1、摘 要本次毕业设计的题目是立式数控铣床主传动系统设计。设计的目的是通过对立式铣床的主传动系统进行设计，从而全面的、系统的进行设计方法和研究方法的基本训练，这次设计采用了传统的机床设计的步骤，设计很大部分是利用一些经验公式进行计算，并用类比法来选取合适的方案。设计内容主要包括五个大的部分：(1)机床的主要技术参数的确定；(2)传动方案及传动系统图的拟定；(3)齿轮的强度校核和结构设计；(4)传动轴的设计与校核；(5)花键与轴承的选择与计算。其中机床的主要技术参数主要包括主参数，基本尺寸和其他技术参数，由国家机床相关的参数标准的确定，选取合适的设计参数；传动方案及传动系统图的拟定主要包括确定机床传
2、动系统的转速图和传动系统图，确定齿轮的齿数，滑移齿轮的轴向布置；齿轮结构设计主要是使确定的零件搭配合理，布局美观，并在一定程度上可以节约成本；传动轴,花键与轴承的选择与计算主要就是校核轴的刚度和强度，花键联接部分的侧挤压力计算，轴承的计算预期寿命等。关键词：转速图；传动系统图；滑移齿轮；强度。AbstractThe subject of this undergraduate design is CNC vertical milling machine main drive system . Via the main drive system of the vertical milling ma
3、chine, we can basically train system design and research methods , in this one we use the traditional steps of machine design, mostly some empirical formula for calculation, and select the appropriate option via the analogy. Design feature include five major parts: (a) the machines main technical pa
4、rameters identified; (2) transmission and drive system diagram program development; (3) structural design and the intensity checking of gear; (4) Shaft design and Verification; (5) splines and bearings choice and calculation.The main technical parameters of machine tool includes the main parameters
5、of the basic dimensions and other technical parameters, through the country machine parameters related to the standard setting, selecting appropriate design parameters; The selecting of transmission programs and the map of transmission main machine drive system including the identification of the ma
6、p and the transmission speed chart Gear teeth set, splines axial layout; Gear design is mainly determined by the mixture of components reasonable, beautiful layout, and to some extent, it could be economical; The choice and calculation of shafts, splines and bearings are mainly checking the stiffnes
7、s and strength of the major axis, the lateral extrusion pressure of bond part , bearing calculated life expectancy.Key words: map of transmission; transmission speed chart ; spline; strength.- 3 -目 录1 机床的规格和用途说明 .22 机床的主要技术参数的确定 .22.1 主参数 .22.2 基本参数 .22.3 其它主要技术参数 .32.4 主轴极限转速的确定 .32.5 主电机功率的确定 .53
8、传动方案及传动系统图的拟定 .63.1 机床的主传动系统设计原则 .63.2 传动方式 .73.3 变速形式 .73.4 传动方案拟定 .73.5 齿轮齿数的确定 .113.5.1 确定齿轮齿数应注意的问题 113.5.2 变速组内模数相同时齿轮数的确定 123.5.3 变速组内模数不同时齿轮齿数的确定 133.6 滑移齿轮的轴向布置 .143.6.1 一个变速组内齿轮轴向位置的排列 143.6.2 两个变速组内齿轮轴向位置的排列 153.7 计算转速 .174 主要零件的计算和验算 .194.1 传动轴直径的估算 .194.2 齿轮模数的估算 .214.3 齿轮的强度校核 .224.3.1
9、IV-V 轴齿轮组强度校核 224.3.2 VI-VII 齿轮组强度校核 254.3.3 V-VI 直齿圆锥齿轮组强度校核 274.4 传动轴的设计与校核 .304.4.1 传动轴的尺寸估算 304.4.2 传动轴强度校核 364.5 齿轮的结构设计 .454.6 花键的选择和校核 .474.6.1 花键的选择 474.6.2 花键的校核 484.7 轴承的寿命估算 .49总结 52参 考 文 献 53致 谢 信 541 机床的规格和用途说明机床设计的题目，一般拟定为中小规格。通用机床机械变速的主传动系统的设计是适宜的，选定立式铣床工作台台面宽度 B=380mm 的主传动系统，此机床变速级数定
10、为 18 级。此机床结构较为简单，尺寸大小适中，能较好地符合设计教学要求，并能满足机床结构设计基本训练的要求 1。在立式铣床中选定半自动型（包括万能型、半自动型、轻型系列） 。因为半自动型系列中的立式铣床适用于机械制造业的小批和成批生产部门，有较高的刚性，扩展性，功率和自动化程度，可铣削高强度合金钢及耐热合金钢零件的平面，阶梯面，沟槽等。结构特征为主传动及进给传动有方便的变速操纵机构，工作台在纵向，横向和垂直方向均有机动进给。快速进给和手动调整。工作台三个方向的运动可实现不同性能的自动循环，自动夹紧；此外，工作台在垂直方向具有自动让刀机构以及在纵向有自动消除间隙机构等。考虑到上述半自动型系列的
11、优点，与设计要求能较吻合，故选择半自动型立式铣床。2 机床的主要技术参数的确定机床的发展是以经济合理的品种和规格来满足国民经济发展需要的 2。为了促进产品参数的统一，提高有关工、夹、量具的标准化程度。有利于用户合理选用机械。机械工业部对各类通用机床制定了参数标准。如 GB158279，JB232579 等。因此，我们设计的机床主参数和基本参数均应符合标准制度。2.1主参数选择主参数的原则：该参数应是直接反映出机床的加工能力特性。影响机床主要零部件的标志。主参数能说明机床的主要性能。升降台铣床的主参数是工作台台面宽度 Bmm。机床的主参数通常是等比数列。升降台铣床的主参数均采用公比为 1.26
12、的数列。该数列符合国际 ISO 标准的优先数列。升降台铣床的主参数 B 的系列有：200、250、320、400、500mm。此次设计的立式铣床的主参数 B 为 320mm。- 5 -2.2基本参数除主参数外，机床的基本参数是指与被加工工件主要尺寸有关的及与工、夹、量具标准有关的一些参数。这些参数列入机床的参数标准，作为设计时依据。升降台铣床参数部标准 （JB232579） ，其中与工件尺寸有关的参数是：工作台的长度 Lmm；工作台三个方向的行程 L1,L2,L3mm；立铣主轴端面到工作台面的最小距离 H2mm，H 2规定以铣头套筒（或滑枕）在最上位置时计算。与工、夹、量具有关的参数是工作台
13、T 型槽宽度及主轴序号、升降台铣床的主轴序号及主轴端部的结构尺寸应符合铣床主轴端部尺寸部标准 （JB232478）的规定。2.3其它主要技术参数机床的参数除了参数标准中规定的主参数和基本参数外，还有与机床运转特性、动力特性及技术经济指标有关的参数。例如主轴转速级数、电动机功率等。这些技术参数基本上确定了机床的技术性能及水平。确定这些技术参数既要根据实际需要，同时也应考虑到赶超世界先进水平。故需密切关注掌握国内外先进工艺和技术的发展动向，并积极开展科学研究实验工作，才能使技术参数的确定建立在先进的科学基础上2。机床的主要技术参数在机床的系列型谱中都有规定和推荐。设计机床时依据和参考升降台铣床系列
14、型谱 （JBIZ12478）中的技术参数。2.4主轴极限转速的确定确定主轴的最高转速和最低转速，应该在分析所设计几种典型加工方式的切削用量和参考现有同类型机床的性能的基础上，并按照“技术上先进，经济上合理”的原则进行 3。由于通用性机床加工对象很广，不同工序所采用的切削用量相差悬殊，而且加工零件的尺寸变化也很大，所以，要合理地确定其极限转速是一个复杂的任务。必须对有关工序和切削用量进行分析。主轴最高和最低转速可按下式计算：maxaxin10Vrpd(2.1)(2.2)mininax10Vrpd式中： n max、n min主轴最高、最低转速 rpmvmax、v min典型工序的最大、最小切削速
15、度 m/mindmax、d min最大、最小计算直径mm采用最大速度 vmax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的典型工序为用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。最大计算直径 dmax可按下表确定；最小直径 dmin=（0.20.25）d max（升降台铣床的最大直径） ；工作台宽度 Bmin 200 250 320 400端铣刀最大计算直径 dmaxmin 125 160 200 250必须注意，公式中的 dmin并不是指所设计机床可以进行加工的最小直径，而是在机床全部工艺范围可以用最大切削速度 vmax进行加工的最小直径
16、。这个最小直径多半取决于刀具的强度（针对铣床和钻镗床） 。同样，公式中的 dmax是机床全部工艺范围内可以用最低速度 vmin进行加工的最大直径。查阅切削用量手册和专用机床设计与制造 ，下面用公式确定最高转速nmax与最低转速 nmin。vmax通常用于半精加工，设 vmax=235 米/分，半精加工最小直径为：d min=0.25200mm=50mm。vmin用于粗加工铸铁工作，设 vmin=20 米/分，粗加工铸铁工件最大直径：d max=200mm。maxaxin1002351496.8.Vrpmdiinmax.其变速范围为：(2.3)axnmi1496.8 R=73主轴转速级数 Z：(
17、取整数) (2.4)nlg Z+1对于中小型通用机床，常取公比 =1.26 或 1.41。在此铣床中采用公比 1.26 的数列。机床主传动系统的变速组大多采用双联齿轮或三联齿轮。因此转速级数宜为2，3 因子的乘积。即 Z=3m2n为宜，其中 m，n 为正整数。- 7 -lg47 Z= +1.2.6取 Z=18=32212.5 主电机功率的确定合理地确定电机功率，使机床既能充分发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常不满载而浪费电力。一般常用计算法、实验测定法和类比法等方法来确定主电机的功率。我们用计算法来确定。机床的功率主要用于切削工件，它可以根据机床的负载切削规范计算出消耗于切削时的功
18、率 P 切 。升降台铣床，常以硬质合金端铣刀，对钢质工件进行粗加工作为计算切削功率的典型工序。刀具采用 YG8,140 的四齿端铣刀盘；切削用量为：t=5mm；S z=0.25 毫米/齿；v=90m/s；n=136 转/分。查阅专用机床设计与制造附录二中有关部分内容，有：1.铣削圆周力 Pz:(2.5)()ppXyuzzCtSBZKDnA公 斤 力式中：D铣刀直径（mm） ；t铣削深度（mm） ；SZ每齿走刀量（mm/齿） ；B铣削宽度（mm） ；Z铣刀齿数；n铣刀转数（转/分） ；KP材料改变时的修正系数（见表 9） 。Cp是系数，q p、x p、y p、u p、w p是指数，查表 8。0.
19、90.74115425()36z pK公 斤 力z pP公 斤 力=279Kp(公斤力)z(2.6)PMPKA(2.7)1()390190MPHBHBK最 大 最 大 最 小24.61由附录二中表 8 注 2 可知，铣刀磨钝后铣削力增大，在加工铸铁时增加PK1.11.4 倍，故取值 1.2 倍，即： 1.6.235PK2797zpA公 斤 力切削功率(2.8)36905.21ZvNKW切求出切削功率 后，当主传动的传动和结构方案未确定之前，可用如下的估算P切法来确定主电机的功率 ：主(2.9)P切主 总式中， 为主传动系统的总效率，对于通用机床一般可取 =0.70.85，当传动总 总系统简单且
20、主轴转速较低时取最大值。在未确定传动结构之前，我们选择 =0.75，总有： 5.297.30PKW切主 总根据主电机型号的查询可知：选取电机功率为 7.5KW，转速为 1440 转/分（满载转速） ，电机型号为 Y132-4。3 传动方案及传动系统图的拟定3.1机床的主传动系统设计原则1.在满足一定的转速范围、级数条件下，传动链尽可能短和简单。2.传动平稳，振动，噪声小，效率高。3.功率及扭矩应满足使用要求。4.适应主轴刚度及精度的要求。- 9 -5.操作方便，轻巧，结构简单，工艺性好。6.必须考虑制动装置。7.必须有良好的润滑。3.2传动方式集中传动：主轴装在变速箱内，它和传动轴集中在一起，
21、称为集中传动。优点：结构紧凑，便于集中操纵，箱体数目少，可减少加工，装配所需工时和制造成本。缺点：变速箱的传动件在运转中产生的振动和热量将直接传给主轴，因而降低机床的加工精度。3.3变速形式有级变速：目前国内绝大多数的普通车床、升降台铣床以及其它一些机床均采用滑移齿轮有级变速传动方式。齿轮传动结构可靠，工艺成熟，变速方便；有级变速的优点还有，实现回转运动的结构简单，机械故障一般容易发现，另外，机械传动的传动比较为准确，实现定比传动较方便。缺点是噪声较大，尤其高速时更为严重 4。3.4传动方案拟定由上一章讨论，知机床的主轴转速 nmax=1496.8 转/分，n min=31.8 转/分，转速级
22、数 Z=18，公比 =1.26，电动机的满载转速 n。=1440 转/分。我们取机床的转速范围为 301500 转/分，Z=18， =1.26，n。=1440 转/分。（1）确定变速组的数目 大多数机床广泛应用滑移齿轮的变速方式为满足结构设计和操纵方便的要求，通常都采用双联或三联齿轮。因此，18 级转速需要三个变速组，即 Z=18=332。（2）确定变速组的排列方案 变速组的排列可以有多种方案。例如：18=33218=23318=323由于立式铣床主传动系统装在床身内，结构上没有特殊要求，根据各变速组中传动副数应遵守前多后少原则，选择 18=332 的方案。前多后少原则：我们知道，电动机的转速
23、一般比大部分传动轴的转速要高，从电动机到主轴之间，总的趋势是降速传动。也就是说，从电动机轴起愈靠近主轴的轴的最低转速就愈低。根据扭矩公式： 950()PMNmnA式中：P传动件传递的功率（千瓦） ；n传动件的转速（转/分） 。当传递功率为一定时，转速 n 较高的轴所传递的扭矩 M 较小，在其他条件相同的情况下，传动件（如齿轮，轴）的尺寸就可以小一些，这对于节省材料，减小机床重量及尺寸都是有利的。因此，在设计传动系统时，应使较多的传动件在高转速下进行工作，应尽可能地使靠近电动机的变速组中的传动副多一些。而靠近主轴的传动副少一些，即前多后少原则，故要求选用 18=332 的方案。（3）确定基本组和
24、扩大组 立式铣床主传动系统应有三个变速组。根据前紧后松的原则，选择 18=313329的方案，其中， 第一变速组为基本组。其级比指数 x。=1 （即基本组的传动比在转速图上相距一格） ；第二变速组为第一扩大组，其级比指数x1=3（即第一扩大组传动比在转速图上相距三格） ；第三变速组为第二扩大组，其级比级数 x2=9（即第二扩大组传动比在转速图上相距九格） 。前紧后松原则：根据前多后少原则，传动系统的变速组及传动副虽已确定，但基本组和扩大组次序不同，还可以有许多方案，例如 18=332，就可以得下列六种不同的扩大顺序方案，其结构式为： 13982A6319682A1623与上述六种结构式相对应的
25、还有六种结构图。一般情况下，各变速组的排列尽可能设计成基本组在前，第一扩大组次之，最后扩大组的顺序，也就是说，各变速组的扩大顺序应尽可能与运动的传递顺序相一致，即要求 012jxx- 11 -图 3.1 13982A图 3.2 62183A图 3.1 所示的方案是符合上述原则的，即从电动机主主轴依次按着基本组，第一，第二扩大组的次序排列，而图 3.2 的方案则不是。显然，只有扩大顺序与传动顺序一致，就能使中间传动轴的变速范围缩小。这时，中间传动轴的最高转速与最低转速的差值也就较小。这样，使可缩小该轴上的传动件的尺寸。例如，轴的最高转速都是750 转/分，而最低转速分别为 475，47.5 转/
26、分，如果采用右图方案，由于轴的转速低，传递的扭矩大，其传动件的尺寸也就增加了。因此，各变速组的变速范围应逐渐增大，在转速图或结构网中表现出前面变速组传动比的连线分布较紧密，而后面变速组传动比连线的分布则较疏松，即所谓前紧后松 1。（4）确定是否增加降速传动 设计机床的主传动系统时要考虑两种情况：降速传动应避免被动齿轮尺寸过大而增加变速箱的径向尺寸，一般限制降速传动比的最小值imin1/4；开降传动应避免扩大传动误差和减少振动，一般限制直齿轮升速传动比的最大值 imax2；斜齿轮比较平稳，可取 imax2.5。主传动各变速组的最大变速范围： 2.5r=8104此设计的立式铣床的总降速比 i=30
27、/1440=1/48，若每一个变速组的降速比均取1/4，则三个变速组总的降速比可达到 1/41/41/4=1/64，故无需增加降速传动。但是，为使中间两个变速在做到降速缓慢，有利于减少变速箱的径向尺寸，故在轴间增加一对降速传动齿轮，同时，也有利于设计变型机床，因为只要改变这对降速齿轮传动比，在其他三个变速组不变的情况下，就可以将主轴的 18 种转速同时提高或降速，以满足用户的不同需求。（5）分配降速比 前面已确定 18=332 共需三个变速组，并在 I-II 轴间增加一对降速传动齿轮，因此，转速图上已有七根传动轴，如图所示，画五根距离相等的竖直线（I，II，III，IV，VI,VII） ，代表
28、七根传动轴；画 18 根距离相等的水平线代表18 级转速，这样便形成了转速图格式。在轴上标出 18 级转速：301500 转/分，在第 I 轴上用 A 点代表电动机转速n。=1440 转/分；最低转速用 E 点标出，因此，A，F 两点连线相距约 17 格，即代表总降速比 。17i总决定 V，VI 轴之间的最小降速比：一般铣床工作特点是间断切削，为了提高主轴运转的平稳性，主轴上的齿轮应大一些，能起到飞轮的作用所以最后一个变速组的降速传动比取 1/1.58。按公比 =1.26，查表 1.262=1.58 即从 F 点向上数两格（2lg ） ，在 V 轴上找到 E 点，EF 线即为轴间变速组的降速传
29、动比。确定其它变速组的最小传动比 因为中间传动轴的转速愈高，在一定功率条件下，传递的扭矩也愈小，相应也减少了传动件的尺寸，因此，在传动顺序上各变速组的最小传动比，应采取逐渐降速的原则，即要求 miniminabc这样可使中间传动轴的最低转速提高，即所谓降速先慢后快原则。IV-V 轴间变速组（第二扩大组） ，取 i=1/6，即从 E 点向上数 6 格（6lg） ，在IV 轴上找到 D 点。III-IV 轴间变速组（第一扩大组） ，取 I=1/3，即从 D 点向上数 3格（3lg ） ，在 轴上找到 C 点。同理，IIIII 轴取 ，III 轴间取 ，1/i1/i用 AB 连线表示。画出各变速组其
30、它传动线 I-II 轴间只有一对齿轮传动。IIIII 轴间有三对齿轮传动，级比 x。=1，从 C 点向上每隔一格取 C1， C2点，连线 B C1和 B C2得基本组三条传动线，它们的传动比分别为 1/，1/ 2， 1/3，III轴同理可知，轴之间的传动比分别为 3和 1/6。- 13 -图 3.3 传动方案拟定图3.5齿轮齿数的确定3.5.1确定齿轮齿数应注意的问题齿轮的齿数和 SZ不应过大，以免加大两轴之间的中心距，使机床的结构过大，一般推荐齿数和 SZ100 200，对中小型机床一般取 SZ=（70100）左右。齿数和 SZ尽可能小，但应考虑：最小齿轮不产生根切现象，对于标准直齿圆柱齿轮
31、，最小齿数 Zmin1820。为保证齿轮毂有足够的强度，在确定小齿轮齿数时，还要考虑从小齿轮齿根圆到键槽顶部的距离，至少应大于该齿轮模数的两倍，最小齿数 Zmin应满足min26.5tZm齿轮的模数；t键槽主齿轮轴线的高度。两轴上最小中心距离应取得适当。若齿数和 SZ太小，则中心距太小，将导致两轴上轴承及其它结构之间的距离过近或相碰。为保证三联齿轮能在轴上顺利地滑移，则相邻两齿轮（最大齿轮与次大齿轮之间）的齿数差应4。齿数选定后，由于实际传动比将会造成主轴转速误差，其数值一般不应超过+10（ 1） %。 10%主 轴 的 实 际 转 速 主 轴 的 标 准 转 速 （ -）主 轴 的 标 准
32、转 速3.5.2变速组内模数相同时齿轮数的确定确定齿轮齿数时，初步须定出各变速组内齿轮副的模数，以使根据结构尺寸判断其最小齿轮齿数或齿数和是否合适。在同一变速组内的齿数可取相同的模数，也可取不同的模数。后者只有在一些特殊情况下，如最后扩大组或背轮传动中，因各齿轮副的速度变化大，受力情况相差也较大，在同一变速组内采用不同模数。为了便于设计和制造，在同一变速组内尽可能取相同的模数，因为各齿轮副的速度变化不大，受力情况相差不大，故允许采用同一模数 5。查表法 查金属切削机床设计（上） 表 31。确定 IIIII 轴和 III轴的齿数。i 1=1/2 可查表 i=2 的一行， 的一行，i 3=1/1.
33、26 可查 i=1.26 一221.6.58i行。 ( 、 分别为任一齿轮副的主动与被动齿轮的齿数)。jjjZijj确定最小齿轮的齿数 Zmin及齿轮和 SZmin：最小齿数必在 i1=1/2 的齿轮副中，根据结构条件假设最小齿轮数为 Zmin=18，在 i=2 的一行中找到最小齿数 Smin=54。找出可能采用的齿数和 SZ诸数值；这些 SZ数值应能同时存在满足各传动比要求的齿数。如自 Smin=54 开始向右查表，同时存在满足三个传动比要求的齿轮齿数之齿数和有：SZ=72，75，86，90，确定合理的齿数和 SZ：如前所述，在具体结构允许的情况下，选用较小的齿数和，本设计确定 SZ=54
34、为宜。确定各齿轮副的齿数：由 i=2.00 的一行找出 Z1=18，则 =SZZ 1=5418=361由 i=1.58 的一行找出 Z2=21，则 =SZZ 2=5421=332由 i=1.26 的一行找出 Z3=24，则 =SZZ 3=5424=303同理，求 III轴各齿轮副的齿数找出可能的齿数和 SZ诸数值：这些 SZ数值在表中恩能够同时存在满足i1=1/2，i 2=1，i 3=1/2 三个传动比要求的齿数。SZ=54，60，66，72，确定各齿轮副的齿数：我们仍确定 SZ=54。由 i=2.00 的一行找出 Z1=18，则 =SZZ 1=5418=361由 i=1 的一行找出 Z2=2
35、7，则 =SZZ 2=5427=272- 15 -由 i=2.00 的一行找出 Z3= =36，则 =Z1=1813Z3.5.3变速组内模数不同时齿轮齿数的确定设一个变速组内有两对齿轮副 和 ，分别采用两个不同的模数 m1和 m2，其1Z2齿数和为 SZ1和 SZ2，如果不采用变位齿轮， ，因各齿轮副的中心距 A 必须相等，可导出： 111()22ZAmZS所以 12ZS可得 21 Zem设 21SKe可得 S Z1= K e2 SZ2= K e1 式中：e 1，e 2无公因数的整数；K整数 计算轴齿轮副的齿数 两对齿轮的传动比 i1=1/4，i 2=2，考虑实际受力情况相差较大，齿轮副的模数
36、分别选为 m1=4，m 2=3由公式 1 可得： 1213 4ZSe为了使齿轮和较小并满足齿轮齿数的要求，选取 K=30。则SZ1= K e2=303=90SZ1= K e2=304=120根据齿轮副的传动比齿数分配如下： 169471i3282iA计算轴齿轮副的齿数：（两传动轴的转速比较）750194236iA计算轴（锥齿数）齿轮副的齿数：（此时传递的扭矩较大，故小齿轮齿数应取较大值）1.583i计算轴齿轮副的齿数：（主轴上齿轮应大一些，能起到飞轮的作用，保证切削平稳，提高i加工时的加工精度和表面粗糙度要求）3.6滑移齿轮的轴向布置初步确定了转图和齿轮齿数之后，合理地布置齿轮排列方式，是一个
37、比较重要的问题，它将直接影响到变速箱的尺寸，变速操纵的方便性以及结构实现的可能性等。因此，设计机床变速箱时，要根据具体要求，合理地加以布置 6。变速组中滑移齿轮最好布置在主动轴上，因其转速一般比被动轴的转速高，可使滑移齿轮的尺寸小，重量轻，操纵省力。在一个变速组中，须注意当一对齿轮完全脱开啮合之后，另一对齿轮才能开始进行啮合，就是说，两个固定齿轮的间距，应大于滑移齿轮的宽度，其间隙量为14 毫米（通常为 12 毫米） 。图 3.4 滑移齿轮间距3.6.1一个变速组内齿轮轴向位置的排列齿轮在轴向位置的排列，如没有特殊情况，应尽量缩短轴向长度。滑移齿轮的结构通常有窄式和宽式两种，一般窄式排列所占的
38、轴向长度较小。如下图所示两级变速组占用的轴向长度 L4b。其中，L 为齿轮变速组在轴上所占有的空间长度；b 为一个齿轮的齿部宽度。三级变速组占用的轴向长度 L7b。而宽式排列占用轴向长度较大，以致在相同的负载条件下，轴径须加粗，从而使轴上的小齿轮的齿数增加，相应使齿数和及径向尺寸加大。一般二级变速组占有的轴向长度 L6b,三级变速组 L11b，因此一般不希望采用宽式排列。- 17 -图 3.5 窄式和宽式双联滑移齿轮的轴向布置如前所述，三联滑移齿轮的两种排列方式，必须保证两轴上相邻两齿轮的齿数差大于 4，才能使滑移齿轮在越过某个固定齿轮时避免齿顶相撞。若相邻齿数小于4（轴齿轮组） ，可采用如下
39、图所示的排列方案，让滑移齿轮的最小齿轮越过固定的小齿轮，即最大齿轮与最小齿轮差大于 4，而其他两个齿轮的齿数差允许小些，但这种排列方式的轴向尺寸较大。图中： 13Z 图 3.6 窄式三联滑移齿轮的轴向布置 图 3.7 宽式三联滑移齿轮的轴向布置3.6.2 两个变速组内齿轮轴向位置的排列图 3.6 为两个变速组的齿轮的并列排列方式，其总长度等于两变速组的轴向长度之和。图 3.7 为两个变速组的齿轮交错排列方式，其总的轴向长度短，但对固定齿轮的齿数差有要求。对照图 3.6 和图 3.7 知，三轴四级变速机构的并行排列方案，其总长度 L8b,而图 3.7 的交错排列只要 L6b 就够了。同时，采用公
40、用齿轮排列，其轴向长度更为缩小，不仅减少了齿轮的数量，而且缩短了轴向尺寸,如图 3.8。 图 3.8 两个变速组的齿轮的并列排列的轴向布置 图 3.9 两个变速组的齿轮交错排列的轴向布置图 3.10 采用公用齿轮的两个齿轮组的轴向布置3.7计算转速设计机床时，为了使传动件工作可靠，结构紧凑，须对传动件进行动力计算，传递件传递扭矩 Mn大小与它所传递的功率 N 和转速 n 有关，对于工艺范围较广的通用机床和某些专门化机床，由于使用条件复杂，变速范围较大，传动件所传递的功率和转- 19 -速并不是固定不变的。通用机床在最低的一段转速范围内，经常用于切削螺纹、绞孔、切断、精镗等工序，所消耗的功率较小
41、，不需要使用电动机的全部功率即使于粗加工，由于受刀具、夹具和工件刚度的限制，不可能采用过大的切削量，也不会使用到电动机的全部功率。所以只是以某一转速开始，才有可能使用电动机的全部功率 7。查阅金属切削机床（上册） 表 32 各种机床的主轴计算转速。知主轴的计算速度 ,在转速图上以黑点表示。181533mininmin69/Zj转 分当主轴的计算转速确定后，就可以从转速图上确定其它各传动件的计算转速，确定的顺序是由后往前，即先定出位于传动链后面（靠近主轴）的传动件的转速，再顺次由后往前定出传动链前面的传动件的计算转速。一般可先找出该传动件共有几级实际转速，再找出其中能够传递全部功率时的最低转速，
42、即为传动件的计算转速。详情可参照主传动转速图和书上有关方法，下面不再赘述。图 3.11 立式铣床的主传动系统的转速图表 3.1 各传动轴的计算转速，传递功率和扭矩轴序号 I II III IV V VI VII计算转速 nj(转/分)1440 750 375 190 150 95 95传递功率(KW) 7.42 7.27 7.13 6.95 6.77 6.60 6.46扭矩( N mm)410A4.92 9.26 18.16 34.9 43.1 66.35 64.94表 3.2 齿轮的齿数和计算转速序列 1Z234Z567Z8910Z12齿数19 36 24 30 21 33 18 36 36
43、 18 27 27转速1440 750 750 600 750 475 750 375 357 750 375 375表 3.2 续 齿轮的齿数和计算转速序列 13Z4156Z178Z19201Z2齿数 18 36 82 38 19 71 24 38 55 55转速 375 190 190 375 190 150 150 95 95 95 图 3.12 立式数控铣床的主传动系统图4 主要零件的计算和验算对于传动件的主要尺寸(例如说传动轴的直径，齿轮模数等)进行估算，以便绘制部件装配草图。在完成装配图之后，零件的结构尺寸和受力状况都已确定，再对主要零件进行精确的验算 8。- 21 -4.1传动轴
44、直径的估算按扭矩刚度对传动轴直径进行估算(4.1)491jPdnA式中：d传动轴直径；P该轴传递的功率 KW该轴的计算转速jn 该轴准许的扭转角 deg/mm 按表中数据选取对轴 I,有 2217.50.97.4IPKWKA = （ 表示向心球轴承的传动效率）750Inrpm14.29.380IdmA对轴 II，有 221795.7.IIPKWKW = 1deg/m( 表示直齿圆柱齿轮的传动效率)750Inrpm4.2918.570IdmA对轴 III，有 2219.7.13IIPKWKW = 1deg/m375Inrp4.193.79IdmA对轴 IV，有 33217.0.5.6.5IVIP
45、KWKW =1 deg/m9IVnrp46.139.80IdmA对轴 V，有 2136.950906.7VIPKWKWA =0.5deg/mVnrpm(要求较高的轴， 表示双列角接触滚子轴承的传动效率)346.7919.850VdmA对轴 VI，有 2136.706.VIPKWKWA = 0.5deg/m（要求较高的轴）95Inrpm4.0915.6VIdmA对轴 VII，有 2216.70.94VIIPKWKW = 0.1deg/m(要求很高的轴，这里轴 VII 是主轴)95Inrpm4.9182.6350VIdmA表 4.1 各传动轴的计算最小直径轴序号 I II III IV V VI
46、VII最小直径（mm）24.8828.55 33.7939.80 44.8855.56 82.63选用dmin(mm)30 30 35 40 50 60 854.2齿轮模数的估算一般同一变速组的齿轮模数相等，按简化的接触疲劳强度公式对负载最重的小齿轮的模数进行估算 9。(4.2)321()168dj mjjiPZnA- 23 -式中： 按接触疲劳强度计算的齿数计算的齿轮模数mm；jm电动机的功率；dPi齿轮对的传动比，为大齿轮与小齿轮齿数之比，即 i 1 ( i 后面正号用于外啮合)；Z1小齿轮的齿数；该齿轮的计算转速rpm；jn齿宽系数， （B 为齿宽，m 为模数）一般 取 610；mm许可
47、接触应力MPa；见表 37金属切削机床设计指导j通常变速箱中的全部齿轮采用 12 种模数值。对 I-II 轴齿轮副，带入公式： 322(1)7.51684.0jmm其中，小齿轮的齿数为 18，传动比( ) =2，齿宽系数 取 8，齿轮材料取 45 钢6正火， =570MPa，该齿轮（齿轮 Z7）转速 750rpm。j因此，初步选取 II,III,IV 之间的齿轮传动模数为 4。对于 IV-V 轴齿轮副的齿数和不同。 与 知齿轮组模数为 4，则 齿数38()21938()2和大一些，选取 齿轮组模数为 3。38()2核实 IV-V 轴齿轮组 ,有：取 3mm。322(1)7.51683.1660
48、jmm其中，小齿轮齿数为 38，传动比为 ，齿宽系数 取 8，齿轮材料取 45 钢8()调质， =600MPa, 该齿轮(Z 16)的计算转速 375rpm。j估算 I-II 轴齿轮组 ，有：36()19取 3mm。3226(1)7.591683.04jmm其中，小齿轮齿数为 19，传动比 =1.89，齿宽系数 为 8，齿轮材料取 45 钢36()19m正火即可， =570MPa ,齿轮（Z 1）的计算转速 1440rpm，同时 I-II 轴齿轮组传递的j扭矩较小，故取其模数为 3。估算 VI-VII 轴齿轮组 ，有：5()取 4mm322(1)7.51684.3609jmm其中，大小齿轮齿数都为 55，传动比为 =1，齿宽系数 取 8，齿轮材料取()45 钢调质， =600MPa, 该齿轮(Z 21)的计算转速 95rpm。j4.3齿轮的强度校核变速箱中的齿轮，不必都作
