刀锉铣床传动机构总体设计 (2)

摘 要装备工业的技术水平和现代程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，制造技术和装备就是人类生活的最基本的生产资料，因此，机床制造业对于一个国家的发展起着至关重要的作用。先进的机床引领着先进的生产力，设计先进的机床是当代机械工作者应时刻进行的工作。论文设计的内容是刀锉铣床主轴传动系统的设计。进行了运动设计、动力设计、结构设计。根据运动设计要求及给定的参数，在满足主要技术性能的基础上，拟订转速图、结构式，确定齿轮齿数，并核算主轴转速误差，画出传动系统图。在根据确定电动机功率进行动力设计，计算主要零件的尺寸，在允许的范围内选择材料，验算主要传动件的应力、变形以及寿命等问题。机构设计。设计了机床主轴传动系统。关键词：刀锉铣床 金属切削 系统 参数设计Title Milling Knife File Transmission Mechanism DesignAbstractEquipment industrial technology level and modern degree decides the whole national economy and modern manufacturing technology and equipment, is the most basic of human life and, therefore, the production data for a nation of machine manufacturing development plays a vital role. The advanced machine, led the advanced productive force is the contemporary design of advanced machine mechanical should work time.The main contents of graduation design is the main drive system milling knife file in the design, design process completed:movement design. According to the design requirement and the given parameter, on the basis of the main technical performances. Draft speed diagram, structure. Then determine the number of gear and accounting spindle speed error, draw transmission system.Power design. According to the given power calculation of main parts, size, material selection and calculation of main transmission, deformation and stress in life, whether the extent permitted.Mechanism design. Certain machine main transmission system.Keywords: Milling knife file,Metal cutting,System,Parameter design目 录1 绪论 .11.1 机床设计的基本要求 .41.2 机床设计步骤 .52 铣床总体方案 .62.1 铣床总体方案设计依据 .62.2 铣床的总体布局 .63 铣床的主要技术参数 .83.1 铣削力的确定 .83.2 主电动机功率的确定 .103.3 主轴转速的确定 .114 铣床的主传动系统设计 .124.1 主传动系统的组成和要求 .124.2 主传动系统的运动设计 .135 主要零件的计算 .175.1 传动件的估算 .175.2 三角胶带的确定 .185.3 主要零件的验算 .216 齿轮参数设计 .297 主轴部件的设计及铣床外型 .337.1 主轴组件的基本要求 .337.2 主轴设计 .347.3 主轴滚动轴承 .357.4 铣床外型 .368 结语 .38致谢 .39参考文献 .4011 绪论金属切削机床是用刀具对金属工件进行切削加工的机器，是先进制造技术的载体，是机械制造业的基础装备。机械产品质量、更新速度、应变能力、效率在相当程度上取决于机床。因此，机床制造业对于一个国家经济发展起着相当重要的作用，在国民经济中占有很重要的地位。在一般的机械制造厂中，机床约占机器设备总台数的 50%70%，它所负担的工作量约占总劳动量的一半。现代化工业生产主要表现在生产总量的提高与先进的经济技术指标两方面，而这些则取决于机械制造业工业提供的装备的技术水平。机床工业是机器制造业的重要部门，担负着为农业、工业、科学技术和国防等现代化提供技术装备的任务，在整个国民经济中占有重要的地位。相比较传统的机床设计，随着数控技术和 CAD 技术的发展，现代机床的设计方法和设计技术发生着深刻的变化。近年来，随着我国国民经济迅速发展和国防建设的必要强化，国家装备制造业对机床这种基础性、战略性生产制造手段，提出了急迫的大量的需求。2003 年是我国机床行业兴旺发达的一年，机床的生产与销售始终处于一个比较平稳的高峰期。我国机床市场消费额位居世界第一位，成为世界第一消费大国。但是从整体上讲，我国机床工业技术水平较低，重大技术装备和关键产品远不能满足国民经济快速增长的需要。与发达国家相比，我国机床工业企业无论在产品质量、技术水平还是在市场竞争能力方面，均存在着阶段性差距。不少企业装备陈旧，生产工艺落后，产品质量不稳定。一些基础元器件和零部件的可靠性差，基础机床的精度、效率较低。由于国产机床的质量不能满足用户的需求，导致近几年机床进口骤增，进出口逆差巨大，将近一半的国内市场被外商占领了。目前高精尖产品市场被西方发达国家占领，大型、重型和普通机床市场被俄罗斯占领，普及型数控机床台湾产品大量涌入，机床行业危机四伏，处境十分艰难。2003 年，中国经济依然保持强劲的增长势头。在宏观经济持续向好的形势下，金属切削机床行业的大部分生产和销售指标都保持了较快的增长，而且随着世界经济的回暖，我国机床产品的进出口也有所增长，进出口均创历史最高水平。但是国际金属切削机床市场的竞争也在不断加剧。由于在高端技术上与国外的大厂商仍有较大的差距，产品技术将成为制约我国金属切削机床产品发展的一个瓶颈，只有在产品技术上不断创新，才能在激烈的竞争中占有一席之地。2004 年以来，金属加工机床出口一直保持 40%以上的发展速度，虽然出口退税政策的调整会对行业部分产品出口产生一定影响，但对主要产品不会产生较大的影响，预计今明两年仍会保持相对较高的增长速度，特别是数控机床出口仍会保持高2速增长。进入 2006 年，我国金属切削机床的发展很快，据不完全统计，2006 年我国上规模金属切削机床生产企业达近 520 家，比 2000 年的 363 几家增长了一倍多。如图1-1 所示。而亏损企业数却从 2000 年的 104 家略减到 2006 年的 72 家，说明金属切削机床制造行业近年来又较好的盈利能力。如图 1-2 所示。图 1-1 金属切削机床行业产值变化情况 图 1-2 金属切削机床行业规模变化情况据不完全统计，2006 年金属切削机床行业的发展保持良好势头，金属切削机床企业总体发展形势良好，金属切削机床销售额 557 亿元，比 2005 年约增长 26%。2006 年我国机床出口 11.86 亿美元，同比增长 44.3%，虽然绝对数额比较小，但 2004 年以来，每年增长都在 40%以上；从出口台数看，增速低于同年出口额增速，表明我国机床出口质量在提高，单台价格有所提升，从另一方面也说明我国机床产品档次在逐步提升。进口机床单价不断上升显示国内需求升级趋势。据中国机电数据网，2006 年我国进口金属加工机床平均每台进口机床单价为 6.8 万美元，较 2005年水平提高了 1.2 万美元。进口机床中 80%以上是数控机床，其平均单价水平达到国内数控机床的 3 倍。进口机床单价不断上升的现象既说明了国产机床在中档市场竞争力的增强，能够替代进口；也反映了国内机械加工日益精密化的趋势，用户对中高档机床的需求居高不下。如图 1-2 所示。3图 1-3 2000-2006 年我国金属切削机床制造业出口交货变化状况单位：千元我国机床行业正处在快速成长的阶段，并且受到国家政策重点支持。具备如下特征的企业将成为市场竞争的主力：发展大型、精密、高速数控装备和数控系统及功能部件，具备自主知产权，有能力研发生产的企业；具备进口替代能力的企业；并购重组的企业；拥有对上游功能零部件较强整合能力的企业。机床行业未来发展判断：下游行业，如汽车、普通机械、军工和高新技术行业增长与企业更新换代保证了国内机床消费的增长，预计机床消费增速保持 15%左右，其中数控机床消费增速在 20%左右；进口替代空间更巨大（数控机床目前有 70%左右为进口，行业收入增速将高于国内机床消费增速，预计行业收入增速在 20%左右，数控机床收入增速在30%左右，预计优势企业增长将高于行业平均水平；重组并购造就有竞争力的企业，看好行业内的沈阳机床集团、大连机床集团、秦川发展集团。从当前的宏观经济和机床工具行业主要经济指标走势看，预计全年机床工具行业增速肯定会大大高于预期，我国将连续第六年成为世界机床第一大消费国和进口国。预计数控金属切削机床产量将超过 10 万台。进口预计会保持平稳的态势，一方面，从近年来进口机床的贸易性质看，用于设备投资进口的金额一直占进口总额的 60%左右，随着当前政策追求建立公平的贸易环境，减免税政策的调整，进口应会有所减少。另一方面，国家为减少贸易顺差，鼓励进口先进技术与装备，采取进口优惠信贷、财政专项支持等手段支持企业扩大进口。准备采取出台扩大先进技术设备进口的政策；加大从贸易顺差国进口的力度；大型展会增加进口功能；进一步简化进口手续；完善进口管理法规，规范进口市场秩序等措施，鼓励进口，又会使进口有所增加。所以综合考虑在一定时期内，进口将会保持平稳的态势。行业通过进一步深化改革，适应市场需求，积极调整产业和产品结构，转变经4济增长方式，加速普及型数控机床产业化步伐，增强自主创新能力，加快高档数控机床新产品的研发和市场开发，提高产品质量和服务质量，提高竞争力，我们有理由相信在国家的政策和措施的支持下，在全行业自身的不断努力下，会有更好的发展。1.1 机床设计的基本要求机床的设计，既要赶超国际水平，又要符合国情；既要保持技术上的先进，又要经济上的合理；既要方便使用，又要方便维修。围绕效率高、质量好、重量轻、体积小、结构简单、使用方便的特点设计，基本要求有：工艺范围、精度、刚度、生产率、噪音、成本、三化程度和造型与色彩。1工艺范围机床的工艺范围是只机床适应不同生产要求的能力，即机床的加工功能。它包括加工的工件类型、加工方法、加工表面形状、材料、工件和加工尺寸范围、毛皮类型等。机床的工艺范围过窄，会限制加工工艺和产品的革新，然而盲目扩大机床工艺范围，会使机床的结构趋于复杂，不能充分发挥各部件的性能。由于刀锉铣床是专用铣床，只用于加工锉刀，应用于中小型加工厂，所以不要求过打的工艺范围，力求结构简单。2精度机床的精度分为机床本身的精度和加工精度，要保证加工出的工件具有一定的精度，加工机床则需要更高的精度，由于锉刀本身要求的精度不高，所以对于机床的精度要求也不高，为普通精度机床。3刚度机床的刚度是指加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相对于工件在影响加工精度方向变形的能力。一般情况下，机床的刚度越大则动态精度越高。4生产率机床的生产率是指单位时间内机床所能加工的工件数量。是衡量生产那技术的先进性、生产组织的合理性和工人劳动积极性的重要指标之一。在保证工件加工质量的前提下，以最经济的方法合理的运用刀具，最大限度的缩短机动时间和辅助时间，可以有效的提高生产效率。5噪音噪音损坏人听觉器官和生理功能，是一种环境污染。机床的切削速度的提高和功率的增大使噪音问题成为一种公害问题。机床的噪音源主要是齿轮、轴承等。噪音科直接从这些零件发出，还可通过周围结构加以放大，故应从噪音源和隔音方面着手采取降低噪音的措施。56成本在产品的整个生命周期内都贯穿着成本概念，包括设计、制造、使用维护等，是衡量产品市场竞争力的重要指标，所以在保证机床性嫩高要求的前提下，要提高其性价比。7三化程度三化指机床的品种系列化、零部件通用化和零件标准化，是我国一项重要的技术政策，也是产品设计的方向。零部件通用化依赖于产品系列化，通用化和标准化推动着系列化，只有产品系列化能使通用化合标准化有可靠的基础。8造型与色彩机床的外观造型与色彩，要求简洁明快、美观大方、宜人性好。根据机床功能、结构、工艺及操作控制等特点，按照人机工程学的要求进行设计。1.2 机床设计步骤机床设计一般可分为调查研究、拟定设计方案、总体设计、结构设计和工艺设计。1调查研究详细掌握第一手资料是机床设计重要的一步，包括机床加工的对象、加工要求和条件、使用单位，和查阅、收集国内外有关技术资料。2拟定设计方案在调查研究的基础上，将设计思想形成方案，包括：用途、生产率、性能指标、主要参数、驱动方式、结构原理和经济分析。3总体设计总体设计的内容包括运动功能设计、基本参数设计、传动系统设计、总体结构布局设计。对总体方案进行综合评估和修改。4结构设计根据拟定的方案，绘制主传动机构装配图，并对主要部件进行分析计算。5工艺设计绘制设计机床的全部自制零件图，编制标准件、通用件和自制件明细表，以及机床外观图，最后撰写设计说明书。62 铣床总体方案铣床总体方案的确定是铣床设计的第一步，在调查分析的基础上，提出所设计的铣床的工艺方法、运动和布局、传动和控制、结构和性能等的初步方案。2.1 铣床总体方案设计依据铣床总体方案的主要依据主要有工件、同类型机床、有关的科研成果、使用要求以及制造条件等。主要包括：工件、使用要求、制造条件。1工件工件是机床的加工对象，是机床总体方案设计的重要依据。本次设计的机床类型是刀锉铣床，被加工的工件为锉刀。工件的材料为碳素工具钢 T12A 制，热处理后切削部分硬度达 HRC6267。精度要求不高。外型成扁平状，表面均布细纹。2使用要求根据机床的应用场合，对机床提出具体的使用要求。刀锉铣床一般应用于中小型机械加工厂，对其使用条件，暴力片操作工人的技术水平、维修能力等，要求不高。3制造条件通过前期的调查研究，实际到工厂走访观察，了解现在的制造条件和技术水平。包括：机械加工条件、热加工条件、装配条件以及材料情况。拟定机床具体结构中要随时考虑制造的可能性和经济合理性，使设计方案落到实处，使设计出来的机床好用、好造、好修。2.2 铣床的总体布局机床总体布局设计的一般步骤是先进行工艺分析，分配机床部件运动，选择传动形式和支撑形式，拟定从布局上改善机床性能和技术经济指标的措施。首先进行工艺分析。加工锉刀的工体方法为用铣刀铣削平面，再用锯齿铣刀铣削细纹。多刃加工，减少空行程的损失，对机床刚度要求低，铣刀结构简单。机床进行工艺分析后，刀具和工件在铣削加工时的相对运动也被随之确定了下来。机床上的运动分配，是由刀具和工件的重量和尺寸、工艺方法的特点灯多方面因素决定的。由于锉刀相对于铣刀尺寸小、重量轻，为了简化机床传动和结构，将运动都分配给工件。同时考虑到缩小占地面积，铣床的进给运动可有铣刀完成，或7由工件完成。有工件完成时，机床占地面积较小，操作者查视加工情况时走动较多，且工件尺寸不大，则多采用工件进给。然后确定机床的传动形式，包括机械、液压、气动、电气等多种形式，常见的有机械传动和液压传动。机械传动的优点在于，实现回转运动的结构简单，机械故障一般容易发现，传动较为准确，实现定比传动较为方便，同时考虑到技术的经济性和维修方便，则确定采用机械传动的方式。机床中常见的支撑件有床身、底座、立柱、横梁等，常见的有一字型支撑、柱形支撑、到丁字型支撑、槽型支撑、框型支撑。为了使传动结构简单，采用一字型支撑，即为卧式铣床。83 铣床的主要技术参数机床的主要技术参数包括：机床的主参数和基本参数，基本参数又包括尺寸参数、运动参数和动力参数。主参数，即主要规格，表示机床的加工范围，专用机床的主参数是以加工零件或被加工面的尺寸参数来表示。机床的基本参数中，尺寸参数是指机床的基本结构尺寸，通常包括与被加工零件有关的尺寸和标准化工具或夹具的安装面尺寸。运动参数是指机床执行件，如主轴、工作台的运动速度。动力参数是指机电电动机的功率。3.1 铣削力的确定切削力是在金属铣削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形成为切屑所需的力。来源于三个方面：克服被加工材料对弹性变形的抗力、克服被加工材料对塑性变形的抗力、克服切屑对刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面对已加工表面和已加工表面之间的摩擦力。这三个力的总和形成作用在铣刀上的合力，分为三个相互垂直的分力：F Z、F Y、F X。F Z是主铣削力,F Y是径向力,F X是轴向力。相对应的工件也受到三个分力：纵向分力 FX、横向分力 FZ、垂直分力 FY。见图 3-1。图 3-1 圆柱铣刀的铣削分力与合力由于只有主铣削力消耗功率，所以主要计算主铣削力。查阅金属切削原理和金属切削刀具 ，根据铣削刀具铣削力经验公式推算。经验公式： 1.08.91.0245zpzeFafdn3-1其中： pa为工件宽度；9zf为每齿进给量；ea为铣削宽度；为齿数；0d为刀具直径；n为转速。要确定上述变量的数值，则需要先确定被加工工件尺寸和所选铣刀的型号尺寸。考虑到机床切削速度不高，用于制造小型刀具，所以选择盘铣刀类型中的三面刃铣刀。其优点是：走刀量大，刀齿强度大，可以提高生产率。采用硬质合金材料，硬度 HRA8993，WC-C0(YG) 类硬质合金，进给量 0.3mm/每齿。在三面刃铣刀所有类型中选择牙装刀片压孔式三面刃，具体尺寸表格见表 3-1。表 3-1 牙装刀片压孔式三面刃铣刀的基本尺寸表 单位：mm形式 D0 D2 D4 B1 z 内切圆直径1 80 27 41 10 62 100 32 47 10、12、14 86.353 125 12、16、18 84 16040 5516、18、20 105 200 20、22 126 25050 6925、28 167 315 60 79 30、32 209.52512.7选择型号 1，则可知刀具直径尺寸为 80mm，齿数为 6。选择刀片型号尺寸，具体尺寸表格见表 3-2。表 3-2 标准刀片型号尺寸 单位：mm型号 La L iw s bs vs04 4.5 5.1 9.5 2.5 0.4 0.505 5.7 6.5 9.5 2.9 1.2 0.808 7.7 8.5 9.5 3.6 1.2 0.811 10.7 11.5 11.5 4.6 1.2 0.814 13.7 14.5 11.5 4.6 1.2 0.8选择型号 11，则可知工件宽度为 11.5，铣削宽度为 0.8。10铣削速度由公式3-2 查表代入数据得出。 016qvmxyupmpzeCdVTaf3-2得出铣削速度为 19.75/in/i。则转速 n可由公式3-3 得出，28.6n。 10/ivrd3-3将上述数据代入经验公式，得出主铣削力为 2179.94N，约得 2200N。3.2 主电动机功率的确定电动机功率是计算机床零件和决定结构尺寸的主要依据。电动机的功率取得太大，则机床零、部件尺寸也要随之增大，造成不必要的浪费。电动机功率取得太小，则机床的技术性能达不到设计要求。采用计算法确定主电动机的功率。由机床的铣削公式 10zFVNkw切3-4计算得出 9.564Nkw切 。机床主运动电动机的功率 切 附空3-5其中 切 为消耗于切削的功率， N空 为空载功率， 附 为载荷附加功率。上述公式通过推导可变成 切 空3-6即为主运动电动机功率的计算公式。由于空载功率有困难，可按 N切床3-7进行计算， 床 为机床的总效率，主运动为回转运动的机床， 0.785床 ,则 10Nkw。查机械设计手册第五卷确定发动机型号为 Z2 系列小型发电机，额定转速为111450r/min，电压 220/320V，效率 84.5%。3.3 主轴转速的确定主轴的转速作为机床的主运动参数，通常是固定的。可以由公式3-8 计算确定。 10vnd3-8其中： n为主轴转速（r/min）v为切削速度（m/min）d为工件或刀具直径（mm）对于一般机床，由于完成工序较多，并且要适应一定范围的不同尺寸和不同材料的加工需要，要求主轴有不同的转速，即要实现变速，所以要确定变速范围。确定机床最高转速有以下两个考虑因素：第一是机床的主传动类型，对于普通的机械传动机床，由于噪音和磨损等原因，一般最高转速在 2000r/min 左右。第二是采用的刀具类型、材质和切削角度。通过上述公式，代入计算得到的切削速度 19.75m/min，得到主轴最小转速为70.62r/min。最大转速不能高于电动机的额定转速，且不能低于额定转速太多。确定标准公比值 ，由于转速由低到高递增，所以公比 应大于 1，为了限制转速损失的最大值 Amax 不大于 50%，则相应的公比 不得大于 2，所以 12。对于非自动化的小型机床来说，公比应取得大一些，由于在机床上辅助时间较多，而切削加工的时间并不多，转速损失的影响不显著，一般取 =1.58、1.78 或 2。这里采取 =1.78。当采用标准公比后，转速数列可直接通过标准数列表中查出。根据机械制造装备设计中表 3-6，以 1.78 为公比，得到以下数列：71、125、224、400、710、1250。124 铣床的主传动系统设计机床的主传动系统是用来实现机床主运动的，与机床的传动方案和总体布局有关，对机床的使用性能、结构和制造成本有明显的影响。4.1 主传动系统的组成和要求通过对机床设计图册中万用铣床传动系统图和主传动展开图的观察和分析，可以看出铣床的主传动装置和零件全部装在床身中，表现为整体式的结构。主传动系统包括：定比传动机构、变速装置、主轴组件、开停装置、制动装置、换向装置、操纵机构、润滑与密封和箱体。1定比传动机构，即固定的传动比传动机构，采用齿轮和皮带传动。2变速装置，即齿轮变速机构，也是最常见的变速机构，轴、轴至轴之间各有一个滑移齿轮变速组，将它们串联起来，使主轴得到 6 级变速。3主轴组件，它由主轴、主轴支承和安装在主轴是上的传动件组成。4开停装置，用来控制机床主运动执行件的启动和停止。5制动装置，用来使机床主运动执行件尽快的停止运动，以减少辅助时间的制动方式。6换向装置，即改变机床主运动的方向。7操纵机构，可以实现机床的开停、变速、换向和制动。8润滑与密封，要保证主运动传动系统的正常工作，必须有良好的润滑和密封装置，防止出现三漏（油、气、水） 。9箱体，各机构和传动件的支承都要装入箱体中，并且要保持他们相互位置的准确性。设计主传动系统时，需要满足使用性能要求、传递动力要求、工作性能要求、经济型要求以及维修要求几个条件。1满足机床的使用性能，使机床有足够的转速范围和转速级数，传动系设计合理，操纵灵活方便、迅速、安全可靠。2满足机床传递动力要求，主电动机和全部机构要传递足够的功率和扭矩，并且具有较高的传动效率。3满足机床的工作性能要求，执行件需要有足够的精度、刚度、抗震性和小于许可限度的热变形。4满足产品设计经济性的要求，传动链尽可能短，零件数目少，以便减少材料，降低成本。135调整维修方便，结构简单、合理，以便加工和装配，防护性能好，使用寿命长。4.2 主传动系统的运动设计机床主传动系统的设计，主要是依靠转速图的基本原理，来拟定满足给定的转速数列的经济合理的传动系统方案。它的主要内容包括选择变速组和传动复数，确定各变速组中的传动比，以及计算齿轮齿数和皮带轮直径等。4.2.1 转速图在设计和分析分级变速主传动系的时候，用到的工具是转速图。在转速图中可以表示出传动轴的数目，传动轴之间的传动关系，主轴的各级转速值，以及它的传动路线，各传动轴的转速分级和转速值，各传动副的传动比等。下面是六级变速的刀锉铣床的变速传动系图，即主传动转速图，见图 4-1图 4-1 转速图从转速图上可以看出：距离相等的一组竖直线代表主传动系统中各传动轴，从左向右依次标注为电动机轴、轴、轴、轴与传动系统图上各传动轴相对应，其中轴即为主轴。转速图上的竖直线间的距离相等，并不表示各轴中心距相等，而是为了使图面清晰；距离相等的一组水平线与竖直线相交，得到的圆圈，代表各轴所具有的转速，在轴上具有 6 种转速，依次为：71、125、224、400、710、1250r/min。相应两轴之间对应转速的连线，表示一对传动副的传动比，传动比的大小由代表该传动副的连线倾斜方向和倾斜程度表示，连线向右下方倾斜为降速传动，向右14上方倾斜为升速传动，水平连线为等速传动。铣床主轴的 6 级传动是由两个变速组传动得到的，各变速组的传动副分别为 3和 2，即主轴的传动级数为 32Z。确定各级转速的计算转速并校核： 171984506.4/minnr227./i3714085.1/innr493.5/mi625714807./innr6426./i利于传动轴转速误差校核公式进行校核。传动轴转速误差校核公式： n10标实 标 （ -）4-110（ -） =7.8%，则校核见表 4-1。表 4-1 传动轴转速误差表n实 标误差 允许值 结论1 69.84 71 1.66% 7.8% 合格2 127.49 125 2.10% 7.8% 合格3 224.21 224 0.10% 7.8% 合格4 393.15 400 1.70% 7.8% 合格5 717.73 710 1.09% 7.8% 合格6 1262.22 1250 0.98% 7.8% 合格4.2.2 齿轮齿数的确定15确定齿轮齿数首先要注意以下问题：1齿轮的齿数和不宜过大，以免加大两轴之间的中心距，使机床的结构庞大，一般推荐齿数和 102zS2齿数和尽可能小，但为了防止根切的现象，最小齿轮也有可能无法套装到轴上，所以对于标准直齿圆柱齿轮，最小齿数一般要大于 173由于要采用双联滑移齿轮，最大和次大的齿轮之间的齿数差应大于或等于4，以保证滑移时，齿轮外圆不相碰。4两轴上最小中心距要取得适当，如果齿数和 zS太小，则中心距过小，会导致两轴上的轴承及其他结构之间的距离过近或相碰。5确定齿轮齿数时，应该符合转速图上传动比的要求，实际传动比和理论传动比之间允许有误差，但不要过大。由于传动比是标准公比的整数次方，所以变速组内每对齿轮的齿数和 zS和小齿轮的齿数可以从表各种常用传动比的适用齿数中选取。在转速图中可以看出，在轴到轴的变速组中有三个传动副，其传动比分别是：U1=1、U2=1/1.78、U3=1/1.782后两个传动比小于 1，取其倒数，即按 U=1、1.78 和 3.16 来查表。在适合的齿数和 Sz 范围内，查出存在上述三个传动比的 Sz 分别有：U1=1 Sz=，64，66，68，70，72，74，76，78，80，U2=1.78 Sz=，64，67，69，70，72，75，78，80，U3=3.16 Sz=，66，67，70，71，75，79，80，由于变速组内的所有齿轮模数相同，为标准齿轮，所以三对传动副的齿数和 Sz相同，从中挑出符合条件的 70zS或 8。选择 0zS，即从表各种常用传动比的适用齿数中选取三个传动副的主齿齿数分别为：40、29 和 19，即可算出三个传动副的齿轮齿数为：U1=40/40U2=29/51U3=19/61轴到轴之间的变速组有两个传动副，传动比分别为：U4=1.78U5=3.16则 U4=1.78 Sz=，64,67,69,70,72,75,78,80,81，U5=3.16 Sz=，66,67,70,71,75,78,80，符合条件的 Sz=67,70,75,78,80。取 75zS，则两个传动副的主齿轮齿数为 2716和 18，则U4=48/27，U5=18/574.2.3 主传动系统的结构设计结构设计分为以下几个部分，第一部分是主传动系统的布局。主传动系统的布局形式取决于机床的用途、类型和尺寸。分为集中传动式布局和分离传动式布局。传动系统的变速机构和主轴组件装在同一个箱体里称为集中传动式布局。传动系统的主要变速机构和组件分别装在变速箱和主轴箱两个箱体内，中间用皮带或链条等方式传动称为分离传动式布局。这里的主传动系统采用集中各传动式布局。从常用的变速机构类型中选择滑移齿轮变速机构，其优点是：变速范围大，变速级数多，变速方便且节省时间，在较大的变速范围内可以传递较大的功率和扭矩，不工作的齿轮不啮合，所以空载功率损失较小。第二部分是齿轮的布置。为了使变速操纵方便，将两个相邻变速组的滑移齿轮放到同一根轴上，即轴。当一对齿轮完全脱开啮合之后，另一对齿轮才能开始进入啮合，即两个固定齿轮的间距，大于滑移齿轮的间距。4.2.4 传动系统的润滑一般的润滑方式有以下几种：飞溅润滑、循环润滑、滴油润滑、油雾润滑、脂润滑等。这里采用油润滑，其优点是：粘度小、摩擦阻力小、冷却效果好、可用于一切转速。175 主要零件的计算在绘制装配图之前，要进行传动件主要尺寸的估算。5.1 传动件的估算首先进行传动轴直径的估算。利用公式5-1确定三根传动轴的直径。 30/dApnm5-1三根传动轴的直径： 310.96/72.8d圆 整m32./43.76圆 整5d310.968./2.5m圆 整4m其次进行齿轮模数的估算。利用公式5-2估算。 321.dmjjiPZn（ ）5-2其中： 为按接触疲劳强度计算的齿轮模数mm；dP为电动机功率 kw；i 为齿轮对传动比，i1；1Z为小齿轮齿数；jn为该齿轮计算转速；m为齿宽系数， 610m，这里取 10m；j为许用接触应力Mpa，齿轮材料选择 40Cr，整体淬火，1250jMpa。18由上述公式可知需要计算齿轮的传动比和齿轮的计算转速。齿轮的计算转速即为三根传动轴的转速。齿轮的传动比计算如下：U1=1/=1U2=1/=0.56U3=1/=0.32U4=/1=1.78U5=1/=0.32则322145/706.8.19.m定 （ ）基 （ ）32/.4第 一 放 大 组 （ ）参照标准模数表齿轮模数 m 系列（GB1356-78） 选择齿轮模数，见表 5-1。表 5-1 齿轮模数 m 系列第一系列 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50第二系列 1.75 2.25 2.75 （3.25） 3.5 （3.75） 4.5 5.5 （6.5） 7 9 （11） 14 18 22 28 （30） 36 45优选第一系列，括号内的数值尽可能不用。则选取 m=3。通常变速箱里的所有齿轮采用12 种模数值。5.2 三角胶带的确定三角胶带的选择要保证在胶带不打滑的情况下保证最大的传递功率，并且同时有足够的疲劳强度，以满足一定的使用寿命。首先确定计算功率 jP，利用公式5-3计算。jKkw 5-3公式中 为主动带轮传递的功率 ， 为工作情况系数，按表 5-2工作请情况系数K选取。19表 5-2 工作请情况系数 K工作时间载荷性质一班 二班 三班起动载荷很轻，工作载荷稳定，没有震动，如车床、钻床、磨床等1.0 1.1 1.2起动载荷为正常载荷的 1.25 倍，有轻微震动即波动，如铣床、滚齿机、六角车床等1.1 1.2 1.3起动载荷为正常载荷的 1.5 倍，中等震动，如刨床、插床、插齿机等1.2 1.3 1.4取 1.3K。根据小带轮的转速 n和计算功率 jP，由金属切削机床设计指导图 32-三角胶带型号的选择选出胶带的型号为 B 型。确定小带轮的直径 1D要按照结构设计条件确定，要满足 1minD， i从表 5-3 中选择：表 5-3 小带轮直径 胶带型号 O A B C D E F推荐值 70 100 140Dminmm允许值 50 80 125200 315 500 800取小带轮直径 140Dm大带轮直径21n528.967m核算胶带速度 V，利用公式 10n/s 5-4则1405.66/m由于 in5V，max2/Vs，所以合格。初算中心距 0A，按设计要求， 0A在 12(.)Dm范围内，则2001.5(4286)39Am计算胶带的长度 210120()(DLA 5-52864264)m1957.m查表 23三角胶带长度系列取 03L核算胶带的弯曲次数 U， 114mVS5-6其中 m为带轮个数，则111102.60.33S计算水机的中心距 A，利用公式 2218()aDm5-7公式中 12()L17即02LAm 03957.6468核算小带轮包角 1，利用公式 21800DA 5-8则 164807. 最后确定胶带的根数 Z，利用公式： 01jPC5-921其中 0P为单根三角胶带能传递的功率， 1C为小带轮包角系数。则15.32.89Z根。对于 O、A、B、C、D 型胶带来说，胶带最大根数 max57Z根 。5.3 主要零件的验算5.3.1 齿轮的验算高速轴的齿轮按接触疲劳强度来验算，根据公式5-10校核最小齿轮模数。 1233()60jmjikpZn5-10其中： jm表示齿轮标准模数；p表示齿轮所传递的标准模数；1Z表示小齿轮齿数；i表示齿轮对的传动比；m表示齿宽系数，这里取 10；jn表示齿轮的计算转速；1k=1.21.6；2=1.3；3=1.10。则： 1226().5130.9687j m满足接触疲劳强度，校核合格。22低速轴的齿轮按弯曲疲劳强度来校核，根据公式： 12375swmjwkpZYn5-11校核最小齿轮模数，其中： p表示齿轮所传递的标准模数；1Z表示小齿轮齿数；m表示齿宽系数，这里取 10；jn表示齿轮的计算转速；1k=1.21.6；2=1.3；3=1.10；stnqk；1660702.5mtTC。则： 5.4843wm满足弯曲疲劳强度，校核合格。5.3.2 传动轴的验算机床变速箱里的传动轴，受到装在轴上的主、被动齿轴的圆周力、径向力的作用，齿轮的圆周力使轴受到扭矩，齿轮的径向力使轴受到弯矩，所以传动轴应按弯矩和扭矩合成的强度条件进行验算。下面以中间轴为例，校核中间轴的刚度条件。图 5-1 为传动轴刚度验算计算简图。23图 5-1 传动轴刚度验算计算简图图中：FB Y 是 B 点处受到 Y 方向的力FCY 是 C 点处受到 Y 方向的力（1）计算该轴传递的扭矩 nT，利用扭矩公式： 49510iPNm5-12其中：输入功率 .03iPkw，转速 2/njr则495184.372nT（2）计算作用在 B 处受齿轮作用的力切向力：39.510.2nxFNmz径向力： 0.5674.Byx（3）计算作用在 C 处受齿轮作用的力切向力：2389.5168.0nxTFz径向力： 0.514.ByCxN（4）计算齿轮处的挠度 2424()356