卧式镗铣数控机床设计 - 图文

武汉理工大学毕业设计（论文）

0.3nj?n1(nmaxn1)0.3?5333.3??26.7???26.7???130.8r/min

则Ⅰ、Ⅱ轴计算转速分别为：

nII?nj?1.5?130.8?1.5?196.2r/min

nI?nII?2?196.2?2?392.4r/min

4.2.2各轴输入功率的确定

传动系统中，有相对运动的物体间总是伴随着摩擦和磨损，并且啮合齿轮间也会因为制造和安装误差使其在运转过程中产生振动和噪声，这些都不可避免地存在功率损失。因此当电动机输出为额定功率时，具体传递到某一级轴上的功率就不再是额定功率了，而必须考虑联轴器、轴承、齿轮等的传动效率。

《机械设计课程设计》表2-2《机械传动和轴承等效率的概略值》收录了常用机械传动（包括齿轮传动、链传动、V带传动、联轴器等）和轴承等的效率的概略值，参照前面方案设计中的传动系统示意图，可初估各轴输入功率如下：

PI?Pd?联轴器＝15?0.99＝14.85kW

PII?PI?轴承?齿轮＝14.85?0.98?0.97＝14.12kWPIII?PII?轴承?齿轮＝14.12?0.98?0.97＝13.42kW

4.3轴的设计

在转轴设计中，其特点是不能首先通过精确计算确定轴的截面尺寸。因为转轴工作时，受弯矩和转矩联合作用，而弯矩又与轴上载荷的大小及轴上零件相互位置有关，所以当轴的结构尺寸未确定前，无法求出轴所受的弯矩。因此，转轴设计时，开始只能按扭转强度或经验公式估算轴的直径，然后进行轴的结构设计，最后进行轴的强度验算。

4.3.1初估各轴直径

查《机械设计手册》（中册）表8-347《按扭转强度及刚度计算轴径的公式》或以得到按扭转强度计算的估算轴径为：

实心轴：d?17.23T????A3Pn

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空心轴：d?17.23其中：d—轴端直径；

APT????131??4?A3Pn?131??4

—根据许用扭转角确定的系数，按《机械设计手册》（中册）表8-348选取； —轴的输入功率；

n—轴的计算转速；

?—空心轴的内径和外径之比，计算系数

131??4的值见《机械设计手册》（中册）

表8-361。

如图8所示，由《材料力学》的知识可知，剪应力在横截面上是线性分布的，圆心处为零，当圆周上有最大应力值时，中心部分的应力仍较小，材料并没有充分发挥作用。如果将这部分材料旋转在离圆心比较远的地方，可明显地增大截面的极惯性矩IP，这样就自然提高了轴的承载能力。当然，并不是说所有的轴都要做成空心的，对一些直径较小的轴，如果加工成空心轴，反而会因加工工序增加或加工困难而增加成本、造成浪费。

图8 受扭转轴横截面剪应力分布图 图9 铣刀盘安装示意图 机床的传动系统中，传动轴的直径一般不会太大，因此，多数情况下传动轴都是实心的；但主轴因为其尺寸参数通常由结构需要而定，而主轴前端要安装刀具，因此，为了拉紧刀具并保证铣刀尖与主轴的同轴度，主轴一般都做成空心的，其内部分布着芯轴和拉刀装置，如图9所示。

因此，该传动系统Ⅰ、Ⅱ轴按实心轴计算公式估算。查《机械设计手册》（中册）表8-348《几种常用材料的???及?A?值》，得45钢?A?值为?A??126~103，计算中取?A??120，则

dImin?A3PInI?120?314.85392.4?40.3mm

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dIImin?A3PIInII?120?314.12196.2?49.9mm

另由传动系统示意图可知，Ⅰ轴联轴器端应有一个键槽，因此Ⅰ轴的最小轴径应在

40.3mm的基础上增大5%，即：

dImin?40.3?1.05?42.3mm

取主轴内径和外径之比为??0.5，查《机械设计手册》（中册）表8-361《空心轴系数表》得计算系数

131??4?1.002，则满足强度要求的主轴最小直径为：

d主轴min?A3Pn?131??4?120?313.42130.8?1.002?56.3mm

4.3.2传动轴结构设计

根据主轴箱传动系统简图上主要零件的布置图和轴的初步估算轴径，进行轴的结构设计。考虑到主轴的伸缩式结构，并且完成主轴箱设计后要与床身立柱相配合，此处结构设计主要确定的是轴上各段轴颈的大小，长度方向尺寸在主轴结构设计完成后再考虑。

首先对Ⅰ轴进行结构设计。

Ⅰ轴最小轴径为dImin?42.3mm，并且它要与主轴电机输出端通过联轴器相连。由图7知，主轴电机输出轴直径为42mm。

查《机械设计课程设计》表13-5《弹性柱销联轴器》，选择LT7型即可满足要求。LT7型弹性柱销联轴器安装尺寸如下图所示：

图10 LT7型弹性柱销联轴器安装尺寸图

因此，Ⅰ轴联轴器端（即最小轴径处）直径大小为dImin?45mm。

根据确定的联轴器端直径和该轴上布置的主要零件，确定Ⅰ轴各段轴颈的大小如下：

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图11 Ⅰ轴轴颈尺寸分布图

Ⅰ轴联轴器端直径为45mm，联轴器轴向由?50mm轴肩定位；

31310圆锥滚子轴承内径大小为?50mm，轴承内圈用花键外径定位，外圈用轴承端盖压紧；

Ⅰ轴上花键规格为8?56?62?10，31310圆锥滚子轴承内圈定位轴肩要求不小于

?60mm，因此采用花键外径定位轴承内圈满足要求。

齿轮左端和右端分别采用?70mm光轴轴肩和?58mm轴用挡圈定位，均能满足定位精度要求。

另外，如Ⅰ轴结构设计图，考虑到主轴箱内各处轴承和齿轮啮合处的润滑，在Ⅰ轴上设置一个凸轮，用来推动润滑油泵工作，将主轴箱底部润滑油泵送至各润滑点。

Ⅱ轴的结构设计步骤与Ⅰ轴类似，而且Ⅱ轴是通过齿轮与Ⅰ轴进行动力传动的，不需要联轴器，因此它的结构设计比Ⅰ轴更简单，在这里就不再赘述其过程了。最终得到的Ⅱ轴各段轴颈大小如图12所示。

图12 Ⅱ轴轴颈尺寸分布图

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