数控车床主轴组件设计gfby

毕业论文文（设计计）机电工程程系级机电一一体化专专业题目：数数控车床床主轴组组件设计计学生姓名名：指导教师师：班级：20088 年 066月 100日目 录录绪 论4一、设计计题目及及参数51.1 题目51.2 参数5二、主轴轴的要求求及结构构552.1主主轴的要要求52.1.1旋转转精度552.1.2静刚刚度662.抗振振性662.1.4温升升和热变变形662.耐磨磨性772.1.6材料料和热处处理772.2主主轴的结结构7三、主传传动系统统变速方方式88四、机床床夹具的的确定110五、主轴轴主要参参数的计计算及校校核1115.1主主轴主要要参数的的计算1115.1.1主轴轴前端直直径D11125.1.2主轴轴内径dd1125.1.3主轴轴前端悬悬伸量确确定135.1.4主轴轴跨距的的确定1145.2 轴的刚刚度计算算155六、主轴轴轴承的的选择166.1 轴承的的选型1166.1.1角接接触球轴轴承176.1.2圆柱柱滚子轴轴承1996.1.3圆锥锥滚子轴轴承1666.1.4深沟沟球轴承承1196.2轴轴承间隙隙调整和和预紧199七、主轴轴箱箱体体的设计计2207.1主主轴箱的的概述2007.2主主传动的的设计207.2.1驱动动源的选选择207.2.2传动动轴的估估算217.2.3齿轮轮模数的的估算237.2.4V带带的选择择247，3主主轴箱展展开图的的设计247.3.1各零零件结构构尺寸的的设计247.3.1.11 设计内内容和步步骤247.3.1.22有关零零件结构构和尺寸寸的设计计257.3.1.33各轴结结构的设设计2773.1.44主轴组组件的刚刚度和刚刚度损失失的计算算287.3.1.55轴承的的校核330八、主轴轴组件的的润滑和和密封3228.1主主轴滚动动轴承的的润滑328.1.1脂润润滑3228.1.2油润润滑3338.2主主轴组件件的密封封33设计心得得35参考文献献377绪 论随着市场场上产品品更新换换代的加加快和对对零件精精度提出出更高的的要求，传传统机床床已不能能满足要要求。数数控机床床由于众众多的优优点已成成为现代代机床发发展的主主流方向向。它的的发展代代表了一一个国家家设计、制制造的水水平，在在国内外外都受到到高度重重视。现代数控控机床是是信息集集成和系系统自动动化的基基础设备备，它集集高效率率、高精精度、高高柔性于于一身，具具有加工工精度高高、生产产效率高高、自动动化程度度高、对对加工对对象的适适应强等等优点。实实现加工工机床及及生产过过程的数数控化，已已经成为为当今制制造业的的发展方方向。可可以说，机机械制造造竞争的的实质就就是数控控技术的的竞争。本课题的的目的和和意义在在于通过过设计中中运用所所学的基基础课、技技术基础础课和专专业课的的理论知知识，生生产实习习和实验验等实践践知识，达达到巩固固、加深深和扩大大所学知知识的目目的。通通过设计计分析比比较机床床的某些些典型机机构，进进行选择择和改进进，学习习构造设设计，进进行设计计、计算和和编写技技术文件件，达到到学习设设计步骤骤和方法法的目的的。通过过设计学学习查阅阅有关设设计手册册、设计计标准和和资料，达达到积累累设计知知识和提提高设计计能力的的目的。通通过设计计获得设设计工作作的基本本技能的的训练，提提高分析析和解决决工程技技术问题题的能力力，并为为进行一一般机械械的设计计创造一一定的条条件。第一章 设设计题目目及参数数1.1题题目本设计的的题目是是数控车车床的主主轴组件件的设计计。它主主要由主主轴箱，主主轴，电电动机，主主轴脉冲冲发生器器等组成成。我主主要设计计的是主主轴部分分。主轴是加加工中心心的关键键部位，其其结构优优劣对加加工中心心的性能能有很大大的影响响，因此此，在设设计的过过程中要要多加注注意。主主轴前后后的受力力不同，故故要选用用不同的的轴承。1.2参参数床身回转转空间4400mmm尾架顶尖尖与主轴轴端面距距离10000mmm主轴卡盘盘外径2000mm最大加工工直径6000mm棒料作业业能力550663mmm主轴前轴轴承内和和11001330mmm最大扭矩矩4800Nm第二章 主轴轴的要求求及结构构2.1主主轴的要要求2.1.1旋转转精度主轴的旋旋转精度度是指装装配后，在在无载荷荷，低转转速的条条件下，主主轴前端端工件或或刀具部部位的径径向跳动动和轴向向跳动。主轴组件件的旋转转精度主主要取决决于各主主要件，如如主轴、轴轴承、箱箱体孔的的的制造造，装配配和调整整精度。还还决定于于主轴转转速，支支撑的设设计和性性能，润润滑剂及及主轴组组件的平平衡。通用（包包括数控控）机床床的旋转转精度已已有标准准规定可可循。2.1.2静刚刚度主轴组件件的静刚刚度（简简称刚度度）反映映组件抵抵抗静态态外载荷荷变形的的能力。影影响主轴轴组件弯弯曲刚度度的因素素很多，如如主轴的的尺寸和和形状，滚滚动轴承承的型号号，数量量，配置置形式和和预紧，前前后支撑撑的距离离和主轴轴前端的的悬伸量量，传动动件的布布置方式式，主轴轴组件的的制造和和装配质质量等。各类机床床主轴组组件的刚刚度目前前尚无统统一的标标准。2.1.3抗振振性主轴组件件工作时时产生震震动会降降低工件件的表面面质量和和刀具耐耐用度，缩缩短主轴轴轴承寿寿命，还还会产生生噪声影影响环境境。振动表现现为强迫迫振动和和自激振振动两种种形式。影响抗振振性的因因素主要要有主轴轴组件的的静刚度度，质量量分布和和阻尼（特特别是主主轴前支支撑的阻阻尼），主轴的的固有频频率应远远大于自自激振动动的频率率，以使使它不易易发生共共振。目前，尚尚未制定定出抗振振性的指指标，只只有一些些实验数数据可供供设计时时参考。2.1.4温升升和热变变形主轴组件件工作时时因各相相对运动动处的摩摩擦和搅搅油等而而发热，产产生温升升，从而而使主轴轴组件的的形状和和位置发发生变化化（热变变形）。主轴组件件受热伸伸长，使使轴承间间隙发生生变化。温温度使润润滑油粘粘度降低低，降低低了轴承承的承载载能力。主主轴箱因因温升而而变形，使使主轴偏偏离正确确位置。前前后轴承承的温度度不同，还还会导致致主轴轴轴线倾斜斜。由于受热热膨胀是是材料固固有的性性质，因因此高精精度机床床要进一一步提高高加工精精度，往往往受热热变形的的限制。研研究如何何减少主主轴组件件的发热热，如何何控制温温度，是是高精度度机床主主轴组件件的研究究的主要要课题之之一。2.1.5耐磨磨性主轴组件件的耐磨磨性是指指长期保保持原始始精度的的能力，即即精度保保持性。对对精度有有影响的的首先是是轴承，其其次是安安置刀，夹夹具和工工件的部部位，如如锥孔，定定心轴径径等。为了提高高耐磨性性，一般般机床主主轴上的的上述部部分应淬淬硬至HHRC660左右右，深约约1mmm.2.1.6材料料和热处处理主轴承载载后允许许的弹性性变形很很小，引引起的应应力通常常远远小小于钢的的强度极极限。因因此，强强度一般般不做为为选材的的依据。主轴的形形状，尺尺寸确定定之后，刚刚度主要要取决于于材料的的弹性模模量。各各种材料料的弹性性模量几几乎相同同，因此此刚度也也不是选选材的依依据。主轴材料料的选择择主要根根据耐磨磨性和热热处理变变形来考考虑。普普通机床床的材料料通常是是45号或或60号优优质中碳碳钢，数数控机床床需调质质处理和和淬火。2.2主主轴的结结构为了提高高刚度，主主轴的直直径应该该大些。前前轴承到到主轴前前端的距距离（称称悬伸量量）应尽尽可能小小一些。为为了便于于装配，主主轴通常常作成阶阶梯形的的，主轴轴的结构构和形状状与主轴轴上所安安装的传传动件，轴轴承等零零件的类类型，数数量，位位置和安安装方法法有直接接的关系系。主轴中的的孔主要 用于通过棒棒料，拉拉杆或其其它工具具。为了了能够通通过更大大的棒料料，车床床的中空空希望大大些，但但受刚度度条件的的影响和和限制，孔孔径一般般不宜超超过外径径的700%。主轴的的结构如如（附图图1）。图1第三章 主传动动系统变变速方式式为了适应应不同的的加工要要求，数数控机床床主传动动主要有有以下几几种配置置方式：（1）带带有变速速齿轮的的主传动动。这种种方式在在大、中中型数控控机床采采用较多多。通过过少数几几对齿轮轮降速，扩扩大了输输出扭矩，以以满足主主轴的输输出扭矩矩特性的的要求，一一部分小小型数控控机床也也采用此此种传动动方式。以以获得强强有力的的切削时时所需要要扭矩。数数控机床床使用可可调无级级变速交交流、直直流电动动机。所所以经齿齿轮变速速后，实实现8段段无级变变速，调调速范围围增加。其其优点是是可满足足各种切切削运动动输出转转矩，具具有大范范围调速速能力。但但是由于于结构复复杂，需需要增加加润滑及及温度控控制装置置。成本本较高，此此外，制制造和维维修也比比较困难难。（参参图a）（2）一一级带传传动变速速方式。这这种传动动方式主主要应用用在中小小型数控控机床上上。采用用V型带带或同步步带传动动，可以以避免齿齿轮传动动时可引引起的振振动与噪噪声，适适用于低低扭矩特特性要求求的主轴轴。这种种方式结结构简单单，安装装方便，调调试容易易，被广广泛用于于许多数数控机床床传动中中。（参参图b）（3）调调速电机机直接驱驱动方式式，这种种主轴传传动方式式大大简简化了主主轴箱体体与主轴轴的结构构，有效效地提高高主轴部部件的刚刚度，由由于结构构紧凑，占占用空间间少，加加工中心心的可加加工空间间相对变变大。但但是主轴轴转速的的变化及及扭矩的的输出和和电动机机输出特特性完全全一致，电电动机的的发热对对主轴的的精度影影响大，最最好装有有冷却装装置，否否则使用用还是受受到约束束。（参参图c）（4）电电主轴直直接驱动动方式：这种驱驱动方式式其实和和（c图图）方式式差不多多，但这这种传动动方式结结构方式式更为紧紧凑，占占用空间间更小。它它主要是是将主轴轴作为电电机的转转子，箱箱体壳（与与主轴配配合箱体体壳）作作为电机机的定子子。但是是这种电电机形式式的主轴轴结构，连连带主轴轴组件都都是成套套，要求求很高，精精度也高高。另外外制造成成本也很很高。且且容易发发热，同同样会影影响主轴轴精度。（参参图d）以下为为传动方方式的结结构图:图（a）带有变速齿轮的主传动图（b）一级带传动变速方式 图(cc) 调调速电机机直接驱驱动方式式 图(d)电电主轴直直接驱动动方式综上所述述，进行行各种传传动方式式优缺点点进行分分析和比比较来选选取本设设计所采采用的主主轴传动动方式。首首先是该该设计为为数控车车床，主主轴选用用带传动动（同步步齿形带带），主主轴主要要是车削削加工，必必须保证证其加工工精度，而而带传动动能缓和和冲击、吸吸收振动动，故传传动平稳稳。由此此选用一一级带传传动变速速方式。第四章 机床床夹具的的确定本次设计计的数控控车床所所加工工工件长度度约为3300mmm长（附图图2），夹夹具相对对设计较较单一，选选用卡盘盘夹紧工工具即可可满足加加工要求求。卡盘盘夹紧工工件与主主轴联接接，并与与主轴同同步旋转转。对于数控控车床夹夹具主要要就是卡卡盘夹具具。卡盘盘从它的的工作原原理上分分为以下下几种类类型：手动松松紧卡盘盘液压松松紧卡盘盘气动松松紧卡盘盘电动松松紧卡盘盘首先从数数控车床床的自动动化程度度讲，手手动卡盘盘属人工工操作，不不合适。另另外液压压和气动动松紧卡卡盘实际际工作原原理相似似，一个个是油泵泵进行驱驱动，一一个是气气泵驱动动，结构构设计简简明，传传动机构构简单。另另外电动动卡盘同同样结构构紧凑，效效率高，但但综上所所述，我我们选择择液压卡卡盘，液液压卡盘盘结构紧紧凑，自自动化程程度高，结结构比电电动卡盘盘简单，有有时可改改装为与与其相似似的气动动卡盘。另另外所设设计的数数控车床床许多装装置重于于用液压压系统，所所以用液液压卡盘盘是比较较合理的的。液压压卡盘的的控制原原理实质质为一锁锁紧回路路（附图图3）。第五章 主主轴主要要参数的的计算及及校核5.1主主轴主要要参数的的计算主轴的主主要参数数是：主主轴前端端直径DD1，主主轴内径径d。主轴轴悬伸量量a和主主轴支撑撑跨距LL。5.1.1主轴轴前端直直径D11主轴D11（按电电机功率率）如下下表5-1（mm）：功率（kkw）D1机床1.42.5523.635.557.37.411车床60880709907011059511301101455铣床及加加工中心心509906099060995751100901105外圆磨床床50660557707088075990车床、铣铣床、镗镗床、加加工中心心等机床床因装配配的需要要，主轴轴直径常常是自前前往后逐逐渐减小小的。前前轴颈直直径D11大于后后轴直径径D2。对对于车、铣铣床一般般，由上表表可取DD1=1110mmm。因此可知知由式子子后端直径径圆整后5.1.2主轴轴内径 主轴内孔孔径与机机床类型型有关，主主要用来来通过棒棒料、镗镗杆、拉拉杆或顶顶尖。确确定内孔孔径原则则是为减减轻主轴轴重量，在在满足对对空心主主轴孔径径要求和和最小壁壁厚要求求下，应应取最大大值。主轴的内内径是通通过刀具具夹具装装置固定定刀具、传传动气动动或液压压卡盘等等。主轴轴孔径越越大，主主轴部件件的相对对重量就就越轻。主主轴的孔孔径大小小主要受受主轴刚刚度的制制约。主主轴的孔孔径与主主轴直径径之比，小小于0.3时空空心主轴轴的刚度度几乎与与实心主主轴相等等；等于于0.55时空心心主轴的的刚度为为实心主主轴的990%；大于00.7时时，空心心主轴的的刚度就就急剧下下降。一一般可取取其比值值为0.5左右右。主轴本身身刚度KK正比于于抗弯断断面惯性性矩I由式子可可知取孔孔径的直直径极限限为此时若孔孔径再大大，刚度度急剧下下降根据推荐荐值 取 d1=55 mm5.1.3主轴轴前端悬悬伸量aa确定图5-11主轴悬伸伸量指主主轴前端端面到前前支承径径向反力力作用中中点（一一般即为为前径支支撑中点点）的距距离，参参考（11）表6.1-445，它它主要取取决于主主轴前端端部结构构形式和和尺寸，前前支撑轴轴承配置置和密封封等。因因此主要要由结构构设计确确定。悬伸量与与主轴部部件的刚刚度及抗抗振性成成反比，故故应尽量量取小值值。E-材料的的弹性模模量I-轴惯性性距-前刚刚度值-后刚刚度值初选a值值可参考考下表55-2确确定车床和主主轴类型型精密车床床、自动动车床用用滚动轴轴承支承承，适用用高精度度和普通通精度要要求0.61.55中等长度度和较长长主轴端端的车床床和铣床床，悬伸伸不太长长（不是是细长）的的精密镗镗床和内内圆磨床床，用滚滚动轴承承和滑动动轴承支支承适用用于绝大大部分普普通生产产要求1.2552.5计算得悬悬伸量为为80mmm5.1.4主轴轴跨距的的确定主轴跨距距是决定定主轴系系统动静静刚度的的重要影影响因素素，目的的是找出出在切削削力作用用下，主主轴前端端的柔度度值最小小的跨距距称为最最优跨距距（）。实实验证明明，动态态作用下下最优跨跨距很接接近于推得最最优值，因因此设计计时尽量量达到最最优值。前端角接接触球轴轴承的刚刚度（主主要为轴轴向刚度度）其中：内径为1110mmm,查参考考（2）表4.3-55查轴承样样本额定定动载荷荷取计算得主主轴跨距距为3000mmm5.2 轴的刚刚度计算算如果主轴轴前后轴轴承由数数段组成成，则当当量直径径（mm）（参考考文献22）式中、分别别为各段段的直径径和长度度（）；总长长，如果前后后轴承的的直径相相差不大大，也可可把前后后轴承直直径的平平均值近近似地作作为当量量直径dd。主轴的前前悬伸部部分较粗粗，刚度度较高，其其变形可可以忽略略不记，后后悬伸部部分不影影响刚度度，也可可不计算算。如主主轴前端端作用一一外载荷荷F如下图图（参考考文献33）图5-22 主轴轴组件计计算模型型则挠度：（参考考文献22）式中 F外载荷荷（N）； aa前前悬伸，等等于载荷荷作用点点至前支支承点间间的距离离（mmm）； ll跨跨距，等等于前后后支承的的距离（mm）； EE弹弹性模量量，钢的的； II截截面惯性性距, ；主轴轴的外径径和孔径径（mmm）。又因为，孔孔的影响响可以忽忽略由此此可得主主轴刚度度满足要要求。第六章 主轴轴轴承的的选择6.1 轴承的的选型主轴轴承承是主轴轴组件的的重要组组成部分分，它的的类型、结结构、配配置、精精度、安安装、调调整、润润滑和冷冷却都直直接影响响了主轴轴组件的的工作性性能。在在数控机机床上主主轴轴承承常用的的有滚动动轴承和和滑动轴轴承。滚动轴承承摩擦阻阻力小，可可以预紧紧，润滑滑维护简简单，能能在一定定的转速速范围和和载荷变变动范围围下稳定定地工作作。滚动动轴承有有专业化化工厂生生产，选选购维修修方便，在在数控机机床上被被广泛采采用。与与滑动轴轴承相比比，滚动动轴承的的噪声大大，滚动动体的数数目有限限，刚度度是变化化的，抗抗震性略略差，但但总体来来说，数数控机床床主轴组组件在可可能的条条件下，应应尽量使使用滚动动轴承，特特别是大大多数立立式主轴轴和主轴轴在套筒筒内能够够做轴向移移动的主主轴。这这时用滚滚动轴承承可以用用润滑脂脂润滑，以以避免漏漏油。滚滚动轴承承根据滚滚动体的的结构分分为球轴轴承、圆圆柱滚子子轴承、圆圆锥滚子子轴承三三大类。主轴轴承承主要应应根据精精度、刚刚度和转转速来选选择，为为了提高高精度和和刚度，主主轴轴承承间的间间隙应该该是可调调的。线线接触的的滚子轴轴承比点点接触的的球轴承承的刚度度高，但但一定温温升下允允许的转转速较低低，下面面就简述述几种常常用的数数控机床床主轴的的机构及及适用范范围。6.1.1 角角接触球球轴承这种轴承承既可以以承受径径向载荷荷又可以以承受轴轴向载荷荷。常用用的接触触角主要要有两种种：=255，=115，其中中=225的编号号为70000AAC型（旧旧代号为为461100型型），属属于特轻轻型；或或编号为为71990ACC型（旧旧代号为为469900型型），属属于超轻轻型。=155的编号号为70000CC型（旧旧代号为为361100型型），属属于特轻轻型；或或编号为为71990C型型；或编编号为771900C型（旧旧代号为为103369000型），属属于超轻轻型。如如图6-1所所示（参参考文献献2）.图6-11角接触触球轴承承角接触球球轴承多多用于高高速主轴轴，随接触角角的不同同，其应应用有所所区别，=25的轴向刚度较高，但径向刚度和允许的转速略低，多用于车、镗、铣加工中心等主轴；=15的转速可更高一些，但是轴向刚度较低，常用于轴向载荷较小、转速较高的磨床主轴或不承受载荷的车、镗、铣主轴后轴承。图6-22角接触触球轴承承这种轴承承为点接接触，刚刚度较低低。为了了提高刚刚度和承承载能力力，常用用多联组组配的方方法。所所以本设设计前支支承采用用双联组组配的方方式，代代号为DDF。6.1.2 圆圆柱滚子子轴承图6-33为双列列圆柱滚滚子轴承承（参考考文献22），他他的特点点是内孔孔为1：12的锥锥孔，与与主轴的的锥行轴轴径相配配合。轴轴向移动动为内圈圈，可把把内圈胀胀大，以以消除径径向间隙隙或预紧紧，这种种轴承只只能承受受径向载载荷。图6-33双列圆圆柱滚子子轴承6.1.3圆锥锥滚子轴轴承圆锥滚子子轴承既既能承受受径向载载荷，又又能承受受双向的的轴向载载荷，滚滚子数量量大，故故刚度和和承载能能力均较较大。由由于圆锥锥滚子轴轴承是外外缘凸肩肩轴向定定位，因因而箱体体上通孔孔加工方方便，但但缺点是是滚子大大端的端端面与内内圈挡边边之间为为滑动摩摩擦，发发热较大大，故允允许的极极限转速速较低。6.1.4深沟沟球轴承承这种轴承承只能承承受径向向载荷，轴轴向载荷荷则由配配套的推推力轴承承承受。此此种轴承承一般不不能调整整，常用用于精度度要求和和刚度要要求不太太高的地地方。在本设计计中，前前轴承采采用角接接触球轴轴承以适适应较高高速的要要求。主主轴轴向向载荷较较大，故故选用接接触角的的轴承。轴轴向力的的方向是是从轴头头部指向向尾部，故故前轴承承采用三三联组配配，前两两轴承同同向都面面朝前，共共同承担担轴向载载荷。后后一轴承承与前两两轴承背背靠背，以以实现预预紧。后后支承的的载荷较较大，因因此采用用双列圆圆柱滚子子轴承。这这种轴承承的外圈圈是可以以分离的的，主轴轴热膨胀胀时，可可连同轴轴承内圈圈的滚子子在外圈圈滚道上上轴向移移动。后后轴承直直径比前前轴承小小，预紧紧力也小小，因此此温升不不致超过过前轴承承。6.2轴轴承间隙隙调整和和预紧主轴轴承承的内部部间隙，必必须能够够调整。多多数轴承承，还应应能够在在过盈状状态下工工作，使使滚动体体和滚道道之间有有一定的的欲变形形，这就就是轴承承的预紧紧。轴承预紧紧后，内内部无间间隙，滚滚动体从从各个方方向支承承主轴，有有利于提提高运动动精度。滚滚动体的的直径不不可能绝绝对相等等，滚道道也不可可能绝对对正圆，因因而预紧紧前只有有部分滚滚动体和和滚道接接触。预预紧后，滚滚动体和和滚道都都有了一一定的变变形，参参加工作作的滚动动体将更更多，各各滚动体体的受力力将更均均匀。这这都有利利于提高高轴承的的精度、刚刚度和寿寿命。如如主轴产产生振动动，则由由于各个个方向都都有滚动动体支承承，可以以提高抗抗振性。但但是，预预紧后发发热较多多，温升升较高；且太大大的预紧紧将使轴轴承的寿寿命降低低，故预预紧要适适当。本本设计为为数控车车床的主主轴组件件设计，功功率相对对较小，所所以取中中预紧。第七章主主轴箱箱箱体的设设计71主主轴箱的的概述 主主轴箱为为数控机机床的主主要传动动系统它它包括电电动机、传传动系统统和主轴轴部件它它与普通通车床的的主轴箱箱比较，相相对来手手比较简简单只有有两极或或三级齿齿轮变速速系统，它它主要是是用以扩扩大电动动机无级级调速的的范围，以以满足一一定恒功功率、和和转速的的问题。7.2主主传动设设计7.2.1驱动动源的选选择机床上常常用的无无级变速速机构是是直流或或交流调调速电动动机 ，直直流电动动机从额额定转速速nd向向上至最最高转速速nmaax是调调节磁场场电流的的方法来来调速的的，属于于恒功率率，从额额定转速速nd向向下至最最低转速速nmiin时调调节电枢枢电压的的方法来来调速的的属于恒恒转矩；交流调调速电动动机是靠靠调节供供电频率率的方法法调速。由由于交流流调速电电动机的的体积小小，转动动惯量小小，动态态响应快快，没有有电刷，能能达到的的最高转转速比同同功率的的直流调调速电动动机高，磨磨损和故故障也少少，所以以在中小小功率领领域，交交流调速速电动机机占有较较大的优优势，鉴鉴于此，本本设计选选用交流流调速电电动机。根据主轴轴要求的的最高转转速40000rr/miin，最最大切削削功率55kw，选选择北京京数控设设备厂的的BESSK-88型交流流主轴电电动机，最最高转速速是45500rr/miin。7.2.2传动动轴的估估算传动轴除除应满足足强度要要求外，还还应满足足刚度要要求。强强度要求求保证轴轴在反复复载荷和和扭转载载荷作用用下不发发生疲劳劳破坏。机机床主传传动系统统精度要要求较高高，不允允许有较较大的 变形。因因此疲劳劳强度一一般不是是主要矛矛盾。除除了载荷荷较大的的情况外外，可以以不必验验算轴的的强度。刚刚度要求求轴在载载荷下不不至于产产生过大大的变形形。如果果刚度不不够，轴轴上的零零件由于于轴的 变形过过大而不不能正常常工作，或或者产生生振动和和噪音，发发热，过过早磨损损而失效效，因此此，必须须保证传传动轴有有足够的的刚度。计算转速速nj是是传动件件传递全全部功率率时的最最低转速速，各个个传动轴轴上的计计算转速速可以从从转速图图是直接接得出，如如表2-1所示示。 表7.2-11 各各轴的计计算转速速轴IIIIII计算转速速15000530140各轴功率率和扭矩矩计算： 已已知一级级齿轮传传动效率率为0.97（包包括轴承承），同同步带传传动效率率为0.98，则则 II轴：PP1=PPd xx 0.98=7.55 x 0.998=77.355KW III 轴轴 pp2=pp1 xx 0.97=7.55 x 0.997=77.288KW IIII轴轴 PP3=PP2 xx 0.97=7.228 xx 0.97=7.006KWW III轴扭扭矩：TT2=995500P2/n2=95550 xx x77.288/5330=11.311x IIII轴轴扭矩：T3=95550 PP3/NN3=995500 x 7.006/1140=4.882x 是是每米长长度上允允许的扭扭转角（ddeg/m）,可根据据传动轴轴的要求求选取，其其选择的的原则如如表7.2-22所示。 表表7.2-2 许许用扭转转角选取取原则 轴 主轴轴一般传动动轴较低的轴轴（ddeg/m）0.5-11-1.51.5-2最后所确确定各轴轴所允许许的扭转转角如表表2-33所示 轴 II轴 III轴 IIII轴（ddeg/m） 00.510.5把以上确确定的各各轴的输输入功率率N=77.5KKW，计计算转速速nj，允允许扭转转角代入扭扭转刚度度的估算算公式 d=91,可得传传动轴的的估算直直径： 40mmm 52.06mmm 31.339mmm.最后后取值如如下表所所示： 轴轴 II III IIII估算直径径 400 332 533主轴轴径径尺寸的的确定： 已知知车床最最大加工工直径为为Dmaax=4400mmm,则则 主主轴前轴轴颈直径径 DD1=00.255Dmaax155=855-1115mmm 后颈直直径 D2=(0.7-00.855)D11=677-811mm 内孔直直径 d=00.1DDmaxx10=35-55mmm7.2.4齿轮轮模数的的估算按接触疲疲劳强度度和弯曲曲疲劳强强度计算算齿轮模模数比较较复杂，而而且有些些系数只只有在齿齿轮的各各参数都都已知方方可确定定，故只只有在装装配草图图画完后后校验用用。在画画草图时时用经验验公式估估算，根根据估算算的结果果然后选选用标准准齿轮的的模数。齿轮模数数的估算算方法有有两种，一一是按齿齿轮的弯弯曲疲劳劳进行估估算，二二是按齿齿轮的齿齿面点蚀蚀进行估估算。这这两种方方法的前前提条件件是各个个齿轮的的齿数必必须已知知。根据齿轮轮不产生生跟切的的基本条条件：齿齿轮数不不小于117。由由于Z33,Z33这对齿齿轮有较较大的传传动比，各各个齿轮轮中最小小齿数的的齿轮必必然是ZZ3. 取Z44=222,S=1055,则ZZ4=833从转速图图上直接接看出ZZ3的计计算转速速是5330r/minn.根据据齿轮弯弯曲疲劳劳估算公公式 根据据齿轮接接触疲劳劳强度估估算公式式计算 得m=2.77由于受传传动轴轴轴径尺寸寸大小限限制，选选取齿轮轮模数为为m=33 mmm,对比比上面的的结果，可可知这样样设计的的齿轮传传动，既既满足了了齿面接接触疲劳劳强度，又又满足了了齿根弯弯曲疲劳劳强度，故故取同一一变速组组中的所所以齿轮轮的模数数都为mm=3mmm.可可得两轴轴中心距距为a=1577.5mmm.圆圆整为aa=1558mmm.7.2-5 VV型带的的选择；V带选择择spzz型带，取取小带轮轮的大小小72mmm，大大带轮的的大小为为2044mm；2-5-1确定定中心距距a和带带的基准准长如果中心心距未给给出，可可根据传传动的结结构需要要初定长长度中心心距a00，取0.7（）a02（），193.2a0=；确定带的的根数zz：根，圆整整为3根根。V带速度度的验算算： 故故带符合合要求。7.3主主轴箱展展开图的的设计主轴箱展展开图是是反应各各个零件件的相互互关系，结结构形状状以及尺尺寸的图图纸，并并以此为为依据绘绘制零件件工作图图。7. 33.1 各零件件结构和和尺寸设设计1设计计内容和和步骤通过绘图图设计轴轴的结构构尺寸以以及选出出轴承的的型号，确确定轴的的支点距距离和轴轴上零件件力的作作用点，计计算轴的的强度和和轴承的的寿命。2 有有关零件件结构和和尺寸的的确定传动零件件，轴，轴轴承是主主轴部件件的主要要零件，其其他零件件的结构构尺寸是是根据主主要零件件的位置置和结构构而定。齿宽影响响齿的强强度。轮轮齿越宽宽承载能能力越高高。但如如果太宽宽，由于于齿轮的的制造误误差和轴轴的变形形，可能能接触不不均，反反而容易易引起振振动和噪噪声，一一般取齿齿宽系数数=（66-100）m.这里取取齿宽系系数=110，则则齿宽BB=X m=110x33=300mm.各个齿齿轮的齿齿厚确定定如表33-1.表7.33-1 各齿轮轮的齿厚厚齿轮Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4齿厚2520353035303030由计算公公式；齿顶：齿根：得得到下列列尺寸表表齿轮的直直径决定定了各轴轴之间的的尺寸。各各主轴部部件中各各个齿轮轮的尺寸寸计算如如下表33-2表7.33-2 各齿轮轮的直径径齿轮Z1Z1Z2Z2Z3Z3Z4Z4分度圆直直径(mmm)481362259014417166249齿顶圆直直径(mmm)521402319615017772255齿根圆直直径（mmm）43131217.582.55136.5163.558.55241.5 由表77.3-2可以以计算出出各轴之之间的距距离，现现将它们们列出如如表7.3-33所示表7.33-3 各轴轴的中心心距 轴轴 I-II II-IIII 距离离230 16603)确定定齿轮的的轴向布布置 为避避免同一一滑移齿齿轮变速速组内的的两对齿齿轮同时时啮合，两两个固定定齿轮的的间距应应大于滑滑移齿轮轮的宽度度，一般般留有间间隙1-2mmm。轴承的选选择及其其配置主轴组件件的滚动动轴承既既要有承承受径向向载荷的的径向轴轴承，又又要有承承受两个个方向轴轴向载荷荷的推力力轴承。轴轴承类型型及型号号选用主主要根据据主轴的的刚度，承承载能力力，转速速，抗振振性及结结构要求求合理的的进行选选定。3 各轴轴结构的的设计轴的一一端与带带轮相连连，将轴的结结构草图图绘制如如图7.3-22 图77.3-2轴其结结构完全全按标准准确定，根根据其周周详的尺尺寸可将将结构简简图绘制制如图77.3-3所示： 图7.33-34主轴组组件的刚刚度和刚刚度损失失的计算算：最佳跨距距的确定定： 取取弹性模模量E=N/， DD=（990+665）/2=777.55mm； 主主轴截面面惯距： 截截面面积积；A=34559.99 主主轴最大大输出转转矩：故总切削削力为：估算时，暂暂取即取取2700mm前后支承承支反力力取=100330000NN/mmm 则 则=2225mmm当量切削削力的计计算：P=（aa=B）/a336399对于车车床 BB=0.4=1600mm则水平面面内：垂直面内内：主轴端部部的挠度度计算：， 传动力的的作用下下，主轴轴端位移移的计算算公式见见下式：式中：“”号表示示位移方方向上与与力反向向，b表表示齿轮轮与前支支承的距距离，cc表示齿齿轮与后后支承的的距离，将将各值带带入，得得水平面内内：垂直面内内：则主轴最最大端位位移为：已知主轴轴最大端端位移许许用值为为0.00002L0.009mmm则，符符合要求求。 主轴轴倾角的的验算：在切削力力p的作作用下主主轴前轴轴承处的的倾角为为：水平面：垂直面内内：传动力QQ作用下下主轴倾倾角为：水平面内内：raad垂直面内内：raad则主轴前前轴承处处的角为为垂直面内内：radd 故故符合要要求。7.3.5轴承承的校核核：齿轮受切切向力径向力：；切削削力F=13110N，径径向切削削力轴向切削削力，转速nn=40000rr/miin d=990mmm 垂直面内内的受力力分析：水平面内内的受力力分析：故合力：求两轴承承的轴向向力:对对700000AAC型轴轴承两次计算算的差值值不大，因因此，确确定，当量动载载荷：对两轴承承取X=1，YY=0； X=1，YY=0；由载荷性性质，轻轻载有冲冲击故取取当量载荷荷：。因为所以以可知其其寿命轴承也符符合刚度度要求。第八章主主轴组件件的润滑滑和密封封8.1主主轴滚动动轴承的的润滑润滑的作作用是减减少摩擦擦、降低低温升并并与密封封装置一一起保护护轴承不不受外物物的损伤伤与腐蚀蚀。润滑滑剂和润润滑方式式决定于于轴承的的类型、速速度和工工作负荷荷。如果果选择合合适，可可以降低低轴承的的工作温温度和延延长使用用寿命。滚动轴承承可以用用润滑脂脂或润滑滑油润滑滑。在速速度较低低时，用用润滑脂脂比用润润滑油温温升低；速度较较高时，用用油润滑滑较好。8.1.1脂润润滑脂润滑使使用方便便，不需需要供油油管路和和系统，没没有漏油油问题。如如果转速速不太高高（数值值可查轴轴承样本本），滚滚动轴承承应尽量量采用脂脂润滑，特特别是立立式主轴轴或装在在套筒内内可以伸伸缩的主主轴（如如钻床、坐坐标镗床床、加工工中心等等的主轴轴）。润滑脂使使用期限限长，如如果转速速不超极极限值，一一次充填填可使用用20000h以上。只只要密封封良好，不不让灰尘尘、油污污进入轴轴承，一一次充填填可一直直用到大大修时才才更换，中中间不需需填充。润滑脂填填充量不不宜过多多，尤其其不能填填满轴承承空间。否否则将引引起过多多的发热热，并油油可能使使脂熔化化流出。8.1.2油润润滑润滑滚动动轴承所所需的油油量很少少，约每每分钟115滴滴。若油油量增大大，则由由于搅拌拌作用会会使温度度升高。油油量增加加过大，则则冷却作作用为主主，温度度会下降降，但能能耗却加加大了。常常用油的的粘度为为12mmm/s30mmm/s(40C时)。高速主轴轴（如角角接触球球轴承nn1066mmr/mmin），发发热较多多。为控控制其温温升，希希望润滑滑时兼起起冷却的的作用。采采用油润润滑，用用空气冷冷却的方方法。常常用油雾雾和油气气润滑。由于主轴轴前端采采用了角角接触球球轴承，速速度较高高，致使使发热较较多，所所以采用用油润滑滑，在润润滑时也也起冷却却的作用用。后端端采用的的是曲路路（迷宫宫）密封封为防止止油液外外漏，用用脂润滑滑双列圆圆柱滚子子轴承。8.2主主轴组件件的密封封主轴组件件密封主主要是防防止油外外泄和尘尘埃、屑屑末进入入。密封封的类型型很多，两两个具有有相对运运动的结结合面之之间必然然有间隙隙，它们们之间的的密封称称为动密密封。两两个相对对静止不不动的结结合面之之间的密密封称为为静密封封。静密密封有研研磨面密密封、垫垫片密封封、密封封胶密封封等。在本设计计中轴承承端盖与与箱体之之间的密密封属于于静密封封，采用用纸封油油垫配合合紧定螺螺钉进行行密封，之之所以采采用此种种密封是是由于研研磨面密密封适用用与结合合面加工工平整、光光洁，但但本设计计箱体为为铸造，不不合适；而密封封胶密封封又不便便端盖拆拆卸。前、后端端轴承端端盖通孔孔和轴之之间的密密封属于于动密封封。前端端轴承为为角接触触球轴承承，转速速较高，采采用油润润滑，为为防止油油液甩出出，此处处采用了了毡圈油油封；后后端轴承承用脂润润滑，此此处用迷迷宫式密密封，利利用其节节流的作作用达到到密封的的效果，且且间隙中中充满着着润滑脂脂，密封封效果更更好。设计心得得在研究了了数控车车床的结结构及加加工特点点的前提提下，分分析了车车床的制制造和装装配的精精度基础础上，提提出了CCK61140型型数控车车床的整整体结构构装配特特点和标标准，设设计了主主轴结构构及前后后支承的的结构解解决了回回转精度度、抗振振性、及及热变形形等问题题，达到到了设计计前要求求的加工工精度目目的，取取得了高高效经济济的效果果。通过这次次的毕业业设计，我我不仅加加深了对对CK661400数控车车床主轴轴理论的的理解，将将理论很很好地应应用到实实际当中中去，而而且我还还学会了了如何去去培养我我们的创创新精神神，从而而不断地地战胜自自己，超超越自己己。也让让我深刻刻意识到到了书到到用时方方恨少，平平时学的的东西，真真正拿出出来作为为理论指指导的时时候，才才知道自自己所掌掌握的东东西竟然然如此的的缺乏。同同时，更更重要的的是，我我在这一一设计过过程中，学学会了坚坚持不懈懈，不轻轻易言弃弃。设计计过程，也也好比是是我们人人类成长长的历程程，常有有一些不不如意，也也许这就就是在对对我们提提出了挑挑战，勇勇敢过，也也战胜了了，胜利利的钟声声也就一一定会为为我们而而敲响。在本次设设计中，我我查阅了了大量的的资料。通通过本次次设计，使使我懂得得了怎么么样去查查阅各种种资料，懂懂得了利利用学过过的知识识来进行行设计，计计算。但但是在这这次设计计中我遇遇到了很很多问题题，这些些问题是是我以前前从没有有遇到的的，他对对我的设设计进度度影响很很大，我我无论怎怎么想都都找不到到解决的的办法，于于是我就就向我们们的设计计指导老老师请教教，在老老师的解解说下，我我解决了了这些问问题，而而且从中中收益很很多。为为今后从从事本专专业的设设计工作作打下扎扎实的基基础。在此，特特别感谢谢老师给给我的悉悉心指导导，还有有其他老老师给我我在设计计方面给给予的帮帮助。我我觉得通通过这次次设计，让让我了解解了设计计的整个个流程，在在设计过过程中发发现了自自己的不不足和不不少的漏漏洞，让我自自己能够够在以后后加以改改正，在今后后的工作作中能够够更好的的发挥在在大学三三年中所学学的知识识，在以以后的工工作中能能够做的的更好。当然，我我的设计计还存在在着一些些缺陷，在本次设计中由于我的水平有限，所以只对主轴部分进行了详细的设计，其他部分只进行了简单的介绍。在此恳请老师批评指正。这次设计也让我懂得细节决定成败，在以后的设计中我会严格吸取教训，做的更好！