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机械毕业设计全套
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JC01-105@珩齿加工机床,机械毕业设计全套
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注： 1 前言 毕业设计是学生学完大学教学计划所规定的全部基础课和专业课后，综合运用所学的知识，与实践相结合的重要实践性教学环节。它是大学生活最后一个里程碑，是四年大学学习的一个总结，是我们结束学生时代，踏入社会，走上工作岗位的必由之路，是对我们工作能力的一次综合性检验。 1.毕业设计的目的 通过本次毕业设计，使达到以下几个效果： （ 1）巩固、扩大、深化学生以前所学的基础和专业知识； （ 2）培养学生综合分析、理论联系实际的能力； （ 3）培养学生调查研究、正确熟练运用国家标准、规范、手册等工具书的能力； （ 4）锻炼进行 设计计算、数据处理、编写技术文件、绘图等独立工作能力。 总之，通过毕业设计使学生建立正确的设计思想，初步掌握解决本专业工程技术问题的方法和手段，从而使学生受到一次工程师的基本训练。 2、毕业设计的主要内容和要求 本次毕业设计的主要内容是设计珩齿机床的主轴箱。具体设计内容和要求如下： （ 1） 调查使用部门对机床的具体要求，现在使用的加工方法；收集并分析国内外同类型机床的先进技术、发展趋势以及有关的科技动向；调查制造长的设备、技术能力和生产经验等。 （ 2） 珩齿机床的主轴箱的设计主要是设计主轴、各传动轴 及传动齿轮，确定各部分的相互关系；拟订总体设计方案，根据总体设计方案，选择通用部件，并绘制装配图和各零件的零件图； （ 3） 进行运动计算和动力计算； （ 4） 其他零部件的设计和选择； （ 5） 编制设计技术说明书一份。 nts 注： 2 3、程序和时间安排 毕业设计是实践性的教学环节，由于时间的限制，本次毕业设计不可能按工厂的设计程序来进行，具体的说，可以分以下几个阶段： （ 1）实习阶段，通过毕业实习实地调查、研究、收集有关资料，掌握数控电火花线切割加工技术，了解机床的结构、工作原理和设计的基本要求，花两周时间； (2) 制定 方案、总体设计阶段，花两周时间； (3) 计算和技术设计阶段，绘制图纸，整理设计说明书，花四周时间； (4) 答辩阶段，自述设计内容，回答问题，花半周时间 nts 注： 3 1 珩齿加工的基本介绍 珩齿是一种后轮齿表面光整加工技术，可有效的改善齿面质量，粗糙度由 Ra2.5减小到 Ra0.6 以下珩齿方法有齿轮型珩轮，外啮合珩齿，蜗杆式珩轮珩齿和内啮合珩齿。 1 珩磨加工原理 珩磨加工由张开机构将安装在机床主轴珩磨头上的若干根珩 磨油石，以一定压力通过面接触方式压在工件表面上同时使研磨头与工件作相对旋转和往复运动来实现。研磨头与机床主轴或研磨头夹具之间均采用浮动连接，并以工作孔壁作导向面，故加工精度受机床本身精度影响比较小。 研磨加工原理类似三块平板的互研原理。在研磨过程中，将油石切削面与被加工孔的表面，可看成三块表面相互研磨修整，欲达到三块平板互研的目的，需要油石与工件看作两个面，并需保证在每个往复运动中其任意一根油石的每个磨粒在孔壁上的运动轨迹不重复因此需将研磨头的每分钟转数与往复之比选为非整数值。即在圆周上与原始位置应有一个角 位移 a 值研磨头在做旋转和往复运动中，因油石切削面与加工面形成相互交叉而又不重复的相互修整，故能使加工面达到精确表面并形成切削交叉网纹 2 珩磨加工的特点 (1)加工精度高； (2)表面质量好： (3)加工表面使用寿命长； (4)切削效率高； (5)加工范围广； 3 珩磨进给方式 (1)手动进给 (2)定压进给：一次定压进给，二次压力进给，多次压力进给 nts 注： 4 (3定量进给：连续定量进给，脉冲间断定量进给 (4)复合进给 4 珩磨头 1) 磨料 要求其结晶构造完整不含有杂质 2) 粒度 要求其粒度均匀油石粒 度越粗切削效率越高，珩磨表面粗糙度越 3）硬度 在保证自锐条件下，有较高的耐用度，硬度应该准确均一，在一组油石内各点硬度偏差要求在一小级之内，精密珩磨类油石则要求小于半小级。如果硬度过高，则自锐性差，易使工件变形，如果硬度过低，则使用寿命低，表面粗糙度高， 4 ) 组织和浓度 珩磨为面接触，热敏感性强，一般选用疏松组织。当接触面大，材料硬度低韧性大，并且是粗珩时应选用松一些的。 5 珩齿加工 珩齿用于轮齿表面的光整加工，可有效的改善齿面的质量，齿面粗糙度由 Ra2.5 减小到 Ra6.3 以下，某些珩齿方法还能在一定程度上提高轮齿精度，由于效率高，成本低，齿无烧伤，所以广泛用于 7 级以下精度的硬齿面的齿轮加工。 1) 珩齿原理 珩齿相当于一对交错轴斜齿轮传动，将其中一个斜齿轮换成珩磨轮，则另一个斜齿轮就是被加工的齿轮。珩齿是自由啮台展成加工。珩磨轮本身是一个含有磨料的塑料斜齿轮其齿行面上均匀密布着磨粒，每一颗磨粒相当于一个刀刃。在珩齿的过程中，当两者以一定的转速旋转时，由于齿面啮合点之间产生相对滑动，粒圈在珩磨轮表面的磨粒，便按一定的轨迹从被加工齿轮的表面上划过。在外加珩削压力的作用下 ，磨粒切入金属层，磨下极细的切屑，形成切削，是后达到所要求的齿厚和精度。为了珩出整个齿宽，齿轮的轴必须作往复直线运动。 珩齿时的珩削速度就是珩磨轮与齿轮齿啮合点的相对滑动速度。由于啮合接触点是变化的，所以沿齿廓各点的珩削速度也是变化的。珩削速度是随着轴交角的增大而增大。当被珩齿轮的螺旋角为一定时，则珩削速度随着珩磨轮螺旋角的增大nts 注： 5 而增大。当珩磨轮的螺旋角接近 90。时，则珩磨轮变成蜗杆形状，这是斜齿轮的一个特例蜗杆珩磨轮珩齿就是利用这一原理加工的。此时珩削速度达到最大值。 在选取珩磨轮螺旋角时，应避免使珩削速 度等于零。一般来说，外齿珩磨轮的螺旋角取 l0。 15。，内齿珩磨轮的螺旋角取 3。 7。，蜗杆珩磨轮的螺旋角取 2) 珩齿加工方法 珩齿加工相当于一对空间交错斜齿轮传动，由于珩磨轮可以内外斜齿轮形状，可以做成蜗杆形状，而被加工齿轮可以是直齿轮，斜齿轮，内齿轮和外齿轮，珩磨轮与被加亡齿轮的不同啮合方式，则形成不同的加工方法 (1) 按珩磨轮的形状分为：齿轮状珩磨轮珩磨法 蜗杆状珩磨轮珩磨法 (2) 按啮合方式分为：外啮合珩磨法 内啮合珩磨法 (3)按两轴的状态分为：平行轴珩磨法 (珩磨时珩磨轮轴与 工件轴平行 交叉轴珩磨法 (珩磨时珩磨轮轴与工件轴交叉 （ 4)按珩磨时的啮合间隙分为：单面有间隙珩磨法 双面无间隙珩磨法 (5)按珩磨的压力分为：定压珩磨法 变压珩磨法 常采用的是双面变压珩磨法 所谓。双面”是指珩磨齿的两侧面，在珩齿过 程中需要工件作正反转动；所谓“变压“是指珩磨过程中珩磨轮的径向运动不象剃齿那样在每一次往复运动过程后都有一次进给，而是按珩齿所需要的初压力 (一般196N 左右 )调整好珩磨轮与工件的中心距，开车后一次进给到预定的位置，珩齿开始时齿面的压力较大，随后压力逐渐减小直至接近消 失时珩齿结束。 珩磨轮的选用，珩轮分通用和专用两类，无特殊要求时，尽量选用通用齿轮。 为了保证珩轮与被珩齿轮能正确啮合，所选用珩轮的磨数，压力角，应该与被珩齿nts 注： 6 轮相同。 工件转速的选择，由于珩齿的精度要求和珩磨头的结构关系，珩磨轮的转速不能过高，以 N=150 转 /分左右为好。 珩齿的应用，珩齿主要用于去处热处理后氧化皮及毛刺，使光洁度提高，其次还可以适当的降低噪声。但对齿形和齿向误差的纠正很不稳定，有时甚至会使齿形误差有所增大。布齿效果很大程度上取决于齿轮前一道工序加工的精度和热处理的变形量，一般可用于加工 6 8 级精度的齿轮珩轮节圆处的珩削速度一般为 0.7 2.2米秒，径向进给量一般按在 3 5 个纵向行程内珩去全部余量选取，而纵进给量在 0.050. 65 毫米秒之间珩齿余量一般为单面留 0.01 0.015 毫米。 总之，珩齿由于具有提高齿面光洁度降低噪声，效率高成本低设备简单操作方便等一系列优点，故是一种很好的齿轮加工方法 3) 珩齿机 除专用的珩齿机外，还可以利用剃齿机，车床等旧机床改装成珩齿机 珩齿夹具的精度，直接影响珩齿后齿轮的精度，尤其是影响齿向精度。对珩齿夹具的精度要求，可按磨齿夹具的 要求，定位表面的径向圆跳动不大于 5UM 端面圆跳动应不大于 3UM，珩齿心轴的中心孔应进行研磨，表面粗糙度要求达到R0.32UM 着色面积不少于 85，同时，要求珩齿心轴于齿轮孔的配合间隙要小 4) 珩齿夹具 （ 1）普通型珩齿夹具 采用螺母压紧的珩齿心轴，为保证罗螺纹节线与心轴线平行，应将螺纹进行磨削，这种夹具制造容易，但装卸工件时间较长，在单件小批量生产中应用甚广。 (2)快速型珩齿夹具 快速型珩齿夹具是利用珩齿顶尖座的液力（或弹簧力）压紧的，这种夹具制造困难，但可大大缩短工件装卸时间，提高生产率，用 于大批量生产。 nts 注： 7 （ 3）大型珩齿夹具 比较大的盘状齿轮，宜放在立式珩齿机上加工。安装在珩齿轮机的工作山上须调整找正定位表面的径向跳动和端面圆跳动在允许的误差范围内。 5)珩磨轮 珩磨轮的结构 珩磨轮的结构由齿部和芯部组成 (1)齿部的齿形 齿轮状珩磨轮为渐开线齿形；蜗杆状珩磨轮为法向直廓蜗杆 (2)心部的安装尺寸 外齿珩磨轮为直孔，孔径 63 5mm 蜗杆状珩磨轮为锥孔，锥度为 1:5，大端直径为 60mm。内齿珩磨轮为外圆定位，直径大小按珩磨轮大小确定。 珩磨轮的材料 珩齿属低速磨削研磨抛光的 综合加工，磨料一般选用硬度高，韧性大的白刚玉 (wA)。磨料粒度的选择，是按模数太小而定，模数愈小，选用粒度愈细。 6) 加工余量的确定 珩齿加工己不再以改善齿面的表面度为目的，而是作为齿形精加工的独立工 序而存在，必须留有足够的加工余量。余量太少，齿形误差未能得到修正。余量 太大，珩磨时间长，珩磨轮磨损大。由于对珩前的齿轮精度有一定的要求的，所以加工余量不宜过大。 7) 珩齿操作的调整 根据珩磨轮与被珩齿轮的螺旋角调整交角，使珩磨的螺旋齿向与被珩齿轮的齿向相平行。 6 齿宽中心平面与珩磨轮中心共面的 调整 将工件定位尺寸安装在机床的固定位置上，运时定位尺的 0 点对着珩磨轮头架的回转轴线。然后把被珩齿轮安装在左右顶端上，使定位尺与齿轮的外圆相接近调整左右顶尖座的位置，使齿宽的中心平面对准定位尺的 0 点。这对，齿轮端面所对nts 注： 8 定位尺的读数，正好等于齿宽的一半，最后，通过首件试珩，再精调左右顶尖座， 使齿宽中心平面与珩磨轮中心平面精确共面 齿轮与珩磨轮中心的调整 点动径向进给按钮，使齿轮快速移近珩磨轮，转动齿轮，使轮齿对准珩磨轮齿 槽，然后转动径向进给手轮，直至两轮齿接触而无间隙为止。松开进给刻度盘紧固螺钉 ，将零位对正指针刻线，并锁紧刻度盘。开车后所需的珩削量进给。若单面珩磨，应保持齿面间隙在 0 0.2mm 之间。 轴向进给和行程长度的调整 ， 轴向进给量的选择，是通过选择交换齿轮来实现的，按进给量与交换齿轮的关系牌，即可找到所需要的交换齿轮，点动轴向进给按钮，是齿轮右端面对准定位尺读数等于 b1/2 的刻线，此时移动左挡块压紧行程开关。再点动 轴向进给按钮，这时工作台返回行程，当齿轮左端面所对定位尺的读数等 于 H 值时停止，这时移动右挡块压紧行程开关。最后通过首件试珩，再精调左右挡块的位置。 齿向修形机构的调整 齿 向修形有两种：一是对轮齿的一端进行齿厚修薄：二是对轮齿的整个齿宽进行鼓形修整 7 实现齿向修形有三种方法 采用齿向修形靠控制工作台在轴向进给运动时，改变珩磨轮与被加工齿轮的中心距 . 通过工作台摇摆运动机构 控制珩磨轮于齿轮的中心距，这种装置只能进行鼓形修整，而不能进行两端齿厚修薄的齿向修形 . 采用简易程控装置 控制工作台轴向进给阻力大小来实现修形的 Y4732 型珩齿机有一套鼓形齿附件，可实现上述两种齿向修形。齿向修行加工的原理是：当珩磨轮在齿长方向上不同位置时，用改变阻尼力的大小来控制珩削量的大小。该机床采用珩粉离合器做阻尼，阻尼力的大小是用简易程控的办法，控制磁粉离合器电源nts 注： 9 的电压变化来实现的。电压高，阻尼力小。从而珩出两端修薄或鼓形的齿向。调整的方法是，根据齿轮齿向修形量的大小，选择步行器的步数，同时选择好第一步阻尼力的大小，把所需要的步数和电压用插塞插在程控板上， 整个程控板可通过控制阻尼力的大小来实现的 8 珩 齿的误差分析 珩 齿常见的误差，产生的原因及消除的方祛如下 (1)压力角误差 产生原因：珩磨轮齿形角偏大或珩磨轮偏小 消除方法：减小珩磨轮齿形角或增大珩磨轮螺距 仍齿形不对称 产生原因：珩磨轮螺纹齿形面向右偏斜 消除方法：重磨珩磨齿形面 (3)齿形上齿面局部凹下 产生原因：珩磨轮下齿面未修准齿高有效高度不足 梢除方法：精修珩磨轮齿形面 （ 4）齿形下齿面局部凸起 产生原因：珩磨轮齿顶棱角磨损或珩轮齿厚太厚，下齿面珩不到 消除方法：精修珩磨轮齿形面或修薄珩磨轮齿厚 （ 5）齿形中凹 产生原因：齿数少重合度小 消除方法：对珩磨轮齿形进行中凹修形 （ 6）齿向呈锥形 产生原因：齿轮轴线与轴向运动方向不平行 消除方法：调整两顶尖中心连线对 导轨的平行度 （ 7）齿向不对称 nts 注： 10 产生原因：珩磨轮齿向与被珩齿轮齿向不平行（在平行与展成方向的平面中） 消除方法：调整轴交角或调整两顶尖中心连线对导轨的平行度 （ 8）齿的两端或一端凸起 产生原因：行程长度不足 消除方法：调整行程长度 （ 9）齿的两端或一端凹下 产生原因：行程长度太大 消除方法：调整行程长度 （ 10）齿向逐渐变化 产生原因：齿端面与内孔不垂直或布齿夹具支靠端面不垂直 消除方法：修磨齿轮或夹具的定位基准 （ 11）齿向有规则的大波纹 产生原因： 轴向进给量太大 消除方法：减小轴向进给量 9 珩齿的特点 虽热布齿和剃齿的原理大体相同，但珩齿过程的本质和剃齿是不同的，有自己独特的特点： (1) 珩轮齿面上密布着磨理，珩齿的速度低，珩齿过程实际上是一个低速磨削，研磨和抛光的过程； (2) 珩齿时齿面间除了沿齿向产生相对滑动以外，沿渐开线方向的滑动也使磨粒能切削，于是就构成了齿面刀痕的复杂纹路，使齿面的光洁度得以提高； (3) 珩磨轮弹性大，珩轮本身的弹性大，所以珩轮本身的误差不会全部反映到被珩齿轮上。 10 珩齿方法 常采用的是双面变压珩磨法 所谓。双面”是指 珩磨齿的两侧面，在珩齿过 nts 注： 11 程中需要工件作正反转动；所谓“变压“是指珩磨过程中珩磨轮的径向运动不象剃齿那样在每一次往复运动过程后都有一次进给，而是按珩齿所需要的初压力 (一般196N 左右 )调整好珩磨轮与工件的中心距，开车后一次进给到预定的位置，珩齿开始时齿面的压力较大，随后压力逐渐减小直至接近消失时珩齿结束。 珩磨轮的选用 ， 珩轮分通用和专用两类，无特殊要求时，尽量选用通用齿轮。 为了保证珩轮与被珩齿轮能正确啮合，所选用珩轮的磨数，压力角，应该与被珩齿轮相同。 工件转速的选择 ， 由于珩齿的精度要求和珩磨头的结构关系 ，珩磨轮的转速不能过高，以 N=150 转 /分左右为好。 珩齿的应用 ， 珩齿主要用于去处热处理后氧化皮及毛刺，使光洁度提高，其次还可以适当的降低噪声。但对齿形和齿向误差的纠正很不稳定，有时甚至会使齿形误差有所增大。布齿效果很大程度上取决于齿轮前一道工序加工的精度和热处理的变形量，一般可用于加工 6 8 级精度的齿轮珩轮节圆处的珩削速度一般为 0.7 2.2米秒，径向进给量一般按在 3 5 个纵向行程内珩去全部余量选取，而纵进给量在 0.050. 65 毫米秒之间珩齿余量一般为单面留 0.01 0.015 毫米。 总之，珩 齿由于具有提高齿面光洁度降低噪声，效率高成本低设备简单操作方便等一系列优点，故是一种很好的齿轮加工方法 11 珩齿的应用 珩齿主要用于去处热处理后氧化皮及毛刺，使光洁度提高，其次还可以适当的降低噪声。但对齿形和齿向误差的纠正很不稳定，有时甚至会使齿形误差有所增大。珩齿效果很大程度上取决于齿轮前一道工序的加工精度和热处理的变形量，一般可用于加工 6 8 级精度的齿轮。 珩轮节圆处的珩削速度一般为 0 .0 1 0 .0 1 5 mm之间，径向进给量一般按在3 5 个纵向行程内珩去全部余量选取 ，而纵进给量在 0 .0 5 0 .6 5 mm s之间珩齿余量一般为单面留 0 .0 1 0 .0 1 5 mm。 nts 注： 12 总之，珩齿由于具有提高齿面光洁度降低噪声，效率高，成本低，设备简单，操作方便等一系列优点，故是一种很理想的齿轮加工方法。 nts 注： 13 2 运动设计 机床因其类型，性能，规格尺寸等因素的不同，应满足的要 求也不一样，一般应从最经济，合理的方式满足既定的要求，但 在设计时应结合具体情况具体分析，因此在设计中，应先由已知 条件初步确定运动方 案，进行运动设计。 2 1 给定条件 主轴转速级数（ Z ） 4 主轴转速数公比（ ） 1.41 主轴最低转速（1n） 90 minr 主轴最高转速（maxn） 250 minr 电动机额定功率（ N ） 5.5Kw 电动机额定转速（0n） 1450 minr 由上表可知主轴箱的调速范围 131 . 4 1 2 . 8ZnR 确定结构式和绘制转速图 1） 求级数 z 由等比级数规律可知 1ZnR 公式中nR 变速范围； 公比。 由前面 250 2 .7 890nR ，=1.41 nts 注： 14 所以 l g l g 2 . 7 81 1 4l g l g 1 . 4 1nRZ 2 2 确定结构式 选择一个比较好的结构式，一般要遵照下列的原则： （ 1） 传动副的“前多后少”原则 传动副数较多的变速组安排在传动顺序前面，传动副数较少的变速组安排在后面。这是因为机床的电动机往往比主轴变速的大多数转速高，因此，变速系统以降速传动居多。传动系统中，若按传动顺序排列，在前面的各轴转速较高，依次类推。根据转矩公式 / 9 5 5 0 / m i nP k wT N m nr 当传动功率 p 一定时转速 n 较高的铀所传递的转矩就较小 ，在其他条件相同时，传动件 (如铀、齿轮 )的尺寸就较小因此常把传动副数较多的变速组安排在前面高速轴上，这样可以节省材料，减少传动系统的转动惯量。以 18 级变速系统为例，应选择结构式 4 2 2。 （ 2） 传动副的“前紧后松”原则 变速组的扩大顺序应尽可能与传动顺序一致 当0 1 2 nZ p p p p 时。要求 0 1 2 nx x x x 即在传动顺序中按基本组在前，然后依次排第一扩大组、第二 扩大组第 n扩大组，这称为“前紧后松”原则，这时各变速组的变速范围是逐步增大，在转速图上表现为传动顺序前面的变速组传动比连线分布紧密，而后面的变速组传动比连线分布疏松，这样可以使前面的各轴转速范围较小，相当于提高该轴的最低转速和nts 注： 15 降低它的最高转速，前者可以减少传动件尺寸，后者可以降低噪声和减少振动。 （ 3） 各变速组的变速范围不应超过最大的变速范围 在主传动系统的降速传动中，主动齿轮的最少齿数受到限制，为了避免被动齿轮的直径 过大，建议降速传动比最小值为 Umin 1 4；对于升速传动比最大值，考虑到 尽量减少振动和噪声，建议 Umax 2(斜齿传动 Umax 2 5)。这样主传动各变速组的变速范围限制在 r22.51/4 8 一 l0 之间。对于进给传动系统，由于传动件的转速较低，尺寸较小，变速范围可放宽到 Umin=1 5 Umax 2 8，这样进给传动中各变速组的变速范围限制在 r 14 之内。上述限制是建议限制范围，若条件许可，也允许超过上述范围，但可能会给结构设计带来困难。 机床的传动系统中，最后扩大组的变速范围必定最大，因此一般 只要检查最后扩大组的 变速范围不超过限制范围，则其余的变速组也不会超过。 根据以上原则可得机床的结构式为 124 2 2 ； 2 3 计算各级转速 1 9 0 / m innr21 9 0 1 . 4 1 1 2 5 / m i nn n r 2231 9 0 1 . 4 1 1 8 0 / m i nn n r 3341 9 0 1 . 4 1 2 5 0 / m i nn n r 2 4 电机选型 根据主轴加工所需功率计算， 选用 Y132M 4 型封闭式三 相异 步电动机，额定功率 N=5.5kw nts 注： 16 2 5 拟定转速图 nts 注： 17 3 确定各级传动副齿轮的齿数 3.1 确定齿轮的齿数 机床转速图确定后则各变速组的传动比也就确定了即可进一步确定各变速组中传动副的齿轮齿数、带轮的直径等，在确定齿数时要注意下列几点： 1)齿轮的齿数和zS；不能太大，以免齿轮尺寸过大而引起机床结构增大。一般推荐齿数和1 0 0 1 2 0z ，常选用在 100 之内。 2）同一变速组中的各对齿轮，其中心距必须保持相等。在同一变速组内一般采用相同的模数，这是因为各齿轮副的速度变化不大，受力情况差别不大。也就是说在同一变速组中各对齿轮的齿数和相等。 3)最小齿轮的齿数应保证不产生根切。对于标准齿轮就最小齿数一般取 m in 1 8 2 0Z 。 4)应保证最小齿轮装到轴上或套简上具有足够的强度、图 1 4 所示为保证轮齿受力和热处理之后齿根部分不致于断裂齿根到孔壁或键槽的壁厚 M 应有足够的厚度，一般推荐值a2m m 为齿轮的模数 )，由此可知，在确定最小齿轮的齿数时，要先估算传动轴的直径。 图 1 4 齿轮的齿厚 nts 注： 18 5)保证主轴的转速误差在规定范围之内。按照 ISO229 1973 规定，机床主轴的实际转速或每分钟双行程数对于优先数列的理论值的相对误 差，应在 10 1 %范围内。 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zS、及小齿轮的齿数可从表 4 中选取。在表中，横坐标是齿数和zS；纵坐标是传动副的传动比 u；表中所列的 u 值是传动副的被动齿轮的齿数；齿数和减去被动齿轮齿数就是主动齿轮齿数 。表中所列的 u 值全大于 1，即全是升速传动。对于降速传动副，可取其倒数查表，查出的齿数则是主动齿轮齿数。 由于 1.41 是标准公比，由表 3 6（机械制造装备设计） 确定齿轮的齿数和zS及小齿轮的齿数 由上页转速图可知共由两个变速组 变速组 a 有两个传动副，传动副分别为1 1au ，2 11.41au 后一个传动比小于 1 ，取其倒数，即按照1 1au ，2 1.41au 查表 3 6（机械制造装备设计），在合适的齿数和zS范围内，查 出在上述两个传动比的zS分别有： 1 1au ，zS， 60， 62， 64， 66， 68， 70， 72， 74， 2 1.41au ，zS， 60， 63， 65， 67， 68， 70， 72， 73， 如变速组内所以齿数的模数都相同，并提示标准齿数，则 两对传动副的齿数之和zS应该是相同的，符合上述条件的zSnts 注： 19 60， 68， 70， 72取zS70。查表 3 6（机械制造装 备设计） 得两个传动副的主动齿轮齿数分别为 35， 29。则可算出两个传 动副的齿数比为1 3535au ，2 2941au 。 变速组 b 也有两个传动副，传动副分别为1 1au ，2 12au 后一个传动比小于 1 ，取其倒数，即按照1 1au ，2 2au 查表 3 6（机械制造装备设计），在合适的齿数和zS范围内，查 出在上述两个传动比的zS分别有： 1 1bu ，zS， 60， 62， 64， 66， 68， 70， 72， 74， 2 2bu ，zS ， 60， 63， 66， 67， 69， 72， 73， 75， 如变速组内所以齿数的模数都相同，并提示标准齿数，则 两对传动副的齿数之和zS应该是相同的，符合上述条件的zS60， 66， 72取zS72。查表 3 6（机械制造装备设计） 得两个传动副的主动齿轮齿数分别为 36， 24。则可算出两个传 动副的齿数比为1 3636bu ，2 2448bu 。 验算实际传动比是否在理论传动比的允许变动范围内， 验算方法： | | 1 0 0 % 1 0 ( 1 ) %nnn 式中 n 主轴实际转速 nts 注： 20 n 主轴理论转速 公比 1） . 轴一转速为1 5 0 0 / m innr与理论转速相同。 2） . 验算轴二转速： | | 1 0 0 %305 0 0 2 5 060|2500 1 0 ( 1 )nnn 。 3） . 验算轴三转速： | | 1 0 0 %352 5 0 2 5 035|2500 1 0 (1 1 ) 0nnn | | 1 0 0 %292 5 0 1 8 041|1801 . 7 6 %1 0 (1 . 4 1 1 ) 4 . 1 %nnn 4） .验算轴四转速 nts 注： 21 | | 1 0 0 %362 5 0 2 5 036|2500 1 0 (1 1 ) 0nnn | | 1 0 0 %361 8 0 1 8 036|1800 1 0 (1 1 ) 0nnn | | 1 0 0 %242 5 0 1 2 548|1250 1 0 (1 1 ) 0nnn | | 1 0 0 %241 8 0 9 048|900 1 0 (1 1 ) 0nnn 可知上述验算均合格，即所确定齿轮齿数所达到的传动比与主轴 转速均符合传动要求 。 3.2 各轴及齿轮的计算转速的确定 主传动系统中的 主 轴 和 传动件的尺寸大小主要决定于它所传 nts 注： 22 递的转矩大小，而转矩大小则和所传递的功率及转速两个因素有 关。 对于专用机床，它是按照持定工艺设计的，传递的功率和转 速是固定不变的，所传递的转矩也是一定的。但是，对于通用机 床和某些专门化机床，主传动的功率是根据某些典型加 工 的 切 削 用量确定的，机床在实际使用中，低转速范围加工时，不需要使 用机床的全部功率。 据调查， 主 抽在最低一段的几级转速一般用来加工螺纹、铰孔、 精 镗 等轻负荷工作，或者是用于相加工，但切削 速度较低，这些 工序都不需要使用电动机的全部功率。如果按最低转速 计 算，势 必造成各传动件较粗大，具备过大的强度储备，这是不经济和不 必要的。 由此可知，通用机床主传动系统只是从某转速开始才有可能 使用电动机的全部功率。这一传递全部功率的最低转速称为该传 动件的计算转速 (nj)。 计算转速的确定对各种机床是不同的 ,表 5 列出各类机床主 轴的计算转速 ,表中的公式为经验公式 . 至于中间传动件 (包括轴上的传动件 )的计算转速，也是按照 上述原则，取主 轴 传递全 部 功率时，各中间传动件相应转速中最 低的一级转速作为中间传动件 的计算转速，即各个中间传动 轴 和 齿轮副的计算转速，同样应是各自传递全部功率的最低转速。 1.主轴的计算转速 由表 5 可知 ,主轴的计算转速是低速第一个三分之一变速范围 的最高一级转速 ,即 nj=90r/min. 2.各传动轴的计算转速 nts 注： 23 表 5 各类机床的主轴计算转速 nj=90r/min. nts 注： 24 nts 注： 25 轴 III 有两级转速 ,其最低转速 180r/min 通过双联齿轮使主轴 获得两级转速 :180r/min 和 90r/min.180r/min 与主轴的计算转速相同 , 需传递全部功率 ,故轴 III 的 180r/min 转速也应能传递全部功率 , 是计算转速 .轴 II 有一级转速 ,其转速为 250r/min 通过双联齿轮使 轴 III 获得两级转速 :250r/min 和 180r/min 均需传递全部功率 ,故轴 II 的 250r/min 转速也应能传递全部功 率 ,是计算转速 .轴 I 上有一 级转速 500r/min 应传递全部功率 ,是计算转速 . 3. 各齿轮的计算转速 各变速组内一般只计算组内最小的 ,也是强度最薄弱的齿轮 , 故也只需确定最小齿轮的计算转速 . 轴 III-IV 间的变速组的最小齿轮是 z=24,经该齿轮传动 ,使 主轴获得两级转速 :90 r/min 和 2800r/min.主轴的计算转速是90r/min, 故 z=24齿轮在 180r/min时应传递全部功率 ,是计算转速 .轴 II-III 间的变速组的最小齿轮是 z=29,经该齿轮传动 ,使轴 III获得一种转 速 :180 r/min.轴 III的计算转速是 180r/min,故 z=29齿轮在 250r/min 时应传递全部功率 ,是计算抓转速 .轴 I-II 间的变速组的最小齿轮 是 z=30,经该齿轮传动 ,使轴 II 获得转速是 250r/min,轴 II 的计算转速是 250r/min,故 z=30 齿轮 在 500r/min 时应传递全部功率 ,是计算转速 .。 nts 注： 26 4 传动零件的初步计算 4.1 传动轴直径初定 用公式计算轴的直径 491ijNd m mn 式中 :d-传动轴的直径 ,mm; iN-传动轴所传动的功率 ,KW; nj-传动轴的计算转速 ,r/min; .该轴允许的扭转角 deg/m,取 1o . 25 0 . 9 6 0 . 9 9 4 . 74 . 7 0 . 9 9 0 . 9 9 4 . 6 14 . 6 1 0 . 9 9 0 . 9 9 4 . 5 1II I II I I I IN N K WN N K WN N K W 所以 4 4 . 79 1 2 8 . 55 0 0 1Id m m 圆整得30Id mm 4 4 . 6 19 1 3 3 . 22 5 0 1IId m m 圆整得35IId mm 4 4 . 5 19 1 3 5 . 71 8 0 1IIId m m 圆整得40IIId mm40IIId mmnts 注： 27 4.2 主轴主要结构参数的确定 主轴的主要结构参数有主轴前、后轴颈直径12DD和，主轴 内孔直径 d。主轴前轴颈直径的选取是一般按机床类型、主轴传 递的功率或最大加工直径，参考表 6 选取 D1。车床和铣床后轴 颈的直径 210 . 7 0 . 8 5.。很多机床的主轴是空心的，内孔 直径与其 1 用途有关。如车床内孔用来通过棒料或安装送夹料机 构，铣床主轴内孔可通过拉杆来拉紧刀 杆等等。为不过多地削弱 主轴的刚度，卧式车床的主轴孔径 d 通常不小于主轴平均直径的 55%60%；铣床主轴孔径 d 可比刀具拉杆直径大 510mm。 查表 6 选取珩赤机床主轴前轴颈1 70D mm，则 210 . 7 0 . 7 7 0 4 9D D m m m m 。取2 50D mm主轴孔直径 12 7 0 5 06 0 % 6 0 % 3 622DDd m m 。 36d mm 1 70D mm2 50D mm36d mm 表 6 主轴前轴颈的直径 功率车床 2.63.6 3.75.5 5.67.2 7.411 1114.7 14.818.4 车床 7090 70105 95130 110145 140165 150190 升降台铣床 6090 6095 75100 90105 100115 外圆磨床 5060 5570 7080 7590 75100 90100 nts 注： 28 4.3 齿轮模数计算和齿轮中心距的计算 1 利用齿轮的弯曲强度公式计算 3 22116338 djm j j jiNm m mz i n 式中 jm-计算的齿轮模数； i-计算齿轮的传动比； dN电机的功率， kw； m-齿宽系数，m=B/m(B 为齿宽 ;m 为模数 )一般取 m=610,此处 =10 jz-计算齿轮的齿数； j-许用接触应力 mpa，取j=1100MPa； jn-齿轮的计算转速， r/min。 31 2232 2233 222 1 51 6 3 3 8 1 . 5 51 0 3 0 2 1 1 0 0 5 0 01 . 4 1 1 51 6 3 3 8 2 . 4 41 0 2 9 1 . 4 1 1 1 0 0 2 5 02 1 51 6 3 3 8 2 . 5 61 0 2 4 2 1 3 7 0 1 8 0m m mm m mm m m 圆整模数： m1=2mm， m2=3mm， m3=3 mm。 2 各传动副间的中心距： 轴 I-II 间齿轮的中心距为 a1=（ z1+z2） *m/2=90*2/2=90mm 轴 II-III 间齿轮的中心距为 m1=2mm m2=3mm m3=3 mm a1=90mm a2=105mm nts 注： 29 a2=（ z1+z2） *m/2=70*3/2=105mm 轴 III-IV 间齿轮的中心距为 a3=（ z1+z2） *m/2=72*3/2=108mm a3=108mm 4.4轴的结构设计 轴 1 的 结构设计尺寸 轴 2 的 结构设计尺寸 nts 注： 30 36427HBR轴 3 的 结构设计尺寸 nts 注： 31 主轴 的 结构设计尺寸 4.5 皮带的相关计算 1 确定计算功率cap计算功率cap是根据传动的功率 p，并考虑到载荷性质和每天运转时间长短等因素的影响而定的。即 cap=kp 式中：cap-计算功率，单位为 kw； p-传动的额定功率（例如电动机的额定功率），单位为 kw； k-工作情况系数，见表 7 表 7 工作情况系数 nts 注： 32 注：反复起动、正反转频繁、工作条件恶劣等场合， k 应乘 1.2。 根据机床的工作情况取 k=1.1。 则 cap=kp=1.1*5=5.5kw 2 选择带型 根据计算功率ca和小带轮转速 n1 由图 1 5 选定带型 图 1 5 普通 v 带选型图 nts 注： 33 计算功率cap=5.5kw，小带轮转速 n1=1450r/min。查表得选择 A 型皮带。 3 初选小带轮的基准直径1dd根据 v 带截型，参考文献 2中的表 8 3 及表 8 7 选取1dd mind为了提高 v带的寿命选取较大的直径。取1dd=50mm。 则大带轮的直径 D 为： D=n1/n2*1d=1450/500*50=145mm 4 计算带轮的转速 v 11 3 . 1 4 5 0 1 4 5 0 3 . 7 9 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0ddnv m s 对普通 v 带maxvv。一般a x 2 5 3 0 /v m s。同时，一般 v 不得低于 5m/s，所以 v=5m/s 合适。 5 初定中心距 a 和带的基准长度dL根据传动的结构需要初定中心距 a0，取 1 2 0 1 20 . 7 ( ) 2d d d dd d a d d 中心距 a0 为： a0=1.5（1dd+D） =1.5*（ 50+145） =292.5mm a0 取定后，根据带传动的几何关系，按下式计
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