Harbin Institute of Technology
机械制造装备设计
大作业
题目：无丝杠车床主传动系统设计学院：机电工程学院
班级：
姓名：
学号：
©哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学
机械制造装备设计大作业题目：无丝杠车床主传动系统设计
目录
一、运动设计 (3)
1 确定极限转速 (3)
2 确定公比 (3)
3 求出主轴转速级数 (3)
4 确定结构式 (3)
5 绘制转速图 (4)
6 绘制传动系统图 (5)
7 确定变速组齿轮传动副的齿数 (6)
8 校核主轴转速误差 (6)
二、动力设计 (7)
1 传动轴的直径确定 (7)
2 齿轮模数的初步计算 (7)
参考文献 (9)
设计任务
设计题目：无丝杠车床主传动系统设计
已知条件：最大加工直径ф400mm，最低转速40r/min，公比φ=1.41，级数Z=11，切削功率N=5.5KW。

设计任务：
1.运动设计：确定系统的转速系列；分析比较拟定传动结构方案；确定传动副的传动比和齿轮的齿数；画出传动系统图；计算主轴的实际转速与标准转速的相对误差。

2.动力设计：确定各传动件的计算转速；初定传动轴直径、齿轮模数；选择机床主轴结构尺寸。

一、运动设计
1. 确定极限转速
已知最低转速为40r/min，公比φ=1.41，参考文献[1]表4-2标准转速系列的本系统转速系列如下：40 57 80 113 160 226 320 453 640 905
1280 r/min，则转速的调整范围max
min 1280
32 40
n n
R
n
===。

2. 确定公比
根据设计数据，公比φ=1.41。

3. 求出主轴转速级数Z
根据设计数据，转速级数Z=11。

4.确定结构式
（1）确定传动组和传动副数
由于总级数为11，先按12设计再减掉一组。

共有以下几种方案：
12=4×3 12=3×4 12=3×2×2 12=2×3×2 12=2×2×3 根据传动副前多后少原则，以减少传动副结构尺寸选择第三组方案，即： 12=3×2×2
（2）确定结构式
按前疏后密原则设计结构式中的级比指数，得到：
12=3
1×2
3
×2
6
减掉一组转速为：
12=31×23×25
对于该结构式中的第二扩大组x 2=5、p 2=2，而因此r 2=φ5×(2-1)
=1.415=5.57<8。

该方案符合升二降四原则。

5. 绘制转速图 （1）选定电动机
本题已经确定切削为5.5KW ，4极电机，参照相关手册选择Y132S-4型电机。

Y132S-4型电机主参数如下： 额定功率 5.5KW ； 满载转速 1440r/min （2）确定传动轴的轴数
传动轴数=变速组数+定比传动副数+1=3+1=4。

（3）分配总降速传动比
按从主轴向电机分配传动比，并按照升二降四、先快后慢原则分配。

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φ 5 =1.415=5.57，选取故这两对传动副的最小和最大传动比13
1
c u ϕ=
，22c u ϕ=。

于是可以确定III 轴的六级转速只能是：113，160，226，320，453，640r/min ，可见III 轴的最低转速为113r/min 。

②确定II 轴转速
第一扩大组的级比指数31=X 。

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4
1
min ≥
u ，又为避免扩大传动误差，减少振动噪声，限制最大升速比22max =≤φu 。

可取13
1
b u ϕ=
，21b u =。

于是，II 轴的最低
转速是320/min ，三级转速分别为640,453,320r/min 。

③确定I 轴转速 同理，轴I 可取12
1
a u ϕ=，21
a u ϕ
=
，31a u =。

于是就确定了轴I 的转速
为640r/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
0640
1440
u =。

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
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，传动比分别是取12
1
12a u ϕ=
=
，211
1.41
a u ϕ==，31a u =。

由参考文献[1]表5-1查得：符合条件60,72Z S =的可取72Z S =，查表可得轴I 主动齿轮齿数分别为：24、30、36。

根据相应的传动比，可得轴II 上的三联齿轮齿数分别为：48、42、36。

②变速组b ：
变速组b 有两个传动副，传动比分别是可取13
1
1
2.82
b u ϕ=
=
，21b u =。

查表得：可取84Z S =，于是可得轴II 上主动齿轮齿数分别是：22,42。

于是根据相应传动比，得轴III 上三齿轮的齿数分别是：62,42。

③变速组c ：
变速组c 有两个传动副，传动比分别是73
1
1
2.82
u ϕ=
=
，282u ϕ==。

查表得： 可取90Z S =，于是可得轴III 上主动齿轮齿数分别是：22,60。

于是根据相应传动比，得轴Ⅳ上两齿轮的齿数分别是：62,30。

8. 校核主轴转速误差
下表为主轴转速误差与规定值之间的比较：实际传动比所造成的主轴转速误差，要求不超过10(1)%10(1.411)% 4.1%ϕ±-=±⨯-=±。

表1 主轴转速误差与规定值之间的比较
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：
4
]
[91ϕj n P
d = 式中 d ——传动轴直径 P ——该轴传递的功率 j n ——该轴的计算转速
][ϕ——该轴每米长度允许扭转角，取值为m /6.0︒ （1）主轴的计算转速
由参考文献[1]表5-2中所述，13
min 113/min Z n n r ϕ-==。

（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640,320,113r/min 。

（3）各传动轴直径
I
轴：9129.07I d mm === 取I d =30mm II
轴：9134.57II d mm === 取II d =35mm III
轴：9144.85III d mm === 取III d =45mm （4）主轴轴颈尺寸的确定
主轴前轴轴颈范围为70 105mm,取180D mm =，后轴颈直径
21(0.75~0.85)60~68D D mm ==，取265D mm =。

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=24，只有一个转速640r/min ，取为计算转速
b 变速组内最小齿轮齿数是z=22，113r/min 是III 轴的计算转速，所以该齿轮的计算转速为320r/min 。

c 变速组内的最小齿轮齿数是z=22，使主轴获得6级转速，113r/min 是主轴的计算转速，所以该齿轮的计算转速为320r/min 。

（2）模数的计算
要求每个变速组的模数相同。

根据：
其中： j m ——按接触疲劳强度计算的齿轮模数
u ——大小齿轮的齿数比 d N ——电动机功率kW ，4d N KW = m φ——齿宽系数，取8=m φ 1z ——小齿轮齿数
][j σ——齿轮传动许用接触应力，取[]1370j MPa σ= j n ——计算齿轮计算转速（r/min ） 变速组a ：
16338 1.68a m mm ===，
取2a m mm =
变速组b ：
16338 2.17b
m mm ===，取 2.5b m mm =
变速组c ：
16338 2.17c m mm ===，取 2.5c m mm =
j m =
参考文献
[1] 机械制造装备设计. 哈尔滨工业大学出版社
[2] 宋宝玉主编.机械设计课程设计. 哈尔滨工业大学出版社. 2008。