立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計(jì)畢業(yè)論文設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！ )桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)系別機(jī)械工程系專(zhuān)業(yè)機(jī)械制造及自動(dòng)化學(xué)生班級(jí)2011038201姓名馬禮學(xué)指導(dǎo)老師謝云峰職稱(chēng)副教授設(shè)計(jì)題目立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計(jì)目錄目錄.- 2 -摘要.- 3 -1. 概述.- 4 -1.1問(wèn)題的提出 .- 4 -1.2同行業(yè)概況 .- 4 -1.3課題的意義 .- 5 -2. 總體方案設(shè)計(jì).- 5 -2.1對(duì)工件進(jìn)行工藝分析 .- 6 -2.1.1檢查圖紙的完整性和正確性 .- 6 -2.1.2分析工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) .- 6 -2.1.3分析工件的材料及加工性能 .- 7 -2.1.4工件的生產(chǎn)批量 .- 7 -2.2確定工件的加工方法 .- 7 -2.3對(duì)被改裝鉆床的分析 .- 8 -2.4總體布局 .- 8 -2.5其他問(wèn)題分析 .- 9 -3. 齒輪可調(diào)式三軸頭架的設(shè)計(jì) .-10-3.1齒輪可調(diào)式三軸頭架的傳動(dòng)原理及調(diào)整方法.-10-3.2方案的工藝設(shè)計(jì)參數(shù) .-12-3.2.1Z535 鉆床動(dòng)力所允許的工況條件 .-12-3.3三軸頭架的傳動(dòng)設(shè)計(jì) .-19-3.3.1齒輪的設(shè)計(jì)演算（參考機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)I ）. - 19 -3.3.2軸的設(shè)計(jì)與校核 .-25-3.3.3軸承的校核計(jì)算 .-38-3.3.4鍵的校核計(jì)算 .-40-3.3.5螺栓的設(shè)計(jì)校核計(jì)算（參考機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué) ） - 41 -3.3.6夾頭夾緊力的計(jì)算校核 .-43-4.潤(rùn)滑與密封 .-46-5.結(jié)束語(yǔ) .-46-6.謝辭 .-48-7.參考文獻(xiàn) .-48-立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計(jì)摘要本文是立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計(jì)，可調(diào)式多軸頭各軸在圓周方向均布且方向可方便地沿直徑方向同步調(diào)整，以適應(yīng)多種小批量生產(chǎn)條件下法蘭盤(pán)類(lèi)零件的螺孔加工。多軸頭架的設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)源于一般的加工工藝條件，以適應(yīng)更廣闊的加工范圍。針對(duì)工廠里多孔鉆削時(shí)，孔徑一般較小，多在10cm 左右，而且大部分是箱體、法蘭盤(pán)等，箱體、法蘭盤(pán)多為鑄造件，材料是鑄鐵，也有個(gè)別的被加工零件的材料是低碳鋼。根據(jù)這些工件的切削條件，可以確定多軸頭架的工藝主參數(shù)。主參數(shù)確定后便可以進(jìn)行多軸頭架的總體設(shè)計(jì)。多軸頭架的傳動(dòng)原理是通過(guò)齒輪嚙合增加鉆削軸的軸數(shù)，以滿足多孔加工的要求。通過(guò)二級(jí)齒輪嚙合，輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)向沒(méi)變，但由于齒輪分支傳動(dòng)，變成多根輸出軸。工藝范圍可以滿足一般加工情況的孔類(lèi)鉆削要求。可調(diào)多軸頭架可以起到提高生產(chǎn)效率、降低成本、提高孔系加工精度等作用。參照該調(diào)節(jié)原理可進(jìn)行其他任意孔系加工裝置的設(shè)計(jì)，還可以用于攻絲、擴(kuò)、锪孔等加工裝置。此外該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，值得推廣。1. 概述1.1問(wèn)題的提出本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)的提出， 是為適應(yīng)目前我國(guó)大部分制造廠的實(shí)際生產(chǎn)狀況。當(dāng)前制造業(yè)設(shè)備更新特別快，大部分企業(yè)遇到同一端面的多孔鉆削的零件時(shí)，為此購(gòu)置專(zhuān)用設(shè)備又往往不經(jīng)濟(jì)的條件下，可以通過(guò)改造現(xiàn)有普通單軸鉆床使之具有多軸鉆削的能力。既解決了加工要求與現(xiàn)有設(shè)備的矛盾，又有效的利用了閑置機(jī)床，極大的提高了設(shè)備利用率，給企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。1.2 同行業(yè)概況在國(guó)內(nèi)的相關(guān)企業(yè)中已經(jīng)有一部分企業(yè)開(kāi)始原有設(shè)備的改造以適應(yīng)新的加工生產(chǎn)。其中有一些結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，當(dāng)然這與白加工零件的相關(guān)工藝參數(shù)有關(guān)。在法蘭盤(pán)周向均布孔的加工上應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛。比如在鄭州的一個(gè)汽車(chē)制造車(chē)間上，運(yùn)用了改造后的鉆床進(jìn)行加工，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。由于這些廠家的生產(chǎn)對(duì)象的特殊性，他們加工的孔徑一般較大，改造后的鉆床，除了加裝多軸頭架外，還需設(shè)計(jì)額外的夾具以減輕頭架的重量對(duì)鉆床的作用力影響及保證頭架進(jìn)給的精度。1.3 課題的意義為了使廣大的一般小型生產(chǎn)廠家具有同一端面的多孔加工能力，我設(shè)計(jì)了重量較輕，鉆削軸均布的三軸頭架。可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)三孔位的加工，而且如果孔之間的距離有變化，可以隨時(shí)進(jìn)行孔距的調(diào)節(jié)，使它能夠?qū)崿F(xiàn)多孔位的加工，那樣不僅可以節(jié)省時(shí)間、改善工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)效率，而且對(duì)于機(jī)械行業(yè)也是一種革新。齒輪可調(diào)式三軸頭架， 因?yàn)樗且环N可換的， 而且是可以調(diào)節(jié)孔距的設(shè)備，所以適應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程中的小批量的生產(chǎn)。根據(jù)多孔的加工要求，確定機(jī)床的主要參數(shù)如下：最大鉆孔深度（單側(cè)鉆）50mm主軸數(shù)目3主軸中心線至工作臺(tái)面高750mm主軸轉(zhuǎn)速1000rmin 左右2. 總體方案設(shè)計(jì)總體方案是部件和零件的設(shè)計(jì)依據(jù)，對(duì)整個(gè)機(jī)床的設(shè)計(jì)影響較大。因此，在擬定總體方案的過(guò)程中，必須綜合的考慮，使所定方案技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效果好。確定總體方案，包括下列內(nèi)容：2.1 對(duì)工件進(jìn)行工藝分析檢查圖紙的完整性和正確性工件的圖紙應(yīng)能清晰的表達(dá)工件的形狀結(jié)構(gòu)，標(biāo)注全部尺寸及技術(shù)要求，說(shuō)明工件的材料和所需要的工件數(shù)量等。加工零件為典型的盤(pán)類(lèi)零件，砂輪機(jī)端蓋，如圖：圖 1 砂輪機(jī)端蓋分析工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)工件的結(jié)構(gòu)決定了它的安裝方式和加工廠方法。要求用多軸頭架加工的孔為精度要求不甚高的9mm 螺栓孔，在加工時(shí)，以大端面為基準(zhǔn)裝夾，根據(jù)批量的要求需另外設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具，以適應(yīng)中批量的生產(chǎn)要求。分析工件的材料及加工性能工件的材料對(duì)加工方法有很大的影響。 如材料的軟硬對(duì)刀具進(jìn)給量、走刀量都有較大的影響。砂輪機(jī)端蓋的毛坯為鑄件，材料是球墨鑄鐵，可根據(jù)相關(guān)手冊(cè)計(jì)算加工時(shí)的加工參數(shù)，以此來(lái)確定多軸頭架的設(shè)計(jì)參數(shù)。工件的生產(chǎn)批量被加工工件的生產(chǎn)批量的大小對(duì)改裝方案的制定也有較大的影響。工件的批量大，改裝后的機(jī)床的生產(chǎn)效率則要求高，若工件的批量小，則對(duì)機(jī)床的效率要求不高。工件批量大時(shí)要求要考慮機(jī)床的專(zhuān)用性，工件批量小時(shí)要求要考慮機(jī)床的通用性。砂輪機(jī)端蓋的生產(chǎn)為中批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)周期短、經(jīng)濟(jì)的三軸頭架十分適合它的生產(chǎn)批量加工條件。2.2確定工件的加工方法不同的加工方法可帶來(lái)不同的經(jīng)濟(jì)效益，故工件加工工廠方法選擇的是否合適，對(duì)鉆床改裝來(lái)說(shuō)是非常重要的，他不僅關(guān)系到改裝形式，還直接影響改裝后機(jī)床加工質(zhì)量的優(yōu)劣、生產(chǎn)效率的高低等。所以確定工件加工方法時(shí)，應(yīng)考慮以下主要問(wèn)題：（1）加工表面要求的精度和粗糙度； （ 2）工件的生產(chǎn)批量； （ 3）工件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸（ 4）鉆床改裝的實(shí)際可能性。2.3對(duì)被改裝鉆床的分析分析被改裝鉆床時(shí)包括的主要內(nèi)容有： （ 1）分析機(jī)床能否適應(yīng)改裝要求；（ 2）調(diào)查和了解機(jī)床的使用情況； （ 3）考慮機(jī)床的動(dòng)力情況；（ 4）分析改裝后機(jī)床的強(qiáng)度和剛度問(wèn)題。Z535 型立式鉆床是一種傳統(tǒng)的立式鉆床，在機(jī)械制造和維修中的單件、小批量生產(chǎn)中，對(duì)中小型零件進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、锪孔及攻螺紋等加工工藝上得到了普遍的應(yīng)用。但由于其為單孔鉆床，對(duì)多孔鉆削的加工比較麻煩，很費(fèi)工時(shí)，給操作者增加了勞動(dòng)強(qiáng)度。為此，為了挖掘設(shè)備潛力，將其改裝成多頭鉆床，根據(jù)在實(shí)際加工中的要求，同一加工平面三孔或四孔加工比較常見(jiàn)，設(shè)計(jì)了齒輪十多軸頭架， 以便于更高效的使用 Z535 立式鉆床。在完成一批生產(chǎn)任務(wù)后，三軸頭架可以從鉆床上拆下來(lái)，立式鉆床恢復(fù)原貌，不會(huì)影響鉆床原來(lái)的參數(shù)。當(dāng)參數(shù)發(fā)生改變、被加工工件尺寸發(fā)生變化時(shí)，可調(diào)式頭架的鉆削主軸軸距可以調(diào)節(jié)，適應(yīng)被加工工件上孔距在一范圍內(nèi)的變化，從而擴(kuò)大了三軸頭架的使用范圍。有關(guān) Z535 鉆床的動(dòng)力參數(shù)將在以下內(nèi)容進(jìn)行詳盡的分析計(jì)算。2.4總體布局一般包括：分配運(yùn)動(dòng)、選擇傳動(dòng)形式和支承形式的位置、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，繪制多軸頭架與機(jī)床的總聯(lián)系尺寸圖，以表達(dá)所才用的總體布局，規(guī)定聯(lián)系尺寸，并確定主要的技術(shù)參數(shù)。查相關(guān)的機(jī)床手冊(cè)，得到 Z535 的相關(guān)聯(lián)系尺寸，列于下表（單位： mm）最大鉆孔直徑 d35最大鉆孔深度 h175從主軸端面到工作臺(tái)端面H0750從主軸中心到導(dǎo)軌距離A175從工作臺(tái) T 型槽中心到凸肩距160離 B凸肩高度 h0-3工作臺(tái)最大升高325主軸箱最大垂直移動(dòng)量200主軸最大行程225主軸外徑尺寸40d4錐孔莫式號(hào)數(shù)4 號(hào)2.5 其他問(wèn)題分析在制定改裝方案時(shí)，除了以上各因素外，還要注意維護(hù)要方便、制造和裝陪要簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)要緊湊、通用化程度要高、外型要平整協(xié)調(diào)等，同時(shí)也要考慮因地制宜的改裝問(wèn)題?？紤]到在鉆床上安裝了三軸頭架之后，再裝上鉆頭，鉆頭前端到被加工工件之間必須留有一定的高度用于進(jìn)刀用，在加上工件孔的深度，鉆頭架的垂直尺寸必須滿足一定的范圍。根據(jù)鉆床外的聯(lián)系尺寸、鉆頭長(zhǎng)度和一般被加工工件的尺寸，鉆頭架的垂直尺寸應(yīng)在400mm左右。3. 齒輪可調(diào)式三軸頭架的設(shè)計(jì)3.1齒輪可調(diào)式三軸頭架的傳動(dòng)原理及調(diào)整方法可調(diào)式三軸頭架的傳動(dòng)原理如圖1 所示。主軸 1 由鉆床主軸來(lái)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)， 經(jīng)齒輪副 2 與 3 和 3 與 5，使小軸 4（即鉆削主軸）得到動(dòng)力旋轉(zhuǎn)，于是帶動(dòng)鉆頭進(jìn)行鉆削。鉆削孔徑的調(diào)整通過(guò)改變兩小軸4 的中心距來(lái)實(shí)現(xiàn)，即使兩小軸 4 的中心距等于被加工孔的孔徑。在調(diào)整時(shí)（參見(jiàn)圖1），首先松開(kāi)六角螺母，然后轉(zhuǎn)動(dòng)支架使之帶動(dòng)介輪軸一起在本體中轉(zhuǎn)動(dòng)，直至三小軸的中心距調(diào)整到所要求的尺寸為止，再將六角螺母擰緊。圖 1 三軸頭架傳動(dòng)原理圖圖 2傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖1.主軸2.中心輪3.介輪4.小軸 5.小齒輪3.2 方案的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)鉆床動(dòng)力所允許的工況條件多軸頭架是根據(jù)加工工件的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)的，與之相配套的立鉆動(dòng)力是否夠用，設(shè)計(jì)前必須驗(yàn)證。常用的驗(yàn)證方法有兩種：一是類(lèi)比法，即加工同類(lèi)零件機(jī)床動(dòng)力進(jìn)行比較，以此決定所選用的動(dòng)力是否能滿足要求，另一種是計(jì)算法，將計(jì)算所得的切削功率與配套機(jī)床的動(dòng)力進(jìn)行比較，以此決定配套機(jī)床的動(dòng)力是否夠用。應(yīng)用公式計(jì)算切削速度、切削力和切削功率，根據(jù)設(shè)計(jì)兒女物說(shuō)明書(shū)的要求，最大孔徑為12mm ，此時(shí)在各種工況條件下的 V 、F、 P?？紤]到齒輪傳動(dòng)有功率損失，單根鉆削軸能承受的最大功率（ Z535 的額定功率圍 4.5kw）PP64.5 / 3 0.986 =1.33kw3(1) 用高速鉆頭鉆孔時(shí)查機(jī)械加工工藝師手冊(cè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)工藝師）表 28-14高速鋼鉆頭鉆削結(jié)構(gòu)鋼（b650），當(dāng)d=10mm時(shí)，Mpa最大進(jìn)給速度為f=0.25mmr，對(duì)應(yīng)的切削速度V=15mmin軸向力F=3010N轉(zhuǎn)矩T=10.03Nm功率P=0.51KW<P =1.33KW查工藝師表 28-15 高速鋼鉆頭鉆削灰鑄鐵 （ 190HBS），當(dāng) d=10mm 時(shí)，最大的進(jìn)給速度為 f=0.60mmr ，對(duì)應(yīng)的切削速度V=12mmin軸向力F=3765N轉(zhuǎn)矩T=13.93Nm功率P=0.52KW<P =1.33KW由于Z535鉆床沒(méi)有0.6mmr的進(jìn)給速度，采用與之相近的f=0.57mmr，再用公式重新對(duì)所選公式進(jìn)行核算相關(guān)公式查工藝師表28-2鉆、擴(kuò)、鉸孔時(shí)切削速度的計(jì)算公式cv d0zvTma xpv f yvK v（注： T 為刀具的壽命）表 28-4 鉆孔時(shí)軸向力、轉(zhuǎn)矩、功率的計(jì)算公式f0.250.2T CT d0zT f yT K TTvP30d0式中的 K v、 K F、 K T為修正參數(shù)，在這里的計(jì)算采用的材料為其實(shí)驗(yàn)用的，故都按Kv1、K F1、KT1計(jì)算。（ 1） 鉆削結(jié)構(gòu)碳鋼 （b650Mpa ）時(shí)的切削速度 V 、軸向力 F、轉(zhuǎn)矩 T、功率 P查表得f0. 2 50. 2Cv6. 1Zv0. 4X v0yv 0.5m 0.2CF600Z F1. 0yF0. 7CT0.305ZT2. 0yT0. 8有v6.1100.41 16.1m / min250.20.250.5F6001010.250.712273.6 NT0.3051020.250.8110.1N .mPTv10.116.10.54 kw P 1.33kw30d03010滿足功率要求。（ 2） 鉆削灰鑄鐵（190HBS）時(shí)的切削速度 V 、軸向力 F、轉(zhuǎn)矩 T、功率 P查表得 f 0.57 0.3Cv9. 4Zv0. 25X v0yv0.4m0.125CF420Z F1.0yF0. 8CT0.206ZT 2.0yT0. 8有v9.4100.25113.4m / min350.20.250.5F4201010.570.812678.9NT0.2061020.57 0.8113.1N .mPTv13.113.40.59kwP1.33kw30d03010滿足功率要求。綜上所述，高速鋼鉆頭加工碳素鋼（b650Mpa） 時(shí)，fmax0.25mm/ r 高 速 鋼 鉆 頭 加 工 灰 鑄 鐵 （ 190HBS ） 時(shí) ，fmax0.56mm/ r（ 3） 用硬質(zhì)合金鉆頭（ YG8）鉆孔時(shí)一 般，用硬質(zhì)合金鉆頭用于加工灰鑄鐵，這里按HBS=190HBS 計(jì)算據(jù)表 28-11 硬質(zhì)合金鉆頭加工灰鑄鐵的進(jìn)給量（ HBS>170HBS） d 10mmf 0.25 0.4mm / r ,這里按 f=0.25mmr計(jì)算查表得Cv22. 2Zv 0. 4 5X v0yv 0.4m0.2CF410Z F1. 2yF0. 75CT0.117ZT2. 2yT0. 8有v22.210 0.451 47.4 m / min350.20.250.3F410101.20.250.7512274.5NT0.117102.20.250.816.1N .mPTv6.147.430d00.96kw P 1.33kw3010滿足功率要求。則用硬質(zhì)合金鉆頭YG8 鉆削時(shí)， fmax0.25mm/ r確定用于鉆削計(jì)算的極限值由于以上所計(jì)算的進(jìn)給量是在機(jī)床功率允許的最大值，此時(shí)轉(zhuǎn)速為最小值，而在多軸頭架中從主軸到鉆削主軸是升速運(yùn)動(dòng)，可以充分發(fā)揮 Z535 的各級(jí)轉(zhuǎn)速對(duì)比各種工況下的鉆削速度，小軸鉆削速度為：（ 1） 高速鋼鉆頭鉆削加工碳素結(jié)構(gòu)鋼（ v=16.1mminb 650Mpa ）時(shí)n=vD=16.10.010=512.7rmin(2) 高速鋼鉆頭加工灰鑄鐵（ 190HBS）時(shí)v=13.4mminn=vD=13.40.010=426.8rmin(3) 用硬質(zhì)合金鉆頭 YG8加工灰鑄鐵（ 190HBS）時(shí)v=47.4mminn=vD=47.40.010=1509.6rmin對(duì)比可以看出在鉆床所允許的功率下，工作最低轉(zhuǎn)速為426.8rmin ，根據(jù)有關(guān)手冊(cè)查得Z535 鉆床的各級(jí)轉(zhuǎn)速為： 68、100、140、190、 275、400、530、 750、 1100rmin 為了減小軸頭架的尺寸，防止頭架過(guò)重，應(yīng)盡量縮小頭架的傳動(dòng)比，取主軸最低轉(zhuǎn)速為140rmin 進(jìn)行升速，此時(shí)鉆削軸轉(zhuǎn)速為426.8rmin則總的傳動(dòng)比為：n鉆426.8i3.049n主140考慮鉆頭都有一定的轉(zhuǎn)向，一般為右旋，為了使鉆削主軸與機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致（都為右旋） ，采用兩級(jí)齒輪傳動(dòng)。如果把傳動(dòng)比分配的合理，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、對(duì)機(jī)床的作用力就小，潤(rùn)滑條件也好。若分配不合理，可能會(huì)造成種種不便，因此分配傳動(dòng)比時(shí)要考慮以下原則：（1） 各級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)在每一級(jí)傳動(dòng)的范圍內(nèi)，各類(lèi)傳動(dòng)比允許的推薦值可參見(jiàn)實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)實(shí)用手冊(cè)）表 1-3 ：（2） 各級(jí)傳動(dòng)尺寸要協(xié)調(diào)合理。取i2 1.4i1總傳動(dòng)比i i1 i2 i 21.4i12i13.049 1.51.4i23.0492.01.5為保證頭架總體尺寸不至于過(guò)大，取小齒輪的齒數(shù)取Z3=20，根據(jù)有關(guān)資料的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取模數(shù)m=2則個(gè)齒輪的尺寸為：小齒輪Z3=20d3Z3m20240 mmZ2201.5 30介輪d302 60 mm2Z13 026 0中心輪d26 021 2m0m齒輪齒數(shù)確定后，算得傳動(dòng)比誤差，總齒數(shù)比為：uZ1Z 260 30Z2Z3330 20傳動(dòng)比誤差為：uu u 3.049 3uu1.6%3.049誤差在5% 內(nèi)，滿足誤差要求。圖 3 三軸頭架的俯視圖則軸頭架的工藝尺寸（見(jiàn)圖 3）（1） 進(jìn)行正式的三孔加工時(shí)dmin2 ( d1d2d3 )2 (1206040 ) 20mm222222dmax2 ( d3d2d1 )2 (4060120) 280mm2222但由于支架的尺寸影響，不可能達(dá)到理論最小均布直徑，根據(jù)支架的外型尺寸，頭架能夠加工的最小均布直徑為50mm.(20) 作雙軸頭架使用，鉆削雙孔時(shí)Lmax0242.5mmdmax cos30Lmind1d20d2d3120600604022cos30222cos3039.6mm22222但是，作用軸頭架使用時(shí)算的Lm i n是達(dá)不到的， 因?yàn)殂@削主軸支架的厚度限制，具體尺寸在裝配圖完全確定后才能確定。（約為50mm）3.3 三軸頭架的傳動(dòng)設(shè)計(jì)齒輪的設(shè)計(jì)演算（參考機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)I ）（ 1）選擇齒輪的材料查表 8 17小齒輪選用 40Cr 調(diào)制處理介輪選用 45 調(diào)質(zhì)處理中心輪選用 45 正火處理（2） 對(duì)中心輪進(jìn)行齒根彎曲強(qiáng)度校核計(jì)算由式（ 8 66）F2KT1 YFYS YFbd1maa確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，小齒輪的轉(zhuǎn)速算得為426.8rmin 以上，最高達(dá) 1000rmin 左右，小齒輪的圓周速度v1nd426.80.04 53.6m / minv2nd11000.04 138.2m / min參考表 814， 8 15 選取齒寬系數(shù)b0.4 查表 823 按齒輪相對(duì)軸承為懸臂布置小齒輪轉(zhuǎn)矩，按最大值計(jì)算為T(mén)3=13.1Nm( 高速鋼鉆頭鉆削灰鑄鐵時(shí) )，根據(jù)介輪受力分析T2T3 d213.160 19.65Nmd340載荷系數(shù) K由式（ 854）得KKAKVK K使用系數(shù) K A 1.25查表 8-20動(dòng)載荷系數(shù) KV1.07 查表 8-57齒向載荷分布系數(shù)K1.11查表 8-60齒間載荷分布系數(shù)K1.15查表 8-55 及=0 得查表 8-21 并查值則動(dòng)載荷系數(shù) K=1.25 1.07 1.11 1.15=1.71齒型動(dòng)載荷系數(shù) YF查圖 8-67 得a中心輪YF2.28a 1介輪YFa22.52應(yīng)力修正系數(shù) YS查圖 8-68a1中心輪YS1.73a1介輪YSa21.625重合度系數(shù)Y由式 8-67Y =0.25+0.75=0.25+0.751.72=0.69許用彎曲應(yīng)力F由式 8-71F = F lim =F2F lim2 YN2 Yx2 / SFSF彎曲疲勞極限F lim查圖 8-72應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式8-70得N1 60njLh601401(82008) 3.2 108 ）N2 = 60 1402 (82008)2.2108彎曲壽命系數(shù)YN1查圖 8-73尺寸系數(shù)Yx1查圖 8-74安全系數(shù)SF 1.3查圖 8-27則F1YY /S F 0 1 11.3=300NmmFl i m 1 N11x=39FF lim2 YN2Yx/ SF =460 111.3=354Nmm22又因?yàn)橹行妮嘄X寬bd d30.46016mmb2b16mm介輪齒寬較大，在計(jì)算時(shí)按b3b2(510)20mm（已經(jīng)取得比實(shí)際值大，若校核安全，則肯定安全）故2 1.711 96 5 0F6 022.28 1.73 0.69 76.22 02 1.711 96 5 0F2 66 022.28 1.73 0.69 58.6（3） 對(duì)小齒輪進(jìn)行齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算由式 8-63得2KT1u 1HZEZHZubd12齒寬系數(shù)查表 8-23，按齒輪相對(duì)軸承為懸臂布置，取齒寬bdd 0. 4 6 0 1m6m3介輪齒寬暫取 b2b16mm，實(shí)際不止這尺寸，則按照他校核安全，則介輪肯定安全。小齒齒寬b3b2(510)20mm小齒輪轉(zhuǎn)矩T31 3. 1Nm（注：為極大值）載荷系數(shù) K由式（ 8 54）得KKAKVK K使用系數(shù) K A 1.25查表 8-20動(dòng)載荷系數(shù) KV1.07 查表 8-57齒向載荷分布系數(shù) K1.11查表 8-60齒間載荷分布系數(shù) K1.10查表 8-55 及=0 得v1.88 3.2 ( 11 ) cos1.883.2 (11 ) 1.62Z2Z33020查表 8-21 并查值則載荷系數(shù)K1.251.071.11 1.101.63彈性系數(shù)H lim2ZE189. 8查表 8-22節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)Z H2. 5查表 8-64重合度系數(shù)Z0. 9查表（0）8-65許用接觸應(yīng)力H式 8-69 得H 2H lim3 Z N ZW / ZH接觸疲勞極限 應(yīng) 力H lim2 570N / mm 、H lim3 1480N / mm 查圖 8-69應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式8-70得N22.2 108（已算得）N160njL h60426.8 1(8200 8)3.28 108則查圖 8-70 得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)ZN2 、Z N3 （不允許有點(diǎn)蝕）硬化系數(shù)ZW查圖 8-71 及說(shuō)明接觸強(qiáng)度安全系數(shù)SH查表 8-27，按一般可靠度查得SH min1.01.1取H 3H 3=5701 11.1=518Nmm=1480111.1=1345Nmm齒數(shù)比Z230故u1.5Z320H 2H 321.6313100(1.51)189.8 2.5 0.9244021.5581.4N / mm21.6313100(1.51)189.8 2.5 0.9204021.5649.6N / mm軸的設(shè)計(jì)與校核（ 1）小軸的設(shè)計(jì)校核1）小軸最大轉(zhuǎn)矩T313.1N / m2）作用在齒輪的力圓周力Ft2T321 3.16 5N5d30. 04徑向力FrFt02 3N8. 4t a n 2 03）確定軸的最小直徑選取軸的材料為 45 鋼調(diào)質(zhì)處理，按式 4-2 初估軸的最小直徑，查表4-2 取 A=115，可得高速鋼鉆頭鉆削碳素鋼時(shí)0.54dmin1115311.7mm高速鋼鉆頭鉆削灰鑄鐵時(shí)dmin 2115 3 0.5913.5mm426.8硬質(zhì)合金鉆頭鉆削灰鑄鐵時(shí)0.96dmin311539.9mm當(dāng)軸上開(kāi)有鍵槽時(shí)會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，要適當(dāng)增大軸的直徑。軸段上有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大35%，故dmindmin2 (15%)14.5 (1 5%)14.175mm4 ）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)A擬定軸上零件的裝配方案（見(jiàn)圖4）B按軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度軸段1 齒輪左端用彈簧擋圈定位，按軸段1 的直徑d120mm，取擋圈直徑D=18.5mm(GB894.1-86).取 d119.9mm.軸段 2 該軸段安裝滾動(dòng)軸承。 此軸承主要承受切削力， 即軸向力，選用單向推力軸承，取軸段直徑d225mm ，選用 8205 型單向推力軸承，尺寸dD T=25 47 15. 取齒輪墊圈的厚度為2mm,銅套的長(zhǎng)度取為45mm,L32451562mm軸段 3 該軸段為夾頭， 起加緊鉆頭的作用， 其具體尺寸有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，此處不再詳細(xì)分析。夾頭圖 4 小軸的裝配簡(jiǎn)圖5 ）軸上零件的周向定位齒輪與軸 的周 向定位 采用A 型普 通平鍵 ，尺 寸為bhl6616 ，為了保證齒輪與軸有良好的對(duì)中性，取齒輪與軸的配合為 H 7 / r 6 。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是采用過(guò)渡配合保證的，此軸段公差取為j 6 。6 ）確定軸上零件圓角和倒角尺寸各軸肩處的圓角半徑見(jiàn)圖3，軸端倒角取 1 450 。7 ）軸的強(qiáng)度校核A ）求軸的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出計(jì)算簡(jiǎn)圖，在確定軸承支點(diǎn)位置時(shí)，因其只承受軸向力，對(duì)軸的強(qiáng)度無(wú)影響，而銅套與軸的配合段可視為墻壁。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖、扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖和彎矩圖可以看出，A 截面的當(dāng)量彎矩最大， 是軸的危險(xiǎn)截面。A截面處的、 M 及60N / mm2 的數(shù)值如下彎矩MH和MV水平面M H26200N mm垂直面M V9536N mm合成彎矩 MM(M H 2M V 2(26200 29536 2 )27881.5 N .mm扭矩TT13100 N .mm當(dāng)量彎矩(M 2( T)2(8364.4 22M ca(0.6 13100 ) 11477.9N .mmB）校核軸的強(qiáng)度軸的材料為45 鋼，調(diào)質(zhì)處理， 由表 4-1 查得2B6 5 0N m. m，則0. 0 90. B1，即 58 65Nmm, 取60N / mm2 ，軸的計(jì)算應(yīng)力為caM ca27811.547.860N / mm2W1 183根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，該軸滿足強(qiáng)度要求。小軸的受力分析簡(jiǎn)圖（3） 介輪軸的設(shè)計(jì)校核1） 求軸上的轉(zhuǎn)矩 T1d260T2F226552196500 N .mm2） 求作用在齒輪上的力圓周力Ft 1Ft3655N徑向力Fr1Fr 3238.4N3） 確定軸的最小直徑選取軸的材料為45 鋼調(diào)質(zhì)處理，按式4-2 初估軸的最小直徑，查表 4-2取 A=115，可得dmin1 115 3P /1153 0.59 / 0.9814.8mmn / i1426.8 /1.54） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)擬定軸上零件的裝配繁方案（見(jiàn)圖5）A 按軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度軸段 1 左端用螺母定位，螺紋選用M20，配合螺母選用M20，規(guī)格為 GB6172-86，m=10,螺紋長(zhǎng)度為 l=18mm,L=18+4=22mm.軸段 2 固定介輪軸用，為保證其垂直度、同軸度不受影響齒輪齒輪嚙合，選L=24mm,d=22mm.軸肩 3與螺母擰緊相互作用，另外，由于2、4 段的表面 粗 糙 度 有 要 求 ， 留 有 退 刀 槽 ， 軸 肩 取L=4mm,則L=4+2+2=8mm,d=38mm.軸段 4軸段長(zhǎng)度為齒輪長(zhǎng)度與小軸銅套長(zhǎng)度及墊圈之和 L=66+2=2+39+6=111mm,直徑取 d=22mm。圖 5 介輪軸的裝配簡(jiǎn)圖B 軸上零件的周向定位與小軸架用的銷(xiāo)聯(lián)接，選取d=4mm,L=22+220=62mm。而銅套與軸之間用間隙配合，功能相當(dāng)于滑動(dòng)軸承，配合取H7 ,取60N / mm2 ，軸的計(jì)算應(yīng)力為caM27811.547.860N / mm2W1 183根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，該軸滿足強(qiáng)度要求。介輪軸的受力分析簡(jiǎn)圖（4） 中心軸的設(shè)計(jì)校核1） 求軸上的轉(zhuǎn)矩 T2T2 F1d1655120239300 N .mm22）求作用在齒輪上的力圓周力FtFt 3655N徑向力Fr Ft tan655 tan200238.4N3）確定軸的最小直徑選取軸的材料為45 鋼調(diào)質(zhì)處理，按式4-2 初估軸的最小直徑，查表 4-2 取 A=115，可得dmin1115 3 3P/ 6115 3 3 0.59/ 0.98627.9mmn140當(dāng)軸上開(kāi)有鍵槽時(shí)會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，要適當(dāng)增大軸的直徑。軸上有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大35%，故dmin dmin1 (1 5%) 27.9 (1 5%)29.3mm4 ） A 擬定軸上零件的裝配繁方案（見(jiàn)圖6）B 按軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度軸段 1 跟機(jī)床主軸的 4 號(hào)莫氏錐度配合，錐度長(zhǎng)103mm,加上過(guò)渡部分總長(zhǎng) L=103+7=120mm,大端直徑為31.926mm。軸段2對(duì)軸承進(jìn)行密封防塵，選用氈圈55JBZQ4606-86dd(1 5%)minmin127.9(15%)29.3mm，min，15mm，取 min 16mm，即 L=16mm,d外 70mm , 比軸承外圈略小，d內(nèi)51mm，比氈圈內(nèi)徑略大，有助于緊固零件。軸段 3 該軸段安裝滾動(dòng)軸承，考慮軸承承受徑向力之外還要承受頭架的重量，選擇角接觸球軸承。取軸段直 徑d=35mm,選 用36207 型 角 接 觸 球 軸 承 ， 尺 寸dDT357217mm。為了安裝軸承，左端用軸肩定位，取 m=3mm,則 L=3+17+20+17+4=61mm.軸段 4 該軸段安裝齒輪，左端用軸肩定位，右端用彈性擋圈定位，取軸段直徑 d=32mm，已知齒寬 20mm,為了更好地壓緊齒輪，按擋圈的配合要求，l=19.9mm,L=20+1+3=24mm。圖 6 中心軸的裝配簡(jiǎn)圖C 軸上零件的周向定位齒輪與軸 的周 向定位 采用A 型普 通平鍵 ，尺 寸為b h l 10 8 18 mm，為了保證齒輪與軸有良好的對(duì)中性，取齒輪與軸的配合為 H 7 / r 6 。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是采用過(guò)渡配合保證的，因此軸段直徑尺寸公差取為k6 。D 確定軸上圓角和倒角尺寸各軸肩處的圓角半徑見(jiàn)圖3，軸端倒角取 1 4505）軸的強(qiáng)度校核A 求軸的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出計(jì)算簡(jiǎn)圖，在確定軸承支點(diǎn)位置時(shí)，從手冊(cè)中查取 a 值（軸承的支反力作用點(diǎn)與軸承的距離）。對(duì)于 36207型角接觸球軸承，查得a15.7 mm