题目：无丝杠车床主传动系统运动和动力设计
设计要求：
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序号
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机床主参数
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公比φ
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最低转速
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级数Z
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功率（kW）
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10
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最大加工直径φ400mm无丝杠车床
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1.41
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26.5
|
12
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5.5
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目 录
一、运动设计……………………………………………4
1 确定极限转速…………………………………………………4
2 确定公比……………………………………………………4
3 求出主轴转速级数………………………………………4
4 确定结构式…………………………………………………4
5 绘制转速图…………………………………………………4
6 绘制传动系统图………………………………………………6
7 确定变速组齿轮传动副的齿数…………………………7
8 校核主轴转速误差…………………………………8
二、动力设计……………………………………………9
1 传动轴的直径确定……………………………………9
2 齿轮模数的初步计算………………………………………10
参考文献………………………………………………12
一、运动设计
1、确定极限转速
根据设计参数，主轴最低转速为26.5r/min，级数为17，且公比φ=1.26。于是可以得到主轴的转速分别为：26.5, 33.5,42.5, 53, 67,85, 106,132, 170, 212, 265,335, 425, 530,670, 850, 1060r/min，则转速的调整范围
。
2、确定公比φ
根据设计数据，公比φ=1.26。
3、求出主轴转速级数Z
根据设计数据，转速级数Z=17。
4、确定结构式
按照主变速传动系设计的一般原则，选用结构式为
的传动方案。其最后扩大组的变速范围
,符合要求，其它变速组的变速范围也一定符合要求。
5、绘制转速图
（1）选定电动机
根据设计要求，机床功率为4KW，可以选用Y132M1-6，其同步转速为1000r/min，满载转速为960r/min，额定功率4KW。
（2）分配总降速传动比
总降速传动比为
，又电动机转速
不在所要求标准转速数列当中，因而需要用带轮传动。
（3）确定传动轴的轴数
轴数=变速组数+定比传动副数=3+1=4。
（4）绘制转速图
因为确定中间各轴转速时，通常往前推比较方便，所以首先定III轴的转速。
①确定III轴的转速
由于第二扩大组的变速范围为8，选取故这两对传动副的最小和最大传动比必然是
，
。
于是可以确定III轴的六级转速只能是：106,132，170, 212，265，335, 425, 530，670r/min，可见III轴的最低转速为106r/min。
②确定II轴转速
第一扩大组的级比指数
。为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，一般限制降速最小传动比
，又为避免扩大传动误差，减少振动噪声，限制最大升速比
。于是，II轴的最低转速是335/min，三级转速分别为530,425,300r/min。
③确定I轴转速
I轴级比指数为
，由升2降4原则，则确定I轴的转速为530r/min。
最后可以确定电动机轴（0轴）与I轴之间的传动比，采用带传动，传动比为
。
根据以上计算，绘制转速图如下：
图1 转速图
6、 绘制传动系统图
图2 传动系统图
7、确定变速组齿轮传动副的齿数
①变速组a：
变速组a有三个传动副，传动比分别是
，
，
由参考文献【1】表3-9查得：
符合条件
的可取
，查表可得轴I主动齿轮齿数分别为：35、31、27。
根据相应的传动比，可得轴II上的三联齿轮齿数分别为：35、39、43。
②变速组b：
变速组b有两个传动副，传动比分别是
，
，
。
查表得：
可取
，于是可得轴II上主动齿轮齿数分别是：49,34,21。
于是根据相应传动比，得轴III上三齿轮的齿数分别是：49,54,67。
③变速组c：
变速组c有两个传动副，传动比分别是
，
。
查表得：
可取
，于是可得轴III上主动齿轮齿数分别是：63,21。
于是根据相应传动比，得轴Ⅳ上两齿轮的齿数分别是：40,82。
8、 校核主轴转速误差
实际传动比所造成的主轴转速误差，要求不超过
。下表为主轴转速误差与规定值之间的比较：
表1 主轴转速误差与规定值之间的比较
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标准转速r/min
|
实际转速r/min
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主轴转速误差
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在标准值范围之内
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26.5
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26.7
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0.42%
|
√
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33.5
|
33.8
|
0.89%
|
√
|
|
42.5
|
42.5
|
0.00%
|
√
|
|
53
|
53.7
|
1.32%
|
√
|
|
67
|
67.9
|
1.34%
|
√
|
|
85
|
85.4
|
0.47%
|
√
|
|
106
|
107.08
|
1.01%
|
√
|
|
132
|
135.56
|
2.60%
|
√
|
|
170
|
170.53
|
0.31%
|
√
|
|
212
|
208.00
|
1.88%
|
√
|
|
265
|
261.64
|
1.27%
|
√
|
|
335
|
330.02
|
1.46%
|
√
|
|
425
|
417.78
|
1.69%
|
√
|
|
530
|
525.59
|
0.83%
|
√
|
|
670
|
658.54
|
1.71%
|
√
|
|
850
|
833.65
|
1.92%
|
√
|
|
1060
|
1048.78
|
1.05%
|
√
|
二、动力设计
1、 传动轴的直径的确定
传动轴的直径可以按照扭转刚度进行初步计算：
式中 
——传动轴直径
——该轴传递的功率
——该轴的计算转矩
——该轴每米长度允许扭转角，取值为
（1）主轴的计算转速
由参考文献【1】表3-10中所述，
。
（2）各个传动轴的计算转速
由转速图可以得到I、II、III轴的计算转速分别为530, 335, 106r/min。
（3）各传动轴直径
I轴：
取
=35mm
II轴：
取
=40mm
III轴：
取
=50mm
（4）主轴轴颈尺寸的确定
根据参考文献【1】中表3-13，主轴前轴轴颈范围为70~105mm,取
，后轴颈直径
，取
。
2、齿轮模数的初步计算
（1）齿轮计算转速的确定
只需计算变速组内最小的也是强度最弱的齿轮即可。
a变速组内最小齿轮齿数是z=27，只有一个转速530r/min，取为计算转速
b变速组内最小齿轮齿数是z=21，使III轴获得530,425,335r/min三个转速，106r/min是III轴的计算转速，所以该齿轮的计算转速为335r/min。
c变速组内的最小齿轮齿数是z=21，使主轴获得9级转速，85r/min是主轴的计算转速，所以该齿轮的计算转速为530r/min。
（2）模数的计算
要求每个变速组的模数相同。
根据：
其中： 
——按接触疲劳强度计算的齿轮模数
——大小齿轮的齿数比
——电动机功率kW，
——齿宽系数，取
——小齿轮齿数
——齿轮传动许用接触应力，取
——计算齿轮计算转速（r/min）
变速组a：
，取
变速组b：
，取
变速组c：
，取
