QKA1219数控管螺纹车床主轴箱传动设计论文说明书

数控管螺纹车床主轴箱传动设计摘要 QKA1219数控管螺纹车床是安阳鑫盛机床厂设计研发并生产的。该机床主要为油田管螺纹的车削而开发，而且还适合各类管螺纹的车削，同时还可以作为普通车床使用，适合加工形状复杂的轴、套、盘类零件。 由于该机床属于半闭环控制的数控车床，比起普通车床省去了进给箱和溜板箱等机械结构，主轴箱和刀架之间的内联系传动链由数控系统和伺服系统代替。所以，主轴箱的功用不仅仅是支承主轴并把动力经变速传动机构场传递给主轴，还要考虑车床的数控化等要求，这就使得主轴箱的设计显得极为主要。 本论文的课题是QKA1219数控管螺纹车床的主轴箱传动设计。主要从传动方案的论证和选择，结构网的选择和转速图的拟定等方面来阐述这个课题。关键词：数控 机床 主轴箱 校核 管螺纹 Design of headstock of QkA1219 numerical control lathe which machining pipe threadAbstract QKA1219 pipe thread machining numerical control lathe is designed and produced by AnYang XinSheng cooperation. This kind of lathe is mainly developed for oil fields to machining pipe thread. Besides, it also can machine other kind of parts as a normal lathe.Being a semi-loop controlled NC lathe, this lathe have no feedbox and apron compared with normal lathe, the drive chain between headstock and tool slide is replaced by CN and servo system, so, the purpose of the headstock is not as it in a normal one, and we also should consider of other aspects, hence, the design of headstock becoming very important.This paper is mainly about this lathes headstock drive design. And I show my point mainly from the choose of speed diagram, choose and testimony of the design manner and so on. Key words NC Machine tools Spindle box Check pipe thread.目录第一章 绪论11.1 课题的背景及意义11.2 数控机床国内外发展现状21.3 本论文主要研究内容4第二章 主轴箱参数的确定52.1车床的参数和规格52.2公比和最大相对转速损失率52.3动力参数的确定和电机的选择5第三章 传动方案的设计73.1传动顺序组的安排73.2 传动结构式和结构网的选择11 3.3转速网的拟订12第四章 传动件的估计和确定144.1 带轮传动的确定144.2 齿轮齿数的确定184.3 传动轴的估算184.4 齿轮模数的估算20第五章 传动结构简图的设计235.1 结构设计的要求235.2 结构细节的内容245.3主轴箱传动结构简图26结论27致谢28参考文献29第一章 绪论1.1课题背景及意义1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3。近10年来，我国数控机床年产量约为0.60.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6。我国机床役龄10年以上的占60以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个永恒的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。企业要在当前市场需求多变，竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通机床已不适应多品种、小批量生产要求，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。数控机床在机械加工行业中的应用越来越广泛。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能；另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达0.01至0.02mm，已能满足CW6140车床改造后加工零件的精度要求。1.2 数控机床国内外发展现状自从1952年美国第台数控铣床问世至今已经历了50个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有10-20万台，产值上百亿美元。世界制造业在20世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从90年代初开始已出现明显的回升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从2000年至今已接受3个月以后的订货合同，生产任务饱满。 我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50%，库存超过4个月。从1995年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1999年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。从2000年8月份的上海数控机床展览会和2001年4月北京国际机床展览会上，也可以看到多品种产品的繁荣景象。但也反映了下列问题：（1）低技术水平的产品竞争激烈，互相靠压价促销；（2）高技术水平、全功能产品主要靠进口；（3）配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口；（4）应用技术水平较低，联网技术没有完全推广使用；（5）自行开发能力较差，相对有较高技术水平的产品主要靠引进图纸、合资生产或进口件组装。 当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近300万台），但我们的机床数控化率仅达到1.9左右，这与西方工业国家一般能达到20%的差距太大。日本不到80万台的机床却有近10倍于我国的制造能力。数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国21世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年我们国产全功能数控机床30004000台，日本年产万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口70009000台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。因此，国家计委、经贸委从“八五”、“九五”就提出数控化改造的方针，在“九五”期间，我协会也曾做过调研。当时提出数控化改造的设备可达810万台，需投入80100亿资金，但得到的经济效益将是投入的510倍以上。因此，这两年来承担数控化改造的企业公司大量涌现，甚至还有美国公司加入。“十五”刚刚开始，国防科工委就明确提出了在军工企业中投入6.8亿元，用于对1.21.8万台机床的数控化改造。 数控技术经过50年的5个阶段和6代的发展：第1阶段：硬件数控（NC）第1代：1952年的电子管第2代：1959年晶体管分离元件第3代：1965年的小规模集成电路第2阶段：软件数控（CNC）第4代：1970年的小型计算机第5代：1974年的微处理器第6代：1990年基于个人PC机（PCBASEO）第6代的系统优点主要有：（1）元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可达到5万小时以上；（2）基于PC平台，技术进步快，升级换代容易；（3）提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源丰富，使数控功能扩展到很宽的领域（如CAD、CAM、CAPP，连接网卡、声卡、打印机、摄影机等）；（4）对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司，1年生产5万套以上系统，占世界市场约40%左右，其次是德国的西门子公司约占15%以上，再次是德海德汉尔，西班牙发格，意大利菲地亚，法国的NUM，日本的三菱、安川。 国产数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数控集团、北京凯恩帝、北京凯奇、沈阳艺天、广州数控、南京新方达、成都广泰等，国产数控生产厂家规模都较小，年产都还没有超过300400套。 近10年数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。 (1)高速化由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由30004000r/mi n提高到800010000r/min，铣床和加工中心主轴转速由40008000r/min提高到12000r/min、24000r/min、40000r/min以上；快速移动速度由过去的1020m/min提高到48m/min、60m/min、80m/min、120m/min在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的0.5G（重力加速度）提高到1.52G，最高可达15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。 (2)高精度化数控机床的定位精度已由一般的0.010.02mm提高到左右，亚微米级机床达到0.0005mm左右，纳米级机床达到0.0050.01，最小分辨率为1（0.000001mm）的数控系统和机床已有产品。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1的圆度，插补前多程序段预读，大大提高插补质量，并可进行自动拐角处理等。 （3）复合加工、新结构机床大量出现如5轴5面体复合加工机床，轴联动加工各类异形零件。也派生出各新颖的机床结构，包括轴虚拟轴机床，串并联铰链机床等。采用特殊机械结构，数控的特殊运算方式，特殊编程要求。 （4）使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼”。如内冷钻头由于使高压冷却液直接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深孔时大大提高效率。加工钢件切削速度能达1000m/min，加工铝件能达5000m/min。 （5）数控机床的开放性和联网管理，已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、异行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为21世纪制造业发展的一个主要潮流1.3 本论文主要研究内容 本课题研究的主要内容是QKA1219数控管螺纹车床的主轴箱传动部分。 该机床主要为油田管螺纹的车削而开发，且适合于各类管螺纹的车削，还可作普通数控车床使用。该机床属于半闭环控制系统的简式数控管螺纹车床，可以加工以各种曲线为母线的连续的回转体，加工分辨为0.001mm。可加工圆柱、锥面螺纹，以及圆柱与锥面连续连接螺纹、端面螺纹。具有刀具自动补偿功能，具有坯料循环、加工螺纹循环、切槽循环。可任意设定绝对零点。适合多品种、中小批量的轮番加工，工艺适应性强、效率高，成品一致性好。编程容易，操作简单，是理想中的中型机械加工设设备。QKA1219数控管螺纹车床是将CW系列车床进行数控改造而成的，引进了液压系统从而可以实现8级转速中的4级变速的自动化，由于引进了伺服系统和数控系统，实现了机床的数控化，与普通机床相比省了进给箱和溜板箱，不仅提高了机床的加工精度，而且大大减少了机械设计的繁杂。它与普通机床的具体不同之处在于：主轴箱的运动不再传递给进给箱，而是直接传递给一个脉冲发生器，从而省略了机械内联系传动链，脉冲发生器发出的脉冲被送到脉冲处理器，并经过由数控系统传来的数控编程指令相应的处理，最后到达控制纵向和横向运动的伺服电动机，这样就可以加工出各种复杂形状的轴类零件；但要加工螺纹，还要在加工过程中不乱扣，引进一个脉冲相位处理器就可以实现这个功能。本课题的主要任务就是利用引进的液动系统来实现主轴箱的4级自动换挡，改进机床的机械结构，实现整个机床的数控化，从而使机床获得较高的生产效率和加工表面质量。第二章 主轴箱参数的确定2.1车床的参数和规格表2.1主要规格加工最大管子直径主轴通孔直径床身上最大回转直径刀架最大回转直径两顶尖距离最大车削长度190mm200mm770mm480mm750/1000/1500mm550/800/1300mm 表2.2轮廓尺寸要求规格长度宽度高度净重7500 1000 15002912 3227 3612171517453.7 3.9 4.22.2 公比和最大相对转速损失率 由已知主轴的最大转速和最小转速分别为450r/min 和90r/min ，那么可以知道主轴箱的转速比: (2-1) 又因为主轴的转速级数z=8，那么由： （2-2） 得 最大相对转速损失率为： % （2-3）2.3动力参数的确定和电机的选择机床主运动的功率，包括切削功率 空转功率损失和附加机械摩擦损失三部分。进行切削加工时，要消耗切削功率。QKA数控管螺纹车床是专用车床，但也可以当作普通车床使用，所以切削功率与车床的刀具材料、工件材料和切削用量的大小有关。本车床所用的刀具材料为中低碳钢，由公式： （2-4） 式中 n-转速（r/min） v-切削速度（m/min） d-工件（或刀具）的回转直径（mm）可以得到最大切削速度： 在硬质合金钢允许的切削速度范围内。 又已知，允许的最大切削力，允许最大纵向进给力，允许最大横向进给力。那么： （2-5） = 机床运动空转时，要消耗电动机的一部分功率，这部分消耗称为空转功率损失，用表示。中型机床传动链的空转功率损失可以用下列的公式进行计算： （2-6） 式中 为主运动链中除主轴外所以传动轴轴径的平均直径。如果主运动链的结构尺寸未定，初步选定如下表：表2.3 传动轴的平均直径1.5P2.8kW2.5P7.5kW7.5P14kW=30mm=35mm=40mm 由上表可知=40mm。 为主轴前后轴颈的平均值（mm）； 为传动链内除主轴外各传动轴的转速之和； =（450+800+100+800+800）r/min=3400r/min 为主轴转速（r/min）；=450r/min 为润滑油粘度影响的修正系数。用N46号机械油，=1； 系数。主轴用两支承的滚动轴承，=8.5.=1.32kW机床切削时，齿轮、轴承等零件上也有功率的损耗，比多出来的部分称为附加机械损耗功率。切削功率越大，这部分损耗月大。综上所述，主电动机功率（kW）为： （2-7） 为主运动链中各传动副机械效率之积。 由机械系统图可以算出=0.92，那么：=。 暂时选用电动机的功率为11kW,转速为1460r/min，查表得主电动机的型号为Y160M-4-83.第三章 传动方案的设计3.1传动顺序组的安排 传动组和传动副可能的方案有： 其中方案8=42由于第一传动组的传动副有4个,必然会使传动组的径向尺寸增大,下一级传动副的径向尺寸势必会更大;这种方案会造成结构的臃肿,空间尺寸的增大,不仅不利于结构的优化,而且还会造成材料和动力的巨大浪费,所以,不考虑分析此方案.方案8=24排除其他细节的不同,只考虑第二传动组的4个传动副的安排,大致有如下图两种选择: ab图3.1 8=24的两种方案其中a方案选用了一个四联滑移齿轮，分别与轴和轴上的四个齿轮啮合，这种结构虽然简单，但由于引用了一个四联滑移齿轮，不仅使径向尺寸过大，而且还会增加零件加工工艺的难度，成本会升高。所以，这种方案不是最佳方案。方案b比起8=222的结构，可能会省掉一根轴；而且，由于二级传动副4个传动副用2个联滑移齿轮的结构实现，比起方案a，在一定程度上减小了径向尺寸；但是，为了避免两个滑移同时和下一级齿轮啮合，从而造成齿根被掰断等危险的可能性，必须考虑设计一个互锁机构。这样，设计生产的工作量就会很大，所以，一般不考虑这种方案。方案8=222有以下几种可能的方案： c d e f图3.2 8=222方案的改进 方案c最简单，有4根轴3组滑移齿轮副组成，但是主轴齿轮也和滑移齿轮啮合，这样，当齿轮换挡的时候就会给主轴很大的冲击，主轴的精度保证不了，此方案不可行。方案d比起方案c多了一根轴，避免了主轴齿轮和滑移齿轮的直接接触而带来的冲击，但是，轴上有两个双联滑移齿轮，不仅结构重复臃肿，而且还极容易发生干涉，还有待改进。方案e在方案d的基础上引入一个摩擦离合器，代替了一个双联滑移齿轮，克服了c方案的不足，但结构还是过于简单，达不到公比的要求。在方案e的基础上，方案f多了一根轴，多了两个传动副，这样就不至于使公比过大而影响传动的精度。综上所述，方案f为最佳方案。3.2 传动结构式和结构网的选择 在中，又因为基本组和扩大组的不同而有不同的方案。可能有四种方案，其结构网和结构式如下: 1) 2) 3) 4) 图3.3几种传动结构网 根据下列选择原则:(1) 传动副的极限传动比和传动组的极限变速范围 在降速传动时，为防止被动齿轮的直径过大而使径向尺寸太大，常限制最小传动比。在升速时，为防止过大的振动和噪音，常限制最大传动比。如果用斜齿齿轮传动，则。因此，主传动链任意一个传动组的最大变速范围一般为。对于进给传动链，由于转速通常比较低，零件尺寸也比较小，上述范围可以放宽一些。故。在检查传动组的变速范围时，只需要检查最后一个扩大组。因为其他传动组的变速范围都比它小。根据公式： （3-1） 图（2.1）中，方案1）、2）、3）、4）的第二扩大组，则（为公比，暂取1.26），则，都是可行的。 （2） 基本组和扩大组的排列顺序 在这四种结构网（式）方案中，进行比较选择最佳方案。尽量使中间传动轴的变速范围小一些。因为各个方案同号转动轴的最高转速度相同，则变速范围小的，最低转速教高，转矩比较小，传动件的尺寸也可以小一些。比较这四种方案，方案3）中的传动轴变速范围最小，所以方案3）最佳。即如果没有别的要求，应该尽量使扩大顺序与传动顺序一致。 3.3 转速网的拟订本机床选定的结构式中共有三个传动组,变速机构总共需要6根轴.加上电动机轴共7根轴.所以转速图需要7条竖线.主轴8级转速,而电动机轴转速与主轴最低转速差6个公比,所以需要14条横线.由已知, ,那么第三级传动组的变速范围为.这样就确定了轴的8种转速只能有一种可能,即为180,224,280,255,455,560,710,900r/min.同样的道理,对于轴,可取 ,可得轴的转速为710,900r/min.这样可以画出如下的转速图：图3.4 转速网方案1也可以选择电动机转速为2960r/min的方案，主轴箱部分与以上的方案相同，但是，带轮的传动比为，这个方案较之的优点是电动机的体积减小，可以节省设计生产成本，更加经济便宜。缺点是随着传动比的变化，带轮也要相应做调整，这样减小皮带传动副的包角，减小电动机的传动效率，其转速图如下：图3.5 转速网方案2如果选用下图的方案。皮带传动副的传动比为，传动组的改动不大。这个方案避免了第一级传动组的被动齿轮的尺寸增大。但是被动带轮的直径增大，带轮包角减小，传动效率较底。图3.6 转速网方案3如果选用皮带轮的传动比为，其转速图如下：图3.7 转速网方案4虽然对带轮传动效率没有太大的影响，但是第一级的被动齿轮的尺寸可能增大，这样就带动了以后两级的传动组齿轮的尺寸增大，从而不仅设计空间增大，而且会造成材料和动力资源的巨大浪费，不是最佳方案。综上所述，选择方案（1）为备用方案。第四章 传动件的估算和确定4.1 带轮传动的确定 QKA数控管螺纹车床第一级用v带轮传动。已知电动机的功率，转速，传动比，每天工作个小时.确定计算功率故 （4-1）12.1kW 2.选择v带的带型根据，由图(4.1)选用A型带轮.图4.1 普通v带选型图 .确定带轮基准直径并验算带速v 初选小带轮的基准直径，由表5.1和表5.2，取小带轮的基准直径160mm。表 4.1 v带轮的最小直径槽型YZABCDE（mm）205075125200355500带型基准直径Y20,22.4,25,28,31.5,35.5,40,45,50,56,63,71,80,90,100,112,125Z50,56,63,71,80,90,100,112,125,132,140,150,160,180,200,224,A75,80,85,90,100,106,112,118,125,132,140,150,160,180,200B125,132,140,150,160,170,180,200,224,250,280315,355200,212,224,236,250,265,280,300,315,335,355,400,450355,375,400,425,450,475,500,600,710,750,800,900,1000500,530,560,600,570,710,800,900,1000,1120,1250,1400 表4.2 普通v带的基准直径系列 验算带速v (4-2) 因为，故带速合适。计算大带轮的基准直径。根据公式（4-3），计算大带轮的直径： = （4-3）=（1.41.5）160=224240mm 根据表(4-2),圆整=225mm。 4. 确定v带的中心距a和基准长度 1）根据公式 0.72 （4-4）269.5770初步定=350。 2）由公式（4-5）计算带轮所需要的基准长度： （4-5） 查表选基准长度=1250mm。） 按公式（4-6）计算实际中心距a： （4-6）计算得中心距的变化范围为341.5359.94mm。 5.验算小带轮的包角： （4-7） 所以小带轮的包角符合使用要求。 6.计算带的根数 1）计算单根v带的额定功率。 由=160mm和=1460r/min，查表得=3.21kw，=0.35kw。 查表5.3：表4.3 包角修正系数小带轮得=0.98。 查表得，于是： （4-8） 。 2）计算v带的根数z： （4-9） 取4根。 计算单根v带的初拉力的最小值表4.4 v带单位长度的质量带型 查表得型v带的单位长度质量，所以： （4-10） 应该使带轮的实际初拉力 8.计算压轴力（验算出齿轮时会用到）。 压轴力的最小值 （4-11） 4.2 齿轮齿数的确定 因为传动比i为公比的整数次方，齿数及以及小齿轮的齿数可以从金属切削机床参考书中查得。，。查i为1，1.26两行。有数字的即为可能的方案。结果如下； =92，94，96，98，100，104，108，116 =92，93，95，97，99，100，102，104 从以上两行可以挑出，=116，=104是共有的。如果取=104，则从表中查出小齿轮齿数分别为46，52，58。即，。 同理由，查表可得小齿轮的齿数为42，45。依次求出：轴与轴啮合处的齿数为23，37。 轴与轴啮合处的齿数为34，44。 轴与轴啮合处的齿数为36，75.4.3 传动轴的估算 A 研究轴 已知：轴所传递的最大功率为11kw，转速为960r/min，试选用轴的材料为45钢，选许用扭转切应力，那么由： （4-12）得。因为，轴上有一个液动摩擦离合器，需要开花键槽，并且轴内还要钻液动油路，那么轴颈增大5%7%。 即 （4-13） =29.52mm圆整为标准值，那么=30mm B 研究轴 已知：轴传递的功率为11kw，转速为800r/min，640r/min；试选用材料为轴的材料为45号钢，选用许用扭转切应力=25mpa，那么 圆整为标准直径=35mm。 C 研究轴 已知：轴所传递的最大功率为11kw，转速为1000r/min，800 r/min试选用轴的材料为45钢，选许用扭转切应力，那么： 圆整为标准直径=45mm。 D 研究轴 已知：轴所传递的最大功率为11kw，最低转速为360r/min，试选用轴的材料为45钢，选许用扭转切应力，那么： 圆整为标准直径=40mm。 E研究轴 已知：轴所传递的最大功率为11kw，最低转速为180r/min，试选用轴的材料为45钢，选许用扭转切应力，那么： 圆整为标准直径=50mm。4.4 齿轮模数的估算 估算第一传动组的模数：已知条件有输入功率，小齿轮转速，齿数比为，。工作寿命10年（设没年工作300天），两班制。 1 选定齿轮类型，精度和材料 1）选用直齿圆柱齿轮传动。 2）树控机床的精度要求较高，选用6级精度（GB-10095-88）。 3）材料选择。小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS,大齿轮的材料为45钢（调质），硬度为240HBS，两者材料的硬度差为40HBS。 2 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行计算，即： （4-14）1） 确定公式内各计算值。 试选载荷系数。 计算小齿轮传递的转矩。 （4-15） 选取齿宽系数=1。 查得小齿轮接触疲劳强度极限；大齿轮接触疲劳强度极限。 查得材料的弹性影响系数。 计算应力循环次数 （4-16） （4-17） 取接触疲劳寿命系数，。 计算接触疲许用应力 取失效概率为1%，安全系数，由公式： （4-18） 2） 计算 试计算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。 计算圆周速度v。 （4-19） 计算齿宽b。 （4-20） 计算齿宽与齿高之比。 模数 （4-21） 齿高 （4-22） 计算载荷系数。 根据v=3.55m/s，6级精度，查得动载系数。直齿轮，；使用系数；6级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，。由=19.09，查表得 ，故载荷系数 按实际的载荷系数校核所算得的分度圆直径： 计算模数m： （4-23） 按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式： （4-24）查表确定公式内的计算数值： 载荷系数 k=1.512 那么 。 模数就近圆整 。同理可以计算出二、三级的齿轮模数分别为；由于第一根轴要开键槽，还要钻液动回路，轴径要远远大于估算的值，又因为齿数已经确定，所以一级齿轮齿数可能还要增大。第五章 传动结构简图的设计5.1 结构设计的要求主轴组件的结构 主轴头已经标准化，详见机床设计手册。正确选择主轴的轴承类型及其组合、精度和调整轴承间隙的方法。计算主轴组件的合理跨度。合理选择润滑与密封的方式。主轴组件的拆装设计。对于机床主轴的要求，有与一般传动轴共同的地方：都要在一定的转速下传递一定的转矩；保证轴上的传动件和轴承的正常工作条件。但是，主轴又是直接带动工件或刀具进行切削的。机床的加工质量，在很大程度上要靠主轴组件的保障。主轴直接承受切削力，而车床的转速变化范围往往变化很大。因此，对于主轴组件又有很多特殊的要求：旋转精度、静刚度、温升和热变形、耐磨性等等。所以主轴组件的设计与选择很重要。传动轴组件的结构 根据轴承的类型，正确选择在的轴向定位（或固定）的方法。轴上所安装的的零件的拆装与固定。齿轮的结构 正确选用齿轮的精度并考虑相应的加工齿型的方法。对于双联或三联齿轮，加工方法决定了相邻齿轮的间距，为缩短轴向尺寸可采用镶装的结构。轮毂的长度按导向的要求确定，通常为直径的1.5倍左右。5.2 结构细节的内容卸荷带轮电动机经v带将运动传至轴带轮，v带上的拉力可能使轴产生弯曲变形，所以要采用卸荷带轮的结构。其结构简图如下：图5.1 卸荷带轮的结构简图带轮与输入轴键连接在一起，支承在法兰盘的两个向心球轴承上。法兰盘固定在主轴箱箱体上。这样，带轮可以通过键带动输入轴旋转，而胶带的拉力则可以通过轴承和法兰盘传至箱体。液动摩擦离合器在轴上有一个离合器，是为了实现两级的传动比和暂时的主轴停转。采用液压驱动实现自动换挡。其结构简图如下： 图5.2 液动摩擦离合器结构简图当左边的离合器摩擦片被液动系统压紧之后，运动传到齿轮1并由其传递下去；当液动系统油路改变，左边高油压，右边的离合器摩擦片被压紧，运动由齿轮2传递下去；当液动系统复位时，左右两边的摩擦离合器都是放松的，运动传递吧下去，主轴停止转动。主轴间隙的调整 如图所示：图5.3 主轴组件简图螺母（1）用来对两个推力球轴承轴向间隙的调整，螺母（2）用来对双列圆柱滚子轴承径向间隙的调整，螺母（3）用来对主轴后支点上的双列圆柱滚子轴承的径向间隙的调整，螺母（4）向双列圆柱滚子轴承拧紧后，可以使由螺母（2）调整好的精度予以保持下去，若因拧紧螺母（4）而使精度改变了，则应重新调整螺母（2），直至二个螺母均拧紧后，主轴精度合格为止，螺母（4）还起承担轴向负荷的传递作用，以及卸下或松动轴承的功能。螺母（5）用来紧固齿轮上回转槽内的平衡块。所有机床在出厂前均已经过平衡校正并检验合格，用户不要随意拆动平衡块，否则将引起主轴振动和机床精度下降。5.3主轴箱结构简图 图5.4 主轴箱传动系统简图其传动链的传动路线表达式： (主轴)。结论这次课题设计总计费时一个多月，刚开始时不知从何下手，在老师的指导下到图书馆查阅相关资料。有关数控机床上的资料翻了数次，有参考了相关设计资料，终于知道了该怎么做。接下来塞选出一系列有价值的资料，与同组同学不断的讨论、向老师请教，终于完成了设计。在做设计的过程中，不但复习了所学过的知识点，还学到了新的知识，同时将所学到的知识充分的运用起来，做到了学以致用，还学会了查资料，除此之外，我还懂得了团结合作的重要性，知道了集体的力量！当然，在此过程中也有许多不足之处，例如：知识的不全面，所学的还没有全部掌握，思维的狭隘等，让我在毕业前上了生动形象的一课。同时，做设计也是磨练决心与毅力的过程，面对复杂冗长的数据，打印长篇的论文，我也想过放弃，但想到它的意义我就又坚持了下来。做完了后，有一种豁然开朗的感觉，内心激动无比，经过了这次设计以后，我有信心，我也坚信只要努力、坚持，我们就能走好人生的每一步。致 谢 感谢学校领导安排我们这次毕业实习，也感谢安阳鑫盛机床厂提供实习的条件和机会，还有带班师傅的耐心指导。也感谢老师和同学们对我的帮助，特别是我的指导老师师老师，向我介绍了有帮助的参考资料，对我所做作论文做了细致入微的指正。参考文献：1 叶伟昌主编.机械工程及自动化简明设计手册(上册).北京：机械工业出版社，20012 叶伟昌主编.机械工程及自动化简明设计手册(下册).北京：机械工业出版社，20013 胡家秀主编.机械零件设计实用手册.北京：机械工业出版社，19994 李益民主编.机械制造工艺设计手册.北京：机械工业出版社，19955 艾兴等主编.金属切削用量手册.北京：机械工业出版社，19966 范云涨等主编.金属切削机床设计简明手册.北京：机械工业出版社，19937 孟宪椅等主编.机床夹具图册.北京：机械工业出版社，19918 韩敬礼等主编.机械电气设计简明手册.北京：机械工业出版社，1994.9 谢家瀛主编. 组合机床设计简明手册.北京：机械工业出版社，199210 杨培元等主编.液压系统设计手册.北京：机械工业出版社，199511 大连组合机床研究所编.组合机床设计.北京:机械工业出版社,199512 大连组合机床研究所编.组合机床设计参考图册.北京：机械工业出版社，198613 徐锦康主编.机械设计.北京：机械工业出版社，200114 陈秀宁、施高义机械设计课程设计.杭州：浙江大学出版社，1995 15 姚永明主编.非标准设备设计.上海：上海交通大学出版社，199931