数控铣削中心设计.doc

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1、数控铣削中心设计主传动系统设计摘 要数控铣削加工中心的主传动系统是数控铣削加工中心主运动的动力系统，是影响机械加工精准度最为关键的机械装置。本文主要是概述数控铣削加工中心的主传动系统设计，包含主轴的激活、终止、方向移向和运动速度选择等。本设计主要使用SolidWorks进行三维造型设计，初步选择合适的电机和轴承，设计出主轴本体以及相应的密封装置、刀具卡进及吹屑装置和主轴的准停装置，逐步设计出各个零部件，最后进行装配。使用等效直径方法检查传动轴，并通过仿真分析应力，再分析最后的数据拟定改善方案进行结构优化。关键词：数控铣削中心；机械结构设计；有限元分析；主传动系统CNC milling cent

2、er design - main drive system designAbstractThe main drive system of CNC milling center is the power system of the main movement of CNC milling center. This paper mainly Outlines the main drive system design of CNC milling center, including the spindle activation, termination, direction and speed se

3、lection. This design mainly USES SolidWorks for 3d modeling design, preliminarily selects the appropriate motor and bearing, designs the main shaft body and the corresponding sealing device, tool clamping and chip blowing device and the spindle quasi-stop device, gradually designs each part, finally

4、 carries on the assembly.Use the equivalent diameter method to check the drive shaft and analyze the stress through simulation, and then analyzed the final data to formulate improvement plans for structural optimization.Key words: CNC milling center; Mechanical structure design; Finite element analy

5、sis; Main drive system目录1 绪论11.1 主传动系统结构设计的研究意义与目的11.2 国内外对主传动系统设计研究的现状12 数控铣削中心主传动系统32.1 主传动系统的特点32.2 主轴的变速方式33 机械结构总体方案设计与动力选择73.1 主传动系统的基本要求73.2 初定主传动系统基本参数73.2.1 主传动方式的确定83.2.2 电机的选择83.3 主传动系统总体结构设计方案93.3.1 主传动系统结构原理93.3.2 主传动系统参数113.3.3 主轴的定位机构设计134 机械结构设计与计算164.1 轴的机械结构设计164.1.1 高速轴的机械结构设计164.

6、1.2 中间轴的机械结构设计174.1.3 主轴的机械结构设计184.1.4 主轴的性能要求194.2 主轴箱联轴器的选择204.3 传动轴和齿轮的设计204.3.1 传动轴的计算204.3.2 齿轮的计算224.3.3 齿轮齿宽的计算234.4 轴承的选用254.4.1 轴承的选用254.4.2 轴承的润滑254.5 传动轴和齿轮的校核264.5.1 传动轴的校核264.5.2 齿轮的校核295 三维造型设计355.1 三维软件简介355.2 主传动系统零件图365.3 机械零件三维建模376 运动仿真406.1 仿真分析406.2 建模仿真417 有限元分析427.1 SolidWorks

7、有限元分析简介427.2 静应力分析448 总结48参考文献49谢 辞511 绪论1.1 主传动系统结构设计的研究意义与目的许多普通机床难以加工甚至无法加工的零件都可以通过数控铣削加工中心来加工，所以在近年机械工业领域中数控铣削加工中心得到了前所未有的火热关注。迄今为止，因为机械生产制造的技术不断得到改进深化，超高速切削、超精密加工已经替代了之前的传统式加工。现如今的数控加工技术已经能够在同一台机床上装配各种切削刀具、引进自适应控制技术、控制系统小型化，与此同时计算机应用技术的快速发展带动数控编程实现自动化，UG、CAD/CAM/CAPP集成应用于数控编程。主轴电机、主轴箱、轴承和齿轮等零部件

8、组合构成了数控铣削加工中心系统，其中，数控铣床为一种基于自动化技术而实现功能需求的装置，其是传统铣床的更新产物，依据其带刀库的与否又可将其划分为两类。需要针对带刀库进行专门配置的便是数控铣削加工中心，该加工中心沿用了数控铣床的工作原理，都是通过控制系统来控制主传动、进给、自动换刀等其他系统，这里所提及的主传动系统的构件主要有：主轴的激活、准停和转动等工作，是切削加工的驱动输出部件，从而实现机床主运动。不同于之前的课程设计，这一次的研究是我大学四年所学知识的整合运用，是对我四年以来所掌握的专业知识的验收，在机械、机电等方面都有涉及。通过本次设计我再次稳固了专业知识，还收获了新的专业技能，极大地强

9、化我的动手能力、分析能力和研习能力，更为今后的工作打下了夯实的实践基础和实操经验。1.2 国内外对主传动系统设计研究的现状随着电子信息技术的蓬勃发展，传统意义的机械工业开始了结构性变革，各工业生产发展国家在时代化的工业发展大前提下，因其市场需求和工业化革新背景，各国都进行了自主技术研究开发，并提出了全新研发模式。在技术发展的过程中，数控技术始终是产业领域的技术核心，工程技术、集成电路、信息分析、自动检测、信息处理等高新技术都被包含在数控技术之中。美国研发的数控系统有较高的工作稳定性且相对性价比较高，德国研发的数控系统则有很好的包容性，能适应绝大多数的加工方式和加工环境。数控铣削加工中心作为一种

10、高自动化、高可控、高性能、高效能的机械加工设备已常用于机械制造业各个领域。随着数控系统的不断研发不断优化，它在现代的生产制造行业发挥着越来越重要的作用。当前，数控技术与其所对应的装备呈现来了如下的发展趋势2：高速度、高效力、高准确性、自动化、科技化、绿色发展。近年来，我国国内数控生产加工技术也得到了大幅度的提升，国内自主生产的数控机床已经能够大范围地满足国内市场需要。我国企业的数控机床市场份额近年来逐渐上升，已经广泛应于国家资助类企业，在民营企业甚至个体企业也开始大面积的采用数控机床进行生产加工。目前为止数控铣削加工中心主要用于加工精度高、产品种类多、批量小，形状复杂零部件，而且数控铣削加工中

11、心可以加工许多普通机械设备较难实现加工甚至无法加工的零部件，该中心在各类繁琐的平面、曲面以及壳体类部件的加工之中表现出来了较强的适用性，可被用于生产多种类型的凸轮，或者模具等。51北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计2 数控铣削中心主传动系统2.1 主传动系统的特点1. 能承载高负荷，输出较大功率，数控机床则可以实现强力切削和高速切削，从而进行高效率的加工；2. 快速准确地改变主轴负载，自动无级变速，以确保工件的稳定加工；3. 主轴上配置了自动装卸刀具结构、主轴准停以及相应的孔内切屑清除结构，以实现高水平的自动化运作。2.2 主轴的变速方式1. 数控铣削加工中心主传动的调速应该有一个较

12、大的变化范围，以满足加工不同加工要求的零件时能根据调速选择到适合加工的切削用量，从而获得最佳的产出率、加工精准度和表层质量；2. 数控铣削加工中心的变速是依据人为设置的控制指令自动进行的，所以主传动的变速要满足自动化控制的变速要求。所以无级变速系统是大多数数控铣削加工中心系统的首选，主轴的变速主要采用以下三种配置方式：（1） 带有变速齿轮的主传动如图2.1a. 大、中型数控铣削加工中心一般都会配置该主传动方式；b. 工作原理是通过少数几对齿轮进行速度限制，使之成为分段无极变速，来满足较低速度工作下主轴输出扭矩特性的要求；图2.1带有变速齿轮的主传动（2） 通过带传动的主传动a. 一般可被应用于

13、小型机床的加工之中，这是由于与齿轮传动比对分析而言，后者的变速时会引起的振动和噪音，带传动相较之下有振动少、噪音小的优点，如图2.2所示。图2.2通过带传动的主传动b. 同步带传动既有带传动能避免不必要振动和噪音的优点，又有链传动适用于转速较高加工中心的优点，同步带的机械结构和传动原理如图3.3所示。这种方式主要用在转速较高、变速范围不大、转矩较小的数控铣削加工中心上。图2.3 同步带传动（3） 由调速电动机直接驱动的主传动如图2.4所示，这种配置方式采取较为简易的机械结构，主轴构件的刚度与此同时也得到了较好的提高，因为机械结构简单，主轴输出扭矩小，主轴的精度很大程度上会受到电机自身温升的影响

14、。所以该主传动方式处理好散热、润滑极为重要。图2.4 由调速电动机直接驱动的主传动这种配置方式创新之处就在于它把主轴与电机结合到一起，主轴部件结构也变得更加紧凑，因其自身受到的重力限制变低，同时在运转时产生的惯性也可以得到有效地限制，而提高了主轴启动和停止的响应特性。使用这种传动装置可以实现纯电气化定向。三种配置方式都各有优缺点，适用机床类型也大有不同，每一类配置方式都在市场上有所运用，所发挥的效果也各有所长。但根据本次设计要求综合考虑，使用变速齿轮结合电机直接驱动更为合理，设计初想便是通过电机调速控制主轴运作，但纯电机调速性价比不高，投入过大，所以加了变速齿轮带动主轴运作。3 机械结构总体方

15、案设计与动力选择3.1 主传动系统的基本要求数控铣削加工中心之中配置了与其规格相符合的自动换刀刀库，其本质上属于一种数控铣床，与普通形式的一致均配备了相应的主传动系统、进给系统，为确保二者可在实际的应用过程中得以高效率运转，主传动系统作为数控加工中心的传动装置，要满足较大范围的变速范围要求，来适应各种尺寸、各种材料和各种加工技术要求的零件加工，还要保证加工工作期间能够有效准确的实现机床的激活、准停等工作指令。数控铣削加工中心的主传动系统基于普通的加工之上还有更为严苛的适用要求，大体上可以细分为以下几个方面 3：1. 能够在较大的调控范围内进行无极变速，能切换各种功率满足工作要求；2. 精度和刚

16、度达到较高水准，噪音较小；3. 良好的抗振性；4. 工作时稳定，操作简便,结构简单，符合主传动系统的经济性要求。3.2 初定主传动系统基本参数数控铣削加工中心主传动系统的主要参数有驱动变量和运动变量 4。初定工作情况，及机床部分变量如下表3.1所示：表3.1 主传动系统基本参数铣床工作台面积300900mm2使用的面铣刀计算直径130mm端铣刀宽度60mm铣削加工中最大切削5000 N主轴转速范围Rn256500 r/min主轴计算转速 nj130 r/min主轴恒功率变速范围 Rnp1306500 r/min3.2.1 主传动方式的确定在实际中，针对主传动系统的配置手段并不局限于某一种，方式

17、较为多元化，市面上常见的就是齿轮传动、同步带传动和电机直接调速等配置方式，按变速效果分为分级变速系统和无级变速系统两种大类。数控铣削加工中心为了得到较大范围的加工功率，一般主传动采用无级变速，该中心调速可涉及的范围较广，就大多数情况而言，单单依托于调速电机无法确保功能呢实现，再加之这一电机的功率以及转矩特性也和加工中心所要求的功率与转矩存在一定的偏差，特别是处于低速状态下，达不到机床强力切削时所需要的转矩要求5。经过综合考虑，选用变速齿轮结合电机直接调速传动。3.2.2 电机的选择电机的选择一般遵循如下原则：（1）受到温度、湿度、灰尘和腐蚀等外部环境因素的影响，选择恰当的电机是为了保护电机。（

18、2）电动机的启用、制动、控制、调速等要求一般来自于机械自身的负载性能和用于生产加工的加工工艺水准。电动机容量参数应该选择比加工所需容量更大一点的容量参数，负载率一般在0.80.9之间，电动机效率的降低也有一部分原因是电机余量过大，使电机负荷较多。（3）电动机的电压等级和类型一般是根据实际加工外部环境来选择的 。（4）考虑到电动机自身的发热影响、承载能力和电机容量，选择适合本次毕业设计的电动机冷却通风方式。（5）所选用的电动机还应该符合节能减排的要求，并要考虑其工作运行的可行性和稳定性。交流调速电机和交流伺服电机是数控加工中心上常用的两种主轴电机。因为考虑到本次毕业设计的数控铣削加工中心的转速不

19、是太高，所以本次设计采用交流变频调速电机。电动机的选择：基于加工要求以及通用性的全方位考虑，选择的电机具体参数如下表3.2所示：表3.2 电机具体参数型号YVP160M4额定功率（km）11额定转矩（nm）72额定转速/恒功率最高转速（r/min）1600/7000冷却方式配套冷却风机使用环境海拔1200m以下温度-1540电机的安装方式B5法兰方式3.3 主传动系统总体结构设计方案3.3.1 主传动系统结构原理该加工中心针对主传动系统未提出较高的标准与要求，其的机械结构以形式简易为主，除了具备一般数控机床的结构特点，数控加工中心的斜车床结构布局更利于排屑清屑，配置的液压卡盘增加了工作安全性，

20、也确保了主轴能够安全的高速转动。在这一加工中心之中，主传动系统与进给系统以相对独立的形式存在，分别配置了与之功能需求相适应的伺服电机，以二者传动链相互配合的方式实现各电机都能独立工作。但因为数控铣削加工中心的主轴电动机有无级调速功能能进行自动化速度控制，齿轮变速机构过于复杂，制造生产比较麻烦。按照之前提到的对主传动系统的要求，数控铣削加工中心的主传动的调速范围也应该确定在一个较大的范围内，从而实现不同类型加工所要求的各种各样的切削用量，确保每次加工都能实现最佳的产出率、加工精准度和表面质量。数控铣削加工中心一般通过人为设置的控制指令进行自动化变速控制，对数控铣削加工中心的变速装置也有一定的要求

21、。无级变速系统就很适合用于数控铣削加工中心，本设计的主传动系统结构原理图如图 3.1所示。图 3.1 数控加工中心主传动系统结构原理图主轴箱是数控加工中心的重要部件之一，它包含了最基本的主轴部件、传动部件和进给部件，以齿轮转动从而带动主轴转动的方式实现数控加工中心的运行，上面的结构原理图所表示的传动装置结构简单不复杂，安装调试方便快捷，能够满足主传动系统正常工作的变速要求。调速电机直接驱动主轴难免会造成电机自身温升，从而影响到主轴的加工精度，为了避免这种情况的发生，一般要额外增加散热装置。但是，这种方式也有不好的地方，就是电机调速范围会约束系统调速范围。主轴轴承配置方式采用如图3.2所示方式。

22、1低精度角接触球轴承；2,3角接触球轴承；4主轴图 3.2 主轴轴承配置形式为可有效的满足带传动方式的需求，同时添设了张紧装置，确保传送带在传动过程中不会产生打滑现象从而影响工作的正常进行，与此同时，张紧装置还能弥补主轴在激活、准停等非稳态工作状态下因张力变化而引起的弹性带伸长。张紧装置安装在大带轮与小带轮中间，皮带外侧，以减小机器运作时对带产生的磨损。张紧轮座与轮座导轨相对运动。3.3.2 主传动系统参数利用伺服电机实现主轴的无级变速，变速范围主要由主轴变速电机调配，而主轴箱则控制工作速度的降低和电机扭矩的提高。为了满足低速大扭矩切削的要求，选择增加系统的刚度。根据主传动系统设计总体方案，对

23、主传动系统的详细参数进行计算选择。1 确定主轴的变速范围 （3-1）2确定主轴的计算转速 （3-2）取125r/min。3确定主轴的恒功率转速范围 （3-3）4确定电动机所能够提供的恒功率变速范围 （3-4）由于，为了达到主轴的调速范围，还要再串联一个有级变速箱。5确定转速级数Z变速箱的公比（实为级比），则由于无级变速时 （3-5） 故变速箱的变速级数 （3-6）取Z=3。6拟定转速图如图3.3所示图3.3 转速图3.3.3 主轴的定位机构设计主轴的定位方式主要有机械准停和自动化准停两种大类，迄今为止数控铣削加工中心普遍采用的是自动化准停装置。其中一种是主轴上安装可以发出讯号的发磁体，通过磁化

24、反应发出感应讯号，磁敏感应器接受讯号，经过放大器放大后实现自动化准停。另一种是采用方位编码器经齿轮或带轮传动，接收主轴旋转讯号进行自动化准停。图 3.4 磁传感器准停装置图 3.5 编码器准停装置本次毕业设计采用由位编码器经齿轮或带轮传动，接收主轴旋转讯号进行自动化准停。如上图3.5所示，主轴编码器之所以可实现功能需求，主要依托于其所配置的光电脉冲发生器，该仪器可实现与主轴的同步，数控系统发送“准停起动”指令，准停位置信号由主轴驱动的准停板接受，再传送到编码器，通过中间轴的变速齿轮或者传动带进行1:1的同步传动，与此同时，主轴电机将当前工作速度反馈到主轴驱动，主轴驱动再向数控系统发送“准停完成

25、”讯号，完成整个编码器测量位置后，进行精准主轴准停的工作流程。关于主轴的准停装置还应注意以下几点问题：1. 数控系统都应带有主轴闭环控制功能；2. 为了与进给系统进行准确平稳的工作衔接，主轴驱动装置应该能满足短期进入伺服状态的功能，一般来说，软起动等功能就是用于避免产生冲击而设定的，只有主轴驱动能在合理的位置范围内才能使其主传动特性与传动特性相近，才能达到精准的位置控制；3. 多数情况下，以电动机轴端编码器进行信号的传出，再被数控系统所接收，主轴相应的传动链精度在某些情况下会对位置控制的精准度产生影响，更要主要主轴准停装置的动平衡问题。4 机械结构设计与计算4.1 轴的机械结构设计主轴箱由高速

26、轴、中间轴和主轴组成。其中主轴为空心轴，因为主轴内要安装刀具，或数控加工中心的运行需要增添自动换刀部件，主轴定向停止。本次研究中应用的是市面上较为普通的车床手动换刀，在主轴端部设计主轴端面键。轴的机械结构设计要考虑以下一些问题：1. 尽可能的削弱轴的横截面相应的应力集中；2. 采取有效方式将轴上过盈配合处的应力集中控制在最低；3. 轴上加装的零件要考虑轴肩或轴环定位方式；4. 采用载荷分流的方法减小应力集中，从而提高轴的刚度和强度；5. 改善轴的表面加工精度，提高轴的疲劳强度。4.1.1 高速轴的机械结构设计参考现有相同规格的机床，初定主轴转速范围为 301500r/min。因为装配过程中高速

27、轴和驱动轴是用联轴器相连一起运动的，所以转速相同，再根据主轴的转速范围计算驱动轴的转速，等同于高速轴的转速。除了联轴器之外还要加装小带轮，按照轴的设计规范，设计装配联轴器的轴段是高速轴最细的部分，其直径满足。d c 3 p3 23.86mm3minn3其中c是由许用扭转剪切应力确定的系数， c=110 ， P3=2.97kW ，n3=291.03r/min。考虑键槽的影响。扩大 5%，圆整到 30mm，选择轴颈为 30mm。轴上增设了小带轮，后者的上端以挡油环实现相应的轴向固定，下端也借助于轴用挡圈实现相应的固定。设计高速轴的结构装配如图 4.1 所示。图 4.1 高速轴结构装配图针对高速轴的

28、两端轴承以两个 7208AC 角接触球轴承以“面对面”的形式进行安装。此外，轴承下借助轴用弹性挡圈达到固定的目的，下端则配备上均挡油环，用以避免存在轴承上的部分润滑脂在高温的作用下而朝下流出，以阻碍切削工作的顺利进行。按照轴上所安装完成的带轮、联轴器能够计算出键槽的长与宽的具体数值，带轮位置的长度为 75mm，宽 20mm。安装联轴器处键槽长 10mm，宽 10mm。4.1.2 中间轴的机械结构设计选取小齿轮的一端额外增加一个台阶用以实现相应的轴向固定，而其的一端便使用来实现相应的固定。而小齿轮则是在与大带轮的轴套相连接而达到定位效果的。中间轴的结构装配图如图4.2所示。中间轴如高速轴的安装步

29、骤一样。就角接触球轴承进行分析，通过将其和规格相一致的比深沟球轴承对此得知，径向承载能力相当，但轴向承载能力却大得多，并在比推力轴承极限转速上表现出来了突出优势。图 4.2 中间轴结构装配图4.1.3 主轴的机械结构设计 数控铣削加工中心的工作主要依靠主轴的传动来带动整个机械结构的运动，因此主轴的机械结构设计尤为重要，数控加工中心既要满足类同一般数控铣床的粗加工要求，又要满足数控加工特有的精加工要求，所以数控加工中心得主轴就要同时满足高精度和高效切削的工作能力。无论是从疲劳强度、旋转精度或者所用材料的硬度、刚度和热变形等工件性质来说，主轴都需要满足较高的加工要求。但就机械结构来说，与普通的数控

30、铣床没有太大的区别，只是多了自动换刀的刀库，相应的多了刀具自动装卸装置、主轴准停装置和孔内吹屑装置。1.主轴的主要结构参数包括主轴前、后轴颈 D1 与 D2，主轴内孔直径 d，主轴前端悬伸量 a ，以及主轴支承间的跨距 L。上述所提及的参数均能够针对主轴旋转的精度与相应的刚度带来一定的影响。（1）在分析了影响条件的基础上，文章就 D1与D2的数值进行了确定， 存在 D2 (0.7 0.8)D1 。最终根据结构选择主轴前端轴径 D1=80 mm，D2=55 mm。（2）主轴内孔直径 d 的确定某些机床主轴的内部结构为空心的，针对内孔直径的设置需要以其具体的功能需求作为依据。例如，车床主轴内孔的作

31、用在于通过棒料；主轴内孔能够依托于拉杆的作用以实现就刀具的拉紧操作。其中，主轴内孔直径 d=30mm。基于材料力学进行分析，刚度 K 与截面惯性矩 I存在正比例关系，可得下式式中K0 ， I0 分别指的是的空心轴刚度与截面惯性矩：K ，I 分别指的是实心主轴刚度以及截面惯性矩。通过分析这一式子可发现，空心主轴所能够就主轴刚度所产生的作用并不明显，所以说选取 d=30mm 存在一定的现实依据。（3）主轴前端悬伸量 a 的确定 a，表示的是主轴前端面与前轴承径向支承中点二者间的具体距离。其一方面能够决定着主轴刚度，同时也在一定程度上决定着其的抗振性。基于此，具体的设计过程中，需要尽可能的悬伸量控制

32、为最低，文章选取a=96mm。（4）主轴主要支承跨距 L 的确定这里所提到的跨距 L，为实现主轴部件最大静刚度的关键性影响因素。如果这一数值较小，便会加大支承变形的可能性，由此回加大主轴前端相应的位移量；反之，会使主轴弯曲变形愈加的明显，同样会带来不良影响。这里，我们确定跨距 L=254mm。图 4.3 主轴结构图4.1.4 主轴的性能要求主轴部件是数控铣削加工中心的制动装置之一。主轴在主传动系统中起到至关重要的作用，主轴的加工技术往往决定了主传动系统，甚至于数控加工中的工作效能。主轴直接承受切削力，转速范围又很大，所以主轴组件的主要性能需满足如下要求：（1）主轴装配完后要能够在低载荷、低速转

33、动的工作外部环境下能进行准确稳定的加工，所以要求主轴的旋转精度在满足主轴转速的前提下达到合适值，要考虑主轴轴承的表面精度和加工时的工间间隙等各种因素；（2）刚度主要由弹性模量E值来反应，它能直观的反映出机床运作时抗外载荷的能力，因为数控加工中心的加工范围广，能够加工的工件种类多，要考虑不同种类零件加工时的加工要求，要选用达到加工要求的刚度材料；（3）疲劳强度也是衡量一个轴类零件的关键因素，疲劳强度不达标容易引起轴因为外部载荷过大而发生炸裂的安全事故，所以合适的疲劳强度也是主轴的性能需求；（4）主轴所选用的材质都可能存在温升这种情况，随着加工过程中摩擦带来的温度升高，会使主轴轴承之间的间隙变大，

34、停止加工后，温度降低，间隙又会变小，这两种情况都会引起加工精度的改变，所以要注意如何控制主轴的发热情况，最好能控制加工时主轴所接触到的温度；（5）数控加工中心是自动化设备，基于普通数控铣床的自动控制使得其加工更为便捷，为了确保数控加工中心的工作效率，要提高主轴的可靠性和稳定性。以上这些要求，是不可能同时满足的。要根据实际情况进行具体分析。数控铣削加工中心的主轴应满足高刚度、低温升的要求。4.2 主轴箱联轴器的选择针对联轴器，多数情况下以刚性、挠性进行划分，前者不存在缓冲性，同时也无法针对轴线相对位移进行有效的补偿，其的优势之处在于投入较小、安装简单、维护易于实现。基于后者也可以分为两类，其中一

35、个便是无弹性的，其同样无法实现缓冲减振；而另一种便是弹性的。根据主轴箱机械结构选用尺寸相对较小的弹性套柱销联轴器。GB / T5014 -1995，公称转矩等等63.2N m ，许用转速时为 5000r/min，轴孔、电机孔各自的直径分别等于 30mm、38mm。这一情况能够满足转矩38.2N m 的最大转矩要求。4.3 传动轴和齿轮的设计4.3.1 传动轴的计算图4.3为该传动系统的示意图。图4.3 传动系统示意图齿轮轴最小直径为 （4-2）花键轴的最小直径为 （4-3） 最终花键轴最小径取45mm，齿轮轴由于是空心轴所以选择为55mm。4.3.2 齿轮的计算1. 齿轮材料以及精度的确定（1

36、）按照具体的使用规范进行直齿圆柱齿轮的选择；（2）齿轮以7级精度为基准；（3）材料选择。在分析相关资料的基础上，锁定大、小齿轮使用40cr(调质)，硬度等于280HBS的标准材料。齿轮齿数及中心距的计算经查表可得啮合齿轮的齿数和为=84。 2. 齿轮模数的确定 （4-4） （4-5） （4-6）式中 相互啮合的齿轮的传动比（大齿轮/小齿轮） 主轴电机相应的额定功率（kw） Z齿轮中小齿轮相应的齿数 抗疲劳强度 该齿轮所在轴的计算转速（r/min） 齿宽系数一般取610范围之内的数，=B/m.由以上三式可以得出最终模数选为3.3. 中心距轴与轴之间的中心距（mm） （4-7）轴与轴之间的中心距（

37、mm） （4-8）4.3.3 齿轮齿宽的计算由公式可以得出：齿宽 B=84=32（mm）Z=17 分度圆直径 =417=68（mm） （4-10） 齿顶高 （mm） （4-11） 齿根高 （mm） （4-12）Z=67 分度圆直径 =mZ=467=268（mm） （4-13） 齿顶高 （mm） （4-14） 齿根高 （mm） （4-15）Z=42 分度圆直径 =mZ=442=168（mm） （4-16） 齿顶高 （mm） （4-17） 齿根高 （mm） （4-18）Z=28 分度圆直径 =mZ=428=112（mm） （4-19） 齿顶高 （mm） （4-20） 齿根高 （mm） （4-21）

38、Z=56 分度圆直径 =mZ=417=68（mm） （4-22） 齿顶高 （mm） （4-23） 齿根高 （mm） （4-24）Z=20 分度圆直径 =mZ=420=80（mm） （4-25） 齿顶高 （mm） （4-26） 齿根高 （mm） （4-27）Z=59 分度圆直径 =mZ=459=236（mm） （4-28） 齿顶高 （mm） （4-29） 齿根高 （mm） （4-30）4.4 轴承的选用4.4.1 轴承的选用市面上大多数数控加工中心都会应用滚动轴承。这是由于其功能需求的实现依托于的是滚动摩擦的作用，能够在一定程度上改善摩擦损耗情况，再加之在其的运转过程中能够添加脂润滑，从而避免了

39、油润滑可能带来的漏油缺点。本次毕业设计的主轴转速相对较高，且需要有较高的定位精度，所以我选择主轴前支撑把双列角接触球轴承和单列角接触球轴承一起结合使用，这样就可以很好的分配整个工作过程中轴承会受到的轴向或径向载荷。双列角接触球轴承和单列角接触球轴承的结构如下图4.5和图4.6所示。安装时需要预紧载荷，并成对安装。主轴后支撑为一个大口朝外的角接触球轴承，它只承受径向载荷，所以不需要定位。 图4.5 双列角接触球轴承 图4.6 单列角接触球轴承齿轮轴只承受径向载荷，所以两端都选用深沟球轴承就可以满足需要，齿轮轴的前端轴承用圆螺母固定，后端轴承用弹簧垫圈固定。由于花键轴即有轴向载荷又有径向载荷，所以

40、两端都选用双列角接触球轴承，两端轴承都用圆螺母固定，这样就可以满足需要。4.4.2 轴承的润滑数控铣削加工中心的主轴轴承润滑方式主要是以下几种方式：1.油脂润滑方式数控铣削加工中心上最近几年最为普遍的就是油脂润滑方式，这种方式绝大多数情况下是使用在前支承轴承上。特殊情况下还可以替代冷却润滑油润滑方式。油脂种类的选择：质量指标较高的锂基油脂。 加入的油脂量应该是轴承空间容积的十分之一，加入的油脂量超过这个范围之后会很容易引起主轴自身发热，影响后续的加工精度。有效的密封措施也是选用这种润滑方式必须要考虑的关键使用条件，目的是为了防止切削液或润滑油液流入轴承内部。2.油液循环润滑方式油液循环的润滑方

41、式往往适用于中等转速的加工中心，普通轴承往往会在主轴后支承上应用其。3.油雾润滑方式还有一种冷却效果很好，并且能短时间内达到冷却的效果，这里指的是油雾润滑方式。其通过就压缩风能量的有效运用，把初始呈液态形式的润滑油转化为微小颗粒固体形式的，使其漂浮在所压缩的风中形成一种混合体达到润滑的效果，但这种细小颗粒物会不可避免的被风吹出来，就会造成污染环境，不利于生态保护和绿色发展原则。4.油气润滑方式方式为一种新型的手段，其与单相流体润滑的不同之处体现在，其不仅能够有效改善纯油以及油雾润滑的不足，且在诸多的恶劣条件下，表现出来的良好的实用性，如高温、高负荷、工作环境恶劣的工作场合。本次毕业设计中主轴轴

42、承润滑采用油脂润滑，使用高级锂基油脂。4.5 传动轴和齿轮的校核4.5.1 传动轴的校核当量直径法将直径存在差异的阶梯轴，与其零件一同进行计算，这里我们视为是一个直径等于d的等直径轴。1倘若载荷的作用力产生于支点事，存在下述式子： （4-31）上述式子之中 支点间的距离(mm)； 轴上第i段的长度和直径(mm)2倘若载荷于外伸位置产生作用力，其计算公式为: （4-32） 式中 支点间的距离（mm）； 轴上第段的长度和直径（mm）； 外伸端长度(mm)。校核主轴 因为主轴在传递最低转速时受力最大，所以校核此轴。1受力分析将主轴组件简化为一个简支梁，如图4.7所示。图4.7 主轴简化图2计算轴的当

43、量直径由公式可知（mm） （4-33）（mm） （4-34）3计算挠度 （4-35） （4-36）由公式 得， （4-37） 可知， （mm） 308 （mm） （mm） （4-38）可知 =95 （mm） （mm） （4-39） =0.095（mm） （mm） （4-40）轴的许用挠度 （mm） 而，所以轴的挠度合格。4.5.2 齿轮的校核接触应力的验算公式为： （4-41）弯曲应力的验算公式为： （4-42） 式中 齿轮传递的功率，； 电动机的额定功率； 从电动机到所计算齿轮的机械效率； 齿轮的计算转速； 出算得齿轮模数； 齿宽（mm）； 小齿轮齿数； 大齿轮与小齿轮齿数比，“+”号用于外啮合，“-”号用于内啮 寿命系数，； 工作期限系数，； 齿轮