【題目3】分級變速主傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1 哈爾濱理工大學(xué)哈爾濱理工大學(xué) 課課程程設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 題題目：目：機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 院院 、 系：系：機(jī)械動力工程學(xué)院機(jī)械動力工程學(xué)院 班班級：級：機(jī)械機(jī)械 姓姓名：名： 學(xué)學(xué)號：號： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 2 摘摘 要要 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容有理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算，圖樣技術(shù)設(shè)計(jì)和技 術(shù)文件編制三部分組成。 1、理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算： （1）機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方案的分析，最佳功能原理方案的確定。 （2）根據(jù)總體設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行傳動系統(tǒng)運(yùn)動設(shè)計(jì)和計(jì)算。 （3）根據(jù)設(shè)計(jì)方案和零部件選擇情況，進(jìn)行有關(guān)動力計(jì)算與校核。 2、圖樣技術(shù)設(shè)計(jì)： （1）選擇系統(tǒng)中的主要組件。 （2）圖樣的設(shè)計(jì)與繪制。 3、編制技術(shù)文件： （1）對于課程設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行自我技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)。 （2）編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 關(guān)鍵詞分級變速；傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì),傳動副，結(jié)構(gòu)網(wǎng)，結(jié)構(gòu)式，齒輪模數(shù)，傳動 比，計(jì)算轉(zhuǎn)速 3 目錄目錄 摘 要.2 目錄. 3 一、課程設(shè)計(jì)目的. 4 二、課程設(shè)計(jì)題目，主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求分級、. 4 三、運(yùn)動設(shè)計(jì).4 1.確定極限轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速數(shù)列，結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式. 4 2.主傳動轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖. 6 3.計(jì)算齒輪齒數(shù). 7 四、動力計(jì)算.9 1.傳動件的計(jì)算轉(zhuǎn)速. 9 2.傳動軸和主軸的軸徑設(shè)計(jì). 9 3.計(jì)算齒輪模數(shù)及尺寬，分度圓直徑.10 4.帶輪設(shè)計(jì). 11 五、主要零部件選擇 13 1.軸承的選取.13 2.鍵的選取.13 六、校核14 1.齒輪校核.14 2 .主軸彎曲剛度校核16 3.軸承校核.16 4.潤滑與密封.16 七、結(jié)束語.17 八、參考文獻(xiàn) 17 4 一、課程設(shè)計(jì)目的一、課程設(shè)計(jì)目的 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完本課程后，進(jìn)行一次學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的綜合性 練習(xí)。通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)過的基礎(chǔ)課，技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的 有關(guān)理論知識，及生產(chǎn)等實(shí)踐技能，達(dá)到鞏固，加深和拓展所學(xué)知識的目的。 通 過課程設(shè)計(jì)，分析比較機(jī)械系統(tǒng)中的某些典型結(jié)構(gòu)，進(jìn)行選擇和改進(jìn)；結(jié)合結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并編寫技術(shù)文件；完成系統(tǒng)主轉(zhuǎn)動設(shè)計(jì)，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)步驟 和方法的目的。 通過設(shè)計(jì)， 掌握查閱相關(guān)工程設(shè)計(jì)手冊， 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和資料的方法， 達(dá)到積累設(shè)計(jì)知識和設(shè)計(jì)技巧，提高學(xué)生設(shè)計(jì)能力的目的。通過設(shè)計(jì)，使學(xué)生獲 得機(jī)械系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)技能的訓(xùn)練，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進(jìn) 行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)造一定的條件。 二、課程設(shè)計(jì)題目，主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求分級、二、課程設(shè)計(jì)題目，主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)要求分級、 分級變速主傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)題目 3：技術(shù)參數(shù)：Nmin=63r/min，Nmax=500r/min, Z=7 級，公比為 1.41；電動機(jī)功率 P=4KW，電機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1440r/min 三、運(yùn)動設(shè)計(jì)三、運(yùn)動設(shè)計(jì) 1.確定極限轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速數(shù)列，結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式確定極限轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速數(shù)列，結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式 （1 1）確定極限轉(zhuǎn)速）確定極限轉(zhuǎn)速, ,公比、變速級數(shù)公比、變速級數(shù) Nmin=63r/min ,Nmax=500r/min;=1.41;z=7 (2)(2) 轉(zhuǎn)速數(shù)列：轉(zhuǎn)速數(shù)列： 63r/min,90r/min,125r/min,180r/min,250r/min,355r/min,500r/min 共 7 級 （3 3）確定極限轉(zhuǎn)速）確定極限轉(zhuǎn)速： Rn=Nmax/Nmin=500/63=7.94 （4 4）確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式）確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式 （1）寫傳動結(jié)構(gòu)式：主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) Z=7. 結(jié)構(gòu)式 7=212223 5 （2）畫結(jié)構(gòu)網(wǎng)： 1 Z=212223 2.主傳動轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖主傳動轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖 選擇電動機(jī)：采用 Y 系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機(jī)繪制轉(zhuǎn)速圖。 7=212223 6 傳動系統(tǒng)圖 3.計(jì)算齒輪齒數(shù)計(jì)算齒輪齒數(shù) (1)、齒數(shù)計(jì)算 基本組傳動比分別為 1/1.41 1/2 Sz= 72 75 84 93 96 取 Sz=72,小齒輪齒數(shù)分別為:31、24 Z1 / Z1=31/41, Z2 / Z2=24/48 第二擴(kuò)大組傳動比分別為 1/1.41、1/2.8 取 Sz=87,小齒輪齒數(shù):36、23 Z4/Z4=36/51，Z5/Z5=23/64 第三擴(kuò)大組傳動比分別為 1.41：1、1/2 取 Sz=96,小齒輪齒數(shù):40、32 Z4/Z4=40/56，Z5/Z5=32/64 (2)校核各級轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速誤差 實(shí)際傳動比所造成主軸轉(zhuǎn)速誤差 7 ，其中 n 為實(shí)際轉(zhuǎn)速，n 為標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。 N5003552501801259063 n510.6360255.3180127.791.164.2 誤差 值 2.1%1.4%2.1%02.1%1.2%1.9% 以上誤差值均小于 4.1% 故合格. 8 四、動力計(jì)算四、動力計(jì)算 1.傳動件的計(jì)算轉(zhuǎn)速傳動件的計(jì)算轉(zhuǎn)速 4/34/3 min (1) 63 1.4199.61 / min 100 / min : j nnRnr nr 傳動件的計(jì)算轉(zhuǎn)速 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 取主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速如下 軸序 號 電動機(jī)(0)I 軸II 軸III 軸IV 軸 計(jì) 算 轉(zhuǎn) 速 r/min 144071035512599.6 最小齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速如下: Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4Z5Z5Z6Z6 710355710355355125355125125100125100 2.傳動軸和主軸的軸徑設(shè)計(jì)傳動軸和主軸的軸徑設(shè)計(jì) （1）傳動軸軸徑初定 軸：p=4kw,n=710r/min,=0.5 帶入公式： 4 91 j P d n =29.6mm,圓整取 d=30mm 軸：p=4kw,n=355r/min,=0.5 4 91 j P d n =35.3mm,圓整取 d=36mm III 軸：p=4kw,n=125r/min,=0.5 帶入公式： 4 91 j P d n =45.8mm,圓整取 d=46mm （2）主（IV）軸軸頸直徑確定： 查表 4-9 選擇主軸前端直徑 D1=80mm,后端直徑 D2=64mm 軸承內(nèi)徑 d/D 小于 0.7 則取 d=50mm 材料：45 鋼。熱處理：調(diào)質(zhì) Hre22-28 主軸懸伸量：a/D1=1.25-2.5 a=(1.252.5)D1=(1.252.5)x(80+64/2)=90180取 a=120mm 9 最佳跨距2.5 l a 2.5120 2.5300la 3.計(jì)算齒輪模數(shù)及尺寬，分度圓直徑計(jì)算齒輪模數(shù)及尺寬，分度圓直徑 （1 1）計(jì)算齒輪模數(shù)）計(jì)算齒輪模數(shù) 40Gr 整體淬火 j=650mpa mj=16338 3 3 1 1 2 (1) mZ Z uj uNd n Nd驅(qū)動電動機(jī)功率 u-大齒輪與小齒輪齒數(shù)比 Z1-小齒輪齒數(shù) m-齒寬系數(shù)m=B/m=6-10 取m=8 nj-計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 j-許用接觸應(yīng)力 a).u=z1/z1=24/48,nj=710r/min mj=16338 3 3 1 1 2 (1) mZ Z uj uNd n = =1.85 取 m1=2 b).u=z2/z2=23/64,nj=355r/min mj=16338 3 3 1 1 2 (1) mZ Z uj uNd n = =2.6 取 m2=3 c).u=z3/z3=32/64,nj=125r/min mj=16338 3 3 1 1 2 (1) mZ Z uj uNd n = =2.72 取 m3=3 （2 2）計(jì)算齒輪分度圓及尺寬）計(jì)算齒輪分度圓及尺寬 d1=m1z1=231=62mmd1=m1z1=241=82mm d2=m2z2=224=48mmd2=m2z2=248=96mm d3=m3z3=336=108mmd3=m3z3=351=153mm d4=m4z4=323=69mmd4=m4z4=364=192mm 10 d5=m5z5=340=120mmd5=m5z5=356=168mm d6=m6z6=332=96mmd6=m6z6=364=192mm B12= m m=82=16mmB34= m m=83=24mmB56= m m=83=24mm 4.帶輪設(shè)計(jì)帶輪設(shè)計(jì) （1）確定計(jì)算功率: P=4kw,K 為工作情況系數(shù)，查表取 K=1.1，pd=kAP=1.14=4.4kw （2）選擇 V 帶的型號: 根據(jù) pd,n1=1440r/min 查表選擇 A 型 V 帶 d1=90mm （3）確定帶輪直徑 d1,d2 小帶輪直徑 d1=90mm 驗(yàn)算帶速 v=d1n1/(601000)=901440/(601000)=6.78m/s 從動輪直徑 d2=n1d1/n2=144090/710=182.5mm 取 d2=190mm 計(jì)算實(shí)際傳動比 i=d2/d1=190/90=2.11 相對誤差: i0-i/i0=(1440/710-2.11)/(1440/710)=4.0%120 （6）確定 V 帶根數(shù)： 確定額定功率：P0 由查表并用線性插值得 P0=0.16kw 查表得功率增量P0=0.17kw 查表得包角系數(shù) K=0.95 查表得長度系數(shù) Kl=0.89 11 確定帶根數(shù)： ZPd/(P0+P0)KKl=4.4/(1.06+0.17) 0.950.89=3.02 取 Z=4 12 五、主要零部件選擇五、主要零部件選擇 1.軸承的選取軸承的選取 （1）帶輪：選用深溝球軸承，型號：6205 （2）一軸：選用深溝球軸承，型號：6205 （3）二軸：采用深溝球軸承，型號：6206 （4）三軸：采用深溝球軸承，型號：6208 （5）主軸：主軸是傳動系統(tǒng)之中最為關(guān)鍵的部分，因此應(yīng)該合理的選 擇軸承。 從主軸末端到前端依次選擇軸承為角接觸軸承，型號：7012C; 深溝球軸承，型號：6210 雙列圓柱滾子軸承，型號：NN3000K， 2.鍵的選取鍵的選取 （1）帶輪：選平鍵：87 （2）1 軸：選平鍵：87花鍵：626606 （3）2 軸：選平鍵：108花鍵：832366 （4）3 軸：選平鍵：108花鍵：842468 （5）4 軸：選花鍵：8626812 13 六、校核六、校核 1.齒輪校核齒輪校核 直角圓柱齒輪的應(yīng)力驗(yàn)算公式： 軸序 號 IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIVIV 齒輪 齒數(shù) Z 312441483623516456324064 模數(shù) M 222233333333 分度 圓 d 624882961086915319216896120192 齒根 圓直 徑 df 57437791100. 5 61.5145. 5 184. 5 160. 5 88.5112. 5 184. 5 齒頂 圓直 徑 da 66528610011475159198174102126198 （1）一軸到二軸的小齒輪從上表可知為齒數(shù)為 29 查設(shè)計(jì)手冊可得以下數(shù)據(jù)： 123 24,2,2,16,710 / min,1.04,1.3,1.3 j ZumBnrKKK /18000/2.57200 S TTP 接觸應(yīng)力： 3 1 7 0 6060 710 7200 2.78 10 m T nT K C 0.83,0.58,0.64 nNq KKK，0.86 STnNq KK K K K 123 (1)2088 1000 () s j j uK K K K N MPa ZmuBn N為傳遞的額定功率 （KW）3.33N 將以上數(shù)據(jù)代入公式可得8551100 j MpaMpa 彎曲應(yīng)力：0.83,0.78,0.77 nNq KKK，1.09 STnNq KK K K K，0.395Y 5 123 2 191 10 () S w j K K K K N MPa Zm BYn 14 將以上數(shù)據(jù)代入公式可得170320 w MpaMpa （2）二軸到三軸的小齒輪從上表可知為齒數(shù)為 20 查設(shè)計(jì)手冊可得以下數(shù)據(jù)： 123 23,2.78,3,24,355 / min,1.04,1.2,1.4 j ZumBnrKKK /18000/2.57200 S TTP 接觸應(yīng)力： 3 1 7 0 6060 355 7200 2.21 10 m T nT K C 0.85,0.58,0.60 nNq KKK，0.7 STnNq KK K K K 123 (1)2088 1000 () s j j uK K K K N MPa ZmuBn N為傳遞的額定功率 （KW）3.2N 將以上數(shù)據(jù)代入公式可得11301200jMpaMpa 彎曲應(yīng)力： 6 1 6 0 6060 250 7200 1.94 2 10 m T nT K C 0.85,0.78,0.75 nNq KKK，0.99 STnNq KK K K K 5 123 2 191 10 () S w j K K K K N MPa Zm Bn 將以上數(shù)據(jù)代入公式可得20160 w MpaMpa 2 .主軸彎曲剛度校核主軸彎曲剛度校核 （1）主軸剛度符合要求的條件如下： a 主軸的前端部撓度 0.0002 5250.105 s yy b 主軸在前軸承處的傾角 0.001rad容許值軸承 c 在安裝齒輪處的傾角 0.001rad容許值齒 (2)計(jì)算如下： 前支撐為雙列圓柱滾子軸承，后支撐為角接觸軸承架立放圓柱滾子軸承跨距 15 L=450mm. 當(dāng)量外徑de= 2 21DD =mm285 2 110450 主軸剛度： 因?yàn)?di/de=25/285=0.0880.7,所以孔對剛度的影響可忽略； ks= 3 444 2 4 10)110450(11 . 0 )025 . 0 45 . 0 (103 )( )(103 44 ala dd A ie =2kN/mm 剛度要求：主軸的剛度可根據(jù)機(jī)床的穩(wěn)定性和精度要求來評定 3.軸承校核軸承校核 6 10 10 ()17639 60 h C LTh n P 4.潤滑與密封潤滑與密封 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）密封圈加密封裝置防止油外流。 。 2）疏導(dǎo)在適當(dāng)?shù)牡胤阶龀龌赜吐?，使油能順利地流回到油箱?第七章第七章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 7.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 設(shè)計(jì)主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動件（傳動軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和 制動器等） 、主軸組件、操縱機(jī)構(gòu)、潤滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結(jié)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 與布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示。課程設(shè)計(jì)由于時(shí)間的限制，一般 只畫展開圖。 主軸變速箱是機(jī)床的重要部件。設(shè)計(jì)時(shí)除考慮一般機(jī)械傳動的有關(guān)要求外， 著重考慮以下幾個(gè)方面的問題。 精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動效率要求，主軸前軸承處溫度 和溫升的控制，結(jié)構(gòu)工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化 的原則。 主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)整個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)中不可避 免要經(jīng)過反復(fù)思考和多次修改。在正式畫圖前應(yīng)該先畫草圖。目的是： (2)布置傳動件及選擇結(jié)構(gòu)方案。 (3)檢驗(yàn)傳動設(shè)計(jì)的結(jié)果中有無干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時(shí) 改正。 (4)確定傳動軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對位置，以確 定各軸的受力點(diǎn)和受力方向，為軸和軸承的驗(yàn)算提供必要的數(shù)據(jù)。 7.2 展開圖及其布置 展開圖就是按照傳動軸傳遞運(yùn)動的先后順序， 假想將各軸沿其軸線剖開并將 這些剖切面平整展開在同一個(gè)平面上。 I 軸上裝的摩擦離合器和變速齒輪。有兩種布置方案，一是將兩級變速齒輪 和離合器做成一體。齒輪的直徑受到離合器內(nèi)徑的約束，齒根圓的直徑必須大于 離合器的外徑，負(fù)責(zé)齒輪無法加工。這樣軸的間距加大。另一種布置方案是離合 器的左右部分分別裝在同軸線的軸上，左邊部分接通，得到一級反向轉(zhuǎn)動，右邊 接通得到三級反向轉(zhuǎn)動。這種齒輪尺寸小但軸向尺寸大。我們采用第一種方案， 通過空心軸中的拉桿來操縱離合器的結(jié)構(gòu)。 總布置時(shí)需要考慮制動器的位置。 制動器可以布置在背輪軸上也可以放在其 他軸上。制動器不要放在轉(zhuǎn)速太低軸上，以免制動扭矩太大，是制動尺寸增大。 齒輪在軸上布置很重要，關(guān)系到變速箱的軸向尺寸，減少軸向尺寸有利于提 高剛度和減小體積。 7.3 I 軸（輸入軸）的設(shè)計(jì) 將運(yùn)動帶入變速箱的帶輪一般都安裝在軸端，軸變形較大，結(jié)構(gòu)上應(yīng)注意加 強(qiáng)軸的剛度或使軸部受帶的拉力（采用卸荷裝置） 。I 軸上裝有摩擦離合器，由 于組成離合器的零件很多，裝配很不方便，一般都是在箱外組裝好 I 軸在整體裝 入箱內(nèi)。我們采用的卸荷裝置一般是把軸承裝載法蘭盤上，通過法蘭盤將帶輪的 拉力傳遞到箱壁上。 車床上的反轉(zhuǎn)一般用于加工螺紋時(shí)退刀。車螺紋時(shí)，換向頻率較高。實(shí)現(xiàn)政 17 反轉(zhuǎn)的變換方案很多，我們采用正反向離合器。正反向的轉(zhuǎn)換在不停車的狀態(tài)下 進(jìn)行，常采用片式摩擦離合器。由于裝在箱內(nèi)，一般采用濕式。 在確定軸向尺寸時(shí)，摩擦片不壓緊時(shí)，應(yīng)留有 0.20.4mm的間隙，間隙應(yīng) 能調(diào)整。 離合器及其壓緊裝置中有三點(diǎn)值得注意： 1）摩擦片的軸向定位：由兩個(gè)帶花鍵孔的圓盤實(shí)現(xiàn)。其中一個(gè)圓盤裝 在花鍵上，另一個(gè)裝在花鍵軸上的一個(gè)環(huán)形溝槽里，并轉(zhuǎn)過一個(gè)花鍵齒，和軸上 的花鍵對正，然后用螺釘把錯(cuò)開的兩個(gè)圓盤連接在一起。這樣就限制了軸向和周 向德兩個(gè)自由度，起了定位作用。 2）摩擦片的壓緊由加力環(huán)的軸向移動實(shí)現(xiàn)，在軸系上形成了彈性力的封閉 系統(tǒng)，不增加軸承軸向復(fù)合。 3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使加力環(huán)推動擺桿和鋼球的運(yùn)動是不可逆的，即操縱力撤 消后，有自鎖作用。 I 軸上裝有摩擦離合器，兩端的齒輪是空套在軸上，當(dāng)離合器接通時(shí)才和軸 一起轉(zhuǎn)動。但脫開的另一端齒輪，與軸回轉(zhuǎn)方向是相反的，二者的相對轉(zhuǎn)速很高 （約為兩倍左右） 。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這點(diǎn)。 齒輪與軸之間的軸承可以用滾動軸承也可以用滑動軸承。 滑動軸承在一些性 能和維修上不如滾動軸承，但它的徑向尺寸小。 空套齒輪需要有軸向定位，軸承需要潤滑。 7.4 齒輪塊設(shè)計(jì) 7.4.1 齒輪塊設(shè)計(jì) 齒輪是變速箱中的重要元件。齒輪同時(shí)嚙合的齒數(shù)是周期性變化的。也就是 說，作用在一個(gè)齒輪上的載荷是變化的。同時(shí)由于齒輪制造及安裝誤差等，不可 避免要產(chǎn)生動載荷而引起振動和噪音，常成為變速箱的主要噪聲源，并影響主軸 回轉(zhuǎn)均勻性。在齒輪塊設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮這些問題。 齒輪塊的結(jié)構(gòu)形式很多，取決于下列有關(guān)因素： 1） 是固定齒輪還是滑移齒輪； 2） 移動滑移齒輪的方法； 3） 齒輪精度和加工方法； 變速箱中齒輪用于傳遞動力和運(yùn)動。它的精度選擇主要取決于圓周速度。 采 用同一精度時(shí)，圓周速度越高，振動和噪聲越大，根據(jù)實(shí)際結(jié)果得知，圓周速度 會增加一倍，噪聲約增大 6dB。 工作平穩(wěn)性和接觸誤差對振動和噪聲的影響比運(yùn)動誤差要大， 所以這兩項(xiàng)精 度應(yīng)選高一級。 為了控制噪聲， 機(jī)床上主傳動齒輪都要選用較高的精度。 大都是用 766， 圓周速度很低的，才選 877。如果噪聲要求很嚴(yán)，或一些關(guān)鍵齒輪，就應(yīng)選 655。當(dāng)精度從 766 提高到 655 時(shí)，制造費(fèi)用將顯著提高。 不同精度等級的齒輪，要采用不同的加工方法，對結(jié)構(gòu)要求也有所不同。 8 級精度齒輪，一般滾齒或插齒就可以達(dá)到。 18 7 級精度齒輪， 用較高精度滾齒機(jī)或插齒機(jī)可以達(dá)到。 但淬火后，由于變形， 精度將下降。因此，需要淬火的 7 級齒輪一般滾（插）后要剃齒，使精度高于 7， 或者淬火后在衍齒。 6 級精度的齒輪，用精密滾齒機(jī)可以達(dá)到。淬火齒輪，必須磨齒才能達(dá)到 6 級。 機(jī)床主軸變速箱中齒輪齒部一般都需要淬火。 7.4.2 其他問題 滑移齒輪進(jìn)出嚙合的一端要圓齒，有規(guī)定的形狀和尺寸。圓齒和倒角性質(zhì)不 同，加工方法和畫法也不一樣，應(yīng)予注意。 選擇齒輪塊的結(jié)構(gòu)要考慮毛坯形式（棒料、自由鍛或模鍛）和機(jī)械加工時(shí)的 安裝和定位基面。盡可能做到省工、省料又易于保證精度。 齒輪磨齒時(shí)，要求有較大的空刀（砂輪）距離，因此多聯(lián)齒輪不便于做成整 體的，一般都做成組合的齒輪塊。有時(shí)為了縮短軸向尺寸，也有用組合齒輪的。 要保證正確嚙合，齒輪在軸上的位置應(yīng)該可靠。滑移齒輪在軸向位置由操縱 機(jī)構(gòu)中的定位槽、定位孔或其他方式保證，一般在裝配時(shí)最后調(diào)整確定。 7.5 傳動軸的設(shè)計(jì) 機(jī)床傳動軸，廣泛采用滾動軸承作支撐。軸上要安裝齒輪、離合器和制動器 等。傳動軸應(yīng)保證這些傳動件或機(jī)構(gòu)能正常工作。 首先傳動軸應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、 剛度。 如撓度和傾角過大， 將使齒輪嚙合不良， 軸承工作條件惡化，使振動、噪聲、空載功率、磨損和發(fā)熱增大；兩軸中心距誤 差和軸芯線間的平行度等裝配及加工誤差也會引起上述問題。 傳動軸可以是光軸也可以是花鍵軸。成批生產(chǎn)中，有專門加工花鍵的銑床和 磨床，工藝上并無困難。所以裝滑移齒輪的軸都采用花鍵軸，不裝滑移齒輪的軸 也常采用花鍵軸。 花鍵軸承載能力高，加工和裝配也比帶單鍵的光軸方便。 軸的部分長度上的花鍵，在終端有一段不是全高，不能和花鍵空配合。這是 加工時(shí)的過濾部分。一般尺寸花鍵的滾刀直徑 刀 D 為 6585mm。 機(jī)床傳動軸常采用的滾動軸承有球軸承和滾錐軸承。在溫升、空載功率和噪 聲等方面，球軸承都比滾錐軸承優(yōu)越。而且滾錐軸承對軸的剛度、支撐孔的加工 精度要求都比較高。因此球軸承用的更多。但是滾錐軸承內(nèi)外圈可以分開，裝配 方便，間隙容易調(diào)整。所以有時(shí)在沒有軸向力時(shí)，也常采用這種軸承。選擇軸承 的型號和尺寸，首先取決于承載能力，但也要考慮其他結(jié)構(gòu)條件。 同一軸心線的箱體支撐直徑安排要充分考慮鏜孔工藝。成批生產(chǎn)中，廣泛采 用定徑鏜刀和可調(diào)鏜刀頭。 在箱外調(diào)整好鏜刀尺寸， 可以提高生產(chǎn)率和加工精度。 還常采用同一鏜刀桿安裝多刀同時(shí)加工幾個(gè)同心孔的工藝。 下面分析幾種鏜孔方 式：對于支撐跨距長的箱體孔，要從兩邊同時(shí)進(jìn)行加工；支撐跨距比較短的， 可 以從一邊（叢大孔方面進(jìn)刀）伸進(jìn)鏜桿，同時(shí)加工各孔；對中間孔徑比兩端大的 箱體，鏜中間孔必須在箱內(nèi)調(diào)刀，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能避免。 19 既要滿足承載能力的要求，又要符合孔加工工藝，可以用輕、中或重系列軸 承來達(dá)到支撐孔直徑的安排要求。 兩孔間的最小壁厚，不得小于 510mm，以免加工時(shí)孔變形。 花鍵軸兩端裝軸承的軸頸尺寸至少有一個(gè)應(yīng)小于花鍵的內(nèi)徑。 一般傳動軸上軸承選用G級精度。 傳動軸必須在箱體內(nèi)保持準(zhǔn)確位置， 才能保證裝在軸上各傳動件的位置正確 性，不論軸是否轉(zhuǎn)動，是否受軸向力，都必須有軸向定位。對受軸向力的軸， 其 軸向定位就更重要。 回轉(zhuǎn)的軸向定位（包括軸承在軸上定位和在箱體孔中定位）在選擇定位方式 時(shí)應(yīng)注意： 5.軸的長度。長軸要考慮熱伸長的問題，宜由一端定位。 6.軸承的間隙是否需要調(diào)整。 7.整個(gè)軸的軸向位置是否需要調(diào)整。 8.在有軸向載荷的情況下不宜采用彈簧卡圈。 9.加工和裝配的工藝性等。 7.6 主軸組件設(shè)計(jì) 主軸組件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求高。安裝工件（車床）或者刀具（銑床、鉆床 等）的主軸參予切削成形運(yùn)動，因此它的精度和性能直接影響加工質(zhì)量（加工精 度和表面粗糙度） ，設(shè)計(jì)時(shí)主要圍繞著保證精度、剛度和抗振性，減少溫升和熱 變形等幾個(gè)方面考慮。 7.6.1 各部分尺寸的選擇 主軸形狀與各部分尺寸不僅和強(qiáng)度、剛度有關(guān)，而且涉及多方面的因素。 1） 內(nèi)孔直徑 車床主軸由于要通過棒料，安裝自動卡盤的操縱機(jī)構(gòu)及通過卸頂尖的頂桿， 必須是空心軸。為了擴(kuò)大使用范圍，加大可加工棒料直徑，車床主軸內(nèi)孔直徑有 增大的趨勢。 2） 軸頸直徑 前支撐的直徑是主軸上一主要的尺寸， 設(shè)計(jì)時(shí)， 一般先估算或擬定一個(gè)尺寸， 結(jié)構(gòu)確定后再進(jìn)行核算。 3） 前錐孔直徑 前錐孔用來裝頂尖或其他工具錐柄，要求能自鎖，目前采用莫氏錐孔。 4） 支撐跨距及懸伸長度 為了提高剛度，應(yīng)盡量縮短主軸的外伸長度a。選擇適當(dāng)?shù)闹慰缇郘，一 般推薦?。?a L =35，跨距L小時(shí)，軸承變形對軸端變形的影響大。所以，軸 承剛度小時(shí)， a L 應(yīng)選大值，軸剛度差時(shí)，則取小值。 跨距L的大小，很大程度上受其他結(jié)構(gòu)的限制，常常不能滿足以上要求。 安 排結(jié)構(gòu)時(shí)力求接近上述要求。 20 7.6.2 主軸軸承 1）軸承類型選擇 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(shí)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： 60 0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(gè)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(gè)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(gè) 支撐的主要支撐，第三個(gè)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 0.030.07mm） ，只有在載荷比較大、軸產(chǎn)生彎曲變形時(shí)， 輔助支撐軸承才起作用。 軸承配置時(shí)，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)的負(fù)責(zé)程度，應(yīng)根據(jù)機(jī)床的實(shí)際要求確定。 在配置軸承時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （2） 每個(gè)支撐點(diǎn)都要能承受經(jīng)向力。 （3） 兩個(gè)方向的軸向力應(yīng)分別有相應(yīng)的軸承承受。 （4） 徑向力和兩個(gè)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(shí)，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， 軸和孔德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。 1）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、噪聲和抗震 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 的小果，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(shí)， 21 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)整落幕的端面與 螺紋中心線的垂直度，隔套兩個(gè)端面的平行度都由較高要求，否則，調(diào)整時(shí)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。 7.6.3 主軸與齒輪的連接 齒輪與主軸的連接可以用花鍵或者平鍵；軸做成圓柱體，或者錐面（錐度一 般取 1：15 左右） 。錐面配合對中性好，但加工較難。