T6112卧式镗床系统的设计

本科学生毕业设计T6112卧式镗床设计系部名称：机电工程学院专业班级：机械设计制造及其自动化机械08-1学生姓名：指导教师：职称：学院TheGraduationDesignforBachelor'sDegreeDesignofT6112HorizontalBoringMachineCandidate：ZhouhongweiSpecialty：MechanicalDesignandManufacture&AutomationClass：08-1Supervisor：AssociateProf.JinHuifangHeilongjiangInstituteofTechnology黑龙江工程学院本科生毕业设计PAGEII摘要在全面了解卧式镗床的结构、工作原理、控制方法的基础上，设计T6112卧式镗床传动系统及其执行机构。根据卧式镗床的工作原理，即电动机作为工作机构的动力源，结合机床的四个方向的运动，即主轴的上移和下移，工作台的横向和纵向移动，进而完成对工件的全面加工。确定了卧式镗床的结构与技术参数，给出了卧式镗床的总体结构设计方案。根据卧式镗床的设计方案，文中详细叙述了T6112镗床执行机构设计，传动系统的设计：电动机规格的选取、主轴设计、主轴变速机构设计、床身与工作台结构设计。关键词：卧式镗床；主轴箱；主轴变速机构；电机；工作台ABSTRACTOnthebasisofthestructure,principle,controlmethodofthehorizontalboringmachine，thetransmissionsystemandimplementingmechanismofT6112horizontalboringmachinearedesigned.Accordingtotheprincipleofthehorizontalboringmachine,inwhichthemotoristhepowersource,combiningwiththefourdirectionalmovementsofthemachine,thatistheupanddownmovementsofmainshaft,thehorizontalandverticalmovementofworktable,thencompletetheprocessingoftheworkpiece.Thestructureandtechnicalparametersofthehorizontalboringmachinearegivenandtheoverallstructureisdesigned.Accordingtothehorizontalboringmachinedesign,thispaperdescribesthedesignofimplementingmechanismandthetransmissionsystem,includingtheselectionofmotorspecification,thedesignofspindlegearshift,bedandworktable.Keywords:HorizontalMachine;SpindleBox;Spindlegearshift;Motor;Worktable目录TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II第1章绪论 11.1选题的背景及意义 11.2国内外发展和现状 11.3研究设想 31.4总体设计方案 31.5预期结果 3第2章卧式镗床总体设计方案 42.1卧式镗床的工作原理 42.2卧式镗床的总体布局 42.3主要技术参数 52.4卧式镗床 62.4.1组成部件及运动 62.4.2主轴部件机构 62.4.3夹具 72.5本章小结 8第3章卧式镗床传动系统设计 93.1主传动系统的运动设计 93.1.1电机的选择 93.1.2合理分配传动比一般应注意以下几点： 103.1.3计算传动装置的运动和动力参数 113.2轴的设计及其校核 123.2.1镗轴的设计 123.2.2与主电机连接的轴的设计与校核 133.2.3三联齿轮（Ⅰ）上的轴的校核 163.2.4蜗轮和蜗杆的计算与校核 193.3齿轮的设计 213.3.1齿轮的设计计算方法与材料选择原则 213.3.2齿轮的失效形式 223.3.3齿轮的结构设计及参数的确定 233.4主轴轴承的设计与校核 273.5键的设计与校核 293.7本章小结 33结论 34参考文献 35致谢 36需说明书、图纸等完整设计请加叩叩2215891151PAGE14需说明书、图纸等完整设计请加叩叩2215891151第1章绪论1.1选题的背景及意义根据所学专业的需要，为了使所学知识得以运用，选择卧式镗床为我的毕业设计题目。镗床类机床的主要工作是用镗刀进行镗孔，所以叫镗床。镗床主要分为卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床等。因为卧式镗床除镗孔外，还可钻孔，扩孔，铰孔。尤其适合大型，复杂的箱体类零件的孔加工。一般情况下，零件可以在一次安装中完成大部分甚至全部的加工工序，所以卧式镗床特别适合于加工形状、位置要求严格的孔系和加工尺寸较大、形状复杂且具有孔系的箱体、机架床身等零件。因此，卧式镗床也是我国重点开发设计的主要机床产品之一。T6112卧式镗床就是在这种背景下应运而生的。由于T6112卧式镗床在性能与结构上的诸多优点，它的应用领域越来越宽广，已形成了比较成熟的设计制造技术。卧式镗床主要由工作台，主轴箱，前立柱，后立柱，下滑座，上滑座和床身等部件组成。主要可以完成下列工作运动：1、镗杆的旋转运动；2、平旋盘的旋转主运动；3、镗杆的轴向进给运动4、主轴箱垂直进给运动5、工作台纵向进给运动6、工作台横向进给运动7、平旋盘径向刀架进给运动8、辅助运动：主轴箱，工作台，在进给方向上的快速调位运动；后立柱纵向调位运动，后支架垂直调位运动。通过运用自己所学知识及大量的实际考察和查阅资料，对卧式镗床的传动系统、主轴箱、平旋盘及主轴变速机构进行设计。最终实现卧式镗床的各种加工。1.2国内外发展和现状1、国外镗床行业发展的现状镗削加工是一种比较传统的加工方法。目前，在21世纪初期，美、德、日等各国镗床的发展历史，大致可分为以下三个阶段：(1)二十世纪初期，即镗床的诞生阶段。(2)到二次大战前，这是镗床行业从诞生到形成较完整体系的阶段。(3)从二次大战到现在，是镗床的质量、性能、水平大发展的阶段。目前，随着电子技术、计算机、自动化、控制测量技术和材料工业的发展，国外镗床的控制技术、镗削工艺、结构设计及外围设备均有了新的发展，达到了与70年代明显不同的新高度。其主要发展现状和趋势归纳如下：(1)镗床数控技术得到迅速发展。(2)卧式镗床设计结构和工艺的发展。(3)向柔性化、无人化、超精密化的开拓性研究。国外数控镗床及卧式加工中心产品大多以普通卧镗为基型，发展成不同水平的产品。如在普通卧镗上配上不同水平的数控系统后成为不同的数控卧镗。在数控卧镗的基础上，再加上刀库和机械手，成为自动换刀型的产品。最终都将会演变成不同布局和不同精度水平的卧式加工中心产品。在国外已普及用CAD对机床的基础大件如床身、立柱、滑座等进行优化设计。这样不仅可以大量节约原材料，同时还可缩短设计周期，提高机床的动态特性。更为突出的是，在机床设计中普遍采用模块化设计方法，可较快地开发新品种，满足不同用户的需求。当新技术、新结构、新材料在机床上大量应用时，使机床技术水平有明显的提高，促使加工零件高精度化，高效化和高速化。2、我国镗床行业发展的现状经过将近半个世纪的发展，我国镗床行业已经发展成一个具有相当规模、门类齐全、有一定技术水平以及生产能力的金属切削机床行业。目前，国内最大的TK6925数控落地铣镗床在齐齐哈尔第二机床公司设计制造完成。这次最大的铣镗床是为武汉船用机械厂生产的。是目前同类产品中规格最大，技术含量最高，具有自主知识产权且结构新颖的重型机床，具有十二轴控制，任意四轴联动功能。以落地铣镗床为主体的高技术含量机电一体化重型金切机床装备，已成为齐二机床公司参与市场竞争，实现企业快速发展的支柱性主导优势产品，市场占有率已达85%以上，引领国内数控落地铣镗床快速发展。由交大昆机科技股份有限公司开发出的TK6111数控铣镗床，填补了我国在台式数控卧式铣镗床上的空白，各项技术性能指标达到国内镗轴直径110mm规格的台式数控卧式铣镗床的领先水平，进一步缩短了与国外同类产品的差距。我国机床工业已经取得了巨大的成就，但与世界先进水平相比，还有较大的差距，因而我们必须奋发图强、努力工作，学习和引进国外的先进科学技术，以便早日赶上世界先进水平。1.3研究设想本文仔细分析了卧式镗床的组成结构及传动系统图，主要针对主轴箱进行了全面细致的研究设计，针对主轴，平旋盘进行了改进，使卧式镗床的应用更为广泛，功能更多，加工的零件精度更高。1.4总体设计方案本机床主运动采用二个三联滑移齿轮和一个双联滑移齿轮实现变速，电机运动传至空心主轴，由齿轮副传动主轴得到18级低档转速，当其中一个齿轮Z23左移时，又由另一组齿轮副传动主轴得到6级高档转速，因此共有24级转速，若Z23处于空挡位置，将轴XV上的滑移齿轮Z27和平旋盘主轴上Z26齿轮啮合，运动被传到平旋盘上，使平旋盘获得18级转速。1.5预期设想能够顺利完成设计，实现对卧式镗床主轴和变速机构的创新与改进。

第2章卧式镗床总体设计方案2.1卧式镗床的工作原理卧式镗床主要由工作台，主轴箱，前立柱，后立柱，下滑座，上滑座和床身等部件组成。主轴箱可沿前立柱的导轨上下移动。在主轴箱中，装有主轴部件、主运动和进给运动变速机构以及操纵机构。根据加工情况不同，刀具可以装在镗杆上或平旋盘上。加工时，镗杆旋转完成主运动，并可沿轴向移动完成进给运动；平旋盘只能做旋转主运动。装在后立柱上的后支架用于支撑悬伸长度较大的镗杆的悬伸端，以增加刚性。后支架可沿后立柱上的导轨与主轴箱同步升降，以保持镗杆不同长度的需要。工件安装在工作台上，可与工作台一起随下滑座或上滑座作纵向或横向移动。工作台还可绕上滑座的圆导轨在水平平面内转位，以便加工互相成一定角度的平面或孔。当刀具装在平旋盘的径向刀架上时，径向刀架可带着刀具作径向进给，以车削端面。综上所述，卧镗具有下列工作运动：1.镗杆的旋转运动。2.平旋盘的旋转主运动3.镗杆的轴向进给运动4.主轴箱垂直进给运动5.工作台纵向进给运动6.工作台横向进给运动7.平旋盘径向刀架进给运动8.辅助运动：主轴箱，工作台，在进给方向上的快速调位运动；后立柱纵向调位运动，后支架垂直调位运动。2.2卧式镗床的总体布局1、本镗床按照以下要求进行总体布局:（1）保证工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置和相对运动；（2）保证机床具有与所要求的加工精度相适应的刚度和抗震性；（3）便于观察加工过程；便于操作、调整和修理机床；便于输送、装卸工件和排除切削，并保证工件安全；（4）经济性好，如节省材料，减少占地面积。2、T6112卧式镗床的传动形式本镗床采用机械传动。机械传动的优点是：实现回转运动的结构简单；机械故障一般容易发现。另外，机械传动的传动比较为准确，实现定比传动较方便。2.3主要技术参数机床的主要技术参数包括主参数和基本参数。基本参数包括尺寸参数、运动参数、动力参数。主参数，或称主要规格，表示机床的加工范围。机床的尺寸参数是指机床的主要结构尺寸。主要技术参数如下：主轴直径125mm主轴最大许用扭转力矩3432N.m29420N平旋盘最大许用扭转力矩4987N.m主轴内锥孔公制80主轴最大行程10平旋盘径向刀架最大行程300主轴中心线距工作台距离0~1400mm主轴转速范围（24级）4~800r/min平旋盘转速范围（18级）2.5~125r/min主轴每转时进给量范围4~200mm/min平旋盘每转时进给量范围0.063~10mm/min工作台尺寸1400×1工作台最大行程纵向1横向14工作台机动回转速度1r/min工作承受最大重量5000kg工作台快速移动速度2m/min机床重量约23吨机床外形尺寸7225×3350×3355mm主电机：功率13kW转速970r/min快速移动电机：功率4kW转速960r/min后立柱快速电机功率1.1kW转速960r/min油泵电机:功率0.8kW转速1380r/min光学测量读数精度0.01mm机床总量5000机床外型尺寸（长宽高）2225×2300×25802.4卧式镗床2.4.1组成部件及运动卧式镗床的外形由下滑座、上滑座、和工作台组成的工作台部件装在床身导轨上。上滑座可沿下滑座的导轨作横向移动，下滑座又可沿床身导轨作纵向移动，从而组成水平面内X,Y两个坐标方向的进给和定位移动系统。工作台还可在上滑座的环形导轨上绕垂直轴线转位，使工件能在水平面内调整至一定角度，以便在一次安装中对相互平行或成一定角度的孔或平面进行加工。主轴轴线为水平方向布置，主轴箱可沿前立柱上的导轨在垂直方向上下移动，以实现垂直进给运动或使主轴轴线处在Z坐标方向上的不同位置。为了保证孔与孔以及孔与基准面的距离精度，机床上具有坐标测量装置，以实现主轴箱和工作台的准确定位。主轴箱内装有主运动和进给运动的变速传动机构及操纵机构等。根据加工情况不同，刀具可以装在镗轴前端的锥孔中，或装在平旋盘的径向刀具溜板上。加工时，镗轴旋转完成主运动，并可沿其轴线移动作轴向进给运动；平旋盘只能作旋转主运动，装在平旋盘导轨上的径向刀具溜板，除了随平旋盘一起旋转外，还可沿导轨移动作径向进给运动。装在后立柱垂直导轨上可上下移动的后支架，用以支承长刀杆（镗杆）的悬伸端，以增加其刚性。后立柱可沿床身导轨调整纵向位置，以适应支承不同长度的刀杆。2.4.2主轴部件机构卧式镗床主轴部件的结构形式较多。本床为三层主轴带固定式平旋盘的主轴部件，它由层层套装的镗轴、空心主轴和平旋盘主轴组成。镗轴和平旋盘主轴用来安装刀具并带动其旋转，两者可单独转动。空心主轴用作镗轴的支撑和导向，并传动其旋转。平旋盘主轴由装在主轴箱体左壁和中间壁孔内的两个精密圆锥滚子轴承支承，轴承间隙可用螺母调整。空心主轴同样用两个圆锥滚子轴承支承，其前轴承装在平旋盘主轴前端的孔中，后轴承装在主轴箱体右壁的孔中，轴承间隙用螺母调整。在空心主轴的内孔中，装有三个淬硬的精密衬套，用以支承镗轴。镗轴用38crMoAlA钢经氮化处理制成。具有很高的表面硬度（1000~1200HV），它和衬套的配合间隙很小（约0.01mm左右），而前后衬套间的距离较大，因而可长期地保持较高的导向精度，并使主轴部件有较高的刚度。镗轴的前端有精密的莫氏锥孔，供安装刀具和刀杆用。它由齿轮经空心主轴和两个导键传动旋转。导键固定在空心主轴上，其突出部分嵌在镗轴的两条长键槽内，使镗轴既能由空心主轴带动旋转，又可在衬套中沿轴向移动。镗轴的后端通过推力球轴承和圆锥滚子轴承与支承座连接。支承座装在后尾筒的水平导轨上，可由丝杠经螺母传动移动，带动镗轴作轴向进给运动。镗轴不做进给时，利用支承座中的推力球轴承和圆锥滚子轴承使镗轴实现轴向定位。其中圆锥滚子轴承还可以作为镗轴的附加径向支承，以免镗轴后部的悬伸端下垂。平旋盘主轴的前端，用螺钉和定位销固定地安装着平旋盘，它由齿轮传动旋转。平旋盘的端面上铣有四条径向T型槽，供紧固刀架或刀盘之用；在它的燕尾导轨上，装有径向刀具溜板。刀具溜板的左侧面上铣有两条供紧固刀架用T型槽，有侧面的矩形槽中固定着齿条，由与其啮合的齿轮传动，使刀具溜板作径向进给运动。燕尾导轨的间隙可用镶条进行调整。当加工过程中刀具溜板不需作径向进给时，可拧紧螺塞，通过小丁将其锁紧在平旋盘上。平旋盘上装有刀具溜板的进给机构。运动由齿轮2传入，然后经齿轮18、蜗杆、蜗轮、齿轮25、和齿条传动刀具溜板移动。上述这些齿轮、蜗杆、蜗轮等，在工作过程中一面随平旋盘一起绕它的轴线旋转公转运动；一面绕其自身的轴线旋转自传运动。齿轮2空套在平旋盘的轮毂上，由伸出在主轴箱体外面的齿轮17传动旋转。当齿轮2的转速、转向与平旋盘相同时，由于齿轮18与2之间无相对运动，齿轮18、蜗杆19和蜗轮26等不能产生自传运动，因而刀具溜板不作进给运动。当齿轮2的转速与平旋盘不相等时，则齿轮18将沿着齿轮2滚动，产生自传运动。于是蜗杆19、蜗轮26、和齿轮25等也都被带动作自传运动，从而传动刀具溜板进给。2.4.3夹具在机床上加工工件，要求将工件迅速准确的安装在机床上并保证工件与刀具之间有一个准确可靠的加工位置，这就需要用一种工艺装置来实现，这种用来使工件定位和夹紧的工艺装备，简称夹具。夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确位置的装置。机床夹具采用机械、液动、气动夹紧装置等。为了使工件在加工过程中不产生位移和振动，必须将工件紧固的夹住，并具有足够的夹压刚度。夹压点的布置应使夹压合力落在定位平面之内，接近定位平面的中心。主切削力方向与夹紧方向一致，卡具的作用：（1）保证加工精度。（2）扩大机床使用范围。（3）减少辅助时间，提高生产效率。（4）减轻操作者劳动强度，有利于安全生产。2.5本章小结本章就卧式镗床做了大致的概括性的介绍，并介绍了重要的机构的传动原理。列出了本机床的各个主要部分的参数并说明了卡具的一些问题。

第3章卧式镗床传动系统设计卧式镗床的主运动有：镗轴和平旋盘的旋转运动；进给运动有：镗轴的轴向运动，平旋盘刀具溜板的径向进给运动，主轴箱的垂直进给运动，工作台的纵向和横向进给运动;辅助运动有：工作台的转位，后立柱纵向调位，后支架的垂直方向调位，以及主轴箱沿垂直方向和工作台沿纵向、横向的快速调位运动。3.1主传动系统的运动设计设计主传动系统时，一般应满足下列要求：1)机床的主轴需有足够的转速范围和转速级数（对于主传动系统为直线运动的机床，则为直线速度的变速范围和变速级数），以便满足实际使用的要求。2)主电动机和全部机构需能传递足够的功率和扭矩，并具有较高的传动功率。3)执行件（如主轴组件）需有足够的强度、刚度，具有较大的抗热衰减性能及较大的摩擦系数和耐磨寿命。4)操作要轻便灵活、迅速、安全可靠，并便于调整和维修。5)结构简单、润滑与密封良好，便于加工和装配，成本低。3.1.1电机的选择根据动力源的不同，常用原动机可以分为四大类，即电动机，工业发展各有不同，工业发展各有区别，但共同的是，都在大力加强科研。目前世界镗床的科研针对三大方向、6大课题。三大方向是：（1）发展高精度、高效率镗床；（2）保护环境，发展省能、绿色的环保镗床；（3）为发展高精度机器、装置，加速研究超精密加工技术，发展纳米镗床。结合当前现代化NC机床技术发展需求，其共同的科研6大课题为：（1）先进高速主轴；（2）直线电机驱动；（3）复合加工技术、进一步提高效率；（4）适应各种环境的保护，发展绿色镗床；（5）超精密加工技术；（6）发展各种新型并联机构镗床。下一代新机床的发展动向将是：（1）在上述三个方向、六大课题完善的基础上，进一步开发出各色新工艺、新结构的机床；（2）今后IT与机床结合的智能化，网络化将成为主流；（3）不断向纳米技术进军；（4）在单机技术基础上，进而向制造系统推进。内燃机，液压马达和气压马达等，在选择原动机的类型时，主要应该从以下三个方面进行考虑：（1）执行构件的载荷特性，运动特性，机械的结构布局，工作环境，环保要求等；（2）原动机的机械特性，适应的工作环境，输出参数可控性，能源供应情等；（3）机械的经济性，效率，重量，尺寸等。由于电力供应的普遍性，且电动机具有结构简单，价格便宜，效率高，控制使用方便等优点，目前，大部分固定机械均优先选用电动机作为原动机。电动机是一种标准系列产品，使用时只需合理选择其类型和参数即可。电动机的类型有交流电动机，直流电动机，步进电动机和伺服电动机等。直流电动机和伺服电动机造价高，多用于一些有特殊需求的场合；步进电动机常用于数控设备中。由于交流异步电动机结构简单，成本低，工作稳定可靠，容易维护，且交流电源易于获得，故是机械设备最常用的原动机。电动机容量用额定功率表示，对于标准电动机，要求其额定功率等于或大于工作机所需的电动机功率。根据此原则选择电动机的容量。同步转速低的电动机，磁极数多，其外廓尺寸及重量大，价格高；而同步转速高的电动机，磁极数少，尺寸和重量小，价格低。因此，确定电动机转速时，应该从电动机和传动装置的总费用，机械传动系统的复杂程度及其机械效率等综合考虑。当执行构件的转速较高时，选用高速电动机能缩短运动链，简化传动环节，提高传动效率。但如果执行构件的速度低，则选用高速电动机时会使减速装置增大，机械传动部分的成本会大幅度增加，且机器的机械效率也会降低很多。因此，电动机的转速的选择，必须从整机的设计要求出发。根据选定的电动机类型，结构，功率和转速，从标准中查出电动机型号后，应该将其型号，额定功率，满载转速，电动机中心高，轴身尺寸，键槽尺寸记录下备用。根据以上叙述原则和条件，对整个设计的动力部件进行设计。该机床是一般的金属切削机床，无特殊的性能要求，采用Y系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电机具有高效低能耗起动转矩大、噪音低、振动小、运行安全可靠的特点。工作条件：环境温度不超过+40C;相对湿度不超过95%；海拔不超过1000m；额定电压380V，频率50Hz。根据卧式镗床加工的技术要求，选定13kW主电机：P=13kW，转速n=970r/min3.1.2合理分配传动比合理分配传动比一般应注意以下几点：（1）各级传动机构的传动比应尽量在推荐范围内选取。（2）应使传动装置结构尺寸较小、重量较轻。（3）应使各传动件尺寸协调，结构亲，由于某些原因，没有上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要的朋友，请联系我的叩扣:2215891151，数万篇现成设计及另有的高端团队绝对可满足您的需要.此处删除XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX约5000字,需完整说明书联系Q2215891151。3.3.1齿轮的设计计算方法与材料选择原则齿轮传动是应用最为广泛的一种机械传动。它是依靠齿轮轮齿齿廓直接接触来传递运动和动力的，具有传动比恒定，传动效率高，使用寿命长以及承载能力高等优点，但也存在对制造和安装精度要求较高以及成本较高等缺点。齿轮传动在不同的工况条件下，有着不同的失效形式，故对应有不同的设计准则。因此在设计齿轮传动时，应根据实际情况，分析其主要的失效形式，确定相应的设计准则。但是，目前对齿面磨损、塑性变形尚未建立起广为工程实际使用而且行之有效的计算方法及设计数据，所以目前设计一般实用的齿轮传动时，通常只按保证齿根抗弯强度和保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。对于高速大功率的齿轮传动（如航空发动机主传动、汽轮发电机主传动等），还要按保证齿面抗胶合能力的准则进行计算。由实践得知，在闭式齿轮传动中，主要失效形式是齿面点蚀和齿根弯曲疲劳折断，齿面硬度小于350HBS的软齿面发生点蚀的可能性更大。设计时应选择外硬内韧的材料，并保证齿面的接触强度和齿根的抗弯强度。开式齿轮的主要失效形式是磨损和轮齿折断，一般不会发生点蚀。设计时应选择耐磨材料，并进行齿根弯曲疲劳强度计算。齿轮常用材料为优质碳素钢、合金钢、铸铁和非金属材料等。一般多用锻件，较大直径齿轮不宜锻造，需采用铸钢或铸铁。齿轮材料的选择原则为：（1）满足工作条件的要求不同的工作条件，对齿轮传动有不同的要求，故对齿轮材料亦有不同的要求。但对于一般动力传输齿轮，要求其材料具有足够的强度和耐磨性，而且齿面硬，齿芯韧。（2）合理选择材料配对如对硬度小于350HBS的软齿面齿轮，为使两轮寿命接近，小齿轮应略高于大齿轮，而且是两轮硬度差在30-50HBS左右。为提高抗胶合性能，大、小轮应采用不同钢号的材料。根据上述原理、原则我们进行轴和齿轮的设计计算 齿轮传动类型很多。根据一对齿轮在啮合过程中，其传动比是否恒定，将齿轮传动分为圆形（圆柱形或圆锥形）齿轮传动和非圆（如椭圆）齿轮传动。在各种机械中应用最广泛的是圆形齿轮传动，而非圆齿轮传动则用于一些具有特殊要求的机械中。根据两齿轮啮合传动时其相对运动是平面运动还是空间运动，可将其分为平面齿轮传动和空间齿轮传动两类。平面齿轮传动用于传递两平行轴之间的转动，其形状为圆柱。根据轮齿形状的不同，又分为直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮以及人字齿圆柱齿轮传动，其啮合形式又有外啮合、内啮合和齿轮齿条啮合三种。空间齿轮传动用于传递两相交或相错之间的转动，常见的形式有圆锥齿轮传动，准双面齿轮传动，交错轴斜齿轮传动及涡轮蜗杆传动等。这里我选用的是直齿圆柱齿轮。在生产实践中，对齿轮传动的要求是多方面的，但归纳起来不外乎下列两项基本要求：（1）传动要准确平稳即要求齿轮传动在工作过程中，瞬时传动比要恒定，且冲击小，振动小。（2）承载能力提高即要求齿轮传动能传递较大的动力，且体积小，重量轻，寿命长。为了建立齿轮传动工作能力设计准则，就应掌握齿轮传动在工作中的失效形式。一般地说，齿轮传动的失效主要是齿轮的失效，而其它部分（如齿圈、轮辐、轮毂等），通常只按经验设计。3.3.2齿轮的失效形式1、轮齿折断轮齿折断有多种形式，在正常工况下，主要是齿根弯曲疲劳折断,在轮齿受载时，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用，当轮齿重复受载时，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，导致轮齿疲劳折断。此外，在轮齿受到突然过载时，也可能出现过载折断或剪断；在轮齿经过严重磨损后齿厚过分减薄时，也会在正常载荷作用下发生折断。避免轮齿折断和提高轮齿抗折断能力的措施有限制齿根弯曲应力，增大齿根过度圆角半径或降低表面粗糙度以减少应力集中，提高齿芯材料的韧性，在齿根处施行喷丸、滚压等强化处理。2、齿面点蚀点蚀就是齿面材料在交变接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状剥蚀损伤现象。齿面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点，随着应力循环次数的增加，麻点逐渐扩大，特别是润滑油的渗入，受压挤胀，加速麻点的扩展，导致齿面材料脱落而形成凹坑。齿面点蚀会严重影响齿轮传动的平稳性，产生振动和噪声，以致齿轮不能正常工作。疲劳点蚀首先出现在节线附近的齿根面上。这是由于齿面节线附近相对滑动速度较小，难于形成润滑油膜，摩擦力较大；节线附近参于啮合的轮齿对数少，故接触应力较大。点蚀为闭式齿轮传动的常见齿面失效形式。在开式齿轮传动中，由于齿面磨损较快，一般不会出现点蚀。避免或减缓点蚀产生的措施，是限制齿面接触应力，提高齿面硬度和增加润滑油粘度等。3、齿面磨损齿面磨损主要是磨粒磨损。当轮齿工作面间落入外部硬质颗粒（如沙粒、铁屑等）时，齿面即被逐渐磨损而致报废。它是开式齿轮传动的主要失效形式之一。改用闭式齿轮传动是避免齿面磨粒磨损最有效的办法。4、齿面胶合胶合是接触齿面在一定压力作用下金属发生粘着，同时随吃面的相对滑动使金属从齿面撕划出沟槽的现象。高速重载齿轮传动中，常因接触区局部温度升高而导致润滑油膜破裂，使两齿面金属直接接触而粘着，称为热胶合。而低速重载时则因接触点局部压力很高，使接触表面油膜破坏而粘着，称为冷胶合。减轻或防止胶合的措施有：选择合适的参数（如适当减小模数），减少齿面相对滑动速度，提高齿面硬度，降低表面粗糙度值，合理匹配齿轮副材料，采用抗胶合好的润滑油和有效的散热降温方法。5、齿面塑性变形塑性变形的措施有：提高齿面硬度，减小接触应力，改善润滑情况等。3.3.3重载或过载传动时，由于摩擦力作用，较软的齿面材料可能沿摩擦力方向发生塑性变形。主动轮表面摩擦力方向背离节线，使齿面节线附近碾出凹沟；而从动轮摩擦力方向指向节线，使齿面节线附近挤出凸棱。确定齿轮齿数时应注意的问题齿轮的齿数和不应过大，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<=100~200.齿数和尽可能小，但应考虑以下问题：最小齿轮不产生根切现象。机床变速箱中，对于标准直齿圆柱齿轮，一般最小齿数>=18~20。受结构限制的最小齿数的各齿轮，应能可靠地装到轴上或进给套中，齿轮齿槽到孔壁或键槽的壁厚a>=2m（m为模数），以保证有足够的强度，避免出现齿裂现象。对于标准直齿圆柱齿轮>=65+2T/m，式中：齿轮的最小齿数；m齿轮的模数；T键槽到齿轮轴线的高度。两轴上最小中心距选取应符合使用要求。若齿数和太小，则中心距过小，将导致两轴上轴承及其他结构之间的距离过进或相碰。注意：实际传动比（齿轮齿数之比）与理论传动比之间允许有误差，但不能过大，分配齿数所造成的转速误差，一般不超过±10（φ—1）%。2、三联滑移齿轮之间的齿数注意：在确定其齿数之后，应检查相邻齿数的关系，以确保其左右移动时能顺利通过，不致相碰。通过试算要保证三联滑移齿轮中，最大和次大齿轮之间齿数差应大于4。3、齿轮的结构设计及校核1>Z1=23，Z1´=64这对齿轮的设计与校核（1）选择齿轮的材料，热处理方式和精度等级由文献[1]中表11.8选择齿轮的材料为:大齿轮：选用45钢（调质），硬度为220～250HBS，强度极限δB为650MPa,屈服极限为360MPa，选用3级精度。小齿轮：40Cr（调质），硬度为240～260HBS，强度极限δB为700MPa，屈服极限为550MPa.。选用3级精度。（2）选定齿轮类型：选用直齿圆柱齿轮。2>确定设计准则由于是闭式齿轮传动，且两齿轮均为齿面硬度小于350的软齿面，齿面点蚀是主要失效形式。故应先按齿面接触疲劳强度设计计算，确定齿轮的主要参数和尺寸，样后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲强度。3>按齿面接触疲劳强度设计因两齿轮均为钢制齿轮，可用下面公式求出d1值。(1)初步计算主要尺寸d≥2.23(3.28)式中各参数确定如下：小齿轮传递的转矩T=9550000×P/n=9550000×11.63/970=114501.5N•mm②初选载荷系数K=1.3③由文献[1]中表11.19取齿宽系数为=1④由文献[1]中表11.11查得弹性系数为Z=189.8⑤由文献[1]得节点区域系数为Z=2.5⑥实际齿数比u=2.78⑦许用接触应力由式[]=算得，其中由文献[1]中图11.23得小齿轮接触疲劳强度极限=650Mpa大齿轮接触疲劳强度极限=550Mpa小齿轮与大齿轮的应力循环次数分别为N=60naL=60×413.4×2×8×300×5=5.95×10 (3.29)N=N/u=2.16×10(3.30)⑧由文献[1]中图11.26查得寿命系数Z=1.12Z=1.13（2）计算许用接触应力取失效概率为1%，安全系数s=1。[]==728MPa(3.31)[]==622Mpa(3.32)⑨初算小齿轮的分度圆直径d，得d≥2.32≥55.59mm(3.33)m===2.42计算载荷系数，由表8.3查得使用系数K=1.25因为1.63（m•S）由文献[1]中11.10查得动载荷系数K=1.11齿向载荷分配系数K=1.41齿间载荷系数K=1.2故载荷系数K=KKKK=2.35（3）对d进行修正因为K与K有较大的差异故需对按K值计算出的d进行修正，既d=d=67.72模数m===2.94，按文献[1]中表11.3取m=3（4）主要尺寸计算①中心距mm②分度圆直径d=mZ=3×23=69mmd=mZ=3×64=192mm齿宽=d=1×69=69mm取b=b=69mmb=b+（5～10）mm故取b=754>按齿根弯曲疲劳强度校核①用公式校核(3.34)②由文献[1]中图11.25查得齿形系数Y=2.69；Y=2.264③由文献[1]中表11.13查得应力修正系数Y=1.58；Y=1.74④许用弯曲应力可由式计算(3.35)由文献[1]中图11.24查得=220Mpa；=240Mpa；由图11.25查得寿命系数Y=Y=1.2；由表11.9查得安全系数S=1.25，故MPa综上，带入校验公式，得MPa<176MPaMPa<192MPa经过校合格，可知该对齿轮可以满足需要。3.4主轴轴承的设计与校核1、轴承的选择选用滚动轴承时，首先是选择滚动轴承的类型。选择轴承的类型，应考虑轴承的工作条件、各类轴承的特点、价格等因素。和一般的零件设计一样，轴承类型选择的方案也不是唯一的，可以有多种选择方案，选择时，应首先提出多种可行方案，经深入分析比较后，再决定选用一种较优的轴承类型。一般，选择滚动轴承时应考虑的问题主要有：(1)载荷的大小与性质

通常，由于球轴承主要元件间的接触是点接触，适合于中小载荷及载荷波动较小的场合工作；滚子轴承主要元件间的接触是线接触，宜用于承受较大的载荷。

(2)载荷方向

若轴承承受纯轴向载荷，一般轴承所受载荷的大小、方向和性质。这是选择轴承类型的主要依据。

若所承受的纯轴向载荷较小，可选用推力球轴承；若所承受的纯轴向载荷较大，可选用推力滚子轴承；若轴承承受纯径向载荷，一般选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承；当轴承在承受径向载荷的同时，还承受不大的轴向载荷时，可选用深沟球轴承或接触角不大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，当轴向载荷较大时，可选用接触角较大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，或者选用向心轴承和推力轴承组合在一起的结构，分别承担径向载荷和轴向载荷。2、轴承的校核（1）对单列圆锥滚子轴承32032的校核：该机床主轴部件由主轴和轴套等组成。轴套采用三支承，中间和后支承为单列圆锥滚子轴承32032。预期该卧式镗床工作十年，三班制，一年按300天算则预期寿命=24×300×10=72000h根据结构分析可知，该轴承承受了几乎全部的轴向力，经查阅文献[6]知最大轴向进给力F=3000（公斤力）=2.94×10N，即F=F=2.94×10N根据当量动载荷计算公式：P=f×F(3.36)式中，为考虑载荷性质引入的载荷系数，见表3.1。表3.1载荷系数f载荷性质举例无冲击或轻微冲击1.0～1.2电机、汽轮机、通风机、水泵等中等冲击或中等惯性力1.2～1.8车辆、动力机械、起重机、造纸机、冶金机械、选矿机、卷扬机、机床等强大冲击1.8～3.0破碎机、轧钢机、钻探机、振动机等选取f=1.5，所以当量动载荷P=f×F=1.5×2.94×10=4.41×10N 查阅手册知，该轴承的基本额定动载荷C=4.2×10N由基本额定寿命公式，L=(3.37)==1.4×10L=(3.38) =×1.4×10=836320>=72000h式中，—为寿命指数，对于球轴承，=3。结论：经校核该圆锥滚子轴承能满足工作要求。（2）对双列向心短圆柱滚子轴承的校核在主轴的前端使用了一个双列向心短圆柱滚子轴承（D3182138），主要用于支撑轴和承受轴的径向力。由齿轮所传递的转矩计算轴所受径向力：F=FtanF=2T/d推出径向力F=tan=×0.364=4.3×N根据只承受纯径向载荷F的轴承（如圆柱滚子轴承、滚针轴承等），当量动载荷为P=fF=1.5×4.3×10=6.45×10N查文献[6]手册知，双列向心短圆柱滚子轴承（D3182138）基本额定动载荷C=4.95×10按基本额定动载荷C=4.95×10N估算使用寿命由基本额定寿命公式，L===889.9L==×889.9=611708h>=72000h式中，——为寿命指数，对于滚子轴承，=10/3。结论：经校核该双列向心短圆柱滚子轴承能满足工作要求。3.5键的设计与校核1、键的设计键的类型根据联接的结构、使用要求和工作条件选定。键的剖面尺寸根据轴的直径选取，对于空心轴、阶梯轴、传递转矩小的轴，以及用于定位等特殊情况，可选用较小剖面尺寸的键，由于工艺的原因等，也可选用较大剖面尺寸的键，键的长度参考轮毂长度从标准中选取，可按下表公式进行强度校核。如强度不够，可采用双键，两个平键最好相隔180°；两个半圆键应布置在一条线上；双键联接强度校核按1.5个键计算。当与键有相对滑动的被联接件，其表面经淬火，则动联接件的[]可提高2～3倍。综合上面的信息，主轴处的键选用平头导向平键B型，采用双键，两个平键相隔180；材料为45钢；键的剖面尺寸b×h依据轴的直径d由标准中选取，由于该处轴径d=125mm,查文献[1]确定键的剖面尺寸b×h=28×16mm；因键是为了连接主轴和轴套的，故键的长度L可根据要求选取且要符合标准规定的长度系列，取键长L=320确定许用挤压应力[]=100～120Mpa许用压力[p]=40Mpa经过计算,工作转矩T=3432.3Mpa键的工作长度l=L=320mm键的挤压面高度K==mm=8mm键的宽度b=28导向平键连接的主要失效形式为组成键连接的轴或轮毂工作面部分的磨损，须按工作面上的压强来进行强度计算，其强度条件为：p===21.45Mpa＜[p]经校核知该键合格。表3.1普通平键的主要尺寸mm轴的直径d6×88~1010~1212~1717~2222~30键宽b×键高h2×23×34×45×56×68×7轴的直径d30~3838~4444~5050~5858~6565~75键宽b×键高h10×812×814×916×1018×1120×12轴的直径d75~8585~9595~100110~130键宽b×键高h22×1425×1428×1632×18键的长度系列L6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220，250,280,320,360.表3.2导向平键的主要尺寸mm810121416182022252832h788910111214141618C或r0.25~0.40.40~0.60.60~0.802.433.54.567M3M4M5M6M8M103.44.55.56.6911D68.5101215180.30.578 10121518螺纹（d×h）M3×8M3×10M4×10M5×10M6×12M6×16M8×16M10×2025~9025~11028~14036~16045~18050~20056~22063~25070~28080~32090~360对应长度系列252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360131416182023263035404854606675809010011012014016018020012.51416182022.5252831.535404550556270809010011012514016018067891011121314151618202225303540455055607080注：1、固定用螺钉应符合GB65—85《开槽圆柱头螺钉》的规定。2、键的截面尺寸（）的选取及键槽尺寸见表3.1。3、导向平键常用材料为45钢。4、本标准经1990年确认有效。表3.3键联接强度校核键的种类校核项目校核公式说明平键半圆键键工作面挤压键的剪切=≤[]=≤[]T—传递最大转矩，N•mmD—轴的直径，mmL—键的工作长度，mmK—键与轮毂接触高度，mm，K=b—键宽，mmt—切向键工作面宽，mmc—切向键倒角宽，mmf—摩檫系数钢和铸铁f=0.12～0.17[]，[]见下表3.3楔键键工作面挤压=≤[]切向键键工作面挤压=≤[]表3.4键联接许用挤压力N/mm应力种类联接方式材料载荷性质静轻微冲击冲击[]静连接钢125～150100～12060～90铸铁70～8050～6030～45动连接钢504030[]12090603.7本章小结本章主要对在选择电机应该注意的问题、主电机的选择进行了分析的基础上选择了13kW、97