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1、摘 要 組合機(jī)床是由大量的通用部件和少量的專用部件組成的工序集中的高效率機(jī)床。它具有生產(chǎn)效率高，加工精度穩(wěn)定等特點(diǎn)。組合機(jī)床的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用水平是一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)水平的重大表達(dá)。因此，近年來組合機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造水平在我國得到了飛速的開展，組合機(jī)床的應(yīng)用在我國得到了廣泛的提高。 本設(shè)計(jì)介紹了減震器活塞及支承座上雙面活塞八個(gè)大孔和八個(gè)小孔的多工位立式組合機(jī)床的設(shè)計(jì)過程。它包括組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)，主軸箱設(shè)計(jì)和夾具的設(shè)計(jì)三個(gè)局部。前者包括組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)，切削用量的制定及刀具的選用。三圖一卡〔被加工零件工序圖，加工示意圖，機(jī)床聯(lián)系尺寸圖，機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡〕編制。中者包括主軸箱結(jié)構(gòu)繪制，主軸箱

2、設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖，主軸機(jī)構(gòu)形式的選擇及動(dòng)力計(jì)算，傳統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，主軸箱坐標(biāo)計(jì)算以及主軸箱總圖設(shè)計(jì)，局部軸，齒輪，軸承的校核。后者包括工作臺的設(shè)計(jì)合夾具的布置，以及完成多工位的機(jī)械傳動(dòng)局部。 關(guān)鍵詞: 組合機(jī)床 鉆床 總體設(shè)計(jì) 主軸箱設(shè)計(jì) 回轉(zhuǎn)工作臺 齒輪 夾具 Abstract Modular Machine is a lot of common parts and a small numbei of dedicated components of the process focused efficient machine. It

3、has high efficiency, precision and stability characteristcs. Machine design, manufacture and application level is a national scientific and technological level of major manifestation. Therefore, in recent years, the combination of machine design and manufacturing levels in China have developed rapid

4、ly, Machine application in China is the wedespread increase. Design of the damper piston and piston double chair, supporting eight large holes and eight holes of the Multi-Position the vertical drilling portfolio design process. It includes a combination of drilling design, spindle box design and f

5、ixture design three most. The former includes the combimation of drilling design. Cutting the amount of development and tool selection. Figure 3 a card (by processing components processes map,diagram processing, machine linked size map, calculating productivity machine card) compilation. Which inclu

6、de spindle box structure mapping, spindle box design based on the original map, spindle structure and the choice of dynamic calculation. Transmission design and calculation , spindle box coordinates and calculated the total spindle box designs, some shafts , gears, bearings check. The latter include

7、s the design and workstations fixture layout and the completion of the Multi-Position part of the mechanical drive. Keyword: aggregate machine-tool drill press overall design headstock swivel table gear jig 目 錄 前 言 1 第一章 機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)的依據(jù) 3 1.1 概述 3 1.2 工件 4 1.3 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的

8、任務(wù) 5 第二章 工件的加工工藝分析 7 2.1 工藝方法對鉆床結(jié)構(gòu)和性能的影響 7 2.2 鉆床的運(yùn)動(dòng) 9 2.3 擬定夾具方案 10 2.4 刀具的選擇及切削用量確實(shí)定 10 第三章 機(jī)床的總體布局 12 3.1 總體布局 12 3.2 機(jī)床總體布局方案分析 13 3.3 運(yùn)動(dòng)的分配 13 3.4 機(jī)床的傳動(dòng)形式 14 3.5 機(jī)床的支承形式 15 3.6 機(jī)床導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 16 3.7 運(yùn)動(dòng)聯(lián)系分析 16 第四章 主軸箱及傳動(dòng)件的設(shè)計(jì) 18 4.1 主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般要求 18 4.2 動(dòng)力部件的選擇 19 4.3 電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算 20 4.3.

9、1 電動(dòng)機(jī)功率的估算 20 4.3.2 選擇電動(dòng)機(jī)的型號 22 4.4 齒輪齒數(shù)確實(shí)定 24 4.5 運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 25 4.6 齒輪的校核及幾何尺寸的計(jì)算 27 4.6.1 按彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核 27 4.6.2 按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 30 4.6.3 齒輪的幾何尺寸計(jì)算 32 4.6.4 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 33 4.7 軸的設(shè)計(jì) 33 4.7.1 一級齒輪高速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 33 4.7.2 一級齒輪低速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 40 4.8 滾動(dòng)軸承的選擇與壽命計(jì)算 46 4.8.1 一級齒輪高速軸上的軸承 46 4.8.2 一級齒輪低速軸上的軸承 48 4.9 鍵聯(lián)接的

10、選擇和驗(yàn)算 49 4.9.1 聯(lián)軸器與大齒輪軸的軸伸的鍵聯(lián)接 49 4.9.2 一級齒輪高速軸軸的聯(lián)接 50 4.9.3 一級齒輪低速軸的聯(lián)接 51 結(jié)束語 52 致謝 54 參考文獻(xiàn) 55 前 言 四年的大學(xué)生活即將接近尾聲，進(jìn)行為期兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我感受頗深。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識和根底知識的一個(gè)系統(tǒng)性的總結(jié)與運(yùn)用，同時(shí)也是一次培養(yǎng)我們分析問題和解決問題的很好的時(shí)機(jī)，而且畢業(yè)設(shè)計(jì)也是大學(xué)教學(xué)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，所以我特別珍惜這一次最后的學(xué)習(xí)時(shí)機(jī)，認(rèn)真扎實(shí)的完成我所分配的

11、設(shè)計(jì)任務(wù)，使大學(xué)最后的幾個(gè)月生活在學(xué)習(xí)和進(jìn)取中充實(shí)的度過。另外，畢業(yè)設(shè)計(jì)還可以培養(yǎng)獨(dú)立思考、開發(fā)思維和協(xié)調(diào)工作的能力，這對我參加工作后能否盡快地適應(yīng)社會(huì)有很大的幫助。 本次畢業(yè)涉及的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)用于減震器活塞及支承座上雙面活塞孔的加工組合機(jī)床。雙面活塞孔的加工組合機(jī)床主要局部是主軸箱，工件夾具和工作臺液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。它在機(jī)床加工過程中起著關(guān)鍵部位和非常重要的作用，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。設(shè)計(jì)雙面活塞孔的加工組合機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，在保證得到所要求孔在加工的同時(shí)，其平安性、精確性和機(jī)床的效率也是至關(guān)重要。在這次設(shè)計(jì)中，我查閱了大量的參考資料，在實(shí)習(xí)中對多家工廠進(jìn)行了參觀學(xué)習(xí)，并請教老師和現(xiàn)場技術(shù)工人，積

12、極了解一些雙面活塞孔的加工組合機(jī)床設(shè)計(jì)方面的知識，并在此根底上盡量做到優(yōu)化設(shè)計(jì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的根本要求是： 1、 工藝可能性。機(jī)床的工藝可能性是指機(jī)床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求，大致包括以下內(nèi)容——機(jī)床可完成的工序種類、加工零件的類型、材料和尺寸范圍、毛坯的種類等。 2、 加工精度和外表粗糙度。 3、 生產(chǎn)率。機(jī)床的生產(chǎn)率通常指單位時(shí)間內(nèi)機(jī)床所加工的工件數(shù)量。 4、 自動(dòng)化程度。 5、 操作平安方便和工作可靠。 6、 效率、使用期限和本錢等等。設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)注意使機(jī)床體積小，重量輕，占地面積小，外形美觀以及注意防止污染環(huán)境。 對于上述所提到的各項(xiàng)技術(shù)－經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在設(shè)計(jì)機(jī)床時(shí)應(yīng)綜合考慮。因?yàn)槲业?/p>

13、任務(wù)主要是多軸組合鉆床的主軸箱及部件設(shè)計(jì)，所以考慮的事情比擬細(xì)。它鍛煉了我的分析問題的能力。 在設(shè)計(jì)過程中，屢次經(jīng)焦鋒老師的耐心指導(dǎo)，在此表示深深的謝意！ 由于本人水平有限，時(shí)間倉促，設(shè)計(jì)中難免有不少缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，懇切的希望焦老師和讀者提出珍貴意見，給予批評指正！ 第一章 機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)的依據(jù) 1.1 概述 機(jī)床的總體設(shè)計(jì)，就是針對具體的被加工零件，在選定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的根底上，進(jìn)行方案和圖紙的設(shè)計(jì)。這些圖紙包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、生產(chǎn)率計(jì)算卡片、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖等。確定機(jī)床的總體方案，包括以下內(nèi)容： 1〕調(diào)查研究 包括調(diào)

14、查和分析工件、了解使用要求和制造條件、調(diào)查研究現(xiàn)有同類型機(jī)床等。 2〕工藝分析 包括確定機(jī)床上的工藝方法，運(yùn)動(dòng)等。 3) 機(jī)床總體布局 一般包括：工件加工方式、分配運(yùn)動(dòng)、選擇傳動(dòng)形式和支承形式安排手柄等操作性的位置、擬定從布局上改善機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的措施等。最后，繪制機(jī)床的總聯(lián)系尺寸圖，以表達(dá)所采用的總體布局，規(guī)定聯(lián)系尺寸，并確定主要技術(shù)參數(shù)。 4) 參考同類機(jī)床設(shè)計(jì)，如下 H5-3型立式鉆床，Z5125型立式鉆床，Z540-S型立式鉆床 另外，當(dāng)機(jī)床的傳動(dòng)和控制較復(fù)雜時(shí)，須擬定機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的草圖。對于不同類型的機(jī)床，擬定總體方案的側(cè)重點(diǎn)也是不同的，通用機(jī)床的工藝比擬定型。一般

15、是側(cè)重于機(jī)床的系列化工作、對現(xiàn)有同類型機(jī)床的調(diào)查分析以及新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的運(yùn)用。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的機(jī)床以雙面10工位16軸的小型組合機(jī)床為基型，為提高其生產(chǎn)效率，以及為了利用液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，工作臺的旋轉(zhuǎn)采用了液壓傳動(dòng)的方式驅(qū)動(dòng)。 1.2 工件 設(shè)計(jì)組合機(jī)床總體方案的主要依據(jù)包括：工件類型、同類型機(jī)床、有關(guān)的科研成果、使用要求一級生產(chǎn)條件和工件加工技術(shù)設(shè)備情況等。工件是機(jī)床的工件對象，是機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。因此，必須明確工件的特點(diǎn)和加工要求。如:被加工孔的尺寸精度、加工外表各個(gè)孔之間的相互位置精度、孔的加工深度等。選擇類型工件進(jìn)行分析：〔見圖1—1〕 圖1—1 減震器活塞支

16、承座工件 備注： 1被加工零件 名稱及編號：減震器活塞及支承座，鉆孔 材料及硬度：一級鑄鐵 HRC35—40 重量：2.5Kg 2 加工余量 每個(gè)孔的直徑上加工余量為0.01mm 3 技術(shù)條件 1〕本機(jī)床加工前應(yīng)保證零件圖上的所有尺寸； 2〕本機(jī)床保證 a 加工后各對稱孔的中心距不變； b 加工后的孔的尺寸為 ； c 其余尺寸不變 在圓盤上鉆大孔Φ3mm,內(nèi)孔外表粗糙度為Ra=3.2μm, 圓盤上鉆小孔Φ2.5mm,外表粗糙度也為Ra=3.2μm，大小孔的加工深度均為10mm，圓盤總厚度22mm。大小孔的內(nèi)外表粗糙度要求不高，

17、所以不在加工設(shè)計(jì)要求范圍，正常情況都可以到達(dá)。 零件材料為45號鋼，考慮到零件的用途及在工件中受力不很大的情況，我們可以利用鑄件〔砂型鑄造〕，然后再利用調(diào)質(zhì)、熱處理過程，以到達(dá)零件的技術(shù)要求，HRC35—40。 1〕此生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，應(yīng)盡量提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)本錢。此加工工件的重量較輕，可采用手動(dòng)裝卸。 2〕由于此工件要求被加工精度不高，故采用一次成型加工，不需經(jīng)過鉆孔、擴(kuò)孔、鏜孔等過程。 1.3 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在普通組合鉆床的根底上設(shè)計(jì)一臺加工減震器活塞及支承的立式雙面10工位16軸的小型組合機(jī)床。主要是為了提高加工該工件的效率，使加工更專門化、分工更精細(xì)

18、、勞動(dòng)效率更高。 什么是組合機(jī)床?組合機(jī)床是用按系列化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的通用部件和按被加工零件的形狀及加工工藝要求的專門部件組合的專用機(jī)床。組合機(jī)床根據(jù)加工零件的不同。可以分為專用機(jī)床和通用機(jī)床兩大類。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是用來專門加工減震器活塞及支承座的專用多工位加工組合機(jī)床。由于加工工件尺寸比擬小，一次加工使多個(gè)軸承之間間隔較小，易產(chǎn)生較大的應(yīng)力，不利于提高工件的質(zhì)量和壽命，故采用多工位加工，由于需加工8個(gè)大孔直徑3mm 和8個(gè)小孔直徑 2.5mm ，所以采用了10工位16軸的兩個(gè)動(dòng)力頭小型孔加工組合機(jī)床，其中每個(gè)工位加工兩個(gè)大孔或兩個(gè)小孔，中間有一個(gè)裝卸工位和一個(gè)空工位。 在這種機(jī)床的加

19、工作用下，主軸每向下加工一個(gè)工位后，工作臺就在液壓傳動(dòng)作用下旋轉(zhuǎn)36°，使工件移動(dòng)到下一個(gè)工位的位置，進(jìn)行下一次加工，如此不間斷的進(jìn)行加工，有利于提高加工效率，節(jié)省各個(gè)工件的加工時(shí)間。 另外：由于本次設(shè)計(jì)加工的工件要求加工的孔加工精度不高，故機(jī)床設(shè)計(jì)過程中只要設(shè)計(jì)了各個(gè)孔的定位精度，而對每個(gè)孔的加工采用了一次鉆成型加工。 所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要在傳統(tǒng)立式鉆床的根底上設(shè)計(jì)一臺專用式立式鉆床，以便提高加工精度和勞動(dòng)生產(chǎn)率。 第二章 工件的加工工藝分析 2.1 工藝方法對鉆床結(jié)構(gòu)和性能的影響 機(jī)床上的工藝方法是多種多樣的。按工種可分為車、銑、刨、鉆、

20、鏜、磨、研磨、電加工、超聲波加工以及激光加工等；每一工種還可細(xì)分，如鉆加工工藝有鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋等加工；按加工精度和外表光潔度可分為粗加工、半精加工、精加工、提高光潔度加工等；按工序集中程度可分為單刀、多刀、單工位、多工位等；按作業(yè)形式可分為平行作業(yè)順序作業(yè)、平行及順序作業(yè)等；按刀具結(jié)構(gòu)可分為簡單刀具、復(fù)合刀具等。 由于工藝方法的多樣性，加工同一工件可以有多種不同的工藝方法。而且工件的加工還分一定的工序，如本次加工的減震器活塞支承座工件，就先后經(jīng)歷了： 毛胚鑄造——調(diào)質(zhì)處理——熱處理——各個(gè)面粗加工——外表精加工——活塞孔的加工過程。 1.其中的毛胚鑄造采用45號鋼鑄造加工是由于

21、考慮到零件的用途及在工件中受力不是很大的情況，鑄造后利用調(diào)質(zhì)，熱處理過程，就可以到達(dá)零件的技術(shù)要求。 2.調(diào)質(zhì)處理和熱處理是為了增加工件的強(qiáng)度和韌性，提高工件的加工工藝和應(yīng)用質(zhì)量。 3.各個(gè)外表的粗加工和精加工是工件外表尺寸的精確化，是工件成型加工，它的加工有利于下一步工序孔加工的進(jìn)行。 4.工件的孔加工的最后一道加工工序，也是成型工序，也是最重要的一道工序。根據(jù)工件的加工要求〔前面已經(jīng)講過了〕，所設(shè)計(jì)的機(jī)床采用了10工位16軸的加工工藝，如以下圖所示的工件加工標(biāo)號圖和左右動(dòng)力頭工作循環(huán)圖： 圖2—1 工件加工編號 圖2—2 左右動(dòng)力頭循環(huán)圖〔工作臺回轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針〕 其中

22、工作臺回轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針方向。 由以上兩圖可以看出：機(jī)床共有8個(gè)加工工位II、III、IV、V、VI、VII、VIII、IX、X，一個(gè)裝卸工位I和一個(gè)空工位XI，機(jī)床配有兩個(gè)立式動(dòng)力頭，每個(gè)動(dòng)力頭都裝有跨4個(gè)工位的主軸箱。每個(gè)工位都要經(jīng)過8個(gè)加工工位才能完成全部孔的加工，這樣是為了防止該加工零件的尺寸過小，孔與孔之間的間距過小的限制。 2.2 鉆床的運(yùn)動(dòng) 由前述可見，不同的工藝方法所要求的機(jī)床運(yùn)動(dòng)的類別和數(shù)目是不一樣的。因此，分析工藝的同時(shí)，還必須分析機(jī)床上的運(yùn)動(dòng)。 為了完成工件加工外表的加工，機(jī)床上需要設(shè)置各種運(yùn)動(dòng)，各個(gè)運(yùn)動(dòng)都的功能是不同的，可以分成形運(yùn)動(dòng)和非成形運(yùn)動(dòng)。 1〕成形運(yùn)動(dòng)

23、，凡形成外表所必須的工件或刀具的運(yùn)動(dòng)，稱為外表形成運(yùn)動(dòng)〔成形稱根本運(yùn)動(dòng)〕。它直接影響被加工外表的精度和光潔度。它又分為主運(yùn)動(dòng)：凡在消耗切削動(dòng)力和產(chǎn)生切削速度方面起主要作用的運(yùn)動(dòng)，稱為主運(yùn)動(dòng)。它的功能是切除加工外表上多余的金屬材料，在鉆床上便是鉆頭切削刃沿中心線的旋轉(zhuǎn)，因此運(yùn)動(dòng)速度高，消耗了機(jī)床大局部動(dòng)力。 2〕非成形運(yùn)動(dòng)：除外表形成運(yùn)動(dòng)以外的運(yùn)動(dòng)，都屬于非外表形成運(yùn)動(dòng)〔或稱輔助運(yùn)動(dòng)〕。非外表形成運(yùn)動(dòng)包括刀具〔或工件〕的移近、退回工件的夾緊、分度等，他們并不參加外表形成過程，但對過程起著不可缺少的輔助作用。 只包含一個(gè)單元運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，稱為簡單運(yùn)動(dòng)。有兩個(gè)或兩個(gè)以上的單元運(yùn)動(dòng)組成的運(yùn)動(dòng)，稱為復(fù)

24、合運(yùn)動(dòng)。 鉆床上的單元運(yùn)動(dòng)，為鉆頭的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡單。所以不再詳細(xì)的分析。 其運(yùn)動(dòng)可分配為主軸箱沿立柱的上下運(yùn)動(dòng)和工作臺的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。 此次設(shè)計(jì)的為減振器活塞及支承座上雙面活塞孔加工的多工位組合機(jī)床的加工方式，這與一般鉆床所不同的是所給工件沿一定的規(guī)律作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)多工位的加工方式，鉆孔由刀具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)來完成。 2.3 擬定夾具方案 鉆床夾具在結(jié)構(gòu)上主要是有以下全部或局部元件和部件組成：定為元件、夾緊元件、導(dǎo)向裝置——鉆套及其鉆模板、輔助裝置〔如分度轉(zhuǎn)臺〕、夾具體。 特點(diǎn)： 1〕通用程度高，適用性強(qiáng)，一般無需調(diào)整或稍加調(diào)整〔包括稍作補(bǔ)充

25、加工和配換少數(shù)零部件〕，就可加工不同工件，故可減少專用夾具的品種： 2〕 機(jī)構(gòu)、尺寸已典型化、規(guī)格化，可預(yù)先生產(chǎn)出成品或半成品以供選用，應(yīng)選用此夾具能縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。 鉆床通用夾具實(shí)用于多品種、中小批量生產(chǎn)，也適用于單一品種的大量生產(chǎn)。 2.4 刀具的選擇及切削用量確實(shí)定 〔1〕刀具與工藝方案的關(guān)系 專用機(jī)床刀具，是專用機(jī)床主要組成局部之一。刀具的選用、設(shè)計(jì)、制造正確與否，對機(jī)床的價(jià)格歐冠精度和效率有著重要的影響。在專用機(jī)床上常采用多刀，復(fù)合刀具及特種刀具，從而使工序集中，機(jī)床結(jié)構(gòu)簡化，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 〔2〕刀具的選擇原那么 a 如果條件允許，應(yīng)該首先選取標(biāo)準(zhǔn)刀

26、具； b 為提高工序集中程度，或到達(dá)更高的精度，可采用復(fù)合刀具，但在確定復(fù)合刀具結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡可能采用組裝式復(fù)合刀具。 〔3〕切削用量確實(shí)定 切削速度： 式中： D—工件或刀具的外徑〔mm〕； n—工件或刀具的每分鐘轉(zhuǎn)速〔轉(zhuǎn)/每分〕。 〔4〕吃刀深度 式中： D—待加工外表直徑〔mm〕 d—已加工外表直徑〔mm〕 第三章 機(jī)床的總體布局 3.1 總體布局 機(jī)床是由部件裝配而成，每個(gè)部件在機(jī)床中占有一定的位置。選擇機(jī)床的型式，分配運(yùn)動(dòng)以及安排各部件和手柄等在整臺機(jī)床中的位置，叫做機(jī)床的總體布局。 合理的總體布局應(yīng)滿足的根

27、本要求是： （1） 保證工藝方法所要求的工件和刀具的相對位置和相對運(yùn)動(dòng)； （2） 保證機(jī)床具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛度和抗振性； （3） 便于觀察加工過程；便于操作、調(diào)整和修理機(jī)床；便于輸送、裝卸工件和排除切屑，并須保證工作平安；經(jīng)濟(jì)性好，如節(jié)省材料，減少機(jī)床占地面積等。 機(jī)床總體設(shè)計(jì)的一般步驟是，首先根據(jù)工藝分析，分配機(jī)床部件的運(yùn)動(dòng)，選擇傳動(dòng)形式和支承形式；然后，安排手柄等操作性的位置，并擬定從布局上改善機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的措施。上述各步驟之間有著密切的聯(lián)系，必要時(shí)可以互相穿插或同時(shí)并進(jìn)。 根據(jù)同組同學(xué)的設(shè)計(jì)任務(wù)和大家討論，最后選取下面樣式的機(jī)床作為本次設(shè)計(jì)的組合機(jī)床布局

28、〔如以下圖〕 圖3—1 雙面立式機(jī)床的整體布局 3.2 機(jī)床總體布局方案分析 在方案的擬定當(dāng)中，起決定作用的是正確的分析與確定機(jī)床的總體布局方案。 上面表達(dá)了各種因素對機(jī)床總體布局的影響，然而就同一類機(jī)床來說，尚需對專用機(jī)床的支承部件、傳動(dòng)部件和執(zhí)行部件等三大局部的布局進(jìn)行方案分析。 3.3 運(yùn)動(dòng)的分配 機(jī)床上的工藝方法確定后，刀具和工作在切削加工時(shí)的相對運(yùn)動(dòng)亦隨著規(guī)定了。但是，這相對運(yùn)動(dòng)可分配給工件，或者由工件和刀具共同來完成，機(jī)床上的運(yùn)動(dòng)分配，是由刀具和工件的重量和尺寸、工藝方法的特點(diǎn)等多方面的因素決定的。 由于此機(jī)床加工的零件與采用多工位加工，故采用了鉆頭工件的加工和

29、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都有鉆頭來完成，另外，為了簡化裝卸和提高生產(chǎn)效率滿足多工位加工在同一臺機(jī)床上進(jìn)行，采用了通過液壓系統(tǒng)帶開工作臺作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)主軸箱體局部也采用液壓控制多個(gè)鉆頭上下移動(dòng)。 3.4 機(jī)床的傳動(dòng)形式 機(jī)床的傳動(dòng)，有機(jī)械、液壓、機(jī)械—液壓、氣動(dòng)、氣動(dòng)—液壓、電氣等多種形式。其中最常見的是機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)。 液壓傳動(dòng)具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和無極變速、吸振性能好、過載保護(hù)簡單以及能自身潤滑等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)床中得到了日益廣泛的應(yīng)用。 因此，本次設(shè)計(jì)工作臺的回轉(zhuǎn)和主軸箱的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都采用了液壓裝置，工作臺的旋轉(zhuǎn)是自動(dòng)控制裝置，只要主軸箱上升到最高位置，液壓系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行通過液壓缸

30、帶開工作臺主軸自動(dòng)旋轉(zhuǎn)36°，把每個(gè)工件移動(dòng)到它需要加工的下一道工部處。 如以下圖所示工作臺的液壓驅(qū)動(dòng)裝置： 圖3—2 工作臺的液壓驅(qū)動(dòng)裝置 該組合鉆床的傳動(dòng)形式確定后，可進(jìn)行傳動(dòng)部件的布局。組合鉆床一經(jīng)確定加工鉆頭傳動(dòng)和工作臺的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)此案用液壓驅(qū)動(dòng)，那么鉆床應(yīng)具備驅(qū)動(dòng)主軸和工作臺的液壓傳動(dòng)裝置。其中主軸箱的液壓驅(qū)動(dòng)裝置在立柱內(nèi)，工作臺的液壓驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)在底座內(nèi)。 3.5 機(jī)床的支承形式 機(jī)床中常用的支承件有床身、底座、立柱、橫梁、橫臂、刀架及工作臺等。這些支撐件，或單獨(dú)使用，或組合使用。 此鉆床的支承形式可設(shè)計(jì)采用“｜〞形〔柱形〕支承，支撐件是立柱，或立柱與底座的組合。具有

31、這種支承形式的機(jī)床。稱為立式機(jī)床。此立式鉆床為中小型普通機(jī)床，其外載荷以切削力為主，工件重量，移動(dòng)部件〔刀架、工作臺〕的重量等相對較小，其車窗刀架從一端移至床身中部時(shí)引起的彎曲變形可忽略不計(jì)。 與臥式機(jī)床相比，立式機(jī)床占地面積較??；但當(dāng)工件較長時(shí)，機(jī)床的高度增加，重心上移。這樣，機(jī)床不但易于產(chǎn)生振動(dòng)，且操作部方便。立式機(jī)床的運(yùn)動(dòng)自由度較大，執(zhí)行部件可以在縱向、橫向、垂直向三個(gè)方向移動(dòng)；操作立式機(jī)床時(shí)，操作者可以站在機(jī)床的前面、左面、右面。 支撐件應(yīng)滿足的要求： 1〕應(yīng)具有足夠的剛度和較高的韌性——質(zhì)量比。 2〕應(yīng)具有較好的動(dòng)態(tài)特性，包括較大的位移阻抗和阻尼，整機(jī)的低階頻較高，假設(shè)階頻不

32、致引起結(jié)構(gòu)共振，不會(huì)因薄壁振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。 3〕熱穩(wěn)定性好，熱變形對機(jī)床加工精度的影響較小。 4〕排屑暢通，吊運(yùn)平安，并具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。 由于支撐件的結(jié)構(gòu)形狀十分復(fù)雜，受力條件也很復(fù)雜，所以對支撐件主要是進(jìn)行近似的工程技術(shù)計(jì)算，用近似的技術(shù)計(jì)算結(jié)果，來和已有的經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)的同類型支承件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比擬，進(jìn)而評價(jià)所設(shè)計(jì)的支承件。 3.6 機(jī)床導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的一方叫做動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的一方叫做支承導(dǎo)軌，動(dòng)導(dǎo)軌相對于支承導(dǎo)軌只能有一個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。 導(dǎo)軌按摩擦性質(zhì)分：滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。 此次設(shè)計(jì)的立式鉆床可采用普通滑動(dòng)導(dǎo)軌，它的優(yōu)點(diǎn)是：構(gòu)

33、造簡單制造方便、接觸剛度高和抗振性好，其缺點(diǎn)是：摩擦阻力大，磨損快。 采用滑動(dòng)導(dǎo)軌，金屬對金屬的運(yùn)動(dòng)精度可選高的精度，承載能力較大，而接觸剛度高，抗振性好，結(jié)構(gòu)簡單，制造及維護(hù)容易，本錢低。故導(dǎo)軌的材料選用鑄鐵。 鑄鐵本錢低，有良好的減振性和耐磨性，易于鑄造和切削加工。此導(dǎo)軌材料可選用最多的灰鑄鐵，其牌號是HT20-40,即HT200〔GB 5675-85〕，其在潤滑與防護(hù)較好的條件下有一定的耐磨性。 灰鑄鐵導(dǎo)軌在加工完畢裝配時(shí)硬度應(yīng)符合JB2278-78的規(guī)定；長度在2.5米以下的其硬度值應(yīng)符合180HBS，在同一導(dǎo)軌面上的硬度不均勻性不得超過25HBS，為了使導(dǎo)軌面質(zhì)量好些，澆鑄時(shí)讓

34、導(dǎo)軌面處于最低部位。 3.7 運(yùn)動(dòng)聯(lián)系分析 本次設(shè)計(jì)任務(wù)為立式組合鉆床，該鉆床采用主運(yùn)用和動(dòng)力源為機(jī)械聯(lián)系。其傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖3-2所示： 1—電動(dòng)機(jī) 2—聯(lián)軸器 3—離合器 4—齒輪 5—傳動(dòng)軸 7—鉆頭軸齒輪八個(gè) 圖3—3 一個(gè)動(dòng)力頭的傳動(dòng)系統(tǒng)圖 此機(jī)床由于機(jī)械液壓的聯(lián)合作用，實(shí)現(xiàn)了較多的自動(dòng)化動(dòng)作，從而使生產(chǎn)率高，自動(dòng)化程度高，占地面積小等特點(diǎn) 第四章 主軸箱及傳動(dòng)件的設(shè)計(jì) 4.1 主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般要求 1〕在保證主軸的強(qiáng)度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求的前提下，力求使傳動(dòng)軸和輪為最少。應(yīng)盡量用一根傳動(dòng)軸帶動(dòng)多根主軸：當(dāng)齒輪嚙

35、合中心距不符合要求時(shí)，可采用齒輪變位的方法來湊中心距 當(dāng) 時(shí)，采用正常齒輪； 時(shí)，采用修正齒輪。 式中： A——實(shí)際中心矩； m——為模數(shù)； 、——分別為兩嚙合齒輪齒數(shù)。 2〕在保證有足夠強(qiáng)度的前提下，主軸、傳動(dòng)軸和齒輪的規(guī)格要盡可能少，以減少各類零件的品種。 3〕通常應(yīng)防止通過主動(dòng)主軸帶動(dòng)主軸，否那么將增加主動(dòng)主軸的負(fù)荷。 4〕最正確傳動(dòng)比為1～1.5，但允許采用到3～3.5。 5〕盡可能防止升速傳動(dòng)，必要的升速最好放在傳動(dòng)鏈的最末一、二級，以減少功率損失。 根據(jù)查閱有關(guān)資料，和同組同學(xué)討論，設(shè)計(jì)如下的齒輪傳動(dòng)路線設(shè)計(jì)〔

36、見圖4—1〕 圖4—1 齒輪傳動(dòng)路線設(shè)計(jì) 4.2 動(dòng)力部件的選擇 動(dòng)力部件是用以實(shí)現(xiàn)切削刀具的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)〔動(dòng)力頭〕只用于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)〔動(dòng)力滑臺〕，是組合機(jī)床最主要的通用部件。選用何種動(dòng)力部件，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的加工工藝、機(jī)床型式、使用條件、生產(chǎn)條件來確定。例如：對于一般的多工位鉆床，可以機(jī)械或液壓動(dòng)力頭，對于銑削、鏜端面孔機(jī)床、精鏜德國機(jī)床，應(yīng)為動(dòng)力滑臺配以相應(yīng)的銑頭，鏜孔，車端面頭，精鏜等，立式機(jī)床宜采用動(dòng)力滑臺或機(jī)械動(dòng)力頭等。總之，適用適宜的動(dòng)力部件，使機(jī)床具有先進(jìn)的工藝水平和技術(shù)水平，以及良好的工藝效果。 4.3 電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算 4.3.1 電動(dòng)機(jī)功率的估算

37、1〕鉆頭鉆孔時(shí)的扭矩及軸向力的估算 扭矩公式： 軸向力公式： 式中：HB——布氏硬度； D——為鉆頭直徑?！瞞m〕 S=0.1mm/r ；HB=200〔查?組合機(jī)床設(shè)計(jì)參考圖冊?——機(jī)械工業(yè)出版社〕 [工件的材料為45#鑄鐵] 2〕切削功率的計(jì)算 V——刀具轉(zhuǎn)速； v = 20 m/min D——刀具直徑〔mm〕。 那么有： 那么8根鉆頭的總功率為： 3〕計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)的輸出功率 ——?新

38、編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊?上 所需電動(dòng)機(jī)的輸出功率為： 〔取工況系數(shù)K= 1.1 〕 4〕確定主軸直徑 查組合機(jī)床設(shè)計(jì)手冊 M——扭矩 B——系數(shù)。根據(jù)傳動(dòng)軸在100cm長度上允許最大扭轉(zhuǎn)角的數(shù)值來選取B值，查?組合機(jī)床講義?得B = 30.70 代入數(shù)據(jù)得 D = 15cm P=187.35(公斤·毫米) M=30.7Kg N=0.067kw N總=0.536kw P電機(jī)=0.6

39、7kw Pr=0.737kw D=15cm 4.3.2 選擇電動(dòng)機(jī)的型號 1 電動(dòng)機(jī)選擇時(shí)要考慮的問題： 1〕由于一般生產(chǎn)單位多采用三相交流電源，故無特殊要求時(shí)均應(yīng)選用三相交流電動(dòng)機(jī)。其中以三相異步帶能動(dòng)機(jī)應(yīng)用最多，常用為Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。 2〕電動(dòng)機(jī)的功率選擇是否適宜，對電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。功率選的過小不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動(dòng)機(jī)因超載而過早損壞；功率選的過大那么電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，能力又得不到充分的發(fā)揮，而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常不再滿載下運(yùn)轉(zhuǎn)，其效率和功率因數(shù)都較低而造成能源的浪費(fèi)。 3〕電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速

40、愈高，磁極對數(shù)愈少，外廓尺寸愈小，價(jià)格愈低。但是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相對于工作機(jī)轉(zhuǎn)速過高勢必使總傳動(dòng)比加大，致使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外廓尺寸增加，制造本錢提高。而選用較低轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)，其優(yōu)缺點(diǎn)剛好相反。因此，在確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)進(jìn)行分析比擬，權(quán)衡利弊，按最正確方案選擇。 2 電動(dòng)機(jī)的選擇 初步選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 再根據(jù)所需電動(dòng)機(jī)功率為 查?簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊? 續(xù)表 選用三相異步電動(dòng)機(jī)，型號為YH90s-2 ，其輸出功率 P = 1.5 kw 表4-1 電動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù) 電動(dòng)機(jī)的功率P 1.5kw 電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速n 2670r/min 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩

41、 / 額定轉(zhuǎn)矩 2.0 電動(dòng)機(jī)的效率 0.86 電動(dòng)機(jī)的重量 100kg 3 電動(dòng)機(jī)的安裝型式 選用根本結(jié)構(gòu)型式，機(jī)座不帶低腳，端蓋有凸緣。安裝結(jié)構(gòu)型式為。 制造范圍〔機(jī)座號〕為80-315。其示意圖如圖4-1所示： 圖4—2 電動(dòng)機(jī)的安裝示意圖 主要安裝型式尺寸如表4-2所示。 表4-2 電動(dòng)機(jī)主要安裝尺寸 電動(dòng)機(jī)軸伸直徑D 20mm 電動(dòng)機(jī)軸伸長度E 50mm 軸伸上鍵槽的尺寸 電動(dòng)機(jī)法蘭外徑尺寸 250mm 電動(dòng)機(jī)法蘭內(nèi)徑尺寸 150mm 電動(dòng)機(jī)法蘭螺栓孔均不圓直徑 100mm 法蘭

42、螺栓孔的數(shù)量和直徑 電動(dòng)機(jī)的總高度L 300mm 4.4 齒輪齒數(shù)確實(shí)定 由被加工零件的工作圖可以看出：八個(gè)大孔的每兩個(gè)對稱孔的中心距d = 33 mm，其傳動(dòng)路線最后一級可以簡化如以下圖所示： 圖4—3 傳動(dòng)簡化圖 其中AO=16.5 mm， OB=48 mm 有直角三角形知識可得 初選齒輪的模數(shù)為 m=1.25 mm 有公式： 式中： ——小齒輪齒數(shù)； ——大齒輪齒數(shù)。 代入數(shù)據(jù)得齒數(shù)和：

43、 式中： 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速： n= 2670 r/min 標(biāo)準(zhǔn)減速器的公稱傳動(dòng)比：i= 1.06 查?機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)?表3-6，可選： 小齒輪的齒數(shù)： 大齒輪的齒數(shù)： 用同樣的方法可以確定其他各級齒輪的齒數(shù)，模數(shù)都為1.25. 第三級齒輪： 小齒輪齒數(shù)為47 大齒輪齒數(shù)為48 第二級齒輪： 小齒輪齒數(shù)為33 大齒輪齒數(shù)為34 第一級齒輪： 小齒輪齒數(shù)為23 大齒輪齒數(shù)為24 4.5 運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 1〕各

44、軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 一級齒輪軸的轉(zhuǎn)速： 二級齒輪軸的轉(zhuǎn)速： 三級齒輪軸的轉(zhuǎn)速： 四級齒輪軸的轉(zhuǎn)速： 2〕各軸功率的計(jì)算 一級軸的功率 二級軸的功率 三級軸的功率 四級軸的功率 式中： 軸承傳動(dòng)的效率： 齒輪傳動(dòng)的效率： 3〕各軸扭矩的計(jì)算 一級軸的扭矩： 二級軸的扭矩： 三級軸的扭矩： 四級軸的扭矩： 主軸的扭矩： 4.6 齒輪的校核及幾何尺寸的計(jì)算 4.6.1 按彎曲疲勞強(qiáng)度

45、進(jìn)行校核 根據(jù)?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕設(shè)計(jì)計(jì)算公式，式〔10—4〕 進(jìn)行計(jì)算 1 確定公式中的各計(jì)算值： 1〕齒輪上的圓周力 齒輪上的圓周力： 齒輪上的圓周力： 齒輪材料為40Cr〔調(diào)質(zhì)〕硬度為280HBS。 2〕由?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕圖10—20c查的齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限： 3〕計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N 由?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕圖10—18，查得彎曲疲勞壽命系數(shù)： 4〕計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞平安系數(shù)s =1.35 ， 由?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕式〔10-12〕得：

46、 5〕計(jì)算載荷系數(shù)K 由?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕表10-2查得使用系數(shù) 計(jì)算圓周速度V 根據(jù)V=3.1m/s,7級精度， 由?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕圖10-8 查得動(dòng)載系數(shù) 直齒輪： 由?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕表10—3查得 由?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕表10—4查得：7級精度、齒輪相對支撐為對稱布置時(shí) 由 ， ， 由?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕圖10—13得： 故載荷系數(shù) 6〕查取齒形系數(shù) ，應(yīng)力校正系數(shù) 由?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕表10—5可查得： ；

47、 ； 2 代入數(shù)據(jù)計(jì)算： 故：按彎曲強(qiáng)度校核兩齒輪符合要求。 4.6.2 按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 按?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕式〔10—8a〕 進(jìn)行計(jì)算 1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1〕計(jì)算載荷系數(shù) 2〕由?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕表10—6， 查得材料的彈性影響系數(shù)： 3〕齒輪的寬度： 4〕齒輪分度圓直徑： ； 5〕齒輪所受圓周力： ； 6〕齒數(shù)比： 7〕由?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕圖10—21d

48、， 按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限: 8〕由圖10—19查得接觸疲勞壽命系數(shù) ； 9〕計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1% ； 平安系數(shù) s = 1 由?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕式10—12得 2 代入數(shù)據(jù)計(jì)算： 故：按接觸疲勞強(qiáng)度校核兩齒輪也均符合要求。 4.6.3 齒輪的幾何尺寸計(jì)算 1〕分度圓直徑： 2〕齒頂高： 3〕齒根高： 4〕全齒高： 5〕齒頂圓直徑：

49、 6〕齒根圓直徑： 7〕兩齒輪中心距： 4.6.4 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 小齒輪的齒頂圓直徑小于160mm，故做成實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪，大齒輪的齒頂圓直徑大于160mm，而小于500mm應(yīng)做成腹板式機(jī)構(gòu)。但考慮到該齒輪尺寸較小，還是做成實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪。 4.7 軸的設(shè)計(jì) 4.7.1 一級齒輪高速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1 選擇軸的材料 軸的材料一般為45鋼，此軸的材料也是45鋼。熱處理為調(diào)質(zhì)處理。 2 初步確定軸的最小軸頸 先按?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕式〔15-2〕初步估算 Z1=20 Z2=21 Z1=47 Z2=48 Z1=3

50、3 Z2=34 Z1=23 Z2=24 K=1.794 K=1.665

51、 式中：軸的功率 軸的轉(zhuǎn)速 根據(jù)?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕表〔15—3〕取 齒輪軸的最小軸徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使所選的軸徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故須同時(shí)選取聯(lián)軸器型號。 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩： 查?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕表14—1，(考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小) 故，取 又， 那么， 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩

52、應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查?簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊?，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩6.3N·m ,半聯(lián)軸器長度為10mm，聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 ，半聯(lián)軸器的孔徑d=10mm，故取與聯(lián)軸器相連的軸的直徑為。 3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1〕擬定軸上零件的裝配方案 此軸的零件裝配方案簡圖如圖4-4所示 圖4—4 一級齒輪高速軸的零件裝配方案圖 2〕根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑長度 a 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，II-III 軸段右端需制出一軸肩，取VII：左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑。 半聯(lián)軸器與軸的配合的轂孔長度，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不是壓在

53、軸的端面上，故I-II 段的長度應(yīng)比略短一些，現(xiàn)取。 b 初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，應(yīng)選用單列圓錐滾子軸承。 根據(jù) ，查?簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊? 選單列圓錐滾子軸承 30203 GB/T297-94; 其尺寸為：， 齒輪左邊的滾動(dòng)軸承右端采用套筒進(jìn)行軸向定位，左端采用圓螺母進(jìn)行軸向定位，查?組合機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊?，選套 d=15mm , D=20mm, L=18mm。 齒輪右邊的滾動(dòng)軸承左端采用套筒定位，右端利用軸肩定位，齒輪寬為15mm，選用齒輪右端的套筒，查?組合機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊?設(shè)計(jì)手冊，選用尺寸為 d=15mm，D=20mm， L=30mm，齒輪利用軸肩

54、和套筒定位。 詳細(xì)的軸各段尺寸參見零件圖。 3〕軸上零件的軸向定位 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的軸向定位均采用平鍵聯(lián)接，由于齒輪不再軸端，應(yīng)選用圓鈄普通平鍵〔A型〕按。 有?簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊?查得平鍵截面： 〔GB/T1096-79〕； 鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為12 〔標(biāo)準(zhǔn)鍵長〕。同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，應(yīng)選擇齒輪輪轂與軸的配合為H7/h6 。 同樣，半聯(lián)軸器與軸的配合為 H7/k6 。滾動(dòng)軸承與軸的周向dingwei 是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m5 。 4〕確定軸上圓角和倒角尺寸 參考?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕 表15—

55、2，取軸端倒角為°；各軸肩處的圓角半徑為R=1.6mm。 4 軸的強(qiáng)度校核 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖，做出軸的計(jì)算簡圖和受力分析圖。如下 圖4—5 軸的計(jì)算簡圖和受力分析圖 在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，查?簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊?取a值，并參考?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕圖15—23 。對于30310型圓錐滾子軸承，查?簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊?，查得a=9.9mm。 1〕有軸的結(jié)構(gòu)確定軸的計(jì)算簡圖的各段軸的尺寸 AB=31.35mm BC=33.9mm CD=51.4mm 2〕在水平面內(nèi)對軸進(jìn)行受力分析 求作用在齒輪上的力，有前文計(jì)算可知 ;

56、 求作用在軸上支反力 有受力平衡得： 對B點(diǎn)取力矩： 代入數(shù)據(jù)聯(lián)立這兩個(gè)方程，求解得 ; 3〕求水平面內(nèi)的彎矩： 有軸在水平面內(nèi)的受力情況，作水平面內(nèi)的彎矩圖如下： 圖4—6水平面彎矩圖 4〕在垂直面內(nèi)對軸進(jìn)行受力分析 求作用在軸上支反力 由受力平衡可得 對B點(diǎn)取力矩： 代入數(shù)據(jù)聯(lián)立這兩個(gè)方程，求解得 ;

57、 5〕求垂直面內(nèi)的彎矩 由軸在垂直面內(nèi)的受力情況，作垂直面內(nèi)的彎矩圖如下： 圖4—7垂直面內(nèi)的彎矩圖 6〕求總彎矩 由水平面內(nèi)的彎矩圖和垂直面內(nèi)的彎矩圖，作軸所受總彎矩圖，如下： 7〕求扭矩 由軸的受力情況，作軸所受扭矩圖，如下： 圖4—8一級軸的扭矩圖 5 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核，通常只需要校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面強(qiáng)度。根據(jù)?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕式〔15-5〕及上表中的數(shù)據(jù)，并取α=0.6，那么軸的計(jì)算應(yīng)力為 由已經(jīng)選定軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)?

58、機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕表15-1，查得 。因此， ，故平安。 4.7.2 一級齒輪低速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1 選擇軸的材料 因?yàn)辇X輪軸軸伸和擴(kuò)孔鉆聯(lián)接處的結(jié)構(gòu)比擬復(fù)雜，加工比擬困難；所以其材料要稍微選的好一些，耐用度高一點(diǎn)，故齒輪軸的材料選為40Cr，熱處理為調(diào)質(zhì)處理。 2 扭矩估算軸伸的最小軸徑 按?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕式〔15-2〕估算 式中： 因?yàn)辇X輪軸上要開一個(gè)比擬深的孔用來軸向定位，而且其一端要與擴(kuò)孔鉆相聯(lián)，這段軸徑要比擬大，考慮到強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)工藝性等方面的因素，

59、最小軸徑定為10mm。 3 初定軸的結(jié)構(gòu) 根據(jù)軸上零件的布置、裝拆和定位的需要，設(shè)計(jì)軸的介個(gè)如下所示： 圖4—9 軸的結(jié)構(gòu)圖 裝齒輪的那一段軸徑為 ； 為了裝卸軸承方便和定位留取 ， ； 大齒輪左右端采用套筒定位，查?組合機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊?，選套d=15mm , D=20mm , L=18mm 定位大齒輪左端，同時(shí)定位軸承；選用套 d=15mm , D=20mm , L=10mm 定位大齒輪右端，小齒輪左端；小齒輪右端，選用套d=15mm , D=20mm , L=10mm 定位，同時(shí)定位軸承；軸承右端用臺階定位。 4 初選滾動(dòng)軸承的型號 因?yàn)辇X輪軸既受軸向載荷又受徑向

60、載荷的作用，所以其上的兩個(gè)滾動(dòng)軸承均為單列圓錐滾子軸承。 查?簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊? 選單列圓錐滾子軸承 30203 GB/T297-94 ； 其尺寸為： 5 初選鍵的尺寸 由于齒輪不在軸端，所以被選鍵為圓頭普通平鍵〔A型〕。根據(jù)裝齒輪處軸徑 d=15mm , 有?簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊?查得平鍵截面： 〔GB/T1096-79〕；鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為8mm 〔標(biāo)準(zhǔn)鍵長〕。同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，應(yīng)選擇齒輪輪轂與軸的配合為H7/h6。 6 齒輪的計(jì)算簡圖所示 AB=31.35mm ； BC=22mm ； CD=25.9mm ； 圖4-10軸的受力

61、和計(jì)算簡圖 大齒輪的受力計(jì)算，有理論力學(xué)知識可得 圓周力： 徑向力： 小齒輪的受力計(jì)算 圓周力： 徑向力： 7求垂直面內(nèi)的支撐反力，作垂直面內(nèi)的彎矩圖 可以解得， ； 1〕求垂直面內(nèi)B點(diǎn)的彎矩 2〕求垂直面內(nèi)C點(diǎn)的彎矩 3〕作垂直面內(nèi)的彎矩圖 典韋：N·mm 圖4-11 垂直面內(nèi)的彎矩圖 8求水平面內(nèi)的支撐反力，作水平面內(nèi)的彎矩圖

62、 可以得到： ， 1〕求水平面內(nèi)B點(diǎn)的彎矩 2〕求水平面內(nèi)B點(diǎn)的應(yīng)力 3〕作水平內(nèi)的彎矩圖，如下圖 圖4-12 水平面內(nèi)的彎矩圖 9求合成彎矩 可以看出C點(diǎn)的合成彎矩值最大 10軸的扭矩圖，如下圖 扭矩： 圖4-13 扭矩圖 11從軸的結(jié)構(gòu)圖一級彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面，計(jì)算出的截面C處的My 、Mz 、 M的

63、值如表4-3所示 表4-3 B處載荷值 載荷 水平面Z 垂直面Y 支反力R Y1=171.2 N Y2=546.8 N X1=163.6 N X2=157.8 N 彎矩M Mcz=14162.12 N·mm Mcy=4087.02 N·mm 總彎矩 Mc=14220.87 N·mm 扭矩 T=14850 N·mm 12按彎扭合成校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的載荷。 根據(jù)?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕式〔15—5〕 軸的計(jì)算應(yīng)力為： 式中： 軸所受的扭矩：

64、 T=2712 N·mm 總彎矩： ； 折合系數(shù)： α=0.6 ； 對稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力 因此有： ，故平安。 4.8 滾動(dòng)軸承的選擇與壽命計(jì)算 4.8.1 一級齒輪高速軸上的軸承 1 主要參數(shù) 前面已選擇滾動(dòng)軸承的類型為： 單列圓錐滾子軸承 32303 GB/T297-94 ； 此型號滾動(dòng)軸承的主要參數(shù)， 查?簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊?表5—5—23得 內(nèi)徑： d=60mm ； 外徑： D=40mm ； 徑向當(dāng)量動(dòng)載荷： Cr=35200N ; 徑向當(dāng)量靜載荷： Cor=36200N ； 計(jì)算系

65、數(shù)：e=0.29 ; Y=2.1 ; Yo=1.2 ; 2 軸承的校核 1〕計(jì)算徑向力 2) 求兩軸承的計(jì)算軸向力Fa1和Fa2 對于32303型軸承，有?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕表13-7，軸承派生軸向力 ， 因此可以計(jì)算 因?yàn)檩S上并沒有受到其他的軸向力，所以 ； 3〕求軸承擔(dān)量動(dòng)載荷P1和P2 因?yàn)? 查?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕表13-6，載荷系數(shù)取 ， 那么： 4〕計(jì)算軸承壽命 因?yàn)镻1大于P2，所以按軸承1的受力大小驗(yàn)算 故所選用軸承可滿足壽命要求。 4.

66、8.2 一級齒輪低速軸上的軸承 1 主要參數(shù) 前面已選擇滾動(dòng)軸承的類型為：單列圓錐滾子軸承 32303 GB/T297-94； 此型號滾動(dòng)軸承的主要參數(shù)， 查?簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊?表5—5—23得 內(nèi)徑： d=60mm ； 外徑： D=40mm ； 徑向當(dāng)量動(dòng)載荷： Cr=35200N ; 徑向當(dāng)量靜載荷： Cor=36200N ； 計(jì)算系數(shù)：e=0.29 ; Y=2.1 ; Yo=1.2 ; 2 軸承的校核 1〕計(jì)算徑向力 2) 求兩軸承的計(jì)算軸向力Fa1和Fa2 對于32303型軸承，有?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕表13-7，軸承派生軸向力 ， 因此可以計(jì)算 因?yàn)檩S上并沒有受到其他的軸向力，所以 ； 3〕求軸承擔(dān)量動(dòng)載荷P1和P2 因?yàn)? 查?機(jī)械設(shè)計(jì)?〔第七版〕表13-6，載荷系數(shù)取