【文章內容簡介】 鍵的平均直徑，矩形花鍵， dm= 2dD? ；漸開線花鍵， dm=di，di為分度圓直徑， mm； [p]— 花鍵連接的許用應力， MPa[6]； 軸的結構設計包括定出軸的合理外形和全部結構尺寸。 軸的結構主要取決于以下因素：軸在機器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸連接的方法；載荷的性質、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結構的因素較多，且其結構形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標準的結構形式。設計時 ，必須針對不同情況進行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結構都應滿足：軸和裝在軸上的零件要有準確的工作位置；軸上的零件應便于裝拆和調整；軸應具有良好的制造工藝性等。 根據(jù)實際的工作過程，銑削軸的裝配方案是：花鍵、右端軸承、軸承端蓋、圓螺母、套筒、左端軸承、密封壞、軸承端蓋依次從軸的右端向左安裝。為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空轉的要求外，都必須進行軸向和周向定位，以保證其準確的工作位置。 軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、軸承擋圈、軸承端蓋和圓螺母等來保證的。 周向定位的目的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對轉動。常用的周向定位零件有鍵、花鍵、銷、緊定螺釘以及過盈配合等，其中緊定螺釘只用在傳力不大之處 [7]。 由以上條件確定軸上的定位和裝拆方案，軸的形狀如下圖： 山東科技大學 泰山科技學院畢業(yè)設計（論文） 17 圖 傳動軸的結構 軸的扭矩圖如下： 圖 軸的扭矩圖 軸上其它各類零件的設計與計算 大小帶輪周向定位鍵的選定與計算： （ 1）鍵的選擇 鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。鍵的類型應根據(jù)鍵連接的結構特點、使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸則按符合標準規(guī)格和強度要求來取定。鍵的主要尺寸 為其截面尺寸（一般以鍵寬 b179。鍵高 h表示）與長度 L。鍵的截面尺寸 b179。 h按軸的直徑 d 由標準中選定。鍵的長度 L一般可按輪轂的長度而定，即鍵長等于或略短于輪轂的長度；而導向平鍵則按輪轂的長度及其滑動距離而定。一般輪轂的長度可取為 dL )2~(?? ，這里 d為軸的直徑。所選的鍵長亦應符合標準規(guī)定的長度系列。重要的鍵山東科技大學 泰山科技學院畢業(yè)設計（論文） 18 連接在選出鍵的類型和尺寸后，還應進行強度校核計算。此處大小帶輪周向定位的鍵選用普通的平頭鍵連接； 小帶輪上的鍵： b179。 h=12179。 8 L=70。 大 帶輪上的鍵： b179。 h=32179。 18 L=90。 材料為鋼。 （ 2）鍵連接強度計算 平鍵連接傳遞轉矩時，連接中各零件的受力情況如圖： 圖 平鍵的受力圖 對于采用常見的材料組合和按標準選取尺寸的普通平鍵連接（靜連接），其主要失效形式是工作面被壓潰。除非有嚴重過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷（圖中沿 a— a 面剪斷）。因此，通常只按工作面上的擠壓應力進行強度校核計算。對于導向平鍵連接和滑鍵連接（動連接），其主要失效形式是工作面的過度磨損。因此，通常按工作 面上的壓力進行條件性的強度校核計算。 導向平鍵連接和滑鍵的強度條件為 小帶輪上的鍵 kldTp 31 102 ?? 公式 （ ） mmT ??????? N73 84 097 0 551 電機 電 公式（ ） 山東科技大學 泰山科技學院畢業(yè)設計（論文） 19 kldTp 31 102 ??= 42704 738402 ????＜ ??p =40Mpa 符合強度要求； 公式 （ ） 同理：大帶輪上的鍵 mmT ????????? N29246 9240 % 52 52 ?電 2924692102 32 ??????? k ldTp =＜ ??p =40MPa 符合強度要求 。 式中： T— 傳遞的轉矩（ 2dFFyT ?? ）， N178。 m； k— 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度， k=，此處 h 為鍵的高度， mm； l— 鍵的工作長度， mm，圓頭平鍵 l=Lb，平頭平鍵 l=L，這里 L為鍵的公稱長度， mm； b 為鍵的寬度， mm； d— 軸的直徑， mm； [p]— 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用壓力， MPa。 [8] （ 3）軸承的選擇 ①軸承的載荷 選用軸承時，首先是選擇軸承類型。軸承所受載荷的大小、方向和性質，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。 根據(jù)載荷的大小選擇軸承時，由于滾子軸承中主要元件是線接觸，宜用于承受較大的載荷 ，承載后的變形也較小。而球軸承中則主要為點接觸，而球軸承中則主要為點接觸，宜用于承受較輕的或中等的載荷，故在載荷較小時，可優(yōu)選選用球軸承。 根據(jù)載荷的方向選擇軸承類型時，對于純軸向載荷，一般選用推理軸承。較小的純軸向載荷可選用推力球軸承；較大的純軸向載荷可選用推力山東科技大學 泰山科技學院畢業(yè)設計（論文） 20 滾子軸承。對于純徑向載荷，一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。當軸承在承受徑向載荷的同時，還有不大的軸向載荷時，可選用深溝球軸承或接觸角不大角接觸軸承或圓錐滾子軸承；當軸向載荷較大時，可選用接觸角較大的角接觸軸承或圓錐滾子軸承，或者選用向心 軸承和推力軸承和推力球軸承組合在一起的結構，分別承擔徑向載荷和軸向載荷。 ②軸承的速度 在一般轉速下，轉速的高低對類型的選擇不發(fā)生什么影響，只有在轉速較高時，才會有比較顯著的影響。軸承樣本中列入了各種類型、各種尺寸軸承的極限轉速 nmin值，這個轉速是指載荷量不太大，冷卻條件正常，且為 0 級公差軸承時的最大允許轉速。但是，由于極限轉速主要是受工作時溫升的限制，因此，不必認為樣本中的極限轉速是一個絕對不可超越的界限。從工作轉速對軸承的要求看，可以確定以下幾點： ，有較高的極限轉速，故在 高速是應優(yōu)選球軸承。 ，外徑越小，則滾動體就越小，運轉時滾動體加在外圈滾道上的離心力也就越小，因而也就更適于在更高的轉速下工作。故在高速時，宜選用相同內徑而外徑較小的軸承，或者考慮采用寬系列的軸承。外徑較大的軸承，宜用于低速重載荷的場合。 。實體保持架比沖壓保持架允許高一些的轉速，青銅實體保持架允許更高的轉速。 。當工作轉速高時，若軸向載荷不十分大，可以采用角接觸球軸承承受純軸向力。 限轉速，可以選用較高公差的軸承，或者選用較大游隙的軸承，采用循環(huán)潤滑或油霧潤滑，加強對循環(huán)油的冷卻等措施來改善軸承的高速性能。若工作轉速超過極限轉速較多時，山東科技大學 泰山科技學院畢業(yè)設計（論文） 21 應選用特制的高速滾動軸承。 ③軸承的調心性能 當軸的中心線與軸承座中心線不重合而有角度誤差時，或因軸受力而彎曲或傾斜，會造成軸承的內外圈軸線發(fā)生偏斜。這時，應采用有一定調心性能的調心軸承或帶座外球面軸承。這類軸承在軸與軸承座孔的軸線有不大的相對偏斜時仍能正常工作。 滾子軸承對軸承的偏斜最為敏感，這類軸承在偏斜狀態(tài)下的承載能力可能低于球 軸承。因此在軸的剛度和軸承座孔的支承剛度較低時，或有較大偏轉力矩作用時，應盡量避免使用這類軸承。 ④軸承的安裝和拆卸 便于裝卸，也是在選擇軸承類型時應考慮的一個因素。在軸承座沒有剖分面而必須按軸向安裝和拆卸軸承部件時，應優(yōu)先選用內外圈可分離的軸承（如 N0000、 NA0000、 30000 等）。當軸承在長軸上安裝時，為了方便裝拆，可以選用其內圈孔位 1： 12 的圓錐孔（用以安裝在緊定軸套上）的軸承。 此外，軸承類型的選擇還應考慮軸承裝置整體設計的要求，如軸承的配置使用要求、游動要求等。 考慮到以上 因素又因為最小軸徑套的花鍵的外徑為 Ф 105mm，第二段軸的直徑為 Ф 75mm。此處到的軸向力較小，故只考慮徑向力的影響。所以，這兩處分別選取深溝球軸承和圓柱滾子軸承。代號分別為： 6021 GB/T276和 N215E（ D級） GB/T283；對于軸的左端即靠近銑削頭的位置，因為此處受到的單向軸向力較大，選擇推力球軸承，代號： 51120 GB/T301[9]。 山東科技大學 泰山科技學院畢業(yè)設計（論文） 22 4 滑臺 的設計計算 此專用機床的滑臺分為兩大部分，一個是立柱滑臺，另一個為臥式滑臺。兩者的功能是相同的，前者帶動銑削頭完成 上下移動行程 800mm，后者帶動銑削頭完成左右移動行程 380mm。因此，采用相同的設計方案 ，只對其中的臥式滑臺進行詳細的設計計算 。 滑臺 的結構 設計 滑臺的工作過程如圖 交流伺服電機經(jīng)變頻變速運動通過聯(lián)軸器直接帶動傳導螺旋轉動進而帶動滑臺完成進刀、快速退刀和進給運動。 圖 滑臺部分示意圖 電機的選用 因為滑臺要完成進刀和進給運動，控制 量要求較高， 功率范圍大，可以做到很 大的功率。大慣量，最高轉動速度低，且隨著功率增大而快速降低 ， 適合做低速平穩(wěn)運行的 應用。 而交流伺服電機能達到此性能要求。 因此，選用交流伺服電機 1FK7063— 5[10]。 山東科技大學 泰山科技學院畢業(yè)設計（論文） 23 傳導螺旋的設計計算 螺旋傳動由螺旋（或螺桿）和螺母組成，主要將旋轉運動轉變成直線運動，同時傳遞運動和動力。 根據(jù)螺桿和螺母的相對運動關系，螺旋傳動常有兩種傳動形式；一種是螺桿傳動，螺母移動，多用在機床的進給機構中； 一種是螺母固定，螺桿轉動，多用在螺旋起重器（千斤頂）或螺旋壓力機中。 螺旋傳動按用途分，可有三種類型； 1. 傳力螺旋 它以傳遞動力為主，要求以較小的轉矩產(chǎn)生較大的軸向推力，用以克服工件阻力，如各 種起重或加壓裝置的螺旋。這種傳力螺旋主要是受很大的軸向力，一般為間歇性工作，每次的工作時間較短，工作速度也不高，而且通常需有自鎖能力。 2. 傳導螺旋 它以傳遞運動為主，有時也承受較大的軸向載荷，如機床進給機構的螺旋等。傳導螺旋主要在較長的時間內連續(xù)工作，工作速度較高，因此，要求具有較高的傳動精度。 3. 調整螺旋 它用以調整、固定零件的相對位置，如機床、儀器及測試位置中的微調機構的螺旋。調整螺旋不經(jīng)常轉動，一般在空載荷下調整。 因為在此用到的絲杠以傳遞運動為主，承受的軸向力不是很大。因此，選用傳導 螺旋。 螺旋輸出 功率 P2=1Kw，螺母的 移動速度 v=，螺距 S=8mm，螺旋頭數(shù) a=2，螺桿工作長度 l=，軸承效率 ?? ，螺紋效率 ?? 。 螺旋平均工作載荷 Fm 螺旋的輸入效率： KwPP 68 121 21 ???? ?? 公式 （ ） 山東科技大學 泰山科技學院畢業(yè)設計（論文） 24 平均工作載荷： Nv PF m 3 3 6 8 0 0 01 0 0 0 1 ???? 公式 （ ） 耐磨性計算 （ 1）螺桿中徑 2d 由表 ，取 ? ? MPap 6? ， 剖分式螺母取 ?? ，由式（ ）得 ? ? mmpFd 36 8 ???? ? 取 m