Abstract QKA1219 pipe thread machining numerical control lathe is designed and produced by AnYang XinSheng cooperation. This kind of lathe is mainly developed for oil fields to machining pipe thread. Besides, it also can machine other kind of parts as a normal lathe.

Being a semi-loop controlled NC lathe, this lathe have no feedbox and apron compared with normal lathe, the drive chain between headstock and tool slide is replaced by CN and servo system, so, the purpose of the headstock is not as it in a normal one, and we also should consider of other aspects, hence, the design of headstock becoming very important.

This paper is mainly about this lathe’s headstock drive design. And I show my point mainly from the choose of speed diagram, choose and testimony of the design manner and so on.

Key words NC Machine tools Spindle box Check pipe thread.

第一章绪论…………………………………………………………………………………1

1.1 课题的背景及意义……………………………………………………………1

1.2 数控机床国内外发展现状…………………………………………………………2

1.3 本论文主要研究内容……………………………………………………………4

第二章主轴箱参数的确定……………………………………………………………5

2.1车床的参数和规格…………………………………………………………5

2.2公比和最大相对转速损失率………………………………………………5

2.3动力参数的确定和电机的选择……………………………………………5

第三章传动方案的设计………………………………………………………7

3.1传动顺序组的安排………………………………………………………………7

3.2 传动结构式和结构网的选择…………………………………………………11

3.3转速网的拟订…………………………………………………………………12

第四章传动件的估计和确定…………………………………………………14

4.1 带轮传动的确定………………………………………………………………14

4.2 齿轮齿数的确定………………………………………………………………18

4.3 传动轴的估算…………………………………………………………………18

4.4 齿轮模数的估算………………………………………………………………20

第五章传动结构简图的设计…………………………………………………23

5.1 结构设计的要求………………………………………………………………23

5.2 结构细节的内容………………………………………………………………24

5.3主轴箱传动结构简图………………………………………………………………26

结论………………………………………………………………………………………27

致谢……………………………………………………………………………………………28

参考文献…………………………………………………………………………………29

本课题研究的主要内容是QKA1219数控管螺纹车床的主轴箱传动部分。

该机床主要为油田管螺纹的车削而开发，且适合于各类管螺纹的车削，还可作普通数控车床使用。

该机床属于半闭环控制系统的简式数控管螺纹车床，可以加工以各种曲线为母线的连续的回转体，加工分辨为0.001mm。可加工圆柱、锥面螺纹，以及圆柱与锥面连续连接螺纹、端面螺纹。具有刀具自动补偿功能，具有坯料循环、加工螺纹循环、切槽循环。可任意设定绝对零点。适合多品种、中小批量的轮番加工，工艺适应性强、效率高，成品一致性好。编程容易，操作简单，是理想中的中型机械加工设设备。

QKA1219数控管螺纹车床是将CW系列车床进行数控改造而成的，引进了液压系统从而可以实现8级转速中的4级变速的自动化，由于引进了伺服系统和数控系统，实现了机床的数控化，与普通机床相比省了进给箱和溜板箱，不仅提高了机床的加工精度，而且大大减少了机械设计的繁杂。它与普通机床的具体不同之处在于：主轴箱的运动不再传递给进给箱，而是直接传递给一个脉冲发生器，从而省略了机械内联系传动链，脉冲发生器发出的脉冲被送到脉冲处理器，并经过由数控系统传来的数控编程指令相应的处理，最后到达控制纵向和横向运动的伺服电动机，这样就可以加工出各种复杂形状的轴类零件；但要加工螺纹，还要在加工过程中不乱扣，引进一个脉冲相位处理器就可以实现这个功能。

本课题的主要任务就是利用引进的液动系统来实现主轴箱的4级自动换挡，改进机床的机械结构，实现整个机床的数控化，从而使机床获得较高的生产效率和加工表面质量。

第二章主轴箱参数的确定

2.1车床的参数和规格

表2.1主要规格

加工最大管子直径主轴通孔直径床身上最大回转直径刀架最大回转直径两顶尖距离最大车削长度

190mm200mm770mm480mm750/1000/1500mm550/800/1300mm

表2.2轮廓尺寸要求

规格长度宽度高度净重

7500 1000 15002912 3227 3612171517453.7 3.9 4.2

2.2 公比和最大相对转速损失率

由已知主轴的最大转速和最小转速分别为450r/min 和90r/min ，那么可以知道主轴箱的转速比:

(2-1)

又因为主轴的转速级数z=8，那么由：

（2-2）

得

最大相对转速损失率为：

% （2-3）

2.3动力参数的确定和电机的选择

机床主运动的功率，包括切削功率空转功率损失和附加机械摩擦损失三部分。

进行切削加工时，要消耗切削功率。QKA数控管螺纹车床是专用车床，但也可以当作普通车床使用，所以切削功率与车床的刀具材料、工件材料和切削用量的大小有关。本车床所用的刀具材料为中低碳钢，由公式：

2轴.gif

5轴A3.gif

刹车片.gif

外摩擦片.gif

内容简介：: 毕业设计（论文）开题报告机械工程系（院） 2008 届QKA1219数控管螺纹车床主轴箱传动设计design of headstock of QKA1219 numerical control lathe which machining pipe thread课题类型应用研究课题来源教师指定学生姓名董小峰专业班级机械设计制造及其自动化2班指导教师师会超职称讲师填写日期：2008 年 03 月 22 日一、本课题研究的主要内容、目的和意义该课题的主要目的是设计QKA1219数控管螺纹车床的主轴箱传动. QKA1219数控管螺纹车床是安阳机床厂根据国际市场上数控车床的最新发展趋势研制开发的具有半闭环控制系统的简式数控管螺纹车床，可以加工以各种曲线为母线的连续的回转体，加工分辨为0.001mm。可加工圆柱、锥面螺纹，以及圆柱与锥面连续连接螺纹、端面螺纹。具有刀具自动补偿功能，具有坯料循环、加工螺纹循环、切槽循环。可任意设定绝对零点。适合多品种、中小批量的轮番加工，工艺适应性强、效率高，成品一致性好。编程容易，操作简单，是理想中的中型机械加工设备这种车床是专门为油田管螺纹的车削而开发的,而且适合各类管螺纹的车削,还可以作普通车床使用.毫无疑问的是,这种车床既可以用作专门的用途,又有很高的通用性,随着我国经济的快速发展,必然带动能源需求的增加,势必会刺激油田的钻探和加工输送,这样就需要一大批管螺纹加工车床,而我国管螺纹加工车床的数控化程度还很底,从而影响了螺纹加工的效率.所以,急需要设计生产一种半闭环的数控车床来适应这种要求.机床数控化很关键的一部分就是主轴箱的设计和改造,所以,本课题很有研究的必要性. 本课题研究的重要内容如下:1传动方案设计传动方案设计,包括确定主传动的运动参数,拟订结构网和转速网,确定齿轮齿数和带轮直径,主传动的换向和制动方式,画出主运动的传动的传动系统图.2计算重要传动件计算内容如下:v带选择型号和设计所需的根数;传动轴按扭转刚度要求计算轴受扭部分的直径;齿轮按变动工作用量计算接触强度和弯曲强度,取二者中的较大值确定齿轮的模数;再进行齿轮的几何计算;摩擦片离合器摩擦面对数,对于有线性速度限制的传动件,要检查是否超过了线速度的允许值.3结构的分析与选择主轴组成部件的结构,主轴头已经标准化;正确选择轴承的种类极其组件精度和调整轴承间隙的方法.计算主轴组件的合理跨距.合理选择润滑与密封的方式.注意主轴组件的拆装. 传动轴组件的结构,根据轴承的类型,正确选择轴的轴向定位的方法.轴上所安装的零件的拆装与固定.注意分析是否有需要用卸荷的结构.齿轮的结构,正确选择齿轮的精度并且考虑相应的加工齿轮的方法.对于双联和三联齿轮,加工方法决定了相临齿轮的间距,为了缩短轴向尺寸可以采用镶装的结构.轮毂的长度按导向的要求确定,通常为直径的1.5倍左右. 离合器与制动器,用摩擦片离合器实现主轴的正反转时,应该注意摩擦离合器压紧后的自锁,压紧力的承受以及能否实现内力平衡.制动器的作用,在于停车时消耗惯性动能,应该尽量使制动器位于转动速度较高的恒速轴上.注意选择制动器的安装轴的转动速度. 操纵机构,操纵机构的类型应该与变速要求相适应,注意选择定位机构和防止操纵机构中发生干涉现象.4传动件的验算在装配图完成后,传动件的尺寸和位置均已经确定,便可以验算传动轴的弯曲刚度和滚动轴承的使用寿命.可以选择出承受载荷严重的一根轴进行验算.由于滑移齿轮在轴上有几个啮合位置,在各个啮合位置上,轴和轴承的载荷承受不同,因此应该首先判断和选定受力后使轴的挠度最大或一对齿轮处倾角最大的工作状态,再验算轴的弯曲刚度.轴承寿命的验算,可以在验算的传动轴上选择轴承规格相对较小的支反力相对较大出进行验算.当验算结果不能满足性能要求时,应该修改设计;如果需要修改的地方比较多的话,而时间又不允许时,可以在说明书中阐述改进措施.5绘制零件图和装配图6编写设计说明书说明书的编写应该与设计同时进行,在图样工作全部完成后.二、文献综述（国内外相关研究现况和发展趋向） 1国内数控车床的发展现状数控系统是数控产品的核心技术之一，从50年代末期，我国就开始研究数控技术，开发数控产品，其间三起三落。经过多年来不断的调整、优化、重组、开拓，中国数控产业通过自行研究、引进合作、独立开发、推进产业化进程，国产数控系统已经取得重大突破。在庆祝建国50周年之际，我们可以充满信心地说，中国的数控产业已经渡过了最艰难的时期，开始在产业化的道路上开拓前进。在充满信心的同时，我们更应清醒地认识到，走向新世纪的中国数控产业，尽管获得了新的发展机遇，但面临着更严峻的挑战，需要以更大的勇气、智慧和努力来攀登新的历史. (1) 数控产业的基本情况我国数控机床生产厂共有100多家，其中能批量生产的企业有42家(国有企业30家，民营企业5家，合资、独资企业7家)，平均年产量4050台，几家重点企业年产量可达400700台；数控系统(包括主轴和进给驱动单元)生产企业约50家，但生产具有一定批量的企业有8家，其中国有企业3家，民营企业2家，合资、独资企业3家；生产数控机床配套产品的企业共计300余家，产品品种包括八大类2000种以上。我国数控系统分为3种型级，即经济型、普及型和高级型。这是根据我国当前市场需求的实际情况，按技术应用不同领域和复杂程度进行的阶段性标准来划分的。在经济型数控系统中，我们具有很大优势，在当前每年数千台经济型数控车床和电加工机床的市场上，国产数控系统是“一花独秀”(其中有10%左右的是合资企业产品)。在普及型数控系统的市场中，我们正在取得进展。进入90年代以来，我国数控系统的各方面研究力量在集中优势、突破关键、以我为主、发展产业的原则基础上，逐步形成了以航天数控集团、机电集团、华中数控、蓝天数控等以生产普及型数控系统为主的国有企业，以及北京法那科、西门子数控(南京)有限公司等合资企业的基本力量。当然，拥有我国自主版权的数控系统在市场开拓上仍要尽更大的力量。(2) 技术状况80年代以来，国家对数控机床的发展十分重视，经历了“六五”、“七五”期间的消化吸收引进技术，“八五”期间科技攻关开发自主版权数控系统2个阶段，已为数控机床的产业化奠定了良好基础，并取得了长足的进步。“九五”期间数控机床发展已进入实现产业化阶段。数控机床新开发品种300个，已有一定的覆盖面。新开发的国产数控机床产品大部分达到国际80年代中期水平，部分达到90年代水平，为国家重点建设提供了一批高水平数控机床。在技术上也取得了突破，如高速主轴制造技术(12 000 r/min18 000 r/min)、快速进给(60 m/min)、快速换刀(1.5 s)、柔性制造、快速成形制造技术等为下一步国产数控机床的发展奠定的基础。当前，我国数控系统正处在由研究开发阶段向推广应用阶段过渡的关键时期，也是由封闭型系统向开放型系统过渡的时期。从生产规模上看，已有像航天数控集团、华中数控系统有限公司、北京机床研究所等可实现批量生产的产业化基地。我国数控系统在技术上已趋于成熟，在重大关键技术上(包括核心技术)，已达到国外先进水平。目前，已新开发出数控系统80种。自“七五”以来，国家一直把数控系统的发展作为重中之重来支持，现已开发出具有中国版权的数控系统，掌握了国外一直对我国封锁的一些关键技术。例如，曾长期困扰我国、并受到西方国家封锁的多坐标联动技术对我们已不再是难题，0.1 m当量的超精密数控系统、数控仿形系统、非圆齿轮加工系统、高速进给数控系统、实时多任务操作系统都已研制成功。尤其是基于PC机的开放式智能化数控系统，可实施多轴控制，具备联网进线等功能，既可作为独立产品，又是一代开放式的开发平台，为机床厂及软件开发商二次开发创造了条件。特别重要的是，我国数控系统的可*性已有很大提高，MPBF值可以在15 000 h以上。同时大部分数控机床配套产品已能国内生产，自我配套率超过60%。这些成果为中国数控系统的自行开发和生产奠定了基础。数控产业发展面临的问题(1) 缺乏产业规模在一段时间里，我国数控机床产品品种相对较少，开发和交货周期较长，由于没有按市场需求进行开发，批量不大，不能满足市场需求，市场占有率较低；质量不稳定(可靠性是突出的质量症结)，性能水平与国外相对有一定差距，竞争力不强；软件开发投入不足，开发的数控系统缺少共同的软件规范和支撑平台，尚未实现系列化、商品化，没有产业规模。 (2) 缺乏发展数控产业的政策和技术配套体系40多年来，我国政府对数控机床的发展给予了大量的财力和物力支持，在政策上也陆续出台了一些支持措施，对数控机床的发展起了很好的促进作用。但在政策的配套及相互制约方面力度不够，在引进外资和扩大开放的同时，对国产数控机床的必要保护显得过于单薄。例如，进口产品可以免除关税和进口环节税，而国内产品却很少能享受这种待遇。同时，数控机床的发展需要较高的零部件专业化技术配套体系来支承，而我国工业发展的总体水平尚不能满足这种体系的建立，国家对这种配套体系的建立没有大举措出台，也缺少相应的政策支持，因而未能对数控产业的发展起到更有力的推动作用。 (3) 缺乏技术创新、产品更新和产业调整的内在动力1994年，机床工具工业总产值(1990年不变价)达到176亿元，销售收入达到200亿元，机床总产量创记录地达到26万台。普通机床、一般量刃具等的比例高达93%以上，但数控机床、专用机床及各种自动线所占比例却很小。在当时过热的经济增长刺激下，各类产品均出现供不应求的现象。在普通机床销售势头良好的形势下，机床工具行业被市场假像所迷惑，大部分企业顾及眼前利益，没有及时依*壮大起来的财力进行调整，而是一味加大普通机床产量，放弃了已开始进行的产业调整、产品调整、组织结构调整，放松了技术创新，看不到产业的发展趋势，从而错过了调整的最佳时机，丧失了更进一步发展契机.(4) 面临国外强手竞争的巨大压力进入90年代以来，我国国内市场对数控机床和数控系统迅速增长，成为工业发达国家竞相争夺的目标。面对强手如林的国际竞争对手，国内数控机床和数控系统无论是性能、质量，还是价格都难以与发达国家产品相抗衡，面临着进口冲击的强大压力。我国数控产业发展的条件稳定增长的市场需求我国数控机床80年代以来有了迅速发展，平均年产量增长20%以上；数控机床市场消费量从1990年的2588台增长至1996年的18 000台；目前已是世界数控机床第三进口大国。进入90年代以来，我国数控机床生产企业都经历了结构调整、转变机制的艰苦磨砺过程。由于市场结构的变化，使得1997年数控机床市场消费量下降到14 329台。同时由于进口减少，国产数控机床市场占有率上升到45.9%；1998年数控机床市场消费量下降到11 528台，国产数控机床市场占有率达到53%。19941998年，我国机床工具行业的产值持续滑坡，由于市场变化和结构调整，市场容量减少到原来的75%，总产值为149.6亿元，其中金属加工机床约为90多亿元，市场占有率达到47%，机床(金切和锻压)总产量只有10万台，而在10万台机床的销售额中，数控机床自动化生产线及各种先进量刃具达到27.7%。正是由于结构的变化，才有可能形成产量下降、市场占有率提高的局面。近期，国家为扩大内需，通过加大技改投资和基础设施建设投资的措施来拉动国内市场消费。正在执行中的“国家财政技改专项”和“高新技术产业化项目”，都将形成对数控机床新的市场需求。这将为我国数控产业发展带来新的市场机遇。 3.2现有的发展条件(1)目前我国主要数控机床生产企业年产能力为10 000台，其中经济型数控机床为5 000台以上。到“九五”末期，数控机床生产达到15 000台。(2)到“九五”末期，我国数控系统生产能力为15 000套，其中经济型数控系统约为6 500套。(3)我国主要数控机床配套企业已初具规模，其中，机床数控刀架、滚珠丝杆、滚动导轨、机床电器都引进了技术，能为主机配套。(4)我国主要数控机床生产厂通过“八五”和“九五”期间的技术改造，数控机床生产能力有了很大提高，进口了一批关键加工设备，提高了关键件的加工质量和效率，新建了一批装配调试厂房，改善了控机床制造的装备条件，基本具备了产业化生产能力。 2数控车床未来发展的趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。当前数控车床呈现以下发展趋势。 1. 高速、高精密化高速、精密是机床发展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。为满足这个复杂多变市场的需求，当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加工精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直线导轨副等机床功能部件的面市，也为机床向高速、精密发展创造了条件。数控车床采用电主轴，取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大大减少了主传动的转动惯量，提高了主轴动态响应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运转时皮带和带轮等传动的振动和噪声问题。采用电主轴结构可使主轴转速达到10000r/min以上。直线电机驱动速度高，加减速特性好，有优越的响应特性和跟随精度。用直线电机作伺服驱动，省去了滚珠丝杠这一中间传动环节，消除了传动间隙(包括反向间隙)，运动惯量小，系统刚性好，在高速下能精密定位，从而极大地提高了伺服精度。直线滚动导轨副，由于其具有各向间隙为零和非常小的滚动摩擦，磨损小，发热可忽略不计，有非常好的热稳定性，提高了全程的定位精度和重复定位精度。通过直线电机和直线滚动导轨副的应用，可使机床的快速移动速度由目前的1020m/mim提高到6080m/min，甚至高达120m/min。 2. 高可靠性数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。数控机床能否发挥其高性能、高精度和高效率，并获得良好的效益，关键取决于其可靠性的高低。 3. 数控车床设计CAD化、结构设计模块化随着计算机应用的普及及软件技术的发展，CAD技术得到了广泛发展。CAD不仅可以替代人工完成繁琐的绘图工作，更重要的是可以进行设计方案选择和大件整机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行动态模拟仿真。在模块化的基础上在设计阶段就可以看出产品的三维几何模型和逼真的色彩。采用CAD，还可以大大提高工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短试制周期，降低设计成本，提高市场竞争能力。通过对机床部件进行模块化设计，不仅能减少重复性劳动，而且可以快速响应市场，缩短产品开发设计周期。 4. 功能复合化功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率，使用于非加工辅助时间减至最少。通过功能的复合化，可以扩大机床的使用范围、提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工；或在以铣为主的机床上也可以实现磨削加工。宝鸡机床厂已经研制成功的CX25Y数控车铣复合中心，该机床同时具有X、Z轴以及C轴和Y轴。通过C轴和Y轴，可以实现平面铣削和偏孔、槽的加工。该机床还配置有强动力刀架和副主轴。副主轴采用内藏式电主轴结构，通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。该机床工件一次装夹即可完成全部加工，极大地提高了效率。 5. 智能化、网络化、柔性化和集成化 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控等方面的内容，以方便系统的诊断及维修等。网络化数控装备是近年来机床发展的一个热点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式，如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可*性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标，注重加强单元技术的开拓和完善。CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展。数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP及MTS等联结，向信息集成方向发展。网络系统向开放、集成和智能化方向发展。三、拟采取的研究方法（方案、技术路线等）和实现的可行性论证设计（或研究）方法：（1）由导师指导，指明设计的大体方向和内容；（2）到企业实习调研，进一步确定设计方案；（3）借阅图书馆的有关书籍；（4）查阅网上的相关资料，以借鉴学习。实现的可行性论证：本改造设计实际上是对CW系列普通卧式车床的主轴箱进行数控改造, 在改造设计中，采用的是日本FANUC数控设备公司生产的FANUC 0i-mate数控系统;引进一套日本横田的液动系统,实现要求的主轴箱的4级自动变速,这样的稍微对普通车床加以改造设计的方法是非常可行的,它的机械部分已经经过多年实践的证明,是可靠的,引进的数控液动系统又很经济,非常适合我国国情, 是国内企业提高车床的自动化能力和精密程度的非常有效的选择。它具有一定的典型性和实用性.四、预期结果（或预计成果）课题设计（或研究）的内容：（1）完成5000以上印刷字符的英文资料翻译；（2）了解机床数控化改造发展前沿及其在机械工业中的应用；（3）到企业了解生产线产品的加工流程，工艺的要求和先进的企业管理经验等 ( 4 ) 根据任务要求和改进要求,完成主轴箱各部件的设计: a传动设计和转速图的设计; b各部件的估计和结构设计; c主要传动部件的校核; d截面图设计.五、研究进度安排2.253.22 毕业实习4周3.233.29 熟悉课题完成开题报告1周3.304.26 结构设计及计算4周4.275.24 绘制组件装配图和主要零件图2周5.255.31 完成设计说明书1周 6.016.14 准备答辩及答辩2周六、主要参考文献(1)、机械设计手册第三版第二卷成大先主编化学工业出版社 (2)、机械设计手册第三版第五卷成大先主编化学工业出版社 (3)、机械设计与制造简明手册唐保宁主编同济大学出版社 (4)、实用机床设计手册李洪主编辽宁科学技术出版社 (5)、数控机床维修技术手册孙汗卿主编机械工业出版社 (6)、现代金属切削机床概论贾亚州主编机械工业出版社 (7)、机械传动装置设计手册卜炎主编机械工业出版社 (8)、机修手册王林玉主编机械工业出版社 (9)、机械设计手册第四版第二卷成大先主编化学工业出版社 (10)、机械设计手册新版化学工业出版社 (11)、机械零件设计手册吴宗泽主编机械工业出版社 (12)、机械设机师手册吴宗泽主编机械工业出版社 (13)、实用机械传动设计手册姚振浦主编科学技术出版社 (14)、机械工程师手册赵明生主编机械工业出版社 (15)、现代数控机床王爱玲主编国防工业出版社 (16)、数控机床加工工艺编程技术与维护维修实用手册席子杰主编吉林电子出版社 (17)、数控原理与系统李宏胜主编机械工业出版社 (18)、液压与气压传动王积伟主编机械工业出版社 (19)、公差与配合技术手册唐锡杰主编机械工业出版社 (20)、互换性与测量技术基础陈隆德主编大连理工大学出版社七、审核意见指导教师对开题的意见：指导教师签字：年月日系（院）审核意见：审核人签字：年月日10数控管螺纹车床主轴箱传动设计摘要 QKA1219数控管螺纹车床是安阳鑫盛机床厂设计研发并生产的。该机床主要为油田管螺纹的车削而开发，而且还适合各类管螺纹的车削，同时还可以作为普通车床使用，适合加工形状复杂的轴、套、盘类零件。由于该机床属于半闭环控制的数控车床，比起普通车床省去了进给箱和溜板箱等机械结构，主轴箱和刀架之间的内联系传动链由数控系统和伺服系统代替。所以，主轴箱的功用不仅仅是支承主轴并把动力经变速传动机构场传递给主轴，还要考虑车床的数控化等要求，这就使得主轴箱的设计显得极为主要。本论文的课题是QKA1219数控管螺纹车床的主轴箱传动设计。主要从传动方案的论证和选择，结构网的选择和转速图的拟定等方面来阐述这个课题。关键词：数控机床主轴箱校核管螺纹 Design of headstock of QkA1219 numerical control lathe which machining pipe threadAbstract QKA1219 pipe thread machining numerical control lathe is designed and produced by AnYang XinSheng cooperation. This kind of lathe is mainly developed for oil fields to machining pipe thread. Besides, it also can machine other kind of parts as a normal lathe.Being a semi-loop controlled NC lathe, this lathe have no feedbox and apron compared with normal lathe, the drive chain between headstock and tool slide is replaced by CN and servo system, so, the purpose of the headstock is not as it in a normal one, and we also should consider of other aspects, hence, the design of headstock becoming very important.This paper is mainly about this lathes headstock drive design. And I show my point mainly from the choose of speed diagram, choose and testimony of the design manner and so on. Key words NC Machine tools Spindle box Check pipe thread.目录第一章绪论11.1 课题的背景及意义11.2 数控机床国内外发展现状21.3 本论文主要研究内容4第二章主轴箱参数的确定52.1车床的参数和规格52.2公比和最大相对转速损失率52.3动力参数的确定和电机的选择5第三章传动方案的设计73.1传动顺序组的安排73.2 传动结构式和结构网的选择11 3.3转速网的拟订12第四章传动件的估计和确定144.1 带轮传动的确定144.2 齿轮齿数的确定184.3 传动轴的估算184.4 齿轮模数的估算20第五章传动结构简图的设计235.1 结构设计的要求235.2 结构细节的内容245.3主轴箱传动结构简图26结论27致谢28参考文献29第一章绪论1.1课题背景及意义1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3。近10年来，我国数控机床年产量约为0.60.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6。我国机床役龄10年以上的占60以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个永恒的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。企业要在当前市场需求多变，竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通机床已不适应多品种、小批量生产要求，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。数控机床在机械加工行业中的应用越来越广泛。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能；另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达0.01至0.02mm，已能满足CW6140车床改造后加工零件的精度要求。1.2 数控机床国内外发展现状自从1952年美国第台数控铣床问世至今已经历了50个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有10-20万台，产值上百亿美元。世界制造业在20世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从90年代初开始已出现明显的回升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从2000年至今已接受3个月以后的订货合同，生产任务饱满。我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50%，库存超过4个月。从1995年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1999年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。从2000年8月份的上海数控机床展览会和2001年4月北京国际机床展览会上，也可以看到多品种产品的繁荣景象。但也反映了下列问题：（1）低技术水平的产品竞争激烈，互相靠压价促销；（2）高技术水平、全功能产品主要靠进口；（3）配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口；（4）应用技术水平较低，联网技术没有完全推广使用；（5）自行开发能力较差，相对有较高技术水平的产品主要靠引进图纸、合资生产或进口件组装。当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近300万台），但我们的机床数控化率仅达到1.9左右，这与西方工业国家一般能达到20%的差距太大。日本不到80万台的机床却有近10倍于我国的制造能力。数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国21世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年我们国产全功能数控机床30004000台，日本年产万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口70009000台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。因此，国家计委、经贸委从“八五”、“九五”就提出数控化改造的方针，在“九五”期间，我协会也曾做过调研。当时提出数控化改造的设备可达810万台，需投入80100亿资金，但得到的经济效益将是投入的510倍以上。因此，这两年来承担数控化改造的企业公司大量涌现，甚至还有美国公司加入。“十五”刚刚开始，国防科工委就明确提出了在军工企业中投入6.8亿元，用于对1.21.8万台机床的数控化改造。数控技术经过50年的5个阶段和6代的发展：第1阶段：硬件数控（NC）第1代：1952年的电子管第2代：1959年晶体管分离元件第3代：1965年的小规模集成电路第2阶段：软件数控（CNC）第4代：1970年的小型计算机第5代：1974年的微处理器第6代：1990年基于个人PC机（PCBASEO）第6代的系统优点主要有：（1）元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可达到5万小时以上；（2）基于PC平台，技术进步快，升级换代容易；（3）提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源丰富，使数控功能扩展到很宽的领域（如CAD、CAM、CAPP，连接网卡、声卡、打印机、摄影机等）；（4）对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司，1年生产5万套以上系统，占世界市场约40%左右，其次是德国的西门子公司约占15%以上，再次是德海德汉尔，西班牙发格，意大利菲地亚，法国的NUM，日本的三菱、安川。国产数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数控集团、北京凯恩帝、北京凯奇、沈阳艺天、广州数控、南京新方达、成都广泰等，国产数控生产厂家规模都较小，年产都还没有超过300400套。近10年数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。 (1)高速化由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由30004000r/mi n提高到800010000r/min，铣床和加工中心主轴转速由40008000r/min提高到12000r/min、24000r/min、40000r/min以上；快速移动速度由过去的1020m/min提高到48m/min、60m/min、80m/min、120m/min在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的0.5G（重力加速度）提高到1.52G，最高可达15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。 (2)高精度化数控机床的定位精度已由一般的0.010.02mm提高到左右，亚微米级机床达到0.0005mm左右，纳米级机床达到0.0050.01，最小分辨率为1（0.000001mm）的数控系统和机床已有产品。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1的圆度，插补前多程序段预读，大大提高插补质量，并可进行自动拐角处理等。（3）复合加工、新结构机床大量出现如5轴5面体复合加工机床，轴联动加工各类异形零件。也派生出各新颖的机床结构，包括轴虚拟轴机床，串并联铰链机床等。采用特殊机械结构，数控的特殊运算方式，特殊编程要求。（4）使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼”。如内冷钻头由于使高压冷却液直接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深孔时大大提高效率。加工钢件切削速度能达1000m/min，加工铝件能达5000m/min。（5）数控机床的开放性和联网管理，已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、异行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为21世纪制造业发展的一个主要潮流1.3 本论文主要研究内容本课题研究的主要内容是QKA1219数控管螺纹车床的主轴箱传动部分。该机床主要为油田管螺纹的车削而开发，且适合于各类管螺纹的车削，还可作普通数控车床使用。该机床属于半闭环控制系统的简式数控管螺纹车床，可以加工以各种曲线为母线的连续的回转体，加工分辨为0.001mm。可加工圆柱、锥面螺纹，以及圆柱与锥面连续连接螺纹、端面螺纹。具有刀具自动补偿功能，具有坯料循环、加工螺纹循环、切槽循环。可任意设定绝对零点。适合多品种、中小批量的轮番加工，工艺适应性强、效率高，成品一致性好。编程容易，操作简单，是理想中的中型机械加工设设备。QKA1219数控管螺纹车床是将CW系列车床进行数控改造而成的，引进了液压系统从而可以实现8级转速中的4级变速的自动化，由于引进了伺服系统和数控系统，实现了机床的数控化，与普通机床相比省了进给箱和溜板箱，不仅提高了机床的加工精度，而且大大减少了机械设计的繁杂。它与普通机床的具体不同之处在于：主轴箱的运动不再传递给进给箱，而是直接传递给一个脉冲发生器，从而省略了机械内联系传动链，脉冲发生器发出的脉冲被送到脉冲处理器，并经过由数控系统传来的数控编程指令相应的处理，最后到达控制纵向和横向运动的伺服电动机，这样就可以加工出各种复杂形状的轴类零件；但要加工螺纹，还要在加工过程中不乱扣，引进一个脉冲相位处理器就可以实现这个功能。本课题的主要任务就是利用引进的液动系统来实现主轴箱的4级自动换挡，改进机床的机械结构，实现整个机床的数控化，从而使机床获得较高的生产效率和加工表面质量。第二章主轴箱参数的确定2.1车床的参数和规格表2.1主要规格加工最大管子直径主轴通孔直径床身上最大回转直径刀架最大回转直径两顶尖距离最大车削长度190mm200mm770mm480mm750/1000/1500mm550/800/1300mm 表2.2轮廓尺寸要求规格长度宽度高度净重7500 1000 15002912 3227 3612171517453.7 3.9 4.22.2 公比和最大相对转速损失率由已知主轴的最大转速和最小转速分别为450r/min 和90r/min ，那么可以知道主轴箱的转速比: (2-1) 又因为主轴的转速级数z=8，那么由：（2-2）得最大相对转速损失率为： % （2-3）2.3动力参数的确定和电机的选择机床主运动的功率，包括切削功率空转功率损失和附加机械摩擦损失三部分。进行切削加工时，要消耗切削功率。QKA数控管螺纹车床是专用车床，但也可以当作普通车床使用，所以切削功率与车床的刀具材料、工件材料和切削用量的大小有关。本车床所用的刀具材料为中低碳钢，由公式：（2-4）式中 n-转速（r/min） v-切削速度（m/min） d-工件（或刀具）的回转直径（mm）可以得到最大切削速度：在硬质合金钢允许的切削速度范围内。又已知，允许的最大切削力，允许最大纵向进给力，允许最大横向进给力。那么：（2-5） = 机床运动空转时，要消耗电动机的一部分功率，这部分消耗称为空转功率损失，用表示。中型机床传动链的空转功率损失可以用下列的公式进行计算：（2-6）式中为主运动链中除主轴外所以传动轴轴径的平均直径。如果主运动链的结构尺寸未定，初步选定如下表：表2.3 传动轴的平均直径1.5P2.8kW2.5P7.5kW7.5P14kW=30mm=35mm=40mm 由上表可知=40mm。为主轴前后轴颈的平均值（mm）；为传动链内除主轴外各传动轴的转速之和； =（450+800+100+800+800）r/min=3400r/min 为主轴转速（r/min）；=450r/min 为润滑油粘度影响的修正系数。用N46号机械油，=1；系数。主轴用两支承的滚动轴承，=8.5.=1.32kW机床切削时，齿轮、轴承等零件上也有功率的损耗，比多出来的部分称为附加机械损耗功率。切削功率越大，这部分损耗月大。综上所述，主电动机功率（kW）为：（2-7）为主运动链中各传动副机械效率之积。由机械系统图可以算出=0.92，那么：=。暂时选用电动机的功率为11kW,转速为1460r/min，查表得主电动机的型号为Y160M-4-83.第三章传动方案的设计3.1传动顺序组的安排传动组和传动副可能的方案有：其中方案8=42由于第一传动组的传动副有4个,必然会使传动组的径向尺寸增大,下一级传动副的径向尺寸势必会更大;这种方案会造成结构的臃肿,空间尺寸的增大,不仅不利于结构的优化,而且还会造成材料和动力的巨大浪费,所以,不考虑分析此方案.方案8=24排除其他细节的不同,只考虑第二传动组的4个传动副的安排,大致有如下图两种选择: ab图3.1 8=24的两种方案其中a方案选用了一个四联滑移齿轮，分别与轴和轴上的四个齿轮啮合，这种结构虽然简单，但由于引用了一个四联滑移齿轮，不仅使径向尺寸过大，而且还会增加零件加工工艺的难度，成本会升高。所以，这种方案不是最佳方案。方案b比起8=222的结构，可能会省掉一根轴；而且，由于二级传动副4个传动副用2个联滑移齿轮的结构实现，比起方案a，在一定程度上减小了径向尺寸；但是，为了避免两个滑移同时和下一级齿轮啮合，从而造成齿根被掰断等危险的可能性，必须考虑设计一个互锁机构。这样，设计生产的工作量就会很大，所以，一般不考虑这种方案。方案8=222有以下几种可能的方案： c d e f图3.2 8=222方案的改进方案c最简单，有4根轴3组滑移齿轮副组成，但是主轴齿轮也和滑移齿轮啮合，这样，当齿轮换挡的时候就会给主轴很大的冲击，主轴的精度保证不了，此方案不可行。方案d比起方案c多了一根轴，避免了主轴齿轮和滑移齿轮的直接接触而带来的冲击，但是，轴上有两个双联滑移齿轮，不仅结构重复臃肿，而且还极容易发生干涉，还有待改进。方案e在方案d的基础上引入一个摩擦离合器，代替了一个双联滑移齿轮，克服了c方案的不足，但结构还是过于简单，达不到公比的要求。在方案e的基础上，方案f多了一根轴，多了两个传动副，这样就不至于使公比过大而影响传动的精度。综上所述，方案f为最佳方案。3.2 传动结构式和结构网的选择在中，又因为基本组和扩大组的不同而有不同的方案。可能有四种方案，其结构网和结构式如下: 1) 2) 3) 4) 图3.3几种传动结构网根据下列选择原则:(1) 传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围在降速传动时，为防止被动齿轮的直径过大而使径向尺寸太大，常限制最小传动比。在升速时，为防止过大的振动和噪音，常限制最大传动比。如果用斜齿齿轮传动，则。因此，主传动链任意一个传动组的最大变速范围一般为。对于进给传动链，由于转速通常比较低，零件尺寸也比较小，上述范围可以放宽一些。故。在检查传动组的变速范围时，只需要检查最后一个扩大组。因为其他传动组的变速范围都比它小。根据公式：（3-1）图（2.1）中，方案1）、2）、3）、4）的第二扩大组，则（为公比，暂取1.26），则，都是可行的。（2）基本组和扩大组的排列顺序在这四种结构网（式）方案中，进行比较选择最佳方案。尽量使中间传动轴的变速范围小一些。因为各个方案同号转动轴的最高转速度相同，则变速范围小的，最低转速教高，转矩比较小，传动件的尺寸也可以小一些。比较这四种方案，方案3）中的传动轴变速范围最小，所以方案3）最佳。即如果没有别的要求，应该尽量使扩大顺序与传动顺序一致。 3.3 转速网的拟订本机床选定的结构式中共有三个传动组,变速机构总共需要6根轴.加上电动机轴共7根轴.所以转速图需要7条竖线.主轴8级转速,而电动机轴转速与主轴最低转速差6个公比,所以需要14条横线.由已知, ,那么第三级传动组的变速范围为.这样就确定了轴的8种转速只能有一种可能,即为180,224,280,255,455,560,710,900r/min.同样的道理,对于轴,可取 ,可得轴的转速为710,900r/min.这样可以画出如下的转速图：图3.4 转速网方案1也可以选择电动机转速为2960r/min的方案，主轴箱部分与以上的方案相同，但是，带轮的传动比为，这个方案较之的优点是电动机的体积减小，可以节省设计生产成本，更加经济便宜。缺点是随着传动比的变化，带轮也要相应做调整，这样减小皮带传动副的包角，减小电动机的传动效率，其转速图如下：图3.5 转速网方案2如果选用下图的方案。皮带传动副的传动比为，传动组的改动不大。这个方案避免了第一级传动组的被动齿轮的尺寸增大。但是被动带轮的直径增大，带轮包角减小，传动效率较底。图3.6 转速网方案3如果选用皮带轮的传动比为，其转速图如下：图3.7 转速网方案4虽然对带轮传动效率没有太大的影响，但是第一级的被动齿轮的尺寸可能增大，这样就带动了以后两级的传动组齿轮的尺寸增大，从而不仅设计空间增大，而且会造成材料和动力资源的巨大浪费，不是最佳方案。综上所述，选择方案（1）为备用方案。第四章传动件的估算和确定4.1 带轮传动的确定 QKA数控管螺纹车床第一级用v带轮传动。已知电动机的功率，转速，传动比，每天工作个小时.确定计算功率故（4-1）12.1kW 2.选择v带的带型根据，由图(4.1)选用A型带轮.图4.1 普通v带选型图 .确定带轮基准直径并验算带速v 初选小带轮的基准直径，由表5.1和表5.2，取小带轮的基准直径160mm。表 4.1 v带轮的最小直径槽型YZABCDE（mm）205075125200355500带型基准直径Y20,22.4,25,28,31.5,35.5,40,45,50,56,63,71,80,90,100,112,125Z50,56,63,71,80,90,100,112,125,132,140,150,160,180,200,224,A75,80,85,90,100,106,112,118,125,132,140,150,160,180,200B125,132,140,150,160,170,180,200,224,250,280315,355200,212,224,236,250,265,280,300,315,335,355,400,450355,375,400,425,450,475,500,600,710,750,800,900,1000500,530,560,600,570,710,800,900,1000,1120,1250,1400 表4.2 普通v带的基准直径系列验算带速v (4-2) 因为，故带速合适。计算大带轮的基准直径。根据公式（4-3），计算大带轮的直径： = （4-3）=（1.41.5）160=224240mm 根据表(4-2),圆整=225mm。 4. 确定v带的中心距a和基准长度 1）根据公式 0.72 （4-4）269.5770初步定=350。 2）由公式（4-5）计算带轮所需要的基准长度：（4-5）查表选基准长度=1250mm。）按公式（4-6）计算实际中心距a：（4-6）计算得中心距的变化范围为341.5359.94mm。 5.验算小带轮的包角：（4-7）所以小带轮的包角符合使用要求。 6.计算带的根数 1）计算单根v带的额定功率。由=160mm和=1460r/min，查表得=3.21kw，=0.35kw。查表5.3：表4.3 包角修正系数小带轮得=0.98。查表得，于是：（4-8）。 2）计算v带的根数z：（4-9）取4根。计算单根v带的初拉力的最小值表4.4 v带单位长度的质量带型查表得型v带的单位长度质量，所以：（4-10）应该使带轮的实际初拉力 8.计算压轴力（验算出齿轮时会用到）。压轴力的最小值（4-11） 4.2 齿轮齿数的确定因为传动比i为公比的整数次方，齿数及以及小齿轮的齿数可以从金属切削机床参考书中查得。，。查i为1，1.26两行。有数字的即为可能的方案。结果如下； =92，94，96，98，100，104，108，116 =92，93，95，97，99，100，102，104 从以上两行可以挑出，=116，=104是共有的。如果取=104，则从表中查出小齿轮齿数分别为46，52，58。即，。同理由，查表可得小齿轮的齿数为42，45。依次求出：轴与轴啮合处的齿数为23，37。轴与轴啮合处的齿数为34，44。轴与轴啮合处的齿数为36，75.4.3 传动轴的估算 A 研究轴已知：轴所传递的最大功率为11kw，转速为960r/min，试选用轴的材料为45钢，选许用扭转切应力，那么由：（4-12）得。因为，轴上有一个液动摩擦离合器，需要开花键槽，并且轴内还要钻液动油路，那么轴颈增大5%7%。即（4-13） =29.52mm圆整为标准值，那么=30mm B 研究轴已知：轴传递的功率为11kw，转速为800r/min，640r/min；试选用材料为轴的材料为45号钢，选用许用扭转切应力=25mpa，那么圆整为标准直径=35mm。 C 研究轴已知：轴所传递的最大功率为11kw，转速为1000r/min，800 r/min试选用轴的材料为45钢，选许用扭转切应力，那么：圆整为标准直径=45mm。 D 研究轴已知：轴所传递的最大功率为11kw，最低转速为360r/min，试选用轴的材料为45钢，选许用扭转切应力，那么：圆整为标准直径=40mm。 E研究轴已知：轴所传递的最大功率为11kw，最低转速为180r/min，试选用轴的材料为45钢，选许用扭转切应力，那么：圆整为标准直径=50mm。4.4 齿轮模数的估算估算第一传动组的模数：已知条件有输入功率，小齿轮转速，齿数比为，。工作寿命10年（设没年工作300天），两班制。 1 选定齿轮类型，精度和材料 1）选用直齿圆柱齿轮传动。 2）树控机床的精度要求较高，选用6级精度（GB-10095-88）。 3）材料选择。小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS,大齿轮的材料为45钢（调质），硬度为240HBS，两者材料的硬度差为40HBS。 2 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行计算，即：（4-14）1）确定公式内各计算值。试选载荷系数。计算小齿轮传递的转矩。（4-15）选取齿宽系数=1。查得小齿轮接触疲劳强度极限；大齿轮接触疲劳强度极限。查得材料的弹性影响系数。计算应力循环次数（4-16）（4-17）取接触疲劳寿命系数，。计算接触疲许用应力取失效概率为1%，安全系数，由公式：（4-18） 2）计算试计算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。计算圆周速度v。（4-19）计算齿宽b。（4-20）计算齿宽与齿高之比。模数（4-21）齿高（4-22）计算载荷系数。根据v=3.55m/s，6级精度，查得动载系数。直齿轮，；使用系数；6级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，。由=19.09，查表得，故载荷系数按实际的载荷系数校核所算得的分度圆直径：计算模数m：（4-23）按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式：（4-24）查表确定公式内的计算数值：载荷系数 k=1.512 那么。模数就近圆整。同理可以计算出二、三级的齿轮模数分别为；由于第一根轴要开键槽，还要钻液动回路，轴径

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