基于ProE的CK5235主工作台变速箱设计

1、武汉工程大学毕业设计（ 论 文）说明书论文题目 基于Pro/E的CK5235主工作台变速箱设计 学 号 学生姓名 专业班级 指导教师 总评成绩 2011年 6 月 5 日目 录摘 要IAbstractIII第一章绪论11.1数控车床的工作原理和组成11.2 CK5235系列数控双柱立式车床3第二章 立式车床总体设计621机床主传动系统设计介绍622主传动系统的结构设计623机床设计的步骤724机床总体布局8第三章 主变速箱总体设计1031 传动方案的比较和选择。1032 电动机的选择1133 计算传动装置总传动比和分配各级传动比1234 齿轮的选择和齿数的确定1335 双柱立式车床主轴箱传动原

2、理图15第四章 主变速箱的详细设计174.1 V带的设计选择1742 齿轮的设计与校核184.3 轴及轴上零件的设计校核384.4变速箱的密封与润滑49总结51致谢52参 考 文 献53摘 要 本次设计首先对机床的结构和组成进行了简单的介绍，以及介绍CK5235双柱立式车床的组成及工作原理，对机床的重要组成部分：机床主变速箱进行总体设计及详细设计。机床是现代机电一体化技术的典型产品，对提高零件的加工质量和加工效率具有较好的作用。在本次设计中，主要完成了机床的总体设计以及主变速箱的详细设计。在机床的总体设计中，对机床的外观，布局，结构进行了设计。在主变速箱的详细设计中，对传动系统进行了设计并确定

3、了传动的方案、主传动的速度调节方式；然后对主轴箱的各传动齿轮、传动轴进行了初步设计及详细设计，得到了比较合理的设计结果，完成了机床主变速箱设计任务。设计的C5240车床具有操纵方便，结构合理等优点。【关键词】：CK5235双柱立式车床 主变速箱 详细设计AbstractThis design first the structure and composition of machine simply introduces and CK5235 double column vertical lathe introduced the structure and the working princip

4、le of machine tools, an important part of the main transmission in overall: machine tool design and detailed design. Machine is typical of the modern electromechanical integration technology, to improve the product quality and machining parts processing efficiency has good effect. In this design, th

5、e main completed the overall design of the machine and the detailed design gearbox. The overall design of the machine tool, the appearance of machine tools, layout structure design. In the main gearbox detailed design, the design of transmission system and determine the transmission scheme, main tra

6、nsmission speed regulating mode; Then the spindle box to the transmission gears, transmission shaft has carried on the preliminary design and the detailed design, got more reasonable design results, completed the machine design assignment Lord gearbox. Design C5240 lathe with manipulation convenient

7、, reasonable structure, etc.Keyword: CK5235 double column vertical lathe main gearbox detailed design第一章绪论1.1数控车床的工作原理和组成1.1.1数控机床的工作原理 用数控车床加工零件时，首先应将加工零件的几何信息编制成加工程序，由输入部分送入数据设置，经过数控装置的处理运算，按各坐标的分量送到各轴的驱动电路，经过转换，放大进行伺服电机的驱动，带动各轴运动，并进行反馈控制，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序，轨迹和参数条件有条不紊地工作，从而加工出零件的全部轮廓。1.1

8、.2数控机床的发展许多生产企业（例如汽车、拖拉机、家用电器等制造厂）已经采用了自动机床=组合机床和专用自动生产线。采用这种高度自动化和高效率的设备，尽管需要很大的初始投资以及较长的生产准备时间，但在大批大量的生产条件下，由于分摊在每一个工件上的费用很少，经济效益仍然是非常显着的。 已经使用的各类仿型加工机床部分地解决了小批量、复杂零件的加工。但在更化零件是，必须制造靠模和调整机床，不但要耗费大量的手工劳动，延长了生产，延长了生产准备周期，而且由于靠模误差的影响，加工频繁变化的精度很难达到较高的要求。 为了解决上述这些问题，来满足多种、小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活、的、通用的、能够适应产

9、品频繁变化的柔性自动化机床。数字控制机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。他极其有效地解决了上述一系列矛盾，为单件、小批生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。 数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给冷切液等）和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁带）将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其它执行组件，使机床自动加工出所需要的工作。数控机床是综合了微电子、计算机、自动控制、自动检测以及精密机械等技术的最新成果而发展起来

10、的完全新型的机床，它标志着机床工业进入了一个新的阶段。 第二次世界大战结束后，美国由于生产复杂的飞机零件的需要，提出了数控机床的初始设想。1 1949年麻省理工学院（MIT）和巴森兹公司（Pasron Co）共同研究，1952年发表了三坐标连续控制铣床的系统研究结果，它是伺服系统与刚发展起来的数字计算机技术结合而产生的。1953年麻省理工学院发射实验室（MIT RADIATION）展出了该种机床。 40多年来，随着电子工业与计算机技术的发展数控系统的更新换代是十分迅速的。第一代数控系统：1952年至1959年，采用电子管组件。 第二代数控系统：1959年开始，采用晶体管组件。 第三代数控系统：

11、1965年开始，采用集成电路。 第四代数控系统：1970年开始，采用+大规模集成电路及小型通用计算机。 第五代数控系统：1974年开始，采用微处理机和微型计算机。 由于数控技术发展极大地推动了数控机床的发展，在所有品种的机床实现单机数控化的同时，出现了一次装夹可完成多道工序的数控加工中心（Machine Center） 加工中心机床的出现，加工CAD技术，信息技术，网络控制技术以及系统工程学的发展，为单机控制自动化向计算机控制的多机制造系统自动化方向发展创造了必要条件。60年代末期出现的计算机群控系统即直接数控（Direct-Nc-DNC）系统。柔性制造技术的发展，已经形成了自动计划程度和规模

12、上不同的多种层次和级别的柔性制造系统。带有自动换刀装置（ATC）的数控加工中心是柔性制造的硬件基础，是制造系统的基本级别。其后出现柔性制造单元（FMC），是较高级的柔性制造系统，它一般由加工中心机床与自动更换工件（AWC）的随机托盘（pallet）或工业机器人及自动检测与监控技术装备。以及柔性制造系统（FMS）和计算机集制造系统（CIMS）。（参考文献数字控制技术与数控机床4）1.1.3 数控机床的特点及数控机床的组成 数控机床的特点： 数控机床较好地解决了复杂精密，多变的零件加工问题，是一种灵活的，高效能的自动化机床。 数控机床以其精度高、效率高、能适应小批量复杂零件的加工等特点。 数控机床

13、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本体组成，其各组成部分的关系如下图1-1： （数控机床的组成图1-1） （参考机械制造装备设计1）1.1.4 数控机床的分类 按工艺用途分类：切削加工的数控机床，金属成型机床，特种加工机床，加工中心机床。 按运动方式分类：1点位控制系统（P系统）：只实现有一个位置到另一个位置的精确移动，在移动和定位过程中不进行任何加工，机床移动部件的运动路线并不影响加工的孔距精度。数控系统只需控制行程终点的坐标值，而不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动不需要有任何联系。2点位直线控制系统：点位直线控制数控机床的特点是机床移动

14、部件不仅要实现由一个位置到另一个位置的精确移动。3轮廓控制系统：轮廓控制数控机床的特点是能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行控制，它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且要控制整个加工过程每一点的速度与位移量，也就是说，要控制移动轨迹，将工件加工成一定的轮廓形状。1 按控制方式分类： 1开环控制系统：开环控制系统就是指不带反馈装置的控制系统。通常使用功率步进电机或电液脉冲马达作为执行机构。数控装置输出的脉冲通过环形分配器和驱动电路，不断改变供电状态，使步进电机转过相应的布局角，再经过减速齿轮带动丝杆旋转，最后转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是有输入脉冲的频率和脉冲数所

15、决定的。开环控制系统具有结构简单，成本较低等优点。2半闭环控制系统：半闭环控制系统是在开环系统的丝杆上装有角位移检测装置，通过检测丝杆的转角间接地检测移动部件的位移部件的位移，然后反馈至数控装置中。配有精密滚珠丝杆和齿轮的半闭环系统正在被广泛地采用。目前已经逐步将角位移检测装置和伺服电机设计成一个部件，使系统变得更加简单。3闭环控制系统：闭环控制系统是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置，将测量到的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确定位。（参考机械制造装备设计1）1.2 CK5235系列数控

16、双柱立式车床1.2.1 产品简介车床主要用于各种回转表面，如内外圆柱表面，圆锥表面回转曲面和端面等有些车窗还能加工螺纹面多数工件表面具有回转面，所以车床通用性比较广泛。 CK5240系列数控双柱立式车床，适用于重机、发电、造船、冶金、矿山等行业的大型零件加工。结构特点:1.刀架和滑枕移动采用滚珠丝杠螺母传动，横梁配有卸荷梁，以承受刀架重量，减少横梁的变形。2.刀架和滑枕均采交流伺服电机进给驱动，进给量分为工作台每转和每分钟两种。3.主传动采用宽调磁直流电机驱动，二级机械变速。4.工作台采用每腔一泵式预载恒流静压导轨，并以高精度滚动轴承定心。5.主机可与各国生产的数控系统相配用。1.2.2 主要

17、规格和技术参数（表1-1）： （表1-1）TypeD1(mm) D2(mm) H(mm)L(t) P(kw)Md(kNm)N(r/min)Z(min)S(mm/min）CK52353080 3500 2000/250030 55 100 0.63-63 1600 0.1-400 CK5240A/13600 4000 2500/320050 125 0.5-50 1800 CK52504500 5000 3200/400063 160 0.4-40 2000 CK5263CKX52635700 6300 4000/5000160 125 400 0.315-31.52500 CK5280CKX5

18、2807200 8000 250 0.25-25 CK52100CKX521007200 10000 250 D1=工作台直径 D2=最大车削直径 H=最大车削高度 L=工作台载重量 P=主电机功率 MD=工作台最大扭矩 N=工作台转速 S=刀架进给量 Z=滑枕行程1.2.3机床的外观（图1-2）(上图5235立式车床)第二章 立式车床总体设计21机床主传动系统设计介绍211主传动系统的分类主传动系统有以下几种分类方式： 按驱动主传动的电机类型，可分为交流电机驱动和直流电机驱动。 按传动装置类型，可分为机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置。 按变速的连续性，可分为分级变速传动和无级变速传动

19、。主传动系统的传动方式主要有：集中传动方式和分离传动方式。通用机床中多数机床的主变速传动系统一般都采用集中传动方式。212主传动系统设计的一般原则一般原则为：传动副前多后少原则。 传动顺序与扩大顺序相一致的原则（前密后疏原则）。变速组的降速要前慢后快，中间轴的转速不宜超过电动机的转速。22主传动系统的结构设计221主传动系统结构选择主传动的布局主要有集中传动式和分离传动式两种。主传动的全部变速机构和主轴组件集中装在同一箱体内，称为集中传动式布局，分别装载变速箱和主轴箱两个箱体内，而在其中间采用带或链传动，称为分离传动式布局。 集中传动式 多数机床都是采用集中传动式布局。其优点是：结构紧凑，便于

20、实现集中操纵，箱体数少，在机床上安装调整方便。缺点是 ：传动机构的振动和发热会直接影响主轴的工作精度。因此，集中传动式布局一般食用于普通精度的大，中型机床。 分离传动式 某些高速，精密机床的主传动采用分离传动式布局，其优点是：变速箱所产生的振动和热量不传给或少传给主轴，从而减少了主轴的振动和热变形，当采用背轮传动时，高速时由带传动直接传动主轴，运转平稳，加工表面质量好，低速时经背轮机构传动，转矩大适应粗加工要求。其缺点是：需两个箱体，加工，装配工作量较大，成本较高，主轴低速时传动带传递转矩大，容易打滑，当传动带安装在主轴中段时，调整，维修不方便。因此，分离传动式布局适用于中小型的高速或精密机床

21、。222变速方式的选择机床主传动的变速方式可分为无级变速和有级变速两种 无级变速 无级变速是指在一定的范围内连续的变换转速，以便得到最有利的切削速度；能在运转中变速，以便实现变速自动化；能在负载下变速，便于车削大端面时保持恒定的切削速度，以提高生产效率和加工质量。机床主传动中常用下列几种无级变速装置。 机械摩擦无级变速器。其结构简单，使用可靠，常用在中小型车床、铣床等主传动中。 液压无级变速装置。其传动平稳、运动换向冲击小，易于实现直线运动，常用于主运动为直线运动的机床，如磨床、拉床、刨床等机床的主运动中。 电气无级变速装置。其有直流电动机和交流电动机两种，由于可以大大简化机械结构，便于实现自

22、动变速、连续变速和负载下变速，应用越来越广泛，尤其在数控机床上目前几乎全部采用电器变速。数控机床和大型机床中，有时为了在变速范围内，满足一定恒功率和恒转矩的要求，或为了进一步扩大变速范围，常在无级变速器后面串接机械分级变速装置。 有级变速由滑移齿轮，交换齿轮等变速传动副组成的主传动所实现的主轴转速不能连续的变换。这种变速属于有级变速。它的传递功率大，变速范围广，传动比准确，工作可靠，但有速度损失，传动不够平稳。目前，有级变速教广泛的应用于通用机床，尤其是中小型通用机床中。但缺点是有速度损失，不能在运转中进行变速。23机床设计的步骤1、调研 调查使用部门对机床的具体要求，现在使用的加工方法； 收

23、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； 调查制造厂的设备条件、技术能力和生产经验等。2、拟定方案 分析加工工艺，提出总体设计方案，包括：工艺方案、主要参数、机床总体布局、传动系统、电气系统、液压系统、主要部件的结构草图、试验结果及技术经济综合效果分析等。 拟定方案时要注意尽可能采用先进的工艺和创新的结构，尽量采用新的先进技术，提高生产率，并且要注意以生产实践和科学实验为依据。3、技术设计（含工程设计） 根据总体设计方案、绘制机床总图、部件装配图、液压与电气装配图、并进行运动计算和动力计算。 、主要技术指标设计 主要技术指标设计是后续设计的前提和依据。用途 指机床的工

24、艺范围，包括加工对象的材料、质量、形成及尺寸等。生产率 包括加工对象的种类、批量及所要求的生产率。性能指标 包括加工对象所要求的精度或机床的精度、刚度、热变形、噪音等性能指标。主要参数 即确定机床的主参数和基本参数。驱动方式 机床的驱动方式有电动机驱动和液压驱动。成品及生产周期 无论是订货还是工厂规划的产品，都应确定成本及生产周期方面的指标。、总体方案设计 总体方案设计包括下面几项运动功能设计 包括确定机床所需运动的个数、形式、功能及排列顺序，最后画出机床的运动功能图。基本参数设计 包括尺寸参数、运动参数和动力参数设计。传动系统设计 包括传动方式、传动原理图及传动系统图设计。总体结构布局设计

25、包括运动功能分配、总体布局结构形式及总体机构方案图设计。控制系统设计 包括控制方式及控制原理、控制系统图设计。、总体方案综合评价与选择 在总体方案设计阶段，对其各种方案进行综合评价，从中选择较好的方案。、总体方案设计修改或优化 对所选择的方案进一步的修改和优化，确定最终方案。上述设计内容，在设计过程中要交叉进行。、详细设计技术设计 包括确定结构原理方案、装配图设计、分析计算或优化。施工设计 包括零件图设计、商品化设计、编制技术文档等。、机床整机综合评价 对所设计的机床进行整机性能分析和综合评价。上述步骤可反复进行，直到达到设计结果满意为止。在设计过程中，设计与评价反复进行，可以提高一次设计成功

26、率。 零件图设计和编写各种技术文件。4、样机试制与鉴定24机床总体布局确定机床的组成部件。确定各个部件的相对运动和相对位置关系。确定操纵、控制机构在机床中的配置。机床总布局必须满足用户提出的各种要求： 加工范围、工作精度、生产率和经济性等要求。 确保所采用的工艺方法能实现所要求的工件和刀具之间相对位置关系和相对运动关系。 处理好人机关系。1、影响机床总体布局的因素：（一）表面成形方法采用不同的刀具、不同表面成形方法和不同表面成形运动，导致机床总体布局的差异。（二）机床运动分配工件表面形成方法和运动相关，而机床运动分配不同，机床布局就不同。（三）工件尺寸、形状与重量工件的表面形成运动及机床部件的

27、运动分配基本相同，但是工件的尺寸、重量和形状不同，这会引起机床布局的变化。（四）工件的技术要求工件的技术要求：尺寸精度、几何精度和表面粗糙度等。对技术要求高的工件加工在考虑机床布局时尽量提高机床的传动精度和刚度、减少振动和热变形等。提高机床传动精度缩短传动链。框架式结构提高机床刚度。减少振动和考虑热变形对加工精度的影响如高速车床采用分离传动。（五）生产规模和生产率以车床为例，车削盘类零件；单件小批生产，普通车床加工；中批生产，转塔车床加工，加工中不需换刀，缩短辅助时间、提高生产率。大批大量生产，考虑安放自动上下料装置；采用多主轴、多刀架同时加工；控制系统可实现半自动或自动循环等措施，以提高生产

28、率；（六）其他因素充分考虑到人的因素，处理好人机关系。减轻劳动强度，提供舒适的工作条件，提高工作效率，考虑部件相对位置安排、操纵部位和安装工件部位便于观察、操作，并和人体基本尺寸和四肢活动范围相适应。外形美观、调整、维修、运输吊装等问题。2、模块化设计模块化设计是对具有同一功能的部件或单元（如刀架），根据用途或性能不同，设计出多种能够互相选用的模块（例如切断刀架、仿形刀架等），根据生产需要选用模块，组成各种通用机床、变型机床和专用机床。模块化设计可以缩短设计和试制周期,容易采用新技术，得到高质量的新产品，模块定型后，可以成批生产，成本低，保证质量，提高竞争能力。第三章 主变速箱总体设计31 传

29、动方案的比较和选择。311 选择传动机构的类型合理地选择传动型式是拟定传动方案时的重要环节。在传递大功率时，应充分地考虑提高传动装置的效率，以减少能耗、降低运行费用。这时应选用传动效率高的传动机构，因此选用齿轮传动。a常用的两种减速器的类型和特点（文献1P4表2-2）： （ 图3-1 常用的减速器类型 ）由于展开式总传动比较大，结构简单，应用广，但齿轮相对于轴承为不对称布置，因而沿齿宽载荷分布不均匀，要求轴有较大刚度；而分流式一般为高速级分流，且常采用斜齿轮，齿轮相对于轴承为对称布置，沿齿宽载荷分布较均匀，同时，减速器结构较复杂，常用于大功率、变载荷场合，因此使用分流式。312 选择传动级数。

30、如果选用单级齿轮传动，则传动比较低，传动方案过于简单，齿轮转速较小，传动效率不高，故不予采用。如果采用多级齿轮传动，如六级传动，则结构又过于复杂，成本过高，功率损失较高，传动比分配过小，会导致主从动齿轮齿数接近，根据公式d=mz可知将达不到最大加工直径（4000mm）的要求。倘若采用四级传动，则传动比分配过大，会导致主从动轮齿数相差较大；齿轮尺寸相差过大，则易使轴上承受过大而不均匀的载荷，减小寿命。同时易导致小齿轮转速过快，长期处于疲劳状态，容易出现问题，因此根据优化设计来确定为七轴五级传动。综上所述，初步确定为如下图所示的七轴五级分流式传动。（ 图3-2 传 动 原 理 图 ）32 电动机的

31、选择321 选择电机应综合考虑的问题（1）根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要求，选择电动机类型。（2）根据负载转矩、速度变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩，选择电机功率，并确定冷却通风方式。所选电机功率应留有余量，负荷率一般取0.80.9。过大的备用功率会使电机效率降低，对于感应电动机，其功率因数将变坏，并使按电机最大转矩校验强度的生产机械造价提高。（3）根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构型式。（4）根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动

32、机的电压等级和类型。（5）根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程性能的要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机额定转速。除此之外，选择电机还必须符合节能要求，考虑运行可靠性、设备的供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易，以及产品价格、建设费用、运行和维修费用、生产过程中前后期电动机功率变化关系等各种因素。322 电动机的类型和结构型式按工作要求和工作条件，选用一般用途的ZC系列直流电动机，具体结构为：立式封闭型电动机。（文献2P35-66）323 求出计算转速n计依据经验公式：n计=最高速/（机械比*调磁比）而根据规定，机械比i=1:4（有级变速）。与此同时，依据文献3P

33、22-145直流电动机的特性和用途，用于启动转矩稍大的恒速负载和要求调速的传动系统，如离心泵、风机、金属切削机床等其他励、并励方式下的调速范围：削弱磁场恒功率调速，转速比可达1:2至1:4。因此，由文献4式（3.13）得直流电机的机械特性：n=U/(Ke)-RaT/(KeKt)（为磁通）.可以根据经验确定，调磁比=1:3.5 。同时，由于调速范围为：31.5/0.315=100=4*3.5*调压比，所以可以计算出调压比=1:7.1 。 计算转速：n计=50.0/（4*3.5）=3.57r/min 324 初步确定电机的容量。电机的功率为：P=/9550=11.3*3.577/9550=48.6

34、0kw（和分别为电机转矩和电机转速）将取0.85，则可以粗算其额定功率为：P额=P/=48.60/0.9=54.00kw根据上海南洋电机厂提供的电机技术数据表可知，有以下两种型号的电机可供选择：型号：ZC-315/10S，额定功率：125kw，转速范围：nn=596002100r/min型号：ZC-250/02S，额定功率：55kw， 转速范围：nn=856002100r/min由以上数据可以看出，方案的电机功率为55kw，基本满足要求，且转速范围较大，利于后续的计算和调整，因此初步选定电机的型号为：ZC-250/02S。33 计算传动装置总传动比和分配各级传动比331 计算两档的总传动比此时

35、已知：主运动直流电动机功率功率为55kw，Mn=203kgm，n=856002100r/min，且车削时工作台转速范围为：0.550r/min。又根据最高转速：n高=2100*(1/i)=50,算出第一档传动比：i=42；同理，最低转速：n低=85*(1/i)=0.5,算出第二档传动比：i=170。由此可以看出，机械比=i/i=42/170=1:4.051:4 。 不符合要求，应对电机的转速范围进行调整。根据机械比：i: i=42: i=1:4，可以算出：i=168 。再列出方程式进行倒推：n低=*（1/i）=0.5，可以算出：=84r/min。调整后的电动机功率为125kw，Mn=100KN

36、m，nn=846002100r/min。332 分配各级传动比此时已知第一档总传动比为i=42，则i12i23i34i45i57=42；为了便于后续的计算比较，选择最佳分配方式，在此特地设计两套传动比分配方案供比较选优。1）利用数学方法和经验关系来确定。列出方程式进行比例运算：X*Y*Z*a*b=42（根据武重机床厂提供的例子可以确定X、Y、Z、a、b之间的相互关系），经过计算可得第一档：i12=2.00, i23=0.768 , i34=1.272 , i45=1.59 , i57=15.31；再根据机械比为1:4，总传动比为266.68可以确定第二档：i12=2.00 , i23=2.71

37、2, i34=1.272 , i45=1.59 , i57=15.31。2）利用所给的资料，结合以往武重机床厂的设计数据来分配确定。依据资料提供的经验数据：i23=37/46=0.8,i34=60/40=1.5,i45=56/30=1.87则可以按照比例确定：i12=1.80 ，i57=10.40。所以第一档：i12=1.80 , i23=0.8 , i34=1.5 , i45=1.87 , i57=10.40；第二档：i12=1.80 , i23=3.2 , i34=1.5 , i45=1.87 , i57=10.40。34 齿轮的选择和齿数的确定（1）选择齿轮。按照前面所述的传动方案，由于

38、斜齿轮比直齿轮多承受一个轴向力的作用，有利于使轴上受力均匀，结构紧凑，工作稳定，且便于消除间隙，因此在整个传动方案中除齿轮1、2、7、8（见后图）采用直齿圆柱传动之外，其他均采用斜齿圆柱齿轮传动。（2）齿数的确定依据第一套方案：i12=2.00 , i23=0.678 , i34=1.272 , i45=1.59 , i57=15.31来初选齿轮的齿数。第一档：选择 Z1=32 , 则Z2=32*2.00=64 , i12=64/32； Z4=40 , 则Z5=40*0.678=27 , i23=27/40； Z7=42 , 则Z8=42*1.272=53 , i34=53/42； Z10=3

39、0 , 则Z11=30*1.59=48 , i45=48/30； Z12=28 , 则Z13=28*16.74=429 , i57=429/28；第二档：选择 Z3=20 , 则Z6=20*0.67*4=54 , i23=54/20。依据第二套方案：i12=1.80 , i23=0.8 , i34=1.5 , i45=1.87 , i57=10.40来初选齿轮的齿数。第一档：选择 Z1=36 , 则Z2=36*1.80=65 , i12=65/36； Z4=46 , 则Z5=46*0.80=37 , i23=37/46； Z7=40 , 则Z8=40*1.5=60 , i34=60/40； Z

40、10=30 , 则Z11=30*1.87=56 , i45=56/30； Z12=30 , 则Z13=30*10.40=312 , i57=312/30；第二档：选择 Z3=20 , 则Z6=20*0.80*4=64 , i23=64/20。（3）计算各轴的转速根据第一套方案：nj5=nji57=3.57*429/28=54.698r/min nj4=nj5i45=54.698*48/30=87.516r/min nj3=nj4i34=87.516*53/42=110.437r/min nj2=nj3i23=110.437*64/40=298.180r/min nj1=nj2i12=298.1

41、80*64/30=596.360r/min根据第二套方案：nj5=nji57=3.57*312/30=37.128r/min nj4=nj5i45=37.128*56/30=69.306r/min nj3=nj4i34=69.306*60/40=103.958r/min nj2=nj3i23=103.958*64/20=332.667r/min nj1=nj2i12=332.667*65/36=600.649r/min（4）从电机轴计算各轴的传递转矩（Mn=100KNm）计算电机扭矩T=9550*P额/nj=9550*55/596.360=880.76 KNm根据第一套方案：M1=880.76

42、KNm M2=M1i12=203*(64/32)*0.95=1673.44Nm M3=M2i23=1673.44*(54/20)*0.95=4292.38Nm M4=M3i34=4292.38*(53/42)*0.95=5145.75Nm M5=M4i45=5145.75*(429/30)*0.95=7821.54Nm M7=M5i57=7821.54*(429/28)*0.95=.31Nm根据第二套方案：M1=874.47Nm M2=M1i12=874.47*(65/36)*0.95=1499.96Nm M3=M2i23=1499.96*(64/20)*0.95=4559.88Nm M4=M

43、3i34=4559.88*(60/40)*0.95=6497.83Nm M5=M4i45=6497.83*(56/30)*0.95=11522.81Nm M7=M5i57=11522.81*(312/30)*0.95=.41Nm结论：由于给定的工作台最大扭矩为100KN（即Nm），而计算的传递转矩比给定的扭矩要大，说明上述两种方案均满足要求，但是第二种方案更接近于齿轮齿数标准系列，便于后续的计算与校核，因此就选择第二种方案。将后面计算中需要用到的转矩进行单位换算（分别乘以9.8）可得：M1=874.47Nm ,M2=1499.96Nm ,M3=4559.88Nm ,M4=6497.83Nm ，

44、M5=11522.81Nm ，M7=.41Nm 。（5）计算各轴的输入功率(P电=55kw)P=55*0.95=52.25kw P=52.25*0.95=49.64kwP=49.64*0.95=47.16kw P=47.16*0.95=44.80kwP=44.80*0.95=42.56kw P=42.56*0.95=40.43kw35 双柱立式车床主轴箱传动原理图（1）依据前面的设计方案绘制出轴的空间布置简图。 （ 图3-3 轴的空间布置简图 ）结构说明：该图中轴、在同一水平线上，其中轴与电动机相连，轴上的齿轮有结合与脱开装置。而轴处在空间上实际布置有上下两根轴，轴则与齿圈（工作台）相连，完成

45、车削运动。（2）依据前面的设计方案以及选定的齿轮齿数绘制出主轴箱的传动原理图。 （ 图3-4 主轴箱的传动原理图 ）将以上计算结果整理后列于下表，供以后设计计算时使用。项 目电机轴轴 轴 轴 轴 轴 转 速600.649332.667103.95869.30637.1283.57功 率11875112811071710181967240.43转 矩874.471499.964559.886497.8311522.81传 动 比65/3637/46（*4）60/4056/30312/30效 率095095095095095第四章 主变速箱的详细设计4.1 V带的设计选择4.1.1 V带的说明 V

46、带的横截面呈等腰梯形，带轮也作出相应的轮槽。传动时，V带的两个侧面和轮槽接触。槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外，V带传动允许的传动比大，结构紧凑。4.1.2 V带的选择设计已知电动机的功率P=55kw，转速n1=2100r/min,传动比i=1，每天工作8小时。1.确定计算功率Pca 表8-7查得工作情况系数KA=1.1，故Pca=KAP=1.1*55=60.5kw2.选择V带的带型 根据Pca，n1由图8-11选择c型3.确定带轮的基准直径dd并验算带速v1）初选小带轮的基准直径dd1，由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径dd1=250mm2）验算带速v。按式（8-13）验算带的速度v

47、=27.48m/s因为5m/sv30m/s 故带速合适3）计算大带轮的基准直径。根据式8-15a),计算大带轮的基准直径dd2dd2=i*dd1=1*250=250mm又根据表8-8，圆取dd2=250mm4.确定V带的中心距a和基准长度Ld1）根据式（8-20），初定中心距a0=600mm2）由式（8-22）计算所需的基准长度Ld0=2*600+/2(250+250)=1985mm由式8-2选带的基准长度Ld=2000mm3）按式（8-23）的计算实际中心距a0a=a0+（Ld-Ld0）/2=600+(2000-1985)=608mm5.验算小带轮上的包角a1a1=180-（dd2-dd1）

48、*（57.5/a）=180906.计算带的根数Z1）计算单根V带的额定功率Pr。由dd1=250mm和n1=2100r/min,查表8-4a得P0=9.58kw根据n1=2100r/min,i=1和C型带轮，查表8-4b得P0=0kw查表8-5得Ka=1.00，表8-2得KL=0.88，于是Pr=（P0+P0）*Ka*KL=(9.58+0)*1*0.88=8.43kw2)计算V带的根数ZZ=Pca/Pr=60.5/8.43=7.12 取8根7.计算单根V带的初拉力的最小值(F0)min由表8-33得C型带的单位长度质量q=0.3kg/m 所以(F0)min=500*（2.5-1.00）*60.

49、5/(1*8*27.48)+0.3*27.48*27.48=432.94N应使带的实际初拉力F=(F0)min8.计算压轴力Fp压轴力的最小值为（Fp）min=2Z(F0)min=2*8*432.94*sin90=6927.04N42 齿轮的设计与校核（除特别说明之外，所有的公式及图表均查至文献【5】）421第一对齿轮（1，2）的设计校核1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数1）按照前面所示的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。2）由于变速箱适用于金属切削机床，故选用7级精度。（文献5P208表10-8）。3）材料选择。选择小齿轮材料为45钢，调质HBS1=217-255；大齿轮选用45钢，正火HB

50、S2=162-217。（文献6 P16-63表16.2-14）4) 小齿轮齿数Z1=36，大齿轮齿数Z2=65；2按齿面接触强度设计 即d1t2.32*1）确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数Kt=1.3。（2）计算小齿轮传递的转矩 T1=874.47Nm=Nmm（3）由表10-7选取齿宽系数d=1（4）由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa（5）由图10-21c.d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1=550Mpa；大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2=390Mpa；（6）由式10-13计算应力循环次数N1=60n1jLh=60*600.649*1*(2*8*

51、5*300)=8.65*N2=8.65*/(65/36)=4.79 *（7）由图10-19查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.94；KHN2=0.95（8）计算接触疲劳许用应力。取失效系数为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得H1=KHN1Hlim1/S=0.94*550=517Mpa H2=KHN2Hlim2/S=0.95*390=370.5Mpa2）计算（1）试算小齿轮分度圆直径d1t，由公式得d1t2.32=178.13mm （2）计算圆周速度V V=1.698m/s（3）计算齿宽b b=dd1t=1*178.13mm=178.13mm （4）计算齿宽与齿高之比b/h 模数:mt=

52、d1t/ Z1=178.13/36=4.948齿高:h=2.25mt=2.25*4.948=11.133b/h=178.13/11.33=15.72（5）计算载荷系数K(已知使用系数KA=1.25)根据V=1.698m/s,7级精度，由图10-8查得动载系数Kv=1.05；由表10-4查得KH=1.12+0.18(1+0.6d)d+0.23*10b将数据代入后得KH=1.12+0.18(1+0.6)+0.23*10*178.13=1.45由图10-13查得KF=1.43；由表10-3查得KHa=KFa=1.1。由表10-2查得使用系数KA=1.25故载荷系数K=KAKVKHaKH=1.25*1.06*1.1*1.45=2.1134（6）故按实际的载荷系数校正所算