ck6140主传动设计及其伺服系统设计毕业设计

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1、武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（ 论 文）说明书论文题目 ck6140主传动设计及其伺服系统设计 武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文）目 录目 录I摘 要IIIAbstractIV第一章 卧式数控车床简介11.1数控车床简介11.2 CK6140介绍及设计说明21.3设计任务3第二章 CK6140总体设计计算52.1总体设计要求52.2机床的总体布局的确定62.3换向方向的选择62.4开停方式选择62.5 制动方式选择72.6 齿轮布置与排布72.7 变速方式选择72.8进给系统的组成及选用8第三章 主变速箱总体设计103.1电机的选用103.2确定结构网和结构式123.3

2、确定各级的转速123.4绘制转速图133.5带轮直径确定的方法，步骤143.6确定齿轮齿数15第四章 主变速箱详细设计174.1带传动的设计174.2主轴转速系列的验算194.3 齿轮的设计224.4轴的设计334.5轴承的选择354.6选择离合器364.7轴承的校核364.8轴的校核424.9键的选择与校核47第五章 进给伺服系统的设计505.1进给伺服系统简介505.2传动系统的设计及计算50第六章 数控机床可编程控制系统设计566.1 可编程控制器简介566.2 数控机床中PLC的功能566.3 CK6140数控车床控制主轴运动的局部梯形图576.4 工作原理57总 结59致 谢60参考

3、文献61摘 要本文介绍了CK6140数控车床的组成及工作原理，对数控机床的主要组成部分：机床主轴箱，进给伺服系统及主轴PLC控制进行了总体的设计及其详细设计。数控机床是现代机电一体化的典型产品，对提高零件的加工质量和加工效率具有较好的作用。在本次设计中，主要完成了以下工作：根据给出的要求，首先确定设计要求给出的已知条件确定电机的型号和功率，传动系统的布局，变速方式，开停方式，换向方式，制动方式及齿轮的排列与布置。然后根据转速范围及级数确定它的转速图、各齿轮的齿数和传动系统简图。在根据已确定传动比来确定带传动。通过轴的初步设计，进行齿轮的设计和校核。选取相应的轴承和键，进行轴的具体设计和校核，键

4、和轴承的设计和校核。最后进行装配图和各个零件图的绘制，完成主轴箱的设计。然后完成伺服系统的设计。在对进给伺服系统进行设计时，要确定进给传动系统的传动方式及控制系统的形式。设计中，选择进给伺服系统为开环控制系统。通过给定的参数选择好步进电机的步距角可确定传动齿轮的传动比及滚珠丝杆的导程。设计的进给伺服系统能够满足设计任务的要求。最后完成机床主轴的PLC控制设计。由于设计时间限制，只能完成PLC控制的原理和结构的分析，以及绘制主轴控制的局部梯形图。关键词：数控机床 主轴箱 进给伺服系统 PLC控制AbstractThis thesis introduced the constitution and

5、 working principle of CK6140 machine tool，the primarily parts of NC machine tool designed：including proceeds the total design and detailed design. NC machine tool is a modern machine to give or get an electric shock the integral whole the typical model of technique the processing of product, right e

6、xaltation spare parts the quantity with process the efficiency to have the good function. In this design, primarily completed following work.According to the timetable to design. First identified design requirements given the known conditions determine the type and electrical power, drivetrain syste

7、m layout, speed change, stop the way for the way braking and gear configuration and the way layout. Based on rotational speed and scope of the class to determine its rotational speed maps, the various gear and drivetrain system Chishu sketch. In accordance with established transmission belt transmis

8、sion than to determine. Through axle of the preliminary design, gear design and verification. The bearings and get used to a specific axle design and verification, design and verification keys and bearings. Final assembly of the various parts and mapping. Completed the design of headstock.Then compl

9、eting the design of the servomechanism system. In designing of servo system, we can determine driving mode of driving system and controlling mode of controlling system,choosing the servo system for opening wreath control the system.Passing the parameter to settle the choice the good step the step fo

10、r the electrical engineering the distance cape can make sure to spread to move the spreading of wheel gear to move the radio the roll the bead silk the think sticks lead. Design of into give the servo system can satisfy to design the request of the mission.The end completing the machine bed the prin

11、cipal axiss PLC control the design.Because of the design time constraints, only the principle of complete PLC control and structure analysis, and drawing the local ladder spindle control. Keywords：NC Machine Tool；Axis Housing；Servomechanism ；PLC Control- 61 -第一章 卧式数控车床简介1.1数控车床简介1.1.1数控车床的发展方向自第一台数控

12、机床在美国问世至今的半个世纪内，机床数控技术的发展迅速，经历了六代两个阶段的发展过程。其中，第一个阶段为NC阶段；第二个阶段为CNC阶段，从1974年微处理器开始用于数控系统，即为第五代数空系统。在近20多年内，在生产中，实际使用的数控系统大多是这第五代数控系统，其性能和可靠性随着技术的发展得到了根本性的提高。从20世纪90年代开始，微电子技术和计算机技术的发展突飞猛进，PC微机的发展尤为突出，无论是软硬件还是外器件的进展日新月异，计算机所采用的芯片集成化越来越高，功能越来越强，而成本却越来越低，原来在大，中型机上才能实现的功能现在在微型机上就可以实现。在美国首先推出了基于PC微机的数控系统，

13、即PCNC系统，它被划入为所谓的第六代数控系统。下面从数控系统的性能、功能和体系结构三方面讨论机床。数控技术的发展趋势：1.性能方面的发展趋势（1）.高速高精度高效（2）.柔性化（3）.工艺复合和轴化（4）.实时智能化2.功能发展方面（1）.用户界面图形化（2）.科学计算可视化（3）.插补和补偿方式多样化（4）.内置高性能PLC（5）.多媒体技术应用3.体系结构的发展（1）.集成化（2）.模块化（3）.网络化（4）.开放式闭环控制模式1.1.2 数控车床特点 数控车床又称数字控制（Numbercal control，简称NC）机床，它是20世纪50年代初发展起来的一种自动控制机床，而数控车床四

14、其中的一类使用性很强的机床形式。数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同的是，数控车床的主机结构上具有以下特点：（1）.由于大多数数控车床采用了高性能的主轴及伺服传动系统，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。（2）.为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。（3）更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副，直线滚动导轨高，CNC装置这是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。1.2 CK6140介绍及设计说明1.2.1 CK6140数控机床的简介 CK6140型数控

15、车床，可进行机械零件的粗加工及精加工，结构可靠，操作方便，经济使用。控制系统功能齐全，可靠性高。该机床可满足众多行业的需要，如：汽车、拖拉机、军工、机械等行业。本机床特别适合轴类、盘类零件的内外圆柱的表面、锥面、螺纹、钻孔、铰孔及曲面回转体等零件进行高效、大批量的车削加工。 1.采用水平床身，导轨采用山形平面结合导轨形式并中频淬火，淬硬层达3mm，硬度达HRC52。 2.主轴轴承采用国产精密主轴轴承；主轴箱设计时考虑到最小热变形，采取散热措施及相应的减少主轴热变形的措施，经精心装配，主轴具有温升低、热变形小，精度高的特点，使主轴长期工作时能保持主轴轴线的相对稳定。 3.横向进给、纵向进给均采用

16、交流伺服电机与滚珠丝杠用高强度不锈钢同步软连接实现低噪音、无间隙直线运动。 4.立式四工位数控电动刀架，每工位所用时间为22.5秒，重复定位精度高达0.003mm内。同时在设计制造中采用高精度大直径齿盘分度定位，具有刚性好，重切削时变形小等优点。 5.本机床卡盘采用手动卡盘，配置手动尾座。 6.导轨和滚珠丝杠采用手动和自动润滑系统，周期定量供油，方便、可靠，操作方便，用油省。 7.本机床为半封闭防护，排屑方便、流畅。冷却箱与主机分离，冷却泵的流量大，扬程高，工件和刀具都得到充分冷却，保证工件的加工精度，提高刀具的使用寿命。 1.2.2设计的有关说明根据设计要求，机床型号为CK6140.按照金属

17、切削机床型号编制方法，ck6140含义如下：C：类型号，车床类； K：数控6：组别代号，表式卧式车床； 1：系列代号，代表卧式车床系；40：主参数，最大加工直径为400mm。功能设计：CK6140卧式数控车床的功能为加工圆柱面，回转成型面，螺纹及圆柱面1.3设计任务已知参数表1-1 设计参数床身上最大回转直径 （mm）400拖板上最大削直径 （mm）195最大顶尖行程 （mm）750-1000纵向最大行程 （mm）800-1050横向最大行程 （mm）220主轴通孔直径 （mm）52主轴孔锥度莫氏6#主轴转速32-1600r/min卡盘公称直径250主轴电机驱动方式交流变频主电机功率5.5kw

18、进给驱动方式交流伺服X,Z分辨率0.01任务1、 CK6140型数控机床总体设计计算1） 主传动系统总体设计：总体设计要求；主传动形式选择；主轴电机选择及功率计算。2） 进给伺服系统总体设计：进给伺服系统选择；各组成部分选择。2、 机床主轴箱设计（变速系统的传动和结构设计）1） 传动设计：拟定主传动参数、结构网、转速图、确定齿轮齿数和带轮直径，主传动的转向与制动方式，画出主运动的传动系统图。2） 动力计算，其中包括确定齿轮模数，轴的尺寸，轴承的形式和型号，以及其他有关的计算。3） 确定变速系统的零件的径向布置方案并绘制变速系统的结构图和零件图。3、 进给伺服系统设计1）、选取步进电机：按给定的

19、参数，选择适当的传动机构和滚珠轴承，选择步进电机的型号；2）、绘制进给伺服系统的结构图和零件图。4、机床主轴运动可编程控制设计根据机床主轴运动的规律，简要设计机床主轴运动的PLC控制：包括主轴运动控制梯形图的绘制。要求设计计算准确，规范化，图纸按国家标准绘制。图纸工作量：1） 机床主轴箱装配图：0号2） 零件图3） 进给伺服系统装配图：0号第二章 CK6140总体设计计算2.1总体设计要求数控必须满足使用部门的要求，也要适应制造厂的生产条件。要做到技术上先进，经济上合理，好用，好造，好修。2.1.1一定的工艺范围 加工的工序种类：数控加工圆柱面，回转成型面，螺纹及内圆柱面。 被加工零件的类型，

20、材料及尺寸：车，选择结构钢及铸钢，最大切削直径：200mm 刀具的种类及材料：车刀，选择硬质合金钢 加工精度及表面光洁度 适应的生产规模：多品种小批量生产的零件2.1.2 保证加工精度和表面光洁度要求床身必须具备一定的几何精度，传动精度及动态精度，减少机床零件的磨损，在材料的选用及热处理、零件表面光洁度以及润滑等方面。2.1.3提高生产率及自动化程度 1）缩短机工时间（单位时间内金属的切除量要大） 2）缩短辅助时间（提高自动化程度） 生产率 1/（T总）=1/（T切+T辅+T准/n）（件/小时）2.1.4操作维修方面和使用安全标牌及操纵板的指标符号，应采用文献11中规定的象形符号，应考虑装卸，

21、检修，调整及运输，确保安全与健康。2.1.5成本低 1）注意品种系列化，部件通用化与零件标准化 2）保证性能的条件下，机床重量与功率之比要下，结构简单，零部件数目少及占地面积少。2.2机床的总体布局的确定方案一、集中传动式布局集中传动式布局将主轴组件和主传动的全部变速机构集中装于同一个箱体内。目前，多数机床采取这种布局方式。其优点是：结构紧凑，便于实现集中操纵；箱体数少，在机床上安装、调整方便。其缺点是：传动件的振动和发热会直接影响主轴的工作精度，降低加工质量。因此，集中传动式布局一般适用于普通精度的中型和大型机床。方案二、分离传动布局分离传动布局将主轴组件和主传动的大部分变速机构分离装于两个

22、箱体内。某些高速或精密机床采用这种传动布局方式。其优点是：变速箱中产生的振动和热量不易传给主轴，从而减少了主轴的振动和热变形；当主轴箱采用振回（背轮）传动时，主轴通过带传动直接得到高转速，故运作平稳，加工表面质量高。其缺点是：箱体数多，加工、装配工作量较大，成本较高；位于传动链后面的带传动，在低转速时传递转矩较大，容易打滑；更换传动带不方便等。因此，分离传动布局适用于中小型高速或精密机床。由于CK6140机床属于普通精密的中型机床，故选用集中传动式布局。2.3换向方向的选择方案一、电动机换向电动机换向的特点与电动机开停类似。但因交流异步电动机的正反转速相同，主轴不会得到较高的反向转速。在满足机

23、床使用性能的前提下，应优先考虑此种换向方式。方案二、机械换向在电动机转向不变的情况下需要主轴换向时，可采用此种方式。经过比较，选用电动机换向方式，换向装置放在传动链的前面。2.4开停方式选择方案一、电动机开停电动机开停方式的优点是操纵方便省力，可简化机床的机械结构。其缺点是直接起动电动机，冲击较大；频繁起动会造成电动机发热甚至烧损；若电动机功率大且经常起动时，因起动电流较大会影响车间电网的正常供电。它适用于功率较小或起动不频繁的机床。方案二、机械开停在电动机不停止运转的情况下，可采用机械开停方式使主轴起动或停止。综合方案一、二，在满足机床使用性能的前提下，采用电动机开停方式。2.5 制动方式选

24、择方案一、电动机制动制动时，让电动机的转矩方向与其实际转向相反，使之减速而迅即停转，多采用反接制动、能耗制动等。电动机制动操纵方便省力，可简化机械结构。方案二、机械制动在电动机不停转的情况下需要制动时，可采用此方式。经过比较，在满足车床使用性能的前提下，采用电动机制动方式。2.6 齿轮布置与排布方案一、滑移齿轮的布置通常，滑移齿轮可选用较小齿轮，如结构需要也可选用较大齿轮。在一个变速组内，滑移齿轮必须具有“空档”位置，即只有当一对齿轮完全脱开啮合之后，才允许另一对齿轮开始进入啮合。方案二、一个变速组内的齿轮轴向排列1）列与宽排列。一般采用滑移齿轮相互靠近的窄排列。2）小齿数差排列。三联滑移齿轮

25、窄排列时相邻两齿轮的齿数差不得小于4。当齿数差小于4时，除采用增加齿数和或变位齿轮等措施外，还可采用增加小齿数差排列，使最大与最小齿轮的齿数差不小于4即可，但轴向尺寸增大。3）分组排列。将三联或四联滑移齿轮拆开两组排列，可缩短轴向尺寸，且对齿数差无要求，但两组需有联锁装置。4）顺序变换排列。若要求转速按大小顺序变换时，可采用此种排列方式，但占有轴向尺寸较大。方案三、两个变速组的齿轮轴向排列。1）并行排列。2）错排列。3）公用齿轮排列。齿轮的布置与排列直接影响到变速箱的尺寸大小，结构实现的可能性以及变速操纵的方便性等。故经过比较以上三种方案，选择用两个滑移齿轮，布置在主传动轴上。2.7 变速方式

26、选择方案一、无级变速无级变速在一定速度（或转速）范围内能连续、任意地变速。它可选用最合理的切削速度，没有速度损失，生产率得到提高；可在运转中变速，减少辅助时间；操纵方便；传动平稳等。机床主传动采用的无级变速装置主要有两种：1）无级变速器：它是靠摩擦来传递转矩的，多用钢球式、宽带式结构。但它一般机构较复杂，维修较困难，效率低；因为摩擦所需要的正压力较大，使变速器工作可靠性及寿命受到影响；变速范围较窄（不超过10），往往需要与有级变速箱串联使用。它多用于中小型机床。2）液压、电气无级变速装置：机床主传动所采用的液压马达、直流电动机调速，往往因恒功率变速范围小，恒转矩变速范围较大，而不能满足主传动的

27、传动要求，啊、在主轴低转速时出现功率不足的现象，一般也需要与有级变速箱串联使用。它多用于精密、大型机床或数控机床。方案二、有级变速有级（或分级）变速在若干固定速度（或转速）级内不连续地变速。通常它是由齿轮等变速元件构成的变速箱来实现变速的，传递功率大，变速范围大，传动比准确，工作可靠。但速度不能连续变化，且有速度损失，传动不够平稳。1）滑移齿轮变速机构：其优点是变速范围大，得到的转速级数多；变速较方便，可传递较大功率；非工作齿轮不啮合，空载功率损失较少。其缺点是变速箱结构复杂；划移齿轮多采用直齿圆柱齿轮，承载能力不如斜齿圆柱齿轮；传动不够平稳；不能在运转中变速。2）交换齿轮变速机构：其优点是结

28、构简单，不需要操纵机构；轴向尺寸小，变速箱结构紧凑；主动齿轮与从动齿轮可以对调使用，齿轮数量少。其缺点是更换齿轮时费力；装于悬臂轴端，刚性差；备换齿轮容易散失等。因此，它适用于不需要经常变速或变速时间长对生产率影响不大，但要求结构简单紧凑的机床。3）多速电动机：其优点是可简化变速箱的机械结构；在运转中变速，使用方便其缺点是多速电动机在高、低速时的输出功率不同，设计中一般是按低速的小功率选定电动机，而使用高速时的大功率就不能完全发挥其能力；多速电动机的转速级数越多，转速越低，则体积越大，价格也越高；电气控制也较复杂。4）离合器变速机构：齿轮式离合器和牙嵌式离合器结构简单，外形尺寸小；传动比准确，

29、工作中不打滑；能传递较大的转矩；但不能在运转中变速。片式摩擦离合器可实现运转中变速，接合平稳，冲击小；但结构较复杂，摩擦片间存在相对滑动，发热较大，并能引起噪声。对比以上两种方案，故选择直流电动机无级变速串联齿轮有级变速方式。2.8进给系统的组成及选用纵向和横向进给是两套独立的传动链，他们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动比应满足机床要求。为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小传动效率改的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动的刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿册间隙的机构采用滚动导轨可减少到贵贱的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量的移动，切润滑方便。图2.1伺服系统

30、总体方案框图第三章 主变速箱总体设计3.1电机的选用3.1.1车刀的选择1） 加工材料表3-1 加工材料及参数加工材料刀具材料加工形式主切削刀（,)结构钢及铸钢高速钢外圆纵车横车及镗孔17661.00.750刀具材料的选择：选择W6Mo5Cr4V2，硬度（HRC）65 抗弯强度3800Pa 冲击韧性 高温硬度（HRC）47.5 选用理由：虽然此刀具磨削性能稍差，但热塑性好，适用于制造成形刀具及承受抗冲击刀具，且在高温时还有较高硬度。2） 确定刀具的重要参数 (查资料1)表3-2 车削碳刚的切削速度加工材料硬度高速钢V（米/分）硬质合金刚V（米/分）碳刚175-2752275切深t=3mm，走刀

31、量s=0.3mm/r ，当取So=0.55时，k1=0.70取to=5时，k2=0.91=0.700.9175=47.8m/min 3） 主切削力FZ=cFZ .apxfz . f yfz .vnfz .kFZ 查文献1 kFZ=11.1510.750.931=0.8 前角为13o，主偏角45o ，刃倾角为0 o ，刀尖圆弧半径2FZ=177650.550.7510.8=4537N 其中FZ所消耗的功率占总切削功率的95%左右，所以只需要计算FZ主切削力产生的功率即可。4）切削功率Pm 3.1.2选择电机考虑到机床的传动比效率 式中：，一般取0.750.85，大值适用于新机床，小值适用于旧机床

32、。本次设计选用 参考文献2，这里选用Y132S-4，额定功率5.5KW，额定电压380W，最高转速1440r/min，同步转速1500r/min.图3.1 电动机图此机床为了减少相对速度的损失，所以公比这里我们选用主轴的标准公比为1.26这里选用18级传动3.2确定结构网和结构式3.2.1 传动组和传动副的确定18=3x6 18=6x318=3x3x2 18=3x2x3 18=2x3x3在以上两行方案中，第一行的方案虽然可以省掉一根轴，缺点是有一个传动组内由6个传动副，如果做一个六联滑移齿轮，会增加轴向尺寸，所以不采用。第二行的三个方案的比较可以根据以下原则，从电动机到主轴，一般为降速传动，接

33、近电机处的零件，转速较高，从而转矩较小，尺寸也较小。如果是传动副较多的传动组放在接近电机处，则可使小尺寸零件多些，这就是前多后少原则，从这角度出发。取18=3X3X2的方案较好。3.2.2结构式的各种方案的选择在18=3X3X2中，又因基本组和扩大组不同而又不同的方案，可能有的方案有：18=31X33X29 18=31X36X23 18=33X31X2918=36X31X23 18=36X32X21 18=32X36X21在降速传动中，防止轮齿直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比，在升速时防止产生过大噪音和震动限制最大转速比，因此，主传动链任一传动组最大变速范围。在设计时必须保证中间传动轴的变

34、速范围最小。在检查传动组的变速范围时，只需检查最后一个扩大组，因为其它传动组的变速范围都比其它小即：经验证，只有18=31X33X29与18=33X31X29这里选用变速组的扩大顺序与传动顺序一致，即18=31X33X29。3.3确定各级的转速各级转速可以直接从3P77表3-6查得：31.5,40,50,63,80,100,125,160,200，250,315,400,500,630,800,1000,1250,1600.3.4绘制转速图3.4.1确定传动轴的轴数传动轴数=变速组数+空比传动副+1=43.4.2绘制转速图先按传动轴数及主轴转数级格距画出网格，用以绘制转速图。所选定的结构式共有

35、三个传动组，变速机构共需4轴。加上电动机轴共5轴，故船速需5条竖线，主轴一共18级。电动机轴转速与主轴最高转速相近，故需18条横线。注明各级转速，电动机轴上注明。现在从后向前推各根轴的转速 由此可知传动副c： 即轴六种转速只有一种可能：125,160,200,250,315,400,500,630,800r/min然后决定轴的转速。传动轴b的级比指数为3，在传动比极限范围内，为了避免升速，又不使传动比太小，可取 轴的转速确定为500,630,800r/min。同理，对于轴可取 这样就确定了轴的转速为1000r/min，电动机轴与轴之间为带传动，传动比接近。最后，在图上补足各连线，就可以得到如下

36、的转速图。图3.2 主变速系统转速图传动图如下：图3.3 主变速系统传动图3.5带轮直径确定的方法，步骤3.5.1选择三角皮带轮型号一般机床上的都采用三角带。根据电机转速和功率查图即可确定型号（详情见文献44-1节）。但图中的解并非只有一种，应使传动带数为35根为宜。本次设计中所选的带轮型号和带轮的根数如下： B型带轮 选取3根3.5.2确定带轮的最小直径Dmin（D小）各种型号胶带推荐了最小带轮直径，直接查表即可确定。根据皮带的型号，参照文献5查表可取： Dmin=140mm3.5.3计算大带轮直径D大根据要求的传动比u和滑功率确定D大。当带轮为降速时：三角胶带的滑动率=2%。三角传动中，在

37、保证最小包角大于120度的条件下，传动比可取1/7u3。对中型通用机床，一般取12.5为宜。因此：137.2mmD大343mm经查表取：D大=200mm3.6确定齿轮齿数3.6.1传动组a如转速图所示传动组a，。查文献3P94表3-9，取为1.26,1.262,1.263的三行，结果如下：=1.26 =1.262 =1.263 从以上各种可挑出是共同适用的，可取，从表中查出小齿轮分别为32,28,24。即，可得轴上的三联齿轮齿数分别为36,44,48。3.6.2传动组b如转速图所示传动组b，。查文献3P94表3-9，取为1,1.263,1.266的三行，结果如下：=1 =1.262 =1.26

38、3 从以上各种可取，从表中查出小齿轮分别为42,28,17。即，可得轴上的三联齿轮齿数分别为42,56,67。3.6.3传动组c如转速图所示传动组c，。查文献3P94表3-9，取为4,2的三行，结果如下：=4 =2 从以上各种可取，从表中查出小齿轮分别为18,60。即，可得轴上的三联齿轮齿数分别为72,30。第四章 主变速箱详细设计4.1带传动的设计电动机的转速n=1440r/min，传递功率5.5kw，电动机轴与I轴之间的降速比为1440/1000=1.44，即带传动的传动比为1.44，两班制工作，一天运转16小时，工作年数10年。4.1.1确定计算功率由参考文献5表8-7查得工作情况系数取

39、=1.3，故：4.1.2选取V带型根据小带轮的转速和计算功率，由文献5图8-10，选B带。4.1.3验算带速和确定带轮直径1）初选小带轮的基准直径参考文献5表8-6和表8-8，取小带轮直径2）验算带速其中 小带轮的转速r/min 小带轮直径 mm因为 ，故带速适合。3）计算大带轮的直径根据参考文献5式8-15a，计算大带轮4.1.4确定带传动的中心距和带的基准长度设中心距为，则：于是，初取中心距带长：查参考文献58-2取相近的基准长度。带传动的实际中心距：4.1.5验算小带轮的包角一般小带轮的包角不应小于满足包角4.1.6确定带的根数1）计算单根V带的额定功率Pr由查参考文献5表8-40得。根

40、据5表8-5得查参考文献5表8-5得查表8-2得。于是：其中 时的传递功率的增量 按小带轮包角，查得包角系数 长度系数2）计算V带根数Z为了避免V型带工作时各跟带受力严重不均匀，限制根数不大于10，取。4.1.7计算单根V带初拉力的最小值由参考文献5表8-3得B型带的单位长度质量q=0.18kg/m，所以：其中 Pca带传动的功率，KW V带速，m/s q _每米带的质量，kg/m V=1440r/min=10.55m/s4.1.8计算压轴力4.1.9带轮的结构小带轮采用腹板式结构，具体结构见略。大带轮采用孔板式，具体结构略。4.2主轴转速系列的验算主轴转速在使用上并不要十分准确，转速稍高或稍

41、低并无太大影响。但标牌上标准数列的数值一般也不允许与实际转速相差太大。由确定的齿轮齿数所得的实际转速与传动设计理论值难以完全相符合，需要验算主轴各级转速，最大误差不得超过正负10（-1）%。即 或按公式： n=-2%+6% 如果超差，要根据误差的正负以及引起误差的主要环节，重新调整齿数，使转速数列得到改善。主运动传动链的传动路线表达式如下：主传动路线所有主轴的详细的校核如下：输入I轴的转速 1） 2） 3） 4） 5） 6） 7） 8） 9） 10） 11） 12） 13） 14） 15） 16） 17） 18） 在主轴上的18级转速分别校核后，都合格。4.3 齿轮的设计（本节设计参数和过程均

42、参照文献5第十章）在车床主轴箱中的齿轮模数同一传动副一般都相同，在设计计算中，应以负载最大而齿数最小出论来设计和校核。本设计为中小型机床，采用直齿齿轮即可。4.3.1传动副a在传动副a中24/48这一对齿轮受到的转矩最大，就先设计校核这一对齿轮。1） 选取金属切削机床的的精度等级为7级精度。2） 材料选择：由5表10-1选择小齿轮的材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45#钢（调质），硬度为240HBS，二者的材料差为40HBS。3） 试选取小齿轮的齿数为Z1=24,Z2=48.一年按300天计算，设计工作10年，每天两班倒。（1） 按齿轮接触强度计算确定公式内的各计算数值1）

43、 试选载荷系数。2） 计算小齿轮传递的转矩 3） 由5表10-7选取齿宽系数。4） 由表10-6查得材料的弹性影响系数。5） 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮按接触疲劳极限。6） 由公式10-13计算应力循环次数7） 由图10-19取接触疲劳的寿命系数，。8） 计算接触疲劳许用力取失效概率为1%，安全系数，由式（10-12）得：（2）计算1）计算小齿轮分度圆直径d1t，带入中比较小的值2） 计算圆周速度V3） 计算齿宽b4）计算齿宽与齿高之比模数 齿高 齿宽与齿高之比 5） 计算载荷系数根据，7级精度由文献5图10-8查得动载 荷系数KV=1.1，直齿轮，由表1

44、0-2查得使用系数KA=1，由表10-4用插值法差得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时1.158，由，查图（10-13）得。故载荷系数：6） 按实际的载荷系数校正所算的的分度圆直径由式（10-10a）得：7） 计算模数m（2） 按齿弯曲疲劳强度计算由5式（10-5）得弯曲得设计公式为确定公式内的各计算数值1） 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳极限，。2） 由图10-18取弯曲疲劳寿命KFN1=0.84，KFN2=0.873） 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得4) 计算载荷系数K5) 查取应力校正系数，由表10-5查得YFa1=2.65，YFa2=2.

45、336) 查取应力校正系数，由表10-5查得YSa1=1.58，YSa2=1.697) 计算大，小齿轮的并加以比较经过比较，大齿轮的数值较大8） 设计计算对此设计结果，由齿接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮的模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而出面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮的直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取弯曲强度算得的模数1.89mm，就近圆整为标准值m=2.0mm，按接触强度算得的分度圆直径d1=67.8mm，算出小齿轮的齿数 圆整为Z1=35 （3） 几何尺寸的计算 1）计算分度圆直径2） 计算中心距3） 计算齿轮宽度取，同理可

46、得配合齿轮参数取，同理可得配合齿轮参数取，4.3.2传动副b在传动副b中17/67这一对齿轮受到的转矩最大，就先设计校核这一对齿轮。1）选取金属切削机床的的精度等级为7级精度。2）材料选择：由5表10-1选择小齿轮的材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45#钢（调质），硬度为240HBS，二者的材料差为40HBS。3）试选取小齿轮的齿数为Z1=17,Z2=67.一年按300天计算，设计工作10年，每天两班倒。（1）按齿轮接触强度计算确定公式内的各计算数值1） 试选载荷系数。2） 计算小齿轮传递的转矩 3） 由5表10-7选取齿宽系数。4） 由表10-6查得材料的弹性影响系数。5

47、） 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮按接触疲劳极限。6） 由公式10-13计算应力循环次数7） 由图10-19取接触疲劳的寿命系数，。8） 计算接触疲劳许用力计算接触疲劳许用力取失效概率为1%，安全系数，由式（10-12）得：（2）计算1）计算小齿轮分度圆直径d1t，带入中比较小的值2） 计算圆周速度V3） 计算齿宽b4）计算齿宽与齿高之比模数 齿高 齿宽与齿高之比 5） 计算载荷系数根据，7级精度由文献5图10-8查得动载 荷系数KV=1.08，直齿轮，由表10-2查得使用系数KA=1，由表10-4用插值法差得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时1.156，由

48、，查图（10-13）得。故载荷系数：6） 按实际的载荷系数校正所算的的分度圆直径由式（10-10a）得：7） 计算模数m（2） 按齿弯曲疲劳强度计算由文献5式（10-5）得弯曲得设计公式为确定公式内的各计算数值1） 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳极限，。2） 由图10-18取弯曲疲劳寿命KFN1=0.85，KFN2=0.8723） 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得4) 计算载荷系数K5) 查取应力校正系数，由表10-5查得YFa1=2.97，YFa2=2.236) 查取应力校正系数，由表10-5查得YSa1=1.52，YSa2=1.767) 计算大，

49、小齿轮的并加以比较经过比较，大齿轮的数值较大8） 设计计算对此设计结果，由齿接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮的模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而出面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮的直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取弯曲强度算得的模数2.94mm，就近圆整为标准值m=3.5mm，按接触强度算得的分度圆直径d1=83.32mm，算出小齿轮的齿数圆整为Z1=24（3） 几何尺寸的计算 1）计算分度圆直径2） 计算中心距3）计算齿轮宽度取，同理可得配合齿轮参数取，同理可得配合齿轮参数取，4.3.3传动副c在传动副c中18/72这一对齿轮受到的转

50、矩最大，就先设计校核这一对齿轮。1） 选取金属切削机床的的精度等级为7级精度。2） 材料选择：由文献5P3-27续表中选择小齿轮的材料为50Cr（调质），硬度为286HBS，大齿轮为40Cr钢（调质），硬度为260HBS，二者的材料差为26HBS。3） 试选取小齿轮的齿数为Z1=18,Z2=72.一年按300天计算，设计工作10年，每天两班倒。（1） 按齿轮接触强度计算确定公式内的各计算数值1） 试选载荷系数。2） 计算小齿轮传递的转矩3） 由文献5表10-7选取齿宽系数。4） 由表10-6查得材料的弹性影响系数。5） 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮按接触疲劳

51、极限。6） 由公式10-13计算应力循环次数7） 由图10-19取接触疲劳的寿命系数，。8） 计算接触疲劳许用力取失效概率为1%，安全系数，由式（10-12）得：（2）计算1）计算小齿轮分度圆直径d1t，带入中比较小的值2） 计算圆周速度V3） 计算齿宽b4）计算齿宽与齿高之比模数 齿高 齿宽与齿高之比 5） 计算载荷系数 根据，7级精度由文献5图10-8查得动载 荷系数KV=1.05，直齿轮，由表10-2差得使用系数KA=1，由表10-4用插值法差得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时1.164，由，查图（10-13）得。故载荷系数：6） 按实际的载荷系数校正所算的的分度圆直径由式（10-1

52、0a）得：7） 计算模数m（3）按齿弯曲疲劳强度计算由文献5式（10-5）得弯曲得设计公式为确定公式内的各计算数值1） 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳极限，。2） 由图10-18取弯曲疲劳寿命KFN1=0.857，KFN2=0.883） 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得4) 计算载荷系数K5) 查取应力校正系数，由表10-5查得YFa1=2.91，YFa2=2.236) 查取应力校正系数，由表10-5查得YSa1=1.53，YSa2=1.7577) 计算大，小齿轮的并加以比较经过比较，小齿轮的数值较大8） 设计计算对此设计结果，由齿接触疲劳强度计算的

53、模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮的模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而出面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮的直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取弯曲强度算得的模数4.2mm，就近圆整为标准值m=5mm，按接触强度算得的分度圆直径d1=99.7mm，算出小齿轮的齿数 圆整为Z1=18mm （4）几何尺寸的计算 1）计算分度圆直径2） 计算中心距3） 计算齿轮宽度取，同理可得配合齿轮参数取，4.3.4齿轮参数列表表4-1 齿轮参数模数传动副传动比直径中心距齿宽齿高2a35:697013810435304.540:6480128403546:589211645403

54、.5b24:968433521040357.8840:80140280656060:6021021090855c18:7190355222.5454011.2559:3029515065604.4轴的设计4.4.1轴的初步设计1） 轴的材料选择（查文献6表15-1）表4-2 轴的材料及力学性质材料热处理抗拉强度极限弯曲疲劳极限许用弯曲应力45钢调制64027560毛坯直径硬度屈服强度极限剪切疲劳极限217-2553551552） 传动轴所传递的功率 参考文献7P7取V带传动效率=0.95，离合器的效率为=0.99，轴承的效率，齿轮的传动效率为，电机传动效率为。3） 计算各轴的最小轴径公式 查文

55、献5P370 （15-2）查表15-3取 取 取 取主轴IV是空心轴，其计算公式： 取4） 各轴的传动转矩表4-3 轴的主要参数列表轴名计算转速r/min传动功率KW传动转矩最小直径mmI轴10004.0638.7825II轴5003.8673.7330III轴1253.67280.3450IV轴102.343.49325.67854.5轴承的选择选择轴承的类型依据：轴承所受负载的大小，方向及性质，轴向固定形式，调心性能要求，刚度要求，转速环境等等。4.5.1轴I，轴II轴III的轴承选择因为轴的径向载荷大于轴向载荷，故轴向载荷可以忽略不计，且转速高，查文献9P64表6-1。表4-4 轴I轴承

56、型号dDBdaDaras额功额静6306307219376512715.2表4-5 轴II轴承型号dDBdaDaras额功额静6306307219376512715.2表4-6轴III轴承型号dDBdaDaras额功额静6310501102760100261.838主轴因为受轴向力和径向力，本次设计选用角接触球轴承。表4-7 轴IV轴承型号dDBdaDaras额功额静7217AC851502895140294.881.54.6选择离合器1. 离合器的功能离合器是一种可以通过各种操作方式，实现主从部分在同轴上传递运动时具有结合或分离的装置。离合器可以实现相对启动或停止，以及改变传动件的工作状态，达到改变传动比。此外，离合器还可以作为启动或过载时控制转矩大小的安装保护装置。2. 离合器的类型按离合器结合原件传动的工作原理，可分