工作台面积250×1000mm2卧式升降台铣床主传动系统设计.doc

机械制造装备课程设计
项目总结报告

题 目：工作台面积250×1000mm2卧式升降台铣床主传动系统设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 
指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　

使用授权说明

本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名： 日期： 年 月 日

学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。

作者签名： 日期： 年 月 日
导师签名： 日期： 年 月 日
注 意 事 项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师： （签名） 单位： （盖章）
年 月 日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师： （签名） 单位： （盖章）
年 月 日

教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格

评定成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格
教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）
年 月 日
教学系意见：
系主任： （签名）
年 月 日

哈尔滨工业大学机械制造装备课程设计任务书
姓 名： 院 系：
专 业：机械设计制造及其自动化 班 号： 学 号：
任务起止日期： 2014年11月24日 至2014年12月12日
课程设计题目：工作台面积卧式升降台铣床主传动系统设计
主要内容：
（1）运动设计：根据给定的设计要求，分析定传动方案和传动系统图，确定传动副的传动比及轮齿数，并计算主轴实际转速与标准转速的相对误差。
（2）动力设计：根据给定的电动机功率和传动件的计算转速，初算传动轴朱静、齿轮模数，确定皮带类型及根数等。完成装配草图，验算传动件的应力、变形等是否在允许范围内，验算主轴组件的静刚度。
（3）结构设计：进行主传动轴系、变速机构、主轴组件、箱体、操纵机构、润滑与密封等结构设计，回执装配图（包括展开图、剖视图）及零件工作图。
（4）撰写项目总结报告，包含详细的设计说明。
技术要求：
主轴转速级数，最低转速，公比，电动机功率。
进度安排：三周
（1）准备工作及初算2天； （2）展开草图4天；
（3）截面草图2天； （4）验算、加粗、标注4天；
（5）技术文档整理3天； （6）答辩1天
指导教师签字：
年 月 日
教研室主任意见：
教研室主任签字：
年 月 日

目 录
1．项目背景分析 4
1.1 综合课程设计Ⅱ的目的 4
1.2 金属切削机床在国内外发展趋势 4
2．研究计划要点与执行情况 5
2.1 设计任务书 5
2.2 进度安排 5
3．项目关键技术的解决 6
4．具体研究内容与技术实现 6
4.1 运动设计 6
4.1.1 确定转速范围结构方案确定 6
4.1.2 转速图 9
4.1.3 传动系统图 10
4.2动力设计 15
4.2.1 主轴及传动轴轴颈 15
4.2.2 齿轮模数 17
4.3 结构设计 21
4.3.1 展开图设计 21
4.3.2 截面图及轴的空间布置 21
4.4 零件验算 22
4.4.1 主轴刚度 22
4.4.2 传动轴刚度 29
4.4.3 齿轮疲劳强度 34
5．技术指标分析 36
5.1 传动系统图的设计 36
5.2 齿轮齿数、模数的选择 37
5.3 轴径、孔径的选择 37
5.4 其他零部件、细节 37
6．存在的问题与建议 37
7．参考文献 38

1．项目背景分析
1.1 综合课程设计Ⅱ的目的
《综合课程设计II》是机械设计制造及自动化专业极其重要的实践性教学环节。其目的是在相关先修课程学习后，进行机械结构设计综合训练，使学生掌握机械系统分析和设计的基本步骤和方法，培养和锻炼学生综合运用所学知识解决实际工程问题的能力。也为学习后续专业课奠定基础。
1.2 金属切削机床在国内外发展趋势
机床作为加工的母机，总是要保证和提高加工质量和生产率，随着科技的不断进步，各种机床也相应地不断发展与更新，如性能参数的提高、功能的扩大、切削功率的加大，自动化程度的提高，机床动态性能的不断改善，加工精度的不断提高，基础元件的不断创新，控制系统的更新等等。
我国机床工业的发展趋势：根据机床工具工业局对振兴我国机床工业的设想，要在以后相当长时期内限制和压缩落后机床的生产，要化大力气发展高性能、高效率、高水平的适合国民经济需要的“高档”产品，改善机床品种的构成比。重点发展机、电、仪结合的产品。注意在冲压、电加工、激光、等离子加工中应用数控技术。
国外机床工业的发展，特别讲究机床的精度、效率，讲究机床制造工艺技术水平，试验分析与理论研究。从七十年代以来，国外已普遍推广使用数控机床。日本和美国已建成柔性自动化生产车间和柔性自动化工厂，整个机床制造的技术水平和自动检测控制技术已有大幅度提高。
2．研究计划要点与执行情况
2.1 设计任务书
设计内容见表2-1。
表 2-1 设计任务
题目
公比

级数
功率
工作台面积卧式升降台铣床主传动系统设计

17

2.2 进度安排
进度安排见表2-2。
表 2-2 进度安排
第一周
第二周
第三周
星期
1
2
3、4、5
1
2
3、4、5
1
2、3、4
5
准备
初算开题
展开草图
截面草图
验算加粗
论文
报告
答辩
图版
手册
指导书
图册等
齿轮和轴
的布置完成

项目
总结
报告

教师下达任务书

3．项目关键技术的解决
课程设计设计要求：
1、图纸工作量：画两张图：开展图（A0）。操纵机构、摩擦离合器、换向、制动和润滑不要求画，但要求掌握。截面图（A1）：画剖面轴系布置示意图（包括截面外形及尺寸、车床标中心高）。（
2、标注：中心距，配合尺寸，中心高（车床），外形尺寸。
3、明细：不设明细表，件号采用流水号（1,2,3…）标注，标准件的标准直接标在图纸上（件号下面），标题栏采用标准装配图的标题栏（180×56），其中，图号：KS01（表示：课设01号图纸）；单位：哈尔滨工业大学；图名：主传动系统装配图。
4、验算：一对齿轮，小齿轮验算弯曲强度，大齿轮验算接触强度，一根传动轴，主轴按两支撑计算。
5、主轴端部结构要按标准画。
4．具体研究内容与技术实现
4.1 运动设计
4.1.1 确定转速范围结构方案确定
4.1.1.1 确定极限转速
由设计任务书，电机额定功率，铣床最低转速，级数，公比。
则转速调整范围
（4-1）

其中：
——转速调整范围；
——转速公比；
——传动级数。
可以得到，

主轴的极限转速
（4-2）

其中：
——转速调整范围；
——最低转速 。
可以得到，

4.1.1.2 确定公比
由参考文献[1]表3-6可知主轴实际最大转速。
主轴的转速数列为26.5，33.5，42.5，53，67，85，106，132，170，212，265，335，425，530，670，850，1060。
4.1.1.3 确定主轴转速级数
由参考文献[1]式（3-2）得，转速级数
（4-3）

其中：
——转速调整范围；
——转速公比。
可以得到，

4.1.1.4 确定结构网或结构式
因两轴间变速组的传动副数多采用2或3，在设计简单变速系统时，变速级数应选择的形式，均为正整数，即选用三联齿轮和两联齿轮进行变速。
由参考文献[1]，主变速传动系设计的一般原则是：传动副前多后少原则，传动顺序与扩大顺序相一致原则和变速组降速前慢后快原则，确定变速结构式如下：

其最末扩大组的调速范围
，
设计机床主变速传动系时，为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，一般限制降速最小传动比为避免扩大传动误差，减少振动噪声，一般限制直齿圆柱齿轮的最大升速比
4.1.2 转速图
4.1.2.1 选用电动机
由参考文献[2]表15.1，选用Y系列封闭自扇冷式鼠笼式三相异步电动机，机型号。其级数6，同步转速，满载转速。
4.1.2.2 分配总降速传动比
总的降速传动比比较大，增加定比传动副，然后将总的降速传动比根据“先缓后急”原则，确定各变速组最小传动比。
4.1.2.3 确定传动轴的轴数
传动轴数变速组数定比传动副数。
4.1.2.4 绘制转速图
因为确定中间各轴转速时，通常往前推比较方便，所以先确定Ⅲ轴的转速
① 确定Ⅲ轴的转速
由于第二扩大组的变速范围为6.35，故这两对传动副的最小和最大传动比选择为，于是可以确定Ⅲ轴的六级转速只能是106,132,170,212,265,335,425,530,670
② 确定Ⅱ轴转速
第一扩大组的级比指数。为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，一般限制降速最低传动比，又为了避免扩大传动误差，减少震动噪声，限制最大升速比。为使Ⅱ轴转速不至过低，造成Ⅱ轴的转矩较大，又避免升速，取，
③ 确定Ⅰ轴转速
Ⅰ轴级比指数，由升2降4的原则，确定Ⅰ轴转速为670。
④ 最后确定电动机主轴与Ⅰ轴之间的的传动比。
采用齿轮传动，传动比为

转速图见图4-1。

图 4-1 转速图
4.1.3 传动系统图
4.1.3.1 应该注意的问题
1. 因为零件的参数尚未确定，一般根据转速图，先按传动副的传动比拟定一个主传动系统草图。待装配图完成后再修改草图为证实系统传动图，传动轴上的出路轴向位置大致展开图相对应，画出轴承符号，标上轴号，齿轮齿数及模数，皮带轮直径，电动机型号，功率和转速。
2. 要有利降低齿轮变速箱的噪声
（1）主轴高转速范围的传动比排列，可采用先降速后升速的传动，使总转速和减小，以期降低噪声。这种高速传动采用先降后升，可使同一变速组的传动比有升速有降速，有利于减小齿数和，齿轮线速度及中心距。
（2）主轴高速传动时，应缩短传动链，以减小传动副数。
（3）不采用噪声大的锥齿轮传动副。
（4）前边的变速组中的降速传动比不宜采用极限值，以避免增加径向尺寸。最末变速组中可采用最小传动比，特别是铣床以增加主轴的飞轮效应。
4.1.3.2 确定变速组齿轮传动副的齿数
由传动结构式可知，变速组有3个传动副，其传动比分别是。传动比小于1时取其倒数，由参考文献[1]表3-9，在变速组中，可以得到，

取。
在变速组中，可以得到，

取。
在变速组中，可以得到，

取。
一般变速组内所有齿轮的模数相同，并是标准齿轮，因而三对传动副的齿数和应该是相同的。中型机床一般取，，由此可以确定各传动之间的齿数。
定比组（电动机主轴与Ⅰ轴之间的齿轮齿数）

变速组a

变速组 b

第二扩大组

初选的齿轮齿数和应在后面进行限制的讨论和验证。由此，初步确定了各变速组及定比传动的齿轮齿数，可以得到详细的转速图见图4-2。

图 4-2 详细转速图
4.1.3.3 核算主轴转速误差
齿轮齿数确定后，主轴的各级实际转速即确定，实际传动比所造成的主轴转速误差，应满足：
（4-4）

其中：
——转速公比.
可以得到，

误差分析结果见表4-1
表 4-1 主轴转速误差

标号

误差
结论
1
1053.68
1060
-0.60%
合格
2
845.44
850
-0.54%
合格
3
670.52
670
0.08%
合格
4
528.03
530
-0.37%
合格
5
423.68
425
-0.31%
合格
6
336.02
335
0.30%
合格
7
262.86
265
-0.81%
合格
8
210.91
212
-0.51%
合格
9
167.27
170
-1.60%
合格
10
167.03
170
-1.75%
合格
11
134.02
132
1.53%
合格
12
106.29
106
0.27%
合格
13
83.70
85
-1.53%
合格
14
67.16
67
0.24%
合格
15
53.27
53
0.50%
合格
16
41.67
42.5
-1.96%
合格
17
33.43
33.5
-0.20%
合格
18
26.52
26.5
0.59%
合格
4.1.3.4 各轴的计算转速
各轴的计算转速见表4-2
表 4-2 各轴计算转速
轴序号

计算转速

4.1.3.5 绘制传动系统图
传动系统图见图4-3。

图 4-3 传动系统图
4.2动力设计
4.2.1 主轴及传动轴轴颈
4.2.1.1 传动轴直径初定
由参考文献[3]，按扭转刚度估算轴的直径
（4-5）

其中：
——传动轴直径；
——该轴传递的功率；
——该轴的计算转矩；
——该轴每米长度允许扭转角，取0.8。
由表2-2可知各轴的计算转速，
，，，，
本次计算中，各轴传递功率为点击功率与传递过程中的效率的乘积，效率值可由参考文献[2]表9.1确定，
，，
可以得到，
O轴

取
I轴

取；
II轴

取；
III轴

取。
4.2.1.2 主轴轴颈直径的确定
没有特殊要求的时候，主轴材料优先选用价格低廉的优质结构钢，如45号钢，调质到220~250HB。在端部锥孔，定心轴颈或定心锥面等部位，采用高频淬火至50~55HRC。由参考文献[1]表5.7，功率为的卧式升降台铣床选用前轴颈直径，取。
后轴颈为前轴颈的，即为。为了选用轴承的方便，由参考文献[2]轴承型号，主轴中部与圆锥滚子轴承配合处轴颈直径取，为使主轴缓慢过度，主轴后部与深沟球轴承配合处轴颈直径取。
4.2.2 齿轮模数
4.2.2.1 初算齿轮模数
一般同一变速组中的齿轮取同一模数，选择各组负荷最重的小齿轮，由参考文献[3]，其计算得到的齿轮模数
（4-6）

其中：
——按接触疲劳强度计算的齿轮模数；
——驱动电机的功率；
——齿轮的计算转速；
——大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，，外啮合取“＋”号，内啮合取“－”号；
——小齿轮的齿数；
——齿宽系数，（为齿宽，为模数），一般为，此处均选用；
——许用接触应力，由参考文献[5]表13-16，齿轮材料选用，高频淬火，可得。
可以得到，
基本组

按标准模数表取；

第一扩大组

按标准模数表取；

第二扩大组

按标准模数表取。
由于取齿轮厚度系数6，则由公式可得各齿轮厚度。
4.2.2.2 对各种限制的讨论
对于变速组c，由于主轴轴径是由标准查得，其值较大，前轴径为，后轴径为，即安装齿轮处轴外径约为，由参考文献[2]，轴上的小齿轮还要考虑到齿根到它的键槽深处的最小尺寸应大于基圆齿厚，以防断裂，即其最小齿数应满足：
（4-7）

其中：
——齿轮花键孔的外径，单键槽的取孔中心至键槽底的尺寸两倍；
——齿轮模数。
对于变速组c，在主轴上，选用单键槽，查得，若，则，小于已确定的最小齿数，在主轴上该模数满足要求。考虑到花键滑动与定位较容易，除主轴和电机轴外，其余轴均选用花键连接。
第二扩大组在轴上的最小齿轮齿数，选用花键，将代入，若，则，在轴上该模数满足要求。
故第二扩大组的模数取。
对于第一扩大组，在轴上的最小齿轮齿数，选用花键，将代入，若，则，在轴上该模数满足要求。
第一扩大组在轴上的最小齿轮齿数，若，则，在轴上该模数满足要求。
故第一扩大组的模数取。 
对于基本组，基本组在轴上的最小齿轮齿数，若，则 ，在轴上该模数满足要求。
基本组在轴上的最小齿轮齿数，选用花键，将代入，若，则，在轴上该模数满足要求。
故基本组的模数取。 
对于电机轴上的齿轮配合，选单键槽，查得。若，则，在电机轴上该模数满足要求。
故电机轴的模数取。
4.2.2.3 其余验证
机床主传动系统齿数，所有齿轮均满足此条件。
机床主传动的最小极限传动比为，中型机床的最大齿数和，以上设计均满足条件。
4.3 结构设计
4.3.1 展开图设计
4.3.1.1 齿轮布置
主传动系统采用集中传动方式，将全部传动和变速机构集中在同一个主轴箱内，结构紧凑，便于实现集中操纵，安装调整方便。电机轴与电动机采用弹性柱销联轴器连接，可一定程度降低定心精度要求，隔离点击震动。
4.3.1.2 主轴组件设计
圆锥滚子轴承能同时承受径向和轴向载荷，成对使用具有轴承数量少、支撑结构简单、轴承间隙调整方便的特点。主轴采用单列圆锥滚子轴承的前中支承为主端深沟球轴承的尾端支承为辅的三支撑结构。用中支撑左侧的螺母同时调整前中两个轴承的间隙。
4.3.2 截面图及轴的空间布置
由于滑移齿轮轴心离箱体壁距离较大，且滑移行程较长，故采用拨叉沿导向杆滑动来操纵滑移齿轮。摆动拨叉通过滑块与滑动拨叉尾端的槽接触，滑块做圆弧运动转化为拨叉的滑动，实现滑移。使用钢球弹簧作为定位的手柄座可以使操作杆拨动到指定位置即停下并锁紧，方便工人操作。
4.4 零件验算
4.4.1 主轴刚度
4.4.1.1 主轴支撑跨距的确定
前端悬伸量：主轴前端的悬伸长度，即从主轴外侧前支撑中点（滚锥轴承及向心推力轴承则是接触角法线与轴线的交点处）到主轴前端的距离。这里选定。
一般最佳跨距，考虑到结构以及支承刚度会因磨损而不断降低，应取跨距比最佳支承跨距 大一些，一般是的倍，再综合考虑结构的需要，本设计取。
4.4.1.2 最大切削合力P的确定
最大圆周切削力须按主轴输出全功率和最大扭矩确定
（4-8）

其中：
——电动机额定功率()，；
——主传动系统的总效率，，为各传动副、轴承的效率，总效率。由前文计算结果， 。取；
——主轴的计算转速，由前文计算结果，主轴的计算转速为；
——计算直径，对于卧式铣床，为最大端铣刀计算直径，对于工作台面积为的卧式铣床,其端铣刀的计算直径及宽度分别为，。
可以得到，

验算主轴组件刚度时，须求出作用在垂直于主轴轴线的平面内的最大切削合力。对于卧式升降台铣床的铣削力，一般按端铣计算。
不妨假设本铣床进给系统的末端传动副有消隙机构，应采用不对称顺铣，则各切削分力、、同的比值可大致认为
；
；
。
则，，即与水平面成角，在水平面的投影与成角。
4.4.1.3 切削力作用点的确定
设切削力的作用点到主轴前支撑的距离为
（4-9）

其中：
——主轴前端的悬伸长度，；
——对于普通升降台铣床。
可以得到，

4.4.1.4 齿轮驱动力Q的确定
齿轮传动轴受输入扭矩的齿轮驱动力的作用而产生弯曲变形，当齿轮为直齿圆柱齿轮时，其啮合角，齿面摩
擦角时，其弯曲载荷
（4-10）

其中：
——齿轮传递的全功率()，取；
——该齿轮的模数、齿数；
——该传动轴的计算工况转速。
可以得到，

4.4.1.5 变形量允许值的确定
变形量允许值：对普通机床前端挠度的允许值，目前广泛 使用的经验数据
（4-11）

其中：
——主轴两支撑间的距离，。
可以得到，

4.4.1.6 主轴组件的静刚度验算

图 4-4 主轴组件纵向视图力的分布

图 4-5 主轴组件横向视图力的分布
选定如图的直角坐标系，求各力同时作用下，前后轴承负荷的大小及其方向角，并判定象限。建立方程组计算主轴前后支撑处的支反力。
的方向：

的方向：

在点的水平投影：

在点的垂直投影：

可以得到，
，，
，，
即，方向与轴正方向夹角。
，方向与轴正方向夹角。
前后轴承的负荷大小与支反力大小相同，方向相反。故前后轴承的负荷为：
，方向与轴正方向夹角。
，方向与轴正方向夹角。
按轴承的合成负荷，计算轴承的弹性位移。
滚动轴承的径向刚度是支承刚度的主要部分，支承刚度还包括轴承环与轴颈及箱体孔的配合表面间的接触刚度。预紧的滚动轴承可以提高刚度。
计算时可以忽略轴承环与轴颈以及箱体孔之间的接触刚度。仅以滚动轴承的游隙为零时，承受径向载荷来计算轴承的径向刚度，圆锥滚子轴承的径向刚度
（4-12）

其中：
——滚动体列数；
——每列中滚动体数；
——滚子有效长度；
——轴承的径向负荷；
——轴承的接触角。
可以得到，

前后支承轴承的弹性位移，

分别计算各作用力对弹性主轴前端点产生的挠度。
由简单载荷下简支轴的变形公式，轴自身变形引起的轴点挠度公式
（4-13）

（4-14）

其中：
——载荷力；
——材料的弹性模量，钢的；
——分别为轴的的抗弯惯性矩
（4-15）

可以得到，

可以得到，

共同作用下，点的挠度分解

将轴承的弹性位移分解为直角坐标分量，并计算它对主轴前端点产生的相应挠度值。
点：

点：

在水平面（方向）点产生的挠度：

在垂直面（方向）点产生的挠度：

可以得到，

将主轴组件前端c 点在直角坐标上的各分量进行代数叠加后，再合成综合挠度值并计算其方向角。
分量：

合成：

方向角：

由综合挠度，可见，故主轴通过校核。
4.4.2 传动轴刚度
4.4.2.1 齿轮驱动力Q的确定
齿轮传动轴同时受输入扭矩的齿轮驱动力和输出扭矩的齿轮驱动阻力的作用而产生弯曲变形，当齿轮为直齿圆柱齿轮，其啮合角，齿面摩擦角时，其弯曲载荷
（4-16）

其中：
——该齿轮传递的全功率，取；
——该齿轮的模数和齿数；
——该传动轴的计算工况转速；
——该轴输入扭矩的齿轮计算转速；
——该轴输出扭矩的齿轮计算转速。
由于轴Ⅲ上有三种不同的驱动力和三种不同的驱动阻力，故驱动力具体的计算结果在下文讨论。
4.4.2.2 变形量允许值的确定
齿轮传动轴的抗弯刚度验算，包括轴的最大挠度，滚动轴承处及齿轮安装处的倾角验算。其值均应小于允许变形量及，允许变形量可由参考文献[4]查得。

由参考文献[3]知，对于传动轴Ⅱ，仅需要进行刚度计算，无须进行强度验算。
4.4.2.3 主轴组件的挠度验算

图5-4 传动轴II载荷分布
其中是变速组1的驱动力，且3个驱动力不能同时作用；是变速组2的驱动阻力，且3个驱动阻力不能同时作用。
可以得到

对于输出驱动阻力，由于各种情况转速不定，故应在选定校核用轴Ⅲ速度以后计算。
为了计算上的简便，可以近似地以该轴的中点挠度代替最大挠度，其最大误差不超过3%。
由参考文献[4]，若两支承的齿轮传动轴为实心的圆形钢轴，忽略其支承变形，在单位弯曲载荷作用下，其中点挠度
（4-17）

其中：
——两支承间的跨距，；
——该轴的平均直径，；
（4-18）

——齿轮的工作位置至较近支撑点的距离；
——输入扭矩的齿轮在轴的中点引起的挠度；
——输出扭矩的齿轮在轴的中点引起的挠度；
其余各符号定义与前文一致。

可以得到，
；
；
。

可以得到

故引起的中点挠度最大，在计算合成挠度时使用，进行计算。此时轴Ⅲ转速为。
可以得到，

可以得到，

故引起的中点挠度最大，在计算合成挠度时使用，进行计算。
由参考文献[4]，中点的合成挠度
（4-19）

其中：
——被验算轴的中点合成挠度；
——在横截面上，被验算的轴与其前、后传动轴连心线的夹角；
——驱动力和阻力在横截面上，两向量合成时的夹角。
（4-20）

可以得到

可以得到

由综合挠度，可见，满足要求。
由参考文献[4]，传动轴在支承点A、B处的倾角、
（4-21）

可以得到，

可见，满足要求，故不用计算传动轴在齿轮处的倾角。
综上，传动轴Ⅱ通过校核。
4.4.3 齿轮疲劳强度
验算变速箱中齿轮强度时，选择相同模数中承受载荷最大的及齿数最小的齿轮进行接触应力和弯曲应力计算。一般对高速转动的齿轮验算齿面接触应力，对低速转动的齿轮验算齿根弯曲应力。对硬齿面软芯的渗淬火齿轮，一定要验算弯曲应力。因而此处仅验算与 这对齿轮。
由参考文献[4]，齿面接触应力
（4-22）

齿根弯曲应力
（4-23）

其中：
——初算得到的齿轮模数，；
——传递的额定功率，；
——齿轮的计算转速，；
——大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，，外啮合取“＋”号，内啮合取“－”号；
——小齿轮的齿数；
——齿宽；
——许用接触应力，由参考文献[5]表13-16，齿轮材料选用45钢，高频淬火，可得；
——许用弯曲应力，；
——寿命系数；
（4-24）

——工作期限系数；
（4-25）

——齿轮在机床工作期限内的总工作时间，对于中型机床的齿轮，，取，统一变速组内的齿轮总工作时间可近似地认为，为该变速组的传动副数，取，则；
——齿轮的最低转速，取；
——基准循环次数，对于钢和铸铁件，接触载荷取，弯曲载荷取；
——疲劳曲线指数，接触载荷取，弯曲载荷对正火、调质及整体淬硬件取，对表面淬硬（高频、渗碳、氮化等）件取；
可以得到，
；
——功率利用系数，取；
——转速变化系数，取；
——材料强化系数，取；
可以得到，
，
；
——齿向载荷分布系数，取；
——动载荷系数，取；
——工作状况系数，考虑载荷冲击的影响，主运动（中等冲击）取；
——齿形系数，取。
可以得到，

可见，，。
综上，齿轮和通过校核。
5．技术指标分析
5.1 传动系统图的设计
主轴高转速范围的传动比排列，可采用先降速后升速的传动，使总转速和减小，以期降低噪声。这种高速传动采用先降后升，可使同一变速组的传动比有升速有降速，有利于减小齿数和，齿轮线速度及中心距；
主轴高速传动时，应缩短传动链，以减小传动副数；
不采用噪声大的锥齿轮传动副；
前边的变速组中的降速传动比不宜采用极限值，以避免增加径向尺寸。最末变速组中可采用最小传动比，特别是铣床以增加主轴的飞轮效应。
5.2 齿轮齿数、模数的选择
中型机床一般取，，机床主传动系统齿数；
变速组内所有齿轮的模数相同，并是标准齿轮，初算齿轮模数时应选择各组负荷最重的小齿轮进行设计；
同时应该考虑齿根到它的键槽深处的最小尺寸应大于基圆齿厚。
5.3 轴径、孔径的选择
轴径的设计需要在考虑扭矩的基础上，综合考虑轴用挡圈、轴承的选用，花键的加工和过度，齿轮、轴承、套筒等其他轴系部件的安装等。同时应该根据实际情况适当地添加过度轴段，增大轴肩高度等；
孔的大小需要在能够安装轴承的基础上，综合考虑镗刀加工路线，钻孔时钻头能否顺利进行加工等问题。
5.4 其他零部件、细节
其他零部件的设计则需要在图册、手册的参考之下综合考虑实际应用情况。例如垫圈、挡圈的使用，螺母的选择，甩油环、油沟的设计，转动体及非转动体之间的间隙；
此外，需要考虑实际的配合关系，确定配合方式和配合对象；
同时，需要考虑实际加工所产生的空刀槽、越程槽、月牙槽等。
7．参考文献
[1]机械制造装备设计：哈尔滨工业大学出版社，2011.2
[2]王连明，宋宝玉. 机械设计课程设计：哈尔滨工业大学出版社，2010.1
[3]机械制造装备设计指导书：哈尔滨工业大学出版社
[4]宋宝玉，王黎钦. 机械设计：高等教育出