摘要 本题主要是X万能铣床的总体设计，主轴箱及进给箱是由异步电动机进行驱动，通过齿轮传动，分别使主轴获得级转速，进给系统实现级变速。通过对主轴箱中零部件的分析和校核，合理的选择零部件包括齿轮，轴等，满足工作时的加工要求，确保加工时铣削零件尺寸、形状的精度要求。该铣床适用于对平面、斜面、螺旋面及成型表面加工，机床有充足的刚度和强度,能进行高速度切削和承受一定强度的切削工作。通过对主轴箱进行了简要的设计和较核，设计的总体布局满足工艺技术要求，传动系统满足加工要求。X铣床具有主轴转速高、调速范围宽、操作便捷、工作台进给速度宽等特点，大幅度的提升了加工范围。 关键词： 总体；传动系统；主轴箱 ABSTRACT This problem is mainly X6130 Universal horizontal milling machine lifts the overall layout and design of headstock, headstock and feed box is driven by the induction motor, through gear transmission, respectively, were 12 to spindle speed, feed system to achieve 14 speed. Components of the spindle box through the analysis and verification, a reasonable choice parts, including gears, shafts, etc., to meet the processing requirements work to ensure that when the milling machining parts size, shape precision. The new machine suitable for plane, bevel, helical and molding surface processing, the machine has enough stiffness and strength, to carry out a certain strength to withstand high-speed cutting and cutting work. Through a brief spindle box design and more nuclear, the overall layout of the design meet the technical requirements of transmission system to meet the processing requirements. X6130 milling machine has a spindle speed of high, wide speed range, easy operation, wide table feed speed, etc., greatly increased the range of processing. Key words :Overall layout；Driving System；Headstock 目 录 摘要 I Abstract II 1 1.1铣床在国民经济中的地位 1 1.2铣床工业发展概况和目前水平 1 1.3铣床的 2 第2章 X6130卧式升降台铣床总体方案设计 4 2.1 X6130型铣床的结构特点主要参数和主要用途 4 2.1.1 X型铣床的结构 4 2.1.2 X6130型铣床的主要参数 2.1.3 X6130型铣床的 4 2.2 主要部分的名称和用途 5 2.3 铣床的常用卡具 6 2.3.1 具的概念 6 2.3.2 具的作用 2.3.3 铣床夹具的类型 7 2.3.4 具的组成 7 2.3.5 典型工件在铣床上的装夹方式 7 2.4 本章小结 8 9 3.1 主运动 9 3.1.1 主轴传动结构式 9 3.2 9 3.3 本章小结 1 第4章 主轴箱电动机的选择 12 4.1 主轴箱电机的选择 1.1.1 选择电动机的容量 12 4.1.2 分配总降速比 12 4.1.3 确定传动轴的轴数 12 4.1.4 绘制转速图 13 4.3 本章小结 1 第5章 带传动的设计 15 5.1 概述 1 5.1.1 带传动的分类 1 5.1.2 带传动的失效形式 1 5.1.3 带传动的设计的基本要求 1 5.2带传动的计算及选定 1 5.2.1 计算带传动的条件 1 5.2.2 计算内容和步骤 1 5.4 本章小结 第6章 主轴箱齿轮设计和应力计算 18 6.1齿轮的概述 6.1.1 齿轮的类型 6.1.2 齿轮传动的主要特征 6.1.3 失效形式及设计准则 18 6.1.4 齿轮材料及其选择原则 18 6.2 主轴箱齿轮的设计 6.3 直齿圆柱齿轮应力的计算 21 6.4 本章小结 24 第7章轴的设计计算 25 7.1 轴的概述 2 7.1.1 轴的功用及分类 2 7.1.2 轴的受力分析、失效形式和设计准则 2 7.1.3 轴上零件的固定 7.1.4 轴的加工和装配工艺性 7.2 轴的设计及计算 7.3轴的设计 7.3.1 传动轴直径的确定 28 7.3.2 主轴轴径的确定 29 7.3.3 核算转速 29 7.3.4 主轴的校核 30 7.4 本章小结 3 第８章 零部件的选择 35 8.1 键的选择 3 8.2 滑移齿轮的轴向移动 36 8.3 润滑系统设计 3 8.4 本章小结 3 结论 参考文献 致谢 4 第章绪论 1.2铣床工业的发展概况和我国机床工业目前的水平 金属切削机床是人类在改造自然的长期实践中，一直在改进生产工具的基础上生产和发展起来的。最原始的机床是靠双手的往复运动，在工件上钻孔。最初的加工对象是木料，为加工回转体，出现了依靠人力使工件往复运动的原始车床，在原始加工阶段，人既是机床的原动力，又是机床的操纵者。 当加工对象由木材慢慢地过渡到金属时，切削要求增大动力，于是就逐渐出现了水力、风力和畜力等驱动的机床。随着生产的发展和需要，要15-16世纪出现了铣床、磨床。我国明朝宋应星所著“天工开物”中就已有对于天文仪器进行铣削和磨削加工的记载。 18世纪末，蒸汽机的出现，提供了新型的巨大的能量，使生产技术发生了革命性的变化，由于在工艺流程中逐渐产生了专业性分工，因而出现了很多类型的机床。19世纪末，机床以扩大到许多类型，这些机床多采用皮带传动，性能很低。20世纪以来，齿轮变速箱的出现，使机床的结构和性能发生了根本性的变化。随着电器控制、液压件传动等科学技术的出现及其在机床上的普遍应用，使机床技术有了迅速的发展，除通用机床外又出现了许多各式各样的专用机床。在机床发展的此阶段，机床的动力已由自然力代替了人力，人只需操纵机床，生产力已不受人的体力的限制。如本文的介绍的万能卧式升降台铣床，还有立式铣床、万能工具铣床、龙门铣床、固定台座式铣床以及各种专用铣床（包括键槽铣床、曲轴铣床、凸轮铣床）等。 近些年来，电子技术、计算机技术、信息技术、激光技术等的发展并在机床领域得到应用，使机床开始了迅猛发展的新时代。多样化、精密化、高效化、自动化是这一时代铣床的发展的基本特征。新技术的发展，数字控制机床以其加工精度高、生产率高、柔性高、适应中小批量生产而日益受到重视。由于数控铣床无需人工操作，而是靠数控程序完成加工循环，调整方便，适应灵活多变的产品。使得中、小批量自动化成为可能。从而生产力发展的过程来看，铣床发展到数控化阶段，不仅铣床的动力无需人力，而且铣床的操纵也由机器本身完成了。人的工作只是编制加工程序，调整刀具等，为铣床的自动加工准备好条件。然后则有电脑控制铣床自动完成加工。 我国的铣床工业已经取得了巨大的成果，但与世界领先水平相比，还有较大的差距。主要体现在：大部分高精度和超精密铣床性能还不能满足规定的要求，精度保持性也较差，特别是高效的自动化、技术水平和质量保证方面都明显落后。产量低下，机床数控化程度不足10%，至于航天、航空、冶金、汽车、造船和重型机器制造等工业部门所需要的多种类型的特种数控铣床基本上还是一片空白。技术性能方面落后，国外已做到15-19轴联动，分辨率达到0.1-0.01而我国目前只能做到5-6轴联动，分辨率为1国内产品的质量和可靠性也不够稳定，特别是先进数控系统的开发和研制还需作进一步的努力。 1.3铣床的类型和编号 铣床的主要类型：万能卧式升降台铣床、立式铣床、龙门铣床、仿行铣床、专门化铣床。数控铣床等。 以本设计介绍的X6130型机床为例，大写的“X”表示的是机床的类别代号，是铣床；“6”表示的是铣床的组号，此铣床为卧式升降台铣床；“1”表示铣床系别号，表示的是万能升降台铣床；“30”是铣床的主参数，表示的是工作台面的宽为300mm。主参数的折算系数是1/10。 X6130型万能卧式升降台铣床，主轴轴线与工作台平行，主轴呈横卧位置，其与卧式升降台铣床的区别是在纵向工作台之间增加一回转台。铣削是将铣刀安装在与主轴相连接的刀轴上，绕主轴作旋转运动，被切工件装夹在工作台面上对铣刀作相对进给运动，从而完成切削工作。主传动电机4KW，通过主轴变速箱能使主轴实现12中转速，工作台作垂直和横向运动。它可以加工平面、沟槽、分齿零件和螺旋槽等工件。 第2章 X6130型卧式升降台铣床总体方案设计 总体方案：本设计主要对X6的总体和其部分结构进行设计，使其满足工艺性和传动系统的要求。 X6130型铣床由床身、底座、升降台、工作台、刀杆支架、悬梁、主传动及变速、进给传动和电器部分所组成。 1、床身 床身支承并连接各部件，顶面水平导轨支承横梁，前侧导轨供升降台移动之用。床身内装有主轴和主运动变速系统及润滑系统。 2、横梁 它可在床身顶部导轨前后移动，吊架安装其上，用来支承铣刀 3、主轴 主轴是空心的，前端有锥孔，用以安装铣刀杆和刀具。 4、工作台 工作台上有T形槽，可直接安装工件，也可安装附件或夹具。它可沿导轨作纵向移动和进给。 、纵向工作台 纵向工作台由纵向丝杠带动在转台的导轨上作纵向移动，以带动台面上的工件作纵向进给。台面上的T形槽用以安装夹具或工件。 、横向工作台 横向工作台位于升降台上面的水平导轨上，可带动纵向工作台一起作横向进给。 、升降台 升降台可沿床身导轨作垂直移动，调整工作台至铣刀的距离。 1、主要参数 工作台面积 30×1150mm（宽×长） 工作台最大行程 纵向 mm 横向 mm 垂直 400mm 主轴锥孔 7：24 ISO50 主轴转速 1级3-1600r/min 主轴电机功率 kW 工作台承载工件最大重量 500kG 工作台回转角度 ±45° 进给速度 进给电机 kW ×1380r/min 机床重量 2650kG(约) 外型尺寸 ×1535×1630（长×宽×高） 2.1.3 X6130型铣床的主要用途 X6130型万能铣床，主轴轴线与工作台平行，主轴呈横卧位置，铣削时将铣刀安装在与主轴相连接的刀轴上，绕主轴作旋转运动，被切工件装夹在工作台面上对铣刀作相对进给运动，从而完成切削工作。X型铣床其与一般升降台铣床的主要不同之处在于工作台除了能在相互垂直的3个方向作调整或进给运动外，还可绕垂直轴线°范围内回转，从而扩大了机床的工艺范围。 该机床可用于铣削平面、斜面、沟槽、齿轮等，采用分度头附件，还可以加工螺旋表面等。 1、铣床主传动部分由主传动变速箱及主轴部件组成。主传动变速箱，主要 （1）主轴 主轴是变速箱内最重要的部件，它采用三支撑结构， （2）中间传动轴主轴电机通过中间传动轴上装有的三联齿轮和双联齿轮使主轴得到转速。 2、铣床进给变速部分 由进给变速箱与变速操纵机构组成。工作进给和快速进给分别由不同的电磁离合器控制，运动经过变速箱变速后，能够获得不同的进给速度。工作进给时，由滚珠式安全离合器实现过载保护。 （1）进给箱是一个圆筒式独立部件，装在升降台左边。运动由齿轮传入。工作进给时，电磁离合器吸合运动由齿轮、中间传动轴上的三组滑移齿轮经电磁离合器，由另外一个齿轮传至升降台部件，使工作台得到级进给速度。 （2）变速操纵机构 3、升降台部分 升降台铣床的升降台与铣床床身以矩形导轨，压板结构相互连接，提高了导轨的刚性，便于维修。在升降台内部，装有能完成升降台上下移，床鞍横向进给及工作台纵向进给的传动机构，各方向的进给运动由一套鼓轮机构及台面操纵集中操纵。 4、工作台及床鞍 工作台主要供安装铣床夹具或工件用。上面有T形槽供T形螺钉连接使用。床鞍主要用来带动工作台作横向、纵向移动。 在机床上加工工件，要求将工件迅速准确的安装在机床上并保证工件与刀具之间有一个准确可靠的加工位置，这就需要用一种工艺装置来实现，这种用来使工件定位和夹紧的工艺装备，简称夹具。 1、保证加工精度。 2、扩大机床应用限制范围。 3、减少辅助时间，提高生产效率。 2.3.3 铣床夹具的类型 铣床夹具按应用限制范围可分为通用铣夹具、专用铣夹具和组合夹具三类。 1、通用夹具 能加工两种或两种以上的工件的同一夹具，一般是指已经规格化、标准化了的夹具。铣床上常用的平口虎钳、轴用虎钳、分度头、圆转台等都属于通用夹具。 2、专用铣夹具 专用铣夹具是为某一特定工件的某一个工序加工要求而专门设计制造的，当工件或工序改变时就不能再使用了。这种夹具结构紧密相连，使用维护方便，加工精度容易控制，产品质量稳定。 3、组合夹具 由可循环使用的标准夹具零部件组装成易于连接和拆卸的夹具。组合夹具拆卸迅速、周期短、能反复使用、减少制造成本。但生产效率和加工精度不如专用夹具，通常用于新产品试制等多品种加工。 铣床夹具一般由以下部分所组成。 1、定位件 在夹具上起定位作用的零部件。 2、加紧件 在夹具上起加紧作用的零部件。 3、夹具的主体 用以将夹具的各个元件和部件联合成一个整体，并通过夹具体使整个夹具体固定在机床上。 4、对刀件 在夹具上起对刀作用的零部件。用以迅速得到机床工作台及夹具与工件相对于刀具的正确位置。 5、导向件 在夹具上起引导刀具作用的零部件。 6、其他元件和装置 由于加工工件的要求不同，夹具中有时还要增加一些元件。 1、工件直接装夹在工作台面上 2、用通用夹具装夹工件 3、用专用夹具装夹工件 4、用组合夹具装夹工件 2.4 本章小结 本章主要对X型万能铣床进行初步设想，确定其基本尺寸和主要参数，并对铣床的布局做了简单的设计，包括铣床总体结构，主传动部分、铣床进给变速部分、升降台部分 、工作台。并对卡具包括概念、作用、类型、组成以及装夹方式做了简单的介绍。 第3章 X6130型卧式万能升降台铣床运动设计 铣床的主运动是主轴的旋转运动，进给运动由工作台沿纵向、横向和垂直3个方向的直线运动来实现。 主轴传动结构式，又称主轴传动链。它表示的是主电动机的转速传到主轴的传动路线。主电动机轴以r/min的转速旋转，经过弹性联轴器与轴I连接，则轴I具有与电动机轴相同的转速， 具有与电动机轴相同转速。通过传动比为，，的三联齿轮传动，使轴Ⅱ上有五个齿轮，其中有四个与轴Ⅲ上的齿轮啮合，轴Ⅱ上的齿轮用轴套固定。轴Ⅲ上有两个二联齿轮，有四种不同的啮合对，传动比分别为，，，。使轴Ⅲ获得3×4=12种不同的转速。再经过一对传动比为：的齿轮传动，使变速箱的输出轴具有12种不同转速，最终主轴也获得12种不同的转速。实现12级变速。其传动结构式如下： （3.1） 图3.1图 表3.1 主轴转速 转速级别 计算式 转速 r/min 1 1 2 1120 3 800 4 560 5 400 6 280 7 200 8 140 9 100 10 70 11 50 12 35 3.3 本章小结 本章主要研究了X型万能铣床的主传动系统和进给变速系统，并进行了运动方案的设计。主轴共有级转速。并确定了各轴的转速，获得对各轴强度进行校核的参考性数据。 X6130型机床是一般的金属切削机床，无特殊的性能要求，采用丫系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电机工作条件：相对湿度不超过95%；海拔不超过1000m；1600r/min。 4.1主轴箱电机的选择 4.1.1选择电动机的容量 （4.1） 式中取转速为3r/min时，主轴的扭矩为00N。 电动机输出的功率P0 （4.2） 式中，η为电动机至主轴的总效率。 （4.3） 取V带传动效率η带=0.96，滚动轴承效率η轴承=0.99，齿轮η齿轮=0.97联轴 η联=0.98则 由公式4.3得 由公式4.2得： 因载荷平稳，电动机额定功率只需略大于即可。由参考文献[9]可查得选取电动机的额定功率，转速为1440r/min，型号为Y12M-4。 1440 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 从转速图上，很容易找到主轴每一转速的传动路线r/min时，其传动路线种转速中的每一转速，需要经过哪几对齿轮，从该图上一目了然。因此当某一转速不正常时，可从图中看出是何处发生了故障。 4.2 本章小结 本章主要工作是选取X6型铣床的主传动系统驱动机构—Y系列三相异步交流电动机。确定了转速的合理取值，Y112M-4型异步电机，其同步转速为1500 r/min，满载时转速为1440 r/min。 第5章 带传动的设计 5.1 概述 5.1.1带传动的分类 带传动是由主动带轮，从动带轮和挠性传动带组成。根据工作原理不同，可大致分为摩擦型和啮合型两类。 摩擦型带传动中，带必须以一定的张紧力紧套在两带轮上，使带与带轮接触面间具有一定的正压力。当原动机驱动主动轮回转时，带与带轮接触面上便产生摩擦力。正是依靠这种摩擦力，主动带轮牵动了带，带又牵动从动带轮 啮合型带传动，带的内侧和带轮外缘均制作有齿。工作时，依靠带齿与带轮齿的啮合来传递运动和动力。这种传动无滑动，能保持主、从动轮圆周速度相等，达到同步而称为同步带传动。 带传动多为摩擦型，啮合型仅有同步带传动一种。 摩擦型带传动的主要失效形式有：(1)带在带轮上打滑；(2) 带过早地发生疲劳破坏。因此，这类带传动的设计准则应为：在保证带传动不打滑的条件下，使带具有一定的疲劳强度和寿命。 对带轮的设计一般要求为：质量小；结构工艺性好（已于制造）；没有过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要进行动平衡处理；与带接触的工作 面要精细加工，以减少带带的磨损；各个槽的尺寸和角度都应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。 对于带轮材料的选择，当带速≤30m/s时，用铸铁HT200；当带速≥25-45m/s时，宜采用球墨铸铁或铸钢，也可以用钢板冲压焊接；小功率传动可以用铸铝或塑料。 带轮的结构尺寸设计上，根据带轮的基准直径与轴的直径比较，能够使用实心式结构；腹板式结构；孔板结构或轮辐式结构 带轮的结构设计，主要是根据带轮的基准直径选择结构及形式，根据所选带的截型确定轮槽尺寸，带轮的其余尺寸可根据经验公式计算确定。 对于一般机床来说选取窄V带。因为能传动更大的功率，传动结构尺寸较紧凑。 1、传动功率（原动机的额定功率或从动机的实际功率）； 2、小带轮的转速和所需的传动比； 3、传动用途、载荷性质、原动机种类及工作制度。 1、确定计算功率Pca 由参考文献[16]查得工况系数 2、V带型 根据，由参考文献[16]确定选用型 3、带轮基准直径 由参考文献[16]取主动轮基准直径 ，则从动轮基准直径 = 验算带的速度 带的速度适合。 4、定窄V带的基准长度和传动中心距 取 计算长度 由参考文献[16]选取带的基准长度 实际中心距 中心距可调范围： 5、算包角α1 合适 6、根V带的额定功率 由参考文献[16]通过插值法： 得到 所以单根窄V带的额定功率P0=kW 7、算窄V带的根数z （5.1） 查参考文献[16]查得;于是 本章主要对带做并对带进行了选择和基本的计算，选取了带的类型为型得出带的基准长度、中心距、包角、数。 6.1齿轮的概述 6.1.1 齿轮的类型 齿轮传动类型很多。根据一对齿轮在啮合过程中，其传动比是否恒定，将齿轮传动分为圆形（圆柱形或圆锥形）齿轮传动和非圆（如椭圆）齿轮传动。在各种机械中应用最广泛的是圆形齿轮传动，而非圆齿轮传动则用于一些具有特别的条件的机械中。 根据两齿轮啮合传动时其相对运动是平面运动还是空间运动，可将其分为平面齿轮传动和空间齿轮传动两类。平面齿轮传动用于传递两平行轴之间的转动，其形状为圆柱。根据轮齿形状的不同，又分为直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮以及人字齿圆柱齿轮传动，其啮合形式又有外啮合、内啮合和齿轮齿条啮合三种。空间齿轮传动用于传递两相交或相错之间的转动，常见的形式有圆锥齿轮传动，准双面齿轮传动，交错轴斜齿轮传动及涡轮蜗杆传动等。 1、效率高 在常用的物理运动中，以齿轮传动的效率为最高。 2、结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。 3、工作可靠，寿命长，承载能力高。 4、传动比恒定 传动比稳定往往是对传动性能的基础要求。 5、齿轮传动安装精度要求高、成本比较高，且不宜用于传动距离过大的场合。 齿轮传动可做成开式，半开式及闭式。闭式与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要场合。 齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，而轮齿的失效形式又是多种多样的，较为常见的形式有：轮齿拆断、工作齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合及塑性变形。 所设计的齿轮传动在具体的工作情况下，一定要有足够的，相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致失效。因此，针对上述各种工作情况及失效形式，都应分别确立相应的设计准则。通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。 齿轮常用材料为优质碳素钢、合金钢、铸铁和非金属材料。一般多用锻件，较大直径齿轮不宜锻造，需采用铸钢或铸铁。 选择原则： 1、要满足工作条件要求 2、合理选择材料配对 3、考虑加工工艺极热处理工艺 1、选定齿轮的材料、精度等级及齿数 选用直齿圆柱齿轮。由参考文献[7]选得大、小齿轮的材料均为40Cr，并经调质及表面淬火，尺面硬度为48~55HRC因采用表面淬火，齿轮的变形不大，不需磨削，故初选精度等级为7级（GB10095-88）。 及小齿轮的齿数可以从表3-6（机械制造装备设计）中选取。一般在主传动中，最小齿数应大于18～20。采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。 对于外联传动链，若公比i采用标准公比的整数次方时，用查表法莱确定齿数和小齿轮齿数，对于本机构而言，基本组传动比 i1=1；i2=1/=1/1.41 在[1]中查表4-1中查为1＜41.2，有数字 即可能的方案 结果如下； i3=1/2 SZ=……57，60，63，66，69，72，75…… i2=1/1.41 SZ=……58，60，63，65，67，68,70，72…… i=1 SZ=……58，60，62，64，66，68,70，72，74…… 可挑出SZ=60和72是适用的再根据滑移齿轮齿顶不干涉，不发生根切及键可安装在轴上的条件，取SZ=72在[1]中表4-1中可查得小齿轮的齿数分别为18，24，28，i1=24/24，i2=32/35，i3=24/40，且Z=Z1=24＞17 SZ=72＜100~120，最大和次大齿轮的齿数差为40-35=5＞4故满足要求 2）第一扩大组 i1=1/1 i2=1/p3=1/2.82 采用1中相同方法，查表得SZ=84，故i1=42:42 i2=22:62且Zmm=22＞17，SZ=84＜100~120最大和次大齿轮差为62-42=20＞4故满足要求。 3）第二扩大组 i1=2/1=2 i2=1/4 采用1中相同方法查得SZ=105小齿轮数分别为35和21，故i1=70/35=2 i2=21/84，且Zmax=21＞17 SZ=105＜100~120最大和次大齿轮齿数差为84-70=14＞4，故满足要求。 3、确定许用接触应力[Ti] 齿轮选用40Cr，热处理方法选用高频淬火，根据[4]表中的514-79[]=1343MPQ 4、确定齿宽系数 m=6~10 m=8 5、计算各变速组的模数 一半同一交速变量中的齿轮取同一模数，选择符合最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度公式（8）进行计算： 式中m1——按接触疲劳强度计算的齿轮模数； Nd——驱动电机功率（kw） nj——计算齿轮的计算转速（r/min） u——大齿轮齿数与小齿数之比u≥1，外啮合取“+”号，内啮合取“—”号； Z1——小齿轮齿数； ——齿宽系数，=B/m（B为齿宽，m为模数） []——选用接触应力（Mpa） 其他传动条件按《机械零件》或有关资料进行选择或计算，各个传动件的基 本尺寸确定后，便可绘制部件装配图。 为了节约合金钢材，初算是对大多数钢质传动零件可采用优质中碳钢进行适当的热处理。对个别工作条件较重的传动零件，当验算是发现其应力超过许用值，可改用较好的合金钢，考虑到我国资源情况尽可能用锰钢代替铬钢。 基本组 =1.89 取m1=2.5 第一扩大组 =2.44 取m2=2.5 第二扩大组 =2.5 取m2=2.5 6.3 直齿圆柱齿轮应力的计算 在验算变速箱中的齿轮应力时，选相同模数中承受载荷最大的，齿数最小的齿轮进行接触应力和弯曲应力验算，一般对高速传动齿轮主要验算接触应力，对低速传动齿轮主要验算弯曲应力，对硬齿面软齿芯的渗碳淬火齿轮，一定要验算弯曲应力。 接触应力验算公式为： (6.4) 弯曲应力验算公式为： (6.5) 式中N——传递的额定功率（kW）， (6.6) Na——电动机功率（kW）； ——从电动机到所计算齿轮的传动效率； nj——计算转速（r/min）； m——初算的齿轮模数（mm）； B——齿宽（mm）； Z——小齿轮齿数； U——大齿轮齿数与小齿轮齿数之比u1，“十”号用于外啮合，“一”号用于内啮合； ——寿命系数； ——工作期限系数： (6.7) T——齿轮在机床期限（Te）内的总工作时（h），对于中型机床的齿轮取Te=15000~20000h，同一变速组内的齿轮总工作时间可近似地认为T=T0/P，P为该变速组的传动副数； N1——齿轮的最低转速（r/min）； Cv——基准循环次数，钢和铸铁件：接触载荷取Cv=107，弯曲载荷取CV=2×106； M——疲劳曲线指数，钢和铸铁件，接触载荷取m=3；弯曲载荷时，对正火、调质及载体淬硬件取m=8，对表面淬额（高频、渗炭、氮化等）取m=9； Ka——转速变化系数 KN——功率利用系数 Kv——材料强化系数变动工作用量交变载荷下，KV的极限值 当变动的交变载荷的总循环次数小于2×104次时，可视为稳定的交变载荷，其Kmax查[4]。高速传动件可能存在K＞Kmax的情况，此时取K=Kmax；大载荷低速传动件可能存在K＜Kmin的情况，此时应取K=Kmin；当Kmin＜K＜Kmax时，取计算值。 K3——工作状况系数，考虑载荷有冲击的影响，主运动（中等冲击）取K3=1.2~1.6； K2——动载荷系数； K1——齿向载荷分布系数； Y——齿形系数； []——许用接触应力（MPa）； []——许用弯曲应力（MPa）； 验算18：40齿轮副 由公式6.4计算接触应力： (6.8) = 故适合。 由公式6.5计算弯曲应力验算 （6.9） 故合格在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主。但对于齿面硬度很高，齿心硬度又低的齿轮或材质较脆的齿轮，通常则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。对主轴箱齿轮进行设计，对主轴箱上受力最大的齿轮进行校核，其它齿轮分别用此方法进行校核。结果证明，所选的齿轮适合主轴箱的传动。 7.1.轴的概述 7.1.1 轴的功用及分类 轴是组成机器的主要零件之一，其功用是：1.支撑回转零件（如齿轮、带轮等）；2.传递运动和转矩。 轴根据受载情况不同可分为心轴、传动轴和转轴。 按照轴线形状分，则轴有直轴，曲轴和软轴。 1、轴上载荷及应力 机器在工作时，作用于轴上的载荷（弯矩、转矩等）多数情况下是变载荷，个别情况下也可能是静载荷。变载荷引起变应力；静载荷引起静应力，也可能引起变应力。 2、轴的失效形式 因疲劳强度不足而产生疲劳断裂； 因静强度不足而产生塑性或脆性断裂； 因刚度不足而产生过大的弯曲弹性变形或扭转弹性变形； 在高转速下工作的轴，可能会发生共振或振幅过大而失效； 其他失效（如轴颈磨损；在高温环境中工作时的蠕变；在腐蚀介质中工作被腐蚀并加速疲劳失效等。 3、设计准则及设计内容 轴的设计准则是 ：针对轴在具体工作条件下最可能发生的失效形式进行相应的设计，使所设计的轴有充足的、不发生该种失效的工作上的能力，并具有合理的结构和良好的工艺性。 4、轴设计主要内容 （1）根据轴的工作条件、工艺要求和经济性原则，选取合适的材料、毛坯形式及热处理方法； （2）根据轴的受力情况、轴上零件的装配和定位、轴的加工等具体要求，确定轴的合理结构形状和尺寸，即进行轴的结构设计； （3）轴的工作上的能力的计算。一般的轴都必须进行强度计算；对刚度要求高的轴或受力大的细长轴等，还要进行刚度计算；对于高速轴，因有共振危险，应进行振动稳定性计算。 7.1.3 轴上零件的固定 零件和轴的固定和连接方式，随零件的作用而异。正常的情况下，为了能够更好的保证零件在轴上有固定的工作位置，需从轴向和周向加以固定。 1、轴上零件的轴向固定 轴上零件的轴向固定一般都会采用轴肩、轴环、轴伸、套筒、缩紧挡圈、圆锥面、圆螺母、轴端挡圈、轴端挡板、弹性挡圈、紧定等方法。 2、轴上零件的周向固定 轴上零件的周向固定一般都会采用平键、楔键、滑键、半圆键、圆柱销、圆锥销、过盈配合等固定方法。 1、轴的加工工艺性 轴的结构应便于加工、测量、装配和维修。因此在轴的结构设计中，应考虑以下几个问题： (1)考虑加工工艺所必须的架构要素（如中心孔、螺尾退刀槽、砂轮越程槽等）； (2)合理确定轴与零件的配合性质，加工精度和表面粗糙度； (3)轴的配合直径应按GB2822-81圆整为标准值； (4)确定各轴段长度时，应尽可能使结构紧密相连，同时要保证零件所需的滑动距离、装配或调整所需空间，转动不得与其他零件相碰撞，与轮毂装配的轴段长度，一般应略小于轮毂2-3mm，以保证轴向定位可靠； (5)轴上所有零件，都应无过盈的到达配合的部位； (6)为便于导向或避免擦伤配合表面，轴的两端及有过盈配合的台阶处都应制成倒角； (7)为减少加工刀具种类和提高劳动生产率，轴上的倒角、圆角、键槽等应尽可能取相同尺寸。 2、采取了合理的结构措施以提高轴的疲劳强度 轴的破坏多属于疲劳破坏。在轴的截面变化处（如轴肩、键槽、环槽等），会产生应力集中，轴的疲劳破坏往往在此产生。因此在轴的结构设计中，应力求降低应力集中。提高轴的表面上的质量也是提高轴的疲劳强度的有力措施，因为轴的表面工作应力最大。在结构上为了能够更好的保证轴的疲劳强度，轴肩处的过渡圆角半径不应过小。降低轴上应力集中可采取加大圆角半径，设中间环、假退刀圆角、底部加圆角、增大花键直径、压入弹性小的衬套、减小轮毂端部厚度、孔上倒角或滚珠碾压等措施。提高轴的表面上的质量包括降低轴的表面粗糙度，对轴的表明上进行处理，如热处理，机械处理和化学处理等，都能达到提高轴的疲劳强度的目的。 轴的强度计算 轴的计算准则是满足轴的强度或刚度要求，必要时还应校核轴的振动稳定性。 轴的扭转强度条件计算： 轴的扭转强度条件为: (7.1) 式中： ——扭转切应力单位为MPa； T——轴所受的扭矩，单位为N.mm; ——轴的抗扭截面系数，单位为mm3 n——轴的转速，单位为r/min; P——轴传递的功率，单位为kW; d——计算截面处轴的直径，单位为mm; ——许用扭转切应力，单位为MPa. 由上式可得轴的直径 d≥ (7.2) 式中A0=,对于空心轴，则 (7.3) 式中, 即空心轴的内径d1与外径d之比，通常取=0.5~0.6。 应当指出，当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对于直径d＞100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大3﹪；有两个键槽时，应增大7﹪.对于直径d≤ 100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大5%～7﹪；有两个键槽时，应增大10%～15﹪.然后将轴径圆整为标准直径。 按弯扭合成强度条件计算 作出轴的计算简图（即力学模型） 在作计算简图时，应先求出轴上受力零件的载荷（若为空间力系，应把空间力分解为圆周力，径向力和轴向力，然后把它们全部转化到轴上），并将其分解为水平分力和垂直分力。然后求出各支承处的水力和垂直反力。 作出弯矩图 根据上述简图，分别按水平面和垂直平面计算各力产生的弯矩，并按计算结果分别作出平面上弯矩 和垂直面上的弯矩 ；然后按下式计算总弯矩并作出M图； （7.4） 作出扭矩图 校核轴的强度 已知轴的弯矩和扭矩后，可针对某些危险截面作弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力 （7.5） 为了考虑循环特性的影响，引入折合系数a,则计算应力为： （7.6） 对于直径为d圆轴，弯曲应力，扭转切应力，将 代入上式中，则轴的弯扭合成强度条件为 式中——轴的计算应力，单位为MPa；; M——轴所承受的弯矩，单位为N.mm； T——轴所受的扭矩，单位为N.mm; W——轴的抗弯截面系数，单位为mm3; 对称循环变应力时轴的许用弯曲应力。 ——轴的抗弯系数。 7.3轴的设计 7.3.1传动轴直径的确定 1）、传动轴Ⅰ d1=914=914× =30mm 2）、传动轴Ⅱ d2=914=914× =32mm 3）、传动轴Ⅲ d2=914=914× =30mm 7.3.2主轴径 对通用机床的主轴尺寸参数，多由结构上的需要而定，故定轴前轴径D1尺寸可按[2]表5.7所列的统计数据确定。后轴径的直径D2，可按D2=（0.7~0.8）D1酌定，尽量使主轴界面变化较小，外面尺寸要缓减。进来车床主轴內孔直径d有增大趋势，参考书目[1]表5.7中机床主轴前轴颈尺寸下限由些偏低，选用时请注意。铣床主轴内孔直径按铣床主轴端部尺寸标准选取。 D2=（0.7~0.8）D1 D1=65~95mm 取D1=70mm 7.3.3核算转速误差 ＜10（4-1） 验算各级转速误差：表（7-1） n N n N 1600 1620 1.4% 200 197 1.4% 1120 1126 1.4% 140 141 1.4% 800 800 0 100 98.5 1.3% 560 506 0.8% 71 71 0 400 405 1.4% 50 50 0 280 282 0.8% 35 35 0 7.3.4主轴的校核 对于主轴箱中，主轴所受的力最大，所以对其主轴校核，其他各轴同理对其受力分析和进行校核。 求作用在齿轮上的力 切向Ft=2T/d==11.97kN 径向力=4.36kN 轴向力Fx=0 法向力12.74kN 图7.1 1、从轴的结构图看，弯矩最大是轴的危险截面。现将计算出的截面处的 载荷 水平面H 垂直面V 支反力R 弯矩力M 总弯矩 扭矩T 计算弯矩 由得： 前以选定轴的材料为45号钢，调质处理。由参考文献[17]查得=60MPa因,故安全。截面1只受扭矩作用，没有键槽等应力集中，只由轴承的过盈配合，但其应力集中在两端，所以不用校核；4、5截面处只受弯矩作用，也不必校核；截面3处虽然计算弯矩最大但其上齿轮与轴属于间隙配合（因齿轮需在花键轴上滑动）该处没有应力集中，也不必校核；只有截面2处既受弯矩作用，又受扭矩作用，而且有轴肩引起的应力集中，所以该轴只校核2处截面左右即可。 截面2的左侧 抗弯矩系数： 抗扭矩系数： 截面2左侧的弯矩为 截面2上的扭矩T为：T=134129N·mm 截面上的弯矩应力： 截面上的扭转切应力： 轴的材料为45号钢，调质处理，由参考文献[17]查得： 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 由参考文献[17]查得： 经插值后可查得： 又由参考文献[17]可得轴的敏性系数为 故有效应力集中系数按式为 查得尺寸系数扭转尺寸系数。轴按磨削加工，得表面上的质量系数为 轴未经表面强化处理，即，则按参考文献[17]可得综合系数值为： 得材料特性系数 于是，计算安全系数的值得： 故可知安全。 截面2右侧 抗弯截面系数W计算 抗扭截面系数为 弯矩M及弯曲应力为 扭转T及扭转应力为： T=134129N·mm 过盈配合产生的应力集中系数 轴按磨削加工，有参考文献[17]得表面上的质量系数 故得综合系数为 所以轴在截面2右侧的安全系数为 故在截面右侧的强度也是充足的。对称循环变应力时轴的许用弯曲应力。 所以此轴合格。 本章主要X6130型万能铣床中的轴进行了概述和校核，重点对主轴进行了受力分析。对其进行结构设计和强度计算，满足铣床加工所需要的要求。 第８章 零部件的 8.1键的选择 键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。键连接的主要类型有：平键联接，半圆键联接，楔键联接和切向键联接。 键的两侧面是工作面,工作时,靠键槽侧面的挤压来传递转矩。键的上表面和轮毂的键槽底面间则留有间隙。平键联接具有结构相对比较简单，装拆方便，对中性较好等优点，因而得到普遍应用。这种键连接不能承受轴向力，因而对轴上的零件不能起到轴向固定作用。 根据用途的不同，平健分为普通平键、薄型平键、导向平键和滑键四种。其中普通平键和薄型平键用于静联接，导向平键和滑键用于动联接。 普通平键按构造分：有圆头（A型），平头（B型）及单圆头（C型）三种。圆头平键宜放在轴上用键槽铣刀铣出的键槽中，键在键槽中轴向固定良好。缺点是键的头部侧面与轮毂上的键槽并不接触，因而键的圆头部分不能充分的利用，而且轴上键槽端部的应力集中较大。平头平键是放在用盘铣刀铣出的键槽中，因而避免了上述缺点，但对于尺寸大的键，宜用紧定螺钉固定在轴上的键槽中，以防松动。单圆头平键则常用于轴端与毂类零件的联接。 当被联接的毂类零件在工作过程中必须在轴上作轴向移动时（如变速箱的滑移齿轮），则须采用导向平键或滑键。导向平键是一种较长的平键，用螺钉固定在轴上的键槽中，为便于拆卸，键上制有起键螺孔，以便拧入螺钉，使键退出键槽。轴上的传动零件则可沿键作轴向滑移，当零件需滑移的距离较大时，因所需导向平键的长度过大，制造困难，故宜采用滑键。滑键固定在轮毂上，轮毂带动滑键在轴上的键槽中作轴向滑移。 键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应根据键联接的结构特点，使用上的要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合规定标准规格和强度要求来取定。键的主要尺寸为其截面尺寸（一般以键宽b×键高h表示）与长度L。键的截面尺寸按轴的直径d由标准中选定。键的长度L一般可按轮毂的长度而定，即键长等于或短于轮毂的长度；而导向平键则按轮毂的长度及其滑动距离而定。一般轮毂的长度可取为L＇≈（1.5～2）d,这里d为轴的直径.所选定的键长
阀体蝶阀主体的钻2-Ф17凸台面上Ф5孔夹具设计及机械加工PROC.doc
原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者