【正文】 機(jī)床的技術(shù)性能直接影響機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率及其制造的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而決定著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平 ??1 。 機(jī)械制造工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)，而機(jī)床工業(yè)則是機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)。一個(gè)國家機(jī)床工業(yè)的技術(shù)水平在很大程度上標(biāo)志著這個(gè)國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。顯然，金屬切削機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化建設(shè)中起著重大的作用。 機(jī)床技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。 一個(gè)國家要繁榮富強(qiáng)，必須實(shí)現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化，這就需要一個(gè)強(qiáng)大的機(jī)械制造工業(yè)為各部門提供現(xiàn)代化的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備與武備，即各種機(jī)器、儀器和工具等。然而，一個(gè)現(xiàn)代化的機(jī)械制造業(yè)必須要由一個(gè)現(xiàn)代化的機(jī)床制造業(yè)作 后盾。機(jī)床工業(yè)是機(jī)械制造業(yè)的“裝備部”、“總工藝部”，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重大作用。因此，許多國家都十分重視本國機(jī)床工業(yè)的發(fā)展和機(jī)床技術(shù)水平的提高，使本國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展建立在堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)上。 2 機(jī)床可實(shí)現(xiàn)三個(gè)主要功能： ； 2.提供工件和刀具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)； 。 機(jī)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(jī)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(jī)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(dòng)的工件對(duì)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(jìn)行鏜削、磨削、研磨、拋光等。在一般機(jī)械制造企業(yè)中，車床占機(jī)床總數(shù)的 20%～ 35%。在車削過程中，工件隨機(jī)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(jí)可達(dá)到 IT11～I(xiàn)T6，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(jìn)行鉆孔、擴(kuò)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(dòng)化程度低，在加工形狀比較復(fù)雜的工件時(shí)，換刀較麻煩，加工過程中的輔助時(shí)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(jiǎn)介 主 軸箱內(nèi)部裝有主軸和變速、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。主軸箱的功能是支承主軸，將動(dòng)力經(jīng)變速、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳給主軸，使主軸按規(guī)定的轉(zhuǎn)速帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dòng)會(huì)影響工件的旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，是衡量車床精度的主要指標(biāo)。 3 （ 1） .本設(shè)計(jì)的目的 本設(shè)計(jì)是在學(xué)完大學(xué)的基礎(chǔ)技術(shù)課和專業(yè)課之后進(jìn)行的一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)普通車床的主軸箱。其目的： 1〉 .培養(yǎng)綜合運(yùn)用和鞏固擴(kuò)大已學(xué)過的知識(shí)，以提高理論聯(lián)系實(shí)踐的綜合分析、設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。 2〉 .培養(yǎng)收集、閱讀、分析和運(yùn)用資 料的能力，以提高獨(dú)立工作的能力。 3〉 .使自己在擬定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件計(jì)算、編寫技術(shù)文件和查閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練。 4〉 .樹立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，并培養(yǎng)學(xué)生具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。 5〉 .使自己掌握機(jī)床設(shè)計(jì)的方法和步驟，以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與編制技術(shù)文件的能力。 （ 2） .本設(shè)計(jì)的要求 有關(guān)設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)計(jì)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(jī)構(gòu)、機(jī)構(gòu)工作原理、每個(gè)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(yùn)動(dòng)關(guān)系。零件要標(biāo)注零件號(hào)、參數(shù)和數(shù)量。并用羅馬字標(biāo)注各軸軸號(hào)。 主軸箱展開圖，是將傳動(dòng)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(biāo)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(hào)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(jī)構(gòu)、制動(dòng)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(jī)構(gòu)。在橫向剖面圖上還要標(biāo)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(hào)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(hào)圖紙繪制。 4 2〉 . 零件工作圖 任何機(jī)器都是由零件組成的，機(jī)器零件又是按著它的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行制造和檢驗(yàn)的，所以零件工作圖是機(jī)器制造的基本依據(jù)。它應(yīng)正確簡(jiǎn)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(jì)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(hào)圖紙繪制。 3〉 . 設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)說明書用以論證設(shè)計(jì)方案的正確性 ，是整個(gè)設(shè)計(jì)的依據(jù)。 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括： 1〉 .運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 根據(jù)給定的機(jī)床用途、規(guī)格、極限轉(zhuǎn)速，確定公比、求出主軸轉(zhuǎn)速級(jí)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(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪的齒數(shù) 、 計(jì)算主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速的相對(duì)誤差 并核算主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速的相對(duì)誤差是否在合理范圍內(nèi)、繪制傳動(dòng)系統(tǒng)圖 。 2〉 .動(dòng)力設(shè)計(jì) 根據(jù)給定的電動(dòng)機(jī)功率， 進(jìn)行帶傳動(dòng)的計(jì)算，確定皮帶型號(hào)及根數(shù)、計(jì)算各軸傳遞的功率、 計(jì)算出傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速 、估算傳動(dòng)軸的直徑 、初步計(jì)算齒輪的模數(shù) 、 確定 主軸 尺寸參數(shù)；驗(yàn)算齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度 和彎曲疲勞強(qiáng)度、驗(yàn)算主軸剛度、驗(yàn)算主軸前軸承疲勞壽命、計(jì)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(jì) 進(jìn)行主傳動(dòng)傳動(dòng)軸系、變速機(jī)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(jì)。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(jì)說明書 5 第 1 章 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 主軸變速范圍的 確定 根據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)算得變速范圍為： minmaxnnRn ? 175 min/16min/2800?? rr 公比的確定 規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)公比 ?1， 并且 規(guī)定相對(duì)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(jiǎn)化機(jī)床設(shè)計(jì)和使用，規(guī)定了幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值這些是 2 或 10 的某次方根。 對(duì)于中小型通用機(jī)床，常取公比 ? = 或 。 本設(shè)計(jì)考慮到適當(dāng)減小相對(duì)速度損失，選取 ? =。 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)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(jí)數(shù) z： 1lglg ?? ?nRz （ 12） 式中： nR —— 變速范圍； ? —— 傳動(dòng)系統(tǒng)的公比。 由（ 12）式計(jì)算得主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)為： 6 1lglg ?? ?nRz 175lg??? 取主軸轉(zhuǎn)速級(jí)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?yàn)樽兯俜秶?175?nR ，超過了連續(xù)串聯(lián)傳動(dòng)的允許變速范圍 50。因此，采用串并聯(lián)式傳動(dòng)（分支傳動(dòng)）結(jié)構(gòu)。因?yàn)檐嚧残枰?、反轉(zhuǎn)，從動(dòng)帶輪軸上需要安裝一個(gè)摩擦片式離合器， 它必須占據(jù)一定的長度，同時(shí)摩擦片必須有相當(dāng)?shù)闹睆絹韨鬟f扭矩，從而導(dǎo)致主動(dòng)齒輪尺寸一定大于被動(dòng)齒輪尺寸，而形成升速傳動(dòng)。從結(jié)構(gòu)上考慮，轉(zhuǎn)速偏高會(huì)引起摩擦片式離合器振動(dòng)，因此，從電機(jī)到從動(dòng)帶輪軸需要降速。同時(shí)，傳動(dòng)鏈上第一變速組兩個(gè)傳動(dòng)副而第二變速組三個(gè)傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)中采用背輪機(jī)構(gòu)擴(kuò)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(jí)，公比 ? =，結(jié)構(gòu)式為 6621 223218 ???? ，其中主軸出現(xiàn) 6 級(jí)重復(fù)轉(zhuǎn)速。高速分支得到主軸轉(zhuǎn)速 900～ 2800 min/r ，共 6 級(jí)，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(dòng)轉(zhuǎn)換，這樣擴(kuò)大了變速范圍。 查 [3]第 17 頁表 15 得本設(shè)計(jì)的 24 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)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(jí)轉(zhuǎn)速；高速分支： 900， 1120， 1400，1800， 2240， 2800 min/r 共 6 級(jí)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(jì)內(nèi)容。 結(jié)構(gòu)網(wǎng)見圖 11。這是主軸箱的傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)，是從動(dòng)帶輪軸到主軸的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。 圖 11 24 級(jí)傳動(dòng)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(gè)傳動(dòng)副（因?yàn)樵诘谝蛔兯俳M的 8 主動(dòng)軸上要安裝一個(gè)摩擦式離合器，并且第一變速組是升速。），第二變速組三個(gè)傳動(dòng)副，在第三變速組中有低速分支和高速分支兩個(gè)分支，高速分支直接到達(dá)主軸，得到 6 級(jí)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(duì)齒輪得到 18 級(jí)低速轉(zhuǎn)速。 繪制轉(zhuǎn)速圖 選定電動(dòng)機(jī) 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(dòng)機(jī)。Y 系列電動(dòng)機(jī)高效、節(jié)能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。選用 Y132S22 電動(dòng)機(jī)。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(dòng)系統(tǒng)的總降速比為 1751min/2800 min/16 ?rr ，每個(gè)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(dòng)，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(dòng)機(jī)到Ⅰ軸之間增加一對(duì) 250132 的降速帶傳動(dòng)，這樣有利于機(jī)床設(shè)計(jì)，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(duì)齒輪采用斜齒輪傳動(dòng)，會(huì)使主傳動(dòng)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(gè)背輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，此機(jī)構(gòu)可擴(kuò)大變速范圍。 確定軸數(shù)，繪制轉(zhuǎn)速圖 本設(shè)計(jì)需要 6 根軸，再加上電動(dòng)機(jī)軸， 24 級(jí)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(dòng)機(jī)到Ⅰ軸的傳動(dòng)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(jí)傳動(dòng)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(dòng)比：1u =， 2u =；Ⅲ軸有 6 種轉(zhuǎn)速，即從Ⅱ軸到Ⅲ軸有三種傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)比： ???u ，低速分支 18 種轉(zhuǎn)速，即從Ⅴ軸到Ⅵ軸有一種傳動(dòng)比： 11 ?? ?u。 各變速組齒輪傳動(dòng)副齒數(shù)的確定 多軸變速傳動(dòng)機(jī)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(dòng)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?yàn)橐惭b一個(gè)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(jì)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