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机械毕业设计全套
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JC01-088@数控龙门铣床设计,机械毕业设计全套
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本科毕业 设计（ 论文 ） 轻型龙门铣床 XKQ2010 30 设计 曲红军 燕 山 大 学 2010 年 6 月 nts 本科毕业 设计（ 论文 ） 轻型龙门铣床 XKQ2010 30 设计 学院（系）： 机械工程学院 专 业： 机制 学生 姓名： 曲红军 学 号： 060101010155 指导 教师： 答辩 日期： 2010.6.24 nts 燕山大学毕业设计（论文）任务书 学院：机械工程学院 系级教学单位：机械制造工程系 学 号 60101010155 学生 姓名 曲红军 专 业 班 级 机制 06-1 题 目 题目名称 轻型龙门铣床 XKQ201030 设计 题目类型 工程设计 题目性质 真实 题目来源 自选 主 要 内 容 1. 方案设计（工艺分析、工作原理、经济技术分析） ; 2. 龙门架， 主轴 箱 、工作台部件设计 ; 3. 动力及其控制系统 原始参数与目标参数： 最大加工尺寸 30001 2001 200 (毫米 ); 工作台最大荷重 2 吨 ,主轴箱 3个 ,回转角度垂直 30 水平 +30 -15。 基 本 要 求 机器总装配图、部件装配图 不少于 A0 3 张 典型零件图 A3 1 张 主电控系统图 A1 1 张 设计说明书 1 份，设计说明书 2万字以上，分析、计算准确详尽，格式符合“毕业设计撰写规范” 参考文献（不包括教科书） 15篇以上，含一篇外文文献并译成中文（ 5千字） 参 考 资 料 原始资料教师提供 机械设计手册、机床设计手册、机床设计图册等 自查科技论文 周次 1 4周 5 8周 9 12周 13 16 周 17周 应 完 成 的 内 容 调研、查资料、方案设计、完成开题报告 总体设计（草图）、部件设计（草图）、所有分析与计算 总图、部件图绘制。 控制系统设计、典型 零件图绘制、译文、设计说明编制 设计评审，答辩准备 指导教师：李金良 职称：教授 2010年 2月 28日 系级教学单位审批： 年 月 日 nts燕山大学本科生毕业设计（论文） I 摘 要 从研究 数控龙门铣床 着手，借鉴国内外先进经验 ， 设计了一台用于板 材及多种工件 加工的数控 龙门铣床 ，满足了生产和设计的要求 。整个 龙门铣 床主要包括横纵向进给机构、立柱、横梁、底座、工作台等主要组部件。其中所有进给机构均采用滚珠丝杠进行传动，并由 伺服 电机进行驱动。主轴 箱 安装在龙门架上 ， 运用类 比 法自行设计了滚珠丝杠螺母副的制动装置 。 全面阐述了数控 龙门铣床 的结构原理，设计特点，论述了采用 伺服 电机和滚珠丝杠螺母副的优点。详细介绍了数控 龙门铣床 的结构设计及校核，并进行了分析。另外汇总了有关技术参数。 其中着重介绍了滚珠丝杠的原理及选用原则，系统地对滚珠丝杠生产、应用等环节进行了介绍。包括种类选择、参数选择、精度选择、循环方式选择、与主机匹配的原则以及厂家的选择等。 关键词 龙门铣 床 数控 伺服 电机 滚珠丝杠 nts摘要 II Abstract Begins from the research CNC planer type milling machine, to profit from the domestic and foreign advanced experiences, designed one to use in the sheet material and various workpiece the numerical control CNC planer type milling machine, has satisfied the production and the design request. Elaborated comprehensively the numerical control CNC planer type milling machines structure principle, the design feature, elaborated has used step-by-steps the electrical machinery and the ball bearing guide screw nut vice-merit. Introduced in detail the numerical control CNC planer type milling machines structural design and the examination, and have carried on the analysis. And has compiled the related technical parameter. In which introduced emphatically the ball bearing guide screw principle and selects the principle， To ball bearing links and so on guide screw production, application has systematically carried on the introduction. Including the type choice, the parameter choice, the precision choice, the round-robin mode choice, the principle as well as the factory choice which matches with the main engine and so on. Keywords planer type milling machine Board Numerical control Step-by-steps the electrical machinery Ball bearing guide screw nut nts III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 第 1 章 绪论 . 1 1.1 背景 . 1 1.2 数控技术的应用与发展 . 1 1.2.2 数控技术的发展趋势 . 2 1.3 数控机床的分类 . 2 1.3.1 按工艺用途分类 . 3 1.3.2 按运动方式分类 . 3 1.3.3 按控制方式分类 . 3 1.4 经济型数控机床 . 4 1.4.1 经济型数控机床的概念 . 4 1.4.2 经济型数控机床的分类 . 4 1.4.3 经济型数控机床的特点 . 5 1.5 数控机床的组成及工作原理 . 5 1.5.1 数控机床的组成 . 5 1.5 本章小节 . 8 第 2 章 数控龙门铣床总体方案设计 . 8 2.1 机床的设计要求 . 8 2.2 设计方案 . 8 2.3 本章小节 . 11 第 3 章 机床主轴箱的设计 . 12 3.1 主轴箱的设计要求 . 12 3.2主传动系统的设计 . 12 3.2.1 主传动功率 . 12 3.2.2 驱动源的选择 . 13 3.2.3 转速图的拟定 . 13 3.2.4传动轴的估算 . 15 3.2.5齿轮模数的估算 . 17 nts IV 3.3主轴箱展开图的设计 . 18 3.3.1设计的内容和步骤 . 18 3.3.2 有关零部件结构和尺寸的确定 . 18 3.3.3 各轴结构的设计 . 20 3.3.4 主轴组件的刚度和刚度损失的计算 . 21 3.4 零件的校核 . 23 3.4.1齿轮强度校核 . 23 3.5 本章小节 . 24 第 4 章 进给伺服系统设计 . 26 4.1 对进给伺服系统的基本要求 . 26 4.2进给伺服系统的设计要求 . 27 4.3滚珠丝杠的选择 . 27 4.3.1 滚珠丝杠副的导程hP. 28 4.4同步齿形带的选择 . 30 4.5伺服电机的选择 . 30 4.6 滚珠丝杠副的安全使用 . 31 4.6.1 润滑 . 31 4.6.2 防尘 . 31 4.6.3使用 . 32 4.6.4 安装 . 32 4.7 伺服进给系统结构图的设计 . 32 4.8 本章小节 . 34 第 5 章 床身、横梁导轨和工作台 . 35 5.1 床身结构 . 35 5.1.1 对床身结构的基本要求 . 35 5.1.2 床身的结构 . 36 5.2 导轨 . 38 5.2.1 导轨的润滑与防护 . 38 5.2.2 导轨的 安装调整 . 39 5.3 工作台 . 39 5.4 本章小节 . 39 结论 . 39 nts V 参考文献 . 40 致谢 . 41 附录 1 . 42 附录 2 . 48 附 录 3 . 53 nts第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪论 1.1 背景 二十世纪中期以来，由于航空和航天技术的快捷发展，对于各种飞行器的加工提出更好更快的要求。这些零件形状大都相当复杂，材料多为难加工的合金，用传统的机床和工艺方法进行加工，不能保证精度，也很难提高生产效率，随着计算机的发明和发展，是数控机床的设想成为现实，且已经或即将成为现代机械制造生产过程的基本环节。 也就是说，结合现实的生产实际，根据我 国的国情，在满足系统基本功能的前提下，尽可能降低价格、提高生产率、提高产品质量、降低废品率、提高加工精度、节约工装费用、降低生产成本、缩短生产周期、减轻工人的劳动强度，以致使企业取得最好的技术经济效果，在这种总的前提和要求下，就必须使机械加工自动化，适应于生产对象经常改变的情况，并且具有较好的通用性，较大的柔性。因此经济性数控机床就这样被设计并被广泛的应用在现代化生产当中。 1.2 数控技术的应用与发展 随着社会生产和科学技术的发展，机械加工产品的形状和结构不断改进，对加工质量的要求越来越高。由于产品更新换 代的速度加快，目前在一般机械加工中单件、小批量生产的产品约占 70%-80%。为了保证产品的质量，提高生产效率和降低成本，要求机床不仅具有较好的通用性和灵活性，而且加工过程要尽可能实现自动化。数控技术就是在这种条件下发展起来的，适用于精度高、零件形状复杂的单价及小批量生产，以数字形式实现控制的一门技术。 1.2.1 数控技术领域与计算机应用的特点 1.2.1.1 数控的技术领域 数控就是以数字程序的形式实现控制的一门技术，它是随着电子计算机的发展而发展起来的，综合了各技术领域里的新 成就，具有广泛的通用性，是高自动化程度的工业自动控制技术。现代数控技术所涉及到的技术领域学科很多，范围较广，除机械技术本体之外，还nts燕山大学本科生毕业设计（论文） 2 有以下关键技术： 1.计算机及接口技术 2.自动控制技术 3.传感器技术 4.信息技术 数控技术首先在机床行业获得广泛应用，现在已有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控加工中心及数控线切割机床等。 1.2.1.2 数控技术中计算机技术应用的特点 计 算机数控多以通用的小型或微型计算机为核心，在增加适当的接口电路及外围设备，来代替数控柜中的专用计算装置。 计算机数控系统有以下特点 1.灵活性强 2.通用性好 3.可靠性高 4.易于实现多功能、高复杂程度的控制 5.使用维修方便 6.具有通信功能 1.2.2 数控技术的发展趋势 从数控系统的发展来看，数控机床已发展了五代在实际应用中，除了机床行业之外，数控技术还应用在其他部门，产生了各种数控设备。例如：数控绘图机、数控绕线机、数控测量机等。随着数控技术向其他行业的推广，计算机技术、成组技术及系统等技术 在各工业部门的应用，推动了机械工业从传统的概念和方法中解脱出来，向着综合自动化的方向变革。在产品设计方面，采用计算机辅助设计（ CAD）技术，可以提高设计质量，缩短设计周期，发现和修正设计中的错误。在加工制造方面，采用计算机辅助制造技术（ CAM），使计算机参与从零件材料选择到加工和装配检验直至成品出库的整个过程。 1.3 数控机床的分类 nts第 1 章 绪论 3 1.3.1 按工艺用途分类 （ 1）一般数控机床 这类机床和传统的通用机床品种一样，其工艺可能性和通用机床相似，且能加工复杂形状零件。 （ 2）数控加工中心机床 它是在一般数控机 床上加装一个刀库和自动换刀装置而构成的一种带自动换刀装置的数控机床。其主要来加工箱体零件。 （ 3）多坐标数控机床 其特点是数控装置的轴数较多，机床结构也比较复杂。 （ 4）计算机群控 它也称为直接数控系统，是一台大型通用计算机直接控制一群数控机床的系统。 1.3.2 按运动方式分类 （ 1）点位控制数控机床 这类机床的数控装置只能控制机床移动部件从一个位置（点）精确的移动到另一个位置（点），在移动过程中不进行任何切削加工。 （ 2）点位直线控制数控机床 这类机床工作时，不仅要控制两相关点之间的位置，还要控制两相关 点之间的移动速度和路线。 （ 3）轮廓控制数控机床 这种机床的控制装置能够同时对两个或两个以上坐标轴进行连续控制。加工时不仅要控制起点和终点，还要控制整个过程中每点的速度和位置。 1.3.3 按控制方式分类 （ 1） .开环控制数控机床 在开环控制中，机床没有检测反馈装置，如图 1-1，数控装置发出信号的流程是单向的，所以不存在系统稳定性问题，故机床加工精度不高，其精度主要取决于伺服系统的性能。 nts燕山大学本科生毕业设计（论文） 4 图 1-1开环控制 示意图 这种机床工作比较稳定，反应迅速，调试方便，维修简单，其控制精度受到限制。它适 用于一般要求的中、小型数控机床。 （ 2） .半闭环控制控制数控机床 这种控制方式对工作台的实际位置不进行检查测量。这种控制方式介于开环与闭环之间，精度没有闭环高，调试比闭环方便。 （ 3） .闭环控制数控机床 这类机床的优点是精度高、速度快，但是调试和维修比较复杂。 （ 4） .混合控制机床 它集中了上述三种控制方式的特点。 1.4 经济型数控机床 1.4.1 经济型数控机床的概念 所谓经济型数控机床就是指价格低廉，操作使用方便，适合我国国情的装有数控系统的高效自动化机床。 1.4.2 经济型数控机床的分类 以驱动和 定位方式划分，经济数控系统可分为以下三类： （ 1） .步进电机式 采用步进电机驱动与定位，是开环系统，不采用其他措施进行补偿位置误差。其力矩不太大，所以机床行程速度较低。可加工锥面、螺纹、简单外形的曲面等，十分灵活。由于性能价格比合适，所以被广泛采用。 nts第 1 章 绪论 5 （ 2） .交流点位式 它采用交流电机变频驱动，用光栅数字点位控制。它可提高精度。但只能加工柱面，且成本高，其性能价格比下降。 （ 3） .半闭环连续控制式 它采用了高性能直流伺服电机驱动，扭矩大，速度高，承载能力强，可进行强力切削，但造价太高不经济，不适用于中小企业 。 1.4.3 经济型数控机床的特点 经济型数控机床有以下特点： 1价格便宜，其性能价格比适中。 2适用于多品种，中小批量产品的自动化生产，对产品的适应性强。 3提高产品质量，降低废品损失。 4能解决复杂零件的加工精度控制问题。 5节约大量工装费用，降低生产成本。 6减轻工人的劳动强度。 7提高工人素质，促进技术进步。 8增强了企业应变能力，为提高企业竞争能了创造了条件。 1.5 数控机床的组成及工作原理 1.5.1 数控机床的组成 数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量反馈装置 和机床主机组成，如图 1-2： 1控制介质 控制介质是存贮数控加工所需要的全部动作和刀具相对于工作位置信息的媒介物，它记载着加工零件的加工程序。常用的有穿孔带、穿孔卡片、磁带和磁盘等。 nts燕山大学本科生毕业设计（论文） 6 图 1-2数控机床的组成 2数控装置 它是数控机床的核心。先导数控机床都采用计算机数控装置，既CNC(computerized numerial control)装置。他能完成信息输入、存储、变换、插补运算以及实现各种控制功能。 3伺服系统 伺服系统世界手术控装置的指令，驱动机床执行机构运动的 驱动部件。包括主轴驱动单元、进给驱动单元、主轴电机和进给电机等。 4测量反馈装置 该装置由检测元件和相应的电路组成，其作用是检测速度和位移，并将信息反馈出来，构成闭环控制。 5机床主机 主机是数控机床的主体，包括床身、主轴、进给机构等机械部件。 1.5.2数控机床的工作原理 当机床进行加工零件时，对加工要求零件尺寸及其参数，加工步骤等专用代码化的数字表示，通过控制介质，输入到控制装置，经微机处理后， 发出控制与运算的信息，在由伺服系统把脉冲信号转换为机床移动部件的运动，从而实现加工需要。 数控装置的基本 组成框图如 图 1-3： nts第 1 章 绪论 7 图 1-3数控装置的基本组成 程序编制的一般步骤： 图 1-4表示的零件图到成品的全过程，虚线框图中即为程序编制的内容及步骤。 图 1-4零件图到成品的全过程 7位坐标轴或执行机构的测量装置，用于对坐标轴（或工作台）实际位置的测量，并反反馈到控制系统或伺服系统，形成全封闭控制。后者用以对驱动电机轴位置检测并反 馈到数控系统或伺服系统形成半闭环控制若不需要检测装置到形成开环控制。 开环系统简单，易于控制，但精度差，低速不平稳，变速扭矩小，一半用于倾覆在变化不太大或经济型数控机床上。 全闭环系统适用于具有传动部件精度高，性能稳定，使用过程温度差变化不大的高精度数控机床。 nts燕山大学本科生毕业设计（论文） 8 1.5 本章小节 本章主要讲述了数控技术的发展趋势以及数控机床的相关知识，包括数控机床的类型，其组成部分和工作原理，着重讲解了其控制原理。 nts燕山大学本科生毕业设计（论文） 8 第 2 章 数控 龙门铣床 总体方案设计 数控机床的总体设计方案由以下三部分组成： 1.技术参数设计： 主要尺寸规格、运动参数（转速和进给范围 )、动力参数（电机功率，最大拉力）。 2.总体布局设计：相互位置关系、运动分析、运动仿真（干涉检查）、外观造型。 3.结构优化设计：整机静刚度、整机的运动性能、整机的热特性。 总布局与使用要求： 1.便于同时操作和观察。 2.刀具、工件，装卸、夹紧方便。 3.排屑和冷却。 2.1 机床的设计要求 本机床的设计，符合国家机床标准。已定设计参数： 工作台： 3000 1200mm 工作台最大荷重 2t 高速高效，结构简单可靠， 功能强大，性能稳定，精度较高，可用于铣削板材以及多种工件等。 2.2 设计方案 我 设计 的主要内容是 工作台移动 数控龙门铣床。 工作台 数控龙门铣床是指 工作台 作纵向移动的龙门铣床。 工作台移动 龙门铣床的最大 特 点是：（ 1）造价便宜 ,容易制造生产 。工作台移动式龙门铣床，整机长度必须两倍于纵向行程长度，而移动式龙门铣床的整机长度只需纵向行程加上龙门架侧面宽度即可。（ 2）机床的动态响应好。 工作台 移动式龙门铣床采用的是固定 龙门架 ,工作台移动可以铣刀做切削运动时更加稳定 ，从而保证了加工精度和机床的响应性能。 1、 机械部分设计 nts第 2章 数控龙门铣床总体方案设计 9 整 机分为床身、龙门架、滑台、主轴箱、三轴进给驱动机构机械部分及相关数控伺服部分。现把设计过程中的重点阐述如下 ： 床身是本次设计工作的基础，床身的尺寸设计影响着对整机的设计，而且设计的合理性直接影响到整机的刚度。床身的上平面即工作台面设计有 K 条 T形槽，为方便床身工作台面和 T形槽的精刨加工，槽完全贯通。床身的左、右两下脚各设计有一个狭长平面，用来安放滚动直线导轨副。 我 把导轨面设计在床身的两下侧，主要是考虑力的传递方向与卸荷问题。因床身会受到龙门框架的重力、切削力和工件的重力，这样的设计可使龙门框架的重力直接传 入到机床的基础上，而床身只受到工件的重力。 龙门框架采用的是整体龙门架的设计概念，即把横梁与左右立柱设计成一体，虽然使铸造和装配调整时的难度加大，但整体龙门框架的刚性更好，更重要的是使主轴箱、滑台等部件有了装配基准。 滑台的设计是在龙门架和主轴箱的几何尺寸确定后，按照主轴的中心尽量贴近横梁上的导轨面为原则，并把 Z轴驱动安装位置设计在滑台上，有效地减轻滑台的重量。 设计进给驱动机构的构思如下： X 轴的进给驱动机构采用双边齿轮齿条副加重预压滚动直线导轨副， Y 轴与 X 轴采用大直径预压滚珠丝杠副加硬导轨副，且导 轨滑动部分贴有工程塑料，避免低速时产生爬行现象，而且导轨部分设计有斜镶条可调装置。这样设计使机床的整体进给性能得以协调，各轴的进给速度和进给力得到了最佳匹配。 主轴箱的上下垂直运动 Z轴采用滚珠丝杠副传动。由于本机床不是高速铣床， Z轴的进给系统为伺服电动机通过传动比为 4的平行轴定比齿轮箱带动滚珠丝杠旋转。 Z 轴的安全问题。首先选用带电磁刹车的伺服电动机，其次在滚珠丝杠上装有一双向超越离合器，防止滚珠螺母自转引起主轴箱机械式下垂。当然，为了保护 Z轴进给机构的精度，还在滑台上装有两个平衡油缸。 平衡力 Q等于主轴箱 部件质量的 85 。 主轴箱的左右移动为 Y轴，为了保证 Y轴的传动精度，并使丝杠只受水平轴向力，故采用伺服电动机与滚珠丝杠直联方式。笔者选用的联轴器带有过载保护装置，在过载时联轴器会自动脱开。 nts燕山大学本科生毕业设计（论文） 10 2、 数控系统选型 数控系统采用的是西门子 4-05，因为此系统提供了龙门轴的同步功能。使用此功能，本机床可以对龙门框架进给轴（ X1， X2）实现无机械偏差的位移。运动的实际值可进行连续比较，即使最小的偏差也可以得到纠正，因此提高了轴的运动精度。 图 1-1 数控龙门铣床总装图（主视图 ） nts第 2章 数控龙门铣床总体方案设计 11 图 2-2数控龙门铣床总装图（右视图） 2.3 本章小节 本章主要讲解了数控龙门铣床的 总理方案设计，其主要内容有机械部分的设计和数控部分设计，根据所给要求制定出总体设计方案 。 nts燕山大学本科生毕业设计（论文） 12 第 3 章 机床主轴箱的设计 3.1 主轴箱的设计要求 1. 具有更大的调速范围，并实现无级调速。 2. 具有较高的精度和刚度，传动平稳，噪声低。 3. 良好的抗震性和热稳定性。 3.2 主传动系统的设计 3.2.1 主传动功率 机床主传动的功率 P 可由下式来确定： cPP 式中 P 机床主传动的功率 cP 切削功率 主传动链的总效率 数控机床的加工范围一般都比较大， cp 可根据有代表性的加工情况，由下式确定： )(6 5 5 0 0/6 0 0 0 0/ KWnMvFP zc 式中 zF 主切削力的切向力（ N） v 切削速度（ m/min） M 切削扭矩 （ N/cm） n 主轴转速 （ r/min） 主传动的总效率一般可取为 0.70 0.85，数控机床 的主传动多用调速电机和有限的机械变速来实现，传动链比较短，因此，效率可以取较大值。 nts 第 3章 机床主轴箱的设计 13 主传动中各传动件的尺寸都是根据其传动的功率确定的，如果传动效率定的过大，将使传动件的尺寸笨重而造成浪费，电动机常在低负荷下工作，功率因数太小从而浪费能源。如果功率定的过小，将限制机床的切削加工能力而降低生产率。因此，要较准确合适的选用传动功率。 3.2.2 驱动源的选择 机床上常用的无级变速机构是直流或交流调速电动机，直流电动机从额定转速 nd向上至最高转速 nmax是调节磁场电流的方法来调速的，属于恒功率，从额定转速 nd向下 至最低转速 nmin是调节电枢电压的方法来调速的，属于恒转矩；交流调速电动机是靠调节供电频率的方法调速。由于交流调速电动机的体积小，转动惯量小，动态响应快，没有电刷，能达到的最高转速比同功率的直流调速电动机高，磨损和故障也少，所以在中小功率领域，交流调速电动机占有较大的优势，鉴于此，本设计选用交流调速电动机。 根据主轴要求的最高转速 4500r/min，最大切削功率 5.5KW,选择北京数控设备厂的 BESK-8型交流主轴电动机，最高转速是 4500 r/min。 3.2.3 转速图的拟定 根据交流主轴电 动机的最高转速和基本转速可以求得交流主轴电动机的恒功率转速范围 Rdp=nmax/nd=4500/1500=3 （ 3-1） 而主轴要求的恒功率转速范围 Rnp= nmax/nd=4500/150=30 ,远大于交流主轴电动机所能提供的恒功率转速范围，所以必须串联变速机构的方法来扩大其恒功率转速范围。 设计变速箱时，考虑到机床结构的复杂程度，运转的平稳性等因素，取变速箱的公比 f 等于交流主轴电动机的恒功率调速范围 Rdp，即f=Rdp=3，功率特 性图是连续的，无缺口和无重合的。 变速箱的变速级数 : Z=lg Rnp/lg Rdp=lg30/ lg 3=3.10 (3-2) 取 Z=3 确定各齿轮副的齿数： nts燕山大学本科生毕业设计（论文） 14 取 S=114 由 u=2 得 Z1=38 Z1 =76 由 u=0.67 得 Z2=68 Z2 =46 由 u=0.22 得 Z3=94 Z3 =20 如取总效率 =0.75，则电动机功率 P=5.5/0.75=7.3kw。可选用北京数控设备厂的 BESK-8 型交流主轴电动机，连续 额定输出功率为 7.5kw。 由此拟定主传动系统图、转速图以及主轴功率特性图分别如图 3-1、图 3-2、图 3-3。 图 3-1 主传动系统图 nts 第 3章 机床主轴箱的设计 15 图 3-2转速图 图 3-3主轴功率特性 3.2.4 传动轴的估算 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。除了载荷比较大的情况外 ，可以不必验算轴的强度。刚度要求轴在载荷下（弯曲，轴向，扭转）不致产生过大的变形（弯曲，失稳，转角）。如果刚度不够，轴上的零件如齿轮，轴承等由于轴的变形过大而不能正常工作，或者产生振动和噪音，发热，过早磨损而失效。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。通常，先按扭转刚度轴的直径，画出草图后，再根据受力情况，结构布置和有关尺寸，验算弯曲刚度。 nts燕山大学本科生毕业设计（论文） 16 计算转速 nj 是传动件传递全部功率时的最低转速，各个传动轴上的计算转速可以从转速图上直接得出如表 3-1所示 : 表 3-1 各轴的计算转速 各轴功率和扭矩计算： 已知一级齿轮传动效率为 0.97（包括轴承），则： 轴： P1=Pd 0.99=7.5 0.99=7.42 KW 轴： P2=P1 0.97=7.42 0.97=7.20 KW III轴： P3=P2 0.97=7.20 0.97=6.98 KW 轴扭矩： T1=9550P1/n1 =9550 7.42/1500=47.24 N.m 轴扭矩： T2=9550P2/n2 =9550 7.20/750=91.68N.m III轴扭矩： T3=9550P3/n3 =9550 6.98/173=385.31N.m 是每米长度上允许的扭转角（ deg/m），可根据传动轴的要求选取，其选取的原则如表 3-2 所示 : 表 3-2 许用扭转角选取原则 轴 主轴 一般传动轴 较低的轴 （ deg/m） 0.5-1 1-1.5 1.5-2 根据表 2-2确定各轴所允许的扭转角如表 3-3所示 : 表 3-3 许 用扭转角的确定 轴 III （ deg/m） 1 1 1 把以上确定的各轴的输入功率 N=7.5KW、计算转速 nj（如表 2-1）、允许扭转角 （如表 2-3）代入扭转刚度的估算公式 40 .0 1 1 Td (3-3) 轴 III 计算转速（ r/min） 1500 750 173 nts 第 3章 机床主轴箱的设计 17 可得各个传动轴的估算直径： 轴： d1=28.8mm 取 d1=30mm 轴： d2=34.0mm 取 d1=35mm 主轴轴径尺寸的确定： 已知铣床最大加工直径为 Dmax=400mm, 则： 主轴前轴颈直径 D1=0.25Dmax 15=85 115mm 取 D1=95mm 主轴后轴颈直径 D2=(0.7 0.85)D1=67 81mm 取 D2=75mm 主轴内孔直径 d=0.1Dmax 10=35 55mm 取 d=40mm 3.2.5 齿轮模数的估算 按接触疲劳强度和弯曲
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