對稱型混合雙公比車床主傳動系統(tǒng)設計與仿真

對稱型混合雙公比車床主傳動系統(tǒng)設計與仿真,對稱,混合,公比,車床,傳動系統(tǒng),設計,仿真 桂林電子科技大學信息科技學院 畢業(yè)設計(論文)說明書 題 目：混合雙公比車床主傳動系統(tǒng)設計 系 別： 專 業(yè)： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 職 稱： 題目類型：¨理論研究 ¨實驗研究 ¨工程設計 ¨工程技術研究 ¨軟件開發(fā) ¨應用研究 年 月 日 38 摘 要 隨著當今工業(yè)設備對精密程度的要求越來越高，加工設備的機械加工設備的加工的精密程度也要求越來越高。在搜索、查閱研究大量有關資料的基礎上，對機床自動化技術進行了深入的研究和分析，并描述了機床控制系統(tǒng)的設計。整個過程主要對車床主傳動進行設計。 車床主傳動設計，主要包括三方面的設計，即：根據設計題目所給定的機床用途、規(guī)格、主軸極限轉速、轉速數列公比或級數，確定其他有關運動參數，選定主軸各級轉速值；通過分析比較，選擇傳動方案；擬定結構式或結構網，擬定轉速圖；確定齒輪齒數及帶輪直徑；繪制傳動系統(tǒng)圖。其次，根據機床類型和電動機功率，確定主軸及各傳動件的計算轉速，初定傳動軸直徑、齒輪模數，確定傳動帶型號及根數，摩擦片尺寸及數目；裝配草圖完成后要驗算傳動件（傳動軸、主軸、齒輪、滾動軸承）的剛度、強度或壽命。最后，完成運動設計和動力設計后，要將主傳動方案“結構化”，設計主軸變速箱裝配圖及零件圖，側重進行傳動軸組件、主軸組件、變速機構、箱體、潤滑與密封、傳動軸及滑移齒輪零件的設計。 關鍵詞：車床；數控；傳動系統(tǒng) Abstract With 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 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 1 緒 論 1 1.1 數控技術的應用與發(fā)展 1 1.1.1數控機床與發(fā)展趨勢 1 1.1.2數控技術 2 1.1.3數控技術發(fā)展趨勢 4 1.1.4數控技術在機械工業(yè)中的進展 6 1.2數控車床的工藝范圍及加工精度 7 1.2.1工藝范圍 7 1.2.2加工精度 7 1.3本文的選題及主要研究內容 8 1.3.1本文的選題 8 1.3.2主要研究內容 8 2 主傳動系統(tǒng)參數計算 9 2.1車床主參數和基本參數 9 2.2擬定參數的步驟和方法 9 2.2.1 極限切削速度Vmax、Vmin 9 2.2.2 主軸的極限轉速 10 2.2.3 主電機功率——動力參數的確定 10 2.2.4確定結構式 11 2.2.5確定結構網 11 2.2.6繪制轉速圖和傳動系統(tǒng)圖 11 2.3 確定各變速組此論傳動副齒數 12 3 傳動件的設計 13 3.1 帶輪的設計 13 3.2 傳動軸的直徑估算 15 3.2.1 確定各軸轉速 16 3.2.2傳動軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 16 3.2.3 鍵的選擇 17 3.3 傳動軸的校核 17 3.3.1 傳動軸的校核 18 3.3.2 鍵的校核 18 3.4 各變速組齒輪模數的確定和校核 19 3.4.1 齒輪模數的確定： 19 3.4.2 齒寬的確定 23 3.4.3 齒輪結構的設計 24 3.5 帶輪結構設計 24 3.6 片式摩擦離合器的選擇和計算 25 3.7 齒輪校驗 28 3.7.1 校核I組變速組齒輪 28 3.7.2 校核II組變速組齒輪 29 3.7.3 校核III組變速組齒輪 31 3.8 軸承的選用與校核 32 3.8.1 各軸軸承的選用 32 3.8.2 各軸軸承的校核 32 總結與展望 35 參考文獻 36 致 謝 37 1 緒 論 1.1 數控技術的應用與發(fā)展 1.1.1數控機床與發(fā)展趨勢 （1）數控機床：1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎。 6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一臺數控機床。從此，傳統(tǒng)機床產生了質的變化。近半個世紀以來，數控系統(tǒng)經歷了兩個階段和六代的發(fā)展。 ①數控（NC）階段（1952～1970年） 早期計算機的運算速度低，對當時的科學計算和數據處理影響還不大，但不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數字邏輯電路"搭"成一臺機床專用計算機作為數控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數控（HARD-WIRED NC），簡稱為數控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經了三代，即1952年的第一代--電子管；1959年的第二代--晶體管；1965年的第三代--小規(guī)模集成電路。 ②計算機數控（CNC）階段（1970年～現在） 到1970年，通用小型計算機業(yè)已出現并成批生產。于是將它移植過來作為數控系統(tǒng)的核心部件，從此進入了計算機數控（CNC）階段（把計算機前面應有的"通用"兩個字省略了）。到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件--運算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡稱CPU）。 到1974年微處理器被應用于數控系統(tǒng)。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕（故當時曾用于控制多臺機床，稱之為群控），不如采用微處理器經濟合理。而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結構來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數控。 到了1990年，PC機（個人計算機，國內習慣稱微機）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數控系統(tǒng)核心部件的要求。數控系統(tǒng)從此進入了基于PC的階段。 總之，計算機數控階段也經歷了三代。即1970年的第四代--小型計算機；1974年的第五代--微處理器和1990年的第六代--基于PC（國外稱為PC-BASED）。 還要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機數控（即CNC）了，而我國仍習慣稱數控（NC）。所以我們日常講的"數控"，實質上已是指"計算機數控"了。 1.1.2數控技術 隨著計算機、微電子、信息、自動控制、精密檢測及機械制造技術的高速發(fā)展，機床數控技術有了長足的進步。近幾年一些相關技術的發(fā)展，如刀具及新材料的發(fā)展，主軸伺服和進給伺服、超高速切削等技術的發(fā)展，以及對機械產品質量的要求越來越高等，加速了數控機床的發(fā)展。目前數控機床正朝著高速度、高精度、高工序集中度、高復合化和高可靠性等方向發(fā)展。世界數控技術及其裝備發(fā)展趨勢主要體現在以下幾個方面。 ① 高速高效高精度 高生產率。由于數控裝置及伺服系統(tǒng)功能的改進，主軸轉速和進給速度大大提高，減少了切削時間和非切削時間。加工中心的進給速度已達到80m/min～120m/min，進給加速度達9.8m/s2～19.6m/s2，換刀時間小于1s。高加工精度。以前汽車零件精度的數量級通常為10 μm，對精密零件要求為1 μm，隨著精密產品的出現，對精度要求提高到0.1 μm，有些零件甚至已達到0.01 μm，高精密零件要求提高機床加工精度，包括采用溫度補償等。微機電加工，其加工零件尺寸大小一般在1mm 以下，表面粗糙度為納米數量級，要求數控系統(tǒng)能直接控制納米機床。 ②柔性化 柔性化包括兩個方面的柔性：一是數控系統(tǒng)本身的柔性，數控系統(tǒng)采用模塊化設計，功能覆蓋面大，便于不同用戶的需求；二是DNC 系統(tǒng)的柔性，同一DNC系統(tǒng)能夠依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調整，從而最大限度地發(fā)揮DNC 系統(tǒng)的效能。 ③工藝復合化和多軸化 數控機床的工藝復合化，是指工件在一臺機床上裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或旋轉工作臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。已經出現了集鉆、鏜、銑功能于一身的數控機床，可完成鉆、鏜、銑、擴孔、鉸孔、攻螺紋等多工序的復合數控加工中心，以及車削加工中心，鉆削、磨削加工中心，電火花加工中心等。此外數控技術的進步也提供了多軸控制和多軸聯動控制功能。 ④ 實時智能化 早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規(guī)定期限內完成。而人工智能，則試圖用計算模型實現人類的各種智能行為?？茖W發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)與人工智能已實現相互結合，人工智能正向著具有實時響應的更加復雜的應用領域發(fā)展，由此產生了實時智能控制這一新的領域。在數控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展，如自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如，在數控系統(tǒng)中配置編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數自動設定和刀具自動管理及補償等自適應調節(jié)系統(tǒng)；在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態(tài)前饋功能；在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。 ⑤ 結構新型化 20 世紀90 年代一種完全不同于原來數控機床結構的新型數控機床被開發(fā)成功。這種新型數控機床被稱為“6條腿”的加工中心或稱虛擬軸機床(有的還稱為并聯機床)，它能在沒有任何導軌和滑臺的情況下，采用能夠伸縮的“6條腿”(伺服軸)支撐并聯，并與安裝主軸頭的上平臺和安裝工件的下平臺相連。它可實現多坐標聯動加工，其控制系統(tǒng)結構復雜，加工精度、加工效率較普通加工中心高2～10 倍。這種數控機床的出現將給數控機床技術帶來重大變革和創(chuàng)新。 ⑥ 編程技術自動化 隨著數控加工技術的迅速發(fā)展，設備類型的增多，零件品種的增加以及零件形狀的日益復雜，迫切需要速度快、精度高的編程，以便于對加工過程的直觀檢查。為彌補手工編程和NC 語言編程的不足，近年來開發(fā)出多種自動編程系統(tǒng)，如圖形交互式編程系統(tǒng)、數字化自動編程系統(tǒng)、會話式自動編程系統(tǒng)、語音數控編程系統(tǒng)等，其中圖形交互式編程系統(tǒng)的應用越來越廣泛。圖形交互式編程系統(tǒng)是以計算機輔助設計(CAD)軟件為基礎，首先形成零件的圖形文件，然后再調用數控編程模塊，自動編制加工程序，同時可動態(tài)顯示刀具的加工軌跡。其特點是速度快、精度高、直觀性好、使用簡便，已成為國內外先進的CAD/CAM 軟件所采用的數控編程方法。目前常用的圖形交互式軟件有Master CAM、Cimatron、Pro/E、UG、CAXA、Solid Works、CATIA等。 ⑦ 集成化 數控系統(tǒng)采用高度集成化芯片，可提高數控系統(tǒng)的集成度和軟、硬件運行速度，應用平板顯示技術可提高顯示器性能。平板顯示器(FPD)具有科技含量高、質量小、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現超大規(guī)模顯示，成為與CRT 顯示器抗衡的新興顯示器，是21 世紀顯示器主流。它應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融于一體,通過提高集成電路密度，減小互連長度和數量來降低產品價格、改進性能、減小組件尺寸、提高系統(tǒng)的可靠性。 ⑧ 開放式閉環(huán)控制模式 采用通用計算機組成的總線式、模塊化、開放、嵌入式體系結構，便于裁減、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)數控系統(tǒng)僅有的專用型封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包括諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現加工過程的多目標優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調整加工過程變量。在加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術、多媒體技術、網絡技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數據管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現集成化、智能化、網絡化。 1.1.3數控技術發(fā)展趨勢 （1）數控技術裝備工業(yè)的技術水平和現代化程度決定著整個國民經濟的水平和現代化程度，數控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產業(yè)和尖端工業(yè)(如信息技術及其產業(yè)、生物技術及其產業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產業(yè))的使能技術和最基本的裝備。馬克思曾經說過“各種經濟時代的區(qū)別，不在于生產什么，而在于怎樣生產，用什么勞動資料生產”。制造技術和裝備就是人類生產活動的最基本的生產資料，而數控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數控技術及數控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數控技術及其產業(yè)，而且在“高精尖”數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發(fā)達國家加速經濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。 數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數控裝備是以數控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產品，即所謂的數字化裝備，其技術范圍覆蓋很多領域:(1)機械制造技術;(2)信息處理、加工、傳輸技術;(3)自動控制技術;(4)伺服驅動技術:(5)傳感器技術:(6)軟件技術等。 （2）數控技術的發(fā)展趨勢 數控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數字化已是現代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。 ①高速、高精加工技術是裝備的新趨勢 效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為5大現代制造技術之一，國際生產工程學會(CIRP)將其確定21世紀的中心研究方向之一。 在轎車工業(yè)領域，年產30萬輛的生產節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一;在航空和宇航工業(yè)領域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯結方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。 目前高速加工中心進給速度可達80m/min，甚至更高，空運行速度可達100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，己經采用以高速加工中心組成的生產線部分替代組合機床。美國CINCINNAT工公司的HyperMach機床進給速度最大達60m/min，快速為100m/min，加速度達2g，主軸轉速已達60000r/min。加工一薄壁飛機零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h;德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及加速度分別達12000r/mm 在加工精度方面，近10年來，普通級數控機床的加工精度已由l0um提高到5} m，精密級加工中心則從3}5um，提高到1一1.5}m，并且超精密加工精度已開始進入納米級。 在可靠性方面，國外數控裝置的MTBF值己達6000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達到30000h以上，表現出非常高的可靠性。為了實現高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機得到 了快速的發(fā)展，應用領域進一步擴大。 ②智能化、開放式、網絡化成為當代數控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內容包括在數控系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率和加工質量方面的智能化，如加工過程的自適應控制，工藝參數自動生成;為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等;簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 ③數控設備更注重安全性、操作性 數控設備是集機電一體化的產品，由于其自動化程度高，所以對其安全性和可操作性有了更高的要求。 1.1.4數控技術在機械工業(yè)中的進展 近年來我國企業(yè)的數控機床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多 的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。 2001年國內數控金切機床產量已達1. 8萬臺，比上年增長28. 5%，機床行業(yè)產值數控化率從2000年的17. 4%提高到2001年的22. 7%。 2001年，我國機床工業(yè)產值己進入世界第5名，機床消費額在世界 排名上升到第3位，達47. 39億美元，僅次于美國的53. 67億美元，消費 額比上一年增長25%。但由于國產數控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進口機床躍升至世界第2位，達24. 06億美元，比上年增長27％。 近年來我國出口額增幅較大的數控機床有數控車床、數控磨床、數控特種加工機床、數控剪板機、數控成形折彎機、數控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數控機床品種以中低檔為主。 1.2數控車床的工藝范圍及加工精度 1.2.1工藝范圍 數控車床是一種高精度、高效率的自動化機床，也是使用數量最多的數控機床，約占數控機床總數的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、輪廓形狀復雜的軸類、盤類等回轉體零件的加工，能夠通過程序控制自動完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進行切槽、鉆孔、擴孔、鉸孔等加工。 1.2.2加工精度 由于數控車床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補功能，有些數控車床還具有非圓曲線插補功能以及加工過程中具有自動變速功能等特點，所以它的工藝范圍要比普通車床要寬得多。 1.精度要求高的回轉體零件 由于數控車床剛性好，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進行人工補償和自動補償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以車代磨。 2.表面粗糙度要求高的回轉體零件 數控車床具有恒線速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均勻的零件。使用恒線速切削功能，就可選用最佳速度來切削錐面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。數控車床還適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選用較大的進給量，要求小的部位選用小的進給量。 3.輪廓形狀特別復雜和難于控制尺寸的回轉體零件 由于數控車床具有直線和圓弧插補功能，部分車床數控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補功能，所以可以加工形狀特別復雜或難于控制尺寸的的回轉體零件。 4.帶特殊螺紋的回轉體零件 普通車床所能車削的螺紋類型相當有限，它只能車等導程的直、錐面公、英制螺紋，而且一臺車床只能限定加工若干導程的螺紋。而數控車床不但能車削任何等導程的直、錐面螺紋和端面螺紋，而且能車變螺距螺紋，還可以車高精度螺紋。 1.3本文的選題及主要研究內容 1.3.1本文的選題 1、根據要求設計混合雙公比車床主傳動系統(tǒng)；2、要求設計車床主軸最高輸出轉速nmax=1320r／min，主軸最低輸出轉速nmin=42.5r／min，電動機的額定功率P=5.5KW，電動機的輸出轉速n=1440r／min，分級變速主傳動系統(tǒng)具有混合雙公比，低轉速段和高轉速段的公比為φ1=1.26，中間轉速段公比為φ2 =1.58。 1.3.2主要研究內容 1、根據機床設計的一般原則對主傳動系統(tǒng)進行設計；2、結構式和轉速圖設計；3、主傳動系統(tǒng)圖繪制；4、齒輪嚙合動力學分析和運動仿真。 2 主傳動系統(tǒng)參數計算 2.1車床主參數和基本參數 車床的主參數（規(guī)格尺寸）和基本參數如下： 最高輸出轉速nmax=1320r／min，主軸最低輸出轉速nmin=42.5r／min，電動機的額定功率P=5.5KW，電動機的輸出轉速n=1440r／min，分級變速主傳動系統(tǒng)具有混合雙公比，低轉速段和高轉速段的公比為φ1=1.26，中間轉速段公比為φ2 =1.58。 正轉最低轉速 nmin( ) 正轉最高轉速 Nmax( ) 電機功率 N（kw） 42.5 1440 5.5 2.2擬定參數的步驟和方法 2.2.1 極限切削速度Vmax、Vmin 根據典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮： 允許的切速極限參考值如下： 表 2.1 加 工 條 件 Vmax(m/min) Vmin(m/min) 硬質合金刀具粗加工鑄鐵工件 30～50 硬質合金刀具半精或精加工碳鋼工件 150～300 螺紋加工和鉸孔 3～8 根據【1】公式（3-2）因為已知 ， 公比1=1.26 公比2=1.58 式Z=+1 有上式當1=1.26時Z1=16，Z2=9 而取Z=12. 這樣使得設計的轉速在采用雙公比時有相應的級數空隙轉速。 2.2.2 主軸的極限轉速 在通用機床上，每級轉數使用的機會不大相同，經常使用的轉速一般是在轉速范圍的中段，轉速范圍的高、低段使用較少，雙公比傳動就是針對這一情況而設計。主軸的轉速數列有兩個公比，轉速范圍中經常使用的中段采用小公比，不經常使用的高、低 段用大公比。經調整后的結構式為：12=25×32X26，在高低段出現4個轉速空檔。 根據主變速傳動系統(tǒng)設計的一般原則：傳動副前多后少原則、傳動順序與擴大順序相一致的原則、變速組的降速要前慢后快和中間軸的轉速不宜超過電動機的轉速的原則，可知，傳動線要前密后疏，依次來安排各變速組的傳動順序。最終繪制的轉速圖見圖1，按照主傳動轉速圖以及齒輪齒數繪制的主傳動系統(tǒng)圖見圖2。 2.2.3 主電機功率——動力參數的確定 合理地確定電機功率N，使機床既能充分發(fā)揮其性能，滿足生產需要，又不致使電機經常輕載而降低功率因素。 根據題設條件電機功率為5.5KW 可選取電機為Y132S-4：額定功率為5.5KW，滿載轉速為1440r/min. 2.2.4確定結構式 已知Z=x3b a、b為正整數，即Z應可以分解為2和3的因子，以便用2、3聯滑移齒輪實現變速。 對于Z=12可按Z=12分解為：Z=25×32×26。 2.2.5確定結構網 根據“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,結構緊湊的原則,選取傳動方案Z=25×32×26。,易滿足要求， 2.2.6繪制轉速圖和傳動系統(tǒng)圖 （1）選擇電動機：采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。 （2）繪制轉速圖： （3）畫主傳動系統(tǒng)圖。根據系統(tǒng)轉速圖及已知的技術參數，畫主傳動系統(tǒng)圖如圖2-3： 1-2軸最小中心距：A1_2min>1/2(Zmaxm+2m+D) 軸最小齒數和:Szmin>(Zmax+2+D/m) 2.3 確定各變速組此論傳動副齒數 (1)Sz100-120,中型機床Sz=70-100 (2)直齒圓柱齒輪Zmin18-20,m4 圖3-3 主傳動系統(tǒng)圖 （7）齒輪齒數的確定。變速組內取模數相等，據設計要求Zmin≥18~20,齒數和Sz≤100～120，由表4.1，根據各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數，各齒輪齒數如表2-2。 3 傳動件的設計 3.1 帶輪的設計 三角帶傳動中，軸間距A可以加大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，宜可緩和沖擊及隔離振動，使傳動平穩(wěn)。帶輪結構簡單，但尺寸大，機床中常用作電機輸出軸的定比傳動。電動機轉速n=1440r/min,傳遞功率P=5.5kW,傳動比i=1440/850=1.69，假設兩班制，一天運轉16小時，工作年數10年。 (1)、選擇三角帶的型號 由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表8-7工作情況系數查的共況系數=1.2。故根據濮良貴主編《機械設計》( 第八版)公式（8-21） 式中P--電動機額定功率， --工作情況系數 因此根據、由濮良貴主編《機械設計》( 第八版) 圖8-11普通V帶輪型圖選用A型。 (2)、確定帶輪的基準直徑， 帶輪的直徑越小帶的彎曲應力就越大。為提高帶的壽命，小帶輪的直徑不宜過小，即。查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表8-8、圖8-11和表8-6取主動小帶輪基準直徑=125 由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)公式(8-15a) 式中： -小帶輪轉速，-大帶輪轉速，-帶的滑動系數，一般取0.02。 ∴，由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表8-8取圓整為212mm。 (3)、驗算帶速度V， 按濮良貴主編《機械設計》( 第八版)式（8-13）驗算帶的速度 ∵，故帶速合適。 (4)、初定中心距 帶輪的中心距，通常根據機床的總體布局初步選定，一般可在下列范圍內選取： 根據濮良貴主編《機械設計》( 第八版)經驗公式（8-20） 取=600mm. (5)、三角帶的計算基準長度 由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)公式（8-22）計算帶輪的基準長度 由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表8-2，圓整到標準的計算長度 (6)、驗算三角帶的撓曲次數 ，符合要求。 (7)、確定實際中心距 按濮良貴主編《機械設計》( 第八版)公式（8-23）計算實際中心距 (8)、驗算小帶輪包角 根據濮良貴主編《機械設計》( 第八版)公式（8-25） ，故主動輪上包角合適。 (9)、確定三角帶根數 根據濮良貴主編《機械設計》( 第八版)式（8-26）得 查表濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表8-4d由 i=1.8和得= 0.15KW, 查表濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表8-5，=0.98；查表濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表8-2，長度系數=1.01 ∴取 根 (10)、計算預緊力 查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表8-3，q=0.1kg/m 由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)式（8-27） 其中： -帶的變速功率,KW； v-帶速,m/s； q-每米帶的質量，kg/m；取q=0.1kg/m。 v = 1440r/min = 9.42m/s。 ⑾、計算作用在軸上的壓軸力 傳動比 查表濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表8-4a由和得= 1.92KW 3.2 傳動軸的直徑估算 傳動軸除應滿足強度要求外，還應滿足剛度的要求，強度要求保證軸在反復載荷和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞強度一般不失是主要矛盾，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至發(fā)生過大的變形。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。 3.2.1 確定各軸轉速 ⑴、確定主軸計算轉速：計算轉速是傳動件能傳遞全部功率的最低轉速。各傳動件的計算轉速可以從轉速圖上，按主軸的計算轉速和相應的傳動關系確定。 根據【1】表3-10，主軸的計算轉速為 ⑵、各變速軸的計算轉速： ①軸Ⅲ的計算轉速為212r/min； ②軸Ⅱ的計算轉速為335r/min； ③軸Ⅰ的計算轉速為850r/min。 ⑷、核算主軸轉速誤差 ∵ ∴ 所以合適。 3.2.2傳動軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 根據【5】公式（7-1），，并查【5】表7-13得到取1. ①Ⅰ軸的直徑：取 ②Ⅱ軸的直徑：取 ③Ⅲ軸的直徑：取 其中：P-電動機額定功率（kW）； -從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積； -該傳動軸的計算轉速（）； -傳動軸允許的扭轉角（）。 當軸上有鍵槽時，d值應相應增大4～5%;當軸為花鍵軸時，可將估算的d值減小7%為花鍵軸的小徑;空心軸時，d需乘以計算系數b，b值見【5】表7-12。Ⅰ和Ⅳ為由鍵槽并且軸Ⅳ為空心軸，Ⅱ和Ⅲ為花鍵軸。根據以上原則各軸的直徑取值：，和在后文給定，軸采用光軸，軸和軸因為要安裝滑移齒輪所以都采用花鍵軸。因為矩形花鍵定心精度高，定心穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理變形，定心直徑尺寸公差和位置公差都能獲得較高的精度，故我采用矩形花鍵連接。按規(guī)定，矩形花鍵的定心方式為小徑定心。查【15】表5-3-30的矩形花鍵的基本尺寸系列，軸花鍵軸的規(guī)格；軸花鍵軸的規(guī)格。 ④各軸間的中心距的確定： ； ； ； 3.2.3 鍵的選擇 查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表6-1選擇軸上的鍵，根據軸的直徑，鍵的尺寸選擇，鍵的長度L取22。主軸處鍵的選擇同上，鍵的尺寸為，鍵的長度L取100。 3.3 傳動軸的校核 需要驗算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗算傾角時，若支撐類型相同則只需驗算支反力最大支撐處傾角；當此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時，則齒輪處傾角不必驗算。驗算撓度時，要求驗算受力最大的齒輪處，但通?？沈炈銈鲃虞S中點處撓度（誤差<%3）. 當軸的各段直徑相差不大，計算精度要求不高時，可看做等直徑，采用平均直徑進行計算，計算花鍵軸傳動軸一般只驗算彎曲剛度，花鍵軸還應進行鍵側擠壓驗算。彎曲剛度驗算；的剛度時可采用平均直徑或當量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡支梁，其撓度和傾角計算公式見【5】表7-15.分別求出各載荷作用下所產生的撓度和傾角，然后疊加，注意方向符號，在同一平面上進行代數疊加，不在同一平面上進行向量疊加。 3.3.1 傳動軸的校核 ①Ⅰ軸的校核：通過受力分析，在一軸的三對嚙合齒輪副中，中間的兩對齒輪對Ⅰ軸中點處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來進行校核 最大撓度： 查【1】表3-12許用撓度； 。 ②Ⅱ軸、Ⅲ軸的校核同上。 3.3.2 鍵的校核 鍵和軸的材料都是鋼，由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表6-2查的許用擠壓應力,取其中間值，。鍵的工作長度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)式（6-1）可得 可見連接的擠壓強度足夠了，鍵的標記為： 3.4 各變速組齒輪模數的確定和校核 3.4.1 齒輪模數的確定： 齒輪模數的估算。通常同一變速組內的齒輪取相同的模數，如齒輪材料相同時，選擇負荷最重的小齒輪，根據齒面接觸疲勞強度和齒輪彎曲疲勞強度條件按【5】表7-17進行估算模數和，并按其中較大者選取相近的標準模數，為簡化工藝變速傳動系統(tǒng)內各變速組的齒輪模數最好一樣，通常不超過2～3種模數。 先計算最小齒數齒輪的模數，齒輪選用直齒圓柱齒輪及斜齒輪傳動，查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表10-8齒輪精度選用7級精度，再由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表10-1選擇小齒輪材料為40C(調質)，硬度為280HBS： 根據【5】表7-17；有公式： ①齒面接觸疲勞強度： ②齒輪彎曲疲勞強度： ⑴、a變速組：分別計算各齒輪模數，先計算最小齒數28的齒輪。 ①齒面接觸疲勞強度： 其中: -公比 ； = 2； P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.967.5=7.2KW； -齒寬系數=； -齒輪許允接觸應力，由【5】圖7-6按MQ線查取; -計算齒輪計算轉速; K-載荷系數取1.2。 =650MPa， ∴ 根據【6】表10-4將齒輪模數圓整為4mm 。 ① 齒輪彎曲疲勞強度： 其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.967.5=7.2KW； -齒寬系數=； -齒輪許允齒根應力，由【5】圖7-11按MQ線查??； -計算齒輪計算轉速; K-載荷系數取1.2。 ， ∴ ∴ 根據【6】表10-4將齒輪模數圓整為2.5mm 。 ∵所以 于是變速組a的齒輪模數取m = 4mm，b = 32mm。 軸Ⅰ上主動輪齒輪的直徑： 。 軸Ⅱ上三聯從動輪齒輪的直徑分別為： ⑵、b變速組：確定軸Ⅱ上另兩聯齒輪的模數，先計算最小齒數18的齒輪。 ① 齒面接觸疲勞強度： 其中: -公比 ； =4； P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.9227.5=3.915KW； -齒寬系數=； -齒輪許允接觸應力，由【5】圖7-6按MQ線查取; -計算齒輪計算轉速; K-載荷系數取1.2。 =650MPa， ∴ ∴ 根據【6】表10-4將齒輪模數圓整為5mm 。 ② 齒輪彎曲疲勞強度： 其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P =0.9227.5=3.915KW； -齒寬系數=； -齒輪許允齒根應力，由【5】圖7-11按MQ線查?。? -計算齒輪計算轉速; K-載荷系數取1.2。 ， ∴ ∴ 根據【6】表10-4將齒輪模數圓整為3mm 。 ∵所以 于是變速組b的齒輪模數取m = 5mm，b = 40mm。 軸Ⅱ上主動輪齒輪的直徑： 軸Ⅲ上三聯從動輪齒輪的直徑分別為： ⑶、c變速組： 為了使傳動平穩(wěn)，所以使用斜齒輪，取，螺旋角。 計算中心距a， ∴圓整為280mm。 修正螺旋角， 因值改變不多，所以參數，，等值不必修正。 所以軸Ⅲ上兩聯動主動輪齒輪的直徑分別為： 軸Ⅳ上兩從動輪齒輪的直徑分別為： ⑷、標準齒輪參數： 從【7】表5-1查得以下公式 齒頂圓直徑 ； 齒根圓直徑； 分度圓直徑 ； 齒頂高 ； 齒根高 ； 齒輪的具體值見表 表3.1齒輪尺寸表 （單位：mm） 齒輪 齒數 z 模數 分度圓直徑d 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒頂高 齒根高 ⒈ 24 4 96 104 86 4 5 ⒉ 60 4 240 248 2304 4 5 ⒊ 47 4 188 196 178 4 5 ⒋ 37 4 148 156 138 4 5 ⒌ 34 4 136 144 126 4 5 ⒍ 54 4 216 224 206 4 5 ⒎ 44 4 176 184 166 4 5 ⒏ 44 4 176 184 166 4 5 ⒐ 25 4 100 108 90 4 5 ⒑ 63 4 252 260 242 4 5 ⒒ 53 4 212 220 202 4 5 ⒓ 42 4 168 176 158 4 5 ⒔ 23 4 92 100 82 4 5 ⒕ 72 4 288 296 278 4 5 3.4.2 齒寬的確定 由公式得： ①Ⅰ軸主動輪齒輪； ②Ⅱ軸主動輪齒輪； ③Ⅲ軸主動輪齒輪； 一般一對嚙合齒輪，為了防止大小齒輪因裝配誤差產生軸向錯位時導致嚙合齒寬減小而增大輪齒的載荷，設計上，應主動輪比從動輪齒寬大（5～10mm）。 所以：， ， ，， ，。 3.4.3 齒輪結構的設計 通過齒輪傳動強度的計算，只能確定出齒輪的主要尺寸，如齒數、模數、齒寬、螺旋角、分度圓直徑等，而齒圈、輪輻、輪轂等的結構形式及尺寸大小，通常都由結構設計而定。當齒頂圓直徑時，可以做成實心式結構的齒輪。當時，可做成腹板式結構，再考慮到加工問題，現決定把齒輪8、12和14做成腹板式結構。其余做成實心結構。根據濮良貴主編《機械設計》( 第八版)圖10-39（a） 3.5 帶輪結構設計 ⑴、帶輪的材料 常用的V帶輪材料為HT150或HT200，轉速較高時可以采用鑄鋼或鋼板沖壓焊接而成，小功略時采用鑄鋁或塑料。 ⑵、帶輪結構形式 V帶輪由輪緣、輪輻和輪轂組成，根據輪輻結構的不同可以分為實心式（濮良貴主編《機械設計》( 第八版)圖8-14a）、腹板式（濮良貴主編《機械設計》( 第八版)圖8-14b）、孔板式（濮良貴主編《機械設計》( 第八版)圖8-14c）、橢圓輪輻式（濮良貴主編《機械設計》( 第八版)圖8-14d）。V帶輪的結構形式與基準直徑有關，當帶輪基準直徑（d為安裝帶輪的軸的直徑，mm）時?？梢圆捎脤嵭氖?，當可以采用腹板式，時可以采用孔板式，當時，可以采用輪輻式。 帶輪寬度：。 分度圓直徑： 。 D=90mm是深溝球軸承6210軸承外徑，其他尺寸見帶輪零件圖。 V帶輪的輪槽與所選的V帶型號向對應，見濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表8-10mm 槽型 與相對應得 A 11.0 2.75 8.7 9 — — V帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形，使V帶工作面夾角發(fā)生變化。為了使V帶的工作面與大論的輪槽工作面緊密貼合，將V帶輪輪槽的工作面得夾角做成小于。 V帶安裝到輪槽中以后，一般不應該超出帶輪外圓，也不應該與輪槽底部接觸。為此規(guī)定了輪槽基準直徑到帶輪外圓和底部的最小高度。 輪槽工作表面的粗糙度為。 ⑷、V帶輪的技術要求 鑄造、焊接或燒結的帶輪在輪緣、腹板、輪輻及輪轂上不允許有傻眼、裂縫、縮孔及氣泡；鑄造帶輪在不提高內部應力的前提下，允許對輪緣、凸臺、腹板及輪轂的表面缺陷進行修補；轉速高于極限轉速的帶輪要做靜平衡，反之做動平衡。其他條件參見中的規(guī)定。 3.6 片式摩擦離合器的選擇和計算 片式摩擦離合器目前在機床中應用廣泛，因為它可以在運轉中接通或脫開，具有結合平穩(wěn)、沒有沖擊、結構緊湊的特點，部分零件已經標準化，多用于機床主傳動。 按扭矩選擇，即： 根據【15】和【14】表6-3-20， ①計算轉矩， 查【15】表6-3-21得 ∴ ②摩擦盤工作面的平均直徑 式中d為軸的直徑。 ③摩擦盤工作面的外直徑 ④摩擦盤工作面的內直徑 ⑤摩擦盤寬度b ⑥摩擦面對數m，查【15】表6-3-17，摩擦副材料為淬火鋼，對偶材料為淬火鋼，摩擦因數取0.08，許用壓強取，許用溫度<120℃. ∴m圓整為7. ∴摩擦面片數z=7+1=8. ⑦摩擦片脫開時所需的間隙，因為采用濕式所以 ⑧許用傳遞轉矩 因為 ⑨壓緊力Q ⑩摩擦面壓強p 根據【14】表22.7-7選用帶滾動軸承的多片雙聯摩擦離合器，因為安裝在箱內，所以采取濕式。結構形式見【14】表22.7-7圖（a）。 表5.2 特征參數 圖 號 許用轉距 重量/kg 轉動慣量/ 接合 力/N 脫開 力/N 內部 外部 圖a 120 4.7 0.0035 0.0050 170 100 表5.3 主要尺寸 圖 號 許用轉矩 D A B c E F G 閉 式 開 式 圖a 120 18 32 - 108 100 18 32 60 45 70 表5.4 主要尺寸 圖 號 H J L R S a 圖a 85 47 51 81 152 65 64 35 - 10 20 11 3.7 齒輪校驗 在驗算算速箱中的齒輪應力時，選相同模數中承受載荷最大，齒數最小的齒輪進接觸應力和彎曲應力的驗算。這里要驗算的是齒輪1，齒輪5，齒輪11這三個齒輪。 齒輪強度校核：計算公式：①彎曲疲勞強度; ②接觸疲勞強度 3.7.1 校核I組變速組齒輪 ①彎曲疲勞強度；校核齒數為28的齒輪，確定各項參數 ⑴、 ,n=800r/min, ⑵、確定動載系數 ∵ 齒輪精度為7級，由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)圖10-8查得動載系數。由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)使用系數。 ⑶、。 ⑷、確定齒向載荷分配系數:取齒寬系數 查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表10-4，得非對稱齒向載荷分配系數； , 查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)圖10-13得 ⑸、確定齒間載荷分配系數: 由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表10-2查的使用， 由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表10-3查得齒間載荷分配系數 ⑹、確定載荷系數: ⑺、 查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表 10-5 齒形系數及應力校正系數 ； ⑻、計算彎曲疲勞許用應力 由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)圖10-20(c)查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限。 濮良貴主編《機械設計》( 第八版)圖10-18查得 壽命系數,取疲勞強度安全系數S = 1.3 ， ②接觸疲勞強度 ⑴、載荷系數K的確定： ⑵、彈性影響系數的確定；查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表10-6得 ⑶、查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)圖10-21（d）得， 故齒輪1合適。 3.7.2 校核II組變速組齒輪 ①彎曲疲勞強度；校核齒數為18的齒輪，確定各項參數 ⑴、,n=400r/min, ⑵、確定動載系數： 齒輪精度為7級，由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)圖10-8查得動載系數 ⑶、 ⑷、確定齒向載荷分配系數:取齒寬系數 查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表10-4，插值法得非對稱齒向載荷分配系數 ,查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)圖10-13得 ⑸、確定齒間載荷分配系數: 由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表10-2查的使用 ； 由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表10-3查得齒間載荷分配系數 ⑹、確定動載系數: ⑺、查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表 10-5齒形系數及應力校正系數 、 ⑻、計算彎曲疲勞許用應力 由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)圖10-20(c)查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限。 濮良貴主編《機械設計》( 第八版)圖10-18查得 壽命系數,疲勞強度安全系數S = 1.3 ， ②接觸疲勞強度 ⑴、載荷系數K的確定： ⑵、彈性影響系數的確定；查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表10-6得 ⑶、查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)圖10-21（d）得， 故齒輪8合適。 3.7.3 校核III組變速組齒輪 ①彎曲疲勞強度；校核齒數為22的齒輪，確定各項參數 ⑴、,n=280r/min, ⑵、確定動載系數： 齒輪精度為7級，由濮良貴主編《機械設計》( 第八版)圖10-8查得動載系數 ⑶、 ⑷、確定齒向載荷分配系數:取齒寬系數 查濮良貴主編《機械設計》( 第八版)表10-4