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編 號(hào) 無(wú)錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床 車架與主軸箱設(shè)計(jì) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 學(xué) 號(hào)： 0923118 學(xué)生姓名： 崔譯元 指導(dǎo)教師： 彭勇（職稱：副教授） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠(chéng) 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）軸承內(nèi)外圈加 工專用機(jī)床車架與主軸箱設(shè)計(jì)是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行 研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加 以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含 任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械 93 學(xué) 號(hào)： 0923118 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 無(wú) 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床車架與主軸箱設(shè)計(jì) 2、專題 二、課題來(lái)源及選題依據(jù) 該課題來(lái)源于某機(jī)床制造企業(yè)為提高加工過(guò)程的機(jī)械化和自動(dòng) 化水平，提高效率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低企業(yè)成本的需求。 軸承內(nèi)外圈車加工機(jī)床是針對(duì)企業(yè)發(fā)展需要，針對(duì)軸承內(nèi)外圈 車加工而設(shè)計(jì)的專用機(jī)床，此床應(yīng)用功能簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，適用于 生產(chǎn)線加工。 此課題主要是設(shè)計(jì)機(jī)床車架和機(jī)床主軸箱。機(jī)床車架是一臺(tái)機(jī) 床“骨骼”，一臺(tái)機(jī)床是否可以運(yùn)作平穩(wěn)，所有機(jī)構(gòu)零件能否裝配 合理都要取決于車架的設(shè)計(jì)。而做為整臺(tái)機(jī)床的動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)---主 軸箱，則為機(jī)床能否順利生產(chǎn)提供了保障，為不同的生產(chǎn)要求提供 支持。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求和對(duì)設(shè)計(jì)資料的理解，查閱相關(guān)中外資料。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求運(yùn)用二維、三維建模軟件,對(duì)軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī) I 床車架與主軸箱進(jìn)行設(shè)計(jì)。 完成總體設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制裝配圖和零件圖。 完成裝配,并對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析。 閱讀和翻譯英文文獻(xiàn)。 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 93 班 姓名 崔譯元 五、開(kāi)始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長(zhǎng)研究所 所長(zhǎng)簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 II 摘 要 本文研究的題目是軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床車架和主軸箱設(shè)計(jì)。該課題來(lái)源于某機(jī) 床制造企業(yè)的軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床生產(chǎn)線改造項(xiàng)目，對(duì)于一臺(tái)機(jī)床而言，機(jī)架猶如 “骨骼”一樣支撐著整臺(tái)機(jī)床，而主軸箱則猶如“心臟”一樣為整臺(tái)機(jī)床提供不竭動(dòng)力。 本著主軸箱功能單一、輸入功率利用高、車架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布局合理的原則，對(duì)主軸 箱和車架進(jìn)行了相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)并運(yùn)用 UG 軟件對(duì)零部件進(jìn)行三維建模、虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿 真。 主軸箱設(shè)計(jì)部分完成對(duì)主軸部件的尺寸設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核、皮帶輪的選用、軸承的選 用與壽命計(jì)算、鍵銷的選型與強(qiáng)度較核以及主軸箱內(nèi)的其他零件設(shè)計(jì)。車架設(shè)計(jì)部分由 于是非標(biāo)部件，故采用類比同類機(jī)床的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布局合理的原則對(duì)車 架進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)，最后介紹車架的焊接技術(shù)。 在完成尺寸設(shè)計(jì)后，根據(jù)尺寸并運(yùn)用 UG 軟件完成相關(guān)零部件的建模，將所有零部件 進(jìn)行虛擬裝配，最后利用 UG 的仿真模塊對(duì)主軸箱進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，分析仿真結(jié)果，得出結(jié) 論，進(jìn)而完成整篇論文書寫。 關(guān)鍵詞：主軸箱；車架；三維建模；虛擬裝配；運(yùn)動(dòng)仿真 III Abstract The title of this article is designing the frame and the headstock of the special machine tool for machining bearing inner and outer ring. The study is based on a project for transforming the production line of the special machine tool for machining bearing inner and outer ring of a manufactory. The frame is just as “skeleton” to support the whole lathe, and the headstock just as “heart” to offer an inexhaustible driving force for a lathe. To achieve the goal of the single function and to improve high utilization for input power, I designed the headstock . The frame has simple structure, and reasonable layout. I would design the related measurement of headstock and frame by using UG software. Then I would use UG to do 3D modeling, virtual assembly and motion simulation. The part of designing the headstock would complete the design of the measurement and strength check, selection of pulley, the selection and the life calculation of the bearing, key pin selection and strength check, and other parts in the headstock. The frame is non-standard part. According to the experience of the similar machine tool, and combined with simple structure and rational layout of the principle , I designed the frame. At last, I introduce the frame welding technology. According to the size, I used UG software to complete the related parts modeling, virtual assembly. Then I did the simulation motion, analyse the results for the conclusion, and complete the whole writing. Keywords: headstock; frame; 3D modeling; virtual assembly; motion simulation IV 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 目 錄 ..............................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 車架與主軸箱設(shè)計(jì)的背景與目的 .......................................................................................1 1.2 軸承內(nèi)外圈車削加工國(guó)內(nèi)發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 .......................................................................1 1.3 車架和主軸箱設(shè)計(jì)的意義 ...................................................................................................1 1.4 研究?jī)?nèi)容、預(yù)期目標(biāo)及研究方法 .......................................................................................2 2 總體方案設(shè)計(jì) .............................................................................................................................3 2.1 車架的類型 ...........................................................................................................................3 2.2 主軸的類型 ...........................................................................................................................3 3 主軸箱設(shè)計(jì) .................................................................................................................................5 3.1 主軸箱的概述 .......................................................................................................................5 3.2 主軸的概述 ...........................................................................................................................5 3.2.1 主軸的用途和分類 ........................................................................................................5 3.2.2 主軸的材料 ....................................................................................................................5 3.3 主軸主要參數(shù)設(shè)計(jì) ................................................................................................................5 3.3.1 概述 ................................................................................................................................5 3.3.2 主軸平均直徑 D 的確定 ...............................................................................................6 3.3.3 主軸內(nèi)孔直徑 D 的確定 ...............................................................................................7 3.3.4 主軸懸伸量 A 的確定 ...................................................................................................8 3.3.5 主軸支承跨距 L 的確定 ................................................................................................8 3.4 電動(dòng)機(jī)的選擇 .......................................................................................................................8 3.5 主軸的傳動(dòng)設(shè)計(jì) ...................................................................................................................8 3.5.1 轉(zhuǎn)動(dòng)方式概述 .................................................................................................................8 3.5.2 皮帶輪設(shè)計(jì) .....................................................................................................................8 3.6 鍵的選擇與校核 .................................................................................................................11 3.6.1 概述 ...............................................................................................................................11 3.6.2 鍵的強(qiáng)度計(jì)算 ..............................................................................................................11 3.6.3 鍵的尺寸設(shè)計(jì) ..............................................................................................................13 3.7 軸向定位 .............................................................................................................................13 3.8 主軸的軸承選擇和配置 .....................................................................................................13 3.8.1 概述 ..............................................................................................................................13 3.8.2 軸承的選擇 ..................................................................................................................13 3.8.3 軸承安裝方式 ..............................................................................................................14 3.8.4 軸承的預(yù)緊 ..................................................................................................................14 3.8.5 圓錐滾子軸承校核 ......................................................................................................14 I 3.9 軸的校核 .............................................................................................................................16 3.10 軸上其他零件的設(shè)計(jì)與選擇 ...........................................................................................20 3.10.1 滾動(dòng)軸承的密封裝置 ................................................................................................20 3.10.2 主軸箱前前端蓋 ........................................................................................................20 3.10.3 主軸箱前后端蓋 ........................................................................................................20 3.10.4 主軸箱后前端蓋 ........................................................................................................21 3.10.5 主軸后軸承套 ............................................................................................................21 3.10.6 主軸并帽 ....................................................................................................................22 3.11 主軸箱箱體設(shè)計(jì) ...............................................................................................................22 3.11.1 材料的選擇 ................................................................................................................22 3.11.2 制造方法 ....................................................................................................................22 3.11.3 鑄造金屬箱體的要點(diǎn) ................................................................................................22 3.12 本章小結(jié) ...........................................................................................................................23 4 車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...........................................................................................................................24 4.1 概述 .....................................................................................................................................24 4.2 車架設(shè)計(jì)的要求 .................................................................................................................24 4.3 車架常用材料 .....................................................................................................................24 4.4 車架的截面形狀、肋的布置和壁板上的孔 .....................................................................24 4.4.1 車架的截面形狀 ..........................................................................................................24 4.4.2 肋的布置 ......................................................................................................................24 4.4.3 車架壁板上的孔 ..........................................................................................................24 4.4.4 車架連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ......................................................................................................25 4.4.5 焊接技術(shù) ......................................................................................................................25 4.4.6 車架的時(shí)效處理 ..........................................................................................................25 4.4.7 車架的尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..................................................................................................26 4.5 本章小結(jié) .............................................................................................................................26 5 基于 UG 的車架和主軸箱三維建模與虛擬裝配 ...................................................................27 5.1 UG 軟件介紹 .......................................................................................................................27 5.2 主要零部件的三維建模 .....................................................................................................27 5.2.1 車架建模 ......................................................................................................................28 5.2.2 主軸箱建模 ..................................................................................................................29 5.3 車架和主軸箱的虛擬裝配 .................................................................................................30 5.3.1 基于 UG NX 6 的裝配設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 .................................................................................30 5.3.2 主軸箱與車架的虛擬裝配 ...........................................................................................31 5.4 本章小結(jié) .............................................................................................................................33 6 基于 UG 的運(yùn)動(dòng)仿真 ...............................................................................................................34 6.1 運(yùn)動(dòng)仿真的工作界面 .........................................................................................................34 6.1.1 UG 的接口問(wèn)題 ............................................................................................................34 II 6.1.2 打開(kāi)運(yùn)動(dòng)仿真主界面 ..................................................................................................34 6.1.3 運(yùn)動(dòng)仿真工作界面介紹 ..............................................................................................35 6.2 主軸箱的運(yùn)動(dòng)仿真 .............................................................................................................36 6.2.1 連桿特性的建立 ..........................................................................................................36 6.2.2 運(yùn)動(dòng)副特性的建立 ......................................................................................................37 6.2.3 分析驗(yàn)證 ......................................................................................................................38 6.3 本章小結(jié) .............................................................................................................................38 7 結(jié)論與展望 ...............................................................................................................................39 7.1 結(jié)論 .....................................................................................................................................39 7.2 不足之處與展望 .................................................................................................................39 致 謝 ...........................................................................................................................................40 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................41 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 0 1 緒論 1.1 車架與主軸箱設(shè)計(jì)的背景與目的 課題來(lái)源于某機(jī)床制造企業(yè)為提高加工過(guò)程的機(jī)械化和自動(dòng)化水平，提高效率，降 低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低企業(yè)成本的需求。軸承內(nèi)外圈車加工機(jī)床是針對(duì)企業(yè)發(fā)展需要， 針對(duì)軸承內(nèi)外圈車加工而設(shè)計(jì)的專用機(jī)床，此床應(yīng)用功能簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，適用于生產(chǎn) 線加工。本次設(shè)計(jì)是為了滿足應(yīng)用功能簡(jiǎn)單，性價(jià)比高的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 對(duì)于一個(gè)機(jī)床來(lái)說(shuō)，車架就是機(jī)床的“骨骼” ，支撐起整臺(tái)機(jī)床，而主軸箱則是機(jī)床 的“心臟”給機(jī)床不竭的動(dòng)力。 車架與主軸箱是一臺(tái)機(jī)床必不可少的兩個(gè)主要部分。車架在滿足整臺(tái)機(jī)床的支撐作 用的前提下，還要滿足人機(jī)工程的相關(guān)要求。主軸箱則在滿足動(dòng)力輸送的前提下，還要 滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能簡(jiǎn)單，效率高的要求。 1.2 軸承內(nèi)外圈車削加工國(guó)內(nèi)發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 在上古時(shí)代的古埃及，曾經(jīng)使用圓柱形滾木運(yùn)輸巨大石塊建筑金字塔及紀(jì)念碑。中 世紀(jì)時(shí)，著名數(shù)學(xué)家萊布尼茨寫出了關(guān)于滾動(dòng)和滑動(dòng)摩擦的第一本著名理論著作。18 世 紀(jì)已經(jīng)使用鑄鐵或青銅，到 19 世紀(jì)已經(jīng)大童使用球、滾子和滾動(dòng)軸承。1820 年開(kāi)始應(yīng)用 小型的推力球座圈，1880 年登記了自行車滾動(dòng)軸承的專利。1883 年在歐洲建立了第一個(gè) 球軸承工廠，同時(shí)在美國(guó)也建立了第一個(gè)球軸承工廠。現(xiàn)在，國(guó)際上已經(jīng)有成千上萬(wàn)家 大、中、小型和微型軸承公司。 我國(guó)軸承工業(yè)加工已經(jīng)有 70 多年的歷史，目前已具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模和發(fā)展基礎(chǔ)，解放以 來(lái)，經(jīng)過(guò)五十多年的發(fā)展，我國(guó)各類軸承的生產(chǎn)量已從 1949 年的 13.8 萬(wàn)套增加到 2005 年的 60 億套，累計(jì)生產(chǎn)軸承的品種規(guī)格已從 100 多個(gè)增加到 66000 多個(gè)。從軸承生產(chǎn)總 量和生產(chǎn)體系來(lái)看，我國(guó)已成為僅次于日本、美國(guó)和法國(guó)的世界軸承生產(chǎn)大國(guó)。 軸承內(nèi)外圈的車削加工一般指車削外圓、內(nèi)孔、端面、滾道、擋邊、斜坡、圓角、 止動(dòng)槽、油溝、油槽等。過(guò)去采用的設(shè)備水平普遍較低，多采用普通機(jī)床 C615,C618,C630，六角機(jī)床 C3180,C3163,C365L，立式機(jī)床 C512A,C516A 和 C534)等。 隨著機(jī)床、刀具、數(shù)字控制系統(tǒng)等現(xiàn)代加工技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)車削加工的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng) 得到了極大的發(fā)展，設(shè)備發(fā)展到專用單功能機(jī)床、多刀仿形機(jī)床、半自動(dòng)機(jī)床、多軸自 動(dòng)機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化車削短線等，提高了自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，使加工質(zhì)量穩(wěn) 定可靠 1。 近幾年軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床在國(guó)內(nèi)外都有很多研究，應(yīng)用的領(lǐng)域也越來(lái)越多， 軸承機(jī)械，產(chǎn)品主要用于汽車行業(yè)、軍工行業(yè)和其他工業(yè)行業(yè)的軸承生產(chǎn)制造，實(shí)現(xiàn)了 單機(jī)自動(dòng)化、多機(jī)線自動(dòng)化的生產(chǎn)制造。其中軸承行業(yè)，占據(jù)頂端市場(chǎng)份額的 90以上， 速度、準(zhǔn)確度和耐用性是軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床加工出來(lái)的產(chǎn)品的重要保障。 1.3 車架和主軸箱設(shè)計(jì)的意義 為了順應(yīng)當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的需要，單機(jī)自動(dòng)化、多機(jī)線自動(dòng)化的生產(chǎn)制造已經(jīng)成為社 會(huì)生產(chǎn)的主流。如何普及自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率是現(xiàn)在面臨的首要問(wèn)題。車架和主軸箱 作為機(jī)床的兩個(gè)重要部件，也要順應(yīng)這個(gè)主流。與此同時(shí)，整臺(tái)機(jī)床的性價(jià)比要高也是 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床車架與主軸箱設(shè)計(jì) 1 當(dāng)代機(jī)床發(fā)展的必然趨勢(shì)。 1.4 研究?jī)?nèi)容、預(yù)期目標(biāo)及研究方法 本課題來(lái)源于某機(jī)床制造企業(yè)生產(chǎn)線改造項(xiàng)目。 本論文的主要內(nèi)容包括： （1） 根據(jù)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)要求，提出軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床車架和主 軸箱的結(jié)構(gòu)方案，并對(duì)各個(gè)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （2） 對(duì)軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床尺寸設(shè)計(jì)，并利用 UG 軟件進(jìn)行三維建模。 （3） 對(duì)軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床進(jìn)行虛擬裝配。 （4） 將虛擬樣機(jī)導(dǎo)入 UG 軟件運(yùn)動(dòng)仿真界面，并在 UG 中對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析， 檢驗(yàn)所選取方案及其模型的合理性，并對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 （5） 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床車架和主軸箱設(shè)計(jì)要順應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)線更新的需要， 本文將采取類比的研究方法對(duì)相關(guān)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 車架的類型 車架是機(jī)器中典型的非標(biāo)準(zhǔn)的零件，是底座、機(jī)體、床身、車架、橋架（起重機(jī)） 、 殼體、箱體以及基礎(chǔ)平臺(tái)等零件的統(tǒng)稱，起到支撐、容納其他零部件和保證其相對(duì)位置 的作用。 車架按外形結(jié)構(gòu)不同如圖 2.1，可分為梁柱式、框架式、板塊式和箱殼式等。按材料 不同可分為金屬車架和非金屬車架，金屬車架的常用制造方法有鑄造和焊接兩種，分別 稱為鑄造車架和焊接車架；常用的非金屬車架有塑料車架、花崗巖車架和混凝土車架等 2。 1，3，5梁（柱）式車架；2箱殼式車架；4平板式車架；6框架式車架 圖 2.1 車架的分類 考慮到實(shí)際設(shè)計(jì)要求，和經(jīng)濟(jì)性要求，綜上所述，本文將采用箱殼式運(yùn)用焊接方法制 造的金屬車架。 2.2 主軸的類型 用于機(jī)床的軸型有很多，常見(jiàn)的應(yīng)用于軸承內(nèi)外圈車加工專用機(jī)床的最為常見(jiàn)的兩 種軸型為直軸和心軸兩種 2。 直軸的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，最為常用。按外形又分為光軸 a 和階梯軸 b， 其中階梯軸最為常用。如圖 2.2。 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床車架與主軸箱設(shè)計(jì) 3 圖 2.2 直軸 空心軸的特點(diǎn)：空心處可裝設(shè)其他零件。在同樣重量下，較之實(shí)心軸有較大強(qiáng)度、 剛度。加工比較困難。如圖 2.3。 圖 2.3 空心軸 考慮到本文主軸箱的經(jīng)濟(jì)要求和傳動(dòng)效率高的原則，綜上所述，本文采用空心軸。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 3 主軸箱設(shè)計(jì) 3.1 主軸箱的概述 主軸箱是機(jī)床的重要部件，是用于布置機(jī)床工作主軸及其傳動(dòng)零件和相應(yīng)的附加機(jī)構(gòu) 的部件。 3.2 主軸的概述 3.2.1 主軸的用途和分類 主軸部件是機(jī)床實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的重要執(zhí)行件，主軸部件由主軸、主軸支承和安裝在 主軸上的傳動(dòng)件、密封件等組成 3。 由于機(jī)床的功能不同，導(dǎo)致主軸部件的結(jié)構(gòu)也不同，但各種主軸部件都有共同特點(diǎn)： 在使用上都要求性能相一致的回轉(zhuǎn)精度、抗振性、剛度、耐磨性等，并且要求溫升低、 熱變形小。在結(jié)構(gòu)上要求完善解決工件或刀具的定位裝夾、軸承間隙的調(diào)整以及潤(rùn)滑、 主軸及軸承的定位、密封等問(wèn)題。當(dāng)然，由于機(jī)床的任務(wù)、類型和要求不同，導(dǎo)致主軸 工作條件的差異。因此，各類不同機(jī)床主軸部件需要解決的問(wèn)題應(yīng)各有所側(cè)重。 3.2.2 主軸的材料 主軸的材料品種很多，設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)對(duì)軸的強(qiáng)度、剛度、耐磨性以及加工、熱處理 和經(jīng)濟(jì)性等要求進(jìn)行選擇。 主軸的常用材料是經(jīng)過(guò)軋制或鍛造的優(yōu)質(zhì)中碳鋼和合金鋼，其中應(yīng)用最廣泛的是經(jīng)調(diào) 質(zhì)處理的 45 鋼。合金鋼對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，因而對(duì)合金鋼軸表面加工質(zhì)量要求也比較 高，否則不能充分發(fā)揮其高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)同類機(jī)床的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本文采用 40Cr 作為主軸的材料。 3.3 主軸主要參數(shù)設(shè)計(jì) 3.3.1 概述 主軸的主要參數(shù)是指 4：主軸平均直徑 （或主軸前軸頸直徑 ） ；主軸內(nèi)孔直徑 ；D1Dd 主軸懸伸量 和主軸支承跨距 ，如圖 3.1。這些參數(shù)直接影響到主軸的工作性能。但為al 簡(jiǎn)化問(wèn)題，主要是從靜剛度條件出發(fā)來(lái)確定這些參數(shù)。 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床車架與主軸箱設(shè)計(jì) 5 圖 3.1 主軸主要參數(shù)示意圖 3.3.2 主軸平均直徑 D 的確定 主軸的平均直徑對(duì)主軸部件有較大的剛度影響。加大直徑 ，可減少由于主軸本身D 彎曲變形引起的主軸軸端位移和軸承彈性變形引起的軸端位移，提高主軸部件的剛度。 但加大直徑受到軸承 值的限制，同時(shí)造成相配零件尺寸加大、結(jié)構(gòu)龐大、制造困難和nd 重量增加等，因此在滿足剛度的要求下應(yīng)該去取小值。 設(shè)計(jì)時(shí)主要用類比的分析方法來(lái)確定主軸前軸頸直徑 （或平均直徑 ） 。1 按機(jī)床主電動(dòng)機(jī)功率 來(lái)確定主軸前軸頸直徑 ，如圖 3.2 所示統(tǒng)計(jì)曲線。N1D 圖 3.2 機(jī)床 統(tǒng)計(jì)曲線1DN 高速機(jī)床主軸和徑向截面要求小的主軸，可按區(qū)域來(lái)確定 的值。根據(jù)電機(jī)功率2D 和相關(guān)要求與經(jīng)驗(yàn)結(jié)合曲線圖，得 =70mm。1 根據(jù)同類機(jī)床的經(jīng)驗(yàn)此主軸可分為四段如圖 3.3，因定位軸肩的高度 h 一般為 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 =（0.07 0.1 ） ， 為與零件相配處的軸的直徑 5。hd 故 =70+0.1702=84mm。5D 圖 3.3 四段軸圖 對(duì)于其他軸肩高度屬于非定位軸肩，是為了加工和裝配方便而設(shè)置的，其高度沒(méi)有 嚴(yán)格的規(guī)定，一般取為 12mm。 故 =70-2=68mm；2D =68-2=66mm； 3 =66-2=64mm。4 3.3.3 主軸內(nèi)孔直徑 d 的確定 主軸內(nèi)孔直徑與機(jī)床的類型有關(guān)，主要用來(lái)通過(guò)棒料，通過(guò)拉桿、鏜桿或頂出頂尖 等。確定孔徑 的原則是，為減輕主軸重量，在滿足對(duì)空心主軸孔徑要求和最小壁厚要求 以及不削弱主軸剛度的要求下，應(yīng)盡量取大值。 主軸本身的剛度 正比于抗彎斷面慣性矩 ，即KI （3.1）4-1）（實(shí)空實(shí)空 DdI 根據(jù)（3.1）式，可繪出主軸孔徑 對(duì)剛度的影響曲線如圖 3.4。 圖 3.4 孔徑 對(duì)剛度的影響曲線d 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床車架與主軸箱設(shè)計(jì) 7 由圖可知，當(dāng) 時(shí)內(nèi)孔 對(duì)主軸剛度幾乎無(wú)影響，可忽略不計(jì)，所以常取孔徑5.0Ddd 的極限值 為：dmax 0.7maxD 此時(shí) 0.75 ，即剛度削弱小于 25%。若孔徑再大，主軸剛度就會(huì)急劇下降?？誎實(shí) 普通機(jī)床 =0.550.61Dd或 式中 d1前軸頸內(nèi)孔直徑。 由已知條件 =70mm，所以 = （0.550.6）=70（0.550.6）11d mm=38.542mm 。 根據(jù)同類機(jī)床經(jīng)驗(yàn)得 =40mm。1 因?yàn)榇藱C(jī)床正常加工無(wú)需內(nèi)孔，但出于減輕軸的重量考慮，同時(shí)類比同類機(jī)床得 =30mm。2d 3.3.4 主軸懸伸量 a 的確定 主軸懸伸量 是指主軸前端面到前支承徑向反力作用中點(diǎn)（一般即為前徑向支承中點(diǎn)） 的距離 5。它主要取決于主軸端部結(jié)構(gòu)型式和尺寸（大多有軸端標(biāo)準(zhǔn)） 、前支承的軸承配 置和密封裝置等，有的還與機(jī)床其他參數(shù)有關(guān)，如工作臺(tái)的行程等，因此主要有結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)決定。 懸伸量 值對(duì)主軸部件的剛度、抗振性影響很大。因此，確定懸伸量 的原則，是在a a 滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下盡可能取小值，同時(shí)應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)采取措施縮減 a 值。 與同類機(jī)床相類比初步確定 0 50（mm） 。a 3.3.5 主軸支承跨距 l 的確定 支承跨距 是指主軸相鄰兩支承的支承反力作用點(diǎn)之間的距離。合理確定支承跨距，l 是獲得主軸部件最大靜剛度的重要條件之一。 根據(jù)同類機(jī)床的主軸跨距，此機(jī)床的合理跨距 =300mm。l 3.4 電動(dòng)機(jī)的選擇 該機(jī)床只要是用于加工深溝球軸承系列的內(nèi)外圈的專用機(jī)床 7。 軸承內(nèi)外圈的材料： GCr15 刀具材料： YT158 最大車削直徑： 52mm 軸承內(nèi)外圈的加工生產(chǎn)類型 大批量生產(chǎn) 根據(jù)實(shí)際需求和以往經(jīng)驗(yàn)，我將選擇變頻調(diào)速電機(jī)。變頻調(diào)速電機(jī)我選擇了 4 級(jí)電機(jī)， 基頻工作點(diǎn)設(shè)計(jì)在 50Hz 頻率 0-50Hz（轉(zhuǎn)速 0-1480r/min）范圍內(nèi)電機(jī)作恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)動(dòng)。 本文電動(dòng)機(jī)的輸出功率為 3kW，轉(zhuǎn)速為 1000r/min。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 3.5 主軸的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3.5.1 轉(zhuǎn)動(dòng)方式概述 主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)方式的選擇，決定于主軸轉(zhuǎn)速的高低，所傳遞扭矩的大小，對(duì)運(yùn) 轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的要求及結(jié)構(gòu)緊湊、裝卸維修方便等。 機(jī)床主軸的常用傳動(dòng)方式有：齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)、空氣渦輪傳動(dòng)、 渦輪蝸桿傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)等。 本文根據(jù)同類機(jī)床傳動(dòng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，初步選擇使用帶傳動(dòng)。 查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)表 6.1-4 得出將帶輪裝于前、后支承間，主軸受力情況較好，適 用于精度較高的高速小型機(jī)床。 3.5.2 皮帶輪設(shè)計(jì) 本節(jié)設(shè)計(jì)步驟和相關(guān)圖表均參考文獻(xiàn)2,袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè) 。 3.5.2.1 概述 帶傳動(dòng)是最常用的一種機(jī)械傳動(dòng)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、能緩沖吸振、能 實(shí)現(xiàn)兩軸距離較遠(yuǎn)的傳動(dòng)。 帶傳動(dòng)的類型很多，主要有以摩擦傳動(dòng)為傳動(dòng)方式的 V 帶傳動(dòng)、平帶傳動(dòng)和圓帶傳 動(dòng)以及以嚙合傳動(dòng)為傳動(dòng)方式的同步帶傳動(dòng)和特種同步帶傳動(dòng)。 本文根據(jù)同類機(jī)床設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)選用普通 V 帶傳動(dòng)。 普通 V 帶是用多種材料制成的無(wú)接頭環(huán)形帶。帶輪的材料則經(jīng)常采用 HT150 或 HT200。 本文選用 HT200。 3.5.2.2 V 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 V 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是保證帶在工作中不打滑，并具有一定的疲勞強(qiáng)度和使用壽 命。 本文電動(dòng)機(jī)輸出功率 P=3kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速 ，主軸轉(zhuǎn)速 。min/102rnmin/160rn (1) 計(jì)算功率 （3.2）PKAc 根據(jù)參考文獻(xiàn)2查表 15-6，得 KA=1.4。 由公式（3.2）得 kW。2.534.1cP (2) 選擇帶型 根據(jù) 和 ，查參考文獻(xiàn)2中圖 15-1 得出本文應(yīng)選用 A 型。c1n (3) 小帶輪的基準(zhǔn)直徑 為了提高 V 帶的壽命，宜選取較大直徑，基于這個(gè)原則，查參考文獻(xiàn) 2中表 15-7 和 圖 15.1，取 mm。81d (4) 大帶輪的基準(zhǔn)直徑 mm，查參考文獻(xiàn)2中表 15-7，取 mm。.106212 ddn 1802d (5) 帶速 軸承內(nèi)外圈加工專用機(jī)床車架與主軸箱設(shè)計(jì) 9 m/s89.106106ndv (6) 初定中心距 21021(7. dda） mm mm88 208.6mm 596mm0 根據(jù)結(jié)構(gòu)要求選定 mm。50a (7) 初算膠帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度 m9722504181850222add