毕业论文定稿-CJK6150数控车床设计－主轴箱和尾座部件设计

原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763分 类 号 密 级 宁宁波大红鹰学院毕 业 设 计 (论 文 )CJK6150 数控车床设计主轴箱和尾座部件所 在 学 院专 业班 级姓 名学 号指 导 老 师年 月 日诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业设计（论文） CJK6150 数控车床设计主轴箱和尾座部件均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。承诺人（签名）： 年 月 日原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763摘 要随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高，加工设备的机械加工设备的加工的精密程度也要求越来越高。在搜索、查阅研究大量有关资料的基础上，对机床自动化技术进行了深入的研究和分析，并描述了机床控制系统的设计。整个过程主要对车床主传动进行设计。车床主传动设计，主要包括三方面的设计，即：根据设计题目所给定的机床用途、规格、主轴极限转速、转速数列公比或级数，确定其他有关运动参数，选定主轴各级转速值；通过分析比较，选择传动方案；拟定结构式或结构网，拟定转速图；确定齿轮齿数及带轮直径；绘制传动系统图。其次，根据机床类型和电动机功率，确定主轴及各传动件的计算转速，初定传动轴直径、齿轮模数，确定传动带型号及根数，摩擦片尺寸及数目；装配草图完成后要验算传动件（传动轴、主轴、齿轮、滚动轴承）的刚度、强度或寿命。最后，完成运动设计和动力设计后，要将主传动方案“结构化” ，设计主轴变速箱装配图及零件图，侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、箱体、润滑与密封、传动轴及滑移齿轮零件的设计。关键词：车床；数控；传动系统AbstractWith the industrial equipment for precision degree of the increasingly high demand, the degree of precision machining processing equipment of machining equipment also to request more and more high. In the search, a lot of related data access research of machine tool automation technology, in-depth research and analysis, and describes the design of machine tool control system. The whole process is mainly carries on the design to the main drive lathe.CNC lathe main drive design, including the design, three aspects: according to the design of machine tool use, the given specifications, spindle speed limit, speed ratio determined sequence or series, other relevant motion parameters, selected at speed of the main shaft; through analysis and comparison, select the transmission scheme; develop structure or structure, develop speed diagram; to determine the number of gear teeth and belt pulley diameter; drawing drive system diagram. Secondly, based on the machine type and motor power, determining the spindle and the transmission of the computation speed, initial drive shaft diameter, the gear modulus, determine the transmission belt type and number of roots, friction plate size and number of assembly drawing; after checking transmission parts (gear, shaft, shaft, bearing stiffness,) strength or fatigue life. Finally, to complete the exercise design and dynamic design, to the main transmission scheme “structured“, design of spindle gearbox assembly drawing and parts drawing, focuses on the transmission shaft assembly, spindle assembly, transmission mechanism, box, lubrication and seal, the transmission shaft and the sliding gear parts design.Key Words: Lathe; CNC; Transmission System目 录摘 要.3Abstract.4目 录.6第 1 章 绪 论.91.1 数控技术的应用与发展 91.1.1 数控机床与发展趋势 91.1.2 数控技术 101.1.3 数控技术发展趋势 121.1.4 数控技术在机械工业中的进展 141.2 数控车床的工艺范围及加工精度 .151.2.1 工艺范围 151.2.2 加工精度 151.3 毕业设计题目、主要技术参数和技术要求 161.3.1 毕业设计题目和主要技术参数 161.3.2 技术要求 16第 2 章 主轴箱传动系统参数计算.172.1 运动参数及转速图的确定 .172.1.1 转速范围 .172.1.2 转速数列 .172.1.3 确定结构式 172.1.4 确定结构网 172.1.5 绘制转速图和传动系统图 182.2 确定各变速组此论传动副齿数 192.3 核算主轴转速误差 20第 3 章 传动件的计算.223.1 带传动设计 223.2 选择带型 .233.3 确定带轮的基准直径并验证带速 .233.4 确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角 .243.5 确定带的根数 z253.6 确定带轮的结构和尺寸 .253.7 确定带的张紧装置 .253.8 计算压轴力 .253.2 计算转速的计算 273.3 齿轮模数计算及验算 283.5 主轴合理跨距的计算 32第 4 章 主要零部件的选择.344.1 电动机的选择 .344.2 轴承的选择 344.3 变速操纵机构的选择 .344.4 轴的校核 344.5 轴承寿命校核 36第 5 章 主轴箱结构设计及说明.385.1 结构设计的内容、技术要求和方案 385.2 展开图及其布置 38第 6 章 尾座部分的设计.396.1 尾座套筒的设计 .396.2 尾座体的设计 .406.3 尾座顶尖的设计 .406.4 液压缸的设计 .406.5 尾座导轨的设计 .416.6 尾座孔系设计 .426.6.1 配合 426.6.2 套筒孔的设计 426.6.3 孔和键的设计 436.7 挠度、转角、液压缸内径、锁紧力的计算及校核 .436.7.1 挠度的计算 446.7.2 转角的计算 456.7.3 压板处螺栓直径的校核 456.7.4 液压缸内径的校核 466.7.5 尾座锁紧力的验算 46第 7 章 尾座精度的设计.487.1 表面粗糙度的确定 .487.2 尾座与机床形位公差的确定 .487.3 底面及立导向面形位公差的确定 .49总结.50参考文献.51致谢.52第 1 章 绪 论9第 1 章 绪 论1.1 数控技术的应用与发展1.1.1 数控机床与发展趋势（1）数控机床：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。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。数控（NC）阶段（19521970 年）早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路“搭“ 成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC） ，简称为数控（NC ） 。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即 1952 年的第一代-电子管；1959 年的第二代-晶体管；1965 年的第三代- 小规模集成电路。计算机数控（CNC ）阶段（ 1970 年现在） 到 1970 年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的“ 通用“两个字省略了） 。到 1971 年，美国 INTEL 公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件- 运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR） ，又可称为中央处理单元（简称 CPU） 。到 1974 年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控） ，不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。 到了 1990 年，PC 机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶宁波大红鹰学院毕业设计（论文）段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于 PC 的阶段。总之，计算机数控阶段也经历了三代。即 1970 年的第四代-小型计算机；1974 年的第五代-微处理器和 1990 年的第六代- 基于 PC（国外称为 PC-BASED） 。还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即 CNC）了，而我国仍习惯称数控（NC ） 。所以我们日常讲的“数控“ ，实质上已是指“计算机数控“ 了。1.1.2 数控技术随着计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测及机械制造技术的高速发展，机床数控技术有了长足的进步。近几年一些相关技术的发展，如刀具及新材料的发展，主轴伺服和进给伺服、超高速切削等技术的发展，以及对机械产品质量的要求越来越高等，加速了数控机床的发展。目前数控机床正朝着高速度、高精度、高工序集中度、高复合化和高可靠性等方向发展。世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面。 高速高效高精度高生产率。由于数控装置及伺服系统功能的改进，主轴转速和进给速度大大提高，减少了切削时间和非切削时间。加工中心的进给速度已达到 80m/min120m/min，进给加速度达 9.8m/s219.6m/s2，换刀时间小于 1s。高加工精度。以前汽车零件精度的数量级通常为 10 m，对精密零件要求为 1 m，随着精密产品的出现，对精度要求提高到 0.1 m，有些零件甚至已达到 0.01 m，高精密零件要求提高机床加工精度，包括采用温度补偿等。微机电加工，其加工零件尺寸大小一般在 1mm 以下，表面粗糙度为纳米数量级，要求数控系统能直接控制纳米机床。柔性化柔性化包括两个方面的柔性：一是数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，便于不同用户的需求；二是 DNC 系统的柔性，同一 DNC 系统能够依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥 DNC 系统的效能。工艺复合化和多轴化数控机床的工艺复合化，是指工件在一台机床上装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或旋转工作台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。已经出现了集钻、镗、铣功能于一身的数控机床，可完成钻、镗、铣、扩孔、铰孔、攻螺纹等多工序的第 1 章 绪 论11复合数控加工中心，以及车削加工中心，钻削、磨削加工中心，电火花加工中心等。此外数控技术的进步也提供了多轴控制和多轴联动控制功能。 实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能，则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学发展到今天，实时系统与人工智能已实现相互结合，人工智能正向着具有实时响应的更加复杂的应用领域发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展，如自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如，在数控系统中配置编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统；在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能；在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。 结构新型化20 世纪 90 年代一种完全不同于原来数控机床结构的新型数控机床被开发成功。这种新型数控机床被称为“6 条腿”的加工中心或称虚拟轴机床(有的还称为并联机床)，它能在没有任何导轨和滑台的情况下，采用能够伸缩的“6 条腿”(伺服轴)支撑并联，并与安装主轴头的上平台和安装工件的下平台相连。它可实现多坐标联动加工，其控制系统结构复杂，加工精度、加工效率较普通加工中心高 210 倍。这种数控机床的出现将给数控机床技术带来重大变革和创新。 编程技术自动化随着数控加工技术的迅速发展，设备类型的增多，零件品种的增加以及零件形状的日益复杂，迫切需要速度快、精度高的编程，以便于对加工过程的直观检查。为弥补手工编程和 NC 语言编程的不足，近年来开发出多种自动编程系统，如图形交互式编程系统、数字化自动编程系统、会话式自动编程系统、语音数控编程系统等，其中图形交互式编程系统的应用越来越广泛。图形交互式编程系统是以计算机辅助设计(CAD)软件为基础，首先形成零件的图形文件，然后再调用数控编程模块，自动编制加工程序，同时可动态显示刀具的加工轨迹。其特点是速度快、精度高、直观性好、使用简便，已成为国内外先进的 CAD/CAM 软件所采用的数控编程方法。目前常用的图宁波大红鹰学院毕业设计（论文）形交互式软件有 Master CAM、Cimatron、Pro/E、UG、CAXA 、Solid Works、CATIA等。 集成化数控系统采用高度集成化芯片，可提高数控系统的集成度和软、硬件运行速度，应用平板显示技术可提高显示器性能。平板显示器(FPD)具有科技含量高、质量小、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大规模显示，成为与 CRT 显示器抗衡的新兴显示器，是 21 世纪显示器主流。它应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融于一体,通过提高集成电路密度，减小互连长度和数量来降低产品价格、改进性能、减小组件尺寸、提高系统的可靠性。 开放式闭环控制模式采用通用计算机组成的总线式、模块化、开放、嵌入式体系结构，便于裁减、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统数控系统仅有的专用型封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包括诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。在加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、多媒体技术、网络技术、CAD/CAM 、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。1.1.3 数控技术发展趋势（1）数控技术装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业(如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业)的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产” 。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自第 1 章 绪 论13己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域:(1) 机械制造技术;(2) 信息处理、加工、传输技术;(3) 自动控制技术 ;(4)伺服驱动技术:(5)传感器技术:(6)软件技术等。（2）数控技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业(IT 、汽车、轻工、医疗等 )的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。高速、高精加工技术是装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5 大现代制造技术之一，国际生产工程学会(CIRP) 将其确定 21 世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一;在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。目前高速加工中心进给速度可达 80m/min，甚至更高，空运行速度可达 100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，己经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国 CINCINNAT 工公司的 HyperMach 机床进给速度最大达 60m/min，快速为 100m/min，加速度达 2g，主轴转速已达 60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用 30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需 3h，在普通宁波大红鹰学院毕业设计（论文）铣床加工需 8h;德国 DMG 公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达 12000r/mm在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 l0um 提高到 5 m，精密级加工中心则从 35um，提高到 1 一 1.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级。在可靠性方面，国外数控装置的 MTBF 值己达 6000h 以上，伺服系统的 MTBF 值达到 30000h 以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等; 简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。数控设备更注重安全性、操作性数控设备是集机电一体化的产品，由于其自动化程度高，所以对其安全性和可操作性有了更高的要求。1.1.4 数控技术在机械工业中的进展近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。2001 年国内数控金切机床产量已达 1. 8 万台，比上年增长 28. 5%，机床行业产值数控化率从 2000 年的 17. 4%提高到 2001 年的 22. 7%。2001 年，我国机床工业产值己进入世界第 5 名，机床消费额在世界排名上升到第 3 位，达 47. 39 亿美元，仅次于美国的 53. 67 亿美元，消费额比上一年增长 25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001 年进口机床跃升至世界第 2 位，达 24. 06 亿美元，比上年增长 27。近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机第 1 章 绪 论15床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。1.2 数控车床的工艺范围及加工精度1.2.1 工艺范围数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床，也是使用数量最多的数控机床，约占数控机床总数的 25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、轮廓形状复杂的轴类、盘类等回转体零件的加工，能够通过程序控制自动完成园柱面、圆锥面、圆弧面和各种螺纹的切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔等加工。1.2.2 加工精度由于数控车床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补功能，有些数控车床还具有非圆曲线插补功能以及加工过程中具有自动变速功能等特点，所以它的工艺范围要比普通车床要宽得多。1.精度要求高的回转体零件由于数控车床刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以车代磨。2.表面粗糙度要求高的回转体零件数控车床具有恒线速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均匀的零件。使用恒线速切削功能，就可选用最佳速度来切削锥面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。数控车床还适合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位选用较大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。3.轮廓形状特别复杂和难于控制尺寸的回转体零件由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，部分车床数控装置还有某些非圆曲线和平面曲线插补功能，所以可以加工形状特别复杂或难于控制尺寸的的回转体零件。4.带特殊螺纹的回转体零件普通车床所能车削的螺纹类型相当有限，它只能车等导程的直、锥面公、英制螺纹，而且一台车床只能限定加工若干导程的螺纹。而数控车床不但能车削任何等导程的直、锥面螺纹和端面螺纹，而且能车变螺距螺纹，还可以车高精度螺纹。宁波大红鹰学院毕业设计（论文）1.3 毕业设计题目、主要技术参数和技术要求1.3.1 毕业设计题目和主要技术参数技术参数：床身最大回转直径：500mm，拖板最大回转直径：250mm，最大加工长度：750mm，主轴转速：902000r/min，纵向进给最大速度：4m/min，横向进给最大速度：4m/min。主电机功率5.5Kw。1.3.2 技术要求（1）利用电动机完成换向和制动。（2）各滑移齿轮块采用单独操纵机构。（3）进给传动系统采用单独电动机驱动。第 2 章 主轴箱传动系统参数计算17第 2 章 主轴箱传动系统参数计算2.1 运动参数及转速图的确定2.1.1 转速范围根据【1】 公式（3-2）因为已知 ， ， =1.4178P 2.90minaxRznRZ= +1=10 lgnR根据【1】 表 3-5 标准公比 。这里我们取标准公比系列 =1.417P2.1.2 转速数列转速数列。因为 =1.41=1.066，根据【1】 表 3-6 标准数列。首先找到最小极7P限转速 45，再每跳过 5 个数取一个转速，即可得到公比为 1.41 的数列： 90，125，180，250，355，500，710,1000,1400,20002.1.3 确定结构式对于 Z=10 可以按照 Z=12 来定实现 12 级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合：1234 124312322 12232 1222312=232。在上列两行方案中，第一行的方案有时可以节省一根传动轴，缺点是有一个传动组内有四个传动副。如用一个四联滑移齿轮，则会增加轴向尺寸；如果用两个双联滑移齿轮，操纵机构必须互锁以防止两个双联滑移齿轮同时啮合，所以少用。根据传动副数目分配应“前多后少”的原则，方案 12322 是可取的。但是，由于主轴换向采用双向离合器结构，致使轴尺寸加大，此方案也不宜采用，而应选用方案 12232。2.1.4 确定结构网12=232 的传动副组合，其传动组的扩大顺序又可以有以下 6 种形式：宁波大红鹰学院毕业设计（论文）A、12=2 13226 B、12=2 13422C、12 =2 33126 D、12=2 63123E、12=2 23421 F、12=2 63221根据“前多后少” ， “先降后升” ，前密后疏,结构紧凑的原则, 选取传动方案 Z=12=233126 其结构网如图 2-1。已知该题设选用电机为二级调速电机，其分摊了 0-1 级的 2 个级别的变速。图 2-1 结构网 2.1.5 绘制转速图和传动系统图（1）选择电动机：采用 Y 系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。（2）绘制转速图：第 2 章 主轴箱传动系统参数计算19转速图（3）画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数，画主传动系统图如图 2-3,1-2 轴最小中心距：A 1_2min1/2(Zmaxm+2m+D)轴最小齿数和:S zmin(Zmax+2+D/m)2.2 确定各变速组此论传动副齿数(1)Sz 100-130,中型机床 Sz=70-100(2)直齿圆柱齿轮 Zmin 18-20宁波大红鹰学院毕业设计（论文）图 2-3 主传动系统图（7）齿轮齿数的确定。据设计要求 Zmin1820,齿数和 Sz130，由表 4.1，根据各变速组公比，可得各传动比和齿轮齿数，各齿轮齿数如表 2-2。表 2-2 齿轮齿数基本组 第一扩大组 第二扩大组传动比1.41:1 1:2 1.41：1 1：1 1：1.41 2:1 1：2代号 Z1Z Z 2Z Z3Z Z4Z Z5 Z 5Z6 Z6 Z7 Z7齿数 47 34 27 54 41 29 35 35 29 41 87 43 43 872.3 核算主轴转速误差实际传动比所造成的主轴转速误差，一般不应超过10( -1),即第 2 章 主轴箱传动系统参数计算2110( -1)n标 准 转 速标 准 转 速实 际 转 速 对 Nmax=2000r/min，实际转速 Nmax=1440 =1890r/min 20948762则有:=0.94.120189同理，因此满足要求。各级转速误差转速误差都小于 4.1，因此不需要修改齿数。宁波大红鹰学院毕业设计（论文）第 3 章 传动件的计算3.1 带传动设计输出功率 P=5.5kW,转速 n1=1440r/min,n2=500r/min计算设计功率 Pd edAdPK表 4 工作情况系数 AK原动机类 类一天工作时间 /h工作机 101016 1601016 16载荷平稳液体搅拌机；离心式水泵；通风机和鼓风机（） ；离心式压缩机；7.5kW轻型运输机1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3载荷变动小带式运输机（运送砂石、谷物） ，通风机（ ） ；发电机；旋7.5k转式水泵；金属切削机床；剪床；压力机；印刷机；振动筛1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4载荷变动较大螺旋式运输机；斗式上料机；往复式水泵和压缩机；锻锤；磨粉机；锯木机和木工机械；纺织机械1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6载荷变动很大破碎机（旋转式、颚式等） ；球磨机；棒磨机；起重机；挖掘机；橡胶辊压机1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8第 3 章 传动件的计算23根据 V 带的载荷平稳，两班工作制（16 小时） ，查机械设计P 296表 4，取 KA1.1。即 1.56.05kWdAedPK3.2 选择带型普通 V 带的带型根据传动的设计功率 Pd 和小带轮的转速 n1 按机械设计P297 图1311 选取。根据算出的 Pd6.05kW 及小带轮转速 n11440r/min ，查图得：d d=80100 可知应选取 A 型 V 带。3.3 确定带轮的基准直径并验证带速由机械设计P 298表 137 查得，小带轮基准直径为 80100mm则取 dd1=100mm ddmin.=75 mm（d d1根据 P295表 13-4 查得）表 3 V 带带轮最小基准直径 mind槽型 Y Z A B C D Emind20 50 75 125 200 355 50021 240=.8,=90.85.25dd所 以 宁波大红鹰学院毕业设计（论文）由机械设计P 295表 13-4 查“V 带轮的基准直径” ，得 =250mm2d 误差验算传动比： （ 为弹性滑动率）2150=.83()9(12%)di误 误差 符合要求1.830%.i误 带速 19140v=7./66dnms满足 5m/s300mm，所以宜选用 E 型轮辐式带轮。总之，小带轮选 H 型孔板式结构，大带轮选择 E 型轮辐式结构。带轮的材料：选用灰铸铁，HT200。3.7 确定带的张紧装置选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。3.8 计算压轴力由机械设计P303 表 1312 查得，A 型带的初拉力 F0130.59N，上面已得到 =153.36o，z=6，则1a1a153.72sin=60.9sinN=26ooFz对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工宁波大红鹰学院毕业设计（论文）精度要高，以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡，对于铸造和焊接带轮的内应力要小, 带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘，轮缘是带轮的工作部分，用以安装传动带，制有梯形轮槽。由于普通 V 带两侧面间的夹角是 40，为了适应 V 带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小，故规定普通 V 带轮槽角 为 32、34、36、38（按带的型号及带轮直径确定） ，轮槽尺寸见表 7-3。装在轴上的筒形部分称为轮毂，是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅（腹板） ，用来联接轮缘与轮毂成一整体。表 普通 V 带轮的轮槽尺寸（摘自 GB/T13575.1-92） 槽型 项目 符号 Y Z A B C D E 基准宽度 b p 5.3 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0 基准线上槽深 h amin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6 基准线下槽深 h fmin 4.7 7.0 8.7 10.8 14.3 19.9 23.4 槽间距 e 8 0.3 12 0.3 15 0.3 19 0.4 25.5 0.5 37 0.6 44.5 0.7 第一槽对称面至端面的距离 f min 6 7 9 11.5 16 23 28 最小轮缘厚 5 5.5 6 7.5 10 12 15 第 3 章 传动件的计算27带轮宽 B B =( z -1) e + 2 f z 轮槽数 外径 d a 32 60 - - - - - - 34 - 80 118 190 315 - - 36 60 - - - - 475 600 38 对应的基准直径 d d - 80 118 190 315 475 600 轮 槽 角 极限偏差 1 0.5 V 带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式： （1） 实心带轮：用于尺寸较小的带轮(dd(2.53)d 时)，如图 7 -6a。 （2） 腹板带轮：用于中小尺寸的带轮(dd 300mm 时)，如图 7-6b。 （3） 孔板带轮：用于尺寸较大的带轮(ddd) 100 mm 时)，如图 7 -6c 。 （4） 椭圆轮辐带轮：用于尺寸大的带轮(dd 500mm 时)，如图 7-6d。（a） （b） （c） （d）图 7-6 带轮结构类型根据设计结果，可以得出结论：小带轮选择实心带轮，如图（a）,大带轮选择腹板带轮如图（b）3.2 计算转速的计算（1）.主轴的计算转速 由表3-2中的公式 90 200.64r/min )130(4.结合变速数据 取主轴的计算转速为 180r/minjn(2). 传动轴的计算转速 在转速图上，轴在最低转速90r/min时经过传动组传动副，。这个转速高于主轴宁波大红鹰学院毕业设计（论文）计算转速，在恒功率区间内，因此轴的最低转速为该轴的计算转速即nj=355/min,轴计算转速为 =500 r/min（2）确定各传动轴的计算转速由机械设计知识可知，一对啮合齿轮只需要校核危险的小齿轮，因此只需求出危险小齿轮的计算转速这转速都在恒功率区间内，即都要求传递最大功率所以齿轮Z38的计算转速为这3转速的最小值即 =355r/min38jzn各计算转速入表 3-1。表 3-1 各轴计算转速（3） 确定齿轮副的计算转速。齿轮装在主轴其中只有 180r/min 传递全功率，故 Zj=180r/min。依次可以得出其余齿轮的计算转速，如表 3-2。4表 3-2 齿轮副计算转速序号 Z1Z 2Z3Z 4n j500 500 250 3553.3 齿轮模数计算及验算模数计算，一般同一变速组内的齿轮取同一模数，选取负荷最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度公式进行计算，即 mj=16338 可得各组的模数，如表 3-3321)(jjmnuzP所示。45 号钢整体淬火， 10jMP按接触疲劳计算齿轮模数 m 1 轴由公式 mj=16338 可得 mj=2.34mm，取 m=3mm321)(jjnuz2 轴由公式 mj=16338 可得 mj=2.31mm，取 m=3mm321)(jjmP轴 号 轴 轴 轴计算转速 r/min 500 250 355第 3 章 传动件的计算293 轴由公式 mj=16338 可得 mj=3.21mm，取 m=3.5mm321)(jjmnuzP由于一般同一变速组内的齿轮尽量取同一模数，所以为了统一和方便如下取：表 3-3 模数（2）基本组齿轮计算。基本组齿轮几何尺寸见下表齿轮 Z1 Z1 Z2 Z2齿数 47 34 27 54分度圆直径 141 102 81 162齿顶圆直径 147 108 87 168齿根圆直径 133.5 94.5 73.5 154.5齿宽 24 24 24 24按基本组最小齿轮计算。小齿轮用 40Cr，调质处理，硬度 241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用 45 钢，调质处理，硬度 229HB286HB ，平均取 240HB。计算如下： 齿面接触疲劳强度计算：接触应力验算公式为jfsj MPauBnNKzm)()1(02832弯曲应力验算公式为：wswPaBYnz)(109235组号 基本组 第一扩大组 第二扩大组模数 mm 3 3 3.5宁波大红鹰学院毕业设计（论文）式中 N-传递的额定功率（kW） ，这里取 N 为电动机功率，N=4kW;-计算转速（ r/min）. =160（r/min）;jnjnm-初算的齿轮模数（mm）, m=3（mm）;B-齿宽（mm）;B=24（mm）;z-小齿轮齿数；z=27;u-小齿轮齿数与大齿轮齿数之比,u=1.78;-寿命系数；sK=sTnNKq-工作期限系数；TmTC016T-齿轮工作期限，这里取 T=15000h.;-齿轮的最低转速（r/min）, =500（r/min）1n1n-基准循环次数，接触载荷取 = ，弯曲载荷取 =0C0C70C612m-疲劳曲线指数，接触载荷取 m=3；弯曲载荷取 m=6;-转速变化系数，查【5】2 上，取 =0.60nKnK-功率利用系数，查 【5】2 上，取 =0.78N N-材料强化系数，查【5】2 上， =0.60q q-工作状况系数，取 =1.13K3K-动载荷系数，查【5】2 上，取 =12-齿向载荷分布系数，查【5】2 上， =1 1 1KY-齿形系数，查 【5】2 上，Y=0.386；