机床主轴箱设计

1．  机床主要技术参数：
（1）       尺寸参数：
床身上最大回转直径：  400mm
刀架上的最大回转直径： 200mm
主轴通孔直径：  40mm
主轴前锥孔：  莫式6号
最大加工工件长度： 1000mm
（2）       运动参数：
根据工况，确定主轴最高转速有采用YT15硬质合金刀车削碳钢工件获得，主轴最低转速有采用W₁₆Cr₄V高速钢刀车削铸铁件获得。
   n_max= = 23.8r/min    n_min  =1214r/min
根据标准数列数值表，选择机床的最高转速为1180r/min，最低转速为26.5/min 
公比 取1.41，转速级数Z=12。    
（3）       动力参数：
电动机功率4KW  选用Y112M-4型电动机
2．  确定结构方案：
（1）       主轴传动系统采用V带、齿轮传动；
（2）       传动形式采用集中式传动；
（3）       主轴换向制动采用双向片式摩擦离合器和带式制动器；
（4）       变速系统采用多联滑移齿轮变速。
3．  主传动系统运动设计：
（1）       拟订结构式：
1）  确定变速组传动副数目：
实现12级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合：
      A．12=3*4   B. 12=4*3    C。12=3*2*2 
      D．12=2*3*2    E。12=2*2*3
方案A、B可节省一根传动轴。但是，其中一个传动组内有四个变速传动副，增大了该轴的轴向尺寸。这种方案不宜采用。
根据传动副数目分配应“前多后少”的原则，方案C是可取的。但是，由于主轴换向采用双向离合器结构，致使Ⅰ轴尺寸加大，此方案也不宜采用，而应选用方案D
2）  确定变速组扩大顺序：
12=2*3*2的传动副组合，其传动组的扩大顺序又可以有以下6种形式：
      A．12=2₁*3₂*2₆        B。12=2₁*3₄*2₂
         C．12 =2₃*3₁*2₆       D。12=2₆*3₁*2₃
         E．2₂*3₄*2₁           F。12=2₆*3₂*2₁
根据级比指数非陪要“前疏后密”的原则，应选用第一种方案。然而，对于所设计的机构，将会出现两个问题：

① 第一变速组采用降速传动（图1a）时，由于摩擦离合器径向结构尺寸限制，使得Ⅰ轴上的齿轮直径不能太小，Ⅱ轴上的齿轮则会成倍增大。这样，不仅使Ⅰ-Ⅱ轴间中心距加大，而且Ⅱ-Ⅲ轴间的中心距也会加大，从而使整个传动系统结构尺寸增大。这种传动不宜采用。
② 如果第一变速组采用升速传动（图1b），则Ⅰ轴至主轴间的降速传动只能由后两个变速组承担。为了避免出现降速比小于允许的极限值，常常需要增加一个定比降速传动组，使系统结构复杂。这种传动也不是理想的。
如果采用方案C，即12 =2₃*3₁*2₆，则可解决上述存在的问题（见图1c）。其结构网如图2所示。

（2）       绘制转速图：
1）  验算传动组变速范围：
第二扩大组的变速范围是R₂ = =8，
符合设计原则要求。
2）  分配降速比：
该车床主轴传动系统共设有四个传动组，其中有一个是带传动。根据降速比分配应“前慢后快”的原则及摩擦离合器的工作速度要求，确定各传动组最小传动比。
U= =  =
 =
3）  绘制转速图：（见附图1）
（3）       确定齿轮齿数：
利用查表法求出各传动组齿轮齿数如下表：

变速组	第一变速组				第二变速组						第三变速组
齿数和	72				72						106
齿轮	z1	z2	z3	z4	z5	z6	z7	z8	z9	z10	z11	z12	z13	z14
齿数	24	48	42	30	19	53	24	48	30	42	18	72	60	30

传动过程中，会采用三联滑移齿轮，为避免齿轮滑移中的干涉，三联滑移齿轮中最大和次大齿轮之间的齿数差应大于4。所选齿轮的齿数符合设计要求。
（4）       验算主轴转速误差：
       主轴各级实际转速值用下式计算：
                   n = n_E* (1-ε)u₁ u₂ u₃
        式中  u₁ u₂ u₃ 分别为第一、第二、第三变速组齿轮传动比。
              ε取0.05
       转速误差用主轴实际转速与标准转速相对误差的绝对值表示：
△    n = | |≤10（Φ-1）%
其中 主轴标准转速
转速误差表

主轴转速	n1	n2	n3	n4	n5	n6
标准转速	26.5	37.5	53	75	106	150
实际转速	27.3	37.75	53.93	75.78	105.7	151
转速误差%	3.0	0.7	1.8	1.0	0.3	0.67
主轴转速	n7	n8	n9	n10	n11	n12
标准转速	212	300	425	600	850	1180
实际转速	216.53	302	431.43	606.3	845.6	1208
转速误差%	2.1	0.67	1.5	1.1	0.5	2.3

        转速误差满足要求。
（5）       绘制传动系统图：（见附图2）  
4．  估算传动件参数，确定其结构尺寸：
（1）       确定传动件计算转速：
1）  主轴：
主轴计算转速是第一个三分之一转速范围内的最高一级转速，即
n_j = n_min =74.3r/min 即n₄=75r/min;
2）  各传动轴：
轴Ⅲ可从主轴为75r/min按72/18的传动副找上去，似应为300r/min。但是由于轴Ⅲ上的最低转速106r/min经传动组C可使主轴得到26.5r/min和212r/min两种转速。212r/min要传递全部功率，所以轴Ⅲ的计算转速应为106r/min。轴Ⅱ的计算转速可按传动副B推上去，得300r/min。