毕业设计（论文）-床身上最大回转直径630mm的数控车床总体设计及主轴箱设计.doc

x x 理 工 大 学 毕 业 论 文 论 文 题 目：床身上最大回转直径 630mm 的 数控车床总体设计及主轴箱设计 专 业 名 称： 层 次： 学 生 姓 名： 完 成 日 期： 摘摘要要 数控即数字控制（numerial control，简写为 nc） 。数控技术，即 nc 技术，是 指用数字化信息（数字量及字符）发出指令并实现自动控制的技术。是近代发展起 来的一种自动控制技术。目前，数控技术已经成为现代制造技术的基础支撑，数控 技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个 国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上个工业发 达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。 数控机床（numerial control machine tools）是指采用数字控制技术对机床 加工过程进行自动控制的一类机床。国际信息处理联盟第五次技术委员会对数控机 床作的定义是：“数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处 理具有使用代码或其他编码指令规定的程序。 ”它是集现代机械制造技术、自动控制 技术及计算机信息技术于一体，采用数控装置或计算机来部分或全部地取代一般通 用机床在加工零件时的各种动作（如启动、加工顺序、改变切削量、主轴变速、选 择刀具、冷却液开停以及停车等）的人工控制，是高效率、高精度、高柔性和高自 动化的光、机、电一体化的数控设备。 关键词关键词：数控；数控车床；自动控制；人工控制；高效率 aastract a part of the container kind is the basic matter of a machine and a part. that will choose an axis in the machine and the part, a bearing and a part of a cover and a gear as related assembly in the fixed mutual location, and is 1 of whole. its transmitted by a schedule, and its related to the movement of harmonization. therefore the quality of the processing of a container doesnt just influence its precision of the assembly and precision of the movement and moreover influences the precision of the mechanical work, and the performance and the lifetime are used. its main feature: the shape is complicated, a wall, its thin and, i dont balance and present the interior with the shape of the accent, and there are a lot of parts of processing, and though the difficulty level of the processing finds a plane with a department in the hole where its big and highly precise in the percentage, and is low in the percentage likewise, there is precision of much i ask to tighten a hole up. parts of mechanical processing, in order to ensure processing requirements, the first part of the machine to make a correct position, and this position in the course of processing is not due to the impact of external changes. to this end, during machining, must be the workpiece clamping good.clamping fixture with the workpiece, the workpiece relative to the location of props and precision machine tools from the fixture that the technical level of workers from the impact of a number of parts of the extreme processing line, a stable guarantee the accuracy of processing the workpiece. at the same time the use of the workpiece clamping fixture convenient, fast, crossed the workpiece does not need to find is, can significantly reduce the supplementary working hours, improving labor productivity; workpiece fixture in the fixture after the increase in the rigidity of the workpiece, it can increase the amount of chip, raising labor productivity; can use pieces, multi-fixture parts of the fixture, and efficient use of clamping institutions, to further improve labor productivity .in the use of mass production after the fixture, due to the improvement of labor productivity, the use of technology workers in lower grades and reject rate dropped and other reasons, obviously in the lower production costs. fixture manufacturing costs assessed in a number of parts on. each part of the increase in the cost of a small, far less than due to increased labor productivity and reduce costs. workpiece larger quantities, the use of fixture on the economic benefits achieved by the markedly effective keywords: cnc; nc lathe; automatic control; artificial control; high efficiency 目目 录录 摘摘 要要 i i a ab bs st tr ra ac ct t iiii 目目 录录1 1 第第 1 1 章章 序言序言2 2 1.11.1 机加工的由来机加工的由来 .2 1.21.2 数控技术的优点数控技术的优点 .2 第第 2 2 章章 数控机床发展简介数控机床发展简介3 3 2.12.1 数控技术的发展阶段数控技术的发展阶段 .3 2.22.2 数控技术的现状分析数控技术的现状分析 .4 2.32.3 数控技术未来的发展趋势数控技术未来的发展趋势 .5 2.3.12.3.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势高速、高精加工技术及装备的新趋势 .5 2.3.22.3.2 轴联动加工和复合加工机床快速发展轴联动加工和复合加工机床快速发展6 2.3.32.3.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 .7 2.3.42.3.4 重视新技术标准、规范的建立重视新技术标准、规范的建立 .8 第三章第三章 数控机床的计算及校核数控机床的计算及校核9 9 3.13.1 设计思想设计思想 .9 3.23.2 主驱动电机减速器系统方案经济性比较主驱动电机减速器系统方案经济性比较 .9 3.33.3 电机的选择电机的选择 11 3.43.4 确定电动机型号确定电动机型号 12 3.53.5 减速器的设计减速器的设计 .12 3.5.13.5.1 齿轮的设计齿轮的设计 12 3.5.23.5.2 轴的设计计算轴的设计计算 23 3.5.33.5.3 轴的校核轴的校核 26 结结 论论3434 参考文献参考文献3535 1 1 章章 序言序言 1.11.1 机加工的由来机加工的由来 所谓的机械加工就是用机械的方法去除材料的表面，使之成为我们想要的零件， 机械加工主要有手动加工和数控加工两大类。手动加工是指通过机械工人手工操作 铣床、车床、钻床和锯床等机械设备来实现对各种材料进行加工的方法。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。 1.21.2 数控技术的优点数控技术的优点 数控技术有如下优点： 1)提高生产效率； (2)不需要熟练的机床操作人员； (3)提高加工精度并且保持加工质量; (4)可以减少工装卡具; (5)容易进行加工过程管理； (6)可以减少检查工作量； (7)可以降低废、次品率； (8)便于设计加工变更，加工设定柔性强; (9)容易实现操作过程的自动化，一人可以操作多台机床； (10)操作容易，极大减轻体力劳动强度。 第第 2 2 章章 数控机床发展简介数控机床发展简介 2.12.1 数控技术的发展阶段数控技术的发展阶段 1、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。 2 2、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。 2.22.2 数控技术的现状分析数控技术的现状分析 20 世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机 的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进 行控制，推动了机床自动化的发展。 采用数字技术进行机械加工，最早是在 40 年代初，由美国北密支安的一个小型 飞机工业承包商派尔逊斯公司（parsonscorporation）实现的。他们在制造飞机的 框架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处 理，并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到 0.0381mm（0.0015in），达到了当时的最高水平。 1952 年，麻省理工学院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控系统，成 功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床。 这台机床是一台试验性机床，到了 1954 年 11 月，在派尔逊斯专利的基础上，第 一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司（bendix-cooperation）正式生产出来。 在此以后，从 1960 年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生 产及使用了数控机床。 数控机床中最初出现并获得使用的是数控铣床，因为数控机床能够解决普通机床 难于胜任的、需要进行轮廓加工的曲线或曲面零件。 然而，由于当时的数控系统采用的是电子管，体积庞大，功耗高，因此除了在军 事部门使用外，在其他行业没有得到推广使用。 到了 1960 年以后，点位控制的数控机床得到了迅速的发展。因为点位控制的数 控系统比起轮廓控制的数控系统要简单得多。因此，数控铣床、冲床、坐标镗床大 量发展，据统计资料表明，到 1966 年实际使用的约 6000 台数控机床中，85%是点位 控制的机床。 数控机床的发展中，值得一提的是加工中心。这是一种具有自动换刀装置的数控 机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。这种产品最初是在 1959 年 3 月， 由美国卡耐&特雷克公司（keaney&treckercorp.）开发出来的。这种机床在刀库中 装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具，根据穿孔带的指令自动选择刀具，并通过机 械手将刀具装在主轴上，对工件进行加工。它可缩短机床上零件的装卸时间和更换 刀具的时间。加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种，不仅有立式、 卧式等用于箱体零件加工的镗铣类加工中心，还有用于回转整体零件加工的车削中 心、磨削中心等。 1967 年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是所谓的 柔性制造系统（flexible manufacturing system&mdashfms）之后，美、欧、 日等也相继进行开发及应用。 1974 年以后，随着微电子技术的迅速发展，微处理 器直接用于数控机床，使数控的软件功能加强，发展成计算机数字控制机床（简称 为 cnc 机床），进一步推动了数控机床的普及应用和大力发展。 80 年代，国际上出现了 14 台加工中心或车削中心为主体，再配上工件自动装 卸和监控检验装置的柔性制造单元（flexiblemanufacturingcellfmc）。这种 单元投资少，见效快，既可单独长时间少人看管运行，也可集成到 fms 或更高级的 集成制造系统中使用。 目前，fms 也从切削加工向板材冷作、焊接、装配等领域扩展，从中小批量加 工向大批量加工发展。 所以机床数控技术，被认为是现代机械自动化的基础技术。 2.3 数控技术未来的发展趋势数控技术未来的发展趋势 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。 2.3.12.3.1 高速、高精加工技术及装备的新趋势高速、高精加工技术及装备的新趋势 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）将其确定为 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。 从 emo2001 展会情况来看，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，已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 cincinnati 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 12*!000r/mm 和 1g。 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 10m 提高到 5m，精密级加工中心则从 35m，提高到 11.5m，并且超精密加工精度已开 始进入纳米级(0.01m)。 在可靠性方面，国外数控装置的 mtbf 值已达 6 000h 以上，伺服系统的 mtbf 值达到 30000h 以上，表现出非常高的可靠性。 2.3.22.3.2 轴联动加工和复合加工机床快速发展轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅 光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1 台 5 轴联动机床的效率可以等于 2 台 3 轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零 件时，5 轴联动加工可比 3 轴联动加工发挥更高的效益。但过去因 5 轴联动数控系 统、主机结构复杂等原因，其价格要比 3 轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术 难度较大，制约了 5 轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化， 其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头 类型 5 轴联动机床和复合加工机床（含 5 面加工机床）的发展。 在 emo2001 展会上，新日本工机的 5 面加工机床采用复合主轴头，可实现 4 个 垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 轴加工可在同一台机床上实 现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国 dmg 公司展出 dmuvoution 系列加工中心， 可在一次装夹下 5 面加工和 5 轴联动加工，可由 cnc 系统控制或 cad/cam 直接或间 接控制。 2.3.32.3.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势智能化、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。 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目 前许多国家 对开放式系统进行研究。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放 式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用 户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用 户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放 式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、 通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具 等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网 络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的 制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床 和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在 emo2001 展中， 日本山崎马扎克（mazak)公司展出的“cyberproduction center”（智能生产控制 中心，简称 cpc)；日本大隈（okuma）机床公司展出“it plaza”（信息技术广场， 简称 it 广场)；德国西门子(siemens)公司展出的 open manufacturing environment（开放制造环境，简称 ome）等，反映了数控机床加工向网络化方向发 展的趋势。 2.3.42.3.4 重视新技术标准、规范的建立重视新技术标准、规范的建立 (1) 关于数控系统设计开发规范 如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、 欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范 (omac、osaca、osec)的研究和制定，世界 3 个最大的经济体在短期内进行了几乎相 同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在 2000 年也开始进行中国的 onc 数控系统的规范框架的研究和制定。 (2) 关于数控标准 数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的 50 年间的信息 交换都是基于 iso6983 标准，即采用 g，m 代码描述如何（how）加工，其本质特征 是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此， 国际上正在研究和制定一种新的 cnc 系统标准 iso14649（stepnc)，其目的是提 供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模 型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。 step-nc 的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整 个制造业，将产生深远的影响。首先，step-nc 提出一种崭新的制造理念，传统的 制造理念中，nc 加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，nc 程序可以分散 在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次，step-nc 数控系 统还可大大减少加工图纸（约 75）、加工程序编制时间（约 35）和加工时间 （约 50）。 目前，欧美国家非常重视 step-nc 的研究，欧洲发起了 step-nc 的 ims 计划 (1999.1.12001.12.31)。参加这项计划的有来自欧洲和日本 cad/cam/capp/cnc 用 户、厂商和学术机构。美国的 step tools 公司是全球范围内制造业数据交换软件的 开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(super model)，其目 标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了 siemens、fidia 以及欧洲 osaca-nc 数控系统的原型样机上进行了验证。 第三章第三章 数控机床的计算及校核数控机床的计算及校核 3.13.1 设计思想设计思想 本课题是以机器经济性好、人性化设计、可靠性高、寿命长、结构简单、易于 维修等为设计思想。 3.23.2 主驱动电机减速器系统方案主驱动电机减速器系统方案经济性比较经济性比较 系统方案图如下： （a）为带传动-涡轮涡杆减速器系统 （b）为带传动二级圆柱圆锥减速器系 统 （c）为联轴器-二级圆柱斜齿轮减速器系统 （d）为带传动三级圆柱斜齿轮减 速器系统 图 2.1 电机减速器系统方案 方案评价： （a）方案为整体布局最小，传动平稳，而且可以实现较大的传动比，但是由于 涡杆传动效率低，功率损失大，很不经济。 （b）方案布局比较小，但是圆锥齿轮加 工较困难，特别的是大直径，大模数的锥轮，所以一般不采用。(c) 方案中减速器 选择合理，但本设计是用于数控机床的小型排屑装置，工作速度很低，实用联轴器 不利于减速，会增加减速器的成本，不够经济。 最终确定方案为（d）方案。 该方案的优缺点： 该工作机有轻微振动，由于带有缓冲吸振能力，采用带传动能减小振动带来的 影响，而且利于减速，还能起过载保护的作用，并且该工作机属于小功率、载荷变 化不大，可以采用带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅降低了 成本。减速器部分两级展开式圆柱齿轮减速，这是两级减速器中应用最广泛的一种。 齿轮相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度。高速级齿轮常布置在远离扭矩输 入端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均现象。电动机部分为 y 系列三相交流 异步电动机。 总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作可靠，此外 还结构简单、成本低、传动效率高。 3.33.3 电机的选择电机的选择 根据动力源和工作条件，选用交流电机，y 系列三相异步电动机。 根据传输机构的布置以及床身的最大回转直径 400mm，主传动采用普通电动机， 外加变频器调速，调速范围：10/1400rmin-1，40/800rmin-1，20/1250rmin- 1，并可无级调速，由工件的最大直径，及摩擦力预估工作机的功率。 工作机有效功率为：p=fv=63kw 由已知条件得电动机有效功率，式中为系统总的传动效率。/ d pp 电动机到传动机构总传动效率 26 12345 式中：为带的传动效率，为闭式齿轮的传动效率，为圆锥滚子轴承的传动效 1 2 3 率，为联轴器的传动效率，为传动效率。 4 5 3.43.4 确定电动机型号确定电动机型号 根据已知条件加工的最大转速为：1250rmin 1w nvzp 式中为一轴的齿数，为小齿轮齿数，取=17 p 1 z 1 z / w nr mim 选取电动机型号为 y2-90s-8，同步转速为 1200 ,对应额定功率为 3.7kw， /r mim 外伸轴直径 24mm 3.53.5 减速器的设计减速器的设计 3.5.13.5.1 齿轮的设计齿轮的设计 1.高速级齿轮设计计算： （一）选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 1.类型：圆柱斜齿轮 2.精度：7 级 3.材料：由文献12表 10-1 选择，小齿轮均选用 40cr（调质） ，小齿轮硬度为 280hbs，大齿轮材料 45 钢（调质） ，硬度为 240hbs，二者相差 40hbs。 4 选择小齿轮的齿数，大齿轮齿数，则取=90 1 18z 21 590zzz 初选螺旋角。 14 （二）按齿面接触强度设计 由文献12式 10-21 进行 计算 式（5.1）3 1 1 ) ( 12 h eh d t t zztk d 1确定公式内的各计算数值 方案电动机型 号 额定功率 （kw） 同步转速 （r/min） 满载转速 （r/min） 总传动比 i 1y2-90s-83.71200100050 (1)试选载荷系数6 . 1 t k (2)由文献12图 10-30 选取433 . 2 h z (3)由文献12图 10-26 查得82 . 0 ,74 . 0 21 aa 式（5.2）56 . 1 82. 074 . 0 21 aa （4）计算小齿轮转速 由前面的计算可知 1 3.8 .tn m （5）查文献12表 10-7 得1 d （6）查文献1210-6 得材料的弹性影响系数 2 1 8 . 189 mpaze （7)由文献12图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮的接触疲劳强度极限mpa hlin 600 1 mpa h 550 2lim (8)由式文献1210-13 计算应力循环次数 式（5.3） 8 11 6060 233.33 1 (1 8 300 6)2.01597 10 h nn jl 88 21/5 2.01597 10 /50.40319 10nn （9）由文献12图 10-19 查得接触疲劳寿命系数，95 . 0 1 hn k99 . 0 2 hn k (10)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 s=1，由文献12公式 10-12 得 式（5.4）mpa s k hhn h 57060095 . 0 1lim1 1 mpa s k hhn h 54555099 . 0 2lim2 2 mpa hhh 5572/ )545570(2/ )( 11 2.计算 （1）计算试算小齿轮分度圆直径，由计算公式 t d1 3 2 3 1 2 1.6 3.8 1062.433 189.8 ()20 1 1.565557 t dmm (2)计算圆周速度 式（5.5） 1 1 20 233.33 /0.244/ 60 100060 1000 t d n vm sm s （3）计算齿宽 b 及模数 nt m 式（5.6） 1 1 2020 dt bdmm 式（5.7） 11 cos/20 0.97/181.08 ntt mdzmm 式（5.8）2.252.25 1.082.43 nt hmmm 式（5.9）/20/ 2.438.23b h （4）计算纵向重合度 式（5.10） 1 0.318tan0.318 1 18 0.251.431 dz （5）计算载荷系数 k 已知使用系数。1 a k 根据，8 级精度，由图文献1210-8 查得动载荷系数，查得0.244/vm s04 . 1 v k 的计算公式： h k 式（5.11） 223 3 1.120.18(1 0.6)0.23 10 1.120.18(1 0.6 1) 1 0.23 10201.4 hdd kb 查表文献1210-13 得34 . 1 f k 查表文献1210-3 得，所以载荷系数 2 . 1 fh kk 式（5.12）77 . 1 42 . 1 2 . 104 . 1 1 hfva kkkkk （6）按实际载荷系数校正所得的分度圆直径由文献12式 10-10a 得 式（5.13） 3 3 11 /201.77/1.620.68 tt ddkk （7）计算模数 11 cos14 /20.68 0.97/181.11 n mdz （三）按齿根弯曲强度设计 式（5.15） 3 2 1 2 1 cos2 f sf d n yy z ykt m 1.确定计算参数 （1）计算载荷系数 672 . 1 34 . 1 2 . 104 . 1 1 ffva kkkkk （2）根据纵向重合度由文献图 10-28 查得螺旋角影响系数1.431 88. 0 y （3）计算当量齿数 式（5.16） 1 33 1 2 33 2 18 19.7 coscos 14 90 98.5 coscos 14 v v z z z z （4）根据文献10查取齿形系数 由表 10-5 查得186 . 2 ,835 . 2 21 fafa yy （5）查取应力校正系数 由表 10-5 查得786 . 1 ,546 . 1 21 sasa yy （6）由图 10-20 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮为mpa fe 430 1 mpa fe 400 2 由图 10-18 查得弯曲疲劳寿命系数 ，；87. 0 1 fn k9 . 0 2 fn k 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 mpampa s k fefn f 211.267 4 . 1 43087 . 0 11 1 mpampa s k fefn f 14.257 4 . 1 4009 . 0 22 2 （7）计算大小齿轮的 f safay y 11 1 2.835 1.546 0.0164 267.211 fasa f yy 0151 . 0 14.257 786 . 1 186 . 2 2 22 f safa yy 大齿轮数值 2.设计计算 2 3 2 2 1.672 3800 0.88 cos 14 0.0164 1 181.56 0.699 n m mm 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的m 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m 疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取弯曲强度算得模数mz 1.25mm 可满足弯曲强度，按接触强度得的分度圆直径，算出小齿轮齿 1 20.68dmm 数 取 式（5.17） 1 1 cos20.68 cos14 16.72 1.25 n d z m 1 18z 取 21 5 1890zz 2 90z 3.几何尺寸计算 计算中心距 式（5.18） 12 ()(1890) 1.25 69.58 2cos2 cos14 n zz m amm 将中心距圆整为 70mm （2）按圆整后的中心距修正螺旋角 式（5.19） 12 ()(1890) 1.25 arccosarccos15 21 22 70 n zz m a 因值改变的不多，故参数等不必修正。 h zk , （3）计算大小齿轮的分度圆直径 1 1 2 2 18 1.25 23.34 coscos15 21 90 1.25 116.70 coscos15 21 n n z m dmm z m dmm （4）计算齿轮宽度 1 1 23.3423.34 d bdmm 圆整后取 21 24,30bmm bmm 2 低速级齿轮设计计算 （一）选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 1.类型：圆柱斜齿轮 2.精度：7 级 3.材料：由文献12表 10-1 选择，小齿轮均选用 40cr（调质） ，小齿轮硬度为 280hbs，大齿轮材料 45 钢（调质） ，硬度为 240hbs，二者相差 40hbs。 4 选择小齿轮的齿数，大齿轮齿数，取，初选螺 1 20z 2 20 3.3366.6z 67 2 z 旋角 14 （二）按齿面接触强度设计 由文献12公式 10-21 进行计算 3 1 1 ) ( 12 h eh d t t zztk d 1确定公式内的各计算数值 （1）试选载荷系数6 . 1 t k （2）由文献12图 10-3 选取433 . 2 h z （3）由文献12图 10-26 查得84 . 0 ,75 . 0 21 aa 59 . 1 84 . 0 75 . 0 21 aa （4）计算小齿轮转速 由前面的计算可知 2 15.96 .tn m （5）查文献12表 10-7 得1 d （6）查文献12表 10-6 查得材料的弹性影响系数 2 1 8 . 189 mpaze （7)由文献12图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮的接触疲劳强度极限mpa hlin 600 1 mpa h 550 2lim (8)由文献12式 10-13 计算应力循环次数 8 11 6060 46.66 1 (1 8 300 6)0.40314 10 h nn jl 87 21/3.003 0.40314 10 /3.331.2106 10nn （9）由文献12图 10-19 查得接触疲劳寿命系数，96 . 0 1 hn k98 . 0 2 hn k (10)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 s=1，由文献12公式 10-12 得 mpa s k hhn h 57660096 . 0 1lim1 1 mpa s k hhn h 53955098 . 0 2lim2 2 mpa hhh 5 . 5572/ )539576(2/ )( 11 2 计算 （1）计算试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得 t d1 3 2 3 1 2 1.6 15.96 104.332.433 189.8 () 1 1.593.33557.5 34.60 t d mm (2)计算圆周速度 1 1 30.60 46.66 /0.084/ 60 100060 1000 t d n vm sm s （3）计算齿宽 b 及模数 nt m 1 1 34.6034.60 dt bdmm 11 cos/34.60 0.97/ 201.68 ntt mdzmm 2.252.25 1.683.77 nt hmmm /34.60/3.779.17b h （4）计算纵向重合度 1 0.318tan0.318 1 20 0.251.59 dz （5）计算载荷系数 k 已知使用系数。1 a k 根据，7 级精度，由文献12图 10-8 查得动载荷系数，查0.084/vm s02 . 1 v k 得的计算公式： h k 式（5.11） 223 3 1.120.18(1 0.6)0.23 10 1.120.18(1 0.6 1) 1 0.23 1030.601.415 hdd kb 查文献12表 10-13 得34 . 1 f k 查文献12表 10-3 得，所以载荷系数2 . 1 fh kk 式（5.12）732 . 1 415 . 1 2 . 102 . 1 1 hhva kkkkk （6）按实际载荷系数校正所得的分度圆直径由文献12式 10-10a 得 式（5.13） 3 3 11 /34.601.732/1.635.5 tt ddkk （7）计算模数 式（5.14） 11 cos14 /35.5 0.97/ 201.72 n mdz （三）按齿根弯曲强度设计 3 2 1 2 1 cos2 f sf d n yy z ykt m 1.确定计算参数 （1）计算载荷系数 64 . 1 34 . 1 2 . 102 . 1 1 ffva kkkkk （2）根据纵向重合度由文献12图 10-28 查得螺旋角影响系数1.59 88. 0 y （3）计算当量齿数 1 33 1 2 33 2 20 21.88 coscos 14 67 73.30 coscos 14 v v z z z z （4）查取齿形系数 由文献12表 10-5 查得 12 2.74,2.23 fafa yy （5）查取应力校正系数 由文献12表 10-5 查得 12 1.568,1.756 sasa yy （6）由文献12图 10-20 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮mpa fe 500 1 为