机械制造装备设计大作业

机械制造装备设计课程大作业卧式升降台铣床主传动系统设计
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机械制造装备设计课程大作业卧式升降台铣床主传动系统设计
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卧式升降台铣床主传动系统设计
一、机床的规格及用途
通用机床，加工范围广泛，用于各种圆柱铣刀、盘铣刀、成型铣刀、端铣刀、角度铣刀等来铣削各种斜面、成型表面、沟槽及齿轮、螺旋槽等。

参数如下：
类型工作台（mm2）公比φn min级数Z 功率（KW）卧式升降台铣床320×1250 1.41 28 12 5.5
二、运动设计
1.确定转速
根据已知的公比、最小转速和级数计算最大转速和各级转速，查标准数列得到各级转速分别为：28、40、56、80、112、160、224、315、450、630、900和1250。

2.确定结构网或结构式
主轴转速共有12级，需3个传动组（不计定比传动副），遵循“前多后少”的原则，每个传动组分别装有3、2、2个传动副，即12=3×2×2。

选择级比系数依次为1、3、6，即结构式为12=31×23×26。

则系统的结构网如下图
3.绘制转速图
1)选定电动机
铣床为一般金属切削机床的驱动，没有特殊性能要求，所以采用Y系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。

Y系列电动机高效、节能、启动转矩大、噪声低、振动小、运行安全可靠。

根据机械设计手册选择电动机的型号为Y132S 1，同步转速1500r/min，功率5.5kW。

2)分配总降速传动比
最后扩大组的级比指数为6，同时升速和降速都不能超过极限范围，所以III轴的最低转速只能为112r/min，根据“前慢后快”的原则II轴的最低转速可以为224r/min或
315r/min，选择较低转速虽然可以减小发热和噪声，但这两根轴上的齿轮副模数会略大，所以选择为315r/min。

电机转速为1450r/min，带轮传动的传动比不能过大，所以I轴的转速定为630r/min。

3)确定传动轴的轴数
变速机构共需要4个轴，加上电机轴，所以一共有5个轴。

4) 绘制转速图
4. 绘制传动系统图 因为零件的参数尚未确定，先根据转速图，按传动副的传动比拟定一个主传动系统草图如下：
5. 确定变速组齿轮传动副的齿数可用计算法或查表法选定齿轮的齿数。

各个变速组双轴间的齿数和错误!未找到引用源。

的确定 max min min 11z z S Z u
S ≤⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+= （3）式式中 错误!未找到引用源。

----同一变速组中的最小传动比，第一、二变速组2/1min =u ，第
三变速组
4/1min =u ；
错误!未找到引用源。

----同一变速组中最小齿轮齿数，20~18min =Z 。

根据计算结果选定第一变速组的齿数和为60，小齿轮齿数分别为20、25、30。

为了减少齿轮数，将齿轮7作为公用齿轮，齿轮7的齿数为40，作为第二变速组升速部分的大齿轮，则齿轮9的齿数为40，所以第二变速组的齿数和为80，齿轮6齿数为21，齿轮8齿数为59。

不必采用变位齿轮。

第三变速组计算结果为100~90≥z S ，选择齿数和为95，查表得小齿轮的齿数分别为
19和32。

6. 核算主轴转速误差
实际传动比所造成的主轴转速误差，一般不超过()%110-±ϕ错误!未找到引用源。

，即%1.4错误!未找到引用源。

带传动的传动比为24.2125
280
=，所以I 轴的实际转速为m in /3.6471r n =，则通过齿轮齿数计算的实际主轴转速误差如下表：
三、动力设计
零件的计算，需要知道它们的计算转速n j ,即参与传递全功率的最低转速、传递全扭矩的最高转速。

各零件的计算转速可从转速图上按主轴的计算转速确定。

1. 传动件的计算转速
计算转速为主轴或传动件传递全部功率时的最低转速，所以各轴的计算转速和齿轮的计算转速分别如下表
各传动轴计算转速表
2. 传动轴直径初定
传动轴直径按扭转刚度用下式进行概算
[]
mm n N d j 4
91φ=
式中 d —传动轴直径（mm ）；
N —该轴传递的功率（kW ）； n j —该轴的计算转速（r/min ）；
[]φ—该轴每米长度允许扭转角（deg/m ），传动轴取错误!未找到引用源。

＝ 0.8°。

则各个轴的初算直径为 I 轴
4mm .290.8
6305
.5914
I =⨯=mm d
取为30m m I =d 。

II 轴
9mm .340.8
3155
.5914
II =⨯=mm d
取为35m m II =d 。

III 轴
3mm .450.8
1125
.5914
III =⨯=mm d
取为50m m III =d 。

3. 主轴轴颈直径的确定
由参考文献[1]表3-13查得主轴前轴颈的直径mm D 95~601=，取为80mm 。

后轴颈的直径mm D D 68~56)85.0~7.0(12==。

取为65mm 。

尽量使主轴截面变化要小，外径尺寸要缓减。

铣床主轴内孔直径按铣床主轴端部尺寸标准选取。

主轴材料选为45号钢，调质处理，在主轴端部、锥孔、定心轴颈和定心锥面处进行高频局部淬火。

4. 齿轮模数的初步计算
同一变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最重的小齿轮，第一变速组选择齿轮1计算，第二变速组选择齿轮6计算，第三变速组选择齿轮11计算。

按简化的接触疲劳强度公式进行计算：
()[]mm n u z N u m j
m d j 3
221116338σϕ+= 式中
错误!未找到引用源。

—按接触疲劳强度计算的齿轮模数（mm ）；
d N ——驱动电动机功率（ｋＷ）；
j n ——计算齿轮的计算转速（ｒ／ｍｉｎ） u ——大齿轮齿数与小齿轮齿数之比1u ≥
1z ——小齿轮齿数；
m ϕ——齿宽系数，m B
m
ϕ=
（Ｂ为齿宽，ｍ为模数），取m ϕ＝8； []j
σ——许用接触应力（ＭＰａ）
，一般的机床寿命为6~10年，1=N
Z ，齿轮材料
为调质45号钢表面淬火，查得许用接触应力[]
MPa j 1370=σ。

则初步计算各个传动组的齿轮模数如下：
第一变速组的齿轮1
()mm mm m j 12.2630
137022085
.512163383
22=⨯⨯⨯⨯⨯+=
第二变速组的齿轮6
()mm mm m j 45.2315
13708.22185
.518.2163383
2
2
=⨯⨯⨯⨯⨯+=
第三变速组的齿轮11
()mm mm m j 60.2315
137041985
.514163383
22=⨯⨯⨯⨯⨯+=
取第一、第二变速组的模数相等，便于减少设备成本，所以模数为2.5。

第三变速组的齿轮模数选择为3.0。

四、画传动系统图
五、参考文献
[1]冯辛安《机械制造装备设计》，机械工业出版社，2003。