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数控车床主传动系统设计【11张CAD图纸+毕业答辩论文】

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数控车床主传动系统设计【全套CAD图纸+毕业答辩论文】.rar

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Ⅰ轴.dwg

主轴.dwg

主轴箱展开图.dwg

传动系统图.dwg

总装配图.dwg

电磁离合器.dwg

皮带轮.dwg

端盖.dwg

轴承透盖1.dwg

轴承透盖2.dwg

轴承透盖3.dwg

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关键词：: 数控车床传动系统设计全套 cad 图纸毕业答辩论文

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摘要

本文作者研究的主要是数控车床的主传动系统，这类主传动系统的设计可用于对普通车床的改造，以适应当前我国机床工业发展的现状，具有一定的经济效益和社会效益。

本文作者完成的设计主要包括根据一些原始数据（其中包括机床的类型、规格等）结合实际条件和情况对车床一些参数进行拟定，再根据拟定的参数，进行传动方案的比较，确定传动方案。然后计算各传动副的传动比及齿轮齿数，再估算齿轮的模数和各轴的轴径，并对齿轮和轴的强度、刚度进行校核。除此之外，还要对箱体内的主要结构进行设计，一些零件的选型，如电磁离合器的选择等，从而完成对整个主传动系统的设计。

关键词：数控车床主传动系统设计

Abstract

What author of this text study numerical control main transmission of lathe mainly, the main design of transmission can use for to ordinary transformation of lathe, In order to adapt to the current situation of the present industrial development of lathe of our country, have certain economic benefits and social benefit.

The design that the author of this text finished includes according to some initial data mainly( type, specification of including the lathe ,etc.) Combine actual condition and situation draft to some parameters of lathe, and then according to the parameter drafted, Carry on the comparison of the transmission scheme, confirm the transmission scheme. It then can't calculate every transmission transmission of the packs than and gear wheel tooth count, estimate modulus and the every axle foot-paths of axle of gear wheel more, And check the intensity, rigidity of gear wheel and axle . In addition, will design the main structure in the body of the case , the selecting types of some parts, Electromagnetic choice of clutch,etc., finish to whole main design of transmission for instance.

Keywords：NC machine tool; main driving system; design

0.引言···········································1

1.总体设计方案拟定·······························2

1.1拟定主云动参数·······························2

1.2运动设计·····································3

1.3动力设计和结构草图设计·······················3

1.4轴和齿轮的验算·······························3

1.5主轴变速箱设计·······························3

1.6进给电机伺服系统设计·························3

2.参数拟定·······································5

2.1车床主参数和基本参数·························5

2.2各级转速的确定·······························5

3.运动设计·······································6

3．1主运动拟定方案······························6

3.2 传动方案的比较·······························6

3.3 各级传动比的计算·····························8

3.4 各轴转速的确定方法···························10

3.5 转速图拟定···································10

4. 主传动系统设计································11

4.1 带轮及带的计算·······························11

4.2 齿轮的计算···································13

4.3 电磁离合器的选择和使用·······················21

4.4 轴的设计和验算······························24

5. 主轴变速箱的装配设计·························30

5.1 箱体内结构设计的特点························30

5.2 设计的方法··································31

6. 典型零件的加工工艺（轴类、盘类、箱体类等）····33

6.1 轴类零件的加工······························33

6.2 箱体类零件的加工····························47

致谢············································56

参考文献········································57

0 引言

这次毕业设计中,我所从事设计的课题是CA6140数控车床主传动机构设计及典型零件的数控加工。此类数控车床属于经济型中档精度机床，这类机床的传动要求采用手动与电控双操纵方式，在一定范围内实现电控变速。总体的设计方案就是对传动方案进行比较，绘出转速图，对箱体及内部结构进行设计，包括轴和齿轮的设计、校核等。

为什么要设计此类数控车床呢？因为随着我国国民经济的不断发展，我国制造业领域涌现出了许多私营企业，这些企业的规模普遍不大，没有太多的资本。一些全功能数控系统，其功能虽然丰富，但成本高，对于这些中小型企业来说购置困难，但是中小型企业为了发展生产，希望对原有机床进行改造，进行数控化、自动化，以提高生产效率。我国机床工业的发展现状是机床拥有量大、工业生产规模小，突出的任务就是用较少的资金迅速改变机械工业落后的生产面貌，使之尽可能提高自动化程度，保证加工质量，减轻劳动强度，提高经济效益。我国是拥有300多万台机床的国家，而这些机床又大量是多年累积生产的通用机床，自动化程度低，要想在近几年内用自动和精密设备更新现有机床，不论是资金还是我国机床厂的能力都是办不到的。因此，普通机床的数控改造，大有可为。它适合我国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要方法之一。目前，我国经济型数控系统发展迅速，研制了几十种简易数控系统，有力地促进了我国数控事业的发展。经济型数控机床系统就是结合现实的生产实际，我国的国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能地降低价格。

简介.jpg

总装配图.gif

传动系统图.gif

主轴箱展开图.gif

主轴.gif

Ⅰ轴.gif

内容简介：: 摘要本文作者研究的主要是数控车床的主传动系统，这类主传动系统的设计可用于对普通车床的改造，以适应当前我国机床工业发展的现状，具有一定的经济效益和社会效益。本文作者完成的设计主要包括根据一些原始数据（其中包括机床的类型、规格等）结合实际条件和情况对车床一些参数进行拟定，再根据拟定的参数，进行传动方案的比较，确定传动方案。然后计算各传动副的传动比及齿轮齿数，再估算齿轮的模数和各轴的轴径，并对齿轮和轴的强度、刚度进行校核。除此之外，还要对箱体内的主要结构进行设计，一些零件的选型，如电磁离合器的选择等，从而完成对整个主传动系统的设计。关键词：数控车床主传动系统设计 ntsAbstract What author of this text study numerical control main transmission of lathe mainly, the main design of transmission can use for to ordinary transformation of lathe, In order to adapt to the current situation of the present industrial development of lathe of our country, have certain economic benefits and social benefit. The design that the author of this text finished includes according to some initial data mainly( type, specification of including the lathe ,etc.) Combine actual condition and situation draft to some parameters of lathe, and then according to the parameter drafted, Carry on the comparison of the transmission scheme, confirm the transmission scheme. It then cant calculate every transmission transmission of the packs than and gear wheel tooth count, estimate modulus and the every axle foot-paths of axle of gear wheel more, And check the intensity, rigidity of gear wheel and axle . In addition, will design the main structure in the body of the case , the selecting types of some parts, Electromagnetic choice of clutch,etc., finish to whole main design of transmission for instance. Keywords： NC machine tool; main driving system; design nts目录 0. 引言 1 1. 总体设计方案拟定 2 1.1 拟定主云动参数 2 1.2 运动设计 3 1.3 动力设计和结构草图设计 3 1.4 轴和齿轮的验算 3 1.5 主轴变速箱设计 3 1.6 进给电机伺服系统设计 3 2. 参数拟定 5 2.1 车床主参数和基本参数 5 2.2 各级转速的确定 5 3. 运动设计 6 3 1 主运动拟定方案 6 3.2 传动方案的比较 6 3.3 各级传动比的计算 8 3.4 各轴转速的确定方法 10 3.5 转速图拟定 10 4. 主传动系统设计 11 4.1 带轮及带的计算 11 4.2 齿轮的计算 13 4.3 电磁离合器的选择和使用 21 nts4.4 轴的设计和验算 24 5. 主轴变速箱的装配设计 30 5.1 箱体内结构设计的特点 30 5.2 设计的方法 31 6. 典型零件的加工工艺（轴类、盘类、箱体类等） 33 6.1 轴类零件的加工 33 6.2 箱体类零件的加工 47 致谢 56 参考文献 57 nts摘要本文作者研究的主要是数控车床的主传动系统，这类主传动系统的设计可用于对普通车床的改造，以适应当前我国机床工业发展的现状，具有一定的经济效益和社会效益。本文作者完成的设计主要包括根据一些原始数据（其中包括机床的类型、规格等）结合实际条件和情况对车床一些参数进行拟定，再根据拟定的参数，进行传动方案的比较，确定传动方案。然后计算各传动副的传动比及齿轮齿数，再估算齿轮的模数和各轴的轴径，并对齿轮和轴的强度、刚度进行校核。除此之外，还要对箱体内的主要结构进行设计，一些零件的选型，如电磁离合器的选择等，从而完成对整个主传动系统的设计。关键词：数控车床主传动系统设计 ntsAbstract What author of this text study numerical control main transmission of lathe mainly, the main design of transmission can use for to ordinary transformation of lathe, In order to adapt to the current situation of the present industrial development of lathe of our country, have certain economic benefits and social benefit. The design that the author of this text finished includes according to some initial data mainly( type, specification of including the lathe ,etc.) Combine actual condition and situation draft to some parameters of lathe, and then according to the parameter drafted, Carry on the comparison of the transmission scheme, confirm the transmission scheme. It then cant calculate every transmission transmission of the packs than and gear wheel tooth count, estimate modulus and the every axle foot-paths of axle of gear wheel more, And check the intensity, rigidity of gear wheel and axle . In addition, will design the main structure in the body of the case , the selecting types of some parts, Electromagnetic choice of clutch,etc., finish to whole main design of transmission for instance. Keywords： NC machine tool; main driving system; design nts目录 0. 引言 1 1. 总体设计方案拟定 2 1.1 拟定主云动参数 2 1.2 运动设计 3 1.3 动力设计和结构草图设计 3 1.4 轴和齿轮的验算 3 1.5 主轴变速箱设计 3 1.6 进给电机伺服系统设计 3 2. 参数拟定 5 2.1 车床主参数和基本参数 5 2.2 各级转速的确定 5 3. 运动设计 6 3 1 主运动拟定方案 6 3.2 传动方案的比较 6 3.3 各级传动比的计算 8 3.4 各轴转速的确定方法 10 3.5 转速图拟定 10 4. 主传动系统设计 11 4.1 带轮及带的计算 11 4.2 齿轮的计算 13 4.3 电磁离合器的选择和使用 21 nts4.4 轴的设计和验算 24 5. 主轴变速箱的装配设计 30 5.1 箱体内结构设计的特点 30 5.2 设计的方法 31 6. 典型零件的加工工艺（轴类、盘类、箱体类等） 33 6.1 轴类零件的加工 33 6.2 箱体类零件的加工 47 致谢 56 参考文献 57 nts0 引言这次毕业设计中 ,我所从事设计的课题是 CA6140 数控车床主传动机构设计及典型零件的数控加工。此类数控车床属于经济型中档精度机床，这类机床的传动要求采用手动与电控双操纵方式，在一定范围内实现电控变速。总体的设计方案就是对传动方案进行比较，绘出转速图，对箱体及内部结构进行设计，包括轴和齿轮的设计、校核等。为什么要设计此类数控车床呢？因为随着我国国民经济的不断发展，我国制造业领域涌现出了许多私营企业，这些企业的规模普遍不大，没有太多的资本。一些全功能数控系统，其功能虽然丰富，但成本高，对于这些中小型企业来说购置困难，但是中小型企业为了发展生产，希望对原有机床进行改造，进行数控化、自动化，以提高生产效率。我国机床工业的发展现状是机床拥有量大、工业生产规模小，突出的任务就是用较少的资金迅速改变机械工业落后的生产面貌，使之尽可能提高自动化程度，保证加工质量，减轻劳动强度，提高经济效益。我国是拥有 300 多万台机床的国家，而这些机床又大量是多年累积生产的通用机床，自动化程度低，要想在近几年内用自动和精密设备更新现有机床，不论是资金还是我国机床厂的能力都是办不到的。因此，普通机床的数控改造，大有可为。它适合我国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要方法之一。目前，我国经济型数控系统发展迅速，研制了几十种简易数控系统，有力地促进了我国数控事业的发展。经济型数控机床系统就是结合现实的生产实际，我国的国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能地降低价格。经济型数控车床有许多优点。 1）其降格便宜，且性能价格比适中，与进口标准数控车床相比，前者只需一万元左右，后者则需十万甚至几十万元。因此，它特别适合于改造在设备中占有较大比重的普通车床，适合在生产第一线大面积推广。从提高资本效率出发，改造闲置设备，能发挥机床的原有功能和改造后的新增功能，提高机床的使用价值。 2）适用于多品种、中小批量产品的适应性强。在普通车床上加工的产品，大都可在经济型数控车床上进行。加工不同零件，只要改变加工程序，很快适应和达到批量生产的要求。 3）相对于普通车床，经济型数控车床能提高产品质量，降低废品损失。数控有较高的加工精度，加工出的产品尺寸一致性好，合格率高。 4）采用数控车床，能解决复杂的加工精度，还能节约大量工装费用，降低生产成本。 5）采用此类车床，还能减轻工人劳动强度将工人从紧张、繁重的体力劳动中解脱出来。 6）可以提高工人素质，促进技术进步。数控系统的出现扩大了工人的视野，带动了学习微电子技术的热潮，为工人由“体力型”向“智力型”过渡创造了条件，促进了工nts厂的技术进步。 7）增强了企业应变能力，为提高企业竞争能力创造了条件。企业应用经济型数控设备对设备进行改造后，提高了加工精度和批量生产的能力，同时又保持“万能加工”和“专用高效”这两种属性，提高设备自身对产品更新换代所需要的应变能力，增强企业的竞争能力。本设计中的数控车床主传动系统的特点就是主电机采用双速电机，这样可以简化箱体内的结构。操纵方式并非是完全数控，而是采用采用手动与电控双操纵方式，在一定范围内实现电控变速。本设计就是对在我国应用非常广泛的C6 型数控车床进行的改造，具有广泛的适应性。 C6 型车床是一种加工效率高，操作性能好，社会拥有量大的普通车床。实践证明，把这种车床改造为数控车床，已经收到了良好的经济效益。总体的设计方案就是对传动方案进行比较，绘出转速图，对箱体及内部结构进行设计，包括轴和齿轮的设计、校核等。设计时一要注意设计的科学性和条理性，另一点就是要注意和实际的结合。设计的依据主要是以经验或类比为基础的传统 (经验 )设计方法。作为一名尚未毕业的大学生，经验自然是我们所欠缺的，所以除了老师的指导，最主要的就是借鉴书上的设计方法。书上虽然不会有完全相同的示例，但一些其他类型的主轴箱设计方法在这个课题上同样适用，适用也只是大体上的适用，具体到一些细节的设计就需我们自己查设计手册了。比如说其中涉及到电磁离合器的设计就需自己解决。虽然我们很缺乏设计的经验，但还应处处从实际出发。从大处讲，联系实际是指在进行机床工艺可能性的分析、参数拟定和方案确定中，既要了解当今的先进生产水平和可能趋势，更应了解我国实际生产水平，使设计的机床、机器在四化建设中发挥最佳的效益。从小处讲，指对设计的机床零部件的制造、装配和维修要进行认真的、切实的考虑和分析，对推荐的设计数据和资料要结合实际情况进行取舍。通过设计实践，了解和掌握结合实际、综合思考的设计方法。 1 总体设计方案拟定 (1)主传动系统部分 1 1 拟定主运动参数 ( maxn 、 minn 、 Z) 机床设计的初始，首先需要确定有关参数，它们是传动设计和结构设计的依据，影响到产品是否能满足所需要的功能要求。根据拟定的参数、规格和其他特点，了解典型工艺的切削用量，了解极限转速maxn、 minn 和级数 Z、主传动电机功率 N。 nts1 2 运动设计根据拟定的参数，通过结构网和转速图的分析，确定传动结构方案和传动系统图。传动方案有多种，传动型式更是式样众多，比如：传动型式上有集中传动的主轴变速箱。分离传动的主轴箱与变速箱；扩大变速范围可以用增加传动组数，也可用背轮机构、分支传动等型式；变速型式上既可用多速电机，也可用交换齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等。然后计算各传动比及齿轮的齿数。 1 3 动力计算和结构草图设计估算齿轮模数 m和轴颈 d，选择和计算离合器。将各传动件及其它零件在展开图和剖面图上做初步的安排、布置和设计。 1 4 轴和齿轮的验算在结构草图的基础上，对一根传动轴和齿轮的刚度、强度进行校核。 1 5 主轴变速箱装配设计主轴变速箱装配图是以结构草图为“底稿”，进行设计和绘制的。图上各零部件要表达清楚，并标明尺寸和配合。 1 6 给电机伺服系统的改造设计为满足尽可能减少改动量的要求，采用步进电机经常接口箱驱动丝杠，带动刀具纵向和横向移动。用滚珠丝杠螺母机构代替普通的滑动丝杠螺母机构，具有摩擦力小，运动灵敏，无爬行现象的特点，也可以进行预紧，以实现无间隙传动，以使传动刚度好，反向时无空程死区。纵向进给机构的改造：拆去原机床的溜板箱、光杠与丝杠以及安装座，配上滚珠丝杠及其相应的安装装置，纵向驱动的步进电机及其和丝杠的链接部分在主轴箱之下并不占据丝杠空间。由于采用滚珠丝杠可提高系统的精度和纵向进给的整体刚度；横向进给机构的改造：由于原横向进给的丝杠空间有限，所以拆除横向丝杠换上滚珠丝杠。由于现在的步进电机的驱动能力很强，步距角也比原来小了很多，所以步进电机和丝杠之间用联轴器连接， 1： 1 传动。方案如图 2-2。 nts 图 2-2 整机方案图（ 3）联轴器图 2-3 是现在广泛采用的直接联接电机轴和丝杠的挠性联轴节。这种联轴节的工作原理是：联轴节的左半部装在电机轴上，当拧紧螺钉 2 时，件 3和件 5 相互靠近，挤压内锥环 17、外锥环 4，使外锥环内径缩小，内锥环外径胀大，使件 5 与电机轴 1 形成无键联接。右半部也同样形成无键联接。左半部通过刚性钢片组成 15 的两个对角孔与螺栓 6、球面垫圈 7、 8 相联。图中表明球面垫圈 8 和右半部件 9 没有任何联接关系。同样，弹性钢片组 15的另外两个对角孔通过球面垫圈 14、 16、螺栓 13 与右半部联接，垫圈 16与件 5 没有任何联接关系。这样依靠弹性钢片组对角联接（即挠性）传递扭矩，且与电机轴和丝杠都无键联接，便是挠性联轴节的工作原理。 1 电机轴； 2、 12 螺钉； 3 法兰； 4 外锥环； 5 左本体； 6、 13 螺栓； 7、 8、 14、 16 垫片； 9 右本体； 10 法兰； 11 丝杠。图 2-2 挠性联轴器 nts2 参数拟定 2.1 车床主参数 (规格尺寸 )和基本参数此经济型数控车床是由 C6140 普通车床改装而来，根据任务书上提供的条件：此数控车床的主轴转速可分高低两档 ,共有 12级转速：其中高低两档各有 6级转速，低速档时maxn=340/, minn =45r/min;高速档时maxn=1800 r/min， minn =235 r/min；此车床床身上最大回转直径为 400mm,主轴端部型式为 C6；主轴通孔直径为 65 mm；主轴孔锥度为公制 70；采用双速电机 :其中电机的转速和功率分别为1000/1500 r/min， 4/5.5KW。 2.2 各级转速的确定已知主轴的转速分为 12 级，又分为高低两档，其中高档最大转速 maxn 为1800r/min，最小转速 minn 为 235 r/min； R1= maxn / minn =1800/235=7.66 R= 1z 1 当机床处于低速档时 ,主轴共有 6级，转速范围nR=minmaxnn=45340=7.556 nR= 1z ，即 = 1znR=5 566.7 =1.499，取 =1.449 706.1 ,已知 minn =45,查标准数列表 (见参考文献 1 第 6 页 ).从表中找到 minn =45,就可每隔六个数取得一个数 ,得低速档的 6级转速分别为 45,67,103,154,230,340 r/min; 当车床处于高速档时 , 主轴共有 6级，转速范围nR=minmaxnn=2351800=7.659 nR= 1z ，即 = 1znR=5 659.7 =1.50,取 =1.50 706.1 ,已知 maxn =1800 ,查标准数列表 (见参考文献 1第 6页 ). 从表中找到maxn=1800, 就可每隔六个数取得一个数 ,得高速档的 6级转速分nts别为 236,354,543,815,1200,1800 r/min。 3 运动设计 3 1 主传动拟定方案拟定传动方案，包括传动型式的选择以及开停、换向、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、机构以及其组成、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、性能及经济性等多方面统一考虑。 3 2 传动方案的比较 3 2 1 采用单速电机已知变速级数为 Z=12。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 Z1、Z2、 Z3、 .各传动副，即 Z=Z1Z2Z3 传动副数由于结构的限制以 2或 3为合适，即变速级数 Z应为 2和 3的因子 Z= a2 3。可以有两种方案方案一 12=2 3 2 nts 传动齿轮数目 2（ 2+3+2） =14。轴向尺寸为 15b。传动轴数目为 4根。操纵机构较为简单：两个滑移齿轮和一个三联滑移齿轮，可单独也可集中操纵。方案二 12=3 4 传动齿轮数目 2（ 3 4） =14个。轴向尺寸为 19b。 nts传动轴数目为 3根。操纵机构较复杂：四联滑移齿轮作为整体式，滑移长度为 12b；如拆为 2个双联滑移齿轮，需要有自锁，以保证只有一个齿轮副啮合。相比之下，还是传动副数分别为 2， 3， 2的三个传动组方案为优。 3 2 2 采用双速电机车床上，有时采用双速电机，双速电机的转速比：电=2，传动系统的公比应当是 2 的整次方根，本设计中的双速电机的公比 = 2 =1.41。这时电机的转速变换起着系统中第一扩大传动组的作用相应基本组的传动级数应为 2，这样使传动系统的机械结构简化。本设计是经济型数控车床，采用电控和手动两种方式，为了结构设计的需要，本设计采用双速电机。 3 3 各级传动比的计算假设结构如图： 52419107683轴轴主轴由于已经设计了各轴之间的相对位置关系，由传动系统草图知共有六个传动比。分别设齿轮 1和齿轮 4之间的传动比为 14i ,齿轮 2和齿轮 5之间的传动比为25i,齿轮 8和齿轮 9之间的传动比为 89i,齿轮 3和齿轮 6之间的传动比为 36i ,齿轮 7nts和齿轮 10之间的传动比为710i,带轮传动比为轮带i。设其中25i14i 36i。当处于低档时，手动操作使得齿轮 8和齿轮 9啮合。当中间的电磁离合器得电，齿轮 2 和齿轮 5 之间啮合，当时的主轴转速最小，为 45或 67 r/min。可得 25i89i轮带i 1000=45r/min 25i89i轮带i 1500=67 r/min 当左侧的电磁离合器得电，齿轮 3 和齿轮 6 之间啮合，当时的主轴转速最大，为 226或 340 r/min。可得 36i89i轮带i 1000=230 r/min 36i89i轮带i 1500=340 r/min 当右侧的电磁离合器得电，齿轮 1 和齿轮 4 之间啮合，当时的主轴转速为100或 150 可得 14i 89i轮带i 1000=100 r/min 14i 89i 轮带i 1500=150 r/min 当处于高档时，手动操作使得齿轮 7和齿轮 10啮合当中间的电磁离合器得电，齿轮 2 和齿轮 5 之间啮合，当时的主轴转速最小，为 236或 354 可得 25i710i轮带i 1000=235 r/min 25i710i轮带i 1500=354 r/min 当左侧的电磁离合器得电，齿轮 3 和齿轮 6 之间啮合，当时的主轴转速最大，为 1200或 1800 可得 36i710i轮带i 1000=1200 r/min 36i710i轮带i 1500=1800 r/min 当右侧的电磁离合器得电，齿轮 1 和齿轮 4 之间啮合，当时的主轴转速为543或 816 可得 14i 710i轮带i 1000=543 r/min nts 14i 710i轮带i 1500=815 r/min 由这 6各方程联列可解得 25i 0.3226 14i 0.7447 36i 1.6452 89i 0.2576 710i 1.3659 轮带i 0.534 传动比的选用时，应注意的几个问题，充分使用齿轮副的极限传动比minu =1/4， maxu =2，虽然可以最大限度地获得变速箱范围或减少传动件数，但会导致齿轮和箱体尺寸过大，齿轮线速度增大，容易产生振动和噪音，要求精度提高。在实践中，往往不采用降速很小、升速很大的传动比，特别是中间轴的传动。因此，从系统的角度考虑，宁可适当增加串联传动组的数目，或者用并联式的分支传动满足变速范围的要求，而避免用极限传动比的传动副。以上几个传动比都符合要求。 3 4 各轴转速的确定方法由传动比和电机的转速，可以计算出各轴的转速； 3 4 1 轴的转速轴从电机得到运动，经传动系统转化成各级转速。电机转速转速和主轴最高转速应相接近。显然，从传动件在高速运转下恒功率工作时所受扭矩最小来考虑，轴不宜将电机转速降得太低。但如果轴上装有摩擦离合器一类部件时，高速下摩擦损耗、发热都将成为突出矛盾，因此，轴转速也不宜太高车床的轴转速一般取 700 1000 r/min左右比较合适。另外也要注意到电机与轴的传动方式，如用带轮传动时，降速比不宜太大，和主轴尾部可能干涉。 3 4 2 中间传动轴的转速对于中间传动轴的转速的考虑原则是：妥善解决结构尺寸大小与噪音、振动等性能要求之间的矛盾。中间传动轴的转速较高时，中间传动轴和齿轮承受扭矩小，可以使轴径和齿轮模数小些，从而可以使结构紧凑。但是，这将引起空载功率和噪音加大。从经验知：主轴转速和中间传动轴的转速时，应结合实际情况作相应修正： 1、对于功率较大的重切削机床，一般主轴转速较低，中间轴的转速适当取高一些对减小结构尺寸的效果较明显。 2、对高速轻载或精密机床，中间轴转速宜取低nts一些。 3、控制齿轮圆周速度 smV /8 ，在此条件下，可适当选用较高的中间轴转速。 3 5 转速图拟定运动参数确定以后，主轴各级转速就已经知道了，而且根据设计出来的各级齿轮的传动比，这样就可以拟定主运动的转速图，使主运动逐渐具体化。电动机轴轴主轴4510315423034023635454381512001800150010000 . 5 3 4 ： 15 3 ： 3 12 0 ： 6 23 5 ： 4 75 4 ： 4 11 7 ： 6 6此车床集中传动 :公比为 41.1 ,级数 Z=12,变速范围 R=1800/45=40。 4 主传动系统设计 4.1 带轮及带的计算选用 V 带传动，电动机的额定功率 P = 4/5.5 KW,转速 n1 = 1000/1500r/min 传动比 i =1.9 一天的运转时间 10h.现以 P=5.5KW 和 n1=1500r/min 进行计算。 1.确定计算功率 P d 由机械设计表 7 6 工作情况系数查得工作情况系数 K A = 1.3,故： P d = K A P = 1.3 5.5 = 7.15 KW 2.选取 V 带带型根据 P d、 n 1 由机械设计图 7.11 窄 V 带选型图确定选用 B 型。 3.确定带轮基准直径由机械设计表 7.7 带轮的最小基准直径和 7.2 带轮的基准直径系列取主动轮基准直径 d d1 = 125 mm 从动轮基准直径 d d2。 ntsd d2 = i d d1 = 1.9 125 =237.5 mm 根据机械设计表 7.3V 带轮的基准直径系列，取 d d2 = 250 mm,其传动误差 . 故可用 4.验算带的速度所以带的速度合适。 5.确定窄 V 带的基准长度和传动中心距 min = 0.7（ d d1 + d d2） = 0.7 （ 125 + 250） = 262.5mm max = 2 (d d1 + d d2 ) = 2 （ 125 +250） = 750 mm 因要求结构紧凑 ,初步确定中心距 0 =400 mm 根据机械设计式（ 7.4）计算带所需的基准长度由机械设计表 7.2V 带的基准长度系列选带的基准长度 Ld = 1400mm 按机械设计式（ 7.22）计算实际中心距 a 6.验算小轮包角 1 由机械设计式（ 7.3）得所以主动轮上的包角合适。 7.计算窄 V 带的根数由机械设计式（ 7.23）知由表 7.3 查取单根 V 带所能传递的功率为由式 (7.19)计算功率增量 nts由表 7.4 查得由表 7.5 查得故得查机械设计表 7.8 包角系数 Ka 得： K =0.95，查表 7.2V 带的基准长度系列及长度系数 KL 得： KL = 0.90 则取 z =4 根。 8.计算初拉力 F0 查机械设计表 7.1V 带单位长度的质量得： m = 0.17kg/m，由式 (7.24)得初拉力 9.计算作用在轴上的压轴力 Q 由机械设计式（ 7.25）得： 4.2 齿轮的计算 4.2 .1 确定齿轮齿数和模数（查表法）可以用计算法或查表法确定齿轮齿数，后者更为简便。根据上面计算的传动比和初步定出的小齿轮齿数，查表即可求出齿轮副齿数之和，再减得大齿轮的齿数。用查表法求轴和轴上的齿轮的齿数和模数常用传动比的适用齿数（小齿轮）（见参考书 1第 20页）。选取时应注意：不产生根切。一般取 Zmin 18 20； nts保证强度和防止热变形过大，齿轮齿根圆到键槽的壁厚 2m,一般取5mm则 Zmin 6.5+2T/m。同一传动组的各对齿轮副的中心距应当相等。若模数相同，则齿数和亦应相等。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 3 4 个齿。防止各种碰撞和干涉。三联滑移齿轮的相邻两齿轮的齿数差应大于 4。所以，可以假设其中最小的齿轮 2 齿数为 20，而且由上可知，齿轮 2 和齿轮 5之间的传动比为 3.1，查常用传动比的适用齿数（小齿轮）表，可找到最接近的传动比为 3.15，当时的齿数之和为 82。可得大齿轮齿数为 62。齿轮模数的估算按接触疲劳和弯曲疲劳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经知道后方可确定 ,所以只在草图画完之后校核用。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： m 323 znjNmm 1 其中 N-计算齿轮传递的额定功率 N= Nd 齿轮点蚀的估算： A 3703 njNmm1 其中 nj 为大齿轮的计算转速 ,A为齿轮中心距。由中心距 A及齿数 z1、 z2求出模数： 212 zz Amj 1 根据估算所得m和 mj 中较大得值 ,选取相近的标准模数以齿轮 2和齿轮 5为例 nj =轮带i n=1500 0.534=801 r/min N=5.5 0.95=5.225kw m 323 534.0150062 225.5 1.509 ntsA 3703 534.01500 225.5 69.133mm 6220 133.692 mj 1.686 所以 ,根据 mj 选取 ,为了保证模数一定满足要求 ,假设齿轮 2和齿轮 5的模数为 3 由此可知 ,输入轴 1和传动轴 2之间的中心距为 A=2 )52( zzm =2 )6220(3 =123mm 同理且根据 1 轴和 2 轴之间的距离始终为 123mm,可得出 1 轴和 2 轴之间其余的齿轮的齿数和模数分别为 z1=35 m1=3 z4=47 m4=3 z3=51 m3=3 z6=31 m6=3 4 2. 2 确定齿轮的齿数和模数（计算法）并校核以齿轮 8和 9 为例 , 设计时采用最高转速，即齿轮 10的转速为 1800r/min,已知该组齿轮传递的功率为 5.5KW,已知传动比为 89i 0.2576,假设齿轮对称布置 ,使用寿命为 8 年 ,每年以 300工作日计 ,两班制 ,中等冲击 ,齿轮单向回转。 1、齿轮的材料、精度和齿数选择因传递功率不大、转速不高、材料按表 7-1 选取，都采用 55 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 6级，软齿表面粗糙度为 aR 1.6。软齿面闭式传动，失效形式为点蚀，考虑传动平稳性，取齿轮 8 的齿数为 17，则齿轮 9 为 17/0.2576=66 2、设计计算（ 1）、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。（ 2）、按齿面接触疲劳强度设计 311 )1(2 u uKTZZZddHEHt 2 nts 1T =9.55 mmNmmNnp .1 1 3 2 9 0.171 8 0 0 665.51055.91066 由图 7-6选取材料的接触疲劳极限应力为 : aH MP580lim2 , aH MP560m in2 由图 7-7选取材料的弯曲疲劳极限应力为 : aF MP230lim1 , aF MP210lim2 应力循环次数 N由式 (7-3)计算 66/830016171 8 0 0601 N = 91007.1 2N uN1 89 1076.266 171007.1 由图 7-8查得接触疲劳强度寿命系数 11 NZ, 2NZ1.02 由图 7-9查得弯曲疲劳寿命系数 11 NY, 2NY1, 由表 7-2 查得接触疲劳安全系数 minHS 1,弯曲疲劳安全系数 minFS 1.4,又STY=2.0,试选 tK1.3 由前面的式子求得许用接触应力和许用弯曲应力 aNHHm MPZS 580 1limlim1 2 aNH linHH MPZS 5 7 1 2lim12 2 aNFSTFF MPYS Y 3 2 814.1 22 3 01l i ml i m11 2 aNFSTFF MPYS Y 3002l iml im22 2 将有关值代入式子得 3 11 )1(2 u uKTZZZddHEHt = 3266831 1 3 2 9 03.1257190.08.1895.2 =59.17 2 则 100060 111 ndV t1.44 sm/ nts查图 7-10 得 09.1vK; 由表 7-3 查得 25.1AK ;由表 7-4 查得 05.1K;取 1K;则 431.1105.109.125.1 KKKKK VAH修正 mmddt 95.6003.117.593.1431.1311 2 mmzdm 58.317/95.60/ 11 由表 7-6取标准模数 5.3m 3校核齿根弯曲疲劳强度由图 7-18查得 2.41 FSY0.42 FSY取 7.0Y由式（ 7-12）校核大小齿轮的弯曲强度 1213211 87.767.02.453.31711 1 3 2 9 043.122FaFSdF MPYYmZK T I 2 20.732.40.487.7621212 FaFSFSFF MPYY 2 所以，初选的齿轮齿数和计算出的模数符合要求。求得齿轮 8和 9的齿数和模数分别为 z8=17 m8=3.5 z9=66 m9=3.5 其中齿轮 8 的齿数为 17，有可能会发生根切现象，所以要修正齿轮，用变位修正法求得 8 齿轮的变位系数为 +0.218。用同样的方法可以求得其他齿轮的变位系数。列出各齿轮的齿数、模数、和变位系数编号模数齿数齿形角变位系数 1 3 35 20 +0.5 2 3 20 20 +0.8 3 3 51 20 0 4 3 47 20 -0.5 5 3 62 20 0 nts6 3 31 20 0 7 3 56 20 0 8 3 5 17 20 +0.218 9 3 5 66 20 0 10 3 41 20 +0.169 齿轮材料为 55 钢 ,热处理为齿部 G58 0.2,深 0.5 4 2. 3 齿轮的精度设计；齿轮精度设计的方法及步骤： 1、确定齿轮的精度等级； 2、齿轮误差检验组的选择及其公差值的确定； 3、计算齿轮副侧隙和确定齿厚极限偏差代号； 4、确定齿坯公差和表面粗糙度； 5、公法线平均长度极限偏差的换算； 6、绘制齿轮零件图。以齿轮 9为例：齿数为 66，模数为 3.5,变位系数为 0。确定齿轮的精度等级由于该齿轮是主轴箱内的齿轮，对传动精度和稳定性的要求都比较高，主要要求的是传动平稳性精度等级。据圆周速度 100060 dnv sm /11.460 000 34 0665.3 对于如此要求高的齿轮采用 6级精度。齿轮误差检验组的选择及其公差值的确定该齿轮属中等精度，且为批量生产查表 12-3选定iF、WF、if、F组成检验方案。根据 mmmzd 2 3 1665.311 及 mmb 271 查表 12-13、表 12-14、表 12-15可得公差值：第公差组 36rF 25F 45pF 第公差组 9ff 11ptf10pbf第公差组 9Fnts计算齿轮副侧隙和确定齿厚极限偏差代号代号计算齿轮副的最小极限侧隙minnj由表 12-10 按油池润滑和 smv /11.4 查得 035.05.301.001.01 nn mj s in)(2 22112 tn taj 6 根据齿轮和箱体的材料，从材料手册上查得，钢和铸铁的线膨胀系数分别为 c /105.11 61 ， c /105.10 62 。传递的中心距 mmzzma 25.1452 )1766(5.32 )21( 6 所以， mmjn 038.0031.0120 25.1452 确定齿厚极限偏差代号齿厚上偏差由式（ 12-15） nbbnnnassFffjjfE c os2104.2t a n 22212216 式中 F 前面已查得 9F m pbf 由表 12-14 按 6级精度查得 mf pb 111 mf pb 92 由表 12-17按 145.5， 6级精度查得 mfa 20，所以，代入数据得 mEss 56 ，因为 11ptf1156 ptssfE由图 12-29或者 12-9查得齿厚的上偏差代号为 G，因此 666 ptss fE 齿厚下偏差可知 22 ta n2rrnS bFT 6 查表 12-13 ， 6 级精度齿轮 mFr 36 ，查表 12-11 ，ntsmmITb r 917226.1826.1 ，所以 mT s 24.71913620ta n2 22 mmTEE SSSsi 1377166 5.12111 37 ptsifE 由图 12-29或表 12-9查得齿厚下偏差代号为 K，因此 mE si 1 3 21112 至此，小齿轮的精度为： 6GK GB10095-88 确定齿坯公差、表面粗糙度齿轮内孔是加工、检验及安装的定位基准，对 6级精度的齿轮，由表 12-18查得：内孔尺寸公差为 IT7，内孔直径为 85mm,偏差按基准孔 H 选取，即齿轮内孔的下偏差为 0，上偏差为 +0.022。内孔的形状公差按 6 级决定或遵守包容原则。定位端面的端面圆跳动公差由表 12-19 查得为 0.014mm。齿顶圆只作为切齿加工的找正基准，不作为检验基准，故其公差选用IT11，齿顶圆直径 mmmhddaa 2 3 8211 ，偏差按基准轴 h 选取 ,即下偏差为-0.290，上偏差为 0。齿轮的表面粗糙度按 7 级查表 12-20，各表面粗糙度aR分别为：齿面aR=1.6,内孔aR=1.6,基准端面aR=3.2,齿顶圆aR=6.3。公法线平均长度极限偏差的换算公法线的公称长度 W 及其跨齿数 k,可从机械设计有关手册中查得或按式12-7和式 12-8求得跨齿数 85.09/665.09/ zk 724.8066014.0)116(476.15.3014.0)12(476.1 zkmW 6 该齿轮为中模数齿轮，控制侧隙的指标宜采用公法线平均长度极限偏差wiwsEE，按换算式 12-20、式 12-21、式 12-22得 mFEE nrnssw m s 9.7020s i n3672.020c o s66s i n72.0c o s 6 mFEE nrnsiw s i 2.1 1 520s i n3672.020c o s1 3 2s i n72.0c o s nts6 齿轮工作图下图为本例齿轮零件图。法向模数齿数齿形角齿顶高系数径向变化系数跨齿数跨 K 齿公法线平均长度偏差精度等级配对齿轮公差组齿轮副中心距及其极限偏差m nzha *kwk6GKGB10095-88a f a图号齿数检验项目代号FwFrFpf ff ptf pbF 3.566201088 0 . 7 2 4-0.071-0.115145.5 0 . 0 2 013817公差值0.0250.0360.0450.0090.0110.0100.009两端面未注倒角（）其余4.3 电磁离合器的选择和使用随着机床设备向自动化趋势发展 ,电磁离合器和制动器的应用越来越广泛 ,本设计为经济型数控车床 ,采用手动和电动相结合的方式 ,其中的电控就是用电磁离合器来实现的 ,电磁离合器是自动化控制的主要元件之一 ,它具有结构紧凑、易于实现远距离操纵和自动控制等特点，同时能满足简化机床结构，提高nts齿轮箱的传动刚度和加工精度，实现机床高响应性、高频率动作等方面的要求。我设计的主轴箱采用了 3 个电磁离合器，大大简化了主轴箱内结构。离合器的类型很多，有通电工作的，也有失电工作的。按其传递扭矩形式可分为摩擦式离合器、牙嵌式离合器，磁粉式离合器以及转差式离合器；按其工作条件可分为湿式离合器和干式离合器；按其电流馈入的方式可分为有滑环离合器和无滑环离合器。选择离合器的型号规格之前，必须充分了解各种离合器的动作特性及其优缺点。在选择离合器过程中最重要的因素是扭矩，扭矩表示所传递的动力，假如摩擦片数一定，则所传递扭矩大小和离合器有效半径相对应。但在实际上，速度、温度、摩擦片的磨损情况，污染情况都影响工作扭矩。在设计过程中，计算扭矩是工作载荷的惯性和运动载荷的惯性之和，用 T表示计算扭矩可用下式求出： mkgttgV R SWttNSKWTmLmr .)()(308 )( 2 7 式中 rW -旋转组件的重量 K-旋转组件的回转半径 N-回转转速 S-工作安全系数 LW -直线运动组件的重量 V-线性速度 R-变旋转运动为直线运动皮带轮的半径 g-9.8 t-机器启动所需时间 mt -电磁离合器吸合时间但在实际工作中 ,很多设备的精确载荷难以计算。一般是根据输入动力确定所需扭矩。 mkgNPST .975 7 式中 P-输入功率 S-工作安全系数 N-输入转数 nts 从上式中看出，对扭矩影响最大的是安装离合器轴的回转转数。因此。一定动力下，较高的转数对应低的扭矩，因此，在设计中尽可能将离合器装在传动链中转速较高的位置，这通常要求离合器和电机同轴。本设计中的主轴箱采用的是油润滑，所以选用的电磁式离合器是湿式的。根据轴的结构和相互关系，而且轴的扭矩小于轴的扭矩，分析后，选择在轴上的两个离合器均为 DLM5 系列离合器，其型号为 DLM5-10；轴上的扭矩大于轴，其型号可选为 DLM5-25。 DLM5 系列摩擦片式电磁离合器的主要尺寸和特性参数

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