铣削组合机床 及其传动装置设计

PAGEIIPAGEII 题目：铣削组合机床及其传动装置设计PAGEIPAGEII摘要组合铣床是根据具体情况的需要,对机床进行合理的设计,使其满足加工要求.在现代机械加工中,组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的一种高生产率机床。它具有自动化程度较高，加工质量稳定，工序高度集中等特点，因此，组合机床在大批、大量生产中得到广泛应用。目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化和柔性化方向发展。本次设计是完成对铣削组合机床及其传动装置的设计,使其满足对减荷阀体的前后两端面的切削加工.在这一设计过程中,考虑加工时切削参数,合理的选择电动机的功率,并完成对变速箱里的各级齿轮之间的传动配合的设计和转动轴的设计,充分的考虑到传动时所产生的一系列传动要求,例如:传动比,传动扭矩,传动功率等。关键词：1.传动装置,2.齿轮,3.轴ABSTRACTcombinationmillingmachineisinaccordancewiththespecificcircumstancesoftheneedsofthemachineforareasonabledesign,toenableittomeettheprocessingrequirements.Inmodernprocessingmachinery,machinetoolsportfolioisserializedandStandardizationofcomponentsforthecommonbasis,andwithasmallnumberofdedicatedcomponentsconsistingofahighproductivitymachine.Ithasafairlyhighdegreeofautomation,processing,stablequality,highlycentralizedprocesses,etc.Thus,thecombinationofalargenumberofmachinetools,massproductiontobewidelyapplied.Currently,theportfoliomachinebeingdevelopedefficient,high-precision,highautomationandflexibledirection.Thisdesigniscompletedrightcombinationmillingmachineanditstransmissiondevicedesign,makeitresponsivetothevalvebodybytheSecurityCouncilendsbeforeandafterthecutting.Inthisdesignprocess,Cuttingconsiderwhenprocessingparameters,areasonablechoiceofmotorpower,andthecompletionofthegearboxLaneatalllevelsbetweenthedrivegearwiththerotationaxisdesignandthedesign,Fullconsiderationofthedrivewhenthedriveaseriesofrequirements,suchas:transmissionratio,transmissiontorque,transmissionpower,etc..Keywords:1.Transmissiondevice,2.Gear3.Axis目录中文摘要 Ⅰ英文摘要 Ⅱ前言 1第一章组合机床概述 21.1组合机床及其特点 21.2组合机床的工艺范围及加工精度 21.3组合机床的发展趋向 3第2章机床总体设计 42.1机床总体方案设计的依据 42.1.1工件 42.1.2刀具 42.2工艺分析 42.2.1工艺方法的确定 42.2.2机床运动的确定 52.3确定切削用量 52.3.1确定工件余量 52.3.2选择切削用量 52.3.3机床参数 62.4进给驱动电动机功率的确定 8第3章传动系统设计 93.1计算传动比和分配各级传动比 93.2齿轮设计 9第4章传动件的计算的验算 184.1计算各齿轮的基本参数 184.2对齿根弯曲疲劳强度验算 184.3轴的设计 224.3.1轴Ⅰ的设计 224.3.2轴Ⅱ的设计 224.3.3轴Ⅲ的设计 234.3.4轴Ⅳ的设计 244.3.5轴Ⅴ的设计 254.4校核轴 26第5章传动装置的结构设计 295.1变速器箱体的结构设计 295.1.1箱体要具有足够的刚度 295.1.2箱体应有可靠的密封及便于传动件润滑和散热 305.1.3箱体应力求匀称、美观 305.2变速器附件的结构设计和标准件选择 30第6章结论 34参考文献 35致谢 36第1章组合机床概述PAGE28PAGE8前言毕业设计是大学生在校期间的一个重要实践性教学环节,也是对大学四年学习的一项综合检验,通过毕业设计宏观的评定我们在对专业知识的掌握情况,也是我们是否能够顺利完成学业的重要评定内容。组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的一种高效专用机床。它具有自动化程度较高，加工质量稳定，工序高度集中等特点，因此，组合机床在大批、大量生产中得到广泛应用。目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化和柔性化方向发展。本次毕业设计的题目是铣削组合铣床及其传动装置设计,通过对组合铣床的设计，训练学生综合运用专业课程和技术基础课程的基本知识并结合生产实际进行分析和解决实际工程问题的能力，使学生掌握机床设计的基本程序和方法；巩固、深化和扩展学生所学的专业课程和技术基础课程的知识，树立正确的工程设计思想；培养学生查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图、数据处理、计算机辅助设计等方面的能力。 就我个人而言，我希望能通过这次设计对自己未来将要从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。组合机床概述1.1组合机床及其特点组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它能够对一种（或几种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削等工序，生产效率高，加工质量稳定。组合机床与通用机床、其他专用机床比较，具有以下特点：（1）组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的70%～80%，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。（2）由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高，因而比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。（3）组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门工厂成批制造，因此性能稳定、工作可靠，使用和维修方便。（4）在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。（5）当被加工产品改变时，若采用的是组合机床，其大多数通用部件可以重复利用，不必另行设计和制造，节约了投资，有利于企业产品的更新换代。（6）组合机床易于组成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。组合机床常用的通用部件有：床身（侧底座）、底座（包括中间底座和立柱底座）、立柱、动力箱、动力滑台、各种工艺切削头等。对于一些按顺序加工的多工位组合机床，还具有移动工作台或回转工作台。组合机床的通用部件，绝大多数已有国家标准，并按标准所规定的名义尺寸、主参数、互换尺寸等定型，各种通用部件之间有配套关系。这样，用户可根据被加工零件的尺寸、形状和技术要求等，选用通用部件，组成不同型式的组合机床，以满足生产的需要。1.2组合机床的工艺范围及加工精度组合机床可完成的工艺有铣平面、刮平面、车端面、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、攻丝、倒角、锪窝、钻深孔、切槽等。随着综合自动化技术的发展，组合机床可完成的工艺范围也在不断扩大，除了上述工艺外，还可完成车外圆、车锥面、车弧面、切削内外螺纹、滚压孔、拉削内外圆柱面和平面、磨削、抛光、珩磨，甚至还可进行冲压、焊接、第2章机床总体设计热处理、装配、自动测量和检查等。组合机床中平面加工的加工精度简述如下：在组合机床及其自动线上常用铣削、刮削、车削（端面）和拉削等方法加工平面。铣削平面时，一般采用铣削头、滑台和滑座等通用部件，根据被加工工件的工艺要求组成单面、双面以及立式、回转台式等多种型式的组合铣床。当加工大型的箱体类工件时，一般采用铣削头固定、工件安装在工作台上移动的布局型式。这样的机床结构简单，刚性较好，加工精度较高。在加工中小型工件时，通常将铣削头组成鼓轮式组合机床或立式连续回转台式组合机床，这类机床生产效率高，加工精度较低。在组合机床上加工平面的平直度可以达到在1000毫米长度内偏差0.02～0.05毫米，表面粗糙度3.2微米。对定位基面的平行度可以保证在0.05毫米以内，到定位基面的距离（一般在500毫米以内）尺寸公差可以保证在0.05毫米以内。1.3组合机床的发展趋向一、提高通用部件的水平二、发展适应中、小批生产的组合机床三、采用新刀具四、开发自动检测技术五、扩大工艺范围第2章机床总体设计2.1机床总体方案设计的依据2.1.1工件是机床总体方案设计的重要依据，设计者必须明确工件的特点和加工要求。本次毕业设计要求设计一台组合机床，用于加工VF-6/7型空压机减荷体的两侧面，工件材料为HT200,硬度为190～210HB。加工部位是：工艺基面，其加工要求如下：1>被加工表面的表面粗糙度均为R=10；2>被加工表面的相互位置精度为：平面之间的距离为225mm；平面与φ95中心线的垂直度要求为0.03mm。2.1.2硬质合金端铣刀，牌号为YG6，铣刀盘直径为φ75～110，刀具齿数Z=4。2.2工艺分析2.2.1机床的工艺方法是多种多样的，按工种可分为车、铣、刨、钻、镗、磨、研磨、电加工、振动加工、激光加工等；每一种还可再分，如车加工有车外圆、车端面、车槽、车球面等之分；按加工精度和表面粗糙度可分为粗加工、半精加工、光整加工等；按工序集中程度可分为单刀、多刀、单工件、多工件、单工位、多工位等；按作业形式可分平行作业、顺序作业、平行-顺序作业等。工艺方法对机床的结构和性能的影响很大，工艺方法的改变常导致机床的运动、传动、布局、结构、性能以及经济效果等方面的一系列变化。加工平面的方法有很多，比如说车削，铣削，刨削。对于vf-6/7型空压机减荷阀体外形复杂，且为壳类零件，不宜装夹在车床主轴上进行加工。装夹稳定性也不高，用刨削加工时，机床需要两个运动，机床和刀具结构简单，装夹在工作台上快速，稳固，但生产率低，加工精度也达不到设计要求，用端铣刀进行铣削加工时，生产率不仅提高了，也能满足设计所要求的加工精度，且装夹快速，方便。与普通机床相比，组合机床具有生产率高，加工精度稳定，研制周期短，便于设计、制造和使用维护、成本低、自动化程度高、劳动强度低，配置灵活等特点，因此用组合机床进行加工更合理。根据减荷阀体的加工要求，采用一台组合铣床进行加工，如图所示：1-机座2-工作台3-工件4-端铣刀5-主轴箱6-变速箱7-电动机据被加工面位置，铣刀作旋转主运动，工作台作纵向进给,完成切削加工。该方案的优点是针对减荷阀设计,生产率高，加工质量稳定。2.2.2确定机床运动，指确定机床运动的数目，运动类型以及运动的执行件。本次毕业设计的组合机床的工艺方法是，用一把端铣刀直接进行加工。相应的表面成形运动为：单主轴的回转运动，工作台纵向进给运动；辅助运动为：工作台快速移近，快速退回，主轴轴向调整运动。2.3确定切削用量2.3.1Vf-6/7型空压机减荷阀体，零件材料为HT200，硬度190—210HB，生产类型大批量,毛坯为铸件。查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2～2.5,取加工余量为2.5mm(双边)。2.3.2由于被加工面的铣削宽度为175mm,需进行二次走刀，故一次走刀为90mm(宽度)，二次走刀为175-90=85mm，即：a=90mm。根据《组合机床设计简明手册》第132～133页，选择铣削切削用量。铣削用量的选择与要求的加工表面粗糙度值及其生产率有关系。当铣削表面粗糙度数值要求较低时，铣削速度应选高一些，每一齿走刀量，一次铣削4～5mm的余量达到R=1.6μm的表面粗糙度。这时每齿的进给量一般为0.02～0.03mm。根据本次设计被加工的需要，其表面粗糙度数值要求较高，加工材料为铸铁，查表6-16得：a=0.2～0.4mm/齿,V=50～80m/min,取a=0.2mm/齿。2.3.3机床主要技术参数包括主参数和基本参数，基本参数又包括尺寸参数，运动参数，动力参数。1>主轴转速的确定a、主轴最高，最低转速按照典型工序的切削速度和刀具(或工件直径、计算主轴最高转速n；最低转速n。)计算如下：n=n=(1-1)式中：n、n————主轴最高、最低转速(r/min)V、V————最高、最低切削速度(m/min)d、d————最大、最小计算直径(mm)根据《机械制造工艺金属切削机床设计指导》第69～70页，可查出以下数据：查表2.2-3取最大，最小切削速度：V=200～300m/min，取V=250m/minV=15～20m/min,取V=20m/min铣床的d、d可取使用的刀具最大、最小直径即：d=110mm,d=75mm则：n===1061.6r/min取标准数列值：n=1000r/minn===57.9r/min取标准数列值：n=56r/minb、主轴转速的合理排列最高、最低转速确定后，还需确定中间转速，选择公比，转速级数Z，则转速数列为：n=n=56r/min,n=n,n=n,n=n查标准数列，取公比=1.78(1<2)转速范围，R===17.8转速级数，Z=+1=5.99取Z=6根据本次设计的要求，主轴转速级数只需设计四级就能满足要求,故取Z=4。即：n=56，n=100,n=180,n=315(r/min)2>主运动驱动电动机功率的确定。由前面已知，本次设计的组合机床的最高转速为n=315r/min，则这时的切削速度为：V===108.8m/min<200m/min由此可见，切削速度满足要求。计算铣削工件时的切削力F=9.18×54.5a×a×a×Z×d式中：a————铣削宽度，a=90mma————铣削深度，由于是一次铣削就能达到设计尺寸，则铣削深度为工件加工余量，即a=2.5mm。a————每齿进给量，a=0.2mm/r————铣刀直径，取d=110mmZ————铣刀齿数,Z=4则：铣削力的大小为：F=9.18×54.5×90×0.2×2.5×4×110=1213.1N根据《机械制造工艺金属机床设计指导》第72页，可得切削功率公式为：切削功率P===2.2KW第2章机床总体设计PAGE13估算电动机功率P===3.14KW式中：η——主转动系统的机械效率，回转运动的机床η=0.7～0.85。选择电动机：Y112-4P=4KWn=1440r/minm=43kg2.4进给驱动电动机功率的确定进给驱动电动机功率取决于进给的有效功率和传动件的机械效率，即：N= (1-2)式中：N————进给驱动电动机功率(KW)Q————进给抗力(N)V————进给速度(m/min)η————进给传动系统的总机械效率(一般取0.15～0.2)粗略计算时，可根据进给传动与主传动所需功率之比值来估算进给驱动电机功率。对于铣床：N=0.2×N=0.2×4=0.8KW选择电动机：Y90S-4P=1.1KWn=1440r/minm=22kg第3章传动系统设计第3章传动系统设计根据已定的传动公比(=1.78)和转速级数(4级)，传动结构式为:其转速图为:3.1计算传动比和分配各级传动比传动装置的总传动比要求应为:i=(1-3)式中:n————电动机满载转速r/minn————工件机的转速r/min因为这里有四种可选转速即：56、100、180和315r/min则，不同的转速将有不同的总传动比出现：当所需转速为56r/min时：i===25.7当所需转速为100r/min时：i===14.4当所需转速为180r/min时：i===8当所需转速为315r/min时：i===4.53.2齿轮设计(1)当所需要输出转速为56r/min时，则i=25.7,各级配合如图(a)示，参考各种传动的传动比值(课程设计指导书第3页表1-8)有：多级传动总传动比i=iiii=2.5×3.5×2.94×1=25.7即:各轴转速n=n=1440r/minn===576r/minn===164.6r/minn===55.9r/minn===55.9r/min各轴功率:P=Pη=4×0.99=3.96KW(联轴器的效率η=0.99)P=Pη=3.96×0.97=3.84KW(8级精度齿轮η=0.97)P=Pη=3.84×0.97=3.73KWP=Pη=3.73×0.97=3.61KWP=Pη=3.61×0.97=3.51KW各轴转矩：T=Tiη=9550×iη=9550××1×0.99=26.26N·mTⅡ=TⅠi1η12=26.26×2.5×0.97=63.68N·mTⅢ=TⅡi2η23=63.68×3.5×0.97=216.19N·mTⅣ=TⅢi3η34=216.19×2.94×0.97=616.54N·mTⅤ=TⅣi4η45=616.54×1×0.97=598.04N·m根据已知条件，设计所需的各对齿轮：已知所要齿轮是闭式标准直齿圆柱齿轮传动，采用的是硬齿面(硬齿面硬度>315HB),材料20Cr,HRC56～62。第一对啮合的标准直齿圆柱齿轮(Ⅰ-Ⅱ之间齿轮啮合)1、初步计算转矩TⅠ=26.26N·m=26260N·mmTⅠ=26260N·mm齿宽系数ψd由《机械设计》表达12-13，取ψd=0.3接触疲劳极限σHlim由图12.17CσHlim=860MPa初步计算的施用接触应力[σH][σH]≈0.9σHlim=0.9×860[σH]=774MPaAd值由《机械设计》表12.16取Ad=85初步计算的小齿轮直径d1Ad=85×=55.4取d1=70mm2、校核计算圆周速度VV===6.03V=6.03m/s精度等级由《机械设计》表达12.6选8级精度齿数Z和模数m初取齿数Z1=22，Z2=i1Z1=2.5×22=55m=d1/Z1=70/22=3.18由表12.3,取m=3则Z1=d1/m=70/3=23.3取Z1=23Z2=i1Z1=2.5×23=57.5Z2=583、确定传动主要尺寸实际分度圆直径d因为模数取标准值时，齿数已重新确定，并圆整，故分度圆直径会改变，即：d1=mZ1=3×23=69mmd1=69mmd2=mZ2=3×58=174mmd2=174mm中心距aa==121.5a=121.5mm齿宽bb=ψdd1=0.3×69=20.7mm取b1=30mmb2=25mm第二对啮合的标准直齿圆柱齿轮(Ⅱ-Ⅲ之间的齿轮啮合)1、初步计算转矩T2=TⅡ=63680N·mm齿宽系数ψd由《机械设计》表达12-13，（非对称支承）取ψd=0.3接触疲劳极限σHlim由图12.17CσHlim=860MPa初步计算的施用接触应力[σH][σH]≈0.9σHlim=0.9×860[σH]=774MPaAd值由《机械设计》表12.16取Ad=85初步计算的小齿轮直径d1Ad=85×=57.4取d1=70mm2、校核计算圆周速度VV===2.11V=2.11m/s精度等级由《机械设计》表达12.6选8级精度齿数Z和模数m初取齿数Z1=22，Z2=i1Z1=3.5×22=77m=d1/Z1=70/22=3.18由表12.3,取m=3则Z1=d1/m=70/3=23.3取Z1=23Z2=i1Z1=3.5×23=80.5Z2=813、确定传动主要尺寸实际分度圆直径d因为模数取标准值时，齿数已重新确定，并圆整，故分度圆直径会改变，即：d1=mZ1=3×23=69mmd1=69mmd2=mZ2=3×81=243mmd2=243mm中心距aa==156a=156mm齿宽bb=ψdd1=0.3×69=20.7mm取b1=30mmb2=25mm第三对啮合的标准直齿圆柱齿轮(Ⅲ-Ⅳ之间的齿轮啮合)1、初步计算转矩T3=TⅢ=216190N·mm齿宽系数ψd由《机械设计》表达12-13（非对称支承），取ψd=0.3接触疲劳极限σHlim由图12.17CσHlim=860MPa初步计算的施用接触应力[σH][σH]≈0.9σHlim=0.9×860[σH]=774MPaAd值由《机械设计》表12.16取Ad=85初步计算的小齿轮直径d1Ad=85×=99.7取d1=100mm2、校核计算圆周速度VV===0.86V=0.86m/s精度等级由《机械设计》表达12.6选8级精度齿数Z和模数m初取齿数Z1=30，Z2=i1Z1=2.94×30=88.2m=d1/Z1=100/30=3.33由表12.3,取m=3则Z1=d1/m=100/3=33.3取Z1=33Z2=i1Z1=2.94×33=97.02Z2=973、确定传动主要尺寸实际分度圆直径d因为模数取标准值时，齿数已重新确定，并圆整，故分度圆直径会改变，即：d1=mZ1=3×33=99mmd1=99mmd2=mZ2=3×97=291mmd2=291mm中心距aa==195a=195mm齿宽bb=ψdd1=0.3×195=20.7mm取b1=30mmb2=25mm第四对啮合的标准直齿圆柱齿轮(Ⅳ-Ⅴ之间的齿轮啮合)1、初步计算转矩T4=TⅣ=616540N·mm齿宽系数ψd由《机械设计》表达12-13(非对称支承)，取ψd=0.2接触疲劳极限σHlim由《机械设计》图12.17CσHlim=860MPa初步计算的施用接触应力[σH][σH]≈0.9σHlim=0.9×860[σH]=774MPaAd值由《机械设计》表12.16取Ad=85初步计算的小齿轮直径d1Ad=85×=184.8d1=200mm2、校核计算圆周速度VV===0.59V=0.59m/s精度等级由《机械设计》表达12.6选8级精度齿数Z和模数m初取齿数Z1=64，Z2=i4Z1=1×64=64m=d1/Z1=200/64=3.13由表12.3,取m=3则Z1=d1/m=200/3=66.7取Z1=66Z2=i4Z1=1×66=66Z2=663、确定传动主要尺寸实际分度圆直径d因为模数取标准值时，齿数已重新确定，并圆整，故分度圆直径会改变，即：d1=mZ1=3×66=198mmd1=198mmd2=mZ2=3×66=198mmd2=198mm中心距aa==198a=198mm齿宽bb=ψdd1=0.2×198=39.6mm取b1=40mmb2=35mm(2)当所需要输出转速为100r/min时，则i=14.4,并知道得这一输出转速,只需Ⅱ-Ⅲ轴间的齿轮啮合变换一次即可,如右图示：则：本齿轮Z3与Z4间的传动比为：i==1.96有初步计算小齿轮直径：d1Ad=85×=69这里由前面已知的Ⅱ-Ⅲ之间的中心距为156mm，传动比为1.96即：a===得出：d1=105.4>69mm所以：取d1=105.4mmd1=105.4mm初取齿数Z1=35，Z2=1.963.5=68.6m=d1/40=105.4/35=3.01m=3则：Z1=105.4/3=35.1取Z1=35Z2=i1Z1=1.9635=68.6取Z2=69确定传动尺寸：d1=mZ1=335=105d1=105mmd2=mZ2=36=207d2=207mm齿宽：b=ψdd1=0.3105=31.5取b1=32mmb2=30mm中心距：a===156a=156mm(3)当所需要输出转速为180r/min时，则i=8,并知道得这一输出转速,只需Ⅲ-Ⅳ轴间的齿轮啮合变换一次即可,如右图示：则：本齿轮Z与Z间的传动比为：i==0.91有初步计算小齿轮直径：d1Ad=85×=132.5这里由前面已知的Ⅱ-Ⅲ之间的中心距为156mm，传动比为1.96即：a===得出:d1=205.7>132.5所以:取d1=205.7初取齿数Z1=60,Z2=0.9160=54.6m=d1/40=205.7/60=2.88m=2.88则：Z1=205.7/3=68.5取Z1=68Z2=iZ1=0.9168=61.8取Z2=62确定传动尺寸：d1=mZ1=368=204d1=204mmd2=mZ2=369=186d2=186mm齿宽：b=ψdd2=0.2186=37.2取b1=40mmb2=35mm中心距：a===195a=195mm(4)当所需要输出转速为315r/min时,其传动比(总传动比)为Ⅰ-Ⅱ轴间的传动比2.5与Ⅱ-Ⅲ间的传动比1.96,Ⅲ-Ⅳ间的传动比0.91和Ⅳ-Ⅴ轴间的传动比1的乘积即：i=2.51.960.911=4.4594.5这与前面算出的传动比i=4.5相符所以各齿轮齿数分别为:Z1=23Z2=58Z3=23Z4=81Z5=33Z6=97Z7=66Z8=66即,满足设计的要求。如下图示：根据设计的要求该铣床主运动的传动路线表达式如下:则其传动系统示意简图为：第4章传动件的计算的验算PAGE36第4章传动件的计算的验算4.1计算各齿轮的基本参数齿形角α=200(由上章计算可知每对齿轮啮合的模数m都为3，所以其基本参数应是相同的)齿顶高ha=m=3工作齿高h’=2m=6顶隙C=0.25m=0.75齿根圆角半径ρ=0.38m=1.144.2对齿根弯曲疲劳强度验算选择传动比最大的一对啮合齿轮进行验算，即：Z3与Z4之间的啮合。校核计算:圆周速度VV===2.11V=2.11m/s精度等级由《机械设计》表12.6选8级精度使用系数KA由《机械设计》表12.9KA=1.5动载系数KV由《机械设计》图12.9KV=1.15齿间载荷分配系数KHα由《机械设计》表12.10，先求：Ft===1845.8N/mm<100N/mm=[1.88-3.2(1/Z1+1/Z2)]cosβ(式12.6)=1.88-3.2(1/23+1/81)cos00=1.7=1.7Zα=0.87Zα=0.87由此可得:KHα=1/Z=/0.87KHα=1.32齿向载荷分布系数KHα由表12.11A=1.17，B=0.16,C=0.61KHα=A+B()+C1030=1.17+0.16=1.22KHα=1.22载荷系数KK=KAKVKHαKHβ=1.5=2.78K=1.78弹性系数ZE由《机械设计》表12.12ZE=节点区域系数ZH由《机械设计》图12.16ZH=2.5接触最小安全系数SHmin由《机械设计》表12.14SHmin=1.25总工作时间thth=10th=4800h(预期使用寿命10年，每年300个工作日，工作时间占20%)应力循环次数NL由表《机械设计》12.15，估计107<NL109,则指数m=8.78NL1=NV1=(式12.13)===3.34107NL1=3.34107原估计应力循环次数正确NL2=NL1/i=3.34107/3.5=0.95107NL=0.95107接触寿命系数ZN由《机械设计》图12.18ZN1=1.14ZN2=1.2许用接触应力[][]=(式12.11)==705.9[]=705.9MPa[]===743[]=743MPa验算：==736.9<[]=743=736.9MPa计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。齿根弯曲疲劳强度验算：重合度系数Y=0.25+Y=0.69齿间载荷分配系数KFα由《机械设计》表12.10，KFα=1/Y=1/0.69=1.45KFα=1.45齿向载荷分布系数KFβb/h=30/(2.252.5)=5.33由《机械设计》图12.14KFβ=1.16载荷系数KK=KAKVKFαKFβ=1.5K=2.9齿形系数YFa由《机械设计》图12.21YFa1=2.68YFa1=2.24应力修正系数Ysa由《机械设计》图12.22Ysa1=1.57Ysa2=1.78弯曲疲劳极限由《机械设计》图12.23d=810MPa=810MPa弯曲最小安全系数由《机械设计》表12.14=1.60应力循环次数NL由表《机械设计》12.15，估计36<NL1010,则指数m=49.91NL1=NV=(式12.13)===3.31107NL1=3.31107原估计应力循环次数正确NL2=NL1/i=3.31107/3.5=0.95107NL=0.95107弯曲寿命系数YN由《机械设计》图12.24YN1=0.91YN2=1.01尺寸系数YX由《机械设计》图12.25YX=1.0许用弯曲应力[][]=(式12.11)==455.6[]=455.6MPa[]===511.3[]=511.3MPa验算：==165.5<[]=455.6MPa=165.5MPa==156.8<[]=511.3MPa=156.8MPa验算满足要求；传动无严重过载，故不作静强度校核。4.3轴的设计4.3.1轴Ⅰ的设计已知该轴是一简支转轴，由电机直接输入动力，P=3.96KW，转速n=1440r/min,由直齿轮Z1输出动力。直齿轮Z1：模数m=3,齿数Z=23，接触齿宽30mm，材料20Cr。解：估算轴径，参考《机械设计》式16.2，取C=102(选择轴材料40Cr)d由于这里齿轮是直接安装在电动机轴上的,由前面已知的电动机参数,可以查《机械设计课程设计手册》表12-5查得电动机轴轴径是28mm(28>14.29mm)，满足要求。4.3.2轴Ⅱ的设计已知本轴是简支转轴，由直齿轮Z2输入动力，P2=3.84KW,转速n2=576r/min,由齿轮Z3输出动力。直齿轮Z2：模数m=3,齿数Z=58，接触齿宽b=25mm,材料20Cr；Z3：模数m=3,齿数Z=23，接触齿宽b=30mm,材料20Cr；Z3：模数m=3,齿数Z=35，接触齿宽b=30mm,材料20Cr；轴承30208：d=40mm，D=80mm,T=19.75mm，B=18mm,C=16mm。解：估算轴径，参考《机械设计》16.2，取C=102(轴材料为40Cr)d在传递动力段Z2-Z3(参考图),及轴结构设计图，下图示：4.3.3轴Ⅲ的设计已知本轴是简支转轴，由直齿轮Z4输入动力，P3=3.73KW,转速n3=164.6r/min,由齿轮Z5输出动力。直齿轮Z4：模数m=3,齿数Z=81，接触齿宽b=25mm,材料20Cr；Z4：模数m=3,齿数Z=69，接触齿宽b=25mm,材料20Cr；Z5:模数m=3,齿数Z=33，接触齿宽b=30mm,材料20Cr；Z5：模数m=3,齿数Z=68，接触齿宽b=35mm,材料20Cr；轴承30208：d=40mm，D=80mm,T=19.75mm，B=18mm,C=16mm。解：估算轴径，参考《机械设计》16.2，取C=102(轴材料为40Cr)d在传递动力段Z4-Z5(参考图),及轴结构设计图，下图示：4.3.4轴Ⅳ的设计已知本轴是简支转轴，由直齿轮Z6输入动力，P4=3.73KW,转速n4=56r/min,由齿轮Z7输出动力。直齿轮：模数m=3mm，齿数Z6=97，=62，Z7=66，其接触宽度分别为25mm,35mm,40mm，材料为20Cr。轴承30212：d=60mm，D=110mm,T=23.75mm，B=22mm,C=19mm。解：估算轴径，参考《机械设计》16.2，取C=102(轴材料为40Cr)d在传递动力段Z6-Z7(参考图),及轴结构设计图，下图示：4.3.5轴Ⅴ的设计已知本轴是简支转轴，由直齿轮Z7输入动力，P5=3.73KW,转n4=56r/min,由齿轮Z8输出动力。直齿轮：模数m=3mm，齿数Z8=66，其接触宽度40mm，材料为20Cr。轴承30212：d=60mm，D=110mm,T=23.75mm，B=22mm,C=19mm。解：估算轴径，参考《机械设计》16.2，取C=102(轴材料为40Cr)d在传递动力段Z6-Z7(参考图),及轴结构设计图，下图示4.4校核轴对轴Ⅳ进行校算(按许用弯曲应力计算)，这里只对轴Ⅳ进行校核，因为，该轴是这几根轴中受转矩最大的轴。a>轴结构图(其结构图如上页示)计算支承反力水平面反力及垂直反力因为,所以：水平面受力图(xy)受力图见图(c)垂直面受力图(xz)受力图见图(e)画弯矩图水平面弯矩图见图(d)图垂直面弯矩图见图(f)图合成弯矩图见图(g)，合成弯矩画轴转矩图轴受转矩T=T4T=616540N.mm转矩图见图(h)许用应力许用应力值用插入法由《机械设计》16.3查得应力校正系数画当量弯矩图当量转矩见图(h)当量转矩在齿轮Z7中间截面处在齿轮Z6中间截面处当量弯矩图见图(i)校核轴径齿根圆直径