铣床主轴箱设计《说明书》

3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4
3.75 3.75 3.75 3.75 3.75 3.75 5 5 5 5 5 5 5 5
由公式 B mm m 6 ~10, m为模数 得： 第一套啮合齿轮 BI 6 ~10 4 24 ~ 40mm 第二套啮合齿轮 B 6 ~10 5 30 ~ 50mm 第三套啮合齿轮 BIII 6 ~10 5 30 ~ 50mm 一对啮合齿轮，为了防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮 齿的载荷，设计上，应主动轮比小齿轮齿宽大 所以 B1 25mm, B2 30mm ， B3 25mm ， B4 30mm ，
表 2：转速误差表
主轴 转速
n1
n2
n3
n4
n5
n6
n7
n8
n9
n10
n11
n12
标 准 100 转速 r/min
125
160
200
250
315
400
500 630
800
1000 1250
实 际 99.2 126.2 159.4 195.3 248.3 313.6 391.7 498 629.1 770.8 980 转速 r/min 转 速 0.8 误差
表 1：各传动组齿轮齿数
4
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变速组 齿数和 齿轮 齿数
z1 z2
第一变速组 86
z3 z4 z5 z6 z7
第二变速组 92
z8 z9 z10
第三变速组 98
z11
z12
z13
z14
33
53
38
48
43
43
31
61
46
46
28
70
60
38
验算主轴转速误差，主轴各级实际转速值用下式计算：
8
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于轴Ⅲ上的最底转速 250r/min 经传动组 c 可使主轴得到 100 和 400r/min 两种转速， 400r/min 要传递全部功率，所以轴Ⅲ的计算转速应为 250r/min。轴Ⅱ的计算转速可按的传动副 b 推 上去，得 500 r/min；同理轴Ⅰ为 800r/min。 各齿轮：传动组 c 中，28/70 只需计算 z=28 的齿轮，计算转速为 500 r/min；60/38 只 需计算 z=38， n j 40r / min ；z=28 和 z=38 两个齿轮哪一个的应力更大一些，较难判断， 可同时计算，选择模数较大的作为传动组 c 齿轮的模数；传动组 b 应计算 z=31 ，
同理，对于轴Ⅰ，可取： ia1
1

2

1 1 1 1 1 ， ia 2 ， ia 3 。轴Ⅰ的转速： 2 1 1.26 1.6 1.26
1 1 2 。补足各连线，得到如下 1.6
800 r/min。电动机轴与轴Ⅰ之间为带传动，传动比接近 所示转速图：
图3
2.4 齿轮齿数确定 利用查表法求出各传动组齿轮齿数：
根据级比指数分配使传动顺序与扩大顺序相一致， 应选用 12 31 23 2 6 ， 其结构网如 下图所示：
12 31 23 2 6
图1
检验最大扩大组的变速范围： r2 P0 P1 ( P2 1) 1.266(21) 4 ，符合设计原则要求。
2
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B5 25mm, B6 30mm, B7 30mm, B8 35mm, B9 30mm, B10 35mm ，
7
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B11 40mm, B12 45mm, B13 40mm, B14 45mm
2.7 传动系统图如图四所示：
图4
2.8 轴、齿轮的计算转速： 主轴：根据教材表 8-2，中型机床主轴的计算转速是第一个三分之一转速范围内的最 高一级转速，即为 n4 200r / min ； 各传动轴：轴Ⅲ可从主轴为 200r/min 按 28/70 的传动副找上去，似应为 500r/min，但 由
44 1) 5.5 3 28 m j 16338 3.6 6 28 44 500 6002 (
取 m＝4
(2) Ⅱ-Ⅲ齿轮弯曲疲劳的计算：
56 1) 5.5 28 m j 16338 4.4 6 28 56 250 6002
3
(
2.
运动设计
2.1 传动组、传动副的确定： 实现 12 级主轴转速变化的传动系统可以写成多种传动副组合： 1） 12 3 4 4） 12 2 3 2 2） 12 4 3 5） 12 2 2 3 3） 12 3 2 2
方案 1） 、2）可以省一根传动轴，但是其中一个传动组内有四个传动副，果增大了该 轴的轴向尺寸这种方案不宜采用。 根据传动副数目分配应该“前多后少”的原则，取方案 3）较合适。
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目录
1. 机床参数确定…………………………………………………………………1 2. 运动设计………………………………………………………………………1 2.1 传动组、传动副地确定………………………………………………………1 2.2 结构式、结构网的选择………………………………………………………2 2.3 拟定转速图……………………………………………………………………2 2.4 齿轮齿数确定…………………………………………………………………3 2.5 传动系统图……………………………………………………………………4 2.6 轴、齿轮的计算转速…………………………………………………………4 2.7 展开图简图………………………………………………………………… 7 3.传动零件的初步计算…………………………………………………………7 3.1 传动轴直径初定………………………………………………………………7 3.2 主轴轴颈直径的确定…………………………………………………………8 3.3 齿轮模数的初步计算…………………………………………………………8 4.主要零件的验算………………………………………………………………9 4.1 V 带传动的计算和选定………………………………………………………9 4.2 圆柱齿轮的强度计算…………………………………………………………9 4.3 主轴的验算…………………………………………………………………12 4.4 滚动轴承的验算……………………………………………………………13 设计心得…………………………………………………………………………15 参考文献…………………………………………………………………………15
1
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2.2 结构式、结构网的选择： 在 12 3 2 2 的传动副组合中，其传动副的扩大顺序又有以下六种形式： 1） 12 31 23 26 4） 12 31 2 6 23 2） 12 32 21 2 6 5） 12 34 21 2 2 3） 12 32 2 6 21 6） 12 34 2 2 21
3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4
108 108 84 132 96 120 168 168 112 224 216 136 100 252
114 114 90 138 102 126 176 176 120 232 224 144 108 260
100.5 100.5 76.5 124.5 88.5 112.5 158 158 102 214 206 126 90 242
取 m＝5
(3)Ⅲ-Ⅳ 齿轮弯曲疲劳的计算：
63 1) 5.5 3 25 m j 16338 4.98 6 25 63 200 6002 (
取 m＝5
(4)标准齿轮： 20度，h* 1，c* 0.25 从机械原理 表 10-2 查得以下公式 齿顶圆 d a = ( z1 + 2h* a )m 齿根圆 d f ( z1 2h*a 2c* )m 分度圆 d = mz 齿顶高 ha = h* a m
0 0
1237.9
0.96
0.38
2.35
0.68
0.55
2.1
0.4
0.4
3.65
2.0
0.97
5
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2.5 齿轮模数的计算
(i 1).N d [mm] m .z12 .i.[ j ]2 .n j
m j 16338 3
（4-7）
式中： m j ―――按接触疲劳强度计算的齿轮模数[mm]；
2.3 拟定转速图： 上述所选定的结构式共有三个传动组，变速机构共需 4 轴，加上电动机共 5 轴，故 转速图需 5 条竖线，如下图所示。主轴共 12 速，电动机轴与主轴最高转速相近，故需 12 条横线。 中间各轴的转速可以从电动机轴往后推，也可以从主轴开始往前推。通常以往前推比 较方便，即先决定轴三的转速。
n j 500r / min ；传动组 a 应计算 z=33， n j 800r / min 。
2.9 展开图简图
图5 3. 传动零件的初步计算：
3.1 传动轴直径初定
9
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按扭转刚度计算： d 1.64 4 式中，d-传动轴直径（mm） ；
Tn mm
随后决定轴Ⅱ的转速，传动组 b 的级比指数为 3，在传动比极限范围内，轴Ⅰ的最高转 速可为：630、800、1000r/min，最低转速可为：315、400、500 r/min。为了避免升速，又 不能使传动比太小， 可取： ib1
1

3

1 1 1 ， 轴Ⅱ的转速确定为 500、 630、 800 r/min。 ib 2 。 1 2
N d ―――驱动电机功率[KW]；
n j ―――该传动轴的计算转速；
i―――大齿轮齿数与小齿轮齿数之比 i 1；
z 1 ―――小齿轮齿数；
m ―――齿宽系数， m
B （B 为齿宽，m 为模数） ， m ＝6～10； m
[ j ] ―――许用接触应力[MPa]，查表 26。
(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ)Ⅰ-Ⅱ 齿轮弯曲疲劳的计算：
6
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齿根高 h f = (h
*
a
+ c )m
*
齿轮的具体值见表 4-3：
表 4-3 齿轮尺寸表
齿轮
齿数 z
模数 m
分度圆 d
齿 顶 圆 齿根圆
da
齿顶高
ha
齿根高
hf
df
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2.6 齿宽确定
33 53 38 48 43 43 31 61 46 46 28 70 60 38
n实 nE
D1 (1 ) a b c D2
式中， D1 、 D2 分别为大、小带轮的直径； a 、 b 、 c 分别为第一、二、三变速组的 齿轮传动比。 转速误差用主轴实际转速与标准转速相对误差的绝对值表示：
n
n实 n标 n标
0 2.6 0 ，计算值如表 2。 10 （ 1 ） 0 0
0
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1. 机床参数确定： 运动参数： 回转主运动的机床，主运动的参数是主轴转速。其数列的公比 φ 应选取 标准的公比值，取公比 φ=1.26。
主轴转速级数： z
lg Rn lg12.5 1 1 12 lg lg1.26
nmax 1250 12.5 。 nmin 100
式中 Rn 为主轴变速范围： Rn
机床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 3m 2 n 为宜，其中 m、n 为正整数。 动力参数：由任务书设定电动机功率：N=3KW。查表应选用 Y 系列三相异步电动机 Y100L2-4，转速 1420 r/min，效率 82.5%。功率因素 cosφ=0.81，额定转矩 2.2KNm。
图2
传动组 c 的变速范围为 6 1.266 4 ，可知两个传动副的传动比为：
1.6 2 1 1
ic1
1 1 4 2.5
ic 2
这样就确定了轴Ⅲ的六种转速只有一种可能， 即为： 250、 315、 400、 500、 630、 800r/min。
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