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河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 摘 要 專用機床是專門用于加工一種工件或工件的一定工序的機床，它可 以同時用許多刀具進行切削，機床的輔助動作部分地實現(xiàn)了自動化，生 產(chǎn)效率高。本篇論文所設(shè)計的多軸鉆床屬于專用機床的范疇，即八軸擴 —鉸專用機床，它是根據(jù)工件（車輪）的特點，采用多把刀具同時加工 出多個孔（八個孔） ，其所要完成的工藝范圍是擴—鉸，操作方便，效 率高。 全文共分四章：第一章為總體設(shè)計；第二章為機床總體布局；第三 章為主軸箱及傳動件的設(shè)計；第四章為主軸箱體的設(shè)計。其中主軸箱及 傳動件的設(shè)計，特別是主軸箱的設(shè)計是本文的主要部分。多軸鉆床的部 件設(shè)計就是在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，開展機床各部件的設(shè)計，然后進行零 件的設(shè)計。 關(guān)鍵詞：專用機床 多軸鉆床 主軸箱 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 I Abstract The appropriation tool machine uses for the tool machine that processes the certain work preface of a kind of work piece or the work piece exclusively, it can have to carry on slice to pare with many knifes at the same time, the assistance action partly of the tool machine carried out the automation, producing the efficiency highly. Many axles drilling machine that this text design belongs to the appropriation tool machine, namely six stalk expand-wring appropriation tool machine, it according to the characteristics of the work piece( car wheel), adopt many cutters processes a lot of holes ( six holes) at the same time, the craft scope that it want to be finished is to expand- wring. The full text is divided into four chapters: the first chapter of the overall design; Chapter II of the machine overall layout; Chapter III of the main drive axle box and pieces of the design; Chapter IV of the spindle box design. Which spindle drive tanks and pieces of the design, especially the spindle box design is the main part of this paper. Among them the part of many axles drilling machine is designed, especially the design of principal axles box is a main part of this text. It is to launch the design of every part of the lathe on the basis of the thing that design virally that the 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 II part of many axle drilling machine is designed, then carry on the design of the part. Keywords: the Appropriation tool machine Many axles drilling machine principal axles box 目錄 摘 要 ....................................................I ABSTRACT....................................................II 目錄 .........................................................I 前 言 ........................................................1 1 總體設(shè)計 ...................................................3 1.1 概述 ...................................................3 1.2 工藝方案的制定 .........................................3 1.2.1 制定工藝方案的原始條件分析 .........................4 1.2.2 藝基準的選擇—工— 定位基準 .........................4 1.2.3 工藝定路線的制定 ...................................6 1.3 刀具的選擇及切削用量的確定 .............................8 1.3.1 刀具的選擇 .............................................8 2 機床總體布局 ..............................................10 2.1 機床總體布局的基本要求 ................................10 2.2 機床總體布局方案分析 ..................................10 2.2.1 同類機床總體布局方案分析 ..............................10 2.2.2 汽車輪輻鉆孔及擴孔加工專用機床總體布局方案分析 .......12 3 主軸箱及傳動件的設(shè)計 .....................................15 3.1 主軸箱傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般要求 ..........................15 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 i 3.2 動力部件的選擇 ........................................15 3.3 電動機的選擇計算 ......................................16 3.3.1 電動機功率的估算 ..................................16 3.3.2 選擇電動機的型號 ..................................18 3.4 傳動方案的選擇 ........................................20 3.5 主軸箱齒輪的分布 ......................................23 3.6 齒輪傳動設(shè)計 ..........................................24 3.6.1 高速級齒輪的設(shè)計 ...................................24 3.6.2 中間傳動齒輪的設(shè)計 .................................30 3.7 初步估算各軸徑 ........................................35 3.8 軸的設(shè)計 ..............................................37 3.8.1 中間傳動軸（Ⅱ軸）的設(shè)計計算 .......................37 3.8.2 主軸（Ⅳ軸）的設(shè)計計算 .............................40 3.9 滾動軸承的選擇與壽命計算 ..............................45 3.9.1 傳動（Ⅱ軸）軸上的軸承 ............................45 3.9.2 主軸（Ⅳ軸）上的軸承 ..............................47 3.10 鍵聯(lián)接的選擇和驗算 ...................................49 3.10.1 傳動軸（Ⅱ軸）與大齒輪的鍵聯(lián)接 ...................49 3.10.2 主軸（Ⅳ軸）與的聯(lián)接 .............................50 4 主軸箱體的設(shè)計 ...........................................51 4.1 主軸箱體設(shè)計的依據(jù) ....................................51 4.2 主軸箱體的設(shè)計 ........................................52 4.3 上臺板的設(shè)計 ...........................................53 4.3.1 材料的選取 ........................................53 4.3.2 尺寸的確定 .......................................53 4.3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計 ..........................................54 結(jié)束語 ......................................................55 致 謝 ...................................................- 57 - 參考文獻 ....................................................58 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 0 前 言 四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，進行為期兩個月的畢業(yè)設(shè)計，我們感受 頗深。畢業(yè)設(shè)計意義重大，是對大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識和基礎(chǔ)知識的 一個系統(tǒng)性的總結(jié)與運用，同時也是一次培養(yǎng)我們分析問題和解決問題 的很好的機會，而且畢業(yè)設(shè)計也是大學(xué)教學(xué)的最后一個環(huán)節(jié)，所以我特 別珍惜這一次最后的學(xué)習機會，認真扎實的完成我所分配的設(shè)計任務(wù)， 使大學(xué)最后的幾個月生活在學(xué)習和進取中充實的度過。另外，畢業(yè)設(shè)計 還可以培養(yǎng)獨立思考、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)社會有很大的幫助。通過這一環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，提高了以下 能力：1、綜合運用所學(xué)知識和技能，獨立分析和解決設(shè)計問題的能力； 2、熟練運用基本技能，包括繪圖、計算機應(yīng)用、翻譯、查閱文獻等等 的能力；實驗研究的能力；撰寫科技論文和技術(shù)報告，正確運用國家標 準和技術(shù)語言闡述理論和技術(shù)問題的能力；3、收集加工各種信息的能 力，獲取知識的能力；4、創(chuàng)新意識和嚴肅認真的科學(xué)作風。 本次設(shè)計的課題是八孔立式組合鉆床的部件設(shè)計，即多軸組合機 床的部件設(shè)計。多軸組合鉆床是用來加工同一方向上有數(shù)個孔的工件， 具有良好的加工精度，能夠達到很好的加工質(zhì)量。其所加工的零件在汽 車中應(yīng)用十分廣泛，應(yīng)該屬于大批量生產(chǎn)項目，所以在設(shè)計時應(yīng)注意到 盡量使加工簡單，但又不影響加工質(zhì)量。 此次設(shè)計的主要內(nèi)容有：問題的提出、總體方案的構(gòu)思、可行性設(shè) 計、結(jié)構(gòu)設(shè)計及對未知問題的探索和解決方案的初步設(shè)計、裝配圖、零 件圖等一系列圖紙的設(shè)計與繪制，最后包括畢業(yè)設(shè)計說明書的完成。 這次畢業(yè)設(shè)計是在劉建慧老師的帶領(lǐng)和指導(dǎo)下完成的。在搞畢業(yè)設(shè) 計的期間，我遇到了很多困難，這就要求自己多向老師請教，這樣給老 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 1 師帶來了很多麻煩，影響了老師的工作，但這位老師還是不厭其煩的解 答我們的問題，一步步指導(dǎo)并使我們將畢業(yè)設(shè)計進行下去。畢業(yè)設(shè)計的 階段和過程老師都給了明確的計劃，而不至于使整個設(shè)計過程沒有任何 的目標。設(shè)計進行中的每一步，劉老師都認真檢查，耐心細致的指出其 中的錯誤和不當?shù)牡胤剑⒅笇?dǎo)修改和完善。 本次設(shè)計的題目是八孔立式組合鉆床的設(shè)計，設(shè)計機床應(yīng)滿足的基 本要求有以下幾點： 1、工藝可能性。機床的工藝可能性是指機床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求，大致 包括下列內(nèi)容——機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、加工精度和表面粗糙度。 3、生產(chǎn)率。機床的生產(chǎn)率通常指單位時間內(nèi)機床所加工的工件數(shù)量。 4、自動化程度。 5、操作安全方便和工作可靠。 6、效率、使用期限和成本等等。設(shè)計時還應(yīng)注意使機床體積小，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技術(shù)－經(jīng)濟指標，在設(shè)計機床時應(yīng)綜合考慮。 因為我的任務(wù)主要是多軸組合鉆床的主軸箱及部件設(shè)計，所以考慮的事 情比較細。它鍛煉了我的分析問題的能力。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 2 1 總體設(shè)計 1.1 概述 機床的總體設(shè)計，就是針對具體的被加工零件，在選定的工藝和結(jié) 構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進行方案和圖紙的設(shè)計。這些圖紙包括：被加工零件 工序圖、加工示意圖、生產(chǎn)率計算卡片、機床聯(lián)系尺寸圖等。 專用機床區(qū)別于普通機床的基本特點就是它是專為某一固定工序服 務(wù)的。因此，專用機床又可廣義的稱為工藝裝備，它包括具有通用部件 的組合機床。由于專用機床是為某一固定的程序服務(wù)的，所以專用機床 的先進程度、種類、型式和規(guī)格都取決于工藝需要。只有定出先進合理 的工藝，才能設(shè)計出合理的專用機床。 本次設(shè)計的題目為八孔立式組合鉆床，八孔組合機床是為加工汽車 輪輻外側(cè)的擴孔而專門設(shè)計的專用機床，由底座、液壓立式滑臺、立體 床身、動力頭以及多軸箱、專用夾具等有關(guān)部件組成。 1.2 工藝方案的制定 在生產(chǎn)中用機械加工方法直接改變毛坯的形狀、尺寸和材料性能， 使之成為零件的過程，叫做機械加工工藝過程。設(shè)計時，工藝方案的制 定是否合理，對生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量有著極其大的影響。 制定工藝方案時，首先應(yīng)分析生產(chǎn)類型。生產(chǎn)類型是衡量生產(chǎn)規(guī)模 的標志。 生產(chǎn)類型、生產(chǎn)組織、生產(chǎn)管理、車間布置以及毛坯、設(shè)備、工具、 加工方法和工人熟練程度等方面的要求程度均有所不同。在大量生產(chǎn)下， 每個工序任務(wù)比較穩(wěn)定，因此，有條件采用高效率專用機床和工件夾具， 勞動效率可大大提高，產(chǎn)品成本也可降低。但產(chǎn)量小的情況下，如果仍 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 3 使用這些高效率的專用機床和工夾具，由于加工對象經(jīng)常改變，勢必造 成機床調(diào)整的復(fù)雜化，降低機床利用率，提高加工成本。所以制定的工 藝過程應(yīng)與生產(chǎn)類型相適應(yīng)，以取得合理的經(jīng)濟效果。 1.2.1 制定工藝方案的原始條件分析 在制定工藝方案時，首先對產(chǎn)品的裝配圖進行研究分析，熟悉該產(chǎn) 品的用途性能及工作條件，明確該工件在產(chǎn)品中的地位和作用，然后對 工件的工作圖進行分析和工藝審查。 從零件圖，圖 1-1 中可見，圖紙比較完整，技術(shù)要求也一般，沒什 么難加工的結(jié)構(gòu)。根據(jù)機床所要完成的工序，對輪輻外側(cè)均布的八個孔 進行擴孔，而這八個孔位于同一平面上沿圓周均勻分布。擴孔后，只需 保證其位置精度，其他沒有特殊要求，采用一般的擴孔鉆進行擴孔就可 以達到要求。 工件的材料為碳結(jié)構(gòu)鋼（Q235B） ，無特殊要求，在進行加工前無熱 處理，沒有硬度要求。 1.2.2 藝基準的選擇—工—定位基準 在選擇基準時盡量選擇設(shè)計基準作為定位基準，這樣可避免由于設(shè) 計基準和定位基準不重合所引起的定位誤差。如圖 1-1 所示： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 4 圖 1－1 擴孔前的零件圖 由于八個孔均勻分布，則選擇任意兩對稱孔做為定位基準用浮動銷 定位，則只剩下 Z↑向的一個自由度，選擇 N 面均勻支撐。當工件不斷 向上進給時，壓向 G 面的壓料半板和 N 面的均勻支撐便限制了 Z↑的自 由度，隨著進給的繼續(xù)進行鉆頭下鉆，浮動銷被鉆頭下壓，鉆頭變成為 新的定位裝置。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 5 1.2.3 工藝定路線的制定 1. 制定工藝過程 由于本道工序僅需一次擴孔可完成，故工藝過程比較簡單，其工 藝過程如下： (1)鉆（ 擴孔）：按圖紙要求對 8ⅹф29.5 進行擴孔至 8ⅹф32+0.6（精度無特別要求） ； （2）檢驗：按圖紙要求，檢查各孔的位置精度。 2. 繪制工序簡圖 (1) 被加工零件工序圖的作用和要求 被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示在一臺機床上或一 條流水線上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸及精度、技術(shù)要求、加工 用定位基準、夾壓部位、以及被加工零件的材料、硬度和在本機床加工 前毛坯形狀的圖紙。它是在原有的工件圖基礎(chǔ)上，以突出本機床或自動 線加工內(nèi)容，加上必要說明繪制的。它是機床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制 造使用時調(diào)整機床，檢查精度的重要技術(shù)文件。 (2) 被加工零件的工序圖 被加工零件的工序圖是在被加工零件圖的基礎(chǔ)上突出本機床的加工 內(nèi)容，并作必要的說明而繪制的。其主要內(nèi)容包括： 1）在圖上表示出被加工零件的形狀，尤其要設(shè)置中間導(dǎo)向時，應(yīng) 表示出工件內(nèi)部筋的布置和尺寸，以便檢查工件、夾具、刀具之間是否 相互干涉； 2）在圖上表示出被加工零件的定位基準、夾壓部位及夾緊方向， 以便據(jù)此進行夾具的支承、定位及夾壓機構(gòu)的設(shè)計； 3）在圖上表示出被加工零件其·， ，加工表面的尺寸、精度、光潔 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 6 度、位置尺寸及精度等技術(shù)條件（包括對上道工序的要求及本機床保證 的部分） ； 4）圖中還應(yīng)注明被加工零件的名稱、編號、材料、硬度以及被加 工部位的余量； 5）為了使工序圖清晰明了和突出本機床的加工內(nèi)容，繪制時對本 機床的加工部位用粗實線表示，其尺寸打上方框，其余部位用細實線表 示。 (3) 如圖 1-2 所示：被加工零件加工示意圖：擴圓柱孔 圖 1-2 擴孔示意圖 備注： （1）被加工零件 名稱及編號：汽車輪輻，STR 擴孔。 材料及硬度：碳結(jié)構(gòu)鋼 Q235 重 量：20～25kg （2）加工余量 ф 32-ф 29.5=2.5mm 則每個孔的直徑上加工余量為 2.5mm （3）技術(shù)條件 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 7 1）本機床加工前應(yīng)保證零件圖上的所有尺寸； 2）本機床保證： a、加工后各對稱孔的中心距不變； b、加工后的孔的尺寸為￠32+0.6； c、其余尺寸不變。 1.3 刀具的選擇及切削用量的確定 1.3.1 刀具的選擇 1. 刀具與工藝方案的關(guān)系 專用機床刀具，是專用機床主要組成部分之一。刀具的選用、設(shè)計、 制造正確與否，對機床的加工精度和效率有著重要影響。在專用機床上 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. 刀具的選擇原則 （1）如果條件允許，應(yīng)該首先選取標準刀具； （2）為提高工序集中程度，或達到更高的精度，可采用復(fù)合刀具。 但在確定復(fù)合刀具結(jié)構(gòu)時，應(yīng)盡可能采用組裝式復(fù)合刀具。 (3)孔加工刀具應(yīng)（鉆、擴、鉸等）的直徑與加工部位尺寸、精度 相適應(yīng)。 3. 切削用量的確定 （1）切削速度 ??min/10DV?? 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） 。 （2）吃刀深度 mdDt 25.1932??? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 8 式中： D—待加工表面直徑（mm） d—已加工表面直徑（mm） 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 9 2 機床總體布局 2.1 機床總體布局的基本要求 1. 保證給定的工藝過程要求（對于組合機床，還應(yīng)滿足參數(shù)標準 所規(guī)定的要求） 。最大限度地考慮機床部件的通用化； 2. 保證機床的剛度、精度、抗振性和穩(wěn)定性，力求減輕機床的重 量； 3.保證機床結(jié)構(gòu)簡單，且盡量采用較短的傳動鏈，以提高傳動精度 和傳動效率； 4.保證良好的加工工藝性，以便于機床的加工和裝配； 5.保證生產(chǎn)安全，便于操作、調(diào)整和維修； 6.納入自動線，并便于排除鐵屑； 7.盡可能減小機床的占地面積； 8.機床外形美觀，大方。 2.2 機床總體布局方案分析 在方案的擬訂當中，起決定作用的是正確分析與確定機床的總體布 局方案。 上面敘述了各種因素對機床總體布局的影響，然而就同一類機床來 說，尚需對專用機床的支承部件、傳動部件和執(zhí)行部件等三大部分的布 局進行方案分析。 2.2.1 同類機床總體布局方案分析 1.支撐部件的布局： 支撐部件通常是由床身、立柱、底座、橫梁、橫臂等組成，這些部 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 10 件或著單獨使用，或者組合起來，用做機床的支撐。這些部件安放位置 的不同，就形成了不同的支撐形式。常見的支撐形式有以下幾種： （1）橫“一”字支撐。支撐部件是床身或床身與底座的結(jié)合。由這 種支撐部件組成的機床稱為臥式機床。 （2）豎“一”字支撐。支撐部件是立柱、或床身和立柱的組合。由 這種部件所組成的機床，稱之為立式機床。 （3）倒“丁”字機床。支撐部件是床身和立柱的組合。有它組成的 機床稱為復(fù)合式機床。 （4）側(cè)開口行支撐。支撐部件是床身（或底座） 、立柱、橫梁的組 合。有它組成的機床稱為單臂式機床。 （5）方框形支撐。機床的支撐部件由床身、橫梁以及兩個立柱組合 而成，形成封閉的方框，其所組成的機床，稱之為龍門式機床。 2.上述機床有如下特點： (1) 立式機床特點： ① 占地面積?。?② 運動自由度大； ③ 操作方便，操作者可站在機床的前面、左面、右面操作； ④當工作件較長時，機床的重心偏高，易造成加工時工件的振動。 （2）臥式機床的特點： ① 占地面積較大； ② 機床的重心低；有利于減少機床的振動； ③ 機床的執(zhí)行部件可以在縱、橫兩方向移動。 (3) 單臂式機床的特點： 可加工橫向尺寸較大的工件，但受力時橫梁相當于懸臂梁，機床的 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 11 剛度比較低。橫梁越大，即可加工的橫向尺寸越大，則剛度也就越低。 （4）龍門機床的特點： 它的支撐部件組成了封閉的方框。因此，大大提高了機床的剛度。 但龍門式機床的支撐部件較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大，布局時要特別注意，避 免支撐部件對操作者視線的妨礙。 (5) 復(fù)合式機床的特點： 根據(jù)多面同時加工的需要所配置的形式。就同一類機床而言，確定 機床配置部件的形式時，應(yīng)注意下面問題： ① 機床的支撐部件要有足夠的剛度和較好的受力情況； ② 力求結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，維修方便； ③ 保證較高的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率； ④ 要保證操縱的方便性、習慣性。 3.傳動部件的布局： 機床上的傳動方案主要可分為集中傳動和分離傳動、無級變速與齒 輪變速。 4.執(zhí)行元件的布局： 執(zhí)行部件一般指安裝刀具與工件的部件，如主軸部件、工作臺布件 及刀架等。 2.2.2 汽車輪輻鉆孔及擴孔加工專用機床總體布局方 案分析 1.單位提出的設(shè)計任務(wù)： （1）設(shè)計用于加工汽車輪輻上六個均布螺栓孔的專用機床； （2）在該機床上完成對零件圖上六個螺栓空的鉆孔及擴孔加工； （3）各孔的精度、光潔度無特殊要求，只需保證各孔的位置精度； 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 12 （4）毛坯的材料是碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q235B； （5）要求大批量生產(chǎn)。 2.工藝分析：（見上） 3.機床總體布局方案的確定（三方案） （1）臥式機床：考慮到零件的夾具設(shè)計，采用臥式機床將導(dǎo)致零件 的裝夾難度增加； （2）懸臂式機床：考慮到零件的橫向尺寸不大，所以沒有必要采用 這種形式的機床； （3）立式機床：立式機床運動自由度大，操作方便，足以滿足該零 件的加工。占地面積小，運動自由度大，操作方便，操作者可站在機床 的前面、左面、右面進行操作。 綜上所述，決定采用立式機床這一結(jié)構(gòu)形式： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 13 圖 2-1 立式鉆床簡圖 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 14 3 主軸箱及傳動件的設(shè)計 3.1 主軸箱傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般要求 1.在保證主軸的強度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求的前提下，力求是傳 動軸和齒輪為最少。應(yīng)盡量用一根傳動軸帶動多根主軸；當齒輪嚙合中 心距不符合要求時，可采用齒輪變位的方法來湊中心距； 當 時，采用正常齒輪；15.021??????mzA）（ 時，采用修正齒輪。.1?）（ 式中：A——實際中心矩； m——為模數(shù)； 、 ——分別為兩嚙合齒輪齒數(shù)。1z2 2.在保證有足夠強度的前提下，主軸、傳動軸和齒輪的規(guī)格要盡可 能少，以減少各類零件的品種； 3.通常應(yīng)避免通過主動主軸帶動主軸，否則將增加主動主軸的負荷， 影響加工質(zhì)量； 4.最佳傳動比為 1～1.5，但允許采用到 3～3.5； 5.盡可能避免升速傳動，必要的升速最好放在傳動鏈的最末一、二級，以減 少功率損失。 3.2 動力部件的選擇 動力部件是用于傳遞動力，實現(xiàn)工作運動的通用部件。它為刀具提 供主運動和進給運動，用以實現(xiàn)切削刀具的旋轉(zhuǎn)和進給運動（動力頭） 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 15 只用于進給運動（動力滑臺） ，是組合機床最主要的通用部件。選用何 種動力部件，應(yīng)當根據(jù)具體的加工工藝、機床型式、使用條件、生產(chǎn)條 件來確定。例如：對于一般的多軸鉆床和鏜孔機床，可用機械或液壓動 力頭，對于銑削、鏜端面孔機床、精鏜等機床，應(yīng)用動力滑臺配以相應(yīng) 的銑頭、鏜孔、車端面頭、精鏜等；立式機床宜采用動力滑臺或機械動 力頭等。總之，選用合適的動力部件，使機床具有先進的工藝水平和技 術(shù)水平，以及良好的工藝效果。 3.3 電動機的選擇計算 3.3.1 電動機功率的估算 1. 鉆頭擴孔時的扭矩及軸向力的估算 扭矩公式： qMxyCDtSK?????料 （ 千 克 牛 米 ） 軸向力公式： 0 ()qpxypPt???料 千 克 牛 式中： )(5.dt??? ——為鉆頭直徑。D)(m ——為工件擴孔前直徑。 （查《機械制造手冊》——遼寧出版社）rS/9.0? [工件的材料為 Q235 碳素結(jié)構(gòu)鋼] ， ， ，.1Mq.x8.0?My9.C ， ， 。837?pC3p7p 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 16 （以上軸向力、力矩公式和數(shù)值來自 《專用機床設(shè)計與制造》——黑龍江人民出版社 P679） ； pnbK???????735??料 75.0?p2/40mMb公 斤 力 64.0735.??????????????pnb??料 則： 64.09.2.309. 8.00.1 ??????????M.7?（ 千 克 牛 米 ） ??64.09.)5.3(.0883.10?P （ 公 斤 力 ）29? 2.切削功率的計算： ——《專用機床設(shè)計與制造》)(74kwnMN?mi/10rDv?? ——刀具轉(zhuǎn)速： in/20? ——刀具直徑 。)( 則有： 3201???nmin/4.9r 7.Nkw2? 則 8 根鉆頭的總功率為： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 17 N 總 =8×0.42=3.36kw 3.求主軸箱的輸出功率 ?總主P? 其中： --主軸箱的傳動效率。 加工黑色金屬零件時，可取 =0.8～0.9；加工輕金屬件時，可取? =0.7～0.8，主軸數(shù)多時取小值；主軸數(shù)少時取大值。 （《組合機床設(shè)? 計》大連機床研究所編 1973） 這里取 =0.8，則 =3.36/0.8=4.2kw?總主 NP? 4.計算所需電動機的輸出功率 所需電動機的輸出功率為： （取工況系數(shù) ）KPr??電 1.?K =4.2×1.1 =4.62kw 3.3.2 選擇電動機的型號 1.電動機選擇時要考慮的問題： （1）由于一般生產(chǎn)單位多采用三相交流電源，故無特殊要求時均 應(yīng)選用三相交流電動機。其中以三相異步帶能動機應(yīng)用最多，常用為 Y 系列三相異步電動機。 （2）電動機的功率選擇是否合適，對電動機的正常工作和經(jīng)濟性都 有影響。功率選的過小不能保證工作機的正常工作，或使電動機因超載 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 18 而過早損壞；功率選的過大則電動機的價格高，能力又得不到充分的發(fā) 揮，而且由于電動機經(jīng)常不在滿載下運轉(zhuǎn)，其效率和功率因數(shù)都較低而 造成能源的浪費。 （3）電動機的同步轉(zhuǎn)速愈高，磁極對數(shù)愈少，外廓尺寸愈小，價格 愈低。但是電動機轉(zhuǎn)速相對于工作機轉(zhuǎn)速過高勢必使總傳動比加大，致 使傳動裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外廓尺寸增加，制造成本提高。而選用較低轉(zhuǎn)速 的電動機，其優(yōu)缺點剛好相反。因此，在確定電動機的轉(zhuǎn)速時，應(yīng)進行 分析比較，權(quán)衡利弊，按最佳方案選擇。 2.電動機功率的選擇 考慮到減速器的降速比不宜過大，所以初步選擇電動機的轉(zhuǎn)速 min/750rns? 再根據(jù)所須電動機功率為 Pr=4.62kw 查《機械設(shè)計師手冊（下冊） 》 表 31-22 Y 系列（IP44）封閉2634 式三相異步電動機技術(shù)數(shù)據(jù)： 選用三相異步電動機，型號為 Y160M-8，其輸出功率 P=7.5kw 其主要性能參數(shù)如表 3-1 所示。 表 3-1 電動機主要性能參數(shù) 電動機的功率 P 7.5 kw 電動機滿載轉(zhuǎn)速 n 720 r/min 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 / 額定轉(zhuǎn)矩 2.0 電動機的效率 0.85 電動機的重量 119kg 3.電動機的安裝型式 選用 基本結(jié)構(gòu)型式，機座不帶底腳，端蓋有凸緣。安裝結(jié)構(gòu)型5B 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 19 式為 。1V 制造范圍（機座號）為 80-315。其示意圖如圖 3-1 所示： 圖 3-1 電動機的安裝示意圖 主要安裝型式尺寸如表 3-2 所示。 表 3-2 電動機主要安裝尺寸 電動機軸伸直徑 D 42mm 電動機軸伸長度 E 117mm 軸伸上鍵槽的尺寸 14mm 9mm? 電動機法蘭外徑尺寸 325mm 電動機法蘭內(nèi)徑尺寸 215mm` 電動機法蘭螺栓孔均不圓直 徑 300mm 法蘭螺栓孔的數(shù)量和直徑 4- 19? 電動機的總高度 L 600mm 3.4 傳動方案的選擇 一、傳動方案的設(shè)計 電動機額定功率為 P=7.5kw，電動機的轉(zhuǎn)速 min/720r? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 20 考慮到降速比不宜過大，這樣功率損失比較嚴重。另外如果降速比過小， 減速器輸出的轉(zhuǎn)速將會比較高，這樣會使主軸箱的速比加大， 從而使 大小齒輪的齒數(shù)比加大，這樣的話工作軸的轉(zhuǎn)速就會升高。綜合考慮后， 傳動方案如下： z42653 1傳 動 方 案 圖 1－－電動機 2－－中間傳動軸 3－－傳動系統(tǒng) 4－－惰輪軸 5－－主軸 二、電動機輸出功率及工作機構(gòu)上最大作用力的計算： 1、電動機的額定功率 ，效率為 g=85%， 則電動機的輸kwP5.?出 出功率為： P 出 =7.5×0.85=6 kw 2、傳動比的分配： 電動機的輸出轉(zhuǎn)速為 720r/min,最后主軸的轉(zhuǎn)訴為?電n 199.04r/min,所以總傳動比為：?主n i= 6.304.1972主電n 為了使大齒輪的尺寸不至于過大，再根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，選 ，21i? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 21 這樣，減速只在第一級和第三級，初定 ，則5.21?i4.526313?i 三、傳動裝置的運動參數(shù)計算: 從主軸箱的高速軸開始各軸命名為Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸、Ⅳ軸。 （一） 各軸轉(zhuǎn)速的計算： 第Ⅰ軸轉(zhuǎn)速： min/7201rn? 第Ⅱ軸轉(zhuǎn)速： in/285.1r? 第Ⅲ軸轉(zhuǎn)速： /23i 第Ⅳ軸轉(zhuǎn)速： i/04.134rn 式中: 、 、 ——第Ⅰ軸至第Ⅱ軸，第Ⅱ軸至第Ⅲ軸，1i2i 第Ⅲ軸至第Ⅳ軸傳動比。 、 、 、 ――第Ⅰ軸，第Ⅱ軸，第Ⅲ軸，第Ⅳ軸轉(zhuǎn)速。1n234n （二） 、各軸功率的計算： 第Ⅰ軸（電機軸）功率：P 1=P 出 =6kw 第Ⅱ軸功率：P 2=P1 1 2=6×0.99×0.99=5.89kw? 第Ⅲ軸功率：P 3=P2 2 3=5.89×0.99×0.98=5.71kw 第Ⅳ軸功率：P 4=P3 3 4=5.71×0.98×0.98=5.48kw (3)、各軸扭矩的計算 電機軸扭矩：T＝9550×p/ n＝9550×7.5/720＝99.5N·m 第Ⅰ軸扭矩：T1=9550×P1/n1=9550×6000/720=76580 N·m 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 22 第Ⅱ軸扭矩：T2=9550×P2/n2=9550×5890/288=195310 N·m 第Ⅲ軸扭矩：T 3=9550×P3/n3=9550×5710/288=189340 N·m 第Ⅳ軸扭矩：T 4=9550×P4/n4=9550×5480/200=261670 N·m （四） 、將各軸轉(zhuǎn)速、功率、扭矩列表 軸號 轉(zhuǎn)速 n（r/mi n） 輸出功 率 P（kw ） 輸出扭 矩 T（N·m ） 傳動 比 i 效率 g Ⅰ軸 720 6 76580 2.5 0.98 Ⅱ軸 288 5.89 195310 1 0.97 Ⅲ軸 288 5.71 189340 Ⅳ軸 200 5.48 261670 1.44 0.97 3.5 主軸箱齒輪的分布 由被加工零件的工作圖可以看出：八根擴孔鉆分布的圓周直徑 d=275mm，即六個小齒輪的分布圓直徑也是的 d=275mm。 主軸箱里齒輪的分布簡圖如圖 3-2 所示： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 23 圖 3-2 主軸箱大小齒輪的分布 1—惰輪分度圓直徑 2—主軸小齒輪 3—六個小齒輪的分布圓直徑1d d 4—中間傳動軸齒輪分度圓直徑 3.6 齒輪傳動設(shè)計 3.6.1 高速級齒輪的設(shè)計 1.選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 1）按 3.4 中的傳動方案，選用直齒圓柱傳動。 2）多軸鉆床為一般的工作機器，而且由以上可知，傳動速度不高， 故選用 7 級精度（GB1005—8） 。 3）材料選擇。由《機械設(shè)計》 （第七版）表 10—1（以下公式、圖 表均出自該書）選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，大齒 輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為 240HBS，二者硬度差為 40HBS。 4）選小齒輪齒數(shù) ，大齒輪齒數(shù) 。241?z 60245.12???zi 2．按齒面接觸強度設(shè)計 由設(shè)計計算公式進行計算，即 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 24 3211 )][(2. HEdtt ZuTKd????? 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 （1）試選載荷系數(shù) .?t （2）計算小齒輪傳遞的扭矩 T1=9550×P1/n1=9550×6000/720=76580 N·m （3)由表 10-7 選取齒寬系數(shù) 9.0d? （4）由表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) 。2/18.9MPaZE? （5）由圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 ；大齒輪的接觸疲勞強度極限 。MPaH601lim?? H502lim? (6)假設(shè)機床工作壽命十五年，每年工作三百天，兩班制，工作平穩(wěn)。 由式 10-13 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 91 1.3)5082(17????hjLnN9924.52/0.3?? (7)由圖 10-19 查得接觸疲勞壽命系數(shù) ； 。 1.92HNK20.96HN? (8)計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，得1lim1[]0.92652HNKMPaS????2li2[].8H? 2)計算 （1）計算小齒輪分度圓直徑 ，帶入 中較小的植td1][H? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 25 mmZuTKdHEdtt9.62528.19.3.0758132.321????????????? (2)計算圓周速度 v ssndvt 37.210679.2106????? (3) 計算齒寬 b mbtd .5.1?? (4)計算齒寬與齒高之比 h/ 模數(shù) zdtt 625.49.621??? 齒高 ht 05.? 59.6.?hb （5）計算載荷系數(shù) 根據(jù) 7 級精度， 查表得動載系數(shù) ；2.13/,vms? 1.5vK 直齒輪，假設(shè) 。由表查得 ；mNbFKtA/10?2??FH 由表 10-2 查得使用系數(shù) ；?A 由表 10-4 查得 7 級精度、小齒輪相對支承懸臂布置時， bKdH 3210.).61(8.02. ??????? 將數(shù)據(jù)帶入后得 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 26 ??174.2 69.51023.9.07618.02? ???????HK 由 ， ，查圖 10 -13 得 ；59.06.5?hb174.2??HK8.1??FK 故載荷系數(shù) 3..??HaVAKk （6）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，得 243.8.1962331??tkd （7）計算模數(shù) m mzd468.32.81?? 3.按齒根彎曲強度設(shè)計 由式（10-5）得彎曲強度的設(shè)計公式為 ??321???????FSadYzKTm?? 1） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 （1） 由圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；MPaFE50?? 大齒輪的彎曲疲勞強度極限 ；MPaFE3802?? （2）由圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ；85.1FNK ；8.0?FNK （3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 27 取彎曲疲勞安全系數(shù) ，由式（10-12）得4.1?S MPaaKFENF 57.30.580][11??? aasFENF 86.234.180][22 ???? （4）計算載荷系數(shù) K .5.4AvF??? （5）查取齒形系數(shù) 由表 10-8 查得 ； 。65.21?FaY28.Fa （6）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 10-5 可查得 ； 。.1Sa73.12?SaY （7）計算大小齒輪的 并加以比較FaY][? 01379.5.3862][1??FSaY 65.8.2][2FSa? 大齒輪的數(shù)值大。 (8)設(shè)計計算 46.2015.249.0763???m 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度極限的模數(shù) 大于由齒根彎曲m 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 28 疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) 的大小主要取決于彎曲強度所決m 定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑 （即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可由彎曲強度算得的模數(shù) 2.446 并圓整 為標準值 ，按接觸強度算得的分度圓直徑m3? ,243.81d 算出小齒輪齒數(shù) ,取7..1??z 28?z 大齒輪齒數(shù) ，取0285.12?zi 2z 4.幾何尺寸計算 1）計算分度圓直徑 mzd21073421??? 2）計算中心距 ????a74821?? 3）齒輪寬度 取 ，mB51?502? 4）齒頂高 haa 31*2? 5）齒根高 *12ffahc???（ ） 0.53.7m??（ ） 6）全齒高 hfa5.6.121 7）齒頂圓直徑： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 29 mhdaa 216302 98421???? 8）齒根圓直徑： aff 5.07.21? 5. 驗算 NdTFt 3.18284065.721??? ，合適mmNBKtA.35.81 ?? 6.齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 小齒輪的齒頂圓直徑小于 160mm，故做成實心結(jié)構(gòu)的齒輪。 而大齒輪的齒頂圓直徑大于 160mm，而小于 500mm，故以選用腹板式結(jié)構(gòu)為宜。其 結(jié)構(gòu)形式見零件圖。 3.6.2 中間傳動齒輪的設(shè)計 中間傳動齒輪，即 和 ，由于其傳動比 ，相當于惰輪，只3z412?i 改變方向而不傳遞動力，所以只在此說明一下其材料、齒數(shù)、幾何尺寸 和結(jié)構(gòu)形式，不在做強度計算。 1. 齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 1）選用直齒圓柱齒輪傳動。 2）仍選用 7 級精度（GB10095-88） 。 3） 材料選擇。材料均為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ， 的硬度為 230HBS，3z 的硬度為 200HBS。4z 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 30 4） 選齒數(shù) 。2043?z 2.幾何尺寸 1）分度圓直徑： mzd6023443???? 2）齒寬： B43 3）齒頂高： haa 31*???? 4）齒根高： mcff ??)(43 0.25.7（ ） 5）全齒高： hhfa 5.63343 ?? 6）齒頂圓直徑： mhdaa 632043???? 7）齒根圓直徑： fff 5.7.343 ? 8）兩齒輪中心距： mda60212143???）（）（ 2.結(jié)構(gòu)設(shè)計 因齒輪齒頂圓直徑小于 ，故選用實心結(jié)構(gòu)。160 3.6.3 低速級齒輪的設(shè)計 1.選擇齒輪材料、確定許用應(yīng)力 由表 4-4（《機械設(shè)計課程設(shè)計》以下同）小齒輪選用 45 鋼調(diào)質(zhì) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 31 處理，查表 4-3，其硬度為 230HBS，大齒輪選用 45 鋼正火，查表 4- 3，其硬度為 200HBS。 由圖 4-1C） MPaH520lim?? l6i 由圖 4-2C） aF1905lim? MPi86? 由表 4-5 HSa5201][5lim5??MPSH][6li6? 齒輪傳動的許用接觸應(yīng)力 PaHH 51022][][65????? 由表 4-5 3.1FS 許用彎曲應(yīng)力 MPaSF1463.90][5lim5???F8.][6li6 2.按齒面接觸疲勞強度進行設(shè) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 32 1）出選載荷系數(shù) 25.1?tK 2）選擇齒寬系數(shù) a? 由表 4-8 取 .0 3）初算中心距 t ????miTKiaHdtt18.325104.089324561.3233??????? 4)選擇齒數(shù)，確定模數(shù) 選取小齒輪齒數(shù) 85?z 大齒輪齒數(shù) ，取92.54.136?i 6?z 選模數(shù) ?m 5)計算圓周速度，確定載荷系數(shù) K 圓周速度 1060555??nmzdv? 283 s/14. 14652.005??zv 由圖 4-3b）按 7 級精度查得 .2K 由表 4-6 查得 1? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 33 根據(jù) 61.05)4.1(50)(5.03 ??????adi?? 由表 4-7 查得 8.3K 載荷系數(shù) 218..025.1321 ??? 因 ，合適，不必重新計算5.?t 6)確定中心距 a mzm62)18(32)(65????? 7）計算齒輪寬度 b ,取ab97.0??40b 3.按齒根彎曲疲勞強度進行校核 1）由《機械設(shè)計第七版》表 10-5 查取齒形系數(shù) ；01.25?FaY2.Fa 2）由《機械設(shè)計第七版》表 10-5 查取應(yīng)力校正系數(shù) ；3.5Sa59.6Sa 3）進行齒根彎曲強度校核 5235zbmYKTFaF?? ??MPaPaF5.1468.1240 0.29.25????? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 34 MPaYFaF13874.130.255 66????? 彎曲強度足夠。 4.齒輪傳動幾何尺寸 1）分度圓直徑： mzd782635416655???? 2）齒頂高： haa 3*5? 3）齒根高： chff ?)(610.5.7m??（ ） 4）全齒高： fa6755?? 5）齒頂圓直徑： mhdaa 84327065???? 6）齒根圓直徑： hdaff 5.70.3278 65465???? 7）兩齒輪中心距： m65412165?）（）（ 8）齒寬： mb40? 5.結(jié)構(gòu)設(shè)計 因齒輪齒頂圓直徑小于 ，故選用實心結(jié)構(gòu)。16 3.7 初步估算各軸徑 主軸類型主要依據(jù)工藝方法和刀桿與主軸聯(lián)結(jié)構(gòu)進行確定。主軸軸 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文 35 徑尺寸規(guī)格可以根據(jù)切削轉(zhuǎn)矩來進行初步的估算。 確定主軸類型、尺寸 ，可以根據(jù)表 3—4。 表 3—4 軸能承受的轉(zhuǎn)矩 N?m 允許扭轉(zhuǎn)角 （°／m）? 計算依據(jù)軸徑 d（mm ） 1/4 1/2 1 10 0.35 0.69 1.4 12 0.72 1.4 2.9 15 1.75 3.5 7.1 20 5.5 11 23 25 13.5 27 55 30 28 56 114 35 52 104 210 40 89 178 360 45 142 285 580 50 217 434 880 55 317 635 60 450 900