经济型数控机床主轴系统说明书.doc

精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除经济型数控机床主轴系统设计摘 要 数控机床的主轴控制系统，它是利用数字化的信息对机床运动及工作过程进行控制的一种方法。课题采用PLC来控制这些器件，实现工业控制。以可编程控制器（简称PLC)作为控元件，替代机床继电器连接触器组成的电气控制部分，是为了提高机床电气控制系统的可靠性，这种方法主用于组合机床及生产线上的专用机床用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控（NC）机床。要实现对机床的控制，需要用几何信息描述刀具和工件间的相对涌动以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比，是衡量一个国家国民环境发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床种占有非常重要的位置，几十年以来之一受到各国的普遍重视，并得到了迅速的发展。主轴是车床构成中一个重要的部分，对于提高加工效率，扩大加工环境范围，提升加工质量都有着很重要的作用。环境型数控车床大多数是不能自动变速的。目前，无级变速系统主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种，一般采用直流或交流主轴电机。通过传动带动主轴旋转，或通过带传动和主轴箱内的减速齿轮（已获得更大的转矩）带动主轴旋转。由于主轴电机调速范围广，又可无极调速，使得主轴箱的结构大为简化。目前对客户来说由于变频器的高性价比，所以变频器在车床上使用非常普遍。在数控机床的应用上迅速崛起，成为目前市场上一支强大的生力军。关键字：主轴控制,数控系统,变频器,步进电机Economic numerical control machine tool spindle system design ABSTRACT Numerical control machine tool spindle control system, it is the use of digital information of machine tool movement and the working process of a kind of method to control. Subject adopts PLC to control these devices, realize industrial control. With programmable controller (hereinafter referred to as PLC) as a control components, replace even contactor relays machine of electrical control section, is in order to improve the reliability of the machine tool electric control system, the method used for the combination machine tools and production line of the special machine tool with numerical control technology implementation of machining control machine tools, or the equipment of the numerical control system machine tool called numerical control (NC) machine tools. To realize the control of nc machine tools, need to use to describe tool and workpiece geometry information between the surge of relative by process information and to describe the machine tool must have some of the process.Numerical control machine tool technology level and in the metal cutting machine tools and the percentage of the total yield of ownership, is the measure of a country's national environmental development and industrial manufacturing level one of the important marks. Numerical control lathe is one of the main types of the numerical control machine tool, it in the numerical control machine occupies very important position of, for decades of attention to by many countries, and obtained a rapid development. Lathe spindle is a one of the important part, to improve manufacturing efficiency, expand the scope of processing environment, improve the processing quality has a very important role. Environmental numerical controlled lathe is not the most automatic transmission. At present, CVT system mainly frequency conversion spindle system and servo spindle system two, generally USES the dc or ac spindle motor. Through the transmission drive the spindle, or through the belt transmission and spindle box of the reduction gear (already get more torque) drive shaft rotation. Due to the spindle motor speed range, and stepless speed adjustment, the main structure of car-body greatly simplified. Now as for clients because of the frequency converter cost-effective, so inverter in the lathe are very common. In the numerical control machine on the application of rapid rise, be on the market at present a strong force.Key word: spindle control, the numerical control system, inverter , step motor 目 录摘 要IAbstractII1 总体方案11.1 CJK6140的现状和发展11.1.1 性能方面的发展趋势11.1.2功能方面的发展趋势11.1.3 体系结构的的发展趋势11.2 CJK6140数控车床的总体方案论述21.2.1 数控车床21.2.2 CJK6140数控车床方案拟定22 变频器的选择42.1变频器调速基本原理43 传动设计63.1转速图拟定63.1.1 主电机的确定63.1.2 轴的转速73.1.3 齿轮传动比的限制73.1.4 带轮直径和齿数的确定73.2 传动件的估算和验算：93.2.1三角带传动的计算93.2.2传动轴的估算和验算103.2.3齿轮模数的估算和计算13324展开图设计174 数控系统的设计294.1 控制系统的设计基本要求294.2控制系统硬件设计304.2.1数控系统的硬件基本组成304.2.2微机类型的选择304.2.3 AT89C51主要内部结构314.2.4 AT89C51 外部引脚功能说明314.3 系统的扩展324.4系统键盘和显示器接口设计324.4.1 矩阵式键盘接口设计324.4.2 显示器的接口电路设计33致 谢34参 考 文 献35【精品文档】第 27 页1 总体方案1.1 CJK6140的现状和发展自第一台数控机床在美国问世至今的半个世纪内，机床数控技术的发展迅速，经历了六代两个阶段的发展过程。其中，第一个阶段为NC阶段；第二个阶段为CNC阶段，从1974年微处理器开始用于数控系统，即为第五代数空系统。在近20多年内，在生产中，实际使用的数控系统大多是这第五代数控系统，其性能和可靠性随着技术的发展得到了根本性的提高。从20世纪90年代开始，微电子技术和计算机技术的发展突飞猛进，PC微机的发展尤为突出，无论是软硬件还是外器件的进展日新月异，计算机所采用的芯片集成化越来越高，功能越来越强，而成本却越来越低，原来在大，中型机上才能实现的功能现在在微型机上就可以实现。在美国首先推出了基于PC微机的数控系统，即PCNC系统，它被划入为所谓的第六代数控系统。下面从数控系统的性能、功能和体系结构三方面讨论机床。数控技术的发展趋势：1.1.1 性能方面的发展趋势（1） 高速高精度高效（2） 柔性化（3） 工艺复合和轴化（4） 实时智能化 1.1.2功能方面的发展趋势（1）用户界面图形化（2）科学计算可视化（3）插补和补偿方式多样化（4）内置高性能PLC（5）多媒体技术应用1.1.3 体系结构的的发展趋势（1）集成化（2）模块化（3）网络化（4）开放式闭环控制模式1.2 CJK6140数控车床的总体方案论述1.2.1 数控车床 数控车床又称数字控制（Numbercal control，简称NC）机床，它是20世纪50年代初发展起来的一种自动控制机床，而数控车床四其中的一类使用性很强的机床形式。数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同的是，数控车床的主机结构上具有以下特点：（1）.由于大多数数控车床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。（2）.为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。（3）.更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副，直线滚动导轨，CNC装置这是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。1.2.2 CJK6140数控车床方案拟定1.CJK6140数控车床具有定位，纵向和横向的直线插补功能，还能要求暂停，进行循环加工等，因此，数控系统选取连续控制系统。2.CJK6140数控车床属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应简化结构、降低成本，因此，进给伺服系统应采用步进电机开环控制系统。3.根据设计所给出的条件，主运动部分z=18级，即传动方案的选择采用有级变速，最高转速是2000r/min，最低转速是40r/min，=1.264.根据系统的功能要求，微机控制系统中除了CPU外，还包括扩展程序存储器，扩展数据存储器，I/O接口电路，包括能输入加工程序和控制命令的键盘，能显示加工数据和机床状态信息的显示器，包括光电隔离电路和步进电机驱动电路。此外，系统中还应该包括脉冲发生电路和其他辅助电路。5.纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动比应满足机床所要求的。6.为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小，传动效率的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。7.采用滚动导轨可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。2 变频器的选择 随着现代机械制造业水平的发展，数控机床普及率日益提高。数控车床是数控机床的只要产品之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，一直受到世界各国的普遍重视，并得到了迅速的发展。构成其中一个重要的部分，其功率消耗约占机床的加工率70%80%，其性能直接影响到机床的加工效率、加工材料范围、加工质量等。数控系统需要空盒子主轴的转速、位置，通常系统的标准配置为数字主轴，具有控制精度高，动态响应好的特点。但在主轴功率不大，对控制精度和动态响应要求不是很高的情况下，数字主轴就显得成本太高。这时可以采用数控系统的模拟主轴功能。模拟主轴就是数控系统输出模拟电压信号，采用普通的交流变频器和交流变频电机来实现主轴控制，由于性价比高，在经济数控机床中广泛应用。2.1变频器调速基本原理由异步电机理论可知，主轴电机的转速公式为：N=（60f/p)(1-s) （ 2-1）其中P为电动机的极对数，s为转差率，f为电源的频率，n为电动机的转速，从上式可看出，电机转速与频率成正比，改变频率即可以平滑调节电机转速。图2-1 变频器主电路图主电路的功能是把固定频率为50Hz交流电转换为频率连续可调的三相交流电，主要包括交-直电路、制动单元电路及直-交电路。主轴电机及变频器的选用 主轴电机选择的主要依据是车床主轴的切削功率，适用于车床的切削力及切削功率。的实验公式如下： （2-2）式中：为决定于被加工金属及切削条件的系数；为切削深度；为背吃刀量指数；为切削进给率；为进给量指数；v为切削速度；各种系数和指数都可以在切削用量书册中查到。以CJK6140数控车床为例，查表得：最大背吃刀量 p=6mm，转速n工件直径d，计算可得： 按上述方法求出切削功率后，还需要考虑机床的传动效率因素，根据电机功率公式确定主轴电机功率。一般在0.75-0.85之间取值，从而可以得到在进行电机选择时，电机与车床主轴功率特性要匹配。由于电机功率有一定的储备。因此，选用了电机型号为Y132S-4，额定功率选取则为5.5KW。系统效率等于变频器与电动机效率的乘积,只有二者都在高效率下工作系统效率才是最佳。因此，在通常情况下，变频器的功率与电动机功率相当，以利于变频器在高效率下运转，同时还要考虑数控车床高精度、快响应的特点及机床的特点。目前，变频器技术已经发展到相当成熟阶段，市场上变频器产品种类繁多，典型产品为德国西门子MICRO MASTER系列变频器、日本三菱FR系列变频器和安川Varispeed系列变频器等。西门子公司的变频器，对电源电压规定很严格，而日本产通用变频器的额定电压往往是200V、220V或400V、440V共用，变频器的输出电源电压常允许在一定范围内变动，比较适合在工厂电压波动大的场合使用。最后确定为性价比高的安川变频器CIMR-G7A45P5型变频器，该变频器采用电流矢量控制技术，低频时能输出150%额定转矩，动态响应快，采用100/430W制动电阻，减速停车速度快，主要技术参数：额定功率5.5kw；额定频率50Hz；额定电压380V；额定电流11A。3 传动设计 1.级数为Z的传动系统由若干个顺序的传动组成,各传动组分别有个传动副,即: （3-1）传动副数由于结构限制以2或3为合适,即变速级数Z应为2和3的因子: （3-2）所以18级转速的结构的传动副只有2,3,3的形式2.由于I轴要安置换向磨擦离合器，为减小轴向尺寸,第一传动组的传动副数不能多,所以2为宜.主轴对加工精度,表面粗糙度的影响最大.因此,主轴上齿轮少些为好.最后一个传动组的传动副常选用2.另外,最后扩大组的传动副数目时的转速范围远比Z=3时大.因此,在机床设计中,因要求的R较大,最后扩大组的传动副数目取2更为合适.所以,考虑在原有传动副基础上增加一个变速组。3.在传动顺序的安排方面,由于I轴装有摩擦离合器,在结构上要求有一齿轮的齿根圆大于离合器的直径,再加上上面提到的增加一个变速组,因此最后的结构式为 （3-3）其中第三扩大组的级比指数不遵守正常规律,缩减为(12-6)=6,这样会出现6级重复转速。3.1转速图拟定3.1.1 主电机的确定1)电机功率N 根据机床切削能力的要求确定电机功率.但电机产品的功率已经标准化,因此,按要求选取近似的标准值5.5KW.2)电机转速 机床中最常用的是3000r/min和1500r/min两种,在这取1500r/min.3)多速电机的应用 多速电机的转速比为2,传动系统的公比应是2的3次方根.这时,多速电机的转速变换起着系统中第一扩大传动组的作用,相应基本的传动级数为2,这样,使传动系统的机床结构化.4)选用的电机 由于电机的估算功率为4.9KW,所以最后选用Y132S-4的电机,额定功率为5.5KW,满载转速为1440r/min.3.1.2 轴的转速 I轴从电机得到运动,经传动系统化成主轴各级转速.电机转速和主轴最高转速应相接近.主轴最高转速I,II,III轴转速为1440r/min,2000r/min,960r/min. 对中间传动轴转速的选取原则是:妥善解决结构尺寸大小与噪音,振动等性能要求之间的矛盾.对高速轻载机床,中间轴转速宜取低些.3.1.3 齿轮传动比的限制机床主传动系统中,齿轮副的极限传动比:1)升速传动中,最大传动比必须小于或等于2.过大,容易引起振动和噪音.2)降速传动中,最小传动比必续大于或等于4.过小,则使主动齿轮与被动齿轮的直径相差太大,将导致结构庞大. 3.1.4 带轮直径和齿数的确定1.带轮直径确定的方法,步骤1)选择三角带型号根据计算功率和小带轮转速查图最后选择三角带型号为B型。2)确定小带轮的直径各种型号胶带推荐了最小带轮直径,查表及根据实际确定小带轮直径为180mm。3)计算大带轮直径根据要求的传动比u和滑动率确定大带轮直径。三角带的滑动率，三角带传动中，在保证最小包角大于的条件下，传动比可取，在这取u=1.5。当带传动为降速时： （3-4）2.确定齿轮齿数 用查表法，根据要求的传动比u和初步定出的传动齿轮副齿数和，查表即可求出小齿轮齿数。在选取齿数时，应注意：1） 不产生根切。一般取2） 保证强度和防止热处理变形过大，齿轮齿根圆到键槽壁厚m为齿轮的模数，一般取。3） 同一传动组的各对齿轮副的中心距离应当相等，若模数相同时，则齿数和亦相等。3.2 传动件的估算和验算：3.2.1三角带传动的计算1.上下节已经确定带型为B型，小带轮直径，大带轮直径2.确定三角带速度3.初定中心距带轮的中心距通常根据机床总体布局初步选定4.确定三角带的计算长度及内周长三角带的计算长度是通过三角带截面重心的长度将算出的的数值圆整到标准的计算长度L，并通过查表得到相应的内周长度为2240，修正值Y=33，所以通过截面中心的计算长度5.验算三角带的挠曲次数u6.确定实际中心距A式中7.验算小带轮包角确定三角带根数Z所以：Z取3根。3.2.2传动轴的估算和验算1.传动轴的估算 当轴的长度及跨距未定，支承反力及弯矩无法求得时，可先按扭转刚度或扭转强度对轴的直径进行估算。由于效率（从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积，不计该轴轴承上的效率）对估算轴径影响不大，可以忽略，所以可以认为各传动轴的额定率，然后根据各轴的计算转速计算转矩T，然后根据轴的转矩T及材料的许用切应力查表估算各传动轴的轴径。主轴计算转速根据转速图依次可查得各轴的计算转速如下：轴： 轴材料的许用切应力，查表取35MP。根据轴的转矩T及材料的许用切应力查表估算轴径,最后选取相近的标准花键轴的规格为。轴： 轴材料的许用切应力，查表取30MP。根据轴的转矩T及材料的许用切应力查表估算轴径,最后选取相近的标准花键轴的规格为。轴： 轴材料的许用切应力，查表取32MP。根据轴的转矩T及材料的许用切应力查表估算轴径,最后选取相近的标准花键轴的规格为。轴： 轴材料的许用切应力，查表取35MP。根据轴的转矩T及材料的许用切应力查表估算轴径,最后选取相近的标准花键轴的规格为。2.传动轴刚度的验算： 轴的刚度不足，在工作中将会产生过大的变形而影响轴上零件的工作能力，甚至影响机器的工作性能。所以对有刚度要求的轴，还必须进行刚度验算。 轴的刚度分为弯曲刚度和扭转刚度两种。前者以挠度和偏转角来度量，后者以扭转角来度量。轴的刚度计算通常是计算轴受载时的变形量，使其不大于允许值。对一般受弯矩作用的轴，需要进行弯曲刚度验算。主要验算轴轴端的位移和前轴承处的转角。如果切削力F和传动力Q不在同一平面内，应将其分解为要相互垂直的两个平面内分别求出数值，再按向量进行合成。由于本次设计中轴结构较为复杂，因此把它作为为验算的对象。其所受到的力可简化为如下形式的简支梁的形式。粗略计算，可将花键轴近似简化为等直径的轴，采用平均直径来进行计算： （3-5）D,d分别为花键轴的外径和内径长度。最终的估算外径为扭矩T= N·mm=N·mm弹性模量I=受力简图如下图所示：根据材料力学教材上的公式，得轴的转角和最大挠度如下： （3-6) （3-7） （3-8） （3-9） （3-10）以上各式中a=185mm，b=430mm，l=615mm将其余已知条件下代入上面各式中得=0.00125=-0.002=-0.002=0.02=0.039扭转角的绝对值小于一般主轴的规定,轴弯曲变形允许值：表3-1 轴弯曲变形允许值轴的类型允许挠度变形部位允许倾角一般传动轴刚度要求较高的轴安装齿轮的轴安装埚轮的轴(0.00030.0005)L00002l（0.010.03）m(0.020.05)m装向心轴承处装齿轮处装单列圆锥滚子轴承处装滑动轴承处装单列短圆柱滚子轴承处0.00250.0010.00060.0010.001注：L轴的跨距（mm）,m齿轮，蜗轮模数（mm）经过验算轴的倾角及挠度均满足工求，其它轴承同理也满足。3.2.3齿轮模数的估算和计算1.估算： 按接触疲劳和弯曲强度计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮各系数都已知道后方可确定，所以只在草图画完之后校核用。在画草图之前，先估算，再选用标准齿轮模数。按齿轮弯曲疲劳的估算mm （3-11）按齿面点蚀的估算mm （3-12）其中为大齿轮的计算转速，A为齿轮中心距。由中心距A和齿数和求出模数：mm （3-13）根据估算所得和中较大的值，选取相近的标准模数。由转速图中的各数据代入上式得：轴传到轴的模数=1.67mm=66mm=1.65mm为了便于后面的设计模数取标准值2.5。轴传到轴III的模数=2.1mm=89mmmm按标准模数取2.5。轴传到IV轴的模数=2.61mm=120mmmm按标准模数取3。2.计算： 根据接触疲劳计算齿轮模数公式为： （3-14）根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： （3-15）选用I轴上最小齿轮为计算依据大齿轮与小齿轮的齿数比，工作情况系数，取1.4动载荷系数，查表取1.2齿向载荷分布系数，查表取1.04寿命系数，工作期限系数，为I轴上齿轮的最低转速：960r/minT预定的齿轮工作期限，取T=18000h为疲劳曲线指数取3，为基准循环次数取。转速变化系数，查表取0.82功率利用系数，查表取0.51材料强化系数，查表取0.73齿宽系数，查表取8许用接触应力，查表取45号钢调质时的接触应力为600MPa=1.97mmY齿形系数，查表取0.438许用弯曲应力，查表取45号钢调质时的弯曲应力为220MPa。所以轴传到轴的模数满足要求，同理可计算出其它齿轮的模数也都满足估处时的模数值。3片式磨擦离合器的选择和计算按扭矩选择 一般应使选用和设计的离合器的额定静扭矩和额定动扭矩满足工作要求，静扭矩的计算方法如下：则各轴静扭矩必须满足的条件如下：步骤：1决定外磨擦片的内径根据结构需要，如为轴装式时，磨擦片的内径应比安装轴的轴径大2-6mm。2选择磨擦片尺寸可选用通用型磨擦片系列尺寸或自行设计。3计算磨擦面对数Z （3-16）式中： 对离合器，建议Z值不大于16，经过估计计算，最后确定离合器的磨擦面对数Z都取6。4磨擦片片数磨擦片总数为Z+1=7片，至于是内片多一片还是外片多一片，则由具体结构而定。最后各轴选定的离合器见下： I轴：DLM3-5 II轴：DLM3-10 III轴：DLM3-10 IV轴：DLM3-16324展开图设计1.结构设计的内容，技术要求和方法1）设计的内容 设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、带轮、齿轮、离合器和制动器等）主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联接件的结构设计与布置，用一长展开图表示。2）技术要求 主轴变速箱是机床的主要部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外，着重考虑以下几个方面的问题（这是本次设计的中型车床的数据）。a.精度车床主轴部件要求比较高的精度。如：主轴的径向跳动 0.01mm ；主轴的横向窜动 0.01mm ；b.刚度和抗振性综合刚度（主轴与刀架之间的作用力与相对变形之比）：D最大回转直径 mm 。表3-2 主轴与刀架之间的相对振幅等 级 振幅（0.001mm） 1 2 33） 表3-3传动效率等 级 效 率 0.85 0.8 0.754）主轴前轴承处温度和温升应控制在以下范围：表3-3 主轴前轴承处温度和温升范围条 件 温 度 温 升 用 滚 动 轴 承 70 40 用 滑 动 轴 承 60 30噪声要控制在以下范围表3-4 噪声范围等 级 dB 78 80 835）结构应尽可能简单、紧凑，加工和装备工艺性好，便于维修和调整。6）操作方便，安全可靠。7）遵循标准化和通用化的原则。3设计方法主轴变速箱结构设计是整个机床设计的重点。由于结构比较复杂，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。在正式图之前，最好能先画草图。目的是：1）布置传动件及选择方案。2）检验传动设计的结果中有无相互干涉、碰撞或其它不合理的情况，以便及时改正。3）确定传动轴的支承跨距、齿轮在轴上的位置以及各轴的相对位置，以确定各轴的受力点和受力方向，为轴和轴承的验算提供必要的数据。为达到上述的目的，草图的主要轮廓尺寸和零件之间的相对位置尺寸一定要画得准确，细部结构可不必画出。2.展开图及其布置 展开图就是按照传动轴传递运动的先后顺序，假想将各轴延其轴线剖开，并将这些剖切面平整展开在同一个平面上。因此，展开图是传动设计的结构化，是表达主轴变速箱内传动关系以及各传动轴（包括传动部件）的结构的。结构设计时，可能要修改传动设计。同一传动方案可能有不同的布置和结构设计。车床主轴变速箱中的一些设计范例可为我们提供参考。1)离合器结构与轴上的传动齿轮 由于每一对齿轮啮合传动都需要离合器来带动，因此本次设计把齿轮和联轴器做成一体，但这样轴间距离加大。2)反向机构 利用机械传动实现主轴反转需要一个惰轮，也有两种方案，一种是增加专门用来转惰轮的短轴。这种短轴常是悬臂的，刚性差，齿轮接触不好，容易引起振动和噪声。另一种结构是将惰轮装在有两个支承的传动轴上，轴的刚性好，有利于降低噪声。本次设计中选择的是后者。反向转速一般大于、至少等于正转转速，低于正转的反转转速是不合理的，设计的时候一定要考虑的问题。本次设计中，反向的转速和正转的转速一样，也有18级转速可以调节。3)变速方案与传动件的布置 变速方案有很多种选择，滑移齿轮结构紧凑，也最常用.也可用离合器变速，例如齿式离合器。自动化程度较高的机床，要求不停车进行变速，变速方案不同，布置也不同，故本次设计中采用这种齿式离合器形式。 总体布置的时候需要考虑制动器的位置，制动器可以布置在背轮轴上，也有放在其它轴上的。总之制动器不要放在转速太低的轴上，以免制动扭矩太大，使制动器尺寸增大。所以制动器一般放在转速较高，传递扭矩较小的轴上，因此本次设计时将制动器安装在转速较高的II轴上。 齿轮在轴上的布置很重要，关系到变速箱的轴向尺寸。减少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。 每一种布置方案的实现，都必须具备某些条件。设计时，应根据条件尽可能选择轴向尺寸较小的方案。3.I轴（输入轴）的设计 1)I轴的特点 将运动传入变速箱的带轮，一般都安装在轴端，轴变形较大，结构上应注意加强轴的刚度或使轴不受带的拉力（带轮卸荷）。 若轴上安装正反用的离合器，由于组成离合器的零件很多，在箱内装备很不方便，一般都希望在箱外将轴组装好后再整体装入箱内（最好是连皮带也组装在上面）。2)卸荷装置 带轮将动力传到轴有两种方式：一类是带轮直接装在轴上。除传递扭矩外，带的拉力也作用在轴上。另一类是带轮装在轴承上，轴承套装在套筒（法兰盘）上，传给轴的只是扭矩，径向力有固定在箱体上的套筒承受。这种结构称为卸荷装置。本次设计中,采用的是后者的形式。3)换向装置 车床上的反转主要用于加工螺纹时退刀。车短螺纹时，换向频率比较高。实现正反转的变换有很多种方案。最简单的可直接由电机正反转来实现。这时传动链始终啮合，电机起动电流很大，容易发热，严重时会烧毁电机。所以只适用于换向频率低的场合。利用离合器可以频繁换向，中型车床上目前用得较多。本次设计中采用的是离合器这种装置。4)正反向离合器 正反向的转换，希望在不停车的状态下进行，常采用片式磨擦离合器。由于是装在箱内，都采用湿式，本设计使用的是电磁离合器。5)离合器的操纵方式 离合器的操纵有：机械式、电磁式和液压式。本次设计中采用的操纵是电磁式，电磁离合器的磨擦片的压紧是由电磁铁的吸引力来达到，它的机械结构比较简单。其中又分为有滑环和无滑环两种多片式电磁离合器。两种结构 的主要不同处是装有线圈的磁轭。有滑环的磁轭直接装在轴上，和轴一起旋转。由于线圈是转动的，它必须通过滑环和电刷从电源取得电能。无滑环的磁轭是装在滚动轴承上，线圈不随之转动，因此它不需要滑环和电刷 ，维也纳护较为方便。两种结构比较，无滑环式增加了一件和磁轭之间有固定气隙的极环，用螺钉与轴套相联，极环中设有隔磁铜环，磁轭的端部有6个均布沟槽，安装时，将与箱体固定的挡铁嵌入槽中，以防磁轭补带动回转。6)空套齿轮的结构 I轴上装有正反向转换用的片式离合器时，两端的齿轮是空套在轴上，当离合器接通时，才与轴一起转动。但脱开的另一端齿轮，与轴的回转方向是相反的，二者相对转速很高。结构设计时应考虑到这一点。齿轮与轴之间的轴承，可以用滚动轴承，也可以用滑动轴承，在本次设计中采用滚动轴承。4齿轮块的设计1)特点 齿轮是变速箱中的重要元件。齿轮同时啮合的齿数是周期性变化的。也就是说，作用在一个齿轮上的载荷是变化的。同时由于齿轮制造及安装误差等，不可避免要产生动载荷而引起振动和噪声，常成为变速箱的主要噪声源，并不影响主轴回转均匀性。在齿轮快设计时，应充分考虑到这些问题。齿轮块的结构形式很多，取决下列有关因素：a.是固定齿轮还是滑移齿轮；b.移动滑移齿轮的方法；c.齿轮精度和加工方法。2)精度等级的选择 变速箱中齿轮用于传递动力和运动。它的精度的选择决定于圆周速度。采用同一精度时，圆周速度较高，振动和噪声越大，根据实验结果得知，圆周速度增加一倍，噪