CA6140機(jī)床普通車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計-主軸箱設(shè)計【含CAD圖紙+文檔】
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四川大學(xué)錦城學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(論文)說明書
題 目：c6140普通車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計
系 別：
專 業(yè)：
學(xué)生姓名：
學(xué) 號：
指導(dǎo)教師：
職 稱：
題目類型：¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 ¨工程設(shè)計 ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開發(fā) ¨應(yīng)用研究
年 月 日
37
摘 要
隨著當(dāng)今工業(yè)設(shè)備對精密程度的要求越來越高，加工設(shè)備的機(jī)械加工設(shè)備的加工的精密程度也要求越來越高。在搜索、查閱研究大量有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對機(jī)床自動化技術(shù)進(jìn)行了深入的研究和分析，并描述了機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計。整個過程主要對C6140車床主傳動進(jìn)行設(shè)計。
C6140車床主傳動設(shè)計，主要包括三方面的設(shè)計，即：根據(jù)設(shè)計題目所給定的機(jī)床用途、規(guī)格、主軸極限轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速數(shù)列公比或級數(shù)，確定其他有關(guān)運(yùn)動參數(shù)，選定主軸各級轉(zhuǎn)速值；通過分析比較，選擇傳動方案；擬定結(jié)構(gòu)式或結(jié)構(gòu)網(wǎng)，擬定轉(zhuǎn)速圖；確定齒輪齒數(shù)及帶輪直徑；繪制傳動系統(tǒng)圖。其次，根據(jù)機(jī)床類型和電動機(jī)功率，確定主軸及各傳動件的計算轉(zhuǎn)速，初定傳動軸直徑、齒輪模數(shù)，確定傳動帶型號及根數(shù)，摩擦片尺寸及數(shù)目；裝配草圖完成后要驗(yàn)算傳動件（傳動軸、主軸、齒輪、滾動軸承）的剛度、強(qiáng)度或壽命。最后，完成運(yùn)動設(shè)計和動力設(shè)計后，要將主傳動方案“結(jié)構(gòu)化”，設(shè)計主軸變速箱裝配圖及零件圖，側(cè)重進(jìn)行傳動軸組件、主軸組件、變速機(jī)構(gòu)、箱體、潤滑與密封、傳動軸及滑移齒輪零件的設(shè)計。
關(guān)鍵詞：C6140車床；數(shù)控；傳動系統(tǒng)
Abstract
With the industrial equipment for precision degree of the increasingly high demand, the degree of precision machining processing equipment of machining equipment also to request more and more high. In the search, a lot of related data access research of machine tool automation technology, in-depth research and analysis, and describes the design of machine tool control system. The whole process is mainly carries on the design to the main drive lathe.
CNC lathe main drive design, including the design, three aspects: according to the design of machine tool use, the given specifications, spindle speed limit, speed ratio determined sequence or series, other relevant motion parameters, selected at speed of the main shaft; through analysis and comparison, select the transmission scheme; develop structure or structure, develop speed diagram; to determine the number of gear teeth and belt pulley diameter; drawing drive system diagram. Secondly, based on the machine type and motor power, determining the spindle and the transmission of the computation speed, initial drive shaft diameter, the gear modulus, determine the transmission belt type and number of roots, friction plate size and number of assembly drawing; after checking transmission parts (gear, shaft, shaft, bearing stiffness,) strength or fatigue life. Finally, to complete the exercise design and dynamic design, to the main transmission scheme "structured", design of spindle gearbox assembly drawing and parts drawing, focuses on the transmission shaft assembly, spindle assembly, transmission mechanism, box, lubrication and seal, the transmission shaft and the sliding gear parts design.
Key words：lathe; CNC; transmission system
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
1 緒 論 1
1.1 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 1
1.1.1數(shù)控機(jī)床與發(fā)展趨勢 1
1.1.2數(shù)控技術(shù) 2
1.1.3數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢 4
1.1.4數(shù)控技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的進(jìn)展 6
1.2數(shù)控C6140車床的工藝范圍及加工精度 7
1.2.1工藝范圍 7
1.2.2加工精度 7
1.3本文的選題及主要研究內(nèi)容 8
1.3.1本文的選題 8
1.3.2主要研究內(nèi)容 8
2 主傳動系統(tǒng)參數(shù)計算 9
2.1C6140車床主參數(shù)和基本參數(shù) 9
2.2擬定參數(shù)的步驟和方法 9
2.2.1 極限切削速度Vmax、Vmin 9
2.2.2 主軸的極限轉(zhuǎn)速 10
2.2.3 主電機(jī)功率——動力參數(shù)的確定 10
2.2.4確定結(jié)構(gòu)式 11
2.2.5確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) 11
2.2.6繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖 11
2.3 確定各變速組此論傳動副齒數(shù) 12
3 傳動件的設(shè)計 13
3.1 帶輪的設(shè)計 13
3.2 傳動軸的直徑估算 15
3.2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速 16
3.2.2傳動軸直徑的估算：確定各軸最小直徑 16
3.2.3 鍵的選擇 17
3.3 傳動軸的校核 17
3.3.1 傳動軸的校核 18
3.3.2 鍵的校核 18
3.4 各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核 19
3.4.1 齒輪模數(shù)的確定： 19
3.4.2 齒寬的確定 23
3.4.3 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計 24
3.5 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 24
3.6 片式摩擦離合器的選擇和計算 25
3.7 齒輪校驗(yàn) 28
3.7.1 校核I組變速組齒輪 28
3.7.2 校核II組變速組齒輪 29
3.7.3 校核III組變速組齒輪 31
3.8 軸承的選用與校核 32
3.8.1 各軸軸承的選用 32
3.8.2 各軸軸承的校核 32
總結(jié)與展望 35
參考文獻(xiàn) 36
致 謝 37
1 緒 論
1.1 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展
1.1.1數(shù)控機(jī)床與發(fā)展趨勢
（1）數(shù)控機(jī)床：1946年誕生了世界上第一臺電子計算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進(jìn)入信息社會奠定了基礎(chǔ)。
6年后，即在1952年，計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半個世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展。
①數(shù)控（NC）階段（1952～1970年）
早期計算機(jī)的運(yùn)算速度低，對當(dāng)時的科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理影響還不大，但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路"搭"成一臺機(jī)床專用計算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控（HARD-WIRED NC），簡稱為數(shù)控（NC）。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經(jīng)了三代，即1952年的第一代--電子管；1959年的第二代--晶體管；1965年的第三代--小規(guī)模集成電路。
②計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970年～現(xiàn)在）
到1970年，通用小型計算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入了計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（把計算機(jī)前面應(yīng)有的"通用"兩個字省略了）。到1971年，美國INTEL公司在世界上第一次將計算機(jī)的兩個最核心的部件--運(yùn)算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上，稱之為微處理器（MICROPROCESSOR），又可稱為中央處理單元（簡稱CPU）。
到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)。這是因?yàn)樾⌒陀嬎銠C(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時曾用于控制多臺機(jī)床，稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時的小型機(jī)可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高，但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。由于微處理器是通用計算機(jī)的核心部件，故仍稱為計算機(jī)數(shù)控。
到了1990年，PC機(jī)（個人計算機(jī)，國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的階段。
總之，計算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代。即1970年的第四代--小型計算機(jī)；1974年的第五代--微處理器和1990年的第六代--基于PC（國外稱為PC-BASED）。
還要指出的是，雖然國外早已改稱為計算機(jī)數(shù)控（即CNC）了，而我國仍習(xí)慣稱數(shù)控（NC）。所以我們?nèi)粘Ｖv的"數(shù)控"，實(shí)質(zhì)上已是指"計算機(jī)數(shù)控"了。
1.1.2數(shù)控技術(shù)
隨著計算機(jī)、微電子、信息、自動控制、精密檢測及機(jī)械制造技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)床數(shù)控技術(shù)有了長足的進(jìn)步。近幾年一些相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，如刀具及新材料的發(fā)展，主軸伺服和進(jìn)給伺服、超高速切削等技術(shù)的發(fā)展，以及對機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高等，加速了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。目前數(shù)控機(jī)床正朝著高速度、高精度、高工序集中度、高復(fù)合化和高可靠性等方向發(fā)展。世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
① 高速高效高精度
高生產(chǎn)率。由于數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)功能的改進(jìn)，主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度大大提高，減少了切削時間和非切削時間。加工中心的進(jìn)給速度已達(dá)到80m/min～120m/min，進(jìn)給加速度達(dá)9.8m/s2～19.6m/s2，換刀時間小于1s。高加工精度。以前汽車零件精度的數(shù)量級通常為10 μm，對精密零件要求為1 μm，隨著精密產(chǎn)品的出現(xiàn)，對精度要求提高到0.1 μm，有些零件甚至已達(dá)到0.01 μm，高精密零件要求提高機(jī)床加工精度，包括采用溫度補(bǔ)償?shù)取ＮC(jī)電加工，其加工零件尺寸大小一般在1mm 以下，表面粗糙度為納米數(shù)量級，要求數(shù)控系統(tǒng)能直接控制納米機(jī)床。
②柔性化
柔性化包括兩個方面的柔性：一是數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，功能覆蓋面大，便于不同用戶的需求；二是DNC 系統(tǒng)的柔性，同一DNC系統(tǒng)能夠依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮DNC 系統(tǒng)的效能。
③工藝復(fù)合化和多軸化
數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化，是指工件在一臺機(jī)床上裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或旋轉(zhuǎn)工作臺等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。已經(jīng)出現(xiàn)了集鉆、鏜、銑功能于一身的數(shù)控機(jī)床，可完成鉆、鏜、銑、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋等多工序的復(fù)合數(shù)控加工中心，以及車削加工中心，鉆削、磨削加工中心，電火花加工中心等。此外數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步也提供了多軸控制和多軸聯(lián)動控制功能。
④ 實(shí)時智能化
早期的實(shí)時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能，則試圖用計算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為?？茖W(xué)發(fā)展到今天，實(shí)時系統(tǒng)與人工智能已實(shí)現(xiàn)相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時響應(yīng)的更加復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個主要分支發(fā)展，如自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如，在數(shù)控系統(tǒng)中配置編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；在高速加工時的綜合運(yùn)動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(tài)前饋功能；在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。
⑤ 結(jié)構(gòu)新型化
20 世紀(jì)90 年代一種完全不同于原來數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的新型數(shù)控機(jī)床被開發(fā)成功。這種新型數(shù)控機(jī)床被稱為“6條腿”的加工中心或稱虛擬軸機(jī)床(有的還稱為并聯(lián)機(jī)床)，它能在沒有任何導(dǎo)軌和滑臺的情況下，采用能夠伸縮的“6條腿”(伺服軸)支撐并聯(lián)，并與安裝主軸頭的上平臺和安裝工件的下平臺相連。它可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動加工，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度、加工效率較普通加工中心高2～10 倍。這種數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)將給數(shù)控機(jī)床技術(shù)帶來重大變革和創(chuàng)新。
⑥ 編程技術(shù)自動化
隨著數(shù)控加工技術(shù)的迅速發(fā)展，設(shè)備類型的增多，零件品種的增加以及零件形狀的日益復(fù)雜，迫切需要速度快、精度高的編程，以便于對加工過程的直觀檢查。為彌補(bǔ)手工編程和NC 語言編程的不足，近年來開發(fā)出多種自動編程系統(tǒng)，如圖形交互式編程系統(tǒng)、數(shù)字化自動編程系統(tǒng)、會話式自動編程系統(tǒng)、語音數(shù)控編程系統(tǒng)等，其中圖形交互式編程系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。圖形交互式編程系統(tǒng)是以計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)軟件為基礎(chǔ)，首先形成零件的圖形文件，然后再調(diào)用數(shù)控編程模塊，自動編制加工程序，同時可動態(tài)顯示刀具的加工軌跡。其特點(diǎn)是速度快、精度高、直觀性好、使用簡便，已成為國內(nèi)外先進(jìn)的CAD/CAM 軟件所采用的數(shù)控編程方法。目前常用的圖形交互式軟件有Master CAM、Cimatron、Pro/E、UG、CAXA、Solid Works、CATIA等。
⑦ 集成化
數(shù)控系統(tǒng)采用高度集成化芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟、硬件運(yùn)行速度，應(yīng)用平板顯示技術(shù)可提高顯示器性能。平板顯示器(FPD)具有科技含量高、質(zhì)量小、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模顯示，成為與CRT 顯示器抗衡的新興顯示器，是21 世紀(jì)顯示器主流。它應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融于一體,通過提高集成電路密度，減小互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格、改進(jìn)性能、減小組件尺寸、提高系統(tǒng)的可靠性。
⑧ 開放式閉環(huán)控制模式
采用通用計算機(jī)組成的總線式、模塊化、開放、嵌入式體系結(jié)構(gòu)，便于裁減、擴(kuò)展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過程，包括諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實(shí)現(xiàn)加工過程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實(shí)時加工過程中動態(tài)調(diào)整加工過程變量。在加工過程中采用開放式通用型實(shí)時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機(jī)實(shí)時智能技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補(bǔ)償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實(shí)現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。
1.1.3數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢
（1）數(shù)控技術(shù)裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)(如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè))的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)濟(jì)時代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動資料生產(chǎn)”。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實(shí)行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。
數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機(jī)械運(yùn)動和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域:(1)機(jī)械制造技術(shù);(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù);(3)自動控制技術(shù);(4)伺服驅(qū)動技術(shù):(5)傳感器技術(shù):(6)軟件技術(shù)等。
（2）數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢
數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對國計民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個方面。
①高速、高精加工技術(shù)是裝備的新趨勢
效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會(CIRP)將其確定21世紀(jì)的中心研究方向之一。
在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點(diǎn)問題之一;在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進(jìn)行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。
目前高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/min，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，己經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。美國CINCINNAT工公司的HyperMach機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá)60m/min，快速為100m/min，加速度達(dá)2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60000r/min。加工一薄壁飛機(jī)零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h;德國DMG公司的雙主軸C6140車床的主軸速度及加速度分別達(dá)12000r/mm
在加工精度方面，近10年來，普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由l0um提高到5} m，精密級加工中心則從3}5um，提高到1一1.5}m，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級。
在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的MTBF值己達(dá)6000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到
了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。
②智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢
21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成;為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等;簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機(jī)界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。
③數(shù)控設(shè)備更注重安全性、操作性
數(shù)控設(shè)備是集機(jī)電一體化的產(chǎn)品，由于其自動化程度高，所以對其安全性和可操作性有了更高的要求。
1.1.4數(shù)控技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的進(jìn)展
近年來我國企業(yè)的數(shù)控機(jī)床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多
的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。
2001年國內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)1. 8萬臺，比上年增長28. 5%，機(jī)床行業(yè)產(chǎn)值數(shù)控化率從2000年的17. 4%提高到2001年的22. 7%。
2001年，我國機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值己進(jìn)入世界第5名，機(jī)床消費(fèi)額在世界
排名上升到第3位，達(dá)47. 39億美元，僅次于美國的53. 67億美元，消費(fèi)
額比上一年增長25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場的需求，使我國機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進(jìn)口機(jī)床躍升至世界第2位，達(dá)24. 06億美元，比上年增長27％。
近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控C6140車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機(jī)床、數(shù)控剪板機(jī)、數(shù)控成形折彎機(jī)、數(shù)控壓鑄機(jī)等，普通機(jī)床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機(jī)床、液壓壓力機(jī)、木工機(jī)床等。出口的數(shù)控機(jī)床品種以中低檔為主。
1.2數(shù)控C6140車床的工藝范圍及加工精度
1.2.1工藝范圍
數(shù)控C6140車床是一種高精度、高效率的自動化機(jī)床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機(jī)床，約占數(shù)控機(jī)床總數(shù)的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、輪廓形狀復(fù)雜的軸類、盤類等回轉(zhuǎn)體零件的加工，能夠通過程序控制自動完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進(jìn)行切槽、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等加工。
1.2.2加工精度
由于數(shù)控C6140車床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補(bǔ)功能，有些數(shù)控C6140車床還具有非圓曲線插補(bǔ)功能以及加工過程中具有自動變速功能等特點(diǎn)，所以它的工藝范圍要比普通C6140車床要寬得多。
1.精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件
由于數(shù)控C6140車床剛性好，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進(jìn)行人工補(bǔ)償和自動補(bǔ)償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以車代磨。
2.表面粗糙度要求高的回轉(zhuǎn)體零件
數(shù)控C6140車床具有恒線速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均勻的零件。使用恒線速切削功能，就可選用最佳速度來切削錐面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。數(shù)控C6140車床還適合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位選用較大的進(jìn)給量，要求小的部位選用小的進(jìn)給量。
3.輪廓形狀特別復(fù)雜和難于控制尺寸的回轉(zhuǎn)體零件
由于數(shù)控C6140車床具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，部分C6140車床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補(bǔ)功能，所以可以加工形狀特別復(fù)雜或難于控制尺寸的的回轉(zhuǎn)體零件。
4.帶特殊螺紋的回轉(zhuǎn)體零件
普通C6140車床所能車削的螺紋類型相當(dāng)有限，它只能車等導(dǎo)程的直、錐面公、英制螺紋，而且一臺C6140車床只能限定加工若干導(dǎo)程的螺紋。而數(shù)控C6140車床不但能車削任何等導(dǎo)程的直、錐面螺紋和端面螺紋，而且能車變螺距螺紋，還可以車高精度螺紋。
1.3本文的選題及主要研究內(nèi)容
1.3.1本文的選題
1、根據(jù)要求設(shè)計C6140混合雙公比C6140車床主傳動系統(tǒng)；2、要求設(shè)計C6140車床主軸最高輸出轉(zhuǎn)速nmax=1320r／min，主軸最低輸出轉(zhuǎn)速nmin=42.5r／min，電動機(jī)的額定功率P=5.5KW，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速n=1440r／min，分級變速主傳動系統(tǒng)具有混合雙公比，低轉(zhuǎn)速段和高轉(zhuǎn)速段的公比為φ1=1.26，中間轉(zhuǎn)速段公比為φ2 =1.58。
1.3.2主要研究內(nèi)容
1、根據(jù)機(jī)床設(shè)計的一般原則對主傳動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計；2、結(jié)構(gòu)式和轉(zhuǎn)速圖設(shè)計；3、主傳動系統(tǒng)圖繪制；4、齒輪嚙合動力學(xué)分析和運(yùn)動仿真。
2 主傳動系統(tǒng)參數(shù)計算
2.1C6140車床主參數(shù)和基本參數(shù)
C6140車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)如下：
最高輸出轉(zhuǎn)速nmax=1320r／min，主軸最低輸出轉(zhuǎn)速nmin=42.5r／min，電動機(jī)的額定功率P=5.5KW，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速n=1440r／min，分級變速主傳動系統(tǒng)具有混合雙公比，低轉(zhuǎn)速段和高轉(zhuǎn)速段的公比為φ1=1.26，中間轉(zhuǎn)速段公比為φ2 =1.58。
正轉(zhuǎn)最低轉(zhuǎn)速
nmin( )
正轉(zhuǎn)最高轉(zhuǎn)速
Nmax( )
電機(jī)功率
N（kw）
42.5
1440
5.5
2.2擬定參數(shù)的步驟和方法
2.2.1 極限切削速度Vmax、Vmin
根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：
允許的切速極限參考值如下：
表 2.1
加 工 條 件
Vmax(m/min)
Vmin(m/min)
硬質(zhì)合金刀具粗加工鑄鐵工件
30～50
硬質(zhì)合金刀具半精或精加工碳鋼工件
150～300
螺紋加工和鉸孔
3～8
根據(jù)【1】公式（3-2）因?yàn)橐阎? ，
公比1=1.26 公比2=1.58
式Z=+1
有上式當(dāng)1=1.26時Z1=16，Z2=9
而取Z=12. 這樣使得設(shè)計的轉(zhuǎn)速在采用雙公比時有相應(yīng)的級數(shù)空隙轉(zhuǎn)速。
2.2.2 主軸的極限轉(zhuǎn)速
在通用機(jī)床上，每級轉(zhuǎn)數(shù)使用的機(jī)會不大相同，經(jīng)常使用的轉(zhuǎn)速一般是在轉(zhuǎn)速范圍的中段，轉(zhuǎn)速范圍的高、低段使用較少，雙公比傳動就是針對這一情況而設(shè)計。主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列有兩個公比，轉(zhuǎn)速范圍中經(jīng)常使用的中段采用小公比，不經(jīng)常使用的高、低
段用大公比。經(jīng)調(diào)整后的結(jié)構(gòu)式為：12=2×3X2，在高低段出現(xiàn)4個轉(zhuǎn)速空檔。
根據(jù)主變速傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般原則：傳動副前多后少原則、傳動順序與擴(kuò)大順序相一致的原則、變速組的降速要前慢后快和中間軸的轉(zhuǎn)速不宜超過電動機(jī)的轉(zhuǎn)速的原則，可知，傳動線要前密后疏，依次來安排各變速組的傳動順序。最終繪制的轉(zhuǎn)速圖見圖1，按照主傳動轉(zhuǎn)速圖以及齒輪齒數(shù)繪制的主傳動系統(tǒng)圖見圖2。
2.2.3 主電機(jī)功率——動力參數(shù)的確定
合理地確定電機(jī)功率N，使機(jī)床既能充分發(fā)揮其性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素。
根據(jù)題設(shè)條件電機(jī)功率為5.5KW
可選取電機(jī)為Y132S-4：額定功率為5.5KW，滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min.
2.2.4確定結(jié)構(gòu)式
已知Z=x3b
a、b為正整數(shù)，即Z應(yīng)可以分解為2和3的因子，以便用2、3聯(lián)滑移齒輪實(shí)現(xiàn)變速。
對于Z=12可按Z=12分解為：Z=25×32×26。
2.2.5確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)
根據(jù)“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,結(jié)構(gòu)緊湊的原則,選取傳動方案Z=25×32×26。,易滿足要求，
2.2.6繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖
（1）選擇電動機(jī)：采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機(jī)。
（2）繪制轉(zhuǎn)速圖：
（3）畫主傳動系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)，畫主傳動系統(tǒng)圖如圖2-3：
1-2軸最小中心距：A1_2min>1/2(Zmaxm+2m+D)
軸最小齒數(shù)和:Szmin>(Zmax+2+D/m)
2.3 確定各變速組此論傳動副齒數(shù)
(1)Sz100-120,中型機(jī)床Sz=70-100
(2)直齒圓柱齒輪Zmin18-20,m4
圖3-3 主傳動系統(tǒng)圖
（7）齒輪齒數(shù)的確定。變速組內(nèi)取模數(shù)相等，據(jù)設(shè)計要求Zmin≥18~20,齒數(shù)和Sz≤100～120，由表4.1，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數(shù)，各齒輪齒數(shù)如表2-2。
3 傳動件的設(shè)計
3.1 帶輪的設(shè)計
三角帶傳動中，軸間距A可以加大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會有打滑，宜可緩和沖擊及隔離振動，使傳動平穩(wěn)。帶輪結(jié)構(gòu)簡單，但尺寸大，機(jī)床中常用作電機(jī)輸出軸的定比傳動。電動機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min,傳遞功率P=5.5kW,傳動比i=1440/850=1.69，假設(shè)兩班制，一天運(yùn)轉(zhuǎn)16小時，工作年數(shù)10年。
(1)、選擇三角帶的型號
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表8-7工作情況系數(shù)查的共況系數(shù)=1.2。故根據(jù)濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)公式（8-21）
式中P--電動機(jī)額定功率， --工作情況系數(shù)
因此根據(jù)、由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版) 圖8-11普通V帶輪型圖選用A型。
(2)、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑，
帶輪的直徑越小帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的壽命，小帶輪的直徑不宜過小，即。查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表8-8、圖8-11和表8-6取主動小帶輪基準(zhǔn)直徑=125
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)公式(8-15a)
式中：
-小帶輪轉(zhuǎn)速，-大帶輪轉(zhuǎn)速，-帶的滑動系數(shù)，一般取0.02。
∴，由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表8-8取圓整為212mm。
(3)、驗(yàn)算帶速度V，
按濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)式（8-13）驗(yàn)算帶的速度
∵，故帶速合適。
(4)、初定中心距
帶輪的中心距，通常根據(jù)機(jī)床的總體布局初步選定，一般可在下列范圍內(nèi)選取： 根據(jù)濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)經(jīng)驗(yàn)公式（8-20）
取=600mm.
(5)、三角帶的計算基準(zhǔn)長度
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)公式（8-22）計算帶輪的基準(zhǔn)長度
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表8-2，圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計算長度
(6)、驗(yàn)算三角帶的撓曲次數(shù)
，符合要求。
(7)、確定實(shí)際中心距
按濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)公式（8-23）計算實(shí)際中心距
(8)、驗(yàn)算小帶輪包角
根據(jù)濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)公式（8-25）
，故主動輪上包角合適。
(9)、確定三角帶根數(shù)
根據(jù)濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)式（8-26）得
查表濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表8-4d由 i=1.8和得= 0.15KW,
查表濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表8-5，=0.98；查表濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表8-2，長度系數(shù)=1.01
∴取 根
(10)、計算預(yù)緊力
查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表8-3，q=0.1kg/m
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)式（8-27）
其中： -帶的變速功率,KW；
v-帶速,m/s；
q-每米帶的質(zhì)量，kg/m；取q=0.1kg/m。
v = 1440r/min = 9.42m/s。
⑾、計算作用在軸上的壓軸力
傳動比
查表濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表8-4a由和得= 1.92KW
3.2 傳動軸的直徑估算
傳動軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度的要求，強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù)載荷和扭載荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較大變形。因此疲勞強(qiáng)度一般不失是主要矛盾，除了載荷很大的情況外，可以不必驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下不至發(fā)生過大的變形。因此，必須保證傳動軸有足夠的剛度。
3.2.1 確定各軸轉(zhuǎn)速
⑴、確定主軸計算轉(zhuǎn)速：計算轉(zhuǎn)速是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動件的計算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動關(guān)系確定。
根據(jù)【1】表3-10，主軸的計算轉(zhuǎn)速為
⑵、各變速軸的計算轉(zhuǎn)速：
①軸Ⅲ的計算轉(zhuǎn)速為212r/min；
②軸Ⅱ的計算轉(zhuǎn)速為335r/min；
③軸Ⅰ的計算轉(zhuǎn)速為850r/min。
⑷、核算主軸轉(zhuǎn)速誤差
∵
∴
所以合適。
3.2.2傳動軸直徑的估算：確定各軸最小直徑
根據(jù)【5】公式（7-1），，并查【5】表7-13得到取1.
①Ⅰ軸的直徑：取
②Ⅱ軸的直徑：取
③Ⅲ軸的直徑：取
其中：P-電動機(jī)額定功率（kW）；
-從電機(jī)到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積；
-該傳動軸的計算轉(zhuǎn)速（）；
-傳動軸允許的扭轉(zhuǎn)角（）。
當(dāng)軸上有鍵槽時，d值應(yīng)相應(yīng)增大4～5%;當(dāng)軸為花鍵軸時，可將估算的d值減小7%為花鍵軸的小徑;空心軸時，d需乘以計算系數(shù)b，b值見【5】表7-12。Ⅰ和Ⅳ為由鍵槽并且軸Ⅳ為空心軸，Ⅱ和Ⅲ為花鍵軸。根據(jù)以上原則各軸的直徑取值：，和在后文給定，軸采用光軸，軸和軸因?yàn)橐惭b滑移齒輪所以都采用花鍵軸。因?yàn)榫匦位ㄦI定心精度高，定心穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理變形，定心直徑尺寸公差和位置公差都能獲得較高的精度，故我采用矩形花鍵連接。按規(guī)定，矩形花鍵的定心方式為小徑定心。查【15】表5-3-30的矩形花鍵的基本尺寸系列，軸花鍵軸的規(guī)格；軸花鍵軸的規(guī)格。
④各軸間的中心距的確定：
；
；
；
3.2.3 鍵的選擇
查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表6-1選擇軸上的鍵，根據(jù)軸的直徑，鍵的尺寸選擇，鍵的長度L取22。主軸處鍵的選擇同上，鍵的尺寸為，鍵的長度L取100。
3.3 傳動軸的校核
需要驗(yàn)算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗(yàn)算傾角時，若支撐類型相同則只需驗(yàn)算支反力最大支撐處傾角；當(dāng)此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時，則齒輪處傾角不必驗(yàn)算。驗(yàn)算撓度時，要求驗(yàn)算受力最大的齒輪處，但通?？沈?yàn)算傳動軸中點(diǎn)處撓度（誤差<%3）.
當(dāng)軸的各段直徑相差不大，計算精度要求不高時，可看做等直徑，采用平均直徑進(jìn)行計算，計算花鍵軸傳動軸一般只驗(yàn)算彎曲剛度，花鍵軸還應(yīng)進(jìn)行鍵側(cè)擠壓驗(yàn)算。彎曲剛度驗(yàn)算；的剛度時可采用平均直徑或當(dāng)量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡支梁，其撓度和傾角計算公式見【5】表7-15.分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度和傾角，然后疊加，注意方向符號，在同一平面上進(jìn)行代數(shù)疊加，不在同一平面上進(jìn)行向量疊加。
3.3.1 傳動軸的校核
①Ⅰ軸的校核：通過受力分析，在一軸的三對嚙合齒輪副中，中間的兩對齒輪對Ⅰ軸中點(diǎn)處的撓度影響最大，所以，選擇中間齒輪嚙合來進(jìn)行校核
最大撓度：
查【1】表3-12許用撓度；
。
②Ⅱ軸、Ⅲ軸的校核同上。
3.3.2 鍵的校核
鍵和軸的材料都是鋼，由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表6-2查的許用擠壓應(yīng)力,取其中間值，。鍵的工作長度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)式（6-1）可得
可見連接的擠壓強(qiáng)度足夠了，鍵的標(biāo)記為：
3.4 各變速組齒輪模數(shù)的確定和校核
3.4.1 齒輪模數(shù)的確定：
齒輪模數(shù)的估算。通常同一變速組內(nèi)的齒輪取相同的模數(shù)，如齒輪材料相同時，選擇負(fù)荷最重的小齒輪，根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度條件按【5】表7-17進(jìn)行估算模數(shù)和，并按其中較大者選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，為簡化工藝變速傳動系統(tǒng)內(nèi)各變速組的齒輪模數(shù)最好一樣，通常不超過2～3種模數(shù)。
先計算最小齒數(shù)齒輪的模數(shù)，齒輪選用直齒圓柱齒輪及斜齒輪傳動，查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表10-8齒輪精度選用7級精度，再由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表10-1選擇小齒輪材料為40C(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS：
根據(jù)【5】表7-17；有公式：
①齒面接觸疲勞強(qiáng)度：
②齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度：
⑴、a變速組：分別計算各齒輪模數(shù)，先計算最小齒數(shù)28的齒輪。
①齒面接觸疲勞強(qiáng)度：
其中: -公比 ； = 2；
P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.967.5=7.2KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允接觸應(yīng)力，由【5】圖7-6按MQ線查取;
-計算齒輪計算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
=650MPa，
∴
根據(jù)【6】表10-4將齒輪模數(shù)圓整為4mm 。
① 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度：
其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.967.5=7.2KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允齒根應(yīng)力，由【5】圖7-11按MQ線查??；
-計算齒輪計算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
，
∴
∴
根據(jù)【6】表10-4將齒輪模數(shù)圓整為2.5mm 。
∵所以
于是變速組a的齒輪模數(shù)取m = 4mm，b = 32mm。
軸Ⅰ上主動輪齒輪的直徑：
。
軸Ⅱ上三聯(lián)從動輪齒輪的直徑分別為：
⑵、b變速組：確定軸Ⅱ上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù)，先計算最小齒數(shù)18的齒輪。
① 齒面接觸疲勞強(qiáng)度：
其中: -公比 ； =4；
P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.9227.5=3.915KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允接觸應(yīng)力，由【5】圖7-6按MQ線查取;
-計算齒輪計算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
=650MPa，
∴
∴
根據(jù)【6】表10-4將齒輪模數(shù)圓整為5mm 。
② 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度：
其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P =0.9227.5=3.915KW；
-齒寬系數(shù)=；
-齒輪許允齒根應(yīng)力，由【5】圖7-11按MQ線查??；
-計算齒輪計算轉(zhuǎn)速;
K-載荷系數(shù)取1.2。
，
∴
∴
根據(jù)【6】表10-4將齒輪模數(shù)圓整為3mm 。
∵所以
于是變速組b的齒輪模數(shù)取m = 5mm，b = 40mm。
軸Ⅱ上主動輪齒輪的直徑：
軸Ⅲ上三聯(lián)從動輪齒輪的直徑分別為：
⑶、c變速組：
為了使傳動平穩(wěn)，所以使用斜齒輪，取，螺旋角。
計算中心距a，
∴圓整為280mm。
修正螺旋角，
因值改變不多，所以參數(shù)，，等值不必修正。
所以軸Ⅲ上兩聯(lián)動主動輪齒輪的直徑分別為：
軸Ⅳ上兩從動輪齒輪的直徑分別為：
⑷、標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù)：
從【7】表5-1查得以下公式
齒頂圓直徑 ；
齒根圓直徑；
分度圓直徑 ；
齒頂高 ；
齒根高 ；
齒輪的具體值見表
表3.1齒輪尺寸表 （單位：mm）
齒輪
齒數(shù)
z
模數(shù)
分度圓直徑d
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒頂高
齒根高
⒈
24
4
96
104
86
4
5
⒉
60
4
240
248
2304
4
5
⒊
47
4
188
196
178
4
5
⒋
37
4
148
156
138
4
5
⒌
34
4
136
144
126
4
5
⒍
54
4
216
224
206
4
5
⒎
44
4
176
184
166
4
5
⒏
44
4
176
184
166
4
5
⒐
25
4
100
108
90
4
5
⒑
63
4
252
260
242
4
5
⒒
53
4
212
220
202
4
5
⒓
42
4
168
176
158
4
5
⒔
23
4
92
100
82
4
5
⒕
72
4
288
296
278
4
5
3.4.2 齒寬的確定
由公式得：
①Ⅰ軸主動輪齒輪；
②Ⅱ軸主動輪齒輪；
③Ⅲ軸主動輪齒輪；
一般一對嚙合齒輪，為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯位時導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒的載荷，設(shè)計上，應(yīng)主動輪比從動輪齒寬大（5～10mm）。
所以：， ，
，，
，。
3.4.3 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計
通過齒輪傳動強(qiáng)度的計算，只能確定出齒輪的主要尺寸，如齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、螺旋角、分度圓直徑等，而齒圈、輪輻、輪轂等的結(jié)構(gòu)形式及尺寸大小，通常都由結(jié)構(gòu)設(shè)計而定。當(dāng)齒頂圓直徑時，可以做成實(shí)心式結(jié)構(gòu)的齒輪。當(dāng)時，可做成腹板式結(jié)構(gòu)，再考慮到加工問題，現(xiàn)決定把齒輪8、12和14做成腹板式結(jié)構(gòu)。其余做成實(shí)心結(jié)構(gòu)。根據(jù)濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)圖10-39（a）
3.5 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計
⑴、帶輪的材料
常用的V帶輪材料為HT150或HT200，轉(zhuǎn)速較高時可以采用鑄鋼或鋼板沖壓焊接而成，小功略時采用鑄鋁或塑料。
⑵、帶輪結(jié)構(gòu)形式
V帶輪由輪緣、輪輻和輪轂組成，根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同可以分為實(shí)心式（濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)圖8-14a）、腹板式（濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)圖8-14b）、孔板式（濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)圖8-14c）、橢圓輪輻式（濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)圖8-14d）。V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān)，當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑（d為安裝帶輪的軸的直徑，mm）時?？梢圆捎脤?shí)心式，當(dāng)可以采用腹板式，時可以采用孔板式，當(dāng)時，可以采用輪輻式。
帶輪寬度：。
分度圓直徑： 。
D=90mm是深溝球軸承6210軸承外徑，其他尺寸見帶輪零件圖。
V帶輪的輪槽與所選的V帶型號向?qū)?yīng)，見濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表8-10mm
槽型
與相對應(yīng)得
A
11.0
2.75
8.7
9
—
—
V帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形，使V帶工作面夾角發(fā)生變化。為了使V帶的工作面與大論的輪槽工作面緊密貼合，將V帶輪輪槽的工作面得夾角做成小于。
V帶安裝到輪槽中以后，一般不應(yīng)該超出帶輪外圓，也不應(yīng)該與輪槽底部接觸。為此規(guī)定了輪槽基準(zhǔn)直徑到帶輪外圓和底部的最小高度。
輪槽工作表面的粗糙度為。
⑷、V帶輪的技術(shù)要求
鑄造、焊接或燒結(jié)的帶輪在輪緣、腹板、輪輻及輪轂上不允許有傻眼、裂縫、縮孔及氣泡；鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應(yīng)力的前提下，允許對輪緣、凸臺、腹板及輪轂的表面缺陷進(jìn)行修補(bǔ)；轉(zhuǎn)速高于極限轉(zhuǎn)速的帶輪要做靜平衡，反之做動平衡。其他條件參見中的規(guī)定。
3.6 片式摩擦離合器的選擇和計算
片式摩擦離合器目前在機(jī)床中應(yīng)用廣泛，因?yàn)樗梢栽谶\(yùn)轉(zhuǎn)中接通或脫開，具有結(jié)合平穩(wěn)、沒有沖擊、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，部分零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，多用于機(jī)床主傳動。
按扭矩選擇，即： 根據(jù)【15】和【14】表6-3-20，
①計算轉(zhuǎn)矩，
查【15】表6-3-21得
∴
②摩擦盤工作面的平均直徑
式中d為軸的直徑。
③摩擦盤工作面的外直徑
④摩擦盤工作面的內(nèi)直徑
⑤摩擦盤寬度b
⑥摩擦面對數(shù)m，查【15】表6-3-17，摩擦副材料為淬火鋼，對偶材料為淬火鋼，摩擦因數(shù)取0.08，許用壓強(qiáng)取，許用溫度<120℃.
∴m圓整為7.
∴摩擦面片數(shù)z=7+1=8.
⑦摩擦片脫開時所需的間隙，因?yàn)椴捎脻袷剿?
⑧許用傳遞轉(zhuǎn)矩
因?yàn)?
⑨壓緊力Q
⑩摩擦面壓強(qiáng)p
根據(jù)【14】表22.7-7選用帶滾動軸承的多片雙聯(lián)摩擦離合器，因?yàn)榘惭b在箱內(nèi)，所以采取濕式。結(jié)構(gòu)形式見【14】表22.7-7圖（a）。
表5.2
特征參數(shù)
圖
號
許用轉(zhuǎn)距
重量/kg
轉(zhuǎn)動慣量/
接合
力/N
脫開
力/N
內(nèi)部
外部
圖a
120
4.7
0.0035
0.0050
170
100
表5.3
主要尺寸
圖
號
許用轉(zhuǎn)矩
D
A
B
c
E
F
G
閉
式
開
式
圖a
120
18
32
-
108
100
18
32
60
45
70
表5.4
主要尺寸
圖
號
H
J
L
R
S
a
圖a
85
47
51
81
152
65
64
35
-
10
20
11
3.7 齒輪校驗(yàn)
在驗(yàn)算算速箱中的齒輪應(yīng)力時，選相同模數(shù)中承受載荷最大，齒數(shù)最小的齒輪進(jìn)接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算。這里要驗(yàn)算的是齒輪1，齒輪5，齒輪11這三個齒輪。
齒輪強(qiáng)度校核：計算公式：①彎曲疲勞強(qiáng)度;
②接觸疲勞強(qiáng)度
3.7.1 校核I組變速組齒輪
①彎曲疲勞強(qiáng)度；校核齒數(shù)為28的齒輪，確定各項(xiàng)參數(shù)
⑴、 ,n=800r/min,
⑵、確定動載系數(shù)
∵
齒輪精度為7級，由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)圖10-8查得動載系數(shù)。由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)使用系數(shù)。
⑶、。
⑷、確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)
查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表10-4，得非對稱齒向載荷分配系數(shù)；
,
查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)圖10-13得
⑸、確定齒間載荷分配系數(shù):
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表10-2查的使用，
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表10-3查得齒間載荷分配系數(shù)
⑹、確定載荷系數(shù):
⑺、 查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表 10-5 齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)
；
⑻、計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)圖10-20(c)查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。
濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)圖10-18查得 壽命系數(shù),取疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S = 1.3
，
②接觸疲勞強(qiáng)度
⑴、載荷系數(shù)K的確定：
⑵、彈性影響系數(shù)的確定；查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表10-6得
⑶、查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)圖10-21（d）得，
故齒輪1合適。
3.7.2 校核II組變速組齒輪
①彎曲疲勞強(qiáng)度；校核齒數(shù)為18的齒輪，確定各項(xiàng)參數(shù)
⑴、,n=400r/min,
⑵、確定動載系數(shù)：
齒輪精度為7級，由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)圖10-8查得動載系數(shù)
⑶、
⑷、確定齒向載荷分配系數(shù):取齒寬系數(shù)
查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表10-4，插值法得非對稱齒向載荷分配系數(shù)
,查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)圖10-13得
⑸、確定齒間載荷分配系數(shù):
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表10-2查的使用 ；
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表10-3查得齒間載荷分配系數(shù)
⑹、確定動載系數(shù):
⑺、查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表 10-5齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)
、
⑻、計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
由濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)圖10-20(c)查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。
濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)圖10-18查得 壽命系數(shù),疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S = 1.3
，
②接觸疲勞強(qiáng)度
⑴、載荷系數(shù)K的確定：
⑵、彈性影響系數(shù)的確定；查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)表10-6得
⑶、查濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計》( 第八版)圖10-21（d）得，
故齒輪8合適。
3.7.3 校核III組變速組齒輪
①彎曲疲勞強(qiáng)度；校核齒數(shù)為22的齒輪，確定各項(xiàng)參數(shù)
⑴、,n=
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