【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 軸承采用了使用最為廣泛的深溝球軸承，這種軸承的傳動(dòng)效率較高，且可以承受較輕的軸向力，比較符合實(shí)際。在沒有承受軸向力的中間傳動(dòng)軸的兩端，采用的是圓錐滾子軸承。傳動(dòng)軸必須在箱體內(nèi)保持準(zhǔn)確位置，才能保證裝在軸上各傳動(dòng)件的位置的確性，不論軸是否轉(zhuǎn)動(dòng)，是否受軸向力，都必須有軸向定位。對(duì)受軸向力的軸其軸向定位就更加重要?；剞D(zhuǎn)軸的軸向定位（包括軸承在軸上定位和在箱體孔中定位）在選擇定位方式時(shí)應(yīng)注意：1) 軸的長(zhǎng)度。長(zhǎng)軸要考慮熱伸長(zhǎng)的問題，宜由一端定位。2) 軸承的間隙是否需要調(diào)整。3) 整個(gè)軸的軸向定位是否需要調(diào)整。4) 在有軸向載荷的情況下不宜采用彈簧卡圈。 5) 加工和裝配的工藝性等。本次設(shè)計(jì)采用的是：兩端均用軸承蓋、調(diào)節(jié)螺釘（騎縫）定位，兩端均用調(diào)節(jié)螺釘，除能方便地調(diào)節(jié)軸承預(yù)緊力外，還可調(diào)節(jié)軸系的軸向位置，以便使嚙合齒輪對(duì)齊。箱體孔臺(tái)階和軸承蓋，調(diào)節(jié)螺釘定位，能方便地調(diào)節(jié)軸承的預(yù)緊力，適用于滾錐軸承的軸系定位，但箱體的臺(tái)階孔加工稍難。壓蓋和軸肩定位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配加工也較方便。彈簧卡圈定位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配方便。主軸組件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求高。安裝工件（車床）或者刀具的主軸參與切削成形運(yùn)動(dòng)，因此它的精度和性能直接影響加工質(zhì)量（加工精度和表面粗糙度），設(shè)計(jì)時(shí)主要圍繞著保證精度、剛度和抗振性，減少溫升和熱變形等幾個(gè)方面來考慮。主軸形狀與各部分尺寸不僅和強(qiáng)度、剛度有關(guān)，而且涉及多方面的因素。1)內(nèi)孔直徑車床主軸由于要通過棒料，安裝自動(dòng)卡盤的操縱機(jī)構(gòu)及通過卸頂尖的頂桿，必須是空心軸。為了擴(kuò)大使用范圍，加大可加工棒料直徑，車床主軸內(nèi)孔直徑有增大的趨勢(shì)。我國已有標(biāo)準(zhǔn)可循。本次根據(jù)實(shí)際情況，選用通孔直徑φ=50 mm。2)軸徑直徑前支承的直徑是主軸上一主要的尺寸，設(shè)計(jì)時(shí)，一般先估算或擬定一個(gè)尺寸，結(jié)構(gòu)確定后再進(jìn)行核算。3)前錐孔尺寸前錐孔用來裝頂尖或其它工具錐柄，要求能自鎖，目前采用莫氏錐孔。莫氏號(hào)的選擇：車床最大回轉(zhuǎn)直徑D320400莫 氏 錐 度 號(hào)4或5號(hào)5或6號(hào)本次設(shè)計(jì)中，由于車床最大回轉(zhuǎn)直徑D=400mm，所以選用莫氏錐度號(hào)5號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)莫氏錐度尺寸： 簡(jiǎn) 圖莫 氏 號(hào)大端直徑D錐度（Dd）/L 長(zhǎng) 度 5 1： 1304)支承跨距及懸伸長(zhǎng)度為了提高剛度，應(yīng)盡量縮短主軸的外伸長(zhǎng)度a，選擇適當(dāng)?shù)闹С锌缇郘。一般推薦取：L/a =3～5?？缇郘小時(shí)，軸承變形對(duì)軸端變形的影響大。所以，軸承剛度小時(shí)，L/a應(yīng)選大值，軸剛性差時(shí)，則取小值?？缇郘的大小，很大程度上受其他結(jié)構(gòu)的限制，常常不能滿足以上要求。安排結(jié)構(gòu)時(shí)力求接近上述要求。5)頭部尺寸的選擇考慮與主軸前徑直徑相匹配，本次設(shè)計(jì)采用B型結(jié)構(gòu)。1)軸承類型的選擇主軸前軸承的軸承類型選擇：在主軸前端，選用的軸承類型是雙列短圓柱滾子軸承，這種軸承承載能力比較大，內(nèi)孔有1：12的錐度，磨擦系數(shù)小，溫升低，可以用來承受主軸的徑向力。然后再用一對(duì)推力球軸承來支承軸的軸向力。在主軸的最左端（帶輪處），用雙列短圓柱滾子軸承，并用孔用彈性擋圈與箱體固定。2）軸承的配置大多數(shù)機(jī)床主軸采用兩個(gè)支承，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。但為了提高主軸剛度也有用三支承的。三支承結(jié)構(gòu)要求箱體上三支承孔具有良好的同心度，否則溫升和空載功率增大，效果不一定好。三孔同心在工藝上難度較大，可以用兩個(gè)支承為主要支承，第三個(gè)為輔助支承。輔助支承軸承(中間支承或后支承)保持比較大的游隙（），只有在載荷較大，軸產(chǎn)生彎曲變形時(shí)，輔助支承軸承才起作用。軸承配置時(shí)，除選擇軸承的類型不同外，推力軸承的布置是主要差別。推力軸承布置在前支承，后支承還是分別布置在前，后兩支承，影響著溫升后軸的伸長(zhǎng)方向以及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，應(yīng)根據(jù)機(jī)床的實(shí)際要求確定。在配置軸承時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a. 兩個(gè)支承點(diǎn)都要能承受徑向力。b. 兩個(gè)方向的軸向力應(yīng)分別有相應(yīng)的軸承承受。c. 徑向力和兩個(gè)方向的軸向力都應(yīng)傳遞到箱體上，即負(fù)荷都由機(jī)床支承件承受。3）軸承的精度和配合主軸軸承精度要求比一般傳動(dòng)軸高。前軸承的誤差對(duì)主軸前端的影響最大，所以前軸承的精度一般比后軸承選擇高一級(jí)。普通精度級(jí)機(jī)床的主軸，前軸承選C或D，后軸承選D或E級(jí)。選擇軸承精度時(shí)，既要考慮機(jī)床精度要求，也要考慮經(jīng)濟(jì)性。提高了精度，軸承的價(jià)格隨精度顯著提高。軸承與軸和軸承與箱體之間，一般都采用過渡配合，采用比一般軸要松一些的配合，可用j5，js5，j6，js6。另外，軸承的內(nèi)外環(huán)都是薄壁件，軸和孔的形狀誤差都會(huì)反映到軸承道上去。所以，軸和孔的精度應(yīng)與軸承精度相匹配。具體的配合關(guān)系見裝配圖。4）軸承間隙調(diào)整：軸承間隙的調(diào)整量，應(yīng)該能方便而且能準(zhǔn)確的控制，但調(diào)整的結(jié)構(gòu)不能太復(fù)雜。雙列短圓柱滾子軸承內(nèi)圈相對(duì)外圈可以移動(dòng)，當(dāng)內(nèi)圈向大端軸向移動(dòng)時(shí)，由于有1：12的內(nèi)錐孔，內(nèi)圈將脹大消除間隙。在這次設(shè)計(jì)中，采用了螺母來調(diào)節(jié)主軸各傳動(dòng)件之間的間隙。調(diào)整好后，可以用螺母上的鎖緊螺釘加以固定，調(diào)節(jié)較為方便。特別要注意：調(diào)整螺母的端面與螺紋中心線的垂直度，隔套兩面三刀個(gè)端面的平行度都有要有較高要求。否則，調(diào)整時(shí)可能將軸承壓偏而破壞精度。隔套越長(zhǎng)，誤差的影響越小。3．主軸和齒輪的連接由于主軸所承受的力較大，所以主軸采用花鍵的形式。具體的花鍵型號(hào)見花鍵軸的選擇。4．潤滑與密封主軸轉(zhuǎn)速高，必須保證充分潤滑，一般常用單獨(dú)的油管引到軸承處。主軸是兩端外伸的軸，防止漏油更為重要而困難，防漏的措施是加密封裝置阻止油外流。本次設(shè)計(jì)由于機(jī)床是在有大量切屑，灰塵和冷卻液的環(huán)境中工作，因此采用曲路密封，曲路可做成軸向或徑向。5．其它問題主軸上齒輪應(yīng)盡可能靠近前軸承，大齒輪更應(yīng)靠前，這樣可以減小主軸的扭轉(zhuǎn)變形。裝軸承處的箱壁應(yīng)該加凸緣提高剛度，以免由于箱體局部變形而破壞軸承精度。主軸的直徑主要決定于主軸需要的剛度、結(jié)構(gòu)等。各種牌號(hào)的彈性模量基本一樣，對(duì)剛度影響不大。主軸一般選優(yōu)質(zhì)中碳鋼既可。精度較高的機(jī)床主軸考慮到熱處理變形的影響，可以選用40Cr或其它合金鋼。主軸頭部需要淬火，硬度為 RC50～55。其他部分經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后硬度為HB 220～七．制動(dòng)器設(shè)計(jì) 對(duì)制動(dòng)器的要求是：制動(dòng)迅速，平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，維修調(diào)整方便。 制動(dòng)方式有兩類：電機(jī)制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)。 此次設(shè)計(jì)當(dāng)中采用的是機(jī)械制動(dòng)的方式，其中又采用一般機(jī)床中采用較多的一種：濕式多片電磁式制動(dòng)器。截面圖是主軸箱裝備圖的重要組成部分，它與展開圖和其他視圖聯(lián)系起來，完整得表達(dá)了整個(gè)主軸箱的結(jié)構(gòu)。截面圖設(shè)計(jì)是否合理，將影響機(jī)床的性能、效果和外觀。截面圖，又稱剖視圖，主要用來表明主軸箱各軸間的空間位置，并和展開圖配合，把操縱機(jī)構(gòu)、制動(dòng)器以及潤滑等有關(guān)機(jī)構(gòu)、箱體結(jié)構(gòu)和各連接關(guān)系等的具體結(jié)構(gòu)完整地表示出來。（本次設(shè)計(jì)中對(duì)作圖不作要求）：包括主軸、Ⅰ軸和中間軸的合理安排和確定。：變速箱體結(jié)構(gòu)、與床身連接定位方式、外觀造型等。1)軸的空間布置軸系布置的一般程序是：先確定主軸在變速箱中的位置，在確定傳動(dòng)主軸的軸以及與主軸上的齒輪有嚙合關(guān)系的軸，第三步確定電動(dòng)機(jī)軸或運(yùn)動(dòng)輸入軸（Ⅰ軸）的位置，最后確定其他各傳動(dòng)軸的位置。(1）.垂直方向（高度）H=1/2 D由車床主參數(shù)D決定。 (2）.水平方向a≤b主軸中心在尾架導(dǎo)軌中間，也有稍偏向前導(dǎo)軌的，也有稍偏向后導(dǎo)軌的。 由于篇幅和時(shí)間的限制，后面的說明就省了，具體的參考內(nèi)容可以閱讀有關(guān)的參考書，例如：曹金榜主編的《機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)》等。由于切削力的作用，主軸及其軸承將產(chǎn)生彈性變形。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，中型車床主軸部件的變形及其組成為：主軸本身變形約占45～65%，主軸軸承變形約占30～45%，軸承的支承件（箱體）變形很少。因此，可以認(rèn)為主軸部件的剛度主要取決于主軸及其軸承。然而，主軸傳動(dòng)齒輪與其相嚙合的齒輪之間不同的相對(duì)位置，將致使主軸及其主軸軸承承受力有著很大的變化。通過分析兩種極限情況，就可以了解一般情況下的主軸部件受力和變形的分析方法，以選擇和確定合適的主軸上齒輪傳動(dòng)力的位置和方向。1)主軸軸端變形最小、前軸承受力最大的情況當(dāng)作用在主軸傳動(dòng)齒輪上的力與作用在主軸頭端（工件上）的切削力同方向時(shí)，兩力使主軸軸端的變形方向相反，因此軸端變形和y為和作用下頭端變形。而前軸承所受的力R是和作用下（在支承處）的兩反力在同方向的疊加。這時(shí)的主軸軸端變形y最小，而前軸承受力R最大，軸承變形在主軸部件變形中的組成比將顯著增加。2)主軸軸端變形最大，前軸承承受力最小的情況當(dāng)作用在主軸傳動(dòng)齒輪上的傳動(dòng)力與軸端的切削力方向相反時(shí)，主軸軸端變形y為在兩力作用下，軸端變形的、在同方向上疊加，即y=+。這時(shí)前軸承承受力最小：，因此前軸承變形也最小，但主軸本身在軸端的變形最大：y=+。軸端變形y和前軸承受力R及其相應(yīng)變形，對(duì)精密車床和粗加工車床，對(duì)高剛度、高許用載荷和一般剛度、一般許用載荷的前軸承等，考慮的偏重應(yīng)有所不同。因此，主軸與有關(guān)傳動(dòng)軸的空間位置安排上也應(yīng)不同。4.Ⅰ軸(輸入軸)的位置1).Ⅰ軸上往往裝有摩擦離合器等結(jié)構(gòu)，這些部件的位置安排應(yīng)便于調(diào)裝。2).摩擦離合器或摩擦式制動(dòng)器，需要考慮便于冷卻和潤滑，離主軸部件要遠(yuǎn)一些，以減少由于摩擦發(fā)熱對(duì)主軸部件熱變形的影響。3).Ⅰ軸的軸端常裝有皮帶輪，而主軸尾端外伸，有可能裝自動(dòng)卡盤的操縱氣缸或油缸，布置Ⅰ軸位置時(shí)，必須保證兩者不會(huì)相碰，Ⅰ軸上帶輪外緣不能高出箱體，以免影響外觀。綜合上述各點(diǎn)，車床上Ⅰ軸上一般多安排在變速箱后靠近箱蓋處。主軸和Ⅰ軸位置既定，中間各傳動(dòng)軸位置即可按傳動(dòng)順序進(jìn)行安排，應(yīng)考慮滿足以下要求：1).裝有離合器的軸：要便于裝調(diào)、維修和潤滑。2).裝有制動(dòng)裝置的軸：要便于裝調(diào)、維修，該軸應(yīng)布置在靠近箱蓋或箱壁處，同時(shí)還應(yīng)考慮與起、停裝置的互鎖。3).裝有潤滑油泵的軸：要有足夠的空間安裝潤滑油泵，其高度要便于油泵吸油和排油，并便于裝卸和調(diào)整油泵，裝有濺油輪或?yàn)R油齒輪的軸應(yīng)注意圓周速度和浸入油面的深度。4).與相關(guān)部件有聯(lián)系的軸：車床主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)間的內(nèi)聯(lián)系是通過變速箱內(nèi)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)輸出軸聯(lián)系，它應(yīng)布置在主軸前下方靠近進(jìn)給箱處。5).它使箱體截面尺寸緊湊、比例協(xié)調(diào)，各操縱機(jī)構(gòu)安排得當(dāng)?shù)鹊取?. 操縱機(jī)構(gòu)機(jī)床的操縱機(jī)構(gòu)是用來移動(dòng)滑移齒輪以達(dá)到變換運(yùn)動(dòng)速度的要求，它也可以控制運(yùn)動(dòng)的啟停、換向和其它輔助運(yùn)動(dòng)。它的選擇和設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)床的構(gòu)造和性能的發(fā)揮有著直接影響。操縱機(jī)構(gòu)的全部或大部分均應(yīng)在截面圖中表達(dá)出來，因此這必須與主軸箱的截面圖同時(shí)進(jìn)行構(gòu)思和設(shè)計(jì)。由于本次設(shè)計(jì)采用的是操機(jī)構(gòu)是電磁離合器，沒有撥叉，因此在此不作詳述。1).主軸變速箱常用的潤滑方式(1)飛濺潤滑適用于潤滑點(diǎn)比較集中,要求不很高的變速箱。濺油輪應(yīng)安裝在變速箱內(nèi)接近油面、轉(zhuǎn)速不變或變化范圍較小的軸上，為了獲得良好的潤滑效果，濺油輪最合適的圓周速度為：v=3～，浸入油面的深度以12～25mm為宜。濺油齒輪浸入油面的深度，不應(yīng)大于2～3倍齒高。濺油件外緣至池底深度：H≥30～60mm。(2)壓力循環(huán)潤滑機(jī)床主軸變速箱常用兩種壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置緊湊。特點(diǎn)是冷卻潤滑效果好。8. 壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)的一些計(jì)算1)潤滑油量油量: ………… 油量粗算: L/min ……………………………………… 式中:N——額定功率； ——機(jī)床效率。應(yīng)用公式：油量 = L/min2) 油池的容量 （升） ………………………………… 油箱的容積應(yīng)超過V值的30%。 V=（3～7） =～ （升）3) 油管的選擇與計(jì)算油管內(nèi)徑的計(jì)算： mm ………………………………… 其中：Q——流量（l/min） v——管內(nèi)油的流速（m/s） 推薦數(shù)據(jù)油管的類別管內(nèi)油的流速v m/s（Q 50l/min）常用油管尺寸（外徑壁厚）主油管（泵至分油器）3～561101支油管（分油器至潤滑點(diǎn)）1～2461回油管～1101161管材為:鋼、銅、鋁、橡膠、尼龍9. 三種潤滑油泵的油量計(jì)算、結(jié)構(gòu)和規(guī)格尺寸1)柱塞泵（由偏心輪驅(qū)動(dòng)）供油量： L/min ………………………… 式中：d——柱塞直徑 mm； n——柱塞每分鐘往復(fù)次數(shù)，次/分 以300～700次/分為宜，400～500次/分為佳； s——柱塞行程 mm； η——效率，η=～2)葉片泵供油量: L/min ……………………………… 其中:效率 η=～3)齒輪泵供油量: L/min …………………………… 其中:z、m——齒輪齒數(shù)、模數(shù)；效率η=～由于時(shí)間和篇幅關(guān)系，潤滑油泵的圖不刊載，詳情見曹金榜主編的《機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo)》書。1)潤滑劑的選擇和注意點(diǎn): 根據(jù)滾動(dòng)軸承的速度、載荷和工作條件，選擇脂或油。(1)潤滑脂機(jī)床中常用鈣質(zhì)油脂。潤滑脂用于變速、變載、不需冷卻或用油不便的場(chǎng)合，特別是中及低速的傳動(dòng)件、外露的齒輪、不易密封的立式主軸等。油和脂不能混合，應(yīng)該用擋油環(huán)來防止變速箱內(nèi)的潤滑油濺入脂潤滑的軸承內(nèi)。在箱外也應(yīng)有相應(yīng)的密封裝置，防止灰塵或冷卻液進(jìn)入脂內(nèi)。油脂的填充量不能多，通常為軸承空間的1/3左右。(2)潤滑油用于一切轉(zhuǎn)速。一般機(jī)床的變速箱用20號(hào)、30號(hào)或40號(hào)機(jī)械油（HJ—HJ—HJ—40），低速重載機(jī)床用50號(hào)機(jī)械油，高速（10000r/mi