【正文】 軸部件由主軸、主軸支承和安裝在主軸上的傳動(dòng)件、密封件等組成，對(duì)于銑床主軸部件還有拉桿和拉抓。 軸設(shè)計(jì)的 特點(diǎn)：在軸系零部件的具體結(jié)構(gòu) 12 未確定之前，軸上力的作用點(diǎn)和支點(diǎn)間的跨距無法精確的確定，故彎距大小和分布情況不能求出，因此在軸的設(shè)計(jì)中必須把軸的強(qiáng)度計(jì)算和軸系零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)交錯(cuò)進(jìn)行，邊畫圖，邊計(jì)算，邊修改。這些參數(shù)直接影響主軸旋轉(zhuǎn)精度和主軸的剛度?？紤]到軸上裝軸承，有配合要求，應(yīng)將后軸頸的直徑圓整到標(biāo)準(zhǔn)直徑，同時(shí)要考慮到選擇軸承的類型，因此選擇后軸頸的直徑 D2=50， 主軸內(nèi)孔直徑 d及拉桿直徑的確定 主軸內(nèi)孔直徑與機(jī)床的類型有關(guān)，主要用來通過棒料、拉桿、鏜桿或頂出頂尖等，銑床主要用于通過拉桿和拉抓，確定孔徑的原則是：為減輕主軸重量在滿足上述工藝要求及不削弱主軸剛度的前提下，盡量取較大值，孔徑 d對(duì)主軸剛度的影響影響是通過抗彎截面慣性矩而體現(xiàn)的，即主軸本身的剛度正比于抗彎截面慣性矩，其關(guān)系式為 Ｉ 空 /Ｉ 實(shí)＝64/64/)(444DdD?? ? ＝１－ 4)(Dd 13 根據(jù)上式可繪制出主軸孔徑對(duì)主軸剛度影響曲線，如圖 41 空/ 實(shí) D— 主軸平均直徑， d— 主軸平均孔徑， 實(shí)K — 直徑為Ｄ實(shí)心主軸剛度 ， 空K — 直徑為Ｄ，孔徑為 d的空 心軸的剛度。此時(shí)Ｉ 空＞ 實(shí)， 即剛度消弱量小于 25%，若孔徑再大主軸剛度急劇下降，一般銑床主軸孔徑 d 可比刀具拉桿直徑大 5～ 10mm。它主要取決于主軸端部結(jié)構(gòu)、前支承軸承和密封裝置的形式和尺寸，由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定。因此在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量縮短該懸伸量。 主軸支承跨距 L的確定 合理確定主軸主要支承間的跨距 L，是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。因此存在一個(gè)最佳跨距 L0，在該跨距時(shí)，因主軸彎曲變形和支承變形引起主軸前軸端的總位移量為最小。 計(jì)算 主軸傳遞的扭矩 根據(jù)電機(jī)的扭矩 — 功率特性圖知，當(dāng)主軸的轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速時(shí)所傳遞的扭矩最大，即 n=nj =1500r/min，則 Tmax = 106 nPmax= 106 = 104 N 選擇軸的材料和熱處理方法 選擇軸的材料為 40Cr，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理 , 其機(jī)械性能有設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 ?b =700Mpa， ?s =500Mpa， ?1? =185Mpa 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 [?1]b =190Mpa 初選軸承 本文所設(shè)計(jì)的銑床主要用于銑削平面和打孔，軸承承受徑向載荷，還承受不大的軸向載荷，故 選擇單列圓錐滾子軸承背對(duì)背的組合。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 擬定軸上零件的裝配方案 `本文所設(shè)計(jì)的主軸要用原有的主軸箱，根據(jù)主軸箱的結(jié)構(gòu)、 軸上零件定位、加工要求以及不同的零件裝配方案，參考軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求，得出如圖所示的軸結(jié)構(gòu)。 確定軸各段的直徑 根據(jù)前面的計(jì)算知：最小直徑 D=45mm，小軸承用鎖緊螺母進(jìn)行軸向固定，所以取軸段 1 外螺紋的直徑 M1 =45mm；根據(jù)軸承的型號(hào)以及與軸的配合關(guān)系，取軸段 2的直徑 D2=50mm。 軸段 5上有兩個(gè)軸套，軸套左側(cè)用于定位小齒輪，中間用來壓緊和定位電磁鐵固定架，考慮到拆卸方便，軸段 5要比軸段 4 大 2～ 3mm，同時(shí)要比軸段 6 小 2～3mm 因此取軸段 5 的直徑 D5 =78mm，軸段 6的直徑 D6 =80mm。 軸段 8是前軸頸，主軸的直徑因與軸承的內(nèi)徑相等，考慮到軸承的型號(hào)以及與主軸的配合關(guān)系，取軸段 8的直徑 D8=95mm，軸承的型號(hào)為 32109。 確定各軸段的長(zhǎng)度 軸段 4 和 6 的長(zhǎng)度要比輪轂寬度（ 38mm）短 2～ 3mm，故這兩處軸段的長(zhǎng)度取為 36mm。 軸段 1和 3有外螺紋，裝徑向鎖緊螺母，故軸段 1和 3的長(zhǎng)度比鎖緊螺母長(zhǎng)2～ 3mm，取軸段 1 的長(zhǎng)度為 ，軸段 3的長(zhǎng)度為 軸段 7主要與軸承套配合，壓緊軸承，為了保證軸承套與大齒輪之間有一定的間隙，取軸段 7 的長(zhǎng)度為 25mm；軸段 8 是 后軸頸，所選軸承的寬度 B=32mm，軸承擋環(huán)的寬度 T=8mm，故取軸段 8 的長(zhǎng)度為 44mm。 主軸內(nèi)孔要裝拉桿、拉刀抓及 BT50 刀柄，整體裝配起來應(yīng)該讓拉桿不要伸出主軸內(nèi)孔太長(zhǎng)，否則銑床的整體動(dòng)剛度不好，根據(jù)主軸和主動(dòng)軸的整體裝配關(guān)系，取軸段 1 的長(zhǎng)度為 ，軸段 5的長(zhǎng)度為 209mm。對(duì)于齒輪，由手冊(cè)查得半圓鍵的截面尺寸寬高直徑 =10 13 32(GB/T10982021)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為 29。 17 確定軸上倒角和退刀槽的尺寸 取主軸前 端的倒角為 4 45176。；所有退刀槽的尺寸為 2 1 主軸剛度的計(jì)算 軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。因此在設(shè)計(jì)重要軸時(shí)，必須檢驗(yàn)軸的變形量，這在軸的設(shè)計(jì)中稱為剛度計(jì)算 剛度計(jì)算包括扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算和彎曲剛度計(jì)算兩種。本文以彎曲剛度校核，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知：[y]=；圓錐滾子軸承處的偏轉(zhuǎn)角 [θ ]＝ 。后懸伸部分不影響剛度。 第五章 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 一般，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，已知的條件是：傳遞的功率 P=，轉(zhuǎn)速 n=40r 19 ／ min— 4000r／ min，傳動(dòng)比暫取 i=；預(yù)定的壽命 5年，每 年工作 300 天，每天 24 小時(shí)。所以通常需要先初步選擇某些參數(shù)，按簡(jiǎn)化計(jì)算方法初步確定出主要尺寸，然后再進(jìn)行精確的校核計(jì)算。 5． 1 主要參數(shù)的選擇 模數(shù) m 模數(shù)由強(qiáng)度計(jì)算或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定，要求圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，傳遞動(dòng)力的齒輪傳動(dòng) m≥ 2。一般取β =80 — 150 ，此處取β =130 。同時(shí)，齒數(shù)多則模數(shù)小、齒頂圓直徑小，并且又能減小金屬切削量，節(jié)省材料，降低加工成本。 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 、選擇材料 查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)，小齒輪： 20CrMnTi， 滲碳淬火 ，硬度 45～ 55HRC 大齒輪： 20CrMnTi， 滲碳淬火， 硬度 45～ 55HRC 按 MQ 級(jí)質(zhì)量要求取值，查得 ? 1limH =780N/mm2 ， ? 2limH =820N/mm2 ； ?1FE =620 N/mm2 ， ?2FE =640 N/mm2 。 2439。 傳動(dòng)比 i =zz12 =4275 =，此值與初選齒數(shù)比相差不大，故不必重新計(jì)算 許用彎曲應(yīng)力 [?F] 當(dāng)量齒數(shù) zv為： zv1=?31cosz== zv2 =?32cosz== 根據(jù)當(dāng)量齒數(shù)查得：齒形系數(shù) YF1 =， YF2 = 應(yīng)力修正系數(shù) YS1 =， YS2 = 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N2 =60n j Lh =60 1200 1（ 5 330 24） = 109 N1 =N2 i = 109 =5 109 21 根據(jù) N N2查得： YN1=， YN2= 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得：安全系數(shù) SF= 根據(jù)公式 [?F]= SYFFN? lim 得：許用彎曲應(yīng)力 [?F]1 = SYFFN? lim1 = ? =393Mpa [?F]2 = SYFFN ? lim2 = ? =389Mpa 5． 2． 主要尺寸的計(jì)算 分度圓直徑 d： d1 = ?cos 1zmn = ? = d2 = ?cos 2zmn = ? = 齒寬 b b =?a a= 150= 取 b1=b2=38mm 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 ?H = ??211 )1(bdKT ? ≤ [?H ] 確定有關(guān)系數(shù)和參數(shù) 許用接觸應(yīng)力 [?H] 查機(jī)械設(shè)計(jì)手 冊(cè)得 ? 1limH =? 2limH =850Mpa，安全系數(shù) SH = 根據(jù) N1 、 N2 查得 zN1 =， zN2 = 許用彎曲應(yīng)力 [?H ]1 = SZHHN? 1lim1 = ? =609Mpa 22 [?H]2 = SZHHN ? 2lim2 = ? =623Mpa 查設(shè)計(jì)手冊(cè)得：彈性系數(shù) ZE=，故 ?H = )( 24 ?? ???? = ?H ＜ [?H ]1 ，齒面接觸疲勞強(qiáng)度合格。 第六章 軸承的設(shè)計(jì)與計(jì)算 軸承是當(dāng)代機(jī)械設(shè)備中一種舉足輕重的零部件。按運(yùn)動(dòng)元件摩擦性質(zhì)的不同，軸承可分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩類。也可以說，當(dāng)其它機(jī)件在軸上彼此產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，用來降低動(dòng)力傳遞過程中的摩擦系數(shù)和保持軸中心位置固定的機(jī)件。它的主要功能是支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)體，用以降低設(shè)備在傳動(dòng)過程中的機(jī)械載荷摩擦系數(shù)。軸承承受徑向載荷的同時(shí)，還承受不大的軸向載荷，根據(jù)軸承承受載荷的特性，選擇單列圓錐滾子軸承的背對(duì)背的組合方式。 32109 型軸承基本額定動(dòng)載荷 Cr=175KN， e=， Y =。 當(dāng)帶繞在輪上時(shí)，帶的任一邊都受到相同的初拉力 。由于摩擦力的作用，帶繞主動(dòng)輪的一邊被拉緊，稱為緊邊；帶繞從動(dòng)輪的一邊被放松，稱為松邊 。 則大帶輪的齒數(shù) z2= zi1=46 小帶輪的節(jié)圓直徑 d1 d1 = ?pz b1 = ?823? = 查表得其外徑 da1 =d1 2δ == 其中 2δ為節(jié)根距 大帶輪節(jié)圓直徑 d2 d2 = ?pz b2 = ?1546? = 查表得其外徑 da2 = ?22?d =— = 帶的傳動(dòng)速度 v 26 v = 100060 11? nd? = 100060 ? ??? = 確定帶的中心距 初定軸間距 a0 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知 （ d1+d2）≤ a0≤ 2(d1+d2) 同時(shí)根據(jù)對(duì)銑床產(chǎn)品的測(cè)繪和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)初定 a0=160mm 帶長(zhǎng)及其齒數(shù)的確定 L0 =2a0 ＋ 2? (d1 +d2 )＋ add02124 )( ? =2 160＋ (＋ ) ＋（ — ）／ 4 160 =320＋ ＋ = 查表應(yīng)選用帶長(zhǎng)代號(hào)為 600 的 8M 型同步帶，其節(jié)線長(zhǎng)度 Lp=600mm，節(jié)線長(zhǎng)上的齒數(shù) z =75 實(shí)際軸間距 a ，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的軸間距可調(diào)整 M=4Lp— 2π（ d1+d2） =4 600— （ ＋ ） =2400— = a ? （ M ＋ 2122 )(32 ddM ?? /16 =[＋ 22 )( 2 9 6 ?? ]/16 = 選擇帶的類型 嚙合齒數(shù)的確定 zm =ent(— add6 12? )z1 =ent（ — ? ? ） 23 ==10 27 基本額定功率 p0的確定 根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速和節(jié)圓直徑查表知 p0= 所需的 帶寬 bs bs ≥ bs0 0pkkpzLd 其中： bs0— 帶的基本寬度表 71查得 表 71 帶型 3M 5M 8M 14M 20M bs0/mm 6 9 20 40 115 kL— 帶長(zhǎng)系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知 kL= 當(dāng) zm＜ 6 時(shí) kz