無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 目 錄 第一章 引言 1 第 二 章 設(shè)計 方案論證與擬定 2 2.1 總體方案 的論證 2 2.2 總體方案的擬定 2 2.3 主傳動系統(tǒng) 總體方案 圖及傳動原理 2 第 三 章 設(shè)計計算說明 5 3.1 主運動 設(shè)計 5 3.1.1 參數(shù)的確定 5 3.1.2 傳動設(shè)計 6 3.1.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 8 3.1.4 帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定 12 3.1.5 傳動件的 設(shè)計 19 3.2 縱向進給運動設(shè)計 38 3.2.1 滾珠絲桿副的選擇 38 3.2.2 驅(qū)動電機的選用 42 結(jié) 論 47 小 結(jié) 48 致 謝 49 參考文獻 50 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 1 頁 第一章 引 言 當前的世界已進入信息時代，科技進步日新月異。生產(chǎn)領(lǐng)域和高科技領(lǐng)域中的競爭日益加劇，產(chǎn)品技術(shù)進步、更新?lián)Q代的步伐不斷加快?，F(xiàn)在單件小批量生產(chǎn)的零件已占到機械加工總量的 80%以上，而且要求零件的質(zhì)量更高、精度更高，形狀也日趨復雜化，這是擺在機床工業(yè)面前的一個突出問題。為了解決復雜、精密、單件小批量以及形狀多變的零件加工問題，一種新型的機床 數(shù)字控制 (Numerical control)機床的產(chǎn)生也就是必然的了。 此次設(shè)計是數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計，其中包括機床的主運動設(shè)計，縱 向進給運動設(shè)計，還包括齒輪模數(shù)計算及校核，主軸剛度的校核等。 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 2 頁 第 二 章 總體方案論證與擬定 2.1 總體方案的論證 數(shù)控車床是基于數(shù)字控制的，它與普通車床不同，因此數(shù)控車床機械結(jié)構(gòu)上應具有以下特點： 1 由于大多數(shù)數(shù)控車床采用了高性能的主軸，因此，數(shù)控機床的機械傳動結(jié)構(gòu)得到了簡化。 2 為了適應數(shù)控車床連續(xù)地自動化加工，數(shù)控車床機械結(jié)構(gòu)，具有較高的動態(tài)剛度，阻尼精度及耐磨性，熱變形較小。 3 更多地采用高效傳動部件，如滾動絲桿副 等。 CNC 裝置是數(shù)控車床的核心，用于實現(xiàn)輸入數(shù) 字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲，數(shù)據(jù)的變換，插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。 2.2 總體方案的擬定 1 根據(jù)設(shè)計所給出的條件，主運動部分 z=18 級，即傳動方案的選擇采用有級變速最高轉(zhuǎn)速是 2000r/min，最低轉(zhuǎn)速是 40r/min， 1.26 。 2 縱向進給是一 套獨立的傳動鏈，它們由步進電機，齒輪副，絲桿螺母副組成，它的傳動比應滿足機床所要求的。 3 為了保證進給 傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦小、 傳動效率 高 的滾珠絲桿螺母副，并應有預緊機構(gòu)，以提高傳動剛度和消除間隙。齒輪副 也應有消除齒側(cè)間隙的機構(gòu)。 4 采用 滾珠絲桿螺母副 可以減少導軌間的摩擦阻力，便于工作臺實現(xiàn)精確和微量移動，且潤滑方法簡單。 2.3 主傳動系統(tǒng)總體方案 圖及傳動原理 1. 數(shù)控車床主傳動系統(tǒng) 圖 數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)見圖 2.1。整個主傳動系統(tǒng)主要由主運動傳動鏈和縱向進給傳動鏈組成。 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 3 頁 圖 2.1 總的傳動系統(tǒng) 圖 2. 傳動原理 主軸部件是機床實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行件，結(jié)構(gòu)如圖 2.2 所示，其工作原理如下： 交流主軸電動機通過帶輪 15 把運動傳給主軸 7。主軸有前后 2 個支承。前支承由一個圓錐孔雙列圓柱滾子軸承 11 和一對 角接觸球軸承 10組成，軸承 11 用來承受徑向載荷，兩個角接觸球軸承一個大口向外（朝向主軸前端），另一個大口向里（朝向主軸后端），用來承受雙向的軸向載荷和徑向載荷。前支承軸的間隙用螺母 8來支撐。螺釘 12 用來防止螺母 8 回松。主軸的后支承為圓錐孔雙列圓柱滾子軸承 14，軸承間隙由螺母 1 和 6來調(diào)整。螺釘 17和 13是防止螺母 1 和 6 回松的。主軸的支承形式為前端定位，主軸受熱膨脹向后伸長。前后支承所用圓錐孔雙列圓柱滾子軸承的支承剛性好，允許的極限轉(zhuǎn)速高。前支承中的角接觸球軸承能承受較大的軸向載荷，且允許的極限轉(zhuǎn)速高。主軸所采 用的支承結(jié)構(gòu)適宜低速大載荷的需無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 4 頁 要。主軸的運動經(jīng)過同步帶輪 16 和 3 以及同步帶 2帶動脈沖編碼器 4，使其與主軸同速運轉(zhuǎn)。脈沖編碼器用螺釘 5固定在主軸箱體 9上。 圖 2.2 主軸部件 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 5 頁 第 三 章 設(shè)計計算說明 3.1 主運動設(shè)計 3.1.1 參數(shù)的確定 一 . 了解車床的基本情況和特點 -車床的規(guī)格系列和類型 1. 通用機床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計時應該遵照的基礎(chǔ)。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。本次設(shè)計中的車床是普通型車 床，其品種，用途，性能和結(jié)構(gòu)都是普通型車床所共 有的，在此就不作出 詳細的解釋和說明了。 2.車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（ GB1582-79， JB/Z143-79）： 最大的工件回轉(zhuǎn)直徑 D（ mm）是 400；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 D1 大于或等于 200；主軸通孔直徑 d 要大于或等于 36；主軸頭號（ JB2521-79）是 6；最大工件長度 L 是 750 2000；主軸轉(zhuǎn)速范圍是： 32 1600；級數(shù)范圍是： 18；縱向進給量 mm/r0.03 2.5；主電機功率（ kw）是 5.5 10。 二 . 參數(shù)確定的步驟和方法 1. 極限切削速度 umax umin 根據(jù)典型的和可能的工 藝選取極限切削速度要考慮：工序種類 工藝要求 刀具和工件材料等因素。允許的切速極限參考值如機床主軸變速箱設(shè)計指導書。然而，根據(jù)本次設(shè)計的需要選取的值如下： 取 umax=300m/min； umin=30m/min。 2. 主軸的極限轉(zhuǎn)速 計算車床主軸的極限轉(zhuǎn)速時的加工直徑，按經(jīng)驗分別取（ 0.1 0.2） D 和（ 0.45 0.5）D。由于 D=400mm，則主軸極限轉(zhuǎn)速應為： nmax= m ax1000(0 .1 0 .2 )u Dr/min 3.1 =2000r/min ； nmin= m in1000( 0 .4 5 0 .5 )u Dr/min 3.2 =40r/min ； 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 6 頁 由于轉(zhuǎn)速范圍 R = maxminnn= 2000 / min40 / minrr 3.3= 50 ； 因為級數(shù) Z已知： Z=18 級 。 現(xiàn)以 =1.26 和 =1.41 代入 R= 1z 得 R=50 和 355 ，因此取 =1.26 更為合適。 各級轉(zhuǎn)速數(shù)列可直接從標準數(shù)列表中查出。標準數(shù)列表給出了以 =1.06 的從 110000 的數(shù)值，因 =1.26= 41.06 ，從表中找到 nmax=2000r/min，就可以 每隔 3 個數(shù)值取一個數(shù)，得： 2000， 1600， 1250， 1000， 800， 630， 500， 400， 315， 250， 200， 160， 125， 100，80， 63， 50， 40。 3. 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) z和公比 已知 : maxminnn =Rn Rn= z-1 且： z= a b 2 x 3 18= 1 2 93 x 3 x 2 4. 主電機功率 動力參數(shù)的確定 合理地確定電機功率 N，使用的功率實際情況既能充分的發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機經(jīng)常輕載而降低功率因素。 目前，確定機床電機功率的常用方法很多，而本次設(shè)計中采用的是：估算法，它是一種按典型加工條件（工藝種類、加工材料、刀具、切削用量）進行估算。根據(jù)此方法，中型車床典型重切削條件下的用量： 根據(jù)設(shè)計書表中推薦的數(shù)值： 取 P=5.5kw 3.1.2 傳動設(shè)計 一 . 傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 結(jié)構(gòu)式 、 結(jié)構(gòu)網(wǎng)對于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的傳動不失為有用的方 法，但對于分析復雜的傳動并想由此導出實際的方案，就并非十分有效，可考慮到本次設(shè)計的需要可以參考一下這個方案。 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 7 頁 確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目： 級數(shù)為 Z 的傳動系統(tǒng)有若干個順序的傳動組組成，各傳動組分別有 Z1、 Z2、 Z3個傳動副。即 Z=Z1 Z2 Z3 3.4 傳動副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以 2或 3為合適，即變速級數(shù) Z應為 2和 3的因子 : Z=23abx 3.5 可以有幾種方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已經(jīng)選定了的和本次設(shè)計所須的正確的方案列出，具體的內(nèi)容如下： 傳動齒輪數(shù)目 2x（ 3+3+2） +2x2+1=21 個 軸向尺寸 19b 傳動軸數(shù)目 6根 操縱機構(gòu) 簡單，兩個三聯(lián)滑移齒輪，一個雙聯(lián)滑移齒輪 二 . 組傳動順序的安排 18 級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動組，可以安排成： 3x3x2， 2x3x3，或 3x2x3 選擇傳動組安排方式時，要考慮到機 床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu) 、 裝置和性能。在軸上摩擦離合器時，應減小軸向尺寸，第一傳動組的傳動副不能多，以 2 為宜，本次設(shè)計中就是采用的 2，一對是傳向正傳運動的，另一個是傳向反向運動的。 主軸對加工精度 、 表面粗糙度的影響大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個傳動組的傳動副選用 2，或者用一個定比傳動副。 三 . 傳動系統(tǒng)的擴大順序的安排 對于 18級的傳動可以有三種方案，準確的說應該不只有這三個方案，可為了使結(jié)構(gòu)和其他方面不復雜，同時為了滿足設(shè)計的需要，選擇的設(shè)計方案是： 18=3 1 3 3 2 9 傳動方案的擴大順序與傳動順序可以一致也可以不一致，在此設(shè)計中，擴大順序和傳動順序就是一致的。這種擴大順序和傳動順序一致，稱為順序擴大傳動。 四 . 傳動組的變速范圍的極限植 齒輪傳動副最小傳動比 umin 14，最大傳動比 umax 2，決定了一個傳動組的最大變速范圍 rmax=umax/nmin 8。 因此，要按照參考書中所給出的表，淘汰傳動組變速范圍超過極限值的所有傳動方案。 極限傳動比及指數(shù) x， ,x 值為： 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 8 頁 極限傳動比指數(shù) 1.26 x： umin= 1x=146 x 值； umax= x =2 3 （ x+x ）值： umin= xx =8 9 五 . 最后擴大傳動組的選擇 正常連續(xù)的順序擴大的傳動（串聯(lián)式）的傳動結(jié)構(gòu)式為： Z=Z1 1 Z2 Z1 Z3 Z1Z2 即是： Z=18=3 1 3 3 2 9 3.1.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 運動參數(shù)確定以后，主軸各級轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定了電機功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機型號，確定各中間傳動軸的轉(zhuǎn)速，這樣就擬定主運動的轉(zhuǎn)圖，使主運動逐步具體化。 一 . 主電機的選定 中型機床上，一般都采用三相交流異步電機為動力源，可以在系列中選用。 在選擇電機型號時，應按以下步驟進行： 1. 電機功率 N： 根據(jù)機床切削能力的要求確定電機功率。但電機產(chǎn)品的功率已經(jīng)標準化，因此，按要求應選取相近的標準值。 N=5.5kw 2. 電機轉(zhuǎn)速 nd 異步電機的轉(zhuǎn)速有： 3000、 1500、 1000、 750r/min 在此處選擇的是： 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 9 頁 nd=1500r/min 這個選擇是根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速 nmax 和軸的轉(zhuǎn)速相近或相宜，以免采用過大的升速或過小的降速傳動。 3. 雙速和多速電機的應用 根 據(jù)本次設(shè)計機床的需要，所選用的是：雙速電機 4. 電機的安裝和外形 根據(jù)電機不同的安裝和使用的需要，有四種不同的外形結(jié)構(gòu)，用的最多的有底座式和發(fā)蘭式兩種。本次設(shè)計的機床所需選用的是外行安裝尺寸之一。具體的安裝圖可由手冊查到。 5. 常用電機的資料 根據(jù)常用電機所提供的資料，選用： 圖 3.1 Y132S-4 電動機 軸從電機得到運動，經(jīng)傳動系統(tǒng)化成主軸各級轉(zhuǎn)速。電機轉(zhuǎn)速和主軸最高轉(zhuǎn)速應相接近。顯然，從傳動件在高速運轉(zhuǎn)下恒功率工作時所 受扭矩最小來考慮，軸轉(zhuǎn)速不宜將電機轉(zhuǎn)速下降得太低。 但如果軸上裝有摩擦離合器一類部件時，高速下摩擦損耗、發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，軸轉(zhuǎn)速不宜太高。 軸裝有離合器的一些機床的電機、主軸、軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)： 參考這些數(shù)據(jù)，可見，車床軸轉(zhuǎn)速一般取 700 1000r/min。另外，也要注意到電機與軸間的傳動方式，如用帶傳動時，降速比不宜太大，否則軸上帶輪太大，和主軸尾端可能干涉。因此，本次設(shè)計選用： 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 10 頁 n1=960r/min 二 . 中間傳動軸的轉(zhuǎn)速 對于中間傳動 軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小與噪音、震動等性能要求之間的矛盾。 中間傳動軸的轉(zhuǎn)速較高時（如采用先升后降的傳動），中間轉(zhuǎn)動軸和齒輪承受扭矩小，可以使用軸徑和齒輪模數(shù)小寫： d 4M 、 m 3M ，從而可以使用結(jié)構(gòu)緊湊。但是，這將引起空載功率 N 空和噪音 Lp（一般機床容許噪音應小于 85dB）加大： N 空 = nCdnda 主5.3(101 6) KW 3.6 式中： C-系數(shù)，兩支承滾動或滑動軸承 C=8.5，三支承滾動軸承 C=10； da-所有中間軸軸頸的平均直徑（ mm）； d 主 主軸前后軸頸的平均直徑（ mm）； n 主軸轉(zhuǎn)速（ r/min）。 KnmzBqnmzCL ap 主主ta n15.4l o g20 1 3.7 （ mz） a 所有中間傳動齒輪的分度圓直徑的平均值 mm； （ mz） 主 主軸上齒輪的分度圓的平均值 mm； q-傳到主軸所經(jīng)過的齒輪對數(shù)； -主軸 齒輪螺旋角； C1、 K-系數(shù)，根據(jù)機床類型及制造水平選取。我國中型車床、銑床 C1=3.5。車床 K=54，銑床 K=50.5。 從上訴經(jīng)驗公式可知：主軸轉(zhuǎn)速 n 主和中間傳動軸的轉(zhuǎn)速和 n 對機床噪音和發(fā)熱的關(guān)系。確定中間傳動軸的轉(zhuǎn)速時，應結(jié)合實際情況作相應修正： 1.功率教大的重切削機床，一般主軸轉(zhuǎn)速較低，中間軸的轉(zhuǎn)速適當取高一些，對減小結(jié)構(gòu)尺寸的效果較明顯。 2.速輕載或精密車床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低一些。 3.控制齒輪圓周速度 u 8m/s（可用 7級精度齒輪）。在此條件下，可適當選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。 三 . 齒輪 傳動比的限制 機床主傳動系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動比： 1.升速傳動中，最大傳動比 umax 2。過大，容易引起震動和噪音。 2.降速傳動中，最小傳動比 umin 1/4。過小，則使主動齒輪與被動齒輪的直徑相差太無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 11 頁 大，將導致結(jié)構(gòu)龐大。 圖 3.2 主運動的轉(zhuǎn)速 圖 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 12 頁 3.1.4 帶輪直徑和齒輪齒數(shù)的確定 根據(jù)擬定的轉(zhuǎn)速圖上的各傳動比，就可以確定帶輪直徑和齒輪的齒數(shù)。 一 . 帶輪直徑確定的方法、步驟 1.選擇三角型號 一般機床上的都采用三角帶。根據(jù)電機轉(zhuǎn)速和功率查圖即可確定型號（詳情見機床主軸變速箱設(shè)計指導 4-1 節(jié)）。但圖中的解并非只有一種，應使傳動帶數(shù)為 3 5根為宜。 本次設(shè)計中所選的帶輪型號和帶輪的根數(shù)如下： B型帶輪 選取 3根 2.確定帶輪的最小直徑 Dmin（ D ?。?各種型號膠帶推薦了最小帶輪直徑，直接查表即可確定。 根據(jù)皮帶的型號，從教科書機械設(shè)計基礎(chǔ)教程 查表可?。?Dmin=140mm 3.計算大帶輪直徑 D 大 根據(jù)要求的傳動比 u和滑功率確定 D大。當帶輪為降速時： 11uDD 小大三角膠帶的滑動率 =2%。 三角傳動中，在保證最小包角大于 120 度的條件下，傳動比可取 1/7 u 3。對中型通用機床，一般取 1 2.5 為宜。 因此， 137.2mm D大 343mm 經(jīng)查表取： D大 =212mm 二 . 確定齒輪齒數(shù) 用計算法或查表法確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡單。根據(jù)要求的傳動比 u 和初步定出的傳動齒輪副齒數(shù)和 Sz，查表即可求出小齒輪齒數(shù)。 在本次設(shè)計中采用的就是常用傳動比的適用齒數(shù)（小齒輪）表就見教科書機床簡明設(shè)計手冊。 不過在表中選取的時候應注意以下幾個問題： 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 13 頁 1. 不產(chǎn)生根切。一般去 Zmin 18 20。 2. 保證強度和防止熱處理變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚 2mm，一般取 5mm 則 zmin 6.5+mT2，具體的尺寸可參考圖。 3. 同一傳動組的各對齒輪副的中心距應該相等。若莫數(shù)相同時，則齒數(shù)和亦應相等。但由于傳動比的要求，尤其是在傳動中使用了公用齒輪后，常常滿足比了上述要求。機床上可用修正齒輪，在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心距使其相等。但修正量不能太大，一般齒數(shù)差不能超過3 4個齒。 4. 防止各種碰撞和干涉 : 三聯(lián)滑移齒輪的相鄰的齒數(shù)差應大于 4。應避免齒輪和軸之間相撞，出現(xiàn)以上的情況可以采用相應的措施來補救。 5. 在同時滿足以上的條件下齒輪齒數(shù)的確定已經(jīng)可以初步定出，具體的各個齒輪齒數(shù)可以見傳動 圖上所標寫的。 6. 確定軸間距： 軸間距是由齒輪齒數(shù)和后面計算并且經(jīng)驗算而確定的模數(shù) m 而確定的，具體的計算值如下（模數(shù)和齒輪的齒數(shù)而確定的軸間距必須滿足以上的幾個條件）： 軸與軸之間的距離： 取 m=2.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定 85.021 zz 122.5 51127.52.5 60150d mzmmmmd mzmmmm 3.8 齒輪 1與 2之間的中心距： 121 21 2 7 .5 1 5 021 3 8 .7 5ddamm 3.9 軸與軸之間的距離： 取 m=2.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動比見圖， 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 14 頁 380.848290.557330.6253iii33442.5 38952.5 48120d mzmmmmd mzmmmm 3.10 齒輪 3與 4之間的中心距： 3422107.5ddamm 3.11 軸與軸之間的距離： 取 m=3.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動比 541.634250.463390.849iii9910 103.5 541893.5 34119d mzmmmmd mzmmmm 3.12 齒輪 9與 10之間的中心距： 9 103 2189 1192154ddamm 3.13 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 15 頁 軸軸之間的中心距離： 取 m=3.5mm，由轉(zhuǎn)速圖而確定的傳動比 200 .2 678651 .9 733ii 1 5 1 51 6 1 63 .5 2 0703 .5 7 8273d mzmmmmd mzmmmm 3.14 1 5 1 64 27 0 2 7 321 7 1 .5ddamm 3.15 主軸到脈沖軸的中心距： 取 m=3.5mm，傳動比 1i 19 1920 203.5 33115.53.5 33115.5d mzmmmmd mzmmmm 3.16 1 9 2 05 21 1 5 .5 1 1 5 .521 1 5 .5ddamm 3.17 軸到反轉(zhuǎn)軸軸的中心距： 取 m=2.5mm，傳動比 1.47i 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 16 頁 2 1 2 12 2 2 22.5 501252.5 3485d mzmmmmd mzmmmm 3.18 2 1 2 26 21 2 5 8 52105ddamm 3.19 由齒頂高 *10 .2 5 ,aafaahhh h c mhc而 取可 知 ： 3.20 齒頂高和齒跟高只 與所取的模數(shù) m有關(guān)。 可知取 m=2.5mm 時， *1 2 . 5 2 . 51 0 . 2 5 2 . 5 3 . 1 2 5aafah h m m m m mh h c m m m m m 取 m=3.5mm 時： *1 3 . 5 3 . 51 0 . 2 5 3 . 5 4 . 3 7 5aafah h m m m m mh h c m m m m m 三 . 主軸轉(zhuǎn)速系列的驗算 主軸轉(zhuǎn)速在使用上并不要十分準確，轉(zhuǎn)速稍高或稍低并無太大影響。但標牌上標準數(shù)列的數(shù)值一般也不允許與實際轉(zhuǎn)速相差太大。 由確定的齒輪齒數(shù)所得的實際轉(zhuǎn)速與傳動設(shè)計理論值難以完全相符合，需要驗算主軸各級轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過正負 10（ -1） %。即 110 理論理論實際nnnn 或 按公式： n=-2% +6% 2.21 如果超差，要根據(jù)誤差的正負以及引起誤差的主要環(huán)節(jié)，重新調(diào)整齒數(shù)，使轉(zhuǎn)速數(shù)列得無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 17 頁 到改善。 主運動傳動鏈的傳動路線表達式如下： 主軸反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)電動機78203365493963253454572953334838283434506051212140m i n/14405.5rKW圖 3.3 主傳動路線 所有主軸的詳細的校核如下： 輸 入 到 軸 的 轉(zhuǎn) 速 m in/3.8036051212140m in/1440 rrn 3 . 2 2 1. m i n/58.1990478.2m i n/3.803336534544838 rrn 3 . 2 3 47.01002000 200058.1990 n 3 . 2 4 2. m i n/64.258322.0m i n/3.803782034544838 rrn 3.25 46.3100250 25064.258 n 3 . 2 6 3. m i n/58.497619.0m i n/3.803336563254838 rrn 3 . 2 7 48.0100500 50058.497 n 3 . 2 8 4. m i n/66.6408.0m i n/3.803782063254838 rrn 3.29 6.210063 6366.64 n 3 . 3 0 5. m i n/66.99724.1m i n/3.803782049394838 rrn 3.31 23.01001 0 00 1 0 0066.997 n 3.32 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 18 頁 6. m i n/65.12916.0m i n/3.803782049394838 rrn 3.33 7.31 001 25 1 2565.1 29 n 3 . 3 4 7. m i n/6.1565949.1m i n/3.803336534545333 rrn 3 . 3 5 0.21001600 16006.1565 n 3 . 3 6 8. m i n/45.203253.0m i n/3.803782034545333 rrn 3.37 7.11 002 00 2 0045.2 03 n 3.38 9. m i n/4.391487.0m i n/3.803336563255333 rrn 3.39 0.21 004 00 4 004.3 91 n 3 .4 0 10. m i n/86.50063.0m i n/3.803782063255333 rrn 3.41 7.11 0050 5086.50 n 3.42 11. m i n/78.784977.0m i n/3.803336549395333 rrn 3.43 9.1100800 80078.784 n 3. 44 1 2 . m i n/98.101127.0m i n/3.803782049395333 rrn 3 . 4 5 21 001 00 1 0098.1 01 n 3 .46 13. m i n/12.1279592.1m i n/3.803336534545729 rrn 3.47 3.21001250 125012.1279 n 3. 48 1 4 . m i n/22.166207.0m i n/3.803782034545729 rrn 3 .4 9 8.31 001 60 1 6022.1 66 n 3.50 1 5 . m i n/78.319398.0m i n/3.803336563255739 rrn 3 .5 1 5.1100315 31578.319 n 3 .5 2 16. m i n/56.410517.0m i n/3.803782063255729 rrn 3.53 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 19 頁 %9.3%10040 4056.41 n 3 .54 1 7 . m i n/17.641798.0m i n/3.803336549395729 rrn 3. 5 5 %77.1%100630 63017.641 n 3. 56 18. m i n/3.83104.0m i n/3.803782049395729 rrn 3.57 %15.4%1 0080 803.83 n 3 .58 在主軸上的 18 級轉(zhuǎn)速分別校核后，都合格。 四 . 傳動系統(tǒng)圖的繪制 計算結(jié)果，用規(guī)定符號，以是適當比例方格紙上繪制出轉(zhuǎn)速圖和主傳動系統(tǒng)圖。 3.1.5 傳動件的設(shè)計 傳動方案確定后，要進行方案的結(jié)構(gòu)化，確定個零件的實際尺寸和有關(guān)布置。為此，常對傳動件的尺寸先進行估算，如傳動軸的直徑、齒輪模數(shù)、離合器、制動器、帶輪的根數(shù)和型號等。在這些尺寸的基礎(chǔ)上，畫出草圖，得出初步結(jié)構(gòu)化的有關(guān)布置與尺寸；然后按結(jié)構(gòu)尺寸進行主要零件的驗算，如軸的剛度、齒輪的疲勞強度等，必要時作結(jié)構(gòu)和方案上的修改，重新驗算，直到滿足要求。 對 于本次設(shè)計，由于是畢業(yè)設(shè)計，所以先用手工畫出草圖，經(jīng)自己和指導老師的多次修改后，再用計算機繪出。 一 . 三角帶傳動的計算 三角帶傳動中，軸間距 A 可以較大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，亦可因而緩和沖擊及隔離震動，使傳動平穩(wěn)。帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸，機床中多用于電機輸出軸的定比傳動。 1 選擇三角帶的型號 根據(jù)計算功率 Nj（ kw）和小帶輪 n1（ r/min）查圖選擇帶的型號。 計算功率 Nj=KWNd (kW) 式中 Nd 電機的額定功率， KW 工作情況系數(shù)。 車床的起動載荷輕，工作載荷穩(wěn)定 ，二班制工作時，取： KW=1.1 帶的型號是： B 型號 2 確定帶輪的計算直徑 D1、 D2 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 20 頁 1） 小帶輪計算直徑 D1 皮帶輪的直徑越小，帶的彎曲應力就越大。為提高帶的使用壽命，小帶輪直徑 D1不宜過小，要求大雨許用最小帶輪直徑 Dmin，即 D1 Dmin。 各型號帶對應的最小帶輪直徑 Dmin可查表。 D1=140r/min 2） 大帶輪計算直徑 D2 mmDiDnnD 11111212 3.59 =212r/min 式中 : n1-小帶輪轉(zhuǎn)速 r/min； n2-大帶輪轉(zhuǎn)速 r/min； -帶的滑動系數(shù) ,一般取 0.02. 算后應將數(shù)字圓整為整數(shù)。 3） 確定三角帶速度 u 具體的計算過程如下： smnDu /100060 11 = sm /1 0 0 060 1 4 4 01 4 0 3.60 =10.6m/s 對于 O、 A、 B、 C 型膠帶， 5m/s u 25m/s。 而 u=5 10m/s 時最為經(jīng)濟耐用 。 此速度完全符合 B型皮帶的轉(zhuǎn)速。 4） 初定中心距 A0 帶輪的中心距，通常根據(jù)機床總體布局初步選定，一般可以在下列范圍內(nèi)選?。?A0=（ 0.6 2）（ D1+D2） mm 3.61 =352（ 0.6 2） mm =211.2mm 704mm 取 A0=704 mm 距過小，將降低帶的壽命；中心距過大時，會引起帶振動。中型車床電機軸至變速箱帶輪的中心距一般為 750 850mm。 5） 確定三角帶的計算長度 L0及內(nèi)周長 LN 三角帶的計算長度是通過三角帶截面 重心的長度。 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 21 頁 mmA DDDDAL02122100 422 3.62 = mm7044 14021221214027042 =1960.67mm 圓整到標準的計算長度 L=2033 mm 經(jīng)查表 LN=2000 mm 修正值 Y=33 6） 驗算三角帶的擾曲次數(shù) u Lmuu 1000 40 次 /s （則合格） 3.63 式中： m-帶輪個數(shù)。如 u超限?？杉哟?L（加大 A）或降低 u（減少 D2、 D1）來解決。 代入數(shù)據(jù)得 2 03 3 6.1021 00 0 u 3.64 =10.5 次 /s 40 次 /s 是合格的，不需作出任何修改。 7） 確定實際中心距 A mmLLAA 2 00 3.65 mm2 67.19 6020 3370 4 mm2.36704 = 740 mm 8） 驗算小帶輪包角 1 210 1 8 0 5 7 . 3 1 2 0DDA ooo 3.66 如果 1過小，應加大中心距或加張緊裝置。 代入數(shù)值如下： 3.57180 121 ADD =180 -5.6 =174.4 120 經(jīng)校核合格。 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 22 頁 9） 確定三角帶根數(shù) z 10CNNz i 3.67 式中： N0-單根三角帶在 1=180、特定長度、平穩(wěn)工作情況下傳遞的功率值。 C1-包角系數(shù)。 參數(shù)的選擇可以根據(jù)書中的表差?。?N0=2.69 C1=0.98 Kw=1.1 帶入數(shù)值得： 10CNNz i 10CNNK dw 98.069.2 5.51.1 29.2 所以，傳動帶根數(shù)選 3根。 此公式中所有的參數(shù)沒有作特別說明的都是從 機床主軸變速箱設(shè)計指導 。 二 . 傳動軸的估算和驗算 傳動軸除了應滿足強度要求外，還應滿足剛度要求。強度要求保證軸在反復載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大的變形。因此，疲勞強度不是主要矛盾。除了載荷很大的情況外，可以不必驗算軸的強度。剛度要求保證軸在載荷下不致產(chǎn)生過大的變形。如果剛度不足，軸上的零件如齒輪、軸承等將由于軸的變形過大而不能正常工作，或者 產(chǎn)生振動和噪聲、發(fā)熱、過早磨損而失效。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。通常，先按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑，畫出草圖之后，再根據(jù)受力情況、結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗算彎曲剛度。 1. 傳動軸直徑的估算 傳動軸直徑按扭矩剛度用下列公式估算傳動軸直徑： mmn Nd j491 3.68 其中： N 該傳動軸的輸入功率 N=Nd kw 3.69 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 23 頁 Nd 電機額定功率； 從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積（不計該軸軸承上的 效率）。 nf 該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速 r/min。 計算轉(zhuǎn)速 nf是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動件的計算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計算轉(zhuǎn)速和相應的傳動關(guān)系而確定，而中型車床主軸的計算轉(zhuǎn)速為： 13 znimj nn 主 3.70 每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角（ deg/m），可根據(jù)傳動軸的要求選取。 根據(jù)參考書中所給出的公式和本次設(shè)計所必須滿足的條件，在傳動過程中所有軸的直徑的估算如下： nj（主） =nmin z/3-1 3.71 =125 r/min 主軸 nj=n6=125 r/min ； 軸 nj=n7=160 r/min ； 軸 nj=n11=400 r/min ； 軸 nj=n14=800 r/min ； 軸 nj=960 r/min ； 由 ： mmn Nd j491 3.72 則計算主軸和中 間軸的直徑 d 如下： 主軸 d5=64 mm ； 軸 d4=40 mm ； 軸 d3=40 mm ； 軸 d2=40 mm ； 軸 d1=30 mm ； 1. 傳動軸剛度的驗算： 1） 軸的彎曲變形的條件和允許值 機床主傳動的彎曲剛度驗算，主要驗算軸上裝齒輪和軸承處的橈度 y 和傾角。各類軸的橈度 y和裝齒輪和軸承處傾角，應小于彎曲剛度的許用值 Y和 值，即： y Y； 3.73 3.74 由于書寫量比較大而篇幅不足的原因，所以在此就省了。 2） 軸的彎曲變形計算公式 計算軸本身變形產(chǎn)生的橈度 y 和傾角時，一般常將軸簡化為集中載荷下的簡支梁，按參考書中的表中的有關(guān)公式進行計算。 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 24 頁 當軸的直徑相差不大且計算精度要求不高時，可把軸看作等徑軸，采用平均直徑來進行計算。計算花鍵軸的剛度時可采用直徑或當量直徑。 由于本次設(shè)計的說明書的篇幅和時間的關(guān)系就不在此詳細的列出了。但一般的計算公式為： idd i1圓軸：平均直徑 3.75 6441dI 慣性距 3.76 矩形花鍵軸：平均直徑21 dDd 3.77 當量直徑42 64ld 3.78 慣性距 64624 dDdDZdI ： 3.79 本次設(shè)計機床中長采用矩形花鍵軸的 d1、 d2和 I 的數(shù)值： 花 鍵 軸 尺寸 bdDZ （ GB1144-74） 平均直徑 mmd1 當量直徑 mmd2 極慣性距 nI 4mm 慣性距 nI 4mm 626306 28 27.84 58976 29488 1035406 37.5 37.78 200058 100029 1658656 61.5 61.76 1428706 714353 根據(jù)本次設(shè)計的情況，主軸的剛度要求必須進行校核，具體的剛度校核結(jié)果如下： a） 首先，把主軸上的軸承所能承受的載荷在機械設(shè)計手冊 3中查出，見下： 深溝球軸承 2110055 BDd 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 25 頁 其基本額定載荷為： KNCr 2.43推力球軸承 169055 BDd 其基本額定載荷為： KNCa 5.67雙列 圓錐滾子軸承 其基本額定載荷為： KWCr 0.10b） 計算軸上的載荷 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 26 頁 圖 3.4 軸的結(jié)構(gòu)圖與彎矩扭矩圖 主軸上齒輪在高速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的載荷： 齒輪 1： 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 27 頁 NFFNdTFmmmmmzd6.1620t an54.45t an54.455.1 1 51063.2225.1 1 5335.3113111 3.80 齒輪 2： NFFNdTFmmmmmzd01.720t an27.19t an27.192 7 31063.2222 7 3785.3223222 3.81 c） 校核傾角和橈度 經(jīng)查表得： 安裝圓錐滾子軸承處 rad0025.0 安裝深溝球軸承處 rad005.0 安裝推力球軸承處 rad05.0 計算主軸圓軸的平均直徑和慣性矩： 15 5 6 2 6 8 7 0 7 8 8 0 8 6 8 2 . 787 2 . 8iddimm 3.82 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 28 頁 41464643 .1 4 7 2 .8641378082. 4161 .3 8 1 0dImm 3.83 62 .1 1 0E M P a 3.84 傾角： 對1NF 221166761 6 . 6 5 4 2 5 8 5 . 5 5 8 5 . 5 5 4 2 5 4 26 5 8 5 . 5 2 . 1 1 0 1 . 3 8 1 04 . 3 1 0AF b l bl E I 3.85 11158157261 6 . 6 7 5 5 1 0 . 5 2 5 8 5 . 5 5 1 0 . 51 . 0 2 1 04 . 2 1 01 . 0 2 1 04 . 1 2 1 0CF a b l bl E I 3.86 2212214814764 5 . 5 4 5 1 0 . 5 5 4 2 5 1 0 . 59 . 4 2 1 07 . 7 1 09 . 4 2 1 00 . 8 2 1 0BxF b l bl E I 3.87 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 29 頁 11147264 5 . 5 4 3 1 . 5 5 1 0 . 5 2 5 4 2 5 1 0 . 59 . 4 2 1 00 . 4 6 1 0CxF a b l bl E I 3.88 對2NF 22315767 . 0 1 5 1 7 . 5 5 8 5 . 5 5 8 5 . 5 5 1 7 . 5 5 1 7 . 51 . 0 2 1 02 . 7 1 0CF b l bl E I 3.89 32157267 . 0 1 6 8 5 1 7 . 5 2 5 8 5 . 5 5 1 7 . 51 . 0 2 1 01 . 5 8 1 0AF a b l bl E I 3.90 2222214761 9 . 2 7 6 8 5 4 2 6 89 . 4 2 1 04 . 0 3 1 0BxF b l blE I 3.91 2147261 9 . 2 7 4 7 4 6 8 2 5 4 2 4 7 49 . 4 2 1 06 . 7 1 0CxF a b l bl E I 3.92 在點 C處的傾角 127774 . 1 2 1 0 2 . 7 1 01 . 4 2 1 0C y C y C y 3.93 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 30 頁 77777 . 3 1 0 0 . 0 0 2 50 . 4 6 1 0 6 . 7 1 07 . 1 6 1 0Cxr a d r a d p22C Y C x 3.94 在點 B處的傾角 radradB05.01023.121003.4102.8777 3.95 在點 A處的傾角 radradA005.01072.21058.1103.4777 3.96 橈度： 對1NF mmlE IblbFx9167662223221m a x1062.0106.2106.11038.1101.25.585395.5105.5855.5106.1639 3.97 mmlE IblbFy916716232223221m a x101104.2104.2104.25.5105425.51054.4539 3.98 mmyxmaxN92m a x211019.1 3.99 對 2NF 無錫職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書 共 50 頁 第 31 頁