【正文】 應(yīng)力取失效概率為1％，安全系數(shù)S＝1，得 [σH]1＝600MPa＝540MPa （45） [σH]2＝550MPa＝ （46）3．計(jì)算（1）試算小齒輪分度圓直徑d1t，代入[σH]中較小的值 d1t≥104132()2 mm = （47）（2）計(jì)算圓周速度 v=πd1tn1601000=π2900601000=（48）（3）計(jì)算齒寬b及模數(shù) b=?dd1t=1= （49）（4）計(jì)算齒寬與齒高之比b/h 模數(shù)mt=d1tz1== （410） 齒高h(yuǎn)=== （411） bh== （412）（5）計(jì)算載荷系數(shù)K 根據(jù)v=,7級精度，查得動載系數(shù)[8]Kv=；直齒輪，假設(shè)KAFtb100N/mm，查得KHα=KFα=，查得使用系數(shù)[8]7級精度，小齒輪相對支承對稱布置時(shí)，查得[8] KHβ=++103b （413）將數(shù)據(jù)代入后，得到， KHβ=+12+103= （414）由bh= 和KHβ= 查得[8]KFβ=故載荷系數(shù)K=KAKVKHαKHβ=1=（6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，得 d1=d1t3KKt=（415）（7）計(jì)算模數(shù)m m=d1z1== （416）1．彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 （417）2．確定計(jì)算參數(shù)查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限[8]σFE1=500MPa； 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限[8]σFE1=380MPa；查得彎曲疲勞壽命系數(shù)[8]KFN1=,KFN2=3．計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)[8]S=，得到 [σF]1=KFN1σFN1S== （418） [σF]2=KFN2σFN2S== （419）4．計(jì)算載荷系數(shù)K K=KAKVKFαKFβ=1= （420）查詢齒形系數(shù)[8]查得YFa1=；YFa2=查取應(yīng)力校正系數(shù)[8]YSa1=；YSa2=5．計(jì)算大小齒輪的YFaYSa[σF]并加以比較 YFa1YSa1[σF]1== （421） YFa2YSa2[σF]2== （422） 由上面兩個(gè)計(jì)算結(jié)果知道大齒輪的數(shù)值大。選擇小齒輪材料為40Cr (調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì))硬度為240HBS，而這材料硬度差為40HBS。2．即床位一般工作機(jī)床，故選用7級精度。傳動系統(tǒng)選為齒輪傳動，設(shè)定工作壽命為15年（設(shè)每年工作300天），兩班制且工作平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。將Y132S12型電動機(jī)有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)[8]及相應(yīng)算得的總傳動比列于表41。1．工作主軸功率Pw=2．工作機(jī)所需電動機(jī)功率 Pr=Pwη （41） 上式中，Pw為工作主軸功率，Pr為工作機(jī)所需電動機(jī)功率，η為傳動系統(tǒng)的總效率。根據(jù)上述軸承選用的要求結(jié)合本設(shè)計(jì)的要求，軸承選用如下：后支承：圓錐孔雙列圓柱滾子軸承(NN3000K型)精度等級相當(dāng)于P5級，前支承：兩個(gè)推力球軸承(51000型)和一個(gè)圓錐孔雙列圓柱滾子軸承(NN3000K型)組配精度等級相當(dāng)于P5級，并且軸承為中欲緊。但是，欲緊后發(fā)熱較多，溫升較高；且太大的欲緊將使軸承的壽命降低，故欲緊要適當(dāng)。這都有利于提高軸承的精度、剛度和壽命。滾動體的直徑不可能絕對相等，滾道也不可能絕對正圓，因而欲緊前只有部分滾動體和滾道接觸。多數(shù)軸承，還應(yīng)能夠在過盈狀態(tài)下工作，使?jié)L動體和滾道之間有一定的欲變形，這就是軸承的欲緊。數(shù)控機(jī)床，可按精密級或高精度級選用。因此，軸承內(nèi)、外徑的公差即使寬些也不影響工作精度，但卻降低了成本。此外又規(guī)定了2種輔助精度等級SP(特殊精密級)和UP(超精密級)[7]。要求較低的主軸或三支承主軸的輔助支承可用P5級。主軸軸承以4級為主(記為P4)。為了提高剛度和承載能力，常用多聯(lián)組的方法。的轉(zhuǎn)速可更高一些，打扮軸向剛度較低，常用于軸向載荷較小、轉(zhuǎn)速較高的磨床主軸或不承受載荷的車、鏜、銑主軸后軸承。角接觸球軸承多用于高速主軸，水接觸角的不同有所區(qū)別，α=25176。ａ1=15176。其中ａ=25176。常用的接觸角主要有兩種：ａ=25176。這種軸承與雙列圓柱滾子軸承相配套，用來承受軸向載荷。這類軸承多用于載荷較大、剛度要求高、中等轉(zhuǎn)速的地方。雙列圓柱滾子軸承(NNU4900K、NN3000K)，特點(diǎn)是內(nèi)孔為l：12的錐孔，與主軸的錐形軸頸相配合，軸向移動內(nèi)圈，可把內(nèi)圈脹大，以消除徑向間隙或預(yù)緊，這種軸承只能承受徑向載荷。線接觸的滾子軸承比點(diǎn)接觸的球軸承剛度高，但在一定溫升下允許的轉(zhuǎn)速較低。主軸軸承，主要應(yīng)根據(jù)精度、剛度和轉(zhuǎn)速來選擇。角接觸軸承包括角接觸球軸承和圓錐滾子軸承，兼起徑向和推力支承的作用。滾動軸承根據(jù)滾動體的結(jié)構(gòu)分為球軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承三大類。這時(shí)用滾動軸承可以用潤滑脂潤滑，以避免漏油。滾動軸承有專業(yè)化工廠生產(chǎn)，選購維修方便，在數(shù)控機(jī)床上被廣泛采用。在數(shù)控機(jī)床主軸上常用的軸承有滾動軸承和滑動軸承。為了能夠通過更大的棒料，車床的中空希望大些，但受剛度條件的影響和限制，孔徑一般不宜超過外徑的70%[6]。為了便于裝配，主軸通常做成階梯形的，主軸的結(jié)構(gòu)和形狀與主軸上所安裝的傳動件，軸承等零件的類型，數(shù)量，位置和安裝方法有直接的關(guān)系。 主軸的結(jié)構(gòu)為了提高剛度，主軸的直徑應(yīng)該大些。主軸材料的選擇主要根據(jù)耐磨性和熱處理變形來考慮。主軸的形狀，尺寸確定之后，剛度主要取決于材料的彈性模量。 材料和熱處理主軸承載后允許的彈性變形很小，引起的應(yīng)力通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼的強(qiáng)度極限。對精度有影響的首先是軸承，其次是安置刀，夾具和工件的部位，如錐孔，定心軸徑等。研究如何減少主軸組件的發(fā)熱，如何控制溫度，是高精度機(jī)床主軸組件的研究的主要課題之一。前后軸承的溫度不同，還會導(dǎo)致主軸軸線傾斜。溫度是使?jié)櫥驼扯冉档?，降低了軸承的承載能力。 升溫和熱變形主軸組件工作時(shí)因各相對運(yùn)動的處的摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生溫升，從而使主軸組件的形狀和位置發(fā)生變化（熱變形）。影響抗振性的因素主要有主軸組件的靜剛度，質(zhì)量分布和阻尼（特別是主軸前支撐的阻尼）主軸的固有頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于激動力的頻率，以使它不易發(fā)生共振。 抗振性主軸組件工作時(shí)產(chǎn)生震動會降低工件的表面質(zhì)量和刀具耐用度，縮短主軸軸承壽命，還會產(chǎn)生噪聲影響環(huán)境。影響主軸組件彎曲剛度的因素很多，如主軸的尺寸和形狀，滾動軸承的型號，數(shù)量，配置形式和欲緊，前后支撐的距離和主軸前端的懸伸量，傳動件的布置方式，主軸組件的制造和裝配質(zhì)量等。通用（包括數(shù)控）機(jī)床的旋轉(zhuǎn)精度已有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可循。主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度主要取決于各主要件，如主軸，軸承，箱體孔的的制造，裝配和調(diào)整精度。因此，對于主軸組件，有許多特殊要求。對車床主軸組件的要求，和一般傳動軸組件有共同之處，就是都要在一定的轉(zhuǎn)速下傳遞一定的扭矩；都要保證軸上的傳動件和軸承正常的工作條件。車床工作時(shí)，由主軸夾持著工件直接參加表面成形運(yùn)動。 設(shè)計(jì)參數(shù)參數(shù)：P=，n=1450r/min，切削力為850N43數(shù)控車床主軸關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)與應(yīng)力分析第二章 對主軸組件的要求 基本要求主軸組件是機(jī)床的重要組成部分之一。主軸前后的受力不同，故要選用不同的軸承。 車床主軸組件的三維建模1．零件圖的繪制；2．標(biāo)準(zhǔn)件的選用；3．裝配圖繪制； 主軸的ANSYS分析1．三維建模；2．網(wǎng)格劃分；3．加載約束和載荷；4．應(yīng)力分析結(jié)果； 設(shè)計(jì)前提 設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)為數(shù)控車床主軸關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)與應(yīng)力分析，關(guān)鍵零部件主要由主軸箱，主軸，電動機(jī)等組成。包括前軸頸直徑D1，主軸內(nèi)徑d，主軸懸伸量a，主軸支承跨距等。在本論文第三章有詳細(xì)敘述。2．車床主軸常用滾動軸承。要綜合考慮設(shè)計(jì)零件的應(yīng)力，應(yīng)變，彎曲變形等問題。在本論文第八章有詳細(xì)敘述，在此不作深入探討。 課題的研究方法1．結(jié)合數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)手冊對數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)；（1）數(shù)控車床的主軸設(shè)計(jì)；（2）軸承設(shè)計(jì)；（3）密封設(shè)計(jì)；（4）各零件的定位設(shè)計(jì)；（5）箱體的設(shè)計(jì)；（6）傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；2．用SOLIDWORKS對所涉及的數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵零部件進(jìn)行三維建模；在本論文第七章有詳細(xì)敘述，在此不作深入探討。綜合以上文獻(xiàn)資料可以發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)國外對機(jī)床動靜態(tài)特性的研究十分活躍，前人在這方面做了大量的工作，數(shù)控車床的動靜態(tài)分析提供了參考。 廣東工業(yè)大學(xué)胡愛玲對高速主軸動靜態(tài)特性的有限元分析進(jìn)行了研究，該課題主要以高速大功率的鏜銑加工中心電主軸為研究目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)電主軸的高速、高加工精度入手，對電主軸的動靜態(tài)特性進(jìn)行了研究[3]。建立了主軸系統(tǒng)基于Riccati傳遞矩陣法的質(zhì)量分布梁動力學(xué)模型，獲得了機(jī)床主軸系統(tǒng)橫向振動時(shí)其固有頻率的有關(guān)信息，以及主軸系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響有關(guān)信息。伊朗工程師們用有限元方法分析了在車削過程中車床和工件的穩(wěn)定性，用ANSYS軟件分析了車床整體的動態(tài)特性，并對TN40A車床進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。近20年來計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，主軸的動態(tài)特性研究進(jìn)入了新的階段，各種計(jì)算方法相繼問世，如古典結(jié)構(gòu)分析法、傳遞矩陣法、有限差分法、有限元法和結(jié)構(gòu)修正法等。上世紀(jì)60年代以前，基本上采用經(jīng)驗(yàn)類比法進(jìn)行主軸的結(jié)構(gòu)和動態(tài)性能設(shè)計(jì)。CAD的不斷發(fā)展，使工程師的繪圖工作逐漸簡化，把更大的精力投入產(chǎn)品的設(shè)計(jì)本身，這是設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要前提。至今，CAD軟件已經(jīng)在各行業(yè)工程師中普及。利用計(jì)算機(jī)繪圖軟件對所設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行修改，放大，縮小，平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。工程師所設(shè)計(jì)的方案很多是需要進(jìn)行大量的計(jì)算，分析和比較