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目 錄 1 前言 .1 1.1 本課題的來(lái)源、設(shè)計(jì)的主要目的和技術(shù)要求： .1 1.2 本課題要解決的主要問(wèn)題和設(shè)計(jì)總體思路: .1 2.國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀的介紹: 3 3 總體方案論證: 4 4 具體設(shè)計(jì)說(shuō)明 5 4.1 被加工零件分析 .5 4.1.1 被加工零件毛坯圖 .5 4.1.2 擬定機(jī)械加工工藝路線： .5 4.1.3 確定機(jī)械加工余量,工序尺寸及公差 .5 4.2 夾具的設(shè)計(jì) .6 4.2.1 斜面定心夾緊機(jī)構(gòu) .6 4.2.2 夾緊力 .7 4.2.3 影響夾緊力的因素 .7 4.3 金屬切削用量的選擇與計(jì)算: .8 4.3.1 刀具的選擇: .9 4.4 減速機(jī)的選擇與計(jì)算： .10 4.4.1 減速機(jī)的選擇： 10 4.4.2 電動(dòng)機(jī)的選擇： .11 4.5 V 帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算: .12 4.6 擋銷(xiāo)的強(qiáng)度計(jì)算: .14 4.7 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與強(qiáng)度校核: .16 5 結(jié)論 .21 主要參考文獻(xiàn) 22 致 謝 23 附 錄 24 1 1 前言 半自動(dòng)撥叉銑床專機(jī)是為了實(shí)踐，公司主要是為了減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度， 同時(shí)提高公司的生產(chǎn)效率，不斷滿足公司的生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大的要求。 1.1 本課題的來(lái)源、設(shè)計(jì)的主要目的和技術(shù)要求： 本課題來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)踐，公司在加工拖拉機(jī)齒輪箱的撥叉腳厚度時(shí)，利用 立式銑床 X62W 人工操作，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)率低。隨生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大， 產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高，迫切要求改變這種生產(chǎn)現(xiàn)狀。本課題旨在設(shè)計(jì)一臺(tái)半 自動(dòng)立式銑專機(jī)，以取代現(xiàn)役的立式銑床 X62W；加工時(shí)，人工上料—自動(dòng)定 位—自動(dòng)夾緊—自動(dòng)銑削，銑畢自動(dòng)松開(kāi)工件后由操作者取下。 本課題研究的主要目的是降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，滿足生產(chǎn)規(guī)模 不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高的要求。實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化加工，在加工時(shí)，實(shí) 現(xiàn)：人工上料- 自動(dòng)定位- 自動(dòng)夾緊-自動(dòng)銑削，銑削完畢后自動(dòng)松開(kāi)，工作由操 作者取下。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)要滿足以下幾點(diǎn)要求： 1.加工時(shí)該工件的主軸孔呈立式安置。 2.工作節(jié)拍為每分鐘加工 18 件。 3.工件以其主軸孔定位，定位心軸置于圓盤(pán)工作臺(tái)上，圓盤(pán)工作臺(tái)主軸呈 立式安置。 4.專機(jī)工作安全，可靠，運(yùn)行平衡，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作維護(hù)簡(jiǎn)單。 5.專機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，高度為 800mm 左右。 1.2 本課題要解決的主要問(wèn)題和設(shè)計(jì)總體思路: 原來(lái)的立式 X62W 型銑床，單純的人工操作，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)率低。 因此，本課題要解決的主要問(wèn)題是：設(shè)計(jì)一款半自動(dòng)立式撥叉銑專機(jī)來(lái)取代原 有的立式 X62W 型銑床，設(shè)計(jì)后的機(jī)床主要是采用人工上、下料，自動(dòng)夾緊和 自動(dòng)加工的結(jié)構(gòu),該機(jī)床在降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)提高了生產(chǎn)率，滿足了公司 規(guī)模不斷擴(kuò)大的要求。 由于要滿足一分鐘加工 18 件的要求，而且要實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化加工。因此，必 須要設(shè)計(jì)出一個(gè)大的圓盤(pán)來(lái)支撐工件，實(shí)現(xiàn)邊加工，邊上下工件，使得裝夾時(shí) 間和加工時(shí)間重疊，才能滿足一分鐘加工 18 件的要求。在裝夾工件時(shí)，采用彈 簧卡頭來(lái)固定工件。同時(shí)，還應(yīng)設(shè)計(jì)出與支撐臺(tái)相應(yīng)大小的圓盤(pán)，在圓盤(pán)上設(shè) 計(jì)一凸輪，通過(guò)推動(dòng)彈簧卡頭的推桿來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)夾緊和自動(dòng)松開(kāi)。除了 彈簧卡頭，還要設(shè)計(jì)固定銷(xiāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)完全固定，保證加工精度和要求。 機(jī)床設(shè)計(jì)要滿足每分鐘加工 18 件的要求，實(shí)現(xiàn)專機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，工作安全， 可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作維護(hù)簡(jiǎn)單。在加工時(shí)，實(shí)現(xiàn)：人工上料 拖拉機(jī)撥叉銑專機(jī)( 立式) 2 —自動(dòng)定位—自動(dòng)夾緊—自動(dòng)銑削，銑削完畢后自動(dòng)松開(kāi)，工作由操作者取下。 本專機(jī)的設(shè)計(jì)充分迎合了了操作者，使得操作者在操作機(jī)器的時(shí)候感覺(jué)到安全、 舒適，人性化的設(shè)計(jì)理念貫穿銑專機(jī)的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。 3 2.國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀的介紹: 近年來(lái)，該行業(yè)獲得了快速發(fā)展，特別是數(shù)控機(jī)床更是發(fā)展迅猛。在國(guó)內(nèi)， 機(jī)床產(chǎn)品的種類，規(guī)模，技術(shù)含量上都有較大的提高，但和日本，美國(guó)，德國(guó) 等先進(jìn)機(jī)床大國(guó)相比，我國(guó)機(jī)床產(chǎn)品還存在很大的差距。首先，機(jī)床產(chǎn)品技術(shù) 水平落后，加工精度低，可靠性差。其次，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，存量構(gòu)成依然落 后，數(shù)控化率很低。 高速，高效，復(fù)合，智能，高精度，高可靠性和環(huán)保是未來(lái)幾年機(jī)床的發(fā) 展趨勢(shì)。機(jī)床復(fù)合化是提高機(jī)床精度和效率的主要措施。用復(fù)合化機(jī)床加工工 件，可在一裝夾情況下，完成全部工件加工，消除了裝夾位置誤差，大大減少 了零件工序間運(yùn)輸和等待時(shí)間，提高了工作效率。智能，代表機(jī)床產(chǎn)品較高水 平的柔性生產(chǎn)線，可以實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，適合批量加工大型零部件等；通過(guò)計(jì) 算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程服務(wù)等。 拖拉機(jī)撥叉銑專機(jī)( 立式) 4 3 總體方案論證: 對(duì)于機(jī)床的設(shè)計(jì)布局要合理，而合理的布局的基本要求是： 1.保證工藝方法所要求的工件和刀具的相對(duì)位置和相對(duì)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.便于操作、調(diào)整、修理機(jī)床；便于輸送、裝卸工件、排除切屑。 4.經(jīng)濟(jì)效果好，如節(jié)省材料、減少機(jī)床占地面積等。 5.造型美觀。 機(jī)床總體布局設(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；然后安排操作部位，并擬定在布局上改善機(jī)床性能 和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的措施。 5 4 具體設(shè)計(jì)說(shuō)明 4.1 被加工零件分析 4.1.1 被加工零件毛坯圖 圖 1 零件毛坯圖 4.1.2 擬定機(jī)械加工工藝路線： 表 1 工序Ⅰ 車(chē)撥叉頭端面,鉆,鉸 φ14H9 的孔,孔口倒角; 工序Ⅱ 校正撥叉腳; 工序Ⅲ 粗銑撥叉腳兩端面; 工序Ⅳ 銑撥叉腳內(nèi)側(cè)面; 工序Ⅴ 銑撥叉腳內(nèi)側(cè)面倒角 0.5×45°; 工序Ⅵ 銑操縱槽; 工序Ⅶ 鉆 的孔 ;7.810?? 工序Ⅷ 去毛刺; 工序Ⅸ 撥叉局部淬火; 工序Ⅹ 校正撥叉腳; 工序Ⅺ 清洗; 工序Ⅻ 檢驗(yàn); 4.1.3 確定機(jī)械加工余量,工序尺寸及公差 根據(jù)機(jī)械加工工藝，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》 ，分別確定各加工表 面的加工余量、工序尺寸及公關(guān)如下： 拖拉機(jī)撥叉銑專機(jī)( 立式) 6 表 2 工序 工序內(nèi)容 單邊余量 (mm) 工序尺寸 表面粗糙度 (μm) 1.車(chē)撥叉端面 3.5 70 25 2.鉆 φ14H9 的孔 6.3 φ13.6 12.5 3.鉸 φ14H9 的孔 0.2 φ14H9 3.2 工序Ⅰ 4.孔口倒角 1 1×45° 25 工序Ⅱ 粗銑撥叉腳兩端面 2 6 6.3 工序Ⅲ 銑撥叉內(nèi)側(cè)面 40B13 12.5 工序Ⅳ 撥叉內(nèi)側(cè)面倒角 0.5 0.5×45 ° 25 工序Ⅴ 銑操縱槽 7 14H13 12.5 工序Ⅵ 鉆 的孔1.078??4.35 1.078??25 4.2 夾具的設(shè)計(jì) 圖 2 彈簧夾頭的結(jié)構(gòu) 4.2.1 斜面定心夾緊機(jī)構(gòu) 常見(jiàn)的定心夾緊機(jī)構(gòu)有:利用斜面作用的定心夾緊機(jī)構(gòu);利用杠桿作用的定 心夾緊機(jī)構(gòu)以及利用薄壁彈性元件的定心夾緊機(jī)構(gòu)等。 彈簧夾頭亦屬于利用斜面作用和定心夾緊機(jī)構(gòu)的一種，上圖所示為彈簧夾 頭的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 7 彈簧套筒是一個(gè)薄壁帶錐面的彈性套筒，帶錐面一端開(kāi)有三條軸向槽。它 有三個(gè)基本基本部分：一是夾爪 A；二是包括夾爪在內(nèi)的彈性部分 B，稱為簧瓣； 三是導(dǎo)向部分 C。當(dāng)原始作用力 Q 通過(guò)操縱件 1 拉桿往左側(cè)移動(dòng)時(shí),通過(guò)錐面的 作用使簧瓣擴(kuò)張,從面對(duì)工件進(jìn)行定心夾緊采用彈簧夾頭夾緊工件時(shí),工件被夾 緊表面的尺寸偏差不宜太大.這是因?yàn)閵A頭變形在時(shí),夾爪與工件以及夾頭錐面 與外套錐面的接觸不良,造成定位精確和夾緊剛度降低。 在機(jī)床結(jié)構(gòu)也在以飛快速度變換著的形勢(shì)下，能繼續(xù)保持原彈簧夾頭基本 結(jié)構(gòu)保持不變的這一奇跡，主要?dú)w功于它特具有的靈巧、精致的結(jié)構(gòu)和功能強(qiáng) 大、使用方便以及經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)。彈簧夾頭雖小，但在機(jī)床工業(yè)中確實(shí)起到 了很重要的作用，這是都是由于它具有以下很強(qiáng)的功能： 1.能精確地定位與夾緊工件(或刀具)，具有抵抗扭矩和承受來(lái)自多方向切 削力的功能。 2.具有增大驅(qū)動(dòng)力(拉力)和轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)力為工件(或刀具)夾緊力的功能。 3.具有快速松開(kāi)工件(或刀具)的功能。 4.具有在不降低加工精度和使工件不受損害前提下的高重復(fù)精度。 5.具有能在較寬的主軸轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作與只有極小的夾緊力損失的能力。 6.在高速切削中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小。 4.2.2 夾緊力 總的來(lái)說(shuō)，彈簧夾頭的設(shè)計(jì)和使用是一個(gè)涉及面很寬的領(lǐng)域，它是需要相 對(duì)應(yīng)于多種機(jī)床系列，以及包括了為體現(xiàn)它與機(jī)床各自不同風(fēng)格和特征 而設(shè)計(jì) 的產(chǎn)品，所以總數(shù)已有成千上萬(wàn)。但是現(xiàn)在還有一個(gè)普遍的錯(cuò)誤觀念，認(rèn)為彈 簧夾頭只用以?shī)A緊圓柱形工件毛坯。這是不符合事實(shí)的，實(shí)際上它幾乎能對(duì)任 何形狀的工件(或刀具)，包括正方形或六邊形工件進(jìn)行定位夾緊。 下面主要介紹影響各種彈簧夾頭正確裝夾定位和夾緊力的有關(guān)因素和工作原理。 4.2.3 影響夾緊力的因素 夾緊力是機(jī)床經(jīng)彈簧夾頭施加在工件上的力。本文中插圖是一個(gè)在車(chē)床上 使用的用以定位、夾緊工件的彈簧夾頭 , 同樣也可以被用來(lái)對(duì)刀具、磨削的工 件實(shí)行 定位、夾緊或許多別的場(chǎng)合。拉桿(圖中未示出)的外螺紋與彈簧夾頭的 后端內(nèi)螺紋連接拉緊，產(chǎn)生軸向拉力。然后由機(jī)床主軸前端的被稱為鎖緊角的 錐面，將軸向拉力轉(zhuǎn)換成一垂直于彈簧夾頭中心的夾緊力。不僅如此，夾緊力 還可以通過(guò)鎖緊角將其擴(kuò)大，經(jīng)過(guò)計(jì)算得知，根據(jù)不同的鎖緊角，彈簧夾頭夾 緊力可擴(kuò)大 3-4 倍。 彈簧夾頭是一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的工藝裝置，卻有許多影響夾緊力的主要因素 。 對(duì)于基本原理的了解可以幫助工件(或刀具)正確裝夾和迅速查找故障。以下介 紹幾個(gè)影響夾緊力的主要因素和總結(jié)的使用經(jīng)驗(yàn)： 拖拉機(jī)撥叉銑專機(jī)( 立式) 8 1.軸向作用力。如圖所示為拉桿施于彈簧夾頭的軸向拉力 。在彈簧夾頭的 使用中，軸向力拉力可由不同的方式施加，但其作用原理基本相同。很明顯， 大的軸向拉力將產(chǎn)生大的夾緊力，反之亦然。一般拉桿的軸向拉力可由操作員 進(jìn)行調(diào)整。 2.在彈簧夾頭使用中，設(shè)計(jì)的鎖緊角(或頭部?jī)A角)大小將決定著夾緊力經(jīng) 擴(kuò)大后能達(dá)到的指標(biāo)， 通常由機(jī)床制造商和彈簧夾頭制造商決定。當(dāng)彈簧夾頭 新的設(shè)計(jì)還正在探求之中， 從經(jīng)濟(jì)性和可靠性考慮， 設(shè)計(jì)師建議用戶使用現(xiàn) 有彈簧夾頭結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)錐度(或頭部?jī)A角)已根據(jù)機(jī)床類型(如車(chē)床等)、使用條 件(動(dòng)態(tài)與靜態(tài))和用途(工件與刀具)不同，由設(shè)計(jì)時(shí)確定。 3.工件(或刀具)與彈簧夾頭之間的總摩擦力將直接 影響夾緊力。小的摩擦 值將導(dǎo)致小的夾緊力，反之亦然 。彈簧夾頭供應(yīng)商能采取各種措施，克服彈簧 夾頭與工件(或刀具)之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或軸向竄動(dòng)等，比如彈簧夾頭內(nèi)孔有意制 出鋸齒形狀或?qū)⒂操|(zhì)合金微晶粒浸漬在夾緊表面等。 4.主軸錐面與彈簧夾頭在鎖緊角處產(chǎn)生摩擦。其摩擦力大小也直接影響彈 簧夾頭對(duì)工件的夾緊力大小。摩擦力太小時(shí)夾緊力不夠，太大的夾緊力，會(huì)加 快彈簧夾頭磨損。使用中彈簧夾頭要經(jīng)常松開(kāi)實(shí)行工件交換，例如在車(chē)削加工 中心上使用，需在松開(kāi)時(shí)在彈簧夾頭內(nèi)孔表面噴涂一薄層潤(rùn)滑劑。有條件采用 冷卻劑潤(rùn)滑更好，因?yàn)槔鋮s劑提供可沖洗彈簧夾頭，而且潤(rùn)滑性效果好。尤其 在鎖緊角處定期施加冷卻劑，則能減少長(zhǎng)期磨損和增加夾緊力。一些更多潤(rùn)滑 效果更好的材料也可以使用，包括有 EP(極限壓力)特性的高質(zhì)量潤(rùn)脂油或蠟基 材料。似乎有些奇怪的是，一些聰明的操作者在加工難度大，而且在一般的冷 卻潤(rùn)滑的效果都不佳時(shí)，選用女士們使用的唇膏，據(jù)稱效果很好。 5.選擇合適的彈簧夾頭名義直徑尺寸，以保證彈簧夾頭對(duì)工件的完全支撐 是增大夾緊力和可靠夾緊保證高質(zhì)量加工的必要條件。如果彈簧夾頭的名義孔 直徑選擇太大，工件僅僅由彈簧夾頭的孔口部分將工件夾緊，將引起工件外圓 和彈簧夾頭內(nèi)孔之間幾何形狀的不匹配，因而降低夾緊力。如果如果夾頭名義 孔直徑選擇太小，只有頭部?jī)A角的內(nèi)部與工件接觸，相對(duì)而言，夾緊力增大， 但引起夾頭與工件的不同心問(wèn)題。在一個(gè)名義尺寸下，它可對(duì)名義直徑相同的 工件進(jìn)行裝夾定位。當(dāng)選擇彈簧夾頭名義的孔徑尺寸，Hardinge 公司推薦指標(biāo) 為能在 0.0254mm 范圍發(fā)生變化 。 4.3 金屬切削用量的選擇與計(jì)算: 取圓盤(pán)的直徑 D=1000mm,刀具的直徑 =80mm 銑刀的中心軌跡線距圓盤(pán)的中0d 心距離 R=545mm 即 2R=1090mm. 由條件:1 分鐘加工 18 件,得加工 1 個(gè)工件的時(shí)間為 t= = s 令兩相鄰兩工件之間的距離 s=95mm,所以18603 v= =28.5mm/s=2πRn 所以)(95 9 n= ≈0.5r/min1094.3528? 故每 2 分鐘圓盤(pán)轉(zhuǎn) 1 圈,活動(dòng)盤(pán)上放工件的個(gè)數(shù)為: Z= = ≈33 個(gè)·D?. 4.3.1 刀具的選擇: 根據(jù)零件的材料,選擇鑲齒三面刃銑刀,YT15 刀片，查表得:銑刀的尺寸為 D×d×B=80×22×12，齒數(shù) z=10。專用夾具，柴油冷卻。 工序Ⅱ 粗銑撥叉腳兩端面: 1. 確定背吃刀量:由毛坯圖已知銑削寬度 =18mm,銑削深度 =2mm。eapa 2. 每齒進(jìn)給量:根據(jù)表 3.7:銑刀刀 齒后面最大磨損量為 1-1.2mm, 取最大磨損量為 1.2mm,由銑刀的直徑為 =80mm, 根據(jù) 表 3.27 得:fv =600; =0.21; =0; =0.12; =0.4; =0;m=0.35; =1.1vcvqvxyuvpvk 由公式: 0 qvxyvuvmpeCdVckTafZpz?? = =130.07m/min04.12.035.089126?? n = =517.79r/min84.7 根據(jù)表 4.2-40,X62W 銑床與 54mm/min 相近的工作臺(tái)進(jìn)給量為 47.5mm/min 和 60mm/min,選擇 =47.5mm/min.所以,實(shí)際進(jìn)給量為 = mm/zMZf Zf079.61.?? 拖拉機(jī)撥叉銑專機(jī)( 立式) 10 4.4 減速機(jī)的選擇與計(jì)算： 4.4.1 減速機(jī)的選擇： 實(shí)際進(jìn)給量為 = mm/zZf079.615.4?? 得進(jìn)給速度 : = =fvZfnz? min/25.37.1?? 由式 0.860.741. 0pezcakFd??? 根據(jù)表 2.5 得, ,表 2.6 得, ,表 2.782?cp 2.1?k 得, 94.01k 所以 0.860.741. 0pezcafkFd????? = N23.10498.29.26.074.86.0 ?? KwPc .1349?? 由于 ( )pc528.0??實(shí) 85.0~7.? 由于 ，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表 20-6 得，選擇電動(dòng)機(jī)的型Kw5.2?實(shí) 拖拉機(jī)撥叉銑專機(jī)( 立式) 12 號(hào)為：Y100L2，電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)為：P=3kw;轉(zhuǎn)速 =1500r/min。Y 系列1n （IP44）封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)的主要性能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：效率高，耗電少，性 能好，噪聲低，振動(dòng)小，重量輕，運(yùn)行可靠，維修方便。為 B 級(jí)絕緣。結(jié)構(gòu)為 全封閉，自扇冷式，能防灰塵，鐵屑，雜物侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部。冷卻方式為 ICO141。其他安裝尺寸及外形尺寸見(jiàn)表。 4.5 V 帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算: 由 Y 系列的三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速 =1500r/min；從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速1n =475r/min,電動(dòng)機(jī)的功率 P=3 Kw。每天工作 16 小時(shí)（2 班工作制） 。2n 1. 選擇 V 帶的類型:查表 4.6 得,工作情況系數(shù): =1.2AK (1)確定功率計(jì)算公式: 由式 4.22 = =1.2×3=3.6KwcapPA? (2)選擇 V 帶型號(hào): 按 =3.6Kw, =1500r/min 查圖 4.1,得:選皮帶的型號(hào)為 A 型 Vcap1n 帶. 2. 確定帶輪直徑 和1d2 (1)選取小帶輪的直徑 :參考圖 4.11 及表 4.4,選取小帶輪直徑1d =90mm2d (2) 驗(yàn)算帶速:由式 4.8 得, = = =7.07m/s (在 5~25m/s 之間,合v160dn???061594.3? 適) (3)確定從動(dòng)輪直徑 : = = =284.21mm2d1di?90475? 查表 4.4 得, =280mm (4)計(jì)算實(shí)際傳動(dòng)比 : = = 3.1i21d908? (5)驗(yàn)算從動(dòng)輪實(shí)際轉(zhuǎn)速 : = = r/min2ni.354 =1.9%表 2.5 得, ,表 2.6 得, ,表 2.782?cp 2.1?k 得, 94.01k 所以,工件所受到的削銑力: 0.86.741. 0pec azafkFd?????? = N23.14980.29.26.74.86.0 ?? 電動(dòng)機(jī)主軸所受到的轉(zhuǎn)矩: mdFMc ???? ?83.57213.1423 假設(shè)作用在擋銷(xiāo)上的作用力為 ,根據(jù)力矩平衡原理得:F? 作用在擋銷(xiāo)上的力矩 ?M83.5714? 64dIz?? 彎曲正應(yīng)力 [ ]PaIyz 79.4061358.7??????? 拖拉機(jī)撥叉銑專機(jī)( 立式) 16 彎曲時(shí)的切應(yīng)力: MPadF1542?????a80? 4.7 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與強(qiáng)度校核: 1、計(jì)算軸上轉(zhuǎn)矩和齒輪作用力 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩： mNnpT ??????637150.9105.9661 2、選擇軸的材料和熱處理方式 選擇軸的材料為 45 鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理, 其機(jī)械性能由 表 7-1 查得： ＝650MPa， =360MPa， =300MPa， ＝155MPa； 查 表 7-3 得， ＝60MPa。 3、初算軸的最小軸徑 由 表 7-2，選 =110 則軸的最小直徑為： mnPCd145033mi ?? 4、初選軸承 選用滾動(dòng)軸承。根據(jù)工作要求及輸入端的直徑(為 42mm)，由軸承產(chǎn)品目錄 中選取型號(hào)為 6207 的滾動(dòng)軸承，其尺寸（內(nèi)徑×外徑×寬度）為 d×D×b=35×72×17。 5、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1)擬定軸上零件的裝配方案 據(jù)軸上零件定位、加工要求以及不同的零件裝配方案，參考軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 的基本要求，得出如圖所示結(jié)構(gòu)。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 (2)確定軸的各段直徑 故軸段 6 的直徑即為相配合的半聯(lián)軸器的直徑，取為 45mm。 聯(lián)軸器是靠軸段 5 的軸肩來(lái)進(jìn)行軸向定位的，為了保證定位可靠，軸段 5 要比軸段 6 的直徑大 5～10mm，取軸段 5 的直徑為 52mm。 軸段 1 和軸段 4 均是放置滾動(dòng)軸承的，所以直徑與滾動(dòng)軸承內(nèi)圈直徑一樣，為 55mm。 考慮拆卸的方便，軸段 3 的直徑只要比軸段 4 的直徑大 1～2mm 就行了，這里取為 58mm。 軸段 2 是一軸環(huán)，右側(cè)用來(lái)定位齒輪，左側(cè)用來(lái)定位滾動(dòng)軸承，查滾動(dòng)軸承的手冊(cè)， 可得該型號(hào)的滾動(dòng)軸承內(nèi)圈安裝尺寸最小為 64mm，同時(shí)軸環(huán)的直徑還要滿足比軸段 3 的直 徑(為 58mm)大 5～10mm 的要求，故這段直徑最終取為 66mm。 (3)確定軸的各段長(zhǎng)度 軸段 6 的長(zhǎng)度比半聯(lián)軸器的轂孔長(zhǎng)度要(為 84mm)短 2～3mm，這樣可保證軸 端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故該段軸長(zhǎng)取為 82mm。 同理，軸段 3 的長(zhǎng)度要比齒輪的輪轂寬度(為 100mm)短 2～3mm，故該段軸 長(zhǎng)取為 98mm。 軸段 1 的長(zhǎng)度即為滾動(dòng)軸承的寬度，查手冊(cè)為 21mm。 軸環(huán) 2 寬度取為 18mm。 軸承端蓋的總寬度為 20mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù) 軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器 右端面間的距離 l=25mm，故取軸段 5 的長(zhǎng)度為 45mm。 取齒輪距箱體內(nèi)壁之距離為 10mm，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸 承位置時(shí)，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離，取 5mm。已知滾動(dòng)軸承寬度為 21mm，齒輪 輪轂長(zhǎng)為 100mm,則軸段 4 的長(zhǎng)度為：10＋5＋(100-98)+21=38mm (4) 軸上零件的周向定位 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。對(duì)于齒輪，由手冊(cè)查得 平鍵的截面尺寸寬×高=16×10(GB1095-79)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為 80mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見(jiàn) GB1096-79),同時(shí)為了保證齒輪輪轂與軸的配合為 H7/n6；同 樣，半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵為 14×9×63，半聯(lián)軸器與軸的配合為 H7/k6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸 公差為 k6。 (5)確定軸上圓角和倒角尺寸。 取軸端倒角為 2×45° 7、按彎扭合成校核 (1)畫(huà)受力簡(jiǎn)圖(如圖 7-21) 畫(huà)軸空間受力簡(jiǎn)圖 c，將軸上作用力分解為垂直面受力圖 d 和水平受力圖 拖拉機(jī)撥叉銑專機(jī)( 立式) 18 e。分別求出垂直面上的支反力和水平面上支反力。對(duì)于零件作用于軸上的分布 載荷或轉(zhuǎn)矩(因軸上零件如齒輪、聯(lián)軸器等均有寬度)可當(dāng)作集中力作用于軸上 零件的寬度中點(diǎn)。對(duì)于支反力的位置，隨軸承類型和布置方式不同而異，一般 可按 圖 7-21 取定，其中 a 值參見(jiàn)滾動(dòng)軸承樣本，跨距較大時(shí)可近似認(rèn)為支反力 位于軸承寬度的中點(diǎn)。 (2)計(jì)算作用于軸上的支反力 水平面內(nèi)支反力 N 垂直面內(nèi)支反力 N N (3)計(jì)算軸的彎矩，并畫(huà)彎、轉(zhuǎn)矩圖 分別作出垂直面和水平面上的彎矩圖 f、g，并按 計(jì)算合 成彎矩。 畫(huà)轉(zhuǎn)矩圖 h。 (4)計(jì)算并畫(huà)當(dāng)量彎矩圖 轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)變化計(jì)算, 取 , 則 N.mm (5)校核軸的強(qiáng)度 一般而言，軸的強(qiáng)度是否滿足要求只需對(duì)危險(xiǎn)截面進(jìn)行校核即可，而軸的 危險(xiǎn)截面多發(fā)生在當(dāng)量彎矩最大或當(dāng)量彎矩較大且軸的直徑較小處。根據(jù)軸的 結(jié)構(gòu)尺寸和當(dāng)量彎矩圖可知， a-a 截面處彎矩最大, 且截面尺寸也非最大, 屬 于危險(xiǎn)截面； b-b 截面處當(dāng)量彎矩不大但軸徑較小，也屬于危險(xiǎn)截面。而對(duì)于 c-c、 d-d 截面尺寸，僅受純轉(zhuǎn)矩作用，雖 d-d 截面尺寸最小，但由于軸最小 直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，故強(qiáng)度肯定滿足，無(wú)需校核彎扭合成強(qiáng) 度。 a-a 截面處當(dāng)量彎矩為： N.mm b-b 截面處當(dāng)量彎矩為 N.mm 19 強(qiáng)度校核: 考慮鍵槽的影響，查附表 7-8 計(jì)算， MPa MPa 顯然： ， 故安全。 8、按安全系數(shù)校核 一般用途的軸按前述彎扭合成強(qiáng)度校核后就足夠了，對(duì)于重要的軸可直接 用下述的安全系數(shù)法校核。這兩種方法不必同時(shí)進(jìn)行。 (1)判斷危險(xiǎn)截面 截面 a-a、 b-b、 c-c、 d-d 和 e-e 都有應(yīng)力集中源(鍵槽、齒輪和軸的配合、 過(guò)渡圓角等)，且當(dāng)量彎矩均較大，故確定為危險(xiǎn)截面，下面僅以 a-a 截面為例 進(jìn)行安全系數(shù)校核。 (2)疲勞強(qiáng)度校核 a、 a-a 截面上的應(yīng)力： 彎曲應(yīng)力幅（對(duì)稱循環(huán)）： MPa 扭剪應(yīng)力幅（脈動(dòng)循環(huán)）： MPa 彎曲平均應(yīng)力： =0 扭剪平均應(yīng)力： = =7.92 MPa b、材料的疲勞極限：根據(jù) ＝650MPa， ＝360MPa 查表 7-1 附注得： ＝0.2， ＝0.1 拖拉機(jī)撥叉銑專機(jī)( 立式) 20 c、 a-a 截面應(yīng)力集中系數(shù)：查 附表 7-1 得： ＝1.825 ， ＝1.625 d、表面狀態(tài)系數(shù)及尺寸系數(shù)：查 附表 7-5、 附表 7-4, 得： ＝0.81， ＝0.76 e、分別考慮彎矩或轉(zhuǎn)矩作用時(shí)的安全系數(shù)： 故安全。 21 5 結(jié)論 通過(guò)此次設(shè)計(jì)徹底解決了工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)率低的問(wèn)題，在很大程度 上滿足了工廠對(duì)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的要求。實(shí)現(xiàn)了零件 的半自動(dòng)化加工。此次設(shè)計(jì)的半自動(dòng)立式銑專機(jī)用以取代現(xiàn)役的立式銑床 X62W；實(shí)現(xiàn)加工時(shí)，人工上料——自動(dòng)定位——自動(dòng)夾緊——自動(dòng)銑削，銑 畢自動(dòng)松開(kāi)工件后由操作者取下。解決了以下幾個(gè)問(wèn)題： 1.加工時(shí)該工件的主軸孔呈立式安置； 2.工作節(jié)拍為每分鐘加工 18 件； 3.加工時(shí)，由操作員人工上料——自動(dòng)定位——自動(dòng)夾緊——全速連續(xù) 自動(dòng)銑削；銑畢工件被自動(dòng)松開(kāi)，后由操作者取下并上下一個(gè)料(上料、 下料時(shí)不停機(jī))； 4.工件以其主軸孔定位，定位心軸置于圓盤(pán)工作臺(tái)上，圓盤(pán)工作臺(tái)主軸 呈立式安置； 5.專機(jī)工作安全、可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作維護(hù)簡(jiǎn)單； 6.專機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，裝料高度為 800mm 左右。 同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還充分考慮到操作者的操作安全和和操作者的舒適性問(wèn) 題，充分體現(xiàn)了人性化的設(shè)計(jì)思想。 拖拉機(jī)撥叉銑專機(jī)( 立式) 22 主要參考文獻(xiàn) [1] 徐 灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991. 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