第頁(yè)C6150型機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u147891緒論 2206461.1普通機(jī)床的概論 247711.1.1主軸箱系統(tǒng)的傳動(dòng)特點(diǎn) 2259151.1.2設(shè)計(jì)要求 3241831.1.3傳統(tǒng)機(jī)床各部件的配置狀況 3122001.1.4設(shè)計(jì)主傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 555231.2主軸的結(jié)構(gòu)分析 6263141.3床頭箱主軸的選擇 6317231.4床頭箱主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 6115592主軸箱的設(shè)計(jì)計(jì)算 7263122.1設(shè)計(jì)目的 7133962.2運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 7299752.2.1已知條件 7114072.2.2結(jié)構(gòu)分析式 8304802.2.3繪制轉(zhuǎn)速圖 9271982.2.4繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 11267072.3動(dòng)力設(shè)計(jì) 11143732.3.1帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 11142522.3.2各傳動(dòng)組齒輪模數(shù)的確定和校核 15175572.4齒輪強(qiáng)度校核 18128172.4.1校核a傳動(dòng)組齒輪 18186662.4.2校核b傳動(dòng)組齒輪 19211582.4.3校核c傳動(dòng)組齒輪 21179302.5主軸剛度校核 2219922.5.1確定各軸安全直徑 22178582.5.2軸的校核 23157172.6計(jì)算跨距 24205382.7關(guān)于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)說明 25161772.7.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 25322132.7.2展開圖和主要零件布置 26229102.7.3輸入軸的設(shè)計(jì) 2644032.7.4其他問題 2655582.7.5傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 2787582.7.6主軸組件設(shè)計(jì) 276093結(jié)論 281緒論1.1普通機(jī)床的概論根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，傳統(tǒng)的CA6140類型普通車床的主軸箱內(nèi)的傳動(dòng)系統(tǒng)，一般由齒輪和離合器等實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，主軸箱里的零件可以實(shí)現(xiàn)一定的轉(zhuǎn)速，以及一定的轉(zhuǎn)速范圍，以便機(jī)床適應(yīng)不同零件的加工方式，根據(jù)不同的尺寸和不同的制造材料的待加工產(chǎn)品產(chǎn)品零件，機(jī)床要調(diào)節(jié)參數(shù)與之匹配。要求機(jī)床在運(yùn)行過程中，可以隨時(shí)實(shí)現(xiàn)啟停換向和停車等動(dòng)作。數(shù)控設(shè)備的主要部分由動(dòng)力源電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)主軸箱以及主軸。數(shù)控加工機(jī)床與傳統(tǒng)加工機(jī)床有很大的不同之處，其中最主要的不同點(diǎn)在于傳動(dòng)系統(tǒng)的差異，傳統(tǒng)機(jī)床的主軸箱和傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，不僅設(shè)計(jì)制造復(fù)雜，后期的維修和調(diào)試也很麻煩；但是，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床就很完美的避免了這種缺點(diǎn)，現(xiàn)代數(shù)控加工設(shè)備的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的很簡(jiǎn)單，有些甚至使用無(wú)級(jí)變速，但是，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的控制方面做的非常完美，改變傳統(tǒng)的手工控制，多采用電氣設(shè)備來進(jìn)行輔助控制。兩種機(jī)床的對(duì)比，都各自由資金的優(yōu)缺點(diǎn)，從工廠生產(chǎn)效率看，數(shù)控加工設(shè)備的優(yōu)勢(shì)更加明顯，但是從修配行業(yè)看，傳統(tǒng)的普通機(jī)床略勝一籌，比如，修配車間里對(duì)單件小批量生產(chǎn)的零部件相比數(shù)控機(jī)床更加方便和高效。1.1.1主軸箱系統(tǒng)的傳動(dòng)特點(diǎn)將數(shù)控設(shè)備和原始的普通加工母機(jī)相比，顯而易見，數(shù)控加工設(shè)備有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）數(shù)控加工設(shè)備的主軸運(yùn)轉(zhuǎn)速度高，加工額定功率比較大，適用于加工較難切削的材料零件。（2）數(shù)控加工設(shè)備的可調(diào)節(jié)參數(shù)較多，以便適用于多種加工工藝，它的加工速度的可以很高，這樣就能保證加工零件的表面質(zhì)量參數(shù)，選擇合適的切削用量，從而保證零件的生產(chǎn)效率和表面加工質(zhì)量。（3）數(shù)控加工制造機(jī)床的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)是非常靈敏的，不僅可以控制電機(jī)的速度和精度，有些高級(jí)的設(shè)備還可以采用無(wú)級(jí)變速的方法實(shí)現(xiàn)傳遞動(dòng)力，提高了傳動(dòng)的效率，增加了數(shù)控機(jī)床的穩(wěn)定性。（4）數(shù)控機(jī)床的制造材料一般都采用的優(yōu)質(zhì)鋼材，耐磨性好，降低了機(jī)床在運(yùn)轉(zhuǎn)中的磨損程度，保證了機(jī)械加工的精密性，并且在主軸箱中，各零部件的配合程度高，可調(diào)節(jié)性好，這就會(huì)使整臺(tái)機(jī)床的壽命增加，有利于降低生產(chǎn)成本，提高改造效率。1.1.2設(shè)計(jì)要求（1）主軸是機(jī)床的重要部件，它的轉(zhuǎn)速控制、轉(zhuǎn)速變換、換向和停車直接關(guān)系到被加工零部件的質(zhì)量。（2）主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)首先要求驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)由足夠的額定功率，主軸箱里的傳動(dòng)部件和主軸都要由足夠的剛度和強(qiáng)度，從而才能確保機(jī)床在正常機(jī)械加工時(shí)，機(jī)床的零部件具有足夠的穩(wěn)定性和可靠性。（3）整臺(tái)機(jī)床上于主軸相關(guān)的零部件，特別是主軸的組件要有足夠的剛度強(qiáng)度和穩(wěn)定性，要確保主軸組件的幾何精度，防止在主軸高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)候出現(xiàn)震動(dòng)，影響加工精度。（4）還要保證機(jī)床的操作簡(jiǎn)便性，要盡可能的簡(jiǎn)化機(jī)床的操作和設(shè)計(jì)，保證后期的維修和調(diào)試的方便性。（5）機(jī)床的設(shè)計(jì)要保證結(jié)構(gòu)緊湊，加工制造成本低，工藝性能好，做到將本增效。1.1.3傳統(tǒng)機(jī)床各部件的配置狀況C6140普通加工設(shè)備的調(diào)速原理一般是按照指令來變換調(diào)節(jié)的，因此，所有的調(diào)速結(jié)構(gòu)必須適應(yīng)相應(yīng)的加工要求和操作步驟。在一般的傳動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中，多采用伺服電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)作為普通機(jī)床的驅(qū)動(dòng)方式，由于這種電機(jī)的控制性良好，所有一般使用伺服電機(jī)來調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速，為了避免原來的老式機(jī)床的弊端，讓新型機(jī)床擁有更強(qiáng)大的變調(diào)速系統(tǒng)，可以創(chuàng)新性的使用無(wú)級(jí)變速和傳統(tǒng)的等級(jí)變速相結(jié)合的運(yùn)行方式。現(xiàn)有的一般數(shù)控加工設(shè)備的傳動(dòng)部件由以下4種配置情況，如圖1.1所示。1、帶有變速齒輪的主傳動(dòng)如圖1.1（a）所示，通過機(jī)組雙聯(lián)或者三聯(lián)齒輪滑移相互嚙合，改變傳動(dòng)速度等級(jí)，從而改變傳動(dòng)比，實(shí)現(xiàn)降速增扭，滿足加工某些工件時(shí)需要的低速度，大扭矩切削要求。數(shù)控加工機(jī)床不管是直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)還是一般電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，配備齒輪變速，然而驅(qū)動(dòng)變速齒輪的撥叉一般采用液壓的方式調(diào)節(jié)和驅(qū)動(dòng)。2、通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)如圖1.1（b）所示，這種傳動(dòng)方式應(yīng)用在速度變化范圍不太大的精密機(jī)床上。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)能力正常不會(huì)太大，在通過帶傳動(dòng)變速機(jī)構(gòu)變速，況且?guī)鲃?dòng)的主傳動(dòng)系統(tǒng)變速能力較弱，不適用于較大的轉(zhuǎn)矩傳遞，因此，這種形式的主軸傳遞適用于轉(zhuǎn)速較高的低扭矩場(chǎng)合，這種傳動(dòng)方式臂齒輪傳動(dòng)的噪聲要小，通常采用普通V帶傳動(dòng)。3、用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸采用新型驅(qū)動(dòng)方式，既是用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，如圖1.1（c）所示，這種傳動(dòng)方式時(shí)結(jié)合以上分析的兩種傳動(dòng)所設(shè)計(jì)的，它具備以上兩種傳動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合。當(dāng)機(jī)床在進(jìn)行高速工作時(shí)，使用高度電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)從而帶動(dòng)主軸高速旋轉(zhuǎn)；當(dāng)數(shù)控機(jī)床需要使用低速大扭矩進(jìn)行加工時(shí)，采用低速電動(dòng)機(jī)通過齒輪降速增扭的方式帶動(dòng)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，這兩種方式的結(jié)合運(yùn)用，克服了上述的兩種驅(qū)動(dòng)方式的缺點(diǎn)，使電動(dòng)機(jī)的速度利用率得到提升。4、主軸內(nèi)加裝電動(dòng)機(jī)的新型結(jié)構(gòu)在主軸內(nèi)安裝電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)方案，如圖1.1（d）所示，這種傳動(dòng)方式完全不同于上述幾種設(shè)計(jì)方案，從工程力學(xué)的角度，這種設(shè)計(jì)方案可以提高主軸的剛度和強(qiáng)度，有效的提高了加工產(chǎn)品的加工質(zhì)量。但是，缺點(diǎn)也很明顯，電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，對(duì)主軸的旋轉(zhuǎn)精度會(huì)有一定的影響。圖1.1機(jī)床主軸箱傳動(dòng)的四種形式1.1.4設(shè)計(jì)主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)根據(jù)上一節(jié)內(nèi)容設(shè)計(jì)的幾種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方案，主要思想是將傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行“結(jié)構(gòu)化”、“模塊化”，這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是在設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)有多種選擇，根據(jù)不同的工作環(huán)境，加工制造不同的產(chǎn)品，運(yùn)用不同的方案，以此，可以設(shè)計(jì)出最適合的工作機(jī)床。機(jī)在設(shè)計(jì)機(jī)床之前，主軸箱也是與機(jī)床上的其他部件聯(lián)系緊密的關(guān)鍵部件，關(guān)于主軸箱的大概尺寸，需要根據(jù)主軸箱內(nèi)部的傳動(dòng)鏈確定，設(shè)計(jì)出主軸箱的尺寸之后還要安排主軸箱的位置，盡可能的符合人體工程學(xué)，便于加工師傅的操作，這樣也會(huì)從側(cè)面提高生產(chǎn)效率。機(jī)床的主軸箱的設(shè)計(jì)包含很多部分的設(shè)計(jì)，如主軸箱的總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，操縱部分的設(shè)計(jì)，還有傳動(dòng)主軸的設(shè)計(jì)和校核，一些輔助機(jī)構(gòu)（反饋系統(tǒng)、換向系統(tǒng)等），還有箱體和其他零部件。普通機(jī)床的主軸變速箱的裝配圖一般包括展開圖、剖視圖和局部外觀圖。這些圖紙分別從不同的角度表達(dá)出機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)床的結(jié)構(gòu)，以及機(jī)床的工作原理。在畫展開圖時(shí)要清楚的表達(dá)出機(jī)床上的各傳動(dòng)零部件的位置和相互嚙合關(guān)系，便于后期機(jī)床的調(diào)試和維修的便利性。還要畫出機(jī)床傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的主要零件圖，便于后期修配和更換，最后還要完善裝配圖，清楚表達(dá)出整臺(tái)機(jī)床的各零部件之間的配合關(guān)系。1.2主軸的結(jié)構(gòu)分析根據(jù)現(xiàn)有的普通機(jī)床可知，絕大部分的加工機(jī)床的主軸支撐都使用雙排圓錐滾子軸承，因此在設(shè)計(jì)機(jī)床主軸的總成結(jié)構(gòu)時(shí)可以采用此種軸承作為支撐。在對(duì)比國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的數(shù)控機(jī)床時(shí)，比如日本的MAZAK型智能數(shù)控加工機(jī)床，還有德國(guó)的海德曼數(shù)控系統(tǒng)加工機(jī)床。在對(duì)比以后，認(rèn)識(shí)到我國(guó)的加工機(jī)床的缺點(diǎn)以后，我們國(guó)家應(yīng)該加大研發(fā)力度，發(fā)展數(shù)控加工機(jī)床技術(shù)，也可以從傳統(tǒng)機(jī)床上進(jìn)行改進(jìn)，從而提高機(jī)床的技術(shù)水平。對(duì)于機(jī)床主軸的相關(guān)設(shè)計(jì)當(dāng)中，不僅要保持設(shè)計(jì)方案的研發(fā)創(chuàng)新，還要針對(duì)機(jī)床的使用材料方面也要加大研發(fā)投入，在整臺(tái)機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造中，材料的作用不容忽視。1.3床頭箱主軸的選擇為了滿足機(jī)床主軸的高速傳動(dòng)，主軸的支撐軸承必須要滿足相應(yīng)的要求：（1）雙列滾子軸承的旋轉(zhuǎn)精度誤差要小，使機(jī)床滿足加工高精度的要求；（2）選擇使用圓錐滾子軸承和可以承受較大軸向力的推力球軸承，這種軸承可以讓主軸高速加工工件；（3）降低主軸的極慣性矩，減小主軸的橫截面直徑，有效的扇出由于主軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量；（4）在選擇軸承時(shí)，要盡可能的選擇滾子較多的軸承，以減小高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的慣性力，從而提高主軸軸系的動(dòng)剛度。在設(shè)計(jì)主軸零部件時(shí)考慮到上述的幾個(gè)條件以后，使用的軸承可以適應(yīng)主軸的高轉(zhuǎn)速和較大的徑向力。主軸的高速旋轉(zhuǎn)會(huì)對(duì)軸承的滾子產(chǎn)生較大的離心力，這些離心力會(huì)對(duì)滾子的磨損造成很大的影響，所以在選擇軸承時(shí)最重要的考慮因素是主軸的轉(zhuǎn)速。在設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)，考慮到高速切削的工作條件，可以選擇采用日本的NSK7017A5三聯(lián)角接觸球軸承，這種軸承是日本新研發(fā)的一種新型軸承，它不同于傳統(tǒng)的幾款軸承，他的承載角，因此采用這款輕型軸承作為主軸的前支撐，考慮到磨損導(dǎo)致后期對(duì)主軸要進(jìn)行軸向調(diào)節(jié)，所以，后支撐選擇使用角接觸球軸承，便于后期頂緊螺母螺旋頂緊使用。因此，后支撐的軸承精度要求較高，使用ISO4相當(dāng)于P4級(jí)，這樣就會(huì)提高主軸旋轉(zhuǎn)的高速穩(wěn)定性和運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性。1.4床頭箱主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)除了要考慮以上所描述的優(yōu)點(diǎn)以外，還要考慮到整臺(tái)機(jī)床對(duì)外界的影響，做出防護(hù)措施盡可能的去避免，這種設(shè)計(jì)方案畢竟可以讓機(jī)床的主軸箱和傳動(dòng)鏈更簡(jiǎn)潔，而且使整體機(jī)床結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定和可靠，便于后期維修和調(diào)試，易于制造，機(jī)床的整體壽命較高，不易被損壞。關(guān)于機(jī)床的潤(rùn)滑問題，所有機(jī)械都離不開潤(rùn)滑，潤(rùn)滑不僅可以提高傳動(dòng)效率，更大程度上可以降低磨損，降低磨損可以延長(zhǎng)機(jī)床各零部件的使用壽命，提高傳動(dòng)效率可以降低能量的損耗，有利于提高能量利用率和傳動(dòng)效率，符合節(jié)能環(huán)保的發(fā)展理念，使用的經(jīng)濟(jì)成本低；由于潤(rùn)滑使得機(jī)床的后期維護(hù)和保養(yǎng)變得簡(jiǎn)單，因此，所有機(jī)械設(shè)備幾乎都離不開潤(rùn)滑。對(duì)于機(jī)床的潤(rùn)滑，要根據(jù)機(jī)床的正常工作環(huán)境和工作量，以及機(jī)床的每天運(yùn)行時(shí)間；在做好潤(rùn)滑的同時(shí)，還要做好防護(hù)，防止車間內(nèi)的灰塵和鐵屑進(jìn)入配合相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部位，對(duì)機(jī)器造成損傷。由于主軸的設(shè)計(jì)一般采用空心設(shè)計(jì)，為了使加工制造主軸的時(shí)候，產(chǎn)生的變形較小，剛度較高，一般采用無(wú)縫鋼管作為毛坯件，進(jìn)行加工制造，為了提高主軸的剛度和韌性，可以采取一些熱處理措施對(duì)主軸成品進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理和高頻淬火處理，一次來改變主軸的機(jī)械特性。一般普通機(jī)床的制動(dòng)或者停車，都采用離合片剎車和剎車帶，本次設(shè)計(jì)的機(jī)床根據(jù)國(guó)外先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，借鑒法國(guó)克里單公司的高速機(jī)床FT-150的停車制動(dòng)方式，這種機(jī)床的剎車機(jī)構(gòu)一般采用剎車片離合器，還有小缸徑和彈簧液壓缸來實(shí)現(xiàn)，安全高效，經(jīng)濟(jì)性好，成本較低。2主軸箱的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1設(shè)計(jì)目的根據(jù)傳統(tǒng)機(jī)床的主要傳動(dòng)部件和變速機(jī)構(gòu)，通過改進(jìn)傳動(dòng)部件來設(shè)計(jì)C6150型機(jī)床的主軸箱，在設(shè)計(jì)之前，要對(duì)機(jī)床的主要部件進(jìn)行劃分，對(duì)主要部件進(jìn)行初步方案的擬定，擬定多種方案，便于后期組合設(shè)計(jì)時(shí)選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，在設(shè)計(jì)多種方案時(shí)，會(huì)用到機(jī)械設(shè)計(jì)和原理等相關(guān)知識(shí)，會(huì)用到機(jī)械制圖胡互換性與技術(shù)測(cè)量，以及工程力學(xué)等重要基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)，期間，還要大量查閱互聯(lián)網(wǎng)文獻(xiàn)和圖書館資料等。2.2運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)2.2.1已知條件1、確定轉(zhuǎn)速范圍：主軸最小轉(zhuǎn)速。2、確定公比：3、轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)：2.2.2結(jié)構(gòu)分析式①；②；③；根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè)的查閱顯示，在降速增扭過程中，為了使齒輪尺寸較小，使整體結(jié)構(gòu)較為緊湊，通常通過控制傳動(dòng)比；但是，在增速降扭使，為了減小震動(dòng)和噪聲對(duì)周圍環(huán)境造成的污染，也要控制最大的傳動(dòng)比。最大變速范圍。在設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案時(shí)，要考慮到中心傳動(dòng)部件的變速范圍控制到最小。根據(jù)中間傳動(dòng)部件軸的最小變速范圍來選擇整個(gè)主軸箱的選擇結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖。因此，可以確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)格圖如下圖所示：圖2.1結(jié)構(gòu)網(wǎng)(2.1)式中：—結(jié)構(gòu)系數(shù)，取；—機(jī)箱的形狀參數(shù)，??；—功率，取。代入得：2.2.3繪制轉(zhuǎn)速圖1、選擇電動(dòng)機(jī)根據(jù)傳統(tǒng)機(jī)床的設(shè)計(jì)工藝，如果車床的加工要求沒有特殊情況，選擇Y-132M-4型三相異步電動(dòng)機(jī)。2、總傳動(dòng)比總降速傳動(dòng)比：(2.2)式中：—低速軸的最小轉(zhuǎn)速，??；—?jiǎng)恿υ吹霓D(zhuǎn)速，取。代入得：根據(jù)電機(jī)手冊(cè)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)不到相應(yīng)的機(jī)床轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)，因此，可以增加傳動(dòng)齒輪副從而增加傳動(dòng)比。3、確定傳動(dòng)軸的數(shù)量傳動(dòng)軸的數(shù)量=齒輪嚙合的變速等級(jí)+傳動(dòng)比一定的傳動(dòng)件+1=3+1+1=5。4、計(jì)算出每一級(jí)的轉(zhuǎn)速并且整合為轉(zhuǎn)速圖表由，，等參數(shù)來確定相應(yīng)的每一級(jí)轉(zhuǎn)速：1250、1000、710、500、355、250、180、125、90、63、45、20r/min。在主軸箱中的五根傳動(dòng)軸中，暫先不算電動(dòng)機(jī)的電機(jī)軸，其余四根傳動(dòng)軸分別編號(hào)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅲ與Ⅳ軸每?jī)筛S之間的連接位置為a、b、c。根據(jù)機(jī)械手冊(cè)的機(jī)床設(shè)計(jì)節(jié)和電機(jī)選型標(biāo)準(zhǔn)知總傳動(dòng)比為比。根據(jù)計(jì)算所得的結(jié)果首先畫出圖2.2。圖2.2C6150的轉(zhuǎn)速圖5、確定各變速組傳動(dòng)副齒數(shù)①傳動(dòng)組a：查[1]表8—1，，，。時(shí)：……57、60、63、66、69、72、75、78……時(shí)：……58、60、63、65、67、68、70、72、73、77……時(shí)：……58、60、62、64、66、68、70、72、74、76……可取，于是可得軸Ⅰ齒輪齒數(shù)分別為：24、30、36。于是，，?？傻幂SⅡ上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為：48、42、36。②傳動(dòng)組b：查[1]表8—1，，。時(shí)：……69、72、73、76、77、80、81、84、87……時(shí)：……70、72、74、76、78、80、82、84、86……可取，于是可得軸Ⅱ上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為：22、42。于是，，根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出軸Ⅲ上兩個(gè)相鄰齒輪的齒數(shù)為：62、42。③傳動(dòng)組c：查表[1]8—1，，。時(shí)：……84、85、89、90、94、95……時(shí)：……72、75、78、81、84、87、89、90……可取，為降速傳動(dòng)，取軸Ⅲ齒輪齒數(shù)為18；為升速傳動(dòng)，取軸Ⅳ齒輪齒數(shù)為30。于是得，。2.2.4繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動(dòng)機(jī)等已知條件可有如下系統(tǒng)圖見圖2.1：圖2.3傳動(dòng)系統(tǒng)圖2.3動(dòng)力設(shè)計(jì)2.3.1帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，傳遞功率，傳動(dòng)比，兩班制，一天運(yùn)轉(zhuǎn)16小時(shí)，工作年數(shù)10年。1、計(jì)算功率由查閱文獻(xiàn)，引用公式（2.12）：（2.3）式中—工作情況系數(shù)，取；—所需傳遞的額定功率，如電動(dòng)機(jī)的額定功率上述計(jì)算得。代入得：2、選用帶型為了使機(jī)器整體尺寸減小，考慮用窄V帶，由，，查閱文獻(xiàn)，決定選用B類型皮帶，小帶輪的基準(zhǔn)直徑。3、計(jì)算帶速查閱帶輪選型的機(jī)械選擇手冊(cè)資料[5]，可得為，所以，傳動(dòng)帶的速度為：（2.4）式中—小帶輪的基準(zhǔn)直徑，??；—發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)稱轉(zhuǎn)速，此時(shí)。代入得：因此，，合適。4、計(jì)算帶輪直徑大帶輪直徑（2.5）式中—帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，取。代入得：由查閱文獻(xiàn)，取，計(jì)其滑動(dòng)率為1%，則帶傳動(dòng)的實(shí)際傳動(dòng)比：（2.6）式中—小帶輪的直徑，??；—大帶輪的直徑，取。代入得：5、計(jì)算中心距設(shè)計(jì)以及校核驗(yàn)證兩個(gè)帶輪之間的中心距a以及計(jì)算所需要的皮帶長(zhǎng)度：則：，則由文獻(xiàn)[4]，引用公式：（2.7）式中—小帶輪的基準(zhǔn)直徑，??；—大帶輪的基準(zhǔn)直徑，??；—初定中心距，取。代入得：查表取，則：（2.8）（2.9）（2.10）式中—V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度，??；—初定中心距，?。弧囁慊鶞?zhǔn)長(zhǎng)度，則。代入得：因此，取。6、計(jì)算帶輪上包角（2.11）式中—實(shí)際中心距，。代入得：由于，因此滿足要求。7、計(jì)算帶的根數(shù)（2.12）式中—單根V帶的基本額定功率，?。弧獑胃胀╒帶額定功率的增量，?。弧切拚禂?shù)，?。弧獛чL(zhǎng)修正系數(shù)，??；—工作情況系數(shù)，取。代入得：8、預(yù)緊力計(jì)算由文獻(xiàn)[5]，引用公式（2.15）：（2.13）式中—計(jì)算功率，??；—帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量，，；—帶的線速度，取。代入得：9、計(jì)算壓軸力查閱文獻(xiàn)[4]，引用公式（2.16）：（2.14）式中—帶輪的預(yù)緊力，由上述知；—帶輪上的包角，取。代入得：2.3.2各傳動(dòng)組齒輪模數(shù)的確定和校核1、模數(shù)的確定a傳動(dòng)組：分別計(jì)算各齒輪模數(shù)(2.15)式中：—公比，取；—電動(dòng)機(jī)功率，取；—齒寬系數(shù)，取.代入得：取。軸Ⅰ上齒輪的直徑：(2.16)式中：—齒輪的齒數(shù)，取，，；—齒輪的模數(shù)，取。代入得：軸Ⅱ上三聯(lián)齒輪的直徑分別為：(2.17)式中：—齒輪的齒數(shù)，取，，；—齒輪的模數(shù)，取。代入得：b傳動(dòng)組：確定軸Ⅱ上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù)：先計(jì)算22齒齒輪的模數(shù)：(2.18)式中：—公比，??；—電動(dòng)機(jī)功率，??；—齒寬系數(shù)，?。弧X輪傳動(dòng)許允應(yīng)力；—計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速，取。代入得：取。按齒數(shù)42的計(jì)算，，可?。话待X數(shù)36的計(jì)算，，可取。于是傳動(dòng)組a的齒輪模數(shù)取，。軸Ⅱ上齒輪的直徑：(2.19)式中：—齒輪的齒數(shù)，取，；—齒輪的模數(shù)，取。代入得：軸Ⅱ上三聯(lián)齒輪的直徑分別為：(2.20)式中：—齒輪的齒數(shù)，取，；—齒輪的模數(shù)，取。代入得：c傳動(dòng)組：取m=5mm。軸Ⅲ上兩聯(lián)動(dòng)齒輪的直徑分別為：(2.21)式中：—齒輪的齒數(shù)，取，；—齒輪的模數(shù)，取。代入得：軸Ⅱ上三聯(lián)齒輪的直徑分別為：(2.22)式中：—齒輪的齒數(shù)，取，；—齒輪的模數(shù)，取。代入得：2.4齒輪強(qiáng)度校核2.4.1校核a傳動(dòng)組齒輪齒輪校核公式：（2.23）1、確定公式內(nèi)各未知參數(shù)的數(shù)值（2.24）式中：—使用系數(shù)，?。弧?jiǎng)虞d系數(shù)，??；—齒間載荷分配系數(shù)，取；—齒向載荷分布系數(shù)，取。代入得：查閱文獻(xiàn)[5]，可得齒根彎曲疲勞強(qiáng)度極限，；查閱文獻(xiàn)[5]，得：取則：（2.25）式中：—齒輪的彎曲疲勞壽命，?。弧獜澢趬勖踩禂?shù)，取。代入得：查文獻(xiàn)[5]，得齒形系數(shù)，應(yīng)力校正系數(shù)為：；；2、計(jì)算(2.26)式中：—齒形系數(shù)，?。弧獞?yīng)力校正系數(shù)，取。代入得：(2.27)式中：—?jiǎng)虞d系數(shù)，取；—齒輪寬度，??；代入得：由以上比較可知，齒輪的強(qiáng)度滿足使用要求。2.4.2校核b傳動(dòng)組齒輪校核公式（2.28）1、確定公式內(nèi)各未知參數(shù)的數(shù)值（2.29）式中：—使用系數(shù)，取；—?jiǎng)虞d系數(shù)，取；代入得：查閱文獻(xiàn)[5]，得：取則：（2.30）式中：—彎曲疲勞壽命安全系數(shù)，取。代入得：查資料[5]，得齒形系數(shù)為：；；2、計(jì)算對(duì)于齒輪，將以上計(jì)算數(shù)據(jù)帶入公式（2.33）有：(2.31)式中：—應(yīng)力校正系數(shù)，取。代入得：(2.32)式中：—齒輪嚙合所受到的切向力，取；—?jiǎng)虞d系數(shù)，取；—齒輪寬度，取；代入得：由以上比較可知，齒輪的強(qiáng)度滿足使用要求。2.4.3校核c傳動(dòng)組齒輪校核齒數(shù)為18的即可，確定各項(xiàng)參數(shù)校核公式查閱文獻(xiàn)[6]，引用公式（2.33）：（2.33）1、確定公式內(nèi)各未知參數(shù)的數(shù)值（2.34）式中：—?jiǎng)虞d系數(shù)[5]，取；代入得：查機(jī)械設(shè)計(jì)得：取則：（2.35）式中：—彎曲疲勞壽命安全系數(shù)，取。代入得：查文獻(xiàn)[5]，得齒形系數(shù)，應(yīng)力校正系數(shù)為：；；2、計(jì)算對(duì)于齒輪，將以上計(jì)算數(shù)據(jù)帶入公式（2.28）有：(2.36)式中：—齒形系數(shù)[4]，??；—應(yīng)力校正系數(shù)，取。代入得：(2.37)式中：—?jiǎng)虞d系數(shù)，?。弧X輪寬度，??；代入得：由以上比較可知，齒輪的強(qiáng)度滿足使用要求。2.5主軸剛度校核2.5.1確定各軸安全直徑1、Ⅰ軸的直徑：(2.38)式中：—1軸傳動(dòng)效率，取；—1軸轉(zhuǎn)速，取；代入得：2、Ⅱ軸的直徑：(2.39)式中：—2軸傳動(dòng)效率，??；—2軸轉(zhuǎn)速，取；代入得：3、Ⅲ軸的直徑：(2.40)式中：—3軸傳動(dòng)效率，??；—3軸轉(zhuǎn)速，?。淮氲茫?、主軸的直徑：(2.41)式中：—4軸傳動(dòng)效率，??；—4軸轉(zhuǎn)速，取；代入得：2.5.2軸的校核Ⅰ軸的校核，根據(jù)受力和材料的承受能力機(jī)械分析對(duì)1軸和3軸之艱難的齒輪傳動(dòng)進(jìn)行受力分析，最后可以選擇其中的一個(gè)傳動(dòng)齒輪進(jìn)行計(jì)算。(2.42)式中：—1軸的直徑，?。淮氲茫河?jì)算最大撓度：(2.43)式中：—彈性模量，?。弧孛鎸挾?，??；—許用最大位移量，?。弧戚S距離，取。代入得：2.6計(jì)算跨距圖2.4主軸零件圖當(dāng)量外徑：主軸剛度：由于，(2.44)式中：—當(dāng)量?jī)?nèi)徑，?。淮氲茫焊鶕?jù)機(jī)床手冊(cè)，查閱機(jī)床主軸的剛度標(biāo)準(zhǔn)，選取阻尼比為，當(dāng)，時(shí),，，取，則。計(jì)算：(2.45)代入得：(2.46)代入得：可以看出，該機(jī)床主軸是合格的。2.7關(guān)于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)說明2.7.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容在進(jìn)行CA6150型號(hào)的傳統(tǒng)老式機(jī)床的主軸箱研究時(shí)，開發(fā)了傳動(dòng)零部件和主軸組件等一些關(guān)鍵零部件并且還設(shè)計(jì)了操縱部件和整個(gè)箱體等，將其連接在一個(gè)整體，將完整方案畫出裝配圖和主要傳動(dòng)部件圖，還有展開圖。主軸箱的變速系統(tǒng)時(shí)C6150型車床上的部件，因此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要考慮很多問題，比如精度方面的問題，剛度和強(qiáng)度穩(wěn)定性等要求，要滿足工程力學(xué)的強(qiáng)度理論，還要考慮正常工作時(shí)的傳動(dòng)效率，并且最重要的是要考慮操作機(jī)床的安全性和可靠穩(wěn)定性。2.7.2展開圖和主要零件布置根據(jù)機(jī)床的展開圖紙，就是對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的詳細(xì)分析，這張圖上表達(dá)了傳動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)順序，并且將所有的齒輪配合，都沿著剖切面展開在一個(gè)平面上。Ⅰ軸上安裝的由摩擦片離合器，以及變速滑移齒輪，一般采用兩種設(shè)計(jì)思路，第一種是將兩個(gè)變速齒輪和離合器連接在一起，另一種是將離合器安裝在兩個(gè)對(duì)心的軸上，從而實(shí)現(xiàn)兩軸之間的傳遞動(dòng)力，在選擇C6150的傳動(dòng)方式種，采用第一種設(shè)計(jì)方案來操作變速和換擋。在布置機(jī)床各齒輪位置時(shí)，離合器和制動(dòng)器可以布置在高速軸上，因?yàn)?，高速軸的轉(zhuǎn)速高，扭矩小，便于制動(dòng)器剎車。如果剎車制動(dòng)器放在低速軸上，由于扭矩過大，可能會(huì)造成制動(dòng)器迅速磨損。而且，在安置傳動(dòng)裝置的位置時(shí)，要考慮到主軸箱的尺寸控制，避免設(shè)計(jì)出來的傳動(dòng)箱體積過大，造成傳動(dòng)主軸箱的空間浪費(fèi)。2.7.3輸入軸的設(shè)計(jì)將機(jī)床上的變速裝置一般安裝在軸的端部，防止軸的變形過大，達(dá)到軸的撓度極限，造成損壞，在軸端伸出主軸箱外的一部分，如果連接帶輪，要考慮帶輪對(duì)軸產(chǎn)生的壓軸力，所以此時(shí)，要設(shè)計(jì)卸荷機(jī)構(gòu)，防止壓軸力對(duì)軸造成彎曲，從而影響機(jī)床的傳動(dòng)。至于卸荷機(jī)構(gòu)，一般采用法蘭盤裝置將壓軸力傳遞到主軸箱體上，動(dòng)力則通過鍵連接傳遞到外部，使用軸承將轉(zhuǎn)動(dòng)軸與法蘭盤隔離開。車床的正反轉(zhuǎn)一般用于車削螺紋時(shí)，控制導(dǎo)程與螺距，由于在車削螺紋時(shí)，需要不斷的反復(fù)切削，所以正反轉(zhuǎn)換向頻率較高，一般采用濕式正反轉(zhuǎn)離合器。2.7.4其他問題主軸箱中的滑移齒輪在嚙合時(shí)要使一端的齒輪有完整的圓齒，要保證齒輪有規(guī)定的形狀和尺寸，加工時(shí)，圓角和倒角的機(jī)械性能不同，制造方法也不一樣，零件圖的畫法也不相同。在制造相應(yīng)的齒輪時(shí)，要先選擇好齒輪的毛坯料（棒料、模鍛等），還有在設(shè)計(jì)圖紙時(shí)，要標(biāo)明機(jī)械制造生產(chǎn)所需的技術(shù)要求和注意事項(xiàng)，盡可能的保證齒輪的精確合格程度，從而保證機(jī)床裝配時(shí)精度。如果齒輪的加工不能滿足其圖紙的表面要求，只能通過更精密的加工方式，比如磨齒，但是，磨齒加工在刀具回程的時(shí)候，有較大的空行程，會(huì)降低加工效率，所以多聯(lián)齒輪不宜做成一個(gè)整體，可以做成機(jī)械裝配式的組合齒輪。如果要保證齒輪的爭(zhēng)取且精確的嚙合，齒輪上的軸的位置應(yīng)該更加精確，位置精度高，相應(yīng)的滑移齒輪在移動(dòng)的時(shí)候，要有定位槽和定位銷保證位置精確度。2.7.5傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)完傳動(dòng)箱里的齒輪后，就開始設(shè)計(jì)機(jī)床的傳動(dòng)軸，一般傳動(dòng)軸廣泛采用軸承支撐，軸上安裝有各個(gè)零部件，如齒輪、離合器等，傳動(dòng)軸的功能就是傳遞動(dòng)力，但是，由于傳動(dòng)軸上的那些零部件在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)受有外力作用，這些外力都會(huì)對(duì)傳動(dòng)軸的剛度和強(qiáng)度造成影響，若要想讓傳動(dòng)軸正常工作運(yùn)行，就必須要保證軸的剛度和穩(wěn)定性符合許用標(biāo)準(zhǔn)，這就需要借助工程力學(xué)知識(shí)，對(duì)軸上的所有受力進(jìn)行分析判斷，從而確定出危險(xiǎn)截面，做出一定的解決方案。傳動(dòng)軸的撓度也會(huì)影響齒輪的嚙合穩(wěn)定性，精度差距太大，會(huì)使齒輪的嚙合不規(guī)范，從而加速齒輪的磨損。所有，傳動(dòng)軸的首要保證精度，包括加工制作精度和位置精度。根據(jù)不同機(jī)床的不同傳動(dòng)部件，傳動(dòng)軸不一定全部是哦光軸，也有可能使花鍵軸，既能安裝滑移齒輪，又能傳遞動(dòng)力，但是，花鍵軸的制造工藝較為復(fù)雜，需要特殊機(jī)床加工，如果生產(chǎn)批量大的話，可以專門生產(chǎn)一款機(jī)床用于花鍵軸的生產(chǎn)制造。由于花鍵軸的功能臂光軸的功能強(qiáng)大，因此，一般設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)，要盡可能的多選用花鍵軸作為傳動(dòng)零部件。2.7.6主軸組件設(shè)計(jì)C6150型機(jī)床的主軸零部件的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加工制造的要求較高，一般采用成型加工方法，直接使用專用機(jī)床做成型運(yùn)動(dòng)，從而身材制造主軸上的零部件，主軸的加工精度和運(yùn)動(dòng)精度直接影響機(jī)床的質(zhì)量，因此，在設(shè)計(jì)主軸的圖紙時(shí)，應(yīng)該盡可能的簡(jiǎn)化主軸零件，還要保證剛度和強(qiáng)度，以及穩(wěn)定性要求，還要考慮正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度影響。結(jié)論經(jīng)過幾個(gè)月的查閱資料和設(shè)計(jì)計(jì)算，畢業(yè)設(shè)計(jì)基本結(jié)束。本課題設(shè)計(jì)的C6150型車床的主軸箱部件的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。在查閱大量的網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)和進(jìn)行設(shè)計(jì)類相關(guān)書籍之后，本文在結(jié)合其他傳統(tǒng)普通車床的設(shè)計(jì)方案以后，對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)床進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，最終確定了每個(gè)重要部分的設(shè)計(jì)方案。最終完成了機(jī)床主軸箱的設(shè)計(jì)說明書。隨著時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)在的工業(yè)界已經(jīng)在逐漸的改變，工廠里的傳統(tǒng)機(jī)床在逐漸減少，數(shù)控加工設(shè)備在逐步增加，傳統(tǒng)的加工制造生產(chǎn)也在慢慢轉(zhuǎn)型為自動(dòng)化流水線生產(chǎn)，這時(shí)，傳統(tǒng)的普通機(jī)床就會(huì)顯得加工效率較低而被淘汰。然而，傳統(tǒng)的普通機(jī)床是不可能被完全淘汰，在大型的加工車間里，雖然有形形色色的數(shù)控設(shè)備，但是，這些設(shè)備是需要后期的維護(hù)與保養(yǎng)，出現(xiàn)機(jī)床損壞時(shí)要進(jìn)行維修，在維修過程中，需要用到小批量或者單件生產(chǎn)加工