CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计

__届毕业（设计）论文
题目CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计专业班级
学号
学生姓名随笔客
指导教师
指导教师职称
学院名称机电工程学院
完成日期： 2014 年 5 月 25日
CK6140数控车床主传动系
统及进给伺服系统设计
CK6140 CNC lathe main drive system and feed servo system design
学生姓名
指导教师
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。

关键词：数控机床主轴箱进给伺服系统
Abstract
This thesis introduced the constitution and 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 exaltation 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 system 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 transmission 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 completing 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 for 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 stick's lead. Design of into give the servo system can satisfy to design
the request of the mission.
Keywords：NC Machine Tool；Axis Housing；Servomechanism
目录
摘要 (Ⅰ)
Abstract (Ⅱ)
第一章卧式数控车床简介 (1)
1.1数控车床简介 (1)
1.2 CK6140介绍及设计说明 (2)
1.3设计任务 (3)
第二章 CK6140总体设计计算 (6)
2.1总体设计要求 (6)
2.2机床的总体布局的确定 (7)
2.3换向方向的选择 (7)
2.4开停方式选择 (8)
2.5 制动方式选择 (8)
2.6 齿轮布置与排布 (8)
2.7 变速方式选择 (9)
2.8进给系统的组成及选用 (10)
第三章主变速箱总体设计 (12)
3.1电机的选用 (12)
3.2传动方案的拟定 (15)
3.3确定各级的转速.................................... 错误!未定义书签。

3.4绘制转速图 (17)
第四章主变速箱详细设计 (18)
4.1带传动的设计 (18)
4.2 齿轮的设计 (27)
4.3轴的设计 (28)
4.4轴承的选择 (28)
4.5选择离合器 (28)
4.6键的选择 (29)
第五章进给伺服系统的设计 (30)
5.1进给伺服系统简介 (30)
5.2传动系统的设计及计算 (35)
总结 (38)
致谢 (39)
参考文献 (40)
第一章卧式数控车床简介
1.1数控车床简介[1]
1.1.1数控车床的发展方向
随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈，产品的更新速度越来越快。

多品种、中小批量的生产比重明显增加。

因此传统的加工设备和制造方法以及难以适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高效、高质量加工要求。

数控机床因此而诞生。

数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是建立在数控技术之上的。

同时数控技术关系到国家战略地位，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今一个国家制造业的发展方向。

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2～2.5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
①根据设计要求，机床型号为CK6140.
按照<GB15375-94>金属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。

②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
①已知参数
表1-1 设计参数
②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，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Ｑ＝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，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，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伺服系统总体方案框图
第三章 主变速箱总体设计
3.1电机的选用[2]
3.1.1车刀的选择
1）加工材料[3]
表3-1 加工材料及参数
刀具材料的选择：选择W6Mo5Cr4V2，硬度（HRC
）65 抗弯强度3800Pa 冲击韧性2-m 8.30•MJ 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o 600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
切深t =3mm ，走刀量s =0.3mm/r ，v k k V 21=
当取So =0.55时，k 1=0.70
取to =5时，k 2=0.91
v k k V 21==0.70⨯0.91⨯75=47.8m/min
().13
3） 主切削力
F Z =c FZ .a p xfz . f yfz .v nfz .k FZ 查文献[1]
k FZ =1⨯1.15⨯1⨯0.75⨯0.93⨯1=0.8
().23
前角为13o ，主偏角45o ，刃倾角为0 o ，刀尖圆弧半径2
F Z =1433⨯3⨯0.450.75⨯1⨯15.02-=1948.8N
().33
其中F Z 所消耗的功率占总切削功率的95%左右，所以只需要计算F Z 主切削力产生的功率即可。

4）切削功率Pm
kw Vc Pc P 90.31028.19481033m =⨯⨯=⨯•=-- ().43
3.1.2选择电机
1.考虑到机床的传动比效率
m E P P η/m = ().53
式中：是机床的传动效率m η，一般取0.75~0.85，大值适用于新机床，小值适用于旧机床。

本次设计选用.850=m η
KW P P m E 95.4.85
09.3/m ===η ().63 参考文献[2]，这里选用VFG 1600M-750-5.5的交流变频电动机，额定功率
5.5KW ，额定电压380W ，恒扭矩输出范围为30-750r/min ,恒功率输出范围为750-2250r/min ，基准转速为750r/min 。

2.主轴要求的恒功率调速范围
48.2147
.741600np ==
R 电动机的恒功率调速范围 3750
2250np ==R 故可知主轴要求的恒功率调速范围远大于电动机所能提供的恒功率调速范围，故必须配以分级变速箱。

同时若要简化变速箱结构，变速级数应该少些，变速箱公比f ϕ可取大于电动机的恒功率调速范围dp R ，即f ϕ>dp R 。

故取Z=2，此时，变速箱的公比为：
63
.448.2167
.02/48.21lg /lg lg 2f f f =======z np Z np np R R Z R ϕϕϕ
由于f ϕ>dp R ，变速箱的每档内有部分低转速只能恒转矩变速，主传动系统的功率特性图出现“缺口”，称为功率降低区。

使用“缺口”范围内的转速时，为限制转矩过大，得不到电动机输出的全部功率。

因此为保证缺口处的输出功率，电动机的功率应相应增大。

计算可知在缺口处的功率仅为：
kw P R P f d dp 56.363
.435.5/=⨯==ϕ 故重新选择电动机，选择型号为VFG1600M-750-7.5的交流变频电动机，其额定功率为7.5kw ，恒扭矩输出范围为30-750r/min ，恒功率输出范围为750-2250r/min ，基准转速为750r/min 。

图3.1 电动机图
3.2传动方案的拟定
传动方案：电动机的输出，然后经带轮的降速，再经过二级齿轮变速进行调速，最后传给主轴。

查文献[4]可知V 带传动比范围为2~4，单级圆柱齿轮传动比范围i=3~6。

4.1传动比的计算
取带轮传动比为21=i ，并确定小带轮与大带轮标准直径分别为80mm 和160mm 、带型为A 型。

经带轮降速后，最高转速min /1125160
802250max r n =⨯=，最低转速min /30in r n m =取20以满足需要，电动机转速可取160r/min=in m n ,则经带轮后转速为80r/min 。

额定转速min /375160/80750r n d =⨯=。

中间取360r/min 以满足机床要求。

则降速后转速为180r/min 。

则可知要达到机床的要求，可用传动比为42.11125
16001==i ，查[2]确定标准公比为1.50。

同时80/20=42
=i 查文献[2]确定标准公比为3.98。

3.3确定各级的转速
3.4绘制转速图 故计算可知：
当电动机转速为2250 r/min 时，输出轴的转速为
min
/7.28298.315.02250min
/5.16875.15.0225021r n r n =⨯⨯==⨯⨯= 当电动机转速为750 r/min
min
/2.9498.31
5.0750min
/5.5625.15.075021r n r n =⨯⨯==⨯⨯= 当电动机转速为360 r/min
min
/2.4598.31
5.0360min
/2705.15.036021r n r n =⨯⨯==⨯⨯= 当电动机转速为160 r/min
min /1.2098
.31
5.0160min /1205.15.016021r n r n =⨯
⨯==⨯⨯= 故可知主轴的转速范围为20.1~1687.5 r/min ，满足传动要求。

3.4绘制转速图
最后，在图上补足各连线，就可以得到如下的转速图。

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
图3.4电动机功率图
第四章 主变速箱详细设计
4.1带传动的设计[4]
电动机的转速n= 2250 r/min ，传递功率5.5kw ，电动机轴与I 轴之间的降速比为 i=2250/1125，即带传动的传动比为 2 ，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[4]表8-7查得工作情况系数取A K =1.3，故：
KW
KW P K P A 75.95.73.1ca =⨯==
4.1.2选取V 带型
根据小带轮的转速和计算功率，由文献[4]图8-10，选A 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[4]表8-6和表8-8，取小带轮直径mm 100d 1d = 2）验算带速
1000
60n d 1
1d ⨯=
πV
其中 1n ———小带轮的转速r/min 1d d ———小带轮直径 mm
m/s
78.111000
602250
10014.31000
60n d 1
1d =⨯⨯⨯=
⨯=
πV
因为 m/s 30V m/s 5<<，故带速适合。

3）计算大带轮的直径
根据参考文献[4]式8-15a ，计算大带轮2d d
==1d 2d id d 200 mm
4.1.4确定带传动的中心距和带的基准长度
设中心距为0a ，则：
）
（）（2d 1d 02d 1d d d 2a d d .70+≤≤+
于是mm 600a mm 210≤≤，初取中心距mm 500a o = 带长：
mm
1476500
4100)
-(200200)100250024a d -d d d 2a 20
2
1d 2d d2d10d 0=⨯+
++⨯=+
++=（）
（）（ππ
L
查参考文献[4]8-2取相近的基准长度mm 1400d =L 。

带传动的实际中心距：
462mm 2
1476
14005002-a a 0d d 0=-+=+
=L L
4.1.5验算小带轮的包角
一般小带轮的包角不应小于0120
o
o d d o 112054.168.357d -d -
1802
1>=⨯=α
α
满足包角o 120大于
4.1.6确定带的根数
1）计算单根V 带的额定功率Pr
由r/min 1600n mm 100d 1d ==和查参考文献[4]表8-4a 得KW P 42.10=。

根据型带，查参考文献和，A 2i r/min 1600
n ==[4]表8-4b 得KW P 19.00=∇查参考文献[4]表8-4得8.90a =K 查表8-2得6.902=K 。

于是：
kw 51.16.908.9091.042.1L a 00r =⨯⨯+=∇+=）（）（K K P P P
其中 0P ∇ ————1i ≠时的传递功率的增量 a K —————按小带轮包角α，查得包角系数 L K —————长度系数 2）计算V 带根数Z
5.651
.175.9r ca ===
P P 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6=Z 。

4.1.7计算单根V 带初拉力的最小值
由参考文献[4]表8-3得B 型带的单位长度质量q= 0.1 kg/m ，所以：
2ca min
0qv -.52vz 500+=）（）（α
αK K P F
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= 1600 r/min= 11.78 m/s
()N 86.12078.111.078.1198.0698.05.275.95002min 0=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⨯+⨯⨯-⨯⨯=）（F
4.1.8计算压轴力
N 14322
168
sin
120622
sin
21
min 0p =⨯⨯⨯≈≈α）（F Z F
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齿轮设计
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Z 1=20,Z 2=80.一年按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
32
1132.2t 1d ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛•±•≥H E
Z
u u d kT δ
φ
确定公式内的各计算数值
1）试选载荷系数.311=K 。

2）计算小齿轮传递的转矩
mm
10368.610005.710.595n 10.59514511
5•⨯=⨯⨯=⨯=N P T
3）由[5]表10-7选取齿宽系数4.0d =φ。

4）由表10-6查得材料的弹性影响系数2
1
a .8189MP Z E =。

5）由图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限
a 600lim1MP H =σ；大齿轮按接触疲劳极限a 5502lin MP H =σ。

6）由公式10-13计算应力循环次数
9
h
111096.415300*********n 60⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==）
（L N _ 99
1210215.14
1086.4u ⨯=⨯==N N
7）由图10-19取接触疲劳的寿命系数0.901=HN K ，5.902=HN K 。

8）计算接触疲劳许用力
取失效概率为1%，安全系数1=S ，由式（10-12）得：
[]a
540a 6000.90lim111MP MP S
K HN H =⨯==σσ []a
5.522a 5505.90lim222MP MP S
K HN H =⨯==σσ
（2）计算
1）计算小齿轮分度圆直径d 1t ，带入[]H σ中比较小的值
[]mm 971.795.522.818923.4010367.6.312.32u 1u d 2.32d 32
4321t t 1=••⨯⨯=•+•≥）
（）（H E Z T K σφ
2）计算圆周速度V
s
m 71.41000
601000
971.794.131000
60n d 1
t 1=⨯⨯⨯=
⨯=
πV
3）计算齿宽b
mm 988.31971.79.40d d b t 1=⨯=•=φ
4）计算齿宽与齿高之比h
b
模数
mm 999.320
971.79z d m 1t 1t ===
齿高
mm
997.8999.35.22m 5.22h t =⨯==。