x52k立铣床说明书修订稿

陕西理工学院毕业设计论文

X52K立式铣床立铣头设计

郑 巍

（陕西理工机械学院机械设计制造及其自动化专业机自专升本061班，陕西 汉中 723003）

指导教师：张政武（副教授）

［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。

［关键词］ 铣床 进给转速图 传动系统图 立铣头装配图

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X52K vertical milling machine legislation Xitou

Zheng wei

（Grade04,Class061,Major Mechanical Design and Manufacturing Automation

，Mechanical engineering institute Dept.，Shaanxi University of Technology，HanZhong 723003，Shaanxi）

tutor: Zhang Zheng Wu

【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 machine, milling machine has become today's 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 milling 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 transmission 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】 Milling machine Progressive plans to speed Transmission System plans

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1．前 言

1．1概述

图1

X52k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。

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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

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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，

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2.2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 = 18

2、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，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轮变速。

主轴变速系统一般由动力源、变速机构。

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

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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、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。

2.2.2确定极限转速

查机床设计手册：nmax?1500rmin，nmin?30rmin。

2.2.3确定公比

查表得??1.26，转速数列为：30、37.5、47.5、60、75、95、118、150、190、235、300、375、475、600、750、950、1180、1500。

2.2.4求出主轴转速级数

z?lgRn?1，z?18 lg?2.2.5绘制转速图

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图2.1

2.2.6应该注意的问题

（1）主轴高速转速范围的转动比排列，可采用先降速后升速的传动。 （2）主轴高速传动时，应缩短传动链，以减少传动副数。 （3）不采用噪声大的锥齿轮传动副。

（4）前边的变速组中的降速传动比不宜采用极限值umin?尺寸。

1，以避免增加经向42.3铣削三要素与计算 2.3.1铣削三要素：

铣削速度V：铣削速度即为铣刀最大直径处的线速度，可用下式表示：

V=πDn/1000*60（m/s）

式中，D为铣刀直径（mm）；n为铣刀每分钟的转数（r/min）。

2.3.2进给量

铣削进给量有三种表示方式：

（1）每齿进给量af（mm/z） 指铣刀每转过一个刀齿时，工件沿进给方向所移动的距离。

（2）每转进给量f（mm/r） 指铣刀每转一转，工件沿进给方向所移动的距离。

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（3）进给速度Vf（mm/min） 铣刀每转一分钟，工件沿进给方向所移动的距离。 这三种进给量相互关联，但用途有所不同；每齿进给量是进给量选择的依据；每转进给量反映了进给量与铣刀转速之间的对应关系；而每分钟进给量则是调整机床的使用数据。在实际生产中，按每分钟进给量来调整机床进给量的大小。上述三种进给量的关系如下：

Vf=f3n=af3z3n

式中，n—铣刀每分钟转数（r/min）；

z—铣刀齿数。

2.3.3切削深度

机床主运动驱动电机功率P为：P=Pc+Pi+Pa(Kw) 式中 Pc-消耗于切削的功率（Kw) Pi-空载功率（Kw) Pa-载荷附加功率（Kw)

Ft?v Pc=（Kw)

60000式中 Ft-切削力的切向分力 V –切削速度

Ft与当量切削厚度的关系有如下的经验公式：

取 gc=0.05mm 则 Ft=2.7N/mm

为了简化,省去计算 Pi和Pa,可用下列经验公式计算P: P=

Pca

Ft=28agc0.78(N/mm)

? 对于主运动回转的机床,?=0.70～0.85

?为机床总机械效率 取?=0.75经计算得：P=7.5Kw

2.4铣床种类

铣床的类型很多，主要以布局形式和适用范围加以区分。铣床的主要类型有：卧式升降

台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床、工具铣床、圆台铣床、仿形铣床和各种专门

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化铣床。

2.4.1卧式铣床

卧式铣床的主轴是水平安装的。卧式升降台铣床、万能升降台铣床和万能回转头铣床 都属于卧式铣床。卧式升降台铣床主要用于铣平面、沟槽和多齿零件等。万能升降台铣床由 于比卧式升降台铣床多一个在水平面内可调整±45°范围内角度的转盘，因此，它除完成与 卧式升降台铣床同样的工作外，还可以让工作台斜向进给加工螺旋槽。万能回旋头铣床除具 备一个水平主轴外，还有一个可在一定空间内进行任意调整的主轴，其工作台和升降台分别 可在三个方向运动，而且还可以在两个互相垂直的平面内回转，故有更广泛的工艺范围，但机床结构复杂，刚性较差。

2.4.2立式铣床

立式铣床的主轴是垂直安装的。立铣头取代了卧铣的主轴悬梁、刀杆及其支承部分， 且可在垂直面内调整角度。立式铣床适用于单件及成批生产中的平面、沟槽、台阶等表面的 加工；还可加工斜面；若与分度头、圆形工作台等配合，还可加工齿轮、凸轮及铰刀、钻头 等的螺旋面，在模具加工中，立式铣床最适合加工模具型腔和凸模成形表面。立式升降台铣 床的外形如图 3-15 所示。

图2.2立式升降台铣床

1—铣头；2—主轴；3—工作台；4—床鞍；5—升降台

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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=

螺杆头数1=

螺轮齿数40主轴转数=

螺杆头数主动直齿轮齿数33分度手柄转数

螺轮齿数从动直齿轮齿数主动直齿轮齿数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)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

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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=

40 Z若计算值含分数，则在分度盘中选择具有该分母整数倍的孔圈数。 例：用分度头铣齿数Z=36的齿轮。

N=

401=1 369在分数度盘中找到孔数为936=54的孔圈，代入上式：

n=

40611?6=1=1=1 3699?654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

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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?40(x?z)ac=? xbdi——交换齿轮的传动比 z——工件所需等分数 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

①、尽可能接近z（小于，大于）均可

40②、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。

xx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=

40 x(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β。 并根据工作要求计算出导程L：

L=π2Dctgβ

L —螺旋线的导程 D —工件直径 β—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与分度头挂架中的交换齿轮b、c、d的配置来实现的。

计算公式如下：

i?ac40t?? bdLi —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

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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：

i?ac40tsin??? bd??mnzmn——齿轮法向模数 β—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。

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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。

d?11?P4 （cm）

jn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）；

nj-轴的计算转速（r/min）;

5.1.1轴的结构设计的基本要求

轴的结构设计的基本要求是：

⑴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。 ⑵制造工艺性要好 ⑶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 轴肩 特点及应用范围 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；单重量件数第- 30 -页 共 42 页

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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 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 特点及应用范围 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

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HB220～250。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 45～50，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轴部分表面淬硬，硬度为HRC 45～50。

5.1.3计算轴的功率、转速及轴颈

pI?7.5 KW nI?1450r/min

26=698r/min 54pII?7.5?0.97=7.275 KW nII?1450?d2?11?47.275?36mm 根据轴的标准系列 故取d2?36mm 69816=286r/min 39pIII?7.275?0.99=7.202KW nIII?698?d3?11?47.275?63mm 根据轴的标准系列 故取d3?65mm 28618=109r/min 47pIV?7.202?0.99=7.129KW nIV?286?d4?11?47.202?63mm 轴为花键轴并且该轴上有键槽， 28619=98r/min 21根据轴的标准系列 故取d4?65mm

pV?7.129?0.99=7.057KW nV?109?d5?11?47.057?99mm 109根据轴的标准系列 故取d5?100mm 5.1.4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，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Ψ，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

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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：

轴向力：

Fa=0 径向力：

危险界面的复合强度校核按下列步骤进行： 1作III轴的受力简图：（图3-1a） ○

2作轴垂直面的受力简图，求支座反力， ○

并作弯矩图：（图3-1b）

C点稍偏左处弯矩为：

图5.1

C点稍偏右处弯矩为：

3作轴水平面的受力简图，求支座反力，并作弯矩图：（图5-1c） ○

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C点处弯矩为：

4作出轴的合成弯矩图：（图5-1d） ○

C点稍偏左处的合成弯矩为：

C点稍偏右处的合成弯矩为：

5作轴的扭矩图：（图5-1e） ○

6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：

根据单向传动，式中校正系数α=0.58. 7计算危险截面尺寸： ○

根据轴的材料Q235号钢，调质处理其[σ-1]=170MPa,则危险截面直径为：

考虑到键槽影响，轴径加大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

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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10－1选择齿轮材料为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??20?。

5.2.2计算齿轮参数

按齿面接触强度设计

ktT1u?1d?766?E3?

?d???HP?u (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?d=1

（3）齿轮副材料对传动尺寸的影响系数 取?E?1 （4）计算小齿轮传递转矩

T?95.5?105p1.455?95.5?105??18572(N/mm) (5-2) n750上式中p1为小齿轮轴所传递的功率，单位W；n1为小齿轮轴的转速，单位r/min 。

（5）由《机械设计》表10－7选取齿宽系数?d?2.4

（6）由《机械设计》表10－6查得材料的弹性影响系数ZE?189.8MPa （7）由《机械设计》图10－21d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?Hlim2?550MPa

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计算齿轮分度圆直径d，代入??H?的值由计算公式得：

d?3

2?1.6?1875219.91?12.372?189.82?()?24.59mm (5-3)

2.4?1.319.91578.75计算齿宽b及模数m

b??d?2.4?24.59?59.01mm （5-4)

dcos?59.01?cos20???2.39mm (5-5) z18取m?2.5

m?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

b=59

根据

1.6KTYFcos?1.6?1.3?114600?2.35?cos20??F???83.72

分度圆直径 d?mz (5-7) 齿顶圆直径 da?d?2ham (5-8)

*全齿高 h?(2ha?c*)mn (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

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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=500(Cfn)?≥[T] (5-18)

ffKsKlP 式中，Lh — 额定寿命；

C — 滚动轴承尺寸表所示的额定动负荷[N]；

fn— 速度系数， fn= ?100 3njff — 工作情况系数；由表36可取为1.1；

ε— 寿命系数，对于球轴承：ε= 3 ；对于滚子轴承：ε=10/3

nj— 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b?h:22?16查得??b??100~120

4T4?1637.5?103因为L=80初选键长为60,校核????115Mpa???b?所以所选键

dlh63?100?18?11第- 37 -页 共 42 页

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为: b?h?l:22?16?100

d6?80装齿轮查查机械设计手册51页表选键为b?h:22?14查得??b??100?120

4T4?1665.2?103因为L=122初选键长为100,校核????76.2Mpa???b?

dlh80?100?22?14所以所选键为:b?h?l:22?14?100.

根据轴径 d?32mm，考虑键在轴端安装，故选键 C10X40 GB10796-96 根据材料为钢、轻微冲击，从教材有关章节查得???p?100MPa，则挤压强度为

4T24?229.2?103?p???93.55MPa

dhl32?8?35使用上述公式对三传动轴上的键校核，结果符合设计要求。

5.5轴的强度校核计算 5.5.1传动轴校核计算

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，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Ψ，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。

通常外载荷不作用在同一平面内，这时应将这些力分解到水平和垂直面内，并求出

各支点的反力，在绘出水平面弯矩图、垂直面弯矩图，最后再按矢量法求得合成弯矩图，

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对实心轴而言，按照第三强度理论计算危险断面上弯扭合成的当量应力σ，其强度条件为

由此可得设计公式

10M2?(aT)2??????1? 3dd?310M2?(aT)2式中 d 轴的直径（mm）

T轴在计算截面上的扭矩（N2mm）； M轴在计算界面上的合成弯矩（N2mm）；

???1? ???1?许用应力（MPa）,

α根据切应力变化性质而定的修正系数，切应力按对称循环变化时，α=1 切应力按脉动循环变化时α=

???1??0.6 切应力不变时α=???1??0.3

???1???0?5.5.2主轴校核

（1）主轴图

图5.2

（2）计算跨距

前支承为圆柱滚子轴承，后支承为圆柱滚子轴承

l?332?374?12.5?31.5?687mm?0.687m

当量外径

684?22?724?54?804?756?1004?35?1044?8de??80.56mm

8874主轴刚度：由于di/de?45/80.56?0.5586?0.5 故根据式（10-8）

3?104?de4?di43?104?80.564?454?10?12ks???149.3N/?m 2?l?aA?aA752??887?75??10?9第- 39 -页 共 42 页

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对于机床的刚度要求，取阻尼比??0.035

当v=50m/min,s=0.1mm/r时,kcb?2.46N/?m?m,??68.8?, 取blim?0.02Dmax?0.02?687?50%?6.87mm KB?2.46?6.87?cos68.8??84.36N?m

2?0.035??1?0.035?计算KA

L?0.3Dmax?206.1mm,加上悬伸量共长281.1mm22???aB???281.1???1????1?????22a281.1l687??????76.5N/?m ??84.36??0.6KA?KB?0.6B?0.4?0.4222?aA?75275???aA??????1????1???687l????????Ks?1.66KA?1.66?76.5?127.0N/?m?152.3N/?m 可以看出，该机床主轴是合格的.

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