畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 )經(jīng) 濟(jì) 型 車 床 的 刀 架 部 件設(shè) 計 及 零 件 工 藝 、 工 裝 設(shè) 計所 在 學(xué) 院專 業(yè)班 級姓 名學(xué) 號指 導(dǎo) 老 師年 月 日摘 要在數(shù)控車床系統(tǒng)中，加工精度和加工可靠性是伺服系統(tǒng)決定的，本文對數(shù)控車床進(jìn)行了分析和設(shè)計，全面闡述了數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計特點，論述了采用伺服電機(jī)和滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點。詳細(xì)介紹了數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核，并進(jìn)行了分析。另外匯總了有關(guān)技術(shù)參數(shù)。其中著重介紹了刀架的原理包括種類選擇、參數(shù)選擇、精度選擇、循環(huán)方式選擇、與主機(jī)匹配的原則以及廠家的選擇等。關(guān)鍵詞：車床，數(shù)控，電機(jī)，刀架IIAbstractIn the system of the CNC machine tool, machining precision and reliability are servo system is determined, based on the CNC lathe are analyzed and designed, elaborated in the round CNC lathe structure principle, design features, discusses the use of servo motor and ball screw nut pair advantages. Introduces the NC lathe structure design and verification, and analysis. In addition to collect the related technology parameters.Which focuses on the four knife principles including type selection, parameter selection, precision, circulation mode selection, matched with the host machine and the selection principle of manufacturers.Key Words: Lathes, CNC, machine, toolIII目 錄摘 要 .IAbstract II目 錄 .III第 1 章 數(shù)控車床發(fā)展概述.11.1 數(shù)控車床及其特點 .11.2 數(shù)控車床的主要功能及加工對象 .11.3 數(shù)控車床的經(jīng)濟(jì)分析 21.3.1 中小企業(yè)數(shù)控車床選用中存在的問題 21.3.2 數(shù)控車床選購的策略 .21.4 數(shù)控車床的發(fā)展趨向 4第 2 章 數(shù)控車床總體設(shè)計.62.1 設(shè)計要求 62.1.1 已知條件 .62.1.2 功能 .62.2 運動設(shè)計 62.2.1 設(shè)計條件 .62.2.2 確定變速組數(shù)和變速組內(nèi)傳動副數(shù) .62.2.3 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) .72.2.4 選擇電動機(jī)轉(zhuǎn)速及型號 .82.2.5 分配總降速傳動比及擬定轉(zhuǎn)速圖 .82.2.6 確定各傳動組傳動副齒數(shù) .92.2.7 確定傳動系統(tǒng)簡圖 .112.3 動力設(shè)計 122.3.1 確定主軸計算轉(zhuǎn)速 .122.3.2 確定每根軸的計算轉(zhuǎn)速 .122.3.3 確定每個齒輪的計算轉(zhuǎn)速 .122.3.4 檢驗主軸轉(zhuǎn)速誤差 .122.3.5 工作機(jī)的傳動效率 .12IV2.3.6 計算各軸的輸入功率 .132.3.7 計算各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 .132.4 設(shè)計傳動帶 132.5 齒輪傳動設(shè)計 152.5.1 基本組設(shè)計 .152.5.2 第一擴(kuò)大組設(shè)計 .172.5.3 第二擴(kuò)大組設(shè)計 .202.5.4 第三擴(kuò)大組設(shè)計 .232.5.5 第四擴(kuò)大組齒輪設(shè)計 .25第 3 章 四方自動回轉(zhuǎn)刀架總體結(jié)構(gòu)設(shè)計.293.1 減速傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計 .293.1.1 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計 293.1.2 自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理 293.2 主要傳動部件的設(shè)計 323.2.1 蝸桿副的設(shè)計計算 .323.2.2 螺桿的設(shè)計計算 .36第 4 章 數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計的立題依據(jù)及方案論證.384.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計的立題依據(jù)及課題來源 384.2 液壓系統(tǒng)的運動分析 404.3 液壓系統(tǒng)的負(fù)載分析 414.4 機(jī)床液壓系統(tǒng)選型 424.5 確定液壓缸參數(shù)計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計 424.6 液壓元件和裝置的選擇 494.6.1 液壓閥的選擇 494.6.2 定管道尺寸 50第 5 章 主要零件的工藝設(shè)計.515.1 零件的作用 .515.2 零件的工藝分析 .51第 6 章 工藝規(guī)程設(shè)計.536.1 確定毛胚的制造形式 .53V6.2 基面的選擇 536.3 制定工藝路線 536.3.1 工藝路線方案一 .546.3.2 工藝路線方案二 .546.3.3 工藝方案的比較與分析 .546.4 選擇加工設(shè)備和工藝裝備 556.4.1 機(jī)床選用 .556.4.2 選擇刀具 .556.4.3 選擇量具 .55結(jié) 論.56致 謝.57參考文獻(xiàn).581第 1 章 數(shù)控車床發(fā)展概述1.1 數(shù)控車床及其特點數(shù)字控制車床是用數(shù)字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具按給定的工作程序、運動速度和軌跡進(jìn)行自動加工的車床，簡稱數(shù)控車床。數(shù)控車床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對象改變時只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動車床高，可以精確加工復(fù)雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復(fù)雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的車床品種日益增多，有車床、車床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工車床和電火花加工車床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進(jìn)行多工序加工的加工中心、車削中心等。數(shù)控車床主要由數(shù)控裝置、伺服機(jī)構(gòu)和車床主體組成。輸入數(shù)控裝置的程序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或由數(shù)控裝置的鍵盤直接手動輸入。隨著微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控車床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性也大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實現(xiàn)自動編程。 未來數(shù)控車床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控車床品種越來越多；激光加工等技術(shù)將應(yīng)用在切削加工車床上，從而擴(kuò)大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控車床的自動化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個柔性制造單元，更加便于納入高度自動化的柔性制造系統(tǒng)中。1.2 數(shù)控車床的主要功能及加工對象數(shù)控車床的功能分為一般功能和特殊功能。一般功能是指各類數(shù)控車床普遍所具有的功能。如點位控制功能、刀具半徑自動補(bǔ)償功能、鏡象加工功能、 固定循環(huán)功能等。特殊功能是指數(shù)控車床在增加了某些特殊裝置或附件后，分別具有或兼?zhèn)涞囊恍┨厥夤δ?。如刀具長度補(bǔ)償功能、靠模加工功能、自動變換工作臺功能、自適應(yīng)功能、數(shù)控采集功能等。在使用數(shù)控車床加工工件時，只要充分利用數(shù)控車床的各種功能，就可以加工許多普通車床難加工的工件。數(shù)控車床的主要加工對象有：平面類零件；變斜角類零件；曲面類（立體類）零件。21、直線插補(bǔ): 數(shù)控車床在完成工作時所具有的基本功能之一，一般情況下分為直線插補(bǔ)和空間直線插補(bǔ)等一些插補(bǔ)方式2、圓弧插補(bǔ): 這也是數(shù)控車床在完成工作時所具有的基本功能之一，一般情況下可分為平面圓弧插補(bǔ)以及逼近圓弧插補(bǔ)等。3、固定循環(huán): 固定循環(huán)是指通過各種參數(shù)使用不同的加工要求，主要用于實現(xiàn)一些魚油經(jīng)典型的需要多次重復(fù)的工作，這樣使用固定循環(huán)是可以有效的簡化程序的編制。1.3 數(shù)控車床的經(jīng)濟(jì)分析近幾年，隨著國民經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展，我國車床制造行業(yè)受益于國家振興裝備制造業(yè)的大環(huán)境，有了長足進(jìn)展，這其中領(lǐng)先當(dāng)今機(jī)械制造技術(shù)水平的數(shù)控車床產(chǎn)業(yè)更勝一籌。 由于數(shù)控設(shè)備的先進(jìn)性、復(fù)雜性和發(fā)展的迅速性,以及品種型號、檔次的多樣性,決定了選用數(shù)控設(shè)備的復(fù)雜性和難度。如何從品種繁多、價格昂貴的產(chǎn)品中選擇適用的設(shè)備, 成為中小型企業(yè)十分關(guān)心的問題。1.3.1 中小企業(yè)數(shù)控車床選用中存在的問題 目前中小型企業(yè)缺乏數(shù)控設(shè)備的使用經(jīng)驗和掌握數(shù)控加工技術(shù)的人才,在數(shù)控車床選購中存在著盲目性、片面性,主要表現(xiàn)在以下幾方面: 1.決策者對數(shù)控車床的認(rèn)識有誤區(qū),部分企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為配置高精度數(shù)控設(shè)備是企業(yè)檔次的象征。選型時不考慮投資效益,忽略性價比,盲目追求進(jìn)口、高檔,片面講究功能齊全。而在后來的使用過程中才發(fā)現(xiàn)有些功能用不上或幾乎不用。2.車床選型混亂, 數(shù)控車床類型、規(guī)格不配套。選購不同廠家的產(chǎn)品, 數(shù)控系統(tǒng)不統(tǒng)一, 購置后給操作、編程、維修帶來困難。3.購置數(shù)控車床時只重視主機(jī)性能, 而忽略附件和刀具的配套, 致使在使用中因缺少某個附件或刀具而影響整個主機(jī)的運行。4.對企業(yè)發(fā)展和產(chǎn)品變化預(yù)測不足, 所購設(shè)備的功能的發(fā)揮受到制約。 1.3.2 數(shù)控車床選購的策略 1.實用性。選購數(shù)控車床時，企業(yè)要有明確的目的和出發(fā)點，首先考慮的是數(shù)控車床的實用性。 (1)數(shù)控車床規(guī)格、精度的實用性。在選擇數(shù)控車床時,首先應(yīng)確定數(shù)控車床上加工3的典型零件。零件的尺寸決定車床的加工范圍；零件關(guān)鍵部位的精度決定了所選車床的精度等級。車床精度的評定指標(biāo)較多，因數(shù)控車床類別而異,但共有的關(guān)鍵項目是定位精度、重復(fù)定位精度以及綜合加工精度。定位精度與傳動鏈各環(huán)節(jié)的彈性、間隙等因素有關(guān),反映了機(jī)械系統(tǒng)中的扭曲、撓度、爬行、共振等諸因素造成的綜合誤差。這些指標(biāo)既反映了伺服機(jī)構(gòu)的剛度,也說明了位置反饋測量系統(tǒng)的質(zhì)量。重復(fù)定位精度反映了數(shù)控軸在全行程內(nèi)定位點的穩(wěn)定性，傳動鏈剛性直接影響重復(fù)定位精度。綜合加工精度指最后加工出來的工件尺寸與所要求尺寸之間的誤差。選購時應(yīng)避免盲目追求高精度，注意車床精度與工件精度相匹配。 (2)數(shù)控系統(tǒng)功能的實用性。數(shù)控系統(tǒng)功能可分為基本功能與選用功能, 各知名品牌數(shù)控系統(tǒng)的基本功能差別不大。除基本功能以外, 數(shù)控系統(tǒng)還為用戶提供多種可選功能。通常數(shù)控系統(tǒng)具備的基本功能比較便宜, 而特定選擇的功能很貴。在可供選擇的功能模塊中, 性能差別很大,價格也相差數(shù)倍，所以要根據(jù)加工要求和車床性能的需要來選擇。 從控制方式、驅(qū)動形式、反饋形式、檢測、操作方式、接口形式和故障診斷等方面來衡量, 合理地選擇適合車床的可選功能,放棄可有可無或不實用的可選功能。比如，自動換刀裝置(ATC) 是加工中心的基本特征，ATC 裝置的投資往往占整機(jī)的30%～ 50%。因此在滿足使用要求的前提下盡量選用結(jié)構(gòu)簡單和可靠性高的 ATC, 以提高車床的可靠性和降低整機(jī)的價格。應(yīng)當(dāng)注意，單獨簽訂合同購買附件的單價大大高于隨同主機(jī)一起供貨的附件單價,應(yīng)盡可能在購買主機(jī)時一并購置部分易損部件及其他附件。 2.經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性是指選用的數(shù)控車床在滿足加工要求的條件下, 所支付的“錢”最少或較為合理的。經(jīng)濟(jì)性往往是和實用性緊密相連的, 車床選得實用、經(jīng)濟(jì), 可避免不必要的浪費, 避免以高代價換來功能過多而又不實用的較復(fù)雜的數(shù)控車床，避免在操作使用、維護(hù)保養(yǎng)等諸多方面帶來困難。 數(shù)控車床的設(shè)計使用壽命一般為 7 年, 主要以數(shù)控方面的使用壽命為準(zhǔn)。同時還得考慮市場占有率, 市場占有率高的數(shù)控設(shè)備說明是旺銷產(chǎn)品, 已受到多數(shù)用戶的青睞和肯定, 一般不會有太多的質(zhì)量問題。 選購數(shù)控車床應(yīng)考慮投資回報, 能夠在短期內(nèi)收回投資的車床才是好車床。因為數(shù)控車床的主要優(yōu)勢是實現(xiàn)工序集中，從而提高生產(chǎn)率和加工精度，所以數(shù)控車床既適于單件小批生產(chǎn)，又適于大批量生產(chǎn)。多數(shù)中小型企業(yè)購買的數(shù)控車床用于批量生產(chǎn)，因為批量生產(chǎn)不僅節(jié)省編程、對刀等輔助時間，提高車床利用率；而且對操作者的技術(shù)要求不高，人工費用也相對較低。所以用于大批量生產(chǎn)的車床投資回報較快。少數(shù)4產(chǎn)品附加值高，具有一定經(jīng)濟(jì)實力的企業(yè)，為了生產(chǎn)組織方便而購買用于單件生產(chǎn)的數(shù)控車床。車床利用率較低時，不僅要考慮設(shè)備的使用費用，比如潤滑油、冷卻液、電力消耗等，還要計算設(shè)備折舊。另外一個不可忽視的因素是設(shè)備的貶值，數(shù)控車床的升級、更新較快，同配置的一臺車床，現(xiàn)在售價 40 萬，三年后可能降至 35 萬，這樣算起來貶值和折舊一樣不可忽視。所以沒有定型產(chǎn)品或產(chǎn)品附加值較低的中小型企業(yè)，在購置貴重數(shù)控設(shè)備之前，一定要充分研究收回投資的周期。有些企業(yè)事先確定較穩(wěn)定的批量加工意向，甚至已經(jīng)接到訂單，選購車床時要求車床廠為其準(zhǔn)備工裝、編制程序、培訓(xùn)工人，即所謂“交鑰匙”工程，這是投資數(shù)控車床最理想的情況。 3.穩(wěn)定可靠性。數(shù)控設(shè)備的可靠性是廣大數(shù)控設(shè)備用戶必須關(guān)心的焦點問題, 因此在選用數(shù)控設(shè)備時應(yīng)注意生產(chǎn)廠家的規(guī)模和市場占有率, 確認(rèn)其產(chǎn)品是否達(dá)到國家規(guī)定的平均無故障時間標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)定為 500h)。目前多數(shù)車床廠都采購成熟的數(shù)控系統(tǒng)和零部件進(jìn)行組裝。國內(nèi)應(yīng)用較多的數(shù)控系統(tǒng)有日本 FANUC、德國的西門子等。立式加工中心的床身出自昆明和南京的居多，而床身中的直線導(dǎo)軌、主軸又分別來自德國和臺灣等地。所以車床的主要零部件的質(zhì)量一般是可靠的，需要重點考察的是數(shù)控車床組裝企業(yè)的售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)是否健全,服務(wù)隊伍的素質(zhì)是否能勝任工作,服務(wù)能否及時,是否能履行承諾等。1.4 數(shù)控車床的發(fā)展趨向數(shù)控車床是由美國發(fā)明家 約翰·帕森斯上個世紀(jì)發(fā)明的。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界車床業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時代，其中數(shù)控車床就是代表產(chǎn)品之一。數(shù)控車床是制造業(yè) 的加工母機(jī)和國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。它為國民經(jīng)濟(jì)各個部門提供裝備和手段，具有無限放大的經(jīng)濟(jì)與社會效應(yīng)。技術(shù)發(fā)展趨勢：高速、精密、復(fù)合、智能和綠色是數(shù)控車床技術(shù)發(fā)展的總趨勢，近幾年來，在實用化和產(chǎn)業(yè)化等方面取得可喜成績。主要表現(xiàn)在： 1.車床復(fù)合技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)展隨著數(shù)控車床技術(shù)進(jìn)步，復(fù)合加工技術(shù)日趨成熟，包括銑-車復(fù)合、車銑復(fù)合、車-鏜-鉆- 齒輪加工等復(fù)合，車磨復(fù)合，成形復(fù)合加工、特種復(fù)合加工等，復(fù)合加工的精度和效率大大提高。 “一臺車床就是一個加工廠” 、 “一次裝卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，復(fù)合加工車床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢。 2．?dāng)?shù)控車床的智能化技術(shù)有新的突破，在數(shù)控系統(tǒng)的性能上得到了較多體現(xiàn)。如：5自動調(diào)整干涉防 碰撞功能、斷電后工件自動退出安全區(qū)斷電保護(hù)功能、加工零件檢測和自動補(bǔ)償學(xué)習(xí)功能、高精度加工零件智能化參數(shù)選用功能、加工過程自動消除車床震動等功能 進(jìn)入了實用化階段，智能化提升了車床的功能和品質(zhì)。 3．機(jī)器人使柔性化組合效率更高機(jī)器人與主機(jī)的柔性化組合得到廣泛應(yīng)用，使得柔性線更加靈活、 功能進(jìn)一步擴(kuò)展、柔性線進(jìn)一步縮短、效率更高。機(jī)器人與加工中心、車銑復(fù)合車床、磨床、齒輪加工車床、工具磨床、電加工車床、鋸床、沖壓車床、激光加工機(jī) 床、水切割車床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產(chǎn)線已經(jīng)開始應(yīng)用。 4．精密加工技術(shù)有了新進(jìn)展數(shù)控金切車床的加工精度已從原來的絲級（0.01mm）提升到目前 的微米級（0.001mm） ，有些品種已達(dá)到 0.05μm左右。超精密數(shù)控車床的微細(xì)切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定達(dá)到 0.05μm左右，形狀精度可達(dá) 0.01μm左右。采用光、電、化學(xué)等能源的特種加工精度可達(dá)到納米級（0.001μm） 。通過車床結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、車床零部件的超精加工和精密裝配、采用 高精度的全閉環(huán)控制及溫度、振動等動態(tài)誤差補(bǔ)償技術(shù)，提高車床加工的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進(jìn)入亞微米、納米級超精加工時代。 5．功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā)展，并取得成熟的應(yīng)用。全數(shù)字交流伺服電機(jī)和驅(qū)動裝置，高技術(shù)含量的電主軸、力矩電機(jī)、直線電機(jī)，高性能的直線滾動組件，高精度主軸單元等功能部件推廣應(yīng)用，極大的提高數(shù)控車床的技術(shù)水平。6第 2 章 數(shù)控車床總體設(shè)計2.1 設(shè)計要求2.1.1 已知條件主電動機(jī)的功率 ，最高轉(zhuǎn)速 1400 ,最低轉(zhuǎn)速 80 。kw5.7minrinr2.1.2 功能普通車床在機(jī)械加工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用?？捎脕砑庸ぽ啽P類、軸類、套筒類等絕大多數(shù)回轉(zhuǎn)體零件。普通車床還可以用來車削端面、鉆孔、車削螺紋、切槽和切斷、車削特型面、滾花和盤繞彈簧等。普通車床的加工范圍很廣但是由于其自動化程度較低，所以一般用只適用于較為簡單的、小批量的生產(chǎn)加工。2.2 運動設(shè)計2.2.1 設(shè)計條件1、 主軸級數(shù)為 24 級、公比為 1.26；2、 是以單片機(jī)為核心的兩坐標(biāo)聯(lián)動經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)； 3、 最小輸出增量： X 軸 0.005，Z 軸 0.01； 4、 程序輸入方式：鍵盤；假設(shè)主軸最小轉(zhuǎn)速 ，最高轉(zhuǎn)速min10inr?min140maxrn?[1]轉(zhuǎn)速范圍 14i4inaxR[2]轉(zhuǎn)速級數(shù)： 2z[3]確定公比： 取標(biāo)準(zhǔn)系列 。32.57231???? 12.??2.2.2 確定變速組數(shù)和變速組內(nèi)傳動副數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)[6]查表 2-5，取最低轉(zhuǎn)速為 100r/min 并每隔一個數(shù)取一個值可得主軸的24 級轉(zhuǎn)速數(shù)列分別為100、112、125、140、160、180、200、224、250、280、315、355、400、450、500、560、630、710、800、900、1000、1120、1250、1400r/min。一般普通車床都采用滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)，在這些滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)中，雙聯(lián)或三聯(lián)齒輪是使用頻率最高的，可以滿足多方面的要求。所以對于 24 級的傳動不同的傳動7順序方案有： 、 、 、 四種324??24??234??24??方案。由設(shè)計要求可知在沒有特殊要求的情況之下，一般采用“前密后疏”的原則。所以應(yīng)該優(yōu)先采用 的傳動順序方案。2.2.3 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)根據(jù)已選用的傳動順序方案 又可以得出若干種不同的擴(kuò)大順序方案。2324??在沒有特殊要求的時候，變速組的擴(kuò)大順序一般需要與傳動順序一致，因此可以采用傳動方案。其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如圖 3-1 所示。檢驗最后擴(kuò)大組的變速范圍：1263124??，滿足 故在傳動組的極限變速范圍之9.3.12)()(max ?????iixpr? 8max?r內(nèi)，符合設(shè)計要求。8圖 2-1 結(jié)構(gòu)網(wǎng)2.2.4 選擇電動機(jī)轉(zhuǎn)速及型號由 查文獻(xiàn)[5]查表 14.1 可知應(yīng)選取型號為 Y132M—4 的 Y 系列三min140maxrn?相異步電動機(jī)，其參數(shù)如表 3-1 所示：表 2-1 Y132M-4 電動機(jī)性能電機(jī)轉(zhuǎn)速 /(r/min)電動機(jī)型號 額定功率/kw同步轉(zhuǎn)速 滿載轉(zhuǎn)速Y132M-4 7.5 1500 14402.2.5 分配總降速傳動比及擬定轉(zhuǎn)速圖總降速傳動比 ，電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速0694.1min??d不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)，因此需要額外增加一個定比傳動副。i/140rnm?確定傳動軸軸數(shù)：傳動軸軸數(shù) = 變速組數(shù) + 定比傳動副數(shù) 。這六614??根軸，除掉電動機(jī)軸，剩下的五根軸按傳動順序分別標(biāo)記為Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸、Ⅳ軸、Ⅴ軸。Ⅰ軸與Ⅱ軸、Ⅱ軸與Ⅲ軸、Ⅲ軸與Ⅳ軸、Ⅳ軸與Ⅴ軸之間的傳動組分別設(shè)為a、b、c、d。分別確定Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸、Ⅳ軸的轉(zhuǎn)速：①確定Ⅳ軸的轉(zhuǎn)速傳動組 d 有兩對傳動副，級比指數(shù)為 12，變速范圍為 ，9.31212????）（cr根據(jù)極限傳動比 和 的傳動要求，為了不使最小傳動比太小，可以采用41min?2ax?i升速的向右上方的升 4 格，降速的向右下方降 8 格。②確定Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速傳動組 c 有兩對傳動副，級比指數(shù)為 6，Ⅲ軸的最低轉(zhuǎn)速可以為 250r/min（） ，280 （ ）315 （ )，1, min6ax?i?inr?1, min5ax?inr 2min4ax1, ??335 ( ） ，400 ( )，450 (r3i3ax, ?r4mi2ax, r)，500 ( )。為了避免升速，不使最小傳動比5inax, i ir6inax, 太小并滿足降速遞減原則，可取Ⅲ軸的最低轉(zhuǎn)速為 400 r/min。于是確定了Ⅲ-Ⅳ軸間兩對傳動副的連線。③確定Ⅱ軸的轉(zhuǎn)速傳動組 b 有兩對傳動副，其級比指數(shù)為 3，因此Ⅱ軸的最低轉(zhuǎn)速可以為 400 9r/min（ ） ，450 （ ） ，500 （1, min3ax?i?inr?1, min2ax?inr）560 （ ） 。為了避免升速，不使最小傳動比2inmax, ?i 3inm, 1?太小并滿足降速遞減原則，可?、蜉S的最低轉(zhuǎn)速為,560 r/min。于是確定了Ⅱ-Ⅲ軸間兩對傳動副的連線，Ⅱ軸的三級轉(zhuǎn)速分別為 630 r/min,800 r/min,1000 r/min。④確定Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速傳動組 a 有三對傳動副，級比指數(shù)為 1，根據(jù)極限傳動比 和 的傳動41min?2ax?i要求Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速可以為剩下的級數(shù)的轉(zhuǎn)速。同樣的為了避免升速，且不使最小傳動比太小并滿足降速遞減原則，故確定Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速為 1000 r/min，于是確定了基本組 a 的三對傳動副的連線。電動機(jī)軸與 I 軸之間可采用帶傳動，其傳動比 。7.013???定i作平行線及連接線段，最終作出傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖即圖 3-2。圖 2-2 轉(zhuǎn)速圖102.2.6 確定各傳動組傳動副齒數(shù)①傳動組 a:， ，78.151??ai 58.142??ai 41.3??ai時： ……70、72、75、78、 80、81、83……zS時：.42ai……70、 72、73、75、77、78、80、82、83、85、86……zS時：1.3??ai……70、 72、73、75、77、79、80、82、84、85、87……z以上三行可挑選出 70,72,75,80，但根據(jù) 及三聯(lián)zS 20~18, 20~1min??ZSz滑移齒輪中的最大和次大齒數(shù)差 等條件，最終取 80，從而查得各齒輪4'2'1??Z?z副中的小齒輪齒數(shù)分別為：28、32、33。于是 ， ， 。529'1?Zia 483'2?ia 463'?ia其中 ，故滿足要求。, 20~1, 0~8min ??zS'2'1?Z②傳動組 b:， ，查表有1bi 1.32b?i時： ……70、72、74、76、78、80、82、84、86、88……?zS時：4.32bi……70、 72、73、75、77、79、80、82、84、85、87……zS可取 82，從而查得各齒輪副中的小齒輪齒數(shù)分別為： 41、34。?z于是 ， 。41bi832bi③傳動組 c:，6.21??ci 5.142??ci時：……70、 72、74、75、77、79、81、82、83、84、86、88……zS時：58.42ci……70、 72、73、75、77、78、80、82、83、85、86……?z可取 86，從而查得各齒輪副中的小齒輪齒數(shù)分別為：38、33。zS于是， ， 。38471ci523?ci④傳動組 d:11，58.141d??i 47.2182d??i時： ……70、72、73、75、77、78、80、82、83、85、86……zS時： …… 7.82di70、71、73、74、77、78、80、81、84、85、87……可取 85，查得各齒輪副中的小齒輪齒數(shù)分別為：33、25。?zS于是， ， 。3521di6052d?i2.2.7 確定傳動系統(tǒng)簡圖根據(jù)設(shè)計出來的參數(shù)可以得到傳動系統(tǒng)簡圖,如圖 3-3 所示。12圖 2-3 傳動系統(tǒng)簡圖2.3 動力設(shè)計2.3.1 確定主軸計算轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速圖可知：主軸的計算轉(zhuǎn)速是主軸第一個三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級轉(zhuǎn)速，從而我們可以得到 r/min。250?Vjjn2.3.2 確定每根軸的計算轉(zhuǎn)速從轉(zhuǎn)速圖可知， 、 r/min 、 r/min、 31IVj 4Ij 560?Ijn10?Ijnr/min。2.3.3 確定每個齒輪的計算轉(zhuǎn)速表 2-2 各齒輪副的計算轉(zhuǎn)速齒輪序號 1Z'2'Z3'4Z'5'Z6'7Z'r/min 1000 560 1000 800 1000 1000 560 450 560 560 450 280 450 280齒輪序 8'9'113號r/min 160 280 280 1602.3.4 檢驗主軸轉(zhuǎn)速誤差 min17.3985247163802514rn????實 minr標(biāo) %2.100.%40-9.%-1 ????）（標(biāo) 標(biāo)實 ?所以滿足誤差允許值，符合設(shè)計要。2.3.5 工作機(jī)的傳動效率從電動機(jī)到工作機(jī)間的總效率為 3421???齒 輪 的 效 率分 別 為 帶 傳 動 、 軸 承 、式 中 321,?由文獻(xiàn)[5]查表 9-1，有 （齒輪 8 級精度）97.0, ., 96.0321于是 847.96034???于是工作機(jī)輸出的功率 kwPdw15.82.57??2.3.6 計算各軸的輸入功率 kdI13.2?wPI 856?dI 7.231kIV4?d06.3521?2.3.7 計算各軸的輸入轉(zhuǎn)矩電動機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩 mNnPTmdd ?????74.91405.7950軸 I NnIjI ????.683.7950軸 II IjI ??.560.14軸 III mNnPTIjI ?????43.194507.69950軸 IV IVjIV ??0.31.軸 V nj ???49.2312506.9502.4 設(shè)計傳動帶電動機(jī)轉(zhuǎn)速 ,額定功率 ,電動機(jī)主軸與軸 I 的傳動比 ，min140rn?kwp5.7?4.1?i采用兩班制，一班 8 小時，一天運轉(zhuǎn) 16 小時，工作年數(shù)為 10 年。[1]確定計算功率由文獻(xiàn)[1]查表 8-7，取 ，則2.1?AKkwPKAca 95.721???[2]選取普通 V 帶傳動并確定其帶型根據(jù)小帶輪的轉(zhuǎn)速 和計算功率 ,應(yīng)選 A 型帶。nca[3]確定帶輪基準(zhǔn)直徑 和驗算帶速d由文獻(xiàn)[1]查表 8-6 及表 8-8 取小帶輪基準(zhǔn)直徑 md125?則大帶輪基準(zhǔn)直徑 d801254.12??符合 V 帶輪的基準(zhǔn)直徑系列。驗算帶速 snd 4.906061????因 ，故帶速合適。sms35?[4]確定 V 帶的中心距和基準(zhǔn)長度 dL即)(2)(7.021021dda???6105.3?a初選中心距為 =400mm所需帶基準(zhǔn)長度 0dL0212104)()(2adaLd ?????m12858542?????????由文獻(xiàn)[1]查表 8-2，取相近的帶的基準(zhǔn)長度 Ld5015帶傳動實際中心距 mLad 385)21504(200 ???????中心距變化范圍為 m4~36[5]驗算小帶輪的包角：一般小帶輪的包角不應(yīng)小于 。09，001201 172385.)21(8.57)(8 ??????ada故合適。[6]確定帶的根數(shù) Z計算單根 V 帶的額定功率 rP由文獻(xiàn)[1]查表 8-4a，得 查表 8-4b,得kw92.10?kwP13.0??由文獻(xiàn)[1]查表 8-5，得 查表 8-2，得85aK9LK于是 PLr 8.0)3()(0 ?????V 帶的根數(shù) 故取 3 根帶。6.28.14?rcaZ[7]計算單根 V 帶的初拉力的最小值 min0)(F查表 得， mkgq.0?2min0)52()( ?qZKPFac???N5.1394.0.938.5??故應(yīng)使帶實際初拉力的最小值 F?[8]計算作用在軸上的壓軸力壓軸力的最小值 Zp2)(min? Na835217sin5.392sin)(01m0 ???[9]V 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計V 帶輪的結(jié)構(gòu)如下圖 3-4 所示，其基本數(shù)據(jù)如下： mdLBCfeZdd402)~5.1(864748915)3()(4028.1' ?????????16圖 2-4 V 帶輪結(jié)構(gòu)圖2.5 齒輪傳動設(shè)計2.5.1 基本組設(shè)計軸Ⅰ的輸入功率 ，計算轉(zhuǎn)速 r/min ,轉(zhuǎn)矩kwPdI13.72??10?Ijn，最大傳動比 ，轉(zhuǎn)速不高，兩班制，工作期限規(guī)定為 10 年，mNTI??09.684maxi除去節(jié)假日每年按 300 天計算。一、材料、熱處理及精度等級由于轉(zhuǎn)速不是太高，所以大、小齒輪的材料均選用 45 號鋼，并且進(jìn)行調(diào)制處理。小齒輪的齒面硬度為 260HBS，大齒輪的齒面硬度為 220HBS，硬質(zhì)差為 40HBS，在規(guī)定的 30～50 HBS 范圍內(nèi)，符合要求。因載荷平穩(wěn)，齒輪速度不高，初選 8 級精度二、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計齒輪 ??3211 )(2.HEdt ZuKTd????1)取載荷系數(shù) .?t2)由文獻(xiàn) [1]查表 10-7，選取齒寬系數(shù) 3.0?d?3)由文獻(xiàn) [1]查表 10-6， 218.9MPaZE由文獻(xiàn)[1]查表圖 10-21d 查得， H61lim?MPaH5602lim??應(yīng)力循環(huán)次數(shù)， 91 18.)38(060 ????nIjLN179max12104.??iN從圖 10-19 查得 .HNK95.02?HN查表可安全系數(shù) ，確定接觸疲勞許用應(yīng)力：S?? MPaH 4690.1lim1???SHN53252li2 ?4) 求小齒輪的分度圓直徑 ，代入 的最小值t1d??H?mdt 41.9)5328.(9.3.0681.31 ???5) 計算齒輪最大圓周速度 ：? smsnt 78.406106????因為 ，所以所取的 8 級精度符合設(shè)計要求。sm5??三、確定齒輪的主要參數(shù)第一對齒輪(齒數(shù) )的參數(shù)計算1021) 模數(shù) : mzdmt 73.1254.9??按標(biāo)準(zhǔn)取模數(shù)2) 分度圓直徑 ：zd1???mm18023) 中心距 : ad5.2521???4) 齒輪寬度 ：B，md.37.01?? mdB541803.2???經(jīng)處理后取 50 ,412四、按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 321ZYKTdSaFF???確定公式中各參數(shù)值查文獻(xiàn)表 10-8 可得動載荷系數(shù) ，對于直齒輪來說12.?VK1?HaK18查文獻(xiàn)[1]表 10-2 可得使用系數(shù) 1?AK查文獻(xiàn)[1]表 10-4，用插值法得 420.?H故載荷系數(shù) 590.1.???aVAK由文獻(xiàn)[1]查圖 10-20c，得小大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限MPaFE501?MPFE3802?由文獻(xiàn)[1]查圖 10-18，取彎曲疲勞壽命系數(shù) 85.01?FNK8.02?FNK取彎曲疲勞安全系數(shù) 4.1?S則 ?? PaaKFENF 7.3.50811???MPS8624322由文獻(xiàn)[1]查表 10-5，齒形系數(shù) 32. 50.21?FaFaY應(yīng)力校正系數(shù) .7 6.12?SSaY ??13321 0.596.1.09851 FaadFF MPmZYKT ??? ???? ??2.286.141122 FaSa MP???故齒輪校核合格。2.5.2 第一擴(kuò)大組設(shè)計軸 II 的輸入功率 ，計算轉(zhuǎn)速 r/min ,轉(zhuǎn)矩 ，最大kwPI85.6?560?IjnmNT??81.62傳動比 ，轉(zhuǎn)速不高，兩班制，工作期限規(guī)定為 10 年，除去節(jié)假日每年按 3007.1maxi天計算。一、材料、熱處理及精度等級由于轉(zhuǎn)速不是太高，所以大、小齒輪的材料均選用 45 號鋼，并且進(jìn)行調(diào)制處理。小齒輪的齒面硬度為 260HBS，大齒輪的齒面硬度為 220HBS，硬質(zhì)差為 40HBS，在規(guī)定的 30～50 HBS 范圍內(nèi)，符合要求。因載荷平穩(wěn)，齒輪速度不高，初選 8 級精度。二、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計齒輪 ??3221 )(1.HEdt ZuKTd????191)取載荷系數(shù) 3.1?tK2)由文獻(xiàn) [1]查表 10-7，選取齒寬系數(shù) 3.0?d?3)由文獻(xiàn) [1]查表 10-6， 218.9MPaZE由文獻(xiàn)[1]查圖 10-21d，查得 H61lim?MPaH5602lim??計算齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 9106.)38(10?????nIjLN99max12 .078.16.???iN查文獻(xiàn)[1]圖 10-19 可得 ，51HNK7.2HN可安全系數(shù) ，計算接觸疲勞許用應(yīng)力S?? MPaHNH 069.01lim1 ????S2.54372li24) 求小齒輪的分度圓直徑 ，代入 的最小值td1??H?mdt 9.10)2.54389(3.0816.31 ????5) 求齒輪的最大圓周速度 ：? snt 07.36546???因為 ，所以取 8 級精度符合設(shè)計要求。sm5??三、確定主要參數(shù)第一對齒輪(齒數(shù) )的參數(shù)計算21) 模數(shù) : mzdmt 74.3289.104??按標(biāo)準(zhǔn)取模數(shù)2) 分度圓直徑 ：zd431???mm156223) 中心距 : ad208421???4) 齒輪寬度 ：B20，mdB2.5843.01???? mdB8.46153.02????經(jīng)處理后取 4 ,12第二對齒輪(齒數(shù) )的主要幾何尺寸1) 分度圓直徑 ：dmmzd96321???14822) 中心距 ： ad209621???3) 齒輪寬度 ：B，md8.3.01?? mdB2.4313.02???經(jīng)處理后取 40 ,252第三對齒輪（齒數(shù) ）的主要幾何尺寸61)分度圓直徑 ：dmmzd931??? mzd138462???2) 中心距 ： a5.18241?3) 齒輪寬度 ：B，md7.93.01???? mdB4.138.02????經(jīng)處理后取 40 ,52四、按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 321ZYKTdSaFF???確定公式中各參數(shù)值查文獻(xiàn)[1]圖 10-8 可得動載荷系數(shù) ，而對于直齒輪來說12.?VK1?HaK查文獻(xiàn)[1]表 10-2 可得使用系數(shù) A查文獻(xiàn)[1]表 10-4，用插值法可得 40.?H故載荷系數(shù) 590.121????aVAK由文獻(xiàn)[1]查圖 10-20c，得小大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限MPaFE501?MPFE3802?21由文獻(xiàn)[1]查圖 10-18，取彎曲疲勞壽命系數(shù) 85.01?FNK8.02?FNK取彎曲疲勞安全系數(shù) 4.1?S則 ?? MPaaKFENF 7.3.50811???PS8624322由文獻(xiàn)[1]查表 10-5，齒形系數(shù) 32. 50.21?FaFaY應(yīng)力校正系數(shù) .7 6.12?SSaY ??13321 0.596.1.09851 FaadFF MPmZYKT ??? ???? ??2.286.141122 FaSa MP???故齒輪校核合格。2.5.3 第二擴(kuò)大組設(shè)計軸 III 的輸入功率 ，計算轉(zhuǎn)速 ,轉(zhuǎn)矩 ，最kwPI57.6?min450rnIj?mNT??43.193大傳動比 ，轉(zhuǎn)速不高，兩班制，工作期限規(guī)定為 10 年，除去節(jié)假日每年按41.maxi300 天計算。一、材料、熱處理及精度等級由于轉(zhuǎn)速不是太高，所以大、小齒輪的材料均選用 45 號鋼，并且進(jìn)行調(diào)制處理。小齒輪的齒面硬度為 260HBS，大齒輪的齒面硬度為 220HBS，硬質(zhì)差為 40HBS，在規(guī)定的 30～50 HBS 范圍內(nèi)，符合要求。因載荷平穩(wěn)，齒輪速度不高，初選 8 級精度。二、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計齒輪 ??321 )(12.HEdt ZuKTd????1)取載荷系數(shù) .?t2)由文獻(xiàn) [1]查表 10-7，選取齒寬系數(shù) 3.0?d?3)由文獻(xiàn) [1]查表 10-6， 218.9MPaZE由文獻(xiàn)[1]查圖 10-21d，查得， H61lim?MPaH5602lim??應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 91 1.)38(45060 ????nIjLN228max120.9??iN查文獻(xiàn)[1]圖 10-19 可得 96.01?HNK9.02?HN可以取安全系數(shù) ，計算接觸疲勞許用應(yīng)力：S?? MPaKHNH 57.1lim1???S4.6092li2 ??4) 求小齒輪的分度圓直徑 ，代入 的最小值td1??H?mdt 29.107)4.589(2.3.0413. 21 ???5) 計算齒輪最大的圓周速度 ：? sndt 52.6406????因為 ，所以取 8 級精度符合設(shè)計要求。sm5??三、確定主要參數(shù)第一對齒輪(齒數(shù) )的參數(shù)計算411) 模數(shù) ： mzdmt 6.2419.071??按標(biāo)準(zhǔn)系列取模數(shù) m=3mm2) 分度圓直徑 ：zd1233121 ???3) 中心距 ： am21?4) 齒輪寬度 ：Bmd9.361.0121 ????經(jīng)處理后取 40 ,42第二對齒輪(齒數(shù) )的主要幾何尺寸81) 分度圓直徑 ：dmmzd102341???822) 中心距 ： a23mda12341021???3) 齒輪寬度 ：B，d6.3.1?? mdB2.4313.02???經(jīng)處理后取 40 ,02四、按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 321mZYKTdSaFF???確定公式中各參數(shù)值查文獻(xiàn)[1]圖 10-8 可得動載荷系數(shù)， 而對于對于直齒輪來說12.?VK1?HaK查文獻(xiàn)[1]表 10-2 可得使用系數(shù) A查文獻(xiàn)[1]表 10-4，用插值法可得 40.?H故載荷系數(shù) 590.121????aVAK由文獻(xiàn)[1]查圖 10-20c，查得小大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限MPaFE501?MPFE3802?由文獻(xiàn)[1]查圖 10-18，取彎曲疲勞壽命系數(shù) 8.01?FNK90.2?FNK取彎曲疲勞安全系數(shù) 4.1?S則 ?? PaaKFENF 29.34.50811 ????MS43922由文獻(xiàn)[1]查表 10-5，齒形系數(shù) 36. 7.21FaFaY應(yīng)力校正系數(shù) 68 57.12?SSaY ??13321 45.25.1.00.91 FaadFF MPmZYKT ??? ????? ??26.857.121122 FaSa PM???故齒輪校核合格。2.5.4 第三擴(kuò)大組設(shè)計軸 IV 的輸入功率 ，計算轉(zhuǎn)速 ,轉(zhuǎn)矩 ，最kwPIV31.6?min315rnIVj?mNTIV??30.19大傳動比 ，轉(zhuǎn)速不高，兩班制，工作期限規(guī)定為 10 年，除去節(jié)假日每年按58.1maxi24300 天計算。一、材料、熱處理及精度等級由于轉(zhuǎn)速不是太高，所以大、小齒輪的材料均選用 45 號鋼，并且進(jìn)行調(diào)制處理。小齒輪的齒面硬度為 260HBS，大齒輪的齒面硬度為 220HBS，硬質(zhì)差為 40HBS，在規(guī)定的 30～50 HBS 范圍內(nèi)，符合要求。因載荷平穩(wěn)，齒輪速度不高，初選 8 級精度。二、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計齒輪 ??321 )(12.HEdt ZuKTd????1)取載荷系數(shù) .?t2)由文獻(xiàn) [1]查表 10-7，選取齒寬系數(shù) 3.0?d?3)由文獻(xiàn) [1]查表 10-6， 218.9MPaZE由文獻(xiàn)[1]查圖 10-21d，查得， H61lim?MPaH5602lim??應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 91 1.)38(3506 ????nIVjLN8max127.5??i查文獻(xiàn)[1]圖 10-19，可以得到查 96.1HNK9.02?HN可以取安全系數(shù) ，計算接觸疲勞許用應(yīng)力：1S?? MPaKHNH 57609.lim11 ????S4.2li24) 計算小齒輪的分度圓直徑 ，代入 的最小值td1??H?mdt 69.125)4.589(2.3.0193. 21 ????5) 計算齒輪的最大圓周速度 ：? snt 07.203160???因為 ，所以取 8 級精度符合設(shè)計要求。sm5??三、確定主要參數(shù)第一對齒輪(齒數(shù) )的參數(shù)計算3471) 模數(shù) ：