材料力学 - 车床主轴设计
车床主轴箱的设计设计精品文档42页
第1章绪论1.1课题来源随着技术的发展，机床主轴箱的设计会向较高的速度精度，而且要求连续输出的高转矩能力和非常宽的恒功率运行范围。
另外还会改善机床的动平衡，避免震动、污染和噪音等。
本设计为CA6140机床的主轴箱。
作为主要的车削加工机床，CA6140机床广泛的应用于机械加工行业中。
CA6140机床主轴箱的作用就是把运动源的恒定转速改变为主运动执行件（主轴、工作台、滑枕等）所需的各种速度；传递机床工作时所需的功率和扭矩；实现主运动的起动、停止、换向和制动。
主轴箱通常主要由下列装置和机构组成：齿轮变速装置；定比传动副；换向装置；起动停止装置；制动装置；操纵装置；密封装置；主轴部件和箱体。
根据机床的用途和性能不同，有的机床主轴箱可以只包括其中的部分装置和部件。
主轴箱是支承主轴并安装主轴的传动变速装置，使主轴获得各种不同转速，以实现主切削运动。
该机床主轴箱刚性好、功率大、操作方便。
CA6140机床可进行各种车削工作，并可加工公制、英制、模数和径节螺纹。
主轴三支撑均采用滚动轴承；进给系统用双轴滑移共用齿轮机构；纵向与横向进给由十字手柄操纵，并附有快速电机。
该机床刚性好、功率大、操作方便。
1.2研究动态及发展趋势机床设计和制造的发展速度是很快的。
由原先的只为满足加工成形而要求刀具与工件间的某些相对运动关系和零件的一定强度和刚度，发展至今日的高度科学技术成果综合应用的现代机床的设计，也包括计算机辅助设计（CAD）的应用。
但目前机床主轴变速箱的设计还是以经验或类比为基础的传统（经验）设计方法。
因此，探索科学理论的应用，科学地分析的处理经验，数据和资料，既能提高机床设计和制造水平，也将促进设计方法的现代化。
随着科学技术的不断发展，机械产品日趋精密、复杂，改型也日益频繁，对机床的性能、精度、自动化程度等提出了越来越高的要求。
机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一，不仅能提高产品质量和生产率，降低生产成本，还能改善工人的劳动条件。
车床主轴设计开题报告
车床主轴设计开题报告车床主轴设计开题报告一、引言车床是一种常见的机床设备，用于加工金属材料。
而车床的核心部件就是主轴，它承载着工件的旋转运动。
主轴的设计对车床的性能和加工质量有着重要影响。
本报告将探讨车床主轴设计的相关问题，包括主轴的结构、材料选择、加工工艺等。
二、主轴结构设计主轴结构的设计是车床设计中的关键环节。
主轴通常由轴承、轴颈和轴套等组成。
在设计主轴时，需要考虑以下几个因素。
1. 轴承选择轴承是主轴的核心支撑部件，对主轴的运转稳定性和寿命有着重要影响。
在选择轴承时，需要考虑主轴的转速、载荷和精度要求等因素。
常见的轴承类型有滚动轴承和滑动轴承，根据具体需求进行选择。
2. 轴颈设计轴颈是主轴上的直径较小的部分，承受着工件的切削力和轴向力。
轴颈的设计需要考虑到工件的加工要求和主轴的强度要求。
通常采用圆柱形轴颈，根据具体情况可以考虑加大轴颈直径或者采用强化措施，如表面淬火等。
3. 轴套设计轴套是主轴上的套筒状部件，用于支撑和保护轴颈。
轴套的设计需要考虑到轴颈的直径、材料和润滑方式等因素。
常见的轴套材料有铜合金和聚合物材料，根据具体需求进行选择。
三、主轴材料选择主轴的材料选择直接影响着主轴的强度、刚性和耐磨性。
常见的主轴材料有碳素钢、合金钢和不锈钢等。
在选择主轴材料时，需要考虑到主轴的工作环境、加工要求和成本等因素。
一般情况下，碳素钢具有较好的强度和刚性，适用于一般的车床主轴。
而对于高速车床或者特殊要求的主轴，可以考虑使用合金钢或不锈钢等材料。
四、主轴加工工艺主轴的加工工艺对主轴的质量和性能有着重要影响。
主轴的加工工艺包括车削、磨削和热处理等步骤。
1. 车削车削是主轴加工的基本工艺，用于将原材料加工成主轴的形状和尺寸。
车削过程中需要控制切削参数，如切削速度、进给量和切削深度等，以确保主轴的尺寸精度和表面质量。
2. 磨削磨削是主轴加工的精密工艺，用于提高主轴的尺寸精度和表面质量。
常见的磨削方法有外圆磨削和内圆磨削等。
车床主轴系统设计(25页)
2.主轴为空心轴，内孔直径按要求计算. d内=D平×70% =1/2(D前+D后)×70%
3.主轴必须实现制动. 4.必须设计操纵机构. 5.必须考虑润滑系统的设置方案和具体的润滑部位.
6.主轴距导轨的中心高H为H/D=0.5
7. 导返轨回的跨距B为B/D=0.8~1
5
五. 结构设计中应注意的问题
综合课程设计
机床课程设计
1
一. 设计目的
1.掌握机床主传动部件设计过程和方法； 2.综合应用所学的理论知识，提高理论联系实际和
综合设计的能力； 3.训练和提高设计的基本技能。
2
二. 设计题目
普通车床主传动系统设计
返回
3
三. 设计参数
参数 Dmax nmax nmin
φ
（r/min） （r/min）
主轴前端结构已标准化，按指导书上选择跨距进行初算，再 根据结构调整。 ⑹标出配合公差及标题栏。
6
㈡剖面图：
反映箱体的剖面形状、尺寸、各轴空间位置，床身与 箱体的连接及操纵机构的具体结构尺寸及形状
⑴剖面位置应剖在操纵机构的剖面上，若与展开图结合 还不能表达完整，则需画出向试图和局剖图，必须表 达清楚
10
设计步骤及时间安排
时间2011.03.11——04.01
• 3月11日 布置题目、设计准备；
• 12~13日 拟定转速图及传动系统图；
• 14~15日
传动件的初步设计，确定正反转、 制动机构、操纵机构及润滑系统；
• 16~20日 绘制展开图
• 21~24日 绘制剖面图
• 25~26日 验算（齿轮、轴承、主轴、传动轴）
分组
Ⅰ 400 1000 22.4 1.41
车床主轴箱课程设计机床主轴箱有全套CAD图纸
目录１、参数的表述２、体育设计３、传动件的估算和校核计算４、展开图的设计５、摘要一.参数制定1、确定公比φ。
已知Z = 12级(采用集中传输)nmax =1800 nmin=40Rn =φz-1所以算出来φ≈1.41。
2.确定电机功率n。
根据ф 320和ф 400车床的设计参数，采用插补方法:已知最大旋转直径为ф 360。
切割深度ap(t)为3.75毫米，进给速度f (s)为0.375毫米/转，切割速度V为95米/分钟。
计算:主(垂直)切削力:FZ = 1900ap0.75n=1900 X 3.75 X0.3750.75牛顿≈3414.4北纬切割功率:N切割= FZV/61200千瓦= 5.3千瓦主电机的估计功率:N= N cut/η total= N切割/0.8千瓦=5.3/0.8千瓦=6.6千瓦因为N的取值必须根据Y系列中国产电机的额定功率来选择，所以选择7.5 KW。
第二，体育运动的设计1.列出结构式12=2[3] 3[1] 2[6]因为:如果换向摩擦离合器安装在I轴上，为了减小轴向尺寸，第一个传动组的传动副数不宜多，2个为好。
在机床设计中，由于所需的R较大，最终展开组选择2比较合适。
由于I 轴装有摩擦离合器，结构上要求齿轮的根圆大于离合器的直径。
2.画出结构网络。
3.绘制速度图。
1)主电机的选择电动机功率n: 7.5kw电机速度nd:因为nmax =1800r/min，按N=7.5 KW，因为电机转速nd应接近或适宜于主轴的最大转速，以免采用过大的增速或过小的减速传动。
因此，电机初步确定为Y132m-4，电机转速为1440r/min。
2)恒速传动在变速传动系统中，采用定比传动，主要考虑传动、结构和性能的要求，以满足不同用户的要求。
为了减缓中间两个齿轮组的速度，减小齿轮箱的径向尺寸，在ⅰ-ⅱ轴之间增加了一对减速传动齿轮。
3)分配减速比。
① 12步减速:40 56 80 12 112 160 224 315 450630900 1250 1800(转/分钟)②确定ⅳ档和ⅴ档之间的最小减速传动比:由于齿轮的极限传动比限定为imax=1/4，为了提高主轴的稳定性，最后一个换挡的减速比为1/4。
材料力学课程设计-车床主轴
材料力学课程设计设计计算说明书设计题目：车床主轴设计学号:姓名：指导教师：一、设计目的材料力学课程设计的目的是在于系统的学习材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学设计的基本原理和计算方法，独立计算工程中的典型零部件，已达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题的能力。
同时，可以使我们将材料力学的理论和现代的计算方法及手段融为一体。
即从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；即把以前学到的知识综合的运用，又为以后的学习打下了基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。
1.使我们的材料力学知识系统化，完整化。
2.在系统的全面的复习的基础上，运用材料力学的知识解决工程中的实际问题。
3.由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学的知识和专业需要结合起来。
4.综合运用以前所学的各门课程知识，是相关学科知识有机的联系起来。
5.初步了解和掌握工程实践中的设计思想和方法，为以后打下基础。
二、设计的任务和要求1.画出受力分析计算简图和内力图2.列出理论依据和导出的计算公式3.独立编制计算机程序，通过计算机给出计算结果4.完成设计说明书。
三、设计题目车床主轴设计---某车床主轴尺寸及受力情况如图1所示。
在A、B、C三个支座的中间支座B处，轴承与轴承座之间有间隙 ，正常工作时，B处轴承不起支撑作用，３此时轴处于A 、C 两支座下的静定状态。
当B 截面处弯曲变形大于间隙δ时，轴处于A 、B 、C 三支座下的静不定状态。
轴截面E 处装有斜齿轮，其法向压力角为α，螺旋角为β，工作处的切削力有Fx 、Fy 、Fz （在进行强度、刚度计算时，可以不计轴向力Fx 的影响，而以弯曲、扭转变形为主）。
轴的材料为优质碳素结构钢（45钢），表面磨削加工，氮化处理。
其他已知数据见表1。
1、 试按静定梁（A 、C 支撑）的强度、刚度条件设计等截面空心圆轴外径D(d/D 值可见数据表2)，并计算这时轴上B 截面处的实际位移。
车床主轴的功用和结构特点及设计要求
• 锥孔对轴颈的径向圆跳动近轴端为0.005， 离轴端300处为0.01，锥面接触率≥70%，粗 糙度Ra≤0.63μm ，硬度为HRC48~50。
➢ 主轴轴端外锥（短锥）的技术要求 • 用来安装卡盘或花盘的；也是定心表面； • 对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接
触精度都要求高；
工痕迹；
• 4) 采用浮动的加工方法（自定心）； • 5) 加工余量很小，一般不超过0.02mm。
➢轴类零件的检验 检验项目
• 1) 表面粗糙度； • 2) 表面硬度； • 3) 尺寸精度； • 4) 相互位置精度； • 5) 表面几何形状精度。
检验顺序 • 几何精度→尺寸精度→位置精度
检验方法
➢外圆表面的车削加工
车削加工的工艺作用
• 1) 粗加工：切除大部分余量；
• 2) 半精加工：修整预备热处理后的 变形；
• 3) 精加工：使磨削前各表面具有一 定的同轴度和合理的磨削余量；精 加工螺纹及各端面等。
车削加工值得考虑的问题 • 1) 生产效率； • 2) 工序精度（复映误差）； • 3) 劳动强度。
• 3) 两顶尖孔同轴பைடு நூலகம்：影响同轴度、影响 位置精度
• 4) 顶尖孔锥角和圆度误差：直接反映 到工件的圆度上
• 5) 热处理、切削力、重力等的影响， 会损坏顶尖孔的精度
• 6) 热处理后和磨削加工前，需要消除 误差
研磨方法 • 1) 用铸铁顶尖研磨； • 2) 用油石或橡胶砂轮夹在车床的卡
盘上，用金刚钻研磨； • 3) 用硬质合金顶尖刮研。
提高综合机械性能； • 精加工前局部高频淬火：提高运动表面耐磨性； • 精加工后的定性处理：低温时效和水冷处理。
车床床身,主轴,传动齿轮的设计
车床床身定义：床身是机床精度要求很高的带有导轨(山形导轨和平导轨)的一个大型基础部件，用于支撑和连接车床的各个部件，并保证各部件在工作时有准确的相对位置。
产品作用：床身是机床的基础部件，用于连接其他部件，主要拥有减振、抗振、抗压的作用。
是车床工作时支撑整体的主要部分。
产品使用要求：（1）精度要求相对较高；（2）要有减振、减压的作用；（3）抗磨损性高，不易变形有一定的刚度。
使用材料：HT150、HT200a机床开机后的转速很高极易产生振动，笨重的铸铁材料及其高含量的石墨可以起到减震的效果，这是主要目的；（减震）b超重的机床床身性价比最高的就是铸铁；（造价低，加工容易）c铸铁材料强度，刚度都很高，塑性变形小，不易产生形变；（不易变形）毛坯制造方法：铸造成型成型方法：灰铸铁制造的床身需要精加工，床身导轨表面我主要选择刨削；床身孔的加工方法选择镗削工艺。
刨削加工：（1）定义：利用刨刀与工件在水平方向上的相对直线往复运动的切削加工。
（2）特点：①成本低；②应用广泛；③加工方式简单；④加工精度较高；⑤成产率低。
镗削加工：（1）定义：是一种用刀具扩大孔或其它圆形轮廓的内径车削工艺，其应用范围一般从半粗加工到精加工，所用刀具通常为单刃镗刀(称为镗杆)。
（2）特点：①适应性强；②可以有效地校正原有孔轴线的偏斜或位置误差；③加工质量好；④应用广泛；⑤成本较低。
（3）应用：主要适用于批量生产，精加工箱类零件上的直径较大的孔。
表面处理：机床床身铸造产品作为一种大型铸件必须要经过热处理才能提高本身的使用性能，改善床身铸件的内在质量。
为使床身铸件有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺是必不可少的。
由于热处理不能改变石墨的形状、分布，故对提高力学性能作用不大，因此在灰铸铁的生产中，热处理主要用于消除铸件的内应力和改善其切削加工工艺。
方法：应力退火，消除铸件白口的退火以及表面淬火。
①应力退火：消除内应力退火通常是将铸件缓慢加热到500摄氏度到560摄氏度，保温一段时间（每10mm截面保温一小时），然后以极缓慢的速度随炉冷至150摄氏度到200摄氏度后出炉。
车床主轴设计课程设计
车床主轴设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够掌握车床主轴的基本结构及其在设计中的作用；2. 学生能够理解并运用车床主轴设计的相关原理和公式；3. 学生能够了解车床主轴的加工工艺及其对设计的影响；4. 学生能够掌握车床主轴设计中涉及的工程材料和热处理方法。
技能目标：1. 学生能够运用CAD软件进行车床主轴的三维建模；2. 学生能够根据设计要求，独立完成车床主轴的设计计算；3. 学生能够分析车床主轴设计中的问题，并提出合理的解决方案；4. 学生能够撰写完整的车床主轴设计报告，并进行口头汇报。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械设计专业的兴趣和热情；2. 培养学生严谨、务实的设计态度，注重工程实践；3. 培养学生团队协作精神，提高沟通与交流能力；4. 增强学生的创新意识，鼓励学生勇于尝试新的设计方法和理念。
本课程针对高年级机械设计专业学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果，以便后续的教学设计和评估。
通过本课程的学习，使学生具备车床主轴设计的基本知识和技能，为今后从事相关领域工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 车床主轴结构及工作原理- 车床主轴的结构组成与功能- 车床主轴的工作原理及性能要求2. 车床主轴设计原理- 主轴设计的基本原则和概念- 主轴设计中涉及的力学、材料力学知识- 主轴设计的相关公式及计算方法3. 车床主轴加工工艺- 主轴加工的基本工艺流程- 不同加工方法对主轴设计的影响- 主轴加工中的质量控制和检测方法4. 车床主轴工程材料及热处理- 常用车床主轴工程材料及其性能特点- 主轴热处理工艺及其对性能的影响- 材料选择与热处理工艺的匹配原则5. 车床主轴设计实践- 运用CAD软件进行主轴三维建模- 主轴设计计算及校核- 设计过程中问题的分析及解决方案- 撰写设计报告及口头汇报教学内容按照教学大纲和课程目标进行安排，确保科学性和系统性。
以教材为依据，结合实际工程案例，使学生充分掌握车床主轴设计的相关知识，为后续课程设计和工程实践打下基础。
车床主轴的功用和结构特点及设计要求
动为0.008；
• 粗糙度Ra≤12.5μm ，硬度为HRC45~50。
➢空套齿轮轴颈的技术要求 • 影响传动的平稳性；可能导致噪声； • 有同轴度要求，对支承轴颈的径向圆
跳动为0.01~0.015； • 尺寸精度要求为IT5~IT6；
• 粗、精加工二阶段应分粗、精加工机床进行， 合理利用设备，保护机床。
➢定位基准的选择 • 应使定位基准与装配基准重合； • 一次安装应多加工几个面； • 注意零件的主要精度指标：同轴度、圆
度、径向跳动；
• 主轴的定位过程较复杂：有顶尖、锥堵 、支承表面等作为定位基准。
➢加工顺序的安排和工序的确定
特别值得注意的工艺问题有： 1) 定位基准的选择； 2) 加工顺序的安排； 3) 深孔加工； 4) 热处理变形。
➢ 车床主轴的功用 • 承受扭转力矩； • 承受弯曲力矩； • 保证回转运动精度。
➢ 车床主轴的设计要求 • 扭转和弯曲刚度高； • 回转精度高（径向圆跳动、端面圆跳动、回转轴
线稳定）；
；
• 支承轴颈圆度误差为0.005mm，径向跳动为 0.005mm；
• 其他外圆的圆度要求，误差小于50%尺寸公差， 高精度者为5~10%；
• 轴颈与有关表面的同轴度误差应很小。
➢ 主轴工作表面（锥孔）的技术要求
• 用来安装顶尖或刀具锥柄的；是定心表面；
• 对锥面的尺寸精度、形状精度、粗糙度、接 触精度都要求高；
• 制造精度高： 1) 结构尺寸及动态特性要好； 2) 主轴本身及其轴承精度高； 3) 轴承的结构和润滑； 4) 齿轮的布置； 5) 固定件的平衡等。
➢主轴结构的设计要求： • 1) 合理的结构设计； • 2) 足够的刚度； • 3) 有具有一定的尺寸、形状、位置精度
车床主轴设计 PPT
师的耐心知道，都一一解决了。在这里谢谢我的指导老师XXXቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ师。
现在设计才发现以前课程设计是重要的，在毕业设计中我都一一用到 了。也使得我对加工工艺和夹具有了一定的了解和掌握。对我在以后 的工作中的应用也会有一定的作用。 这次设计使我认识到无论做什么事情都要严谨求实、不能马 虎，对待任何事情都要保持认真的态度。无论工作、生活、还是搞研 究，我都要对我做的事情负责，对我自己负责，更要对知识负责。
S
[S ]
（3）
2.静强度安全系数校核
静强度计算是评定轴对塑性变形的抵抗能力， 根据轴的短期过载的最大载荷或冲击载荷来校 核轴的静强度。
S S S / S S S
2 2
（4）
式中 S ——轴计算截面的静强度安全系数
S ——静强度许用安全系数
m
对于一般转轴,弯曲应力是对称循环变化的,故:
M /W
m 0
对于经常正反转传递等值转距的轴，则当作对称循环变化，即:
T /WT
m 0
选定截面必须为危险截面，所谓危险截面通常是指当量弯距 较大，截面积较小、应力集中比较严重的截面，即实际应力较 大的截面，在所确定的每一危险截面处，计算出的安全系数S应 满足:
（2）
式中
1 1
k k
——循环下刚件材料的弯曲、扭转疲劳极限 ——弯曲、扭转的有效应力集中系数 ——弯曲、扭转的绝对尺寸影响系数 ——表面只连系数
m
——弯曲应力的应力幅、平均应力
——扭转切应力的应力幅、平均应力 ——弯曲、扭转时将平均应力折算为应力幅的折算系数
max
T max ——轴计算截面上的最大弯距、最大转距
车床主轴毛坯尺寸设计
车床主轴毛坯尺寸设计
车床主轴的毛坯尺寸设计需要根据具体的要求来确定,下面是一些设计时需要考虑的因素：
1. 直径尺寸：车床主轴的直径尺寸需要根据工件的加工要求来进行确定,一般需要考虑工件的材料、尺寸、重量、加工精度和加工速度等因素。
2. 轴心偏差：车床主轴的轴心偏差也需要进行设计,一般不应超过工件要求的精度要求。
需要根据车床主轴的加工精度要求、机床精度和工件要求来进行设计。
3. 长度尺寸：车床主轴的长度也需要进行设计,一般需要考虑工件的长度和机床的加工能力。
4. 表面处理：车床主轴的表面处理也需要进行设计,常见的表面处理方法有磨削、抛光、喷涂等。
在设计车床主轴毛坯尺寸时,需要根据具体的工件和机床要求进行综合考虑,确保加工精度和加工效率。
本科毕业设计-车床的主轴设计
1前言1.1 研究目的及意义机械制造业作为一个传统领域已发展了很多年，积累了很多理论和实践的经验，但在21世纪随着微电子、计算机、通信、网络、信息、自动化等科学技术的迅猛发展，人们的生活水平日益提高，各个方面的个性化需求愈来愈强烈。
作为已深入到各行各业中并成为了基础工业的机械制造业正面临着严峻的挑战。
目前，随着全球制造业市场的逐渐形成，国际间的经济贸易交往和合作更加频繁紧密，竞争也愈来愈激烈，对于制造业来说，竞争的核心是新产品和现代先进制造业技术的竞争。
本次毕业设计通过对C620 车床主轴设计的研究由浅入深了解现代的机械制造技术，为今后的工作打下一个坚实的基础。
1.2国内外研究现状机械制造技术是研究产品的设计、生产、加工、制造、使用、维修等整个过程的工程学科，以提高质量、效益、竞争力为目标，包含物质流、信息流和能量流的完整系统工程。
目前，我国已加入WTO，机械制造业正面临着巨大的挑战与新的机遇。
因此，我国机械制造业不能单纯的沿着以前的轨道和其机构为基础采用专用机床、专用夹具、专用刀具组成的流水式生产线，而是要全面拓展，面向五化发展即全球化、网络化、虚拟化、自动化和绿色化。
现代制造业技术的发展过程由于其本身是针对一定的应用目标不断吸收各种新技术逐渐形成并不断发展的新技术，因此其内涵不是绝对正确和一成不变的。
信息技术对现代制造业的发展起着及其重要的作用，信息化是新世纪制造业技术发展的生长点。
信息技术对制造技术发展的作用已占据第一位，对现代制造技术的各方面发展将起着更重要的作用。
信息技术促进着制造、设计技术的现代化和加工制造的精密化、快速化，自动化方便的柔性化、智能化，制造过程的网络化、全球化。
各种先进的生产模式的发展，如CIMS、敏捷制造、虚拟企业与虚拟制造，也都是以信息技术的发展为支撑。
现代制造技术正向着精微细的领域发展，扩展微小型机械、纳米级测量、纳米级加工制造技术的发展使制造工程学科的内容和范围进一步扩大，要用更新更广的知识来解决此领域的新课题。
材料力学车床主轴简单应力分析
材料力学车床主轴简单应力分析第一篇：材料力学车床主轴简单应力分析车床主轴的简单应力分析机电一班，号摘要：车床主轴。
主轴的主要功能。
主轴常见受力1.车床主轴的简介机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。
通常由主轴、轴承和传动件（齿轮或带，等组成主轴部件。
在机器中主要用来支撑传动零件如齿轮、带轮，传递运动及扭矩，如机床主轴；有的用来装夹工件，如心轴。
[1]除了刨床、拉床等主运动为直线运动的机床外，大多数机床都有主轴部件。
主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的重要因素。
衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和速度适应性。
①旋转精度：主轴旋转时在影响加工精度的方向上出现的径向和轴向跳动（见形位公差），主要决定于主轴和轴承的制造和装配质量。
②动、静刚度：主要决定于主轴的弯曲刚度、轴承的刚度和阻尼。
③速度适应性：允许的最高转速和转速范围，主要决定于轴承的结构和润滑，以及散热条件。
2.主轴的主要功能：1保证支承刚性，2、保证回转精度（径向跳动精度、及轴向窜动精度），3、连接作用（卡盘、花盘）；4、内锥及端面的耐磨性（硬度要求）；5、对主轴组件的静平衡、及动平衡。
6、连接刀具对内孔有要求。
7、输出动力、传递扭矩。
3.车床主轴受力分析：a.承受摩擦与磨损机床主轴的某些部位承受着不同程度的摩擦，特别是轴颈部位，因为轴颈与某些轴承配合时，摩擦较大所以此部位应具有较高的硬度仪增强耐磨性。
但是某些部位的轴颈与滚动轴承相配合摩擦不大，所以就不需要大的硬度。
b.工作中时承受载荷机床主轴在高速运转时要承受多种载荷的作用，如弯曲、扭转、冲击等。
所以要求主轴具有抵抗各种载荷的能力。
当主轴载荷较大、转速又高时，主轴还承受着很高的变交应力。
因此要求主轴具有较高的疲劳强度和综合力学性能。
4.主轴的构成主轴为三支承，前、中轴承在主轴箱内，是主要支承，后轴承在变速箱中，是辅助支承。
由于中间轴承位于变速箱与主轴箱之间，散热条件较差，致使中间轴承的温升高于前轴承。
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27377 .77 E E1 E 2 mm D4
Z
图3.4.8
C点在x-z平面转角
z
1
Fz al1 a l1 l1 a 6EIl1
FZ y l2 bl1 3EI
图3.4.9
Z
2
C Z Z
Z 2 1
r3
W
其中空心圆管的抗扭截面系数：
M 2 T2 W D3 1
3
综上所述：
r3
32 M 2 T 2 3 4 D 1
代入数值：
D 47.68mm
由微分法可知
M CH
M yCH
2
M zCH
2
将挠度校核所得数据代入
EI M CH dx 2
D2 、C1
M
CH
dx
EI
c
DC 48.36mm
综上所述，最终得：
D 67mm
04
The summary and acknowledgment
设计总结与致谢
Fry Fr cos 280.773N Frz Fr sin 280.773N
图3.1.2
2.车床主轴受力分析计算
图3.2.1为车床主轴受力分析示意图，由图可根据力矩平衡条件分别求Y轴和Z轴方向支反力：
图3.2.1 受力分析
C点支反力计算：
M Ay 0 M Az 0
y
2
z
fE
DE 32 .41mm
D D 2 D
y
2
z
fD
DD 66 .35 mm
3.转角校核
由图3.3.4、3.3.5 弯矩图，可知主轴CH段在x-y及x-z平面的弯矩方程分别为： M yCH 4000 x 3599990
M zCH 2200 x 1979990
0.35
c / rad
0.0028
FHy / N
4000
FHz / N
2200
03
解题步骤和过程
1.斜齿轮受力计算分析
图3.1.1-斜齿轮受力情况图
斜齿圆柱齿轮轮齿所受总法向力 分解为三个分力： 圆周力： 轴向力： 径向力：
T Ft R
Fa Ft tan
Ft tan Fr cos
第四强度理论公式为：
r4
3 2 32 M T 4 D3 1 4
2
易知由第四强度理论公式所得主轴直径必小于第三强度理论 公式所得主轴直径，为保障实际生产安全，因此舍去。
2. 挠度校核
• 对于x-y平面
图3.4.1 受力分析图
XY平面载荷如图3.4.1所示，可将其分解为如下图3.4.2, 3.4.3所示载荷的叠加作用。
设计的题目
设计题目
某车床主轴尺寸及受力情况如图 1 所示。 轴截面 E 处装有斜齿轮，其法 向压力角为 ，螺旋角为 ，工作处的切削力有 Fx 、 Fy 、 Fz （在 进行强度和刚度计算时，可以不计轴向力 Fx 的影响，而以弯曲、扭转变形为 主） 。轴的材料为 45 钢，表面磨削加工，氮化处理。其它已知数据见表 1。
的显著下降或提高。因而，对材料的分析校核，是很有必要的。
P 扭矩计算公式： T 9550 n
带入数据可得：
P 5.4 T 9550 9550 128.925 N m n 400 T Ft 1074.375 N R
Ft tan Fr 397.073N cos
由左图将E点的力正交分解：
Fty Ft sin 759.698 N Ftz Ft cos 759.698 N
图3.4.10
12788 .35 rad 4 D 2
D点在x-z平面挠度
D 3
D
z
F l b 7797 .77 z 2 mm 4 2EI D 3668072 .8 z1 z2 l2 b D 3 rad 4 D 2
2
综上所述：
E E 2 E
M Cy 0 M Cz 0
FCy
F
ty
Fry l1 a FHy l1 l2 b l1
FHz l1 l2 b Ftz Frz l1 a FCz l1
FAy FHy l2 b Fty Fry a l1
图１ 车床主轴简图
表1 车床主轴的参数（尺寸规格）和基本参数
l1 / m
0.6
l2 / m
0.14
a/m
0.12
b/m
0.16
fD / mm
0.33
/ MPa
150
n / rpm
400
P / kW
5.4
d/D
0.65
/
20
/
10
/
45
R/m
0.12
fE / mm
图3.4.2
图3.4.3
进一步用叠加法可知图3.4.3所示外伸梁的弯曲变形应等于图3.4.4，3.4.5所示外伸梁的弯曲变形之和。
图3.4.4
图3.4.5
由图3.4.4，在集中力偶与集中力F的作用下，C截面的支座反力为零，故AC段无弯矩， AC段为一条水平线，因此C端左侧可简化为固定端。
由上图可得E点在x-y平面的挠度：
老师：
学生：
组别：第二组
目录
01 课程设计目的 02 解题步骤和过程
03 设计的题目 设计总结与致谢 04
01
课程设计的目的
设计目的
材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后,能结合工程中的 实际问题,运用材料力学的基本理论和计算方法,独立地计算工程中的典型零
部件,以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时,可以
设计总结
通过这次材料力学课程设计，使我们对材料力学这门课又有了新的理解。
将上课时学到的知识经过考虑比较之后应用出来。且平时不经常运用、掌握 得不太熟练的知识体系经过运用，加深理解和记忆。使我们对材料力学的知 识点更加熟悉。本次作业是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们 迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。 我们从中了解到，材料的校核需要绝对的细心与耐心。每一段材料，都需 要从多方面考虑，仔细验证。形状尺寸的一点改变，很有可能造成材料形状
y
1
Fy al1 a
y
2
6 EIl 1 FH y l2 b l1
3EI
1
l1 l1 a
C y y
y 2
27377 .77 rad 4 D 2
根据C点转角可得D点在x-y平面的挠度
D3
y 1
Fy l2 b 2 EI
E E1
y
C点在x-y平面转角：
6 EIl 1 FH y l2 b 2 2 E 2 l1 l1 a 6 EIl 1 99192 .87 E 2 mm 4 D
E1
Fy a l1 a l1 l1 a a 2
2 2
使我们将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌 握了基本理论和现代的计算方法,又提高了分析问题,解决问题的能力;既把 以前所学的知识综合应用,又为后继课程打下基础,并初步掌握工程中的设计 思想和设计方法,对实际工作能力有所提高。
1. 使我们的材料力学知识系统化，完整化。
2. 在系统的全面的复习的基础上，运用材料力学的知识解决工程中的实际问题。
图3.4.6 受力分析图
挠度及转角分析图 E点在x-z平面挠度
FZ a l1 a l12 l1 a a 2 E1 6 EIl1
2
图3.4.7
E 2
FZ y l 2 b 6 EIl 1
l
2
1
l1 a
2
图3.3.1 x-y轴力图
图3.3.2 x-z轴力图
图3.3.4 x-y弯矩图
图3.3.3 扭矩图
图3.3.5 x-z弯矩图
图3.3.6 总弯矩图
4.主轴强度校核
1.切应力强度校核 由弯矩图、扭矩图得C点为危险截面求出C点处得总弯矩：
MC
由第三强度理论计算：
2 2 M Cxy M Cxz 1422.392 N m
2
2
14177 .77 mm 4 D
D y y l2 b D 3
5240104 .8 mm 4 D
其中
I
D 4 d 4
64 E 210GPa
• 对于x-z平面
D 4 1 4
64
同理可得D、E两点在x-z平面的挠度及C点在x-z平面的转角，具体受力分析及计算如下所述。
A点支反力计算：
FHz l2 b Ftz Frz a FAz l1
代入数据得：
FCy 6383.14 N FCz 2467.62 N
FAy 1904.21N FAz 1308.09 N
3.作出各截面受力分布图
根据主轴受力情况做轴各截面的轴力图、扭矩图、弯矩图及总弯矩图，如图所示。
3. 由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学的知识和专业需 要结合起来。 4. 综合运用以前所学的各门课程知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法 语言、计算机等），是相关学科知识有机的联系起来。 5. 初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法。 6. 为以后课程的学习打下基础。