數(shù)控機(jī)床主軸設(shè)計(共23頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 緒 論隨著市場上產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快和對零件精度提出更高的要求，傳統(tǒng)機(jī)床已不能滿足要求。數(shù)控機(jī)床由于眾多的優(yōu)點(diǎn)已成為現(xiàn)代機(jī)床發(fā)展的主流方向。它的發(fā)展代表了一個國家設(shè)計、制造的水平，在國內(nèi)外都受到高度重視?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是信息集成和系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)設(shè)備，它集高效率、高精度、高柔性于一身，具有加工精度高、生產(chǎn)效率高、自動化程度高、對加工對象的適應(yīng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。實現(xiàn)加工機(jī)床及生產(chǎn)過程的數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向?？梢哉f，機(jī)械制造競爭的實質(zhì)就是數(shù)控技術(shù)的競爭。本課題的目的和意義在于通過設(shè)計中運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的理論知識，生產(chǎn)實習(xí)和實驗等實踐知識，達(dá)到鞏固

2、、加深和擴(kuò)大所學(xué)知識的目的。通過設(shè)計分析比較機(jī)床的某些典型機(jī)構(gòu)，進(jìn)行選擇和改進(jìn)，學(xué)習(xí)構(gòu)造設(shè)計，進(jìn)行設(shè)計、計算和編寫技術(shù)文件，達(dá)到學(xué)習(xí)設(shè)計步驟和方法的目的。通過設(shè)計學(xué)習(xí)查閱有關(guān)設(shè)計手冊、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和資料，達(dá)到積累設(shè)計知識和提高設(shè)計能力的目的。通過設(shè)計獲得設(shè)計工作的基本技能的訓(xùn)練，提高分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計創(chuàng)造一定的條件。一、設(shè)計題目及參數(shù)1.1 題目本設(shè)計的題目是數(shù)控車床的主軸組件的設(shè)計。它主要由主軸箱，主軸，電動機(jī)，主軸脈沖發(fā)生器等組成。我主要設(shè)計的是主軸部分。主軸是加工中心的關(guān)鍵部位，其結(jié)構(gòu)優(yōu)劣對加工中心的性能有很大的影響，因此，在設(shè)計的過程中要多加注意。主軸前后

3、的受力不同，故要選用不同的軸承。1.2參數(shù)床身回轉(zhuǎn)空間400mm尾架頂尖與主軸端面距離1000mm主軸卡盤外徑200mm最大加工直徑600mm棒料作業(yè)能力5063mm主軸前軸承內(nèi)和110130mm最大扭矩480N·m二、主軸的要求及結(jié)構(gòu)2.1主軸的要求2.1.1旋轉(zhuǎn)精度主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無載荷，低轉(zhuǎn)速的條件下，主軸前端工件或刀具部位的徑向跳動和軸向跳動。主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度主要取決于各主要件，如主軸、軸承、箱體孔的的制造，裝配和調(diào)整精度。還決定于主軸轉(zhuǎn)速，支撐的設(shè)計和性能，潤滑劑及主軸組件的平衡。通用（包括數(shù)控）機(jī)床的旋轉(zhuǎn)精度已有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可循。2.1.2 靜剛度 主軸組件的靜

4、剛度（簡稱剛度）反映組件抵抗靜態(tài)外載荷變形的能力。影響主軸組件彎曲剛度的因素很多，如主軸的尺寸和形狀，滾動軸承的型號，數(shù)量，配置形式和預(yù)緊，前后支撐的距離和主軸前端的懸伸量，傳動件的布置方式，主軸組件的制造和裝配質(zhì)量等。各類機(jī)床主軸組件的剛度目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。2.1.3抗振性主軸組件工作時產(chǎn)生震動會降低工件的表面質(zhì)量和刀具耐用度，縮短主軸軸承壽命，還會產(chǎn)生噪聲影響環(huán)境。振動表現(xiàn)為強(qiáng)迫振動和自激振動兩種形式。影響抗振性的因素主要有主軸組件的靜剛度，質(zhì)量分布和阻尼（特別是主軸前支撐的阻尼），主軸的固有頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于自激振動的頻率，以使它不易發(fā)生共振。目前，尚未制定出抗振性的指標(biāo)，只有一些實驗數(shù)據(jù)可

5、供設(shè)計時參考。2.1.4溫升和熱變形主軸組件工作時因各相對運(yùn)動處的摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生溫升，從而使主軸組件的形狀和位置發(fā)生變化（熱變形）。主軸組件受熱伸長，使軸承間隙發(fā)生變化。溫度使?jié)櫥驼扯冉档停档土溯S承的承載能力。主軸箱因溫升而變形，使主軸偏離正確位置。前后軸承的溫度不同，還會導(dǎo)致主軸軸線傾斜。由于受熱膨脹是材料固有的性質(zhì)，因此高精度機(jī)床要進(jìn)一步提高加工精度，往往受熱變形的限制。研究如何減少主軸組件的發(fā)熱，如何控制溫度，是高精度機(jī)床主軸組件的研究的主要課題之一。2.1.5耐磨性主軸組件的耐磨性是指長期保持原始精度的能力，即精度保持性。對精度有影響的首先是軸承，其次是安置刀，夾具和工件

6、的部位，如錐孔，定心軸徑等。為了提高耐磨性，一般機(jī)床主軸上的上述部分應(yīng)淬硬至HRC60左右，深約1mm.2.1.6材料和熱處理主軸承載后允許的彈性變形很小，引起的應(yīng)力通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼的強(qiáng)度極限。因此，強(qiáng)度一般不做為選材的依據(jù)。主軸的形狀，尺寸確定之后，剛度主要取決于材料的彈性模量。各種材料的彈性模量幾乎相同，因此剛度也不是選材的依據(jù)。主軸材料的選擇主要根據(jù)耐磨性和熱處理變形來考慮。普通機(jī)床的材料通常是45號或60號優(yōu)質(zhì)中碳鋼，數(shù)控機(jī)床需調(diào)質(zhì)處理和淬火。 2.2主軸的結(jié)構(gòu)為了提高剛度，主軸的直徑應(yīng)該大些。前軸承到主軸前端的距離（稱懸伸量）應(yīng)盡可能小一些。為了便于裝配，主軸通常作成階梯形的，主軸的結(jié)

7、構(gòu)和形狀與主軸上所安裝的傳動件，軸承等零件的類型，數(shù)量，位置和安裝方法有直接的關(guān)系。主軸中的孔主要 用于通過棒料，拉桿或其它工具。為了能夠通過更大的棒料，車床的中空希望大些，但受剛度條件的影響和限制，孔徑一般不宜超過外徑的70%。主軸的結(jié)構(gòu)如（附圖1）。圖1三 、主傳動系統(tǒng)變速方式為了適應(yīng)不同的加工要求，數(shù)控機(jī)床主傳動主要有以下幾種配置方式：（1）帶有變速齒輪的主傳動。這種方式在大、中型數(shù)控機(jī)床采用較多。通過少數(shù)幾對齒輪降速，擴(kuò)大了輸出扭矩，以滿足主軸的輸出扭矩特性的要求，一部分小型數(shù)控機(jī)床也采用此種傳動方式。以獲得強(qiáng)有力的切削時所需要扭矩。數(shù)控機(jī)床使用可調(diào)無級變速交流、直流電動機(jī)。所以經(jīng)齒輪

8、變速后，實現(xiàn)8段無級變速，調(diào)速范圍增加。其優(yōu)點(diǎn)是可滿足各種切削運(yùn)動輸出轉(zhuǎn)矩，具有大范圍調(diào)速能力。但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要增加潤滑及溫度控制裝置。成本較高，此外，制造和維修也比較困難。（參圖a）（2）一級帶傳動變速方式。這種傳動方式主要應(yīng)用在中小型數(shù)控機(jī)床上。采用V型帶或同步帶傳動，可以避免齒輪傳動時可引起的振動與噪聲，適用于低扭矩特性要求的主軸。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，調(diào)試容易，被廣泛用于許多數(shù)控機(jī)床傳動中。（參圖b）（3）調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動方式，這種主軸傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高主軸部件的剛度，由于結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間少，加工中心的可加工空間相對變大。但是主軸轉(zhuǎn)速的變化

9、及扭矩的輸出和電動機(jī)輸出特性完全一致，電動機(jī)的發(fā)熱對主軸的精度影響大，最好裝有冷卻裝置，否則使用還是受到約束。（參圖c）（4）電主軸直接驅(qū)動方式：這種驅(qū)動方式其實和（c圖）方式差不多，但這種傳動方式結(jié)構(gòu)方式更為緊湊，占用空間更小。它主要是將主軸作為電機(jī)的轉(zhuǎn)子，箱體殼（與主軸配合箱體殼）作為電機(jī)的定子。但是這種電機(jī)形式的主軸結(jié)構(gòu)，連帶主軸組件都是成套，要求很高，精度也高。另外制造成本也很高。且容易發(fā)熱，同樣會影響主軸精度。（參圖d）以下為傳動方式的結(jié)構(gòu)圖: 圖（a）帶有變速齒輪的主傳動 圖（b）一級帶傳動變速方式 圖(c) 調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動方式 圖(d) 電主軸直接驅(qū)動方式綜上所述，進(jìn)行各種傳動

10、方式優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析和比較來選取本設(shè)計所采用的主軸傳動方式。首先是該設(shè)計為數(shù)控車床，主軸選用帶傳動（同步齒形帶），主軸主要是車削加工，必須保證其加工精度，而帶傳動能緩和沖擊、吸收振動，故傳動平穩(wěn)。由此選用一級帶傳動變速方式。四、機(jī)床夾具的確定本次設(shè)計的數(shù)控車床所加工工件長度約為300mm長（附圖2），夾具相對設(shè)計較單一，選用卡盤夾緊工具即可滿足加工要求。卡盤夾緊工件與主軸聯(lián)接，并與主軸同步旋轉(zhuǎn)。對于數(shù)控車床夾具主要就是卡盤夾具?？ūP從它的工作原理上分為以下幾種類型：手動松緊卡盤液壓松緊卡盤氣動松緊卡盤電動松緊卡盤首先從數(shù)控車床的自動化程度講，手動卡盤屬人工操作，不合適。另外液壓和氣動松緊卡盤實際

11、工作原理相似，一個是油泵進(jìn)行驅(qū)動，一個是氣泵驅(qū)動，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡明，傳動機(jī)構(gòu)簡單。另外電動卡盤同樣結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，但綜上所述，我們選擇液壓卡盤，液壓卡盤結(jié)構(gòu)緊湊，自動化程度高，結(jié)構(gòu)比電動卡盤簡單，有時可改裝為與其相似的氣動卡盤。另外所設(shè)計的數(shù)控車床許多裝置重于用液壓系統(tǒng)，所以用液壓卡盤是比較合理的。液壓卡盤的控制原理實質(zhì)為一鎖緊回路（附圖3）。五、主軸主要參數(shù)的計算及校核5.1主軸主要參數(shù)的計算主軸的主要參數(shù)是：主軸前端直徑D1，主軸內(nèi)徑d。主軸懸伸量a和主軸支撐跨距L。5.1.1主軸前端直徑D1 主軸D1（按電機(jī)功率）如下表5-1（mm）：功率（kw）D1機(jī)床1.42.523.635.557.

12、37.411車床608070907010595130110145銑床及加工中心5090609060957510090105外圓磨床5060557070807590表5-1車床、銑床、鏜床、加工中心等機(jī)床因裝配的需要，主軸直徑常是自前往后逐漸減小的。前軸頸直徑D1大于后軸直徑D2。對于車、銑床一般，由上表可取D1=110mm。因此可知由式子 后端直徑圓整后 5.1.2主軸內(nèi)徑 d 主軸內(nèi)孔徑與機(jī)床類型有關(guān)，主要用來通過棒料、鏜桿、拉桿或頂尖。確定內(nèi)孔徑原則是為減輕主軸重量，在滿足對空心主軸孔徑要求和最小壁厚要求下，應(yīng)取最大值。主軸的內(nèi)徑是通過刀具夾具裝置固定刀具、傳動氣動或液壓卡盤等。主軸孔徑越

13、大，主軸部件的相對重量就越輕。主軸的孔徑大小主要受主軸剛度的制約。主軸的孔徑與主軸直徑之比，小于0.3時空心主軸的剛度幾乎與實心主軸相等；等于0.5時空心主軸的剛度為實心主軸的90%；大于0.7時，空心主軸的剛度就急劇下降。一般可取其比值為0.5左右。主軸本身剛度K正比于抗彎斷面慣性矩I由式子可知取孔徑的直徑極限為此時若孔徑再大，剛度急劇下降根據(jù)推薦值 取 d1=55 mm5.1.3主軸前端懸伸量a確定 圖5-1主軸懸伸量指主軸前端面到前支承徑向反力作用中點(diǎn)（一般即為前徑支撐中點(diǎn)）的距離，參考（1）表6.1-45，它主要取決于主軸前端部結(jié)構(gòu)形式和尺寸，前支撐軸承配置和密封等。因此主要由結(jié)構(gòu)設(shè)計

14、確定。 懸伸量與主軸部件的剛度及抗振性成反比，故應(yīng)盡量取小值。 E-材料的彈性模量I-軸慣性距-前剛度值 -后剛度值初選a值可參考下表5-2確定車床和主軸類型精密車床、自動車床用滾動軸承支承，適用高精度和普通精度要求0.61.5中等長度和較長主軸端的車床和銑床，懸伸不太長（不是細(xì)長）的精密鏜床和內(nèi)圓磨床，用滾動軸承和滑動軸承支承適用于絕大部分普通生產(chǎn)要求1.252.5 表5-2計算得懸伸量為80mm5.1.4 主軸跨距的確定主軸跨距是決定主軸系統(tǒng)動靜剛度的重要影響因素，目的是找出在切削力作用下，主軸前端的柔度值最小的跨距稱為最優(yōu)跨距（）。實驗證明，動態(tài)作用下最優(yōu)跨距很接近于推得最優(yōu)值，因此設(shè)計

15、時盡量達(dá)到最優(yōu)值。前端角接觸球軸承的剛度（主要為軸向剛度）其中：內(nèi)徑為110mm,查參考（2）表4.3-5 查軸承樣本額定動載荷取 計算得主軸跨距為300mm5.2 軸的剛度計算如果主軸前后軸承由數(shù)段組成，則當(dāng)量直徑 （mm） （參考文獻(xiàn)2）式中 、分別為各段的直徑和長度（）； 總長，如果前后軸承的直徑相差不大，也可把前后軸承直徑的平均值近似地作為當(dāng)量直徑d。 主軸的前懸伸部分較粗，剛度較高，其變形可以忽略不記，后懸伸部分不影響剛度，也可不計算。如主軸前端作用一外載荷F如下圖（參考文獻(xiàn)3）圖5-2 主軸組件計算模型則撓度： （參考文獻(xiàn)2） 式中 F外載荷（N）； a前懸伸，等于載荷作用點(diǎn)至前支

16、承點(diǎn)間的距離（mm）； l跨距，等于前后支承的距離（mm）； E彈性模量，鋼的； I截面慣性距, ；主軸的外徑和孔徑（mm）。又因為，孔的影響可以忽略由此可得主軸剛度滿足要求。六、主軸軸承的選擇6.1 軸承的選型 主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。在數(shù)控機(jī)床上主軸軸承常用的有滾動軸承和滑動軸承。滾動軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤滑維護(hù)簡單，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動范圍下穩(wěn)定地工作。滾動軸承有專業(yè)化工廠生產(chǎn)，選購維修方便，在數(shù)控機(jī)床上被廣泛采用。與滑動軸承相比，滾動軸承的噪聲大，滾動體的數(shù)目有限，剛度是變化的，抗

17、震性略差，但總體來說，數(shù)控機(jī)床主軸組件在可能的條件下，應(yīng)盡量使用滾動軸承，特別是大多數(shù)立式主軸和主軸在套筒內(nèi)能夠做軸向移動的主軸。這時用滾動軸承可以用潤滑脂潤滑，以避免漏油。滾動軸承根據(jù)滾動體的結(jié)構(gòu)分為球軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承三大類。主軸軸承主要應(yīng)根據(jù)精度、剛度和轉(zhuǎn)速來選擇，為了提高精度和剛度，主軸軸承間的間隙應(yīng)該是可調(diào)的。線接觸的滾子軸承比點(diǎn)接觸的球軸承的剛度高，但一定溫升下允許的轉(zhuǎn)速較低，下面就簡述幾種常用的數(shù)控機(jī)床主軸的機(jī)構(gòu)及適用范圍。 6.1.1 角接觸球軸承這種軸承既可以承受徑向載荷又可以承受軸向載荷。常用的接觸角主要有兩種： =25°，=15°，其中=

18、25°的編號為7000AC型（舊代號為46100型），屬于特輕型；或編號為7190AC型（舊代號為46900型），屬于超輕型。=15°的編號為7000C型（舊代號為36100型），屬于特輕型；或編號為7190C型；或編號為7190C型（舊代號為型），屬于超輕型。如圖6-1所示（參考文獻(xiàn)2）. 圖 6-1角接觸球軸承角接觸球軸承多用于高速主軸，隨接觸角的不同，其應(yīng)用有所區(qū)別，=25°的軸向剛度較高，但徑向剛度和允許的轉(zhuǎn)速略低，多用于車、鏜、銑加工中心等主軸；=15°的轉(zhuǎn)速可更高一些，但是軸向剛度較低，常用于軸向載荷較小、轉(zhuǎn)速較高的磨床主軸或不承受載荷的車、

19、鏜、銑主軸后軸承。圖6-2角接觸球軸承這種軸承為點(diǎn)接觸，剛度較低。為了提高剛度和承載能力，常用多聯(lián)組配的方法。所以本設(shè)計前支承采用雙聯(lián)組配的方式，代號為DF。 6.1.2 圓柱滾子軸承圖6-3為雙列圓柱滾子軸承（參考文獻(xiàn)2），他的特點(diǎn)是內(nèi)孔為1：12的錐孔，與主軸的錐行軸徑相配合。軸向移動為內(nèi)圈，可把內(nèi)圈脹大，以消除徑向間隙或預(yù)緊，這種軸承只能承受徑向載荷。圖 6-3雙列圓柱滾子軸承6.1.3圓錐滾子軸承圓錐滾子軸承既能承受徑向載荷，又能承受雙向的軸向載荷，滾子數(shù)量大，故剛度和承載能力均較大。由于圓錐滾子軸承是外緣凸肩軸向定位，因而箱體上通孔加工方便，但缺點(diǎn)是滾子大端的端面與內(nèi)圈擋邊之間為滑動

20、摩擦，發(fā)熱較大，故允許的極限轉(zhuǎn)速較低。6.1.4深溝球軸承這種軸承只能承受徑向載荷，軸向載荷則由配套的推力軸承承受。此種軸承一般不能調(diào)整，常用于精度要求和剛度要求不太高的地方。在本設(shè)計中，前軸承采用角接觸球軸承以適應(yīng)較高速的要求。主軸軸向載荷較大，故選用接觸角的軸承。軸向力的方向是從軸頭部指向尾部，故前軸承采用三聯(lián)組配，前兩軸承同向都面朝前，共同承擔(dān)軸向載荷。后一軸承與前兩軸承背靠背，以實現(xiàn)預(yù)緊。后支承的載荷較大，因此采用雙列圓柱滾子軸承。這種軸承的外圈是可以分離的，主軸熱膨脹時，可連同軸承內(nèi)圈的滾子在外圈滾道上軸向移動。后軸承直徑比前軸承小，預(yù)緊力也小，因此溫升不致超過前軸承。6.2軸承間隙

21、調(diào)整和預(yù)緊主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整。多數(shù)軸承，還應(yīng)能夠在過盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動體和滾道之間有一定的欲變形，這就是軸承的預(yù)緊。軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無間隙，滾動體從各個方向支承主軸，有利于提高運(yùn)動精度。滾動體的直徑不可能絕對相等，滾道也不可能絕對正圓，因而預(yù)緊前只有部分滾動體和滾道接觸。預(yù)緊后，滾動體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動體將更多，各滾動體的受力將更均勻。這都有利于提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)生振動，則由于各個方向都有滾動體支承，可以提高抗振性。但是，預(yù)緊后發(fā)熱較多，溫升較高；且太大的預(yù)緊將使軸承的壽命降低，故預(yù)緊要適當(dāng)。本設(shè)計為數(shù)控車床的主軸組件設(shè)計，功率相對較小，所

22、以取中預(yù)緊。七、主軸箱箱體的設(shè)計71主軸箱的概述 主軸箱為數(shù)控機(jī)床的主要傳動系統(tǒng)它包括電動機(jī)、傳動系統(tǒng)和主軸部件它與普通車床的主軸箱比較，相對來手比較簡單只有兩極或三級齒輪變速系統(tǒng)，它主要是用以擴(kuò)大電動機(jī)無級調(diào)速的范圍，以滿足一定恒功率、和轉(zhuǎn)速的問題。7.2主傳動設(shè)計7.2.1驅(qū)動源的選擇機(jī)床上常用的無級變速機(jī)構(gòu)是直流或交流調(diào)速電動機(jī) ，直流電動機(jī)從額定轉(zhuǎn)速nd向上至最高轉(zhuǎn)速nmax是調(diào)節(jié)磁場電流的方法來調(diào)速的，屬于恒功率，從額定轉(zhuǎn)速nd向下至最低轉(zhuǎn)速nmin時調(diào)節(jié)電樞電壓的方法來調(diào)速的屬于恒轉(zhuǎn)矩；交流調(diào)速電動機(jī)是靠調(diào)節(jié)供電頻率的方法調(diào)速。由于交流調(diào)速電動機(jī)的體積小，轉(zhuǎn)動慣量小，動態(tài)響應(yīng)快，沒

23、有電刷，能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流調(diào)速電動機(jī)高，磨損和故障也少，所以在中小功率領(lǐng)域，交流調(diào)速電動機(jī)占有較大的優(yōu)勢，鑒于此，本設(shè)計選用交流調(diào)速電動機(jī)。根據(jù)主軸要求的最高轉(zhuǎn)速4000r/min，最大切削功率5kw，選擇北京數(shù)控設(shè)備廠的BESK-8型交流主軸電動機(jī)，最高轉(zhuǎn)速是4500r/min。7.2.2傳動軸的估算傳動軸除應(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)度一般不是主要矛盾。除了載荷較大的情況外，可以不必驗算軸的強(qiáng)度。剛度要求軸在載荷下不至于產(chǎn)生過大的變形。如果剛度不夠，軸上的

24、零件由于軸的 變形過大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動和噪音，發(fā)熱，過早磨損而失效，因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。計算轉(zhuǎn)速n是傳動件傳遞全部功率時的最低轉(zhuǎn)速，各個傳動軸上的計算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖是直接得出，如表2-1所示。 各軸的計算轉(zhuǎn)速軸IIIIII計算轉(zhuǎn)速1500530140表7-2-1各軸功率和扭矩計算： 已知一級齒輪傳動效率為0.97（包括軸承），同步帶傳動效率為0.98，則 I軸：P1=Pd x 0.98=7.5 x 0.98=7.35KW II 軸 p2=p1 x 0.97=7.5 x 0.97=7.28KW III軸 P3=P2 x 0.97=7.28 x 0.97=7.06KW

25、II軸扭矩：T2=9550P2/n2=9550 x x7.28/530=1.31x III軸扭矩：T3=9550 P3/N3=9550 x 7.06/140=4.82x 是每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m）,可根據(jù)傳動軸的要求選取，其選擇的原則如表7.2-2所示。 表7.2-2 許用扭轉(zhuǎn)角選取原則 軸 主軸一般傳動軸較低的軸（deg/m）0.5-11-1.51.5-2表7-2-2最后所確定各軸所允許的扭轉(zhuǎn)角如表2-3所示 軸 I軸 II軸 III軸（deg/m） 0.510.5表7-2-3把以上確定的各軸的輸入功率N=7.5KW，計算轉(zhuǎn)速nj，允許扭轉(zhuǎn)角代入扭轉(zhuǎn)剛度的估算公式 d=91,可得

26、傳動軸的估算直徑： 40mm 52.06mm 31.39mm.最后取值如下表所示： 軸 I II III估算直徑 40 32 53主軸軸徑尺寸的確定： 已知車床最大加工直徑為Dmax=400mm,則 主軸前軸頸直徑 D1=0.25Dmax15=85-115mm 后頸直徑 D2=(0.7-0.85)D1=67-81mm 內(nèi)孔直徑 d=0.1Dmax10=35-55mm7.2.3齒輪模數(shù)的估算按接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪的各參數(shù)都已知方可確定，故只有在裝配草圖畫完后校驗用。在畫草圖時用經(jīng)驗公式估算，根據(jù)估算的結(jié)果然后選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪的模數(shù)。齒輪模數(shù)的估算方法

27、有兩種，一是按齒輪的彎曲疲勞進(jìn)行估算，二是按齒輪的齒面點(diǎn)蝕進(jìn)行估算。這兩種方法的前提條件是各個齒輪的齒數(shù)必須已知。根據(jù)齒輪不產(chǎn)生跟切的基本條件：齒輪數(shù)不小于17。由于Z3,Z3這對齒輪有較大的傳動比，各個齒輪中最小齒數(shù)的齒輪必然是Z3. 取Z4=22,S=105,則Z4=83從轉(zhuǎn)速圖上直接看出Z3的計算轉(zhuǎn)速是530r/min.根據(jù)齒輪彎曲疲勞估算公式 根據(jù)齒輪接觸疲勞強(qiáng)度估算公式計算 得m=2.7由于受傳動軸軸徑尺寸大小限制，選取齒輪模數(shù)為m=3 mm,對比上面的結(jié)果，可知這樣設(shè)計的齒輪傳動，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，故取同一變速組中的所以齒輪的模數(shù)都為m=3mm.可

28、得兩軸中心距為a=157.5mm.圓整為a=158mm.7.2.4V型帶的選擇；V帶選擇V型帶，取小帶輪的大小72mm，大帶輪的大小為204mm；2-5-1確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長如果中心距未給出，可根據(jù)傳動的結(jié)構(gòu)需要初定長度中心距a0，取0.7（）<a0<2（），193.2<a0<552后確定a0=200，根據(jù)帶傳動的幾何關(guān)系，按下式計算所需代的基準(zhǔn)長度：=2a0+（）+得到=855.4，取=900mma=a0+=200+(900-855.4)/2=222mm。驗算主動輪上的包角：=>=；確定帶的根數(shù)z：根，圓整為3根。V帶速度的驗算： 故帶符合要求。7.3主軸

29、箱展開圖的設(shè)計主軸箱展開圖是反應(yīng)各個零件的相互關(guān)系，結(jié)構(gòu)形狀以及尺寸的圖紙，并以此為依據(jù)繪制零件工作圖。7. 3.1 各零件結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計1設(shè)計內(nèi)容和步驟通過繪圖設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)尺寸以及選出軸承的型號，確定軸的支點(diǎn)距離和軸上零件力的作用點(diǎn)，計算軸的強(qiáng)度和軸承的壽命。2 有關(guān)零件結(jié)構(gòu)和尺寸的確定傳動零件，軸，軸承是主軸部件的主要零件，其他零件的結(jié)構(gòu)尺寸是根據(jù)主要零件的位置和結(jié)構(gòu)而定。齒寬影響齒的強(qiáng)度。輪齒越寬承載能力越高。但如果太寬，由于齒輪的制造誤差和軸的變形，可能接觸不均，反而容易引起振動和噪聲，一般取齒寬系數(shù)=（6-10）m.這里取齒寬系數(shù)=10，則齒寬B=X m=10x3=30mm.各個齒輪

30、的齒厚確定如表3-1.表7.3-1 各齒輪的齒厚齒輪Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4齒厚2520353035303030表7.3-1由計算公式；齒頂：齒根：得到下列尺寸表齒輪的直徑?jīng)Q定了各軸之間的尺寸。各主軸部件中各個齒輪的尺寸計算如下表3-2表7.3-2 各齒輪的直徑齒輪Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4分度圓直徑(mm)481362259014417166249齒頂圓直徑(mm)521402319615017772255齒根圓直徑（mm）43131217.582.5136.5163.558.5241.5 表7.3-2由表7.3-2可以計算出各軸之間的距離，現(xiàn)將它們列出如表7.3-3各軸的中心

31、距 軸 I-II II-III 距離230 160表7.3-33)確定齒輪的軸向布置 為避免同一滑移齒輪變速組內(nèi)的兩對齒輪同時嚙合，兩個固定齒輪的間距應(yīng)大于滑移齒輪的寬度，一般留有間隙1-2mm。軸承的選擇及其配置主軸組件的滾動軸承既要有承受徑向載荷的徑向軸承，又要有承受兩個方向軸向載荷的推力軸承。軸承類型及型號選用主要根據(jù)主軸的剛度，承載能力，轉(zhuǎn)速，抗振性及結(jié)構(gòu)要求合理的進(jìn)行選定。3. 各軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計軸的一端與帶輪相連，將軸的結(jié)構(gòu)草圖繪制如圖7.3-2 圖7.3-2 軸其結(jié)構(gòu)完全按標(biāo)準(zhǔn)確定，根據(jù)其周詳?shù)某叽缈蓪⒔Y(jié)構(gòu)簡圖繪制如圖7.3-3所示： 圖7.3-3 4. 主軸組件的剛度和剛度損失的計

32、算：最佳跨距的確定： 取彈性模量E=N/， D=（90+65）/2=77.5mm； 主軸截面慣距： 截面面積；A=3459.9 主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩： 故總切削力為：估算時，暫取即取270mm前后支承支反力 取=N/mm 則 則=225mm當(dāng)量切削力的計算：P=（a=B）/a3639對于車床 B=0.4=160mm則水平面內(nèi)：垂直面內(nèi)：主軸端部的撓度計算：， 傳動力的作用下，主軸端位移的計算公式見下式：式中：“”號表示位移方向上與力反向，b表示齒輪與前支承的距離，c表示齒輪與后支承的距離，將各值帶入，得 水平面內(nèi)：垂直面內(nèi)：則主軸最大端位移為：已知主軸最大端位移許用值為0.0002L0.09mm則

33、<，符合要求。 主軸傾角的驗算：在切削力p的作用下主軸前軸承處的傾角為：水平面：垂直面內(nèi)：傳動力Q作用下主軸傾角為：水平面內(nèi)：rad垂直面內(nèi)：rad則主軸前軸承處的角為垂直面內(nèi)：rad 故符合要求。7.3.5軸承的校核：齒輪受切向力徑向力：；切削力F=1310N，徑向切削力軸向切削力，轉(zhuǎn)速n=4000r/min d=90mm 垂直面內(nèi)的受力分析：水平面內(nèi)的受力分析：故合力：求兩軸承的軸向力:對70000AC型軸承兩次計算的差值不大，因此，確定，當(dāng)量動載荷： 對兩軸承取X=1，Y=0； X=1，Y=0；由載荷性質(zhì)，輕載有沖擊故取當(dāng)量載荷：。因為所以可知其壽命軸承也符合剛度要求。八、主軸組件

34、的潤滑和密封8.1主軸滾動軸承的潤滑潤滑的作用是減少摩擦、降低溫升并與密封裝置一起保護(hù)軸承不受外物的損傷與腐蝕。潤滑劑和潤滑方式?jīng)Q定于軸承的類型、速度和工作負(fù)荷。如果選擇合適，可以降低軸承的工作溫度和延長使用壽命。滾動軸承可以用潤滑脂或潤滑油潤滑。在速度較低時，用潤滑脂比用潤滑油溫升低；速度較高時，用油潤滑較好。8.1.1脂潤滑脂潤滑使用方便，不需要供油管路和系統(tǒng)，沒有漏油問題。如果轉(zhuǎn)速不太高（數(shù)值可查軸承樣本），滾動軸承應(yīng)盡量采用脂潤滑，特別是立式主軸或裝在套筒內(nèi)可以伸縮的主軸（如鉆床、坐標(biāo)鏜床、加工中心等的主軸）。潤滑脂使用期限長，如果轉(zhuǎn)速不超極限值，一次充填可使用2000h以上。只要密封

35、良好，不讓灰塵、油污進(jìn)入軸承，一次充填可一直用到大修時才更換，中間不需填充。潤滑脂填充量不宜過多，尤其不能填滿軸承空間。否則將引起過多的發(fā)熱，并油可能使脂熔化流出。8.1.2油潤滑潤滑滾動軸承所需的油量很少，約每分鐘15滴。若油量增大，則由于攪拌作用會使溫度升高。油量增加過大，則冷卻作用為主，溫度會下降，但能耗卻加大了。常用油的粘度為12mm/s30mm/s(40C時)。高速主軸（如角接觸球軸承n106mm·r/min），發(fā)熱較多。為控制其溫升，希望潤滑時兼起冷卻的作用。采用油潤滑，用空氣冷卻的方法。常用油霧和油氣潤滑。由于主軸前端采用了角接觸球軸承，速度較高，致使發(fā)熱較多，所以采用

36、油潤滑，在潤滑時也起冷卻的作用。后端采用的是曲路（迷宮）密封為防止油液外漏，用脂潤滑雙列圓柱滾子軸承。8.2主軸組件的密封主軸組件密封主要是防止油外泄和塵埃、屑末進(jìn)入。密封的類型很多，兩個具有相對運(yùn)動的結(jié)合面之間必然有間隙，它們之間的密封稱為動密封。兩個相對靜止不動的結(jié)合面之間的密封稱為靜密封。靜密封有研磨面密封、墊片密封、密封膠密封等。在本設(shè)計中軸承端蓋與箱體之間的密封屬于靜密封，采用紙封油墊配合緊定螺釘進(jìn)行密封，之所以采用此種密封是由于研磨面密封適用與結(jié)合面加工平整、光潔，但本設(shè)計箱體為鑄造，不合適；而密封膠密封又不便端蓋拆卸。前、后端軸承端蓋通孔和軸之間的密封屬于動密封。前端軸承為角接觸球軸承，轉(zhuǎn)速較高，采用油潤滑，為防止油液甩出，此處采用了氈圈油封；后端軸承用脂潤滑，此處用迷宮式密封，利用其節(jié)流的作用達(dá)到密封的效果，且間隙中充滿著潤滑脂，密封效果更好。設(shè)計心得在研究了數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)及加工特點(diǎn)的前提下，分析了車床的制造和裝配的精度基礎(chǔ)上，提出了CK6140型數(shù)控車床的整體結(jié)構(gòu)裝配特點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計了主軸結(jié)構(gòu)及前后支承的結(jié)構(gòu)解決了回轉(zhuǎn)精度、抗振