数控技术专业毕业论文ZX5725钻铣床主传动系统设计

1、X52K立式铣床立铣头设计摘要随着制造业的发展，高速度、高效率、高精度和高刚度已经成为当今机床发展的主要方向。为了满足当前机床市场的需要，铣床已经成为了当今机械行业一个重要的发展趋势，特别是在工业制造，加工过程中有着举足轻重的地位。设计的题目是设计x52k立式铣床立铣头设计。其主要讲述的是x52k立式铣床立铣头的总体设计。 该铣床主轴是靠齿轮进行传动的。主轴传动系统采用齿轮传动，传动形式采用集中式传动，主轴变速系统采用多联滑移齿轮变速。齿轮传动具有传动效率高，结构紧凑，工作可靠、寿命长，传动比准确等优点，齿轮机构是现代机械中应用最广泛的传动机构，用于传递空间任意两轴或多轴之间的运动和动力。关键

2、词 铣床 进给转速图 传动系统图 立铣头装配图 X52K vertical milling machine legislation Xitou 【Abstract】 With the development of the manufacturing sector, high-speed, high efficiency, high precision and high rigidity of the current machine has become the main direction. In order to meet the needs of the market at present

3、 machine, milling machine has become todays machinery industry an important development trend, especially in the industrial manufacturing, processing is a pivotal position. Design is the subject of legislation designed x52k Xitou vertical milling machine design. The main x52k is on the vertical mill

4、ing machine legislation Xitou the overall design. The main axis milling machine is relying on the power transmission gear. Spindle drive system using gear transmission, transmission using centralized form of transmission, multi-spindle transmission system of sliding gear transmission. Gear transmiss

5、ion with high efficiency, compact, reliable, long life and accurate transmission than the advantages of modern machinery is gearing the application of the most extensive transmission mechanism for the transfer of space or any multi-axis between the two axes of movement and Momentum.【Keywords】 Millin

6、g machine Progressive plans to speed Transmission System plans1前 言11概述图1X52k立式升降台铣床，它是铣床中应用最多的一种。图1所示为X52k型立式升降台铣床。这类铣床与卧式升降台铣床的主要区别，在于他的主轴是垂直安置的，可用各种端铣刀或立铣刀加工平面、斜面、沟槽、台阶、齿轮、凸轮以及封闭轮廓表面等。图1为立式升降台铣床中常见的一种。其工作台3、床鞍4、及升降台5的结构与卧式升降台铣床相同。立铣头1可以根据加工要求在垂直平面内调整角度，主轴2并可沿轴线方向进行调整或作进给运动。综上所述，升降台式铣床的优点是工艺范围较广泛，工

7、作时切削加工的高低位置不变，有利于操作者的观察加工情况，且机床的操纵手柄较集中，便于调整及操纵。其缺点是工作台支承在成悬臂状态的升降台上，且层次多，因而刚性较差，不适合进行重型切削及加工大型工件。1.2 X52k立式升降台铣床其主要组成部分：1.2.1 铣头:立铣头安装于卧式铣床主轴端，由铣床主轴以传动比i=1驱动立铣头主轴回转，使卧式铣床起立式铣床的功用，从而扩大了卧式铣床的工艺范围。立铣头主轴在垂直平面内最大转动角度为45，其转速与铣床主轴转速相同。1.2.2 主轴:它是一根空心的阶梯轴，前端内部有锥度为7：24的锥孔，用来安装铣刀刀杆。1.2.3 工作台:它可沿转台上面的燕尾导轨移动，带

8、动安装在工作台上的工件纵向进给运动。1.2.4 床鞍: 它用来固定和支撑铣床上所有部件。其内部安装主轴、主轴变速箱、电器设备及润滑油泵等部件。1.2.5 升降台:它可沿床身的垂直导轨移动，以调解工作台台面到主轴之间的距离，或者作垂直进给运动。在升降台的内部装有进给运动电动机和进给变速机构。1.3 X52K型立式铣床立铣头设计机床主要技术参数：工作台尺寸（长X宽）：320X1250 毫米工作台最大行程：纵向机动680毫米：手动700毫米横向机动240毫米：手动255毫米垂直机动350毫米：手动370毫米主轴孔径 : 29毫米主轴端孔锥度： 7：24主轴转速范围:（18级）30-1500转/分进给

9、范围（18级）：纵向23.5-1180毫米/分横向 15-786毫米/分垂直8-394毫米/分快速进给量：纵向2300毫米/分横向 1540毫米/分垂直770毫米/分主轴轴向移动距离 70毫米/分主轴端面到工作台面间的距离 30-40毫米主轴中心线到床身立柱导轨间距离70毫米床身垂直导轨到工作台面中心距离 215-515毫米刀杆直径： （三种） 23、27、32毫米快速进给量：纵向与横向 2300毫米/分垂直766.6毫米/分主电机：功率 7.5千瓦转速 1450转/分 1.4国内外机床的发展现状20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪

10、内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了50个年头。 数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专用机床，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有1020万台，产值上百亿美元。 世界制造业在20世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从90年代初开始已出现明显的回升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从2000年至今已接受3个月以后的订货合同，生产任务饱满。 我国数控机床制造

11、业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50，库存超过4个月。从1995年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1999年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。从2000年8月份的上海数控机床展览会和2001年4月北京国际机床展览会上，也可以看到多品种产品的

12、繁荣景象。但也反映了下列问题： （） 低技术水平的产品竞争激烈，相互靠压价促销； （） 高技术水平、全功能产品主要靠进口； （） 配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口； （） 应用技术水平较低，联网技术没有完全推广使用； （） 自行开发能力较差，相对有较高技术水平产品主要靠引进图纸、合资生产或进口件组装。 当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近300万台），但我们的机床数控化率仅达到1.9左右，这与西方工业国家一般能达到20的差距太大。日本不到80万台的机床却有近10倍于我国的制造能力。数控化率低，已有数控机床利用率

13、、开动率低，这是发展我国21世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年我们国产全功能数控机床30004000台，日本1年产5万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口70009000台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。因此，国家计委、经贸委从“八五”、“九五”就提出数控化改造的方针，在“九五”期间，我协会也曾做过调研。当时提出数控化改造的设备可达810万台，需投入80100亿资金，但得到的经济效益将是投入的510倍以上。因此，这两年来承担数控化改造的企业公司大量涌现，甚至还有美国公司加入。“十五”刚刚开始，国防科工委就明确提出了在军工企业中投入6.8亿元，用于对1.2

14、1.8万台机床的数控化改造。 数控技术经过50年的2个阶段和6代的发展： 第1阶段：硬件数控（） 第1代：1952年的电子管 第2代：1959年晶体管分离元件 第3代：1965年的小规模集成电路。第2阶段：软件数控（） 第4代：1970年的小型计算机 第5代：1974年的微处理器 第6代：1990年基于个人机（） 第6代的系统优点主要有： (1) 元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可达到万小时以上； (2) 基于平台，技术进步快，升级换代容易； (3) 提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源丰富，使数控功能扩展到很宽的领域（如、，连接网卡、声卡、打印机、摄影机等）； (4) 对数控系

15、统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。 目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本公司，1年生产5万套以上系统，占世界市场约40左右，其次是德国的西门子公司约占15以上，再次是德海德汉尔，西班牙发格，意大利菲亚，法国的，日本的三菱、安川。 国产数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数控集团、北京凯恩帝、北京凯奇、沈阳艺天、广州数控、南京新方达、成都广泰等，国产数控生产厂家规模都较小，年产都还没有超过300400套。 近10年数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。 (1) 高速化 由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由30004000r/min

16、提高到800010000r/min，铣床和加工中心主轴转速由40008000r/min提高到12000r/min、24000r/min、40000r/min以上快速移动速度由过去的1020m/min提高到48m/min、60m/min、80m/min、120m/min在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的0.5G（重力加速度）提高到1.52G，最高可达15G，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。(2) 高精度化 数控机床的定位精度已由一般的0.010.02mm提高到0.008mm左右，亚微米级机床达到0.0005mm左右，纳米级机床达到0.005

17、0.01，最小分辨率为1nm（0.000001）的数控系统和机床已有产品。 数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1的圆度，插补前多程序段预读，大大提高插补质量，并可进行自动拐角处理等。 (3) 复合加工、新结构机床大量出现 如5轴5面体复合加工机床，5轴5联动加工各类异形零件。也派生出各新颖的机床结构，包括6轴虚拟轴机床，串并联铰链机床等。采用特殊机械结构，数控的特殊运算方式，特殊编程要求。 (4) 使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼”。如内冷钻头由于使高压冷却液直接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深孔时大大提高效率。加工钢件切削速度能达1000m/

18、min，加工铝件能达5000m/min。(5) 数控机床的开放性和联网管理，已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、异行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为21世纪制造业发展的一个主要潮流。1.5机床的发展趋势制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，机械制造是制造业的核心。数控技术的应用使得传统的制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国民生计起着越来与重要的作用。当前数控技术及其装备

19、的发展的趋势：1、高速、精密化 2、可靠性 3、数控机床设计CAD化、功能多样化 4、智能化、网络化、柔性化、集成化 5、开放性 6、复合性 7、串行总线计算机数控系统 8、重视新技术标准、规范的建立。2.方案的设计2.1传动装置的设计机械传动装置的总体设计包括分析拟定传动方案，选择电动机型号，合理分配传动比及计算传动装置的运动和动力参数等内容。它为各级传动件设计和装配图绘制提供依据。2.1.1分析拟定传动方案机器常由原动机、传动装置及工作部分组成。合理的传动方案不仅满足工作部分的要求，而且还要工作可靠、结构简单紧凑、加工简单、成本低、传动效率高以及使用和维护方便。 因此， 设计时应先保证重点

20、，并统筹兼顾其他条件。分析和选择传动机构的类型及组合，合理布置传动顺序，是拟定传动方案的重要一环，通常考虑以下几点：（1） 带传动 由于其承载能力较低，在传递相同转矩时， 结构尺寸较其它传动形式较大，但传动平稳，能吸振缓冲，因此用于传动系统的高速级。（2） 链传动 运转不平稳，且有冲击，以布置在传动的低速级。（3） 蜗杆传动 传动比较大，承载能力较齿轮传动低，故一般放在高速级，获得较小的结构尺寸和较高的齿面相对滑动速度，以便于形成液体动压润滑膜，提高承载能力和传动效率。 （4） 斜齿圆柱齿轮传动 因斜齿圆柱齿轮加工较困难，相对可用于高速级，并限制传动比。（5） 开式齿轮传动 其工作环境一般较差

21、，润滑条件不好， 故寿命较短，宜布置在传动装置的低速级。故X52K立式铣床立铣头采用齿轮传动，传动形式采用集中式传动，传动系统采用多联滑移齿轮变速。传动系统一般由动力源、变速机构、换向机构、运动分配机构、过载保险机构运动转换元件和执行元件等组成。换向机构一种是进给电动机换向，换向方便，但换向次数不能太频繁。另一种是用齿轮换向（圆柱齿轮或锥齿轮），这种换向机构可靠，广泛用于各种机床中。本课题采用圆锥齿轮换向比较适宜。过载保险机构其作用是在过载是自动断开进给运动，过载排除后自动接通。常用的是牙嵌式离合器、片式离合器。牙嵌式离合器利用两半离合器端面上的牙互相嵌合或脱开以达到主、从动轴的离合、牙有矩形

22、、梯形、三角形、锯齿形和螺旋形等几种形式。由于同时参与嵌合的牙数多，故承载较高，适用范围广泛. 外形尺寸小，传递转矩大，接合后主从动轴无相对滑动，传动比不变。但接合时有冲击，适合于静止接合，或转速差较小时接合(对矩形牙转速差10r/min，对其余牙形300r/min)，主要用于低速机械的传动轴系。电磁片式离合器由内摩擦片、外摩擦片、止推片、压块和空套齿轮组成。离合器左右两部门结构是相同的。左离合器传动轴正转，用于切削加工。需要传递的转矩较大，片数较多。右离合器用来传动轴反转，主要用于退回，片数较少。这种离合器的工作原理是，内摩擦片的花键孔装在轴的花键上，随轴旋转。外摩擦片的孔为圆孔，直径略大于

23、花键外径。外圆上有4个凸起，嵌在空套齿轮的缺口之中。内外摩擦片相间安装。用杆通过销向左推动压块时，将内片与外片相互压紧。轴的转矩便通过摩擦片间的摩擦力矩传递给齿轮，使主轴正传。同理，当压块向右时，使主轴反转。压块处于中间位置时，左、右离合器都脱开，该轴以后的各轴停转，过载排除后通过电气开关实现互锁。故本课题选择使用片式离合器。2.1.2选择电动机电动机类型根据电源种类（直流、交流）、工作要求（转速特性、和过载情况等）工作环境（尘土、油、水、爆炸气体等）、载荷大小和性质安装要求等条件来选择。工业上广泛应用我国新设计的、国际市场通用的统一系列Y系列三相异步电动机。Y系列电动机的数据资料可查阅（简明

24、机械零件设计使用手册）。已知机床的进给功率7.5KW 转速为1450r/min,根据选定的电动机类型、结构、容量和转速，可由简明机械零件设计手册第一篇有关技术数据标准中查出电动机型号，并记录其型号、性能参数和主要参数。表2.1 额定功率满载时Y90L-47.5KW转速功率因数 14500.79同步转速=1500r/min2.2进给转速图和传动系统图的设计2.2.1设计步骤设计的已知条件为机床的类型和主轴的最高转速及最低转速。设计的目标为拟定传动系统图。一般步骤如下：1、根据机床的特点，选定公比=1.26，计算转速级数Z=18，并选择各级转速。实际进给量级数为 （3 * 3）* 3 = 182、

25、根据“前多后少”，“前密后疏”的原则，拟定结构式。3、根据“升早降晚”的原则，拟定转速图。4、根据转速图拟定传动系统图拟定转速图机器常由原动机、传动装置及工作部分组成。合理的传动方案不仅满足工作部分的要求，而且还要工作可靠、结构简单紧凑、加工简单、成本低、传动效率高以及使用和维护方便。 因此， 设计时应先保证重点，并统筹兼顾其他条件。分析和选择传动机构的类型及组合，合理布置传动顺序，是拟定传动方案的重要一环，通常考虑以下几点：（6） 带传动 由于其承载能力较低，在传递相同转矩时， 结构尺寸较其它传动形式较大，但传动平稳，能吸振缓冲，因此用于传动系统的高速级。（7） 链传动 运转不平稳，且有冲击

26、，以布置在传动的低速级。（8） 蜗杆传动 传动比较大，承载能力较齿轮传动低，故一般放在高速级，获得较小的结构尺寸和较高的齿面相对滑动速度，以便于形成液体动压润滑膜，提高承载能力和传动效率。 （9） 斜齿圆柱齿轮传动 因斜齿圆柱齿轮加工较困难，相对可用于高速级，并限制传动比。（10） 开式齿轮传动 其工作环境一般较差，润滑条件不好， 故寿命较短，宜布置在传动装置的低速级。故主轴箱传动系统采用齿轮传动，传动形式采用集中式传动，主轴变速系统采用多联滑移齿XXXXXXXXXX.此处删除无数+N个字，完整设计请加扣扣:二二壹五八玖一壹五一 如图4.1所式为FW250 型万能分度头的外形。分度头通过底座安

27、装于铣床工作台，回转体支承于底座并可回转6+95，主轴的前端可装顶尖或卡盘以便于装夹工件，摇动手柄可通过分度头内传动带动主轴旋转，脱开内部的蜗杆机构，也可直接转动主轴，转过的角度由刻度盘上读出，分度盘为一个有许多均布同心圆孔的圆盘，插销可帮助确定选好的孔圈，分度叉则可方便地调整所需角度。 利用安装于铣床的分度头，可进行如下三方面工作： 分度头是能对工件在圆周、水平、垂直、倾斜方向上进行等分或不等分地铣削的铣床附件，可铣四方、六方、齿轮、花键和刻线等。分度头有许多类型，最常见的是万能分度头。4.2.1、分度头的结构 分度头的基座上装有回转体，回转体内装有主轴。分度头主轴可随回转体在铅垂平面内扳动

28、成水平、垂直或倾斜位置。分度时，摇动分度头手柄，通过蜗轮蜗带动分度头主轴旋转即可。图4.1万能分度头的主要结构4.2.2.主轴主轴前端可安装三爪自定心卡盘（或顶尖）及其它装卡附件，用以夹持工件。主轴后端可安装锥柄挂轮轴用作差动分度。4.2.3.本体本体内安装主轴及蜗轮、蜗杆。本体在支座内可使主轴在垂直平面内由水平位置向上转动 95，向下转动5。4.2.4支座支承本体部件，通过底面的定位键与铣床工作台中间T型槽连接。用T型螺栓紧固在铣床工作台上。4.2.5端盖端盖内装有两对啮合齿轮及挂轮输入轴，可以使动力输入本体内。4.2.6、分度盘分度盘两面都有多行沿圆周均布的小孔，用于满足不同的分度要求。分

29、度盘随分度头带有两块：第一块正面孔数依次为：24；25；28；30；34；37。反面孔数依次为：38；39；41；42；43。第二块正面孔数依次为：46；47；49；51；53；54。反面孔数依次为：57；58；59；62；66。4.2.7、蜗轮副间隙调整及蜗杆脱落机构拧松蜗杆偏心套压紧螺母，操纵脱落蜗杆手柄使蜗轮与蜗杆脱开，可直接转动主轴，利用调整间隙螺母，可对蜗轮副间隙进行微调。4.2.8、主轴锁紧机构用分度头对工件进行切削时，为防止振动，在每次分度后可通过主轴锁紧机构对主轴进行锁紧。本产品还随机配备了尾架、千斤顶、顶尖、拨叉、挂轮架、配换齿轮等常用附件。4.4.、分度头的传动系统分度头的

30、传动比i=蜗杆的头数 / 蜗轮的齿数=1/40。当手柄通过速比为1：1的一对直齿轮带动蜗杆转动一周时，蜗轮只能带动主轴转过1/40周。如果工件整个圆周上的等分数Z为已知，则每一等分要求分度头主轴转1/Z圈。这时，分度手柄所需转的圈数N可由下式算出：1：40=1/Z：N，即N=40/Z式中，N-手柄每次分度时的转数，Z-工件的等分数； 图4.2 万能分度头传动系统分度头蜗杆与蜗轮的传动比i=主轴转数=分度手柄转数主动直齿轮齿数Z=28。从动直齿轮齿数Z=28。40-分度头的定数，即蜗轮的齿数。4.3.1.分度头的分度方法使用分度头进行分度的方法有：直接分度、角度分度、简单分度和差动分度等。(1)

31、直接分度当分度精度要求较低时，摆动分度手柄，根据本体上的刻度和主轴刻度环直接读数进行分度。分度前须将分度盘轴套锁紧螺钉锁紧。切削时必须锁紧主轴锁紧手柄后方可进行切削。(2)角度分度当分度精度要求较低时，也可利用分度手轮上的可转动的分度刻度环和分度游标环来实现分度。分度刻度环每旋转一周分度值为9，刻度环每一小格读数为1，分度游标环刻度一小格读数为10 。分度前须将分度盘轴套锁紧螺钉锁紧。(3)简单分度简单分度是最常用的分度方法。它利用分度盘上不同的孔数和定位销通过计算来实现工件所需的等分数。计算方法如下：n定位销（即分度手柄）转数Z工件所需等分数n=若计算值含分数，则在分度盘中选择具有该分母整数

32、倍的孔圈数。例：用分度头铣齿数Z=36的齿轮。N=1在分数度盘中找到孔数为96=54的孔圈，代入上式：n=1=1=1操作方法：4先将分度盘轴套锁紧螺钉锁紧，再将定位销调整到54孔数的孔圈上，调整扇形拨叉含有6个孔距。此时转动手柄使定位销旋转一圈再转过6个孔距。若分母不能在所配分度盘中找到整数倍的孔数，则可采用差动分度进行分度。(4)差动分度图4.3使用差动分度时必须将分度盘锁紧螺钉松开，在主轴后锥孔插入锥柄挂轮轴。按计算值配置交换齿轮a,b,c,d,或介轮，传至挂轮输入轴，带动分度盘产生正（或反）方向微动，来补偿计算中设定等分角度与工件等分角度的差值。计算方法如下：=i交换齿轮的传动比 z工件

33、所需等分数 a,b,c,d交换齿轮齿数 x假设工件所需等分数式中x值选择、尽可能接近z（小于，大于）均可、具有分数时，其分母值，必须是能整除分度盘已有孔圈数，整除。x小于z时，i为负值，挂轮时必须配有变向介轮，x大于z时，i为正值，挂轮时不必配有变向介轮。挂轮配好后，实际分度的操作和简单分度法一致，只是用x替代z，手柄转数为n=(5)螺旋铣削螺旋加工必须按要求将铣床工作台转动一个角度螺旋角。并根据工作要求计算出导程L：L=DctgL 螺旋线的导程 D 工件直径 螺旋角螺旋加工必须保证工件纵向进给一个导程时，分度头带动工件旋转一周。这是通过安装在铣床纵向工作台丝杠末端的交换齿轮 a与分度头挂架中

34、的交换齿轮b、c、d的配置来实现的。计算公式如下：i 交换齿轮总的传动比 a、b、c、d各交换齿轮齿数 t纵向工作台丝杠螺距铣削左旋螺旋槽时，则应增加变向介轮，交换齿轮a在铣床丝杠上的安装详见（图4）中局部示配图。图4.4螺旋直齿轮的铣削，和螺旋槽加工相同，在计算方法中按齿轮参数值，变化如下：mn齿轮法向模数 齿轮螺旋角 t纵向工作台丝杠螺距铣螺旋（或螺旋齿轮）时，须将分度定位销插入分度盘孔中，将分度盘轴套须锁紧螺钉松开，主轴锁紧手柄松开。5.传动件的设计5.1轴机床轴类零件的设计计算，应根据轴的受载情况、传动精度要求等特点，有重点地进行。机床轴的设计步骤大致如下:第一步：估算轴的直径 根据轴

35、所传递的功率（扭矩）及转速，按扭转刚度或扭转强度估算直径，作为危险断面的最小直径。第二步：轴的结构设计第三步：轴的受力分析-根据轴的受力及支承的跨距情况，计算支承反力、弯矩，画出轴的弯矩图及扭矩图。第四步：刚度或疲劳强度的核算，根据不同情况进行弯曲刚度或扭矩刚度的核算。轴径的估算当轴的长度及跨距未定，支承反力及弯矩无法求出时，可先按扭转刚度或扭转强度对轴的直径进行估算。 （cm）式中d-危险断面处的轴径，当轴上有一个键槽时，d值应增大4-5%；当同一个断面上有两个键槽时，d值应增大7-10%；当为花键轴的内径可比的d减小7%；N-轴的传递的额定功率（KW）；-轴的计算转速（r/min）;5.1

36、.1轴的结构设计的基本要求轴的结构设计的基本要求是：轴与装在轴上的零件要求有准确的工作位置，并便于装拆、调整。制造工艺性要好 要特别注意轴应具有足够的刚度。轴上的零件固定方式固定方式 特点及应用范围 轴肩简单可靠。为保证零件能仅靠定位面，常用于齿轮、轴承等的轴肩。套筒定位可靠，结构简单，不削弱轴的感度和强度；单重量件数增加。常用于零件距离大的轴段。螺母定位可靠，单重量件数增加。常采用细牙螺纹，常用双螺母或单螺母与止退垫圈。用于零件与轴承间距离较大，轴上允许车螺纹的轴段弹性挡圈结构工艺性较好，但应力集中较大，削弱了轴的疲劳强度。用于轴向力小，或仅防止轴向移动的场合。常用于固定滚动轴承和滑移齿轮的

37、限位。轴段挡圈定位可靠，装拆方便，能比弹性挡圈承受更大的轴向力。仅用于轴端固定紧定螺钉结构简单，可兼作轴向固定。用于作用力小的零件。轴上的零件固定方式固定方式 特点及应用范围花键优点：（1）键与轴一体，花键槽较浅，键槽应力集中较小，提高了传递扭矩的能力（2）花键齿与槽的总结出面积较大，提高了抗挤压和耐磨损能力（3）齿与槽布置均匀，对中性好（4）需要时零件可以在轴上滑移（5）一般情况下，轴与孔的配合比平键松，因而装卸比平键方便缺点是制造复杂广泛用于机床的传动中平键制造容易，使用于中、小载荷5.1.2轴的材料及热处理机床上的大多数轴都应该有足够的刚度，而刚度的大小与材料的弹性模量有关。碳钢与合金钢

38、的弹性模量相差不大，故从刚度观点出发，一般的轴采用45即钢可以满足。当对疲劳强度、耐磨性等有特殊要求时，可采用合金钢，一般采用40Cr或45MnB。在滚动轴承中工作的轴，装轴承的轴承轴颈部位无耐磨性要求，一般可以不进行热处理，但适当的硬度可以改善装配工艺和保证装配精度，一般常进行调质处理，硬度为HB220250。大型的轴可以进行正火处理，以改善切削性能、消除锻造应力、细化晶体及消除组织不均匀性，在滑动轴承中工作的轴，其轴颈部位有耐磨性要求，局部表面应淬硬，硬度为HRC 4550，也可在调质的基础上进行表面淬硬，以获得均匀致密的硬化层。装有滑移齿轮的花键轴，一般进行调质处理，或在调质基础上把花键

39、轴部分表面淬硬，硬度为HRC 4550。5.1.3计算轴的功率、转速及轴颈7.5 KW 1450r/min 7.50.97=7.275 KW 1450=698r/min 根据轴的标准系列 故取36mm698=286r/min 根据轴的标准系列 故取65mm286=109r/min 轴为花键轴并且该轴上有键槽，根据轴的标准系列 故取65mm109=98r/min 根据轴的标准系列 故取100mm5.1.4轴的强度校核计算轴的强度计算应根据轴上所受的在和类型，采用相应的方法。对于仅（或主要）用于传递扭矩的传动轴，应按扭转强度计算；对于既受弯矩又受扭矩的转轴，应按弯扭合成强度计算。机器传动机构中的轴

40、，多数是转轴，其计算准则为弯扭组合疲劳强度问题。轴的疲劳计算时要采用到综合系数K和等效系数，这两个系数均为与轴的结构和尺寸有关，但这些因素在设计开始时尚不能确定。因此，对于精度要求计算的转轴，在前面对轴的初步估算的基础上，然后进行结构设计，画出轴的结构尺寸，画出轴的结构草图，确定轴的全部结构和尺寸，才能进行精确的强度校核。按弯扭合成进行强度计算对于转轴，当轴的支点和轴上载荷大小、方向和作用点后，即可求出轴的支承反力，画出弯矩图和扭矩图，从而按弯扭合成强度计算设计轴的直径。在画轴的计算简图时，首先确定轴承支承反力的作用点。把轴视作一简支梁，作用在轴上的载荷，一般按集中载荷考虑，其作用点取零件轮缘

41、的中点。轴上的支反力的作用点（滚动轴承或滑动轴承）按有关手册选取。首先计算齿轮啮合节点的作用力：圆周力：Ft=2TIIdII2=2599.87N 轴向力：Fa=0径向力：Fr=Fttanancos0=844.75N 危险界面的复合强度校核按下列步骤进行：作III轴的受力简图：（图3-1a）作轴垂直面的受力简图，求支座反力，并作弯矩图：（图3-1b）RBr=Fr2+FadII22L3=422.375N图5.1C点稍偏左处弯矩为：MCV1=RArL32=-55.75NmC点稍偏右处弯矩为：MCV2=RBrL32=55.75Nm作轴水平面的受力简图，求支座反力，并作弯矩图：（图5-1c）RAH=RB

42、H=Ft2=1299.935NC点处弯矩为：MCH=RAHL32=171.59Nm作出轴的合成弯矩图：（图5-1d）C点稍偏左处的合成弯矩为：M1=MCV12+MCH2=180.42NmC点稍偏右处的合成弯矩为：M2=MCV22+MCH2=108.42Nm作轴的扭矩图：（图5-1e）T3=9550P3n3=10.95Nm作出轴的当量弯矩图：（图5-1f）最大当量弯矩在C点处，其值为：Mc=M22+T22=180.53Nm根据单向传动，式中校正系数=0.58.计算危险截面尺寸：根据轴的材料Q235号钢，调质处理其-1=170MPa,则危险截面直径为：d3M0.1-1=31.08考虑到键槽影响，轴

43、径加大5%，则d=31.08。结构设计时，实际采用轴径为：32，故满足要求。轴III轴的强度校核方法与步骤与从动轴相同，故省略。5.2齿轮齿轮传动机构的特点：齿轮机构是现代机械中应用最广泛的传动机构，用于传递空间任意两轴或多轴之间的运动和动力。齿轮传动主要优点：传动效率高，结构紧凑，工作可靠、寿命长，传动比准确。齿轮机构主要缺点：制造及安装精度要求高，价格较贵，不宜用于两轴间距离较大的场合。5.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1) 按进给系统的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动和圆锥齿轮。2) 根据机床的特点，故选择8级精度。（GB10095-88）3) 材料选择：由机械设计表101选择齿

44、轮材料为38CrMoAlA，硬度为850HBS，齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS。4) 初选齿轮齿数z=18。5) 选取螺旋角：初选螺旋角。5.2.2计算齿轮参数按齿面接触强度设计 (5-1)（1）确定公式中的各计算数值 试选Kt=1.6（2）选取齿宽系数=1（3）齿轮副材料对传动尺寸的影响系数 取（4）计算小齿轮传递转矩 (5-2)上式中为小齿轮轴所传递的功率，单位W；为小齿轮轴的转速，单位r/min 。（5）由机械设计表107选取齿宽系数（6）由机械设计表106查得材料的弹性影响系数（7）由机械设计图1021d按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限计算，齿轮的接触疲劳强度极限计算齿

45、轮分度圆直径，代入的值由计算公式得： (5-3)计算齿宽b及模数 （5-4) (5-5)取5.2.3验算齿轮的弯曲强度齿宽b=59.01，考虑齿轮安装时轴向位置的误差，为保证两齿轮沿全齿宽接触，取=59根据 (5-6)5.2.4计算主要几何参数分度圆直径 (5-7)齿顶圆直径 (5-8)全齿高 (5-9)5.2.5润滑对于湿式离合器必须保证充分的润滑。而对于干式离合器则应该严格防止浸入摩擦片，否则会影响其工作性能，是传递扭矩下降，结合时间延长；安装位置的选择也应适当，以保证正常的通风和散热，必要时可用风扇强制冷却。对于润滑油，除很好的抗老化性能外，粘度应选择适当。粘度过高，在低速情况下油膜不易

46、破裂，延长了结合时间；在高速情况下增大了空扭矩和发热。粘度过低，则不易产生油膜，产生干摩擦，降低了离合器的寿命。如果离合器中有滚动轴承，最好使用油脂润滑滚动轴承，并加以密封。润滑方式有如下几种：飞溅润滑、浸油润滑、滴油润滑、轴心润滑本次设计的方案采用的是轴心润滑方式油自离合器轴中心或无滑环式电磁离合器的不回转磁轭部分导入，借助于油压力和离心力自内向外通油。这种方式润滑和冷却效果好，因而离合器的寿命长，但结构较复杂。5.3滚动轴承滚动轴承主要承受径向载荷，也能承受一定的轴向载荷；极限转速较高，当量摩擦因数最小；高转速时可用来承受不大的纯轴向载荷；允许角偏差较小，承受冲击能力差。适用于刚性较大的轴

47、上。滚动轴承验算： 机床的一般传动轴用的滚动轴承，主要是由于疲劳破坏而失效，故应对轴承进行疲劳寿命验算。下面对按轴颈尺寸及工作状况选定的滚动轴承型号进行寿命验算： Lh=500T (5-18) 式中，Lh 额定寿命； C 滚动轴承尺寸表所示的额定动负荷N； 速度系数， = 工作情况系数；由表36可取为1.1； 寿命系数，对于球轴承：= 3 ；对于滚子轴承：=10/3 轴承的计算转速，为各轴的计算转速；Ks 寿命系数，不考虑交变载荷对材料的强化影响时：Ks = KNKnKT；KN 功率利用系数，查表为0.58；Kn 转速变化系数；查表37得0.82；KT 工作期限系数，按前面的工作期限系数计算；Kl 齿轮轮换工作系数，可由表38查得；5.4键的验算因为d1=100查机械设计手册51页表选键为查得因为L=80初选键长为60,校核所以所选键为: 装齿轮查查机械设计手册51页表选键为查得因为L=122初选键长为100,校核所以