燕山大學
課程設計說明書
題目：數控銑床主傳動系統設計
學院（系）：機械工程學院機制系
年級專業： 10級機制一班
學號： 100101010106
學生姓名： 曹微
指導教師： 王敏婷
目錄第一章概述 1
1.1設計要求 1
第二章主傳動系統設計 2
2.1計算轉速的確定 2
2.2變頻調速電機的選擇 2
2.3傳動比的計算 3
2.4齒輪副齒數確定 3
2.5主軸箱傳動機構簡圖 3
2.6轉速圖擬定 4
2.7傳動軸的設計 4
2.7.1各軸計算轉速 4
2.7.2各軸功率和扭矩的計算 4
2.7.3扭轉角的選擇 5
2.7.4各軸直徑的估算 5
2.7.5主軸軸頸尺寸的確定 6
2.7.6主軸最佳跨距的選擇 6
2.8齒輪的設計 8
2.8.1材料和熱處理工藝 8
2.8.2初步計算齒輪的模數 8
2.8.3齒輪寬度確定 9
2.8.4中心距的確定 9
2.8.5直齒圓柱齒輪的應力驗算 12
總結 15
參考文獻 16
工具機型別：
數控銑床滿載功率4kw，最高轉速2250rpm,
最低轉速40rpm 變速要求：無級變速
進給傳動系統設計：
行程 1500，最低速度0.001mm/r，最高速度0.5mm/r，
最大載荷4500n，精度
工具機主軸的變速範圍： = ，且： =2250rpm, =40rpm
所以： ==56.25
根據工具機的主軸計算轉速計算公式： =
得： =40х=134.0rpm，
選： =134rpm
因為則主軸的功率轉矩特性圖如下
主軸的功率轉矩特性
初步給定畫出如粉紅線電機功率圖
進而確定最佳傳動比畫出如黑線電機功率圖
綜合如下圖：
因為：又：
即取：時，得
得根據電機標稱功率的系列選擇：標稱功率為
此時電動機過載係數
此時將傳動比修正為，此時如下圖
因此選用上海皓天電機製造****yvf2-160m-4 變頻調速三相非同步電動機，連續輸出功率為11kw，售價2330元人民幣。
變頻器選擇日利普電子科技****的變頻器，變頻器型號：rlpb-15r0g-4-4-485-z，售價2100元人民幣。
計算轉速nj是傳動件傳遞全部功率時的最低轉速，各個傳動軸上的計算轉速可以從轉速圖是直接得出，如表3-1所示。
表 3-1 各軸計算轉速
已知一級齒輪傳動效率為0.98（包括軸承），第軸的輸出功率為=4kw；
則：ⅱ軸的輸出功率為：
ⅰ軸的輸出功率為：
則各軸輸入功率為
ⅰ軸：ⅱ軸：
軸：各軸輸入轉矩
ⅰ軸：ⅱ軸：
軸：[是每公尺長度上允許的扭轉角（deg/m）,可根據傳動軸的要求選取，其選擇的原則如表3-2所示。
表3-2 許用扭轉角選取原則
最後所確定各軸所允許的扭轉角如表3-3所示
把以上確定的各軸傳動軸的輸入功率、允許扭轉角代入扭轉剛度的估算公式：,可得傳動軸的估算直徑：
計算出的軸頸要進行圓整，電機軸根據所選電機確定，yvf2-160m-4型號交流主軸電動機電機軸，滿足要求；為便能夠採用標準量具和刀具，ⅱ軸做成花鍵軸，故選擇花鍵軸外徑。
綜合考慮，估算各軸直徑如表3-4
表 3-4 各軸估算直徑
為保證工具機的工作精度，主軸尺寸一般都是根據其剛度要求確定的，對於通用工具機的主軸尺寸引數通常由結構上的需要而定。故主軸前軸頸的尺寸可通過查表得到：主軸的驅動功率為4kw，工具機型別為數控銑床，則主軸前軸頸取。
主軸的後軸頸一般為前軸頸的0.7～0.85倍，為了保證主軸剛度，取後軸頸,取。
根據《工具機設計手冊》表6.1-36取：
內孔選擇：銑床主軸結構根據標準選取，選7：24圓錐連線的主軸端部錐度號為30的軸頭，內孔為17mm。
、由前軸頸取=65mm，後軸頸取=50mm，選前軸承為nn3013型和234413型，後軸承為nn3010型。選主軸錐度號為30的軸頭，根據結構，定懸伸長度a=73mm。
、求軸承剛度：
主軸最大輸出轉矩：
設定工作台面積為320х1250（），端銑刀的計算直徑為200mm，端銑刀寬度60mm，故半徑為0.1m。
最大圓周切削力
該銑床進給系統末端傳動副有消隙機構，應採用不對稱順銑，則作用端銑刀上的切削分力與銑削圓周力的比例關係大致為：
垂直於進給方向的鉛直分力:
平行於進給方向的水平分力:
軸向分力:
則端銑刀徑向作用力:
此力作用在工件和端銑刀上，主軸和工作台各承受一半，故主軸端受力約為
在估算時，先假定初值,則
前後支承的支反力和分別為：
軸向力根據《金屬切削工具機》公式（如下）
球軸承滾子軸承
式中 、——軸向和徑向剛度（）
可求出前、後軸承剛度
軸承nn3013徑向剛度： =
軸承nn3010徑向剛度：
軸承234413-m-sp軸向剛度：
、求最佳跨距：
初步計算時，可假設主軸的當量外徑為前、後軸承頸的平均值，。
故慣性矩為
查《金屬切削工具機》圖（10—24）主軸最佳跨距計算線圖，。可根據，再計算支反力和支撐剛度，求最佳跨距，經過進一步的迭代過程，最終取得最佳跨距為。
由於工具機主軸齒輪一般在高速、中載、無猛烈衝擊的條件下工作，而且要求熱處理變形小，所以選擇齒輪材料為40cr，高頻淬火，hrc50～55。
一般同一變速組中的齒輪去同一模數，選擇負荷最重的小齒輪，按簡化的接觸疲勞強度公式進行計算：
式中：——按接觸疲勞強度計算的齒輪模數（mm）;
——驅動電動機功率（kw）；
——大齒輪齒數與小齒輪齒數比1，外嚙合取「+」號，內嚙合取「—」號；
——齒寬係數，；
——小齒輪齒數；
——許用接觸應力（mpa）;
——計算齒輪的計算轉速；
電機軸與中間軸的齒輪副中，，，， =55，, =150
，取=2
中間軸與主軸的齒輪副中，，， =10，，,
，取中間軸與主軸的齒輪副中，，，， =20，, =134
，取一般上使中間軸和主軸之間的兩對齒輪模數相等，故選取
表4-1 各齒輪副的齒數和模數
工具機主傳動系統中推薦的齒寬係數,取，同一齒輪副中，小齒輪比大齒輪寬5～10mm，則各齒輪的齒寬如表4-2
4-2 各齒輪副的齒寬
齒輪和齒輪的中心距：
，分度圓直徑：
齒頂圓直徑：
齒根圓直徑：
齒輪和齒輪的中心距：
，分度圓直徑：
齒頂圓直徑：
齒根圓直徑：
齒輪和齒輪的中心距：
，分度圓直徑：
齒頂圓直徑：
齒根圓直徑：
在驗算變速箱中齒輪應力時，選相同模數中承受載荷最大的、齒數最少的齒輪進行接觸應力和彎曲應力驗算。一般對高速傳動齒輪主要驗算接觸應力，對低速傳動齒輪主要驗算彎曲應力，對硬齒面軟齒芯的滲碳淬火齒輪，一定要驗算彎曲應力。
接觸應力驗算公式：
彎曲應力驗算公式：
式中：n——傳遞的額定功率（kw）,n=η；
——電動機功率（kw）；
η——從電動機到所計算齒輪的傳遞效率；
m——初算的齒輪模數（mm）；
b——齒寬（mm）
z——小齒輪齒數；
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