毕业设计（论文）-普通中型车床主轴箱设计.doc

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1、普通车床主轴箱设计 第 1 页 共 69 页 毕 业 设 计 (论 文) 专专 业业 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 班班 级级 0505 机械机械(4)(4)班班 学生姓名学生姓名 学学 号号 课课 题题 车床主轴箱设计车床主轴箱设计 指导教师指导教师 20102010 1010 月月 2121 日日 普通车床主轴箱设计 第 2 页 共 69 页 摘要摘要 普通中型车床主轴箱设计普通中型车床主轴箱设计 普通中型车床主轴箱设计，主要包括三方面的设计，即：根据设计题目所 给定的机床用途、规格、主轴极限转速、转速数列公比或级数，确定其他有关 运动参数，选定主轴各级转速值；通过分析比较

2、，选择传动方案；拟定结构式 或结构网，拟定转速图；确定齿轮齿数及带轮直径；绘制传动系统图。其次， 根据机床类型和电动机功率，确定主轴及各传动件的计算转速，初定传动轴直 径、齿轮模数，确定传动带型号及根数，摩擦片尺寸及数目；装配草图完成后 要验算传动件（传动轴、主轴、齿轮、滚动轴承）的刚度、强度或寿命。最后， 完成运动设计和动力设计后，要将主传动方案“结构化” ，设计主轴变速箱装配 图及零件图，侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、箱体、润滑与密封、 传动轴及滑移齿轮零件的设计。 【关键词】车床、主轴箱、变速系统、主轴组件。 普通车床主轴箱设计 第 3 页 共 69 页 目录目录 目录目录4

3、1、绪论、绪论10 2设计计算设计计算11 2.1 普通车床的规格 11 2.1.1 车床的规格系列和用处11 2.1.2 操作性能要求.11 3.主动参数参数的拟定主动参数参数的拟定.11 3.1 确定传动公比11 3.2 主电动机的选择12 4.变速结构的设计变速结构的设计.13 4.1 主变速方案拟定13 4.2 变速结构式、结构网的选择13 4.2.1 确定变速组及各变速组中变速副的数目.13 4.2.2 变速式的拟定.14 4.2.3 结构式的拟定.14 4.2.4 结构网的拟定.15 4.2.5 结构式的拟定.15 4.2.6 结构式的拟定.15 4.2.7 确定各变速组变速副齿数

4、.17 4.2.8 绘制变速系统图.18 5.结构设计结构设计.19 5.1 结构设计的内容、技术要求和方案19 5.2 展开图及其布置19 5.3 I 轴（输入轴）的设计20 5.4 齿轮块设计20 5.5 传动轴的设计21 5.6 主轴组件设计22 5.6.1 各部分尺寸的选择.22 5.6.2 主轴材料和热处理.23 5.6.3 主轴轴承.23 5.6.4 主轴与齿轮的连接.24 5.6.5 润滑与密封.25 5.6.6 其他问题.25 6.传动件的设计传动件的设计.25 6.1 带轮的设计25 普通车床主轴箱设计 第 4 页 共 69 页 6.2 传动轴的直径估算28 6.2.1 确定

5、各轴转速.28 6.2.2 传动轴直径的估算：确定各轴最小直径29 6.2.3 键的选择.30 6.3 传动轴的校核30 6.3.1 传动轴的校核.31 6.3.2 键的校核.31 6.4 各变速组齿轮模数的确定和校核.32 6.4.1 齿轮模数的确定：.32 6.4.2 齿宽的确定.36 6.4.3 齿轮结构的设计，.37 6.5 带轮结构设计38 6.6 片式摩擦离合器的选择和计算39 6.7 齿轮校验41 齿轮强度校核 41 6.7.1 校核 a 变速组齿轮.42 6.7.2 校核 b 变速组齿轮.43 6.7.3 校核 c 变速组齿轮.44 6.8 轴承的选用与校核46 6.8.1 各

6、轴轴承的选用.46 6.8.2 各轴轴承的校核.46 7.主轴组件设计主轴组件设计.47 7.1 主轴的基本尺寸确定48 7.1.1 外径尺寸 D.48 7.1.2 主轴孔径 d48 7.1.3 主轴悬伸量 a49 7.1.4 支撑跨距 L .50 7.1.5 主轴最佳跨距的确定51 0 L 7.2 主轴刚度验算53 7.2.1 主轴前支撑转角的验算；.53 7.2.2 主轴前端位移的验算；.55 8.总结和展望.58 8.1 本文工作总结 58 8.2 课题展望 59 参考文献60 致 谢61 附录62 普通车床主轴箱设计 第 5 页 共 69 页 普通车床主轴箱设计普通车床主轴箱设计 机械

7、与电气工程学院 机械设计制造及其自动化专业 05 机械 4 班 夏遵超 指导老师 魏常武 1、绪论、绪论 机床技术参数有主参数和基本参数，他们是运动传动和结构设计的依据， 影响到机床是否满足所需要的基本功能要求，参数拟定就是机床性能设计。主 参数是直接反映机床的加工能力、决定和影响其他基本参数的依据，如车床的 最大加工直径，一般在设计题目中给定，基本参数是一些加工件尺寸、机床结 构、运动和动力特性有关的参数，可归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数。 通用车床工艺范围广，所加工的工件形状、尺寸和材料各不相同，有粗加 工又有精加工；用硬质合金刀具又用高速钢刀具。因此，必须对所设计的机床 工艺范围和使

8、用情况做全面的调研和统计，依据某些典型工艺和加工对象，兼 顾其他的可能工艺加工的要求，拟定机床技术参数，拟定参数时，要考虑机床 发展趋势和同国内外同类机床的对比，使拟定的参数最大限度地适应各种不同 的工艺要求和达到机床加工能力下经济合理。 机床主传动系因机床的类型、性能、规格和尺寸等因素的不同，应满足的 要求也不一样。设计机床主传动系时最基本的原则就是以最经济、合理的方式 满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行具体分析，一般应满足的基本 要求有：满足机床使用性能要求。首先应满足机床的运动特性，如机床主轴油 足够的转速范围和转速级数；满足机床传递动力的要求。主电动机和传动机构 能提供足够的功

9、率和转矩，具有较高的传动效率；满足机床工作性能要求。主 传动中所有零部件有足够的刚度、精度和抗震性，热变形特性稳定；满足产品 的经济性要求。传动链尽可能简短，零件数目要少，以便节约材料，降低成本。 普通车床主轴箱设计 第 6 页 共 69 页 2设计计算设计计算 2.1 普通车床的规格普通车床的规格 2.1.1 车床的规格系列和用处车床的规格系列和用处 普通机床的规格和类型有系列型号作为设计时应该遵照的基础。因此，对 这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计的是普通型车床主轴变速箱。主 要用于加工回转体。 表 1.1 车床的主参数（规格尺寸）和基本参数表 工件最大回转直 径 (mm) max

10、D 最高转速 ( ) max nminr 最低转速 ( min n )minr 工件材料公比 320180040 钢铁材料 1.41 2.1.2 操作性能要求操作性能要求 1）具有皮带轮卸荷装置 2）手动操纵双向片式摩擦离合器实现主轴的正反转及停止运动要求 3）主轴的变速由变速手柄完成 3.主动参数参数的拟定主动参数参数的拟定 3.1 确定传动公比确定传动公比 根据机械制造装备设计83 页式 2-2 可知： ， 1 max min 1800 45 40 z n n R n 所以 lglg45 1112 lglg1.41 n R z 因为=1.41=1.06 ，根据机械制造装备设计83 页表 2

11、-5。首先找到最小极 6 限转速 40，再每跳过 5 个数（）取一个转速，即可得到公比为 1.41 6 1.411.06 普通车床主轴箱设计 第 7 页 共 69 页 的数列：40，56，80，112，160，224， 315，450，630，900，1250， 1800. 3.2 主电动机的选择主电动机的选择 合理的确定电机功率 P，使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要， 又不致使电机经常轻载而降低功率因素。 现在以常见的中碳钢为工件材料，取 45 号钢，正火处理，车削外圆，表面 粗糙度=3.2mm。采用车刀具，可转位外圆车刀，刀杆尺寸：16mm 25mm。刀 a R 具几何参数：=1

12、5 ，=6 ，=75 ，=15 ，=0 ，=- 0 o 0 o r o r o o 01 10 ，b=0.3mm，r =1mm。 o 1re 现以确定粗车是的切削用量为设计： 确定背吃刀量和进给量 f，根据【2】表 8-50，取 4mm，f 取 0.6 p a 444 P p a 。rmm 确定切削速度，参【2】表 8-57，取 V =1.7。 448 P c sm 机床功率的计算， 主切削力的计算 根据【2】-表 8-59 和表 8-60，主切削力的计算 449 P 450 P 公式及有关参数： F =9.81 Z Fc n 60 Fc C Fc Z a Fc Z f Fc Z v Fc K

13、 =9.81270 40.92 0.95 15 . 0 60 75 . 0 6 . 0 15 . 0 7 . 1 =3242（N） 切削功率的计算 =3242 1.7=5.5（kW） c P c F c v 3 10 3 10 依照一般情况，取机床变速效率=0.8. =6.86(kW) Z P 8 . 0 5 . 5 根据【3】表 12-1 Y 系列（IP44）电动机的技术数据,Y 系列 167 P （IP44）电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型异步电动机，具有防尘埃、 铁屑或其他杂物侵入电动机内部的特点，B 级绝缘，工业环境温度不超过 +40，相对湿度不超过 95%，海拔高度不超过 1000

14、m，额定电压 380V，频 率 50Hz。适用于无特殊要求的机械上，如机床，泵，风机，搅拌机，运输 机，农业机械等。 根据以上要求，我们选取 Y132M-4 型三相异步电动机，额定功率 7.5kW,满 普通车床主轴箱设计 第 8 页 共 69 页 载转速 1440，额定转矩 2.2，质量 81kg。minr 至此，可得到上表 1.1 中的车床参数。 根据机械工程及自动化简明设计手册 （上册）32 页表 2-2，选取 Y132S2-2 型三相异步电动机，额定功率 7.5KW 满载转速 2900r/min, 额定转 矩 2.2. 4.变速结构的设计变速结构的设计 4.1 主变速方案拟定主变速方案拟

15、定 拟定变速方案，包括变速型式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个 变速系统的确定。变速型式则指变速和变速的元件、机构以及组成、安排不同 特点的变速型式、变速类型。 变速方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。因此， 确定变速方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。 变速方案有多种，变速型式更是众多，比如：变速型式上有集中变速，分 离变速；扩大变速范围可用增加变速组数，也可采用背轮结构、分支变速等型 式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。 显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。此次设计中，我们 采用集中变速型式的主轴变速箱

16、。 4.2 变速结构式、结构网的选择变速结构式、结构网的选择 结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的变速不失为有用的方法， 但对于分析复杂的变速并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。 4.2.1 确定变速组及各变速组中变速副的数目确定变速组及各变速组中变速副的数目 数为 Z 的变速系统由若干个顺序的变速组组成，各变速组分别有、 Z 个变速副。即 Z 321 ZZZZ 变速副中由于结构的限制以 2 或 3 为合适，即变速级数 Z 应为 2 和 3 的因 子： ，可以有三种方案： ba Z 32212, 23212, 22312 普通车床主轴箱设计 第 9 页 共 69 页 4.2.2 变速

17、式的拟定变速式的拟定 12 级转速变速系统的变速组，选择变速组安排方式时，考虑到机床主轴变 速箱的具体结构、装置和性能。 在轴如果安置换向摩擦离合器时，为减少轴向尺寸，第一变速组的变速 副数不能多，以 2 为宜。 主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大，因此主轴上齿轮少些为好。最 后一个变速组的变速副数常选用 2。 综上所述，变速式为 12=232。 4.2.3 结构式的拟定结构式的拟定 对于 12=232 传动式，有 6 种结构式和对应的结构网。分别为： ， ， ， 由于本次设计的机床 I 轴装有摩擦离合器，在结构上要求有一齿轮的齿根 圆大于离合器的直径。初选的方案。 126 12232 从电

18、动机到主轴主要为降速变速，若使变速副较多的变速组放在较接近电 动机处可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，节省材料，也就是满足变速副 前多后少的原则，因此取 12=232 方案为好。 设计车床主变速传动系时，为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺 寸，在降速变速中，一般限制限制最小变速比 ；为避免扩大传动误41 min u 差，减少震动噪声，在升速时一般限制最大转速比。斜齿圆柱齿轮传动2 max u 较平稳，可取。因此在主变速链任一变速组的最大变速范围5 . 2 max u 。在设计时必须保证中间变速轴的变)108(25 . 0 )5 . 22( minmaxmax uuR 速范围最小。 4.

19、2.4 结构网的拟定结构网的拟定 根据中间变速轴变速范围小的原则选择结构网。从而确定结构网如下： 普通车床主轴箱设计 第 10 页 共 69 页 4.2.5 结构式的拟定结构式的拟定 主轴的变速范围应等于住变速传动系中各个变速组变速范围的乘积，即： in RRRRR 210 检查变速组的变速范围是否超过极限值时，只需检查最后一个扩大组。因为其 他变速组的变速范围都比最后扩大组的小，只要最后扩大组的变速范围不超过 极限值，其他变速组就不会超过极限值。 22 (1) 2 XP R 其中， 41 . 1 6 2 X2 2 P ，符合要求。 6 1 2 1.418810R : 4.2.6 结构式的拟定

20、结构式的拟定 绘制转速图 、选择 Y132M-4 型 Y 系列笼式三相异步电动机。 、分配总降速变速比 总降速变速比 min /40/ 29000.0138 d inn 普通车床主轴箱设计 第 11 页 共 69 页 又电动机转速不符合转速数列标准，因而增加一定比变速2900 / min d nr 副。 、确定变速轴轴数 变速轴轴数 = 变速组数 + 定比变速副数 + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。 、确定各级转速 由、z = 12 确定各级转速：40 / min mim nr41 . 1 1800、1250、900、630、450、315、224、160、112、80、56、40r/m

21、in。 、绘制转速图 在五根轴中，除去电动机轴，其余四轴按变速顺序依次设为 、（主轴） 。与、与、与轴之间的变速组分别设为 a、b、c。现由（主轴）开始，确定、轴的转速： 先来确定轴的转速 变速组 c 的变速范围为，结合结构式，10, 8841 . 1 max 66 R 轴的转速只有一种可能： 160、224、315、450、630、900r/min。 确定轴的转速 变速组 b 的级比指数为 2，希望中间轴转速较小，因而为了避免升速，又 不致变速比太小，可取 ，4/1/1 4 1 i b2/141 . 1 /1 2 2 i b11/1 3 i b 轴的转速确定为：630、900r/min。 确

22、定轴的转速 对于轴，其级比指数为 1,可取 ， 2/1/1 2 1 i a41 . 1 /1/1 2 i a 确定轴转速为 1250r/min。 由此也可确定加在电动机与主轴之间的定变速比。下2900/12502.32i 面画出转速图（电动机转速与主轴最高转速相近） 。 普通车床主轴箱设计 第 12 页 共 69 页 传动系统的转速图 电动机 4.2.7 确定各变速组变速副齿数确定各变速组变速副齿数 一般在主传动中，最小齿数应大于 1820。采用三联滑移齿轮时，应检查 滑移齿轮之间的齿数关系：三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等 于 4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。 1、 变速组 a:

23、 ，；2/1/1 2 1 i a41 . 1 /1/1 2 i a 根据实用机床设计手册84 页表 6-4： 时：57、60、63、66、69、72、75、782/1/1 2 1 i a z S 时：41 . 1 /1/1 2 i a 58、60、63、65、67、68、70、72、73、77 z S 可取84,于是可得轴齿轮齿数分别为：28、35。 z S 于是， 56/28 1 a i49/35 2 a i 可得轴上的三联齿轮齿数分别为：56、49。 、变速组 b: ，,4/1/1 4 1 i b2/1 2 i b11/1 3 i b 时：87、89、90、91、924/1/1 4 1 i

24、 b z S 时：87、89、90、912/1 2 i b z S 普通车床主轴箱设计 第 13 页 共 69 页 时：86、88、90、9111/1 2 i b z S 可取 90，于是可得轴上两联齿轮的齿数分别为：18、30、45。 z S 于是 ，得轴上两齿轮的齿数分别为：72/18 1 i b60/30 2 i b45/45 2 i b 72，60、45。 、变速组 c: ,4/1 1 i c2 2 c i 时：、85、89、90、94、95、1084/1 1 i c z S 时： 84、87、89、90、1082 2 c i z S 可取 108. z S 为降速变速，取轴齿轮齿数为

25、 22；4/1 1 i c 为升速变速，取轴齿轮齿数为 36。2 2 i c 于是得,86/22 1 i c36/72 2 i c 得轴两联动齿轮的齿数分别为 22，72； 得轴两齿轮齿数分别为 86，36。 4.2.8 绘制变速系统图绘制变速系统图 根据轴数，齿轮副，电动机等已知条件可有如下系统图： 普通车床主轴箱设计 第 14 页 共 69 页 变速系统图 5.结构设计结构设计 5.1 结构设计的内容、技术要求和方案结构设计的内容、技术要求和方案 设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、带轮、齿轮、离合器 和制动器等） 、主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结件的结构设 计与

26、布置，用一张展开图和若干张横截面图表示。 主轴变速箱是机床的重要部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外， 着重考虑以下几个方面的问题：精度方面的要求，刚度和抗震性的要求，传动 效率要求，主轴前轴承处温度和温升的控制，结构工艺性，操作方便、安全、 可靠原则，遵循标准化和通用化的原则。 主轴变速箱结构设计时整个机床设计的重点，由于结构复杂，设计中不可 避免要经过反复思考和多次修改。在正式画图前应该先画草图。目的是： 1）布置传动件及选择结构方案。 2）检验传动设计的结果中有无干涉、碰撞或其他不合理的情况，以便 及时改正。 3）确定传动轴的支承跨距、齿轮在轴上的位置以及各轴的相对位置， 以确定各

27、轴的受力点和受力方向，为轴和轴承的验算提供必要的数据。 5.2 展开图及其展开图及其布布置置 展开图就是按照传动轴传递运动的先后顺序，假想将各轴沿其轴线剖开并 普通车床主轴箱设计 第 15 页 共 69 页 将这些剖切面平整展开在同一个平面上。 I 轴上装的摩擦离合器和变速齿轮。有两种布置方案，一是将两级变速齿 轮和离合器做成一体。齿轮的直径受到离合器内径的约束，齿根圆的直径必须 大于离合器的外径，否则齿轮无法加工。这样轴的间距加大。另一种布置方案 是离合器的左右部分分别装在同轴线的轴上，左边部分接通，得到一级反向转 动，右边接通得到三级正向转动。这种齿轮尺寸小但轴向尺寸大。我们采用第 二种方

28、案，通过空心轴中的拉杆来操纵离合器的结构。 总布置时需要考虑制动器的位置。制动器可以布置在背轮轴上也可以放在 其他轴上。制动器不要放在转速太低轴上，以免制动扭矩太大，使制动器尺寸 增大。 齿轮在轴上布置很重要，关系到变速箱的轴向尺寸，减少轴向尺寸有利于 提高刚度和减小体积。 5.3 I 轴（输入轴）的设计轴（输入轴）的设计 将运动带入变速箱的带轮一般都安装在轴端，轴变形较大，结构上应注意 加强轴的刚度或使轴部受带轮的拉力（采用卸荷装置） 。I 轴上装有摩擦离合器， 由于组成离合器的零件很多，装配很不方便，一般都是在箱外组装好 I 轴在整 体装入箱内。我们采用的卸荷装置一般是把轴承装载法兰盘上，

29、通过法兰盘将 带轮的拉力传递到箱壁上。 车床上的反转一般用于加工螺纹时退刀。车螺纹时，换向频率较高。实现 正反转的变换方案很多，我们采用正反向离合器。正反向的转换在不停车的状 态下进行，常采用片式摩擦离合器。由于装在箱内，一般采用湿式。 在确定轴向尺寸时，摩擦片不压紧时，应留有 0.20.4的间隙，间隙mm 应能调整。 离合器及其压紧装置中有三点值得注意： 1）摩擦片的轴向定位：由两个带花键孔的圆盘实现。其中一个圆盘装 在花键上，另一个装在花键轴上的一个环形沟槽里，并转过一个花键齿， 和轴上的花键对正，然后用螺钉把错开的两个圆盘连接在一起。这样就 限制了轴向和周向的两个自由度，起了定位作用。

30、2）摩擦片的压紧由加力环的轴向移动实现，在轴系上形成了弹性力的 封闭系统，不增加轴承轴向复合。 3）结构设计时应使加力环推动摆杆和钢球的运动是不可逆的，即操纵 力撤消后，有自锁作用。 I 轴上装有摩擦离合器，两端的齿轮是空套在轴上，当离合器接通时才和 轴一起转动。但脱开的另一端齿轮，与轴回转方向是相反的，二者的相对转速 很高（约为两倍左右） 。结构设计时应考虑这点。 齿轮与轴之间的轴承可以用滚动轴承也可以用滑动轴承。滑动轴承在一些 性能和维修上不如滚动轴承，但它的径向尺寸小。 空套齿轮需要有轴向定位，轴承需要润滑。 普通车床主轴箱设计 第 16 页 共 69 页 5.4 齿轮块设计齿轮块设计

31、齿轮是变速箱中的重要元件。齿轮同时啮合的齿数是周期性变化的。也就 是说，作用在一个齿轮上的载荷是变化的。同时由于齿轮制造及安装误差等， 不可避免要产生动载荷而引起振动和噪音，常成为变速箱的主要噪声源，并影 响主轴回转均匀性。在齿轮块设计时，应充分考虑这些问题。 齿轮块的结构形式很多，取决于下列有关因素： 1） 是固定齿轮还是滑移齿轮； 2） 移动滑移齿轮的方法； 3） 齿轮精度和加工方法； 变速箱中齿轮用于传递动力和运动。它的精度选择主要取决于圆周速度。 采用同一精度时，圆周速度越高，振动和噪声越大，根据实际结果得知，圆周 速度会增加一倍，噪声约增大 6dB。 工作平稳性和接触误差对振动和噪声

32、的影响比运动误差要大，所以这两项 精度应选高一级。 为了控制噪声，机床上主传动齿轮都要选用较高的精度。大都是用 76 6，圆周速度很低的，才选 877。如果噪声要求很严，或一些关键齿轮，就 应选 655。当精度从 766 提高到 655 时，制造费用将显著提高。 不同精度等级的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构要求也有所不同。 8 级精度齿轮，一般滚齿或插齿就可以达到。 7 级精度齿轮，用较高精度滚齿机或插齿机可以达到。但淬火后，由于变 形，精度将下降。因此，需要淬火的 7 级齿轮一般滚（插）后要剃齿，使精度 高于 7，或者淬火后在衍齿。 6 级精度的齿轮，用精密滚齿机可以达到。淬火齿轮，必须

33、磨齿才能达到 6 级。 机床主轴变速箱中齿轮齿部一般都需要淬火。 滑移齿轮进出啮合的一端要圆齿，有规定的形状和尺寸。圆齿和倒角性质 不同，加工方法和画法也不一样，应予注意。 选择齿轮块的结构要考虑毛坯形式（棒料、自由锻或模锻）和机械加工时 的安装和定位基面。尽可能做到省工、省料又易于保证精度。 齿轮磨齿时，要求有较大的空刀（砂轮）距离，因此多联齿轮不便于做成 整体的，一般都做成组合的齿轮块。有时为了缩短轴向尺寸，也有用组合齿轮 的。 要保证正确啮合，齿轮在轴上的位置应该可靠。滑移齿轮在轴向位置由操 纵机构中的定位槽、定位孔或其他方式保证，一般在装配时最后调整确定。 5.5 传动轴的设计传动轴的

34、设计 机床传动轴，广泛采用滚动轴承作支撑。轴上要安装齿轮、离合器和制动 器等。传动轴应保证这些传动件或机构能正常工作。 首先传动轴应有足够的强度、刚度。如挠度和倾角过大，将使齿轮啮合不 良，轴承工作条件恶化，使振动、噪声、空载功率、磨损和发热增大；两轴中 心距误差和轴芯线间的平行度等装配及加工误差也会引起上述问题。 普通车床主轴箱设计 第 17 页 共 69 页 传动轴可以是光轴也可以是花键轴。成批生产中，有专门加工花键的铣床 和磨床，工艺上并无困难。所以装滑移齿轮的轴都采用花键轴，不装滑移齿轮 的轴也常采用花键轴。 花键轴承载能力高，加工和装配也比带单键的光轴方便。 轴的部分长度上的花键，在

35、终端有一段不是全高，不能和花键空配合。这 是加工时的过滤部分。一般尺寸花键的滚刀直径为 6585。 刀 Dmm 机床传动轴常采用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴承。在温升、空载功率和 噪声等方面，球轴承都比滚锥轴承优越。而且滚锥轴承对轴的刚度、支撑孔的 加工精度要求都比较高。因此球轴承用的更多。但是滚锥轴承内外圈可以分开， 装配方便，间隙容易调整。所以有时在没有轴向力时，也常采用这种轴承。选 择轴承的型号和尺寸，首先取决于承载能力，但也要考虑其他结构条件。 同一轴心线的箱体支撑直径安排要充分考虑镗孔工艺。成批生产中，广泛 采用定径镗刀和可调镗刀头。在箱外调整好镗刀尺寸，可以提高生产率和加工 精度。还

36、常采用同一镗刀杆安装多刀同时加工几个同心孔的工艺。下面分析几 种镗孔方式：对于支撑跨距长的箱体孔，要从两边同时进行加工；支撑跨距比 较短的，可以从一边（丛大孔方面进刀）伸进镗杆，同时加工各孔；对中间孔 径比两端大的箱体，镗中间孔必须在箱内调刀，设计时应尽可能避免。 既要满足承载能力的要求，又要符合孔加工工艺，可以用轻、中或重系列 轴承来达到支撑孔直径的安排要求。 两孔间的最小壁厚，不得小于 510，以免加工时孔变形。mm 花键轴两端装轴承的轴颈尺寸至少有一个应小于花键的内径。 一般传动轴上轴承选用级精度。G 传动轴必须在箱体内保持准确位置，才能保证装在轴上各传动件的位置正 确性，不论轴是否转动

37、，是否受轴向力，都必须有轴向定位。对受轴向力的轴， 其轴向定位就更重要。 回转的轴向定位（包括轴承在轴上定位和在箱体孔中定位）在选择定位方 式时应注意： 1）轴的长度。长轴要考虑热伸长的问题，宜由一端定位。 2）轴承的间隙是否需要调整。 3）整个轴的轴向位置是否需要调整。 4）在有轴向载荷的情况下不宜采用弹簧卡圈。 5）加工和装配的工艺性等。 5.6 主轴组件设计主轴组件设计 主轴组件结构复杂，技术要求高。安装工件（车床）或者刀具（铣床、钻 床等）的主轴参予切削成形运动，因此它的精度和性能直接影响加工质量（加 工精度和表面粗糙度） ，设计时主要围绕着保证精度、刚度和抗振性，减少温升 和热变形等

38、几个方面考虑。 普通车床主轴箱设计 第 18 页 共 69 页 5.6.1 各部分尺寸的选择各部分尺寸的选择 主轴形状与各部分尺寸不仅和强度、刚度有关，而且涉及多方面的因素。 1） 内孔直径 车床主轴由于要通过棒料，安装自动卡盘的操纵机构及通过卸顶尖的顶杆， 必须是空心轴。为了扩大使用范围，加大可加工棒料直径，车床主轴内孔直径 有增大的趋势。 2） 轴颈直径 前支撑的直径是主轴上一主要的尺寸，设计时，一般先估算或拟定一个尺 寸，结构确定后再进行核算。 3） 前锥孔直径 前锥孔用来装顶尖或其他工具锥柄，要求能自锁，目前采用莫氏六号锥孔。 4） 支撑跨距及悬伸长度 为了提高刚度，应尽量缩短主轴的外

39、伸长度。选择适当的支撑跨距，aL 一般推荐取： =23.5，跨距小时，轴承变形对轴端变形的影响大。所以， a L L 轴承刚度小时，应选大值，轴刚度差时，则取小值。 a L 跨距的大小，很大程度上受其他结构的限制，常常不能满足以上要求。L 安排结构时力求接近上述要求。 5.6.2 主轴材料和热处理主轴材料和热处理 在主轴结构形状和尺寸一定的条件下，材料的弹性模量 E 越大，主轴的刚 度也越高，由于钢材的 E 值较大，故一般采用钢质主轴，一般机床的主轴选用 价格便宜、性能良好的 45 号钢。提高主轴有关表面硬度，增加耐磨性，在长期 使用中不至于丧失精度，这是对主轴热处理的根本要求。机床主轴都在一

40、定部 位上承受着不同程度的摩擦，主轴与滚动轴承配合使用时，轴颈表面具有适当 的硬度可改善装配工艺并保证装配精度，通常硬度为 HRC40-50 即可满足要求。 一般机床的主轴，淬火时要求无裂纹，硬度均匀；淬硬层深度不小于 1mm，最 好 1.5-2mm,使精磨后仍能保留一点深度的淬硬层，主轴热处理后变形要小。螺 纹表面一般不淬火；淬火部位的空刀槽不能过深，台阶交接处应该倒角；渗氮 主轴的锐边、棱角必须倒圆 R0.5mm,可避免渗氮层穿透剥落。 5.6.3 主轴轴承主轴轴承 1）轴承类型选择 主轴前轴承有两种常用的类型： 双列短圆柱滚子轴承。承载能力大，可同时承受径向力和轴向力，结构比 较简单，但

41、允许的极限转速低一些。 与双列短圆柱滚子轴承配套使用承受轴向力的轴承有三种： 600角双向推力向心球轴承。是一种新型轴承，在近年生产的机床上广泛采 普通车床主轴箱设计 第 19 页 共 69 页 用。具有承载能力大，允许极限转速高的特点。外径比同规格的双列圆柱滚子 轴承小一些。在使用中，这种轴承不承受径向力。 推力球轴承。承受轴向力的能力最高，但允许的极限转速低，容易发热。 向心推力球轴承。允许的极限转速高，但承载能力低，主要用于高速轻载 的机床。 2）轴承的配置 大多数机床主轴采用两个支撑，结构简单，制造方便，但为了提高主轴刚 度也有用三个支撑的了。三支撑结构要求箱体上三支撑孔具有良好的同心

42、度， 否则温升和空载功率增大，效果不一定好。三孔同心在工艺上难度较大，可以 用两个支撑的主要支撑，第三个为辅助支撑。辅助支撑轴承（中间支撑或后支 撑）保持比较大的游隙（约 0.030.07） ，只有在载荷比较大、轴产生弯曲mm 变形时，辅助支撑轴承才起作用。 轴承配置时，除选择轴承的类型不同外，推力轴承的布置是主要差别。推 力轴承布置在前轴承、后轴承还是分别布置在前、后轴承，影响着温升后轴的 伸长方向以及结构的负责程度，应根据机床的实际要求确定。 在配置轴承时，应注意以下几点： 每个支撑点都要能承受经向力。 两个方向的轴向力应分别有相应的轴承承受。 径向力和两个方向的轴向力都应传递到箱体上，即

43、负荷都由机床支撑件 承受。 3）轴承的精度和配合 主轴轴承精度要求比一般传动轴高。前轴承的误差对主轴前端的影响最大， 所以前轴承的精度一般比后轴承选择高一级。 普通精度级机床的主轴，前轴承的选或级，后轴承选或级。选择CDDE 轴承的精度时，既要考虑机床精度要求，也要考虑经济性。 轴承与轴和轴承与箱体孔之间，一般都采用过渡配合。另外轴承的内外环 都是薄壁件，轴和孔德形状误差都会反映到轴承滚道上去。如果配合精度选的 太低，会降低轴承的回转精度，所以轴和孔的精度应与轴承精度相匹配。 1）轴承间隙的调整 为了提高主轴的回转精度和刚度，主轴轴承的间隙应能调整。把轴承调到 合适的负间隙，形成一定的预负载，

44、回转精度和刚度都能提高，寿命、噪声和 抗震性也有改善。预负载使轴承内产生接触变形，过大的预负载对提高刚度没 有明显的小果，而磨损发热量和噪声都会增大，轴承寿命将因此而降低。 轴承间隙的调整量，应该能方便而且能准确地控制，但调整机构的结构不 能太复杂。双列短圆柱滚子轴承内圈相对外圈可以移动，当内圈向大端轴向移 动时，由于 1：12 的内錐孔，内圈将胀大消除间隙。 其他轴承调整也有与主轴轴承相似的问题。特别要注意：调整落幕的端面 与螺纹中心线的垂直度，隔套两个端面的平行度都由较高要求，否则，调整时 可能将轴承压偏而破坏精度。隔套越长，误差的影响越小。 螺母端面对螺纹中心线垂直度、轴上和孔上套简两端

45、平行度等均有严格的 精度要求。 普通车床主轴箱设计 第 20 页 共 69 页 5.6.4 主轴与齿轮的连接主轴与齿轮的连接 齿轮与主轴的连接可以用花键或者平键；轴做成圆柱体，或者锥面（锥度 一般取 1：15 左右） 。锥面配合对中性好，但加工较难。平键一般用一个或者两 个（相隔 180 度布置） ，两国特键不但平衡较好，而且平键高度较低，避免因齿 轮键槽太深导致小齿轮轮毂厚度不够的问题。 5.6.5 润滑与密封润滑与密封 主轴转速高，必须保证充分润滑，一般常用单独的油管将油引到轴承处。 主轴是两端外伸的轴，防止漏油更为重要而困难。防漏的措施有两种： 1）堵加密封装置防止油外流。 主轴转速高，

46、多采用非接触式的密封装置，形式很多，一种轴与轴承盖之 间留 0.10.3的间隙（间隙越小，密封效果越好，但工艺困难） 。还有一种mm 是在轴承盖的孔内开一个或几个并列的沟槽（圆弧形或 形） ，效果比上一种好v 些。在轴上增开了沟槽（矩形或锯齿形） ，效果又比前两种好。 在有大量切屑、灰尘和冷却液的环境中工作时，可采用曲路密封，曲路可 做成轴向或径向。径向式的轴承盖要做成剖分式，较为复杂。 2）疏导在适当的地方做出回油路，使油能顺利地流回到油箱。 5.6.6 其他问题其他问题 主轴上齿轮应尽可能靠近前轴承，大齿轮更应靠前，这样可以减小主轴的 扭转变形。 当后支承采用推力轴承时，推力轴承承受着前向

47、后的轴向力，推力轴承紧 靠在孔的内端面，所以，内端面需要加工，端面和孔有较高的垂直度要求，否 则将影响主轴的回转精度。支承孔如果直接开在箱体上，内端面加工有一定难 度。为此，可以加一个杯形套孔解决，套孔单独在车床上加工，保证高的端面 与孔德垂直度。 主轴的直径主要取决于主轴需要的刚度、结构等。各种牌号钢材的弹性模 量基本一样，对刚度影响不大。主轴一般选优质中碳钢即可。精度较高的机床 主轴考虑到热处理变形的影响，可以选用或其他合金钢。主轴头部需要淬Cr40 火，硬度为5055。其他部分处理后，调整硬度为220250。HRCHBS 6.传动件的设计传动件的设计 6.1 带轮的设计带轮的设计 三角带

48、传动中，轴间距 A 可以加大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打 滑，宜可缓和冲击及隔离振动，使传动平稳。带轮结构简单，但尺寸大，机 普通车床主轴箱设计 第 21 页 共 69 页 床中常用作电机输出轴的定比传动。电动机转速 n=1440r/min,传递功率 P=7.5kW,传动比 i=1.8，两班制，一天运转 16 小时，工作年数 10 年。 (1)、选择三角带的型号 由【4】表 8-7 工作情况系数查的共况系数=1.2。 156 P A K A K 故根据【4】公式（8-21） 156 P )(0 . 95 . 72 . 1kWPKP Aca 式中 P-电动机额定功率， -工作情况系数 A K 因此根据、由【4】 图 8-11 普通 V 带轮型