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XXX學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
專用銑床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書
所在學(xué)院
專 業(yè)
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年 月 日
摘 要
本論文主要說明專用銑床設(shè)計(jì)的基本過程及要求。專用銑床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率專用機(jī)床。它能夠?qū)σ环N（或幾種）零件進(jìn)行多刀、多軸、多面、多工位加工。
專用銑床的設(shè)計(jì)，目前基本上有兩種情況：其一，是根據(jù)具體加工對象的具體情況進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，這是當(dāng)前最普遍的做法。其二，隨著專用銑床在我國機(jī)械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人總結(jié)自己生產(chǎn)和使用專用銑床的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)專用銑床不僅在其組成部件方面有共性，可設(shè)計(jì)成通用部件。而且一些行業(yè)的在完成一定工藝范圍的專用銑床是極其相似的，有可能設(shè)計(jì)為通用機(jī)床，這種機(jī)床稱為“專能專用銑床”。這種專用銑床就不需要每次按具體加工對象進(jìn)行專門設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，而是可以設(shè)計(jì)成通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按被加工的零件的具體需要，配以簡單的夾具及刀具，即可組成加工一定對象的高效率設(shè)備。
關(guān)鍵詞：專用銑床；設(shè)計(jì)；過程；功能
II
Abstract
This thesis mainly explain the basic process and the requirements of special milling machine design. Special milling machine is high efficient special machine is composed of the large number of common parts and a small amount of special parts of the process of. It is capable of a (or several) multi knife, multi axis, multi, multi station processing parts.
Design of special milling machine, there are two cases basically at present: first, is specially designed according to the specific situation of the processing object, this is the most common practice. Secondly, with the special milling machine is used widely in China machinery industry, workers summaries of their production and use of special milling machine experience, found special milling machine not only common in its components, can be designed into general parts. But some in the industry special milling machine complete process range is very similar, it is possible to design for the general machine, this machine called "special special milling machine". The special milling machine does not need each special design and production according to the specific processing objects, but can be designed into general varieties, organization of production, then according to the need of the machined parts, fixture and cutting tool with simple, high efficiency equipment can form processing a certain object.
Keywords: special milling machine; design; process; function
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 1
1.1 課題研究意義 1
1.2專用銑床設(shè)備應(yīng)用 1
1.3國外進(jìn)給系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展 2
1.4國內(nèi)進(jìn)給系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展 2
1.5 專用銑床設(shè)備發(fā)展趨勢 4
第2章 銑床總體設(shè)計(jì)要求 5
2.1切削參數(shù)要求 5
2.2 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 7
第3章 專用銑床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7
3.1常見絲杠支承方式 7
3.2 脈沖當(dāng)量選擇 8
3.3滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 8
3.4滾珠絲杠副的載荷計(jì)算 9
3.5傳動效率計(jì)算 12
3.6穩(wěn)定性驗(yàn)算 12
3.6 剛度驗(yàn)算 12
3.7 滾珠絲杠精度等級確定 12
3.8 滾動導(dǎo)軌副的防護(hù) 15
3.9 直線滾動導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 15
3.10電機(jī)至絲杠之間齒輪減速傳動設(shè)計(jì) 17
3.11等效轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算(不計(jì)傳動效率) 20
3.12 電機(jī)的計(jì)算選型 20
3.13 聯(lián)軸器選擇 21
第4章 進(jìn)給變速箱設(shè)計(jì) 21
4.1 專用進(jìn)給變速箱設(shè)計(jì) 21
4.2傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21
4.3 齒輪的設(shè)計(jì)及參數(shù)的確定 23
4.3.1齒輪的設(shè)計(jì) 23
4.3.2齒輪參數(shù)的確定 25
4.4 軸承的選擇 28
結(jié) 論 30
致 謝 31
參考文獻(xiàn) 32
33
第1章 緒論
1.1 課題研究意義
市場的開放性和全球化使產(chǎn)品的競爭日趨激烈。而決定產(chǎn)品競爭力的指標(biāo)是產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間(Time ) ， 產(chǎn)品(Quality)，成本(Cost)，創(chuàng)新能力(Creation)和服務(wù)(Service)。用戶在追求高質(zhì)量產(chǎn)品的同時(shí)，會更多的追求較低的價(jià)格和較短的交貨周期。美國制造業(yè)在20世紀(jì)50至40年代主要以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模作為企業(yè)競爭力的第一要素，而在70年代競爭力的第一要素為降低生產(chǎn)成本，80年代為提高產(chǎn)品質(zhì)量，90年代為市場響應(yīng)速度。所以現(xiàn)代企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量，增強(qiáng)競爭力。
制造業(yè)是國家重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎(chǔ)是。是眾多機(jī)械制造的母機(jī)，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造精度有著直接關(guān)系，關(guān)系到國家機(jī)械工業(yè)以至整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進(jìn)制造技術(shù)的基本單元載體，機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、更新速度、對市場的應(yīng)變能力、生產(chǎn)效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對于一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用我國是世界上產(chǎn)量最多的國家.根據(jù)德國工業(yè)協(xié)會(VD W )2000年統(tǒng)計(jì)資料，在主要的生產(chǎn)國家中，中國排名為世界第五位。但是在國際市場競爭中仍處于較低水平:即使在國內(nèi)市場也面臨著嚴(yán)峻的形勢:一方面國內(nèi)市場對各類產(chǎn)品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)滯銷積壓，國外產(chǎn)品充斥市場。
1.2專用銑床設(shè)備應(yīng)用
據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般在車間中普通機(jī)床的平均切削時(shí)間很少超過全部工作時(shí)間的15%。其余時(shí)間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機(jī)床、測量以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機(jī)床雖然能提高85%，但購置費(fèi)用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機(jī)床低。故必須更多地縮短加工時(shí)間。不同的加工方法有不同的特點(diǎn)，就鉆削加工而言，專用銑床專用設(shè)備是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。雖然不可調(diào)式多軸頭在自動線中早有應(yīng)用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào)式多軸頭擴(kuò)大了使用范圍，仍然遠(yuǎn)不能滿足批量小、孔型復(fù)雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復(fù)雜的專用銑床專用設(shè)備更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有15000個(gè)ψ20孔，若以搖臂銑床加工，單單專用銑床與锪沉頭孔就要843.5小時(shí)，另外還要?jiǎng)澗€工時(shí)151.1小時(shí)。但若以數(shù)控八軸落地銑床加工，鉆锪孔只要171.6小時(shí)，劃線也簡單，只要1.9小時(shí)。因此，利用數(shù)控控制的二個(gè)坐標(biāo)軸，使刀具正確地對準(zhǔn)加工位置，結(jié)合專用銑床專用設(shè)備不但可以擴(kuò)大加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機(jī)30種箱形與桿形零件的2000多個(gè)專用銑床操作中，有40%可以在自動更換進(jìn)給變速箱機(jī)床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少20%的加工時(shí)間。1975年法國巴黎機(jī)床展覽會也反映了專用銑床專用設(shè)備的使用愈來愈多這一趨勢。
1.3國外進(jìn)給系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展
專用銑床專用設(shè)備是在一次進(jìn)給中同時(shí)加工許多孔或同時(shí)在許多相同或不同工件上各加工一個(gè)孔。這不僅縮短切削時(shí)間，提高精度，減少裝夾或定位時(shí)間，并且在數(shù)控機(jī)床中不必計(jì)算坐標(biāo)，減少字塊數(shù)而簡化編程。它可以采用以下一些設(shè)備進(jìn)行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸銑床、多軸專用銑床心及自動更換進(jìn)給變速箱機(jī)床。甚至可以通過二個(gè)能自動調(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結(jié)合數(shù)控工作臺縱橫二個(gè)方向的運(yùn)動，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個(gè)或幾個(gè)工序?，F(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡介。
1.4國內(nèi)進(jìn)給系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展
從傳動方式來說主要有帶傳動、齒輪傳動與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動三種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結(jié)構(gòu)簡單，后者易于調(diào)整軸距。從結(jié)構(gòu)來說有不可調(diào)式與可調(diào)式二種。前者軸距不能改變，多采用齒輪傳動，僅適用于大批量生產(chǎn)。為了擴(kuò)大其贊許適應(yīng)性，發(fā)展了可調(diào)式多軸頭，在一定范圍內(nèi)可調(diào)整軸距。它主要裝在有萬向.二種。（1）萬向軸式也有二種:具有對準(zhǔn)裝置的主軸。主軸裝在可調(diào)支架中，而可調(diào)支架能在殼體的T形槽中移動，并能在對準(zhǔn)的位置以螺栓固定。（2）具有公差的圓柱形主軸套。主軸套固定在與式件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分布的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大式中小批量的輪番生產(chǎn)中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多軸頭可以裝在立鉆式搖臂銑床上，按銑床本身所具有的各種功能進(jìn)行工作。這種專用銑床專用設(shè)備方法，由于專用銑床效率、加工范圍及精度的關(guān)系，使用范圍有限。
也象多軸頭那樣作為標(biāo)準(zhǔn)部件生產(chǎn)。美國Secto公司標(biāo)準(zhǔn)齒輪箱、多軸箱等設(shè)計(jì)的不可調(diào)式多軸箱。有32種規(guī)格，加工面積從300Ｘ300毫米到600Ｘ1050毫米，工作軸達(dá)60根，動力達(dá)23.5千瓦。Romai工廠生產(chǎn)的可調(diào)多軸箱調(diào)整方便，只要先把齒輪調(diào)整到接近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調(diào)軸移動到正確的位置。因此，這種結(jié)構(gòu)只要改變模板，就能在一定范圍內(nèi)容易地改變孔型，并且可以達(dá)到比普通多軸箱更小的孔距。
根據(jù)成組加工原理使用多軸箱或多軸頭的專用銑床很適用于大中批量生產(chǎn)。為了在加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數(shù)點(diǎn)：（1）工件裝夾簡單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。（2）夾具剛性好，加工時(shí)不形變，分度定位正確。（3）使用二組刀具的可能性，以便一組使用，另一組刃磨與調(diào)整，從而縮短換刀停機(jī)時(shí)間。（4）使用優(yōu)質(zhì)刀具，監(jiān)視刀具是否變鈍，鉆頭要機(jī)磨。（5）尺寸超差時(shí)能立即發(fā)現(xiàn)。
這是一種能滿足專用銑床專用設(shè)備要求的銑床。諸如導(dǎo)向、功率、進(jìn)給、轉(zhuǎn)速與加工范圍等。巴黎展覽會中展出的多軸銑床多具液壓進(jìn)給。其整個(gè)工作循壞如快進(jìn)、工進(jìn)與清除鐵屑等都是自動進(jìn)行。值得注意的是，多數(shù)具有單獨(dú)的變速機(jī)構(gòu)，這樣可以適應(yīng)某一組孔中不同孔徑的加工需要。
為了中小批量生產(chǎn)合理化的需要，最近幾年發(fā)展了自動更換進(jìn)給變速箱專用銑床。
(1) 自動更換主軸機(jī)床
自動更換主軸機(jī)床頂部是回轉(zhuǎn)式進(jìn)給變速箱庫，掛有多個(gè)不可調(diào)進(jìn)給變速箱?？v橫配線盤予先編好工作程序，使相應(yīng)的進(jìn)給變速箱進(jìn)入加工工位，定位緊并與動力聯(lián)接，然后裝有工件的工作臺轉(zhuǎn)動到進(jìn)給變速箱下面，向上移動進(jìn)行加工。當(dāng)變更加工對象時(shí)，只要調(diào)換懸掛的進(jìn)給變速箱，就能適應(yīng)不同孔型與不同工序的需要。
(2)多軸轉(zhuǎn)塔機(jī)床
轉(zhuǎn)塔上裝置多個(gè)不可調(diào)或萬向聯(lián)軸節(jié)進(jìn)給變速箱，轉(zhuǎn)塔能自動轉(zhuǎn)位，并對夾緊在回轉(zhuǎn)工作臺的工件作進(jìn)給運(yùn)動。通過工作臺回轉(zhuǎn)，可以加工工件的多個(gè)面。因?yàn)檗D(zhuǎn)塔不宜過大，故它的工位數(shù)一般不超過4—6個(gè)。且進(jìn)給變速箱也不宜過大。當(dāng)加工對象的工序較多、尺寸較大時(shí)，就不如自動更換進(jìn)給變速箱機(jī)床合適，但它的結(jié)構(gòu)簡單。
(3)自動更換進(jìn)給變速箱專用銑床
它由自動線或?qū)Ｓ勉姶仓械臉?biāo)準(zhǔn)部件組成。不可調(diào)多軸箱與動力箱按置在水平底座上，進(jìn)給變速箱庫轉(zhuǎn)動時(shí)整個(gè)裝置緊固在進(jìn)給系統(tǒng)的溜板上。進(jìn)給變速箱庫轉(zhuǎn)動與進(jìn)給動作都按標(biāo)準(zhǔn)子程序工作。換進(jìn)給變速箱時(shí)間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉(zhuǎn)工作臺，以便加工工件的各個(gè)面。好果回轉(zhuǎn)工作臺配以卸料裝置，就能合流水生產(chǎn)自動化。在可變生產(chǎn)系統(tǒng)中采用這種裝置，并配以相應(yīng)的控制器可以獲得完整的加工系統(tǒng)。
(4) 數(shù)控八軸落地銑床
大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達(dá)15000個(gè)，它與支撐板聯(lián)接在一起加工。孔徑為20毫米，孔深180毫米。采用具有內(nèi)冷卻管道的麻花鉆，5－7巴壓力的冷卻液可直接進(jìn)入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成90°供自動定心。它比普通麻花鉆耐用，且進(jìn)給量大。為了縮短加工時(shí)間，以8軸數(shù)控落地加工。
1.5 專用銑床設(shè)備發(fā)展趨勢
專用銑床專用設(shè)備生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，產(chǎn)品改型時(shí)設(shè)備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，專用銑床專用設(shè)備的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。
第2章 銑床總體設(shè)計(jì)要求
2.1切削參數(shù)要求
確定了在專用銑床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。因?yàn)樗O(shè)計(jì)的專用銑床為加工在大多數(shù)情況下，所選切削用量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)比一般通用機(jī)床單刀加工低30%左右．多軸進(jìn)給變速箱上所有刀具共用一個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動力滑臺，工作時(shí)，要求所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進(jìn)給量（mm/min）應(yīng)是適合有刀具的平均值。因此，同一進(jìn)給變速箱上的刀具主軸可設(shè)計(jì)成同轉(zhuǎn)速和同的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足直徑的加需要，即： …………………………………3.1
式中： … ——各主軸轉(zhuǎn)速（r/min）
——各主軸進(jìn)給量（mm/r）
——?jiǎng)恿_每分鐘進(jìn)給量（mm/min）
由于專用銑床的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求等，按照經(jīng)濟(jì)地選擇滿足加工要求的原則，
工作臺進(jìn)給速度300mm/min 縱向快速進(jìn)給2m/min
電機(jī)功率0.55kw
工作臺，工件，夾具總質(zhì)量：700kg。
進(jìn)給變速箱只需4個(gè)變速，銑刀直徑：30mm 齒數(shù)7
由公式
d-銑刀直徑=30mm
根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：
允許的切速極限參考值如下：
表 1.1
加 工 條 件
Vmax(m/min)
Vmin(m/min)
硬質(zhì)合金刀具粗加工鑄鐵工件
30～50
硬質(zhì)合金刀具半精或精加工碳鋼工件
150～300
螺紋加工和鉸孔
3～8
選取
根據(jù)同組同學(xué)計(jì)算主傳動的變速在63r/min-710r/min。
當(dāng)?shù)毒卟牧蠟楦咚黉摃r(shí)端銑加工的圓周切削力：
(1)
(2)
式(1)為端銑刀加工碳鋼、青銅合金，可鍛鑄鐵等材料的切削力計(jì)算公式
式(2)為端銑刀加工灰鑄鐵的切削力計(jì)算公式
式中：——銑削的背吃刀量，端銑時(shí)為切削深度，
——銑削的側(cè)吃刀量，端銑時(shí)為加工表面寬度，
——每齒進(jìn)給量，
——銑刀直徑 ，
——銑刀齒數(shù)
端銑刀加工不同材料時(shí)的銑削系數(shù)
碳鋼：82.4 可鍛鑄鐵：50 灰鑄鐵：50 青銅：37.5 鎂合金：18
當(dāng)?shù)毒卟牧蠟橛操|(zhì)合金時(shí)，不同材料端銑加工的圓周切削力為：
碳鋼：
灰鑄鐵：
可鍛鑄鐵：
式中： —— 銑刀轉(zhuǎn)速
銑削功率：
式中： ——銑刀圓周切削力
——銑刀直徑
—— 銑刀轉(zhuǎn)速
2.2 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足一下幾個(gè)條件首先就是必須保證工件定位可靠的可靠性，去選擇合適的定位機(jī)構(gòu)。再者就是要有足夠的強(qiáng)度和剛度除了受到工件、工具的重量，還要受到本身的重量，還受到焊接槍在運(yùn)動過程中產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，沒有足夠的強(qiáng)度和剛度可能會發(fā)生折斷或者彎曲變形，所以對于受力較大的進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計(jì)算是非常必要的。最后要盡可能做到具有一定的通用性 如果可以，應(yīng)考慮到產(chǎn)品零件變換的問題。為適應(yīng)不同形狀和尺寸的零件，為滿足這些要求，可將制成組合式結(jié)構(gòu)，迅速更換不同的部件及附件來擴(kuò)大機(jī)構(gòu)的使用范圍。
電動機(jī)—齒輪傳動—滾珠絲杠—進(jìn)給變速箱工作臺
第3章 專用銑床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1常見絲杠支承方式
表 3-1滾珠絲桿副支承
支承方式
簡圖
特點(diǎn)
一端固定一端自由
結(jié)構(gòu)簡單，絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低設(shè)計(jì)時(shí)盡量使絲桿受拉伸。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度底，僅僅適用于短絲桿。
一端固定一端游動
需保證螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難，絲桿的軸向剛度與兩端相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長度的較高，絲桿有膨脹余地，這種安裝方式一般用在絲桿較長，轉(zhuǎn)速較高的場合，在受力較大時(shí)還得增加角接觸球軸承的數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時(shí)多用更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承代替角接觸球軸承。
兩端固定
只有軸承無間隙，絲桿的軸向剛度為一端固定的四倍。一般情況下，絲桿不會受壓，不存在壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高。可以預(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減少絲桿自重的下垂和熱膨脹的問題，結(jié)構(gòu)和工藝都比較困難，這種裝置適用于對剛度和位移精度要求較高的場合。
3.2 脈沖當(dāng)量選擇
由已知設(shè)計(jì)參數(shù)初選三相電機(jī)，按三相六拍工作時(shí)，步矩角α=0.75°,初定脈沖當(dāng)量δ=0.005mm/p
3.3滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）.滾珠循環(huán)方式
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-1查得,選擇外循環(huán)插管式
（2）.軸向間隙預(yù)緊方式
預(yù)緊目的在于消除滾珠螺旋傳動的間隙,避免間隙引起的空程,從而提高傳動精度.
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-2查得,采用雙螺母墊片預(yù)緊方式。
2）滾珠絲杠副直徑和基本導(dǎo)程系列
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-3查得,
3.4滾珠絲杠副的載荷計(jì)算
工作負(fù)載是指機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數(shù)值用進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算。選定導(dǎo)軌為滑動導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為0.03，K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.1~1.5，本課題中取1.3，則絲桿所受的力為
銑削力：
灰鑄鐵：
式中： ————銑削深度
————每齒進(jìn)給量
————銑削寬度
————刀具直徑
n————刀具轉(zhuǎn)速
Z————刀齒數(shù)
取3，取0.1，取20，Z取7，取30，
則有：
工作臺縱向進(jìn)給分力載荷:
F=0.4Fz=0.4×4718.81=1887N
其等效載荷按下式計(jì)算（式中取，）
fw-------負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，（查表：取fw =1.2）
ft--------溫度系數(shù)（查表：取ft=1）
fh-------硬度系數(shù)（查表：取fh =1）
fa-------精度系數(shù)（查表：取fa =1）
fk-------可靠性系數(shù)（（查表：取fk =1）
Fm------等效負(fù)載
nz-------等效轉(zhuǎn)速
Th ----------工作壽命，取絲桿的工作壽命為15000h
由上式計(jì)算得Car=17300N
采用絲杠直徑40mm,導(dǎo)程為5mm
計(jì)算得出Ca=Car=17.3KN,
則Coa=(2~3)Fm=（34.6~51.9）KN
公稱直徑Ph=5mm
則選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)預(yù)緊滾珠絲桿副，絲桿的型號為FFZD4010—3。
滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計(jì)算如下表
名稱
計(jì)算公式
結(jié)果
公稱直徑
――
40mm
螺距
――
５mm
接觸角
――
鋼球直徑
――
4.175mm
螺紋滾道法向半徑
1.651mm
偏心距
0.04489mm
螺紋升角
螺桿外徑
39.365mm
螺桿內(nèi)徑
36.788mm
螺桿接觸直徑
37.755mm
螺母螺紋外徑
34.212mm
螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）
30.7mm
3.5傳動效率計(jì)算
絲杠螺母副的傳動效率為：
式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。
3.6穩(wěn)定性驗(yàn)算
絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。
3.6 剛度驗(yàn)算
滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm)
Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計(jì)算
絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。導(dǎo)程變形總誤差Δ為
E級精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。
3.7 滾珠絲杠精度等級確定
（1）.絲杠有效行程 由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-4查得le=20 mm
導(dǎo)軌總長Lu =210+120+20=350mm 所以絲杠總長Lv =350-20=330mm
（2）.精度等級 根據(jù)有效行程內(nèi)的平均行程允許偏差
ep=0.01/300×350×103=11.7查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表5-5得
精度等級為T3
4）滾珠絲杠副支承形式選擇
滾珠絲杠主要承受軸向載荷,應(yīng)選用運(yùn)轉(zhuǎn)精度高,軸向剛度高、摩擦力距小的滾動軸承.滾珠絲杠副的支承主要約束絲杠的軸向串動,其次才是徑向約束。
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表5-6查得,采用一端固定一端游動(F-S)支承形式.
5）滾珠絲杠副的選擇
高速或較高轉(zhuǎn)速情況 按額定動負(fù)荷Cα≥Cαj選擇滾珠絲杠副
Cαj=[(Fefw)/(fhftfafk)]×[(60Lhne)/(106)]1/3
式中 Cαj--滾珠絲杠副的計(jì)算軸向動負(fù)荷(N)
Fe--絲杠軸向當(dāng)量負(fù)荷(N)，取進(jìn)給抗力和摩擦力之和的一半. Fe=(120+0.06×120)/2=63.6N
ne--絲杠當(dāng)量轉(zhuǎn)速(r/min). ne=250r/min.
Lh--絲杠工作壽命(h). 查考樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-7得Lh=15000 h.
ft--溫度系數(shù). 查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-8,得ft=0.70.
fa--精度系數(shù). 查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》》表5-9得fa=1.0
fw--負(fù)載性質(zhì)系數(shù). 查[2]表5-10得fw=0.95
fh--硬度系數(shù).查[2]表5-11得fh=1.0
fk--可靠性系數(shù).查[2]表5-12得fk=0.21.
計(jì)算得Caj=2.5N
表3-1-1各類機(jī)械預(yù)期工作時(shí)間Lh
表3-1-2精度系數(shù)fa
表3-1-3可靠性系數(shù)fk
表3-1-4負(fù)載性質(zhì)系數(shù)fw
6）滾珠絲杠副校核
（1）.臨界壓縮負(fù)荷 對于一端軸向固定受壓縮的滾珠絲杠,應(yīng)進(jìn)行壓杠穩(wěn)定性校核計(jì)算.
不發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮負(fù)荷稱為臨界壓縮負(fù)荷,用Fn表示
Fn=3.4×1010(f1d24)÷(L02) ×K1
式中 L0–--最長受壓長度.取400 mm
f1--絲杠支承方式系數(shù), F-S取2
d2--絲杠螺紋底徑,查[4]3-32取17.6 mm
k1 安全系數(shù)，取1/3
Fn=13593N>Fmax
（2）.臨界轉(zhuǎn)速
ncr=9910(f22d2)/Lc2
式中 f2--絲杠支承方式系數(shù),F-S取3.927.
Lc --臨時(shí)轉(zhuǎn)速計(jì)算長度. Lc =0.5m. d2--絲杠螺紋底徑,取17.6mm
ncr= 10758.9r/min > nmax取,同時(shí)驗(yàn)算絲杠另一個(gè)臨界值d0n=20×833=7500 < 70000
（3）.軸承選擇校核
由[2]表6-1選擇深溝球軸承6201,由[2]表6-6選角接觸球軸承7001AC.
校核(略)
3.8 滾動導(dǎo)軌副的防護(hù)
（1）.滾珠絲杠副的防護(hù)裝置 ,采用專業(yè)生產(chǎn)的伸縮式螺旋彈簧鋼套管。
（2）.滾珠絲杠副的密封 滾珠絲杠副兩端的密封圈如裝配圖所示.材料為四氟乙烯,這種接觸式密封須防止松動而產(chǎn)生附加阻力。
（3）.滾珠絲杠副的潤滑 潤滑劑用鋰基潤滑劑。
3.9 直線滾動導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇
根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運(yùn)行狀況)，3.0~5.0（運(yùn)動時(shí)受沖擊、振動）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌：
（1）選BR直線滾動導(dǎo)軌導(dǎo)軌,E級精度.查得,fh=1,ft=1,fc=0.81,fα=1,fw=1.
（2）壽命按每年工作300天,每天兩班,每班8h,開機(jī)率0.8計(jì),額定壽命為:
Lh=10×300×2×8×0.8=38400 h ,每分鐘往復(fù)次數(shù)nz=8
L=(2lsnz60Lh)/(103)=(2×0.31×8×60×38400)/ (103)=11428Km
計(jì)算四滑塊的載荷,工作臺及其物重約為110N
計(jì)算需要的動載荷Cα
P=110/4=27.5N
Cα=( fwP)÷(fh ft fc fα)×(L/50)1/3=208N
由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表3-20中選用LY15AL直線滾動導(dǎo)軌副,其Cα=606N, C0α=745N.
基本參數(shù)如下:
導(dǎo)軌的額定動載荷N
依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln：
額定行程長度壽命:
導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命:
導(dǎo)軌的工作壽命足夠.
（3）滾動導(dǎo)軌間隙調(diào)整
預(yù)緊可以明顯提高滾動導(dǎo)軌的剛度,預(yù)緊采用過盈配合,裝配時(shí),滾動體、滾道及導(dǎo)軌之間有一定的過盈量。
（4）潤滑與防護(hù)
潤滑:采用脂潤滑,使用方便,但應(yīng)注意防塵。
防護(hù)裝置的功能主要是防止灰塵、切屑、冷卻液進(jìn)入導(dǎo)軌,以提高導(dǎo)軌壽命。
防護(hù)方式用蓋板式。
3.10電機(jī)至絲杠之間齒輪減速傳動設(shè)計(jì)
絲杠導(dǎo)程tsP=5 mm,中間齒輪傳動比i為:
i=(αtsP)／(360δ)=0.75×5／(360×0.005)=2.1
由i確定齒輪齒數(shù)為Z1=52,Z2=62,模數(shù)m=2mm,大齒輪齒寬b2=26mm ，則b1=32mm
(1）.選精度為7級
(2）.選小齒輪為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）,硬度為240HBS，兩者硬度差為40HBS
(3）.選擇齒數(shù)Z1=52,Z2＝62
齒輪強(qiáng)度計(jì)算
（1）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)d1t>={2Kt×T1×（u＋1）×(ZHZE)2/[Φd×εa×u×[σH]2]}(1/3)
1).試選Kt=1.6, 查表可得材料彈性影響系數(shù)ZE＝189.8MPa
2).查機(jī)械設(shè)計(jì)教材，選取區(qū)域系數(shù)ZH=2.433, 選取齒寬系數(shù)Φd＝0.3，
3). 查表得εa1＝0.78，εa2 ＝0.85，則εa＝εa1+εa2 ＝1.63
4).應(yīng)力循環(huán)系數(shù)取j=1， 所以：
N1=60n2jLh=60×1500×1×(2×8×300×15)＝6.480×109
N2=N1/u=6.480×109/2.1＝3.08×109
5）.查表得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.85,KHN2=0.89,
6).查表得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1=600MPa,大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim2=550MPa,
7).計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力：取失效概率為1%，取安全系數(shù)S=1,
[σH]1＝KHN1×σHlim1/S=0.85×600/1＝510MPa
[σH]2＝KHN2×σHlim2/S=0.87×550/1＝489.5MPa
[σH]=[σH]1+[σH]2)/2=499.75 MPa
8) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：
T1=95.5×105Px/nx=95.5×105×0.00594/1500=37.82N.mm
（2） 計(jì)算
1）.試算小齒輪分度圓直徑
d1t≥{2×1.6×44.121×3.083/（0.3×1.630×1.25）×（2.433×189.8/494.25）2）}（1/3）＝6.94mm ，取d1t=7.0mm
2).計(jì)算圓周速度 v=лd1tn1/(60×1000)＝0.55m/s
3).計(jì)算齒數(shù)b及模數(shù)mnt： b=Φdd1t=0.3×7＝2.1mm
mnt=d1tcosβ/Z1=7×/20=0.34
h=2.25mnt=2.25×0.34mm =0.76 mm
b/h=2.1/0.76=2.8
4).縱向重合度εβ＝0.318×Φd×Z1×tanβ=0.318×0.3×20×tan14o=0.48
5).計(jì)算載荷系數(shù)K,查課本得使用系數(shù)KA=1.25,根據(jù)v=0.033 m/s ,7級精度，查得動載系數(shù)Kv=1.01,由b/h=2.8,查得KHα=KFα=1.2,故載荷系數(shù)K=KAKvKHαKFα=1.25×1.01×1.2×1.2＝1.69
6）.分度圓直徑d1=d1t(K/Kt)(1/3)=7×（1.69/1.6）（1/3）=7.13 mm
7).計(jì)算模數(shù)mn=d1×cosβ/Z1=7.13×cos14o/20=0.35 mm
(3）按齒輪彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
mn>={(2KT2YβCOS2β/ΦdZ12εα)×(YFαYSα/[σF])}(1/3)
1）計(jì)算載荷系數(shù)，K=KA×Kv×KFα×KFβ=1.25×1.01×1.2×1.2＝1.69
2）根據(jù)縱向重合度εβ＝0.48，查表得螺旋角影響系數(shù)Yβ=0.91
3）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)Zv1=Z1/cos3β=20/cos314o=21.2
4）查得,YFa1=2.763,YSa1=1.592,YFa2=2.375,YSa2=1.672
因?yàn)樾↓X輪彎曲極限強(qiáng)度σFE1=500MPa,大齒輪σFE2＝380MPa,查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85,KFN2=0.87,取安全系數(shù)S=1.1，則
[σF]1＝KHN1×σFE1/S=386MPa
[σF]2＝KHN2×σFE1/S＝304MPa
5）計(jì)算大、小齒輪YFa1 YSa1/[σF]1并加以比較
YFa1 YSa1/[σF]1＝2.763×1.562/386=0.0112
YFa2YSa2/[σF]2=2.375×1.672/304＝0.013
比較后取大齒輪數(shù)據(jù)
6）設(shè)計(jì)計(jì)算mn>={2×1.69×37.82×0.91×0.013×(cos14°)2/（0.3×202×1.63）}（1/3）＝0.187m
對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得法面模數(shù)mn大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算得法面模數(shù)，取mn＝2 mm，已可滿足彎曲強(qiáng)度，但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度
齒輪幾何尺寸計(jì)算
①中心距 a=( Z1+Z2)mn/(2×cosβ)=(52+62)×2/（2×cos14o）＝63.9 mm 所以圓整為64 mm
②按圓整后的中心距修正螺旋角β＝arccos[(Z1+Z2)mn/2a]=arcos[(52+62)×2/(2×64) =14.36 o
3.11等效轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算(不計(jì)傳動效率)
小齒輪轉(zhuǎn)動慣量Jg1=(πd14b1ρ)／32=[π44×1.4×7.85×10-3]／32 =0.276×10-4 kg.m2
式中 鋼密度ρ=7.85×10-3 kg/cm3
同理,大齒輪轉(zhuǎn)動慣量 Jg2=0.498×10-4 kg.m2
查設(shè)計(jì)手冊初選滾珠絲杠 CDM2005-3, 得到 d0=20 mm ,l=430 mm
滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量 Js=(πd04lρ)／32={[π(2)4×43×7.85×10-3]／32}×10-4 kg.m2 =0.53×10-4 kg.m2
工作重物為12kg
Jw=(w/g)×(tsP／2π) 2 ÷i2 =12×(0.5／2π) 2 ÷2.12×10-4 kg.m2 =1.71×10-6 kg.m2
因此,折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量Je
Je= Jg1+ Jw+( Jg2+Js) ÷i2 =0.807×10-4 kg.m2
3.12 電機(jī)的計(jì)算選型
查設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(4-7)~(4-9)可知:
Mt=[(Fx+μFy) tsP]/(2πηi)= [(180+0.06×140)×0.005]/(2π×0.8×2.1)=0.089N.m
Mf= (Ff tsP)/(2πηi)= (μW tsP)/(2πηi)=(0.06×12×10×0.005)/ (2π×0.8×2.1)=0.00341N.m
上述式中 η—絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動效率取 η=0.8
μ——為摩擦系數(shù)取0.06
nmax=(vmax/δ)×(α/360°)=(2000/0.005) ×(0.75/360)=833 r/min
取起動加速時(shí)間tα=0.03 s
初選60BYG350DL-SASSML-0451 的電動機(jī)
M0=(Fp0tsp)÷(2πηi) ×(1-η02)= (1/3Fxtsp)÷(2πηi) ×(1-η02) =[(1/3) ×180×0.006]÷(2π×0.8×2.1) ×[1-0.92]=0.054 N.m
式中 Fp0—滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷,一般取Fy/3
Fy—進(jìn)給牽引力(N)
η0—滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動效率,取0.9
J=( Je +Jm)= 0.807×10-4 kg．m2+0.3×10-4 kg.m2 =1.107×10-4 kg.m2
Ma=( Je +Jm)( 2πnmax)/(60tα)= 0.2926N.m
Mq= Ma+ Mf+ M0=0.2926+0.00341+0.054=0.35N.m
Mc= Mt+ Mf+ M0=0.089+0.00341+0.054=0.1464N.m
Mk= Mf+ M0=0.00341+0.054=0.05741N.m
從計(jì)算可知, Mq最大,作為初選電動機(jī)的依據(jù).
Mq/ Mjmax=0.446<0.9 滿足所需轉(zhuǎn)矩要求.
4)步進(jìn)電機(jī)動態(tài)特性校驗(yàn)Je /Jm<4 說明慣量可以匹配
綜上所述,可選60BYG350DL-SASSML-0451 的電機(jī)
3.13 聯(lián)軸器選擇
聯(lián)軸器除聯(lián)接兩軸并傳遞轉(zhuǎn)矩外，有些還有補(bǔ)償兩軸因制造和安裝誤差而造成的軸線偏移的功能，以及具有緩沖、吸振、安全保護(hù)等功能。因此要根據(jù)傳動裝置工作要求來選定聯(lián)軸器類型。本方案選擇套筒聯(lián)軸器。
第4章 進(jìn)給變速箱設(shè)計(jì)
4.1 專用進(jìn)給變速箱設(shè)計(jì)
合機(jī)床及自動線上，當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的進(jìn)給變速箱不能滿足加工工藝的要求（如大直徑深孔加工、平面加工等），或者難以保證精度時(shí)，就應(yīng)設(shè)計(jì)專用進(jìn)給變速箱和專用頭。
要想按計(jì)算來設(shè)計(jì)專用進(jìn)給變速箱箱體，這幾乎是不可能的。應(yīng)充分參考調(diào)查的實(shí)例進(jìn)行設(shè)計(jì)。對受力大的地方要適當(dāng)加大剛性；對受力小的地方應(yīng)酌情減薄壁厚。
設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮使主軸上受的力盡快的通過軸承傳到箱體上。這就要求組成前支承的受徑向和軸向載荷的軸承，盡量設(shè)置在靠近主軸的前端。
為了縮短前軸承至鏜刀（加工部位）的距離，剛性進(jìn)給變速箱可以不用前蓋。
4.2傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1電動機(jī)的選擇
電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式可以根據(jù)電源（直流或交流）、工作條件（溫度、環(huán)境、空間尺寸等）和載荷特點(diǎn)（性質(zhì)、大小、啟動性能和過載情況）來選擇。
一般情況下應(yīng)選用交流電動機(jī)。Y系列電動機(jī)為80年代的更新?lián)Q代產(chǎn)品，具有高效、節(jié)能、振動小、噪聲小和運(yùn)行安全可靠的特點(diǎn)，安裝尺寸和功率等級符合 IEC國際標(biāo)準(zhǔn)，適合于無特殊要求的各種機(jī)械設(shè)備。
電動機(jī)容量的選擇須根據(jù)工作機(jī)容量的需要來確定。如所選電動機(jī)的容量過大，必然會增加成本，造成浪費(fèi)；相反容量過小，則不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動機(jī)長期過載，發(fā)熱量大而過早損壞。
2電動機(jī)功率的選擇
N動>（千瓦） （3-1）
N進(jìn)為0.8~2千瓦，η=0.9
N動4.0千瓦
動力箱的選擇：
表3-1 動力箱型號
型號
型式
電動機(jī)型號
電動機(jī)的功率
電動機(jī)的轉(zhuǎn)速r·min-1
輸出軸轉(zhuǎn)速r·min-1
1TD40-I
Ⅱ
Y100-L8
2
1440
720
3傳動系統(tǒng)總傳動比的確定及各級分傳動比的分配
電動機(jī)選定之后，根據(jù)電動機(jī)滿載轉(zhuǎn)速及工作機(jī)轉(zhuǎn)速，就可計(jì)算出傳動系統(tǒng)的總傳動比為
(3-2)
由傳動方案可知，傳動系統(tǒng)的總傳動比等于各級分傳動比之積。即
(3-3)
式中，，，… ，為各級傳動副的傳動比。
(3-4)
由式（3-4）得
由式（3-3）得
合理地分配各級傳動比，在傳動系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中是很重要的，它將直接影響到傳動裝置的外廓尺寸、質(zhì)量、潤滑條件、成本的高低、傳動零件的圓周速度大小及精度等級的高低。要同時(shí)滿足各方面的要求是不現(xiàn)實(shí)的，也是非常困難的，應(yīng)根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行分析比較，首先滿足主要要求，盡量兼顧其他要求。在合理分配傳動比時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。
（a） 各級傳動比都應(yīng)在常用的合理范圍內(nèi)，以符合各種傳動形式的工作特點(diǎn)，能在最佳狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，并使結(jié)構(gòu)緊湊、工藝合理。
（b） 應(yīng)使傳動裝置結(jié)構(gòu)尺寸較小，質(zhì)量較輕。
（c） 應(yīng)使各傳動件尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱合理，避免相互干擾碰撞。
4.3 齒輪的設(shè)計(jì)及參數(shù)的確定
齒輪傳動是機(jī)械傳動中最重要、應(yīng)用最廣泛的一種傳動。其主要優(yōu)點(diǎn)是：傳動效率高，工作可靠，壽命長，傳動比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊。其主要缺點(diǎn)是：制造精度要求高，制造費(fèi)用大，精度低時(shí)振動和噪聲大，不宜用于軸間距離較大的傳動。
4.3.1齒輪的設(shè)計(jì)
我們就以軸1和軸2嚙合的一對齒輪為例。
A．齒輪的材料，精度和齒數(shù)的選擇
因傳遞功率不大，轉(zhuǎn)速不高，材料按表7-1選取，都采用45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8級，輪齒表面粗糙度為Ra1.6。
軟齒面閉式傳動，失效形式為點(diǎn)蝕，考慮傳動平穩(wěn)性，齒數(shù)宜取多些，取z=33則與其嚙合的齒數(shù)z嚙合=
B．設(shè)計(jì)計(jì)算
a．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。
b．按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
(3-5)
(3-6)
由圖7-6選取材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為：
由圖7-7選取材料的彎曲疲勞極限應(yīng)力為：
應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N
N1=60n1at=607201 (163008)=1.66109
則 N2=N1/u=1.66x109/2.06=1.24109
由圖7-8查得 接觸疲勞壽命系數(shù)ZN1=1,ZN2=1
由圖7-9查得 彎曲疲勞壽命系數(shù)YN1=1,YN2=1
由表7-2查得 接觸疲勞安全系數(shù)SHmin=1，彎曲疲勞安全系數(shù)SFmin=1.4,又Yst=2.0
試選Kt=1.3
求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力：
(3-7)
(3-8)
(3-9)
(3-10)
將有關(guān)值代入式（3-5）得：
=
=48.07mm
則 (3-11)
查圖7-10得kv=1.09;由表7-3查得kA=1.25;由表7-4查得kβ=1.05；取kα=1，則
(3-12)
修正
m=d1/z1=48.07/33=1.467mm (3-13)
由表7-6取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=3mm。
c．計(jì)算幾何尺寸
d1=mz1=320mm=60mm
d2=mz2=367mm=201mm
a=m(z1+z2)/2mm=130.5mm
b==160=60mm (3-14)
取b2=60mm
C.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
由圖7-18查得YFS1=4.35 YFS2=4.1, 取=0.7
校核大小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度
(3-15)
=
(3-16)
合適。
4.3.2齒輪參數(shù)的確定
（以傳動軸1上67/3.0，與20/3.0嚙合的齒輪為例）
A. 確定齒輪的精度等級
該齒輪是鏜床進(jìn)給變速箱中速度較高的齒輪，主要要求是傳動平穩(wěn)性精度，故首先考慮第Ⅱ公差組精度等級。
據(jù)圓周速度 (3-17)
由表12-6、表12-7可見，在<3m/s速度分段中，速度不算高，且普通機(jī)床對噪聲限制不很嚴(yán)格，因此可選定第Ⅱ公差組為７級。由于該齒輪對傳遞運(yùn)動準(zhǔn)確性要求不高，可比第Ⅱ公差組精度降低一級，故第Ⅰ公差組選定為８級。動力齒輪對齒面載荷分布均勻性有一定要求，第Ⅲ公差組精度一般不低于第Ⅱ公差組，故亦定為7級。所以最后選定小齒輪精度為：8-7-7。
B.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)，故可采用便于批量測量的檢驗(yàn)組，查表12-3選定，，，，組成檢驗(yàn)方案。根據(jù)d1=mz1=367mm=201mm及b1=32mm,查表12-13,表12-14,表12-15,可得公差值：
第Ⅰ公差組 ＝63um, =40um
第Ⅱ公差組 =20um
第Ⅲ公差組 =11um
C. 計(jì)算齒輪副側(cè)隙和確定齒厚極限偏差代號
a．計(jì)算齒輪副的最小極限側(cè)隙jnmin
由表12-10按噴油潤滑和v=1.91m/s查得：
jn1=0.01mn=0.013mm=0.030mm
由式（12-9）得
根據(jù)齒輪和箱體的材料，從材料手冊上查得，鋼和鑄鐵的線膨脹系數(shù)分別為
a1=11.510-6/oC a2=10.510-6/oC
傳動中心距為 (3-18)
所以jn2=2130.5[11.5(80-20)-10.5 (50-20)]10-6sin20omm
=0.017mm
jmin=jn1+jn2=(0.030+0.019)mm=0.047mm (3-19)
b．確定齒厚極限偏差代號
齒厚上偏差：
(3-20)
式中前面已查得＝11um，fpb由表12-14按７級查得
fpb1=13um
fpb2=13um
fpt=14um
由表12-17按a=76.5mm,7級精度查得fa=23um。所以
=-45
由表12-14查得fpt=11um,則
由圖12-29或表12-9查得齒厚上偏差代號為F，因此
(3-21)
齒厚下偏差
由可知。查表12-13，８級精度Fr=45um,查表12-11,br=1.26IT9=1.2674um=93um 所以
得
(3-22)
(3-23)
由圖12-29或表12-9查得齒厚下偏差代號為J，因此
(3-24)
(3-25)
至此，小齒輪的精度為：8-7-7FJ GB10095-88。
D.確定齒坯公差、表面粗糙度
齒輪內(nèi)孔是加工、檢驗(yàn)及安裝的定位基準(zhǔn)，對7級精度的齒輪，由表12-18查得：內(nèi)孔尺寸公差