【正文】 系統(tǒng)采用帶有變速齒輪的主傳動(dòng)，以滿足加工對(duì)機(jī)床變速范圍的要求和鏜削時(shí)對(duì)主軸輸出轉(zhuǎn)矩的要求。正如上面的分析，該機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)采用分段無級(jí)變速系統(tǒng)。齒輪變速級(jí)數(shù)初步定為兩級(jí)，高速級(jí)和低速級(jí)。當(dāng)機(jī)床用于銑削加工時(shí)，其主軸輸出轉(zhuǎn)速較大，一般都處在電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍內(nèi)，此時(shí)可由高速級(jí)輸出；而當(dāng)機(jī)床用于鏜削加工時(shí)，其主軸輸出轉(zhuǎn)速一般都較小，為了保證此時(shí)主軸輸出轉(zhuǎn)矩滿足加工要求，轉(zhuǎn)速由變速系統(tǒng)低速級(jí)輸出?？紤]到設(shè)計(jì)中鏜桿的可伸縮結(jié)構(gòu)，為使傳動(dòng)件結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)計(jì)算盡量簡(jiǎn)單，將滑移齒輪布置在Ⅱ軸上，并且齒輪傳動(dòng)的高速級(jí)和低速級(jí)傳動(dòng)比分別為1：1和1：2；Ⅱ軸和Ⅲ軸間采用定比傳動(dòng)，傳動(dòng)比為1：。本次設(shè)計(jì)的主傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖如下：圖6　傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖4主傳動(dòng)系統(tǒng)主要傳動(dòng)件計(jì)算在進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)過程中，主軸電機(jī)功率的正確選擇是很重要的。功率選得過小，不能保證工作機(jī)的正常工作或使電動(dòng)機(jī)將長(zhǎng)期處于滿載甚至過載狀態(tài)而過早損壞。而功率選得過大，電動(dòng)機(jī)價(jià)格高，且經(jīng)常不在滿載下運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)效率和功率因數(shù)都很低，造成很大的浪費(fèi)。因此，機(jī)床的主傳動(dòng)功率是選擇主軸電機(jī)功率和型號(hào)的重要依據(jù)。機(jī)床主傳動(dòng)的功率可根據(jù)切削功率與主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的總效率來確定其中，為機(jī)床傳動(dòng)總效率，—。而切削功率應(yīng)是三個(gè)切削分力消耗功率的總和，但背向力消耗的功率為零，進(jìn)給力消耗的功率很小，一般可忽略不計(jì)。因此，切削功率可用下式計(jì)算： 式中：——切削速度，；——切削力，單位。生產(chǎn)中，常用切削層單位面積切削力來估算切削力的大小。因?yàn)槭乔邢髁εc切削層公稱橫截面積之比，所以 式中：——切削層單位面積切削力，（即）； ——切削層公稱寬度，； ——切削層公稱厚度。因?yàn)殂娤鲿r(shí)，同時(shí)工作的齒數(shù)較多，加工余量也比鏜削大得多，因此切削功率應(yīng)以硬質(zhì)合金刀具銑削碳鋼為標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算。查《金屬工藝學(xué)》（下冊(cè)）表12《幾種常用材料的值》，考慮到在日后生產(chǎn)過程中，可能會(huì)遇到一些難加工材料，因此，取值稍偏大，為；切削層公稱寬度在銑削中表現(xiàn)為切削深度，而在加工過程中，為了使刀尖避開鑄、鍛工件毛坯表面硬化層，第一次的背吃刀量要盡可能大，取；切削層公稱厚度在銑削中與每齒進(jìn)給量有關(guān)，故取。則切削力大小為：切削功率用式 計(jì)算。其中，切削速度 上式中：——切削速度（）——主軸轉(zhuǎn)速（）——工件或刀具直徑（）估取主軸轉(zhuǎn)速，銑刀直徑，則對(duì)應(yīng)切削速度為參考《切削手冊(cè)》表84《銑削速度推薦范圍》，取代入計(jì)算，得 則機(jī)床主傳動(dòng)所需功率為： 本次設(shè)計(jì)使用的主軸電機(jī)從指導(dǎo)老師提供的《1PH6風(fēng)冷式交流主軸電機(jī)產(chǎn)品系列》中選取。從產(chǎn)品系列中可以看到，滿足機(jī)床主傳動(dòng)功率要求的電機(jī)型號(hào)為1PH6 1354NF0，其主要參數(shù)如下：額定功率：額定轉(zhuǎn)速：最高轉(zhuǎn)速：最低轉(zhuǎn)速：額定扭矩：約 重：外形尺寸詳細(xì)參數(shù)如圖7所示：圖7　1PH6 1354NF0主軸電機(jī)外形及安裝尺寸圖零件設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是所承受的載荷大小，而載荷取決于所傳遞的功率和轉(zhuǎn)速，外載一定時(shí)，轉(zhuǎn)速越高，所傳遞的轉(zhuǎn)矩就越小。因此，對(duì)于轉(zhuǎn)速可調(diào)的傳動(dòng)系統(tǒng)，必須確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的計(jì)算轉(zhuǎn)速，作為強(qiáng)度計(jì)算和校核的依據(jù)。查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表22《各類通用機(jī)床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速》可以知道，中型臥式鏜銑床無級(jí)傳動(dòng)時(shí)的主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速公式：其中：由此可得主軸（Ⅲ軸）計(jì)算轉(zhuǎn)速：則Ⅰ、Ⅱ軸計(jì)算轉(zhuǎn)速分別為：傳動(dòng)系統(tǒng)中，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體間總是伴隨著摩擦和磨損，并且嚙合齒輪間也會(huì)因?yàn)橹圃旌桶惭b誤差使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，這些都不可避免地存在功率損失。因此當(dāng)電動(dòng)機(jī)輸出為額定功率時(shí)，具體傳遞到某一級(jí)軸上的功率就不再是額定功率了，而必須考慮聯(lián)軸器、軸承、齒輪等的傳動(dòng)效率。《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表22《機(jī)械傳動(dòng)和軸承等效率的概略值》收錄了常用機(jī)械傳動(dòng)（包括齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)、聯(lián)軸器等）和軸承等的效率的概略值，參照前面方案設(shè)計(jì)中的傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖，可初估各軸輸入功率如下：在轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)中，其特點(diǎn)是不能首先通過精確計(jì)算確定軸的截面尺寸。因?yàn)檗D(zhuǎn)軸工作時(shí)，受彎矩和轉(zhuǎn)矩聯(lián)合作用，而彎矩又與軸上載荷的大小及軸上零件相互位置有關(guān)，所以當(dāng)軸的結(jié)構(gòu)尺寸未確定前，無法求出軸所受的彎矩。因此，轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)時(shí)，開始只能按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度或經(jīng)驗(yàn)公式估算軸的直徑，然后進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行軸的強(qiáng)度驗(yàn)算。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（中冊(cè)）表8347《按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度及剛度計(jì)算軸徑的公式》或以得到按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的估算軸徑為：實(shí)心軸：空心軸：其中：—軸端直徑；—根據(jù)許用扭轉(zhuǎn)角確定的系數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（中冊(cè)）表8348選??；—軸的輸入功率；—軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速；—空心軸的內(nèi)徑和外徑之比，計(jì)算系數(shù)的值見《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（中冊(cè)）表8361。如圖8所示，由《材料力學(xué)》的知識(shí)可知，剪應(yīng)力在橫截面上是線性分布的，圓心處為零，當(dāng)圓周上有最大應(yīng)力值時(shí)，中心部分的應(yīng)力仍較小，材料并沒有充分發(fā)揮作用。如果將這部分材料旋轉(zhuǎn)在離圓心比較遠(yuǎn)的地方，可明顯地增大截面的極慣性矩，這樣就自然提高了軸的承載能力。當(dāng)然，并不是說所有的軸都要做成空心的，對(duì)一些直徑較小的軸，如果加工成空心軸，反而會(huì)因加工工序增加或加工困難而增加成本、造成浪費(fèi)?！　　　　　　　D8　受扭轉(zhuǎn)軸橫截面剪應(yīng)力分布圖　　　　　　圖9　銑刀盤安裝示意圖機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)中，傳動(dòng)軸的直徑一般不會(huì)太大，因此，多數(shù)情況下傳動(dòng)軸都是實(shí)心的；但主軸因?yàn)槠涑叽鐓?shù)通常由結(jié)構(gòu)需要而定，而主軸前端要安裝刀具，因此，為了拉緊刀具并保證銑刀尖與主軸的同軸度，主軸一般都做成空心的，其內(nèi)部分布著芯軸和拉刀裝置，如圖9所示。因此，該傳動(dòng)系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ軸按實(shí)心軸計(jì)算公式估算。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（中冊(cè)）表8348《幾種常用材料的及值》，得45鋼值為，計(jì)算中取，則另由傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖可知，Ⅰ軸聯(lián)軸器端應(yīng)有一個(gè)鍵槽，因此Ⅰ軸的最小軸徑應(yīng)在的基礎(chǔ)上增大5%，即：取主軸內(nèi)徑和外徑之比為，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（中冊(cè)）表8361《空心軸系數(shù)表》得計(jì)算系數(shù)，則滿足強(qiáng)度要求的主軸最小直徑為：根據(jù)主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖上主要零件的布置圖和軸的初步估算軸徑，進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？紤]到主軸的伸縮式結(jié)構(gòu)，并且完成主軸箱設(shè)計(jì)后要與床身立柱相配合，此處結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要確定的是軸上各段軸頸的大小，長(zhǎng)度方向尺寸在主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后再考慮。首先對(duì)Ⅰ軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。Ⅰ軸最小軸徑為，并且它要與主軸電機(jī)輸出端通過聯(lián)軸器相連。由圖7知，主軸電機(jī)輸出軸直徑為。查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表135《彈性柱銷聯(lián)軸器》，選擇LT7型即可滿足要求。LT7型彈性柱銷聯(lián)軸器安裝尺寸如下圖所示：圖10　LT7型彈性柱銷聯(lián)軸器安裝尺寸圖因此，Ⅰ軸聯(lián)軸器端（即最小軸徑處）直徑大小為。根據(jù)確定的聯(lián)軸器端直徑和該軸上布置的主要零件，確定Ⅰ軸各段軸頸的大小如下：圖11?、褫S軸頸尺寸分布圖Ⅰ軸聯(lián)軸器端直徑為，聯(lián)軸器軸向由軸肩定位；31310圓錐滾子軸承內(nèi)徑大小為，軸承內(nèi)圈用花鍵外徑定位，外圈用軸承端蓋壓緊；Ⅰ軸上花鍵規(guī)格為，31310圓錐滾子軸承內(nèi)圈定位軸肩要求不小于，因此采用花鍵外徑定位軸承內(nèi)圈滿足要求。齒輪左端和右端分別采用光軸軸肩和軸用擋圈定位，均能滿足定位精度要求。另外，如Ⅰ軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，考慮到主軸箱內(nèi)各處軸承和齒輪嚙合處的潤滑，在Ⅰ軸上設(shè)置一個(gè)凸輪，用來推動(dòng)潤滑油泵工作，將主軸箱底部潤滑油泵送至各潤滑點(diǎn)。Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟與Ⅰ軸類似，而且Ⅱ軸是通過齒輪與Ⅰ軸進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)的，不需要聯(lián)軸器，因此它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比Ⅰ軸更簡(jiǎn)單，在這里就不再贅述其過程了。最終得到的Ⅱ軸各段軸頸大小如圖12所示。圖12?、蜉S軸頸