【正文】 機床的技術(shù)性能直接影響機械產(chǎn)品的質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率及其制造的經(jīng)濟性，進而決定著國民經(jīng)濟的發(fā)展水平 ??1 。 機械制造工業(yè)是國民經(jīng)濟各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)，而機床工業(yè)則是機械制造工業(yè)的基礎(chǔ)。一個國家機床工業(yè)的技術(shù)水平在很大程度上標志著這個國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學技術(shù)水平。顯然，金屬切削機床在國民經(jīng)濟現(xiàn)代化建設(shè)中起著重大的作用。 機床技術(shù)水平的高低已成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志之一。 一個國家要繁榮富強，必須實現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術(shù)的現(xiàn)代化，這就需要一個強大的機械制造工業(yè)為各部門提供現(xiàn)代化的先進技術(shù)設(shè)備與武備，即各種機器、儀器和工具等。然而，一個現(xiàn)代化的機械制造業(yè)必須要由一個現(xiàn)代化的機床制造業(yè)作 后盾。機床工業(yè)是機械制造業(yè)的“裝備部”、“總工藝部”，對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著重大作用。因此，許多國家都十分重視本國機床工業(yè)的發(fā)展和機床技術(shù)水平的提高，使本國國民經(jīng)濟的發(fā)展建立在堅實可靠的基礎(chǔ)上。 2 機床可實現(xiàn)三個主要功能： ； 2.提供工件和刀具之間的相對運動； 。 機床的工藝范圍是指適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力。它大致包含這些內(nèi)容：機床可以完成的工序種類；所加工零件的類型、材料和尺寸范圍；機床的生產(chǎn)率和加工零件的單件成本；毛坯種類；適用的 規(guī)模；加工精度和表面粗糙度。 （ 1） .車床的用途 車床借助于轉(zhuǎn)動的工件對著刀具來切去金屬材料。車床主要用于加工各種回轉(zhuǎn)體表面，如外圓柱面、內(nèi)圓柱面、錐形表面、端面、切槽、切斷、車螺紋、鉆孔、鉸孔等；在車床上采用特殊的裝置，還可以進行鏜削、磨削、研磨、拋光等。在一般機械制造企業(yè)中，車床占機床總數(shù)的 20%～ 35%。在車削過程中，工件隨機床主軸一起旋轉(zhuǎn)，刀具與工件始終接觸，基本上無沖擊現(xiàn)象，可以采用很高的切削速度，切削過程連續(xù)、平穩(wěn)，生產(chǎn)效率高。根據(jù)零件的使用要求，車削加工等級可達到 IT11～IT6，表面粗糙度 Ra 值為 ～ m??2 。 （ 2） .臥式車床的工藝范圍 臥式車床的工藝范圍很廣，它能完成多種多樣的加工工序：加工各種軸類、套同類和盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面，如車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、環(huán)槽及成型回轉(zhuǎn)面；車削端面及各種常用螺紋；還可以進行鉆孔、擴孔、鉸孔和滾花等工作。 臥式車床的萬能性較大，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜而且自動化程度低，在加工形狀比較復(fù)雜的工件時，換刀較麻煩，加工過程中的輔助時間較多，所以適用于單件、小批量生產(chǎn)及修理車間等。 （ 3） .車床主軸箱的簡介 主 軸箱內(nèi)部裝有主軸和變速、傳動機構(gòu)。主軸箱的功能是支承主軸，將動力經(jīng)變速、傳動機構(gòu)傳給主軸，使主軸按規(guī)定的轉(zhuǎn)速帶動工件轉(zhuǎn)動。主軸右端安裝用來裝夾工件的頂尖或卡盤等。主軸徑向及軸向跳動會影響工件的旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，是衡量車床精度的主要指標。 3 （ 1） .本設(shè)計的目的 本設(shè)計是在學完大學的基礎(chǔ)技術(shù)課和專業(yè)課之后進行的一個實踐性教學環(huán)節(jié)。本設(shè)計主要設(shè)計普通車床的主軸箱。其目的： 1〉 .培養(yǎng)綜合運用和鞏固擴大已學過的知識，以提高理論聯(lián)系實踐的綜合分析、設(shè)計和計算能力。 2〉 .培養(yǎng)收集、閱讀、分析和運用資 料的能力，以提高獨立工作的能力。 3〉 .使自己在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計構(gòu)思、方案分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓練。 4〉 .樹立正確的設(shè)計思想，掌握基本的設(shè)計方法，并培養(yǎng)學生具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算能力。 5〉 .使自己掌握機床設(shè)計的方法和步驟，以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計與編制技術(shù)文件的能力。 （ 2） .本設(shè)計的要求 有關(guān)設(shè)計圖紙和設(shè)計計算說明書的具體技術(shù)要求如下： 1〉 . 部件裝配圖 部件裝配圖，用以表明該部件的全部機構(gòu)、機構(gòu)工作原理、每個零件的功 用、形狀、尺寸、位置、相互聯(lián)接的方法、配合性質(zhì)及運動關(guān)系。零件要標注零件號、參數(shù)和數(shù)量。并用羅馬字標注各軸軸號。 主軸箱展開圖，是將傳動關(guān)系，通過各軸線轉(zhuǎn)折的縱向展開而成的軸系裝配圖。展開圖上要標注配合件的配合尺寸和配合性質(zhì)、影響軸向轉(zhuǎn)配尺寸的軸向尺寸。主軸箱展開圖用一張 A0 號圖紙繪制。 橫向剖面（或剖視）圖是確定各軸的空間位置并表明操縱機構(gòu)、制動及潤滑裝置等的布置與結(jié)構(gòu)的裝配圖。允許作階梯剖視或局部剖面，以盡可能地表示出操縱機構(gòu)。在橫向剖面圖上還要標注嚙合齒輪的中心距，主軸軸線至基面的距離，箱體剖面輪廓尺 寸等。橫向剖面圖有 AA 剖面圖和 BB 剖面圖，用 A0 號圖紙繪制。 主軸部件圖主要確定主軸上安裝零件形狀、大小，及各部件間的安裝尺寸，公差等。主軸部件圖用 A1 號圖紙繪制。 4 2〉 . 零件工作圖 任何機器都是由零件組成的，機器零件又是按著它的設(shè)計圖紙進行制造和檢驗的，所以零件工作圖是機器制造的基本依據(jù)。它應(yīng)正確簡明地表示出零件的形狀、大小、構(gòu)造、精度、表面粗糙度、形位公差和技術(shù)條件等。在設(shè)計中繪制了兩張零件圖，撥叉零件圖和齒輪零件圖，二者均用 A3 號圖紙繪制。 3〉 . 設(shè)計說明書 設(shè)計說明書用以論證設(shè)計方案的正確性 ，是整個設(shè)計的依據(jù)。 本設(shè)計的內(nèi)容包括： 1〉 .運動設(shè)計 根據(jù)給定的機床用途、規(guī)格、極限轉(zhuǎn)速，確定公比、求出主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)、確定結(jié)構(gòu)式和結(jié)構(gòu)網(wǎng)、繪制轉(zhuǎn)速圖、確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數(shù) 、 計算主軸實際轉(zhuǎn)速與標準轉(zhuǎn)速的相對誤差 并核算主軸實際轉(zhuǎn)速與標準轉(zhuǎn)速的相對誤差是否在合理范圍內(nèi)、繪制傳動系統(tǒng)圖 。 2〉 .動力設(shè)計 根據(jù)給定的電動機功率， 進行帶傳動的計算，確定皮帶型號及根數(shù)、計算各軸傳遞的功率、 計算出傳動件的計算轉(zhuǎn)速 、估算傳動軸的直徑 、初步計算齒輪的模數(shù) 、 確定 主軸 尺寸參數(shù)；驗算齒輪的接觸疲勞強度 和彎曲疲勞強度、驗算主軸剛度、驗算主軸前軸承疲勞壽命、計算 摩擦片式離合器的尺寸和摩擦片數(shù)。 3〉 .結(jié)構(gòu)設(shè)計 進行主傳動傳動軸系、變速機構(gòu)、主軸組件、箱體、操縱結(jié)構(gòu)、潤滑與密封等的布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計。即繪制裝配圖（包括主軸箱展開圖、剖面圖、主軸組件圖）和零件工作圖。 4〉 .編寫設(shè)計說明書 5 第 1 章 運動設(shè)計 主軸變速范圍的 確定 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，得知 min/2800max rn ? ， min/16min r? 。 變速范圍可由下式求得： minmaxnnRn ? （ 11） 由（ 11）式計算得變速范圍為： minmaxnnRn ? 175 min/16min/2800?? rr 公比的確定 規(guī)定標準公比 ?1， 并且 規(guī)定相對速度損失的最大值不大于 50%，則相應(yīng) ? 不大于 2，所以 21 ??? 。 為了簡化機床設(shè)計和使用，規(guī)定了幾個標準值這些是 2 或 10 的某次方根。 對于中小型通用機床，常取公比 ? = 或 。 本設(shè)計考慮到適當減小相對速度損失，選取 ? =。 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)的確定 確定了變速范圍和公比后，可由下式求出主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) z： 1lglg ?? ?nRz （ 12） 式中： nR —— 變速范圍； ? —— 傳動系統(tǒng)的公比。 由（ 12）式計算得主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)為： 6 1lglg ?? ?nRz 175lg??? 取主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) z=24。 結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的確定 確定結(jié)構(gòu)式 因為變速范圍 175?nR ，超過了連續(xù)串聯(lián)傳動的允許變速范圍 50。因此，采用串并聯(lián)式傳動（分支傳動）結(jié)構(gòu)。因為車床需要正、反轉(zhuǎn)，從動帶輪軸上需要安裝一個摩擦片式離合器， 它必須占據(jù)一定的長度，同時摩擦片必須有相當?shù)闹睆絹韨鬟f扭矩，從而導(dǎo)致主動齒輪尺寸一定大于被動齒輪尺寸，而形成升速傳動。從結(jié)構(gòu)上考慮，轉(zhuǎn)速偏高會引起摩擦片式離合器振動，因此，從電機到從動帶輪軸需要降速。同時，傳動鏈上第一變速組兩個傳動副而第二變速組三個傳動副。 此分支結(jié)構(gòu)可以由低速分支和高速分支并聯(lián)組成。 在傳動系統(tǒng)中采用背輪機構(gòu)擴大主軸的變速范圍。 根據(jù)具體情況，低速分支得到主軸轉(zhuǎn)速 16～ 800 min/r ，共 18 級，公比 ? =，結(jié)構(gòu)式為 6621 223218 ???? ，其中主軸出現(xiàn) 6 級重復(fù)轉(zhuǎn)速。高速分支得到主軸轉(zhuǎn)速 900～ 2800 min/r ，共 6 級，公比 ? =，結(jié)構(gòu)式為 21 326 ?? 。高速分支與低速分支采用背輪傳動轉(zhuǎn)換，這樣擴大了變速范圍。 查 [3]第 17 頁表 15 得本設(shè)計的 24 級標準轉(zhuǎn)速數(shù)列為：低速分支：16， 20， 25， ， 40， 50， 63， 80， 100， 125， 160， 200， 250， 315，400， 500， 630， 800 min/r 共 18 級轉(zhuǎn)速；高速分支： 900， 1120， 1400，1800， 2240， 2800 min/r 共 6 級轉(zhuǎn)速。 7 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) 根據(jù)結(jié)構(gòu)式畫出結(jié)構(gòu)網(wǎng)。應(yīng)該遵循“前少后多”、“前緊后松”、“前緩后急”的原則，并且考慮前面的設(shè)計內(nèi)容。 結(jié)構(gòu)網(wǎng)見圖 11。這是主軸箱的傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，是從動帶輪軸到主軸的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。 圖 11 24 級傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng) 由圖中可以看出，在第一變速組兩個傳動副（因為在第一變速組的 8 主動軸上要安裝一個摩擦式離合器，并且第一變速組是升速。），第二變速組三個傳動副，在第三變速組中有低速分支和高速分支兩個分支，高速分支直接到達主軸，得到 6 級高速轉(zhuǎn)速，而低速分支經(jīng)過第三變速組和第四變速組后，再經(jīng)過一對齒輪得到 18 級低速轉(zhuǎn)速。 繪制轉(zhuǎn)速圖 選定電動機 一般的普通車床，多采用 Y 系列封閉自扇冷式籠型三相異步電動機。Y 系列電動機高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動小、運行安全可靠。選用 Y132S22 電動機。其額定功率為 ，滿載轉(zhuǎn)速為 2900 min/r 。 變速組分析 該車床的主傳動系統(tǒng)的總降速比為 1751min/2800 min/16 ?rr ，每個降速變速組的最小降速比為 41 ，則總降速比為 2561 ，這樣是無需增加降速的定比傳動，為使Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速降低，及其它變速組變速緩慢，以減少結(jié)構(gòu)的徑向尺寸，在電動機到Ⅰ軸之間增加一對 250132 的降速帶傳動，這樣有利于機床設(shè)計，也有利于主軸箱徑向和軸向尺寸的減少。 在低速分支上最后一對齒輪采用斜齒輪傳動，會使主傳動穩(wěn)定，主軸精度有所提高。高速分支與低速分支的轉(zhuǎn)換通過一個背輪機構(gòu)實現(xiàn)，此機構(gòu)可擴大變速范圍。 確定軸數(shù)，繪制轉(zhuǎn)速圖 本設(shè)計需要 6 根軸，再加上電動機軸， 24 級轉(zhuǎn)速，畫出轉(zhuǎn)速圖見圖12。 由圖 12 分析可知：Ⅰ軸有 1 種轉(zhuǎn)速，從電動機到Ⅰ軸的傳動比為： 9 電 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ16202540506380100125160200250315400500630800900280022401800140011202900轉(zhuǎn)速/（r min ）.1132:25054:4559:4040:4023:5731:4963:5050:50 50:5020:8020:8029:82 圖 12 24 級傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖 ??u ；Ⅱ軸有 2 種轉(zhuǎn)速，即從Ⅰ軸到 Ⅱ軸有兩種傳動比：1u =， 2u =；Ⅲ軸有 6 種轉(zhuǎn)速，即從Ⅱ軸到Ⅲ軸有三種傳動比：1u =1， 1122 ?? ?u ， ?? ?u ；Ⅳ軸有 12 種轉(zhuǎn)速，即從Ⅲ軸到Ⅳ 10 軸有兩種傳動比： 1u =1，41162 ???u；Ⅴ軸有 18 種轉(zhuǎn)速，從圖中可以知道，從Ⅳ軸到Ⅴ軸有兩種傳動比： 1u =1，41162 ???u；Ⅵ軸（主軸）有24 種轉(zhuǎn)速，高速分支 6 種轉(zhuǎn)速，從Ⅲ軸到Ⅵ軸有一種傳動比： ???u ，低速分支 18 種轉(zhuǎn)速，即從Ⅴ軸到Ⅵ軸有一種傳動比： 11 ?? ?u。 各變速組齒輪傳動副齒數(shù)的確定 多軸變速傳動機構(gòu)的各變速組間的齒數(shù)和 zS可以由下式確定： m a xm i nm i n11 zz SZuS ????????? ?? （ 13） 式中： minu —— 同一變速組中最小傳動比； minZ —— 同一變速組中最小齒輪的齒數(shù)； maxzS —— 變速組間的最大齒數(shù)和，取 120max ?zS 。 Ⅰ軸 — Ⅱ軸 變速組齒輪 Ⅰ軸 — Ⅱ軸 變速組的齒輪，因為要安裝一個離合器，齒數(shù)要選的大一些，為了 避免根切現(xiàn)象和結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要，取 40min ?Z 。 由式（ 13）得： minmin11 ZuS z ???????? ?? 74 11???????? ?? 查 [3]書第 36 頁表 2 確定合理的齒數(shù)和 zS =99。 ?1Z =40，則 1Z = ?? 1ZSz =9940=59； ?2Z =45，則