铣床传动系统课程设计样本.doc

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绪　论 2
第一节 机床设计的目的 2
第二节 机床课程设计的内容 2
第一章 机床的总体设计 3
第一节设计机床应满足的基本要求 3
第二节机床的设计步骤 4
第三节主要技术参数 4
第二章 铣床主传动系统设计 5
第一节 主传动系统概述 5
第二节 主运动系统的参数 6
第三章 传动方案设计 11
第一节 机床传动选择 11
第二节变速形式的确定 12
第三节主传动系统转速图的拟定 14
第四节 齿轮齿数的选择 18
第五节 齿轮齿数验算 21
第六节模数的选择 23
第七节 齿轮强度的验算 25
第四章 带传动设计 28
第五章 主传动系统结构设计 30
第一节 主传动系统的结构设计 30
第二节齿轮的布置 30
第三节 计算转速 31
第四节 传动轴的设计 32
课程设计总结 36
致谢词 36
参考文献 37
绪　论
第一节 机床设计的目的
机床课程设计是在学完机床课以后, 进行一次学习设计的综合性练习。经过设计, 运用所学过的基础课、 技术基础课和专业课的理论知识, 生产实习和实验等实践知识, 达到巩固、 加深和扩大所学知识的目的。经过设计, 分析比较机床主传动中某些典型机构, 进行选择和改进, 学习构造设计, 进行设计计算和编写技术文件。完成机床主传动设计, 达到学习设计步骤和方法的目的。经过机床课程设计, 获得设计工作的基本技能的训练, 提高分析和解决工程技术问题的能力。并为进行一般机械的设计创造一定的条件。
第二节 机床课程设计的内容
一、 机床的总体设计
机床设计, 是设计人员根据使用部门的要求和制造部门的可能, 运用有关的科学技术知识, 所进行的创造性劳动。
二、 运动设计
根据设计题目给定的机床用途、 规格、 主轴极限转速, 拟定转速图、 传动系统图、 计算带轮直径和齿轮齿数。
三、 动力设计
根据设计题目给定的机床类型、 规格及工作条件, 确定主电动机功率; 确定主轴及各传动件的计算转速; 初定传动轴直径、 齿轮模数, 确定传动带型号及带根数。在结构机构设计之后, 再对机床主要传动件、 零件, 进行应力、 变形和寿命的验算, 并修改结构设计。
四、 结构设计
完成运动设计和动力设计之后, 还要将主传动方案”结构化”。要设计主轴变速箱装配图及零件工作图, 侧重进行传动轴组件、 主轴组件、 变速机构、 操纵机构、 润滑与密封, 以及主轴、 传动轴、 滑移齿轮、 操纵元件、 箱体等零件的设计。

第一章 机床的总体设计
机床设计, 是设计人员根据使用部门的要求和制造部门的可能, 运用有关的科学技术知识, 所进行的创造性劳动。
第一节设计机床应满足的基本要求
评价机床性能的优劣, 主要根据下述的技术-经济指标来判断的, 这些指标也就是设计机床的具体要求。
一． 工艺可靠、 可能性
机床的工艺可能性是指机床适应不同生产要求的能力, 大致包括下列内容: ( 1) 在机床上能够完成的工序种类; ( 2) 加工零件的类型、 材料和尺寸范围; ( 3) 毛坯种类
二．加工精度和表面光洁度
机床的加工精度是指被加工零件在尺寸、 形状和相互位置等方面所能达到的准确程度。
三．生产率
机床的生产率是指在单位时间内机床所能加工的工件数量。
四．自动化程度
为了提高劳动生产率, 减轻工人的劳动强度和更好的保证加工精度的稳定性, 机床应尽量提高自动化程度。
五．结构制造与维修
在满足使用要求的前提下, 机床的结构应该尽量简单, 工艺性好, 容易制造和装配, 维修方便等。
六、 操作安全方便和工作可靠性
机床应操纵方便、 省力、 容易掌握和不易发生故障和操作错误。这样不但减少工人的疲劳, 保证工人和机床的安全, 还能提高机床的生产率。
七．效率、 使用期限与成本
机床的效率就是有效功率对输入功率之比。两者的差值就是摩擦损失。
第二节机床的设计步骤
机床的设计工作大致能够分为四个步骤:
1. 调查研究
学习有关机床设计的方针、 政策、 明确设计要求: 收集相关资料
2. 方案拟定
在调查研究和科学实验的基础上, 一般能够拟定出几个方案进行分析比较。每个方案所包括的内容有: 工艺分析、 主要技术参数、 总布局、 传动系统、 液压系统、 电气系统、 主要部件的结构草图、 实验结果等。
3. 工作图设计
首先, 绘制机床总图和各部件装配图; 其次, 绘制机床的全部零件图; 然后, 整理机床有关部件与主要零件的设计计算书, 编制各类零件明细表, 编写机床说明书等技术文件; 最后, 多有关图纸进行工艺审查和标准化审查。
第三节主要技术参数
机床主要技术参数包括主参数和基本参数, 基本参数又包括尺寸参数、 运动参数、 动力参数等。其主要参数又称主要规格, 表示机床的加工范围, 对于通用机床和专门化机床, 中国统一规定主要参数内容。
机床主要参数:
工作台尺寸( 长X宽) : …………………………………………　1250*400 毫米
工作台最大行程:
纵向…………………………………………………………………800毫米
横向…………………………………………………………………300毫米
垂直…………………………………………………………………400毫米
主轴转速范围:( 18级) 31.5-1600转/分
主轴孔径 : …………………………………………………………………29毫米
主轴到工作台面间距离: ……………………………………………… 30-430毫米
主轴中心线到悬梁间距离…………………………………………………155毫米
床身垂直导轨到工作台面中心距离………………………………… 215-515毫米
刀杆直径: …………………………………………… ( 三种) 22、 27、 32毫米
主电机:
功率 ……………………………………………………………… 5.5千瓦
转速 …………………………………………………………… 1450转/分
第二章 铣床主传动系统设计
第一节 主传动系统概述
一．主传动的功用
机床主传动是实现机床主运动的传动, 属于外联系传动链, 其功用是: ①将一定的动力由动力源传递给执行件( 如主轴或工作台) ; ②保证执行件具有一定的转速( 或速度) 和足够的转速范围; ③能够实现运动的开停、 变速、 换向和制动等。
二．主传动的组成
主传动一般由动力源( 如电动机) 、 变速装置及执行件( 如主轴、 刀架、 工作台) , 以及开停、 换向和制动机够等组成部分。动力源给执行件提供动力, 并使其得到一定的运动速度和方向; 变速装置传递动力以及变换运动速度; 执行件执行机床所需的运动, 完成旋转或直线运动。开停机构用来实现机床主轴的启动和停止的装置; 换向机构用来变换机床主轴旋转方向的装置; 制动机构用来控制机床主轴迅速停转的装置, 以减少辅助时间
三．主传动系统的设计要求
1.具有适当的调速范围
铣床为了保证加工时能选用合理的切削用量, 充分发挥刀具的切削性能, 从而获得最高的生产率、 加工精度和表面质量, 必须具有适当的调速范围。
2.具有较高的精度和刚度, 传动平稳, 噪声低
铣床加工精度与主传动系统的刚度密切相关。为此, 应提高传动件的制造精度与刚度, 齿轮齿面进行高频感应加热淬火增加耐磨性;
3.良好的抗振性和热稳定性
铣机床上一般既要进行粗加工, 又要进行精加工; 加工时可能由于断续切削、 加工余量不均匀、 运动部件不平衡以及切削过程中的自激振动等原因引起的冲击力或交变力的干扰。因此在主传动系统中各主要零部件不但要具有一定的 静刚度, 而且要求具有足够的抑制各种干扰力引起振动的能力——抗振性。
机床在切削加工中主传动系统的发热使其中所有零部件产生热变形, 破坏了零部件之间的相对位置精度和运动精度造成的加工误差, 为此, 要求主轴部件具有较高的热稳定性, 经过保持合适的配合间隙, 并进行循环润滑保持热平衡等措施来实现。
4.操纵要轻便灵活、 迅速、 安全可靠, 并必须便于调整和维修。
第二节 主运动系统的参数
机床主传动系统的参数有动力参数和运动参数。动力参数是指主运动驱动电机的功率, 运动参数是指主运动的变速范围。
一．主传动功率
　　 机床主传动的功率可根据切削功率与主传动传动链的总效率η 由下式确定:

数控机床的加工范围一般都比较大, 切削功率可根据有代表性的加工情况, 由其主切削抗力按下式确定:

式中 ——主切削力的切向分力()
—— 切削速度();
——切削扭矩();
—— 主轴转速()。
主传动的总效率一般取, 铣床的主传动多用有级变速传动来实现, 传动链较短, 因此, 效率可取适中, 即η=0.75 。
二．运动参数
运动参数是指机床执行件如主轴、 工件安装部件( 工作台、 刀架) 的运动速度。
1． 主轴转速的确定
主运动为旋转运动的机床, 主轴转速n 由切削速度v 和工件或刀具的直径 d 来确定:
n=( 转/分)
公式中: v选定的切削速度( 米/分)
d刀具直径、 或工体直径( 毫米)
2． 主轴极限转速:

公式中: 分别为主轴最高、 最低转速( 转/分)
分别为最高、 最低切削转速( 米/分)
分别为最大、 最小计算直径( 毫米)
应当指出, 通用机床的 并不是机床上可能加工的最大和最小直径, 而是指常见的经济加工的最大和最小直径。对于通用机床, 一般取:
=k*D
公式中: D可能加工的最大直径( 毫米)
K 系数、 根据对现有同类型机床使用情况的调查确定。( 普通车床k=0.5)
计算直径范围( =0.20～0.25)
查表vmax=250、 dmin=40;vmin=15、 dmax=125
经过参考同类型机床的极限转速最终确定:
= 转/分
用上述方法求得的主轴极限转速有时由于典型工序选择不当或者原始数据有偏差, 可能与实际需要相差较远。因此还应到生产现场调查研究探讨合理的主轴转速, 也能够对用户进行调查访问, 统计同类型的机床的主轴极限转速, 进行分析比较后加以确定。
因此此次设计的主轴转速范围为40～ 转/分
3． 主运动电动机功率的确定
电动机功率是计算机床零件和决定结构尺寸的主要依据。电动机功率取得太大, 则机床零件、 部件的尺寸也会随之不必要的增大, 不但浪费材料, 而且是电动机经常处于低负荷情况下工作, 功率因数太小 如果电动机功率取得太小, 则机床的技术性能达不到设计要求, 且电动机将经常处于长负荷情况下工作, 容易烧坏电机和电器元件方法。

机床电动机的功率一般见计算法、 实测法或调查研究现有机床的方法, 加以确认。一般来说, 现有的同类型的专用机床较少, 调查研究的方法将受到限制, 而通用机床的工序多变, 计算和实测的条件也变化不定, 因此调查研究现有机床的电动机功率有时则成为确定电动机功率的主要方法。
经过查阅部分机床电动机功率, 选用交流异步电动机5.5KW 1440 r/min
主传动功率的确定:
动力参数包括电动机的功率, 液压缸的牵动, 液压马达的伺服电动机或异步电动机的额定转矩等。个传动的参数都是根据动力参数、 设计计算的, 如果动力参数过大, 将使机床过于笨重, 浪费材料和电力, 如果定的太小, 又将影响机床的性能, 动参数能够经过调查、 试验和计算的方法进行确定。
机床主运动的功率分为: 切削功率、 空转功率损失和复合机械摩擦损失三种。
进行切削加工时, 要消耗切削功率, 它与刀具材料和所先用的切削用量的大小有关, 如果是专用机床, 则工作条件比较固定也就是道具与工件的材料和切削用量的变化范围较小, 这时计算值也就较接近实际情况。若是普通机床, 则道具与工件的材料和切削用量的变化都相当大, 一般可根据机床检验时所要求的重负荷切削条件确定。
机床主运动空载时要消耗电动机的部分功率, 这部分被称为空在功率损失, 用表示, 机床的空转功率损失只随主轴和其它各轴转速度的变化而改变, 引起空转损失的主要因素是各传动件在空转时候的摩擦, 由于加工和装配误差而加大的摩擦以及搅油, 空气阻力和其它载荷等中型传动链的空转功率损失能够用以下的试验公式进行计算:
=( 3.5)
公式中: 主运动链中除主轴外, 所有传动轴轴颈的平均直径, 如果主运动链的结构尺寸尚未确定则初步可按电动机功率P选取:

当 1.5 =40 mm
主轴前后轴颈的平均值( mm)
当主轴转速为时, 传动链内除主轴处各传动轴的转速之和, 如传动链内有不传递载荷但也随之做空转动的轴时, 此轴的转速也应计入( r/min)
主轴转速( r/min)
润滑油粘度影响的修正系数, 用N46号机械油时=1, 用N32号机械油时=0.9; 用M5号机械油时=0.75
系数, 主轴用两支承的滚动轴承或滑动轴承=0.85, 三支承滚动轴承=10
机床在切削时齿轮、 轴承等零件上的正压力加大了, 功率损耗加大了, 比多出来的那部分功率损耗称为附加机械摩擦损失功率, 切削功率越大, 这部分损失也越大。
综上所述主电动机功率( KW) 为:
=++=
其中:
公式中: 为主运动链中各传动副的机械效率

O
B

ａ

主运动所消耗电动机各项功率之间关系图
图中表示主运动链在某一转速下所消耗的各项功率之间的关系, 当开动机床尚未切削( =0) 时就需要消耗部分功率( 图中) 随着的增加沿着
上升到A点, 这时机床满载=++=/
公式中为主运动传动链的总功率。
图中连线与水平轴夹角为ａ的余切=ctgａ,当从0上升到时, 是沿着OAB折线上升的, 因此, 反对满载时有效, 当<时, 根据算出的电动机功率将小于实际值。
在主传动链为确定之前能够根据和总效率来确定主传动链的电动机功率=0.65～0.80, 即ａ=57°～51°, 机构比较简单和主轴转速较低时取值大, 反之取值小。
=0.75
综上所述=++==7.5kw

类别
传动件
平均机械效率
齿轮传动
直齿圆柱齿轮 磨齿
未磨齿
斜齿圆柱齿轮
锥齿轮
0.99
0.98
0.985
0.97
带传动
平胶带 无压紧轮
有压紧轮
V带
同步齿形带
0.98
0.97
0.96
0.98

某国产机床的运动参数如下表:
机床类型
主轴转速
公比
主电机功率(kw)
升降台铣床
X6132
30_1500
1.26
7.5

第三章 传动方案设计
第一节 机床传动选择
机床传动系统中主要应用带传动、 链传动、 渐开线圆柱齿轮传动、 圆锥齿轮传动、 涡轮蜗杆传动、 丝杠螺母传动。
其中带传动的优点是:
( 1) 结构简单制造容易成本低, 特别适用中心距较大的两轴之间传动
( 2) 胶带有弹性可缓和冲击和隔离振动传动平稳噪声小适宜于高速传动
( 3) 在过载时能打滑起过载保护作用
其缺点是:
( 1) 因为有滑动速比不能固定不变, 不能用于速比要求准确的场合
( 2) 产生摩擦力所需的张紧力较大, 因此对轴和轴承的压力较大。
( 3) 它是以胶带传递负荷的间接传动要求有较大的中心距, 空间位置不及齿轮传动紧凑。
链传动的优点是
( 1) 传动装置的尺寸不大, 但能传递的动力较大
( 2) 可实现较大的传动比
( 3) 它是一种无滑动的挠性传动, 平均传动比不变
( 4) 不怕油可用在难以防护而不便使用带传动的地方
其主要缺点是
( 1) 瞬时传动比波动, 与齿轮传动相比传动部够均匀。故一般不用于要求精确传动的传动链中。
( 2) 磨损后链条易拉长, 出现松边过大的现象, 在无张紧装置时, 不宜于传动方向常变的传动中。
齿轮传动在机床上用于传递扭矩和改变运动的速度与方向其优点是:
能保证恒定的瞬时传动速比传递运动准确可靠, 这对于齿轮和螺纹加工机床尤为重要。
两轴间配以几对齿数不同的齿轮时可改变从动轴的转速也能够用交换齿轮变速。
传递功率较高, 可达98%以上, 使用寿命长。
传递效率和速度的范围较宽。
结构紧凑, 体积较小。
其缺点是高速时平稳性较差噪声较大对冲击比较敏感, 不宜用在中心距较大的传动中, 制造复杂成本较高。
机床中的锥齿轮主要用于传递相交轴的运动, 有时也利用锥齿轮组成差动机构, 以进行同轴差动运动, 而且锥齿轮的加工比较复杂。
综合各类传动的优缺点选用圆柱直齿轮传动作为主传动的传动形式。
第二节变速形式的确定
主轴计算转速是主轴传递全部功率( 此时电动机为满载) 时的最低转速, 小, 此为恒功率工作范围, 从这一转速起至主轴最高转速都能传递全部功率, 而扭矩则随转速的增加而减低于主轴计算转速的各级转速所能传递的扭矩与计算转速下的扭矩相等, 它是该机床的最大传动扭矩, 而功率则随转速的减小而减小此为恒扭矩工作范围。

N

通用机床主传动功率和扭矩随转速变化情况图
大多数普通机床采用分级变速进行转速分级, 此次也采用串联分级变速箱的形式进行分级变速分级变速时的主轴转速数列。
如机床的分级变速机构共有Z级, 其中= = Z级转速分别为
、 、 …….、 …..
如果加工某一工件所需要的有利的切削速度为v , 则相应的转速为n, 一般分级变速机构不能恰好得到这个转速, 而是n处于某两级转速nj与nj+1之间
即1-≤50% 1<≤2
为了方便起见, 规定了公比的标准值有1.06 1.12 1.26 1.41 1.58 2
当采用标准公比后转速数列能够从表中直接查找。
从使用性能方面考虑公比&最好选得小一些, 以便减少相对转速损失, 但公比越小级数越多, 将使机床的结构复杂, 对于一般生产率要求较高的普通机床, 减少相对转速损失是主要的。因此公比取得较小, 此次选用的公比为1.26
=40 =50 =63 =80 =100 =125 =160 =200 =250 =315 =400 =500 =630 =800 =1000 =1250 =1600 =
第三节主传动系统转速图的拟定
拟定转速图是设计传动系统的重要内容, 它对整个机床设计质量, 如结构的繁简, 尺寸的大小, 效率的高低, 使用与维修方便性等有较大影响, 因此, 必须全面慎重考虑。
( 1) 变速组及其传动副数的确定
18级转速有下列几种可能实现方案:
ⅰ.18=3×3×2 ⅱ.18=3×2×3 ⅲ. 18=2×3×3
电动机的转速一般比主轴大部分的转速要高, 从电动机到主轴之间, 总的势是降速传动, 根据扭矩公式
kg·m
当传递功率为一定时, 转速n较高的周所传递的扭矩M较小, 因此, 在设计传动系统的时候, 应使较多的传动件在高转速下进行工作, 应尽可能地使靠近电动机的变速组中的传动副数多一些, 而靠近主轴的变速组中传动副数少一些, 即前多后少原则, 故:

∴ 即选用18=3×3×2的方案
(2) 基本组和扩大组的确定
一般的情况下, 各变速组的排列应尽可能设计成基本组在前第一扩大组次之, …最后扩大组的顺序。也就是说, 各变速组的扩大顺序应尽可能与运动的传递顺序相一致, , 即要求:

因此, 各变速组的变速范围应该逐渐增大, 在转速图或结构网中表现出前面变速组传动比的连线分布较紧密, 而后面变速组传动比连线分布则较疏松, 即所谓前紧后松的原则。如图:

( a)

( b)

( 3) 变速组中的极限传动比及变速范围
降速传动应避免被动齿轮尺寸过大而增加变速箱的径向尺寸, 一般限制降速传动比的最小值; 升速传动比应避免扩大传动误差和减少震动, 一般限制直齿轮升速传动比的最大值; 斜齿轮传动比较稳定, 可取, 因此:
主传动各变速组的最大变速范围为:

现以Z=18,=1.26进行验算:
(1) , 其最后扩大组的变速范围:
( 符合)
(2) , 其最后扩大组的变速范围:
( 超出范围)
∴选择方案
(4) 合理分配传动比的数值
1) 各传动副的传动比应尽可能不超出极限传动比和。
2) 各中间传动轴应有适当的高转速,且为使传动轴特别是III~IV的传动更平稳。
…
即先慢后快原则。
3) 为了方便设计及使用, 传动比值最好取准公比的整数幂次。
∴选择方案, 其中第一变速组为基本组, 其级比指数X1=1
第二变速组为第一扩大组, 其级比指数X2=3
第三变速组为第二扩大组, 其级比指数X3=9
∴最终确定的主传动转速图如图所示:

第四节 齿轮齿数的选择
1.齿轮材料及精度等级的选择
齿轮的齿面应具有较高的抗磨性, 抗点蚀, 抗胶合及抗塑性变形能力, 而且齿根则要求有较高的抗断能力。因此, 对齿轮的材料性能的基本要求为齿面要硬, 韧。机床传动系统中选用硬齿面齿轮, 齿面硬度＞350HBW一般用锻钢经正火或调质后切齿, 精度等级为6级。
2.确定齿轮齿数时主义的问题
( 1) 齿轮的齿数和不应过大, 以免加大两轴之间的中心距, 使机床的结构庞大, 一般齿数和≦100～120.
( 2) 齿数和虽尽可能要小, 但应考虑:
①最小齿轮不产生根切现象, 机床变速箱中, 对于标准直齿圆柱齿轮, 一般取最小齿数≧18～20.
②受结构限制的最小齿数的个齿轮, 应能可靠的避免出现断裂现象, 由此得:
≧6.5+2T/m
公式中: 齿轮的最小齿数
m齿轮的模数
T键槽至齿轮轴线的高度
③两轴上最小中心距应取得适当, 若齿数和太大, 则中心距过小, 将导致两轴上轴承及其它结构之间的距离过近或相碰。
另外, 确定齿轮齿数时, 应符合转速图上传动比的要求, 分配齿数所造成的转速误差, 一般不应超过±10( -1) ％
3.齿轮齿数确定
在同一变速组内, 各对齿轮的齿数之比, 必须满足转速图上已经确定的传动比, 当对齿轮的模数相同时, 且不采用变位齿轮, 则各对齿轮的齿数和也必然相等, 则可列出:

①
+= ②
式中: , ——— 分别为任一齿轮副的主动与被动力齿轮齿数。
——————任一齿轮副的传动比。
—————各齿轮副的齿数和。
由①, ②得:

③

⑴Ⅰ—Ⅱ轴
最小齿轮一定在最大降速比这对齿轮副中, 根据经验公式, ∴

取.

∴
∴
∴
同理: 传动比为的齿轮副中:

∴
传动比为的齿轮副中:

⑶Ⅱ—Ⅲ轴
在Ⅳ—Ⅴ轴上两对齿轮, 其传动比为:

最小齿轮在最大降速比这对齿轮副中
∴取

∴
传动比为的齿轮副中:

第五节 齿轮齿数验算
验算: 由于分配齿数所造成的转速误差, 一般不应超过, 即不应超过
现对各齿轮进行验算:

I—II轴的校核:
( a)

∴ 符合
( b)

∴ 符合
( c)

∴ 符合
II-III轴的校核:
( a)

∴ 符合
( b)

∴ 符合
( c)

∴ 符合
Ⅲ—Ⅳ轴的校核:
( a)

∴ 符合
( b)

∴
∴ 符合要求。
第六节模数的选择
初步计算齿轮模数时, 按简化的接触疲劳强度公式进行。一般同一变速组中的齿轮取同一模数, 选择负荷最重的小齿轮进行计算。从等强度的观点出发, 可减小其它齿轮的宽度, 使齿轮基本上处于在相近的接触应力或弯曲应力状态下工作。这样一来, 还能够缩短该传动组的轴向尺寸。模数的估算公式如式(2.17)

式中 mj——按接触疲劳强度估算的齿轮模数( mm) , 应圆整为标准值;
P——电动机额定功率( kW) ;
　　　 nj——被估算齿轮的计算转速( r/min) ;
　　　 u——大齿轮与小齿轮齿数之比, u>1,外啮合为”+”号, 内啮合为”-”号;
　　　 Z——小齿轮齿数;
　　　 φm——齿宽系数, φm=B/m=6～10, B为齿宽, m为模数;
　　　 [σj]——许用接触应力( MPa) 。查表2.3。
表２.３　许用接触应力[σj]
根据表2.3选择45钢( 高频感应加热淬火) , 其接触应力, 取, 由公式来确定各对齿轮的模数:
( 1) 第一组齿轮组齿轮组:
; ; ;

取标准值
( 2) 第二组齿轮组:
; ; ;

取标准值
( 3) 第三组齿轮组:

; ; ;

取标准值
作图后模数太大, 根据实际情况取: m3=4
齿宽系数 齿宽
中心距㎜
①轴Ⅲ与轴Ⅳ中心距㎜, ㎜
②轴Ⅱ与轴Ⅲ中心距㎜, ㎜
③轴Ⅰ与轴Ⅱ中心距㎜, ㎜

第七节 齿轮强度的验算
验算齿轮传动的接触疲劳强度。
根据齿轮传动要求, 齿轮选用45钢, 高频感应加热淬火, 齿面硬度52～57HRC , 小齿轮采用45钢淬火和回火齿面硬度40～45HRC, 。
查安全系数, 取=1.2
吃面接触强度验算公式为:

u——大齿轮与小齿轮齿数之比, u>1,外啮合为”+”号, 内啮合为”-”号;
b——齿轮的齿宽
a——中心距

①　 轴Ⅲ和轴Ⅳ传动时:

[]=
[]=
∵ [] []
∴安全

②轴Ⅱ与轴Ⅲ传动时:

∵ [] []
∴安全

③轴Ⅰ与轴Ⅱ传动时:

∵ [] []
∴ 安全
同理轴Ⅱ与轴Ⅲ、 轴Ⅰ与轴Ⅱ经过验算全部处于安全。
各齿轮参数如下:
齿轮
齿数
分度圆d=mz
齿顶高h*m
齿根高( h*+c*)m
Z1
22
66
3
3.75
Z1/
56
168
3
3.75
Z2
26
78
3
3.75
Z2/
52
156
3
3.75
Z3
30
90
3
3.75
Z3/
48
144
3
3.75
Z4
20
70
3.5
4.375
Z4/
50
175
3.5
4.375
Z5
31
108.5
3.5
4.375
Z5/
39
136.5
3.5
4.375
Z6
43
150.5
3.5
4.375
Z6/
27
94.5
3.5
4.375
Z7
19
76
4
5
Z7/
76
304
4
5
Z8
63
252
4
5
Z8/
32
128
4
5

第四章 带传动设计

1.V带型号的选择
确定计算功率
( k为工作参数)
机床启动载荷轻, 工作载荷稳定, 而铣床工作载荷有轻微波动,
∴
根据计算功率和小带轮转速查V带选型图得: 该V带型号为B型。
2.确定带轮基准直径

小带轮基准直径应大于或等于该型号带轮的最小基准直径以免带的弯曲应力过大导致其寿命降低。
∴查表得: ㎜ ㎜
3.验算带速

一般V应在7～25m/s范围内。
4.计算中心距和带长

∴ 取408
带长:

根据初定查找相近基准长度, 取
传动的实际中心距近似确定为:

4) 验算小带轮包角

5.对于V带一般要求, 至少应使
6.确定V带根数

查表得:

∴
∴ 取整
为了使每根V带受力均匀, 带的根数大多一般
7.计算初拉力

查表得:
∴

第五章 主传动系统结构设计
第一节 主传动系统的结构设计
1.主传动系统的布局
传动系统的布局形式取决于机床的用途, 类型和尺寸等因素, 一般, 传动系统的全部变速机构和主轴组件装在同一个箱体内, 传动系统的主要变速机构和主轴组件分别装在变速箱和主轴箱两个箱体内, 中间用皮带轮, 链条等方式传动, 这种布局形式的优点是: 结构紧凑, 便于实现集中操纵, 也便于调整与维修, 另外箱体数目少, 便于加工和装配, 降低了制造成本, 缺点是: 传动机构运转中的振动和发热会直接影响主轴工作精度。
2.变速机构的类型
大多数机床的主传动系统都需要进行变速, 变速方式能够是有级的, 也能够是无级的, 当前应用较广的还是有级变速机构, 常见的有级变速机构有
( 1) 交换齿轮变速机构: 这种变速机构造简单, 机构紧凑, 主要用于大批量身产中的自动或半自动机床, 专用机床及组合机床等。
( 2) 滑移齿轮变速机构当前广泛用于一般通用机床, 其优点是: 变速范围大, 变速级数也较多, 变速方便又节省时间; 在较大的变速范围内可传递较大的功率和扭矩; 不工作时, 齿轮不啮合, 因而空载功率损失小等, 其缺点: 变速箱的结构较复杂, 不能再运转中变速, 为使滑移齿轮容易进入啮合, 多用直齿圆柱齿轮传动, 但传动平稳性不如斜齿轮。
第二节齿轮的布置
变速组中的滑移齿轮最好布置在主动轴上, 因其转速一般比被动轴的转速高, 因此, 可使滑移齿轮的尺寸小, 重量轻, 操纵省力, 但由于具体机构要求, 有时则须将滑移齿轮放在被动轴, 为了变速操纵方便, 还能够将两个相邻变速组的滑动齿轮放在同一根轴上。
在一个变速组内, 须注意当一对齿轮完全脱开啮合后, 另一对齿轮才能开始进入啮合, 为了变速就是说两个固定齿轮的间距, 应大于滑移齿轮的宽度。

滑移齿轮轴向布置( X=1～4㎜)

双联滑移齿轮轴向排列
第三节 计算转速
对于旋转运动的传动件, 其额定扭矩公式:
=974=974
公式中: 传动件的计算转速( 转/分)
N传动件所传递的功率( 千瓦)
n从主电动机到该传动件之间传动效率
主轴的计算转速:
==31.5*1.26=31.5*3.16=100 转/分
传动轴的计算转速如下:
轴序号
电机
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
计算转速
1450
800
315
125
100
齿轮的计算转速:
齿轮序号

计算转速
1450
800
790
500
790
400
790
315
315
500

315
250
315
125
125
250
400
100

第四节 传动轴的设计
1.根据传动轴传动的功率大小, 用扭转刚度公式进行初步的计算。

式中 d——受扭部分的最小直径( mm) , 计算值应圆整为标准直径系列;
K——键槽系数, 按表选取;
A——根据许用扭转角确定的系数, 按表2.1选取;
d——传动轴受扭部分的直径( mm) ;
P——电动机额定功率 ( kW) ;
η——从电动机到所计算的轴的机械效率,见表2.2
——被估算的传动轴的计算转速( ) 。

表2.1 估算轴径时A和K值
[]
0.25
0.5
1
1.5
2
A
130
110
92
83
77
K
无键
单键
双键
花键
轴内径
1
1.04~1.05
1.07~1.1
0.93

表2.2各传动机械效率的概略值
类别
传动件
平均机械效率
齿轮传动
直齿圆柱齿轮, 磨齿
0.99
带传动
V带
0.96
滚动轴承
滚子轴承
0.99
由于各传动轴属于一般传动轴, 因此取[], 所对应的, 电动机的额定功率。
( 1) Ⅰ轴轴径的估算
由于Ⅰ轴上一花键, 因此取

且

由于轴段上是有键槽的, 应把直径增大3%
∴ ㎜
查《机械设计课程设计手册》