數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 1 數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)書 第一章 緒 言 當(dāng)前的世界已進(jìn)入信息時(shí)代，科技進(jìn)步日新月異。生產(chǎn)領(lǐng)域和高科技領(lǐng)域中的競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)步、更新?lián)Q代的步伐不斷加快?，F(xiàn)在單件小批量生產(chǎn)的零件已占到機(jī)械加工總量的 80%以上，而且要求零件的質(zhì)量更高、精度更高，形狀也日趨復(fù)雜化，這是擺在機(jī)床工業(yè)面前的一個(gè)突出問題。為了解決復(fù)雜、精密、單件小批量以及形狀多變的零件加工問題，一種新型的機(jī)床 數(shù)字控制(床的產(chǎn)生也就是必然的了。 此次設(shè)計(jì)是數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中包括機(jī)床的主運(yùn) 動(dòng)設(shè)計(jì)，縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，還包括齒輪模數(shù)計(jì)算及校核，主軸剛度的校核等。 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 2 第二章 總體方案論證與擬定 體方案的論證 數(shù)控車床是基于數(shù)字控制的，它與普通車床不同，因此數(shù)控車床機(jī)械結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有以下特點(diǎn)： 1 由于大多數(shù)數(shù)控車床采用了高性能的主軸，因此，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化。 2 為了適應(yīng)數(shù)控車床連續(xù)地自動(dòng)化加工，數(shù)控車床機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有較高的動(dòng)態(tài)剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。 3 更多地采用高效傳動(dòng)部件，如滾動(dòng)絲桿副等。 置是數(shù)控車床的核心，用于實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)字化的 零件程序，并完成輸入信息的存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的變換，插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。 體方案的擬定 1 根據(jù)設(shè)計(jì)所給出的條件，主運(yùn)動(dòng)部分 z=18 級(jí)，即傳動(dòng)方案的選擇采用有級(jí)變速最高轉(zhuǎn)速是 2000r/低轉(zhuǎn)速是 40r/ 。 2 縱向進(jìn)給是一套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動(dòng)比應(yīng)滿足機(jī)床所要求的。 3 為了保證進(jìn)給傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、傳動(dòng)效率高的滾珠絲桿螺母副，并應(yīng)有預(yù)緊機(jī)構(gòu)，以提高傳動(dòng)剛度和消除間隙。齒輪副也應(yīng)有 消除齒側(cè)間隙的機(jī)構(gòu)。 4 采用滾珠絲桿螺母副可以減少導(dǎo)軌間的摩擦阻力，便于工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確和微量移動(dòng)，且潤(rùn)滑方法簡(jiǎn)單。 傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案圖及傳動(dòng)原理 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 3 1. 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)圖 數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)見圖 個(gè)主傳動(dòng)系統(tǒng)主要由主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈和縱向進(jìn)給傳動(dòng)鏈組成。 圖 的傳動(dòng)系統(tǒng)圖 2. 傳動(dòng)原理 主軸部件是機(jī)床實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行件，結(jié)構(gòu)如圖 示，其工作原理如下： 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 4 交流主軸電動(dòng)機(jī)通過帶輪 15把運(yùn)動(dòng)傳給主軸 7。主軸有前后 2個(gè)支承。前支承由一個(gè)圓錐孔雙列圓柱滾子軸承 11 和一對(duì)角接觸 球軸承 10 組成，軸承 11 用來承受徑向載荷，兩個(gè)角接觸球軸承一個(gè)大口向外（朝向主軸前端），另一個(gè)大口向里（朝向主軸后端），用來承受雙向的軸向載荷和徑向載荷。前支承軸的間隙用螺母 8 來支撐。螺釘 12 用來防止螺母 8 回松。主軸的后支承為圓錐孔雙列圓柱滾子軸承 14，軸承間隙由螺母 1 和 6 來調(diào)整。螺釘 17 和 13 是防止螺母 1和 6回松的。主軸的支承形式為前端定位，主軸受熱膨脹向后伸長(zhǎng)。前后支承所用圓錐孔雙列圓柱滾子軸承的支承剛性好，允許的極限轉(zhuǎn)速高。前支承中的角接觸球軸承能承受較大的軸向載荷，且允許的極限轉(zhuǎn)速高。主軸所采用的支 承結(jié)構(gòu)適宜低速大載荷的需要。主軸的運(yùn)動(dòng)經(jīng)過同步帶輪 16 和 3 以及同步帶 2 帶動(dòng)脈沖編碼器 4，使其與主軸同速運(yùn)轉(zhuǎn)。脈沖編碼器用螺釘 5固定在主軸箱體 9上。 圖 軸部件 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 5 第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算說明 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 參數(shù)的確定 一 . 了解車床的基本情況和特點(diǎn) 1. 通用機(jī)床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。因此，對(duì)這些基本知識(shí)和資料作些簡(jiǎn)要介紹。本次設(shè)計(jì)中的車床是普通型車床，其品種，用途，性能和結(jié)構(gòu)都是普通型車床所共有的，在此就不作出詳細(xì)的解 釋和說明了。 格尺寸）和基本參數(shù)（ 143 最大的工件回轉(zhuǎn)直徑 D（ 400；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 00；主軸通孔直徑 d 要大于或等于 36；主軸頭號(hào)（ 6；最大工件長(zhǎng)度 50 2000；主軸轉(zhuǎn)速范圍是： 32 1600；級(jí)數(shù)范圍是： 18；縱向進(jìn)給量 mm/電機(jī)功率（ 10。 二 . 參數(shù)確定的步驟和方法 1. 極限切削速度 據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮： 工序種類 工藝要求 刀具和工件材料等因素。允許的切速極限參考值如機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)書。然而，根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需要選取的值如下： 取 00m/ 0m/ 2. 主軸的極限轉(zhuǎn)速 計(jì)算車床主軸的極限轉(zhuǎn)速時(shí)的加工直徑，按經(jīng)驗(yàn)分別?。?D 和（ D。由于 D=400主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為： 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 6 m 0 u Dr/ 2000r/ m 0 0 u Dr/ 40r/ 由于轉(zhuǎn)速范圍 R = 2000 / 50 ； 因?yàn)榧?jí)數(shù) Z=18級(jí) 。 現(xiàn)以 =入 R= 1z 得 R=50和 355 ，因此取 = 各級(jí)轉(zhuǎn)速數(shù)列可直接從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表中查出。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表給出了以= 10000 的數(shù)值，因 =從表中找到 000r/可以每隔 3個(gè)數(shù)值取一個(gè)數(shù)，得： 2000， 1600， 1250， 1000， 800， 630， 500，400， 315， 250， 200， 160， 125， 100， 80， 63， 50， 40。 3. 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) z 和公比 已知 : n= ： z= a b 2 x 3 18= 1 2 93 x 3 x 2 4. 主電機(jī)功率 動(dòng)力參數(shù)的確定 合理 地確定電機(jī)功率 N，使用的功率實(shí)際情況既能充分的發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素。 目前，確定機(jī)床電機(jī)功率的常用方法很多，而本次設(shè)計(jì)中采用的是：估算法，它是一種按典型加工條件（工藝種類、加工材料、刀具、切削用量）進(jìn)行估算。 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 7 根據(jù)此方法，中型車床典型重切削條件下的用量： 根據(jù)設(shè)計(jì)書表中推薦的數(shù)值： 取 P= 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 一 . 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 結(jié)構(gòu)式 、 結(jié)構(gòu)網(wǎng)對(duì)于分析和選擇簡(jiǎn)單的串聯(lián)式的傳動(dòng)不失為有用的方法，但對(duì)于分析復(fù)雜的傳動(dòng)并 想由此導(dǎo)出實(shí)際的方案，就并非十分有效，可考慮到本次設(shè)計(jì)的需要可以參考一下這個(gè)方案。 確定傳動(dòng)組及各傳動(dòng)組中傳動(dòng)副的數(shù)目： 級(jí)數(shù)為 傳動(dòng)組分別有 3個(gè)傳動(dòng)副。即 Z=2 動(dòng)副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以 2或 3為合適，即變速級(jí)數(shù) 和 3的因子 : Z=23 以有幾種方案，由 于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已經(jīng)選定了的和本次設(shè)計(jì)所須的正確的方案列出，具體的內(nèi)容如下： 傳動(dòng)齒輪數(shù)目 2x（ 3+3+2） +2=21 個(gè) 軸向尺寸 19b 傳動(dòng)軸數(shù)目 6根 操縱機(jī)構(gòu) 簡(jiǎn)單，兩個(gè)三聯(lián)滑移齒輪，一個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪 二 . 組傳動(dòng)順序的安排 18級(jí)轉(zhuǎn)速傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)組，可以安排成： 32 3擇傳動(dòng)組安排方式時(shí)，要考慮到機(jī)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu) 、 裝 置和性能。在軸上摩擦離合器時(shí)，應(yīng)減小軸向尺寸，第一傳動(dòng)組的傳動(dòng)副不能多，以 2為宜，本次設(shè)計(jì)中就是采用的 2，一對(duì)是傳向正傳運(yùn)動(dòng)的，另一個(gè)是傳向反向運(yùn)動(dòng)的。 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 8 主軸對(duì)加工精度 、 表面粗糙度的影響大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個(gè)傳動(dòng)組的傳動(dòng)副選用 2，或者用一個(gè)定比傳動(dòng)副。 三 . 傳動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)大順序的安排 對(duì)于 18 級(jí)的傳動(dòng)可以有三種方案，準(zhǔn)確的說應(yīng)該不只有這三個(gè)方案，可為了使結(jié)構(gòu)和其他方面不復(fù)雜，同時(shí)為了滿足設(shè)計(jì)的需要，選擇的設(shè)計(jì)方案是： 18=3 1 3 3 2 9 傳動(dòng)方案的擴(kuò) 大順序與傳動(dòng)順序可以一致也可以不一致，在此設(shè)計(jì)中，擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序就是一致的。這種擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序一致，稱為順序擴(kuò)大傳動(dòng)。 四 . 傳動(dòng)組的變速范圍的極限植 齒輪傳動(dòng)副最小傳動(dòng)比 14，最大傳動(dòng)比 2，決定了一個(gè)傳動(dòng)組的最大變速范圍 8。 因此，要按照參考書中所給出的表，淘汰傳動(dòng)組變速范圍超過極限值的所有傳動(dòng)方案。 極限傳動(dòng)比及指數(shù) x， ,x 值為： 極 限傳動(dòng)比指數(shù) x： 1x=146 x 值； x =2 3 （ x+x ）值： =8 9 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 9 五 . 最后擴(kuò)大傳動(dòng)組的選擇 正常連續(xù)的順序擴(kuò)大的傳動(dòng)（串聯(lián)式）的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式為： Z=1 即是： Z=18=3 1 3 3 2 9 速圖的擬定 運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定以后，主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定了電機(jī)功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機(jī)型號(hào)，確定各中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，這樣就擬定主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)圖，使主運(yùn)動(dòng)逐步具體化。 一 . 主電機(jī)的選定 中型機(jī)床上，一般都采用三相交流異步電機(jī)為動(dòng)力源，可以在系列中選用。在選擇電機(jī)型號(hào)時(shí)，應(yīng)按以下 步驟進(jìn)行： 1. 電機(jī)功率 N： 根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率。但電機(jī)產(chǎn)品的功率已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值。 N=. 電機(jī)轉(zhuǎn)速 步電機(jī)的轉(zhuǎn)速有： 3000、 1500、 1000、 750r/在此處選擇的是： 500r/ 這個(gè)選擇是根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速 軸的轉(zhuǎn)速相近或相宜，以免采用過大的升速或過小的降速傳動(dòng)。 3. 雙速和多速電機(jī)的應(yīng)用 根據(jù)本次設(shè)計(jì)機(jī)床的需要，所選 用的是：雙速電機(jī) 4. 電機(jī)的安裝和外形 根據(jù)電機(jī)不同的安裝和使用的需要，有四種不同的外形結(jié)構(gòu)，用的最多的有底座式和發(fā)蘭式兩種。本次設(shè)計(jì)的機(jī)床所需選用的是外行安裝尺寸之一。具體的 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 10 安裝圖可由手冊(cè)查到。 5. 常用電機(jī)的資料 根據(jù)常用電機(jī)所提供的資料，選用： 圖 132軸從電機(jī)得到運(yùn)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)化成主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸最高轉(zhuǎn)速應(yīng)相接近。顯然，從傳動(dòng)件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下恒功率工作時(shí)所受扭矩最小來考慮，軸轉(zhuǎn)速 不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速下降得太低。 但如果軸上裝有摩擦離合器一類部件時(shí)，高速下摩擦損耗、發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，軸轉(zhuǎn)速不宜太高。 軸裝有離合器的一些機(jī)床的電機(jī)、主軸、軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)： 參考這些數(shù)據(jù)，可見，車床軸轉(zhuǎn)速一般取 700 1000r/外，也要注意到電機(jī)與軸間的傳動(dòng)方式，如用帶傳動(dòng)時(shí)，降速比不宜太大，否則軸上帶輪太大，和主軸尾端可能干涉。因此，本次設(shè)計(jì)選用： 60r/ . 中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速 對(duì)于中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善 解決結(jié)構(gòu)尺寸大小與噪音、震動(dòng)等性能要求之間的矛盾。 中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速較高時(shí)（如采用先升后降的傳動(dòng)），中間轉(zhuǎn)動(dòng)軸和齒輪承 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 11 受扭矩小，可以使用軸徑和齒輪模數(shù)小寫： d 4M 、 m 3M ，從而可以使用結(jié)構(gòu)緊湊。但是，這將引起空載功率 N 空和噪音 般機(jī)床容許噪音應(yīng)小于 85大： N 空 = 01 6) 中： 支承滾動(dòng)或滑動(dòng)軸承 C=支承滾動(dòng)軸承 C=10； 主軸前后軸頸的平均直徑（ n 主軸轉(zhuǎn)速（ r/ 主主ta o a 所有中間傳動(dòng)齒輪的分度圓直徑的平均值 （ 主 主軸上齒輪的分度圓的平均值 據(jù)機(jī)床類型及制造水平選取。我國(guó)中型車床、銑床 床 K=54，銑床 K= 從上訴經(jīng)驗(yàn)公式可知：主軸轉(zhuǎn)速 定中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況作相應(yīng)修正： 般主軸轉(zhuǎn)速較低，中間軸的轉(zhuǎn)速適當(dāng)取高一些，對(duì)減小結(jié)構(gòu)尺寸的效果較明顯。 間軸轉(zhuǎn)速宜取低一些。 u 8m/s（可用 7 級(jí)精度齒輪）。在此條件下，可適當(dāng)選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。 三 . 齒輪傳動(dòng)比的限制 機(jī)床主傳動(dòng)系 統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動(dòng)比： 大傳動(dòng)比 2。過大，容易引起震動(dòng)和噪音。 小傳動(dòng)比 1/4。過小，則使主動(dòng)齒輪與被動(dòng)齒輪的直徑相差太大，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 12 圖 運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速圖 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 13 帶輪直 徑和齒輪齒數(shù)的確定 根據(jù)擬定的轉(zhuǎn)速圖上的各傳動(dòng)比，就可以確定帶輪直徑和齒輪的齒數(shù)。 一 . 帶輪直徑確定的方法、步驟 一般機(jī)床上的都采用三角帶。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率查圖即可確定型號(hào)（詳情見機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo) 4）。但圖中的解并非只有一種，應(yīng)使傳動(dòng)帶數(shù)為 3 5根為宜。 本次設(shè)計(jì)中所選的帶輪型號(hào)和帶輪的根數(shù)如下： 選取 3根 各種型號(hào)膠帶推薦了最小帶 輪直徑，直接查表即可確定。 根據(jù)皮帶的型號(hào)，從教科書機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程 查表可?。?40 大 根據(jù)要求的傳動(dòng)比 大。當(dāng)帶輪為降速時(shí)： 11大三角膠帶的滑動(dòng)率 =2%。 三角傳動(dòng)中，在保證最小包角大于 120度的條件下，傳動(dòng)比可取 1/7 u 3。對(duì)中型通用機(jī)床，一般取 1 因此， 343查表?。?212 . 確定齒輪齒數(shù) 用計(jì)算法或查表法確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡(jiǎn)單。根據(jù)要求的傳動(dòng)比 z，查表即可求出小齒輪齒數(shù)。 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 14 在本次設(shè)計(jì)中采用的就是常用傳動(dòng)比的適用齒數(shù)（小齒輪）表就見教科書機(jī)床簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)。 不過在表中選取的時(shí)候應(yīng)注意以下幾個(gè)問題： 1. 不產(chǎn)生根切。一般去 18 20。 2. 保證強(qiáng)度和防止熱處理變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚 2般取 56.5+體的尺寸可參考圖。 3. 同一傳動(dòng)組的各對(duì)齒輪副的中心距應(yīng)該相等。若莫數(shù)相同時(shí)，則齒數(shù)和亦應(yīng)相等。但由于傳動(dòng)比的要求，尤其是在傳動(dòng)中使用了公用齒輪后，常常滿足比了上述要求。機(jī)床上可用修正齒輪，在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心距使其相等。但修正量不能太大，一般齒數(shù)差不能超過 3 4個(gè)齒。 4. 防止各種碰撞和干涉 : 三聯(lián)滑移齒輪的相鄰的齒數(shù)差應(yīng)大于 4。應(yīng)避免齒輪和軸之間相撞，出現(xiàn)以上的情況可以采用相應(yīng)的措施來補(bǔ)救。 5. 在同時(shí)滿足以上的條件下齒輪齒數(shù)的確定已經(jīng)可以初步定出，具體的各個(gè)齒輪齒數(shù)可以見傳動(dòng)圖上所標(biāo)寫的。 6. 確定軸間距 ： 軸間距是由齒輪齒數(shù)和后面計(jì)算并且經(jīng)驗(yàn)算而確定的模數(shù) 體的計(jì)算值如下（模數(shù)和齒輪的齒數(shù)而確定的軸間距必須滿足以上的幾個(gè)條件）： 軸與軸之間的距離： 取 m=轉(zhuǎn)速圖而確定 5 5 11 2 7 5 6 0150d 輪 1與 2之間的中心距： 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 15 121 21 2 7 5 021 3 8 軸與軸之間的距離： 取 m=轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動(dòng)比見圖， 38 33442 8952 8120d 輪 3與 4之間的中心距： 342 軸與軸之間的 距離： 取 m=轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動(dòng)比 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 16 9910 4119d 齒輪 9與 10之間的中心距： 9 103 2189 1192154 軸軸之間的中心距離： 取 m=轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動(dòng)比 200 78651 33 1 5 1 51 6 1 63 0703 8273d 5 1 64 27 0 2 7 321 7 1 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 17 主軸到脈沖軸的中心距： 取 m=動(dòng)比 1i 19 1920 9 2 05 21 1 5 1 5 5 軸到反轉(zhuǎn)軸軸的中心距： 取 m=動(dòng)比 2 1 2 12 2 2 22 01252 485d 2 1 2 26 21 2 5 8 52105 齒頂高 *10 ,h c 而 取可 知 ： 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 18 齒頂高和齒跟高只與所取的模數(shù) 可知 取 m=， *1 2 . 5 2 . 51 0 . 2 5 2 . 5 3 . 1 2 5h m m m m mh h c m m m m m 取 m= *1 3 . 5 3 . 51 0 . 2 5 3 . 5 4 . 3 7 5h m m m m mh h c m m m m m 三 . 主軸轉(zhuǎn)速系列的驗(yàn)算 主軸轉(zhuǎn)速在使用上并不要十分準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)速稍高或稍低并無太大影響。但標(biāo)牌上標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列的數(shù)值一般也不允許與實(shí)際轉(zhuǎn)速相差太大。 由確定的齒輪齒數(shù)所得的實(shí)際轉(zhuǎn)速與傳動(dòng)設(shè)計(jì)理論值難以完全相符合，需要驗(yàn)算主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過正負(fù) 10（ %。即 110 理論理論實(shí)際或 按公式： n= +6% 果超差，要根據(jù)誤差的正負(fù)以及引起誤差的主要環(huán)節(jié)，重新調(diào)整齒數(shù)，使轉(zhuǎn)速數(shù)列得到改善。 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)路線表達(dá)式如下： 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 19 主軸反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)78203365493963253454572953334838283434506051212140m i n/傳動(dòng)路線 所有主軸的詳細(xì)的校核如下： 輸入到軸的轉(zhuǎn)速 m 440 1. m i n/i n/ n . m i n/i n/ n . m i n/i n/ n . m i n/i n/ n . m i n/i n/ 00 1 0 n 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 20 6. m i n/i n/ 01 25 1 9 n . m i n/i n/ n . m i n/i n/ 02 00 2 3 n . m i n/i n/ 04 00 4 1 n 0. m i n/i n/ 050 n 1. m i n/i n/ n 2. m i n/i n/ 21 001 00 1 1 n 3. m i n/i n/ n 4. m i n/i n/ 01 60 1 6 n 5. m i n/i n/ n 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 21 16. m i n/i n/ 0040 n 7. m i n/i n/ 00630 n 8. m i n/i n/ 0080 n 主軸上的 18級(jí)轉(zhuǎn)速分別校核后，都合格。 四 . 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的繪制 計(jì)算結(jié)果，用規(guī)定符號(hào)，以是適當(dāng)比例方格紙上繪制出轉(zhuǎn)速圖和主傳動(dòng)系統(tǒng)圖。 動(dòng)件的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)方案確定后，要進(jìn)行方案的結(jié)構(gòu)化，確定個(gè)零件的實(shí)際尺寸和有關(guān)布置。為此，常對(duì)傳動(dòng)件的尺寸先進(jìn)行估算，如傳動(dòng)軸的直徑、齒輪模數(shù)、離合器、制動(dòng)器、帶輪的根數(shù)和型號(hào)等。在這些尺寸的基礎(chǔ)上，畫出草圖，得出初步結(jié)構(gòu)化的有關(guān)布置與尺寸；然后按結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行主要零件的驗(yàn)算，如軸的剛度、齒輪的疲勞強(qiáng)度等，必要時(shí)作結(jié)構(gòu)和方案上的修改，重新驗(yàn)算，直到滿足要求。 對(duì) 于本次設(shè)計(jì)，由于是畢業(yè)設(shè)計(jì)，所以先用手工畫出草圖，經(jīng)自己和指導(dǎo)老師的多次修改后，再用計(jì)算機(jī)繪出。 一 . 三角帶傳動(dòng)的計(jì)算 三角帶傳動(dòng)中，軸間距 于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會(huì)有打滑，亦可因而緩和沖擊及隔離震動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但尺寸，機(jī)床中多用于電機(jī)輸出軸的定比傳動(dòng)。 1 選擇三角帶的型號(hào) 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 22 根據(jù)計(jì)算功率 小帶輪 r/圖選擇帶的型號(hào)。 計(jì)算功率 (式中 電機(jī)的額定功率， 工作情況系數(shù)。 車床的起動(dòng)載荷輕，工作載荷穩(wěn)定 ，二班制工作時(shí)，取： 的型號(hào)是： 2 確定帶輪的計(jì)算直徑 ） 小帶輪計(jì)算直徑 帶輪的直徑越小，帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的使用壽命，小帶輪直徑 求大雨許用最小帶輪直徑 各型號(hào)帶對(duì)應(yīng)的最小帶輪直徑 40r/） 大帶輪計(jì)算直徑 11111212 =212r/中 : r/r/ 一般取 算后應(yīng)將數(shù)字圓整為整數(shù)。 3） 確定三角帶速度 u 具體的計(jì)算過程如下： 100060 11 = 1 0 0 060 1 4 4 01 4 0 s 對(duì)于 O、 A、 B、 5m/s u 25m/s。 而 u=5 10m/ 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 23 此速度完全符合 4） 初定中心距 輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床總體布局初步選定，一般可以在下列范圍內(nèi)選?。?2）（ 2） 352（ 2） 704 04 過小，將降低帶的壽命；中心距過大時(shí)，會(huì)引起帶振動(dòng)。中型車床電機(jī)軸至變速箱帶輪的中心距一般為 750 850 5） 確定三角帶的計(jì)算長(zhǎng)度 N 三角帶的計(jì)算長(zhǎng)度是通過三角帶截面 重心的長(zhǎng)度。 22 4021221214027042 =整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)度 L=2033 查表 000 正值 Y=33 6） 驗(yàn)算三角帶的擾曲次數(shù) u 000 40 次 /s （則合格） 中： 加大 L（加大 A）或降低 u（減少 1）來解決。 代入數(shù)據(jù)得 2 03 3 0 0 u /s 40 次 /s 是合格的，不需作出任何修改。 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 24 7） 確定實(shí)際中心距 A 00 020 3370 4 = 740 ） 驗(yàn)算小帶輪包角 1 210 1 8 0 5 7 . 3 1 2 0 果 1過小，應(yīng)加大中心距或加張緊裝置。 代入數(shù)值如下： 21 =180 = 120 經(jīng)校核合格。 9） 確定三角帶根數(shù) z 10i 中： 1=180、特定長(zhǎng)度、平穩(wěn)工作情況下傳遞的功率值。 參數(shù)的選擇可以根據(jù)書中的表差?。?1=w=入數(shù)值得： 10i 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 25 10 所以，傳動(dòng)帶根數(shù)選 3根。 此公式中所有的參數(shù)沒有作特別說明的都是從機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)。 二 . 傳動(dòng)軸的估算和驗(yàn)算 傳動(dòng)軸除了應(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(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)度不是主要矛盾。除了載荷很大的情況外，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下不致產(chǎn)生過大的變形。如果剛度不足，軸上的零件如齒輪、軸承等將由于軸的變形過大而不能正常工作，或者 產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲、發(fā)熱、過早磨損而失效。因此，必須保證傳動(dòng)軸有足夠的剛度。通常，先按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，畫出草圖之后，再根據(jù)受力情況、結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗(yàn)算彎曲剛度。 1. 傳動(dòng)軸直徑的估算 傳動(dòng)軸直徑按扭矩剛度用下列公式估算傳動(dòng)軸直徑： d 中： N 該傳動(dòng)軸的輸入功率 N= d 電機(jī)額定功率； 從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積（不計(jì)該軸軸承上的 效率）。 該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/ 計(jì)算轉(zhuǎn)速 傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系而確定，而中型車床主軸的計(jì) 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 26 算轉(zhuǎn)速為： 13 每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角（ m），可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取。 根據(jù)參考書中所給出的公式和本次設(shè)計(jì)所必須滿足的條件，在傳動(dòng)過程中所有軸的直徑的估算如下： ） =z/3 125 r/主軸 nj=25 r/ 軸 nj=60 r/ 軸 nj=00 r/ 軸 nj=00 r/ 軸 60 r/ 由 ： d 計(jì)算主軸和中 間軸的直徑 主軸 4 軸 0 軸 0 軸 0 軸 0 1. 傳動(dòng)軸剛度的驗(yàn)算： 1） 軸的彎曲變形的條件和允許值 機(jī)床主傳動(dòng)的彎曲剛度驗(yàn)算，主要驗(yàn)算軸上裝齒輪和軸承處的橈度 類軸的橈度 y 和裝齒輪和軸承處傾角，應(yīng)小于彎曲剛度的許用值 Y和 值，即： y Y； 于書寫量比較大而篇幅不足的原因，所以在此就省了。 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 27 2） 軸的彎曲變形計(jì)算公式 計(jì)算軸本身變形產(chǎn)生的橈度 般常將軸簡(jiǎn)化為集中載荷下的簡(jiǎn)支梁，按參考書中的表中的有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。 當(dāng)軸的直徑相差不大且計(jì)算精度要求不高時(shí)，可把軸看作等徑軸，采用平均直徑來進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算花鍵軸的剛度時(shí)可采用直徑或當(dāng)量直徑。 由于本次設(shè)計(jì)的說明書的篇幅和時(shí)間的關(guān)系就不在此詳細(xì)的列出了。但一般的計(jì)算公式為： i1圓軸：平均直徑 441慣性距 形花鍵軸：平均直徑21 量直徑42 64 性距 64624 ： 次設(shè)計(jì)機(jī)床中長(zhǎng)采用矩形花鍵軸的 的數(shù)值： 花 鍵 軸 尺寸 （ 平均直徑 4慣性距 4626306 28 8976 29488 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 28 1035406 00058 100029 1658656 428706 714353 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的情況，主軸的剛度要求必須進(jìn)行校核，具體的剛度校核結(jié)果如下： a） 首先，把主軸上的軸承所能承受的載荷在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 3中查出，見下： 深溝球軸承 2110055 其基本額定載荷為： r 推力球軸承 169055 其基本額定載荷為： 列 圓錐滾子軸承 其基本額定載荷為： r b） 計(jì)算軸上的載荷 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 29 圖 的結(jié)構(gòu)圖與彎矩扭矩圖 主軸上齒輪在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的載荷： 齒輪 1： 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 30 輪 2： c） 校核傾角和橈度 經(jīng)查表得： 安裝圓錐滾子軸承處 安裝深溝球軸承處 安裝推力球軸承處 計(jì)算主軸圓軸的平均直徑和慣性矩： 15 5 6 2 6 8 7 0 7 8 8 0 8 6 8 2 . 787 2 . 8 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 31 41464643 7 2 4161 1 0 2 0E M P a 角： 對(duì)1 221166761 6 . 6 5 4 2 5 8 5 . 5 5 8 5 . 5 5 4 2 5 4 26 5 8 5 . 5 2 . 1 1 0 1 . 3 8 1 04 . 3 1 0AF b l I 11158157261 6 . 6 7 5 5 1 0 . 5 2 5 8 5 . 5 5 1 0 . 51 . 0 2 1 04 . 2 1 01 . 0 2 1 04 . 1 2 1 0CF a b l I 2212214814764 5 . 5 4 5 1 0 . 5 5 4 2 5 1 0 . 59 . 4 2 1 07 . 7 1 09 . 4 2 1 00 . 8 2 1 0b l I 第 56 頁(yè) 共 56 頁(yè) 32 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