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 =

==1060

40265

。 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

由题目可知，转速级数Z=17

4、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=0.8

P 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 ≥

1

4

，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：

530 425 335 265 212 170 132 106

② 确定Ⅱ 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Ⅰ 轴转速

I 轴级比指数为X 0=1，同理Ⅰ 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Ⅰ 轴之间的传动比，采用带传动，传动比为u 0850

1440

。

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

II

I

III

IV

a

b

c

6、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。

IV

80

7、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==4311

2 由参考文献[1]表5-1查得：

.u =

21

126时：=z S ……61、63、65、66、68、70、72、74…… .u =31

158时：=z S ……62、65、67、69、70、72、73……

u =

41

2

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 =

61

2时：=z S ……81、84、86、87、89、90、92…… u =71

4

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 =91

4

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1.2

P 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)124.5850

n D d

mm 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()d

L

P 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1.61KW

1

P ? 传动比导致的额定功率补偿，按GB/T 13575.1-992选择0.15KW K 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°/m

1） 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 -==φ

13

85。

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=

==?124

430098095

II 轴：....III II

P P KW ηη=

==?1243

461098095

I 轴：....II I P P KW ηη=

==?12461

496098095

则对轴的直径进行估算如下： Ⅰ轴：.I d mm ===2858，取I

d mm =30

II 轴：

.II d mm ===3337,取II

d mm =35

III

轴：

.III d mm ==4640，取III

d 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：

lim

1120[]8961.25

H H H

MPa

MPa 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