【導(dǎo)讀】裝配關(guān)系以及操縱變速機(jī)構(gòu)的原理。所完成的設(shè)計(jì)可以使主軸箱實(shí)現(xiàn)18級(jí)轉(zhuǎn)速，同時(shí)，各個(gè)傳動(dòng)軸進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其能夠完成工作和加工的需要。根據(jù)已給定的傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)數(shù)范。圍及工作臺(tái)寬度，要對(duì)齒輪的齒數(shù)和模數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并確定齒輪的各個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。明確各部件的裝配關(guān)系與各傳動(dòng)部件的空間位置。并且對(duì)典型的零件進(jìn)行了三維CAD造型及裝配，以此來初步反應(yīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的真。實(shí)構(gòu)造和聯(lián)結(jié)關(guān)系。同時(shí)借助SolidWorks的強(qiáng)大功能對(duì)部分零件進(jìn)行了受力分析。后，利用MasterCAM對(duì)個(gè)別零件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助制造。

　　

【正文】 工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 圖 22 擬訂的轉(zhuǎn)速圖 (1) 傳動(dòng)組 C 的變速范圍。由 m ax89 RRc ??? ? ,可知傳動(dòng)比必為極限值，6241 141 ????ci ， 3122 ????ci 故Ⅳ軸的轉(zhuǎn)速只能是 118， 150， 190， 235， 300， 375， 475， 600， 750r/min。 (2) 確定軸Ⅲ的轉(zhuǎn)速，由 ? ? 6133 ?? ?? ??bR ，級(jí)比指數(shù)為 3。可確定傳動(dòng)比 1bi , 3bi 如下： 61 1??bi ， 13?bi 51 1??bi， ??3bi 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 41 1??bi 23 ??bi 311 ??bi ， 33 ??bi 圖 23 考慮到升速不能太高，降速傳動(dòng)比不能太小，故選41 1??bi，?12?bi ， 23 ??bi 即 Ⅲ 轉(zhuǎn)速為 300、 37 475r/min。 (3) 確定Ⅱ軸的轉(zhuǎn)速 同理由轉(zhuǎn)速范圍 ? ? 2131 ?? ?? ??Ra ，級(jí)比指數(shù)為 1?？纱_定 1ai ， 2ai ， 3ai 如下：311 ??ai，22 1??ai ，?13?ai。這樣就確定了軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速為 600r/min。 (4) 確定轉(zhuǎn)速圖 Ⅰ軸與電動(dòng)機(jī)之間用聯(lián)軸器直接連接起來，故它的轉(zhuǎn)速可近似跟電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相等為1450r/min。故最終擬訂的轉(zhuǎn)速圖： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 圖 24 轉(zhuǎn)速圖全圖 計(jì)算轉(zhuǎn)速和齒輪齒數(shù)的確定 計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定 (1) 主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 jn :主軸能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速，稱為主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。根據(jù)《金屬切削機(jī)床》（戴曙主編）表 8－ 2，中型銑床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速是第一個(gè)三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級(jí)轉(zhuǎn)速，即 jn =95r/min,為計(jì)算轉(zhuǎn)速。 (2) 各傳動(dòng)軸計(jì)算轉(zhuǎn)速 其他各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速可根據(jù)主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速圖確定。軸可從主軸 jn =95r/min 按其傳動(dòng)比找上去，似應(yīng)是 375r/min，但軸上的最低轉(zhuǎn)速是 118r/min，經(jīng)傳動(dòng)組 c 可使主軸得到 235r/min 和 30r/min 兩種轉(zhuǎn)速。 235r/min 要傳遞全部功率，故軸上的計(jì)算轉(zhuǎn)速為 118r/min。其他的直接按傳動(dòng)副找出。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 其余依次類推，各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速如下： 表 22 轉(zhuǎn)速序號(hào) 電 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min 1450 1450 600 300 118 95 (3) 各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速 各變速組內(nèi)一般只計(jì)算組內(nèi)最小的，也是強(qiáng)度最薄弱的齒輪，故也只需 確定最小齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速。 從主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速按傳動(dòng)比往上找，可得到各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速如下： 表 23 齒輪序號(hào) 340 339 370 372 373 371 374 330 331 341 327 328 計(jì)算轉(zhuǎn)速 1450 600 600 475 475 475 375 375 375 375 95 95 齒輪齒數(shù)的確定 機(jī)床轉(zhuǎn)速圖擬定后，其各變速組的傳動(dòng) 比也就確定了，即可進(jìn)一步確定各變速組中傳動(dòng)副的齒輪齒數(shù)，在確定齒數(shù)時(shí)要注意下列幾點(diǎn)： (1)齒輪的齒數(shù)和 SZ不能太大，以免齒輪尺寸過大而引起 機(jī)床結(jié)構(gòu)增大。一般推薦齒數(shù)和 SZ≤ 100～ 120，常選在 100 以內(nèi)。 (2)同一變速組中的各對(duì)齒輪，其中心距必須保證相等。 (3)最小齒輪餓齒數(shù)應(yīng)保證不產(chǎn)生根切，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪，其最小齒數(shù) Zmin≥ 17（變位齒輪除外）。 (4)應(yīng)保證最小齒輪的齒數(shù)裝在軸上或軸套筒上具有足夠的強(qiáng)度。 (5)保證主軸的轉(zhuǎn)速誤差在規(guī)定的范圍之內(nèi)。所確定的齒輪齒數(shù)之比為實(shí)際傳動(dòng)比，它與理論傳動(dòng)比一般存在誤差，因而造成主軸轉(zhuǎn)速的誤差，只要轉(zhuǎn)速誤差不超過 177。 10（φ 1） %是允許的，即 ?? （ n 實(shí) `n 擬 ） /n 擬 ≤? 10（ φ1） % () 式中 n 實(shí) ：主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速 r/min, n 擬 ： 主軸轉(zhuǎn)速的擬訂值 r/min, 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 φ：選用的公比 (6)三聯(lián)滑移齒輪順利通過的條件。 變速組內(nèi)有三對(duì)傳動(dòng)副時(shí)，應(yīng)檢查三聯(lián)滑移齒輪齒數(shù)之間的關(guān)系，以確定其左右滑移時(shí)能順利通過。最大與次大的齒輪差應(yīng)大于 4。 用查表法確定齒輪的齒數(shù) ： 基本組的傳動(dòng)比為 311 ??ai=21， 1122 ?? ?ai ， 3 ???ai。 查傳動(dòng)比為 和 的三行，有數(shù)字者既為可能的方案。結(jié)果如下： 1ai = 21 ZS =??.,4 4 4 5 5 5 5 60、 ?? 2ai = ZS =?? 4 4 50、 5 5 5 60、 6 ?? 3ai = ZS =?? 4 4 50、 5 5 5 6 ?? 在以上三組可以挑出： ZS =4 55，?? 我們?nèi)?ZS =55，從表中可查出小齒輪齒數(shù)分別為 2 1 16 則可確定出大齒輪齒數(shù)分別為： 5522=2 5519=3 5516=39 根據(jù)同樣原理，第一擴(kuò)大組中 1141 ?? ?bi， 112 ???bi ， ???bi 查表得： ZS =65。同理可得到其他的齒輪齒數(shù) 。 列表如下： 表 24 齒輪組 電機(jī) — Ⅰ Ⅱ軸 基本組 齒輪 340 339 370 373 370 372 370 371 齒數(shù) 26 54 16 39 22 33 19 36 齒數(shù)和 94 55 55 55 齒輪組 第一擴(kuò)大組 第二擴(kuò)大組 齒輪 372 373 371 373 372 373 330 327 331 328 齒數(shù) 18 47 28 37 33 26 19 71 82 28 齒數(shù)和 65 65 65 90 110 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 25 傳動(dòng)軸傳動(dòng)圖 第 3 章 動(dòng)力計(jì)算及參數(shù)計(jì)算 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算 各軸功率計(jì)算 電機(jī)軸功率： P0 = 第一軸功率： PⅠ =Pη 1η 2 圖3 機(jī)床 傳動(dòng)系統(tǒng)圖ⅤⅠⅡⅢⅣ河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 η 1：聯(lián)軸器效率：η 1= η 2：軸承效率：η 2= PⅠ =Pη 1η 2= = 第二軸功率： PⅡ = PⅠ η 2η 3 η 3： 齒輪 效率： η 3= PⅡ = = 第三軸效率： PⅢ = PⅡ η 2η 3 PⅢ = = 第四軸效率： PⅣ = PⅢ η 2η 3 PⅣ = = kw 第五軸效率： PⅤ = = kw 各軸扭拒計(jì)算 電機(jī)軸扭拒： T0=9550P0/n0=?m 第一軸扭拒： T1=9550 ?m 第二軸扭拒： T2max=9550 ?m 第三軸扭拒： T3max=9550 ?m 第四軸扭拒： T4max=9550 ?m 第五軸扭 拒： T5max=9550 ?m 表 31 軸號(hào) 轉(zhuǎn)速 n(r/min) 扭矩 T(N?m) 輸出功率 P(kw) 電機(jī)軸 1450 Ⅰ軸 1450 Ⅱ軸 600 Ⅲ軸 300 Ⅳ軸 235 Ⅴ軸 95 齒輪參數(shù)的確定 Ⅰ Ⅱ軸齒輪計(jì)算 、精度等級(jí)、材料、及齒數(shù) ① 按圖示的傳動(dòng)方案 ， 選用 直齒圓 柱齒輪傳動(dòng)。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 ② 此機(jī)床為普通機(jī)床，故選用 7級(jí)精度。 ③ 材料的選擇： 小齒輪選用 20Cr HRC1=56~62 HRC 大齒輪選用 40Cr HRC2=50~55 HRC ④ 齒數(shù)的選擇： 由前面選定的齒輪齒數(shù)， Z1=26, Z2=54。 可知齒數(shù)比 u=Z2/Z1=54/26=。 傳動(dòng)比誤差： Δ u/u=(－ 2)/2=4% 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（ ）進(jìn)行試算，即 d1t≥ 3 21][1 ??????????? HEdt ZuuTK ? () ⑴ 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 ① 試選載荷系數(shù) Kt= ② 計(jì)算小齒輪傳寄的轉(zhuǎn)矩 T1=*103 N?mm ③ 由表 107 選取齒寬系數(shù)φ d= ④ 由表 106 查得材料的彈性影響系數(shù) ZE= MPa1/2 ⑤ 由圖 1021d 按齒面硬度查得大小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σ Hlim1=σ Hlim2=625 MPa 。 ⑥ 由式 1013 計(jì)算應(yīng)力 循環(huán)次數(shù) N1=60n1jLh=60*1450*1*(10*300*8) =*109 N2=N1/u=*109 其中壽命按 10 年，每年 300 天，每天工作 8 小 時(shí)計(jì)算。 ⑦ 由圖 1019 查得接觸疲勞壽命影響系數(shù) KHN1=。 KHN2= 。 ⑧ 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由式（ 1012）得 [σ H]1=KHNI*σ Hlim1/S=*625=575 MPa [σ H]2=KHNI*σ Hlim1/S=*625= MPa ⑵ 計(jì)算 ① 試計(jì)算小齒輪分度圓直徑 d1t ,代入 [σ H]中較小的值 d1t≥ 3 21][1 ??????????? HEdt ZuuTK ? 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 =* 3 24 )575 ( 10** ???= mm ② 計(jì)算圓周速度： V=1000*60 11 ndt?= 1000*60 1450**?= m/s ③計(jì)算齒寬 b: b=φ d * d1t= mm ④計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h 模數(shù) mt= d1t/z1=齒高 h=*mt= m b/h=⑤計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) V= m/s, 7 級(jí)精度，查圖 108 得動(dòng)載荷系數(shù) KV=，直齒輪，由表 103 查得 KHα=KFα= 由表 102 查得使用系數(shù) KA= 由表 104 查得， 7 級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)， KHβ=+(1+*φ d2) *φd2+*103*b 將數(shù)據(jù)代入后得 KHβ=+(1+*) *+*103*= 由 b/h＝ ， KHβ=，查圖 1013 得 KFβ=, 故載荷系數(shù) K=KA*KV*KHα* KHβ=***= ⑥按實(shí)際載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（ 1010a）得 d1= d1t*3 KtK= mm ⑧計(jì)算模數(shù) m= d1/Z1=： 由式（ ）得彎曲強(qiáng)度的計(jì)算公式為 mn≥ ? ?3211 2FSaFadYYzKT σφ () ⒊ 確定公式內(nèi)的計(jì)算參數(shù) (1) 查圖 1020c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 1FE? = 2FE? =380Mpa 。 (2) 由圖 1018 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) K 1FN =。 K 2FN = (3) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞壽命安 全系數(shù) ，由式（ 1012）得 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 ? ?F? 1 = SK FEFN 11? = ? Mpa= ? ?F? 2 = SK FEFN 22? = ? Mpa= (4) 計(jì)算載荷系數(shù) K=KA KV K ?F K ?F = = (5) 查取齒型系數(shù) 由表 10－ 5 查得 Y 1Fa =； Y 2Fa = 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 10－ 5 查得 Y 1sa =； Y 2sa = (6) 計(jì)算大、小齒輪的 ? ?aSaFaYY? 并加以比較 ? ?111FSaFaYY? = ? = ? ?22F SaFaYY? = ? = 小齒輪的數(shù)值較大。 (7) 設(shè)計(jì)計(jì)算 mn 323 01 ? ???= mm 由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)。由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力。而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑