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买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985摘要本论文首先介绍了我国数控机床发展的过程与现状，并分析了其存在的问题；对数控机床的发展趋势进行了探讨；并对 CK20 数控车床主轴箱传动系统和刀架进行了设计与计算。主轴箱由安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮组成。数控车床主轴可以获得在调速范围内的任意速度，以满足加工切削要求。刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。本设计主要包括根据一些原始数据，结合实际条件和情况对车床一些参数进行拟定，再根据拟定的参数，进行传动方案的拟定。然后计算各传动副的传动比及齿轮齿数，再估算齿轮的模数和各轴的轴径。并对齿轮和轴的强度、刚度进行校核。除此之外，还要对箱体内的主要结构进行设计，如电磁离合器的选择，从而完成对主传动系统的整体设计。刀架设计主要对总体结构设计，主要传动部件的设计计算。包括驱动刀架的伺服电机的选择计算，蜗轮蜗杆设计计算，刀架主轴的结构设计计算。关键词：主轴箱；无级调速；传动系统；刀架；CK20 买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985ABSTRACTIn this design ,the development and current situation of NC machine in China was introduced and a series of problems were presented. The development trend to NC lathe was discussed.Some countermeasures was presented for the development of NC machine in China and then the headstock and the knife tool of CK20NC lathe has been calculate designed.Headstocks is composed of the hollow spindle which is installed in precision bearings and a series of transmission gears.The knife tools are clamping cutting, therefore its structure directly affects the cutting performance and cutting efficiency of the machine.The spindle can obtain any speed in the speed range to meet the processing requirements of cutting.With the development of CNC lathes, CNC turret began to rapid change, electro-hydraulic combination of drive and servo drive direction.This design mainly includes according to some of the original data, combined with the actual conditions and some parameters are proposed for lathe, according to the proposed parameter,to formulate transmission scheme, calculating the transmission vice transmission ratio, gear teeth, estimating the modulus of the gear and the diameter of axle shaft,and the strength, stiffness of gear and shaft for checking. In addition, it not only design of main structure of the casing, such as the choice of the electromagnetic clutch, but also complete the overall design of main drive system. The design of knife tools is not the overall structure design, but the design and calculation of main driving part, including the selection of tool carrier of servo motor, worm gear and worm design calculation, structure design and calculation of tool carriage spindle.Key words: headstocks; a continuously variable speed ; transmission System;knife tools;CK20买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-目 录第一章 绪论 11.1 课题背景及目的 11.2 国内外研究现状及发展趋势 11.2.1 我国数控车床的研究现状及发展趋势 11.2.2 数控系统的发展趋势 31.3 课题研究内容及方法 4 1.3.1 课题研究的主要参数 41.3.2 课题研究内容 41.3.3 研究方法 41.4 设计任务与论文构成 51.4.1 设计主要任务 51.4.2 设计的重点与难点 51.4.3 本论文构成如下 5第 2 章 机床总体方案的设计 62.1 机床的总体布局 6第 3 章 主传动系统的设计 73.1 总体设计 73.1.1 拟定传动方案 73.1.2 选择电机 83.1.3 计算各轴计算转速、功率和转矩 113.1.4 转速图与传动图 123.2 轴系部件的结构设计 133.2.1 I 轴结构设计 133.2.2 II 轴结构设计 173.2.3 III(主)轴结构设计 283.2.4 编码器的选择与安装设计 303.2.5 主传动系统总装图 32第 4 章 液压卡盘的设计（夹具） 344.1 卡盘夹紧机构的设计 34 买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-4.2 液压卡盘系统总装图 34 第 5 章 数控刀架的结构设计 35 5.1 数控车床刀架总体方案设计与选择 355.1.1 刀架的整体方案设计 355.1.2 车床刀架的转位机构方案设计 355.1.3 刀架定位机构方案设计 365.2 刀架的设计计算 365.2.1 驱动刀架的伺服电机的选择计算 365.2.2 蜗轮蜗杆设计计算 395.2.3 刀架主轴的结构设计计算 425.3 刀架总装图 44第六章 数控系统的设计 467.1 线路连接 467.2 安装调试 47第七章 结论 48参考文献 49心得体会及致谢 50买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-第一章 绪 论1.1 课题背景及目的近几年，我国的数控机床无论从产品品种，还是技术水平，或者品质和产量上都取得了很大的发展，并在一些关键技术方面取得了重大突破。特别是在通用微机数控领域，以 PC 平台为基础的国产数控系统，已经走在世界前列，让国人骄傲。据统计，在我国可供市场的数控机床就有 1500 种，几乎笼罩了整个金属切削机床行业的品种类别和主要的锻压机械。这表明了国内数控机床已经进入了快速发展的时期。 而相对于传统机床，数控机床则表现出有以下的优越性：1、数控加工工艺的“内容十分具体、工艺设计工作相当严密”。 2、能够实现加工的柔性自动化。3、粗精加工与加工精度的结合，装配就比较容易，不需要“修配”。 4、数控加工的工艺“复合性”，可完成多道工序的集中。 5、精密设备与一般设备的结合，可实现长时间的无人看管加工。 因此，采用数控机床，既可以降低工人的劳动强度，也可以节省劳动力（一个人可以看管多台机床），还能减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，对市场需求作出迅速反应。对此，数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 由于以上优越性，数控机床所占的比例正在一步步地增大。从 2005 年的市场生产消费内容就可以明显看出,普通机床的市场份额在下降,数控机床的市场份额则大幅度增长，特别是中高档数控机床需求供不应求。在这样一种背景下，我的课题选择为设计一台数控车床CK20，用于对回转体零件的圆柱面、圆弧面、圆锥面、端面、切槽、及各种公、英制螺纹等进行批量、高效、高精度的自动加工。应用于飞机汽车航空航天、军工、电力等领域，实现加工自动化，提高产品质量，提高生产效率 1。1.2 国内外研究现状及发展趋势1.2.1 我国数控车床的研究现状及发展趋势1、研究现状我国数控车床从 20 世纪 70 年代初开始进入市场，通过各大机床厂家的不懈努力，通过采取与国外著名机床厂家的一系列措施，使得我国的机床制造水平程度有了很大提高，其产量在金属切削机床中占有较大的比例。目前，国产数控车床的种类、规格也比较齐全，质量基本趋于稳定可靠，已进入实用和全面发展阶段。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-（1）床身按照床身导轨面与水平面的相对位置来分，床身有图 1.1 所示的 5 种布局形式。一般来说，斜床身和平床身斜滑板在中、小规格的数控车床采用较多，平床身只有在大型数控车床或小型精密数控车床才被采用，立床身一般不被采用。在机床中一般采用平床身斜滑板结构，再配置上倾斜的导轨防护罩，这样既保持了能有效利用空间，大大减小了机床的平面占地位置，床身宽度也不会太大，又有利于克服重力有更好的稳定性来提高机床精度，有利于机床的清扫清洁工作，使得切屑不容易堆积。a)后斜床身-斜滑板 b)直立床身- 直立滑板 c)平床身-平滑板 d)前斜床身- 平滑板 e)平床身-斜滑板 图 1.1 床身布局型式（2）导轨 导轨的功用是承受载荷和导向。它承受安装在导轨上的运动部件及工件的重力和切削里，运动部件能够沿导轨运动。车床的导轨按照导轨面的摩擦性质可分为滑动导轨和滚动导轨两种。 买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-滑动导轨具有结构简单、制造方便、接触刚度大等优点。滚动导轨的优点是摩擦系数小，动、静摩擦系数很接近，因此摩擦力小，轻动方便，运动灵敏，不易爬行。（3）主轴变速系统一般说来，经济型数控车床大多数是不能自动变速的，全功能数控车床的主传动系统大多采用无级变速。目前，无级变速系统一般采用直流或交流主轴电机，通过带传动带动主轴旋转，或通过带传动和主轴箱内的减速齿轮带动主轴旋转。由于主轴电机调速范围广，又可无级调速，使得主轴箱的结构大为简化。（4）刀架系统 小规格数控车床一般采用排式刀架，以加工棒料或盘类零件为主。数控车床最常用的一种典型换刀刀架是回转刀架，它通过刀架的旋转分度定位来实现机床的自动换刀动作，根据加工要求可设计成四方、六方刀架或圆盘式刀架。排刀式刀架和回转刀架都使得刀具的数目受到一定的限制，当需要数量较多的刀具时，应采用带刀库的自动换刀装置。（5）进给传动系统 进给伺服系统是数控车床的进给传动系统主要采用的系统，按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环系统控制精度高、快速性能好，但它对机床的要求比较高，且造价较昂贵；而开环系统定位精度低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。进给伺服系统中在数控系统常用的驱动装置是伺服电机。进给伺服电机有直流伺服电机和交流伺服电机之分。2、发展趋势 高速、高精密化 高可靠性 CAD 化、结构设计模块化 功能复合化 数控车床设计智能化、网络化、柔性化和集成化。 提高数控机床产品的自主开发、制造能力。 以功能部件为基础，以关键共性技术为支撑；加快技术引进与国际合作 1。1.2.2 数控系统的发展趋势1、继续向开放式、基于 PC 的第六代方向发展 2、向高速化和高精度化发展 3、向智能化方向发展 （1）应用自适应控制技术向高速化和高精度化发展 （2）引入专家系统指导加工 （3）引入故障诊断专家系统 买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-（4）引入动装置智能化数字伺服驱动系统 11.3 课题研究内容及方法 1.3.1 课题研究的主要参数本课题设计的数控车床的主要参数如下：工件最大回转直径： ；最大切削直径：m40m280横向最大行程(X 轴) ：180mm ；纵向最大行程(Z 轴 )：650mm最大车削长度：500mm；X,Z 轴的最小设定单位为：0.001mm主轴最大/最小转速：4000/45 r/min快速进给速度:纵向：15m/min；横向；8m/min1.3.2 课题研究的主要内容1、主轴传动系统的设计2、编码盘的安装3、液压卡盘的设计安装4、数控刀架结构设计5、数控系统的设计1.3.3 研究方法第一步，明白并确定设计要求，找出研究的重难点。第二步，进工厂观摩，吸取专家的设计经验。第三步，初步确定总体设计方案：1、软件方面 选择了 SINUMERIK 802D 机床微机控制系统。2、硬件方面（1）根据机床性能要求，确定机床支承件结构形式为卧式斜床身结构，并进行总体布局；因为这种结构具有容易实现机电一体化、排屑顺畅等优点。（2）选择主电机。根据切削力大小及机床的变速要求，初步确定主电机型号；（3）设计主传动系统及箱体。由主电机的变速范围，确定变速箱的减速级数以及传动方式，箱体构架。（4）选择刀架伺服电机。根据刀架运转的负载扭矩和起动时的加速扭矩来确定伺服电机型号。（5）设计刀架系统。由刀架的蜗轮蜗杆和主轴来确定刀架传动方式。第四步，设计中遇到的疑点、难点问题应通过广泛查阅文献资料、组内同学相互讨论、实地参观数控车床样机和实践操作等各种途径解决。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-1.4 设计任务与论文构成1.4.1 设计主要任务1、机床总体方案设计及总体布局图绘制2、主传动系统理论设计及结构设计，主传动系统转配图绘制3、编码盘的安装设计及液压卡盘设计4、数控刀架结构设计及刀架的总装图，典型构件设计及工程图绘制5、CK20 数控系统设计（硬件连接图）6、外文资料文献翻译7、撰写毕业设计论文（说明书）1.4.2 设计的重点与难点1、主传动系统理论设计及结构设计，主传动系统装配图绘制2、数控刀架结构设计及刀架的总装图，典型构件设计及工程图绘制1.4.3 本论文构成如下第 1 章 绪论第 2 章 机床总体方案的设计。第三章 详细论述主轴系统包括各传动轴的结构设计。第四章 详细介绍液压卡盘的设计选用。第五章 详细论述数控刀架的结构设计。第六章 阐述数控车床液压回路设计第七章 阐述数控系统的选择及其设计。第八章 总结本课题设计的特点及其有待改进之处。论文最后是本次毕业设计的心得、致谢和参考文献。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-第二章 机床总体方案的设计2.1 机床的总体布局按照床身导轨面与水平面的相对位置来分，床身有图 1.1 所示的 5 种布局形式。一般来说，斜床身和平床身斜滑板在中、小规格的数控车床采用较多，平床身只有在大型数控车床或小型精密数控车床才被采用，立床身一般不被采用。当然平床身工艺性好，易于加工制造。刀架水平放置，对提高刀架的运动精度有好处，不过排屑困难；刀架横滑板较长，反而加大了机床的宽度尺寸，影响外观。在机床中一般采用平床身斜滑板结构，再配置上倾斜的导轨防护罩，这样既保持了能有效利用空间，大大减小了机床的平面占地位置，床身宽度也不会太大，又有利于克服重力有更好的稳定性来提高机床精度，有利于机床的清扫清洁工作，使得切屑不容易堆积。斜床身和平床身斜滑板结构在现代数控车床中之所以被广泛应用，是因为这种布局形式具有以下特点：(1) 容易实现机电一体化；(2) 机床外形整齐、美观，占地面积小；(3) 容易设置封闭式防护装置；(4) 容易排屑和安装自动排屑器； (5) 从工件上切下的炽热切屑不至于堆积在导轨上影响导轨精度； (6) 宜人性好，便于操作； (7) 便于安装机械手，实现单机自动化 2。基于以上优点，在此课题中拟采用 45 倾斜滑板平床身，其总体布局如图 2.1 所示。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-图 2.1 机床总体布局图 第三章 主传动系统的设计3.1 总体设计3.1.1 拟定传动方案数控机床需要自动换刀、自动变速；主轴则必须通过自动变速，在切削不同直径的阶梯轴，曲线螺旋面和端面时，以维持引起切削直径各种变化的切削速度基本恒定。自动变速一般采用无级变速，有利于在一定的调速范围内选择理想的切削速度，这样有利于提高加工精度，还可以有利于提高切削效率。无级调速有机械、液压和电气等多种形式，直流或交流调速电动机作为驱动源的电气一般被无级变速数控机床采用。但是数控机床的主运动的调速范围较大，单靠调速电机根本无法满足这么大的调速范围，另一方面调速电机的功率扭矩特性与直接与机床的功率和转矩要求太难相匹配。因此，数控机床主传动变速系统通常在无级变速电机之后，还要串联机械有级变速传动，以期满足机床要求的调速范围和转矩特性 3。由于主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机所能提供的恒功率变速范围，则必须配以分级变速箱。为简化主轴箱结构，分级变速级数应该少些，分级变速箱的公比可取等于电动机的恒功率变速范围 ，而恒功率的调速范围一般比较小，仅能达到fdpR23。我方案选定的调速范围为 =3，故有 ，主轴的转速范围为：3dpf45r/min4000r/min;根据以下计算（以下计算公式均来自于资料2）估算主轴的计算转速： = = jn3.0minaxi)(min/174503.r）（3.1）主轴要求的恒功率变速范围为： =4000/173=23.1 npR无级变速时： = =23.1 npRZfZfdp1（3.2） 故变速箱的变速级数： 取级数 Z=285.13lg2lfnpR故本方案仅采用二级机械变速机构，故变速箱为三级变速箱，运动方案如图 3.1。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-图 3.1 主轴传动图有级变速的自动变换方法一般有液压和电磁离合器两种。液压变速机构是通过液压缸、活塞杆带动拨叉推动滑移齿轮移动来实现变速，双联滑移齿轮用一个液压缸，而三联滑移齿轮则必须使用两个液压缸（差动油缸）实现三位移动，变速时必须主轴停车后才能进行，而且必须将数控装置送来的电信号转换成电磁阀的机械动作，然后再将压力油分配到相应的液压缸，因而增加了变速的中间环节，带来了更多的不可靠因素 4。电磁离合器是应用电磁效应接通或切断运动的元件，由于它便于实现自动操作，并有现成的系列产品可供选用，因此它已成为自动装置中常用的操作元件。电磁离合器用于数控机床的主传动时，能简化变速机构，操作方便。通过若干个安装在各传动轴上的离合器的吸合和分离的不同组合来改变齿轮的传动路线，实现主轴的变速。电磁离合器一般分为摩擦片式和牙嵌式 4。3.1.2 选择电机1、电动机类型和结构型式的选择由于不同的机床要求不同的主轴输出性能(如旋转速度，输出功率，动态刚度，振动抑制等) ，因而，主轴选用标准与实际使用需要是紧密相关的。总的来说，选择主轴驱动系统可以在价格与性能之间找出一种理想的折衷。表 3.1 简要给出了用户所期望的主轴驱动系统的性能。经过对比分析本设计中决定采用 FANU 系列交流主轴电机。ci系列是高速、高精、高效的伺服系统，可实现机床的高速、高精控制，并使机床更ci紧凑 5。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-表 3.1 理想主轴驱动系统性能2、电动机容量的选择选择电动机容量就是合理确定电动机的额定功率。决定电动机功率时要考虑电动机的发热、过载能力和起动能力三方面因素，但一般情况下电动机容量主要由运行发热条件而定。电动机发热与其工作情况有关。但对于载荷不变或变化不大，且在常温下连续运转的电动机（如本课题中的电动机），只要其所需输出功率不超过其额定功率，工作时就不会过热，可不进行发热计算，本设计中电机容量按以下步骤确定：（1）确定主轴切削力(如无特殊说明，该小节计算方法均出自资料6)确定主轴材料为 45 号钢，淬硬处理（淬火及低温回火），硬度为 44HRC，单位切削力为 。270/m公 斤切削用量范围： rmfaivp/8.015/9进 给 量 ：背 吃 刀 量 ：切 削 速 度 ：背吃刀量取 ，进给量取 ；mp4a根据主切削力的指数公式： )(6484.01NfafaCFpyFcxpc（3.3）可得： =3664.7（N） 84.01c56故切削功率：项目 内容高性能低速区要有足够的转矩宽恒功率范围，并在高速范围内保持一定转矩高旋转精度高动态响应高加减速，起制动能力具有强鲁棒性，能适应环境条件和参数变化高效率，低噪声低价格 低购买价格，低维护价格,低服务价格通用要求 耐用性，可维护性，安全可靠性买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-)(1.6017.364min/)(33c KWPvFc 切 削 速 度 取（3.4） （2）确定电机输出动率 dcdP（3.5） 传动装置的总效率 231其中， 圆柱直齿轮传动效率，由资料7，附表 1-1 查得 0.97；1 1轴滚动轴承效率，由资料7，附表 1-1 查得 =0.99；2 2轴（主轴）轴承效率，由资料7，附表 1-1 查得 =0.99；3 3由此， 。904.90.97.0故： ）（ KWPd756.1（3）选择电动机额定功率 edP如前所述，电动机功率应留有余量，负荷率一般取 0.80.9，所以电动机额定功率选取为 11 。Kw（4）电动机电压和转速的选择小功率电动机一般选为 380V 电压。所以本电机的电压可选为 380V5。 本课题中数控机床的主轴的转速范围要求为 45r/min4000r/min。由于只有一根中间传动轴，传动链较短，因此变速级数较少，故对电动机恒功率变速范围以及整个变速范围要求较高。I 轴上齿轮传动比确定为 ，II 轴上两对直齿轮的传动比分别2/31i为 ， 。所以两条传动链中，高速传动链传动比4/32i3/i，低速传动链传动比 。由此可得电机的891 23/431i转速范围:， 。min/450/0maxrn min/90245i r买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-（5）确定电机的型号由前面信息，可选取 FANUC 交流电机，型号为 。作为 系列的后续12/60ci产品，这种电机转动非常平稳，采用 160,000,000/rev 的超高分辨率位置编码器，通过线圈切换可实现电机的高速、高加速控制，具有更先进的节能效果。电机参数如下表所示表 3.2 电机参数机座长为 ，电机轴径为 35mm，轴伸为 ，中心高 ，其余安装465m10m132m尺寸及其外形由资料5得 5。3.1.3 计算各轴计算转速、功率和转矩1、各轴计算转速（本小节公式除非特别说明，均出自资料2）首先估算主轴的计算转速，由于采用的是无级调速，所以采用以下的公式：= = ； 3nj 3.0minaxi)(min/173450.r）（3.6）然后通过传动比计算传动轴和电机轴的计算转速，in/231i/7.230/41732 rrinm4561 in/096r上式中 、 、 的意义如前所述。i3i2、各轴输入功率= 11KwIPed I21I Kw5.109.07. = I32I Kw0.19.7上式中， 、 、 的意义如前所述。1233、各轴输入转矩： (N/m) nPT/950（3.7）型号 额定功率 连续 30min 功率 额定转速 最高转速 重量 振动 冷却12/60ciKw1150/inr45/inr95KgV56W买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-1T)/(2.305.46/950mN2 673 )/(.1/.将以上计算结果整理后列于表 3.3，供以后计算选择，供以后计算使用：表 3.3 各轴的传动参数参数轴I 轴（电机轴） II 轴（中间传动轴） III 轴（主轴）计算转速（ ）min/r347 231 173输入功率（Kw） 11 10.5 10.0转矩（ ）N303.2 434.66 552.02传动比 2/31i 4/32i 3/4i3.1.4 转速图与传动图由电机的转速范围(包括恒功率变速范围和恒转矩变速范围)和各轴传动比,作数控车床的转速图,见图 3.2。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-图 3.2 转速图由转速图 3.2 可知，电动机经 2:3 定比传动降速后，如果经 3:4 传动比传动主轴，则当电动机转速从 4500r/min 降至 1500r/min（恒功率区），主轴转速从 4000r/min 降至1333r/min。主轴转速再需下降时变速箱变速，经 3:4 传动比传动主轴，电动机又恢复从 4500r/min 降至 1500r/min，主轴则从 1333r/min 降至 750r/min。故主轴从 4000r/min降至 750r/min 为恒功率调速。主轴从 750r/min 降至 45r/min，电动机从 1500r/min 降至90r/min 为电动机的恒转矩区。（额定转速向上至最高转速为恒功率；额定转速向下至最低转速为恒转矩；本方案电动机的额定转速为 1500r/min。）初定数控车床的传动图,如图 3.3：图 3.3 传动图 3.2 轴系部件的结构设计3.2.1 I 轴结构设计（如无特殊说明，本小节公式均出自资料 8）I 轴上的零件主要是齿轮 1。一端用套筒定位，另一端采用单螺钉固定的轴端挡圈定位。1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数.根据选定的传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动。（1）本次设计属于金属切削机床类，一般齿轮传动，故选用 8 级精度。（2）材料选择。由表 10-1 选择小齿轮材料为 40Cr(调质热处理),硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢(调质)硬度为 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS。（3）选小齿轮齿数 ，大齿轮齿数 。 241z 3624/2z2、轴的选材和最小直径 的确定mind买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-轴的材料选择为：45 号钢（调质处理）。轴的最小尺寸，由式（152）， 3min0PdA（3.8）式中， 由表 153，可取得 110，故 0Amd8.347103min取 35mm。由于 取值较计算值大一些，所以不用再按弯扭合成强度条件mindin计算和进行疲劳强度校合。 3、按齿面接触强度设计 由设计计算公式(10-9a) 进行试算，即21312.()tEtdHKTZud（3.9） 1）确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数 3.1tK（2）计算小齿轮传递的转矩，由上文可知 mNT/2.301（3）由表 10-7 选取齿宽系数 （小齿轮做悬臂布置）5.0d（4）由表 10-6 查得材料的弹性影响系数 2/18.9MPaZE（5）由图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 大;601limMPaH齿轮的接触疲劳强度极限 ；PaH502lim（6）由式 10-13 计算应力循环次数（假定工作寿命 15 年（每年工作 300 天），两班制）（j=1）则：（3.10）99129h1 105././ 105.38234760iNjLn）（7）由图 10-19 查得接触疲劳寿命系数 ； ；2.1HNK5.2HN（8）传动比 u=3/2；（9）计算接触疲劳许用应力买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由式（10-12）得 MPaSKlinHN5.2509.a62.221lim1 （3.11） 2）计算（1）小齿轮分度圆直径 ，代入 中较小的值1tdH= mm 2131.()tEtdHKTZud 9.1285.125.031. ）（2）计算圆周速度 vm/s34.0679.84.16ndvt（3.12） （3）计算齿宽 b45.9.285.01td（3.13） （4）计算齿宽与齿高之比 /bh模数 mm 3.409.128mzdtt齿高 m675.9.5.ht675.94b（5）计算载荷系数根据 ，8 级精度，由图 10-8 查得动载系数 ；smv/34.2 15.vK直齿轮，由表 10-3 查得 1；HKF由表 10-2 查得使用系数 ；.25A由表 10-4 用插值法查得 8 级精度，小齿轮悬臂支承时， 1.310；HK由 ； ，查图 10-13 得 1.254；故载荷系数6./hb310.HKF买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-KHVA 83.10.15.2（6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（10-10a）得（3.14） m.43.189.31ttd（7）计算模数 m145.8/24mm=6.075mm 1/z4、按齿根弯曲强度设计由式（10-5 ）得弯曲强度的设计公式为132()FaSdYKTmz（3.15）1）确定公式内的各计算数值（1）由图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 500MPa；大齿轮的弯曲疲1FE劳强度极限 380MPa；2FE（2）由图 10-18 查得弯曲疲劳寿命系数 ， 0.87；85.01FNK2FN（3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由式（10-12）得1FSFEN1 a57.30a4.580MP（3.16） SKFENF22 aa14.2364.1870（4）计算载荷系数 KFVA 803.5.5（3.17） （5）查取齿形系数由表 10-5 查得 ； 2.53。65.21aFY2Fa（6）查取应力校正系数买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-由表 10-5 查得 ； 1.63。58.1aSY2Sa（7）计算大小齿轮的 并加以比较F（3.18）01349.57.38621FSaY2FSaY01672.4.35大齿轮的数值大。2）设计计算=132()FaSdYKTmz m97.30162.245.038135对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 大于由齿根弯曲疲劳强度计算m的模数，由于齿轮模数 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数 3.97mm，并就近圆整为标准值 m=4mm，按接触强度算得的分度圆直径 145.8mm，算出小齿轮齿数1d3645./8.1z大齿轮齿数 .2i这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。5、几何尺寸计算1）计算分度圆直径 （3.19）mmzd1436126522）计算中心距 （3.20）a80/)(/)(13）计算齿轮宽度 （3.21）mdb714.01取 ， 。B726、平键尺寸的确定： ；L=56mm 8h3.2.2 II 轴结构设计（如无特殊说明，本小节公式均出自资料8）1、轴的支承形式买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-该轴不受或只受极小的轴向力，而右端所受径向力矩明显高于左端，故左端选用深沟球轴承，而右端选用一对角接触球轴承背靠背安装，如图 3.4 所示：图 3.4 中间轴的支承形式2、轴上零件的轴向定位II 轴上的主要零件主要有三对直齿圆柱齿轮及其中两直齿圆柱齿轮对应的电磁离合器。深沟球轴承的左端靠在端盖上，右端用轴肩和套筒定位。与电机轴上齿轮相啮合的齿轮左端用套筒固定，右端用轴肩定位。另外两齿轮所对应的电磁离合器位于它们中间，相互紧靠，齿轮用套筒定位，两齿轮的另两端用套筒定位。轴右端的轴承左边利用轴肩定位，右端用一甩油盘（有套筒的作用）和圆螺母进行定位。3、轴的选材和最小直径 得确定mind轴的材料选择为：45 号钢（调质处理）。轴的最小尺寸，由式（152），3min0PdA（3.22）式中， 由表 153，可取得 110，故 0Amd3.9215.03min取 40mm。由于 取值较计算值大一些，所以不用再按弯扭合成强度条件mindin计算和进行疲劳强度校合。轴的零件图如图 3.5。图 3.5 中间轴零件图4、齿轮的设计齿轮 1（小齿轮）和 2（大齿轮）的直径相差较大，对齿轮 1（小齿轮）在模数和选材及热处理方面要求较高，所以首先进行该对齿轮的设计。1）选定齿轮的精度等级和材料，初选齿数买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-(1)本数控机床的运行速度较高，精度等级选择 8 级精度；(2)由表 10 1，小齿轮材料选择为 40 ，调质后表面淬火，硬度为 280HBS；大rc齿轮材料选择为 45 钢，调制后表面淬火，硬度为 240HBS。(3)小齿轮齿数初选为 =18， 1z21z3i24/82）按齿面接触强度进行设计按式（109 ）试算，a21312.()tEtdHKTZud（3.23）确定公式内的各计算值：(1)初选载荷系数 Kt1.6；(2)计算小齿轮传递的转矩，由前文可知小齿轮传递的转矩为 434.66Nm；2T(3)由表 10 7 及其说明，可选定齿宽系数 0.6； d(4)由表 10 6，查得材料的弹性影响系数 189.8 ；EZ1/2aMP(5)由图 10 21d，按齿面接触硬度查得小齿轮的接触疲劳强度 600MPa；lim1H大齿轮的接触疲劳强度 550MPa；li2(6)两齿轮的设计寿命为 72000h，由式 1013，计算应力循环次数（3.24）993129h 1075.3/40./ 10.82160iNjLn）（(7)由图 10-19 查得接触疲劳寿命系数 ； ；HNK5.2HN(8)传动比 u=4/3；（9）计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由式（10-12）得 MPaSKlinHN5.2509.a62.221lim1 （3.25） 3）计算买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-（1）小齿轮分度圆直径 ，代入 中较小的值1tdH= mm21312.()tEtdHKTZud 6.1495.28476.0135.3 ）（2）计算圆周速度 vm/s8.103.9.12ndvt（3.26） （3）计算齿宽 b76.89.46.01td（4）计算齿宽与齿高之比 /h模数 mm 3.18.mztt齿高 m68.1.25.ht468.179b(5)计算载荷系数 K根据 ，由图 108，查得动载系数 ；1.8m/sv 12.VK直齿轮，由表 10-3 查得 1；HF由表 10-2 查得使用系数 ；.25AK由表 10-4 用插值法查得 8 级精度，小齿轮非对称布置时， 1.256；HK由 ； ，查图 10-13 得 1.19；故载荷系数8.4/hb6.1HFKKHVA 76.125.1.25（3.27） （6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（10-10a）得mKdtt 4.156.7,149331（3.28） （7）计算模数 154.4/18mm=8.58mm m1/z买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-3）按齿根弯曲强度设计由式（105）得弯曲疲劳的设计公式为132()FaSdYKTmz（3.29） 以下确定式中各参数的值：（1）由图 1020c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 520MPa；大齿轮的弯 1FE曲疲劳强度极限 420MPa；FE（2）由图 10-18 查得弯曲疲劳寿命系数 0.9， 0.92；1FNK2FN（3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由式（10-12）得1FSFEN1 a3.4a4.5209MPKFEF22 0.76.（3.30） （4）计算载荷系数 KFVA 67.1912.5（3.31） （5）查取齿形系数由表 10-5 查得 2.91； 2.65。1FaY2Fa（6）查取应力校正系数由表 10-5 查得 1.53； 1.58。1Sa2Sa（7）计算大小齿轮的 并加以比较FY1FSaY0132.345922FSaY0157.7685大齿轮的数值大。4）设计计算买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-=132()FaSdYKTmz m9.40157.186.0347232对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 大于由齿根弯曲疲劳强度计算m的模数，由于齿轮模数 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而由齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度所算得的模数 ，按接触强度算得的分度圆直径 154.4mm，算出小m5 1d齿轮齿数305/4.1z大齿轮齿数 32i这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。5、几何尺寸计算1）计算分度圆直径mmzd15031 mzd205422）计算中心距 da17/)0(2/)(（3.32）3）计算齿轮宽度 bd9156.01取 ， 。mB926、验算 1/TFt N5.70/.433（3.33），合适。2tBKA15.8902.57第二对齿轮的模数可取和齿轮 1 相同， 5。由于这两齿轮得中心距与齿轮 34m1 和 2 的中心距相等，故 ， 。四个齿轮的/7453z 304/23iz尺寸参数如表 3.4 所示。表 3.4 齿轮尺寸参数买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-参数 齿轮1 2 3 4模数 m（mm） 5 5 5 5齿数 z 30 40 40 30中心距 a（mm） 175分度圆直径 d（mm） 150 200 200 150齿顶圆直径 （mm）a160 210 210 160齿根圆直径 （mm）f 137.5 177.5 177.5 137.5全齿高 h（mm） 11.25 11.25齿宽 b（mm） 95 90 90 95压力角 20202020基圆直径 （mm）bd141 188 188 141传动比 i 3/4 4/3齿轮宽 B（mm） 95 90 90 95齿宽系数 d0.6 0.36 0.36 0.6轮毂宽（mm） 95 90 90 957、电磁离合器的计算和选择本课题中数控机床得转速较高，对工作可靠性要求高。选择离合器时，对离合器的 基本要求是：操作方便省力；调节和修理方便；外廓尺寸小、质量小；接合平稳、分离迅速而彻底；耐磨性好和有足够的散热能力。电磁离合器在数控机床等机械中得到广泛应用。根据资料9 中的结构选择原则，选取牙嵌式电磁离合器 9。形式选定后，应进一步确定其规格（本小节公式及参数除非特别说明，均出自资料9） 1）规格计算其规格选择计算的基本原则是使其计算转矩 小于或等于其薄弱环节的失效条件 cT限制而允许其传递的许用转矩T，即maxacnT（3.34） 买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985-i-式中： 理论转矩T算转矩c公称转矩n许用转矩T最大转矩max许用最大转矩许用转速n在我国现行的离合器的标准中，一般可取T= ， 。nTnmax)32(T（1）计算转矩由于各类联轴器，离合器实际工况不同，在确定计算转矩 时应将理论转矩 乘c以 不同系数 K；本机床承受长期平稳
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