畢業(yè)設計（論文）任務書 題目： 加工中心主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設計 姓名 學院 專業(yè) 班級 學號 指導老師 職稱 教研室主任 一、基本任務及要求： 本課題以加工中心的主傳動系統(tǒng)設計為目標，通過對其機械部分、電氣控制 部分的設計，使之能 夠適應現(xiàn)代制造企業(yè)對加工設備的更高要求。通過設計使學 生掌握加工中心數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制部分設計的基本方法、步驟、過 程和原理，同時提高他們分析、解決問題的能力及綜合運用所學知識的能力。課 題基本任務及要求： 1.熟悉數(shù)控機床本身的特點、明確設計要求； 2.擬定機床主傳動系統(tǒng)的總體方案（機械部分、控制部分）； 3.進行機械部分的結(jié)構(gòu)設計； 4.進行主傳動電氣控制系統(tǒng)的設計； 二、進度安排及完成時間： 1.明確設計任務、熟悉設計課題、搜集有關資料； 2月 25日前完成 2.在熟悉課題要求的前提下，進入課題實施階段，進行有關方面知識的準備、撰 寫開題報告； 3月 15 日前完成 3.根據(jù)要求提出主傳動系統(tǒng)設計的思路、擬定其方案； 3月 25日前完成 4.進行機械結(jié)構(gòu)設計（繪制主軸箱部裝圖及 1-2個零件圖）； 4月 20日前完成 5.進行系統(tǒng)的動態(tài)特性分析（如果時間緊這一步可省）； 5月 10日前完成 6.進行主傳動電機控制系統(tǒng)的設計（繪制控制系統(tǒng)圖）； 5月 20日前完成 7.編寫 畢業(yè)設計說明書并打?。?5月 28 日前完成 8.程序文件的整理、存儲介質(zhì)的制作、準備答辯； 5月 31日前完成 9.畢業(yè)設計答辯。 6月 10 日前完成 目 錄 摘要 .I Abstract.II 第 1章 緒論 .1 1.1 加工中心的組成 .2 1.2 加工中心的特點 .2 第 2章 主傳動系統(tǒng)設計 .3 2.1 概述 .3 2.11主傳動設計要求 .3 2.2驅(qū)動源的選擇 .4 2.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 .4 2.4 傳動軸的估算 .6 2.5 各傳動組齒輪魔術(shù)的確定和校核 .7 2.5.1 齒輪模數(shù)的確定 .8 2.5.2 齒輪魔術(shù)的校核 .8 2.6 V型帶的選擇 .9 第 3章 主軸箱展開圖的設計 .11 3.1 各零件結(jié)構(gòu)和尺寸的設計 .11 3.1.1 結(jié)構(gòu)實際的內(nèi)容和技術(shù)要求 .11 3.1.2 有關零件結(jié)構(gòu)和尺寸的確定 .12 3.2 有關零件的校核 .15 3.2.1各級轉(zhuǎn)速的校核 .15 3.2.2 齒輪的校核 .15 3.2.3 主軸的校核 .17 第 4章 電氣控制系統(tǒng)的設計 .19 4.1 繪制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 .19 4.2 選擇中央處理單元的類型 .20 4.3儲存器擴展電路設計 .20 4.3.1程序儲存器的擴展 .20 4.3.2數(shù)據(jù)儲存器的擴展 .21 4.4控制系統(tǒng)的發(fā)展 .21 總結(jié) .23 參考文獻 .24 致謝 .25 I 加工中心主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)設計 摘要： 數(shù)字控制是近代發(fā)展起來的一種自動化控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法，隨著科學 技術(shù)的迅猛發(fā)展 ,數(shù)控機床已經(jīng)是一個國家機械工業(yè)水平的重要標準。加工中心就是裝有程序控制系統(tǒng)的一種數(shù)控機床。該程序控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有使用號碼，或其他符號編碼指令規(guī)定的程序，本設計的調(diào)速系統(tǒng)也就是通過控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。還有主傳動系統(tǒng)也是尤為重要的一個部分，加工中心就是將加工過程所需的各種步驟以及刀具與工件之間的相對位移量都是用數(shù)字化的代碼來表示。 關鍵詞： 加工中心，主軸，主傳動系統(tǒng)，控制系統(tǒng) II Processing center main transmission system structure and control system design Abstract： Digital control is modern developed a kind of automation control technology, digital signal of machine with sports and its processing process control one method, with the rapid development of science and technology, nc machine tools is a national mechanical industry level of important standard. Machining center is equipped with process control system of a kind of numerical control machine. The program control system can logically processing have use number, or other symbols the procedures prescribed by the coded instructions, the design of the drive system is realized by controlling system. And main transmission system is also particularly important a part, machining center is to supply all kinds of processing steps and cutter and the relative displacement between parts are with the digital code to said. Keywords: processing center, spindle, main transmission system, control system 1 第 1 章 緒論 1.1 加工中心的組成 加工中心有各種類型，雖然外形結(jié)構(gòu)各異，但總體來看大體上由以下 幾部分組 成： （ 1）基礎部件 由床身、立柱和工作臺等大件組成，它們是加工中心結(jié)構(gòu)中的基礎部件。這些 大件有鑄鐵件，也有焊接的鋼結(jié)構(gòu)件，它們要承受加工中心的靜載荷以及在加工時的 切削負載，因此必須具備更高的靜動剛度，也是加工中心中質(zhì)量和體積最大的部件。 （ 2）主軸部件 由主軸箱、主軸電機、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟動、停止等動 作和轉(zhuǎn)速均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具進行切削。主軸部件是切 削加工的功率輸出部件，是加工中心的關鍵部件，其結(jié)構(gòu)的 好壞，對加工中心的 性能有很大的影響。 （ 3）控制系統(tǒng) 單臺加工中心的數(shù)控中心由 CNC裝置，可編程序控制器，伺服驅(qū)動裝置，以 及電機等部分組成它們是加工中心執(zhí)行順序控制動作和控制加工過程的中心。 （ 4）伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的信號裝換位機床移動部件的運動，其性 能是決定機床的加工精度，表面質(zhì)量和加工效率的主要因素之一，加工中心普遍 采用半閉環(huán)、閉環(huán)和混合環(huán)三種控制方式。 （ 5）自動換刀裝置 加工中心與一般數(shù)控機床的顯著區(qū)別是具有對零件 進行多道工序加工的能 力，有一套自動換刀裝置。它由刀庫，機械手和驅(qū)動機構(gòu)等部件組成。 （ 6）輔助系統(tǒng) 包括潤滑、冷卻、排屑、防護、液壓和隨機檢測系統(tǒng)等部分。輔助系統(tǒng)雖不 能直接參與切削運動，但對加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作 用，因此，也是加工中心不可缺少的部分。 （ 7）自動托盤更換系統(tǒng) 有的加工中心為進一步縮短非切削時間，配有倆個自動交換工件托盤，一個 2 安裝在工作臺上進行加工，另一個則位于工作臺外進行裝卸工件。當完成一個托 盤上的工件加工 后，便自動交換托盤，進行新零件的加工，這樣可減少輔助時間， 提高加工工效。 1.2 加工中心的特點 (1)加工精度高 加工中心是以數(shù)字形式給出指令進行加工的，由于目前數(shù)控裝置的脈沖當量一般 達到了 0.0001mm，而且進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進行 補償，因此，加工中心能達到比較高的加工精度和質(zhì)量穩(wěn)定性。 (2)表面質(zhì)量好 加工中心主軸轉(zhuǎn)速和各軸進給量都是無級調(diào)速，有的甚至有自適應控制功能，能 隨刀具和工件材質(zhì)及刀具參數(shù)的變化，把 切削參數(shù)調(diào)整到最佳數(shù)值，從而提高了各加 工表面的質(zhì)量。 (3)生產(chǎn)效率高 零件加工所需的時間包括機動時間和輔助時間倆部分，加工中心能夠有效的減少 這倆部分時間，因為加工生產(chǎn)率比一般的機床高得多。 (4)自動化程度高 加工中心對零件的加工是按事先編好的程序自動完成的。操作者除了操作面板、 裝卸零件、關鍵工序的中間測量以及觀察機床的運行外，其他的機床動作直至加工完 畢，都是自動連續(xù)完成。不需要進行繁重的重復性手工操作，勞動強度與緊張程度均 可大為減少，勞動條 件也得到相應的改善。 (5)有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 用加工中心加工零件，能準確計算零件加工工時，并有效的簡化檢驗和工夾具、 半成品的管理工作。這些特點都有利于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。 3 第 2 章 主傳動系統(tǒng)的設計 2.1 概述 主傳動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)機床主運動的傳動系統(tǒng)，它應具由一定的轉(zhuǎn)速和一定的變速范圍，以便采用不同材料的刀具，加工不同的材料，不同的尺寸，不同的要求的工作，并能方便的實現(xiàn)運動的開停，變速，換向和制動等。 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要包括電動機，傳動系統(tǒng)和主軸部 件，與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比，在結(jié)構(gòu)上比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調(diào)速來承擔，省去了復雜的齒輪變速機構(gòu)，有些只有二級或三級齒輪變速系統(tǒng)，用于擴大電動機無級調(diào)速的范圍。 2.1.1主傳動設計要求 1、數(shù)控機床主傳動的特點 數(shù)控機床與普通機床比較具有以下特點： 1）轉(zhuǎn)速高，功率大，它能使數(shù)控機床進行大功率切削和高速切削，實現(xiàn)高效率加工 2）主軸轉(zhuǎn)速變換可靠，并能自動無級變速，使切削工作始終在最佳狀態(tài)下進行 3）為實現(xiàn)刀具的快速或自動裝卸，主軸上還必須設計有刀具自動裝卸，主軸定向停 止 和主軸孔內(nèi)的切屑清除裝置 2、 對主軸傳動系統(tǒng)的要求 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)除應滿足普通機床主傳動要求外，還有如下要求： 1） 具有更大的調(diào)速范圍并實現(xiàn)無級變速 2） 具有較高的精度和剛度 3） 良好的抗震性，熱穩(wěn)定性 4 2.2 驅(qū)動源的選擇 機床上常用的無極變速機構(gòu)是直流或交流調(diào)速電動機，直流電動機從額定轉(zhuǎn)速 nd向上至最高轉(zhuǎn)速 nmax是調(diào)節(jié)磁場電流的方法來調(diào)速的，屬于恒功率，從額定轉(zhuǎn)速 nd向下至最低轉(zhuǎn)速 nmin時調(diào)節(jié)電樞電壓的方法來調(diào)速的屬于恒轉(zhuǎn)矩；交流調(diào)速電動機時靠調(diào)節(jié)供電頻率的方法調(diào)速。由于交流 調(diào)速電動機的體積小，轉(zhuǎn)動慣量小，動作反應快，沒有電刷，能達到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流調(diào)速電動機高，磨損和故障也少，所以在中小功率領域，交流調(diào)速電動機占有較大的優(yōu)勢，鑒于此，本設計選用交流調(diào)速電動機。 根據(jù)主軸要求的最高轉(zhuǎn)速 1000r/min 最大切削功率 4KW，選擇 Y112M-4 型三相交流異步電動機，額定功率 4KW，滿載轉(zhuǎn)速 1440r/min，同步轉(zhuǎn)速 1500r/min. 2.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定 根據(jù)交流主軸電動機的最高轉(zhuǎn)速和基本轉(zhuǎn)速可以求得交流主軸電動機的恒功率轉(zhuǎn)速范圍 Rdp=nmax/nd=2.2，而主軸要求的恒功率轉(zhuǎn)速范圍 Rnp=1.5，小于交流主軸電動機所提供的恒功率轉(zhuǎn)速范圍，所以必須串聯(lián)變速機構(gòu)的方法來擴大其恒功率轉(zhuǎn)速范圍 . 涉及變速箱時，考慮到機床結(jié)構(gòu)的復雜程度，運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性等因素，取變速箱的公比f 等于交流主軸電動機的功率調(diào)速范圍 Rdp，即 =Rdp=1.5，功率特性圖是連續(xù)的，無缺口和無重合的，并且選用集中傳動。變速箱的變速級數(shù) Z=7.94，取 Z=8，經(jīng)分析，確定的 8級結(jié)構(gòu)式為 :8=21 22 24. 確定變速組齒輪齒數(shù)： 1、 先計算第一擴大組的齒輪的齒數(shù) 第一擴大組的降速比分別為： u1=1/2.,u2=1，故齒數(shù)最小的齒輪在降速比為 u1=1/2之中，查表取 z1=zmin,=22,sz=66,則 z1=44， z2=u2/1=u2， sz=33， z2=33. 2、基本組的加個速比分別是： u1=1/2.8， u2=1，故齒數(shù)最小的齒輪在降速比為 u1=1/2.8之中，查表有在 z1=zmin=22， sz=84， 則 z1 =62， z2=z2=42. 3、第二擴大組的降速比分別是 u1=1/4， u2=1，故齒數(shù)最少的齒輪在 u1=1/4 之中，查表有 z1=zmin=， sz=100， z2=50，則 z1=80， z2=50. 由此擬定主傳動系統(tǒng)圖，轉(zhuǎn)速圖以及主軸功率特性圖分別如圖 2-1,2-2 5 圖 2-1 電 I第一擴大組 II基本組 III第二擴大組 IV主軸 圖 2-2 結(jié)構(gòu)網(wǎng) 6 2.4 傳動軸的估算 傳動軸除應滿足強度要求外，還應滿足剛度要求，強度要求保證軸在反復載荷和扭轉(zhuǎn)載荷作用下不發(fā)生疲 勞破壞。機床主傳動系數(shù)精度要求較高，不允許有較大的變形，因此疲勞強度一般不是主要矛盾，除了載荷較大的情況外，可以不必驗算軸的強度，剛度要求軸在載荷作用下不至于產(chǎn)生過大的變形。如果剛度不夠，軸上的零件由于軸的變形過大而不能正常工作，或者產(chǎn)生振動和噪音，發(fā)熱，過早磨損而失效。因此，必須保證傳動軸有足夠的強度。 計算轉(zhuǎn)速 nj是傳動件傳遞全部功率時的最低轉(zhuǎn)速，各個傳動軸上的計算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖是直接得出，如表 2-1所示 表 2-1 各軸的計算轉(zhuǎn)速 軸序號 電 I II III 主 計算轉(zhuǎn)速（ r/min） 1440 1000 800 177 125 計算各傳動軸的輸出功率： P1=p 額 nb nr=4.0 0.96 0.99=3.8（ KW） P2=p1 ng nr=3.8 0.97 0.99=3.65（ KW） P3=p3 ng nr=3.65 0.97 0.99=3.51（ KW） P 主 =p3 ng nr=3.51 0.97 0.99=3.37（ KW） 計算各傳動軸的扭矩 T1=9550P1/N1j=36290(N.mm) T2=9550P2/N2j=69715(N.mm) T3=9550P3/N3j=189381(N.mm) T 主 =9550P 主 /N 主 j=257468(N.mm) 是每米長度上玉虛的扭轉(zhuǎn)角（ deg/m），可根據(jù)傳動軸的要求選取，其選擇的原則如表 2-2所示 表 2-2 需用扭轉(zhuǎn)角選取原則 軸 主軸 一般傳動軸 較低的軸 （ deg/m） 0.5-1 1-1.5 1.5-2 把以上確定的各軸的輸入功率 P。計算轉(zhuǎn)速 nj，允許扭轉(zhuǎn)角 代入扭轉(zhuǎn)剛度的估算公 7 式 )/(91 njNd ,可得傳動軸的估算直徑，同時確定鍵的選擇： I軸： p1=3.8KW， n1j=1000r/min，取 =0.9，代入公式： /91 npd ，有 d=23.2mm，圓整取 d=24mm 選鍵： 6 26 30 6 II軸： p2=3.65KW， n2j=500r/min，取 =0.9，代入公式： /91 npd ，有 d=27.3mm，圓整取 d=30 選鍵： 8 32 36 6 III軸： p3=3.51KW， n3j=177r/min，取 =0.9，代入公式： /91 npd ，有 d=34.7mm，圓整取 d=35 選鍵： 8 36 40 7 主軸：選擇主軸前端直徑 D1=90mm，后端直徑 D2=（ 0.75-0.85D1，去 D2=65mm，則平均直徑 D=77.5mm。 對于普通車床，主軸內(nèi)控直徑 d=（ 0.55-0.6） D，故本例之中，主軸內(nèi)控直徑取為 d=45mm。 支撐形式選擇倆支撐，初取懸伸量 a=90mm，支撐跨距 L=520mm。 圖 2-3 主軸圖 選擇平鍵連接： b h=22 14， l=100mm。 2.5 各傳動組齒輪魔術(shù)的確定和校核 按接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度計算齒輪模數(shù)比較復雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪的各參數(shù)都已知方可確定，故只有在裝配草圖畫完后校驗用。在畫草圖時用經(jīng)驗公式估算，根據(jù)估算的結(jié)果然后選用標準齒輪的模數(shù)。 齒輪模數(shù)的估算方法有倆種，一是按齒輪的彎曲疲勞進行估算；二是按齒輪的齒面點蝕進行估算。這倆種方法的前提條件是各個齒輪的齒數(shù)必須已知。 8 2.5.1 齒輪模數(shù)的確定 根據(jù) 45好鋼整體淬火， j=1100MP，按接觸疲勞計算齒輪模數(shù) m，查表計算可得K1=1.04， K2=1.3， K3=1.3，則： 第一傳動組： I-II軸 m1=16338 21/321)1( jNjmZPjkkki 取 m=8， Z1=22， i=2， nj=1000， pj=3.8 m1=2.2， 查手冊取標準模數(shù)系列 m=2.5mm 第二傳動組： II-III軸 m2=16338 21/321)1( jNjmZPjkkki 取 m=10， Z1=22， i=2.82， nj=500， pj=3.65 m2=2.35 查手冊取標準模數(shù)系列 m=2.5 第三傳動組： III-主軸 m3=16338 21/321)1( jNjmZPjkkki 取 m=8， Z1=20， i=4.0， nj=500， pj=3.51 m3=2.6 查手冊取標準模 數(shù)系列 m=3mm 2.5.2齒輪模數(shù)的校核 計算公式 F=2KT1YFaYSa/bm 1.確定各項系數(shù) （ 1） P=4.0kw,n=500r/min T=9.55 105 P/n=0.726 105 （ 2）確定動載系數(shù) V= dn/1000 60=3.14 5 17 500/1000 60=2.22m/s 齒輪精度等級為 7級 查圖表 KA=1.25， KV=1.1 9 （ 3） B=5 6=30mm （ 4）確定齒間分配系數(shù) Ft=2T/d1=2 0.726 105/（ 5 17） =1.708 103 KAFT/b=1.25 1.708 103/30=0.712 102 查表 KF =1.0 （ 5）確定齒向載荷分配系數(shù) 非堆成 KH =1.12+0.18（ 1+0.6 2d ） 2d +0.23 10-3b =1.15 b/m=30/0.25m=30/11.25=2.67 查表 KF =1.094 （ 6）確定動載系數(shù) K=KAKVKF KH =1.25 1.1 1.0 1.094=1.51 (7)查表 YFa1=2.97， YSa1=1.52 YFa2=2.25， YSa2=1.75 (8) 確定許用應力 N1=60 35 51 300 8 16=8.18 108 Flim1=420Mp， S=1.4 KN=0.93 F1=0.95 420/1.4=279MPa N2=N1/4=2.045 108， Flim2=350MPa S=1.4 KN=0.95 F2=0.95 350/1.4=237.5MPa F1/YFa1YSa1=279/2.97 1.52=61.80 F2/YFa2YSa2=237.5/2.25 1.75=60.32 61.80 60.32 所以取 60.32 2 校核 KFT/bm=1.51 2.52 103/30 5=25.37 60.32 所以合格 2.6 V型帶的選擇 由于計算功率 Pj=KP=1.0 4.0KW（其中 P=4.0KW， K 為工作情況系數(shù)，可取工作 8小時，取 K=1.0）和 N 額 =1440r/min，查表得出 V 帶應該選擇 B 型帶，取小帶輪的大小 10 125mm，則大帶輪的大小為 180mm，確定中心距 A和帶的基準長 Ld。 由于中心距未給出，但我們可 根據(jù)傳動的結(jié)構(gòu)需要初定長度中心距 A0=1.5（ D1+D2)=1.5(125+180)=457.5mm,圓整取 458mm，根據(jù)帶傳動的幾何關系，按下式計算所需代的基準長度 Ld， Ld =2A0+ (dd1+dd2)/2+(dd1 dd2)/4a0得到 Ld =1396.5，取 Ld=1433. 實際中心距： A L-L0/2+A0=1433-1396.5/2+458=476.25,圓整取 476mm。 驗算主動輪上的包角 1 1=180 -(D2-D1/)A 180/ 180 -（ 180-125） /476 180/ =173 120 確定帶的根數(shù) P0=1.92, C1=0.98 Z=P1/P0C1=4/1.92 0.98=2.12，取三根帶大帶輪結(jié)構(gòu)如下圖 2-4所示 11 第 3 章 主軸箱展開圖的設計 主軸箱展開圖是反應各個零件的相互關系，結(jié)構(gòu)形狀以及尺寸的圖紙，并以此為依據(jù)繪制零件工作圖 3.1 各零件結(jié)構(gòu)和尺寸設計 3.1.1結(jié)構(gòu)實際的內(nèi)容和技術(shù)要求 1.設計內(nèi)容 設計主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動件（傳動軸，軸承，齒輪，離合器和制動器 等），主軸組件，操縱機構(gòu)，潤滑密封系統(tǒng)，和箱體及其連接件的結(jié)構(gòu)設計和布置，用一張展開圖和若干張橫截面圖表示 . 2.技術(shù)要求 主軸變速箱是指機床的主要部分，設計時除考慮一般機械傳動的有關要求外，著重考慮以下幾個方面的問題 : (1)精度 加工中心主軸部分要求比較高的精度主軸的徑向跳動，（ 0.01mm；主軸軸向傳動） (2)剛度和抗振性 綜合剛度（主軸刀架之間的力與相對變形之比）： 34003D N/m 主軸與刀架之間的相對振幅的要求如下表 3-1所示： 表 3-1 相對振幅表 等級 I II III 振幅（ 0.001mm） 1 2 3 (3)傳動效率要求如下表 3-2所示 表 3-2 傳動效率表 等級 I II III 效率 0.85 0.8 0.75 (4)主軸總軸承處溫升和溫升控制在以下范圍如下表 3-3所示 12 表 3-3 溫升表 條件 溫度 溫升 用滾動軸承 70 40 用滑動軸承 60 30 (5)噪聲要控制在以下范圍如下表 3-4所示： 表 3-4 噪聲表 等級 I II III DB 78 80 83 噪音 LP： LP=2010gc1（ mz） a n+4.5 q （ 1-tan（ mz） 主 n 主 -K 式中：（ mz） a 所有中間傳動齒輪分度圓直徑的平均值 mm （ mz） 主 主軸上齒輪的分度圓直徑的平均值 mm q 傳到主軸所經(jīng)過的齒輪對數(shù) C1， k 系數(shù)，根據(jù)類型和制造水平選取，我國中型車床， C1=3.5， k=50.5 (6)結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，加工和裝配工藝性好，便于維修和調(diào)整 (7)操作方便，安全可靠 (8)遵循標準化和通用化的原則 (6-10） . 3.1.2 有關零件結(jié)構(gòu)和尺寸的確定 傳動零件，軸，軸承是主軸部件的主要零件，其他零件的結(jié)構(gòu)尺寸是根據(jù)主要零件的位置和結(jié)構(gòu)而知。 1.傳動軸的估算 見前一節(jié) 2.齒輪相關尺寸的計算 齒寬影響齒的強度，輪齒齒寬承載能力越高。但如果太寬，由于齒輪的制造誤差和軸的變形，可能接觸不均，反而容易引起振動和噪聲，一般取齒寬系數(shù) m=（ 6-10） m，這里取齒寬系數(shù) m=10，則齒寬 B= m m=10 3=30mm，各個齒輪的齒寬確定如下表 3-5所示 13 表 3-5 各齒輪的齒度 軸及齒數(shù) I 22 I 33 II 44 II 33 II 42 II 22 III 42 III 62 III 50 III 20 主軸 50 主軸 80 齒寬 20 20 20 20 25 25 25 25 24 24 24 24 由計算公式： 齒頂： dd1=（ z1+2） m（ h*=1）； da2=（ z2+2h*） 齒根： df1=（ z1-2h*-2c*） m（ c*=0.25） 得到下列尺寸表，齒輪的直徑?jīng)Q定了各軸之間的尺寸，各主軸部件中各個齒輪的尺寸計算如下表 3-6所示： 表 3-6 各齒輪的直徑 軸及齒數(shù) I 22 I 33 II 44 II 33 II 42 II 22 III 42 III 62 III 50 III 20 主軸 50 主軸 80 模數(shù)（ mm） 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 3 3 3 3 分度圓直徑(mm) 55 82.5 110 82.5 105 55 105 155 150 60 150 240 齒根圓直徑（ mm） 48.75 76.25 103.75 76.25 98.75 48.75 98.75 148.75 142.5 52.5 142.5 232.5 齒頂圓直徑（ mm） 60 87.5 115 87.5 110 60 110 160 156 66 156 246 由表 3-6可以計算出各軸之間的距離，現(xiàn)將它們列出如下表 3-7所示： 軸 I-II II-III III-主 距離 82.5 105 150 14 3、軸的軸向定位 傳動軸必須在箱體內(nèi)保持準確的位置，相對保證安裝在軸上各傳動件的位置正確性，不論軸是否轉(zhuǎn)動，是否受軸向力，都必須有軸的定位，對受軸向力的軸，其軸向定位更重要。 回轉(zhuǎn)軸的軸向包括軸承在軸上的定位和在箱體孔中定位，在選擇定位方式時應注意： （ 1） 軸的長度，長度要考慮熱伸長的問題，宜有一端定位 （ 2） 軸承的間隙是否需要調(diào)整 （ 3） 整個軸的軸向位置是否需要調(diào)整 （ 4） 在有軸向載荷的情況下不宜采用彈簧卡圈 （ 5） 加工和裝配的 工藝性等 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)特點和受力情況， I,II,III,主軸均采用彈簧卡圈定位或壓蓋和軸肩定位。 4，軸承的選擇及其配置 主軸組件的滾動軸承既要有承受徑向載荷的徑向軸承，又要有承受倆個方向 軸向載荷的推力軸承，軸承類型及型號選用主要根據(jù)主軸的剛度，承載能力，轉(zhuǎn)速，抗振性，及結(jié)構(gòu)要求合理的進行選定。同樣尺寸的軸承，線接觸的滾子軸承比點接觸的球軸承的剛度要高，但極限轉(zhuǎn)速要低，多個軸承的承載能力比單個軸承的承載能力要大，不同軸承承受載荷類型及大小不同，為了提高主軸組件的剛度，通常采用輕型或特輕型系列軸承。 同城情況下，中速重載采用雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸軸承，或者成對圓錐滾子軸承，其結(jié)構(gòu)簡單，但是極限轉(zhuǎn)速較低。高速輕載采用成組角接觸球軸承，根據(jù)軸向載荷的大小分別選用 25度或者 15度的接觸角。軸向載荷為主且精度要求不高時，選用推力軸承配深溝球軸承，精度要求較高時，選用向心推力軸承。 本設計的主軸不僅有剛度高的要求，而且有轉(zhuǎn)速高的要求，所以在選擇主軸軸承時，剛度和速度這倆各方面必須考慮。因此，鄒城選擇如下： I 軸： I 軸的前后端與箱體外壁配合，配合處傳動軸的軸徑是 25mm，同時 I 軸 也不會承受軸向力故也選用深溝球軸承。型號： 205 II 軸： II 軸與 I 軸相似，但是由于工作過程之中傳動可能有誤差， II 軸會承受軸向力，因此 II軸與外壁配合處采用圓錐滾子軸承，型號： 7206 III軸： III軸與外壁配合處采用圓錐滾子軸承 型號： 7207 主軸：主軸是傳動系統(tǒng)之中最為關鍵的部分，因此應該合理的選擇軸承。從主軸末端到前端依次選擇軸承為圓錐滾子軸承，型號 7214，推力球軸承： 38215.圓柱滾子軸承： 15 32313 3.2 有關零件的校核 3.2.1各級轉(zhuǎn)速的校核 表 3-8 轉(zhuǎn)速表 以上各級的轉(zhuǎn)速誤差全部滿足。 （實際轉(zhuǎn)速 標準轉(zhuǎn)速） /標準轉(zhuǎn)速 10（ -1） %=10（ 1.41-1） %=4.1% 3.2.2 齒輪的校核 （ 1） I軸到 II軸的小齒輪從表 3-2可知齒數(shù)為 22 查設計手冊可得到以下數(shù)據(jù)： Z=22， u=2， m=2.5， B=8 2.5=20， nj=1000r/min， K1=1.04， K2=1.3， K3=1.3， T=TS/P=18000/2=9000 KT=m CTn 0/160 = 3 710/9 0 0 01 0 0 060 =3.78 接觸應力： Kn=0.83， KN=0.58， Kq=0.64， KS=KTKnKNKq=1.16 j=2088 1000 u B N jK sNKKKu /321)1( /Zm（ Mpa） N=3.8kw (N為傳遞的額定功率 ) 將以上數(shù)據(jù)代入公式可得 j=1006Mpa 1100Mpa； KT=m CTn 0/160 = 6 6102/9 0 0 01 0 0 060 =2.54 彎曲應力： Kn=0.83， KN=0.78， Kq=0.77， KS=KTKnKNKq=1.27； Y=0.395 w=191 105K1K2K3KSN/Zm2BYnj（ Mpa） 將以上數(shù)據(jù)代入公式可得 w=164Mpa 320Mpa。 各級實際轉(zhuǎn)速r/min 44 89 125 177 250 360 500 1000 各級標注轉(zhuǎn)速 r/min 45 90 125 180 250 355 500 1000 誤差 2.2% 1.1% 0% 1.7% 0% 1.4% 0% 0% 16 綜上所述可以得出該齒輪是合格的 （ 2） II軸到 III軸的小齒輪從上表可知為齒數(shù)為 22 查設計手冊可得到以下數(shù)據(jù)： Z=22， u=2.82， m=2.5， B=10 2.5=2