双轴转台的设计说明书

1、毕业论文（设计）题 目双轴转台的设计学生姓名 e 学号 e所在学院 机械工院专业班级 e指导教师e完成地点e2009 年6 月6 日双轴转台的设计作者：e(e)指导老师：e摘要 本文以西泰克卧式力矩电机直驱的双轴转台为分析对象，采用角接触球轴承为支承方式，设计一台力 矩电机直驱的双轴转台。力矩电机转台采用的直驱技术提供了高动态特性、高精度和高可靠性。安装后无后期维护、 无精度磨损。基于简单而对称的结构设计，所有部件、电机、轴承完美的结合在一起，可获得更高的稳定性和系统 刚性。关键词五轴联动双轴转台力矩电机直驱技术iaxial turntable designe(e)tutor: eabstra

2、ct:in this paper, cytec horizontal biaxial torque motor direct drive turntable is analyzed, using angular contactball bearings to support the way, the design of a direct-drive torque motor biaxial turntable. torque direct drive motor technology uses a turntable provides a highly dynamic, high precis

3、ion and high reliability. no post-maintenance after installation, no precision wear. based on a simple and symmetrical design, all components, motors, bearings perfectly together, get a higher system stability and rigidity.key words: five-axis ； biaxial turntable ； torque motor ； direct drive techno

4、logy引言这次课程设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。通过机电一体化课程设计设 计，可树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，实现由学生向工程技术人员的过渡。使学生进 一步巩固和加深对所学的知识，使之系统化、综合化。培养学生独立工作、独立思考和综合运用所 学知识的技能，提高解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，从而扩大、深化所学的专业知 识和技能。培养学生的设计计算、工程绘图、实验研究、数据处理、查阅文献、外文资料的阅读与 翻译、计算机应用、文字表达等基本工作实践能力，使学生初步掌握科学研

5、究的基本方法和思路。使学生学会初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法手段，树立做事严谨、严肃认真、一 丝不苟、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识和团结协作的工作作风。数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造术、微电子技术、信息处理技术等多科学交叉的综合技术，是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术。采用直驱电机的数控机床控制技术已在不同种类的机床上得到应用。直驱电机及其驱动控制系统在技术上已日趋成熟， 具有传统传动装置无法比拟的优越性能。过去人们所担心的直线电机推力小、体积大、温升高、可靠性差、不安全、难安装、难防护等问题，随着电机制造技术的

6、改进，有关问 题相应解决。而驱动与控制技术的发展又为其性能拓展和安全性提供了保证。选择合适的直驱电机 及驱动控制系统，配以合理的机床设计，完全可以设计制造出高性能、高可靠性的数控机床。数控机床正在向精密、高速、复合、智能、环保的方向发展。精密和高速加工对传动及其控 制提出了更高的要求，更高的动态特性和控制精度，更高的进给速度和加速度，更低的振动噪声和 更小的磨损。问题的症结在传统的传动链从作为动大的转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、 摩擦、振动、噪声及磨损力源的电动机到工作部件要通过齿轮、蜗轮副，皮带、丝杠副、联轴器、 离合器等中间传动环节，在些环节中产生了较。虽然在这些方面通过不断的改

7、进使传动性能有所提 高，但问题很难从根本上解决，于出现了 “直接传动”的概念，即取消从电动机到工作部件之间的 各种中间环节。随着电机及其驱动控制技术的发展，电主轴、直线电机、力矩电机的出现和技术的 日益成熟，使主轴、直线和旋转坐标运动的“直接传动”概念变为现实，并日益显示其巨大的优越 性。力矩电机的应用，使机床的传动结构出现了重大变化，并使机床性能有了新的飞跃。1五轴联动加工技术与双轴转台 11.1 五轴联动机床发展11.2 五轴联动机床的种类及特点 11.2.1 立式五轴加工中心11.2.2 卧式五轴加工中心31.3 直驱技术的发展41.4 双轴回转工作台51.4.1 双轴回转工作台的特点

8、51.4.2 双轴回转工作台的功用 61.4.3 双轴转台的组成62双轴转台整体布局 错误！未定义书签2.1 主要参数要求 错误！未定义书签2.2 转台的选择 错误！未定义书签2.3 驱动元件的联接方式 错误！未定义书签2.4 转台驱动元件的选择错误！未定义书签2.5 转台测量元件选择 错误！未定义书签2.6 双轴转台设计简图 错误！未定义书签3双轴转台的结构设计与电机选择 错误！未定义书签3.1 力矩电动机的选择 错误！未定义书签3.2 转台的设计错误！未定义书签3.3 轴的强度校核计算3.4 轴的刚度校核计算3.5 支撑元件的选型.错误！未定义书签。14错误！未定义书签。3.6连接元件错误

9、！未定义书签3.7轴径的估算3.8 限位与锁紧装置3.9 走线与导电环.4总结与展望致谢参考文献附录错误！未定义书签。错误！未定义书签错误！未定义书签21错误！未定义书签,错误！未定义书签,v1五轴联动加工技术与双轴转台五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲的机床，这种机床系统对 一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业，有着举足轻重的影响力， 堪称制造业之灵魂五轴联动技术是我国走向强国的关键技术，尤其是把我国从制造大国转变成制造强国的基石，因为制造业包括的范围很广领域较多，所以针对不同的工件则需要具有不同特点的 设备，其中五轴联动机床的布局方案较

10、多，各有各的优缺点。1.1 五轴联动机床发展五轴联动机床，满足空间曲面及任意轮廓的加工，一次装夹完成大量的加工工序，保证精度 要求。特别航空领域加工工艺的要求，对五轴联动机床提出多轴联动的同时，还要求机床主轴有 较高的转速，因而在五轴联动机床上还应用了诸如高速主轴、高速控制系统、先进刀具技术等， 首先是采用直线电机驱动技术。经过十几年的发展，直线电机技术已经非常成熟。其次是采用双驱动技术。对于较宽工作台或龙门架型式 ，如果采用中间驱动，实际无法保证驱动力在中心 ，容易造成 倾斜，使得动态性能较差。使用双驱动 ，能使动态性能非常完美。1.2 五轴联动机床的种类及特点五轴联动机床有立式、卧式和摇篮

11、式、nc工作台、c工作台+nc分度头、c工作台十90ob轴c工作台+45ob轴、c工作台+a轴、轴nc主轴等类型。如（图 1）2uh 依台* w bzu工作片& mr1.2.1 立式五轴加工中心这类加工中心是工作台回转轴。设置在床身上的工作台可以环图2立式双轴回转工作台绕x轴回转，定义为 a轴，a轴一般工作范围30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台， 在图示的位置上环绕 z轴回转，定义为 c轴，c轴都是360度回转。这样通过 a轴与c轴的组合， 固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。a轴和c轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分

12、成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。a轴和c轴如与xyz三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系 统以及软件的支持。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较 低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当a轴回转大于等于 90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。另一种是依靠立式主轴头的回转。主轴前端是一个回转头，能自行环绕 z轴360度，成为c轴, 回转头上还带可环绕 x轴旋转的a轴，一般可达土 90度以上，实现上述同样的功能。这种设置方式 的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发

13、动机壳都可 以在这类加工中心上加工。这种设计还有一大优点：我们在使用球面铳刀加工曲面时，当刀具中心 线垂直于加工面时，由于球面铳刀的顶点线速度为零，顶点切出的工件表面质量会很差，采用主轴 回转的设计，图3主轴回转的立式五轴加工中心令主轴相对工件转过一个角度，使球面铳刀避开顶点切削，保证有一定的线速度，可提高表面 加工质量。这种结构非常受模具高精度曲面加工的欢迎，这是工作台回转式加工中心难以做到的。 为了达到回转的高精度，高档的回转轴还配置了圆光栅尺反馈，分度精度都在几秒以内，当然这类 主轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高。立式加工中心的主轴重力向下，轴承高速空运转的径向受力是均等的，回转特性

14、很好，因此可提高转速，一般高速可达 1,2000r/min以上，实用的最高转速已达到 4,0000转。主轴系统都配有循 环冷却装置，循环冷却油带走高速回转产生的热量，通过制冷器降到合适的温度，再流回主轴系统。x、y、z三直线轴也可采用直线光栅尺反馈，双向定位精度在微米级以内。由于快速进给达到4060m/min以上，x、y、z轴的滚珠丝杠大多采用中心式冷却，同主轴系统一样，由经过制冷的循环油 流过滚珠丝杠的中心，带走热量。1.2.2 卧式五轴加工中心此类加工中心的回转轴也有两种方式，一种是卧式主轴摆动作为一个回转轴，再加上工作台的 一个回转轴，实现五轴联动加工。这种设置方式简便灵活，如需要主轴立

15、、卧转换，工作台只需分 度定位，即可简单地配置为立、卧转换的三轴加工中心。由主轴立、卧转换配合工作台分度，对工 件实现五面体加工，制造成本降低，又非常实用。也可对工作台设置数控轴，最小分度值0.001度,但不作联动，成为立、卧转换的四轴加工中心，适应不同加工要求，价格非常具有竞争力。4卧式双轴回转工作台另一种为传统的工作台回转轴 （图），设置在床身上的工作台a轴一般工作范围20度至-100度。工作台的中间也设有一个回转台b轴，b轴可双向360度回转。这种卧式五轴加工中心的联动特性比第一种方式好，常用于加工大型叶轮的复杂曲面。回转轴也可配置圆光栅尺反馈，分度精度达到 几秒，当然这种回转轴结构比较

16、复杂，价格也昂贵。目前卧式加工中心工作台可以做到大于1.25m2,对第一种五轴设置方式没有什么影响。但是第二种五轴设置方式比较困难，因为1.25m2的工作台做a轴的回转，还要与工作台中间的 b轴回转台联动确实勉为其难。卧式加工中心的主轴转速一般在10,000rpm以上，由于卧式设置的主轴在径向有自重力，轴承高速空运转时径向受力不均等，加上还要采用较大的bt50刀柄，一般最高可达20,000rpm。卧式加工中心快速进给达到3060m/min以上，主轴电机功率 22-40kw以上，刀库容量按需要可从40把增加到160把，加工能力远远超过一般立式加工中心，是重型机械加工的首选。加工中心大多可设计成双

17、工作台交换，当一个工作台在加工区内运行，另一工作台则在加工区 外更换工件，为下一个工件的加工做准备，工作台交换的时间视工作台大小，从几秒到几十秒即可 完成。最新设计的加工中心考虑到结构上要适合组成模块式制造单元（ fmc和柔性生产线（fms , 模块式制造单元一般至少有两台加工中心和四个交换工作台组成，加工中心全部并排放置，交换工 作台在机床前一字形排开，交换工作台多的可以排成两行、甚至双层设计。两边各有一个工位作为 上下工件的位置，其余工位上的交换工作台安装着工件等待加工，有一辆小车会按照系统指令，把 装着工件的交换工作台送进加工中心，或从加工中心上取出完成加工的交换工作台，送到下一个工 位

18、或直接送到下料工位，完成整个加工操作。柔性生产线除了小车、交换工作台之外，还有统一的 刀具库，一般会有几百把刀具，在系统中存入刀具的身份编码信息，再通过刀具输送系统送进加工 中心，并把用完的刀具取回，柔性生产线往往还需要一台fms的控制器来指挥运行。1.3 直驱技术的发展采用直驱技术制造回转功能部件目前已经成为国际机床产业的发展趋势，直驱功能部件包括直 驱式转台、摆角铳头等。直驱技术即采用大推力力矩电机或直线电机替代原有的包括齿轮传动、蜗 轮蜗杆传动、滚珠丝杠传动，即用电气传动替代机械传动。直驱技术具有精度高（精度直接取决于 控制技术和传感技术）、速度快（直线电机可达100m/min,力矩电机

19、可达500rpm）、无磨损（没有机械磨损）、无间隙（没有机械物理间隙）、受力状态优良（区域出力，没有点接触和线接触受力 环节）等优势。采用直驱技术设计的回转功能部件，机械结构简单、精度高、速度快，是三轴数控 机床向高档5轴数控机床产业升级的关键功能部件。在直驱技术日益成熟的条件下，国际主流机床厂商迅速推出采用直驱技术的机床产品，而且其应用水平的提升呈加速趋势。目前，处于世界机床产销量前几位的dmg mazak森精机等公司均开始大量改用直驱功能部件。dmg在其主流万能车床产品体系ctx gamma系列车削中心中采用力矩电机驱动的单摆角铳头。mazak1开发出应用于龙门加工中心的直驱双摆角铳头。森

20、精机在nt系列复合加工机床上采用力矩电机驱动的摆角铳头；在nmv（列加工中心采用力矩电机作为转台驱动。fanuc公司的纳米级的 robonan俣列加工中心直线运动和回转运动均采用直驱技术，该系列加工中心尚 不对日本以外的国家销售。德国f. zimmerman公司不仅提供机床和直驱摆角铳头产品，还拥有 3旋转座标摆角铳头的专利。 同时国际上还产生了一批专业从事直驱功能部件的制造商，如德国的cytec和ksl为机床厂配套直驱转台和摆角铳头产品。3图5力矩电动机直接驱动的摆头图6采用力矩电动机的双轴转台：i"我国直驱技术的发展与国际水平有很大差距。自2005年起国内就开展了以力矩电机为核心

21、驱动元件的转台的技术研究和产品开发，但大多尚停留在产品样机阶段。在力矩电机相关技术领域，国 内与国外也存在较大差距。国际上90年代初开始应用，现在进入普及阶段。国内90年代中期才开始研究，而成功的应用还比较少。包括凯奇电气、华中数控都展出过样机，均未形成批量产品。哈 尔滨工业大学、沈阳工业大学都在力矩电机设计和应用方面开展了许多研究工作，也为社会小批量 提供了一些力矩电机产品，大多配置德国科比的驱动器。2009年北京cimt上，烟台环球展出了应用西门子力矩电机的转台样机。目前，仅有大连光洋科技工程有限公司可以提供系列化力矩电机及 其配套驱动产品。大连光洋自2005年开始进行可行性技术分析和市场

22、，经过 1年的论证，于2006年正式启动直驱关键功能部件（摆角铳头、回转工作台）开发项目，采取了与哈尔滨工业大学合作 开发模式。哈尔滨工业大学在电机理论及设计技术处于国内领先地位，具有较好的技术基础。光洋 公司于2007年8月完成力矩电机的设计和制造，2007年10月完成了基于该电机的单轴精密转台样机设计和制造，同时完成了高分辨率（6700万线/转）、高精度（土 3.6角秒）的总线式力矩电机伺服驱动器样机。近年来，光洋公司与沈阳工业大学联合设计新一代力矩电机及其伺服驱动装置系列 化产品。光洋公司在仔细研究国外几种典型直驱功能部件产品的基础上，结合自身特点及优势，已 经完成了直驱双摆铳头、单摆铳

23、头、单轴转台、双轴转台的结构设计。目前光洋公司完成了系列化 直驱功能部件样机制造，部分型号产品进入批量化制造阶段。1.4 双轴回转工作台双轴回转工作台是五轴联动的基础，它能够实现回转轴和摆动轴的两坐标定位。在三轴联动的 数控铳床上增加了双轴回转工作台，并通过数控改造使之成为五轴数控铳床，是扩展机床使用功能 的简捷方式。1.4.1 双轴回转工作台的特点装有双轴回转工作台不仅可使刀具相对于工件的位置任意可控，而且刀具轴线相对于工件的方向也在一定范围内任意可控，由此使的五轴联动机床加工具有以下特点：a.可避免刀具干涉，加工普通三坐标机床难以加工的复杂零件，加工适应性广。b.对于直纹面类零件，可采用侧

24、铳方式一刀成型，加工质量好、效率高。c.对一般立体型面特别是较为平坦的大型表面，可用大直径端铳刀端面逼近表面进行加工，走刀次数少，残余高度小，可大大提高加工效率与表面质量。d.对工件上的多个空间表面可一次装夹进行多面、多工序加工，加工效率高并有利于提高各表面的相互位置精度。e.五轴加工时，刀具相对于工件表面可处于最有效的切削状态。例如使用球头刀时可避免球头底部切削，利于提高加工效率。同时，由于切削状态可保持不变，刀具受力情况一致，变形一致，可 使整个零件表面上的误差分布比较均匀，这对于保证某些高速回转零件的平衡性能具有重要作用。f. 在某些加工场合，如空间受到限制的通道加工或组合曲面的过渡区域

25、加工，可采用较大尺寸的刀具避开干涉，刀具刚性好，有利于提高加工效率与精度。现在，大家普遍认为，五轴联动数控 机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等加工的唯一手段。所以，每当人们在设计、研制复杂曲面遇到无法解决的难题时，往往转向求助于五轴数控系统。(a)(b)图71.4.2 双轴回转工作台的功用数控机床加工某些零件时，除需要有沿x、y、z三个坐标轴的直线进给运动之外，还需要有绕x、 y、z三个坐标轴的圆周进给运动，分别称为a b、c轴。安装双回转轴工作台的五轴联动机床也称 五坐标机床，它是在三个平动轴（沿x、y、z轴的直线运动）的基础上增加了两个转动轴

26、 （能实现绕 x轴、z轴旋转运动,即a轴和c轴），双轴回转工作台实现了 a轴和c轴的转动。 设置在床身上 的工作台可以环绕 x轴回转，定义为 a轴，a轴一般工作范围有限，并非 360度。工作台的中间还 设有一个回转台，环绕 z轴回转，定义为 c轴，c轴都是360度回转。这样五轴联动机床实现五轴 联动的关键就在于双回转轴工作台。1.4.3 双轴转台的组成以crt/400/hv型双轴转台为例，它是由力矩电机、箱体、中心轴、轴承、转盘、左支轴、旋转编码器、基座、轴承座、支座轴等组成。两个旋转编码器分别位于与工作台固接的轴端和支撑座 的尾端，能将旋转后的位置准确的反馈回系统。图8 crt/400/hv

27、型双轴转台2.电机选择2.1 电动机选择（倒数第三页里有东东）2.1.1 选择电动机类型2.1.2 选择电动机容量电动机所需工作功率为:pd_ pw一 n ;11pw工作机所需功率pw为:fv1000 '传动装置的总效率为:n ="/234 ；传动滚筒滚动轴承效率闭式齿轮传动效率联轴器效率 代入数值得：i =0.96n2n3n4= 0.96=0.97= 0.99fv= 12 3 4 = 0.96 0.994 0.972 0.992 = 0.8 所需电动机功率为：10000 40 kw=10.52kw10000.8 1000 60p&略大于pd即可。选用同步转速1460

28、r/min ; 4级；型号 y160m-4.功率为11kw2.1.3 确定电动机转速取滚筒直径d = 500mmnw60 1000v125.6r/ min500 二1.分配传动比(1)总传动比=11.62nw125.6(2)分配动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比ioi = .1.4i =4.03则低速级的传动比i 11.622i12 = = = 2.88i014.032.1.4电机端盖组装cad截图图2.1.4电机端盖2.2运动和动力参数计算2.2.1 电动机轴po = pd =10.52kw no =nm =1460r/min t0 =9550 p0 =68.81n m no2

29、.2.2 高速轴 pr pd 4=10.41kw n1 =nm=1460r /minti= 955ob =9550n110.4168.09n14602.2.3中间轴p2 = p1 01=p0 2 3 = 10.52 0." 0.97=10.10kwn2 =n1i 011460r / min =362.2r/min4.03t2p2二 95502 =9550n210.10-263.6 n362.22.2.4低速轴p3 = p2 02 =p1 2 3=10.10 o. 0.97 =9.69kwn3弋二篝:125.76r/mint3p39.69=95503-n3125.769550 = 73

30、5.8n mp42.2.5滚筒轴=p3 03 = p2 24 = 9.69 0.99 0.99 = 9.49kwn4 = n2 =125.76r/min i 23p49.49t4 = 95504 =9550-720 n1 4n4125.76103.齿轮计算3.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1按传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。2绞车为一般工作机器，速度不高，故选用 7级精度(gb 10095-88)。3材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40cr (调质)，硬度为280 hbs大齿轮 材料为45钢(调质)硬度为240 hbs,二者材料硬度差为40 hbs4选小齿轮齿数z1 =24,大齿

31、轮齿数z2 =24父4.03 = 96.76。取z2 = 975初选螺旋角。初选螺旋角=14 "3.2 按齿面接触强度设计由机械设计设计计算公式(10-21)进行试算，即39dit3.2.1 确定公式内的各计算数值(1)试选载荷系数kt =1.61(2)由机械设计第八版图10-30选取区域系数zh =2.433。(3)由机械设计第八版图10-26查得。=0.78,气j.65。(4)计算小齿轮传递的转矩。t1 =95.5 105 p0n195.5 105 10.4114604.n.mm = 6.8 10 n.mm(5)由机械设计第八版表10-7选取齿宽系数 露=1(6)由机械设计第八版

32、表10-6查得材料的弹性影响系数ze=189.8mpa(7)由机械设计第八版图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限仃hlim1 =600mpa ;大齿轮的接触疲劳强度极限hlim2 = 500mpa 013计算应力循环次数。_9n1 =60nljlh -60 1460 1 2 8 300 15-6.3 109n2 =-nr =1.56 1094.03(9)由机械设计第八版图(10-19)取接触疲劳寿命系数khni =0.90;khn2 =0.95 。(10)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数s=1,由机械设计第八版式(10-12)得i 1 = khn1 0lim1 =

33、。9 600mpa =540mpa si 2 = khn2；-、2 =0.95 550mpa =522.5mpa s(11)许用接触应力-h-h 22= 531.25mpa3.2.2 计算(1)试算小齿轮分度圆直径d1td1t=32ktt0 , 1 zhze = 3 16.46 104 0.862 =3 0.7396 16.46 104 =3 121.738 10=49.56mm(2)计算圆周速度v0二 dm一 60 1000二 1460 49.5660 1000= 3.78m/s(3)计算齿宽及模数_ d 11cos mnt 一=49.56 mmz1d1tcosz=2mm49.56 cos1

34、4 _ 49.56 0.9724=24h=2.25mnt =2.25 2=4.5mmbh =49.56/4.5=11.01(4)计算纵向重合度；=0.318dzitan=0.318 1 24 tan14 =20.73(5)计算载荷系数ko已知使用系数kai根据v= 7.6 m/s,7级精度，由机械设计第八版图10-8查 得动载系数k"1"1;由机械设计第八版表10-4查得大电勺值与齿轮白相同，故khp=1.42;由机械设计第八版图10-13查得k f° =1.35由机械设计第八版表10-3查得k恤=khp = 1.4 .故载荷系数k =kakvkh：kh?t 1.

35、11 1.4 1.42=2.2(6)按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式(10-10a)得d1 =dtk2.23 49.56 3 kt11.6= 49.56 31375 = 55.11mmmb =d1cos 55.11 cos14 0.97 55.112424=2.22mm3.3按齿根弯曲强度设计由式(10-17)mn 3_ _ _2 -2kyecos_2d z1 ； ：.yfa ysa ff 丁3.3.1确定计算参数(1)计算载荷系数。k =kakvk f：,k 厂=1. 11 1.4 1.35=2.09(2)根据纵向重合度 影响系数y=0.88:=1.903,从机械设计第八版图10-

36、28查得螺旋角(7)计算模数(3)计算当量齿数。_ zzvi -3cos243cos142430.972426.370.91zv2 二一z23 cos973cos1497=106.590.91(4)查齿形系数。由表 10-5 查得 yfa1 =2.57;yfa2 = 2.18(5)查取应力校正系数。由机械设计第八版表10-5查得丫$幻=1.6;ysa2 = 1.79(6)由机械设计第八版图10-24c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 3 fe1 =500mpa ；大齿轮的弯曲强度极限0 fe2 =380mpa .(7)由机械设计第八版图 10-18取弯曲疲劳寿命系数kfn1 = 0.85 ,kfn

37、2=0.88. ?(8)计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数s= 1.4，由机械设计第八版式(10-12)得i _ k fn 1-' fe1曙mpa,1 kfn2fe2 0.88 380i = kfn2 - fe2 =mpa = 238.86mpaf 2 s1.4(9)计算大、小齿轮的yfaysa并加以比较。mnyfa1ysa1-f 12.592 1.596 八 =0.1363303.57yfa2ysa22.211 1.774yfa2 y sa2 = =0.01642.238.86f 2由此可知大齿轮的数值大。3.3.2设计计算422 2.10 6.8 10 0.88 (cos14

38、 )2_ 320.01642mm = 3 4.342 0 97 mm = 3 4.085 = 124 *1.650.97.59 m对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于由齿面齿根弯曲疲劳强度计算 的法面模数，取 mn=2,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度得的分度圆直径 100.677mm 来计算应有的齿数。于是由d1cos 55.11 cos141 = = 26.73mn取 z1 = 27,则 z2 = 27父4.03=108.81 取 z2 =109;3.4几何尺寸计算a=3.4.1 计算中心距zi z2 mn _ (27 109) 2 _ 13

39、6=140.2mm2 cos140.97将中以距圆整为141mm.3.4.2 按圆整后的中心距修正螺旋角- = arccoszz2)mn = arccos-)- = arccos0.97 = 14.06 2a2 140.2因口值改变不多，故参数名a、卜氏zh 等不必修正。3.4.3 计算大、小齿轮的分度圆直径dizi mn =27 2cos : cos1454二55 m m0.97d2二 z2mncos :109 2218cos14 0.97=224 mma d1 d2 a55 2242=139.5mm3.4.4 计算齿轮宽度b = dd1 =1 55.67 =55mm圆整后取 b2 =56m

40、m； b1 =61mm.低速级取 m=3; z3 = 30;由 i12 =z =2.88zz4 =2.88父30 =86.4取 z4 =87d3 = m z3 = 3 30 = 90md4 =mz4 =3 87 = 261mmd3 d4 90 261仃 ca = =mm = 175.5mm22b = dd3 " 90mm = 90mm圆整后取 b4 =90mm，b3 =95mm表1高速级齿轮:名 称代号计算公式小齿轮大齿轮模数m22压力角a2020分度圆 直径dd1 = mz1 =2 m 27=54d2 = mz2=2x 109=218齿顶局haha1 = ha2 = ham=1：2

41、=2齿根高hfhfi = hf2 = (ha，c )m=(1 + *父2齿全高h3*hl= h2=(2ha+c)m齿顶圆 直径da*dal =(zl+2ha)m*da2 = (z2 + 2 ha)m表2低速级齿轮:名 称代号计算公式小齿轮大齿轮模数m33压力角a2020分度圆 直径dd1 = mz1 =3父27=54d2 = mz2=2x 109=218齿顶局haha1=ha2 = ham=1m2=2齿根高hfhfi = hf2 =(ha + c")m = (1 + c*)m2齿全高h中1*h1=h2=(2ha c)m齿顶圆 直径da*da1 =(z1*2ha)m*da2 =(z2

42、+2ha)m4.轴的设计4.1 低速轴4.1.1 求输出轴上的功率p3转速降和转矩丁3若取每级齿轮的传动的效率，则p3 = p2 02 = pl 2 3=10.10 0.990.97 =9.69kwi 12362.22.88=125.76r/mint3p3=95503n39.69 9550 = 735.842n m125.764.1.2求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为d 4 = m z4 = 4 101 = 404mmft_ 2t3 _ 2 735.8 1000二 d4 =404=3642ntan :f=fb= 3642tan20cos14= 36420.36390.97=1

43、366nfa = fttan： = 3642 tan14 = 908n圆周力ft ,径向力f r及轴向力f a的4.1.3 初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢，调质处理.根据机械设计第八版表15-3,取a0 =112dminz p3n3= 112 3 9.69,125.76于是得= 112 3 0.077 = 47.64mm输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径d12.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号.联轴器的计算转矩tca = kat3,查表考虑到转矩变化很小，故取ka = 1.3 ,则：tca = k at3 = 1.3

44、735842n mm = 9565946n mm按照计算转矩t ca应小于联轴器公称转矩的条件，查标准gb/t 5014-2003或手册,选用lx4型弹性柱销联轴器，其公称转矩为2500000n mm .半联轴器的孔径di=55mm ,故取度l1二84mmdu=50mm,半联轴器长度l=112mm,半联轴器与轴配合的毂孔长4.1.4 轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案图4-1（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）根据联轴器d12=50mm，l12=84mm=为了满足半联轴器的轴向定位要示求,1-2轴 段右端需制出一轴肩，故取2-3段的直径d2二=62mm ;左端用轴端挡圈，按

45、轴端直径取 挡圈直径d=65mn<联轴器与轴配合的毂孔长度 l1 = 84mm,为了保证轴端挡圈只压在 半联轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比l1略短一些，现取l»=82mm2）初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据d2二二62mm由轴承产品目录中初步选取 0基本游子隙 组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30313。其尺寸为dmd><t=65mm140mm 36mm故 33=6 二=65mm ；而 l5q=54.5mm，d5w = 82mm。3）取安装齿轮处的轴段4-5段的直径dy 二 70mm

46、；齿轮的右端与左轴承之间采 用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为90mm为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应 略短于轮毂宽度，故取ly=85mm 。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度h0.07d , 故取h=6mm ,则轴环处的直径d5w = 82mm 。轴环宽度b -1.4h ,取l5* = 60.5mm。4）轴承端盖的总宽度为20mm；由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端 盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mnr| 故取 l2? = 40.57mm低速轴的相关参数：表4-1功率p39.69kw转速小125.76r/min转矩t3735.

47、842n m1-2段轴长l 1_284mm1-2段直径d1二50mm2-3段轴长l 2 j340.57mm2-3段直径d2当62mm3-4段轴长l 349.5mm3-4段直径d365mm4-5段轴长l 4_585mm4-5段直径d-70mm5-6段轴长l 5_660.5mm5-6段直径d5上82mm6-7段轴长l 6，54.5mm6-7段直径d6 j65mm(3)轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按d4，查表查得平键截面b*h=20mm父12mm,键槽用键槽铳刀加工，长为l=63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有h 7良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 二 ；同

48、样，半联轴器与轴的连接，选n6h 7用平键为14mmm9mmm70mm,半联轴命与轴的配合为 。慑动轴承与轴的周向止包 k6是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6o4.2 中间轴4.2.1 求输出轴上的功率p2转速n2和转矩t2p2 = pl 01 = p0 2 3 = 10.52 0." 0.97=100kwn2 ; n1 i 011460r/min4.03=362.2r/mint2= 9550p2= 9550n210.10362.2=263.6n4.2.2 求作用在齿轮上的力(1)因已知低速级小齿轮的分度圆直径为:d 3 = m z3 = 4 35 = 140mmft_2

49、tz2 263.6 1000 八 二 3765nfd3 tan-ft :ncos -140= 3765 tan20 = 3765 0.3639 = 1412ncos140.97fafttanp =1412mtan = 352n(2)因已知高速级大齿轮的分度圆直径为:d2 = mz2 =3 133 = 399mmft=/22 263.6 10001321nd2399tan 二fn = 1321 tan20 =1321cos140.3639二495n0.97fa = fttan? =495 tan14' -123n4.2.3 初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为4

50、5钢，调质处理.根据表15-3，取= 112 3 0.027 = 33.6mm轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径d12u图4-24.2.4 初步选择滚动轴承.(1)因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作 要求并根据ds=35mm,由轴承产品目录中初步选取 0基本游子隙组、标准精度级的 单列圆锥滚子轴承。其尺寸为dxd*t=35mm m72mmm 18.25mm,故1二=d5_6 = 35mm, i 以=31.8mm； 5 -6(2)取安装低速级小齿轮处的轴段 2-3段的直径d2j3 = 45mm 一 = 29.8mm ;齿 轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知

51、齿轮轮毂的宽度为95mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取=90mm o齿轮的右端采用轴肩 定位，轴肩高度h之0.07d ,故取h=6mm,则轴环处的直径。轴环宽度 b之1.4h ,取 13工=12mm。(3)取安装高速级大齿轮的轴段4-5段的直径d 4=45mm齿轮的右端与右端轴承 之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为 56mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮， 此轴段应略短于轮毂宽度，故取14=51mm。4.2.5 轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按d4查表查得平键截面b*h=22mm父14mm。键槽用键槽铳刀加工，长为63mm,同时

52、为了保证齿轮与轴配合有良 好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键 为14mmm9mmm70mm,半联轴器与轴的配合为 。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡 配合来保证的，此处选轴的直径公差为 m6o中间轴的参数：表4-2功率p210.10kw转速作362.2r/min转矩t2263.6 n m1-2段轴长1 1-229.3mm1-2段直径d1/25mm2-3段轴长l 290mm2-3段直径d245mm3-4段轴长l3412mm3-4段直径d3457mm4-5段轴长l 4.551mm4-5段直径d-45mm4.3高速轴4.3.1 求输出轴上的功率p1转速n1和转

53、矩t1若取每级齿轮的传动的效率，则p = pd 4=10.41kwn = nm = 1460r /minp110.41= 9550955068.09n mn114604.3.2 求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为d1 - m z1 - 3 24 = 72 mmft=1891.38n2tl _ 2 68.09 1000d1 :72tan： ntan200.3639n =1891.38=1891.38709.55nf r f t cos -cos140.97fa = f ttanp =1891.38mtan14* = 1891.38m0.249 = 470.95n4.3.3 初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢，调质处理.根据表15-3，取a0 =112，于是得:dminnr3 p1 ni= 11210.411460= 112 3 7.13*1 0-3 =