320mm卧式铣床主传动系统设计

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摘要 ............................................................................................................................................... 3 第一章.卧式铣床组成及要求 ........................................................................................ 4 第二章.总体设计 ................................................................................................................... 6

2.1变速箱总体结构方案的拟定 ........................................................................................... 6 2.2设计要求 ............................................................................................................................... 6 2.3参数确定 ............................................................................................................................... 6 2.4工艺特性 ............................................................................................................................... 6 2.5主电机选择 ........................................................................................................................... 7 2.6.操纵性能一些基本要求 ............................................................................................. 7

第三章．传动方案的设计 ............................................................................................... 8

3.1.确定各变速组及其传动副数 ......................................................................................... 8 3.1.1.确定变速组的个数 .............................................................................................. 8 3.1.2确定变速组传动副数目 ...................................................................................... 8 3.3.齿轮齿数的确定............................................................................................................ 10 3.3.1.确定齿数注意事项 ............................................................................................ 10 3.3.2.齿轮的选定 .......................................................................................................... 10 3.4.完成转速图 ...................................................................................................................... 11 3.5.校核主轴转速误差 ......................................................................................................... 15

第四章.三角带传动设计 ................................................................................................. 16 第五章.主传动系统的布局 .......................................................................................... 18

5.1 齿轮的布置 ........................................................................................................................ 19 5.2轴的空间布置 .................................................................................................................... 21 5.3绘制系统传动简图 ........................................................................................................... 22

第六章．主要零件的计算 ............................................................................................. 23

6.1齿轮模数的计算 ................................................................................................................ 23 6.1.1计算主轴转速 ...................................................................................................... 23 6.1.2.主轴计算转速的确定 ....................................................................................... 23 6.1.3其他传动件计算转速的确定 .......................................................................... 24 6.1.4各轴和齿轮的传递功率 ................................................................................... 25 6.1.5齿轮模数的初步计算 ........................................................................................ 25 6.2传动轴直径的估算：确定各轴最小直径 .................................................................. 26 6.3各轴间的中心距的确定 .................................................................................................. 27 6.4齿宽的确定 ......................................................................................................................... 27 6.5齿轮强度校核 .................................................................................................................... 27 6.6主轴设计 ............................................................................................................................. 29

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6.6.1．轴上零件的定位 ................................................................................................ 29 6.6.2主轴的校核 ............................................................................................................ 30 6.6.3．主轴的扭转刚度校核 ....................................................................................... 31 6.7轴承的选取 ......................................................................................................................... 31

第七章.润滑方式的选取 ................................................................................................. 32

7.1润滑系统的要求 ................................................................................................................ 32 7.2 润滑剂的选择 ................................................................................................................... 32 7.3润滑方式 ............................................................................................................................. 32

结语 ............................................................................................................................................. 34 参考文献 .................................................................................................................................. 35

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摘要

本设计从下达任务起，经过现场调查和查阅文献资料入手，历经六周的时间完成。在设计中，首先根据课程设计所要求的技术参数确定机床设计中所需要的参数，即原动机的功率、机床主轴箱的转速数列公比；然后确定机床主轴箱的主传动系统结构，拟订机床的结构网和转速图；查资料，根据转速图确定机床内的各个主要零件的计算转速，根据计算转速确定各级传动的传动比，根据传动比来确定各级传动的齿轮配合的齿轮齿数。根据机床主轴箱的传动链来计算各级转速的实际值与理论值之间的误差。在设计中主要是要计算主轴箱里各个零件的选用是否满足要求以及原动机与主轴箱间的动力传递装置的计算。最后根据资料和参考同机床来设计该铣床的主传动系统，并绘制其装配图。

通过机床主运动机械变速传动系统得结构设计，在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。掌握主轴箱设计的过程和方法，使原有的知识有了进一步的加深。

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第一章.卧式铣床组成及要求

机床的主传动系统是用来实现机床的主运动的，它与机床的传动方案和总体布局有关，对于机床的使用性能、结构和制造成本都有明显的影响。因此在设计机床的过程中必须给予充分的重视，以便制定出既满足使用要求有经济合理的方案。

为了满足工作性能的要求，从电动机起，至机床工作的执行部件（主轴），主传动系统通常包括下列几个组成部分： (1)定比传动机构

即具有固定传动比的传动机构，常采用齿轮、皮带及链传动等，有时也可以采用联轴节直接传动。 (2)变速装置

机床的变速装置有齿轮变速机构，机械无级变速机构以及液压无极变速装置等。其中最常见的是齿轮变速机构。 (3)主轴组件

机床的主轴组件有主轴、主轴支承和安装在主轴上的传动件等。 (4)开停装置

用来控制机床主运动执行部件（主轴）的启动和停止。通常采用离合器或直接开停电动机。 (5)制动装置

用来使机床主运动执行部件（主轴）尽快地停止运动，以减少辅助时间，通常可以采用机械的、液压的或电动机的制动方式。 (6)换向装置

用来改变机床主运动的方向。对于需要换向的机床，在设计主传动系统时，都应设有换向装置。他们可以是机械的、液压的或者是直接改变电动机的旋转方向。 (7)操纵机构

机床的开停、变速、制动及换向等，都需要通过操纵机构来实现。设计机床时，一般是

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把主传动系统的设计方案与操纵机构同时加以考虑。 (8)润滑与密封装置

为了保证主传动系统的正常工作，必须要良好的润滑与密封装置，防止出现漏油、漏水和漏气现象。 (9)箱体

各机构和传动件的支承均装入箱体中，并保证他们相互位置的准确性。

机床主传动系统与整台机床技术经济指标有密切的关系。例如机床的主轴转速范围、转速级数及电动机功率将直接影响这台机床的使用范围；主轴组件的精度、刚度、抗震性及温升对加工质量有重要的影响；同时，主传动系统与机床的效率、操作、调整、制造以及成本都有密切的关系。

一般应满足下列的几项要求：

a.机床的主轴须有足够的转速范围和转速级数（对于主传动系统为直线运动的机床则为直线速度的变速范围和变速级），以便满足实际使用要求。

b.主电动机和全部机构要能传递足够的功率和扭矩，并具有较高的传动效率。 c.执行部件（如主轴组件）须有足够的精度、刚度、抗震性以及小于许可限度的热变形。 d.操纵要轻便灵活、迅速、安全可靠，并须便于调整和维修。 e.结构简单、润滑与密封良好，便于加工和装配，成本低。

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第二章.总体设计

2.1变速箱总体结构方案的拟定

机床变速箱用于使主运动的执行零件（如：主轴、工作台、滑枕等）变速、启动、

停止和改变运动方向等。因此，变速箱所包含的机构大致为：作为传动连接用的定比传动副，变速机构启动后停止以及换向机构，制动机构，操纵机构和润滑装置等。 机床总体的布局大概可以设置为电机在下方，主轴在上方，采用展开式的方式布局。

2.2设计要求

本次设计的是普通型铣床主轴变速箱。主要用于加工平面。主参数如下

设计要求：工作台宽度为320mm，主轴转速级数Z=18级，主轴正传12级，反转6级。

2.3参数确定

1.确定公比

根据选用标准公比的一般原则和经验资料故对于通用机床，为使转速损失不大，机床几个又不过于复杂，一般取中等的标准公比。即?=1.41或者?=1.26，本次设计中，根据有关计算资料取?=1.41。 2确定主轴转速

根据?值，可以确定出其派生的转速数列如下：45 r/min，63r/min，90r/min，125

r/min，180 r/min，250r/min，355r/min，500 r/min，710 r/min，1000 r/min，

1400 r/min，2000 r/min.

2.4工艺特性

1）工艺范围：卧式铣床质量稳定，操作方便，性能可靠。卧式铣床可用各种圆柱铣刀、圆片铣刀、角度铣刀、成型铣刀和端面铣刀加工各种平面、斜面、沟槽等。如果使用适当铣床附件，可加工齿轮、凸轮、弧形槽及螺旋面等特殊形状的零件，配置万能铣头、圆工作台、分度头等铣床附件，采用镗刀杆后亦可对中、小零件进行孔加工。 2）工作台宽度：B=320mm

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4）切削用量：ap=2~6mm f=0.3~0.6mm/r 5）变速范围：=44.44

2.5主电机选择

现以确定粗铣时的切削用量为例设计 1）确定背吃刀量

ap和进给量f，根据《切削加工简明实用手册》表8-94和表8-95，取

ap=4mm

af=0.38mm/z

vc?0.9m/min2）确定切削速度，查表8-99取3）计算机床功率

Fz?9.81?825?af?7396.02N0.75

apzd01.0?1.3n?0.2?60?0.2?9.81?825?601.10.38?0.75?41.0?10?80?1.3?20?60?0.2

铣削力

Fc?(0.6?0.9)Fz 则Fc?0.9?7396.02?6656.42N

切削功率的计算 Pz?Fc?Vc?10?3?6656.42?0.9?10?3?5.991kw 主传动总效率一般为0.70—0.85，取较大值??0.85 Pz?'Pz??5.991?7.05kw 0.85根据《机械设计课程设计手册》表12-1 Y系列（IP44）电动机的技术数据,Y系列（IP44）电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型异步电动机，具有防尘埃、铁屑或其他杂物侵入电动机内部的特点，B级绝缘，工业环境温度不超过+40℃，相对湿度不超过95%，海拔高度不超过1000m，额定电压380V，频率50Hz。适用于无特殊要求的机械上，如机床，泵，风机，搅拌机，运输机，农业机械等。

根据以上要求，选取Y132M-4型三相异步电动机，额定功率7.5kW,满载转速1440r/min，额定转矩2.2，质量,81kg。

2.6.操纵性能一些基本要求

1.具有皮带轮卸荷装置

2.主轴的变速由变速手柄，和滑移齿轮完成

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第三章．传动方案的设计

机床的主传动系统是用来实现机床的主运动的，它与机床的传动方案和总体布局有关，对于机床的使用性能、结构和制造成本都有明显的影响。因此在设计机床的过程中必须给予充分重视，以便制定出既满足使用要求有经济合理方案。

已知电机额定功率为7.5KW，nmin=45r/min，nmax=2000r/min。n电=1440 r/min，

12级转速

选择传动形式：选择带传动：优点是传动平稳，效率较好，可以有效减r/min少震动引起的误差。

变速形式：选择分级变速形式

3.1.确定各变速组及其传动副数 3.1.1.确定变速组的个数

由于主轴转速为18级的变速系统，有正传12级反转6级。主轴转速为12级的变速系统，因此有两种选择：其一可用三个变速组。其中一个三联滑移齿轮变速组和两个双联滑移齿轮变速组；其二可用两个变速组，即四联和三联滑移齿轮变速组。

3.1.2确定变速组传动副数目

实现18级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合：

结构网或结构式可以用来分析和比较机床传动系统的方案。结构网与转速图的主要差别是，结构网只表示传动比的相对关系，而不表示传动比和转速的绝对值，而且结构网上代表传动比的射线呈对称分布。结构网也可写成结构式来表示：18?31?33?29，式中，l8表示变速级数；3、3、2分别表示各变速组的传动副数；脚标中1、3、9则分别表示各变速组中相邻传动比的比值关系，即变速组级比指数。

因为存在12级正传6级反转，6级反转可以包含在12级正传里面。主轴转速为12级的变速系统设计如下。

结构式为18?31?33?29，要实现12级正传，在一扩组中设置两个传动副。

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1）确定变速组扩大顺序：

通过以上分析，所以结构式为12=2*3*2的传动副组合，根据级比指数分配应“前密后疏”的原则，其传动组的扩大顺序又可以有以下形式： 12=21*32*26 其中六级反转包含在内。

2） 检验最后扩大组的变速范围。

结构式12=21*32*26，最后扩大组的变速范围为r1=?x1(P1-1)= 1.416=8，允许

因此，结构式方案确定为12=12=21*32*26 。由此确定了变速组为三联滑移齿轮变速组

3.2.绘制转速图

根据传动结构的选择原则，12级转速可写为结构式12?31?22?26，则转速图为

?=1.41 12=12=21*32*26

3.3.齿轮齿数的确定 3.3.1.确定齿数注意事项：

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（1） 齿轮的齿数和Sz应小些，以免加大两轴之间的中心距，使机床结构庞大，一般推荐齿数和Sz≤100~120

(2) 避免最小齿轮产生根切现象，机床变速箱中，对于标准直齿圆柱齿轮，一般取最小齿数Zmin≥18~20

(3) 齿轮的齿槽到孔壁或键槽的壁厚a≥2m（m为模数）,保证足够的强度，以避免出现断裂现象。

（4） 采用三联滑移齿轮时，应检查滑移齿轮之间的齿数关系：三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间的齿数差应大于4，以保证滑移时，齿轮外圆不相碰。

3.3.2.齿轮的选定

则确定各传动之间的齿数 基本组 SZ?72

Z1?30 Z3?24 Z2?42 Z4?48 第一扩大组 SZ?84

Z5?28 Z7?51 Z9?22 Z6?56 Z8?33 Z10?62 第二扩大组 SZ?108

Z11?72 Z13?22 Z12?36 Z14?86

3.4.完成转速图

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图3-1 (1)转速图的概念

图3-1是主传动系统的转速图。主轴转速范围为45—2000转/分，公比?=1.41，转速级数Z=12，电动机转速n0的1440转/分。从转速图上可以看出：

a.距离相等的一组竖直线代表主传动系统（或变速箱）中各传动轴，从左向右依次标注电机轴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、与传动系统图上各传动轴相对应，其中IV轴即主轴。通常，电动机轴是以最左面一条竖直线表示。应该指出，在转速图上的竖直线间的距离相等，并不表示各轴的中心距相等，其目的是在于是图画清晰。

b.距离相等的一组水平线与竖直线（即传动轴）相交，得相应的黑点，代表各轴所具有的转速。在主轴上具有12种转速：45 r/min，63r/min，90r/min，125 r/min，180

r/min，250r/min，355r/min，500 r/min，710 r/min，1000 r/min，1400 r/min，

2000 r/min.转/分。由于该铣床转速是以公比?=1.41的等比系列，因此，两相邻转速之间具有下列关系：

nn2n??，3??，…，z?? n1n2nz?1两边取对数，得： lgn2?lgn1?lg?

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lgn3?lgn2?lg?

…………………

lgnz?lgnz?1?lg?

因此，若将转速图上的竖直线坐标取为对数坐标时，则任意相邻两转速相距为一格，即一个lg?。因此代表各级转速的水平线的间距相等。为了方便使用，习惯上在转速图上不写对数符号，而直接写出所对应的转速值。还应指出，相邻两转速如n2和n1相差一格，即

n2??，表示他们之间相差?倍。 n1 c.图2-1转速图上相邻两轴间对应转速的连线，表示一对传动副（如皮带、齿轮等）的传动比。传动比的大小以代表该传动副的连线倾斜方向和倾斜程度来表示。连线向右下方倾斜为降速传动；向右上方倾斜为升速传动；水平线则为等速传动。如在此铣床中，电动机轴与I轴间有一对齿轮传动，是用电机轴上的1440转/分与I轴上的1000转/分两点连线来表示，由图可见，连线是向下斜一格，即为降速传动，其传动比

i=1000=11440?；I-II轴间有三对齿轮传动，在转速图上是用一条水平线和两条向下斜

的连线来表示，故连线水平；

30421?=?1，向下斜一格；24，向下斜两格。II-III42?2轴间有两对齿轮传动，即

281511221?3，向下斜三；??1向上斜一；?3向下斜三。

62?56?33?III-IV

72221??2，连线向上斜两格，则为升速传动，?4，向下斜四格。且用互相平3686?行的连线来表示这对齿轮传动，即这对齿轮在变速中使用了几次，由此可知，在转速图上两轴之间相互平行的连线是代表同一传动副。

综上所述，转速图可以清楚的表示主轴的各级转速的传动路线、主轴得到这些转速所需要的变速组数目及每个变速组中的传动副数目、各个传动比的数值；传动轴的数目，传动顺序及各轴的转速级数与大小。因此，在设计机床时，通常把转速图作为分析和设计机床分级变速系统的重要工具。 (2)转速图的基本原理

由图2-1可以看出，铣床主轴的12级转速是通过两个变速组传动得到的。各变速组的

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传动副数分别为2、3、2，即主轴的转速级数为Z=2×3×2=12。其中电机—I轴间的

10001440起降速作用，使I轴得到一种固定的转速，称为定比传动；I轴到IV轴（主轴）之间变速组串联所组成的变速机构，通过不同啮合位置的齿轮传动以改变各传动轴间的转速，使主轴得到12种连续的等比数列的转速。下面分析一下各变速组的传动比与使主轴得到等比数列的转随之间的内在联系。为了便于分析，将传动系统中的三各变速组按传递的顺序分别变速组a、b、c。

a.第一变速组（变速组a）有两对齿轮传动副，其传动比为 ??1.41

ia2=

301= 42?241=2 48? ia3=

则： ia1:ia2:ia3=:?2:?

由此可见，在变速组a中的两个传动比连线之间相差均为一格，即相邻转速相差?倍的关系，就是说通过两个传动比使Ⅲ轴得到两种转速，也是以?为公比的等比数列。这说明变速组a是基本组。

通常将变速组的相邻传动比之比称为级比，而组内相邻两传动比相距的格数称为级比指数，用x来表示。式中的x0?1，称为变速组的级比指数为1。 b.第二变速组（变速组b）有三对齿轮传动副，其传动比为： ??1.41 ib1=

281?3 56? ib2=

221= 62?3511??1 33? ib3=

由此可见，在变速组b中的三个传动比之间相差为三格和一格，即相差?3倍关系，

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通过这三个传动比使Ⅳ轴得到6种连续的等比数列的转速，这个变速组起了在基本组的基础上第一次扩大的作用，称为第一扩大组，其级比指数x1?3。如转速图所示，基本组中三个传动副最上和最下的两个传动比连线相差为两格，使II轴上得到三种转速，若再扩大转速范围，就要通过一扩组的两个传动副，使III轴上得到6种转速，这时第一扩大组相邻两个传动比必须拉开三格，即相差?3倍，也就是说其级比指数x1?3，而这个数值同基本组的传动副数有关，即等于基本组的传动副敷，若基本组的传动副数位p0，则一扩组?的指数x1应为p0，即相邻传动比之间相差?p0倍，这就是一扩组传动比的内在规律。

c.第三变速组（变速组c）有两对齿轮传动副，其传动比为

??1.41 ic1= ic2=

72?2 36221=4 62?则： ic1:ic2=?6:1

这说明该变速组两个传动比之间相距为6格，因此通过它变速后，在V轴(主轴)上可以得到3×2×2=12种连续的等比数列的转速，即从III轴上的6种转速，再扩大为IV轴上的12种转速。这个在基本组和第一扩大组基础上，进—步扩大转速范围的变速组称为第二扩大组。同样，从转速图上可以看出：在第一扩大组(变速组b)中最上与最下两个传动比连线相距为3格，若进一步扩大转速范围，使IV轴得到12种连续的等比级数的转速，则第二扩大组(变速组c)的两个传动比必须拉开6格，其级比指数x=6。而这个数值同基本组和第一扩大组的传动副有关，即等于基本组与一扩组传动副数的相乘积(3×2=6)。若基本组的传动副数为p0，第一扩大组的传动副数为p1，则第二扩大组?的指数x2?p0?p1，即相邻传动比之间相差?p0p1倍，这是第二扩大组中传动比的内在规律。 若机床还需要第三、第四、……次扩大转建范围，则有第三、第四、……扩大组。 综上所述，可以得出下面结论：机床的传动系统，通常是由几个变速组串联所组成的，其中以基本组为基础，然后通过第一、第二、……扩大组把各轴的转速级数和变速范围逐步扩大，若各变速组中相邻传动比之间遵守该基本原理，则机床主轴得到的转速数列是连续而不重复的等比数列。这样的传动系统一般称为常规传动系统。

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3.5.校核主轴转速误差

齿轮齿数确定后，主轴的各级实际转速即确定，它与主轴的标准转速总会产生一定 得误差，应满足：n实?n标n?10?(??1)%?4%

标结果见下表：

允许标号 计算式 误差 结论 值 1 1440?125/180?30/42?51/33?72/36 0.42% 4% 合格 2 1440?125/180?24/48?51/39?72/36 1.25% 4% 合格 3 1440?125/180?30/42?28/56?72/36 0.23% 4% 合格 4 1440?125/180?24/48?28/56?72/36 1.06% 4% 合格 5 1440?125/180?30/42?22/62?72/36 0.88% 4% 合格 6 1440?125/180?24/48?22/62?72/36 1.83% 4% 合格 7 1440?125/180?30/42?51/39?22/86 1.20% 4% 合格 8 1440?125/180?24/48?51/39?22/86 0.94% 4% 合格 9 1440?125/180?30/42?22/62?22/86 0.52% 4% 合格 10 1440?125/180?24/48?28/56?22/86 1.36% 4% 合格 11 1440?125/180?30/42?22/62?22/86 1.45% 4% 合格 12 1440?125/180?24/48?22/62?22/86 0.32% 4% 合格

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a.Ⅰ轴上往往装有摩擦离合器等机构，这些部件的位置安排 应便于调整。

b.摩擦离合器工作时，考虑便于冷却与润滑，离主轴部件要远一些，以减少摩擦发热对主轴部件热变形的影响。

c.Ⅰ轴的轴端装有皮带轮，而主轴尾架端外伸，布置Ⅰ轴位置时，必须保证两者不会相互碰撞。

综合上述，卧式铣床Ⅰ轴一般多安排在变速箱后壁靠近箱盖处。 (3)中间各传动轴的位置

a.装有离合器的轴：要便于装调，维修和润滑。 b.装有制动装置的轴：布置在靠近箱盖或 箱壁处。

c.与相关部件有联系的轴：铣床主运动与进给运动间的联系是通过变速箱内的进给运动输出轴联系，它应布置在主轴前下方靠近进给箱处。

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5.3绘制系统传动简图

、 、 、、

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第六章．主要零件的计算

6.1齿轮模数的计算

齿轮模数的估算。通常同一变速组内的齿轮取相同的模数，如齿轮材料相同时，选择负荷最重的小齿轮，根据齿面接触疲劳强度和齿轮弯曲疲劳强度条件按《金属切削机床设计》表7-17进行估算模数mH和mF，并按其中较大者选取相近的标准模数，为简化工艺变速传动系统内各变速组的齿轮模数最好一样，通常不超过2～3种模数。

6.1.1计算主轴转速

为了使传动件工作可靠，结构紧凑，对传动件进行动力计算。主传动系统中主轴及传动件的尺寸，主要是根据它所传递的扭矩大小来决定，扭矩大，结构尺寸就大；扭矩小，则结构尺寸就可缩小。传动件传递扭矩大小与它所传递的功率N和转速n两个因素有关。按传递全部功率时的转速中的最低转速进行计算，即可得出该传动件需要传递的最大扭矩。传递全部功率时的最低转速，则称为该传动间的计算转速。

6.1.2.主轴计算转速的确定

主轴计算转速nj是主轴传递全功率(此时电动机为满载)时的最低转速，从这一转速起至主轴最高转速间所有转速都能够传递全部功率，而扭矩则随转速的增加而减少，此为恒功率工作范围；低于主轴计算转速的各级转速所能传递的扭矩与计算转速下的扭矩相等，它是该机床的最大传递扭矩(功率则随转速的降低而减少)，此为恒扭矩工作范围。

主传动功率和扭矩变化图

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本铣床的主轴转速级数Z=12，其转速图见图2-1，则主轴的计算转速：nj?nmin?z/3?1=45?1.4112/3?1=125 r/min转/分。在转速图上以黑点表示。

6.1.3其他传动件计算转速的确定

主轴从计算转速起至最高转速间的所有转速都传递全部功率，因此，实现上述主轴转速的传动件的实际工作转速也传递全功率，传动轴的计算转速就是其传递全功率时的最低转速。当主轴的计算转速确定后，就可以从转速图上确定传动轴的计算转速。确定的顺序通常是由后往前，即先定出位于传动链后面(靠近主轴)的传动轴的计算转速，再顺次由后往前定出传动链前面的传动件的计算转速。一般可先找出该传动轴共有几级实际工作转速，再找出其中能够传递全功率时的那几级转速，最后确定能够传递全功率时的最低转速，即为该传动轴的计算转速。

a.III轴的计算转速：从转速图上可以看出:主轴在125转／分(计算转速)至2000转／分(最高转速)之间的所有转速都传递全功率。此时，III轴若经齿轮副22:86传动主轴，它只有在500—1000转／分转速时才能传递全功率；若经齿轮副72:36传动主轴，180～1000转／分的转速都传递全功率，因此，其最低转速180转／分即为Ⅳ轴的计算转速。 同理可得:II轴计算转速为：500转／分，I轴计算转速为1000转／分

根据《金属切削机床设计》实现主轴转速的其他传动件的实际工作转速也传递全部

功率，就是其传递全部功率时的最低转速。据此，可以确定各轴的计算转速如下：

轴序号 计算转速(r/min) Ⅰ 1000 Ⅱ 500 Ⅲ 180 主轴 125 最小齿轮的计算转速如下： 轴序号及最小齿轮齿数 计算转速（r/min）

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1（24） 2（22） 3（22） 主轴 1000 500 500 125 陕西理工学院课程设计

6.1.4各轴和齿轮的传递功率

Pi?P??总其中?总由电机到该传动件个传动副的效率相乘，但不乘入该轴承的效率，由机床设计手册可以查出，?皮带，?轮，计算各轴的传递功率。

PI?P电??皮带?7.5?0.96?7.2kw

PII?PI ??轮?7.2?0.992?7.05kw PIII?PII ??轮?7.05?0.992?6.91kw PIV?PIII ??轮?6.91?0.992?6.77kw

2226.1.5齿轮模数的初步计算

在同一变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最重的小齿轮， mj=163003（i?1)k1k2k3Pj?zin??j?m1j2

查阅《金属切削机床设计》一书表4-7，考虑到机床所传递的功率取齿轮材料为40Cr，热处理方式为整淬（C48）；接触应力[σ]=1250MPa

按接触疲劳计算齿轮模数m，查表计算可得k1=1.04、k2=1.3、k3=1.3

1-2轴 取?m=8, Z1=24，i=2，nj=1000, pj=7.2 则由上面的公式得 mj=2.4, m=2.5mm

2-3

取ψm=10, Z1=22，i=2.82，nj=500, pj=7.05 则由上面的公式得

mj=2.7, m=3mm

3-主轴 取ψm=8, Z1=22，i=4，nj=180, pj=6.91 则由上面的公式得 mj=2.8, m=3mm

齿顶圆直径 da=(z1+2h*a)m；

??2c?)m； 齿根圆直径df?(z1?2ha分度圆直径 d=mz；

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齿轮的具体值见表： 齿数 模数 分度圆直径 齿顶圆直径da 齿根圆直径df 56 61 49.98.8 90.8 98.8 8 z1 24 z2 48 2.5 100 105 z3 30 z4 z5 z6 62 z7 50 z8 30 3 z9 28 z10 56 z11 22 z12 86 3 z13 72 z14 36 42 22 92 105 90 97 110 95 88.90 95 66 72 58.186 192 178.5 126 132 118.5 126 132 118.5 66 72 258 264 250.5 216 222 208.5 108 114 100.5 88.8 8 5 58.5

6.2传动轴直径的估算：确定各轴最小直径

根据【5】公式（7-1），d?914Pnj???mm，并查【5】表7-13得到???取1.

①?? Ⅰ轴的直径：取?1?0.96,n1j?1000r/min

7.5?d?914?91nj???47.5?0.96?26.03mm

1000?1取d??30mm

②Ⅱ轴的直径：取?2??1??0.99?0.99?0.94,nj2?500r/min

7.5?d?914?91nj???47.5?0.94?34.61mm

500?1取d??35mm

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③Ⅲ轴的直径：取?3??2?0.99?0.99?0.92,nj3?180r/min

7.5?d?914?91nj???47.5?0.92?44.7mm

180?1取d????45mm

其中：P-电动机额定功率（kW）；

?-从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积； ； nj-该传动轴的计算转速（rmin） ???-传动轴允许的扭转角（om）。

6.3各轴间的中心距的确定：

(z1?z2)m(24?48)?3??90(mm)； 22(22?62)?3d????????126(mm)；

2(22?86)?3d????V???162(mm)；

2d?????6.4齿宽的确定

由公式b??mm(?m?5~10)得： ①Ⅰ轴主动轮齿轮b??10?2.5?25mm； ②Ⅱ轴主动轮齿轮b??10?3?30mm； ③Ⅲ轴主动轮齿轮b????30mm

一般一对啮合齿轮，为了防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的载荷，设计上，应主动轮比从动轮齿宽大

6.5齿轮强度校核：

计算公式?F?2KT1YFaYSa

bm1．校核a传动组齿轮

校核齿数为24的即可，确定各项参数

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⑴ P??P?0.96?7.2kW,n=1000r/min,

T?9.55?106?P/n?9.55?106?7.2/1000?6.8?104N?mm

⑵确定动载系数：v??dn60?1000???60?100060?1000?3.14m/s

齿轮精度为7级，由《机械设计》查得使用系数Kv?1.05 ⑶b?25mm

⑷确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数?d?1

非对称KH??1.12?0.18?1?0.6?2d??2d?0.23?10?3b ?1.12?0.18(1?0.6)?0.23?10?3?32?1.42

b/h?25/(5?2)?2.5,查《机械设计》得KF??1.27

⑸确定齿间载荷分配系数: F2T2?6.8?104t?d?60?2266N KAFtb?1.0?226640?56.65?100N/mm 由于是直齿轮，则

KH??KF??1

⑹确定动载系数: K?KAKvKF?KH??1.0?1.05?1?1?1.05 ⑺查表得

YFa?2.65 FSa?1.58

⑻计算弯曲疲劳许用应力

由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限?FE?540Mpa。

图10-18查得 KN?0.9,S = 1.3

[?9?540F]?0.1.3?374Mpa [?F]YY?374.65?1.58?89.3， FaSa2第 28 页 共 35 页

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KFt1.6?2050??16.4?89.3 故合适。 bm40?5校核b传动组齿轮和c传动组齿轮同上,可得取得合适.

6.6主轴设计

（1）主轴前轴颈直径D1的选取 一般按机床类型、主轴传递的功率或最大加工直径，由参数表选取。铣床当功率为7.5KW时，主轴前轴颈直径D1约为90—105mm，选为90mm。主轴后轴颈直径D2=0.9D1=81mm， 取D2=81mm。

（2）主轴内孔直径d的确定 很多机床的主轴是空心的，内孔直径与其用途有关。铣床主轴内孔可通过拉杆来拉紧刀杆。为不过多的削弱主轴的刚度，铣床主轴孔径d可比刀具拉杆直径大5—10mm。根据经验公式可知：d=(50%～60%)D2=(35～42)mm,此处取 d=35mm, dD1=0.4. 当dD1小于0.3时，空心主轴的刚度几乎等于实心主轴的刚度，

等于0.4时，空心主轴的刚度为实心主轴的90%，小于0.7时，空心主轴的刚度急剧下降，所以d=35mm是合适的。

（3）主轴前端悬伸量a的确定 主轴前端悬伸量a是指主轴前端面到前轴承径向反力作用中点（或前径向支承中点）的距离。它主要取决于主轴端部的结构，前支承轴承配置和密封装置的形式和尺寸，有结构设计确定。由于前端悬伸量对主轴部件的刚度、抗振性的影响很大，因此在满足结构要求的前提下，设计时应尽量缩短该悬伸量。此处我们选a为100mm.

（4）主轴主要支承间跨距L的确定 合理确定主轴主要支承间的跨距L，是获得主轴部件最大静刚度的重要条件之一。支承跨距过小，主轴的弯曲变形固然较小，但因支承变形引起主轴前端的位移量增大；反之，支承跨距过大，支承变形引起主轴前端的位移量尽管减小了，但主轴的弯曲变形增大，也会引起主轴前轴端较大的位移。因此存在一个最佳跨距L0，在该跨距时，因主轴弯曲变形和支承变形引起主轴前轴端的总位移量为最小。一般会不断降低，主轴主要支承间的实际跨距L往往大于上述最佳跨距L0，此处选L=3a=300mm.

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6.6.1．轴上零件的定位

（1）零件的轴向定位

轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等来保证。轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩，轴肩处易产生应力集中，而且轴肩过多也不利于装配，因此，轴肩定位多用于轴向力较大的场合，

套筒定位因为不影响轴的疲劳强度，一般用于轴上两个零件之间的定位。若两零件的间距较大或转速较高时，都不宜采用套筒定位。

轴端挡圈适用于固定轴端零件，可以承受较大的轴向力。为了防止轴端挡圈转动造成螺钉松脱，可加圆柱销锁定轴端挡圈。

圆螺母定位可承受大的轴向力，但轴上螺纹处有较大的应力集中，故一般用于固定轴端的零件，当轴上零件间距离较大不宜使用套筒定位时，也常采用圆螺母定位。 （2）零件的周向定位

周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动。常用的周向定位零件有键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等，其中紧定螺钉只用在传力不大之处。

6.6.2主轴的校核

主轴按扭转强度校核

这种方法只是按轴所受的扭矩来计算轴的强度；如果轴还受到不大的弯矩时，则用降低需用扭转切应力的办法予以考虑。轴的扭转强度条件为：

?T?T ?[?T] (4.1) WTP (4.2) nT?9550 WT??D316 (4.3)

[?T]—需用扭转切应力，单位为MPa。

因为P=7.5 kw，n?2000rmin，D?90mm，查表得40 Cr的[?T]值为：35—55MPa，

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则T?95500007.5kw?35812.5N?mm r2000min3.14?903WT???143066.25mm3

1616?D3?T?T≈0.25 MPa≤[?T]成立， WT所以此主轴满足扭转强度要求。

6.6.3．主轴的扭转刚度校核

轴的扭转变形用每米长的扭转角?表示。阶梯轴的扭转角?[单位为（?）/m]的计算公式为：

1zTili??5.73?10 (4.4) ?LGi?1Ipi4?d4对圆轴： IP= (4.5)

32轴的扭转刚度的条件为： ??[?]

[?]的取值为 0.5?[?]?1（?）/m

计算得阶梯轴的扭转角?为： ??0.14?[?],则轴满足扭转刚度要求。

6.7轴承的选取

（1） 一轴：一轴的前后端与箱体外壁配合，配合处传动轴的轴颈是30mm，同时轴也不会承受轴向力故也选用深沟球轴承，型号：6206

（2） 二轴：二轴与一轴相似，但是由于工作过程之中传动可能有误差，二轴会受轴向力，因此二轴与外币配合采用圆锥滚子轴承，型号：30206. （3） 三轴：三轴与外壁配合处采用圆锥滚子轴承，型号：30208.

（4） 主轴：主轴是传动系中最为关键的部分，因此应该合理的选择轴承。从主轴末端到前段均为圆锥滚子轴承，型号分别为：、30216、30218.

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第七章.润滑方式的选取

7.1润滑系统的要求

(1)应保证开动机床时能够立即供给润滑油。

(2)润滑系统尽可能自动化，工作可靠，以减轻劳动强度。 (3)润滑系统中应设有便于观察润滑工作是否正常的装置。

(4)摩擦面的润滑油量必要时应能调节，以保证被润滑零件正常工作。 (5)润滑系统的检修和清理应方便。

7.2 润滑剂的选择

机床上常用润滑剂有两种：润滑脂和润滑油。

（1）润滑脂 常用的润滑脂有钙基润滑脂和钠基润滑脂两种。在机床上主要应用钙基润滑脂，其特点是粘度较大，有耐水性，熔点低，一般应用于工作温度不超过60oC的摩擦表面；用在外表面及垂直表面也不易流失，密封简单。但是流动性差，导热系数小，不能做循环润滑剂；摩擦阻力大，机械效率低。 （2）润滑油

润滑油通常指各种矿物油，其物理和化学性能比较稳定。与润滑脂相比，润滑油的粘度小，摩擦系数低，冷却效果好，适用于高速运动和集中的自动润滑系统中，因此，在机床的变速箱或进给箱中广泛应用。润滑油的主要特性是粘度，通常是用运动粘度或相对粘度来表示。

润滑对主轴组件的工作性能与轴承寿命都有密切关系。通常润滑油的粘度可根据主轴前轴颈d(毫米)和主轴最高转速nmax (转／分)的乘积教d·nmax来选择。 选择使用润滑油应考虑的因素：

(1)相对运动速度。机床部件或零件相对转动或滑动速度高，应选用粘度较小的润滑油，

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以减少能量损失和温升。

(2)单位面积上的压力越大，选用的润滑油粘度应越大。因为粘度大的油有较大的内聚力，不易从摩擦表面中挤压出来。

(3)工作温度高时，应选用粘度较大的润滑油，以免由于温度的升高使粘度降低。

7.3润滑方式 （1）飞溅润滑

在箱体底部装有润滑油，利用最低位置传动轴上齿轮或溅油盘浸入油内一定深度，当机床工作时，旋转的齿轮或溅油盘将润滑油向各方向溅出，直接落到润滑件的表面上或落到特制的油盘或油槽中，油液沿着油管或油槽流至需要润滑的表面上。当溅油齿轮或溅油圆盘的圆周速度适宜时，还能形成油雾，油雾中的细小油珠会落到各摩擦面的间隙中进行润滑。

飞溅润滑的优点是结构简单，使用方便，而且油的消耗量也少。但这种方式需在一定的条件下才能有效地工作，即溅油齿轮或溅油盘的圆周速度不能太大或太小。 （2）循环润滑

这是比较完善的润滑方法，对于发热量较大或防止温升过高的某些摩擦表面，需用油泵供油进行强制循环润滑，将摩擦面所产生的热量由润滑油带走，进行冷却。 （3）滴油润滑

采用油杯或绒线间断的供少量的润滑油。优点是结构简单，使用方便；缺点是难于控制油量。这种方法主要用于需要油量不大的地方。 （4）油雾润滑

利用压缩空气，通过专门的雾化器形成含少量油的油雾喷入轴承。油雾润滑的阻力小，散热性好，是一种很好的润滑方法。 （5）喷射(注射)润滑

一般是通过轴承周围的3—4个喷嘴，将4公斤／厘米2的压力油喷注到轴承隔离器的空隙，周期性地把油送到润滑表面，供油量少，润滑效果好，但需要一套专门设备。这种方法主要用于转速很高的主轴组件的轴承润滑。

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结语

课程设计作为一门专业知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事工作前不可缺少的环节．通过这次课程设计，让我受益良多，能够更深层次的掌握应用所学专业知识了．这次的课程设计，本着认真努力的态度终于完成了，也学会了脚踏实地终有收获的道理，牢固的专业知识才能更好的去面对以后的工作。

在这个累死人不偿命的过程中，然而，亲自着手一个自己的设计成果，还是很舒畅的，漫漫回味这六周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消．虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一中＂柳暗花明又一村＂的感悟．

我的课程设计一直是在王燕燕老师的悉心指导下进行的。老师治学态度严谨，学识渊博，为人和蔼可亲。并且在整个毕业设计过程中，他不断对我得到的结论进行总结，并提出新的问题，使得我的设计课题能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有益的思考。在此表示诚挚的感谢和由衷的敬意。

通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致．这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练．短短六周是课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用．我需要学习的东西还太多太多。

最后，我要感谢我的老师们，是您给了我们这个机会，让我们在毕业之前能了解一下自己的水平，让我们知道我们要学习的还很多，我们还需继续努力，学习新的知识，端正自己的学习态度，争取在以后的工作中脱颖而出。

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参考文献

(1) 冯辛安著，《机械制造装备设计》,北京：机械工业出版社，2005

(2) 哈尔滨工业大学等著，《机械设计图册》,上海：上海科学技术出版社，1979 (3) 杨黎明等著，《机械零件设计手册》,北京：国防工业出版社，1993

(4) 翁世修、王良申著，《金属切削机床设计指导》，上海：上海交通大学出版社，1987 (5) 何伯吹等著，《机床设计手册》，北京：机械工业出版社，1975

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mq57.html