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X X XX 学院 毕业设计(论文) 专用铣床进给系统设计设计说明书 所 在 学 院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指 导 老 师 年 月 日 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 摘摘 要要 本论文主要说明专用铣床设计的基本过程及要求。 专用铣床是由大量的通用 部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。 它能够对一种 （或几种） 零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。 专用铣床的设计，目前基本上有两种情况：其一，是根据具体加工对象的具 体情况进行专门设计，这是当前最普遍的做法。其二，随着专用铣床在我国机械 行业的广泛使用，广大工人总结自己生产和使用专用铣床的经验，发现专用铣床 不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件。而且一些行业的在完成一定 工艺范围的专用铣床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专 能专用铣床” 。 这种专用铣床就不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产， 而是可以设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工的零件的具体需要，配 以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。 关键词：关键词：专用铣床；设计；过程；功能 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 III ABSTRACT This thesis mainly explain the basic process and the requirements of special milling machine design. Special milling machine is high efficient special machine is composed of the large number of common parts and a small amount of special parts of the process of. It is capable of a (or several) multi knife, multi axis, multi, multi station processing parts. Design of special milling machine, there are two cases basically at present: first, is specially designed according to the specific situation of the processing object, this is the most common practice. Secondly, with the special milling machine is used widely in China machinery industry, workers summaries of their production and use of special milling machine experience, found special milling machine not only common in its components, can be designed into general parts. But some in the industry special milling machine complete process range is very similar, it is possible to design for the general machine, this machine called “special special milling machine“. The special milling machine does not need each special design and production according to the specific processing objects, but can be designed into general varieties, organization of production, then according to the need of the machined parts, fixture and cutting tool with simple, high efficiency equipment can form processing a certain object. Keywords: special milling machine; design; process; function 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 IV 目目 录录 摘 要 II Abstract . III 目 录 IV 第 1 章 绪论 1 1.1 课题研究意义. 1 1.2 专用铣床设备应用 1 1.3 国外进给系统现状与发展 2 1.4 国内进给系统现状与发展 2 1.5 专用铣床设备发展趋势 . 4 第 2 章 铣床总体设计要求 . 5 2.1 切削参数要求 5 2.2 进给系统设计要求 . 7 第 3 章 专用铣床进给系统设计 . 7 3.1 常见丝杠支承方式 . 7 3.2 脉冲当量选择 8 3.3 滚珠丝杠设计计算 . 8 3.4 滚珠丝杠副的载荷计算 . 9 3.5 传动效率计算. 12 3.6 稳定性验算 12 3.6 刚度验算 . 12 3.7 滚珠丝杠精度等级确定 12 3.8 滚动导轨副的防护 15 3.9 直线滚动导轨副的计算、选择 15 3.10 电机至丝杠之间齿轮减速传动设计 . 17 3.11 等效转动惯量计算(不计传动效率) 20 3.12 电机的计算选型 20 3.13 联轴器选择 21 第 4 章 进给变速箱设计. 21 4.1 专用进给变速箱设计 21 4.2 传动系统的设计. 21 4.3 齿轮的设计及参数的确定 23 4.3.1 齿轮的设计 23 4.3.2 齿轮参数的确定 25 4.4 轴承的选择 28 结 论 30 致 谢 31 参考文献 32 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 1 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 课题研究意义 市场的开放性和全球化使产品的竞争日趋激烈。而决定产品竞争力的指标是产品的 开发时间(Time ) ， 产品(Quality)，成本(Cost)，创新能力(Creation)和服务 (Service)。用户在追求高质量产品的同时，会更多的追求较低的价格和较短的交货周 期。美国制造业在 20 世纪 50 至 40 年代主要以扩大生产规模作为企业竞争力的第一要 素，而在 70 年代竞争力的第一要素为降低生产成本，80 年代为提高产品质量，90 年代 为市场响应速度。所以现代企业都期望通过提高自身的科技含量，增强竞争力。 制造业是国家重要的基础工业之一，制造业的基础是。是众多机械制造的母机，它 的发展水平，与制造业的生产能力和制造精度有着直接关系，关系到国家机械工业以至 整个制造业的发展水平.是先进制造技术的基本单元载体，机械产品的质量、更新速度、 对市场的应变能力、生产效率等在很大程度上取决于的效能。因此，制造业对于一个国 家经济发展起着举足轻重的作用我国是世界上产量最多的国家.根据德国工业协会(VD W )2000 年统计资料，在主要的生产国家中，中国排名为世界第五位。但是在国际市场 竞争中仍处于较低水平:即使在国内市场也面临着严峻的形势:一方面国内市场对各类 产品有着大量的需求，而另一方面却有不少国产滞销积压，国外产品充斥市场。 1.2 专用铣床设备应用 据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的 15%。 其余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量以及清除铁屑等等。使用数控 机床虽然能提高 85%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件， 其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特 点， 就钻削加工而言， 专用铣床专用设备是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。 虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采用可调式多 轴头扩大了使用范围， 仍然远不能满足批量小、 孔型复杂的要求。 尤其随着工业的发展， 大型复杂的专用铣床专用设备更是引人注目。例如原子能发电站中大型冷凝器水冷壁管 板有 15000 个 20 孔，若以摇臂铣床加工，单单专用铣床与锪沉头孔就要 843.5 小时， 另外还要划线工时 151.1 小时。 但若以数控八轴落地铣床加工， 钻锪孔只要 171.6 小时， 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 2 划线也简单，只要 1.9 小时。因此，利用数控控制的二个坐标轴，使刀具正确地对准加 工位置，结合专用铣床专用设备不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能 大大地提高工效，迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大型高速柴油机 30 种 箱形与杆形零件的 2000 多个专用铣床操作中， 有 40%可以在自动更换进给变速箱机床中 用二轴、三轴或四轴多轴头加工，平均可减少 20%的加工时间。1975 年法国巴黎机床展 览会也反映了专用铣床专用设备的使用愈来愈多这一趋势。 1.3 国外进给系统现状与发展 专用铣床专用设备是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件 上各加工一个孔。这不仅缩短切削时间，提高精度，减少装夹或定位时间，并且在数控 机床中不必计算坐标，减少字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工：立 钻或摇臂钻上装多轴头、多轴铣床、多轴专用铣床心及自动更换进给变速箱机床。甚至 可以通过二个能自动调节轴距的主轴或多轴箱，结合数控工作台纵横二个方向的运动， 加工各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。 1.4 国内进给系统现状与发展 从传动方式来说主要有带传动、齿轮传动与万向联轴节传动三种。这是大家所熟 悉的。前者效率较高，结构简单，后者易于调整轴距。从结构来说有不可调式与可调式 二种。前者轴距不能改变，多采用齿轮传动，仅适用于大批量生产。为了扩大其赞许适 应性，发展了可调式多轴头，在一定范围内可调整轴距。它主要装在有万向.二种。 （1） 万向轴式也有二种:具有对准装置的主轴。主轴装在可调支架中，而可调支架能在壳体 的 T 形槽中移动，并能在对准的位置以螺栓固定。 （2）具有公差的圆柱形主轴套。主轴 套固定在与式件孔型相同的模板中。前一种适用于批量小且孔组是规则分布的工件（如 孔组分布在不同直径的圆周上） 。后一种适用于批量较大式中小批量的轮番生产中，刚 性较好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多轴头可以装在立钻式摇臂铣床 上，按铣床本身所具有的各种功能进行工作。这种专用铣床专用设备方法，由于专用铣 床效率、加工范围及精度的关系，使用范围有限。 也象多轴头那样作为标准部件生产。美国 Secto 公司标准齿轮箱、多轴箱等设计 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 3 的不可调式多轴箱。有 32 种规格，加工面积从 300300 毫米到 6001050 毫米，工作 轴达 60 根，动力达 23.5 千瓦。Romai 工厂生产的可调多轴箱调整方便，只要先把齿轮 调整到接近孔型的位置，然后把与它联接的可调轴移动到正确的位置。因此，这种结构 只要改变模板，就能在一定范围内容易地改变孔型，并且可以达到比普通多轴箱更小的 孔距。 根据成组加工原理使用多轴箱或多轴头的专用铣床很适用于大中批量生产。为了 在加工中获得良好的效果，必需考虑以下数点： （1）工件装夹简单，有足够的冷却液冲 走铁屑。 （2）夹具刚性好，加工时不形变，分度定位正确。 （3）使用二组刀具的可能性， 以便一组使用，另一组刃磨与调整，从而缩短换刀停机时间。 （4）使用优质刀具，监视 刀具是否变钝，钻头要机磨。 （5）尺寸超差时能立即发现。 这是一种能满足专用铣床专用设备要求的铣床。诸如导向、功率、进给、转速与加 工范围等。巴黎展览会中展出的多轴铣床多具液压进给。其整个工作循坏如快进、工进 与清除铁屑等都是自动进行。值得注意的是，多数具有单独的变速机构，这样可以适应 某一组孔中不同孔径的加工需要。 为了中小批量生产合理化的需要，最近几年发展了自动更换进给变速箱专用铣床。 (1) 自动更换主轴机床 自动更换主轴机床顶部是回转式进给变速箱库，挂有多个不可调进给变速箱。纵横 配线盘予先编好工作程序，使相应的进给变速箱进入加工工位，定位紧并与动力联接， 然后装有工件的工作台转动到进给变速箱下面， 向上移动进行加工。 当变更加工对象时， 只要调换悬挂的进给变速箱，就能适应不同孔型与不同工序的需要。 (2)多轴转塔机床 转塔上装置多个不可调或万向联轴节进给变速箱，转塔能自动转位，并对夹紧在回 转工作台的工件作进给运动。通过工作台回转，可以加工工件的多个面。因为转塔不宜 过大，故它的工位数一般不超过 46 个。且进给变速箱也不宜过大。当加工对象的工 序较多、尺寸较大时，就不如自动更换进给变速箱机床合适，但它的结构简单。 (3)自动更换进给变速箱专用铣床 它由自动线或专用铣床中的标准部件组成。不可调多轴箱与动力箱按置在水平底 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 4 座上，进给变速箱库转动时整个装置紧固在进给系统的溜板上。进给变速箱库转动与进 给动作都按标准子程序工作。换进给变速箱时间为几秒钟。工件夹紧于液压分度回转工 作台， 以便加工工件的各个面。 好果回转工作台配以卸料装置， 就能合流水生产自动化。 在可变生产系统中采用这种装置，并配以相应的控制器可以获得完整的加工系统。 (4) 数控八轴落地铣床 大型冷凝器的水冷壁管板的孔多达 15000 个，它与支撑板联接在一起加工。孔径 为 20 毫米，孔深 180 毫米。采用具有内冷却管道的麻花钻，57 巴压力的冷却液可直 接进入切削区，有利于排屑。钻尖磨成 90供自动定心。它比普通麻花钻耐用，且进给 量大。为了缩短加工时间，以 8 轴数控落地加工。 1.5 专用铣床设备发展趋势 专用铣床专用设备生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失 少。而且随着我国数控技术的发展，专用铣床专用设备的范围一定会愈来愈广，加工效 率也会不断提高。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 5 第第 2 章章 铣床铣床总体设计要求总体设计要求 2.1 切削参数要求 确定了在专用铣床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了。因为所设计 的专用铣床为加工在大多数情况下，所选切削用量，根据经验比一般通用机床单刀加工 低 30%左右多轴进给变速箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台，工 作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量（mm/min） 应是适合有刀具的平均值。因此，同一进给变速箱上的刀具主轴可设计成同转速和同的 每转进给量（mm/r）与其适应。以满足直径的加需要，即： 1 122 . ii n fn fn fvf 3.1 式中： n1 、n2、ni 各主轴转速（r/min） 12 ,. i fff 各主轴进给量（mm/r） v f 动力滑台每分钟进给量（mm/min） 由于专用铣床的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等，按照经济地选择满 足加工要求的原则， 工作台进给速度 300mm/min 纵向快速进给 2m/min 电机功率 0.55kw 工作台，工件，夹具总质量：700kg。 进给变速箱只需 4 个变速，铣刀直径：30mm 齿数 7 由公式 1000v n d d-铣刀直径=30mm 根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑： 允许的切速极限参考值如下： 表 1.1 加 工 条 件 Vmax(m/min) Vmin(m/min) 硬质合金刀具粗加工铸铁工件 3050 硬质合金刀具半精或精加工碳钢工 件 150300 螺纹加工和铰孔 38 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 6 选取 min 6/minvm max 60/minvm min 6 1000 64 /min 30 3.14 nr max 60 1000 637 /min 30 3.14 nr 根据同组同学计算主传动的变速在 63r/min-710r/min。 当刀具材料为高速钢时端铣加工的圆周切削力： 1 . 11 . 1 0 80. 095. 0 81. 9 eZpFC ZadfaCF N (1) 14. 114. 1 0 72. 09 . 0 81. 9 eZpFC ZadfaCF N (2) 式(1)为端铣刀加工碳钢、青铜合金，可锻铸铁等材料的切削力计算公式 式(2)为端铣刀加工灰铸铁的切削力计算公式 式中： P a 铣削的背吃刀量，端铣时为切削深度，mm e a 铣削的侧吃刀量，端铣时为加工表面宽度，mm Z f 每齿进给量， Zmm 0 d 铣刀直径 ，mm Z铣刀齿数 端铣刀加工不同材料时的铣削系数 F C 碳钢：82.4 可锻铸铁：50 灰铸铁：50 青铜：37.5 镁合金：18 当刀具材料为硬质合金时，不同材料端铣加工的圆周切削力为： 碳钢： 2 . 02 . 03 . 1 0 1 . 175. 00 . 1 6082581. 9 nZdafaF eZpC N 灰铸铁： 0 . 1 0 0 . 174. 09 . 0 5481. 9 ZdafaF eZpC N 可锻铸铁： 2 . 02 . 03 . 1 0 1 . 175. 00 . 1 6049181. 9 nZdafaF eZpC N 式中：n 铣刀转速 rpm 铣削功率： 955000029550 0 ndFTn P C C kW 式中： C F 铣刀圆周切削力 N 0 d 铣刀直径 mm 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 7 n 铣刀转速 rpm 2.2 进给系统设计要求 进给机构设计应满足一下几个条件首先就是必须保证工件定位可靠的可靠性， 去选 择合适的定位机构。再者就是要有足够的强度和刚度除了受到工件、工具的重量，还要 受到本身的重量，还受到焊接枪在运动过程中产生的惯性力和振动的影响，没有足够的 强度和刚度可能会发生折断或者弯曲变形，所以对于受力较大的进行强度、刚度计算是 非常必要的。最后要尽可能做到具有一定的通用性 如果可以，应考虑到产品零件变换 的问题。为适应不同形状和尺寸的零件，为满足这些要求，可将制成组合式结构，迅速 更换不同的部件及附件来扩大机构的使用范围。 电动机齿轮传动滚珠丝杠进给变速箱工作台 第第 3 章章 专用专用铣床铣床进给系统设计进给系统设计 3.1 常见丝杠支承方式 表表 3 3- -1 1 滚珠丝杆副支承滚珠丝杆副支承 支承 方式 简图 特点 一 端 固 定 一 端 自由 结构简单，丝杆的压杆的稳定性和临界转速 都较低设计时尽量使丝杆受拉伸。这种安装 方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用 于短丝杆。 一 端 固 定 需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂， 工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同， 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 8 一 端 游动 压杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝 杆有膨胀余地，这种安装方式一般用在丝杆 较长，转速较高的场合，在受力较大时还得 增加角接触球轴承的数量，转速不高时多用 更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。 两 端 固定 只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为一端固 定的四倍。一般情况下，丝杆不会受压，不 存在压杆稳定问题，固有频率比一端固定要 高。可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杆自重 的下垂和热膨胀的问题，结构和工艺都比较 困难，这种装置适用于对刚度和位移精度要 求较高的场合。 3.2 脉冲当量选择 由已知设计参数初选三相电机，按三相六拍工作时，步矩角 =0.75,初定脉冲当 量 =0.005mm/p 3.3 滚珠丝杠设计计算 （1）.滚珠循环方式 由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导 楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书 表 5-1 查得,选择外循环插管式 （2）.轴向间隙预紧方式 预紧目的在于消除滚珠螺旋传动的间隙,避免间隙引起的空程,从而提高传动精度. 由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导 楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书 表 5-2 查得,采用双螺母垫片预紧方式。 2）滚珠丝杠副直径和基本导程系列 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 9 由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导 楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书 表 5-3 查得, 3.4 滚珠丝杠副的载荷计算 工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵 引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为 0.03，K 为颠覆力矩影响系 数，一般取 1.11.5，本课题中取 1.3，则丝杆所受的力为 铣削力： 灰铸铁：NZdafaF eZpC 81.47185481. 9 0 . 1 0 0 . 174. 09 . 0 式中： p a 铣削深度 f a 每齿进给量 w a 铣削宽度 o d 刀具直径 n刀具转速 Z刀齿数 p a 取 3， f a 取 0.1， w a 取 20，Z 取 7， o d 取 30， 则有： 工作台纵向进给分力载荷: F L=0.4Fz=0.44718.81=1887N NGFGGGGGFFGfKFF Zx 2155 2 2 -) 2 2 (03. 03 . 1 2 2 -) 2 2 ( 3y13323ymax ）（）（）（ 0 min F 其等效载荷按下式计算（式中取 21 tt ， 12 2nn） 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 10 N tntn tnFtnF Fm1494)( 3 1 2211 22 3 min11 3 max 3 1 6 mh kaht wm 10 60 ) nT ( ffff fF Car fw-负载性质系数， （查表：取 fw=1.2） ft-温度系数（查表：取 ft=1） fh-硬度系数（查表：取 fh =1） fa-精度系数（查表：取 fa =1） fk-可靠性系数（ （查表：取 fk =1） Fm-等效负载 nz-等效转速 Th -工作寿命，取丝杆的工作寿命为 15000h 由上式计算得 Car=17300N 采用丝杠直径 40mm,导程为 5mm 计算得出 Ca=Car=17.3KN, 则 Coa=(23)Fm=（34.651.9）KN 公称直径 Ph=5mm 则选择 FFZD 型内循环预紧滚珠丝杆副，丝杆的型号为 FFZD40103。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 11 滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下表 名称 计算公式 结果 公称直径 0 d 40mm 螺距t mm 接触角 0 45 钢球直径 b d 4.175mm 螺纹滚道法向半径R 0.52 b Rd 1.651mm 偏心距e (2)sin b eRd 0.04489mm 螺纹升角 0 t arctg d 0 4 33 螺杆外径d 0 (0.2 0.25) b ddd 39.365mm 螺杆内径 1 d 10 22ddeR 36.788mm 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 12 螺杆接触直径 2 d 20 cos b ddd 37.755mm 螺母螺纹外径D 0 22DdeR 34.212mm 螺母内径（外循环） 1 D 10 (0.2 0.255) b Ddd 30.7mm 3.5 传动效率计算 丝杠螺母副的传动效率为： )( tg tg 式中： =10，为摩擦角； 为丝杠螺旋升角。 0 0 4 33 () (4 3310 ) 0.96 gg g g tt t t 3.6 稳定性验算 丝杠两端采用止推轴承时不需要稳定性验算。 3.6 刚度验算 滚珠丝杠受工作负载引起的导程变化量为： ES Fl l 0 1 (cm) Y 向所受牵引力大,故用 Y 向参数计算 6 0 62 222 1.651 2 6 1251.82 0.5 1 20.6 102.14 1252.621 0.5 20.6 10 (/) 3.14()2.14 6.12 10 Y FN lcm EN CM SRCM LCM 丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略不计。导程变形总误差 为 0 64 100100 10.5 6.12 1012.24 1012.24 l Lum E 级精度 丝杠允许的螺距误差 =15 m/m。 3.7 滚珠丝杠精度等级确定 （1）.丝杠有效行程 由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程 专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程 专业课程设计指导书 表 5-4 查得 le=20 mm 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 13 导轨总长 Lu =210+120+20=350mm 所以丝杠总长 Lv =350-20=330mm （2）.精度等级 根据有效行程内的平均行程允许偏差 ep=0.01/300 350 103=11.7 查楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械 电子工程专业课程设计指导书表 5-5 得 精度等级为 T3 4）滚珠丝杠副支承形式选择 滚珠丝杠主要承受轴向载荷,应选用运转精度高,轴向刚度高、 摩擦力距小的滚动轴承. 滚珠丝杠副的支承主要约束丝杠的轴向串动,其次才是径向约束。 由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导 书表 5-6 查得,采用一端固定一端游动(F-S)支承形式. 5）滚珠丝杠副的选择 高速或较高转速情况 按额定动负荷 CCj选择滚珠丝杠副 Cj=(Fefw)/(fhftfafk) (60Lhne)/(106)1/3 式中 Cj-滚珠丝杠副的计算轴向动负荷(N) Fe- 丝 杠 轴 向 当 量 负 荷 (N) ， 取 进 给 抗 力 和 摩 擦 力 之 和 的 一 半 . Fe=(120+0.06 120)/2=63.6N ne-丝杠当量转速(r/min). ne=250r/min. Lh-丝杠工作寿命(h). 查考楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工 程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工 程专业课程设计指导书 表 5-7 得 Lh=15000 h. ft-温度系数. 查楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课 程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课 程设计指导书 表 5-8,得 ft=0.70. fa-精度系数. 查楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课 程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课 程设计指导书 表 5-9 得 fa=1.0 fw-负载性质系数. 查2表 5-10 得 fw=0.95 fh-硬度系数.查2表 5-11 得 fh=1.0 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 14 fk-可靠性系数.查2表 5-12 得 fk=0.21. 计算得 Caj=2.5N 表表 3 3- -1 1- -1 1 各类机械预期工作时间各类机械预期工作时间 LhLh 表表 3 3- -1 1- -2 2 精度系数精度系数 fafa 表表 3 3- -1 1- -3 3 可靠性系数可靠性系数 f fk k 表表 3 3- -1 1- -4 4 负载性质系数负载性质系数 f fw w 6）滚珠丝杠副校核 （1）.临界压缩负荷 对于一端轴向固定受压缩的滚珠丝杠,应进行压杠稳定性校核计 算. 不发生失稳的最大压缩负荷称为临界压缩负荷,用 Fn 表示 Fn=3.4 1010(f1d24) (L02) K1 式中 L0-最长受压长度.取 400 mm f1-丝杠支承方式系数, F-S 取 2 d2-丝杠螺纹底径,查43-32 取 17.6 mm k1 安全系数，取 1/3 Fn=13593NFmax 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 15 （2）.临界转速 ncr=9910(f22d2)/Lc2 式中 f2-丝杠支承方式系数,F-S 取 3.927. Lc -临时转速计算长度. Lc =0.5m. d2-丝杠螺纹底径,取 17.6mm ncr= 10758.9r/min nmax取,同时验算丝杠另一个临界值 d0n=20 833=7500 =2KtT1（u1）(ZHZE) 2/ dau H 2(1/3) 1).试选 Kt=1.6, 查表可得材料弹性影响系数 ZE189.8MPa 2).查机械设计教材，选取区域系数 ZH=2.433, 选取齿宽系数 d0.3， 3). 查表得 a10.78，a2 0.85，则 aa1+a2 1.63 4).应力循环系数取 j=1， 所以： N1=60n2jLh=6015001(2830015)6.48010 9 N2=N1/u=6.48010 9/2.13.08109 5）.查表得接触疲劳寿命系数 KHN1=0.85,KHN2=0.89, 6).查表得小齿轮接触疲劳强度极限 Hlim1=600MPa,大齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim2=550MPa, 7).计算接触疲劳强度许用应力：取失效概率为 1%，取安全系数 S=1, H1KHN1Hlim1/S=0.85600/1510MPa H2KHN2Hlim2/S=0.87550/1489.5MPa H=H1+H2)/2=499.75 MPa 8) 计算小齿轮传递的转矩： T1=95.510 5P x/nx=95.510 50.00594/1500=37.82N.mm （2） 计算 1）.试算小齿轮分度圆直径 d1t 2 1.6 44.121 3.083/ （ 0.3 1.630 1.25 ） （ 2.433 189.8/494.25） 2）（1/3）6.94mm ，取 d 1t=7.0mm 2).计算圆周速度 v= d1tn1/(601000)0.55m/s 3).计算齿数 b 及模数 mnt： b=dd1t=0.372.1mm mnt=d1tcos /Z1=7/20=0.34 h=2.25mnt=2.250.34mm =0.76 mm b/h=2.1/0.76=2.8 4).纵向重合度 0.318 dZ1tan =0.3180.320tan14 o=0.48 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 19 5).计算载荷系数 K,查课本得使用系数 KA=1.25,根据 v=0.033 m/s ,7 级精度，查得 动载系数Kv=1.01,由 b/h=2.8,查得KH=KF=1.2,故载荷系数K=KAKvKHKF=1.251.01 1.21.21.69 6）.分度圆直径 d1=d1t(K/Kt) (1/3)=7（1.69/1.6）（1/3）=7.13 mm 7).计算模数 mn=d1cos /Z1=7.13cos14 o/20=0.35 mm (3）按齿轮弯曲强度设计 mn=(2KT2YCOS 2 / dZ1 2 )(YFYS/F) (1/3) 1）计算载荷系数，K=KAKvKFKF=1.251.011.21.21.69 2）根据纵向重合度 0.48，查表得螺旋角影响系数 Y=0.91 3）计算当量齿数 Zv1=Z1/cos 3 =20/cos314o=21.2 4）查得,YFa1=2.763,YSa1=1.592,YFa2=2.375,YSa2=1.672 因为小齿轮弯曲极限强度 FE1=500MPa,大齿轮 FE2380MPa,查得弯曲疲劳寿命系数 KFN1=0.85,KFN2=0.87,取安全系数 S=1.1，则 F1KHN1FE1/S=386MPa F2KHN2FE1/S304MPa 5）计算大、小齿轮 YFa1 YSa1/F1 并加以比较 YFa1 YSa1/F12.7631.562/386=0.0112 YFa2YSa2/F2=2.3751.672/3040.013 比较后取大齿轮数据 6） 设计计算 mn=21.6937.820.910.013(cos14) 2/ （0.32021.63） （1/3）0.187m 对比计算结果， 由齿面接触疲劳强度计算得法面模数 mn大于齿根弯曲疲劳强度计算得法 面模数，取 mn2 mm，已可满足弯曲强度，但为了同时满足接触疲劳强度 齿轮几何尺寸计算齿轮几何尺寸计算 中心距 a=( Z1+Z2)mn/(2cos )=(52+62)2/（2cos14 o）63.9 mm 所以圆整为 64 mm 按圆整后的中心距修正螺旋角 arccos(Z1+Z2)mn/2a=arcos(52+62)2/(264) =14.36 o 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 20 3.11 等效转动惯量计算(不计传动效率) 小齿轮转动惯量 Jg1=( d1 4b 1 )32= 4 41.47.8510-332 =0.27610-4 kg.m2 式中 钢密度 =7.8510 -3 kg/cm3 同理,大齿轮转动惯量 Jg2=0.49810 -4 kg.m2 查设计手册初选滚珠丝杠 CDM2005-3, 得到 d0=20 mm ,l=430 mm 滚珠丝杠转动惯量 Js=( d0 4l )32= (2)4437.8510-33210-4 kg.m2 =0.5310 -4 kg.m2 工作重物为 12kg Jw=(w/g)(tsP2 ) 2 i2 =12(0.52 ) 2 2.1210-4 kg.m2 =1.7110-6 kg.m2 因此,折算到电机轴上的等效转动惯量 Je J e= Jg1+ Jw+( Jg2+Js) i2 =0.80710-4 kg.m2 3.12 电机的计算选型 查设计指导书(4-7)(4-9)可知: Mt=(Fx+Fy) tsP/(2i)= (180+0.06140)0.005/(20.82.1)=0.089N.m Mf= (Ff tsP)/(2i)= (W tsP)/(2i)=(0.0612100.005)/ (20.82.1)=0.00341N.m 上述式中 丝杠预紧时的传动效率取 =0.8 为摩擦系数取 0.06 nmax=(vmax/) (/360 )=(2000/0.005) (0.75/360)=833 r/min 取起动加速时间 t=0.03 s 初选 60BYG350DL-SASSML-0451 的电动机 M0=(Fp0tsp)(2i) (1-02)= (1/3Fxtsp)(2i) (1-02) =(1/3) 1800.006(20.82.1) 1-0.92=0.054 N.m 式中 Fp0滚珠丝杠预加负荷,一般取 Fy/3 Fy进给牵引力(N) 0滚珠丝杠未预紧时的传动效率,取 0.9 J=( Je +Jm)= 0.807 10-4 kgm2+0.3 10-4 kg.m2 =1.107 10-4 kg.m2 Ma=( Je +Jm)( 2nmax)/(60t)= 0.2926N.m 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 21 Mq= Ma+ Mf+ M0=0.2926+0.00341+0.054=0.35N.m Mc= Mt+ Mf+ M0=0.089+0.00341+0.054=0.1464N.m Mk= Mf+ M0=0.00341+0.054=0.05741N.m 从计算可知, Mq最大,作为初选电动机的依据. Mq/ Mjmax=0.446 进切 NN （千瓦） （3-1） N进为 0.82 千瓦， =0.9 N动4.0 千瓦 动力箱的选择： 表 3-1 动力箱型号 型号 型式 电动机型号 电动机的功率 电动机的转速 rmin -1 输出轴转速 rmin -1 1TD40-I Y100-L8 2 1440 720 3 传动系统总传动比的确定及各级分传动比的分配 电动机选定之后，根据电动机满载转速 m n及工作机转速 w n，就可计算出传动系统 的总传动比为 工作机转速 满载转速 总 w m n n i (3-2) 由传动方案可知，传动系统的总传动比等于各级分传动比之积。即 n iiii 21总 (3-3) 式中， 1 i， 2 i， ， n i为各级传动副的传动比。 从 主 主 从 n n Z Z i (3-4) 由式（3-4）得 06. 2 33 68 1 i 65. 1 40 66 2 i mi n 700 1 r n mi n 425 2 r n 由式（3-3）得 399. 365. 106. 2 21 iii总 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 23 合理地分配各级传动比，在传动系统总体设计中是很重要的，它将直接影响到传动 装置的外廓尺寸、质量、润滑条件、成本的高低、传动零件的圆周速度大小及精度等级 的高低。 要同时满足各方面的要求是不现实的， 也是非常困难的， 应根据具体设计要求， 进行分析比较，首先满足主要要求，尽量兼顾其他要求。在合理分配传动比时应注意以 下几点。 （a） 各级传动比都应在常用的合理范围内，以符合各种传动形式的工作特点，能 在最佳状态下运转，并使结构紧凑、工艺合理。 （b） 应使传动装置结构尺寸较小，质量较轻。 （c） 应使各传动件尺寸协调，结构匀称合理，避免相互干扰碰撞。 4.3 齿轮的设计及参数的确定 齿轮传动是机械传动中最重要、应用最广泛的一种传动。其主要优点是：传动效率高，工 作可靠，寿命长，传动比准确，结构紧凑。其主要缺点是：制造精度要求高，制造费用大，精 度低时振动和噪声大，不宜用于轴间距离较大的传动。 4 4.3.1.3.1 齿轮的设计齿轮的设计 我们就以轴 1 和轴 2 啮合的一对齿轮为例。 A齿轮的材料，精度和齿数的选择 因传递功率不大，转速不高，材料按表 7-1 选取，都采用 45 钢，锻造毛坯，大齿 轮正火处理，小齿轮调质，均用软齿面。 齿轮精度用 8 级，轮齿表面粗糙度为 Ra1.6。 软齿面闭式传动，失效形式为点蚀，考虑传动平稳性，齿数宜取多些，取 z=33 则 与其啮合的齿数 z啮合=6806. 233iz B设计计算 a设计准则 按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。 b按齿面接触疲劳强度设计 12 1 2 3 1 dH EH t KTZZZ d (3-5) mmNmmN n P T53056 720 4 1055. 91055. 9 66 1 (3-6) 由图 7-6 选取材料的接触疲劳极限应力为： MPa H 580 lim 1 MPa H 560 lim 2 由图 7-7 选取材料的弯曲疲劳极限应力为： 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 24 MPa F 230 lim 1 MPa F 230 lim 2 应力循环次数 N N1=60n1at=607201 (163008)=1.6610 9 则 N2=N1/u=1.66x10 9/2.06=1.24109 由图 7-8 查得 接触疲劳寿命系数 ZN1=1,ZN2=1 由图 7-9 查得 弯曲疲劳寿命系数 YN1=1,YN2=1 由表 7-2 查得 接触疲劳安全系数 SHmin=1，弯曲疲劳安全系数 SFmin=1.4,又 Yst=2.0 试选 Kt=1.3 求许用接触应力和许用弯曲应力： MPaZ S N H H H 5801 1 580 1 min lim 1 1 (3-7) MPaZ S N H H H 5801 1 580 2 min lim 2 2 (3-8) MPaY S Y N F stF F 3281 4 . 1 2230 1 min lim 1 1 (3-9) MPaY S Y N F stF F 300 2 min lim 2 2 (3-10) 将有关值代入式（3-5）得： 3 1 2 2 1 12 d t H EH t TKZZZ d