最大加工直徑320mm的臥式車床的主運動系統(tǒng)設(shè)計【Dmax=320mm Nmin=85rmin φ=1.26 Z=10】

最大加工直徑320mm的臥式車床的主運動系統(tǒng)設(shè)計【Dmax=320mm Nmin=85rmin φ=1.26 Z=10】,Dmax=320mm Nmin=85rmin φ=1.26 Z=10,最大加工直徑320mm的臥式車床的主運動系統(tǒng)設(shè)計【Dmax=320mm,Nmin=85rmin,φ=1.26,Z=10】,最大,加工 課程設(shè)計報告 320mm的臥式車床的主運動系統(tǒng)設(shè)計 5 設(shè)計任務(wù)書 車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)如下： 完成最大加工直徑 320 mm 的臥式車床的主運動系統(tǒng)設(shè)計，主要參數(shù)如下： 轉(zhuǎn)速級數(shù) Z=10 公比 1.26 最低轉(zhuǎn)速 nmin=85轉(zhuǎn)/分 工件最大回轉(zhuǎn)直徑 D(mm) 正轉(zhuǎn)最低轉(zhuǎn)速 nmin( ) 轉(zhuǎn)速級數(shù) 公比 320 85 10 1.26 目 錄 設(shè)計任務(wù)書 2 目 錄 4 第1章 設(shè)計要求及目的 6 第2章 機床主參數(shù)的確定 8 2.1 確定轉(zhuǎn)速范圍 8 2.2 確定電動機型號 8 2.3擬定機床傳動方案 9 2.3.1 傳動系統(tǒng)擴大順序的安排 10 2.3.2 繪制結(jié)構(gòu)網(wǎng) 10 2.3.3 傳動組的變速范圍的極限值 11 2.3.4最大擴大組的選擇 11 2.4 繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖 12 2.5 確定各變速組此論傳動副齒數(shù) 13 第3章 傳動件的計算 14 3.1 帶傳動設(shè)計 14 3.2選擇帶型 15 3.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗證帶速 15 3.4確定中心距離、帶的基準(zhǔn)長度并驗算小輪包角 16 3.5確定帶的根數(shù)z 17 3.6確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 17 3.7確定帶的張緊裝置 17 3.8 驗算主軸轉(zhuǎn)速誤差 19 3.9 計算轉(zhuǎn)速的計算 20 3.10 齒輪模數(shù)計算及驗算 21 3.11 傳動軸最小軸徑的初定 26 第4章 主要零件的設(shè)計與驗算 30 4.1齒輪強度的校核驗算 30 4.2 軸的校核 31 4.3 軸承壽命校核 33 參考文獻(xiàn) 35 第1章 設(shè)計要求及目的 一、設(shè) 計 任 務(wù)： 完成最大加工直徑 320 mm 的臥式車床的主運動系統(tǒng)設(shè)計，主要參數(shù)如下： 轉(zhuǎn)速級數(shù) Z=10 公比 1.26 最低轉(zhuǎn)速 nmin=85轉(zhuǎn)/分 二、設(shè) 計 要 求： 1.完成傳動系統(tǒng)設(shè)計：方案合理，運動設(shè)計和動力計算正確； 2.完成主軸箱草圖和展開圖設(shè)計（計算機打印A0）：布局合理、結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)容表達(dá)完整、正確，圖紙規(guī)范整潔。 3.完成1張主軸箱的剖面圖（A1）：能綜合反映各軸的空間位置，操縱機構(gòu)安排合理、表達(dá)清楚，主軸中心高適當(dāng)； 4.完成主軸零件圖設(shè)計（A1）：結(jié)構(gòu)合理，形位公差和表面粗糙度等技術(shù)要求標(biāo)注合理，尺寸標(biāo)注完整正確。 5.完成計算說明書一份（25頁）：包括目錄、設(shè)計任務(wù)書、總論或前言（概述）、參數(shù)、運動設(shè)計的分析和擬定、動力計算、結(jié)構(gòu)的選擇和分析及必要的說明、設(shè)計心得體會、參考文獻(xiàn)（書目前排列序號，以便正文引用）。要求條理清楚，計算、分析準(zhǔn)確。 機床技術(shù)參數(shù)有主參數(shù)和基本參數(shù)，他們是運動傳動和結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)，影響到機床的加工能力、決定和影響其他基本參數(shù)的依據(jù)，如車床的最大加工直徑，一般在設(shè)計題目中給定，基本參數(shù)是一些加工件尺寸、機床結(jié)構(gòu)、運動和動力特性有關(guān)的參數(shù)，可歸納為尺寸參數(shù)、運動參數(shù)和動力參數(shù)。 通用車床工藝范圍廣，所加工的工件形狀、尺寸和材料各不相同，有粗加工又有精加工；用硬質(zhì)合金刀具又用高速鋼刀具。因此，必須對所設(shè)計的機床工藝范圍和使用情況做全面的調(diào)研和統(tǒng)計，依據(jù)某些典型工藝和加工對象，兼顧其他的可能工藝加工的要求，擬定機床技術(shù)參數(shù)，擬定參數(shù)時，要考慮機床發(fā)展趨勢和同國內(nèi)外同類機床的對比，使擬定的參數(shù)最大限度地適應(yīng)各種不同的工藝要求和達(dá)到機床加工能力下經(jīng)濟合理。 機床主傳動系因機床的類型、性能、規(guī)格和尺寸等因素的不同，應(yīng)滿足的要求也不一樣。設(shè)計機床主傳動系時最基本的原則就是以最經(jīng)濟、合理的方式滿足既定的要求。在設(shè)計時應(yīng)結(jié)合具體機床進(jìn)行具體分析，一般應(yīng)滿足的基本要求有：滿足機床使用性能要求。首先應(yīng)滿足機床的運動特性，如機床主軸油足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級數(shù)；滿足機床傳遞動力的要求。主電動機和傳動機構(gòu)能提供足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，具有較高的傳動效率；滿足機床工作性能要求。主傳動中所有零部件有足夠的剛度、精度和抗震性，熱變形特性穩(wěn)定；滿足產(chǎn)品的經(jīng)濟性要求。傳動鏈盡可能簡短，零件數(shù)目要少，以便節(jié)約材料，降低成本。 36 第2章 機床主參數(shù)的確定 2.1 確定轉(zhuǎn)速范圍 根據(jù)=1.26 因為已知 ， 查標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表取最大轉(zhuǎn)速 因為=1.26=1.064，根據(jù)【1】表3-6標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列。首先找到最小極限轉(zhuǎn)速85，再每跳過3個數(shù)取一個轉(zhuǎn)速，即可得到公比為1.26的數(shù)列： 85，106，132，170，212，265，335，425，530，670 2.2 確定電動機型號 合理地確定電機功率N，使用的功率實際情況既能充分的發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機經(jīng)常輕載而降低功率因素。 目前，確定機床電機功率的常用方法很多，而本次設(shè)計中采用的是：估算法，它是一種按典型加工條件（工藝種類、加工材料、刀具、切削用量）進(jìn)行估算。根據(jù)此方法，中型車床典型切削條件下的用量： 1）主（垂直）切削力： 2）切削功率： N切 = 3）估算主電動機功率： 根據(jù)以上條件，選定主電機： a.電機功率N： 根據(jù)機床切削能力的要求確定電機功率。但電機產(chǎn)品的功率已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值。 N=5.5kw b.電機轉(zhuǎn)速n 電機的轉(zhuǎn)速選擇的是： n=1440r/min 這個選擇是根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速nmax和Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速相近或相宜，以免采用過大的升速或過小的降速傳動。 c.電機的安裝和外形 根據(jù)電機不同的安裝和使用的需要，有四種不同的外形結(jié)構(gòu)，用的最多的有底座式和法蘭式兩種。本次設(shè)計的機床所需選用的是外行安裝尺寸之一。具體的安裝圖可由手冊查到。 d.常用電機的資料 根據(jù)常用電機所提供的資料，選用： Y132S-4 2.3擬定機床傳動方案 級數(shù)為Z的傳動系統(tǒng)由若干個順序的傳遞組組成，各傳動組分別有Z1、Z2、Z3、…個傳動副.即 Z=Z1Z2Z3… 傳動副數(shù)為使結(jié)構(gòu)盡量簡單以2或3為適合，即變速級數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子： 即 Z=2a3b 實現(xiàn)12級主軸轉(zhuǎn)速變化的傳動系統(tǒng)可以寫成多種傳動副的組合: 1) 12=3×4 2) 12=4×3 3) 12=3×2×2 4) 12=2×3×2 5) 12=2×2×3 方案1）和方案2)可省掉一根軸。但有一個傳動組有四個傳動副。若用一個四聯(lián)滑移齒輪，則將大大增加其軸向尺寸；若用兩個雙聯(lián)滑移齒輪，則操縱機構(gòu)必須互鎖以防止兩個滑移齒輪同時嚙合。將使得結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。故在此不予采用。 按照傳動副“前）多后少”的原則選擇Z=3×2×2這一方案，但主軸換向采用雙向片式摩擦離合器結(jié)構(gòu)，致使Ⅰ軸的軸向尺寸過大，所以此方案不宜采用，加之主軸對加工精度、表面粗超度的影響最大。因此在主軸的傳動副不宜太多，故方案5）亦不采用。而應(yīng)先擇12=2×3×2。 綜上所述： 方案4） 12=2×3×2 是比較合理的 2.3.1 傳動系統(tǒng)擴大順序的安排 12=2×3×2的傳動副組合，其傳動組的擴大順序又可以有6種形式： 1) 12=21×32×26 2) 12=21×34×22 3) 12=23×31×26 4) 12=26×31×23 5) 12=22×34×21 6) 12=26×32×21 以上各種結(jié)構(gòu)式方案中，由于傳動副的極限傳動比和傳動組的極限變速范圍的限制，一般升速時。極限變速范圍。 檢查傳動組的變速范圍時，只需檢查最后一個擴大組。因其他傳動組的變速范圍都比他小。由式 對于方案2）和 方案5）有：,則對于方案2）和 方案5）不予考慮。 對于其余方案有：。然而在可行的結(jié)構(gòu)式方案1）、3）、4）、6）中，為了使中間軸變速范圍最小，在各方案同號傳動軸的最高轉(zhuǎn)速相同時，變速范圍越小，最低轉(zhuǎn)速越高，轉(zhuǎn)矩越小，傳動件尺寸也就越小。比較方案1）、3）、4）、6），方案1）的中間傳動軸變速范圍最小，方案1）最佳。但由于Ⅰ軸裝有摩擦離合器，在結(jié)構(gòu)上要求有一齒輪的齒根圓大于離合器的直徑因而采用方案3）12=23×31×26 最佳 2.3.2 繪制結(jié)構(gòu)網(wǎng) 由上選擇的結(jié)構(gòu)式12=23×31×26 畫其結(jié)構(gòu)圖如下： 圖2.1結(jié)構(gòu)網(wǎng) 2.3.3 傳動組的變速范圍的極限值 齒輪傳動最小傳動比Umin1/4,最大傳動比Umax,決定了一個傳動組的最大變速范圍rmax=umax/umin。 因此，要按照下表，淘汰傳動組變速范圍超過極限值的所有傳動方案。 極限傳動比及指數(shù)X,X,值為： 表2.1 公比 極限傳動比指數(shù) 1.41 X值：Umin==1/4 4 X'值：Umax=x, =2 2 (X+ X')值：rmin=x+x｀=8 6 2.3.4最大擴大組的選擇 正常連續(xù)的順序擴大組的傳動的傳動結(jié)構(gòu)式為： Z=Z1[1]Z2[Z1]Z3[Z1Z2] 最后擴大組的變速范圍 按照r原則，導(dǎo)出系統(tǒng)的最大級數(shù)Z和變速范圍Rn為： 表2.2 Z3 2 3 1.41 Z=12 Rn=44 Z=9 Rn=15.6 最后擴大組的傳動副數(shù)目Z3=2時的轉(zhuǎn)速范圍遠(yuǎn)比Z3=3時大 因此，在機床設(shè)計中，因要求的R較大，最后擴大組應(yīng)取2更為合適。 同時，最后傳動組與最后擴大組往往是一致的。安裝在主軸與主軸前一傳動軸的具有極限或接近傳動比的齒輪副承受最大扭距，在結(jié)構(gòu)上可獲得較為滿意的處理，這也就是最后傳動組的傳動副經(jīng)常為2的另一原因。 2.4 繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖 （1）選擇電動機：采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。 （2）繪制轉(zhuǎn)速圖： （3）畫主傳動系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)，畫主傳動系統(tǒng)圖如圖2-3： 1-2軸最小中心距：A1_2min>1/2(Zmaxm+2m+D) 軸最小齒數(shù)和:Szmin>(Zmax+2+D/m) 2.5 確定各變速組此論傳動副齒數(shù) (1)Sz100-124,中型機床Sz=70-100 (2)直齒圓柱齒輪Zmin18-24,m4 圖2-3 主傳動系統(tǒng)圖 （7）齒輪齒數(shù)的確定。變速組內(nèi)取模數(shù)相等，據(jù)設(shè)計要求Zmin≥18~24,齒數(shù)和Sz≤100～124，由表4.1，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數(shù)，各齒輪齒數(shù)如表2-2。 表2-2 齒輪齒數(shù) 傳動比 基本組 第一擴大組 第二擴大組 1:1.26 1:2 1:3.16 1:1.26 1:1.58 1.58:1 1：1.58 代號 Z Z Z Z Z Z Z Z’ Z5 Z5’ Z Z Z7 Z7’ 齒數(shù) 33 42 25 50 18 57 30 38 26 42 61 38 38 61 第3章 傳動件的計算 3.1 帶傳動設(shè)計 輸出功率P=5.5kW,轉(zhuǎn)速n1=1440r/min,n2=670r/min 計算設(shè)計功率Pd 表4 工作情況系數(shù) 工作機 原動機 ⅰ類 ⅱ類 一天工作時間/h 10~16 10~16 載荷 平穩(wěn) 液體攪拌機；離心式水泵；通風(fēng)機和鼓風(fēng)機（）；離心式壓縮機；輕型運輸機 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 載荷 變動小 帶式運輸機（運送砂石、谷物），通風(fēng)機（）；發(fā)電機；旋轉(zhuǎn)式水泵；金屬切削機床；剪床；壓力機；印刷機；振動篩 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 載荷 變動較大 螺旋式運輸機；斗式上料機；往復(fù)式水泵和壓縮機；鍛錘；磨粉機；鋸木機和木工機械；紡織機械 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6 載荷 變動很大 破碎機（旋轉(zhuǎn)式、顎式等）；球磨機；棒磨機；起重機；挖掘機；橡膠輥壓機 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 根據(jù)V帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16小時），查《機械設(shè)計》P296表4， 取KA＝1.1。即 3.2選擇帶型 普通V帶的帶型根據(jù)傳動的設(shè)計功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1按《機械設(shè)計》P297圖13－11選取。 根據(jù)算出的Pd＝6.05kW及小帶輪轉(zhuǎn)速n1＝1440r/min ，查圖得：dd=80～100可知應(yīng)選取A型V帶。 3.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗證帶速 由《機械設(shè)計》P298表13－7查得，小帶輪基準(zhǔn)直徑為80～100mm 則取dd1=100mm> ddmin.=75 mm（dd1根據(jù)P295表13-4查得） 表3 V帶帶輪最小基準(zhǔn)直徑 槽型 Y Z A B C D E 20 50 75 125 200 355 500 由《機械設(shè)計》P295表13-4查“V帶輪的基準(zhǔn)直徑”，得=224mm ① 誤差驗算傳動比： （為彈性滑動率） 誤差 符合要求 ② 帶速 滿足5m/s300mm，所以宜選用E型輪輻式帶輪。 總之，小帶輪選H型孔板式結(jié)構(gòu)，大帶輪選擇E型輪輻式結(jié)構(gòu)。 帶輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。 3.7確定帶的張緊裝置 選用結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便的定期調(diào)整中心距的張緊裝置。 對帶輪的主要要求是質(zhì)量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面加工精度要高，以減少帶的磨損。轉(zhuǎn)速高時要進(jìn)行動平衡，對于鑄造和焊接帶輪的內(nèi)應(yīng)力要小, 帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱為輪緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動帶，制有梯形輪槽。由于普通V帶兩側(cè)面間的夾角是40°，為了適應(yīng)V帶在帶輪上彎曲時截面變形而使楔角減小，故規(guī)定普通V帶輪槽角 為32°、34°、36°、38°（按帶的型號及帶輪直徑確定），輪槽尺寸見表7-3。裝在軸上的筒形部分稱為輪轂，是帶輪與軸的聯(lián)接部分。中間部分稱為輪幅（腹板），用來聯(lián)接輪緣與輪轂成一整體。 表 普通V帶輪的輪槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92） 項目 ? 符號 槽型 Y Z A B C D E 基準(zhǔn)寬度 b p 5.3 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0 基準(zhǔn)線上槽深 h amin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6 基準(zhǔn)線下槽深 h fmin 4.7 7.0 8.7 10.8 14.3 19.9 23.4 槽間距 e 8 ± 0.3 12±0.3 15±0.3 19±0.4 25.5 ± 0.5 37± 0.6 44.5 ± 0.7 第一槽對稱面至端面的距離 f min 6 7 9 11.5 16 23 28 最小輪緣厚 5 5.5 6 7.5 10 12 15 帶輪寬 B B =( z -1) e + 2 f ? z —輪槽數(shù) 外徑 d a 輪 槽 角 32° 對應(yīng)的基準(zhǔn)直徑 d d ≤ 60 - - - - - - 34° - ≤ 80 ≤ 118 ≤ 190 ≤ 315 - - 36° 60 - - - - ≤ 475 ≤ 600 38° - ＞ 80 ＞ 118 ＞ 190 ＞ 315 ＞ 475 ＞ 600 極限偏差 ± 1 ± 0.5 V帶輪按腹板（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式： （1） 實心帶輪：用于尺寸較小的帶輪(dd≤(2.5～3)d時)，如圖7 -6a。  （2） 腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪(dd≤ 300mm 時)，如圖7-6b。 （3） 孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪((dd－d)＞ 100 mm 時)，如圖7 -6c 。 （4） 橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪(dd＞ 500mm 時)，如圖7-6d。 （a） （b） （c） （d） 圖7-6 帶輪結(jié)構(gòu)類型 根據(jù)設(shè)計結(jié)果，可以得出結(jié)論：小帶輪選擇實心帶輪，如圖（a）,大帶輪選擇腹板帶輪如圖（b） 3.8 驗算主軸轉(zhuǎn)速誤差 由于確定的齒輪齒數(shù)所得的實際轉(zhuǎn)速與傳動設(shè)計的理論轉(zhuǎn)速難以完全相符，需要驗算主軸各級轉(zhuǎn)速，最大誤差不得超過±10(ψ-1)%。 主軸各級實際轉(zhuǎn)速值用下式計算 n實=nd×(1-ε)×u1×u2×u3×u4 其中： ε—滑移系數(shù)ε=0.2 u1、 u2 、u3 、u4分別為各級的傳動比 轉(zhuǎn)速誤差用主軸實際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速相對誤差的絕對值表示 ⊿n=｜∣≤±10(ψ-1)% 實際轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速誤差如下: 表2.5各級傳動組的轉(zhuǎn)速誤差 主軸轉(zhuǎn)速 n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10 理論轉(zhuǎn)速 85 106 132 170 212 265 335 425 530 670 實際轉(zhuǎn)速 85.8 107.2 134.5 173.2 214.6 266.4 336.4 418.5 535.6 674.3 轉(zhuǎn)速誤差 （%） 0.7 0.4 0.2 0.32 0.17 0.32 0.32 0.46 0.27 0.3 故轉(zhuǎn)速誤差滿足要求。 3.9 計算轉(zhuǎn)速的計算 （1）主軸的計算轉(zhuǎn)速nj，由公式n=n得，主軸的計算轉(zhuǎn)速nj=198.305r/min， 取212r/min。 (2). 傳動軸的計算轉(zhuǎn)速 軸3=132 r/min 軸2=212 r/min，軸1=670r/min。 （2）確定各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速。各計算轉(zhuǎn)速入表3-1。 表3-1 各軸計算轉(zhuǎn)速 軸 號 Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 Ⅲ 軸 計算轉(zhuǎn)速 r/min 670 212 132 （3） 確定齒輪副的計算轉(zhuǎn)速。齒輪Z裝在主軸上其中只有212r/min傳遞全功率，故Zj=212r/min。 依次可以得出其余齒輪的計算轉(zhuǎn)速，如表3-2。 表3-2 齒輪副計算轉(zhuǎn)速 序號 Z Z Z Z Z n 670 212 212 132 212 3.10 齒輪模數(shù)計算及驗算 （1）模數(shù)計算。一般同一變速組內(nèi)的齒輪取同一模數(shù)，選取負(fù)荷最重的小齒輪，按簡化的接觸疲勞強度公式進(jìn)行計算，即mj=16338可得各組的模數(shù)，如表3-3所示。 根據(jù)和計算齒輪模數(shù)，根據(jù)其中較大值取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)： =16338=16338mm ——齒輪的最低轉(zhuǎn)速r/min； ——頂定的齒輪工作期限，中型機床推存：=15～24 ——轉(zhuǎn)速變化系數(shù)； ——功率利用系數(shù)； ——材料強化系數(shù)。 ——（壽命系數(shù)）的極值 齒輪等轉(zhuǎn)動件在接取和彎曲交邊載荷下的疲勞曲線指數(shù)m和基準(zhǔn)順環(huán)次數(shù)C0 ——工作情況系數(shù)。中等中級的主運動： ——動載荷系數(shù)； ——齒向載荷分布系數(shù)； ——齒形系數(shù)； 根據(jù)彎曲疲勞計算齒輪模數(shù)公式為： 式中：N——計算齒輪轉(zhuǎn)動遞的額定功率N=? ——計算齒輪（小齒輪）的計算轉(zhuǎn)速r/min ——齒寬系數(shù), Z1——計算齒輪的齒數(shù)，一般取轉(zhuǎn)動中最小齒輪的齒數(shù)： ——大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比，=；（+）用于外嚙合，（-）號用 于內(nèi)嚙合： 命系數(shù)； ：工作期限 ， =； ==3.49 ==1.8 =0.84 =0.58 =0.90 =0.55 =0.72 =3.49 0.84 0.58 0.55=0.94 =1.80.84 0.90 0.72=0.99 時，取=，當(dāng)<時，取=； ==0.85 =1.5； =1.2 =1 =0.378 許用彎曲應(yīng)力，接觸應(yīng)力，() =354 =1750 按接觸疲勞計算齒輪模數(shù)m 1軸由公式mj=16338可得mj=2.34mm，取m=3mm 2軸由公式mj=16338可得mj=2.31mm，取m=3mm 3軸由公式mj=16338可得mj=2.83mm，取m=3mm 根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，也為了便于統(tǒng)一，在這里傳動齒輪統(tǒng)一取m=3 表3-3 模數(shù) 組號 基本組 第一擴大組 第二擴大組 模數(shù) mm 3 3 3 （2）基本組齒輪計算。 基本組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪 Z1 Z1` Z2 Z2` Z3 Z3` 齒數(shù) 33 42 25 50 18 57 分度圓直徑 99 126 75 150 54 171 齒頂圓直徑 105 132 91 156 60 177 齒根圓直徑 91.5 118.5 67.5 142.5 46.5 163.5 齒寬 24 24 24 24 24 24 按基本組最小齒輪計算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～246HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB～246HB，平均取240HB。計算如下： ① 齒面接觸疲勞強度計算： 接觸應(yīng)力驗算公式為 彎曲應(yīng)力驗算公式為： 式中 N----傳遞的額定功率（kW），這里取N為電動機功率，N=5kW; -----計算轉(zhuǎn)速（r/min）. =212（r/min）; m-----初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=3（mm）; B----齒寬（mm）;B=24（mm）; z----小齒輪齒數(shù)；z=18; u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=3.16; -----壽命系數(shù)； = ----工作期限系數(shù)； T------齒輪工作期限，這里取T=15000h.; -----齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）, =500（r/min） ----基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取=，彎曲載荷取= m----疲勞曲線指數(shù)，接觸載荷取m=3；彎曲載荷取m=6; ----轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，查【5】2上，取=0.60 ----功率利用系數(shù)，查【5】2上，取=0.78 -----材料強化系數(shù)，查【5】2上， =0.60 -----工作狀況系數(shù)，取=1.1 -----動載荷系數(shù)，查【5】2上，取=1 ------齒向載荷分布系數(shù)，查【5】2上，=1 Y------齒形系數(shù)，查【5】2上，Y=0.386； ----許用接觸應(yīng)力（MPa）,查【4】，表4-7，取=650 Mpa； ---許用彎曲應(yīng)力（MPa），查【4】，表4-7，取=275 Mpa； 根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得： =635 Mpa =78 Mpa （3）第一擴大組齒輪計算。 擴大組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪 Z4 Z4` Z5 Z5` 齒數(shù) 30 38 26 42 分度圓直徑 90 114 78 126 齒頂圓直徑 96 120 84 132 齒根圓直徑 82.5 106.5 70.5 118.5 齒寬 24 24 24 24 （4）第二擴大組齒輪計算。 擴大組齒輪幾何尺寸見下表 齒輪 Z5 Z5` Z6 Z6` 齒數(shù) 61 38 38 61 分度圓直徑 183 114 114 183 齒頂圓直徑 189 120 120 189 齒根圓直徑 175.5 106.5 106.5 175.5 齒寬 24 24 24 24 按擴大組最小齒輪計算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～246HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB～246HB，平均取240HB。 同理根據(jù)基本組的計算， 查文獻(xiàn)【6】，可得 =0.62， =0.77，=0.60，=1.1， =1，=1，m=3.5，=355； 可求得： =619 Mpa =135Mpa 3.11 傳動軸最小軸徑的初定 傳動軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下列公式估算傳動軸直徑： mm 其中：N—該傳動軸的輸入功率 KW Nd—電機額定功率； —從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積 —該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速r/min —每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角(deg/m),可根據(jù)傳動軸的要求選取如表3.2所示： 表3.2 剛度要求 允許的扭轉(zhuǎn)角 主 軸 一般的傳動軸 較低的傳動軸 0.5—1 1—1.5 1.5—2 對于一般的傳動軸，取=1.5。取估算的傳動軸長度為500mm。 對Ⅰ軸有： KW =670r/min 預(yù)取mm 對Ⅱ軸有：KW =1120 r/min mm 預(yù)取 對Ⅲ軸有： KW =140 mm 預(yù)取 采用花鍵軸結(jié)構(gòu)，即將估算的傳動軸直徑d減小7%為花鍵軸的直徑，在選相近的標(biāo)準(zhǔn)花鍵。 =32×0.93=29.76 =38×0.93=35.34 =46×0.93=42.78 查表可以選取花鍵的型號其尺寸分別為 軸取 6-30×26×6 軸取 6-38×33×10 軸取 6-43×40×12 最脆弱軸的計算校核 對于傳動軸，除重載軸外，一般無須進(jìn)行強度校核，只進(jìn)行剛度驗算。 軸的抗彎斷面慣性矩（） 花鍵軸 = 式中 d—花鍵軸的小徑（mm）； i—花軸的大徑（mm）； b、N—花鍵軸鍵寬，鍵數(shù)； 傳動軸上彎曲載荷的計算，一般由危險斷面上的最大扭矩求得： = 式中 N—該軸傳遞的最大功率（kw）; —該軸的計算轉(zhuǎn)速（r/min）。 傳動軸上的彎矩載荷有輸入扭矩齒輪和輸出扭矩齒輪的圓周力、徑向力，齒輪的圓 周力 式中 D—齒輪節(jié)圓直徑（mm）,D=mZ。 齒輪的徑向力： 式中 α—為齒輪的嚙合角，α＝20o； ρ—齒面摩擦角，； β—齒輪的螺旋角；β＝0 故N 花鍵軸鍵側(cè)擠壓應(yīng)力的驗算 花鍵鍵側(cè)工作表面的擠壓應(yīng)力為： 式中 —花鍵傳遞的最大轉(zhuǎn)矩（）； D、d—花鍵軸的大徑和小徑（mm）； L—花鍵工作長度； N—花鍵鍵數(shù)； K—載荷分布不均勻系數(shù)，K=0.7～0.8； 故此花鍵軸校核合格 軸承疲勞強度校核 機床傳動軸用滾動軸承，主要是因疲勞破壞而失效，故應(yīng)進(jìn)行疲勞驗算。其額定壽命的計算公式為： C—滾動軸承的額定負(fù)載（N）,根據(jù)《軸承手冊》或《機床設(shè)計手冊》查取，單位用（kgf）應(yīng)換算成（N）； —速度系數(shù)， 為滾動軸承的計算轉(zhuǎn)速（r/mm） —壽命系數(shù)， —壽命系數(shù)，對球軸承=3，對滾子軸承=； 工作情況系數(shù)，對輕度沖擊和振動的機床（車床、銑床、鉆床、磨床等多數(shù)機床），； —功率利用系數(shù)，查表3—3； —速度轉(zhuǎn)化系數(shù)，查表3—2； —齒輪輪換工作系數(shù)，查《機床設(shè)計手冊》； P—當(dāng)量動載荷，按《機床設(shè)計手冊》。 故軸承校核合格 第4章 主要零件的設(shè)計與驗算 4.1齒輪強度的校核驗算 ① 齒面接觸疲勞強度計算： 接觸應(yīng)力驗算公式為 彎曲應(yīng)力驗算公式為： 式中 N----傳遞的額定功率（kW），這里取N為電動機功率，N=5kW; -----計算轉(zhuǎn)速（r/min）. =212（r/min）; m-----初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=3（mm）; B----齒寬（mm）;B=24（mm）; z----小齒輪齒數(shù)；z=18; u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=3.16; -----壽命系數(shù)； = ----工作期限系數(shù)； T------齒輪工作期限，這里取T=15000h.; -----齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）, =500（r/min） ----基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取=，彎曲載荷取= m----疲勞曲線指數(shù)，接觸載荷取m=3；彎曲載荷取m=6; ----轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，查【5】2上，取=0.60 ----功率利用系數(shù)，查【5】2上，取=0.78 -----材料強化系數(shù)，查【5】2上， =0.60 -----工作狀況系數(shù)，取=1.1 -----動載荷系數(shù)，查【5】2上，取=1 ------齒向載荷分布系數(shù)，查【5】2上，=1 Y------齒形系數(shù)，查【5】2上，Y=0.386； ----許用接觸應(yīng)力（MPa）,查【4】，表4-7，取=650 Mpa； ---許用彎曲應(yīng)力（MPa），查【4】，表4-7，取=275 Mpa； 根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得： =635 Mpa =78 Mpa 4.2 軸的校核 （a） 主軸的前端部撓度 （b） 主軸在前軸承處的傾角 （c） 在安裝齒輪處的傾角 E取為， ， 由于小齒輪的傳動力大，這里以小齒輪來進(jìn)行計算 將其分解為垂直分力和水平分力 由公式 可得 主軸載荷圖如下所示： 由上圖可知如下數(shù)據(jù)：a=364mm,b=161mm,l=525mm,c=87mm 計算（在垂直平面） ,, ，， ，， 計算（在水平面） ,, ，， ，， 合成： 4.3 軸承壽命校核 由П軸最小軸徑可取軸承為7008C角接觸球軸承,ε=3；P=XFr+YFaX=1，Y=0。 對Ⅱ軸受力分析 得：前支承的徑向力Fr=2642.32N。 由軸承壽命的計算公式：預(yù)期的使用壽命 [L10h]=15000h L10h=×=×=h≥[L10h]=15000h 軸承壽命滿足要求。 參考文獻(xiàn) 1.段鐵群.《主軸箱設(shè)計》，科學(xué)出版社； 2.于惠力，向敬忠，張春宜.《機械設(shè)計》，科學(xué)出版社； 3.潘承怡，蘇相國. 《機械設(shè)計課程設(shè)計》，哈爾濱理工大學(xué)； 4.戴署.《金屬切削機床設(shè)計》，機械工業(yè)出版社； 5.陳易新，《金屬切削機床課程設(shè)計指導(dǎo)書》； 6、機床主軸、變速箱設(shè)計簡明手冊 7、機械設(shè)計課程設(shè)計 8、金屬切削機床設(shè)計 9、機械制造裝備等