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中北大学课程设计说明书中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 弋梅梅 学 号：0402140708 学 院： 机械工程与自动化学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目： 金属切削机床课程设计 车床主轴箱设计 硕士教授马清艳张吉堂指导教师： 职称: 2007年12月7日 中北大学课程设计任务书 2007/2008 学年第 1 学期学 院： 机械工程与自动化学院 专 业： 机械设计制造及 其自动化 学 生 姓 名： 弋梅梅 学 号：0402140708 课程设计题目：金属切削机床课程设计 车床主轴箱设计 起 迄 日 期： 12月3日 12月8日 课程设计地点： 机械工程与自动化学院 指 导 教 师： 马清艳 张吉堂 系 主 任： 王彪 下达任务书日期:2007年12月2日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：通过本课程设计的训练，使学生初步掌握机床的运动设计（包括主轴箱、变速箱传动链），动力计算（包括确定电机型号，主轴、传动轴、齿轮的计算转速），以及关键零部件的强度校核，获得工程师必备设计能力的初步训练，从而提高分析问题、解决问题尽快适应工程实践的能力。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：1运动设计：根据所给定的转速范围及变速级数，拟定机床主运动传动结构方案(包括传动结构式、转速分布图)和传动系统图，确定各传动副的传动比，计算齿轮的齿数，主轴实际转速及与标准转速的相对误差。2动力计算：选择电动机型号及转速，确定传动件的计算转速、对主要零件（如皮带、齿轮、主轴、轴承等）进行计算（初算和验算）。3结构设计进行主传动系统的轴系、变速机构、主轴组件等的布置和设计并绘制展开图、剖面图、主要零件工作图。4编写设计说明书1）机床的类型、用途及主要参数主轴转速范围，变速级数：z=12，电动机功率：。2）工件材料：45号钢 刀具材料：YT153）设计部件名称：车床主轴箱3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：1课程设计设计说明书一份（A415页）2主轴箱展开图一张3主轴箱剖面图一张4机床传动系统图一张5一个零件工作图（主轴）一张 课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：l 要求按国标GB 771487文后参考文献著录规则书写，例：1 陈易新.金属切削机床课程设计指导书.北京:机械工业出版社,1987.72 范云涨.金属切削机床设计简明手册. 北京:机械工业出版社,1994.75设计成果形式及要求：图纸与说明书6工作计划及进度：年月日 月日 发题目、阅读指导书、收集资料。月日 月日 运动计算、绘制转速图、传动图月日 月日 动力计算并进行结构设计月日 月日 整理设计说明书月日 月日 答辩或成绩考核系主任审查意见： 签字： 年 月 日目 录一、 概述11.1金属切削机床在国民经济中的地位11.2机床课程设计的目的11.3车床的规格系列和用处11.4 操作性能要求2二、参数的拟定22.1 确定转速范围22.2 主电机选择2三、传动设计23.1 主传动方案拟定23.2 传动结构式、结构网的选择33.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目33.2.2 传动式的拟定33.2.3 结构式的拟定33.3转速图的拟定4四、 传动件的估算54.1 三角带传动的计算54.2 传动轴的估算74.2.1 传动轴直径的估算74.3 齿轮齿数的确定和模数的计算84.3.1 齿轮齿数的确定84.3.2 齿轮模数的计算94.3.4齿宽确定114.4 带轮结构设计11五、动力设计125.1主轴刚度验算125.1.1 选定前端悬伸量C125.1.2 主轴支承跨距L的确定125.1.3 计算C点挠度125.2 齿轮校验14六、结构设计及说明156.1 结构设计的内容、技术要求和方案156.2 展开图及其布置166.3 齿轮块设计166.3.1其他问题176.4 主轴组件设计17七、总结18八、参考文献19 第19页一、 概述1.1金属切削机床在国民经济中的地位金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，又称为“工作母机”或“工具机”。在现代机械制造工业中，金属切学机床是加工机器零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的40%60%。机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。1.2机床课程设计的目的课程设计是在学生学完相应课程及先行课程之后进行的实习性教学环节，是大学生的必修环节，其目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计，使学生在拟定传动和变速的结构的结构方案过程中，得到设计构思，方案分析，结构工艺性，机械制图，零件计算，编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养学生具有初步的结构分析，结构设计和计算能力1.3车床的规格系列和用处普通机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计的是普通型车床主轴变速箱。主要用于加工回转体。表1 车床的主参数（规格尺寸）和基本参数工件最大回转直径D(mm)正转最高转速Nmax( )电机功率N（kw）公比转速级数Z11400200031.26121.4 操作性能要求1）具有皮带轮卸荷装置2）手动操纵双向摩擦片离合器实现主轴的正反转及停止运动要求3）主轴的变速由变速手柄完成二、参数的拟定2.1 确定转速范围查金属切削机床表7-1得：160r/min，200r/min，250r/min，315r/min，400r/min，500r/min，630r/min，800r/min，1000r/min，1250r/min，1600r/min，2000r/min.2.2 主电机选择合理的确定电机功率，使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。已知电动机的功率是3KW，根据车床设计手册附录表2选JO2-32-4，额定功率3，满载转速1430 ，最大额定转距2.2。三、传动设计3.1 主传动方案拟定拟定传动方案，包括传动型式的选择以及开停、幻想、制动、操纵等整个传动系统的确定。传动型式则指传动和变速的元件、机构以及组成、安排不同特点的传动型式、变速类型。传动方案和型式与结构的复杂程度密切相关，和工作性能也有关系。因此，确定传动方案和型式，要从结构、工艺、性能及经济等多方面统一考虑。传动方案有多种，传动型式更是众多，比如：传动型式上有集中传动，分离传动；扩大变速范围可用增加传动组数，也可用背轮结构、分支传动等型式；变速箱上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。显然，可能的方案有很多，优化的方案也因条件而异。此次设计中，我们采用集中传动型式的主轴变速箱。3.2 传动结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法，但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效。3.2.1 确定传动组及各传动组中传动副的数目级数为Z的传动系统由若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有、个传动副。即 传动副中由于结构的限制以2或3为合适，即变速级数Z应为2和3的因子： ，可以有三种方案： 12=322；12=232；12=223；3.2.2 传动式的拟定12级转速传动系统的传动组，选择传动组安排方式时，考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。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常选用2。综上所述，传动式为12=232。3.2.3 结构式的拟定对于12=232传动式，有6种结构式和对应的结构网。分别为：， ， ， 初选的方案。3.3转速图的拟定图1正转转速图图2主传动系图四、 传动件的估算4.1 三角带传动的计算三角带传动中，轴间距A可以加大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，宜可缓和冲击及隔离振动，使传动平稳。带轮结构简单，但尺寸大，机床中常用作电机输出轴的定比传动。(1)选择三角带的型号 根据公式： 式中P-电动机额定功率，-工作情况系数 查机械设计图8-8因此选择A型带，尺寸参数为B=80mm，=11mm，h=10，。(2)确定带轮的计算直径，带轮的直径越小带的弯曲应力就越大。为提高带的寿命，小带轮的直径不宜过小，即。查机械设计表8-3，8-7取主动轮基准直径=100m由公式 式中：-小带轮转速，-大带轮转速，-带的滑动系数，一般取0.02。所以，由机械设计A表8-7取园整为224mm。(3)确定三角带速度按公式 (4)初定中心距带轮的中心距，通常根据机床的总体布局初步选定，一般可在下列范围内选取： 根据经验公式 取，取=600mm. (5)三角带的计算基准长度 由机械设计表8-2，圆整到标准的计算长度 (6)验算三角带的挠曲次数 ，符合要求。 (7)确定实际中心距(8)验算小带轮包角，主动轮上包角合适。(9)确定三角带根数根据机械设计式8-22得传动比查表8-5c，8-5d 得= 0.15KW,= 1.32KW查表8-8，=0.98；查表8-2，=0.96 所以取 根(10)计算预紧力查机械设计表8-4，q=0.1kg/m4.2 传动轴的估算传动轴除应满足强度要求外，还应满足刚度的要求，强度要求保证轴在反复载荷和扭载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求较高，不允许有较大变形。因此疲劳强度一般不失是主要矛盾，除了载荷很大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不至发生过大的变形。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。4.2.1 传动轴直径的估算 其中：P-电动机额定功率 K-键槽系数 A-系数-从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积；-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确定。查机械制造装备设计表3-8取I，IV轴的K=1.05，A=100；II，III轴是花键轴，取K=1.06，A=2.0。所以 ， 取30mm, 取35mm , 取40mm此轴径为平均轴径，设计时可相应调整。4.3 齿轮齿数的确定和模数的计算4.3.1 齿轮齿数的确定当各变速组的传动比确定以后，可确定齿轮齿数。对于定比传动的齿轮齿数可依据机械设计手册推荐的方法确定。对于变速组内齿轮的齿数，如传动比是标准公比的整数次方时，变速组内每对齿轮的齿数和及小齿轮的齿数可以从表3-6（机械制造装备设计）中选取。一般在主传动中，最小齿数应大于1820。采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：三联滑移齿轮的最大齿轮之间的齿数差应大于或等于4，以保证滑移是齿轮外圆不相碰。第一组齿轮：传动比：, u2=1/1.26,u3=1/1.58查机械制造装备设计表3-6，齿数和取72=36，=42，=32,Z4=36,Z5=32,Z6=42；第二组齿轮：传动比：,u2=1/2， 齿数和取72： Z7=36，Z8 =24，Z9=36,Z10=48；第三组齿轮：传动比：u1=1.58,u2=1/2.52 齿数和取72： Z11=43，Z12 =20，Z13=27，Z14=50;4.3.2 齿轮模数的计算(1) 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按简化的接触疲劳强度公式计算 式中：按疲劳接触强度计算的齿轮模数 驱动电机功率 计算齿轮的计算转速 大齿轮齿数和小齿轮齿数之比 小齿轮齿数齿宽系数，（B为齿宽，m为模数），许用接触应力 传动组a模数： 传动组b模数： 传动组c模数： 故选取标准模数。 (4)标准齿轮：从机械原理 表10-2查得以下公式齿顶圆 齿根圆 分度圆 齿顶高 齿根高 齿轮的具体值见表齿轮尺寸表齿轮齿数z模数m分度圆d齿顶圆齿根圆齿顶高齿根高1362.5909583.752.53.1252402.510010593.752.53.1253322.5808573.752.53.1254362.5909583.752.53.1255322.5808573.752.53.1256402.510010593.752.53.1257362.5909583.752.53.1258242.5606553.752.53.1259362.5909583.752.53.12510482.5120125113.752.53.12511433129132125.2533.7512203606356.2533.7513273818487.2533.7514503150153146.2533.754.3.4齿宽确定 由公式得：第一套啮合齿轮 第二套啮合齿轮 第三套啮合齿轮 一对啮合齿轮，为了防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的载荷，设计上，应主动轮比小齿轮齿宽大所以，4.4 带轮结构设计 查机械设计P156页，当。D是轴承外径，查机械零件手册确定选用深沟球轴承6211，d=55mm,D=100mm。带轮内孔尺寸是轴承外径尺寸100mm。齿机械设计表8-10确定参数得： 带轮宽度： 分度圆直径：，五、动力设计5.1主轴刚度验算 5.1.1 选定前端悬伸量C参考机械装备设计P121，根据主轴端部的结构，前支承轴承配置和密封装置的型式和尺寸，这里选定C=120mm. 5.1.2 主轴支承跨距L的确定 一般最佳跨距 ，考虑到结构以及支承刚度因磨损会不断降低，应取跨距L比最佳支承跨距大一些，再考虑到结构需要，这里取L=600mm。5.1.3 计算C点挠度 1）周向切削力的计算其中,故，故。1） 驱动力Q的计算参考车床主轴箱指导书，其中所以 3）轴承刚度的计算 这里选用4382900系列双列圆柱子滚子轴承 根据求得： 4）确定弹性模量，惯性距I；和长度。 轴的材产选用40Cr，查简明机械设计手册P6，有 主轴的惯性距I为： 主轴C段的惯性距Ic可近似地算： 切削力P的作用点到主轴前支承支承的距离S=C+W，对于普通车床，W=0.4H，（H是车床中心高，设H=200mm)。 则： 根据齿轮、轴承宽度以及结构需要，取b=60mm 计算切削力P作用在S点引起主轴前端C点的挠度 代入数据并计算得=0.1299mm。 计算驱动力Q作用在两支承之间时，主轴前端C点子的挠度 计算得：=-0.0026mm 求主轴前端C点的终合挠度水平坐标Y轴上的分量代数和为，计算得：=0.0297mm.。综合挠度。综合挠度方向角，又。因为，所以此轴满足要求。5.2 齿轮校验 在验算算速箱中的齿轮应力时，选相同模数中承受载荷最大，齿数最小的齿轮进接触应力和弯曲应力的验算。这里要验算的是齿轮2，齿轮7，齿轮12这三个齿轮。齿轮12的齿数为18，模数为4，齿轮的应力： 1）接触应力： u-大齿轮齿数与小齿轮齿数之比； -齿向载荷分布系数；-动载荷系数；-工况系数；-寿命系数查机械装备设计表10-4及图10-8及表10-2分布得假定齿轮工作寿命是48000h，故应力循环次数为查机械装备设计图10-18得，所以：2） 弯曲应力： 查金属切削手册有Y=0.378，代入公式求得：=158.5Mpa 查机械设计图10-21e,齿轮的材产选，大齿轮、小齿轮的硬度为60HRC，故有，从图10-21e读出。因为：，故满足要求，另外两齿轮计算方法如上，均符合要求。六、结构设计及说明6.1 结构设计的内容、技术要求和方案设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、带轮、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联结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。课程设计由于时间的限制，一般只画展开图。主轴变速箱是机床的重要部件。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。精度方面的要求，刚度和抗震性的要求，传动效率要求，主轴前轴承处温度和温升的控制，结构工艺性，操作方便、安全、可靠原则，遵循标准化和通用化的原则。主轴变速箱结构设计时整个机床设计的重点，由于结构复杂，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。在正式画图前应该先画草图。6.2 展开图及其布置展开图就是按照传动轴传递运动的先后顺序，假想将各轴沿其轴线剖开并将这些剖切面平整展开在同一个平面上。I轴上装的摩擦离合器和变速齿轮。有两种布置方案，一是将两级变速齿轮和离合器做成一体。齿轮的直径受到离合器内径的约束，齿根圆的直径必须大于离合器的外径，负责齿轮无法加工。这样轴的间距加大。另一种布置方案是离合器的左右部分分别装在同轴线的轴上，左边部分接通，得到一级反向转动，右边接通得到三级反向转动。这种齿轮尺寸小但轴向尺寸大。我们采用第一种方案，通过空心轴中的拉杆来操纵离合器的结构。齿轮在轴上布置很重要，关系到变速箱的轴向尺寸，减少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。6.3 齿轮块设计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，作用在一个齿轮上的载荷是变化的。同时由于齿轮制造及安装误差等，不可避免要产生动载荷而引起振动和噪音，常成为变速箱的主要噪声源，并影响主轴回转均匀性。在齿轮块设计时，应充分考虑这些问题。齿轮块的结构形式很多，取决于下列有关因素：1） 是固定齿轮还是滑移齿轮；2） 移动滑移齿轮的方法；3） 齿轮精度和加工方法；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圆周速度。采用同一精度时，圆周速度越高，振动和噪声越大，根据实际结果得知，圆周速度会增加一倍，噪声约增大6dB。工作平稳性和接触误差对振动和噪声的影响比运动误差要大，所以这两项精度应选高一级。不同精度等级的齿轮，要采用不同的加工方法，对结构要求也有所不同。6.3.1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。圆齿和倒角性质不同，加工方法和画法也不一样，应予注意。选择齿轮块的结构要考虑毛坯形式（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、省料又易于保证精度。齿轮磨齿时，要求有较大的空刀（砂轮）距离，因此多联齿轮不便于做成整体的，一般都做成组合的齿轮块。有时为了缩短轴向尺寸，也有用组合齿轮的。6.4 主轴组件设计主轴组件结构复杂，技术要求高。安装工件（车床）或者刀具（车床、钻床等）的主轴参予切削成形运动，因此它的精度和性能直接影响加工质量（加工精度和表面粗糙度），设计时主要围绕着保证精度、刚度和抗振性，减少温升和热变形等几个方面考虑。主轴形状与各部分尺寸不仅和强度、刚度有关，而且涉及多方面的因素。1） 内孔直径车床主轴由于要通过棒料，安装自动卡盘的操纵机构及通过卸顶尖的顶杆，必须是空心轴。为了扩大使用范围，加大可加工棒料直径，车床主轴内孔直径有增大的趋势。2） 轴颈直径设计时，一般先估算或拟定一个尺寸，结构确定后再进行核算。3） 前锥孔直径前锥孔用来装顶尖或其他工具锥柄，要求能自锁，目前采用莫氏锥孔。4） 支撑跨距及悬伸长度为了提高刚度，应尽量缩短主轴的外伸长度。选择适当的支撑跨距，一般推荐取： =35，跨距小时，轴承变形对轴端变形的影响大。所以，轴承刚度小时，应选大值，轴刚度差时，则取小值。七、总结在课程设计当中，我也遇到了一些问题。设计过程也是培养我们认真细心的态度。在此过程中不断发现问题和解决问题，使我加深了对大学所学课程理解，综合应用，并得到进一步的巩固，这对以后的学习和工作都有积极的意义。总之，这次的课程设计让我学到了很多东西。八、参考文献1 冯辛安主编.机械制造装备设计.机械工业出版社. 北京.1999.12 2 周开勤主编. 机械零件手册.高等教育出版社. 20013 曹玉榜 易锡麟.机床主轴箱设计指导. 机械工业出版社. 北京.1987.5.4 濮良贵 纪名刚主编.机械设计.高等教育出版社.北京.20015 黄鹤汀主编. 金属切削机床设计. 北京. 机械工业出版社，2005 6 冯开平 左宗义主编.画法几何与机械制图.华南理工出版社.2001.97 唐金松主编.简明机械设计手册.上海科技技术出版社.上海.1992.068 卢秉恒主编.机械制造技术基础.机械工业出版社.北京.20019 孙恒 陈作模主编.机械原理.高等教育出版社.北京.200110曹金榜主编 机床主轴/变速箱设计指导, 北京.机械工业出版社.20课程设计1机床课程设计的目的课程设计是在学生学完相应课程及先行课程之后进行的实习性教学环节，是大学生的必修环节，其目的在于通过机床运动机械变速传动系统的结构设计，使学生在拟定传动和变速的结构的结构方案过程中，得到设计构思，方案分析，结构工艺性，机械制图，零件计算，编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并培养学生具有初步的结构分析，结构设计和计算能力目录一 主传动的运动设计 1主电机的选定 2转速图的拟定 3齿轮的确定 4齿轮的布置二 传动件的估算与验算1传动件的估算与验算 2.齿轮模数的估算和计算 3轴承选择三. 夹具设计1.工艺加工过程2 .设计夹具四 致谢五 参 考 资 料1.1 主传动的运动设计1主电机的选定由总体设计方案可知：Z5140钻床的总功率为4kW,转速为1450 r/min，根据机械设计手选取电机为JO2-32,其外型见下图，其安装尺寸见下表：机座号DEMNPRJO2-3228602151802505412014415其螺栓直径为12mm。2转速图的拟定拟定立式钻床的主传动系统的转速图，由总体设计方按可知：主轴的转速范围为31.51400 r/min，异步电动机的转速为1450 r/min。1 选定公比中型通用机床，常用的公比为1.26或1.41，考虑到适当减小本钻床的相对速度损失，选定=1.41。 ,取Z=12 按标准转速数列为：31，45，63，90，125，180，1250，355，500，710，1000，1450r/min。2 选择结构式1）确定变速组的数目和各变速组中传动副的数目 大多数的机床广泛应用滑移齿轮的变速方式，为了满足结构设计和操纵方便的要求，通常采用双联或三联滑移齿轮。该机床的变速范围较大，必须经过较长的传动链减速才能把电动机的转速降到主轴所需的转速，故主轴转速为12级的变速系统需要2个或3个变速组，即Z=12=43，或Z=12=422-4,或Z=12=322。为了结构紧凑和主轴箱不过分的大，故选取Z=12=422-4.2）确定不同传动副数的各变速组的排列次序按着传动顺序，各变速组排列方案有： 12=422-4 12=224-4 12=242-4 因本钻床在结构上有特殊要求，根据设计要点，应遵守“前多后少”的原则，选择12=422-4的方案。3）确定变速组的扩大顺序根据“前密后疏”的原则，选择12=的结构式。4）验算变速组的变速范围最后扩大组的变速范围,在允许的变速范围之内。3 确定是否需要增加降速的定比传动副该铣床的主传动系统的总降速比为30/1450=1/48，三个变速组的最小降速比都为1/4，则总降速比为1/64，这样是无需增加降速的定比传动副，为使中间的二个变速组降速缓慢，有利于变型机床的设计，改变降速齿轮副的传动比，就可以将主轴12级转速一起提高或降低。4 分配各变速组的最小传动比，拟定转速图钻床的电机和输入轴之间齿轮传动， 运动由电机经弹性联轴节和一对齿轮传动轴I，再由传动变速机构中的传动齿轮传至轴IV，使主轴获得12级转速。画出转速图的格线如图所示。 在轴I上标出12级转速：301500r/min,在第轴上用A点代表电动机转速；最低转速用E点标出，因此A、E两点连线相距约17格，即代表总的降速传动比。 决定III轴和轴之间的最小降速传动比：为了提高主轴运转的平稳性，主轴上齿轮应大一些，能起到飞轮的作用，所以最后一个变速组的降速传动比取1/3。按公比=1.41，查表可知，即从E点向上数3.5格（3lg），在III轴上找出D点，DE传动线表示-轴间变速组（第二扩大组）的降速传动比。 决定其余变速组的最小传动比：根据降速前慢后快的原则，-轴间变速组（第一扩速前慢后快的原则，II-轴间变速组（第一扩大组），取u=,即从D点向上数四格（3lg）,在II轴上找出C点，用CD传动线表示；同理，I-轴见取u=，用BC传动线表示；0-轴间取u=,用AB线表示。画出各变速组其他传动线（图五），-I轴间有一对齿轮传动，转速图上为一条AB传动线。I-轴间为基本组，有四对齿轮传动，级比指数，故四条传动线在转速图上各相距一格，从C点向上每隔一格取、点，连结、B和B得基本组四条传动线，它们的传动比分别为、，。II-轴间为第一扩大组也有二对齿轮传动，级比指数=2，二条传动线转速图上各相距一格，即和CD,它们的传比分别为，。III-轴间为第二扩大组，有三对齿轮传动，级比指数，两条传动线在转速图上应相距4格，即D,DE,它们的传动比分别为和。 画出全部传动线，即钻床的主传动转速图。如前所述，转速图两轴之间的平行线代表同一对齿轮传动，所以画II-轴间的传动线时，应从、两点分别画CD、C、的平行线，使III轴得到8种转速。由于特殊理由，画III-轴间的传动线时，应画4条与DE平行的线，8条与D平行的线，使主轴得到12种转速。3齿轮的确定 1齿轮齿数的确定应注意以下问题：1）.不产生根切。一般要求20。2）.保证强度和防止热处理变形过大，齿轮齿根圆到键槽的厚度，一般取，则。3）.同一传动组的各对齿轮副的中心距应当相等。若模数相等时，则齿数和亦应当相等。但由于传动比的要求，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距使其相等。但修正量不能太大，一般齿数差不能超过34个齿。4）.防止各种碰撞和干涉。5）.应保证最小齿轮装到轴上或套筒上具有足够的强度。6）.保证主轴的转速误差在规定范围之内。2齿数的计算1）.同一变速组内模数相同的齿数的确定为了便于设计和制造，主传动系统中所采用的齿轮模数的种类尽可能少一些。在同一个变速组内一般都采用相同的模数，这是因为各齿轮副的速度变化不一样，受力情况差别不大。当各对齿轮模数相同，且不采用变位齿轮时，则各对齿轮的齿数和也必须相等，其间的关系是： （3-1）式中 主动齿轮的齿数 被动齿轮的齿数 一对齿轮的传动比 一对齿轮的齿数和 为了保证不产生根切，必须先找出具有最少齿数的传动副（一般出现在最高升速或最低降速的传动副上），确定最小齿数，然后确定最合适的齿数和，再根据传动比确定其它齿轮的齿数。由上面两个公式得： （3-2） 一般=1730,初选=18,参考有关资料选取m为标准模数m=3。 由a=()和选取的=1.41，查表2-1金属切削机床，得=76故=-=76-18=58所以=(18+58)=114=0.31=0.31=31.50.31=101.6r/minIII轴的最高转速 =101.61.41=1125.r/minU=14001125.7=1.24Z=S=42Z=S-Z=76-42=343齿轮参数的确定分度圆直径 d=mZ=342=126mm d=mZ=334=102mm齿顶高 h=m=3mm齿根高 h=1.25m全齿高 h= h+ h顶隙 C= h- h=0.25m=0.75mm齿顶圆直径 d= d+2 h=126+23=132mm d= d+2 h=108mm齿根圆直径d= d-2 h=118.5mm d= d-2 h=94.5mm齿宽 B=13mm B=18mm4齿轮的布置为了使变速箱结构紧凑，必须合理布置齿轮。因为他直接影响到变速箱的尺寸，变速操纵的方便性和结构实现的可能性等问题。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，但是变速箱的轴向尺寸和径向尺寸经常不可能同时缩小。为了防止一对齿轮尚未完全脱开，另一对齿轮就开始进入啮合状态，如图七所示。尺寸L应比2B大24mm,其中B为齿宽，这是设计是排列齿轮首先要注意的问题。二.传动件的估算与验算传动方案确定之后，要进行方案的机构化，确定各零件的实际尺寸和有关布置。为此，常对传动件的尺寸先进行估算，如传动轴的轴径等。在这些尺寸的基础上，画出草图，得到初步结构化的有关布置与尺寸；然后按结构尺寸进行主要零件的验算，如轴的刚度、齿轮的疲劳强度等，必要时做结构和方案上的修改，从新验算，知道满足要求。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较高，不允许有较大的变形。因此疲劳强度一般不是主要矛盾。除了载荷很大的情况外，可不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下（弯曲、轴向、扭转）不致产生过大的变形（弯曲、失稳、转角）。如果刚度不足，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，或者产生震动和噪声、发热、过早磨损而失效。因此，必须保证传动轴具有足够的刚度。通常，先按扭转刚度估算轴的直径，画出草图之后，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其中： 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 该传动件的计算转速r/min 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、钻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。 估算是应该注意： 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一米，因此在计算时应按轴的实际长度进行折算和修正。 效率对估算轴径d影响不大，可以不计，也可以用有关传动件效率的概略值的积求出。 如使用花键时，可根据估算的轴径d选取相近的标准花键轴的规格。主轴前径可参考机械设计手册的经验统计数据确定。2） 传动轴刚度的验算 轴的弯曲变形的条件和允许值机床主传动轴的弯曲刚度验算，主要验算轴上装齿轮和轴承处的挠度y和倾角。各类轴的挠度y和装齿轮和轴承处的倾角，应小于弯曲刚度的许用值Y和值，即：yY; 轴的弯曲变形计算公式当轴的直径相差不大且计算精度要求不高时，可把轴看作等径轴，采用平均直径（）来进行计算，计算花键轴的刚度时可采用平均直径（）或当量直径（）。计算公式为：圆轴：平均直径= 惯性矩I=矩形花键轴：平均直径= 当量直径= 惯性矩I= 轴的力分解和变形合成对于复杂受力轴的变形，先将受力分解成三个垂直平面上的分力，应用弯曲变形的公式求出所要求截面的两个垂直平面内的y和值，然后进行叠加：在同一平面内的可进行代数叠加，在两垂直平面内的按几何向量合成，求出该截面的总挠度和总倾角。 危险工作条件的判断主轴变速箱传动轴的工作条件有多种，验算刚度时应选择最危险的工作条件进行。一般是：轴的计算转速低，传动齿轮的直径小且位于轴的中央，这时，轴受力将总变形剧增。如果对二、三种工作条件难以判断是那一种最危险，就应分别进行计算，找到最大弯曲变形值y和。 提高轴刚度的一些措施 加大轴的直径；减少轴的跨距或增加第三支承；从新安排齿轮在轴上的位置；改变轴间的布置方式等。加大轴径有时受到轴上小齿轮体厚的限制，增加第三支承使轴的结构复杂化，都不是最有效和最理想的措施，应首先从齿轮在轴上的布置、轴的相互方位关系来改善受力状态，看是否在不加大轴径、不改变轴的基本形式的前提下，提高轴的刚度。为了提高轴的刚度，有时宁愿多增加一对固定传动齿轮，增加一根轴，从传动方案上保证中间轴不会太长。2 齿轮模数的估算和计算 估算按接触疲劳和弯曲强度计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮各参数都已知道后就可确定，所以只在草图画完之后效核用。在画草图之前，先估算，再选用标准齿轮模数。 齿轮弯曲疲劳的估算： 齿面点蚀的估算： 其中为大齿轮的计算转速，为齿轮中心距。 由中心距及齿数，求出齿数： 根据估算所得和中较大的值，选取相近的标准模数。 计算 结构确定以后，齿轮的工作条件，空间安排，材料和精度等级都已确定，才肯能核验齿轮的接触疲劳和弯曲疲劳强度值是否满足要求。根据接触疲劳计算齿轮模数公式为： 根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： 式中：N计算齿轮传递的额定功率N=kW； 计算齿轮（小齿轮）的计算转速r/min； 齿宽系数=b/m, 常取610； 计算齿轮的齿数，一般取传动中最小齿轮的齿数；i-大齿轮与小齿轮的齿数比， i=; 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疲劳曲线指数m和基准循环次数；转速变化系数；功率利用系数；n齿轮的最低转速r/min;材料强化系数。幅值低的交边载荷可使金属材料的晶粒边界强化，起到阻止疲劳细缝扩散的作用。3轴承选择根据轴的数据,从参考书机械设计课程设计（第二版）查的推力球轴承，轴承型号51305。其尺寸参数为：d=30mm，D=52mm，B =16mm。技术参数为：C=21500N =43200N 计算轴承动负荷C： （3.10） 式中 寿命系数 转速系数 9 （3.11） 由公式（3.11）得 9 （3.12） 由公式（3.12）得 把、代入，由公式（3.10）得 =24947N28000N 满足强度要求。深沟轴承：轴承型号6005，其尺寸参数为：d=25mm，D=47mm，B =12mm。 轴承型号6206，其尺寸参数为：d=30mm，D=62mm，B =16mm。 轴承型号6210，其尺寸参数为：d=50mm，D=90mm，B =20mm。 轴承型号6212，其尺寸参数为：d=60mm，D=110mm，B =22mm。 轴承型号6305，其尺寸参数为：d=25mm，D=80mm，B =17mm。 轴承型号6208，其尺寸参数为：d=40mm，D=80mm，B =18mm。三.夹具设计31 工艺加工过程 1 模锻2 正火3 车小头端面,钻尖孔粗车各外圆,留加工余量3mm,倒角4 粗车大端200mm外圆,车内肩孔,留加工余量3mm,深度车至尺寸要求.5 调质HB217至2556 精车各外圆,留加工余量0.3mm 7 精车200mm、50mm和104mm至图纸要求，内孔80mm，留加工余量1mm,车端面取总长，钻大端内顶尖孔8 车30斜面9 钻20mm孔留加工余量1mm，孔口倒角10 磨小端各外圆至图纸要求11 车80mm孔至图纸要求12 镗6-20mm孔至图纸要求13 洗键槽至尺寸14 钻斜孔两处8mm至图纸要求15 配钻8mm孔16 检验32 设计夹具为了提高生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。在该零件的夹具设计中， 选择第九道工序钻6-20孔的钻床夹具。本钻模用于Z5140立式钻床中。工件以外圆70和端面在定位套中定位,6个被加工的孔程环行均匀分布在平面上。传动图以锥柄和机床主轴连接，
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