XK5040数控立式铣床进给系统设计.doc

(完整版)XK5040数控立式铣床进给系统设计

湖南科技大学
2007届毕业设计（论文）

材 料

院（系）、部： 机电工程学院
学生姓名： 赵东方
指导教师： 黄开有教授
专 业： 机械设计制造及其自动化
班 级： 0301
学 号: 2003181136

2007 年 5 月

材料清单

1、毕业设计（论文)课题任务书
2、毕业设计（论文)开题报告
3、中期检查表
4、指导教师评阅表
5、评阅教师评阅表
6、答辩及最终成绩评定表
7、毕业设计说明书
8、附录材料

湖南科技大学
毕业设计（论文)任务书
机电工程学院 ` (教研室）
系(教研室）主任: （签名)
年 月 日

学生姓名： 赵东方 学号： 2003181136 专业: 机械设计制造及其自动化

1 设计（论文)题目及专题：XK5040数控立式铣床进给系统设计
2 学生设计（论文)时间： 自 3 月5日开始至 6 月1日止
3 设计（论文)所用资源和参考资料:
1、陈宏钧主编，《实用机械加工工艺手册》，机械工业出版社，1996.12.
2、赵家奇编,《机械制造工艺学课程设计指导书》—2版。---北京:机械工业出版社，2000.10.
3、浦林祥主编,《金属切削机床夹具设计手册》，机械工业出版社，1995.01.01.
4、刘文剑主编，《夹具工程师手册》,黑龙江科学技术出版社，1992.01。01。
5、机械加工工艺装备设计手册编委会编写，《机械加工工艺装备设计手册》，机械工业出版社，1998年6月。
6、徐圣群主编,《简明机械加工工艺手册》，上海科学技术出版社，1991。2。
7、李云主编，《机械制造及设备指导手册》.-- 北京:机械工业出版社，1997.8。
8、哈尔滨工业大学编，《机械制造工艺设计手册》，哈尔滨工业大学出版社，1981年5月。
9、上海市金属技术协会编，《金属切削手册》,上海科学技术出版社，1994.4年。
10、东北重型机械学院，洛阳工学院,第一汽车制造厂职工大学编写，《机床夹具设计手册》第二版，上海科学技术出版社。
11、李益民主编，《机械制造工艺设计简明手册》,哈尔滨工业大学出版社，1993年4月。
12、孟少农主编，《机械加工工艺手册》。--—2---北京:机械工业出版社,1991.9。
13、胡永生编，《机械制造工艺学》，机械工业出版社。
14. 上Internet网查找相关的设计资料，获得的最新信息与权威资料
4 设计（论文）完成的主要内容:
1、调查分析铣床的加工特点，确定新设计的数控车床的主要技术参数。
2、进行新数控铣床的总体设计 。
3、完成进给运动的结构设计。
4、完成控制系统硬件设计。
5 提交设计（论文）形式(设计说明与图纸或论文等）及要求：
1、据总体设计方案，绘制数控铣床总体图一张。（手工绘制）
2、主运动的运动计算和强度计算，绘制主轴箱部件展开图A0计算机图一张。
3、进行进给运动的运动计算和强度计算，绘制出纵向数控进给机构部装图A0计算机图一张.
4、绘制数控铣床主轴零件图A1计算机图一张。
5、根据控制系统总体设计方案,绘制控制系统电路图A0计算机图一张。
6 发题时间： 2007 年 1 月 18 日

指导教师： (签名）

学 生： 赵东方 (签名）
湖南科技大学
毕业设计(论文）进度表
毕业设计(论文）题目:XK5040数控立式铣床进给系统设计
起止时间： 从2007-3-5到2007—6—1止
学生： 赵东方 （签名） 指导教师： （签名） 系(教研室）主任： （签名）
时 间
工 作 内 容
备 注
第 1 周至第 3 周
（3月5日至3月25日）
自己实习
工厂
第 4周
（3月26日至 4月1日）
学校组织的毕业实习
工厂
第 5 周
（4月2日至 4月8日）
查询各类相关数据手册、书籍
图书馆
第 6 周
（4月9日至4月15日)
搜集设计的相关资料
多方渠道
第 7 周至第 8 周
（4月16日至 4月29日）
整体规划设计的全过程

第 10 周至第 11 周
（5月7日至5月20日)
工艺过程设计及切削参数计算确定

第 12 周
(5月21日至 5月 27 日）
夹具设计

第 13 周
（5月28日至6月1日）
编写设计计算说明书

第 周至第 周
（ 月 日至 月 日）

第 周至第 周
（ 月 日至 月 日）

注：此表一式两份:一份存学院,一份发给学生。
湖南科技大学
毕业设计(论文)指导人评语
[主要对学生毕业设计（论文)的工作态度，研究内容与方法,工作量，文献应用,创新性,实用性，科学性，文本（图纸)规范程度，存在的不足等进行综合评价]

指导人: (签名）

年 月 日

指导人评定成绩:
湖南科技大学
毕业设计(论文）评阅人评语
［主要对学生毕业设计(论文）的文本格式、图纸规范程度,工作量，研究内容与方法，实用性与科学性,结论和存在的不足等进行综合评价]

评阅人： (签名）

年 月 日

评阅人评定成绩：
湖南科技大学
毕业设计（论文）答辩委员会记录

日期：
学生: 学号: 班级：
题目：XK5040数控立式铣床进给系统设计
提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：
1 设计（论文）说明书 共 页
2 设计（论文）图 纸 共 页
3 指导人、评阅人评语 共 页
毕业设计(论文）答辩委员会评语：
[主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文)质量,文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍,回答问题情况等进行综合评价］

毕业设计（论文）答辩委员会主任： （签名)
委员： （签名）
（签名）
（签名)
（签名)

答辩成绩：

总评成绩：

湖南科技大学
2007届毕业设计说明书

XK5040数控立式铣床进给系统设计
院（系)、部：机电工程学院
学生姓名： 赵东方
指导教师: 黄开有（教授)
专 业： 机械设计制造及其自动化
班 级： 0301
完成时间： 2007年6月

摘 要

在国际贸易中,很多发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润主要电机出口产品.世界贸易强国在进行国内机电产品贸易的同时，把高技术的机电产品出口打入国际市场，作为发展出口经济的重要战略措施，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经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控铣床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置。

关键词 数控机床；发展趋势；智能化；柔性化

ABSTRACT

In international trade，many centuries view digital lathesare as hi—techvalue-adds and profitable exports.Digital lathesare expensive mechanical and electrical products.The powerful trade nations export hi-texh mechanical snd electrical products to the world market whiledoing such business at home ,Which is now an important strategy of develop-ing their export economy。

Key words digital lathe ； development tendency; intelligence； tenderness

目 录

1　主运动系统设计 21
1。1 传动系统设计 21
1.1.1、参数的拟定： 21
1.1.2、传动结构或结构网的选择 21
1.1.3、转速图拟定 22
1。1。4、齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制 25
1.2　 传动件的估算与验算 28
1。2。1、传动轴的估算和验算 28
1。2。2、齿轮模数的估算与验算 30
1.3 展开图设计 35
1.3。1、结构实际的内容及技术要求 35
1。3。2、齿轮块的设计 36
1。3。3、传动轴设计 38
1.3.4　主轴组件设计 40
1。４ 制动器设计 44
1。4.1按扭矩选择 44
1。５ 截面图设计 45
1.5.1 轴的空间布置 46
1.5.2 润滑 46
1。5.3、箱体设计的有关问题 47
2 进给系统的设计与计算 47
2。1设计方案的确定 48
2。2 机械部分设计与计算 48
2.2.1纵向进给系统的设计与计算 48
2。2.2横向进给系统的设计与计算 54
2.2.3 垂直方向进给系统的设计与计算 61
3、 控制系统设计 68
3。1绘制控制系统结构框图 68
3.2。选择中央处理单元（CPU)的类型 68
3。3存储器扩展电路设计 69
3.3。1.程序存储器的扩展 69
3。3.2、数据存储器的扩展 70
3.４ I/O接口电路及辅助电路设计 70
3。4.1.  I/O接口电路设计 70
3.4.2。 步进电机接口及驱动电路 71
3。4。3。 其他辅助电路 72
参考文献 73
致 谢 74
附 录 75

1　主运动系统设计

1.1 传动系统设计
1。1。1、参数的拟定：
选定公比,确定各级传送机床常用的公比 为1。26或1.41,考虑适当减少相对速度损失，这里取公比为 =1。26，根据给出的条件:主运动部分Z=18级，根据标准数列表,确定各级转速为：(30，37。5,47。5，60，75,95,118，150，190，235，300,375,475，600,750，950，1180，1500R/min）.
1.1。2、传动结构或结构网的选择
1，确定变数组数目和各变数组中传动副的数目
该机床的变数范围较大,必须经过较长的传动链减速才能把电机的转速降到主轴所需的转速。级数为Z的传动系统由若干个传动副组成，各传动组分别有. 。`````````个传动副，即Z=```````。传动副数由于结构的限制，通常采用P=2或3,即变速Z应为2或3的因子：Z=x
因此，这里18=3x3x2，共需三个变速组。
2，传动组传动顺序的安排
18级转速传动系统的传动组，可以排成:3x3x2,或3x2x3。
选择传动组安排方式时，要考虑到机床主轴变速率的具体结构，装置和性能。I轴如果安置制动的电磁离和器时，为减少轴向尺寸。第一传动组的传动副数不能多，以2为宜，有时甚至用一个定比传动副；主轴对加工精度，表面粗糙度的影响很大，因此主轴上齿轮少些为好,最后一个传动组的传动副选用2 ，或一个定比传动副。
这里,根据前多后少的原则，选择18=3x3x2方案。
3，传动系统的扩大顺序安排
对于18=3x3x2的传动，有3!=6种可能安排，亦即有6种机构副和对应的结构网，传动方案中，扩大顺序与传动顺序可以一致，，结构式18=xx的传动中,扩大顺序与传动顺序一致，称为顺序扩大传动，而，18=xx的传动顺序不一致，根据“前密后疏”的原则，选择18=xx的结构式。
4验算变速组的变速范围
齿轮的最小传动1/4,最大传动比2，决定了一个传动组的最大变速范围=/
因此，可按下表，确定传动方案：
根据传动比及指数 x， 的值
公比

极限值传动比指数
1。26
x值: =1/=1/4
6
值: ==2
3
（x+）值:==8
9
因此，可选择18=xx的传动方案。
5、最后扩大传动组的选择：
正常连续顺序扩大传动（串联式）的传动式为:
Z=＊
最后扩大传动组的变速范围为：
r==
按原则，导出系统的最大收效Z和变速范围为：

2
3
1。26
Z=18
R=50
Z=12
R=12。7
因此，传动方案18=3*3*2符合上述条件，其结构网如下图2.1：

图1.1 结构网图
1.1。3、转速图拟定
运动参数确定后,主轴各级转速就已知，切削耗能确定电机功率。在此基础上，选择电机的型号，分配个变速组的最小传动比;拟定转速图,确定各中间轴的转速。
1，主电机的选择
中型机床上,一般都采用交流异步电动机为动力源，可在下列中选用，在选择电机型号时，应注意：
（1）电机的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标准化,因此,按要求应选取相近的标准值.
(2)电机的转速
异步电动机的转速有:3000，1500，1000，750，r/min，这取决于电动机的极对数P
=60f/p=60x50/p （ r/min）
机床中最常用的是1500 r/min和3000r/min 两种，选用是要使电机转速与主轴最高速度和工轴转速相近为宜，以免采用过大或过小的降速传动。
根据以上要求，我们选择功率为7.5KW,转速为1500r/min的电机，查表,其型号为Y132M-4,其主要性能如下表

电机型号
额定功率KW
荷载转速r/min
同步转速r/min
Y132M-4
7。5KW
1440
1500
2、分配最小传动比，拟定转速图
(1）轴的转速：
轴从电机得到运动，经传动系统转化为主轴各级转速，电机转速和主轴最小转速应相近,显然，从动件在高速运转下功率工作时所受扭矩最小来考虑,轴转速不宜将电机转速降得太低。弱轴上装有离合器等零件时，高速下摩檫损耗，发热都将成为突出矛盾,因此，轴转速也不宜也太高，轴转速一般取700~1000r/min左右较合适。
因此,使中间变速组降速缓慢。以减少结构的径向尺寸，在电机轴I到主传动系统前端轴增加一对26/54的降速齿轮副,这样,也有利于变型机床的设计，改变降速齿轮传动副的传动比,就可以将主轴18级转速一起提高或降低。
(2)中间轴的转速
对于中间传动轴的转速的考虑原则是:妥善解决结构尺寸大小和噪音，振动等性能要求之间的矛盾。
中间传动轴转速较高时，中间传动轴和齿轮承受扭矩小，可以使轴径和齿轮模数小些：
d, m从而可使结构紧凑。但这样引起空载功率和噪音加大:
=1/（3.5+cn）KW
式中:C-—系数，两支承滚动轴承和滑动轴承C=8.5,三支承滚动轴承C=10；
——所有中间轴轴径的平均值；
—-主轴前后轴径的平均值
——中间传动轴的转速之和
n——主轴转速（r/min）
=20lg-K
式中:（——所有中间传动齿轮的分度圆直径的平均值mm；
——主轴上齿轮分度圆直径的平均值mm;
q——传到主轴上所经过的齿轮对数
-—主轴齿轮螺旋角
,K--系数,根据机床类型及制造水平选取，我国中型车床，铣床=3.5，铣床K=50.5
从上述经验公式可知，主轴n和中间传动轴的转速和 对机床噪音和发热的关系，确定中间轴转速时，应结合实际情况做相应的修正。
a，对高速轻载或精密机床，中间轴转速宜取低些
b，控制齿轮圆周速度v〈8m/s(可用７级齿轮精度)，在此条件下，可适当选用较高的中间轴转速。
（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：
a, 升速传动中，最大传动比 2 ，过大，容易引起振动的噪音。
b, 降速传动中，最小传动比 1/4。过小，则主动齿轮与被动齿轮的直径相差太大将导致结构庞大。
（4）分配最小传动比
a,决定轴V—VI和VI—的传动比，根据台式铣床的结构特点，及对同类车床的比较，为使传动平稳取其传动比为1,
b，决定各变速组的传动比;
由前面2轴的转速及中间轴转速的分析，及齿轮传动比的现在，根据“前缓后急”的原则，取轴IV-V的最小降速比为极限值的1/4，=1。26，=4，轴III-IV和轴II—III均取=1/
(5）拟定转速图：
根据结构图及结构网图及传动比的分配，拟定转速图，如下图2。2所示:

图1.2 传动系统图
1。1.4、齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制
1，齿轮齿数的确定的要求:
可用计算法或查表确定齿轮齿数，后者更为简便，根据要求的传动比u和初步定出的传动副齿数和，查表即可求出小齿轮齿数：
选择是应考虑：
a,传动组小齿轮不应小于允许的最小齿数，即：
推荐：
对轴齿轮=12，特殊情况下=11，
对套装在轴上的齿轮，=16，特殊情况下=14，
对套装在滚动轴承上的空套齿轮，=20；
当齿数少于不发生根切的最小齿数时（压力角a=20的直齿标准,=17），一般需对齿轮进行正变位修正。
b,保证强度和防止热处理变形过大,齿轮齿根圆到键槽的壁厚，一般取则，如图2.3所示。
c、同一传动组的个齿轮副的中心矩应相等。若摸数相等时，则齿数和亦相等，
但由于传动比要求，尤其是在传动中使用了公用齿轮后，常常满足不了上述要求，
机床上可用修正齿轮,在一定范围内调整中心矩使其相等但修正量不能太大，一般齿数差不能够超过3～4个齿。

2，变速传动组中齿轮齿数的确定
为了减少齿轮数目和缩短变速箱的轴向尺寸，这里采用了公用齿轮。但由于公用齿轮的采用,使两个传动组间的传动比互相牵制，不能独立地按照最紧凑的原则决定传动件的尺寸，因此，径向尺寸一般较大，此外，公用齿轮的两侧齿面同时啮合会影响其磨损和寿命.这里我们采用查表法来确定齿轮的齿数。查《机床设计手册》确定个齿轮齿数如下：
轴II-III间变速齿轮齿数的确定：
由于公比=1。26,传动比为=1/=,=1/=，=1/
设：传动组中最小齿轮齿数=16，查《机床设计手册》表7。3—14
可查得:=16/39 （0。1%），=19/36 （0.9％），=22/33 （-0。3%）
齿数和为=55
公用齿轮选为=39
轴III—IV间变速组齿轮齿数的确定：
传动比为=1/ =1/ =
根据=，主动轮齿数为39,从表7。3—14可查得：=18/47 （—0.1％），=28/37 (0。9％），=39/26 （—0.3%）
齿数和为：=65
轴IV-V间变速组齿轮齿数的确定：
由于变数组齿轮传动比和各传动副上受力差别较大齿轮副的速度变化，受力差别较大，为了得到合理的结构尺寸，可采用不同模数的齿轮副。
轴IV-V间的两对齿轮，其传动比为=1/4, =2分别取＝４，＝３则
／＝／＝3／4
取Ｋ＝30，＝30x3=90， =30x4=120
按传动比将齿数分配如下：
=1/4=18/7219/71 ，=2=80/4082/38轴V-VI及VI-VII间齿数确定，由于这两个传动组只是改变传动方向,不起便速度作用，只需考虑其结构尺寸及磨损振动和噪音等因素。，取V-VI轴间锥材料齿轮齿数为29,ＶI—VII轴间齿轮齿数为67。
3、主轴转速系列的验算：
主轴转速在使用上并要求十分准确，转速稍高或稍低并无太大影响，但标牌上标准数列的数值一般也不允许与实际转速相差太大。
由确定的齿轮齿数所得的实际转速与传动设计理论值难以完全相符,需要验算主轴各级转速,最大误差不得超过即
％
主轴的各级实际转速分别为：29.4，37.8，47.7,58,74。6，94。3，115，148，187，236。7，304。5，384。6，468，602，760,927，1192.6，1526.5 r/min
==2%
而%=2。6%故符合条件
同理:经验算，其他各级转速也满足要求。
4、传动系统图的绘制
转速图和齿轮齿数确定后，变速箱的结构复杂程度也基本确定了（如齿轮个数，轴数，支承轴，为使变速箱的结构紧凑，合理布置齿轮是一个重要的问题，因为它直接影响变速箱的尺寸,变速操作的方便性和结构实现的可行性问题，在考虑主轴适当的支承距和散热条件下，一般应尽可能减少变速箱尺寸。这里为使变速操作的方便，提高效率采用电磁离合器操纵方式。根据计算结果，绘制出传动系统图，如图2.4所示

图1。4 主传动系统图
主运动传动链的传动路线表达式如下：
电动机I-—II—-III——IV—=V——VI-—VIII(主轴）

1。2　 传动件的估算与验算
1.2。1、传动轴的估算和验算
传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度要求。强度要求保证轴在反复载荷和扭转载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求高，不允许有较大的变形因此，疲劳强度一般不是主要矛盾，除载荷很大的情况下，可以不必验算轴的强度.刚度要求保证轴在载荷下不致产生过大的变形（弯曲，失稳,转角)。若刚度不足，轴上的零件如齿轮,轴承等将由于轴的变形过大而不能正常工作,或产生振动和噪声,发热，过早磨损而失效.因此,必须保证传动轴有足够的刚度。可以先扭转刚度估算轴的直径，画出草图后，再根据受力情况，结构布置和有关尺寸，验算弯曲刚度.
1，传动轴直径的估算
传动轴直径按扭转刚度用下列公式估算传动轴直径：
d=91mm
式中:N——该传动轴的输入功率
N= KW
-—电机额定功率
-—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）。
--该传动轴的计算转速；
计算转速是传动件能传递全部功率的最低转速,各传动件的计算转速可以从转速图上，按主轴的计算转速和相应的传动关系而确定，而中型车，铣床主轴的计算转速为：
（主）=
——每米长度上允许的扭转角（deg/m)；可根据传动轴的要求选取.
对传动轴刚度要求
允许扭转角

主轴

一般传动轴

较低的轴
（deg/m）
0.5—1
1-1.5
1。5-2
估算时应注意：
(1）值为每米长度上允许的扭转角，而估算的传动轴的长度往往不足1m，因此，在计算时应按轴的实际长度计算和修正，如轴为500mm，取=1deg/m则
d=91 mm
(2）效率y对估算轴径d影响不大，可以忽略
（3）如使用花键是可根据估算的轴径 d选取相近的标准花键轴的规格，主轴总轴径可参考统计数据确定;

1。5-2.8
2.8-4
4.5—7。5
5。5—7.5
7.5—11
车床
60—80
70-90
70-105
95—130
110—145
升降台铣床
50-90
60-90
60-95
75-100
90—105
各轴的计算转速：
=95 r/min
=118 m/min =300 r/min
=750 r./min =1450 r/min
轴径的估算：
=91x=24.4
=91x=28.78 =91x=36.18
=91x =45.69 =91x=48。24
2、传动轴刚度的验算
(1）轴的弯曲变形的条件和允许值
机床的主传动轴的弯曲刚度验算，主要验算轴上装齿轮和轴承出的挠度y和倾角。各类轴的挠度y，装齿轮和轴承处的倾角，应小于弯曲刚度的许用值和,即

轴的弯曲变形的允许值：
轴的类型
允许挠度
变形部位
允许倾角
一般传动轴
（0。0003～0。0005）
装轴承处，装齿轮处
0.0025 0.0001
刚度要求较高的轴
0.00021
装单列圆锥磙子轴承
0。0006
安装齿轮的轴
（0。01~0.03）
装滑动轴承处
0。001
安装蜗轮的轴
（0。02~0。05)
装单列径向圆锥磙子轴承处
0.001

（2)轴的弯曲复形计算公式：
计算花键轴的刚度时可采用平均直径或当量直径
计算公式：矩形花键轴：平均直径=（D+d）/2
当量直径 =
惯性矩： I=
1.2.2、齿轮模数的估算与验算
1、 估算：
按接触疲劳和弯曲强度计算次论模数比较复杂,而且有些系数只有在齿轮各参数都已知的情况先才能确定,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。
齿轮弯曲疲劳强度的估算：
mm
齿面点蚀的估算：
A mm
其中 为大齿轮的计算转速，A为齿轮中心矩,由中心矩A及齿数，求出模数
=2A/ mm
根据估算所得和中较大的值，选择相近的标准模数，
各齿轮的计算转数为:
=1450r/min =695r/min =300r/min 235r/min =95r/min =273r/min =235r/min =695r/min =475r/min =118r/min =695r/min =695r/min =300r/min
=300r/min =118r/min
轴I—II间传动组齿轮模数的估算
齿轮弯曲疲劳估算:
=32=1。87
齿轮点蚀的估算：
A=370x =81.76 mm
=2A/=2x81.76/（26+54)=2。04 mm
所以模数为m=3.

轴II-III传动组齿轮模数的估算
齿轮弯曲疲劳估算：
=32=2.759
齿面点蚀估算：
A=370x =108。18
=2A/=2x108.18/（16+39)=3.93 mm
取标准模数 m=4
轴III—IV间传动组齿轮模数的估算
齿轮弯曲疲劳估算:
=32x=3。046
齿面点蚀估算：
A=370x =117.3
=2A/=2x147.3/（28+37)=3。61
所以取标准模数m=4mm.
轴V—VI间传动组齿轮模数的估算：
齿轮弯曲疲劳计算，
4。46
齿面点蚀估算:
Ax=153。4
=2A/=2x153。4/(29+29)=5.29
取标准模数值m=5,轴VI—VII间齿轮模数的确定：
齿轮弯曲疲劳强度计算：

齿面点蚀估算:
Ax =158.7
=2A/=2x158。7/（67+67）=2。37
取模数值为m=4.
2、计算（验算）
结构确定后，齿轮的工作条件：空间安排，材料和精度等级都已经确定，才可以核验齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度值是否满足要求。
根据接触疲劳强度计算齿轮模数的公式:
= mm
根据弯曲疲劳强度计算齿轮模数，公式:
= mm
式中:N——计算齿轮传递的额定功率N= KW
——计算齿轮的计算转速r/min
—-齿宽系数=b/m, 常取6-10;
——大齿轮与小齿轮齿数,一般取传动中最小齿轮的齿数
i-—大齿轮与小齿轮的传动比， i=/1; “+”用于外啮合，“—”用于内啮合
——寿命系数，=,
——工作期限系数，=
齿轮等传动件在接触和弯曲交变载荷下的指数m和基准循环次数
n——齿轮的最低转速 r/min
T—-预先的齿轮工作期限，中型机床推荐：T=15000~20000h;
--转速变化系数
——功率利用系数
——材料强化系数，幅值低的交变载荷可使金属材料的晶粒边界强化,起阻止疲劳的刃缝扩大的作用
--工作情况系数，中等冲击的主运动,=1.2～1.6;
——动载荷系数
—-齿向载荷分布系数
——齿形系数
——许用弯曲，接触应力MPa;
1、轴I-II间齿轮模数的计算（验算）
(1）按接触疲劳计算齿轮模数：
N=y=0.987.5=7。35W

=8

查表: 取

则
取
线速度
查表： 取

查表 取
查表取 .
因此：
(2） 根据弯曲疲劳计算

查表取 :

而
查表取 。
Y=0.43，

因此： 。
　　　由以上计算结果知,齿轮模数合格.
2、其它齿轮模数的验算
其它齿轮的验算过程与上面相同，将有关数值代入上式，经计算均满足要求;

1。3 展开图设计
1。3。1、结构实际的内容及技术要求
1．设计内容：
设计主轴变速箱的结构包括传动件(传动轴，轴承，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连接件的结构设计与布置,用一张展开图和若干张横截面图表示。
2．技术要求
主轴变速箱是指机床的主要部分，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：
(1)精度
立式铣床主轴部分要求比较高的精度主轴的径向跳动，〈0.01mm；主轴轴向串动<0。01mm。
(2)刚度和抗振性
综合刚度（主轴刀架之间的力与相对变形之比）；
综合〉3400N/m
主轴与刀架之间的相对振幅的要求
等级
I
II
III
振幅（0。001mm)
1
2
3
（3),传动效率要求
等级
I
II
III
效率
0.85
0。8
0.75
（4）主轴总轴承处温升和温升应控制在以下范围：
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:
等级
I
II
III
dB
78
80
83
噪音
=20log
式中：--所有中间传动齿轮分度圆直径的平均值mm
——主轴上齿轮的分度圆直径的平均值mm
-—传到主轴所经过的齿轮对数
,k—-系数，根据个类型及制造水平选取。我国中型车床，铣床=3.5，铣床K50.5
（5)结构简单,紧凑，加工和装配工艺性好,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
1.3.2、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,作用在一个齿上的载荷是变化的。同时由于齿轮制造及安装误差,不可避免要产生动载荷而引起振动和噪音，常常成为变速箱的主要噪声源，并影响主轴回转均匀性，在设计齿轮时，应充分考虑这些问题。
2,精度等级的选择
变速箱中齿轮用于传递动力和运动。它的精度选择主要取决于周围速度。采用同一精度时,周围速度越高，振动和噪声越大,根据实验结果，周围速度增加一倍，噪音约增加6dB。工作平稳性和接触误差对振动和噪音的影响比运动误差更大.所以这两项精度应选高一级，为了控制噪音，机床上主传动齿轮都选用较高的精度，大都用7—6—6,这里主运动齿轮的精度选为7-6-6。
3、结构与加工方法
不同精度等级的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构要求也有不同。
8级精度齿轮,一般滚齿或插齿就可以达到。
7级精度齿轮，用较高精度滚齿机或插齿机可以达到。但淬火后，由于变形，精度下降，因此,需淬火的7级齿轮一般滚(插）后要剃齿，使精度高于7级或淬火和衍齿才能达到6级。机床主轴变速箱中齿轮一般都需要淬火.多联齿轮块的结构形式如下图2。5所示,各部分的尺寸推荐如下：
（1)、空刀槽，
插齿时： 模数 12mm， 5mm;
模数2.54mm, 6mm。
剃齿时：
采用公式：
=4。5+k(1.1+0。038-0.03)mm及计算。

图1.5
式中，k-—为与剃齿刀倾斜角有关的系数。
若齿面要高频淬火，为避免互相影响，应大于8.由于这里采用的齿轮的精度为7-6-6,需要剃齿或珩齿，需齿面淬火，所以8，取=8。　　　　　　　　　　　　
（2）、齿宽b 图2。5
齿宽影响齿的强度。但如果太宽，由于齿轮误差和轴的变形，可能接触不均匀，反而容易引起振动和噪音。一般取=(6～10）m
齿轮模数m小，装在轴的中部或单片齿轮，取大值齿轮模数m大，装在靠近支承处或多联齿轮,取小值。薄的大齿轮容易产生板振动，成为噪音发射体，因此，齿轮基体不宜太薄,设计单片齿轮时要注意
这里均是单片齿轮，取齿宽（m为模数）.
（3)、其他问题
滑移齿轮进出啮合的一端要圆齿，有规定的形状和尺寸（见图1.6)，圆齿和倒角性质不同,加工方法和画法也不一样，

图1.6
部分（图（一）)用于安装拨动齿轮的滑块，一般取=或，这里我们选。
选折齿轮块的结构时要考虑毛坯形式（棒料、自由锻或模锻）和机械加工时的安装和定位基面,尽可能做到省工,省料又容易保证精度。
4、齿轮的轴向定位
要保证正确啮合,齿轮在轴上的位置应该可靠，空套齿轮和固定在轴上的齿轮的轴向定位可采用隔套定位。
1.3.3、传动轴设计
1．特点
机床传动轴，广泛采用滚动轴承作支承。轴上要安装齿轮,离合器和制动器等。传动轴应保证这些传动件或机构能正常工作
首先，传动轴应有足够的强度和刚度，如挠度和倾角过大，将使齿轮啮