超聲深孔鉆床設計
超聲深孔鉆床設計,超聲深孔鉆床設計,超聲,鉆床,設計
湘潭大學興湘學院
畢業(yè)論文（設計）任務書
論文（設計）題目 超聲深孔鉆床設計
學 號 2008960909 學生姓 姜維 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
指導教師姓名： 李玉平 系主任： 劉柏希
一、主要內(nèi)容及基本要求
對國內(nèi)外振動鉆削工藝與方法進行分析，探討；對超聲震動原理與振動力學進行研究；對超聲振動鉆削裝置進行設計；利用AutoCAD等軟件對設計的機床按國標要求繪制2D裝配圖及主要零部件的2D零件圖； 對鉆床主軸箱進行設計。
基本要求如下
1．繪制鉆床裝配圖 1張
2．繪制鉆床相關零件圖 8套
3．編寫設計說明書 1份
4．專業(yè)英語翻譯 1份
二、 重點研究的問題
（1）超聲波振動鉆床總體方案設計
（2）鉆床主軸箱的設計。
（3）主執(zhí)行機構設計（機構選型）及其結構設計。
三、 進度安排
序號
各階段完成的內(nèi)容
起止時間
1
收集資料
第1-2周
2
工藝分析，方案確定，繪制方案圖
第3周
3
鉆床結構設計，繪制總裝圖
第4-8周
4
繪制零件圖
第9-11周
5
撰寫設計說明書
第12周
6
外文翻譯
第13周
7
畢業(yè)答辯
第14周
四、 應收集的資料及主要參考文獻
（1） 曹鳳國；《超聲波加工技術》；化工工業(yè)出版社
（2） 胡敏強，金龍，顧菊平；《超聲波電機原理與設計》
（3） 趙淳生；《超聲電機技術與應用》
（4） 超范國良, 陳傳梁；《超聲加工概況和未來展望》;1994年
（5） 成大龍；《機械設計手冊單行本機械振動/機架設計》;北京化學工業(yè)出版社 2004年
（6） 成大龍;《機械設計手冊單行本機構設計》;北京化學工業(yè)出版社2004年
（7） 寧偉，許明翔，王耀??；《固體間不同厚度界面層超聲反射聲學技術》;1995年
（8） 王亞非, 袁敬閎, 曾宏亮；《分層媒質(zhì)中聲波傳輸規(guī)律的研究壓電與聲光》;2000年
（9）吳宗澤 羅圣國主編 《機械設計手冊》高等教育出版社，2012年5月
（10）張雄 焦峰 論文《超聲加工技術的應用及其發(fā)展趨勢》，2012年6月
湘潭大學興湘學院畢業(yè)設計
題 目： 超聲深孔鉆床設計
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
學 號： 2008960909
姓 名： 姜維
指導教師： 李玉平
完成日期： 2014年5月28日
湘潭大學興湘學院
畢業(yè)設計說明書
題 目： 超聲深孔鉆床設計
專 業(yè)：機械設計制造及其自動化
學 號： 2008960909
姓 名： 姜維
指導教師： 李玉平
完成日期： 2014年5月28日
湘潭大學興湘學院
畢業(yè)論文（設計）評閱表
學號 2008960909 姓名 姜維 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目： 超聲深孔鉆床設計
評價項目
評 價 內(nèi) 容
選題
1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的；
2.難度、份量是否適當；
3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結合。
能力
1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；
2.是否有綜合運用知識的能力；
3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力；
4.是否具備一定的外文與計算機應用能力；
5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。
論文
（設計）質(zhì)量
1.立論是否正確，論述是否充分，結構是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；
2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；
3.有無理論價值或?qū)嶋H應用價值，有無創(chuàng)新之處。
綜
合
評
價
該設計符合專業(yè)培養(yǎng)目標，能夠達到綜合訓練目標，題目有一定難度，工作量大。選題具有一定的研究意義。
該生查閱資料能力強，能夠全面收集關于制缽機的資料。具備了一定的專業(yè)理論的綜合運用能力，設計過程中能夠綜合運用所學知識分析問題和解決問題，能夠很好地運用AUTO-CAD繪圖軟件繪制裝配圖和零件圖，所繪制的裝配圖與零件圖錯誤較少，基本達到工程圖的要求。說明書內(nèi)容完整，格式正確。整個畢業(yè)設計工作體現(xiàn)了學科教學計劃的基本要求，所完成的工作達到了本科畢業(yè)設計要求。
評閱人：
2012年5月 30 日
目錄
摘 要 1
前言 2
第一章.超聲和深孔加工技術的發(fā)展趨勢 4
1.1 超聲振動加工技術發(fā)展趨勢 4
1.2 深孔加工發(fā)展狀況 5
第二章.機床主要參數(shù)的確定 6
2.1 電機功率的確定 6
2.2 主運動參數(shù)的確定 6
2.3 標準公比值和標準轉(zhuǎn)速數(shù)列 7
第三章.確定結構式和繪制轉(zhuǎn)速圖 9
3.1 求級數(shù)z 9
3.2 確定結構式 9
3.3 繪制轉(zhuǎn)速圖 10
第四章.確定各級傳動副齒輪的齒數(shù) 12
4.1 確定齒輪的齒數(shù) 12
4.2 驗算傳動比 13
4.3 各軸及齒輪的計算轉(zhuǎn)速的確定 14
第五章.傳動零件的初步計算 16
5.1 傳動軸直徑初定 16
5.2 主軸主要結構參數(shù)的確定 16
5.3 齒輪模數(shù)計算和齒輪中心距的計算 17
5.4 皮帶的相關計算 18
第六章.主要零件的驗算 21
6.1 齒輪的強度驗算 21
6.2 主軸的驗算 22
6.3 花鍵的驗算 26
致 謝 28
參考文獻 29
英文文獻 30
28
摘 要
該設計是設計一超聲深孔鉆床，利用超聲震動加工深孔。振動鉆削，即在鉆頭(或工件)正常工作進給的同時，對鉆頭(或工件)施加某種有規(guī)律的振動，使鉆頭在振動中切削，形成脈沖式的切削力波形，使切削用量按某種規(guī)律變化，以達到改善切削效能的目的。根據(jù)實際加工的需要，適當選擇振動參數(shù)(頻率v，振幅A以及頻率v與工件轉(zhuǎn)速n的比例關系)，可以控制切屑的大小和形狀，得到滿意的切屑，避免切屑堵塞?？商岣呱a(chǎn)效率幾倍到十幾倍，提高加工精度1—2級，且加工表面質(zhì)量也有較大改善。
超聲振動深孔加工鉆床是利用超聲振動系統(tǒng)對鉆頭施加振動，使鉆頭在振動中切削，使切削用兩按規(guī)律變化，從而達到改善切削效能的目的。
關鍵詞：超聲振動，深孔加工，槍鉆車床。
Abstract
This design is designs a supersonic deep hole drilling machine, the use supersonic vibration processes the deep hole. The vibration drills truncates, namely while the drill bit (or work piece) normal work to feed, (or work piece) exerts some kind of orderly vibration to the drill bit, causes the drill bit to cut in the vibration, forms the pulse -like cutting force profile, causes the cutting specifications according to some kind of rule change, achieves the improvement cutting potency the goal。According to the actual processing need, chooses the vibration parameter suitably (frequency v, oscillation amplitude A as well as frequency v with the work piece rotational speed n proportional relationship), may control the scrap the size and the shape, obtains satisfaction scrap, avoids the scrap jamming. May enhance production efficiency several times to several times, enhances the processing precision 1-2 level, also the processing surface quality also has improves greatly.
The ultrasonic vibration deep hole processing drilling machine is the use ultrasonic vibration system to the drill bit infliction vibration, causes the drill bit to cut in the vibration, causes the cutting with two according to the rule change, thus achieves the improvement cutting potency the goal.
Key words: The ultrasonic vibration, the deep hole processing, butts the lathe.
前言
畢業(yè)設計是學生學完大學教學計劃所規(guī)定的全部基礎課和專業(yè)課后，綜合運用所學的知識，與實踐相結合的重要實踐性教學環(huán)節(jié)。它是大學生活最后一個里程碑，是四年大學學習的一個總結，是我們結束學生時代，踏入社會，走上工作崗位的必由之路，是對我們工作能力的一次綜合性檢驗。
1.畢業(yè)設計的目的
通過本次畢業(yè)設計，使達到以下幾個效果：
（1）鞏固、擴大、深化學生以前所學的基礎和專業(yè)知識；
（2）培養(yǎng)學生綜合分析、理論聯(lián)系實際的能力；
（3）培養(yǎng)學生調(diào)查研究、正確熟練運用國家標準、規(guī)范、手冊等工具書的能力；
（4）鍛煉進行設計計算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術文件、繪圖等獨立工作能力。
總之，通過畢業(yè)設計使學生建立正確的設計思想，初步掌握解決本專業(yè)工程技術問題的方法和手段，從而使學生受到一次工程師的基本訓練。
2、畢業(yè)設計的主要內(nèi)容和要求
本次畢業(yè)設計的主要內(nèi)容是設計超聲深孔鉆床的主軸箱。具體設計內(nèi)容和要求如下：
a) 調(diào)查使用部門對機床的具體要求，現(xiàn)在使用的加工方法；收集并分析國內(nèi)外同類型機床的先進技術、發(fā)展趨勢以及有關的科技動向；調(diào)查制造長的設備、技術能力和生產(chǎn)經(jīng)驗等。
b) 超聲深孔鉆床主軸箱的設計主要是設計主軸、傳動軸及傳動齒輪，確定各部分的相互關系；擬訂總體設計方案，根據(jù)總體設計方案，選擇通用部件，并繪制裝配圖和各零件的零件圖；
c) 進行運動計算和動力計算，繪制轉(zhuǎn)速圖；
d) 其他零部件的設計和選擇；
e) 設計并選擇皮帶的型號和根數(shù)及帶輪；
f) 編制設計技術說明書一份。
3、程序和時間安排
畢業(yè)設計是實踐性的教學環(huán)節(jié)，由于時間的限制，本次畢業(yè)設計不可能按工廠的設計程序來進行，具體的說，可以分以下幾個階段：
g) 實習階段，通過畢業(yè)實習實地調(diào)查、研究、收集有關資料，掌握深孔加工技術和超聲加工技術，了解機床的結構、工作原理和設計的基本要求，花兩周時間；
h) 制定方案、總體設計階段，花兩周時間；
i) 計算和技術設計階段，繪制圖紙，整理設計說明書，花四周時間；
j) 答辯階段，自述設計內(nèi)容，回答問題，花半周時間。
第一章.超聲和深孔加工技術的發(fā)展趨勢
1.1 超聲振動加工技術發(fā)展趨勢
超聲加工是利用超聲振動工具在有磨料的液體介質(zhì)或干磨料中產(chǎn)生磨料的沖擊、拋磨、液壓沖擊及由此產(chǎn)生的氣蝕作用來去除材料，或給工具或工件沿一定方向施加超聲頻振動進行振動加工，或利用超聲振動使工件相互結合的加工方法。超聲加工技術在幾十年里得到了迅速的發(fā)展，在超聲振動切削、磨削加工、光整加工、塑性加工及其他方面的加工都有著廣泛的研究與應用，尤其是在難加工材料領域解決了許多關鍵的工藝問題，取得了良好的效果。難加工材料促進了超聲加工技術的發(fā)展，從而進一步促進了新材料的發(fā)展，可以預測，超聲加工技術的應用會越來越廣泛。
1.1.1 超聲加工技術發(fā)展概況
因超聲加工技術在硬脆等難加工材料加工方面有較大的優(yōu)勢, 同時這些硬脆材料具有普通材料無法比擬的特點, 使其在工程上有著越來越廣泛的應用, 國內(nèi)外學者紛紛對超聲加工技術的理論和工藝進行深入研究, 不斷揚棄傳統(tǒng)超聲加工過程中所出現(xiàn)的缺點, 使超聲加工這一技術的優(yōu)點更為突出。
沈陽航空工業(yè)學院進行了精密深小孔的深入研究, 分別進 行了超 聲鏜孔、鉆 孔和鉸孔研究試驗。張建中教授等人提出采用超聲激振雙刃鏜削可較好彌補單刀鏜削的缺陷與不足0, 提高系統(tǒng)的剛性, 進一步提高了精密深孔加工精度, 加工表面粗糙度為 Ra0. 1 Lm; 在鉸孔試驗中發(fā)現(xiàn), 積屑瘤和磷次消失, 切削溫度保持室溫, 孔的圓度可達0. 004 mm, 圓柱度為0. 005 mm, 表面粗糙度為Ra0. 17 Lm; 超聲鉆孔的相關工藝實驗表明, 這種鉆削工藝減少了切削力, 降低了切削溫度, 提高了零件的加工質(zhì)量。
天津大學做了超聲磨削加工工程陶瓷小孔的實驗, 電鍍金剛石的工具以超聲頻率和一定的振幅振動, 并加以高速旋轉(zhuǎn), 通過磨削液中的磨粒和工具對工件進行高速撞擊、超聲空化和砂輪磨粒的磨削, 達到材料去除的目的。結果表明, 超聲磨削加工可明顯提高陶瓷加工效率, 能明顯減少普通磨削產(chǎn)生的表面裂紋和凹坑, 是陶瓷深孔精密高效加工的有效方法。
1.1.2 超聲加工技術發(fā)展趨勢和未來展望
超聲加工技術已經(jīng)涉及到許多領域，在各行各業(yè)發(fā)揮了突出的作用，但有關工藝與設備的相關技術有待于進一步研究開發(fā)。
(1)超聲振動切削技術
隨著傳統(tǒng)加工技術和高新技術的發(fā)展，超聲振動切削技術的應用日益廣泛，振動切削研究日趨深入，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
1研制和采用新的刀具材料。在現(xiàn)代產(chǎn)品中，難加工材料所占的比例越來越大，對機械零件加工質(zhì)量的要求越來越高。
2對振動切削機理深入研究。
3超聲橢圓振動切削的研究與推廣。
a超聲銑削加丁技術。基于分層去除技術思想的超聲銑削加工技術正在被更多的學者所關注。
b超聲復合加工技術
目前，超聲電火花機械三元復合加工技術已經(jīng)得到較快的發(fā)展。哈爾濱工業(yè)大學利用超聲電火花磨料三元復合加工技術對不銹銅進行加工，解決了電火花小孔加工中生產(chǎn)率和表面質(zhì)量不能兼顧的矛盾，具合較好的應用前景。
c微細超聲加工技術
隨著以微機械為代表的工業(yè)制品的日益小型化及微細化，特別是隨著晶體硅、光學玻璃、工程陶瓷等硬脆材料在微機械中的廣泛應用，硬脆材料的高精度三維微細加工技術己成為世界各國制造業(yè)的一個重要價究課題。
同其他特種加工技術一樣，起聲加工技術在不斷完善之中．正向著高精度、微細化發(fā)展，微細超聲加丁技術合理成為微電子機械系統(tǒng)(MEM5)技術的有力補充。
1.2 深孔加工發(fā)展狀況
最早用于加工金屬的深孔鉆頭是扁鉆．它發(fā)明干18世紀初，1860年美國人對扁鉆做了改進，發(fā)明了麻花鉆，在鉆孔領域邁出了重要的一步。但用麻花鉆鉆探孔時，不便于冷卻與排屑．生產(chǎn)效率根低。
20世紀50年代群鉆的研制成功．使鉆孔效率大為提高。1958年BTA鉆頭在我國開始使用，在此之后，70年代初，我國開始研制和推廣噴吸鉆，到1978年DF法己在我國設計完成并于1979年正式用于生產(chǎn)．現(xiàn)廣泛應用于中、小直徑內(nèi)排屑探孔鉆削。
第二章.機床主要參數(shù)的確定
2.1 電機功率的確定
機床功率與鉆孔直徑的關系如圖2-1所示：
圖2-1鉆孔直徑與機床功率p的關系圖
根據(jù)設計要求我們要對材料是硬度HB為220--400的低合金鋼，長為500mm，外徑D為50mm的工件加工出直徑為10mm的通孔。所以機床的功率為4KW。
2.2 主運動參數(shù)的確定
主運動為旋轉(zhuǎn)運動時，機床的主運動參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速n（r/min）
式中v——切削速度，m/min；
d——工件（或刀具）直徑，mm。
從《機械設計手冊》查“工件材料與切削速度關系表”可知切削速度為40——120m/min
變速范圍
2.3 標準公比值和標準轉(zhuǎn)速數(shù)列
規(guī)定標準公比>1，并且規(guī)定相對速度損失的最大值Amax不大于50%，則相應不大于2，所以。
為了簡化機床設計和使用．規(guī)定了幾個標準值，這些數(shù)值是選取2或10的某次方根．見表2-1。這些公比的特性如下。
表2-1標準公比
1.06
1.12
1.26
1.41
1.58
1.78
2
E1√10
40√10
20√10
10√10
20.5√10
6√10
4√10
2√10
E2√10
12√2
6√2
4√2
√2
0.8√2
0.7√2
2
A=1-1/
5.7%
11%
21%
29%
37%
44%
50%
1)公比是2的某次方根．其數(shù)列每隔若干項增加或縮小2倍，如，數(shù)列為10、l 2．5、16、20、25；、32、40等，每隔三項增大2倍。因此，可采用 雙速電動機，因為雙速電動機的兩個轉(zhuǎn)速比值是2，例如3000/1500或1500/750等，同時也便于記憶和寫出等比數(shù)列。
2)公比是l0的某次方根，其數(shù)列每隔若干項增大或縮小10倍。這特性符合常用十進制習慣，如，數(shù)列為10、16、25、40、63、100、160、250、400、630等，每隔五項增大10倍．使數(shù)列整齊好記。
當選定標準公比之后．從《機械設計手冊-標準數(shù)列表》可查出轉(zhuǎn)速數(shù)列?！稑藴蕯?shù)列表》適用于轉(zhuǎn)速、雙行程數(shù)和進給系列．而且可以用于機床尺寸和功率參數(shù)等數(shù)列。
從使用性能考慮，選取公比最好小一些，以便減少相對速度損失，但小一些，級數(shù)z增多．會使機床的結構復雜化。公比選取的一股原則如下：1用于大批大量生產(chǎn)的自動化與半自動比機床，因為要求較高的生產(chǎn)率，相對轉(zhuǎn)速損失要小，因此，要小些，選取1.12或1．25。2大型機床加工大尺寸工件，機動時間長，選擇合理的切削速度對提高生產(chǎn)
2可由標準數(shù)列中選用具有某一公比的數(shù)列，組成派生系列，例如=1.41的派生系列為132、190、265、375等。作用較大，應小些，取1．12、1．25。3中型通用機床，萬能性較大，因而要求轉(zhuǎn)速級數(shù)z要多—些，但結構又不能過于復雜，公比常選取1．25或1.41。4小型機床切削加工時間常比輔助時間少，結構要求簡單一些，機動時間短．變速級數(shù)z也不多，公比常取1．58或1．78。根據(jù)以上敘述選=1.12。
第三章.確定結構式和繪制轉(zhuǎn)速圖
3.1 求級數(shù)z
由等比級數(shù)規(guī)律可知
公式中——變速范圍；
——公比。
由前面=2.25，=1.12
所以
3.2 確定結構式
選擇一個比較好的結構式，一般要遵照下列的原則：
3.2.1 傳動副的“前多后少”原則
傳動副數(shù)較多的變速組安排在傳動順序前面，傳動副數(shù)較少的變速組安排在后面。這是因為機床的電動機往往比主軸變速的大多數(shù)轉(zhuǎn)速高，因此，變速系統(tǒng)以降速傳動居多。傳動系統(tǒng)中，若按傳動順序排列，在前面的各軸轉(zhuǎn)速較高，依次類推。根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式
當傳動功率p一定時．轉(zhuǎn)速n較高的鈾所傳遞的轉(zhuǎn)矩就較小，在其他條件相同時，傳動件(如鈾、齒輪)的尺寸就較?。虼耍０褌鲃痈睌?shù)較多的變速組安排在前面高速軸上，這樣可以節(jié)省材料，減少傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。以18級變速系統(tǒng)為例，應選擇結構式18＝3×3×2。
3.2.2 傳動副的“前緊后松”原則
變速組的擴大順序應盡可能與傳動順序一致
當時。要求
即在傳動順序中按基本組在前，然后依次排第一擴大組、第二擴大組……第n擴大組，這稱為“前緊后松”原則，這時各變速組的變速范圍是逐步增大，在轉(zhuǎn)速圖上表現(xiàn)為傳動順序前面的變速組傳動比連線分布緊密，而后面的變速組傳動比連線分布疏松，這樣可以使前面的各軸轉(zhuǎn)速范圍較小，相當于提高該軸的最低轉(zhuǎn)速和降低它的最高轉(zhuǎn)速，前者可以減少傳動件尺寸，后者可以降低噪聲和減少振動。
3.2.3 各變速組的變速范圍不應超過最大的變速范圍
在主傳動系統(tǒng)的降速傳動中，主動齒輪的最少齒數(shù)受到限制，為了避免被動齒輪的直徑過大，建議降速傳動比最小值為Umin＝1／4；對于升速傳動比最大值，考慮到盡量減少振動和噪聲，建議Umax＝2(斜齒傳動Umax＝2．5)。這樣主傳動各變速組的變速范圍限制在 r＝＝8一l0之間。對于進給傳動系統(tǒng)，由于傳動件的轉(zhuǎn)速較低，尺寸較小，變速范圍可放寬到Umin=1／5．Umax＝2．8，這樣進給傳動中各變速組的變速范圍限制在r＝14之內(nèi)。上述限制是建議限制范圍，若條件許可，也允許超過上述范圍，但可能會給結構設計帶來困難。
機床的傳動系統(tǒng)中，最后擴大組的變速范圍必定最大，因此一般只要檢查最后擴大組的變速范圍不超過限制范圍，則其余的變速組也不會超過。
根據(jù)以上原則可得機床的結構式為
3.3 繪制轉(zhuǎn)速圖
根據(jù)機床的結構式繪制轉(zhuǎn)速圖。如圖3—1所示
圖3—1轉(zhuǎn)速圖
第四章.確定各級傳動副齒輪的齒數(shù)
4.1 確定齒輪的齒數(shù)
機床轉(zhuǎn)速圖確定后．則各變速組的傳動比也就確定了．即可進一步確定各變速組中傳動副的齒輪齒數(shù)、帶輪的直徑等，在確定齒數(shù)時要注意下列幾點：
1)齒輪的齒數(shù)和；不能太大，以免齒輪尺寸過大而引起機床結構增大。一般推薦齒數(shù)和，常選用在100之內(nèi)。
2）同一變速組中的各對齒輪，其中心距必須保持相等。在同一變速組內(nèi)一般采用相同的模數(shù)，這是因為各齒輪副的速度變化不大，受力情況差別不大。也就是說在同一變速組中各對齒輪的齒數(shù)和相等。
3)最小齒輪的齒數(shù)應保證不產(chǎn)生根切。對于標準齒輪．就最小齒數(shù)一般取。
4)應保證最小齒輪裝到軸上或套簡上具有足夠的強度、為保證輪齒受力和熱處理之后．齒根部分不致于斷裂．齒根到孔壁或鍵槽的壁厚M應有足夠的厚度，一般推薦值2m〔m為齒輪的模數(shù))，由此可知，在確定最小齒輪的齒數(shù)時，要先估算傳動軸的直徑。
5)保證主軸的轉(zhuǎn)速誤差在規(guī)定范圍之內(nèi)。按照ISO229—1973規(guī)定，機床主軸的實際轉(zhuǎn)速或每分鐘雙行程數(shù)對于優(yōu)先數(shù)列的理論值的相對誤差，應在范圍內(nèi)。
對于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳動比是標準公比的整數(shù)次方時，變速組內(nèi)每對齒輪的齒數(shù)和、及小齒輪的齒數(shù)可從《機械設計手冊-常用傳動比的適用齒數(shù)表》中差得選取。在表中，橫坐標是齒數(shù)和；縱坐標是傳動副的傳動比u；表中所列的u值是傳動副的被動齒輪的齒數(shù)；齒數(shù)和減去被動齒輪齒數(shù)就是主動齒輪齒數(shù)。表中所列的u值全大于1，即全是升速傳動。對于降速傳動副，可取其倒數(shù)查表，查出的齒數(shù)則是主動齒輪齒數(shù)。
本設計所選用的公比為標準公比，齒輪齒數(shù)可有表中查出。變速組a有兩個傳動副，其傳動比分別是：。按u=1.12和1查表。在合適的齒數(shù)和Sz范圍內(nèi)，查出存在上述兩個傳動比的Sz分別有：
根據(jù)前面的敘述，該變速組a的齒輪齒數(shù)和應相等，符合條件的有Sz=64，68，70，72，74，76，78和80，試取Sz=70。從表中可查出兩個傳動副的主動齒輪齒數(shù)分別為33和35。則可算出變速組a中的兩個傳動副的齒輪齒數(shù)為。同樣可查表得變速組b中的兩個傳動副的齒輪齒數(shù)為；變速組c中的兩個傳動副的齒輪齒數(shù)為.。
4.2 驗算傳動比
有前面的敘述可知實際傳動比(齒輪齒數(shù)之比)與理論傳動比(轉(zhuǎn)速圖上給定的傳動比)之間的轉(zhuǎn)速誤差應在允許的范圍之內(nèi).一般應滿足
式中 主軸實際轉(zhuǎn)速;
n---------主軸的標準轉(zhuǎn)速;
公比.
所以：
經(jīng)驗算所選齒輪轉(zhuǎn)速誤差在允許的范圍內(nèi).
4.3 各軸及齒輪的計算轉(zhuǎn)速的確定
主傳動系統(tǒng)中的主軸和傳動件的尺寸大小主要決定于它所傳遞的轉(zhuǎn)矩大小，而轉(zhuǎn)矩大小則和所傳遞的功率及轉(zhuǎn)速兩個因素有關。
對于專用機床，它是按照定工藝設計的，傳遞的功率和轉(zhuǎn)速是固定不變的，所傳遞的轉(zhuǎn)矩也是一定的。但是，對于通用機床和某些專門化機床，主傳動的功率是根據(jù)某些典型加工的切削用量確定的，機床在實際使用中，低轉(zhuǎn)速范圍加工時，不需要使用機床的全部功率。據(jù)調(diào)查， 主抽在最低一段的幾級轉(zhuǎn)速一般用來加工螺紋、鉸孔、精鏜等輕負荷工作，或者是用于相加工，但切削速度較低，這些工序都不需要使用電動機的全部功率。如果按最低轉(zhuǎn)速計算，勢必造成各傳動件較粗大，具備過大的強度儲備，這是不經(jīng)濟和不必要的。
由此可知，通用機床主傳動系統(tǒng)只是從某轉(zhuǎn)速開始才有可能使用電動機的全部功率。這一傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速稱為該傳動件的計算轉(zhuǎn)速(nj)。
計算轉(zhuǎn)速的確定對各種機床是不同的,表5列出各類機床主軸的計算轉(zhuǎn)速,表中的公式為經(jīng)驗公式.
至于中間傳動件(包括軸上的傳動件)的計算轉(zhuǎn)速，也是按照上述原則，取主軸傳遞全部功率時，各中間傳動件相應轉(zhuǎn)速中最低的一級轉(zhuǎn)速作為中間傳動件的計算轉(zhuǎn)速，即各個中間傳動軸和齒輪副的計算轉(zhuǎn)速，同樣應是各自傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。
4.3.1 主軸的計算轉(zhuǎn)速
由表5可知,主軸的計算轉(zhuǎn)速是低速第一個三分之一變速范圍的最高一級轉(zhuǎn)速,即nj=1600r/min.
4.3.2 各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速
軸III有四級轉(zhuǎn)速,其最低轉(zhuǎn)速1000r/min通過雙聯(lián)齒輪使主軸獲得兩級轉(zhuǎn)速:1250r/min和2000r/min.2000r/min比主軸的計算轉(zhuǎn)速高,需傳遞全部功率,故軸III的1000r/min轉(zhuǎn)速也應能傳遞全部功率,是計算轉(zhuǎn)速.軸II有兩級轉(zhuǎn)速,其最低轉(zhuǎn)速1250r/min通過雙聯(lián)齒輪使軸III獲得兩極轉(zhuǎn)速:1000r/min和1250r/min均需傳遞全部功率,故軸II的1250r/min轉(zhuǎn)速也應能傳遞全部功率,是計算轉(zhuǎn)速.軸I上有一級轉(zhuǎn)速1250r/min應傳遞全部功率,是計算轉(zhuǎn)速.
4.3.3 各齒輪的計算轉(zhuǎn)速
各變速組內(nèi)一般只計算組內(nèi)最小的,也是強度最薄弱的齒輪,故也只需確定最小齒輪的計算轉(zhuǎn)速.
軸III----IV間的變速組的最小齒輪是z=31,經(jīng)該齒輪傳動,使主軸獲得4級轉(zhuǎn)速:1800,2000,2240和2800r/min.主軸的計算轉(zhuǎn)速是1600r/min,故z=31齒輪在2000r/min時應傳遞全部功率,是計算轉(zhuǎn)速.軸II----III間的變速組的最小齒輪是z=38,經(jīng)該齒輪傳動,使軸III獲得兩級轉(zhuǎn)速:1000和1250r/min.軸III的計算轉(zhuǎn)速是1000r/min,故z=38齒輪在1250r/min時應傳遞全部功率,是計
算抓轉(zhuǎn)速.軸I----II間的變速組的最小齒輪是z=33,經(jīng)該齒輪傳動,使軸II獲得轉(zhuǎn)速是1400r/min,軸II的計算轉(zhuǎn)速是1250r/min,故z=33齒輪在1400r/min時應傳遞全 部功率,是計算轉(zhuǎn)速.。
第五章.傳動零件的初步計算
5.1 傳動軸直徑初定
用公式計算軸的直徑
式中:d------傳動軸的直徑,mm;
N------傳動軸所傳動的功率,KW;
nj------傳動軸的計算轉(zhuǎn)速,r/min;
.該軸允許的扭轉(zhuǎn)角[deg/m],取.
所以
圓整得
圓整得
圓整得
5.2 主軸主要結構參數(shù)的確定
主軸的主要結構參數(shù)有主軸前、后軸頸直徑，主軸內(nèi)孔直徑d。主軸前軸頸直徑的選取是一般按機床類型、主軸傳遞的功率或最大加工直徑，參考表5-1選取D1。車床和銑床后軸頸的直徑.。很多機床的主軸是空心的，內(nèi)孔直徑與其1用途有關。如車床內(nèi)孔用來通過棒料或安裝送夾料機構，銑床主軸內(nèi)孔可通過拉桿來拉緊刀桿等等。為不過多地削弱主軸的剛度，臥式車床的主軸孔徑d通常不小于主軸平均直徑的55%~60%；銑床主軸孔徑d可比刀具拉桿直徑大5~10mm。
查表5-1選取車床主軸前軸頸D1=90mm，則D2=0.8D1=0.8*90=72mm。
主軸孔直徑d=45mm。
表5-1 主軸前軸頸的直徑
功率kw
車床
2.6~3.6
3.7~5.5
5.6~7.2
7.4~11
11~14.7
14.8~18.4
車床
70~90
70~105
95~130
110~145
140~165
150~190
升降臺銑床
60~90
60~95
75~100
90~105
100~115
外圓磨床
50~60
55~70
70~80
75~90
75~100
90~100
5.3 齒輪模數(shù)計算和齒輪中心距的計算
5.3.1 利用齒輪的彎曲強度公式計算
式中 -----計算的齒輪模數(shù)；
i---------計算齒輪的傳動比；
電機的功率，kw；
-----齒寬系數(shù)，=B/m(B為齒寬;m為模數(shù))一般取=6~10；
-----計算齒輪的齒數(shù)；
------許用接觸應力[mpa]，取=1100MPa；
----齒輪的計算轉(zhuǎn)速，r/min。
圓整模數(shù)：m1=2mm，m2=3mm，m3=3.5mm。
5.3.2 各傳動副間的中心距：
軸I----II間齒輪的中心距為a1=（z1+z2）*m/2=70*2/2=70mm
軸II---III間齒輪的中心距為a2=（z1+z2）*m/2=86*3/2=129mm
軸III---IV間齒輪的中心距為a3=（z1+z2）*m/2=93*3.5/2=162.75mm
5.4 皮帶的相關計算
5.4.1 確定計算功率
計算功率是根據(jù)傳動的功率p，并考慮到載荷性質(zhì)和每天運轉(zhuǎn)時間長短等因素的影響而定的。即
=kp
式中：------計算功率，單位為kw；
p-------傳動的額定功率（例如電動機的額定功率），單位為kw；
k-------工作情況系數(shù)，見表5-2
表5-2工作情況系數(shù)
載荷性質(zhì)
工作時間
一班
二班
三班
起動載荷很輕，工作載荷穩(wěn)定，沒有振動，如車床、鉆床、磨床等
1．0
1．1
1．2
起動載荷為正常載荷的1.25倍，有輕微振動及波動，如銑床、滾齒機和轉(zhuǎn)塔車床等
1．1
1．2
1．3
起動載荷為正常載荷的1.5倍，中等振動，如刨床、插床和插齒床等
1．2
1．3
1．4
注：反復起動、正反轉(zhuǎn)頻繁、工作條件惡劣等場合，k應乘1.2。
根據(jù)機床的工作情況取k=1.1。
則 =kp=1.1*4=4.4kw
5.4.2 選擇帶型
根據(jù)計算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速n1由《機械設計手冊-帶輪的選擇》選定帶型
計算功率=4.4kw，小帶輪轉(zhuǎn)速n1=1440r/min。查表得選擇A型皮帶。
5.4.3 初選小帶輪的基準直徑
根據(jù)v帶截型，參考文獻[2]中的表8—3及表8—7選取為了提高v帶的壽命選取較大的直徑。取=100mm。
則大帶輪的直徑D為：D=n1/n2*=1440/1250*100=115mm
5.4.4 計算帶輪的轉(zhuǎn)速v
對普通v帶。一般。同時，一般v不得低于5m/s，所以v=7.54m/s合適。
5.4.5 初定中心距a和帶的基準長度
根據(jù)傳動的結構需要初定中心距a0，取
中心距a0為：
a0=1.5（+D）=1.5*（100+115）=323vmm
a0取定后，根據(jù)帶傳動的幾何關系，按下式計算所需帶的基準長度：
=2*323+3.14/2*（100+115）+（115-100）（115-100）/4*323=983.7mm
根據(jù)，有文獻[2]中表8—2中選取=1000mm
采用下式作近似計算a，即
所以=323+（1000-983.7）/2=331.2mm
5.4.6 驗算小帶輪上的包角
根據(jù)對包角的要求，應保證
即=180-（115-100）/331.2*57.5=177>120
5.4.7確定帶的根數(shù)z
式中：考慮包角不同時的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù)，查文獻[2]表8—8；
考慮帶的長度不同時的影響系數(shù)，簡稱長度系數(shù)，查文獻[2]中 表8—2；
單根v帶的基本額定功率，查文獻[2]表8—5a或8—5c；
計入傳動比的影響時，單根v帶額定功率的增量（因p0是按a=180，即d1=d2的條件計算的，而當傳動比越大時，從動輪直徑就越比主動輪直徑大，帶繞上從動輪時的彎曲應力就越比繞上主動輪時的小，故其傳動能力既有提高），其值見文獻表8—5b或8—5d。
查文獻中表8—8，8—2，8—5得。kw。
所以 根。
第六章.主要零件的驗算
6.1 齒輪的強度驗算
變速箱中的齒輪,不必都作強度驗算?？稍谙嗤?shù)和材料的齒輪中，選取一個承受載荷最大并且齒數(shù)最小的齒輪，驗算它的接觸和彎曲疲勞強度。一般說來，對高速傳動齒輪以驗算接觸強度為主，對低速傳動齒輪主要考慮其彎曲強度，對硬齒面軟齒芯的滲碳淬火齒輪，必須驗算其彎曲疲勞強度。由圖1—3轉(zhuǎn)速圖可知該機床變速組內(nèi)的齒輪都是高速傳動，故按接觸疲勞計算齒輪模數(shù)：
式中：齒輪所傳遞的額定功率[kw]，
電動機功率；
從電動機到所計算齒輪的傳動效率；
小齒輪齒數(shù)；
齒輪對的傳動比，，Z2為大齒輪齒數(shù)，i后面的“+”用于外嚙合，“-”用于內(nèi)嚙合；
齒寬系數(shù)，，（B為齒寬；m為模數(shù)），通常?。?
齒輪的計算轉(zhuǎn)速[r/min]；
工作狀況系數(shù)，考慮載荷沖擊的影響：
沖擊性機床（如刨床、插床）
主運動（中等沖擊） ；
輔助傳動（輕微沖擊） ；
動載荷系數(shù)；
齒向載荷分布系數(shù)；
許用接觸應力，取=1100MPa。
查表6-1，6-2得=1.3，=1。取，。
所以軸I—II間齒輪的模數(shù)為
軸II—III間齒輪的模數(shù)為
軸III—IV間齒輪的模數(shù)為
6.2 主軸的驗算
6.2.1主軸的強度驗算
機床變速箱中的傳動軸，受到裝在軸上的主、被動齒輪的圓周力、徑向力（如果是斜齒圓柱齒輪或錐齒輪，則還有軸向力）的作用，齒輪的圓周力
使軸傳遞扭矩，齒輪的徑向力（和軸向力）使軸受彎矩，所以傳動軸應按彎
表6-1 直齒圓柱齒輪的動載荷系數(shù)
精度等級
齒面硬度
圓周線速度v[m/s]
<1
1~3
3~8
8~12
12~80
6
350
>HB 350
1
1
1.1
1.1
1.2
1.2
1.3
1.3
1.5
1.4
7
350
>HB 350
1
1
1.2
1.2
1.4
1.3
1.5
1.4
——
8
350
>HB 350
1
1
1.3
1.3
1.5
1.4
——
——
9
350
>HB 350
1.1
1.1
1.4
1.4
——
——
——
表6-2 圓柱齒輪的齒向載荷分布系數(shù)
圓柱齒輪對稱布置與兩軸承之間
齒輪非對稱布置于兩軸承之間
齒輪懸臂安裝
軸的剛度較高
軸的剛度較低
0.2
1
1
1.05
1.08
0.4
1
1.04
1.12
1.15
0.6
1.03
1.10
1.22
1.22
0.8
1.05
1.10
1.28
1.30
1.0~1.5
1.08
1.30~1.40
1.45~1.55
——
矩和扭矩合成的強度條件進行驗算。
a 受力分析
主軸所受的力如圖6-1所示：
圖6-1（主軸受力分析）
（1）主軸所受到的外力為
所以
（2）求支座反力
在H平面內(nèi)，將支座約束看做支座反力，其受力如圖6-2所示：
圖6-2（支座反力）
則
根據(jù)靜力平衡方程得：
在V平面內(nèi)，其受力如圖6-3所示：
圖6-3（V平面內(nèi)受力分析）
則
（b） 求合成彎矩M
在H平面內(nèi)，彎矩如下頁圖所示：
在V平面內(nèi)，彎矩如下頁圖所示：
所以合成彎矩如下頁圖所示：
（c） 求軸所傳遞的扭矩T
式中：該軸傳遞的額定功率[kw]；
軸的計算轉(zhuǎn)速[r/min]。
則
扭矩圖如圖6-4所示：
圖6-4（扭矩圖）
軸的載荷分析圖
有軸的載荷分析圖可知，在D面處的載荷最大，是危險斷面所以驗算D斷面處的復合應力
式中：危險斷面上合成彎矩，
危險斷面上的合成扭矩；
危險斷面的抗彎斷面模數(shù)；
實心圓軸：
空心圓軸：
矩形花鍵軸：
實心軸直徑，空心軸外徑，花鍵軸外徑[mm]；
空心軸內(nèi)徑，花鍵軸內(nèi)徑[mm]；
花鍵軸鍵寬[mm]；
花鍵軸的鍵數(shù)；
許用復合應力，有表選取。
查文獻[2]中表15—1得
所以
由計算可知軸的剛度滿足要求。
6.3 花鍵的驗算
花鍵的主要失效形式是工作面被壓潰（靜聯(lián)接）或工作面過度磨塤（動聯(lián)接）。因此，靜聯(lián)接通常按工作面上的擠壓應力進行強度計算，動聯(lián)接則按工作面上的壓力進行條件性的強度計算。該車床上在主軸上的花鍵是動聯(lián)接，所以要按工作面上的壓力進行條件性的強度計算。即
式中：載荷分配不均系數(shù)，與齒數(shù)多少有關，一般取，齒數(shù)多時取偏小值；
花鍵的齒數(shù)；
齒的工作長度，單位為mm；
花鍵齒側(cè)的工作高度，矩形花鍵，此處D為外花鍵的大直徑，為d內(nèi)花鍵的小直徑，為C倒角尺寸，單位均為mm；漸開線花鍵，a=30，h=m；a=45，h=0.8m，m為模數(shù)；
花鍵的平均直徑，矩形花鍵， 漸開線花鍵，為分度圓直徑，單位為mm；
花鍵聯(lián)接的許用壓力，單位為Mpa，見表10。
表6-3
許用擠壓應力、許用壓力
聯(lián)接工作方式
使用和制造情況
齒面未經(jīng)熱處理
齒面經(jīng)熱處理
靜聯(lián)接
不良
中等
良好
35~50
60~100
80~120
40~70
100~140
120~200
空栽下移動的動聯(lián)接
不良
中等
良好
15~20
20~30
25~40
20~35
30~60
40~70
在載荷作用下移動的動聯(lián)接
不良
中等
良好
—
—
—
3~10
5~15
10~20
已知：z=10，h=（96-90）/2-2c=3-2*1=1，l=21，，取。取[p]=30。
則
滿足要求。
致 謝
畢業(yè)設計是大學生本科教學中的一個非常重要的環(huán)節(jié)。通過畢業(yè)設計，我們把以前幾年之中學習的專業(yè)基礎知識和專業(yè)知識系統(tǒng)化了，把抽象的理論知識和生產(chǎn)生活中的實際相結合。通過本次畢業(yè)設計，使我們進一步了解機械設計的具體過程和方法，學會如何應用資料、手冊、圖書館和網(wǎng)絡里的知識，學會了如何計算，掌握了設計的基本方法，鍛煉了我們動手動腦思考的能力，懂得了經(jīng)驗在設計過程中的重要性，在以后的工作和學習中會主動積累一些經(jīng)驗。畢業(yè)設計對于我們即將走入社會，踏上工作崗位的畢業(yè)生來說，是一次非常必要也是非常重要的課程設計，為我們今后從事機械方面的工作奠定了基礎。
參考文獻：
[1] 馮辛安主編《機械制造裝備設計》機械工業(yè)出版社出版，2003年6月
[2]濮良貴 紀名剛主編《機械設計》高等教育出版社出版，2001年4月
[3]王世清主編《深孔加工技術》西北工業(yè)大學出版社出版，2003年10月
[4]李洪主編《實用機床設計手冊》遼寧科學技術出版社出版，1999年1月
[5]黃鶴汀主編《金屬切削機床》下冊 機械工業(yè)出版社出版，1998年5月
[6]趙世華主編《金屬切削機床》航空工業(yè)出版社出版，1996
[7]曹鳳國主編《超聲加工技術》化學工業(yè)出版社出版，2004年8月
[8]孫桓 陳作模主編《機械原理》（第六版高等教育出版社出版，2002年8月
[9]吳宗澤 羅圣國主編 《機械設計手冊》高等教育出版社，2012年5月
[10]張雄 焦峰 論文《超聲加工技術的應用及其發(fā)展趨勢》，2012年6月
英文文獻
收藏