数控镗主轴箱系统结构设计.doc

毕业论文
摘 要
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毕业设计是大学学习过程中的重要环节,也是学生在学校学习的最后一个重要环节。这次设计是为了进一步检验学生在学校期间的学习情况，培养学生综合运用所学的专业知识和基础理论知识的能力，独立解决一般机械类技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。经过将近历时一个学期的毕业设计，我学到了许多课堂上学不到的知识，使所学的理论知识与动手设计有机结合，提高了自己的设计能力和实践能力。
本论文设计中主要是对数控机床主轴箱的结构设计。在设计时，主要以主轴箱结构设计为重点。此次设计，本着力求使所设计的工件实际、实用的原则来指导设计。在整个设计过程中，尽量是设计内容向实际靠拢，使设计更具科学性，更具合理性，其中所用的很多数据与参数均来自工厂一线的工具用书。通过系统的动手设计，本人已初步掌握了数控机床主轴箱的结构，并掌握了主轴箱的结构特点和工作原理。
在此次毕业设计过程中，得到了老师的悉心指导与帮助，还有很多同学对我的设计也提出了许多宝贵的意见。在此，对老师的指导以及同学的帮助一并表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，且此次设计涉及面广，内容覆盖面广，时间仓促，错误和不足之处在所难免，恳请老师批评指正。

关键词：主轴；齿轮传动；数控机床

Abstract

Graduation Project is an important link in University of the learning process, also is the student in the school study last important link. The test is designed to further student learning in the school situation during, students to learn the integrated use of the expertise and theoretical knowledge based on the ability of, independent solution to the technical issue of the general mechanical ability to, sets up the correct design concept and the work style. After will be near the lasted semester the graduation project, I have learned the knowledge which in many classrooms cannot learn, makes the theory knowledge which studies with to begin to design the organic synthesis, improve the design of their own ability and practical ability.
In this paper, the design of CNC machine tools mainly for the structural design of spindle box. When design, mainly take the headstock structural design as the key point. This design,in line with makes every effort the work piece reality which causes to design、the practical principle instructs the design. In entire design process, as far as possible to the actual content is designed to move closer to, causes the design to have the scientific nature, more rationality, which used a lot of data and parameters are first-line tool from the factory with book. Begins the design through the system, I have an initial grasp of the NC machine tool spindle box structure,and has grasped the headstock unique feature and the principle of work.
In this graduation project process, was under Mrs. Ma Chunfeng devotedly instruction and the help,also had very many schoolmates also to give many precious comments to my design. In this, one and expresses the heartfelt gratitude to the Mr./Mrs. Ma instruction as well as schoolmate's help.
Limited due to the editor, and this design affected area is broad,the content coverage is broad, the time is hasty,the mistake and the deficiency are unavoidable, requests earnestly teacher to criticize points out mistakes.

Key words：spindle；gear drive；CNC machine tools

目 录

摘 要 I
Abstract II
目 录 III
前 言 1
1 机床的性能参数 2
2 传动方案 4
2.1 原动机的选择 4
2.1.1 选择原则 4
2.1.2 选择步骤 4
2.2 传动装置的选择 5
2.3 主传动 8
2.3.1 与普通机床相比数控机床机械结构的特点 8
2.3.2 对主传动系统的要求 9
2.3.3 主传动的变速方式 9
2.3.4 主轴箱与主轴组件 10
2.4 齿轮设计 12
2.4.1 高速级齿轮传动的设计计算 12
2.4.2 低速级齿轮传动的设计计算 16
2.5 轴的设计 20
2.6 轴承的设计 21
2.7 键的选择与校核 21
3 电动机的选择 23
3.1 类型和结构形式的选择 23
3.1.1 单极性步进电机 23
3.1.2 单极性步进电机的步进方式 23
3.1.3 双极性步进电机 23
3.1.4 双极性步进电机的步进方式 24
3.1.5 步进驱动方式的相似之处 24
3.1.6 通用步进电机 24
3.2 电动机功率计算 24
4 传动系统的运动和动力参数 26
4.1 计算总传动比 26
4.2 各级传动比的分配 26
4.3 分配各级传动比 26
4.4 计算传动装置的运动和动力参数 27
4.4.1 各轴转速(r／min) 27
4.4.2 各轴功率(kw) 28
4.4.3 各轴转矩（N m） 28
5 润滑和密封形式的选择 29
致 谢 31
参考文献 32

32
前 言

在现代机械制造领域中，数控机床与机床数控技术已经成为最基本概念之一。数控是数字控制技术的简称，是用数字化代码实现自动控制技术的总称。
数控机床是采用数字化代码程序控制，能完成自动化加工的通用机床，其组成包括：CNC装置、操作面板、可编程逻辑控制器、进给伺服系统、主轴驱动系统和机床本体。特点包括：实现柔性自动化；具有广泛的适应性；加工精度高；质量稳定；生产效率高；能实现复杂零件的加工；减轻劳动强度；改善劳动条件；有利于现代化生产和管理。
随着科学技术的发展、新材料和新零件的出现，对加工技术和效率提出了更高的要求。现代数字机床呈现出高精度化、高速化、高柔性化、高自动化、智能化、复合化、高可靠性、网络化和具有开放式体系结构等发展趋势。
我本次毕业设计的题目是数控镗床主轴箱结构设计，数控机床主轴箱是由电动机带动主轴高速旋转，再通过各轴间不同齿数的齿轮相互换位啮合，实现大范围变速输出的。不同的转速适应不同的机械加工要求，主轴箱的装配要求具有很高的配合精度和稳定性。是机床的核心部分。
下面就是我设计的数控镗主轴箱结构。限于本人的经验，一定会有不足之处，望老师和同学们批评指正。

1 机床的性能参数

机械部分
矩形工作台尺寸（长*宽）………………………………………………1250*1000毫米
任意分度数控转台尺寸（长*宽）…………………………………………900*900毫米
工作台最大移动距离（X轴）…………………………………………………1000毫米
主轴箱最大移动距离（Y轴）……………………………………………………730毫米
立柱最大移动距离（Z轴）………………………………………………………750毫米
主轴中心线至数控转台台面距离……………………………………………0-730毫米
主轴轴端到数控转台中心距离……………………………………………250-1000毫米
主轴中心线到工作台台面距离……………………………………………300-1030毫米
主轴前端孔锥度………………………………………………………………………7：24
主轴转速范围…………………………………有级11.5-1600转/分；无级0-1000转/分
主轴转速级数………………………………………………自动27级；手动27级或无级
主轴最大输出扭矩…………………………………………………………70公斤力·米
X、Y、Z轴最大移动速度…………………………………………………………5米/分
X、Y、Z轴工作进给速度………………………………………………5-1250毫米/分
数控转台回转速度…………………………………………………………………2转/分
X、Y、Z轴定位精度………………………………………………………±0.02/300毫米
X、Y、Z轴重复定位精度……………………………………………………±0.005毫米
数控转台分度精度…………………………………………………………±10＂（B轴）
工作台重复定位转位精度……………………………………………………±5＂（B轴）
刀库容量………………………………………………………………………………60把
送刀方式………………………………………………………………………………任意
刀具尺寸（最大）…………………………………………长400毫米；直径φ125毫米
刀具重量…………………………………………………………………………约12公斤
主轴驱动电机（直流电机）………………………………………………………7.5千瓦
机床高度………………………………………………………………………约3200毫米
机床占地尺寸（长*宽，包括各部分）………………………………约6850*6250毫米
机床重量……………………………………………………………………………约15吨
数控部分
可控制轴数…………………………………………………………………4轴（同时1轴）
运动控制方式…………………………………………………………………………开环
轨迹控制方式…………………………………………………………………点位-直线
位置值数字显示（X、Y、Z、B轴）……………………………………………绝对值
脉冲当量：X、Y、Z轴……………………………………………………0.01毫米/脉冲
B轴…………………………………………………………………5秒/脉冲
运动指令方式………………………………………………………………………增量值
纸带代码………………………………………………………………………EIA或ISO
纸带形式……………………………………………………可变程序段文字地址码形式
纸带阅读机………………………………………………………………光电式有卷带盘
辅助机能……………………………………………………………S、T、F、M、G机能
刀具长度和直径补偿………………………………………10组；最大补偿量±9.99毫米

2 传动方案

2.1 原动机的选择
2.1.1 选择原则
在进行机械系统方案设计时，主要根据以下原则选择原动机。
1、 应满足工作环境对原动机的要求。如能源供应，降低噪声和环境保护等要求。
2、 原动机的机械特性和工作制度应与机械系统的负载特性（包括功率、转矩、转速等）相匹配，以保证机械系统有稳定的运行状态。
3、 原动机应满足工作机的启动，制动、过载能力和发热的要求。
4、 应满足机械系统整体布置的需要。
5、 在满足工作机要求的前提下，原动机应具有较高的性能价格比，运行可靠、经济性指标（原始购置费用、运行费用和维修费用）合理。
2.1.2 选择步骤
1、 确定机械系统的负载特性  机械系统的负载由工作负载和非工作负载组成。工作负载可根据机械系统的功能由执行机构或构件的运动和受力求得；非工作负载指机械系统所有额外消耗，如机械内部的摩擦消耗，可用效率加以考虑；辅助装置的消耗，如润滑系统，冷却系统的消耗等。
2、 确定工作机的工作制度  工作机的工作制度是指工作负载随执行系统的工艺要求而变化的规律，包括长期工作制、短期工作制和断续工作制三大类，常用载荷—时间曲线表示。有恒载和变载、断续和连续运行、长期和短期运行等形式。由此来选择相应工作制度的原动机。原动机实际工作制度和工作机是相同的，但在各种不同的工作制度下，原动机的允许功率是完全不同的，如国家标准对内燃机的标称功率分为四级，分别为15分钟功率、1小时功率、12小时功率和长期运行功率，其中15分钟输出功率最大。
3、 选择原动机的类型  影响原动机类型选择的因素较多，首先应考虑能源供应及环境要求，选择确定原动机的种类，再根据驱动效率、运动精度、负载大小、过载能力、调速要求、外形尺寸等因素，综合考虑工作机的工况和原动机的特点，具体分析，以选得合适的类型。
　　需要指出的是，电动机有较高的驱动效率和运动精度，其类型和型号繁多，能满足不同类型工作机的要求，而且还具有良好的调速、启动和反向功能，因此可作为首选类型，当然对于野外作业和移动作业时，宜选用内燃机。
4、 选择原动机的转速  可根据工作机的调速范围和传动系统的结构和性能要求来选择。转速选择过高，导致传动系统传动比增大，结构复杂、效率降低；转速选择过低，则原动机本身结构增大、价格较高。
　　一般原动机的转速范围可由工作机的转速乘以传动系统的常见总传动比得出。
5、 确定原动机的容量  原动机的容量通常用功率表示。在确定了原动机的转速后，可由工作机的负载功率（或转矩）和工作制来确定原动机的额定功率。机械系统所需原动机功率Pd可表示为

式中，Pg为工作机所需功率；Pf为各辅助系统所需的功率；ηi为从工作机经传动系统到原动机的效率；ηj为从各辅助装置经传动系统到原动机的效率；k为考虑过载或功耗波动的余量因数，一般取1.1～1.3。
　　需要指出的是，所确定的功率Pd是工作机的工作制度与原动机工作制度相同前提下所需的原动机额定功率。
2.2 传动装置的选择
1、与原动机和工作机相互匹配
　　三者应在机械传动特性上相互协调，使机器在最佳状态下运转。
2、满足功率和速度的范围要求
3、考虑传动比的准确性及合理范围
4、考虑结构布置和外廓尺寸的要求
5、考虑质量
　　很多机器对自重都有较为严格的限制，如航空机械、机动车辆、海上钻 井平台机械等。此时，传动装置的质量常以质量功率比（kg/kW）表示。
6、 经济性因素
　　传动装置的费用包括初始费用（即制造和安装费用）、运行费用和维修费用。初始费用主要决定于价格，它是选择传动类型时必须要考虑的经济因素。运行费用则与传动效率密切相关，特别是大功率以及需要长期连续运转的传动，由于对能源消耗产生的运行费用影响较大，应优先选用效率较高的传动。
　　在选择传动类型时，同时满足以上各原则往往比较困难，有时甚至相互矛盾和制约，因此在选择传动类型时，应对机器的各项要求综合考虑，以选择较合理传动型式。
将总传动比合理分配给每级传动，不仅对传动系统的结构布局和外廓尺寸，而且对传动的性能、传动件的质量和寿命以及润滑等都有着重要的影响。分配传动比时应注意以下几点：
(1) 各种传动的传动比，均有其合理应用的范围，通常不应超过。
(2) 分配传动比时，应注意使各传动件尺寸协调、结构匀称，避免发生相互干涉。如设计二级齿轮减速传动时，若传动比分配不当，可能会导致中间轴大齿轮与低速轴发生干涉，如图2.1所示。

图2.1 齿轮与轴的干涉
在图2.2中，图a为i＝10的一级齿轮减速器，由于传动比较大，两轮尺寸不协调，外廓尺寸也较大。若改为二级传动，如图b所示，尺寸和质量都较小。因此当一级传动的传动比过大时，宜采用两级或多级传动。齿轮传动的传动比i>8～10时，通常采用两级传动；i>40时，常设计成两级以上的传动。

图2.2 传动比分配对外廓尺寸的影响
(3) 对于多级减速传动，可按照“前小后大”（即由高速级向低速级逐渐增大）的原则分配传动比，且相邻两级差值不要过大。这种分配方法可使各级中间轴获得较高转速和较小的转矩，因此轴及轴上零件的尺寸和质量下降，结构较为紧凑。增速传动也可按这一原则分配。
(4) 在多级齿轮减速传动中，传动比的分配将直接影响传动的多项技术经济指标。例如：
　　传动的外廓尺寸和质量很大程度上取决于低速级大齿轮的尺寸，低速级传动比小些，有利于减小外廓尺寸和质量。
　　闭式传动中，齿轮多采用溅油润滑，为避免各级大齿轮直径相差悬殊时，因大直径齿轮浸油深度过大导致搅油损失增加过多，常希望各级大齿轮直径相近。故适当加大高速级传动比，有利于减少各级大齿轮的直径差。
　　此外，为使各级传动寿命接近，应按等强度的原则进行设计，通常高速级传动比略大于低速级时，容易接近等强度。
　　由以上分析可知，高速级采用较大的传动比，对减小传动的外廓尺寸、减轻质量、改善润滑条件、实现等强度设计等方面都是有利的。
　　展开式或分流式二级圆柱齿轮减速器，其高速级传动比i1和低速级传动比i2的关系通常取
i1 = (1.2～1.3) i2
分配圆锥－圆柱齿轮减速器的传动比时，通常取锥齿轮传动比i1≈0.25i（i为总传动比），一般i1≤3.55。
（5）某些传动系统常要求有较高的传动精度，故分配传动比时应尽可能减小系统的传动比误差。以齿轮传动和蜗杆传动串联使用为例，设齿轮传动比为ig，传动比误差为△θg，蜗杆传动比为iω，其误差为△θω，两种方案如表中蜗杆—齿轮减速器的传动简图所示。
由以上分析可知，在多级减速传动中，前面任何一级传动的传动比误差都将依次向后传递，直至最后一级。因此最后一级传动比越大，系统的总传动比误差越小，传动精度也越高。
（6） 对于要求传动平稳、频繁起停和动态性能较好的多级齿轮传动，可按照转动惯量最小的原则设计。
   以上几点仅是分配传动比的基本原则，而且这些原则往往不会同时满足，着眼点不同，分配方案也会不同。因此具体设计时，应根据传动系统的不同要求进行具体分析，并尽可能作多方案比较，以获得较为合理的分配方案。
2.3 主传动
2.3.1 与普通机床相比数控机床机械结构的特点
1、在主传动系统方面，具有下列特点：
（1）目前数控机床的主传动电动机已不再采用普通的交流异步电动机或传统的直流调速电动机，它们已逐步被新型的交流调速电动机和直流调速电动机所代
替。
（2）转速高，功率大。
它能使数控机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。
（3）变速范围大。
数控机床的主传动系统要求有较大的调速范围，一般Rn>100，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。
（4）主轴速度的变换迅速可靠。
数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。由于直流和交流主轴电动机的调速系统日趋完善，不仅能够方便地实现宽范围的无级变速，而且减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠性。
2、在进给传动系统方面，具有下列特点：
（1）尽量采用低摩擦的传动副。
如采用静压导轨、滚动导轨和滚珠丝杠等，以减小摩擦力。
（2）选用最佳的降速比，以达到提高机床分辨率，使工作台尽可能大地加速，以达到跟踪指令、系统折算到驱动轴上的惯量尽量小的要求。
（3）缩短传动链以及用预紧的方法提高传动系统的刚度。如采用大转矩宽调速的直流电动机与丝杠直接相连，应用预加负载的滚动导轨和滚珠丝杠副丝杠支承设计成两端轴向固定的、并可预拉伸的结构等办法来提高传动系统的刚度。
（4）尽量消除传动间隙，减小反向死区误差。
如采用消除间隙的联轴器(如用加锥销固定的联轴套、用键加紧定螺钉紧固的联轴套以及用无扭转间隙的挠性联轴器等)，采用有消除间隙措施的传动副等。
2.3.2 对主传动系统的要求
（1）具有更大的调速范围，并能实现无级调整。
（2）有较高的精度和刚度，传动平稳，噪声低。
要提高传动件的制造精度与刚度，齿轮齿面应高频感应加热淬火以增加耐磨性；最后一级采用斜齿轮传动，使传动平稳；采用精度高的轴承及合理的支承跨距等，以提高主轴组件的刚性。
（3）良好的抗振性和热稳定性。
主轴组件要有较高的固有频率，实现动平衡，保持合适的配合间隙并进行循环润滑等。
2.3.3 主传动的变速方式
1、具有变速齿轮的主传动
这是大、中型数控机床采用较多的一种变速方式。通过几对齿轮减速，增大输出转矩，以满足主轴输出转矩特性的要求，如图7一l所示。一部分小型数控
机床也采用此种传动方式以获得强力切削时所需要的转矩。
在带有齿轮变速的主传动系统中，液压拨叉和电磁离合器是两种常用的变速操纵方法。
（1）图2.3是三位液压拨叉的作用原理图

图2.3 三位液压拨叉的作用原理图
.
液压拨叉变速必须在主轴停车之后才能进行，但停车时拨动滑移齿轮啮合又可能出现“顶齿”现象。
液压拨叉变速必须将数控装置送来的信号先转换成电磁阀的机械动作，然后再将压力油分配到相应的液压缸，因而增加了变速的中间环节，带来了更多的不可靠因素
（2）电磁离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件，由于它便于实现自动操作，并有现成的系列产品可供选用，因而它已成为自动装置中常用的操纵元
件。
2.3.4 主轴箱与主轴组件
1、主轴箱
对于一般数控机床和自动换刀数控机床(加工中心)来说，由于采用了电动机无级变速，减少了机械变速装置，主轴箱的结构较普通机床简化，但主轴箱材料要求较高，一般用HT250或HT300，制造与装配精度也较普通机床要高。
对于数控落地铣镗床来说，主轴箱结构比较复杂,主轴箱结构通常有两种方案，即滑枕式和主轴箱移动式
（1）圆形滑枕
圆形滑枕又称套筒式滑枕，这种圆形断面的滑枕和主轴箱孔的制造工艺简便，使用中便于接近工件加工部位。但其断面面积小，抗扭惯性矩较小，且很难安装附件，磨损后修复调整困难，因而现已很少采用。
（2）矩形或方形滑枕
滑枕断面形状为矩形，其移动的导轨面是其外表面的四个直角面。这种形式的滑枕，有比较好的接近工件性能，其滑枕行程可做得较长，端面有附件安装部位，工艺适应性较强，磨损后易于调整。抗扭断面惯性矩比同样规格的圆形滑枕大
（3）棱形、八角形滑枕
棱形、八角形滑枕的断面工艺性较差。与矩形或方形滑枕比较，在同等断面面积的情况下，虽然高度较大，但宽度较窄。这对安装附件不利，而且在滑枕表面使用静压导轨时，静压面小，主轴在工作过程中抗振能力较差，受力后主轴中心位移大。
2、主轴箱移动式
这种结构又有两种型式，一种是主轴箱移动式，另一种是滑枕主轴箱移动式。
（1）主轴箱移动式
主轴箱内装有铣轴和镗轴，镗轴实现轴向进给，主轴箱箱体在滑板上可作沿镗轴轴线方向的进给，箱体作为移动体，其断面尺寸远比同规格滑枕式铣镗床大得多。这种主轴箱端面可以安装各种大型附件，使其工艺适应性增加，扩大了功能。缺点是接近工件性能差，箱体移动时对平衡补偿系统的要求高，主轴箱热变形后产生的主轴中心偏移大
（2）滑枕主轴箱移动式
这种形式的铣镗床，其本质仍属于主轴箱移动式，只不过是把大断面的主轴箱移动体尺寸做成同等主轴直径的滑枕式而已。滑枕断面尺寸比同规格的主轴箱移动式的主轴箱小，但比滑枕移动式的大。其断面尺寸足可以安装各种附件。这种结构型式不仅具有主轴箱移动式的传动链短、输出功率大及制造方便等优点，同时还具有滑枕式的接近工件方便灵活的优点，克服了主轴箱体移动式的具有危险断面和主轴中心受热变形后位移大等缺点。
3、主轴组件
数控机床主轴组件的精度、刚度和热变形对加工质量有着直接的影响，由于数控机床在加工过程中不进行人工调整，这些影响就更为严重。
（1）主轴轴承的配置形式 目前主轴轴承的配置形式主要有三种:
1)前支承采用双列圆柱滚子轴承和双列60°角接触球轴承组合，后支承采用成对角接触球轴承。此种配置形式使主轴的综合刚度大幅度提高，可以满足强力切削的要求，因此普遍应用于各类数控机床的主轴中。
2)采用高精度双列角接触球轴承。
角接触球轴承具有良好的高速性能，主轴最高转速可达4000r／min，但它的承载能力小，因而适用于高速、轻载和精密的数控机床主轴。在加工中心的主轴中，为了提高承载能力，有时应用3个或4个角接触球轴承组合的前支承，并用隔套实现预紧。
3)采用双列和单列圆锥轴承。
这种轴承径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其能承受较强的动载荷，安装与调整性能好。但这种轴承配置限制了主轴的最高转速和精度，因此适用于中等精度、低速与重载的数控机床主轴。
（2）主轴内刀具的自动夹紧和切屑清除装置
在带有刀库的自动换刀数控机床中，为实现刀具在主轴上的自动装卸，其主轴必须设计有刀具的自动夹紧机构
4主轴准停装置
在自动换刀数控铣镗床上，切削转矩通常是通过刀杆的端面键来传递的，因此在每一次自动装卸刀杆时，都必须使刀柄上的键槽对准主轴上的端面键，这就要求主轴具有准确周向定位的功能。在加工精密坐标孔时，由于每次都能在主轴
固定的圆周位置上装刀，就能保证刀尖与主轴相对位置的一致性，从而提高孔径的正确性，这是主轴准停装置带来的另一个好处
2.4 齿轮设计
2.4.1 高速级齿轮传动的设计计算
1、齿轮材料，热处理及精度
考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮（1）齿轮材料及热处理
  大小齿轮材料为20CrMnTi。齿面渗碳淬火，齿面硬度为58～62HRC，有效硬化层深0.5～0.9mm。经查图，取＝＝1500MPa，＝＝500Mpa。
（2）齿轮精度
按GB/T10095－1998，选择６级，齿根喷丸强化。
2、初步设计齿轮传动的主要尺寸
因为硬齿面齿轮传动，具有较强的齿面抗点蚀能力，故先按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核持面接触疲劳强度。
（1）计算小齿轮传递的转矩＝kN·m
（2）确定齿数z
因为是硬齿面，故取z＝19，z＝i z＝6.3×19＝120
传动比误差  i＝u＝z/ z＝120/19＝6.316
Δi＝＝0.25％5％，允许
（3）初选齿宽系数
   按非对称布置，由表查得＝0.6
（4）初选螺旋角
  初定螺旋角 ＝15
（5）载荷系数K
使用系数K  工作机轻微冲击，原动机均匀平稳，所以查表得K＝1.25
动载荷系数K 估计齿轮圆周速度v＝0.75m/s 查图得K＝1.01;
齿向载荷分布系数K   预估齿宽b＝40mm  查图得K＝1.17，初取b/h＝6，再查图得K＝1.13
齿间载荷分配系数 查表得K＝K＝1.1
载荷系数K＝K
K K K=1.25×1.01×1.1×1.13＝1.57
（6）齿形系数Y和应力修正系数Y
 当量齿数 z＝z/cos＝19/ cos＝21.08 
z＝z/cos＝120/ cos＝133.15
查图得Y＝2.8   Y＝2.17  Y＝1.56  Y＝1.82
（7）重合度系数Y
端面重合度近似为＝【1.88-3.2×（）】cos＝【1.88－3.2×（1/19＋1/120）】×cos15＝1.63
＝arctg（tg/cos）＝arctg（tg20/cos15）＝20.64690
＝14.07609
因为＝/cos，则重合度系数为Y＝0.25+0.75 cos/＝0.696
（8）螺旋角系数Y
 轴向重合度 ＝＝1.024,取为1
Y＝1－＝0.878
（9）许用弯曲应力
安全系数由表查得S＝1.25
工作寿命两班制，7年，每年工作300天
小齿轮应力循环次数N1＝60nkt＝60×271.47×1×7×300×2×8＝5.473×10
大齿轮应力循环次数N2＝N1/u＝5.473×10/6.316＝0.866×10
查图得寿命系数
  ;实验齿轮的应力修正系数,查图取尺寸系数
     许用弯曲应力

比较,
取
(10) 计算模数
    按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取
(11) 初算主要尺寸
初算中心距,取a=355mm
修正螺旋角
分度圆直径

齿宽,取,,
齿宽系数
(12) 验算载荷系数
圆周速度
查得
按，，查得，
又因，
查图得，，
则K＝1.6，又Y=0.930，Y=0.688，。从而得

满足齿根弯曲疲劳强度。
3、校核齿面接触疲劳强度
（1）载荷系数
，，，，

（2）确定各系数
材料弹性系数 查表得
节点区域系数 查图得
重合度系数 查图得
螺旋角系数
（3）许用接触应力
试验齿轮的齿面接触疲劳极限
寿命系数 查图得，；工作硬化系数 ；
安全系数 查表得；尺寸系数 查表得，则许用接触应力为：

取
（4）校核齿面接触强度
  ，满足齿面接触疲劳强度的要求。
2.4.2 低速级齿轮传动的设计计算
1、齿轮材料，热处理及精度
考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮（1）齿轮材料及热处理
 大小齿轮材料为45钢。调质后表面淬火，齿面硬度为40～50HRC。经查图，取＝＝1200MPa，＝＝370Mpa。
（2）齿轮精度
按GB/T10095－1998，选择６级，齿根喷丸强化。
2、初步设计齿轮传动的主要尺寸
因为硬齿面齿轮传动，具有较强的齿面抗点蚀能力，故先按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核持面接触疲劳强度。
计算小齿轮传递的转矩＝ kN·m
确定齿数z
因为是硬齿面，故取z＝33，z＝i z＝3.92×33＝129
传动比误差  i＝u＝z/ z＝129/33＝3,909
Δi＝＝0.28％5％，允许
初选齿宽系数
按非对称布置，由表查得＝0.6
初选螺旋角
初定螺旋角 ＝12
载荷系数K
使用系数K  工作机轻微冲击，原动机均匀平稳，所以查表得K＝1.25
动载荷系数K 估计齿轮圆周速度v＝0.443m/s 查图得K＝1.01;
齿向载荷分布系数K   预估齿宽b＝80mm  查图得K＝1.171，初取b/h＝6，再查图得K＝1.14
齿间载荷分配系数 查表得K＝K
＝1.1
载荷系数K＝K K K K=1.25×1.01×1.1×1.14＝1.58
齿形系数Y和应力修正系数Y
当量齿数 z＝z/cos＝19/ cos＝35.26 
z＝z/cos＝120/ cos＝137.84
查图得Y＝2.45   Y＝2.15  Y＝1.65  Y＝1.83
重合度系数Y
端面重合度近似为＝【1.88-3.2×（）】cos＝【1.88－3.2×（1/33＋1/129）】×cos12＝1.72
＝arctg（tg/cos）＝arctg（tg20/cos12）＝20.41031
＝11.26652
因为＝/cos，则重合度系数为Y＝0.25+0.75 cos/＝0.669
螺旋角系数Y
轴向重合度 ＝＝1.34,取为1
Y＝1－＝0.669
许用弯曲应力
安全系数由表查得S＝1.25
工作寿命两班制，7年，每年工作300天
小齿轮应力循环次数N1＝60nkt＝60×43.09×1×7×300×2×8＝8.687×10
大齿轮应力循环次数N2＝N1/u＝8.687×10/3.909＝2.22×10
查图得寿命系数,  ;实验齿轮的应力修正系数,查图取尺寸系数
     许用弯曲应力

比较,
取
计算模数
 按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取
初算主要尺寸
初算中心距,取a=500mm
修正螺旋角
分度圆直径

    齿宽,取,,
齿宽系数
验算载荷系数
圆周速度
查得
按，，查得，
又因，
查图得，，
则K＝1.611，又Y=0.887，Y=0.667，。从而得
   满足齿根弯曲疲劳强度。
3、校核齿面接触疲劳强度
（1）载荷系数
，，，，

（2）确定各系数
材料弹性系数 查表得
节点区域系数 查图得
重合度系数 查图得
螺旋角系数
（3）许用接触应力
试验齿轮的齿面接触疲劳极限
寿命系数 查图得，；工作硬化系数 ；
安全系数 查表得；尺寸系数 查表得，则许用接触应力为：

取
（4）校核齿面接触强度
  ，满足齿面接触疲劳强度的要求。
2.5 轴的设计
1）大齿轮的输入功率P=4．25kW；2）链轮轴的转速n=33r/min；3）每根运输链的张力S=4650N；4）齿轮的圆周力Ft=4790N；5）齿轮的径向力Ft=1740；6）短时过载为正常工作载荷的两倍。
1、选择轴的材料
选择轴的材料为45钢，调质处理。由表查得：σb=590MPa，σs=295MPa，σ－1=255 MPa， τ－1 =140MPa
2、初步确定轴端直径
取A=103（ 按表选取[1]，因转速低且单向旋转故取小值）
轴的输入端直径 d=A                                
考虑轴端有键槽，轴颈应增大4% ~5%，取d=55mm。
3、轴的结构设计
取轴颈处的直径为60mm，与标准轴承H2060（JB/T2561— 1991