数控车床主传动系统的设计

目 录第一章 引言 1第二章 设计方案论证与拟定 22.1 总体方案的论证 22.2 总体方案的拟定 22.3 主传动系统总体方案图及传动原理 2第三章 设计计算说明 53.1 主运动设计 53.1.1 参数的确定 53.1.2 传动设计 63.1.3 转速图的拟定 83.1.4 带轮直径和齿轮齿数的确定 123.1.5 传动件的设计 193.2 纵向进给运动设计 383.2.1 滚珠丝杆副的选择 383.2.2 驱动电机的选用 42结 论 47小 结 48致 谢 49参考文献 50无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 1 页第一章 引 言当前的世界已进入信息时代，科技进步日新月异。生产领域和高科技领域中的竞争日益加剧，产品技术进步、更新换代的步伐不断加快。现在单件小批量生产的零件已占到机械加工总量的 80%以上，而且要求零件的质量更高、精度更高，形状也日趋复杂化，这是摆在机床工业面前的一个突出问题。为了解决复杂、精密、单件小批量以及形状多变的零件加工问题，一种新型的机床数字控制(Numerical control)机床的产生也就是必然的了。此次设计是数控机床主传动系统的设计，其中包括机床的主运动设计，纵向进给运动设计，还包括齿轮模数计算及校核，主轴刚度的校核等。无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 2 页第二章 总体方案论证与拟定2.1 总体方案的论证数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同，因此数控车床机械结构上应具有以下特点：1由于大多数数控车床采用了高性能的主轴，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。2为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。3更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副等。CNC 装置是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。2.2 总体方案的拟定1根据设计所给出的条件，主运动部分 z=18 级，即传动方案的选择采用有级变速最高转速是 2000r/min，最低转速是 40r/min， 。1.262纵向进给是一套独立的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动比应满足机床所要求的。3为了保证进给传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。4采用滚珠丝杆螺母副可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。2.3 主传动系统总体方案图及传动原理1. 数控车床主传动系统图数控车床的主传动系统见图 2.1。整个主传动系统主要由主运动传动链和纵向进给传动链组成。无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 3 页图 2.1 总的传动系统图2. 传动原理主轴部件是机床实现旋转运动的执行件，结构如图 2.2 所示，其工作原理如下：交流主轴电动机通过带轮 15 把运动传给主轴 7。主轴有前后 2 个支承。前支承由一个圆锥孔双列圆柱滚子轴承 11 和一对角接触球轴承 10 组成，轴承 11 用来承受径向载荷，两个角接触球轴承一个大口向外（朝向主轴前端），另一个大口向里（朝向主轴后端），用来承受双向的轴向载荷和径向载荷。前支承轴的间隙用螺母 8 来支撑。螺钉 12 用来防止螺母 8回松。主轴的后支承为圆锥孔双列圆柱滚子轴承 14，轴承间隙由螺母 1 和 6 来调整。螺钉 17 和 13 是防止螺母 1 和 6 回松的。主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长。前后支承所用圆锥孔双列圆柱滚子轴承的支承刚性好，允许的极限转速高。前支承中的角接触球轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用的支承结构适宜低速大无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 4 页载荷的需要。主轴的运动经过同步带轮 16 和 3 以及同步带 2 带动脉冲编码器 4，使其与主轴同速运转。脉冲编码器用螺钉 5 固定在主轴箱体 9 上。图 2.2 主轴部件无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 5 页第三章 设计计算说明3.1 主运动设计3.1.1 参数的确定一. 了解车床的基本情况和特点-车床的规格系列和类型1. 通用机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计中的车床是普通型车床，其品种，用途，性能和结构都是普通型车床所共有的，在此就不作出详细的解释和说明了。2.车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（GB1582-79，JB/Z143-79）：最大的工件回转直径 D（mm）是 400；刀架上最大工件回转直径 D1 大于或等于 200；主轴通孔直径 d 要大于或等于 36；主轴头号（JB2521-79）是 6；最大工件长度 L 是7502000；主轴转速范围是：321600；级数范围是：18；纵向进给量 mm/r0.032.5；主电机功率（kw）是 5.510。二. 参数确定的步骤和方法1. 极限切削速度 umaxumin根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：工序种类 工艺要求 刀具和工件材料等因素。允许的切速极限参考值如机床主轴变速箱设计指导书 。然而，根据本次设计的需要选取的值如下：取 umax=300m/min；umin=30m/min。2. 主轴的极限转速计算车床主轴的极限转速时的加工直径，按经验分别取（0.10.2）D 和（0.450.5）D。由于 D=400mm，则主轴极限转速应为：nmax= r/min 3.1max10(.2)uD=2000r/min ； nmin= r/min 3.2min10(.45.)u=40r/min ； 无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 6 页由于转速范围 R = = 3.3maxin20/in4r= 50 ；因为级数 Z 已知：Z=18 级 。现以 =1.26 和 =1.41 代入 R= 1z得 R=50 和 355 ，因此取 =1.26 更为合适。各级转速数列可直接从标准数列表中查出。标准数列表给出了以 =1.06 的从110000 的数值，因 =1.26= ，从表中找到 nmax=2000r/min，就可以每隔 3 个数值取41.06一个数，得：2000，1600，1250，1000，800，630，500，400，315，250，200，160，125，100，80，63，50，40。3. 主轴转速级数 z 和公比已知 : =RnmaxinRn= 且： z=-1 a b 2x318= 934. 主电机功率动力参数的确定合理地确定电机功率 N，使用的功率实际情况既能充分的发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。目前，确定机床电机功率的常用方法很多，而本次设计中采用的是：估算法，它是一种按典型加工条件（工艺种类、加工材料、刀具、切削用量）进行估算。根据此方法，中型车床典型重切削条件下的用量：根据设计书表中推荐的数值： 取 P=5.5kw3.1.2 传动设计一. 传动结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法，但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效，可考虑到本次设计的需要可以参考一无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 7 页下这个方案。确定传动组及各传动组中传动副的数目：级数为 Z 的传动系统有若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有 Z1、Z2、Z3个传动副。即Z=Z1 Z2 Z3 3.4传动副数由于结构的限制以 2 或 3 为合适，即变速级数 Z 应为 2 和 3 的因子:Z= 3.523abx可以有几种方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已经选定了的和本次设计所须的正确的方案列出，具体的内容如下：传动齿轮数目 2x（3+3+2）+2x2+1=21 个轴向尺寸 19b传动轴数目 6 根操纵机构 简单，两个三联滑移齿轮，一个双联滑移齿轮二. 组传动顺序的安排18 级转速传动系统的传动组，可以安排成：3x3x2，2x3x3，或 3x2x3选择传动组安排方式时，要考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。在轴上摩擦离合器时，应减小轴向尺寸，第一传动组的传动副不能多，以 2 为宜，本次设计中就是采用的 2，一对是传向正传运动的，另一个是传向反向运动的。主轴对加工精度、表面粗糙度的影响大，因此主轴上齿轮少些为好，最后一个传动组的传动副选用 2，或者用一个定比传动副。三. 传动系统的扩大顺序的安排对于 18 级的传动可以有三种方案，准确的说应该不只有这三个方案，可为了使结构和其他方面不复杂，同时为了满足设计的需要，选择的设计方案是：18=313329传动方案的扩大顺序与传动顺序可以一致也可以不一致，在此设计中，扩大顺序和传动顺序就是一致的。这种扩大顺序和传动顺序一致，称为顺序扩大传动。四. 传动组的变速范围的极限植齿轮传动副最小传动比 umin ，最大传动比 umax2，决定了一个传动组的最大变速14范围 rmax=umax/nmin8。因此，要按照参考书中所给出的表，淘汰传动组变速范围超过极限值的所有传动方案。无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 8 页极限传动比及指数 x， 值为：,极限传动比指数 1.26x：umin= =1x 46值； umax= =2x x3（x+ ）值： umin= =8 x9五. 最后扩大传动组的选择正常连续的顺序扩大的传动（串联式）的传动结构式为：Z=Z11Z2Z1Z3Z1Z2即是：Z=18=3133293.1.3 转速图的拟定运动参数确定以后，主轴各级转速就已知，切削耗能确定了电机功率。在此基础上，选择电机型号，确定各中间传动轴的转速，这样就拟定主运动的转图，使主运动逐步具体化。一. 主电机的选定中型机床上，一般都采用三相交流异步电机为动力源，可以在系列中选用。在选择电机型号时，应按以下步骤进行：1. 电机功率 N：根据机床切削能力的要求确定电机功率。但电机产品的功率已经标准化，因此，按要求应选取相近的标准值。N=5.5kw2. 电机转速 nd无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 9 页异步电机的转速有：3000、1500、1000、750r/min 在此处选择的是：nd=1500r/min 这个选择是根据电机的转速与主轴最高转速 nmax 和轴的转速相近或相宜，以免采用过大的升速或过小的降速传动。3. 双速和多速电机的应用根据本次设计机床的需要，所选用的是：双速电机4. 电机的安装和外形根据电机不同的安装和使用的需要，有四种不同的外形结构，用的最多的有底座式和发兰式两种。本次设计的机床所需选用的是外行安装尺寸之一。具体的安装图可由手册查到。5. 常用电机的资料根据常用电机所提供的资料，选用：图 3.1 Y132S-4 电动机轴从电机得到运动，经传动系统化成主轴各级转速。电机转速和主轴最高转速应相接近。显然，从传动件在高速运转下恒功率工作时所受扭矩最小来考虑，轴转速不宜将电机转速下降得太低。但如果轴上装有摩擦离合器一类部件时，高速下摩擦损耗、发热都将成为突出矛盾，因此，轴转速不宜太高。轴装有离合器的一些机床的电机、主轴、轴转速数据：参考这些数据，可见，车床轴转速一般取 7001000r/min。另外，也要注意到电机无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 10 页与轴间的传动方式，如用带传动时，降速比不宜太大，否则轴上带轮太大，和主轴尾端可能干涉。因此，本次设计选用：n1=960r/min二. 中间传动轴的转速对于中间传动轴的转速的考虑原则是：妥善解决结构尺寸大小与噪音、震动等性能要求之间的矛盾。中间传动轴的转速较高时（如采用先升后降的传动） ，中间转动轴和齿轮承受扭矩小，可以使用轴径和齿轮模数小写：d 、 m ，从而可以使用结构紧凑。但是，这将4M3引起空载功率 N 空和噪音 Lp（一般机床容许噪音应小于 85dB）加大： N 空 = ) KW 3.6nCda主5.(106式中：C-系数，两支承滚动或滑动轴承 C=8.5，三支承滚动轴承 C=10；da-所有中间轴轴颈的平均直径（mm） ；d 主主轴前后轴颈的平均直径（mm） ；n主轴转速（r/min） 。 3.7KnmzBqnmzCLap 主主ta15.4log201（mz）a所有中间传动齿轮的分度圆直径的平均值 mm；（mz）主主轴上齿轮的分度圆的平均值 mm；q-传到主轴所经过的齿轮对数；-主轴齿轮螺旋角；C1、K-系数，根据机床类型及制造水平选取。我国中型车床、铣床 C1=3.5。车床K=54，铣床 K=50.5。从上诉经验公式可知：主轴转速 n 主和中间传动轴的转速和n 对机床噪音和发热的关系。确定中间传动轴的转速时，应结合实际情况作相应修正：1.功率教大的重切削机床，一般主轴转速较低，中间轴的转速适当取高一些，对减小结构尺寸的效果较明显。2.速轻载或精密车床，中间轴转速宜取低一些。3.控制齿轮圆周速度 u8m/s（可用 7 级精度齿轮） 。在此条件下，可适当选用较高的中间轴转速。三. 齿轮传动比的限制机床主传动系统中，齿轮副的极限传动比：无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 11 页1.升速传动中，最大传动比 umax2。过大，容易引起震动和噪音。2.降速传动中，最小传动比 umin1/4。过小，则使主动齿轮与被动齿轮的直径相差太大，将导致结构庞大。无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 12 页图 3.2 主运动的转速图3.1.4 带轮直径和齿轮齿数的确定根据拟定的转速图上的各传动比，就可以确定带轮直径和齿轮的齿数。一. 带轮直径确定的方法、步骤1.选择三角型号一般机床上的都采用三角带。根据电机转速和功率查图即可确定型号（详情见机床主轴变速箱设计指导 4-1 节） 。但图中的解并非只有一种，应使传动带数为 35 根为宜。本次设计中所选的带轮型号和带轮的根数如下：B 型带轮选取 3 根2.确定带轮的最小直径 Dmin（D 小）各种型号胶带推荐了最小带轮直径，直接查表即可确定。根据皮带的型号，从教科书机械设计基础教程 查表可取：Dmin=140mm3.计算大带轮直径 D 大根据要求的传动比 u 和滑功率 确定 D 大。当带轮为降速时：1u小大三角胶带的滑动率 =2%。三角传动中，在保证最小包角大于 120 度的条件下，传动比可取 1/7u3。对中型通用机床，一般取 12.5 为宜。因此，137.2mmD 大343mm经查表取：D 大=212mm二. 确定齿轮齿数用计算法或查表法确定齿轮齿数，后者更为简单。根据要求的传动比 u 和初步定出的传动齿轮副齿数和 Sz，查表即可求出小齿轮齿数。无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 13 页在本次设计中采用的就是常用传动比的适用齿数（小齿轮）表就见教科书机床简明设计手册 。不过在表中选取的时候应注意以下几个问题：1. 不产生根切。一般去 Zmin1820。2. 保证强度和防止热处理变形过大，齿轮齿根圆到键槽的壁厚 2mm，一般取 5mm 则zmin6.5+ ，具体的尺寸可参考图。mT23. 同一传动组的各对齿轮副的中心距应该相等。若莫数相同时，则齿数和亦应相等。但由于传动比的要求，尤其是在传动中使用了公用齿轮后，常常满足比了上述要求。机床上可用修正齿轮，在一定范围内调整中心距使其相等。但修正量不能太大，一般齿数差不能超过 34 个齿。4. 防止各种碰撞和干涉:三联滑移齿轮的相邻的齿数差应大于 4。应避免齿轮和轴之间相撞，出现以上的情况可以采用相应的措施来补救。5. 在同时满足以上的条件下齿轮齿数的确定已经可以初步定出，具体的各个齿轮齿数可以见传动图上所标写的。6. 确定轴间距：轴间距是由齿轮齿数和后面计算并且经验算而确定的模数 m 而确定的，具体的计算值如下（模数和齿轮的齿数而确定的轴间距必须满足以上的几个条件）：轴与轴之间的距离：取 m=2.5mm，由转速图而确定 85.021z 3.812.57.6015dmzz齿轮 1 与 2 之间的中心距：无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 14 页 3.9 127.5038.dam轴与轴之间的距离：取 m=2.5mm，由转速图而确定的传动比见图， 380.429.5730.6ii 3.10342.589.120dmzz齿轮 3 与 4 之间的中心距： 3.11 342107.5dam轴与轴之间的距离：取 m=3.5mm，由转速图而确定的传动比541.6320.9.84ii无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 15 页 3.12 9103.548.9dmzz齿轮 9 与 10 之间的中心距： 3.1391032854dam轴轴之间的中心距离：取 m=3.5mm，由转速图而确定的传动比20.67851.93i 3.141516.2073.582dmzz 3.1515647032.dam主轴到脉冲轴的中心距：取 m=3.5mm，传动比 1i无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 16 页 3.1619203.5.15dmzz 3.17920.15.dam轴到反转轴轴的中心距：取 m=2.5mm，传动比 1.47i 3.18 2122.50.3485dzmz 3.1921605dam由齿顶高 3.20 *10.25,afahc而 取 可 知 ：齿顶高和齿跟高只与所取的模数 m 有关。可知取 m=2.5mm 时，*12.5.0253.1afhcm取 m=3.5mm 时：无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 17 页*13.5.02354.7afhmmcm三. 主轴转速系列的验算主轴转速在使用上并不要十分准确，转速稍高或稍低并无太大影响。但标牌上标准数列的数值一般也不允许与实际转速相差太大。由确定的齿轮齿数所得的实际转速与传动设计理论值难以完全相符合，需要验算主轴各级转速，最大误差不得超过正负 10（-1）%。即或10理 论 理 论实 际 n按公式：n=-2%+6% 2.21如果超差，要根据误差的正负以及引起误差的主要环节，重新调整齿数，使转速数列得到改善。主运动传动链的传动路线表达式如下： 主 轴反 转正 转 电 动 机 78203654936254 5729348283435061240min/1405.rKW图 3.3 主传动路线所有主轴的详细的校核如下：输入到轴的转速 3.22 min/3.8065124min/140rrn1. 3.23i/.978.3.865348n无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 18 页 3.24 47.012058.19n2. 3.25min/6.2583min/.734rr3.26 6.56.3. 3.27i/.49710i/.828 rrn 3.28 8.0.4974. 3.29min/6.min/3.635rr3.30 621.n5. 3.31i/.974.1i/.807498 rr3.32 316. 6. 3.33min/65.2.min/.23rrn 3.34 705.97. 3.35i/.194.i/3.8634rr3.36 210.1n8. 3.37min/5.03.min/.7825rr 3.38 74.39. 3.39i/4.918.i/3.065 rrn3.40 0214.910. 3.41min/6.53.min/.87263rr3.42 705.n11. 3.43i/78.49.i/.49rr 3.44 1807.无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 19 页12. 3.45min/98.1027.min/3.80724935 rrn 3.461.113. 3.47i/.5.i/.36rr 3.48 320125.79n14. 3.49min/2.167.min/.84rr 3.5060.15. 3.51i/8.39.0i/3.52739 rrn3.52 5118.16. 3.53min/56.417.min/.0635 rr 3.54%934.n17. 3.55i/.8.0i/.8972 rr 3.56716301.18. 3.57min/3.4.min/.845 rrn3.58%51.在主轴上的 18 级转速分别校核后，都合格。四. 传动系统图的绘制计算结果，用规定符号，以是适当比例方格纸上绘制出转速图和主传动系统图。3.1.5 传动件的设计传动方案确定后，要进行方案的结构化，确定个零件的实际尺寸和有关布置。为此，常对传动件的尺寸先进行估算，如传动轴的直径、齿轮模数、离合器、制动器、带轮的根数和型号等。在这些尺寸的基础上，画出草图，得出初步结构化的有关布置与尺寸；然后按结构尺寸进行主要零件的验算，如轴的刚度、齿轮的疲劳强度等，必要时作结构和方案上的修改，重新验算，直到满足要求。对于本次设计，由于是毕业设计，所以先用手工画出草图，经自己和指导老师的多次修无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 20 页改后，再用计算机绘出。一. 三角带传动的计算三角带传动中，轴间距 A 可以较大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，亦可因而缓和冲击及隔离震动，使传动平稳。带传动结构简单，但尺寸，机床中多用于电机输出轴的定比传动。1 选择三角带的型号根据计算功率 Nj（kw）和小带轮 n1（r/min）查图选择带的型号。计算功率 Nj=KWNd (kW)式中 N d电机的额定功率，KW工作情况系数。车床的起动载荷轻，工作载荷稳定，二班制工作时，取：K W=1.1带的型号是： B 型号2 确定带轮的计算直径 D1、D 21） 小带轮计算直径 D1皮带轮的直径越小，带的弯曲应力就越大。为提高带的使用寿命，小带轮直径 D1不宜过小，要求大雨许用最小带轮直径 Dmin，即 D1D min。 各型号带对应的最小带轮直径 Dmin可查表。D1=140r/min2） 大带轮计算直径 D2 3.59 mDin112=212r/min式中: n 1-小带轮转速 r/min;n2-大带轮转速 r/min;-带的滑动系数,一般取 0.02.算后应将数字圆整为整数。3） 确定三角带速度 u具体的计算过程如下：smnD/106无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 21 页= 3.60sm/1064=10.6m/s对于 O、A、B、C 型胶带，5m/su25m/s。而 u=510m/s 时最为经济耐用。此速度完全符合 B 型皮带的转速。4） 初定中心距 A0带轮的中心距，通常根据机床总体布局初步选定，一般可以在下列范围内选取：A0=（0.62） （D 1+D2） mm 3.61=352（0.62）mm=211.2mm704mm取 A 0=704 mm距过小，将降低带的寿命；中心距过大时，会引起带振动。中型车床电机轴至变速箱带轮的中心距一般为 750850mm。5） 确定三角带的计算长度 L0及内周长 LN三角带的计算长度是通过三角带截面重心的长度。 3.62mADA02121042= 774=1960.67mm圆整到标准的计算长度 L=2033 mm经查表 L N=2000 mm修正值 Y=336） 验算三角带的扰曲次数 u40 次/s （则合格） 3.63Lm10式中：m-带轮个数。如 u 超限。可加大 L（加大 A）或降低 u（减少 D2、 D1）来解决。 代入数据得 3.642036.1=10.5 次/s 40 次/s是合格的，不需作出任何修改。无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 22 页7） 确定实际中心距 A 3.65mLA20067.19374.0= 740 mm8） 验算小带轮包角 1 3.662101857.320DA如果 1过小，应加大中心距或加张紧装置。代入数值如下：3.5718012A=180-5.6=174.4120经校核合格。9） 确定三角带根数 z 3.6710CNzi式中：N 0-单根三角带在 1=180、特定长度、平稳工作情况下传递的功率值。C1-包角系数。参数的选择可以根据书中的表差取：N0=2.69C1=0.98Kw=1.1带入数值得： 10zi10CNKdw98.625无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 23 页所以，传动带根数选 3 根。此公式中所有的参数没有作特别说明的都是从机床主轴变速箱设计指导 。二. 传动轴的估算和验算传动轴除了应满足强度要求外，还应满足刚度要求。强度要求保证轴在反复载荷和扭转载荷作用下不发生疲劳破坏。机床主传动系统精度要求较高，不允许有较大的变形。因此，疲劳强度不是主要矛盾。除了载荷很大的情况外，可以不必验算轴的强度。刚度要求保证轴在载荷下不致产生过大的变形。如果刚度不足，轴上的零件如齿轮、轴承等将由于轴的变形过大而不能正常工作，或者产生振动和噪声、发热、过早磨损而失效。因此，必须保证传动轴有足够的刚度。通常，先按扭转刚度估算轴的直径，画出草图之后，再根据受力情况、结构布置和有关尺寸，验算弯曲刚度。1. 传动轴直径的估算传动轴直径按扭矩刚度用下列公式估算传动轴直径：3.68mnNdj491其中：N该传动轴的输入功率N=Nd kw 3.69Nd电机额定功率；从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积（不计该轴轴承上的效率） 。nf该传动轴的计算转速 r/min。计算转速 nf是传动件能传递全部功率的最低转速。各传动件的计算转速可以从转速图上，按主轴的计算转速和相应的传动关系而确定，而中型车床主轴的计算转速为： 3.7013znimj主每米长度上允许的扭转角（deg/m） ，可根据传动轴的要求选取。根据参考书中所给出的公式和本次设计所必须满足的条件，在传动过程中所有轴的直径的估算如下：nj（主）=n min z/3-1 3.71=125 r/min主轴 n j=n6=125 r/min ； 轴 n j=n7=160 r/min ； 轴 n j=n11=400 r/min ； 轴 n j=n14=800 r/min ； 轴 n j=960 r/min ；由 ： 3.72mNdj491无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 24 页则计算主轴和中间轴的直径 d 如下：主轴 d 5=64 mm ； 轴 d 4=40 mm ； 轴 d 3=40 mm ； 轴 d 2=40 mm ； 轴 d 1=30 mm ；1. 传动轴刚度的验算：1） 轴的弯曲变形的条件和允许值机床主传动的弯曲刚度验算，主要验算轴上装齿轮和轴承处的桡度 y 和倾角 。各类轴的桡度 y 和装齿轮和轴承处倾角 ，应小于弯曲刚度的许用值Y和值，即：yY； 3.73 3.74由于书写量比较大而篇幅不足的原因，所以在此就省了。2） 轴的弯曲变形计算公式计算轴本身变形产生的桡度 y 和倾角 时，一般常将轴简化为集中载荷下的简支梁，按参考书中的表中的有关公式进行计算。当轴的直径相差不大且计算精度要求不高时，可把轴看作等径轴，采用平均直径来进行计算。计算花键轴的刚度时可采用直径或当量直径。由于本次设计的说明书的篇幅和时间的关系就不在此详细的列出了。但一般的计算公式为： 3.75id1圆 轴 ： 平 均 直 径 3.76641I惯 性 距矩形花键轴：平均直径 3.7721dD当量直径 3.7842ld惯性距 3.7962dZI：本次设计机床中长采用矩形花键轴的 d1、 d2和 I 的数值：无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 25 页花 键 轴 尺寸bdDZ（GB1144-74）平均直径 md1 当量直径d2极惯性距 nI4m惯性距nI4m62302827.84 589762948815437.5 37.78200058 10002968661.5 61.76 1428706 714353根据本次设计的情况，主轴的刚度要求必须进行校核，具体的刚度校核结果如下：a） 首先，把主轴上的轴承所能承受的载荷在机械设计手册 3中查出，见下：深沟球轴承 2105BDd其基本额定载荷为： KNCr.43推力球轴承 69其基本额定载荷为： a5.7双列圆锥滚子轴承 其基本额定载荷为： KWCr0.1b） 计算轴上的载荷无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 26 页图 3.4 轴的结构图与弯矩扭矩图主轴上齿轮在高速转动时所产生的载荷：齿轮 1： NFdTmz6.120tan54.tan54.1632.1513.80齿轮 2：无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 27 页3.81NFdTmz01.720tan7.9tan2.9316.73785.2c） 校核倾角和桡度经查表得：安装圆锥滚子轴承处 rad025.安装深沟球轴承处 r.安装推力球轴承处 rad05.计算主轴圆轴的平均直径和惯性矩：3.821562870862.77.im 3.8341643.72.80.1.dIm 3.8462.EMPa倾角：对 1NF无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 28 页3.85216676.548.5.420138.310AFblEI3.86115815726.0.8.0.4.2.0CFablEI 3.87212214814765.5.90.20.BxFblEI3.8811 1472645.3.0.520.590.CxFablEI对 2NF3.8923 1576.015.8.7.502.CFblEI无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 29 页3.90321576.018.28.7.0.5AFablEI3.91222147619.804.3BxFblEI3.922147619.8257.0.CxFablEI在点 C 处的倾角 3.9312774.0.CyCy777.310.254610. Cxradr 3.942CYx在点 B 处的倾角 3.95radrB05.123.134877在点 A 处的倾角 3.96radrA05.172.8477桡度：无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 30 页对 1NF 3.97mlEIbFx9167 6622321ma02. 1038.58350.9 3.98mlEIbFy916716232231ax04.20.5.45. 3.99yxaN92ax21.对 2NF3.100mlEIbFx9167 6622321ma025.4. 1038.835750.9 3.101mlEIbFy916716232231ax04.253.44.无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 31 页 3.102myxaN92ax2106. 3.103y998. 106.根据表选用 3.104myLN085.42.由此可得在主轴上的刚度是完全合格的。三. 齿轮模数的估算和计算按接触疲劳和弯曲强度计算齿轮模数比较复杂，而且有些系数只有在齿轮个参数都已知道后方可确定，所以只在草图画完之后校核用。在画草图之前，先估算，再选用标准齿轮模数。齿轮弯曲疲劳的计算： 3.10532jNmzn齿面点蚀的估算： 3.1063jnA其中 nj为大齿轮的计算转速，A 为齿轮中心距。由中心距 A 及齿数 z1、z 2求出模数： 3.107 mzAj21根据估算所得 mj的值，由标准的模数表查取相近的标准模数。计算（验算）：结构确定后，齿轮的工作条件、空间安排、材料和精度等级等都已确定，才可能核验齿轮的接触疲劳和弯曲疲劳强度值是否满足要求。根据接触疲劳计算齿轮模数公式为：无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 32 页 3.1081233160sj mjiKNzn根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为： 3.10912375smjzYn式中：N-计算齿轮传递的额定功率 ；dNkWA-计算齿轮（小齿轮）的计算转速 r/min；jn-齿宽系数 =b/m， 常取 610；mm-计算齿轮的齿数，一般取传动中最小齿轮的齿数；1zi-大齿轮和小齿轮饿齿数比， “+”用于外啮合， “-”用于内啮合；21;zi-寿命系数， ；aKarnNqkK-工作期限系数， ；T mTC06齿轮等传动件在接触和弯曲脚变载荷下的疲劳曲线指数 m 和基准循环次数 C0；n-齿轮的最低转速 r/min；T-预定的齿轮工作期限，中型机床推荐：T=15，00020，000h；Kn-转速变化系数；KN-功率利用系数；Kq-材料强化系数。幅值低的交变载荷可使金属材料的晶粒边界强化，起着阻止疲劳细缝扩展的作用；Ks（寿命系数）的极值 Ksmax，K smin当 KsK min时，则取 Ks=Ksmax；当 KsK min时，则取 Ks=Ksmin。K1-工作情况系数。中等冲击的主运动：K 1=1.21.6；K2-动载荷系数；K3-齿向载荷分布系数；Y-齿形系数；-许用弯曲、接触应力 Mpa。j、本次设计中的模数计算与选取如下：1. 轴传到轴的模数：无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 33 页齿轮接触疲劳的计算： 3.1103325.801.64fNmn齿轮弯曲疲劳的计算： 3.111mnNAj35.708.370取 A=72mm 3.112mzAj3.1605721计算（验算）核验齿轮的接触疲劳和弯曲疲劳强度值是否满足要求。根据接触疲劳计算齿轮模数公式为：经查表取： hTCmKKKqNn20,1,3 76.0,58.,90.,15.2.7031 3.113125. 76.0589.031963730nNqTsC取 N=5.5KW， ，代入公式得：MPajm60,8无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 34 页3.1141233160sj mjiKNznm52.108.6139605.5.2.3根据弯曲疲劳计算齿轮模数公式为：查表取 76.,.,9.,102,680 qNnKKCm代入公式得：3.115586.076.089.12039608qNnmTsC3.1161237smjKNzYnm152.0734.2539608.5.21.5经校核和查表取 m=2.5mm。2. 轴传到轴的模数：齿轮接触疲劳的计算：3.117mznNf28.70345.32无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 35 页经校核取 m=2.5mm。齿轮弯曲疲劳的计算：3.118mnNAj64.805.373取 A=90mm 3.119mzAj5.279021经校核和查表取：取 mj=2.5mm3.轴传到轴的模数：齿轮接触疲劳的计算：3.120mznNf41.36025.3齿轮弯曲疲劳的计算： 3.121mnNAj12065.3703取 A=122mm3.122mzAj4.37012经校核和查表取：取 mj=3.5mm无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 36 页4. 轴传到轴的模数：齿轮接触疲劳的计算： 3.123mznNf48.31025.3齿轮弯曲疲劳的计算： 3.124mnNAj9.1045.3703取 A=192mm 3.125mzAj2.31092经校核和查表取：取 m=3.5mm以上所有的模数的选取都是根据参考书机械原理所提供的模数表中选取的标准值。四. 电磁离合器的选择摩擦电磁离合器目前在数控机床中应用十分广泛，因为它可以在运转中自动的接通或脱开，且具有结合平稳，没有冲击、构造紧凑的特点，部分零件已经标准化，多用于机床主传动。选用时应作必要的计算。根据初步的计算可从离合器的选择与运用一书中选取，所有的作图和计算尺寸都见书中的表。1. 按扭距选择一般应使用和设计的离合器的额定静扭距 Mj和额定扭距 Md满足工作要求，由于普通车床是在空载下启动和反向的，故只需按离合器结合后的静负载扭距来选。即： 3.126mNnKMjnj 950对于需要在负载下启动和变速，或启动时间有特殊要求时，应按动扭距设计离合器。无锡职业技术学院毕业设计说明书共 50 页 第 37 页2. 步骤：1） 决定外摩擦片的内径 d。根据结构需要，如为轴装式时，摩擦片的内径 d 应比安装轴的轴径大 26mm。2） 选择摩擦片尺寸：可以在参考书中选择，具体的型号见图纸。3） 计算摩擦面对数 z 3.127mvznKdDpfMZ3120式中：f-摩擦片间