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編號(hào)：
桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題 目： Z512B臺(tái)式小鉆床設(shè)計(jì)
院 （系）： 信息科技學(xué)院機(jī)電工程系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名： 裴波
學(xué) 號(hào)： 0953100107
指導(dǎo)教師單位： 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院
姓 名： 柏子剛
職 稱： 講師
題目類型：¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 ■工程設(shè)計(jì) ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開(kāi)發(fā) ¨應(yīng)用研究
年 月 日
摘 要
設(shè)計(jì)機(jī)床得主傳動(dòng)變速系統(tǒng)時(shí)首先利用傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法求出理想解和多個(gè)合理解。根據(jù)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸功率與轉(zhuǎn)矩特性要求，分析了機(jī)電關(guān)聯(lián)分級(jí)調(diào)速主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和方法。從主傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)入手，確定最佳機(jī)床主軸功率與轉(zhuǎn)矩特性匹配方案，計(jì)算和校核相關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。本說(shuō)明書(shū)著重研究機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)方法，根據(jù)已確定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)以變速箱展開(kāi)圖的總中心距最小為目標(biāo)，擬定變速系統(tǒng)的變速方案，以獲得最優(yōu)方案以及較高的設(shè)計(jì)效率。在機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中，為減少齒輪數(shù)目，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，縮短軸向尺寸，用齒輪齒數(shù)的設(shè)計(jì)方法是試算，湊算法，計(jì)算麻煩且不易找出合理的設(shè)計(jì)方案。本文通過(guò)對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)中三聯(lián)滑移齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)的分析與研究，繪制零件工作圖與主軸箱展開(kāi)圖及剖視圖。
關(guān)鍵詞：分級(jí)變速，傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)副，結(jié)構(gòu)網(wǎng)，結(jié)構(gòu)式，齒輪模數(shù)，傳動(dòng)比
33
Abstract
First, in order to obtain the ideal and more understanding of the design method of transmission system design of machine tool transmission system when the winner. According to the requirements of the main drive system of CNC machine tool and spindle power and torque characteristics, analysis of the design principle and method of mechanical and electrical connection and speed of main transmission system. Starting from the main drive system structure network, determine the optimum matching scheme of machine tool spindle power and torque characteristics, the calculation and verification of relevant motion parameters and dynamic parameters. Design steps and design method of this specification focuses on the main drive system of machine tool, according to the motion parameters have been determined by transmission center distance of expansion graph of the minimum as the goal, formulate transmission scheme transmission system, in order to obtain the optimal scheme and high design efficiency. In the main drive system of machine tool, in order to reduce the number of gears, simplify the structure, reduce the axial size, design method of the number of gear teeth is trial, join algorithm, design calculation of trouble and is not easy to find a reasonable. Through the research and analysis of the main drive system of triple slide gear characteristics, draw the part drawing and the spindle box expansion plan and section view.
Key Words: classification of transmission, the transmission system design, transmission, network structure, structure type, the module of gear, transmission ratio
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 1
1.1 鉆床簡(jiǎn)介 1
1.2 鉆床的發(fā)展及趨勢(shì) 1
1.3 Z512B臺(tái)式小鉆床介紹 2
1.4 本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 3
第2章 Z512B臺(tái)式小鉆床總體方案設(shè)計(jì) 4
2.1 Z512B臺(tái)式小鉆床的動(dòng)力選擇 4
2.2 Z512B臺(tái)式小鉆床的驅(qū)動(dòng)方式 4
2.3 Z512B臺(tái)式小鉆床的動(dòng)力性能比較 5
2.4 Z512B臺(tái)式小鉆床動(dòng)力的計(jì)算與選擇 6
第3章 Z512B臺(tái)式小鉆床設(shè)計(jì) 8
2.1運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 8
2.1.1 轉(zhuǎn)速范圍 8
2.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列 8
2.1.3確定結(jié)構(gòu)式 9
2.1.4確定結(jié)構(gòu)網(wǎng) 9
2.1.5繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖 10
2.2 確定各變速組此論傳動(dòng)副齒數(shù) 10
第3章 ZB512動(dòng)力計(jì)算 12
3.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 12
3.2 計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算 13
3.3 齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算 14
3.4 傳動(dòng)軸最小軸徑的初定 19
3.5 主軸合理跨距的計(jì)算 20
第4章 主要零部件的選擇 21
4.1 軸承的選擇 21
4.2 鍵的規(guī)格 21
4.4變速操縱機(jī)構(gòu)的選擇 22
第5章 校核 22
5.1 剛度校核 22
5.2 軸承壽命校核 23
第6章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明 25
6.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案 25
6.2 展開(kāi)圖及其布置 25
第7章 主要零件的加工工藝 26
7.1 零件圖樣分析 26
7.2 零件工序和裝夾方式的確定 27
7.3 加工順序的確定 27
7.4進(jìn)給路線的確定 28
7.5 夾具的選擇 28
7.6 刀具的選擇 28
7.7 切削用量的選擇 29
7.8加工所需工、量具 30
結(jié) 論 31
參考文獻(xiàn) 32
致 謝 33
第1章 緒論
1.1 鉆床簡(jiǎn)介
目前將機(jī)床分為12大類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、銑床、刨插床、拉床、特種加工機(jī)床、鋸床及其他機(jī)床。在每一類機(jī)床中，又可以按照工藝范圍、步型型式和結(jié)構(gòu)等等，可以分為若干組，每一組又可以分為若干系列。如鉆床又包括：坐標(biāo)鏜鉆床、深孔鉆床、搖臂鉆床、臺(tái)式鉆床、立式鉆床、臥式鉆床、中心孔鉆床及其他鉆床。在上述的基本分類方法的基礎(chǔ)上，還可以根據(jù)機(jī)床的其他特征進(jìn)一步進(jìn)行分類。同類型機(jī)床按照應(yīng)用范圍（通用性程度），可以分為通用機(jī)床（或者稱萬(wàn)能機(jī)床）、專門(mén)化機(jī)床和專用機(jī)床三大類。其中通用機(jī)床是可以加工多種工件，完成多種多樣工序的加工范圍較廣的機(jī)床，如臥式車床、搖臂鉆床等等。
搖臂鉆床主要由立柱，搖臂，主軸箱，和底座等部分組成。主軸箱裝在搖臂上，可沿立柱上下移動(dòng)，以適應(yīng)加工不同高度工件的要求。此外，搖臂還可以隨外立柱在360°范圍回轉(zhuǎn)，因此主軸很容易調(diào)整到所需要的加工位置。為了使主軸在加工時(shí)保持確定的位置，搖臂鉆床還具有內(nèi)立柱，搖臂及主軸箱的夾緊機(jī)構(gòu)，當(dāng)主軸的位置調(diào)整確定后，可以快速將它們夾緊。 搖臂鉆床的其他變形如萬(wàn)向搖臂鉆床搖臂和主軸箱可以回轉(zhuǎn)或傾斜，使主軸可在空間任意方向都可以進(jìn)行鉆削，適用于重型機(jī)器，機(jī)車車輛，船舶和鍋爐等制造業(yè)中加工大型工件。車式搖臂鉆床的底座有車輪，可以在軌道上移動(dòng)，適用于橋梁和機(jī)床等行業(yè)窄長(zhǎng)形工件的孔加工。
1.2 鉆床的發(fā)展及趨勢(shì)
進(jìn)入市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)后，國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，與中捷搖臂鉆廠生產(chǎn)相同型號(hào)產(chǎn)品的企業(yè)有40多家，中捷搖臂鉆廠產(chǎn)品領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)受到挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，中捷搖臂鉆廠在產(chǎn)品賣得正火的時(shí)候，提出了進(jìn)行跨越產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整。第一，用先進(jìn)技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)品。如普通搖臂鉆床實(shí)現(xiàn)了五軸聯(lián)動(dòng)，價(jià)格由幾萬(wàn)元上升到幾十萬(wàn)元，達(dá)到中國(guó)搖臂鉆床最高水平。第二，向國(guó)際先進(jìn)水平靠攏，不斷擴(kuò)大產(chǎn)品領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。ZK系列、橋式和動(dòng)橋系列產(chǎn)品，十幾項(xiàng)技術(shù)居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。ZK3050獲得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并成為國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品；Z3580A萬(wàn)向搖臂鉆，在任何空間、任意方向、任意位置上實(shí)現(xiàn)鉆削功能，不僅填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，在國(guó)外也不多見(jiàn)。在國(guó)際著名的芝加哥機(jī)床展覽會(huì)上，中捷搖臂鉆廠參展產(chǎn)品被一位美籍華商相中并當(dāng)場(chǎng)拉走。德國(guó)、意大利、西臘、瑞典、伊朗等國(guó)家和地區(qū)紛紛提出做中捷牌搖臂鉆的代理經(jīng)銷商。在上海國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，沈陽(yáng)機(jī)床股份有限公司參展的數(shù)控鉆銑床，同時(shí)被國(guó)內(nèi)三家企業(yè)看好。搖臂鉆床和大多數(shù)機(jī)床一樣，將向數(shù)控自動(dòng)化、機(jī)電一體化和智能化方向發(fā)展。搖臂鉆床未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是：應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高和擴(kuò)大自動(dòng)化工作的功能，使機(jī)床適應(yīng)于納入柔性制造系統(tǒng)工作；提高功率主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度，相應(yīng)提高結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜剛度以適應(yīng)采用新型刀具的需要，提高切削效率；提高加工精度并發(fā)展超精密加工機(jī)床，以適應(yīng)電子機(jī)械、航天等新興工業(yè)的需要。
1.3 Z512B臺(tái)式小鉆床介紹
加工定制：否
類型：工業(yè)臺(tái)鉆
品牌：雙龍
型號(hào)：Z512-2
主電機(jī)功率：0.37（kw）
軸數(shù)量：?jiǎn)屋S
鉆孔直徑范圍：1-13（mm）
主軸轉(zhuǎn)速范圍：480-4100（rpm）
主軸孔錐度：B16
控制形式：人工
適用行業(yè)：通用
布局形式：立式
適用范圍：通用
作用對(duì)象材質(zhì)：金屬
產(chǎn)品類型：全新
項(xiàng)目
Z512-2
最大鉆孔直徑
12.7mm
最大主軸行程
100mm
主軸端錐度
B16
主軸中心至立柱表面距離
193mm
工作臺(tái)面尺寸
165*265mm
底座臺(tái)面尺寸
250*300mm
主軸端至工作臺(tái)面距離
0~330mm
主軸端至底座面距離
188~556mm
工作臺(tái)升降行程
—
主軸箱升降行程
—
工作臺(tái)在垂直平面內(nèi)回轉(zhuǎn)角度
±45°
主軸轉(zhuǎn)速
480,800,1400,2400,4100r/min
電機(jī)*
370或550
外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)
688*380*1037mm
凈重
97Kg
1.4 本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求
1.完成Z512B臺(tái)式小鉆床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要求結(jié)構(gòu)精小簡(jiǎn)單，外形尺寸控制在80×50×100（mm）內(nèi)，2.軸數(shù)量:單軸；3.鉆孔直徑范圍:13（mm）；4.主軸轉(zhuǎn)速范圍:480－4100（rpm）5.控制形式:人工；6.適用行業(yè):通用，7.布局形式:立式。
第2章 Z512B臺(tái)式小鉆床總體方案設(shè)計(jì)
機(jī)械系統(tǒng)通常是由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、工作機(jī)和控制操縱部件及其它輔助部件組成。工作機(jī)是機(jī)械系統(tǒng)中的執(zhí)行部分，原動(dòng)機(jī)是機(jī)械系統(tǒng)的中的驅(qū)動(dòng)部分，傳動(dòng)裝置則是把原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)能量傳遞和運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換不可缺少的部分，而其中原動(dòng)機(jī)在機(jī)械系統(tǒng)中所起的作用是：（1）把自然界的能源變成機(jī)械能；（2）把發(fā)電機(jī)等變能機(jī)所產(chǎn)生的各種形態(tài)的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。
2.1 Z512B臺(tái)式小鉆床的動(dòng)力選擇
常用原動(dòng)機(jī)有以下三種運(yùn)動(dòng)形式，具體見(jiàn)表2-1：
表2-1 原動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)形式
運(yùn)動(dòng)形式
實(shí)例
連續(xù)運(yùn)動(dòng)
電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)、氣壓馬達(dá)、柴油機(jī)、汽油機(jī)
往復(fù)運(yùn)動(dòng)
直線電動(dòng)機(jī)、汽缸、液壓缸
往復(fù)擺動(dòng)
擺動(dòng)油缸、擺動(dòng)汽缸
2.2 Z512B臺(tái)式小鉆床的驅(qū)動(dòng)方式
由一臺(tái)原動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，叫做單機(jī)集中驅(qū)動(dòng)。而多機(jī)分別驅(qū)動(dòng)自然而然是用多臺(tái)原動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。兩種驅(qū)動(dòng)方式中，單機(jī)集中驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置復(fù)雜，操作麻煩，功率大，但價(jià)格便宜。而多機(jī)分別驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)單，電動(dòng)機(jī)功率小，但成本比較高。
1）必須考慮到工作機(jī)對(duì)原動(dòng)機(jī)所提出的起動(dòng)、過(guò)載、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性等方面的要求；
2）必須考慮到其經(jīng)濟(jì)效益及其成本，這也是非常重要的一項(xiàng)。
3）必須考慮到現(xiàn)場(chǎng)能源的供應(yīng)情況及工作環(huán)境因素；
4）必須考慮原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與工作機(jī)的匹配情況；
5）必須考慮到維修是否方便，操作是否簡(jiǎn)單，工作是否可靠；
2.3 Z512B臺(tái)式小鉆床的動(dòng)力性能比較
表2-2 原動(dòng)機(jī)性能比較
類別
電動(dòng)機(jī)
氣缸馬達(dá)
液壓馬達(dá)
柴油機(jī)
尺寸
較大
較小
較小
較大
功率及取范圍
功率大；0.3~1000KW，范圍廣
功率比電動(dòng)機(jī)大；一般在2.2KW以下，尤其適用于0.75KW以下的高速傳動(dòng)
功率最大；受實(shí)際油壓和馬達(dá)尺寸的限制
功率大；5~38000KW
重量
大
比電動(dòng)機(jī)大
最大
大
輸出剛度
硬
軟
較硬
較硬
運(yùn)行溫度控制
溫度應(yīng)低于許應(yīng)值
排氣時(shí)空氣膨脹，噪聲較大，排氣處應(yīng)安裝消聲器
對(duì)油箱進(jìn)行風(fēng)冷或水冷
調(diào)整方法和性能
直流電動(dòng)機(jī)用改變電樞電阻、電壓或改變磁通的方法；交流電動(dòng)機(jī)用變頻、變極或變轉(zhuǎn)差率的方法
用氣閥控制，簡(jiǎn)單，迅速，但不夠精確
通過(guò)閥或泵控制改變流量，調(diào)速范圍大
較難
噪聲
小
較大
較大
較大
維護(hù)要求
較少
少
較多
較多
初始成本
低
較高
高
高
運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用
最低
最高
高
高
應(yīng)用
很廣，需要?jiǎng)恿﹄娫?
小功率高速場(chǎng)合
較廣
很廣，如各種車輛，船舶、農(nóng)用機(jī)械、工程機(jī)械和壓縮機(jī)等等
2.4 Z512B臺(tái)式小鉆床動(dòng)力的計(jì)算與選擇
鉆床切削力的計(jì)算包括鉆床主軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算和主軸軸向切削力的計(jì)算。由于加工材料為Q235鋼，其屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，鉆頭為高速鋼麻花鉆，加工方式為鉆孔，所以查《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：
鉆床轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式如下：
式中，—— 切削力矩（N·M）
—— 鉆頭直徑（mm）
—— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm）
—— 修正系數(shù)
軸向切削力的計(jì)算公式如下：
式中，—— 軸向切削力（N）
—— 鉆頭直徑（mm）
—— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm)
—— 修正系數(shù)
已知被加工材料為Q235結(jié)構(gòu)鋼，結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼取=736MPa，D=13mm，=0.2mm，所以可分別計(jì)算出切削轉(zhuǎn)矩和軸向切削為：
=13.5 N·M
=2595 N
由金屬切削原理可知，主軸切削功率的計(jì)算公式為：
式中：—— 軸向切削力（N）
—— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm)
n——主軸固定轉(zhuǎn)速（r/min）
—— 切削力矩（N·M）
將以上數(shù)值代入公式中可計(jì)算出功率=0.25KW
考慮到軸承傳動(dòng)效率（查得為0.99）和鍵傳動(dòng)效率（查得為0.98），所以可計(jì)算出鉆床主軸要傳遞的功率P為：
P=/(0.99×0.99×0.98)=0.37KW
考慮到Z512B臺(tái)式小鉆床的現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境及工作需求，Z512B臺(tái)式小鉆床的起動(dòng)力矩和調(diào)速范圍等要求，我選擇電動(dòng)機(jī)作為其原動(dòng)機(jī)。由于生產(chǎn)機(jī)械裝置及工作機(jī)所處的工作環(huán)境各不相同，電動(dòng)機(jī)的 工作環(huán)境也自然而然就各不一樣。在絕大多數(shù)情況下，電動(dòng)機(jī)工作的周圍大氣中有不同分量的灰塵和水分，有的處于潮濕之處甚至水下工作，有的周圍含有腐蝕性氣體甚至爆炸物，為了保證電動(dòng)機(jī)能在不同的工作環(huán)境中順利地安全運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)的外殼也就有多種型式，其型式有：開(kāi)啟式、防護(hù)式、封閉式、防爆式。由于Z512B臺(tái)式小鉆床工作常處于灰塵較多的場(chǎng)合，其外殼選用封閉式，電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y系列，Y801-4，額定功率0.55KW，滿載轉(zhuǎn)速1390r/min，額定轉(zhuǎn)矩2.2N·m，質(zhì)量17Kg。
第3章 Z512B臺(tái)式小鉆床設(shè)計(jì)
2.1運(yùn)動(dòng)參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定
2.1.1 轉(zhuǎn)速范圍
擬定立式鉆床的主傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖，由總體設(shè)計(jì)方按可知：主軸的轉(zhuǎn)速范圍為480～4100 r/min，
選定公比
中型通用機(jī)床，常用的公比為1.26或1.41，考慮到適當(dāng)減小本鉆床的相對(duì)速度損失，
當(dāng)按照=1.41計(jì)算時(shí)，
按標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速數(shù)列為：475，670，950，1320，1900，2650，3750 r/min
由于標(biāo)準(zhǔn)序列中沒(méi)有480r/min,選擇最接近的475 r/min，
沒(méi)有最高轉(zhuǎn)速4100 r/min，選擇最接近的4250 r/min考慮速度損失，取值4750 r/min。
2.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列
當(dāng)按照=1.26計(jì)算時(shí)，當(dāng)按照=1.26計(jì)算時(shí)，
重新計(jì)算
475，600，750，950，1180，1500，1900，2360，3000，3750，4750
對(duì)于Z=11，可按照Z(yǔ)=12來(lái)計(jì)算。
2.1.3確定結(jié)構(gòu)式
對(duì)于Z=11
即Z=12=4×3，或Z=12=3×2×2-4,或Z=12=3×2×2。
為了結(jié)構(gòu)緊湊和主軸箱不過(guò)分的大，故選取Z=12=3×2×2-4.
可分解為：Z=21×22×24。
2.1.4確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)
根據(jù)“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,結(jié)構(gòu)緊湊的原則,選取傳動(dòng)方案 Z=21×22×24,易知第二擴(kuò)大組的變速范圍r=φ(P3-1)x=1.415=5.57〈8 滿足要求，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)如圖2-1。已知該題設(shè)選用電機(jī)為二級(jí)調(diào)速電機(jī)，其分?jǐn)偭?-1級(jí)的2個(gè)級(jí)別的變速。
圖2-1結(jié)構(gòu)網(wǎng) Z=21×22×24
2.1.5繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖
（1）選擇電動(dòng)機(jī)：采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。
（2）繪制轉(zhuǎn)速圖
圖2-2 轉(zhuǎn)速圖
（3）畫(huà)主傳動(dòng)系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)，畫(huà)主傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖2-3：
1-2軸最小中心距：A1_2min>1/2(Zmaxm+2m+D)
軸最小齒數(shù)和:Szmin>(Zmax+2+D/m)
2.2 確定各變速組此論傳動(dòng)副齒數(shù)
(1)Sz100-120,中型機(jī)床Sz=70-100
(2)直齒圓柱齒輪Zmin18-20
圖2-3 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖
（7）齒輪齒數(shù)的確定。據(jù)設(shè)計(jì)要求Zmin≥18~20,齒數(shù)和Sz≤100～120，由表4.1，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動(dòng)比和齒輪齒數(shù)。
第3章 ZB512動(dòng)力計(jì)算
3.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
輸出功率P=0.55kw,轉(zhuǎn)速n1=1390r/min,n2=1900r/min
（1）確定計(jì)算功率:
按最大的數(shù)據(jù)計(jì)算P=0.55kw ,K為工作情況系數(shù)，查[1]表3.5. 取K=1.1
pd=kAP=0.55X1.1=0.65kw
（2）選擇V帶的型號(hào):
根據(jù)pd,n1=1390r/min參考[1]圖表3.16及表3.3選小帶輪直徑，查表選擇A型V帶 d1=125mm
（3）確定帶輪直徑d1,d2
小帶輪直徑d1=125mm
驗(yàn)算帶速v=d1n1/(60X1000)=X1250X1420/(60X1000)=6.9m/s
從動(dòng)輪直徑d2=n1d1/n2=1900X125/1420=90mm取d2=90mm查[1]表3.3
計(jì)算實(shí)際傳動(dòng)比i=d2/d1=125/90=2.222
（4）定中心矩a和基準(zhǔn)帶長(zhǎng)Ld
[1]初定中心距a0
0.7(d1+d2)a02(d1+d2))
203a0580取ao=300mm
[2]帶的計(jì)算基準(zhǔn)長(zhǎng)度
Ld0≈2a0+/2(d1+d2)+(d2-d1)2/4a0
≈2x300+/2(90+200)+(200-90)2/4X300
≈650mm
查[1]表3.2取Ld0=630mm
[3]計(jì)算實(shí)際中心距
a≈a0+(Ld-Ld0)/2=300+(630-650)=290mm
[4]確定中心距調(diào)整范圍
amax=a+0.03Ld=290+0.03X630=308.9mm
amin=a-0.015Ld=290-0.015X630=280.55mm
（5）驗(yàn)算包角:1=1800-（d2-d1）/aX57.30=1800-(180-90)/290X57.30=1720>1200
（6）確定V帶根數(shù)：
確定額定功率：P0
由查表并用線性插值得P0=0.15kw
查[1]表37得功率增量P0=0.13kw
查[1]表38得包角系數(shù)K=0.99
查[1]表3得長(zhǎng)度系數(shù)Kl=0.81
確定帶根數(shù)：Z=P/｛（P+△P）×K×K｝
=0.66/(1.05+0.13)X0.99X0.81=0.87取Z=1
3.2 計(jì)算轉(zhuǎn)速的計(jì)算
（1）主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速nj，由公式n=n得，主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速nj=70.9r/min，
取80 r/min。
(2). 傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速
軸2=224 r/min，軸1=315r/min。
（2）確定各傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。Ⅱ軸共有4級(jí)轉(zhuǎn)速：160r/min、224 r/min、315 r/min、450 r/min。。若經(jīng)傳動(dòng)副Z/ Z傳動(dòng)主軸，則只有450r/min傳遞全功率；若經(jīng)傳動(dòng)副Z4/ Z4’傳動(dòng)主軸，全部傳遞全功率，其中160r/min是傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速， 故其計(jì)算轉(zhuǎn)速nⅡj=160 r/min；Ⅰ 軸有1級(jí)轉(zhuǎn)速，且都傳遞全功率，所以其計(jì)算轉(zhuǎn)速nⅠj=630 r/min。各計(jì)算轉(zhuǎn)速入表3-1。
表3-1 各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速
軸 號(hào)
Ⅰ 軸
Ⅱ 軸
Ⅲ 軸
計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min
630
160
80
（3） 確定齒輪副的計(jì)算轉(zhuǎn)速。齒輪Z裝在主軸上共4級(jí)轉(zhuǎn)速，其中只有80r/min傳遞全功率，故Zj=80 r/min。
齒輪Z裝在Ⅱ軸上，共4級(jí)轉(zhuǎn)速，但經(jīng)齒輪副Z/Z傳動(dòng)主軸，則只有160r/min傳遞全功率，故Zj=160r/min。依次可以得出其余齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，如表3-2。
3.3 齒輪模數(shù)計(jì)算及驗(yàn)算
從對(duì)齒輪的失效分析可知，為了使齒輪能夠正常工作，應(yīng)對(duì)齒輪的材料提出如下基本要求：
（1）齒面應(yīng)有足夠的硬度和耐磨性，以防止齒面磨損、點(diǎn)蝕、膠合以及塑性變形等失效。
（2）輪齒心部應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和較好的韌性，以防止齒根折斷忽然抵抗沖擊載荷。
（3）應(yīng)有良好的加工工藝性能及熱處理性能，以便加工和提高力學(xué)性能。
5.3.2、常用材料及熱處理
適合制造齒輪的材料有很多，最常用的是鋼、鑄鐵，有些場(chǎng)合也采用非金屬材料。
1、鋼
鋼具有強(qiáng)度高、韌性好、便于制造和熱處理等優(yōu)點(diǎn)。大多數(shù)齒輪毛坯都采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼通過(guò)鍛造而成，并通過(guò)熱處理改善和提高力學(xué)性能。按熱處理后齒面硬度的不同，鋼制齒輪分為軟齒面齒輪和硬齒面齒輪兩種。
軟齒面齒輪的齒面硬度小于或等于350HBS，通常適用于一般用途、中小功率以及精度要求不高的場(chǎng)合，例如一般用途的減速器。由于齒面硬度不高，這種齒輪的毛坯在進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火的熱處理之后再進(jìn)行精加工，一般采用插齒或滾齒等方法。
對(duì)于一對(duì)軟齒面的齒輪來(lái)說(shuō)，在傳動(dòng)的過(guò)程中，小齒輪的輪齒嚙合次數(shù)比大齒輪的多，同時(shí)小齒輪的齒根較薄，使得小齒輪的輪齒彎曲強(qiáng)度較弱。因此，通常使小齒輪的齒面硬度要比大齒輪的齒面硬度高30～50HBS或更多，以保證大、 小齒輪的使用壽命相接近。在一般情況下，通常選用不同的材料或不同的熱處理可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求。
硬齒面齒輪的齒面硬度大于350HBS，常用于高速重載及受有沖擊載荷的或要求結(jié)構(gòu)緊湊的重要機(jī)械傳動(dòng)中，例如機(jī)床、汽車變速箱等。這種齒輪的毛坯在進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火后，進(jìn)行精切齒，然后再進(jìn)行表面淬火處理，使得齒輪的耐磨性提高，承載能力增大。
硬齒面齒輪與軟齒面齒輪比較，其綜合承載能力可提高2～3倍。或者說(shuō)，在相同的承載能力下，硬齒面的齒輪傳動(dòng)要比軟齒面的結(jié)構(gòu)尺寸小得多。所以，除非受到工藝或生產(chǎn)等條件的限制，一般情況下應(yīng)盡可能采用硬齒面齒輪。
2、鑄鋼
對(duì)于齒輪的直徑尺寸較大（大于400～600mm），或結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易鍛造的齒輪毛坯，可用鑄鋼來(lái)制造。例如低速、重載的礦山機(jī)械中的大齒輪。
3、鑄鐵
灰鑄鐵具有較好的減磨性和加工性能，而且價(jià)格低廉，但它的強(qiáng)度較低，抗沖擊性能差，因此，常用于開(kāi)式、低速輕載、功率不大及沖擊振動(dòng)的齒輪的傳動(dòng)中。
球墨鑄鐵的力學(xué)性能和抗沖擊能力較灰鑄鐵高，可代替灰鑄鐵、鑄鋼和調(diào)質(zhì)鋼鑄造大直徑齒輪。
4、非金屬材料
非金屬材料的彈性好，耐磨性好，可注塑成型，成本低，但承載能力小，適用高速輕載以及精度要求不高場(chǎng)合。例如食品機(jī)械、家電產(chǎn)品以及辦公設(shè)備等。
常用齒輪的材料見(jiàn)下表5-3：
表5-3 常用齒輪的材料及其力學(xué)性能
材料
牌號(hào)
熱處
理方法
齒面硬度
強(qiáng)度極限
屈服極限
主要應(yīng)用
優(yōu)質(zhì)
碳
素鋼
45
正火
160～217HBS
580
290
低速輕載
調(diào)質(zhì)
217～255HBS
650
360
低速中載
表面
淬火
48～55HRC
750
450
高速中載或低速重載
50
正火
180～220HBS
620
320
沖擊很小
合金鋼
40Cr
調(diào)質(zhì)
表面淬火
240～260HBS
48～55HRC
700
900
550
650
中速中載
高速中載無(wú)劇烈沖擊
42SiMn
調(diào)質(zhì)
表面淬火
217～269HBS
45～55HRC
750
470
高速中載無(wú)劇烈沖擊
20Cr
滲碳淬火
56～62HRC
650
400
高速中載
承受沖擊
20CrMnTi
滲碳淬火
56～62HRC
1100
850
鑄鋼
ZG310～570
正活
表面淬火
160～210HBS
40～50HRC
570
320
中速、中載、大直徑
ZG340～640
正火
調(diào)質(zhì)
170～230HBS
240～270HBS
650
700
350
380
球墨鑄鐵
QT600-2
QT500-5
正火
220～280HBS
147～241HBS
600
500
低中速輕載有小的沖擊
灰鑄鐵
HT250
HT300
人工時(shí)效
170～240HBS
187～235HBS
200
300
低速輕載沖擊很小
根據(jù)上述齒輪材料的介紹，我設(shè)計(jì)改進(jìn)后新增的齒輪中，齒輪材料選用40Cr，直齒輪的材料選用20CrMnTi，雙聯(lián)齒輪選用20CrMnTi。
（1）模數(shù)計(jì)算。一般同一變速組內(nèi)的齒輪取同一模數(shù)，選取負(fù)荷最重的小齒輪，按簡(jiǎn)化的接觸疲勞強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算，即mj=16338可得各組的模數(shù)，
式中 mj——按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的齒輪模數(shù)（mm）；
——驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率（kW）；
——被計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）；
——大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比，外嚙合取“+”，內(nèi)嚙合取“-”；
——小齒輪的齒數(shù)（齒）；
——齒寬系數(shù)，（B為齒寬，m為模數(shù)），；=8
——材料的許用接觸應(yīng)力（）。取=650 Mpa
（2）基本組的齒輪參數(shù)計(jì)算
mj=16338
=16338=1.6774
結(jié)合齒輪的模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，取標(biāo)準(zhǔn)值m=3
（3）擴(kuò)大組的齒輪參數(shù)計(jì)算
mj=16338
=16338=1.84
結(jié)合齒輪的模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，取標(biāo)準(zhǔn)值m=5
如表3-3所示。
表3-3 模數(shù)
組號(hào)
基本組
擴(kuò)大組
模數(shù) mm
2
2
（2）基本組齒輪計(jì)算。
按基本組最小齒輪計(jì)算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB～286HB，平均取240HB。計(jì)算如下：
① 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算：
接觸應(yīng)力驗(yàn)算公式為
彎曲應(yīng)力驗(yàn)算公式為：
式中 N----傳遞的額定功率（kW），這里取N為電動(dòng)機(jī)功率，N=3.5kW;
-----計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）. =630（r/min）;
m-----初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=3（mm）;
B----齒寬（mm）;B=25（mm）;
z----小齒輪齒數(shù)；z=19;
u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=2.78;
-----壽命系數(shù)；
=
----工作期限系數(shù)；
T------齒輪工作期限，這里取T=15000h.;
-----齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）
----基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取=，彎曲載荷取=
m----疲勞曲線指數(shù)，接觸載荷取m=3；彎曲載荷取m=6;
----轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，查【5】2上，取=0.60
----功率利用系數(shù)，查【5】2上，取=0.78
-----材料強(qiáng)化系數(shù)，查【5】2上， =0.60
-----工作狀況系數(shù)，取=1.1
-----動(dòng)載荷系數(shù)，查【5】2上，取=1
------齒向載荷分布系數(shù)，查【5】2上，=1
Y------齒形系數(shù)，查【5】2上，Y=0.386；
----許用接觸應(yīng)力（MPa）,查【4】，表4-7，取=650 Mpa；
---許用彎曲應(yīng)力（MPa），查【4】，表4-7，取=275 Mpa；
根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得：
=635 Mpa
=78 Mpa
（3）擴(kuò)大組齒輪計(jì)算。
按擴(kuò)大組最小齒輪計(jì)算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB～286HB，平均取240HB。
同理根據(jù)基本組的計(jì)算，
查文獻(xiàn)【6】，可得 =0.62， =0.77，=0.60，=1.1，
=1，=1，m=3.5，=355；
可求得：
=619 Mpa
=135Mpa
3.4 傳動(dòng)軸最小軸徑的初定
由【5】式6，傳動(dòng)軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下式計(jì)算：
d=1.64（mm）
或 d=91（mm）
式中 d---傳動(dòng)軸直徑（mm）
Tn---該軸傳遞的額定扭矩（N*mm） T=9550000；
N----該軸傳遞的功率（KW）
----該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速
---該軸每米長(zhǎng)度的允許扭轉(zhuǎn)角，==。
各軸最小軸徑如表3-3。
表3-3 最小軸徑
軸 號(hào)
Ⅰ 軸
Ⅱ 軸
III 軸
最小軸徑mm
25
30
45
3.5 主軸合理跨距的計(jì)算
由于電動(dòng)機(jī)功率根據(jù)【1】表3.20，前軸徑應(yīng)為60~90mm。初步選取d1=80mm。后軸徑的d2=（0.7~0.9）d1，取d2=60mm。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，前軸承為NN3016K型，后軸承為圓錐滾子軸承。定懸伸量a=120mm，主軸孔徑為30mm。
軸承剛度，主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩T=9550=9550×=424.44N.m
假設(shè)設(shè)該機(jī)床為車床的最大加工直徑為300mm。床身上最常用的最大加工直徑，即經(jīng)濟(jì)加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的50%，這里取60%，即180mm，故半徑為0.09m；
切削力（沿y軸） Fc==4716N
背向力（沿x軸） Fp=0.5 Fc=2358N
總作用力 F==5272.65N
此力作用于工件上，主軸端受力為F=5272.65N。
先假設(shè)l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力RA和RB分別為
RA=F×=5272.65×=7908.97N
RB=F×=5272.65×=2636.325N
根據(jù) 文獻(xiàn)【1】式3.7 得：Kr=3.39得前支承的剛度：KA= 1689.69 N/ ；KB= 785.57 N/；==2.15
主軸的當(dāng)量外徑de=(80+60)/2=70mm，故慣性矩為
I==113.8×10-8m4
η===0.14
查【1】圖3-38 得 =2.0，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距=120×2.0=240mm
合理跨距為（0.75-1.5），取合理跨距l(xiāng)=360mm。
根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要，主軸的實(shí)際跨距大于合理跨距，因此需要采取措施
增加主軸的剛度，增大軸徑：前軸徑D=100mm，后軸徑d=80mm。前軸承
采用雙列圓柱滾子軸承，后支承采用背對(duì)背安裝的角接觸球軸承。
第4章 主要零部件的選擇
4.1 軸承的選擇
I軸：與帶輪靠近段安裝雙列角接觸球軸承代號(hào)7007C 另一安裝深溝球軸承6012
II軸：對(duì)稱布置深溝球軸承6009
III軸：后端安裝雙列角接觸球軸承代號(hào)7015C
另一安裝端角接觸球軸承代號(hào)7010C
中間布置角接觸球軸承代號(hào)7012C
4.2 鍵的規(guī)格
I軸安裝帶輪處選擇普通平鍵規(guī)格：
BXL=10X56
II軸選擇花鍵規(guī)格：
N× d×D×B =8X36X40X7
III軸選擇鍵規(guī)格：
BXL=14X90
4.4變速操縱機(jī)構(gòu)的選擇
選用左右擺動(dòng)的操縱桿使其通過(guò)桿的推力來(lái)控制II軸上的三聯(lián)滑移齒輪和二聯(lián)滑移齒輪。
第5章 校核
5.1 剛度校核
（1）П軸撓度校核
單一載荷下，軸中心處的撓度采用文獻(xiàn)【5】中的公式計(jì)算：:
L-----兩支承的跨距；
D-----軸的平均直徑；
X=/L；-----齒輪工作位置處距較近支承點(diǎn)的距離；
N-----軸傳遞的全功率；
校核合成撓度
-----輸入扭距齒輪撓度；
-------輸出扭距齒輪撓度
；
---被演算軸與前后軸連心線夾角；=144°
嚙合角=20°，齒面摩擦角=5.72°。
代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：=0.026；=0.084；=0.160；
=0.205；=0.088；=0.025。
合成撓度 =0.238
查文獻(xiàn)【6】，帶齒輪軸的許用撓度=5/10000*L
即=0.268。
因合成撓度小于許用撓度，故軸的撓度滿足要求。
（2）П軸扭轉(zhuǎn)角的校核
傳動(dòng)軸在支承點(diǎn)A，B處的傾角可按下式近似計(jì)算：
將上式計(jì)算的結(jié)果代入得：
由文獻(xiàn)【6】，查得支承處的=0.001
因〈0.001，故軸的轉(zhuǎn)角也滿足要求。
5.2 軸承壽命校核
⑴、Ⅰ軸軸承的校核
Ⅰ軸選用的是深溝球軸承6206，其基本額定負(fù)荷為19.5KN, 由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值，所以齒輪越小越靠近軸承，對(duì)軸承的要求越高。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該對(duì)Ⅰ軸未端的滾子軸承進(jìn)行校核。
①齒輪的直徑
②Ⅰ軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
∴
③齒輪受力
根據(jù)受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為:
在水平面：
在水平面：
∴
④因軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，濮良貴主編《機(jī)械設(shè)計(jì)》( 第八版)表13-6查得載荷系數(shù)，取，則有：
⑤軸承的壽命計(jì)算:所以按軸承的受力大小計(jì)算壽命
故該軸承6206能滿足要求。
⑵、其他軸的軸承校核同上，均符合要求。
由П軸最小軸徑可取軸承為7008c角接觸球軸承,ε=3；P=XFr+YFa
X=1，Y=0。
對(duì)Ⅱ軸受力分析
得：前支承的徑向力Fr=2642.32N。
由軸承壽命的計(jì)算公式：預(yù)期的使用壽命 [L10h]=15000h
L10h=×=×=h≥[L10h]=15000h
軸承壽命滿足要求。
第6章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及說(shuō)明
6.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、技術(shù)要求和方案
設(shè)計(jì)主軸變速箱的結(jié)構(gòu)包括傳動(dòng)件（傳動(dòng)軸、軸承、帶輪、齒輪、離合器和制動(dòng)器等）、主軸組件、操縱機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑密封系統(tǒng)和箱體及其聯(lián)結(jié)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，用一張展開(kāi)圖和若干張橫截面圖表示。課程設(shè)計(jì)由于時(shí)間的限制，一0般只畫(huà)展開(kāi)圖。
主軸變速箱是機(jī)床的重要部件。設(shè)計(jì)時(shí)除考慮一般機(jī)械傳動(dòng)的有關(guān)要求外，著重考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。
精度方面的要求，剛度和抗震性的要求，傳動(dòng)效率要求，主軸前軸承處溫度和溫升的控制，結(jié)構(gòu)工藝性，操作方便、安全、可靠原則，遵循標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的原則。
主軸變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)整個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)中不可避免要經(jīng)過(guò)反復(fù)思考和多次修改。在正式畫(huà)圖前應(yīng)該先畫(huà)草圖。目的是：
1 布置傳動(dòng)件及選擇結(jié)構(gòu)方案。
2 檢驗(yàn)傳動(dòng)設(shè)計(jì)的結(jié)果中有無(wú)干涉、碰撞或其他不合理的情況，以便及時(shí)改正。
3 確定傳動(dòng)軸的支承跨距、齒輪在軸上的位置以及各軸的相對(duì)位置，以確
定各軸的受力點(diǎn)和受力方向，為軸和軸承的驗(yàn)算提供必要的數(shù)據(jù)。
6.2 展開(kāi)圖及其布置
展開(kāi)圖就是按照傳動(dòng)軸傳遞運(yùn)動(dòng)的先后順序，假想將各軸沿其軸線剖開(kāi)并將這些剖切面平整展開(kāi)在同一個(gè)平面上。
I軸上裝的摩擦離合器和變速齒輪。有兩種布置方案，一是將兩級(jí)變速齒輪和離合器做成一體。齒輪的直徑受到離合器內(nèi)徑的約束，齒根圓的直徑必須大于離合器的外徑，負(fù)責(zé)齒輪無(wú)法加工。這樣軸的間距加大。另一種布置方案是離合器的左右部分分別裝在同軸線的軸上，左邊部分接通，得到一級(jí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，右邊接通得到三級(jí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種齒輪尺寸小但軸向尺寸大。我們采用第一種方案，通過(guò)空心軸中的拉桿來(lái)操縱離合器的結(jié)構(gòu)。
總布置時(shí)需要考慮制動(dòng)器的位置。制動(dòng)器可以布置在背輪軸上也可以放在其他軸上。制動(dòng)器不要放在轉(zhuǎn)速太低軸上，以免制動(dòng)扭矩太大，是制動(dòng)尺寸增大。
齒輪在軸上布置很重要，關(guān)系到變速箱的軸向尺寸，減少軸向尺寸有利于提高剛度和減小體積。
第7章 主要零件的加工工藝
選取皮帶輪作為研究對(duì)象
7.1 零件圖樣分析
皮帶輪如下圖4-1：
圖4-1 皮帶輪
圖紙中所選的材料為HT200。
經(jīng)分析：該零件圖結(jié)構(gòu)合理；輪廓幾何要素所給定的條件充分；精度及各項(xiàng)技術(shù)要求齊全、合理；
由圖紙得出，該零件的加工精度要求不是很高，加工方法也就根據(jù)所生產(chǎn)批量的不同而有所不同，當(dāng)然，要考慮到經(jīng)濟(jì)性時(shí)，用普通機(jī)床就可以加工出來(lái)，要是考慮到時(shí)間及中批量方面的話，可以選用車床。在這里我選用加工。
其位置精度有三處，基準(zhǔn)都是A基準(zhǔn)，加工時(shí)要考慮它們跟孔一起進(jìn)行加工；中心孔的尺寸公差等級(jí)為六級(jí)公差帶，在車床上加工難達(dá)到此種精度，需要進(jìn)行精磨，精磨的時(shí)候要以右端面為定位基準(zhǔn)，這樣才能保證位置度的正確性，關(guān)于磨床著方面，就不做介紹了。磨削時(shí)要以右端面為定位基準(zhǔn)。
對(duì)于內(nèi)孔槽的加工是：在本設(shè)計(jì)中，我選用插床加工的方法來(lái)加工內(nèi)孔槽，方便。
7.2 零件工序和裝夾方式的確定
對(duì)皮帶輪的加工工序，可以分為五個(gè)。
裝夾是指將工件在機(jī)床上或夾具中定位、夾緊的過(guò)程，可采用三角卡盤(pán)等方式裝夾。在確定定位基準(zhǔn)與夾緊方案時(shí)應(yīng)注意如下3點(diǎn)：
（1）力求設(shè)計(jì)、工藝與編程計(jì)算的基準(zhǔn)統(tǒng)一。
（2）盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能做到在一次裝夾定位后就能加工出全部待加工的部位。
（3）夾具要開(kāi)暢，其定位、夾緊機(jī)構(gòu)不能影響加工中的走刀，避免刀具與夾緊機(jī)構(gòu)碰撞。遇到此類情況時(shí)，可采用用虎鉗或加底板抽螺絲的方式裝夾。
7.3 加工順序的確定
在分析了零件圖樣和確定了工序、裝夾方式之后，接下來(lái)即要確定零件的加工順序。
制定零件車削加工順序一般遵循下列原則：
（1）先粗后精 按照粗車半精車精車的順序進(jìn)行，逐步提高加工精度。粗車將在較短的時(shí)間內(nèi)將工件表面上的大部分加工余量切掉，一方面提高金屬切削率，另一方面滿足精車的余量均勻性要求。若粗車后所留余量的均勻性滿足不了精加工的要求時(shí)，則要安排半精車，以此為精車做準(zhǔn)備。精車要保證加工精度，按圖樣尺寸，一刀切出零件輪廓。
（2）先近后遠(yuǎn) 這里所說(shuō)的遠(yuǎn)與近，是按加工部位相對(duì)于對(duì)到的距離大小而言的。在一般情況下，離對(duì)刀點(diǎn)遠(yuǎn)的部位后加工，以便縮短刀具移動(dòng)距離，減少空行程時(shí)間。對(duì)于車削而言，先近后遠(yuǎn)還有利于保持坯件或半成品的剛性，改善其切削條件。
（3） 內(nèi)外交叉 對(duì)既有內(nèi)表面，又有外表面需要加工的零件，安排加工順序時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行內(nèi)外表面粗加工，后進(jìn)行內(nèi)外表面精加工。切不可將零件上一部分表面加工完后，再加工其它表面。
7.4進(jìn)給路線的確定
在加工中，刀具好刀位點(diǎn)相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)軌跡稱為加工路線。編程時(shí)，加工路線的確定原則主要有以下幾點(diǎn)：
（1）加工路線應(yīng)保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；
（2）使數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單，以減少編程工作量；
（3）應(yīng)使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空行程時(shí)間。
（4）確定加路線時(shí)，還要考慮工件的加工余量和機(jī)床、刀具的剛度等情況，確定一次走刀，還是多次走刀來(lái)完成所有加工表面，具體綜合上面進(jìn)給線的特點(diǎn)再根據(jù)具體零件具體分析確定進(jìn)給路線的工作重點(diǎn)，主要在于確定粗加工及空行程的進(jìn)給路線，因精加工切削過(guò)程的進(jìn)給路線基本上都是沿其零件輪廓順序進(jìn)行的。
對(duì)于銑削加工時(shí)，當(dāng)工件表面無(wú)硬皮，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)無(wú)間隙時(shí)，應(yīng)選用順銑，按照順銑安排進(jìn)給路線。當(dāng)工件表面有硬皮，機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)有間隙時(shí)，應(yīng)選用逆銑，按照逆銑安排進(jìn)給路線。因?yàn)槟驺姇r(shí)，刀齒是從已加工表面切入，不會(huì)崩刃。對(duì)該方案，粗加工時(shí)用逆銑，精加工時(shí)用順銑。
銑削封閉的內(nèi)輪廓表面時(shí)，刀具不能沿輪廓曲線的法向切入和切出。此時(shí)刀具可以沿一過(guò)渡圓弧切入和切出工件輪廓。
7.5 夾具的選擇
由圖紙可得出，該零件的尺寸精度及粗糙度都屬于IT8∽IT10公差等級(jí)，夾具的選擇都采用機(jī)床通用的夾具就可以達(dá)到圖紙要求了。
7.6 刀具的選擇
刀具的選擇是加工工藝設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一。刀具選擇合理與否不僅影響機(jī)床的加工效率，而且還直接影響加工質(zhì)量。選擇刀具通常要考慮機(jī)床的加工能力、工序內(nèi)容、工件材料等因素。
與傳統(tǒng)的車削方法相比，車削對(duì)刀具的要求更高。不僅要求精度高、剛度好耐用度高、而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)整方便。這就要求采用新型優(yōu)質(zhì)材料制造加工刀具，并優(yōu)選刀具參數(shù)。
車刀和刀片的種類有焊接式與機(jī)械夾固式兩大類。
焊接式車刀 將硬質(zhì)合金刀片用焊接的方法固定在刀體上稱為焊接式車刀。這種車刀的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，剛性較好。缺點(diǎn)是由于存在焊接應(yīng)力，是刀具材料的使用性能受到影響，甚至出現(xiàn)裂紋。另外，刀桿不能重復(fù)使用，硬質(zhì)合金刀片不能充分回收利用，造成刀具材料的浪費(fèi)。
我們?cè)趯?shí)習(xí)期間就是用的這種刀具，所以對(duì)這種刀具還是比較了解的，在本設(shè)計(jì)中，用到的就是該類刀具。
機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具 機(jī)械夾固式可轉(zhuǎn)為車刀由刀桿、刀片、刀墊以及夾緊元件組成。刀片每邊都有切削刃，當(dāng)某切削刃磨損鈍化后，只需松開(kāi)夾緊元件，將刀片轉(zhuǎn)一個(gè)位置便可繼續(xù)使用。
經(jīng)分析圖紙得出加工該零件時(shí)要用到外端面90°車刀內(nèi)孔刀以及如下圖4-2所示的成型刀1和如圖4-3所示的成型刀2。銑刀要一把底角半徑為3mm長(zhǎng)度大于43mm直徑為12mm的銑刀。直徑為12mm平底銑刀長(zhǎng)度為30mm左右。Φ40mm的磨刀，精磨內(nèi)孔。
圖4-2 成刀型1 圖4-3 成刀型2
7.7 切削用量的選擇
車床加工中的切削用量包括：背吃刀量、主軸轉(zhuǎn)速或切削速度（用于恒線速切削）、進(jìn)給速度或進(jìn)給量。上述切削用量應(yīng)在機(jī)床說(shuō)明書(shū)給定的允許范圍內(nèi)選取。實(shí)習(xí)中背吃刀量為1mm主軸轉(zhuǎn)速選擇車每分鐘600轉(zhuǎn)，進(jìn)給速度為80mm/min。
銑床的刀具選用高速鋼鉆頭，其切削用量包括：切削速度、進(jìn)給速度、背吃刀量和側(cè)吃到量，從刀具耐用度出發(fā)，切削用量的選擇方法是：先選取背吃刀量或側(cè)吃刀量，其次確定進(jìn)給速度，最后確定切削速度。
由于圖紙上工件表面粗糙度值要求是6.3，則需分粗銑和半精銑兩步進(jìn)行。粗銑是背吃刀量或側(cè)吃刀量選取同前。粗銑后留0.6的余量，在半精銑時(shí)切除。
進(jìn)給速度是單位時(shí)間內(nèi)工件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移，單位為mm/min。它與轉(zhuǎn)速n、銑刀齒數(shù)Z及每齒進(jìn)給量f（單位為mm/z）的關(guān)系為：
V=f·Z·n
刀具是硬質(zhì)合金銑刀，查表得出粗銑時(shí)f取0.18，精銑時(shí)f取0.13
切削速度經(jīng)查表得取Vc為80m/min。
7.8加工所需工、量具
種類
序號(hào)
名稱
規(guī)格
精度
單位
數(shù)量
工具
1
三爪自定心卡盤(pán)
個(gè)
1
2
卡盤(pán)扳手
副
1
3
刀架扳手
副
1
4
墊刀片
塊
若干
量具
1
游標(biāo)卡尺
0~250mm
0.02mm
把
1
2
內(nèi)孔千分尺
50mm~150mm
0.01mm
把
1
結(jié) 論
分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)及部分計(jì)算，到這里基本結(jié)束了，由于筆者水平有限，加之時(shí)間倉(cāng)促，僅對(duì)分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)主要部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核，定有許多地方處理不夠妥當(dāng)，有些部分甚至可能存在錯(cuò)誤，望老師多提寶貴意見(jiàn)。
經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門(mén)課當(dāng)中許多原理公式有了進(jìn)一步的了解，并且對(duì)設(shè)計(jì)工作有了更深入的認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，得到XX老師的精心指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心的感謝。
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