铣床主传动系统运动和参数设计

课程大作业说明书课程名称：机械制造装备设计设计题目：铣床主传动系统运动和动力设计院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：目录一、题目参数 (1)二、运动设计 (1)1 确定极限转速 (1)2 确定公比 (1)3 求出主轴转速级数 (1)4 确定结构式 (1)5 绘制转速图 (2)6 绘制传动系统图 (4)7 确定变速组齿轮传动副的齿数 (4)8校核主轴转速误差 (6)三、动力设计 (7)1 传动轴的直径的确定 (7)2 齿轮模数的初步计算 (9)四、参考文献 (10)一、 题目参数：二、 运动设计 1、确定极限转速由题目可知，主轴最低转速为26.5r/min ，级数为12，且公比φ=1.41。

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 1060则转速的调整范围max min .n n R n ===106040265。

2、确定公比φ根据设计数据，公比φ=1.263、求出主轴转速级数Z由题目可知，转速级数Z=174、确定结构式(1) 确定传动组和传动副数由于总级数为17，先按18设计再减掉一组。

共有以下几种方案： =⨯⨯18332=⨯⨯18323 =⨯⨯18233根据传动副前多后少原则，以减少传动副结构尺寸选择第一组方案 即： =⨯⨯18332 (2) 确定结构式按前密后疏原则设计结构式中的级比指数，得到：=⨯⨯13918332减掉一组转速为：=⨯⨯13817332对于该结构式中的第二扩大组,x p ==2282，因此()..r φ⨯-===<821821266358。

该方案符合升二降四原则。

5、绘制转速图（1）选定电动机本题已经确定切削为4KW ，4极电机，由于机床结构未定，按公式=0.8P P 切主 估算主电机功率为5KW 。

参照相关手册选择Y132S-4型电机。

Y132S-4型电机主参数如下： 额定功率5.5KW 满载转速1440r/min起动转矩/额定转速 2.2 最大转矩/额定转矩 2.2（2） 分配总降速传动比总降速传动比为min Π..d n u n ===265001841440，电动机转速/min m n r =1440不在所要求标准转速数列当中，因而需要增加一定比传动副。

（3）确定传动轴的轴数轴数=变速组数+定比传动副数+1=3+1+1=5（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轴的转速首先确定III 轴的最低转速。

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min u ≥14，又为避免扩大传动误差，减少振动噪声，限制最大升速比max u φ≤=32。

根据升二降四原则，最低转速只能是85 r/min 或106 r/min ，为了不使升速比过大，选择106 r/min.则Ⅲ轴的转速可以确定，由高到低分别为：530 425 335 265 212 170 132 106② 确定Ⅲ 轴转速第一扩大组的级比指数X 1=3。

同理根据升二降四原则，同时为了避免升速于，又是又不使传动比太小，Ⅱ轴的最低转速是425r/min ，则Ⅱ轴的转速可以确定，由高到低分别为： 670 r/min ，530 r/min ，425 r/min 。

③ 确定Ⅲ 轴转速I 轴级比指数为X 0=1，同理Ⅲ 轴的转速可以确定为850r/min ，这样可避免使带轮直径过大。

最后可以确定电动机轴（0轴）与Ⅲ 轴之间的传动比，采用带传动，传动比为u 08501440。

综上，根据计算，传动比分配结果整理在表一中有：绘制转速图如下850536785106132170212265335425530670电IIIIIIIVabc6、绘制传动系统图绘制传动系统图如图所示。

为了减小操纵力，齿轮组a 把三联滑移齿轮放置在I 轴上；为了节约轴向空间和操纵方便，将齿轮组b 、c 的滑移齿轮都放置在了III 轴上。

主轴因为轴向较短，采用两支撑配置；并将大齿轮靠近前支撑；考虑到卧式铣床主要受径向载荷，前支撑采用双列圆柱滚子轴承以加强径向刚度；为减少热变形带来的精度损失，采用一对背对背角接触轴承前端固定方式；其余传动轴暂定采用深沟球轴承支撑。

为实现动力投切，在带轮与I 轴间加入摩擦离合器M1；为实现主轴制动，在I 轴上加入制动器M2。

IV807、确定变速组齿轮传动副的齿数（1）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，传动比分别为.u φ==211126，.u φ==3211158 ，u φ==43112 由参考文献[1]表5-1查得：.u =21126时：=z S ……61、63、65、66、68、70、72、74…… .u =31158时：=z S ……62、65、67、69、70、72、73……u =412时：=z S ……63、66、69、72、75、78…… 可取=z S 72, 查表可得轴Ⅰ主动齿轮齿数分别为：32、28、24。

根据相应传动比， 可得轴Ⅱ上的三联齿轮齿数分别为：40、44、48。

②变速组b:变速组b 有三个传动副，传动比分别是u =51，u =612，u =714。

查表得：u =51时：=z S ……80、82、84、86、88、90、92……u =612时：=z S ……81、84、86、87、89、90、92…… u =714时：=z S ……80、81、84、85、86、89、90……可取 =z S 90，于是可得轴Ⅱ上两联齿轮的齿数分别为：45、30、18。

于是根据相应传动比，得轴Ⅲ上两齿轮的齿数分别为：45、60、72。

③变速组c:变速组c 有两个传动副，传动比分别是.u =8158，u =914。

查表得：.u =8158时：=z S ……98、99、100、101、103……u =914时：=z S ……99、100、101、103、104……可取 =z S 100。

u =914为降速传动，取轴Ⅲ齿轮齿数为20；.u =8158为升速传动，取轴Ⅳ齿轮齿数为39。

由对应传动比，得轴Ⅲ上两联动齿轮的齿数分别为20，61；轴Ⅳ两齿轮齿数分别为80，39。

a 、b 、c 三个传动组的齿数和与组内各副齿轮齿数见下表：各齿轮组齿数和及组内各副齿轮齿数表注： 最大和次大齿轮齿数差均大于等于4，所有齿数均大于等于18。

（2）确定定比传动副带轮①确定定比传动副带轮直径根据电机功率为4KW ，电机类型为Y 型电机，执行机构类型为铣床，设每天工作8-16小时。

可得设计功率为：1.256d A P K P KW ==⨯= 其中： KA 为工况系数，查GB/T 13575.1-1992取1.2P 为电机功率根据Pd 和n 选择机械设计手册的带型和小带轮直径。

参照GB/T 10412-2002普通V 带直径优选系列选择A 型带小带轮直径75mm 。

则大带轮直径为：121440(1)75(10.02)124.5850n D dmm n ε=-=⨯-= D 应取125mm其中： ε 为转速损失率综上故d 取75mm ；D 取125mm 。

② 选择带轮传动带型及根数根据前文所述已选择A 型带，皮带根数由下列公式确定：11()dLP z P P K K α=+∆式中z皮带根数P d 设计功率（4.8KW ）P 1单根V 带的基本额定功率，按GB/T 13575.1-992选择1.61KW1P ∆ 传动比导致的额定功率补偿，按GB/T 13575.1-992选择0.15KWK α 小带轮包角导致的修正，由于中心距未定，无法计算小带轮包角，故忽略此项L K 皮带长度导致的修正，由于中心距未定，无法计算皮带长度，故忽略此项计算得z=2.73，取为3。

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（φ-1）% = ±10（1.26-1）% = ±2.6%。

下表为主轴转速误差与规定值之间的比较：可见表中数据均满足要求。

三、动力设计1、传动轴的直径的确定传动轴直径可以按照扭转刚度进行初步计算：d =式中 d －传动轴直径P －该轴传递的功率 n j －该轴的计算转速[φ] －该轴每米长度允许扭转角，取值为0.6°/m1） 主轴的计算转速由参考文献[1]表5-2中所述，min /min Z n n r -==φ1385。

2）各个传动轴的计算转速按传递全部功率的最低转速选择各传动件计算转速，既能使主轴达到其计算转速的最低转速。

结果如下表所示：3）各传动轴直径经过查阅资料，一般情况下，滚动轴承的效率.η=1098，齿轮副的效率.η=2095。

由主轴所需功率P=4KW,往前依次求出： III 轴：...III P P KW ηη===⨯124430098095II 轴：....III II P P KW ηη===⨯1243461098095I 轴：....II I P P KW ηη===⨯12461496098095则对轴的直径进行估算如下： ③轴：.I d mm ===2858，取Id mm =30II 轴：.II d mm ===3337,取IId mm =35III轴：.III d mm ===4640，取IIId mm =48计算结果如下表所示：5）主轴轴颈尺寸的确定按电机功率在参考文献一图6-15选择主轴前端直径，结合卧式铣镗床主轴端部尺寸标准JB/T 4241.3-1999，选择主轴前端直径为90mm 。

后轴颈直径选择按照以下经验公式：21(0.75~0.85)67.5~76.5D D mm == ，取 270D mm =。

由参考文献一图6-15和标准GB/T 3837.1-1993，主轴前端为锥度为7:24的45号圆锥孔，内孔选择30mm 。

主轴悬伸量和轴承跨距待具体轴承型号和主轴轴端结构确定后确定。

2、齿轮模数的初步计算1）齿轮计算转速的确定见各传动件计算转速表2）模数的计算一般同一变速组中的齿轮取同一模数，选择负荷最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度下列公式进行计算：j m =其中， j m -按接触疲劳强度计算的齿轮模数；u -大小齿轮齿数比；d N -电动机功率kw ，d N = 4.96KW ； m φ-齿宽系数，取m =8φ； z 1-小齿轮齿数[]j σ-齿轮传动许用接触应力 j n -计算齿轮计算转速（r/min ）。

齿轮材料初选45钢调质+表面淬火（硬度约45HRC ），按较高可靠度选择安全系数为1.25，得：lim1120[]8961.25H H HMPaMPa S σσ===变速组a：.a m mm ===218， 取.a m mm =25变速组b：.b m mm ===313，取.b m mm =35变速组c：.c m mm ===316，取.c m mm =35得到结果如下表所示：四、参考文献[1]机械制造装备设计讲义.哈尔滨工业大学[2]陈铁鸣,王黎钦.机械设计.北京:高等教育出版社[3]宋宝玉.机械设计课程设计指导书.北京:高等教育出版社。