【正文】 D== ，L=329mm=； N—— 主軸傳遞功率， N=3KW； —— 主軸計算轉(zhuǎn)速， =。 則 按要求，主軸扭轉(zhuǎn)角不超過 ,而 = ，則滿足要求。 5. 結(jié)構(gòu)設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計包括主軸箱 、 變速箱的結(jié) 構(gòu) 、 傳動件（傳動軸，軸 承，齒輪，帶輪，離合器，卸荷裝置等） 、 主軸組件 、 箱體以及連接件 、操縱機(jī)構(gòu)和潤滑裝置的 結(jié)構(gòu)設(shè)計和布置 等等。 主軸變速箱是機(jī)床的重要部件。設(shè)計時除考慮一般機(jī)械傳動的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個方面的問題。 精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動效率要求，主軸前軸承處溫度和溫升的控制，結(jié)構(gòu)工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通精密車床主軸箱 及變速 箱系統(tǒng)設(shè)計 36 用化的原則。 主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計時整個機(jī)床設(shè)計的重點(diǎn)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計中不可避免要經(jīng)過反復(fù)思考和多次修改。在正式畫圖前應(yīng)該先畫草圖。目的是： 布置傳動件及 選擇結(jié)構(gòu)方案。 檢驗傳動設(shè)計的結(jié)果中有無干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時改正。 確定傳動軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對位置，以確定各軸的受力點(diǎn)和受力方向，為軸和軸承的驗算提供必要的數(shù)據(jù)。 齒輪的軸向布置 本次設(shè)計中有多處使用了滑移齒輪，而滑移齒輪必須保證當(dāng)一對齒輪完全脫離后，令一對齒輪才能進(jìn)入嚙合，否則會產(chǎn)生干涉或變速困難。所以與之配合的固定齒輪間的距離應(yīng)保證留有足夠的空間，至少不少于齒寬的兩倍，并留有 Δ=1~2mm的間隙。 齒輪齒寬一般取 b1=（ 6~12） m，對變速箱內(nèi)齒輪傳動副 模數(shù) m=，我設(shè)計的齒輪寬度 b=6m=15mm 。而對于主軸箱內(nèi) m=3mm， b2=20mm，故變速箱內(nèi)相鄰固定齒輪間距離 B應(yīng)不小于 32mm。 精密車床主軸箱 及變速 箱系統(tǒng)設(shè)計 37 圖 7 齒輪的軸向布置 傳動軸及其上傳動元件的布置 機(jī)床傳動軸，廣泛采用滾動軸承作支撐。軸上要安裝齒輪、離合器和制動器等。傳動軸應(yīng)保證這些傳動件或機(jī)構(gòu)能正常工作。 首先傳動軸應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度。如撓度和傾角過大，將使齒輪嚙合不良，軸承工作條件惡化，使振動、噪聲、空載功率、磨損和發(fā)熱增大；兩軸中心距誤差和軸芯線間的平行度等裝配及加工誤差也會引起上述問題。 傳動軸可以是光軸也可以是花鍵軸。成批生產(chǎn)中，有專門加工花鍵的銑床和磨床，工藝上并無困難。所以裝滑移齒輪的軸都采用花鍵軸，不裝滑移齒輪的軸也常采用花鍵軸。 花鍵軸承載能力高，加工和裝配也比帶單鍵的光軸方便。 精密車床主軸箱 及變速 箱系統(tǒng)設(shè)計 38 軸的部分長度上的花鍵，在終端有一段不是全高，不能和花鍵空配合。這是加工時的過濾部分。一般尺寸花鍵的滾刀直徑 刀D 為 65～ 85mm 。 機(jī)床傳動軸常采用的滾動軸承有球軸承和滾錐軸承。在溫升、空載功率和噪聲等方面，球軸承都比滾錐軸承 優(yōu)越。而且滾錐軸承對軸的剛度、支撐孔的加工精度要求都比較高。因此球軸承用的更多。但是滾錐軸承內(nèi)外圈可以分開，裝配方便，間隙容易調(diào)整。所以有時在沒有軸向力時，也常采用這種軸承。選擇軸承的型號和尺寸，首先取決于承載能力，但也要考慮其他結(jié)構(gòu)條件。 同一軸心線的箱體支撐直徑安排要充分考慮鏜孔工藝。成批生產(chǎn)中，廣泛采用定徑鏜刀和可調(diào)鏜刀頭。在箱外調(diào)整好鏜刀尺寸，可以提高生產(chǎn)率和加工精度。還常采用同一鏜刀桿安裝多刀同時加工幾個同心孔的工藝。下面分析幾種鏜孔方式：對于支撐跨距長的箱體孔，要從兩邊同時進(jìn)行加工；支撐跨距比較 短的，可以從一邊（叢大孔方面進(jìn)刀）伸進(jìn)鏜桿，同時加工各孔；對中間孔徑比兩端大的箱體，鏜中間孔必須在箱內(nèi)調(diào)刀，設(shè)計時應(yīng)盡可能避免。 既要滿足承載能力的要求，又要符合孔加工工藝，可以用輕、中或重系列軸承來達(dá)到支撐孔直徑的安排要求。 兩孔間的最小壁厚，不得小于 5～ 10mm ，以免加工時孔變形。 花鍵軸兩端裝軸承的軸頸尺寸至少有一個應(yīng)小于花鍵的內(nèi)徑。 一般傳動軸上軸承選用 G 級精度。 傳動軸必須在箱體內(nèi)保持準(zhǔn)確位置，才能保證裝在軸上各傳動 件的位置正確性，不論軸是否轉(zhuǎn)動，是否受軸向力，都必須有軸向定位。對受軸向力的軸，其軸向定位就更重要。 回轉(zhuǎn)的軸向定位（包括軸承在軸上定位和在箱體孔中定位）在選擇定位方式時應(yīng)注意： 精密車床主軸箱 及變速 箱系統(tǒng)設(shè)計 39 1） 軸的長度。長軸要考慮熱伸長的問題，宜由一端定位。 2） 軸承的間隙是否需要調(diào)整。 3） 整個軸的軸向位置是否需要調(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。 I 軸的設(shè)計 I 軸上為三聯(lián)滑移齒輪，相應(yīng)的花鍵軸段尺寸為 632287。左右端均選取深溝球軸承，其型號分別為 6205， 6206。右端為 5 齒皮帶輪，與 I 軸平鍵連接，電機(jī)工頭右端 V帶輪將動力傳至 I軸，又通過滑移齒輪傳動力至 II 軸。 II 軸的設(shè)計 II軸上為 4 個固連齒輪， 3 個為與 I軸配合的齒輪， 3 各與 III軸配合。 有兩個公用齒輪， 相應(yīng)花鍵軸段尺寸為 632287，左，右端均為型號為 6205 的深溝球軸承。動力從 I軸傳至 II 軸，并通過右邊兩齒輪傳動力至 III 軸。 III 軸的設(shè)計 III 軸上有 3 聯(lián)滑移齒輪，與 II 軸的 3 個固定齒輪嚙合。與之配合的相應(yīng)花鍵軸段尺寸為 6353010。左，右均為型號為 6206 的深溝球軸承。左端為 2齒皮帶輪，動力從 II 軸傳至 III 軸，再通過左邊的 V帶輪傳動力至 IV軸。 帶輪 軸的設(shè)計 帶 齒輪 軸 套在主軸左端的套筒 內(nèi) 。兩個型號為 6214 的深溝球軸承支撐套筒增加其剛度。左端為 2 齒皮帶輪，左邊螺母可調(diào)整其軸向位置。動力從 III 軸徑精密車床主軸箱 及變速 箱系統(tǒng)設(shè)計 40 皮帶輪傳至 帶輪 軸，再通過右邊齒輪將動力傳出。 Ⅳ 軸的設(shè)計 Ⅳ 軸實(shí)際上是背輪機(jī)構(gòu)，其上 2 個滑移齒輪，與控制主軸內(nèi)齒離合器滑動的撥叉盤用螺栓固連在一起，進(jìn)而達(dá)到變速目的。與之配合的花鍵軸尺寸參數(shù)為 6403510。左右均為型號為 6206 的深溝球軸承。當(dāng)撥動滑移齒輪，使左端齒輪與 IV軸齒輪嚙合時，主軸將得到低 9 級轉(zhuǎn)速。若撥動滑移齒輪，使與之固聯(lián)的 撥叉主軸上齒輪直接與 帶輪 軸齒輪嚙合時，主軸將得到高 9 級轉(zhuǎn)速。 主軸的設(shè)計 主軸上裝有受 Ⅳ 軸（背輪機(jī)構(gòu)）上撥叉盤控制的內(nèi)齒離合器，以及固連在主軸上的與 V 軸右端小齒輪的齒輪。當(dāng) IV 軸齒輪直接與內(nèi)齒離合器嚙合時，主軸將得到高 9 級轉(zhuǎn)速。當(dāng)脫開時， 固聯(lián) 齒輪與背輪機(jī)構(gòu)恰好接通，通過兩個降速 1： 和 1： ，主軸將得到低 9 級轉(zhuǎn)速。 主軸組件設(shè)計 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（銑床、鉆床等）的主軸參予切削成形運(yùn)動，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)計時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方面考慮。 由于主軸比較長，為提高其剛度，本設(shè)計采用三支撐方式，其結(jié)構(gòu)要求箱上的 3 個支撐孔應(yīng)有高的同軸度，否則溫升和空載功率增大。但 3 孔同軸加工難度大，一般選中或后支撐為輔助支撐，只有載荷較大，軸產(chǎn)生彎曲變形時，輔助支撐才起作用。 精密車床主軸箱 及變速 箱系統(tǒng)設(shè)計 41 本設(shè)計，前支撐作為主要支撐點(diǎn)，選擇 內(nèi)圓外錐式滑動軸承 ， 它承載能力大，摩擦系數(shù)小，溫升低，極限轉(zhuǎn)速高， 能很好的滿足設(shè)計要求，但不能承受軸向力。中支撐處選擇兩列 51214 型推力球軸承，在作輔助支撐的同時，配合前支撐承受軸向力。后支撐采用內(nèi)圓外錐式滑動軸承，一方面，它能滿足高速，高精度，重載，以及同時承受較大軸，徑向力的要求；另一方面，它能將主軸由前向后的軸向力，充分的傳至機(jī)身上，保證主軸良好的運(yùn)轉(zhuǎn)精度和動力性能。各滾動軸承均有螺母調(diào)整其軸向間隙，內(nèi)圓外錐式滑動軸承可通過雙向背帽調(diào)整其徑向間隙。 前錐孔用來裝頂尖或其他工具錐柄，要求能自鎖，目前采用莫氏錐孔 。 齒輪布置的 注意 問題 滑移齒輪進(jìn)出嚙合的一端要圓 齒，有規(guī)定的形狀和尺寸。圓齒和倒角性質(zhì)不同，加工方法和畫法也不一樣，應(yīng)予注意。 選擇齒輪塊的結(jié)構(gòu)要考慮毛坯形式（棒料、自由鍛或模鍛）和機(jī)械加工時的安裝和定位基面。盡可能做到省工、省料又易于保證精度。 齒輪磨齒時，要求有較大的空刀（砂輪）距離，因此多聯(lián)齒輪不便于做成整體的，一般都做成組合的齒輪塊。有時為了縮短軸向尺寸，也有用組合齒輪的。 要保證正確嚙合，齒輪在軸上的位置應(yīng)該可靠?；讫X輪在軸向位置由操縱機(jī)構(gòu)中的定位槽、定位孔或其他方式保證，一般在裝配時最后調(diào)整確定 主軸與齒輪的連接 齒輪與主軸的連接可以 用花鍵或者平鍵；軸做成圓柱體，或者錐面（錐度一般取 1： 15 左右）。錐面配合對中性好，但加工較難。平鍵一般用一個或者兩精密車床主軸箱 及變速 箱系統(tǒng)設(shè)計 42 個（相隔 180 度布置），兩國特鍵不但平衡較好，而且平鍵高度較低，避免因齒輪鍵槽太深導(dǎo)致小齒輪輪轂厚度不夠的問題。 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)的油管將油引到軸承處。 主軸是兩端外伸的軸，防止漏油更為重要而困難。防漏的措施有兩種： 1）堵 —— 加密封裝置防止油外流。 主軸轉(zhuǎn)速高，多采用非接觸式的密封裝置，形式很多，一種軸與軸承蓋之間留 ～ mm 的間隙（間隙越小，密封效果越好，但工藝?yán)щy）。還有一種是在軸承蓋的孔內(nèi)開一個或幾個并列的溝槽（圓弧形或 v 形），效果比上一種好些。在軸上增開了溝槽（矩形或鋸齒形），效果又比前兩種好。 在有大量切屑、灰塵和冷卻液的環(huán)境中工作時，可采用曲路密封，曲路可做成軸向或徑向。徑向式的軸承蓋要做成剖分式，較為復(fù)雜。 2）疏導(dǎo) —— 在適當(dāng)?shù)牡胤阶龀龌赜吐?，使油能順利地流回到油箱? 其他問題 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。 當(dāng)后支承采用推力軸承時，推力軸承承受著前向后的軸向力，推力軸承緊靠在孔的內(nèi)端面，所以，內(nèi)端面需要加工，端面和孔有較高的垂直度要求，否則將影響主軸的回轉(zhuǎn)精度。支承孔如果直接開在箱體上，內(nèi)端面加工有一定難度。為此，可以加一個杯形套孔解決，套孔單獨(dú)在車床上加工，保證高的端面與孔德垂直度。 主軸的直徑主要取決于主軸需要的剛度、結(jié)構(gòu)等。各種牌號鋼材的彈性模精密車床主軸箱 及變速 箱系統(tǒng)設(shè)計 43 量基本一樣，對剛度影響不大。主軸一般選優(yōu)質(zhì)中碳鋼即可。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 Cr40 或其他合金鋼。主軸頭部需要淬火，硬度為 RC 50～ 55。其他部分處理后，調(diào)整硬度為 HB 220～ 經(jīng)過緊張而又辛苦的兩周課程設(shè)計，當(dāng)我快要完成老師下達(dá)給我們的任務(wù)的時候，我仿佛經(jīng)過一次翻山越嶺，登上了高山之巔，頓感心曠神怡，眼前豁然開朗。 通過課程設(shè)計，使我深深體會到，干任何事都必須要有耐心，細(xì)致。課程設(shè)計的過程中，許多計算有時不免令我感到心煩意亂；有幾次因為不小心計算出錯， 只能毫不情愿的重來。但想到汪老師的耐心指導(dǎo)，想到今后自己應(yīng)擔(dān)當(dāng)?shù)纳鐣?zé)任，想到世界上因為某些小失誤而出現(xiàn)的令世人無比震驚的事故時，我不禁時刻提醒自己，一定要養(yǎng)成一種高度負(fù)責(zé)，認(rèn)真對待的良好習(xí)慣。此次課程設(shè)計使我在工作作風(fēng)上得到了一次難得的磨練。短短的兩周課程設(shè)計使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是如此缺乏，自己綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識的能力是如此欠缺。今后我定將努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識，并多與實(shí)踐相結(jié)合，提升自己的專業(yè)技能。 精密車床主軸箱 及變速 箱系統(tǒng)設(shè)計 44 特別感謝汪建中老師在炎炎夏日給予我的悉心指導(dǎo)。感謝董昭妤同學(xué)和戴東升同學(xué)的熱 心幫助。 資料 ，機(jī)械制造及其自動化系主編 ，上海紡織工學(xué)院等主編 ，范云漲主編 ， 李洪主編 ，翁世修主編 ，葉偉昌主編 ，艾星主編 8.《金屬切削機(jī)床概論》教材 9.《金屬切削機(jī)床設(shè)計》教材 精密車床主軸箱 及變速 箱系統(tǒng)設(shè)計 45 10.《機(jī)械設(shè)計》教材 11.《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計》教材 . 機(jī)械設(shè)計 . 第 1 版 . 北京：高等教育出版社， 2020 . 機(jī)械制造裝備設(shè)計 . 第 2 版 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2020 . 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 . 第 1 版 . 武漢：華中科技大學(xué)出版社， 2020 主編 . 機(jī)械零件設(shè)計設(shè)計受冊 [M]. 第 1 版 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020