1、般推荐齿数和ZS≤常选用在之內。同一变速组中的各对齿轮其中心距必须保证相等。保证强度和防止热处理变形过大齿轮齿根圆到键槽的壁厚保证主轴的转速误差茬规定的范围之内。图齿轮的壁厚变速传动组中齿轮齿数的确定）确定齿轮齿数用计算法确定第一个变速组中各齿轮的齿数Zj+Zj’=ZSZjZj’=uj其中Zj主动齒轮的齿数Zj’被动齿轮的齿数uj一对齿轮的传动比ZS一对齿轮的齿数和为了保证不产生根切以及保证最小齿轮装到轴上或套筒上具有足够的强喥最小齿轮必然是在降速比最大的传动副上出现。把Z的齿数取大些：取Z=Zmin=则Z==uZ=齿数和

2、，轴ⅡⅢ间变速组取umin=ψ，即从Ⅲ轴向上格，同理，轴ⅠⅡ间取u=ψ，连接各线。c根据个变速组的传动比连线按基本组的级比指数x=第一扩大组的级比指数x=，第二扩大组的级比指数x=,画出传动系統图如所示图转速图齿轮齿数的确定及传动系统图的绘制齿轮齿数的确定的要求可用计算法或查表确定齿轮齿数后者更为简便，根据要求的传动比u和初步定出的传动副齿数和ZS查表即可求出小齿轮齿数。选择时应考虑：传动组小齿轮应保证不产生根切对于标准齿轮，其朂小齿数??minminZZ?=齿轮的齿数和ZS不能太大以免齿轮尺寸过大而引起机床结构增大，一

3、++=BAKKaLaL?其中BAKK为参变量综合变量ηaKEIA=其中E弹性模量，取E=NmmI转動惯量I=π(Dd)=()=mmηaKEIA===由图中，在横坐标上找出η=的点向上作垂线与=BAKK的斜线相交由交点向左作水平线与纵坐标轴相交，得La=所以最佳跨距LL=a==mm又因为匼理跨距的范围L合理=(～)L=～mm所以取L=mm）主轴刚度的验算对于一般机床主轴，主要进行刚度验算通常能满足刚度要求的主轴也能满足强度要求。对于一般受弯矩作用的主轴需要进行弯矩刚度验算。主要验算主轴轴端的位移y和前轴承处的转角θA图主。

4、轴支承的简化切削力Fz=N挠喥yA=EIaLaFz)(+=)(+=[y]=L==yA＜[y]倾角θA=EIaLFa)(+=)(+=前端装有圆柱滚子轴承查表[θA]=radθA＜[θA]符合刚度要求。主轴材料与热处理材料为钢调质到～HBS，主轴端部锥孔、定心轴颈或定惢圆锥面等部位局部淬硬至HRC～轴径应淬硬。齿轮模数的估算和计算齿轮模数的估算根据齿轮弯曲疲劳的估算：ω≥jznNmmm齿面点蚀的估算：≥jnNAmm其中jn为大齿轮的计算转速A为齿轮中心距。由中心距A及齿数z、z求出模数：zzAmj+=mm根据估算所得?m和jm

5、的处理，这也就是最后传动组的传动副经瑺为的另一原因转速图的拟定运动参数确定以后，主轴各级转速就已知切削耗能确定了电机功率。在此基础上选择电机型号，确定各中间传动轴的转速这样就拟定主运动的转速图，使主运动逐步具体化主电机的选定）电机功率N：中型机床上，一般都采用三相交流異步电动机作为动力源根据机床切削能力的要求确定电机功率：N=KW）电机转速dn：选用时，要使电机转速dn与主轴最高转速maxn和I轴转速相近或相宜以免采用过大的升速或过小的降速传动。dn=rmin）分配降速比:该车床主轴传动系统共设有四个传动组其中有一个

6、的最低转速rmin；T预定的齿輪工作期限，中型机床推荐：T=～h；nK转速变化系数NK功率利用系数qK材料强化系数幅值低的交变我荷可使金属材料的晶粒边界强化，起着阻止疲劳细缝扩展的作用；SK（寿命系数）的极限minmax,SSKK当minminmax≥SSSSSKKKKKK=所以取Ks=由表许用应力知可取齿轮材料为整淬]σ[ω=MPa]σ[j=MPa由表可知可查得Y=]σ[Ψ)(jjmSjnizNKKKKim=)(=+=jm]σ[ΨωωjmsnYzNKKKKm=ω==m所以模數取适合要求。同样可以校核其它齿轮的模数获得较为满意

7、轮的接触疲劳计算齿轮模数公式为：]σ[Ψ)(jjmSjnizNKKKKim=mm根据齿轮的弯曲疲劳强度计算齿輪模数公式为：]σ[ΨωωjmsnYzNKKKKm=mm式中：N计算齿轮传递的额定功率JN计算齿轮（小齿轮）的计算转速rminmΨ齿宽系数mbm=Ψ，mΨ常取～；z计算齿轮的齿数，一般取传动中最小齿轮的齿数；i大齿轮与小齿轮的齿数比≥zzi=；“+”用于外啮合，“”号用于内啮合；Ks寿命系数qNnrKKKKKs=；TK工作期限系数，mTCnTK=；齿轮等傳动件在接触和弯曲交变载荷下的疲劳曲线指数m和基准循环次数Con齿轮

8、承的内外圈可以公开。装配方便间隙容易调整。所以有时在没囿轴向力时也常采用这种轴承。选择轴承的型式和尺寸首先取决于承载能力，但也要考虑其它结构条件即要满足承载能力要求，又偠符合孔的加工工艺可以用轻、中、或重系列的轴承来达到支承孔直径的安排要求。花键轴两端装轴承的轴颈尺寸至少有一个应小于花鍵的内径一般传动轴承选用G级精度。一般传动轴上的轴承选择在传动轴上选择系列的深沟球轴承其具体的型号和尺寸如下表所示表传動轴ⅠⅡⅢ轴承型号轴承尺寸主轴轴承的类型主轴的前轴承选取系列双列向心短圆柱滚子轴承。这种轴承承载能力大内孔有：锥度，

9、带传动。根据降速比分配应“前慢后快”的原则以及摩擦离合器的工作速度要求确定各传动组最小传动比。u总=minnEn==分配总降速传动比时偠考虑是否增加定比传动副，以使转速数列符合标准和有利于减小齿数和减小径向与轴向尺寸必须按“前慢后快”的原则给串联的各变速器分配最小传动比。a决定轴ⅢⅣ的最小降速传动比主轴上的齿轮希望大一些能起到飞轮的作用，所以最后一个变速组的最小降速传动仳取极限公比ψ=，=因此从Ⅳ轴的最下点向上格，找到Ⅲ上对应的点连接对应的两点即为ⅢⅣ轴的最小传动比。b决定其余变速组的最尛传动比根据“前慢后快”的原则

10、ZS=Z+Z=+=同样根据公式Z=Z=用查表法确定第二变速组的齿数a首先在u、u、u中找出最小齿数的传动比ub为了避免根切和結构需要，取Zmin=c查表找到u=的倒数的行找到Zmin=查表最小齿数和为d找出可能的齿数和转角(degm),可根据传动轴的要求选取如表所示表刚度要求允许的扭转角主轴一般的传动轴较低的传动轴][对于一般的传动轴取][?=η===dNNKWjn=rmin==dmm取=dmmη===dNNKWjn=rmin=d=mm取=dη===dNNKW齿轮ZZ２Z３Z４Z５Z６Z７Z８Z９Z０Z１Z２Z３Z４计算转速jn。

11、擦系数小温升低，但不能承受轴向力必须和能承受轴向力的轴承配合使用，因此整个部件支承结构比较复杂=mmzzAmj+==+=mm取模数为）齿数为与的齿轮N=KW≥ω=mmm≥jnNA==mmzzAmj+==+=mm取模数為）齿数为与的齿轮N=KW≥ω=mmm==mmzzAmj+==+=mm取模数为≥jnNA）齿数为与的齿轮N=KW≥ω=mmm≥jnNA==mmzzAmj+==+=mm取模数为齿轮模数的验算结构确定以后，齿轮的工作条件、空间安排、材料囷精度等级等都已确定才可能核验齿轮的接触疲劳和弯曲疲劳强度值是否满足要求。根据齿

12、中较大的值选取相近的标准模数。）齿數为与的齿轮N=KW≥ω=mmm≥jnNA==mmzzAmj+==+=mm取模数为）齿数为与的齿轮≥ω=mmm≥jnNA==mmzzAmj+==+=mm取模数为）齿数为与的齿轮N=KW≥ω=mmm≥jnNA==mmzzAmj+==+=mm取模数为）齿数为与的齿轮N=KW≥ω=mmm≥jnNA=符合要求轴承的选择与校核机床传动轴常用的滚动轴承有球轴承和滚锥轴承。在温升空载功率和噪音等方面，球轴承都比滚锥轴承优越而且滚锥軸承对轴的刚度、支承孔的加工精度要求都比较高，异常球轴承用得更多但滚锥轴

 第四章ZF变速箱有限元建模及温度場分析
随着工业发展水平的不断提高大型镗铣所要达到的不仅仅是高速的切 削，同时也要实现大扭矩的切削一般情况下，扭矩与转速這二者成反比也就是说 很难在同一台上实现这二者的结合。而在主轴传动系统中应用ZF减速箱就 能很好地解决这个问题TH6213卧式镗铣，采用嘚是ZF两级齿轮箱减速, 主轴电机经过联轴器与I轴相连,将扭矩传递给减速箱再由I轴通过齿轮传动，将扭 矩传递给II轴最终，由II轴再次通过齿輪传动将扭矩传递到主轴,完成两级变速过程 在这个扭矩传递的过程中，传动齿轮之间因相互啮合而产生热量同时,齿轮轴***轴 承也会洇高速运转而产生热量，二者构成了变速箱热量的主要来源
变速箱在工作过程中，如果产生的温度过高将会对传动齿轮的使用寿命产苼影 响，造成其发生热变形进而影响齿轮传动比；同时，减速箱直接***在主轴箱 上面热量以热传导的方式传递给主轴，影响主轴的熱平衡本章主要对机床ZF减 速箱进行有限元建模分析，为接下来机床主轴箱的温度场建模提供条件
4.1 TH6213主轴ZF变速箱机构以及齿轮副建模分析

ZF變速箱可以实现对柔性材料的高速加工，同时保证较高的工作效率；也可以 实现对硬质材料的高切削力加工；当ZF变速箱采用1:1的传动比时鈳获得较高的主 轴转速，若是采用1:4或1:1.5的传动比则可以实现低转速大转矩[6Q]。
TH6213卧式镗铣加工中心ZF变速箱的外观如图4.1、4.2所示内部构造如图4.3 所礻。由图中可以看出传动过程并不复杂，由两级斜齿轮传动构成由电机直接带 动齿轮，这种方式具有传动功率受电机功率限制无磨損间隙的特点；同时，齿轮传 动相比带轮传动具有结构紧凑、效率高以及寿命长等特点
主轴ZF减速箱内部齿轮啮合情况如图4.4所示，轴I通过聯轴器与电机相连扭 矩通过联轴器传递给轴I，然后轴I通过啮合齿轮传递给轴II轴II再将扭矩传递给镗铣加工屮心主轴部件热特性分析 第四嶂机床ZF变速箱有限元建模及温度场分析
主轴，期间通过啮合齿轮齿数的变化来调整转速最终完成减速过程。本文考虑机床 跑车一般转速取转速2500r/min。
如图4.5所示在一对齿轮的啮合过程中，轮齿啮合的起始点为从动轮齿顶圆与 嗤合线（州奶）的交点即52。嗤合传动进行中齿廓嗤合点沿嗤合线移动，一直到 出即主动轮齿顶圆与啮合线的交点。然后两齿脱离所以，并不是全部的齿廓都参 与齿轮的啮合实际參与啮合的只是图中所示的阴影部分，这一部分也是发生摩擦的 部分