(新)机械装备设计大作业

哈尔滨工业大学
机械制造装备设计大作业题目：无丝杠车床主传动系统运动和动力设计
目录
一、运动设计 (4)
1 确定极限转速 (4)
2 确定公比 (4)
3 求出主轴转速级数 (4)
4 确定结构式 (4)
5 绘制转速图 (4)
6 绘制传动系统图 (6)
7 确定变速组齿轮传动副的齿数 (7)
8 校核主轴转速误差 (8)
二、动力设计 (9)
1 传动轴的直径确定 (9)
2 齿轮模数的初步计算 (10)
参考文献 (12)
一、运动设计
1、 确定极限转速
根据设计参数，主轴最低转速为26.5r/min ，级数为17，且公比φ=1.26。

于是可以得到主轴的转速分别为：26.5, 33.5,42.5, 53, 67,85, 106,132, 170, 212, 265,335, 425, 530,670, 850, 1060r/min ，则转速的调整范围
max min 1060
4026.5
n n R n =
==。

2、 确定公比φ
根据设计数据，公比φ=1.26。

3、 求出主轴转速级数Z
根据设计数据，转速级数Z=17。

4、 确定结构式
按照主变速传动系设计的一般原则，选用结构式为13818332=⨯⨯的传动方案。

其最后扩大组的变速范围8(21)2 1.26 6.358R ⨯-==≤,符合要求，其它变速组的变速范围也一定符合要求。

5、 绘制转速图
（1）选定电动机
根据设计要求，机床功率为4KW ，可以选用Y132M1-6，其同步转速为1000r/min ，满载转速为960r/min ，额定功率4KW 。

（2）分配总降速传动比 总降速传动比为min 26.5
0.0251060
d n u n ∏=
==，又电动机转速min /960r n d = 不在所要求标准转速数列当中，因而需要用带轮传动。

（3）确定传动轴的轴数
轴数=变速组数+定比传动副数=3+1=4。

（4）绘制转速图
因为确定中间各轴转速时，通常往前推比较方便，所以首先定III 轴的转速。

①确定III 轴的转速
由于第二扩大组的变速范围为8，选取故这两对传动副的最小和最大传动比必然是1611
4c u ϕ
=
=，22 1.58c u ϕ==。

于是可以确定III 轴的六级转速只能是：106,132，170, 212，265，335, 425, 530，670r/min ，可见III 轴的最低转速为106r/min 。

②确定II 轴转速
第一扩大组的级比指数31=X 。

为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，一般限制降速最小传动比4
1
min ≥
u ，又为避免扩大传动误差，减少振动噪声，限制最大升速比22max =≤φu 。

于是，II 轴的最低转速是335/min ，三级转速分别为530,425,300r/min 。

③确定I 轴转速
I 轴级比指数为10=X ，由升2降4原则，则确定I 轴的转速为530r/min 。

最后可以确定电动机轴（0轴）与I 轴之间的传动比，采用带传动，传动比为
0530960
u =。

根据以上计算，绘制转速图如下：
图1 转速图138332⨯⨯
6、 绘制传动系统图
图2 传动系统图
7、 确定变速组齿轮传动副的齿数
①变速组a ：
变速组a 有三个传动副，传动比分别是22
1
11.59u ϕ=
=
，3111.26
u ϕ==，14=u 由参考文献【1】表3-9查得：
符合条件52,54,70Z S =的可取70Z S =，查表可得轴I 主动齿轮齿数分别为：35、31、27。

根据相应的传动比，可得轴II 上的三联齿轮齿数分别为：35、39、43。

②变速组b ：
变速组b 有两个传动副，传动比分别是55
1
13.18u ϕ=
=
，6211
1.59
u ϕ==，7 1.26u =。

查表得：
可取88Z S =，于是可得轴II 上主动齿轮齿数分别是：49,34,21。

于是根据相应传动比，得轴III 上三齿轮的齿数分别是：49,54,67。

③变速组c ：
变速组c 有两个传动副，传动比分别是76
1
1
4
u ϕ==
，28 1.59u ϕ==。

查表得：
可取103Z S =，于是可得轴III 上主动齿轮齿数分别是：63,21。

于是根据相应传动比，得轴Ⅳ上两齿轮的齿数分别是：40,82。

8、 校核主轴转速误差
实际传动比所造成的主轴转速误差，要求不超过
10(1)%10(1.261)% 2.6%ϕ±-=±⨯-=±。

下表为主轴转速误差与规定值之间的比
较：
表1 主轴转速误差与规定值之间的比较
二、动力设计
1、 传动轴的直径的确定
传动轴的直径可以按照扭转刚度进行初步计算：
4
]
[91ϕj n P
d = 式中 d ——传动轴直径 P ——该轴传递的功率 j n ——该轴的计算转矩
][ϕ——该轴每米长度允许扭转角，取值为m /6.0︒
（1）主轴的计算转速
由参考文献【1】表3-10中所述，13
min 85/min Z n n r ϕ
-==。

（2）各个传动轴的计算转速
由转速图可以得到I 、II 、III 轴的计算转速分别为530, 335, 106r/min 。

（3）各传动轴直径
I
轴：9130.47I d mm === 取I d =35mm II
轴：9134.17II d mm === 取II d =40mm III
轴：9145.57III d mm === 取III d =50mm （4）主轴轴颈尺寸的确定
根据参考文献【1】中表3-13，主轴前轴轴颈范围为70 105mm,取170D mm =，后轴颈直径21(0.75~0.85)49~59.5D D mm ==，取255D mm =。

2、 齿轮模数的初步计算
（1）齿轮计算转速的确定
只需计算变速组内最小的也是强度最弱的齿轮即可。

a 变速组内最小齿轮齿数是z=27，只有一个转速530r/min ，取为计算转速
b 变速组内最小齿轮齿数是z=21，使III 轴获得530,425,335r/min 三个转速，106r/min 是III 轴的计算转速，所以该齿轮的计算转速为335r/min 。

c 变速组内的最小齿轮齿数是z=21，使主轴获得9级转速，85r/min 是主轴的计算转速，所以该齿轮的计算转速为530r/min 。

（2）模数的计算
要求每个变速组的模数相同。

根据：
其中： j m ——按接触疲劳强度计算的齿轮模数 u ——大小齿轮的齿数比 d N ——电动机功率kW ，4d N KW = m φ——齿宽系数，取8=m φ 1z ——小齿轮齿数
][j σ——齿轮传动许用接触应力，取[]1370j MPa σ= j n ——计算齿轮计算转速（r/min ） 变速组a ：
16338 1.69a m mm ===，取2a m mm =
变速组b ：
16338 2.17b
m mm ===，取 2.5b m mm =
变速组c ：
16338 2.14c m mm ===，取3c m mm =
j m =
参考文献
[1] 张庆春等. 机械制造装备设计. 哈尔滨工业大学机电工程学院，2011。