件工作的可靠性還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的空難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)是軸設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容。 軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度，剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，制的 工作能力指的是軸的強(qiáng)度。這時(shí)只要對軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或塑性變形。而對剛度要求高的軸和受力大細(xì)長軸，還應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止發(fā)生共振而破壞。 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，鋼軸的毛胚多數(shù)用軋鋼制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的方法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造周最為廣泛，其中最常用的是 45 號鋼。我的設(shè)計(jì)中主要采用 45 號鋼 合金鋼比碳鋼具有更高的力學(xué)性能和更好淬火性能。因此在傳遞大動力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸勁的耐 磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常用合金鋼。 必須指出：在一般工作溫度下（低于 100 攝氏度），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多，因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理方法時(shí)，所根據(jù)的是強(qiáng)度和耐磨性，而不是軸的彎曲強(qiáng)度和扭曲強(qiáng)度。但也應(yīng)注意，在既定條件下，有時(shí)也選用強(qiáng)度較低的剛才，而用適當(dāng)增加軸的截面面積的方法來提高軸的剛度。 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要決定于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置以及形式；軸上安裝的零部件的類型、尺寸、數(shù)量以及 和軸的連接方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)時(shí)必須針對不同情況進(jìn)行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于拆裝和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。下面討論軸的設(shè)計(jì)中要解決的幾個(gè)主要問題。 a. 軸上零件的定位 為了防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向或徑向的相對運(yùn)動，軸上零件除了有游動或空轉(zhuǎn)的要求外，都必須進(jìn)行軸向和徑向的定位，以 保證其準(zhǔn)確的工作位置。 b. 零件的軸向定位 軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、軸段擋圈、軸承端蓋和圓螺母等來保證的。 軸肩分為定位軸肩和非定位軸肩兩類。利用軸肩定位是最方便可靠的方法，但采用軸肩就必然會使軸的直徑加大，而且軸肩處將應(yīng)截面突變而引起應(yīng)力集中。另外，軸肩過多時(shí)也不利于加工。因此，軸肩定位多用于軸向力較大的場合。定位軸肩的高度 h 一般取為 h=()d， d 為與零件相配合處的軸的直徑，單位為 動軸承的軸肩必須低于軸承內(nèi)圈斷面的高度，以便于拆卸軸承，軸肩的高度可查手冊中軸承的安裝尺寸 。為了使零件能靠近軸肩而得到準(zhǔn)確可靠的定位，軸肩處的過度圓角半徑 r 必須小于與之相配的零件轂孔端部的圓角半徑 。 套筒定位結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠，軸上不需開曹、鉆孔或切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強(qiáng)度，一般用于軸上兩個(gè)零件之間的定位。如兩零件間的間距較大時(shí)，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的質(zhì)量及材料的用量。因套筒與軸的配合較松，如軸的轉(zhuǎn)速很高時(shí)，也不宜采用套筒定位。 c. 各軸段直徑和長度的確定 零件在軸上的定位和拆裝方案確定后，軸的形狀便大體確定。各軸段所需的直徑與軸上的載荷大小有關(guān)，初步確定軸的直徑時(shí)， 還不知道支反力的作用點(diǎn)，不能確定彎矩的大小與分布情況，因而還不能按軸所受的具體載荷及其引起的應(yīng)力來確定軸的直徑。但在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，通常已經(jīng)能求得軸所受的扭矩。因此，可按軸所受的扭矩初步估算軸所需的直徑，將初步求出的直徑作為承受扭矩的軸段的最小直徑 然后再按軸上零件的裝配方案和定位要求，從 實(shí)際設(shè)計(jì)中，軸的直徑亦可憑設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)去定，或參考同類機(jī)器用類比的方法確定。 為了使齒輪、軸承等有配合要求的零件拆裝方便，并減少配合表面的擦傷，在配合軸段前應(yīng)采用較小的直徑 。為了使與軸做過盈配合的零件便于裝配，相配合軸段的壓入段應(yīng)制出錐度；或在同一軸段的兩個(gè)部位上采用不同的尺寸公差。買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 確定各軸段的長度時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)還要保證零件所需的裝配或調(diào)整空間。軸的各段長度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰部件間必要的空隙來確定。為了保證軸向定位可靠，與齒輪和聯(lián)軸器等零部件相配合部分的軸段長度一般應(yīng)比輪轂長度短 2 3 上作用力的計(jì)算 a. 軸 1 上齒輪 1 的受力計(jì)算 已知條件，軸 1 傳遞的轉(zhuǎn)矩 ， 轉(zhuǎn)速為 1440r/輪 1 分度圓直徑 1 齒輪 1 的作用力為1112 1106 ,其方向?yàn)橛闪Φ淖饔命c(diǎn)指向齒輪 1 的轉(zhuǎn)動中心。 齒輪 2 的作用力與齒輪 1 的作用力大小相等方向相反。 b. 軸 2 的作用計(jì)算 已知條件，軸 2 傳遞的轉(zhuǎn)矩 ， 轉(zhuǎn)速為 864r/齒輪 3 的分度圓直徑為 9齒 輪 4 的分度圓直徑為 14 齒輪 3 的作用力為 2332 2 2 6 0 . 3 齒輪 4 的作用力為 2442 1 3 6 8 . 1 其方向都由力的作用點(diǎn)指向轉(zhuǎn)動中心。 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與軸上齒輪輪轂孔內(nèi)徑及寬度、滾動軸承的選擇和校核、鍵的選擇和驗(yàn)算與軸連接的半聯(lián)軸器的選擇同步進(jìn)行。并且箱體內(nèi)壁寬度主要由軸的總長度確定，所以軸的結(jié)構(gòu)尺寸最為關(guān)鍵。這里對軸 2 進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算。 已知條件，軸 2 的傳遞功率 056w， 轉(zhuǎn)速 64r/輪分度圓直35914輪寬度 005 a. 選擇軸的材料 因?yàn)樵撦S主要承受的是扭矩和彎曲變形，所以選用常用的材料 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，其硬度為 217 225曲疲勞極限為 75用彎曲應(yīng)力60用切應(yīng)力 =25 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 b. 初算軸徑 由表查得 26慮到軸承受彎矩較小且受到扭矩的作用，載荷較平穩(wěn)，所以 較小值 10，則 2 33m i n 027 . 0 5 61 1 0 2 2 . 1 5864 m （ 1）軸的結(jié)構(gòu)構(gòu)想如圖 示 圖 的結(jié)構(gòu)構(gòu)想圖 （ 2） 軸承部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1） 軸不長，故軸承采用兩端固定方式，然后按軸上零件的安裝順序從 2） 軸承的選擇與軸段 1 及軸段 6 的設(shè)計(jì) 該軸段上安裝軸承，其設(shè)計(jì)應(yīng)該與軸承的選擇同步進(jìn)行，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)選用的是直齒圓柱齒輪，所以不考慮軸向力的存在，選用深溝球軸承，軸段 1、 6 上安裝軸承，其直徑應(yīng)該既便于軸承的安裝又應(yīng)該符合軸承內(nèi)徑系列，所以選用軸承 6207 進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。其內(nèi)徑為 d=35徑為 D=72度為 B=17以 為 35取 l6=0 3） 軸段 2 和軸段 3 的設(shè)計(jì) 軸段 2 和軸段 3 上分別安裝的是齒輪 2 齒 輪 3 和齒輪 4，為了齒輪的安裝，d3d2初步確定 4240齒輪 2 和齒輪 3 的輪轂寬度為05左右兩端均采用套筒定位，由于兩個(gè)齒輪的直徑及寬度都不較小，所以采用實(shí)心式，并且兩個(gè)齒輪是緊密挨在一起的，軸段 3 上安裝的是齒輪 4，齒輪 4 的輪轂寬度為 5左端采用軸肩定位，右端采用套筒定位，由于齒輪 4 和齒輪 6 嚙合，齒輪 3 和齒輪 5 嚙合，齒輪 5 和齒 輪 6 為雙聯(lián)滑移齒輪，滑移的距離為 58輪 5 是安裝在齒輪 6 的輪轂上的，齒輪 6 的輪轂寬度為 70以齒輪 4 和齒輪 3 之間的總長度應(yīng)大于 128段 3 的長度應(yīng)該大于 1283取 500 軸段 4 為軸肩，所以取 46段 5 上沒有安裝任何零部件，由于齒輪和齒輪 8 為雙聯(lián)滑移齒輪，齒輪 7 安裝在齒輪 8 的輪轂上，其總體寬度為 90移距離為 42以 0+4228取 40 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 （ 3） 軸上力的作用點(diǎn)間的距離 軸承反力的作用距離軸承外圈斷面的距離為 a=以有圖可得軸的支點(diǎn)及受力點(diǎn)間的距離為： L1=20+ 225 2b3+ L4=l5+2b4+75 的選取 齒輪與軸之間采用 A 型普通平鍵連接，鍵的選取是根據(jù)該段軸的直徑和長度所決定的，所以選取鍵 12 8 56 和鍵 12 8 32（ 1096 的受力分析 a. 軸的受力簡圖如圖 示 圖 的受力簡圖 計(jì)算支撐反力 2 1 3 1 2 4 1 2 311 2 3 41 1 1 8 . 7F L F L L F L L L L 2 2 1 3 4 1 4 0 3 . 7R F R F F N 式中負(fù)號與圖中所畫力的方向相反。 b. 畫出軸的彎矩圖如圖 示 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17 圖 的彎矩圖 計(jì)算彎矩 1 1 4 1 8 4 5 8 5 . 5M R L N m m 2 2 1 4 0 0 0 5 . 4 5M R L N m m 2212 1 8 8 7 1 . 0M M M N m m c. 畫出軸的扭矩圖如圖 示 圖 的扭矩圖 核軸的強(qiáng)度 根據(jù)所的的 彎矩圖和扭矩圖得出，軸段 4 為危險(xiǎn)截面，其抗彎截面系數(shù)為 223 34441 2 4 4 2 442 6 4 4 4 . 73 2 2 3 2 2 4 2b t d （ 抗扭截面系數(shù)為 223 34441 2 4 4 2 442 1 3 7 1 4 . 61 6 2 1 6 2 4 2b t d （ 所以 22214 2 9 . 5 3 2 7 52 P a M P a 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 18 1 8 8 8 7 1 . 0 2 9 . 3 6 06 4 4 4 . 7b M M P a M P a 所以該軸的設(shè)計(jì)滿足要求。 核鍵連接的強(qiáng)度 齒輪 2、 3 處鍵連接的擠壓應(yīng)力為 224 4 7 7 9 8 0 1 7 . 4 0 64 0 8 5 6 P ad h l （ 齒輪 4 處鍵的強(qiáng)度為 234 4 7 7 9 8 0 294 2 8 3 2 P ad h l 取鍵的材料為鋼，而 1 2 5 1 5 0p M P a。 所以強(qiáng)度足夠，選用的鍵滿足要求。 核軸承壽命 查得 5500,5200。軸承 1、 2 的內(nèi)部軸向力分別為 110 . 4 0 . 4 1 1 1 8 . 7 4 4 7 . 8S R N 220 . 4 0 . 4 1 4 0 3 . 7 5 6 1 . 4 8S R N 由于此設(shè)計(jì)中所用的齒輪為直齒圓柱齒輪，所以不考慮外部軸向力。由于 1，故只需校核軸承 1 的壽命。 由104 4 7 . 4 8 0 . 0 2 915200,查得 e=為不考慮外部軸向力，所以可以認(rèn)為外部軸向力為 ，即 10Fa ,故 X=1， Y=0。 則當(dāng)量動載荷為 11 1 1 1 8 . 7 F Y F R （ 軸承在 100 攝氏度以下工作，查得 1，對于金屬切削機(jī)床，查表得載荷系數(shù)為 ,軸承 1的壽命為 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 19 36236510601 0 1 2 5 5 0 06 0 8 6 4 1 . 2 1 1 1 8 . 71 3 2 2 1 2 1 . 3 1 0f （ 假定該機(jī)床可以使用 20 年，每年按 300 天計(jì)算，則 2 8 3 0 0 2 0 9 6 0 0