混合公比铣床主传动系统设计

目录

一、传动系统设计 (1)

1.机床的工艺特性 (1)

1.1工艺范围 (1)

1.2刀具材料 (1)

1.3加工材料 (1)

1.4机床主要参数................................................................................... 错误！未定义书签。

2.确定极限转速 (1)

2.1确定主轴最高、最低转速 (1)

2.2调速范围 (1)

2.3确定公比 (2)

3.确定转速数列 (2)

4.传动结构或结构网的选择 (2)

4.1确定变数组数目和各变数组中传动副的数目 (2)

4.2传动组传动顺序的安排 (2)

4.3传动系统的扩大顺序安排 (2)

5.验算变速组的变速范围 (3)

6.最后扩大传动组的选择 (3)

7.转速图拟定 (4)

7.1主电机的选择 (4)

7.2分配最小传动比，拟定转速图 (4)

8.齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制 (6)

8.1齿轮齿数的确定的要求 (6)

8.2主轴转速的确定 (7)

8.3中间传动轴的转速 (7)

8.4其他传动件计算转速的确定 (7)

8.5传动系统图的绘制 (8)

二、传动件的估算与验算 (9)

1.传动轴的估算和验算 (9)

1.1传动轴直径的估算 (9)

1.2传动轴刚度的验算 (11)

2.齿轮模数的估算与验算 (11)

2.1估算 (11)

2.2计算（验算） (13)

2.3轴I-II间齿轮模数的计算(验算) (14)

3.展开图设计 (15)

3.1结构实际的内容及技术要求 (15)

3.2齿轮块的设计 (16)

3.3传动轴设计 (18)

3.4主轴组件设计 (22)

4.截面图设计 (27)

4.1轴的空间布置 (27)

4.2润滑 (27)

4.3箱体设计的有关问题 (28)

参考文献 (29)

致谢 (30)

一、传动系统设计

1.机床的工艺特性

1.1工艺范围

粗精铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴

1.2刀具材料

硬质合金、高速钢

1.3加工材料

钢合金结构钢、灰口铸铁、铝及铝合金

2.确定极限转速

确定主轴极限转速max n ,m in n 并求出转速调整范围n R 。

2.1确定主轴最高、最低转速

按照典型工序的切削速度和刀具直径，计算主轴的最高、最低转速。计算公式如下：

max n =1000max V ∕πmin d ，m in n =1000min V ∕πmax d

式中：max n 、m in n ---------------------------主轴的最高、最低转速（r/min ）

max V 、min V ---------------------------最高、最低切削速度（m/min ）

max d 、min d ----------------------------最高、最低计算直径（mm ）

其中，通常用机床的dmax 、dmin 并不是指机床上可能加工的最大和最小直径，而是指常用的经济加工的最大和最小直径。对于通用机床，一般取：

min d =（0.2~0.25) max d ,min d /max d =d R

max d 可根据下表1.2升降台铣床的最大计算直径确定（max d =200mm ）

表1.2 工作台宽度B[mm]

200 250 320 400 端铣刀最大计算直径dmax[mm]

125 160 200 250 所以min d =（0.2~0.25) max d =200?0.2=40mm

根据分析，采用最大速度max V 的典型工序一般为用硬质合金端铣刀精加工或半精加工低强度的结构钢。采用最小速度Vmin 的典型工序为高速钢端铣刀粗加工铸铁工件或用高速钢圆片铣刀铣削深槽。

根据金属切削用量手册：

max V =200~300 m/min min V =15~20m/min

所以 nmax=1000Vmax ∕πdmin=1000*251.2/π?40=2000[rpm]

m in n =1000min V ∕πmax d =1000?15.7/π?200=25[rpm]

2.2调速范围

n R =max n ／m in n =2000／25=80

2.3确定公比

根据选用标准公比的一般原则和经验资料故对于通用机床，为使转速损失不大，机床几个又不过于复杂，一般取中等的标准公比。即ψ=1.41或者ψ=1.26，又由Z=㏒(Rn) ／㏒(ψ)+1可以推出ψ=1.26。

3.确定转速数列

本次设计中，ψ=1.26。根据ψ值及混合公比转速范围，可以确定出其派生的转速数列如下：（25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1590, 2000 R/min ）. 主轴中间各级转速（40—1250r/min ）的公比1 1.26?=，两端的转速（25和2000r/min ）的公比则为2221 1.26 1.58??===。主轴的转速是由公比1?（小公比）和221??=（大公比）所组成“中间密，两端疏”的双公比数列两端“空掉”的转速级数相等呈现对称性。

4.传动结构或结构网的选择

4.1确定变数组数目和各变数组中传动副的数目

该机床的变数范围较大，必须经过较长的传动链减速才能把电机的转速降到主轴所需的转速。级数为Z 的传动系统由若干个传动副组成，各传动组分别有1z 2z 3z ……个传动副，即Z=123z z z ……。传动副数由于结构的限制，通常采用P=2或3，即变速Z 应为2或3的因子：Z=2a ?2b

因此，这里18=3?3?2，共需三个变速组。

4.2传动组传动顺序的安排

18级转速传动系统的传动组，可以排成：3?3?2，或3?2?3。

选择传动组安排方式时，要考虑到机床主轴变速率的具体结构，装置和性能。I 轴如果安置制动的电磁离和器时，为减少轴向尺寸。第一传动组的传动副数不能多，以2为宜，有时甚至用一个定比传动副；主轴对加工精度，表面粗糙度的影响很大，因此主轴上齿轮少些为好，最后一个传动组的传动副选用2 ，或一个定比传动副。

这里，根据前多后少的原则，选择18=3?3?2方案。

4.3传动系统的扩大顺序安排

对于18=3?3?2的传动，有3！=6种可能安排，亦即有6种机构副和对应的结构网，传动方案中，扩大顺序与传动顺序可以一致，结构式18=13?33?92的传动中，扩大顺序与传动顺序一致，称为顺序扩大传动，而，18=33?13?92的传动顺序不一致，根据“前密后疏”的原则，选择18=13?33?92的结构式。本次设计使用混合公比的传动方式，因为机床在主轴全部转速范围内各级转速的利用率不同。经常使用的转速只是其中的一部分，可能集中在中间高转速段。通常中间转速用的多些，而两端转速用的少些，甚至有的转速仅是为了满足特殊用途而设的，这是即使相对速度损失较大也是允许的。根据传动副数为3的的基本组(即13)同理,基本组的级比指数应由1变为2、4、5、7,而不宜为3、6、9等3的整数倍的数，所以18=239332??

5.验算变速组的变速范围

齿轮的最小传动min U ≥1/4，最大传动比max U ≤2，决定了一个传动组的最大变速范围max Y =max U /min U

因此，可按下表，确定传动方案：

根据传动比及指数 x, 'x 的值如表1.3：

表1.3 极限值传动比指数

x 值 6

'x 值 3

（x+'

x ）值

9 因此，可选择18=239332??的传动方案。 6.最后扩大传动组的选择

正常连续顺序扩大传动（串联式）的传动式为：

Z=1z []12z []1z 3z []12z z

最后扩大传动组的变速范围为：

r=123(1)z z z φ-=(/2)z z φ-

按8r ≤原则，导出系统的最大收效Z 和变速范围为：

r= r=123(1)z z z φ-=(/2)z z φ-=8

验算最后扩大组的变速范围，在允许的变速范围之内

因此，传动方案18=23?33?92符合上述条件，其结构网如下图1.1：

图1.1 结构网图

7.转速图拟定

运动参数确定后，主轴各级转速就已知，切削耗能确定电机功率。在此基础上，选择电机的型号，分配个变速组的最小传动比；拟定转速图，确定各中间轴的转速。

7.1主电机的选择

中型机床上，一般都采用交流异步电动机为动力源，可在下列中选用，在选择电机型号时，应注意：

（1）电机的N ：

根据机床切削能力的要求确定电机功率，但电机产品的功率已标准化，因此，按要求应选取相近的标准值。

（2）电机的转速d n

异步电动机的转速有：3000，1500，1000，750，r/min,这取决于电动机的极对数P

d n =60f/p=60x50/p ( r/min)

机床中最常用的是1500 r/min 和3000r/min 两种，选用是要使电机转速与主轴最高速度max n 和工轴转速相近为宜，以免采用过大或过小的降速传动。

根据以上要求，我们选择功率为7.5KW ，转速为1500r/min 的电机，查表，其型号为Y132M-4，其主要性能如下表1.4

表1.4

7.2分配最小传动比，拟定转速图

（1）∏轴的转速：

∏轴从电机得到运动，经传动系统转化为主轴各级转速，电机转速和主轴最小转速应相近，显然，从动件在高速运转下功率工作时所受扭矩最小来考虑，∏轴转速不宜将电机转速降得太低。弱轴上装有离合器等零件时，高速下摩檫损耗，发热都将成为突出矛盾，因此，∏轴转速也不宜也太高，∏轴转速一般取700~1000r/min 左右较合适。

因此，使中间变速组降速缓慢。以减少结构的径向尺寸，在电机轴I 到主传动系统前端轴∏增加一对35/55的降速齿轮副，这样，也有利于变型机床的设计，改变降速齿轮传动副的传动比，就可以将主轴18级转速一起提高或降低。

（2）中间轴的转速

对于中间传动轴的转速的考虑原则是：妥善解决结构尺寸大小和噪音，振动等性能要求之间的矛盾。

中间传动轴转速较高时，中间传动轴和齿轮承受扭矩小，可以使轴径和齿轮模数小些： d ∞

4M , m ∞3M 从而可使结构紧凑。但这样引起空载功率p L 和噪音加大： 电机型号

额定功率KW 荷载转速r/min 同步转速r/min Y132M-4 7.5KW 1440 1500

N 空=1/610(3.5n εd a +c d 主n)KW

式中：C ——系数，两支承滚动轴承和滑动轴承C=8.5，三支承滚动轴承C=10；

d a ——所有中间轴轴径的平均值；

d 主——主轴前后轴径的平均值

n ε——中间传动轴的转速之和

n ——主轴转速（r/min ）

p L =20lg 6110lg () 4.5(1tan )()a n c mz q mz n εβ??+-??主主-K

式中：()a mz ——所有中间传动齿轮的分度圆直径的平均值mm;

()mz 主——主轴上齿轮分度圆直径的平均值mm;

q ——传到主轴上所经过的齿轮对数

β——主轴齿轮螺旋角

1c ,K ——系数，根据机床类型及制造水平选取，我国中型车床，铣床1c =3.5，铣床K=50.5 从上述经验公式可知，主轴n 和中间传动轴的转速对机床噪音和发热的关系，确定中间轴转速时，应结合实际情况做相应的修正。

a ，对高速轻载或精密机床，中间轴转速宜取低些

b,控制齿轮圆周速度v<8m/s(可用７级齿轮精度)，在此条件下，可适当选用较高的中间轴转速。

（3）齿轮传动比的限制

机床主传动系统中，齿轮副的极限传动比：

1) 升速传动中，最大传动比 max U ≤2 ，过大，容易引起振动的噪音。

2) 降速传动中，最小传动比 min U ≥1/4。过小，则主动齿轮与被动齿轮的直径相差太大将导致结构庞大。

（4）分配最小传动比

1)决定轴V-VI 和VI-V ∏的传动比，根据台式铣床的结构特点，及对同类车床的比较，为使传动平稳取其传动比为1，

2)决定各变速组的传动比；

由前面2轴的转速及中间轴转速的分析，及齿轮传动比的现在，根据“前缓后急”的原则，取轴IV-V 的最小降速比为极限值的1/4，φ=1.26，6

1.26=4，轴III-IV 和轴II-III 均取min U =1/4φ

（5）拟定转速图：

根据结构图及结构网图及传动比的分配，拟定转速图，如下图1.2所示：