龙门式数控钻床设计说明书efnh.docx

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1、毕业设计计（论文文）龙门式数数控钻床床机械结结构设计计The Mecchannicaal SStruuctuurall Desiign Forr Ganttry CNCC Drilllinng MMachhinee学生姓名所在院系所学专业所在班级指导教师教师职称完成时间： 周 海 东 ： 机 电 学 院 ： 机械设计制造及其自动化 ： 机制0545 ： 杜 华 ： 教 授 ： 2009年6月18日 长春工程程学院摘要近些年来来，国内内外机床床工业的的发展十十分迅速速，以数数控为特特征的现现代化机机床在生生产中广广泛应用用。在工工农业生生产中，经经常会碰碰到一些些大型回回转体类类零件，其其上需加

2、加工很多多孔。用用普通机机床对其其加工往往往会遗遗漏，而而小型数数控加工工中心则则难以对对其进行行加工。本本课题就就是针对对这一问问题，设设计一台台龙门式式数控钻钻床，专专门适合合对这一一类零件件进行钻钻削加工工。它不不仅大大大减轻了了操作者者的劳动动强度，而而且大大大提高了了劳动生生产率。本次设计计包括了了数控钻钻床的主主要机械械结构，其其中包括括：主轴轴箱中的的主传动动系装配配；进给给系统中中的工作作台装配配和传动动系统中中的丝杠杠螺母等等设计。同同时，将将各项相相关技术术合理运运用，以以达到最最优化设设计的目目的。机械制造造工业是是国民经经济的基基础。机机床工业业则是机机械制造造工业的的

3、基础，它它在国民民经济中中起着至至关重要要的作用用，但我我国机床床工业与与发达国国家相比比还有较较大差距距，我们们必须奋奋发图强强，努力力工作，以以便早日日赶上世世界先进进水平。关键词数控钻床床 主主轴箱 工作作台 丝杠螺螺母AbsttracctIn rreceent yeaars, doomessticc maachiine toool iinduustrry ddeveelopped rappidlly, to a mmodeern CNCC maachiine toool iis ccharractteriizedd byy wiidelly uusedd inn thhe pprodd

4、ucttionn. IIn tthe inddusttriaal aand agrricuultuurall prroduuctiion, offtenn enncouunteer aa nuumbeer oof llargge-sscalle rrotaatinng bbodyy paartss, iits a llot of holles to be proocesssedd. OOrdiinarry mmachhinee tooolss arre oofteen lleftt ouut oof iits proocesssinng, andd smmalll-sccalee CNNC m

5、machhiniing cennterr iss diiffiicullt tto ccarrry oout itss prroceessiing. Thhe ssubjjectt iss a ressponnse to thiis pprobblemm, tthe dessignn off a ganntryy CNNC DDrilllinng MMachhinee, sspeccifiicallly suiitedd foor tthiss tyype of driilliing parrts. Itt noot oonlyy grreattly redducees tthe opeera

6、ttors llaboor iinteensiity andd laaborr prroduuctiivitty iincrreassed siggnifficaantlly. The dessignn inncluudess a CNCC drrilllingg maachiine of thee maain mecchannicaal sstruuctuure, inncluudinng: thee maain spiindlle bbox powwerttraiin aasseemblly; feeedinng ssysttem tabble in thee asssemmblyy an

7、nd tthe leaad sscreew nnut driive sysstemm deesiggn. At thee saame timme, thee reelatted tecchnoologgy wwilll bee ussed in a rreassonaablee maanneer, so as to achhievve tthe purrposse oof ooptiimumm deesiggn. Machhineery mannufaactuurinng iinduustrry iis tthe fouundaatioon oof tthe nattionnal ecoono

8、mmy. Macchinne ttooll inndusstryy iss thhe bbasiis oof mmechhaniicall maanuffactturiing inddusttry, whhichh inn thhe nnatiionaal eeconnomyy pllayss a vittal rolle, butt Chhinaas macchinne ttooll inndusstryy annd sstilll aa wiide gapp beetweeen devveloopedd coounttriees, we musst wworkk haard, woork

9、harrd iin oordeer tto ccatcch uup wwithh thhe wworlld aat aan eearlly ddatee addvanncedd leevell.Keywwordds:CNC driilliing macchinne heeadsstocck wworkktabble leaadsccreww annd nnut.目录一绪论111.1 金属属切削机机床及其其重要地地位11.2 问题题的提出出11.3国国内外发发展状况况1二方案论论证22.1 总体布布局方案案论证222.1.1数控控立式钻钻床22.1.2钻削削中心222.1.3印刷刷线路板板数控钻

10、钻床32.1.4其它它大型数数控钻床床32.2 数控控钻床功功能组成成及各部部件方案案论证332.2.1 数控系系统总体体方案确确定32.2.2主机机部分总总体方案案确定44三横梁滚滚珠丝杠杠设计计计算53.1 动载载强度计计算53.2 滚珠珠丝杠轴轴向负荷荷F的计算算63.3 确定定滚珠丝丝杠型号号73.4 珠丝丝杠副的的几何参参数73.5 传动动效率计计算73.6 刚度度检验88四机械部部分设计计计算884.1主主传动系系设计计计算84.1.1动设设计计算算84.2 主轴的的设计与与计算1144.2.1 选选择轴的的材料1144.2.2 估估算轴的的直径1144.2.3 按按弯扭轴轴上合成

11、成强度条条件计算算154.2.4按疲疲劳强度度的安全全系数校校核计算算164.3 轴承的的选择与与校核1184.4 主轴上上键的选选择与校校核2004.4.1挤压压强度校校核2004.4.2 耐耐磨条件件校核220五工作台台设计与与计算2205.1 工作作台电机机的选择择215.1.1 确确定脉冲冲当量2215.1.3 等等效力矩矩计算2225.1.4 确确定蜗轮轮蜗杆的的传动比比225.1.5确定定电机型型号2225.2 工作作台蜗轮轮蜗杆的的设计计计算2335.2.1 确确定蜗轮轮蜗杆模模数2335.2.2蜗杆杆轴的刚刚度验算算245.2.3蜗杆杆蜗轮几几何尺寸寸计算2245.2.4 蜗蜗

12、杆传动动的效率率和散热热计算2275.3 工作作台弹簧簧的设计计计算2285.4 工作作台滚动动导轨设设计计算算285.4.1滚动动体的尺尺寸要求求及确定定295.4.2滚动动体数目目确定2295.4.3 保保持架样样式299总结300致谢311参考文献献32一绪论1.1金金属切削削机床及及其重要要地位金属切削削机床（Metal cutting machine tools）是用切削的方法将金属毛坯加工成机械零件的机器。它是制造机器的机器，所以称它为“工作母机”。习惯上简称为机床。机床的母母机属性性决定了了它在国国民经济济中的重重要地位位。机械械制造业业肩负着着为国民民经济各各部分提提供现代代化

13、技术术装备的的任务。机机械制造造业是国国民经济济的基础础，而机机床工业业则是机机械制造造工业的的基础，一一个国家家的机床床工业技技术水平平在很大大程度标标志着这这个国家家的工业业生产能能力和科科学技术术水平。1.2问问题的提提出在生产活活动中，经经常会遇遇到需要要在大型型回转体体零件上上加工出出许多孔孔。如用用普通机机床，往往往会遗遗漏加工工，故需需设计一一台大型型数控钻钻床来对对其进行行加工。这这不仅减减轻了劳劳动者的的劳动强强度，而而且大大大提高了了劳动生生产率。1.3 国内外发发展状况况（一）国国内数控控机床现现状 近年来我我国企业业的数控控机床占占有率逐逐年上升升，在大大中企业业已有较

14、较多的使使用，在在中小企企业甚至至个体企企业中也也普遍开开始使用用。在这这些数控控机床中中，除少少量机床床以FMMS模式式集成使使用外，大大都处于于单机运运行状态态，并且且相当部部分处于于使用效效率不高高，管理理方式落落后的状状态。 20011年，我我国机床床工业产产值已进进入世界界第5名，机机床消费费额在世世界排名名上升到到第3位，达达47.39亿亿美元，仅仅次于美美国的553.667亿美美元，消消费额比比上一年年增长225%。但但由于国国产数控控机床不不能满足足市场的的需求，使使我国机机床的进进口额呈呈逐年上上升态势势，20001年年进口机机床跃升升至世界界第2位，达达24.06亿亿美元，

15、比比上年增增长277.3%。（二）国国外数控控机床现现状况1、国际际机床市市场的消消费主流流是数控控机床。19988年世界界机床进进口额中中大部分分是数控控机床，美美国进口口机床的的数控化化率达770%，我我国为660%。目目前世界界数控机机床消费费趋势已已从初期期以数控控电加工工机床、数数控车床床、数控控铣床为为主转向向以加工工中心、专专用数控控机床、成成套设备备为主。2、国外外数控机机床的网网络化。随着计算算机技术术、网络络技术日日益普遍遍运用，数数控机床床走向网网络化、集集成化已已成为必必然的趋趋势和方方向，互互联网进进入制造造工厂的的车间只只是时间间的问题题。从另另一角度度来看，目目前

16、流行行的ERRP即工工厂信息息化对于于制造业业来说，仅仅仅局限限于通常常的管理理部门（人人、财、物物、产、供供、销）或或设计、开开发等等等上层部部分的信信息化是是远远不不够的，工工厂、车车间的最最底层加加工设备备数控控机床不不能够连连成网络络或信息息化就必必然成为为制造业业工厂信信息化的的制约瓶瓶颈，所所谓的EERP就就比较“虚”没有能能够真正正地解决决制造工工厂的最最关键的的问题。所所以，对对于面临临日益全全球化竞竞争的现现代制造造工厂来来说，第第一是要要大大提提高机床床的数控控化率，即即数控机机床必须须达到起起码的数数量或比比例；第第二就是是所拥有有的数控控机床必必须具有有双向、高高速的联

17、联网通讯讯功能，以以保证信信息流在在工厂、车车间的底底层之间间及底层层与上层层之间通通讯的畅畅通无阻阻。以西西门子为为代表的的数控系系统生产产厂商已已在几年年前推出出了具有有网络功功能的数数控系统统。在这这些系统统中，除除了传统统的RSS2322接口外外，还备备有以太太网接口口，为数数控机床床联网提提供了基基本条件件。由于于国外企企业的发发展水平平，数控控机床的的网络接接口功能能被定义义为用于于远程监监控、远远程诊断断。二方案论论证2.1总总体布局局方案论论证数控钻床床是数字字控制为为主的孔孔加工机机床。在在数控机机床的发发展过程程中，数数控钻床床的出现现是比较较早的。550年代代末，我我国已

18、有有几种数数控钻床床的雏形形。美国国普拉特特惠特尼尼公司在在19661年就就成批生生产Taape-O-MMatiic数控控钻床。它它也是数数控钻床床的最早早产品。此此后，美美国、日日本等国国家的公公司也陆陆续生产产数控钻钻床，数数控转塔塔钻床等等产品。数控钻床床按其布布局形式式及功能能特点可可分为数数控立式式钻床、钻钻削中心心、印刷刷线路板板数控钻钻床，数数控深孔孔钻床及及其它大大型数控控钻床等等。2.1.1 数控立式式钻床数控立式式钻床是是在普通通立式钻钻床的基基础上发发展起来来的，可可以完成成钻，扩扩，铰，攻攻丝等多多道工序序。适用用于孔间间距离有有一定精精度要求求的零件件的中小小批量生生

19、产。它它一般带带有两坐坐标数控控十字型型工作台台，被加加工零件件装夹在在工作台台上可进进行两坐坐标移动动，其控控制系统统一般是是点位控控制系统统。属于于经济型型数控，价价格便宜宜。2.1.2 钻削中心心钻削中心心是在33坐标数数控立式式钻床的的基础上上增加转转塔刀库库及自动动换刀机机构而成成的采用无级级调速的的主轴电电动机，可可实现自自动变换换主轴转转速，可可以进行行钻、扩扩、铰、锪锪、攻丝丝等加工工工序，而而且，可可以完成成具有直直线和圆圆弧插补补的轮廓廓控制铣铣削。由于一般般中小型型零件大大多需要要几把刀刀具来加加工，故故增加自自动换刀刀装置并并同时自自动变换换主轴转转速。可可减轻劳劳动强

20、度度，减少少换刀时时间，既既提高了了机床的的自动化化程度，又又提高了了生产率率。由于用轮轮廓控制制数控系系统代替替了点位位控制数数控系统统。可进进行具有有直线和和圆弧插插补功能能的铣削削加工，更更适合于于钻铣联联合加工工的零件件。根据换刀刀原理及及机床结结构的不不同，目目前钻削削中心分分为单立立柱式玉玉双立柱柱式两种种。多立立柱式的的换刀方方式是在在砖塔中中径布置置6或88根主轴轴，由转转塔回转转实现主主轴转换换及自动动换刀。由于转塔塔中需要要布置多多根主机机，并由由主轴主主传动，分分度，定定位等机机构。由由于转塔塔头结构构复杂，加加工困难难，还有有尺寸限限制，主主轴刚性性受到一一定影响响，各

21、主主轴间的的位置精精度也不不理想，因此多主轴式钻削中心存在上述一些问题，很多厂家开发了单轴式钻削中心，它是在同一根主轴上自动换装有各种刀具的刀柄实现自动换刀，并采用转塔式刀库，克服了多轴式的缺点。2.1.3印刷刷线路板板数控钻钻床印刷线路路板数控控钻床是是一种专专门用来来加工印印刷线路路板的专专用钻孔孔机床。2.1.4 其它大型型数控钻钻床对于某些些大型零零件，在在一般数数控钻床床，钻削削中心上上无法加加工。故故使用大大型数控控钻床。由于该设计的钻床是要求钻妃的最大直径为，且工件为的盘形零件，工件高度为，属大型多孔零件，加工所需刀雎较少，且不频繁换刀，孔距精度要求不太高，故设计成龙门式数控 钻

22、床，其也可完成钻、扩、铰、攻丝等多道工序。2.2数数控钻床床功能组组成及各各部件方方案论证证数控钻床床一般包包括以下下几个部部分：（11）、主主机 包包括床身身，立柱柱，工作作台，和和主轴箱箱等机械械部件（22）、数数控系统统（3）、驱驱动装置置（4）、其其它辅助助装置，如如冷却系系统，防防护罩，排排屑器。2.2.1数控控系统总总体方案案确定2.2.1.11 系系统运动动方式的的确定 数数控统的的运动方方式可分分为点位位控制系系统，点点们直线线系统，连连续控制制系统。点点位控罅罅系统只只能够实实现由一一个位置置到另一一个位置置的精确确移动，在在移动过过程中不不进行任任何加工工。连续续控制系系统

23、要求求工作台台或刀具具沿各个个坐标轴轴的运动动有精确确的运动动关系。数数控钻床床在工作作台移动动过程中中钻头并并不进行行钻孔加加工，回回此数控控装置可可采用点点位控制制方式。点点位系统统的要求求是快速速定位，保保证定位位精度。2.2.1.22 伺伺服系统统的选择择开环控制制系统没没有检测测反馈部部件，不不能纠正正系统的的传动误误差。但但其结构构简单，调调整维修修方便，在在速度和和精度要要求不太太高的场场合广泛泛应用。闭环控制制系统在在机床移移动部件件上装有有检测反反馈元件件来检测测实际位位移，能能补偿系系统的传传动误差差，伺服服控制精精度高，调调试复杂杂，系统统造价高高。由于该机机床是加加工敢

24、距距精度有有要求但但不太高高的零件件，采用用开环控控制系统统。精度度要求满满足，结结构简单单，调整整维修容容易，可可降低机机床造价价。并采用步步进电机机作为伺伺服电机机。2.2.1.33 执执行机构构传动方方式确定定 为确保保数控系系统的传传动精度度和工作作台平稳稳性，通通常提出出低摩擦擦，低质质量，高高刚度，无无间隙，高高谐振，以以及由适适宜阻尼尼比的要要求。为为满足低低摩擦，尽尽量消除除传动间间隙的要要求。本本设计横横梁采用用滚珠丝丝杠螺母母传动副副。为提提高系统统的传动动刚度，保保证加工工精度，丝丝杠支撑撑设计成成两端轴轴向固定定，并加加预拉伸伸的结构构。2.2.2主机机部分总总体方案案

25、确定2.2.2.11 工工作台工作台是是数控机机床的重重要部件件，其形形式尺寸寸往往表表现机床床的规格格和性能能。工作作台有矩矩形，回回转形式式，以及及倾斜成成各种角角度的万万能工作作台等三三种。由由于该机机床是加加工大型型盘形零零件。故故采用回回转工作作台。并并采用开开环控制制。其定定们精度度由控制制系统决决定。开开环系统统中的数数控转台台由传动动系统，间间隙消除除装置，及及蜗轮夹夹紧装置置等组成成。2.2.2.22 床床身采用龙门门式结构构。由两两立柱，顶顶梁，横横梁，工工作台，主主轴箱等等组成。其其钻孔的的位置定定们分别别由主轴轴箱沿横横梁的横横向移动动和工作作台的转转动来实实现。横横梁

26、可沿沿两个立立柱的导导轨上下下调整位位置，以以适应不不同高度度的加式式需要。这这种布局局形式由由两个立立柱，顶顶梁和床床身构成成龙门框框架式结结构，主主轴中心心线的悬悬身距离离也很小小，所以以刚度较较高，可可提高加加工精度度。2.2.2.33 主主轴箱 带带有刀具具的主轴轴箱的垂垂直移动动为Z坐坐标。采采用步进进电机驱驱动。其其旋转主主运动采采用交流流电机驱驱动，可可变换主主轴转速速，以适适应钻孔孔直径改改变的需需要。各主要参参数工件为的的盘形零零件钻孔大小小为工件高度度为查表：最最大钻孔孔直径确确定主轴轴圆锥孔孔莫氏号号数为44主轴端面面到工作作台的最最大距离离主轴端面面到底座座工作台台面的

27、最最大距离离三横梁滚滚珠丝杠杠设计计计算3.1 动载载强度计计算额定动负负荷是指指当一批批规格相相同的滚滚珠丝杠杠螺母副副，在一一负荷力力的测试试运转下下，能通通过运动动，而有有不产生生疲劳损损伤时所所能承受受的最大大轴向载载荷。当时，滚滚珠丝杠杠螺母的的主要破破坏形式式是工作作表面的的疲劳点点蚀，因因此要进进行动载载荷强度度计算，其其计算动动载荷应应小于或或等于滚滚珠丝杠杠螺母副副的额定定动负荷荷，有公公式：式中，动动载荷系系数，从从数控控机床系系统设计计115表表5-11可查得得：硬度影响响系数，同同上，表表5-22可查得得：当量动负负荷，单单位N滚珠丝杠杠螺母副副的额定定动负荷荷，单位位

28、N寿命，以以为1个个单位。式中，使使用寿命命，h;循环次数数；滚珠丝杠杠的当量量转速，。式中，、滚珠丝丝杠螺母母副所承承受的轴轴向载荷荷，N；、与、相相对应的的转速，；、相对应应的工作作时间，3.2 滚珠珠丝杠轴轴向负荷荷F的计计算（1）摩摩擦力的的计算初估算主主轴箱重重量为110000N， 知；（2）惯惯性力计计算有公式：显然惯性性力很小小，可忽忽略，所所以。轴轴向负荷荷（3）丝丝杠螺母母长度估估算由公式：查表得，使使用推荐荐寿命，初选丝杠杠螺距由由此可以以算出丝丝杠转速速：所以：（4）确确定最大大动负荷荷：式中，滚滚珠丝杠杠轴向负负荷；负荷性质质系数；查数数控机床床机器人人机械系系统设计计

29、指导6中表4-2得=1.22温度系数数；同上上书中在在表4-3中可可得：=1;硬度系数数；同上上书中表表4-44中得到到：=11;精度系数数；同上上书中表表4-55中得到到：=11;可靠性系系数；同同上在表表4-66中可得得：=11；将查得数数值：=1.22; =11; =11; =11; =1;代代入公式式得：3.3 确定定滚珠丝丝杠型号号额定动负负荷应满满足的条条件为：额定动负负荷最大大动负荷荷查书数数控机床床设计实实践指南南77表FF-8可可得：取取公称直直径 滚珠丝杠杠螺母副副的型号号为：FFF32204-3；其基本额额定动负负荷为9960000N，足足够用。3.4 珠丝丝杠副的的几何

30、参参数公称直径径 螺距 螺旋升角角 滚珠直径径 滚道半径径 偏心距 丝杠外径径 丝杠内径径 螺母配合合外径 螺母装配配总长度度 3.5 传动动效率计计算式中，为为摩擦角角；为丝丝杠螺旋旋升角。3.6 刚度度检验滚珠丝杠杠受工作作负载引引起的导导程L的的变化量量P=1000N； L=0.445cmm;E= (材材料为钢钢)所以丝杠因受受扭矩而而引起的的导程变变化量很很小，可可以忽略略。所以以导程总总误差为为：查标志BB级精度度的丝杠杠允许误误差为550故刚度足足够。四机械部部分设计计计算4.1 主传动系系设计计计算在主传动动时，应应结合具具体机床床进行具具体分析析，一般般应满足足以下几几个基本本

31、要求：a) 满足机床床使用性性能的要要求b) 满足机床床传递动动力的要要求c) 满足机床床工作性性能的要要求d) 满足产品品设计经经济性的的要求e) 调整维修修方便，结结构简单单、合理理、便于于加工和和装配。防防护性能能好，使使用寿命命长。而且在设设计过程程中，还还应按照照主变速速传动系系设计的的一般原原则来设设计：即即传动副副前多后后少原则则；传动动顺序与与扩大顺顺序相致致的原则则；变速速组的降降速要前前慢后快快，中间间轴的转转速不宜宜超过电电动机的的转速。4.1.1动设设计计算算4.1.1.11 主主运动参参数确定定钻头采用用高速钢钢钻头，同同切削削加工手手册查查得：（P516）页取切削速

32、速度，进进给量取取。4.1.1.2 计算转速速的确定定采用ZKK93550型龙龙门式数数控钻床床主轴转转速范围围。取由机械械制造装装备设计计111表表3-110（PP97）页页得：由切削削用量手手册10查得：（P661）切削功率率 由由此可以以选取主主轴电动动机。4.1.1.3 主轴电动动机型号号由切削功功率选取取Y系列列（IPP44）电电动机机机械设计计课程设设计手册册（PP1677-表112-11）。其其参数如如下：Y1322M1-6电机机：极数数为6极，额额定功率率4KW,满载转转速9660r/minn,额定定转矩22，质量量73kkg，同同步转速速为60025530.由上面可可以确定定

33、:主轴:,电动机:,，,通常，无无级变速速装置作作为传动动系中的的基本组组，而分分级变速速作为扩扩大组，其其公比理理论上应应等于无无级变速速装置的的变速范范围。实实际上，由由于机械械无级变变速装置置属于摩摩擦传动动，有相相对滑动动现象，可可能得不不到理论论上的转转速。为为了得到到连续的的无级变变速，设设计时应应使分级级变速箱箱的公比比略小于于无级变变速的变变速范围围，即取取。使转转速之间间有一小小段重叠叠，保证证转速连连续。 由由上面的的已知条条件可以以知道： 主主轴要求求的恒功功率调速速范围为为：电动机可可达到的的恒功率率调速范范围为：取，由机机械制造造装备设设计11中式（33-199）(P

34、P1055)页可可算出变变速箱的的变速级级数，取。由于主轴轴要求恒恒功率变变速范围围远大于于电机恒恒功率变变速范围围。因此此在电动动机与主主轴间串串联一个个分级变变速箱.其总体体布局如如下图11：图1主轴轴箱总体体布局 在在设计时时，为了了避免从从动轮尺尺寸过大大而增加加箱体的的径向尺尺寸，限限制降速速最小传传动比；为避免免扩大传传动误差差，减少少振动噪噪声，直直齿圆柱柱齿轮最最大升速速比；在满足主主轴恒功功率输出出时的最最大传动动比为。可可以将其其分解为为。而另一组组的最大大传动比比为。可可以将其其分解为为。所以。在在轴I-II间间的变速速组中的的两个传传动副中中的传动动比为：； ；在轴II

35、I-IIII间的的变速组组中的两两个传动动副中的的传动比比为；设计中，变变速组中中所有齿齿轮的模模数相同同，并是是标准齿齿轮，所所以这44对啮合合齿轮的的齿数和和相同。查机械械制造装装备设计计111可可得：表表3-99（P994页）取则：同上面的的方法可可得到III-IIII轴轴传动齿齿轮的齿齿数和：各传动齿齿轮的参参数如表表1：表1 主主轴箱内内各传动动齿轮参参数序号齿数分度圆直直径齿顶圆直直径齿根圆直直径模数1Z=36614415213442Z=36614415213443Z=244961048644Z=48819220018245Z=2551001089046Z=677268276258

36、47Z=16664725448Z=7663043122944由上面的的传动比比和齿轮轮齿数可可以得到到转速图图如图22：图2转速速图4.1.1.44齿轮模模数的估估算初步计算算齿轮的的模数，由由于是初初步估算算，传动动链中传传动副的的机械效效率可以以可以忽忽略，可可用主电电动机的的额功率率直接代代入。而而且齿轮轮材料为为45钢钢，齿部部高频淬淬火，当当计算转转速远大大于时，所得得模数值值可能对对于接触触疲劳强强度是不不够的，可可以按下下公式计计算：在机床主主传动系系统中推推荐齿宽宽系数从中可以以得到：确定中心心距：同理可得得：由于在设设计中采采用的是是滑移齿齿轮。从从现代代实用机机床设计计手册

37、8中可以查得：齿宽：4.1.1.55齿轮齿齿根弯曲曲疲劳强强度校核核校核主轴轴上的啮啮合齿轮轮其 ；查机械械设计122图66-199、6-20(P1229页)可得：，从上面可可得：， 从图6-22cc,按小小齿轮齿齿面硬度度均值2235HHBS，在在ML线线上查得得；同理理，在图图6-222b上上，查得得： ；取，得：将确定出出的各项项数值代代入弯曲曲强度校校核公式式，得：所以齿轮轮齿根弯弯曲疲劳劳足够。4.1.1.66齿面接接触疲劳劳强度校校核从机械械设计122查表表6-5（P-1222页）得得：由图6-14查查得：由图6-13查查得：由图6-15，按不允许出现点蚀,查得： ,由图6-16e

38、e,按齿齿面硬度度均值551HRRC,在在MQ和和ML线线中间查查出:则：将确定出出的各项项数值代代入接触触强度校校核公式式，得：所以，接接触强度度满足。主轴箱中中的其它它齿轮也也是通过过上述方方法进行行校核。在在此不再再展开。4.2主主轴的设设计与计计算4.2.1选择择轴的材材料轴的材料料选为445钢，调调质处理理。其力力学性能能可查得得：， ，由于主轴轴为空心心轴，根根据公式式求得其其最小直直径：，式中；，即即空心轴轴的内径径与外径径之比，通通常取。对于直径径mm的的轴，有有键槽时时，轴径径增大；有两个个键槽时时，应增增大。4.2.2估算算轴的直直径在主轴箱箱结构中中，联轴轴器的效效率、齿

39、齿轮传动动效率和和滚动轴轴承的效效率都比比较高，因因此在计计算主轴轴的转矩矩时可以以忽略。由由公式可可以得出出：由公式可可求：考虑到键键槽对主主轴强度度的影响响取主轴轴的直径径为：在主轴上上的两传传动齿轮轮依靠套套筒定位位。齿轮轮的周向向定位采采用A型型普通平平键连接接。根据据，由机机械设计计课程设设计手册册114可可以查得得平面键键截面，同时为为了保证证齿轮与与轴配合合具有良良好的对对中性，故故选择齿齿轮轮毂毂与轴的的配合为为。4.2.3按弯弯扭轴上上合成强强度条件件计算由所确定定的结构构图可确确定出简简支梁的的支承距距离，据此求出出齿轮宽宽度中心心所在截截面的、及的值。计算轴上上的外力力：

40、齿轮的圆圆周力齿轮的径径向力：轴上的支支反力：水平面内内支反力力：垂直面内内的支反反力：计算轴的的弯矩：水平面弯弯矩：垂直面弯弯矩：合成弯矩矩：计算并画画当量弯弯矩：转矩按脉脉动循环环变化计计算，取取： 进行校核核时，通通常只校校核轴上上承受最最大弯矩矩的截面面的强度度。由机机械设计计112中中式8-4得4.2.4按疲疲劳强度度的安全全系数校校核计算算4.2.4.11判断危危险截面面危险截面面的位置置应是弯弯矩和转转矩较大大及截面面面积较较小且应应力集中中较严重重处。当当在同一一截面处处有几个个应力集集中源时时，取各各源所引引起的应应力集中中的最大大值。根根据轴的的结构尺尺寸可知知，在齿齿轮配

41、合合和键槽槽引起的的应力集集中。所所以按此此处截面面进行疲疲劳强度度的安全全系数计计算。4.2.4.22危险截截面处疲疲劳强度度安全系系数校核核抗弯截面面系数：抗扭截面面系数：合成弯矩矩：转矩 弯曲应力力幅（按按对称循循环变应应力计算算）：弯曲平均均应力：扭转切应应力幅（按按脉动循循环变应应力计算算）：扭转平均均切应力力：由机械械设计122中的的。附图图1a、附附图2aa可以查查得，有有效应力力集中系系数：由，按按附表55查得尺尺寸系数数同轴精车车加工，按附图8查得表面质量系数按机械械设计12书中公式（2-7a）和式（2-7b）计算可得综合影响系数值为：截面附近近由于键键槽引起起的有效效应力集

42、集中系数数是和，按附附表3、附附表4查查得：故得综合合影响系系数值为为：截面上由由于齿轮轮轮毂与与轴的过过盈配合合产生的的有效应应力集中中系数与与尺寸系系数之比比值由附附图6bb、附图图7b查查得：故得综合合影响系系数值为为：取上面综综合影响响系数、中的较较大值，故故取，。轴的的材料是是45钢钢，查表表8-11取弯曲曲等效系系数，扭扭转等效效系数。只考虑弯弯矩作用用的安全全系数，由由式（88-7）得得：只考虑转转矩作用用的安全全系数，由由式（88-8）得得：同式（88-6）计计算安全全系数：取，所以截截面安全全。主轴箱中中其它轴轴也可由由上面的的校核方方法进行行校核。在在此不在在展开。4.3轴

43、轴承的选选择与校校核由上面轴轴的设计计中可知知，轴承承处的轴轴颈，转转速，两两支承的的径向载载荷，。轴向外外载荷（切切削用量量简明手册册110表表2-119查得得）试选角接接触球轴轴承72211AAC，查查机械械设计课课程设计计手册可可知：，。对于7000000AC型型轴承，按按机械械设计12表9-9，轴承内部轴向力，并由表9-7可知判断系数。因为所以，轴轴承的轴轴向载荷荷为：计算轴承承的当量量载荷和和，由于于在该结结构中，用用的是33个轴承承支承则则受力按按均分计计算，各各力除以以3得：由表9-7可查查得径向向动载荷荷系数和和轴向载载荷系数数对于轴承承1 对于轴承承2 由于载荷荷平稳，查查机

44、械械设计12表9-8，取则由于按计计算轴承承应具有有的额定定动载荷荷根据公式式（9-5） 由于机床床在一般般工作条条件下工工作，取取，则它比所选选轴承的的额定动动载荷小小。因此所选选轴承强强度满足足。其余余也可以以按上述述方法进进行校核核。4.4主主轴上键键的选择择与校核核键的选择择包括类类型选择择和尺寸寸选择两两个方面面。键的的截面尺尺寸（键键宽和键键高）按按轴的直直径由标标准中选选定；键键的长度度可根据据轮毂的的长度确确定，可可使键长长等于或或略短于于轮毂的的宽度；导向平平键应按按轮毂的的长度及及滑动距距离而定定。键的的长度还还须符合合标准规规定的长长度系列列。由于安装装键处的的轴径为为。根据据机械械设计课课程设计计手册14中表4-1可以确定。取键为A型普通平键