數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)（論計(jì)（論 文）文） 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)(論文論文)題目：題目： 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 目 錄 摘要.ii abstract.iii 1.引言.1 2.主傳動(dòng)方案的擬定 .6 2.1 初定傳動(dòng)方案 .6 2.2 方案的選擇 .6 3.動(dòng)力計(jì)算 .12 3.1 齒輪的計(jì)算(計(jì)算過程參考文獻(xiàn) 2 第八章) .12 3.2 電磁離合器的選擇和使用 .20 4.軸的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算 .22 4.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .22 4.2 軸的強(qiáng)度校核(以軸為例) .22 4.3 軸的剛度校核(以軸為例) .26 5主軸變速箱的裝配設(shè)計(jì) .29 5.1 箱體內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) .29 5.2 設(shè)計(jì)的方法

2、 .29 6.滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu) .32 6.1 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .32 7plc 概述.37 7.1 plc 的發(fā)展歷程.37 7.2 plc 的發(fā)展趨勢(shì).38 7.3 plc 的應(yīng)用.39 7.4 plc 的硬件結(jié)構(gòu).40 7.5 plc 的工作原理.41 8. plc 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).43 8.1 確定 io 的點(diǎn)數(shù).43 8.2 選擇適用的 plc 機(jī)型 .43 8.3 輸入輸出點(diǎn)的分配 .43 8.4 plc 接線圖.44 8.5 plc 控制程序梯形圖設(shè)計(jì).44 8.6 改造中必須注意的幾個(gè)問題 .44 結(jié)論 .45 參考文獻(xiàn) .46 致謝.47 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 摘摘 要要

3、 本文研究的主要是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，傳動(dòng)裝置在各外界因素和自身 因素的影響下傳動(dòng)精度會(huì)大大降低，例如幾何精度與變形產(chǎn)生的誤差、機(jī)床的熱變形以 及運(yùn)動(dòng)間的摩擦和傳動(dòng)間隙等因素。這些都是影響數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)精度的重要因素，我也 是從這入手，從各個(gè)方面著手提高數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)精度。 我完成的設(shè)計(jì)主要包括一些原始數(shù)據(jù)的擬定，再根據(jù)擬定的參數(shù)，進(jìn)行傳動(dòng)方案的 比較，確定傳動(dòng)方案。然后計(jì)算各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比及齒輪齒數(shù)，再估算齒輪的模數(shù)和各 軸的軸徑，并對(duì)齒輪和軸的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行校核。除此之外，還要對(duì)箱體內(nèi)的主要結(jié)構(gòu) 進(jìn)行設(shè)計(jì)，一些零件的選型，從而完成對(duì)整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床

4、傳動(dòng)系統(tǒng) 精度 設(shè)計(jì) cnc machine tools, mechanical transmission design abstract this study mainly cnc machine tools mechanical transmission design, mechanical transmission gear under the influence of external factors and the factors driving accuracy will greatly reduce the accuracy, such as geometric accuracy

5、 and deformation of the thermal deformation of machine tools, as well as the movement between the friction and the transmission gap. these are the transmission accuracy of cnc machine tools, i am also from this start begin to improve the transmission accuracy of cnc machine tools, from all aspects.i

6、 completed the design include the formulation of some of the raw data, according to the parameters of the proposed transmission scheme compared to determine the transmission scheme. then calculate the transmission ratio of the pair and gear of the transmission, and then estimate the modulus of the g

7、ear and the axis of the shaft, and gear and shaft strength and stiffness of the check. in addition, we must design the main structure of cabinets, some parts of the selection, thus completing the design of the mechanical drive system as a whole.keywords: accuracy of cnc machine tool drive system des

8、ign keywordskeywords：nc machine tool; driving system; accuracy；design 1.1.引言引言 1.11.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展及現(xiàn)狀數(shù)控機(jī)床的發(fā)展及現(xiàn)狀 數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床（computer numerical control machine tools）的簡(jiǎn)稱， 是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其 他符號(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動(dòng)作數(shù)控折彎?rùn)C(jī)并加工零件。數(shù)控機(jī) 床有如下特點(diǎn)：對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng) ，適應(yīng)模具等產(chǎn)品單件生產(chǎn)的特點(diǎn)，為模具的 制造提供了合適的加工方法；加工精度高

9、，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián) 動(dòng)，能加工形狀復(fù)雜的零件；加工零件改變時(shí)，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生 產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間；機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般 為普通機(jī)床的 35倍） ；機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn) 代化 數(shù)控機(jī)床使用數(shù)字信息與標(biāo)準(zhǔn)代碼處理、傳遞信息，使用了計(jì)算機(jī)控制方法，為 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造及管理一體化奠定了基礎(chǔ)；對(duì)操作人員的素質(zhì)要求較高，對(duì)維 修人員的技術(shù)要求更高；可靠性高。 數(shù)控機(jī)床是由美國(guó)發(fā)明家 約翰帕森斯上個(gè)世紀(jì)發(fā)明的。隨著電子信息技術(shù)的發(fā) 展，世界機(jī)床業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時(shí)代，其中

10、數(shù)控機(jī)床 就是代表產(chǎn)品之一。數(shù)控機(jī)床是制造業(yè)的加工母機(jī)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。它為國(guó)民 經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門提供裝備和手段，具有無限放大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效應(yīng)。目前，歐、美、日 等工業(yè)化國(guó)家已先后完成了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而中國(guó)從20世紀(jì)80年代開始起步， 仍處于發(fā)展階段。 美國(guó)政府重視機(jī)床工業(yè)，美國(guó)國(guó)防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機(jī)床 的發(fā)展方向、科研任務(wù)，并且提供充足的經(jīng)費(fèi)，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效率” 和“創(chuàng)新” ，注重基礎(chǔ)科研。因而在機(jī)床技術(shù)上不斷創(chuàng)新，如 1952年研制出世界第一 臺(tái)數(shù)控機(jī)床、 1958年創(chuàng)制出加工中心、 70年代初研制成 fms、1987年首創(chuàng)開放式數(shù)控 系統(tǒng)等。由于美

11、國(guó)首先結(jié)合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動(dòng)化所 需的自動(dòng)線，而且電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)在世界上領(lǐng)先，因此其數(shù)控機(jī)床的主機(jī)設(shè)計(jì)、制 造及數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)扎實(shí)，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機(jī)床技術(shù)在世界也 一直領(lǐng)先。當(dāng)今美國(guó)生產(chǎn)宇航等使用的高性能數(shù)控機(jī)床，其存在的教訓(xùn)是，偏重于基 礎(chǔ)科研，忽視應(yīng)用技術(shù)，且在上世紀(jì) 80代政府一度放松了引導(dǎo)，致使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量增 加緩慢，于1982年被后進(jìn)的日本超過，并大量進(jìn)口。從 90年代起，糾正過去偏向， 數(shù)控機(jī)床技術(shù)上轉(zhuǎn)向?qū)嵱茫a(chǎn)量又逐漸上升。 德國(guó)政府同樣重視機(jī)床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。 ，于1956年研 制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床后，德國(guó)特

12、別注重科學(xué)試驗(yàn)，理論與實(shí)際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng) 用技術(shù)科研并重。企業(yè)與大學(xué)科研部門緊密合作，對(duì)數(shù)控機(jī)床的共性和特性問題進(jìn)行 深入的研究，在質(zhì)量上精益求精。德國(guó)的數(shù)控機(jī)床質(zhì)量及性能良好、先進(jìn)實(shí)用、貨真 價(jià)實(shí)，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機(jī)床。德國(guó)特別重視數(shù)控機(jī)床主 機(jī)及配套件之先進(jìn)實(shí)用，其機(jī)、電、液、氣、光、刀具、測(cè)量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能 部件，在質(zhì)量、性能上居世界前列。如西門子公司之?dāng)?shù)控系統(tǒng)，均為世界聞名，競(jìng)相 采用。 至于日本政府對(duì)機(jī)床工業(yè)之發(fā)展重視的程度我們也可想而知，他們通過規(guī)劃、法 規(guī)(如“機(jī)振法” 、 “機(jī)電法” 、 “機(jī)信法”等)引導(dǎo)發(fā)展。在重視人才及機(jī)床元部件配套 上

13、學(xué)習(xí)德國(guó)，在質(zhì)量管理及數(shù)控機(jī)床技術(shù)上學(xué)習(xí)美國(guó)，甚至青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。自 1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床后， 1978年產(chǎn)量(7,342臺(tái))超過美國(guó)(5,688臺(tái))，至今 產(chǎn)量、出口量一直居世界首位 (2001年產(chǎn)量46,604臺(tái)，出口27,409臺(tái)，占59%)。戰(zhàn)略 上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機(jī)床，大量出口，占去世界廣大市場(chǎng)。在上 世紀(jì)80年代開始進(jìn)一步加強(qiáng)科研，向高性能數(shù)控機(jī)床發(fā)展。日本fanuc 公司戰(zhàn)略正 確，仿創(chuàng)結(jié)合，針對(duì)性地發(fā)展市場(chǎng)所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上領(lǐng)先，在產(chǎn) 量上居世界第一。該公司現(xiàn)有職工 3,674人，科研人員超過 600人，月產(chǎn)能力 7,000套， 銷

14、售額在世界市場(chǎng)上占 50%，在國(guó)內(nèi)約占 70%，對(duì)加速日本和世界數(shù)控機(jī)床的發(fā)展起了 重大促進(jìn)作用。 隨著各國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)轉(zhuǎn)，我國(guó)的數(shù)控行業(yè)從 20世紀(jì)80年代開始起步，仍處于 發(fā)展階段。 “十五”期間，中國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)實(shí)現(xiàn)了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量2001年為 17521臺(tái)，2002年24803臺(tái)，2003年36813臺(tái)，2004年51861臺(tái)，2004年產(chǎn)量是2000年 的3.7倍，平均年增長(zhǎng) 39%；2005年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量 59639臺(tái)，接近6萬臺(tái)大關(guān)，是 “九五”末期的4.24倍。 “十五”期間，中國(guó)機(jī)床行業(yè)發(fā)展迅猛的主要原因是市場(chǎng)需 求旺盛。固定資產(chǎn)投資增速快、汽車和機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展迅猛

15、、外商投資企業(yè)增長(zhǎng)速 度加快所致。 2006年，中國(guó)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到 85756臺(tái)，同比增長(zhǎng) 32.8%，增幅 高于金切機(jī)床產(chǎn)量增幅 18.4個(gè)百分點(diǎn)，進(jìn)而使金切機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)到 37.8%，同 比增加2.3個(gè)百分點(diǎn)。此外，數(shù)控機(jī)床在外貿(mào)出口方面亦業(yè)績(jī)驕人，全年實(shí)現(xiàn)出口額 3.34億美元，同比增長(zhǎng) 63.14%，高于全部金屬加工機(jī)床出口額增幅 18.58個(gè)百分點(diǎn)。 2007年，中國(guó)數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá) 123,257臺(tái)，數(shù)控金屬成形機(jī)床產(chǎn)量達(dá) 3,011臺(tái)； 國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床擁有量約 50萬臺(tái)，進(jìn)口約 20萬臺(tái)。2008年10月，中國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量達(dá) 105,780臺(tái)，比2007年同比增長(zhǎng) 2

16、.96%。長(zhǎng)期以來，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床始終處于低檔迅速膨 脹，中檔進(jìn)展緩慢，高檔依靠進(jìn)口的局面，特別是國(guó)家重點(diǎn)工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主 要依靠進(jìn)口，技術(shù)受制于人。究其原因，國(guó)內(nèi)本土數(shù)控機(jī)床企業(yè)大多處于“粗放型” 階段，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國(guó)外先進(jìn)水平相比落后了5-10 年；在高、精、尖技術(shù)方面的差距則達(dá)到了 10-15年。同時(shí)中國(guó)在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集 成方面的能力也還比較低，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對(duì)滯后，國(guó)產(chǎn)的數(shù)控 機(jī)床還沒有形成品牌效應(yīng)。同時(shí)，中國(guó)的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓(xùn)、 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系，市場(chǎng)營(yíng)銷能力和經(jīng)營(yíng)管理水平也不高。更重要原因是缺乏自 主創(chuàng)新能力，

17、完全擁有自主知 識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國(guó)外公司在中國(guó)數(shù)控系統(tǒng) 銷量中的80%以上是普及型數(shù)控系統(tǒng)。如果我們能在普及型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品快速產(chǎn)業(yè)化上 取得突破，中國(guó)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)就有望從根本上實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略反擊。同時(shí)，還要建立起比較 完備的高檔數(shù)控系統(tǒng)的自主創(chuàng)新體系，提高中國(guó)的自主設(shè)計(jì)、開發(fā)和成套生產(chǎn)能力， 創(chuàng)建國(guó)產(chǎn)自主品牌產(chǎn)品，提高中國(guó)高檔數(shù)控系統(tǒng)總體技術(shù)水平。 “十一五”期間，中 國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)將步入快速發(fā)展期，中國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)面臨千載難逢的大好發(fā)展機(jī)遇， 根據(jù)中國(guó)數(shù)控 車床1996-2005年消費(fèi)數(shù)量，通過模型擬合，預(yù)計(jì) 2009年數(shù)控車床銷售 數(shù)量將達(dá)8.9萬臺(tái)，年均增長(zhǎng)

18、率為 16.5%。根據(jù)中國(guó)加工中心 1996-2005年消費(fèi)增長(zhǎng)模 型，預(yù)計(jì)2009年加工中心消費(fèi)數(shù)量將達(dá) 2.8萬臺(tái)，較2005年年均增長(zhǎng)率為 17.8%。 1 1. .2 2 數(shù)數(shù)控控機(jī)機(jī)床床的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢(shì)勢(shì) 1、數(shù)控金切機(jī)床的構(gòu)成比逐漸趨于合理。數(shù)控機(jī)床工序集中的加工特點(diǎn)，將使具有 復(fù)合功能的高效數(shù)控機(jī)床的需求增長(zhǎng)，這將導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床擁有量和市場(chǎng)消費(fèi)量中各類數(shù) 控機(jī)床的構(gòu)成比不同于傳統(tǒng)的機(jī)床構(gòu)成比。數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用由單機(jī)向單元（系統(tǒng)）方向 發(fā)展。目前歐、美、日等國(guó)應(yīng)用 dnc 已很普遍，柔性制造單元已占數(shù)控機(jī)床銷售量的30% 以上。而我國(guó) fmc、fms 和 fml 的擁有量不足50套，

19、相當(dāng)于日本80年代的水平，占數(shù)控機(jī) 床消費(fèi)額不到5%。出口前景良好。1998年及前幾年我國(guó)機(jī)床工具的出口額徘徊在5億美元 左右，2000年上升到7.85億美元，隨著東南亞經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和我國(guó)出口多極化市場(chǎng)的形成和 鞏固，以及我國(guó)加入 wto，今后幾年我國(guó)機(jī)床出口將實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2005年 出口創(chuàng)匯可達(dá)到12億美元。 2、加入 wto 后，外資對(duì)我國(guó)機(jī)械工業(yè)的結(jié)構(gòu)性沖擊也大大加強(qiáng)主要表現(xiàn)在：1） 、部 分行業(yè)發(fā)展主導(dǎo)權(quán)有可能受到?jīng)_擊。在以下行業(yè)將表現(xiàn)得更為突出：一是在國(guó)內(nèi)處于市 場(chǎng)成長(zhǎng)期、外方掌握專有技術(shù)并處于壟斷地位的技術(shù)密集型行業(yè)，如燃?xì)廨啓C(jī)、直流輸 電關(guān)鍵設(shè)備、半喂入式水稻聯(lián)合收割機(jī)

20、、機(jī)電一體化的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)附配件等；二是單靠 有限市場(chǎng)難以發(fā)揮企業(yè)生產(chǎn)能力、迫切需要全球市場(chǎng)支撐的行業(yè)，如高壓開關(guān)、大型變 壓器高檔科學(xué)儀器、高檔數(shù)控系統(tǒng)、智能化工業(yè)控制系統(tǒng)等；三是國(guó)內(nèi)外制造成本相差 較大、外方享有明顯的品牌優(yōu)勢(shì)、在華設(shè)廠可以在世界市場(chǎng)獲取豐厚利潤(rùn)的勞動(dòng)密集型 或易于流通的裝配型產(chǎn)品行業(yè)，如照相機(jī)、復(fù)印機(jī)、部分工業(yè)和民用儀表、高品質(zhì)低壓 電器等。2） 、工程成套行業(yè)將面臨更嚴(yán)峻的競(jìng)爭(zhēng)。隨著服務(wù)貿(mào)易領(lǐng)域?qū)ν忾_放，實(shí)力雄 厚的國(guó)外公司可能更積極地到國(guó)內(nèi)舉辦由其控制的、以工程承包為主要業(yè)務(wù)的工程公司， 以其母公司產(chǎn)品為后盾，以熟悉國(guó)內(nèi)情況的中方雇員為業(yè)務(wù)骨干，與我內(nèi)資企業(yè)展開激 烈的

21、競(jìng)爭(zhēng)。3） 、我國(guó)機(jī)械工業(yè)自主技術(shù)創(chuàng)新的積極性有可能被抑制。由于外資在華機(jī)械 企業(yè)主要承擔(dān)制造車間的角色，技術(shù)來源主要依靠其母公司，而原本就實(shí)力有限的內(nèi)資 企業(yè)在完全開放的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中堅(jiān)持自行研制開發(fā)將冒很大風(fēng)險(xiǎn)，為了節(jié)省投入，提高產(chǎn) 品的形象，多數(shù)內(nèi)資企業(yè)將盡可能與外方合作，采用國(guó)際同行的技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。4)、處 于幼稚期的自主產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)環(huán) 境趨于嚴(yán)峻。由于國(guó)外企業(yè)將更加不愿轉(zhuǎn)讓技術(shù)，更愿意通過在華舉辦由他們控制的企 業(yè)來與內(nèi)資機(jī)械企業(yè)爭(zhēng)奪中國(guó)用戶的訂單，國(guó)內(nèi)用戶也有了更多的便利采購(gòu)?fù)赓Y產(chǎn)品， 從而部分處于成長(zhǎng)初期的重要產(chǎn)品自主產(chǎn)業(yè)的培育壯大將更困難。 3、高速、精密、復(fù)合、智能和綠色是數(shù)控機(jī)床

22、技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)，近幾年來，在 實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化等方面取得可喜成績(jī)。主要表現(xiàn)在 :1) 機(jī)床復(fù)合技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)展 隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)步，復(fù)合加工技術(shù)日趨成熟，包括銑-車復(fù)合、車銑復(fù)合、車 - 鏜-鉆-齒輪加工等復(fù)合，車磨復(fù)合，成形復(fù)合加工、特種復(fù)合加工等，復(fù)合加工的精 度和效率大大提高?！耙慌_(tái)機(jī)床就是一個(gè)加工廠 ” 、 “一次裝卡，完全加工 ”等理念正 在被更多人接受，復(fù)合加工機(jī)床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢(shì)。2)數(shù)控機(jī)床的智能化 技術(shù)有新的突破，在數(shù)控系統(tǒng)的性能上得到了較多體現(xiàn)。如：自動(dòng)調(diào)整干涉防碰撞功 能、斷電后工件自動(dòng)退出安全區(qū)斷電保護(hù)功能、加工零件檢測(cè)和自動(dòng)補(bǔ)償學(xué)習(xí)功能、 高精度加工零件智能化參

23、數(shù)選用功能、加工過程自動(dòng)消除機(jī)床震動(dòng)等功能進(jìn)入了實(shí)用 化階段，智能化提升了機(jī)床的功能和品質(zhì)。 3)機(jī)器人使柔性化組合效率更高機(jī)器人 與主機(jī)的柔性化組合得到廣泛應(yīng)用，使得柔性線更加靈活、功能進(jìn)一步擴(kuò)展、柔性線 進(jìn)一步縮短、效率更高。機(jī)器人與加工中心、車銑復(fù)合機(jī)床、磨床、齒輪加工機(jī)床、 工具磨床、電加工機(jī)床、鋸床、沖壓機(jī)床、激光加工機(jī)床、水切割機(jī)床等組成多種形 式的柔性單元和柔性生產(chǎn)線已經(jīng)開始應(yīng)用。 4)精密加工技術(shù)有了新進(jìn)展數(shù)控金切機(jī) 床的加工精度已從原來的絲級(jí)（ 0.01mm）提升到目前的微米級(jí)（ 0.001mm） ，有些品 種已達(dá)到0.05m 左右。超精密數(shù)控機(jī)床的微細(xì)切削和磨削加工，精度可

24、穩(wěn)定達(dá)到 0.05m 左右，形狀精度可達(dá) 0.01m 左右。采用光、電、化學(xué)等能源的特種加工精 度可達(dá)到納米級(jí)（ 0.001m） 。通過機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、機(jī)床零部件的超精加工和精 密裝配、采用高精度的全閉環(huán)控制及溫度、振動(dòng)等動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償技術(shù)，提高機(jī)床加工 的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進(jìn)入亞微米、納米級(jí)超精加工時(shí)代。 5） 功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā) 展，并取得成熟的應(yīng)用。全數(shù)字交流伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置，高技術(shù)含量的電主軸、力 矩電機(jī)、直線電機(jī)，高性能的直線滾動(dòng)組件，高精度主軸單元等功能部件推廣應(yīng)用， 極大的提高數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平。 4、

25、體現(xiàn)在新技術(shù)的廣泛應(yīng)用和企業(yè)效益的明顯改善。目前機(jī)床行業(yè)的消費(fèi)主流是 數(shù)控機(jī)床。從國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的需求來看，以后數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)具有以下特征： 一是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是以后的主流產(chǎn)品。二采用新技術(shù)，降低成本，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性 是企業(yè)生存的關(guān)鍵。 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，考慮到它的控制方式和使用特點(diǎn)，才對(duì)機(jī)床 的生產(chǎn)率、加工精度和壽命提出了更高的要求。 1.31.3 設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的 數(shù)控機(jī)床是高度自動(dòng)化機(jī)床,其生產(chǎn)效率和加工精度也越來越高，但是由于機(jī)械結(jié)構(gòu) （如機(jī)床床身、導(dǎo)軌、工作臺(tái)、刀架和主軸箱等）的幾何誤差、加工過程機(jī)床的熱變形、 運(yùn)動(dòng)間的摩擦、傳動(dòng)間隙等因素的影響，數(shù)控機(jī)床的加工精度和加工效率還

26、有一定的提 升空間，本次設(shè)計(jì)的目的就是最大程度的提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。 2.2.主傳動(dòng)方案的擬定主傳動(dòng)方案的擬定 2.12.1 初定傳動(dòng)方案初定傳動(dòng)方案 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是將機(jī)器原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給機(jī)器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間環(huán)節(jié),傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中 各傳動(dòng)件因設(shè)計(jì)、制造和裝配不準(zhǔn)確及運(yùn)行中產(chǎn)生的磨損、受外力、溫度變化引起的變 形等因素會(huì)影響傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度,所以對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求較高。 常見的變速方式有三種：通過齒輪結(jié)構(gòu)變速、通過帶傳動(dòng)變速、有調(diào)速電機(jī)直接驅(qū) 動(dòng)。這三種傳動(dòng)各有優(yōu)缺點(diǎn)。 1.齒輪結(jié)構(gòu)變速 齒輪調(diào)速機(jī)構(gòu)可以通過少數(shù)幾對(duì)齒輪減速，擴(kuò)大了輸出扭矩，以滿足主軸對(duì)輸出扭 矩特性的要求。以獲得強(qiáng)力切屑時(shí)所需

27、要的扭矩。而且齒輪傳動(dòng)的經(jīng)度較高，但是這種 結(jié)構(gòu)幾何尺寸較大，而且對(duì)制造精度、安裝精度要求高。 2.通過皮帶傳動(dòng)的主傳動(dòng) 帶傳動(dòng)可以緩和沖擊和振動(dòng)，而且?guī)鲃?dòng)中心距不受限制，只要陪以合適的緊鏈結(jié) 構(gòu)，理論上中心距可以達(dá)到很大。當(dāng)設(shè)備承受載荷過大時(shí)可以通過打滑，提高設(shè)備的防 過載能力。但帶傳動(dòng)傳遞效率較低，易出現(xiàn)皮帶打滑造成皮帶磨損劇烈，而且傳動(dòng)比也 不明確。所以帶傳動(dòng)一般和齒輪傳動(dòng)一起進(jìn)行傳動(dòng)。 3.由調(diào)速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng) 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度之所以能夠自由改變，是因?yàn)楦袘?yīng)式交流電機(jī)（以后簡(jiǎn)稱為電機(jī)） 的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極數(shù)和頻率。由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)的極數(shù)是 固定不變的。由于該極

28、數(shù)值不是一個(gè)連續(xù)的數(shù)值（為2 的倍數(shù)，例如極數(shù)為 2，4，6） ，所以一般不適和通過改變?cè)撝祦碚{(diào)整電機(jī)的速度。另外，頻率能夠在電 機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。這種 主傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度。改變頻 率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)控制方法 但如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時(shí)會(huì) 使電機(jī)出于過電壓（過勵(lì)磁） ，導(dǎo)致電機(jī)可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同 時(shí)必須要同時(shí)改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時(shí)，電壓卻不可以繼續(xù)增加，最 高只能是等于電機(jī)的額定電壓。因此電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減小（速度降低） 而減小，難以保證低速時(shí)主

29、軸的轉(zhuǎn)矩。 綜合上述所有問題的考慮，本次設(shè)計(jì)采用齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)相結(jié)合的傳動(dòng)方式。這種 傳動(dòng)方式不但能夠保證低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩，還能使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在系統(tǒng)中專 有較小的比重，更容易控制傳動(dòng)的精度。 2.22.2 方案的選擇方案的選擇 參照數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)以及對(duì)一些典型機(jī)床的分析，可初定步將此數(shù)控機(jī)床的主 軸轉(zhuǎn)速分為高低兩檔,共有 12 級(jí)轉(zhuǎn)速：其中高低兩檔各有 6 級(jí)轉(zhuǎn)速，低速檔時(shí) =340r/=45r/min;高速檔時(shí)=1800 r/min，=235 r/min； max n min n max n min n 電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率分別為 1500 r/min，5.5kw。 已知主軸的轉(zhuǎn)

30、速分為 12 級(jí)，參考文獻(xiàn) 1，可將機(jī)床的轉(zhuǎn)速分為高低兩檔，其中高檔 最大轉(zhuǎn)速為 1800r/min，最小轉(zhuǎn)速為 235 max n min n r/min；r1=/=1800/235=7.66,r= 1max n min n1z 當(dāng)機(jī)床處于低速檔時(shí),轉(zhuǎn)速范圍= min max n n = 45 340 =7.556。=，即 n r n r 1z =1.499，取=1.449,已知=45,查標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表(見參考文獻(xiàn) 1 1z n r 5 566 . 7 7 06 . 1 min n 第 6 頁).從表中找到=45,就可每隔六個(gè)數(shù)取得一個(gè)數(shù),得低速檔的 6 級(jí)轉(zhuǎn)速分別為 min n 45,67,1

31、03,154,230,340 r/min; 當(dāng)機(jī)床處于高速檔時(shí), 主軸共有 6 級(jí)，轉(zhuǎn)速范圍=7.659。=，即 n r 235 1800 n r 1z =1.50,取=1.50,已知=1800 ,查標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表(見參考文獻(xiàn) 1 1z n r 5 659 . 7 7 06 . 1 max n 第 6 頁). 從表中找到=1800, 就可每隔六個(gè)數(shù)取得一個(gè)數(shù),得高速檔的 6 級(jí)轉(zhuǎn)速分別為 max n 236,354,543,815,1200,1800 r/min。 基本參數(shù)確定后，就可以根據(jù)需要確定具體的傳動(dòng)方式了，首現(xiàn)確定數(shù)控機(jī)床的主 傳動(dòng)方式。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)要求傳遞給一定的功率，要求主軸轉(zhuǎn)速

32、可以按加工要求在 一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)作有級(jí)機(jī)速，并且要求轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換要迅速可靠，并能滿足壽命要求。 2.2.12.2.1 齒輪變速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由于整個(gè)裝置為級(jí)變速，傳動(dòng)副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以 2 或 3 為合適，即變速級(jí)數(shù) z 應(yīng)為 2 和 3 的因子 z=3?？梢杂袃煞N方案： a 2 方案一 12=232 圖 2-1 主軸箱傳動(dòng)方案 1 傳動(dòng)齒輪數(shù)目 2（2+3+2）=14。 傳動(dòng)軸數(shù)目為 4 根。 操縱機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)單：兩個(gè)滑移齒輪和一個(gè)三聯(lián)滑移齒輪，可單獨(dú)也可集中操縱。 方案二 12=34 圖 2-2 主軸箱傳動(dòng)方案 2 傳動(dòng)齒輪數(shù)目 14 個(gè)。 傳動(dòng)軸數(shù)目為 3 根。 兩方案結(jié)構(gòu)非常相似，運(yùn)用的

33、齒輪數(shù)量相當(dāng)?shù)桨付校虚g軸上齒輪較多，所承 擔(dān)負(fù)載較大，對(duì)軸的剛度要求過高，負(fù)載時(shí)軸的變形過大影響機(jī)床加工的精度。相對(duì)來 說方案一軸的數(shù)目較多，但結(jié)構(gòu)還是比較清晰，沒根軸上的載荷分配比較均勻，受載時(shí) 變形較少，有利于提高傳動(dòng)精度。綜合各方面因素選用方案一較為合適。 2.2.22.2.2 各級(jí)傳動(dòng)比的計(jì)算各級(jí)傳動(dòng)比的計(jì)算 假設(shè)結(jié)構(gòu)如圖： 圖 2-3 傳動(dòng)比分配圖 由于已經(jīng)設(shè)計(jì)了各軸之間的相對(duì)位置關(guān)系，由傳動(dòng)系統(tǒng)草圖知共有六個(gè)傳動(dòng)比。 分別設(shè)齒輪 1 和齒輪 4 之間的傳動(dòng)比為,齒輪 2 和齒輪 5 之間的傳動(dòng)比為,齒輪 8 和 14 i 25 i 齒輪 9 之間的傳動(dòng)比為 ,齒輪 3 和齒輪

34、 6 之間的傳動(dòng)比為,齒輪 7 和齒輪 10 之間的 89 i 36 i 傳動(dòng)比為,帶輪傳動(dòng)比為。 710 i 輪帶 i 設(shè)其中。當(dāng)處于低檔時(shí)，手動(dòng)操作使得齒輪 12 和齒輪 14 嚙合。 25 i 14 i 36 i 當(dāng)中間的電磁離合器得電，齒輪 2 和齒輪 5 之間嚙合，當(dāng)時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速最小，為 45 或 67 r/min。 可得 1500=45r/min 25 i 89 i 輪帶 i 1113 i 1500=67 r/min 25 i 89 i 輪帶 i 1214 i 當(dāng)左側(cè)的電磁離合器得電，齒輪 3 和齒輪 6 之間嚙合，當(dāng)時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速最大，為 226 或 340 r/min。 可得 1

35、500=230 r/min 36 i 89 i 輪帶 i 1113 i 1500=340 r/min 36 i 89 i 輪帶 i 1214 i 當(dāng)右側(cè)的電磁離合器得電，齒輪 1 和齒輪 4 之間嚙合，當(dāng)時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速為 100 或 150 可得 1500=100 r/min 14 i 89 i 輪帶 i 1113 i 1500=150 r/min 14 i 89 i 輪帶 i 1214 i 當(dāng)處于高檔時(shí)，手動(dòng)操作使得齒輪 7 和齒輪 10 嚙合 236 或 354 可得 1500=235 r/min 25 i 710 i 輪帶 i 1113 i 1500=354 r/min 25 i 710

36、i 輪帶 i 1214 i 當(dāng)左側(cè)的電磁離合器得電，齒輪 3 和齒輪 6 之間嚙合，當(dāng)時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速最大，為 1200 或 1800 可得 1500=1200 r/min 36 i 710 i 輪帶 i 1113 i 1500=1800 r/min 36 i 710 i 輪帶 i 1214 i 當(dāng)右側(cè)的電磁離合器得電，齒輪 1 和齒輪 4 之間嚙合，當(dāng)時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速為 543 或 816 可得 1500=543 r/min 14 i 710 i 輪帶 i 1113 i 1500=815 r/min 14 i 710 i 輪帶 i 1214 i 由這 6 各方程聯(lián)列可解得 0.3226 0.7447

37、 1.6452 25 i 14 i 36 i 0.2576 1.3659 0.534 89 i 710 i 輪帶 i 1.532 0.326 1214 i 1113 i 傳動(dòng)比的選用時(shí)，應(yīng)注意的幾個(gè)問題，充分使用齒輪副的極限傳動(dòng)比=1/4， min u =2， max u 這個(gè)傳動(dòng)方案采用了帶輪變速和齒輪變速相結(jié)合的方式，不但保證了低速時(shí)的傳動(dòng) 力矩，而且減少了傳動(dòng)件數(shù)，進(jìn)而減少了傳動(dòng)過程中產(chǎn)生的誤差。在實(shí)踐中，若傳動(dòng)比 過大，特別是中間軸的傳動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致齒輪和箱體尺寸過大，齒輪線速度增大，容易產(chǎn)生 振動(dòng)和噪音，不利于提高加工精度。這組齒輪傳動(dòng)中傳動(dòng)比合適，零件尺寸適中，既有 利于減少震動(dòng)和噪音

38、，又有利于提高傳動(dòng)的精度。 2.2.32.2.3 各軸轉(zhuǎn)速的確定方法各軸轉(zhuǎn)速的確定方法 由傳動(dòng)比和電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以計(jì)算出各軸的轉(zhuǎn)速； 1.軸的轉(zhuǎn)速 軸從電機(jī)得到運(yùn)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成各級(jí)轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速和主軸最高轉(zhuǎn)速 應(yīng)相接近。顯然，從傳動(dòng)件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下恒功率工作時(shí)所受扭矩最小來考慮，軸不宜 將電機(jī)轉(zhuǎn)速降得太低。但如果軸上裝有摩擦離合器一類部件時(shí)，高速下摩擦損耗、發(fā) 熱都將成為突出矛盾，因此，軸轉(zhuǎn)速也不宜太高機(jī)床的軸轉(zhuǎn)速一般取 7001000 r/min 左右比較合適。另外也要注意到電機(jī)與軸的傳動(dòng)方式，如用帶輪傳動(dòng)時(shí)，降速比 不宜太大，和主軸尾部可能干涉。 2. 中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速 對(duì)于中間傳

39、動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小與噪音、振動(dòng)等性能 要求之間的矛盾。中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速較高時(shí)，中間傳動(dòng)軸和齒輪承受扭矩小，可以使軸 徑和齒輪模數(shù)小些，從而可以使結(jié)構(gòu)緊湊。但是，這將引起空載功率和噪音加大。從經(jīng) 驗(yàn)知：主軸轉(zhuǎn)速和中間傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況作相應(yīng)修正：1、對(duì)于功率較大 的重切削機(jī)床，一般主軸轉(zhuǎn)速較低，中間軸的轉(zhuǎn)速適當(dāng)取高一些對(duì)減小結(jié)構(gòu)尺寸的效果 較明顯。2、對(duì)高速輕載或精密機(jī)床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低一些。3、控制齒輪圓周速度 ，在此條件下，可適當(dāng)選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。smv/8 2.2.42.2.4 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速圖的確定速圖的確定 運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定以后，主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速就已經(jīng)知道了

40、，而且根據(jù)設(shè)計(jì)出來的各級(jí)齒輪的 傳動(dòng)比，這樣就可以擬定主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速圖，使主運(yùn)動(dòng)逐漸具體化。 電動(dòng)機(jī)軸 軸主軸 45 103 154 230 340 236 354 543 815 1200 1800 1500 1000 0.534：1 53：31 20：62 35：47 54：41 17：66 此機(jī)床集中傳動(dòng):公比為,級(jí)數(shù) z=12,變速范圍 r=1800/45=40。41. 1 3.3.動(dòng)力計(jì)算動(dòng)力計(jì)算 3.13.1 齒輪的計(jì)算齒輪的計(jì)算( (計(jì)算過程參考文獻(xiàn)計(jì)算過程參考文獻(xiàn) 2 2 第八章第八章) ) 3.1.13.1.1 確定齒輪齒數(shù)和模數(shù)（查表法）確定齒輪齒數(shù)和模數(shù)（查表法） 可以用計(jì)

41、算法或查表法確定齒輪齒數(shù)，后者更為簡(jiǎn)便。根據(jù)上面計(jì)算的傳動(dòng)比和初 步定出的小齒輪齒數(shù)，查表即可求出齒輪副齒數(shù)之和，再減得大齒輪的齒數(shù)。 用查表法求軸和軸上的齒輪的齒數(shù)和模數(shù) 1. 常用傳動(dòng)比的適用齒數(shù)（小齒輪） 選取時(shí)應(yīng)注意：不產(chǎn)生根切。一般取 zmin1820； 保證強(qiáng)度和防止熱變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的壁厚 2m,一般取 5mm 則 zmin6.5+2t/m。 同一傳動(dòng)組的各對(duì)齒輪副的中心距應(yīng)當(dāng)相等。若模數(shù)相同，則齒數(shù)和亦應(yīng)相等。但 由于傳動(dòng)比的要求，尤其是在傳動(dòng)中使用了公用齒輪后，常常滿足不了上述要求。機(jī)床 上可用修正齒輪，在一定范圍內(nèi)調(diào)整中心距使其相等。但修正量不能太大，一般齒數(shù)差

42、不能超過 34 個(gè)齒。 為了防止各種碰撞和干涉，三聯(lián)滑移齒輪的相鄰兩齒輪的齒數(shù)差應(yīng)大于 4。 所以，可以假設(shè)其中最小的齒輪 2 齒數(shù)為 20，而且由上可知，齒輪 2 和齒輪 5 之間 的傳動(dòng)比為 3.1，查常用傳動(dòng)比的適用齒數(shù)（小齒輪）表，可找到最接近的傳動(dòng)比為 3.15，當(dāng)時(shí)的齒數(shù)之和為 82?？傻么簖X輪齒數(shù)為 62。 2. 齒輪模數(shù)的估算 按接觸疲勞和彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜,而且有些系數(shù)只有在齒輪各參數(shù) 都已經(jīng)知道后方可確定,所以只在草圖畫完之后校核用。在畫草圖之前，先估算，再選用 標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)。 齒輪彎曲疲勞的估算： 32mm m3 znj n 其中 n 計(jì)算齒輪傳遞的額定功率

43、 n=nd 齒輪點(diǎn)蝕的估算：a370mm3 nj n 其中為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速,a 為齒輪中心距。nj 由中心距 a 及齒數(shù) z1、z2 求出模數(shù)： 21 2 zz a mj 根據(jù)估算所得和中較大得值,選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) mmj 以齒輪 2 和齒輪 5 為例 =n=15000.534=801 r/minnj 輪帶 i n=5.50.95=5.225kw 321.509 m 3 534 . 0 150062 225 . 5 a37069.133mm 3 534 . 0 1500 225 . 5 1.686 6220 133.692 mj 所以,根據(jù)選取,為了保證模數(shù)一定滿足要求,假設(shè)齒輪 2 和齒

44、輪 5 的模數(shù)為 3mj 由此可知,輸入軸 1 和傳動(dòng)軸 2 之間的中心距為 a=123mm 2 )52(zzm 2 )6220(3 同理且根據(jù) 1 軸和 2 軸之間的距離始終為 123mm,可得出 1 軸和 2 軸之間其余的齒輪 的齒數(shù)和模數(shù) 分別為 z1=35 m1=3 z4=47 m4=3 z3=51 m3=3 z6=31 m6=3 3.1.23.1.2 確定齒輪的齒數(shù)和模數(shù)（計(jì)算法）并校核確定齒輪的齒數(shù)和模數(shù)（計(jì)算法）并校核 以齒輪 8 和 9 為例 設(shè)計(jì)時(shí)采用最高轉(zhuǎn)速，即齒輪 10 的轉(zhuǎn)速為 1800r/min,已知該組齒輪傳遞的功率為 5.5kw,已知傳動(dòng)比為0.2576,假設(shè)齒輪

45、對(duì)稱布置,使用壽命為 8 年,每年以 300 工作日 89 i 計(jì),兩班制,中等沖擊,齒輪單向回轉(zhuǎn)。 1、齒輪的材料、精度和齒數(shù)選擇 因傳遞功率不大、轉(zhuǎn)速不高、材料按表 7-1 選取，都采用 55 鋼，鍛造毛坯，大齒輪 正火處理，小齒輪調(diào)質(zhì)，均用軟齒面。 齒輪精度用 6 級(jí)，軟齒表面粗糙度為1.6。 a r 軟齒面閉式傳動(dòng)，失效形式為點(diǎn)蝕，考慮傳動(dòng)平穩(wěn)性，取齒輪 8 的齒數(shù)為 17，則齒 輪 9 為 17/0.2576=66 2、設(shè)計(jì)計(jì)算 （1） 、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。 （2） 、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 3 1 1 ) 1(2 u uktzzz d dh

46、eh t =9.55 1 t mmnmmn n p .113290. 171800 665 . 51055 . 9 10 6 6 由圖 7-6 選取材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為: , ah mp580 lim2 ah mp560 min2 由圖 7-7 選取材料的彎曲疲勞極限應(yīng)力為: , af mp230 lim1 af mp210 lim2 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) n 由式(7-3)計(jì)算 =83001617180060 1 n 9 1007 . 1 2 n u n1 8 9 1076 . 2 66 171007 . 1 由圖 7-8 查得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù),1.021 1n z 2n z 由圖 7-9

47、查得彎曲疲勞壽命系數(shù),1,1 1 n y 2n y 由表 7-2 查得接觸疲勞安全系數(shù)1,彎曲疲勞安全系數(shù)1.4,又=2.0, minh s minf s st y 試選1.3 t k 由前面的式子求得許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力 an h h m mpz s 580 1 lim lim1 an h linh h mpz s 571 2 lim 1 2 an f stf f mpy s y 3281 4 . 1 2230 1 lim lim1 1 an f stf f mpy s y 300 2 lim lim2 2 將有關(guān)值代入式子 得 =59.17 3 1 1 ) 1(2 u uktzzz

48、d dh eh t 3 2 66 831132903 . 12 571 90 . 0 8 . 1895 . 2 則1.44 100060 11 1 nd v t sm/ 查圖 7-10 得; 由表 7-3 查得;由表 7-4 查得;取;則09 . 1 v k25 . 1 a k05 . 1 k1 k 431 . 1 105 . 1 09 . 1 25 . 1 k kkkk vah 修正mmdd t 95.6003 . 1 17.59 3 . 1 431 . 1 3 11 mmzdm58 . 3 17/95.60/ 11 由表 7-6 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 5 . 3m 3校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 由圖 7-

49、18 查得 2 . 4 1 fs y0 . 4 2 fs y 取7 . 0 y 由式（7-12）校核大小齒輪的彎曲強(qiáng)度 1 2 1 3 2 1 1 87.767 . 02 . 4 53 . 3 171 11329043 . 1 22 fafs d f mpyy mz kti 20.73 2 . 4 0 . 4 87.76 2 1 2 12fa fs fs ff mp y y 所以，初選的齒輪齒數(shù)和計(jì)算出的模數(shù)符合要求。 求得齒輪 8 和 9 的齒數(shù)和模數(shù)分別為 z8=17 m8=3.5 z9=66 m9=3.5 其中齒輪8的齒數(shù)為17，有可能會(huì)發(fā)生根切現(xiàn)象，所以要修正齒輪，齒輪修正的方法如下

50、正變位齒輪傳動(dòng) - 根切現(xiàn)象 當(dāng)用范成法加工齒數(shù)較少的齒輪，會(huì)出現(xiàn)輪齒根部的漸開線齒廓被部分切除的現(xiàn)象 。這種現(xiàn)象稱為根切。嚴(yán)重的根切，不僅削弱輪齒的彎曲強(qiáng)度，也將減小齒輪傳動(dòng)的重 合度，應(yīng)設(shè)法避免。為避免根切，應(yīng)使所設(shè)計(jì)直齒輪的齒數(shù)大于17，在輪齒彎曲強(qiáng)度足 夠的條件下，允許齒根部分有輕微根切時(shí)，最少齒數(shù)可取為14。 正變位齒輪傳動(dòng) - 變位齒輪 1、標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)的缺點(diǎn) 1）結(jié)構(gòu)不夠緊湊：齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸取決于模數(shù)和齒數(shù)，而模數(shù)是由強(qiáng)度條件決定的。 所以齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸就取決于齒數(shù)，齒數(shù)越少結(jié)構(gòu)越緊湊，但標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒數(shù)不可小于1 7，否則輪齒要產(chǎn)生根切。這就限制了齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸不能太小。 2）難

51、以配湊中心距：標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)不適用于實(shí)際中心距不等于標(biāo)準(zhǔn)中心距的場(chǎng)合。當(dāng) 實(shí)際中心距大于標(biāo)準(zhǔn)中心距時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)雖仍然保持定傳動(dòng)比，但會(huì)出現(xiàn)過大 的齒側(cè)間隙，反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，有較大的振動(dòng)沖擊，同時(shí)重合度也減小。當(dāng)實(shí)際中心距小于 標(biāo)準(zhǔn)中心距時(shí)，則無法安裝。 3）承載能力較低：一對(duì)相互嚙合的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，小齒輪齒根厚度小于大齒輪的齒根厚度 ，兩者抗彎能力有差別，使大齒輪的抗彎能力不能充分發(fā)揮出來，達(dá)不到等強(qiáng)度要求。 為了彌補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)齒輪的缺點(diǎn)，滿足生產(chǎn)不斷發(fā)展的需要，人們提出了對(duì)齒輪進(jìn)行變位修正 的加工方法。 變位齒輪 （1）變位修正法：將齒條刀具相對(duì)輪坯移動(dòng)一段距離 xm 切制齒輪的方法。其中 xm 稱

52、為 變位量，x 稱為變位系數(shù)。 刀具向遠(yuǎn)離輪坯的方向移動(dòng)，稱為正變位；向靠近輪坯的方向移動(dòng)，則稱為負(fù)變位。用 變位修正法切制的齒輪稱為變位齒輪。因?yàn)辇X條刀具中與分度線平行的任一直線上的齒 距，模數(shù)和壓力角都相等，又 dbm*z*cos，所以如采用變位修正，變位齒輪的齒距、 模數(shù)、壓力角及基圓參數(shù)不變。由變位切齒原理可知，切制變位齒輪與切制標(biāo)準(zhǔn)齒輪相 比較，只是刀具位置的變動(dòng)，并沒有改變切齒機(jī)床的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，所以無需重新設(shè)計(jì) 齒輪加工機(jī)床與刀具，這為變位齒輪的制造提供了極大的方便，使變位齒輪傳動(dòng)得以廣 泛應(yīng)用。 用變位修正法求得齒輪的變位系數(shù)如下。 編號(hào)模數(shù)齒數(shù)齒形角變位系數(shù) 1335 20

53、+0.5 2320 20 +0.8 3351 20 0 4347 20 -0.5 5362 20 0 6331 20 0 7356 20 0 8 35 17 20 +0.218 9 35 66 20 0 10341 20 +0.169 11380 200 12325 200 13344 200 143106 200 齒輪材料為 55 鋼,熱處理為齒部 g580.2,深 0.5 3.1.33.1.3 齒輪的精度設(shè)計(jì)齒輪的精度設(shè)計(jì) 齒輪精度設(shè)計(jì)的方法及步驟：1、確定齒輪的精度等級(jí)； 2、齒輪誤差檢驗(yàn)組的選擇及其公差值的確定； 3、計(jì)算齒輪副側(cè)隙和確定齒厚極限偏差代號(hào)； 4、確定齒坯公差和表面粗糙度

54、； 5、公法線平均長(zhǎng)度極限偏差的換算； 6、繪制齒輪零件圖。 以齒輪 9 為例：齒數(shù)為 66，模數(shù)為 3.5,變位系數(shù)為 0。 1.確定齒輪的精度等級(jí) 由于該齒輪是主軸箱內(nèi)的齒輪，對(duì)傳動(dòng)精度和穩(wěn)定性的要求都比較高，主要要求 的是傳動(dòng)平穩(wěn)性精度等級(jí)。據(jù)圓周速度 100060 dn v sm/11 . 4 60000 340665 . 3 對(duì)于如此要求高的齒輪，并參考文獻(xiàn) 1 的表 10-8，采用 6 級(jí)精度。 2.齒輪誤差檢驗(yàn)組的選擇及其公差值的確定 該齒輪屬中等精度，且為批量生產(chǎn)查表 12-3 選定、 i f w f i f f 組成檢驗(yàn)方案。根據(jù)及mmmzd231665 . 3 11 mmb

55、27 1 查表 12-13、表 12-14、表 12-15 可得公差值： 第公差組 36 r f25 f45 p f 第公差組 9 f f11 pt f10 pb f 第公差組 9 f 3.計(jì)算齒輪副側(cè)隙和確定齒厚極限偏差代號(hào)代號(hào) 計(jì)算齒輪副的最小極限側(cè)隙 由文獻(xiàn) 1 表 12-10 按油池潤(rùn)滑和查得 minn j smv/11 . 4 035 . 0 5 . 301 . 0 01 . 0 1 nn mj sin)(2 22112tn taj 根據(jù)齒輪和箱體的材料，從材料手冊(cè)上查得，鋼和鑄鐵的線膨脹系數(shù)分別為 c /10 5 . 11 6 1 c /105 .10 6 2 傳遞的中心距 mm

56、zzm a25.145 2 )1766(5 . 3 2 )21( 所以，mmjn038 . 0 031 . 0 120 25.145 2 確定齒厚極限偏差代號(hào) 齒厚上偏差 由文獻(xiàn) 1 式（12-15） n bb nnna ss fffjjf e cos2 104 . 2 tan 2 2 2 1 2 21 式中前面已查得 f9 fm 由文獻(xiàn) 1 表 12-14 按 6 級(jí)精度查得 pb f mfpb11 1 mfpb9 2 由文獻(xiàn) 1 表 12-17 按 145.5，6 級(jí)精度查得 ，mfa20 所以，代入數(shù)據(jù)得，me ss 56 因?yàn)?11 pt f 11 56 pt ss f e 由文獻(xiàn) 1

57、 圖 12-29 或者 12-9 查得齒厚的上偏差代號(hào)為 g，因此 666 ptss fe 齒厚下偏差 可知 6 22 tan2 rrn sbft 查表文獻(xiàn) 112-13，6 級(jí)精度齒輪，查表 12-11，mfr36 ，所以mmitbr917226 . 1 826 . 1 mt s 24.71913620tan2 22 mmtee ssssi 1377166 5 . 12 11 137 pt si f e 由文獻(xiàn) 1 圖 12-29 或表 12-9 查得齒厚下偏差代號(hào)為 k，因此 mesi1321112 至此，小齒輪的精度為：6gk gb10095-88 4.確定齒坯公差、表面粗糙度 齒輪內(nèi)孔

58、是加工、檢驗(yàn)及安裝的定位基準(zhǔn)，對(duì) 6 級(jí)精度的齒輪，由表 12-18 查得： 內(nèi)孔尺寸公差為 it7，內(nèi)孔直徑為 85mm,偏差按基準(zhǔn)孔 h 選取，即齒輪內(nèi)孔的下偏差為 0，上偏差為+0.022。內(nèi)孔的形狀公差按 6 級(jí)決定或遵守包容原則。 定位端面的端面圓跳動(dòng)公差由表 12-19 查得為 0.014mm。 齒頂圓只作為切齒加工的找正基準(zhǔn)，不作為檢驗(yàn)基準(zhǔn)，故其公差選用 it11，齒頂圓 直徑，偏差按基準(zhǔn)軸 h 選取,即下偏差為-0.290，上偏差為 0。mmmhdd aa 2382 11 齒輪的表面粗糙度按 7 級(jí)查表 12-20，各表面粗糙度分別為：齒面=1.6,內(nèi)孔 a r a r =1.

59、6,基準(zhǔn)端面=3.2,齒頂圓=6.3。 a r a r a r 5.公法線平均長(zhǎng)度極限偏差的換算 公法線的公稱長(zhǎng)度 w 及其跨齒數(shù) k,可從機(jī)械設(shè)計(jì)有關(guān)手冊(cè)中查得或按式 12-7 和式 12-8 求得 跨齒數(shù)85 . 09/665 . 09/ zk 724.8066014 . 0 ) 116(476. 1 5 . 3014 . 0 ) 12(476. 1 zkmw 該齒輪為中模數(shù)齒輪，控制側(cè)隙的指標(biāo)宜采用公法線平均長(zhǎng)度極限偏差，按換 wiwse e 算式 12-20、式 12-21、式 12-22 得 mfee nrnsswms 9 . 7020sin3672 . 0 20cos66sin72

60、 . 0 cos mfee nrnsiwsi 2 . 11520sin3672 . 0 20cos132sin72 . 0 cos 6.齒輪工作圖 下圖為本例齒輪零件圖。 公差組 ff 0.025 0.036 0.045 0.009 0.011 0.010 0.009 fpb f fpt fr fp fw 80.724-0.071 -0.115wk 跨k齒公法線 平均長(zhǎng)度偏差 精度等級(jí) 齒輪副中心距 及其極限偏差 配對(duì)齒輪 afa 檢驗(yàn)項(xiàng)目代號(hào) 齒數(shù) 圖號(hào) 17 公差值 138 6gkgb10095-88 145.50.020 法向模數(shù) 齒數(shù) 齒形角 徑向變化系數(shù) 跨齒數(shù) 齒頂高系數(shù) ha*