联轴器加工工艺与工装设计-机械设计及其自动化毕业论.doc

2014届届 分 类 号:TH133.4 单位代码:10452 毕业论文（设计） 联轴器加工工艺与工装设计联轴器加工工艺与工装设计 姓 名 秦 伟 学 号 201004150447 年 级 2010 专 业 机械设计制造及其自动化 系 （院） 机械工程学院 指导教师 马保聪 2014 年 3 月 30 日 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 摘 要 联轴器是用来把两个相邻轴端联接起来的装置。在机械结构中，联轴器被用来实 现相邻的两根转轴之间的半永久性联接。在机器的正常使用期间内，这种联接一般不 必拆开，在这种意义上，可以说联轴器的联接是永久性的。但是在紧急情况下，或者 需要更换以磨损的零件时，可以先把联轴器拆开，然后再联接上。 联轴器有几种类型，它们的特性随其用途而定。本文通过分析联轴器的结构，而 从拟定设计方案、夹具配件的制作及装配分析整个过程，分别论述了认真掌握夹具设 计原则，合理地安排工艺，是可以制作成结构合理、定位可靠、经济实用的夹具。 关键词：联轴器；多轴头；夹具；定位 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 ABSTRACT A coupling is a device for connecting the eds of adjacent shafts. In machine construction, ouplings are used to effect a semipermanent connection between adjacent rotating shafts. The connection is permanent in the sense that it is not meant to be broken during the useful life of the machine, but it can be broken and restored in an emergency or when worn parts are replaced. There are several types of shaft couplings, their characteristics depend on the purpose for which they are used. This paper analyzes the structure of the coupling, and from the development of the design, production and assembly fixtures accessories analyze the whole process were discussed carefully grasp fixture design principles, reasonable arrangements for the process, can be made into a reasonable structure, positioning reliable and economical practical fixture. Key words: coupling; project; fixture; location 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 目 录 摘摘 要要 .I ABSTRACTABSTRACT .II 1 1 绪论绪论 1 1.1 多轴加工应用 1 1.1.1 多轴加工的类型：.1 1.1.2 多轴加工的特点：.1 1.1.3 多轴加工的设备.1 1.2 联轴器技术分析 2 1.3 论文研究的意义及现状 2 1.4 论文主要研究内容 3 1.5 研究目标 3 1.6 研究方法与手段 3 1.7 方案可行性分析 4 2 2 联轴器工艺分析联轴器工艺分析 5 2.1 课题简介 5 2.1 联轴器的分析 7 2.1.1 联轴器的作用.7 2.1.2 零件的工艺分析7 2.2 确定毛坯画零件图（附图） 7 2.3 工艺规程设计 8 2.3.1 制动轮.8 2.3.2 从动轴半联轴器.8 2.3 工艺规程设计 .10 2.3.1 制动轮.10 2.3.2 从动轴半联轴器.10 2.3.3 主动轴半联轴器.11 2.4 加工工序设计12 3 3 设计传动系统图设计传动系统图 .14 3.1 齿轮模数的确定 .14 3.2 确定工作轴直径 .14 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 3.3 选择传动方式 .14 3.4 确定主动轴中心位置 .15 3.5 确定传动比及齿轮的齿数 .16 3.6 惰轮的布置及其坐标计算 .17 3.7 绘制传动系统图 .19 3.8 检查结构上的干涉现象 .20 4 4 齿轮的几何尺寸计算齿轮的几何尺寸计算 .21 5 5 绘制多轴头总图绘制多轴头总图 .23 6 6 轴承寿命的计算轴承寿命的计算 .26 6.1 单列向心球轴承的验算 .26 6.2 止推轴承的验算 .27 结结 论论 28 参考文献参考文献 29 致致 谢谢 .30 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 1 1 绪论 1.1 多轴加工应用 1.1.11.1.1 多轴加工的类型：多轴加工的类型： 加工中心一般可以分为立式加工中心和卧式加工中心两种。三轴立式加工中心是 最有效的脸只有顶部的工件表面,卧式加工中心的帮助下一个转盘,还能完成加工。多 轴数控加工中心的特点是效率高、精度高,可以夹紧工件后完成五面加工工作台回转轴。 这种设置方式多轴数控机床的优点是:主轴的结构比较简单,主轴刚度很好,生产成 本低。而且一般表设计不是太大,轴承很小,特别是当一个轴旋转角度 90或工件切割 工作台时带来很多负载转矩。 立式主轴头回转。 这种设置方式多轴数控机床的优点:主轴的加工灵活,工作台可以设计得很大。用 球面铣刀加工曲面时,当刀具加工中心线垂直于表面的时候,由于球面铣刀顶点线性速 度为零,顶点减少了工件表面质量差,和采用的设计主轴,主轴相对于工件的角度来看, 球形铣刀切削。确保有一定的线速度,能提高表面处理的质量,这是加工中心的转盘是 难以实现。 1.1.21.1.2 多轴加工的特点：多轴加工的特点： 采用多轴数控加工，具有如下几个特点： （1）减少基准的转换，可以提高加工精度。所以说多轴的数控加工的工序不仅可 以提高了工艺的有效性，并且由于零件在整个加工过程中只需一次装夹，所以加工精 度更容易得到保证。 （2）减少工装夹具数量和占地面积。尽管多轴数控加工中心的单一的设备价格较 高,但由于缩短过程链和减少设备,工具和夹具数量、车间占地面积,设备维护成本降低。 （3）缩短生产的过程链，简化生产的管理。可以使多轴数控机床完成处理大大缩 短生产过程链,因为只处理任务工作,不仅简化了生产管理计划和调度,可以明显提高 透明度。使用更复杂的工件它相对传统生产过程方法的优势更加明显。同时由于缩短 生产过程链,在制品的数量会减少,可以简化生产管理,降低生产经营和管理的成本。 （4）新产品研发周期的缩：短新产品研发周期。对于航空航天、汽车等领域的企 业，有新产品部件和成型模具形状复杂,精度高,因此具有较高的灵活、高精度、高集 成和完整的多轴数控加工中心的处理能力可以很好地解决新产品研发过程中复杂零件 加工的精度和周期问题，大大缩短研发周期和提高新产品的成功率。 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 2 1.1.31.1.3 多轴加工的设备多轴加工的设备 多轴加工的饲料加工许多孔在同一时间或同时在许多相同的或不同的工件加工一 个洞。它不仅缩短加工时间,提高准确性和减少夹紧和定位时间,和不需要计算坐标数 控机床,减少词块和简化编程。处理:它可以使用处理以下:以下设备与多个主轴头钻或 摇臂钻床,多轴钻床,多轴组合机床和机床主轴箱的自动变化。甚至可以通过两个可以 自动调整主轴和主轴箱的轴距,结合数控工作台两个方向运动,处理各种各样的圆形或 椭圆形洞群一个或多个流程。 1.2 联轴器技术分析 （1）耦合是一种灵活的耦合,我们处理在两个同轴的旋转轴连接,有一个大两轴相 对偏移补偿,减震,缓冲,例如性能,灵活的耦合和聚氨酯橡胶。 （2）尺寸精度要求较高 40 孔的尺寸精度为，下偏差为 0，上偏差为+0.034，表 面粗糙度为 Ra1.6;2；120 与 68 相交端面处,相隔有 1.5 长的锥度,公差为上下偏差 0.05；32 联接孔之间的中心距 145,允许上下偏差为0.10;632 孔的深度 10， 允许上下偏差为0.05。 （3） 、有一定的形位公差要求：60 的端面相对于 40 孔的轴线垂直度 要求 为 0.05；618 孔相对于 40 孔轴线的位置度? 为 0.10;632 孔要求均布,分度 要求上下偏差为0.08; 1.3 论文研究的意义及现状 作为现代机械制造技术现代机械制造技术的基础，用机械制造过程发生明显的变 化。与传统加工技术相比，无论是在加工工艺，还是在加工过程控制和加工设备与工 艺装备等诸多方面均有显著不同。我们所熟悉的数控机床有三个直线坐标轴，多轴是 在一台机床上至少 4 轴1。所说通常的多轴数控加工是指第 4 轴以上的数控加工技术， 具有代表性的是 5 轴数控的加工。所以多轴数控加工能同时控制 4 个以上坐标轴的联 动，将数控铣、数控镗、数控钻等功能组合在一起，工件在一次装夹后，可以对加工 面进行铣、镗、钻等多工序加工，有效地避免了由于多次安装造成的定位误差，能缩 短生产周期，提高加工精度。随着模具制造技术的迅速发展，对加工中心的加工能力 和加工效率提出了更高的要求，因此多轴数控加工技术得到了空前的发展。 随着数控技术的发展,多轴数控加工中心越来越广泛的应用。他们最大的优点是容 易使复杂零件的加工,缩短加工周期,提高加工表面质量。改善产品质量,提高产品性能 需求,如灯模具、汽车车灯模具完成:双转台五轴联动加工,由于特殊的光学效果,大灯 模具用于反射无数小面加工精度和平滑指数非常高的要求,特别是光洁度,几乎需要一 个镜子的效果。采用高速切削工艺装备及五轴联动机床用球铣刀切削出镜面的效果， 就变得很容易，而过去的较为落后的加工工艺手段就几乎不可能实现。采用五轴联动 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 3 机床加工模具可以很快的完成模具加工，交货快，更好的保证模具的加工质量，使模 具加工变得更加容易，并且使模具修改变得容易。在传统的模具加工中，一般用立式 加工中心来完成工件的铣削加工。随着模具制造技术的不断发展，立式加工中心本身 的一些弱点表现得越来越明显。现代模具加工普遍使用球头铣刀来加工，球头铣刀在 模具加工中带来好处非常明显，但是如果用立式加工中心的话，其底面的线速度为零， 这样底面的光洁度就很差，如果使用四、五轴联动机床加工技术加工模具，可以克服 上述不足。 1.4 论文主要研究内容 参考有关资料，按照中小批生产（如年产 30005000 件） ，所以零件加工工艺； 件上 4 孔设计加工零件上 4 孔的工装多轴头。 多轴加工的饲料加工工件多个孔同时,可以缩短处理时间,提高准确性和减少夹紧 和定位时间,不必像在数控机床坐标计算等,简化了编程,它可以用于通用设备(立式、 摇臂钻床等)加工;保存特殊设备投资2。 零件加工技术和齿轮传动轴头设计更多的是一种传统的机械,它是程序设计功能强、 但更高要求设计师的机械的基础知识。学生毕业前,全面的教育和培训,为未来打下良 好的基础参与工作。 （1）根据国家有关标准和实际需要，完善被加工零件GY5 35X60（半）联轴器 的图纸，结构和要求合理、正确； （2）根据零件的具体要求，合理安排零件加工工艺； （3）设计加工零件上 4 孔的工装多轴头及夹具，分析、计算和结构合理、正确； 画多轴头及夹具装配图和主要零件图（用 AutoCAD） 。 1.5 研究目标 通过此主题设计过程文档准备锻炼和发展自己的能力,熟悉常用材料的使用性能, 正确选择材料;主夹具设计的基本方法和机械零件设计的基本程序和方法; 掌握制造过 程的加工过程,一般的生产流程和方法有初步的了解,知识常用的组件的设计软件,能熟 练使用 2 d 和 3 d 设计软件。机械加工技术加工的产品能满足图纸的技术要求。让自 己在大学四年得到全面的总结和巩固知识,以前学到的知识来考虑,更好的掌握知识,为 将来的工作打下良好的基础。 1.6 研究方法与手段 （1）研究、消化原始数据,收集相关机械零件设计,装配工艺,机械加工、制造技术 和相关信息,使用设计;消化部分图,了解零件的目的,可制造性分析的部分,尺寸精度等技 术要求,过程数据的分析,了解材料的性能、特点和部分工艺参数; （2）确定工艺方案，制定加工工艺文件； 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 4 （3）完成零件图的制作。 （4) 设计加工零件上4孔的工装多轴头，分析、计算和结构合理、正确。 （5) 设计并制定出结构部件的尺寸，通过计算选取标准化零件。 （6) 用 AutoCAD画出多轴头装配图和主要零件图。 1.7 方案可行性分析 （1）查阅相关文献，搜集有关资料。 （2）通过下工厂调研观察实物，对联轴器的工作原理，结构，特点有进一步的了 解。并观察与其配套的多轴头结构形成初步映像。 （3）通过老师指导,同学讨论确定方案。 （4）根据国家有关标准，设计产品。 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 5 2 2 联轴器工艺分析联轴器工艺分析 2.1 课题简介 MLL-I 型得带制动轮梅花形弹性联轴器，在动力过程和传递运动动力过 程中一同回转而不脱开的一种装置 3。此外 ,耦合补偿两轴相对位移 ,缓冲 和减振和安全保护等功能。结构简单、维护方便,耐磨 ,加工精度不高 ,适应 性广 ,可用于多种小功率水平或垂直轴系统,工作温度在 - 35 C 80C。 图 1 联轴器 技术参数如表1 所示 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 6 表 1 技术参数 长度沉孔 尺寸 键槽型号轴孔 直径 d1 LL 1 d3Rbt L 0 D 0 BDD 1 d0h MLL4 -I-160 308260551. 5 833. 3 19 1 16 0 7010 5 7210 0 2 0 MLL4 -I-200 308260551. 5 833. 3 19 1 20 0 8010 5 7210 0 2 0 MLL5 -I-200 3582605521 0 38. 3 19 7 20 0 8512 5 9012 2 2 5 MLL6 -I- 1200 3882606521 0 41. 3 20 3 20 0 8514 5 10 4 14 0 3 0 MLL6 -I-250 3882606521 0 41. 3 20 3 25 0 10 5 17 0 13 0 16 6 3 0 MLL7 -I-250 5011 2 849521 4 53. 8 26 5 25 0 10 5 17 0 13 0 16 6 3 0 MLL7 -I-315 5011 2 849521 4 53. 8 26 5 31 5 13 5 20 0 15 6 19 6 3 5 MLL8 -I-315 5511 2 84952. 5 1 6 59. 3 27 2 31 5 13 5 20 0 15 6 19 6 3 5 MLL8 -I-400 5511 2 84952. 5 1 6 59. 3 27 2 40 0 17 0 20 0 15 6 19 6 3 5 MLL9 -I-400 7014 2 10 7 12 0 2. 5 2 0 74. 9 33 4 40 0 17 0 23 0 18 0 22 5 3 5 MLL9 -I-500 7014 2 10 7 12 0 2. 5 2 0 74. 9 33 4 50 0 21 0 23 0 18 0 22 5 3 5 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 7 2.1 联轴器的分析 2.1.12.1.1 联轴器的作用联轴器的作用 MLL-I 型与制联轴器连接两个或两个轴和传动轴旋转在动力过程和传递 运动 动力过程中一同回转而不脱开的一种装置。此外,耦合补偿两轴相对位 移,安全保护等功能。结构简单、维护方便,耐磨 ,加工精度不高 ,适应性广 ,可 用于多种小功率水平或垂直轴系统,工作温度在 - 35 C 80C4。 装配图如图所示 ,在驱动轴与键槽连接耦合,在键槽的驱动联轴器连接, 用一块梅花形弹性中间的两个半块间隙耦合传递运动和动力,外圆柱制动的 制动轮 ,能保证它停止转动速度不太高。 2.1.22.1.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 该设计均为 MLL-I-160 型系列为例。查机械设计手册.第二版 .第四卷 . 第五张可知： （1）梅花形弹性元件的材料以聚酯型聚氨橡胶为主，它不但具有高的弹性 和耐磨性，而且耐冲击，并有耐油性，易于成型等特点。故该零件可直接浇注 成型。壁厚 10mm。 （2）两版联轴器的材料均为铸刚ZG310-570，查机械设计课程设计手册， 表 2-5 GB11352-89 摘录，可知抗拉强度为570Mpa，屈服强度为310Mpa， 伸长率为 15%，正火、回火硬度 153HBS，表面淬火硬度为 4050HRC。 由表可知，当直径d1=30mm 时，沉孔尺寸d3=55mm R=1.5mm，键槽尺寸 b=8mm，t=33.3mm。轴孔是需要配合的表面，因此需精加工，还有键是标准件， 因此也需要精加工。 主动轴半联轴器上有三个螺栓孔，厚度为10mm，根据机械设计课程设计手 册，表 3-9 可查得 M12x30，因此孔直径为12mm，性能等级 8.8 级，全 螺纹。 （3）制动轮材料为ZG45，查机械设计课程设计手册，GB700-88 摘录， 表 2-6，其抗拉强度为600Mpa，屈服强度为355Mpa，伸长率为 16%，未经 热处理的硬度为229HBS，经热处理后为197HBS。 制动轮上三螺栓孔是和主动轴半联轴器相联接的，因此直径也为 12mm，铸造出的厚度为10mm。 2.2 确定毛坯画零件图（附图） 根据以上分析确定毛坯均为铸件，而弹性元件是直接浇注成型。由已知资料 可知，弹性件型号为M74，质量为 8.5kg。 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 8 毛坯的铸造方法采用型砂造型。由于两孔均需铸出，故还应安放型芯。此外， 为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。 弹性元件瓣的直径为，MLL4-I-160 型取 d=20mm1)4 . 02 . 0(dD 各加工表面总余量如下表2： 表 2 加工表面总余量 加工表面基本尺寸加工余量数值毛坯尺寸 制动轮外圆表面 160mm6mm166mm 主动轴联轴器轴孔 30mm6mm24mm 主动轴联轴器左端面 L0-L=109mm3.5mm112.5mm 从动轴联轴器右端面 L0-L=109mm3.5mm112.5mm 由原始资料给的基本参数和主要尺寸表和机械设计手册表2 和表 3 可 选出下面 14 个型号的尺寸及参数如下表3。 2.3 工艺规程设计 2.3.12.3.1 制动轮制动轮 （1）定位基准的选择 精基准的选择 :制动轮中心孔中心线既是装配基准和设计的基础上,用 它作为基准 ,遵循 “基准叠加 ”的原则处理 ,其余的表面和孔加工还可以使用 它来定位 ,这样使过程遵循 “基准统一 ”的原则。 粗基准的选择：考虑刀以下几点要求，选择制动轮零件的重要表面即 160 的外圆表面作粗基准。首先,在保证的前提下加工表面机械加工余量,尽 量做出重要表面机械加工余量均匀,第二 ,安装在轴耦合制动轮有足够的配合 间隙 ,圆柱轴洞 ;此外 ,您应该能够保证定位的准确性,夹紧可靠 ,操作方便 5。 （2）制定工艺路线 根据各表面加工要求和各种方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方 法如下： N 面和 Q 面：粗铣； P 面和 M 面：粗车； D0 的圆柱面：粗车 半精车； 3x12 的孔：钻孔； 65 的内孔：铸造。拟订的工艺路线如制动轮 的工艺过程卡片。 2.3.22.3.2 从动轴半联轴器从动轴半联轴器 （1）定位基准的选择 精基准的选择：从动轴半联轴器的内孔d1 和左端面既是装配基准，又 是设计基准，用它作精基准，能使加工遵循“基准重合 ”原则，其余各面 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 9 和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了 “基准统一 ”的原则 5； 此外，左端面A 的面积较大， 定位 较稳定，夹紧方案也较简单，可靠，操 作方 便。 粗基准的选择：考虑以下要求，选择从动轴半联轴器的内孔d1 的毛坯。 表 3 轴孔直径 长度沉孔 尺寸 键槽型号轴 孔 直 径 d1 LL 1 d3Rbt L 0 D0BDD 1 d0h MLL4- I-160 308260551. 5 833. 3 19 1 16 0 701057210 0 20 MLL4- I-200 308260551. 5 833. 3 19 1 20 0 801057210 0 20 MLL5- I-200 3582605521 0 38. 3 19 7 20 0 851259012 2 25 MLL6- I-1200 3882606521 0 41. 3 20 3 20 0 8514510 4 14 0 30 MLL6- I-250 3882606521 0 41. 3 20 3 25 0 10517013 0 16 6 30 MLL7- I-250 5011 2 849521 4 53. 8 26 5 25 0 10517013 0 16 6 30 MLL7- I-315 5011 2 849521 4 53. 8 26 5 31 5 13520015 6 19 6 35 MLL8- I-315 5511 2 84952. 5 1 6 59. 3 27 2 31 5 13520015 6 19 6 35 MLL8- I-400 5511 2 84952. 5 1 6 59. 3 27 2 40 0 17020015 6 19 6 35 MLL9- I-400 7014 2 10 7 12 0 2. 5 2 0 74. 9 33 4 40 0 17023018 0 22 5 35 MLL9- I-500 7014 2 10 7 12 0 2. 5 2 0 74. 9 33 4 50 0 21023018 0 22 5 35 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 10 MLL10 -I-50 8517 2 13 2 14 0 32 2 90. 4 40 4 50 0 21026020 5 25 5 45 2.3 工艺规程设计 2.3.12.3.1 制动轮制动轮 （1）定位基准的选择 精基准的选择 :制动轮中心孔中心线既是装配基准和设计的基础上,用 它作为基准 ,遵循 “基准叠加 ”的原则处理 ,其余的表面和孔加工还可以使用 它来定位 ,这样使过程遵循 “基准统一 ”的原则 6。 粗基准的选择：考虑刀以下几点要求，选择制动轮零件的重要表面即 160 的外圆表面作粗基准。首先,在保证的前提下加工表面机械加工余量,尽 量做出重要表面机械加工余量均匀,第二 ,安装在轴耦合制动轮有足够的配合 间隙 ,圆柱轴洞 ;此外 ,您应该能够保证定位的准确性,夹紧可靠 ,操作方便。 （2）制定工艺路线 根据各表面加工要求和各种方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方 法如下： N 面和 Q 面：粗铣； P 面和 M 面：粗车； D0 的圆柱面：粗车 半精车； 3x12 的孔：钻孔； 65 的内孔：铸造。 拟订的工艺路线如制动轮的工艺过程卡片。 2.3.22.3.2 从动轴半联轴器从动轴半联轴器 （1）定位基准的选择 精基准的选择：从动轴半联轴器的内孔d1 和左端面既是装配基准，又 是设计基准，用它作精基准，能使加工遵循“基准重合 ”原则，其余各面 和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一 ”的原则； 此外，左端面A 的面积较大，定位较稳定，夹紧方案也较简单，可靠，操作方 便。 粗基准的选择：考虑以下几点要求，选择从动轴半联轴器的内孔d1 的毛坯孔作粗基准。 首先 ,在保证的前提下加工表面机械加工余量,使重要的表面和孔机械加 工余量尽可能均匀 ,第二 ,加载部分轴孔内孔和轴有足够的配合间隙,此外 , 还应能够保证定位的准确性,夹紧可靠。 （2）制定工艺路线 根据各表面加工要求和各种方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方 法如下： A 面和凸爪表面：粗车；内孔d1：扩孔 铰孔；键槽 S：插键槽； N 面、凸爪侧面和内侧：粗铣。 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 11 根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则， 拟订 加工工艺路线如从动轴半联轴器的工艺过程卡片。 2.3.32.3.3 主动轴半联轴器主动轴半联轴器 （1）定位基准的选择 精基准的选择：主动轴半联轴器的内孔d2 和右端面既是装配基准，又 是设计基准，用它作精基准，能使加工遵循“基准重合 ”原则，其余各面 和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一 ”的原则； 此外，右端面A 的面积较大，定位较稳定，夹紧方案也较简单，可靠，操作 方便 6。 粗基准的选择：考虑以下几点要求，选择主动轴半联轴器的内孔d2 的毛坯孔作粗基准。 第一，在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要面和孔的加工余量 尽量均匀，第二，装人轴孔内的零件与轴孔有足够的配合间隙，此外，还应能 保证定位准确，夹紧可靠。 （2）制定工艺路线根据各表面；加工要求和各种方法能达到的经济精度， 确定各表面的加工方法如下：A 面和 B 面：粗车；内孔d2：扩孔 铰孔； 键槽 S：插键槽；沉孔：扩孔；D 面、E 面凸爪 两侧及内侧 ：粗铣； 12 的孔：钻孔 攻螺纹。 根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，拟订 加工工艺路线如主动轴半联轴器的工艺过程卡片。 （3）选择加工设备和刀、夹、量具。由于生产批量生产,所以适当的 以通用机床加工设备为主,辅以少量的特殊的机床,其生产方法是使用机器和 特殊夹具为主 ,辅以少量的特殊机床生产线。工件在机床上的装卸及机床间 的传递均由人工完成。1 制动轮的加工： 粗铣 N 面和 Q 面采用立式铣床， X52K，刀具采用高速钢圆盘铣刀，材 料为 YT15，量检具采用游标卡尺，GB121485。 粗车 P 面和 M 面采用普通卧式车床，CA6140，刀具采用 60 的车刀， 材料为 YT15，量检具采用游标卡尺，GB121485。 粗车 D0 的圆柱面采用普通卧式车床，CA6140，刀具采用 90 的车刀， 材料为 YT15，量检具采用游标卡尺，GB121485。 钻 12 的孔采用摇臂钻， Z3025，钻头采用 12 的麻花钻，材料为 W18Cr4v，量检具采用游标卡尺，GB121485。 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 12 （4）从动轴半联轴器的加工：粗车 A 面及车外圆倒角采用普通卧式 车床， CA6140，刀具采用 90 的车 刀，材料为 YT15，量检具采用游标卡 尺， GB121485。 扩、铰 d1 的孔并孔内倒角采用普通立式钻床，Z40，钻头采用 30 的 扩孔钻，材料为W18Cr4v，倒角的钻头采用35 的扩孔钻，材料为 W18Cr4v，铰刀的材料也为W18Cr4v，量检具采用游标卡尺，GB1214 85。 插键槽采用采用普通卧式车床，CA6140 ，刀具采用插刀，量检具采用 游标卡尺， GB121485。 铣凸爪表面及侧面采用卧式铣床，X62W，刀具采用高速钢圆盘铣刀， 材料为 YT15，量检具采用游标卡尺，GB121485。 （5）3 主动轴半联轴器的加工：加工设备同从动轴半联轴器 12 的螺纹孔采用摇臂钻，Z3025，钻头采用 11.8 的麻花钻，材料为 W18Cr4v，攻螺纹采用台虎钳，螺丝刀为12，量检具采用游标卡尺， GB121485。 2.4 加工工序设计 （1）1 制动轮的加工： 工序 40 粗铣 N 面及粗铣 Q 面至尺寸 70mm，查金属机械加工工艺人员 手册表 1467，得切削速度为44.9m/min，切削深度为3mm，进给量为 0.1mm/min，计算出转速为583r/min。 工序 50 粗车 P 面及粗车 M 面至 20mm，查手册表 141，得切削速度 为 255m/min，切削深度为1.5mm，进给量为 0.15mm/min，计算出转速为 478r/min。 工序 60 粗车 D0 的圆柱面 160.5mm 同工序 50 工序 70 半精车 D0 的圆柱面 160mm，查手册表 141，得切削速度为 277m/min，切削深度为1mm，进给量为 0.1 mm/min，计算出转速为 615r/min。 工序 80 钻孔 3x12 的孔查手册表1429，得切削速度为26m/min， 进给量为 0.2 mm/min，计算出转速为200r/min。 （2）2 从动轴半联轴器的加工：工序40 粗车 A 面并车外圆倒角查手册 141，得切削速度为255m/min，切削深度为1.5mm，进给量为 0.15mm/min，计算出转速为478r/min。 工序 50 扩铰孔 d1 并孔内倒角查手册表1429，得切削速度为 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 13 49.1m/min。 工序 60 插键槽 S 查手册表 1419，得切削速度为9m/min， 进给量为 0.12 mm/min，计算转速为128r/min。 工序 70 粗车凸爪表面查手册表141，得切削速度为255m/min，切削 深度为 1.5mm，进给量为 0.15mm/min，计算出转速为478r/min。 工序 80 铣凸爪亮侧面及内侧查手册表1467，得切削速度为 44.9m/min，切削深度为3mm，进给量为 0.1mm/min，计算出转速为 583r/min。 工序 90 铣 N 面查手册表 1467，得切削速度为44.9m/min，切削深度 为 3mm，进给量为 0.1mm/min，计算出转速为583r/min。 3 主动轴半联轴器的加工：工序40 粗车 A 面并车外圆倒角 查手册表 141，得切削速度为255m/min，切削深度为1.5mm，进给 量为 0.15mm/min，计算出转速为478r/min。工序 50 扩铰孔 d2 并孔内倒角 查手册表 1429，得切削速度为49.1m/min， 进给量为 0.008 mm/min， 计算出转速为216r/min。 （3）工序 60 插键槽 S 查手册表 1419，得切削速度为9m/min， 进 给量为 0.12 mm/min，计算转速为128r/min。 （4）工序 70 车 B 面查手册表 141，得切削速度为255m/min，切削 深度为 1.5mm，进给量为 0.15mm/min，计算出转速为478r/min。 （5）工序 80 扩沉孔 55mm 查手册表 1429，得切削速度为 49.1m/min， 进给量为 0.008 mm/min，计算出转速为216r/min。 （6）工序 90 粗铣凸爪 E 面，查手册表 1467，得切削速度为 44.9m/min，切削深度为3mm，进给量为 0.1mm/min，计算出转速为 583r/min。 （7）工序 100 铣凸爪两侧面及内侧，查手册表 1467，得切削速度为 44.9m/min，切削深度为3mm，进给量为 0.1mm/min，计算出转速为 583r/min。 （8）工序 110 铣 D 面,查手册表 1467，得切削速度为44.9m/min， 切削深度为 3mm，进给量为 0.1mm/min，计算出转速为583r/min。 （9）工序 120 钻孔 12mm，查手册表 1429，得切削速度为 26m/min， 进给量为 0.2 mm/min，计算出转速为200r/min。 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 14 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 15 3 设计传动系统图 多轴头齿轮传动系统的设计是保证技术要求,并确保多轴头结构紧凑。齿轮传动系 统的设计计算,其内容包括：齿轮模数和工作轴直径的确定，传动方式的选择，主动轴 中心位置的确定，传动比及齿轮齿数的确定，布置惰轮，检查结构上的干涉现象，传 动系统图的坐标计算与绘制等7。齿轮传动系统图应按照所规定的符号绘制。齿轮中心 及分度圆应尽可能画得准确（精度在 0.20.3mm），这样便于用图解法核对所计算的 坐标尺寸。 在齿轮传动系统图中应清晰的表明：齿轮的传动方式，各齿轮的齿数及模数，主 动轴及工作轴的旋转方向，齿轮层数（对两层以上）。同时还应在图旁注明：工作轴 每分钟转速、工作轴每分钟进给量及传动比等。 下面按设计步骤分别讨论每项内容的设计要求和设计方法。 3.1 齿轮模数的确定 在一般齿轮传动设计中，齿轮模数是按齿轮的抗弯强度和齿面疲劳强度计算的， 然后经过试验确定。但是由于齿轮传动多轴头在生产中早已广泛应用，在使用和制造 方面已有一定的经验，在1中，有关多轴头齿轮的结构和规格参数，以及齿轮的材 料、热处理、齿宽及工作条件都作了规定，所以当利用1所介绍的齿轮进行设计时， 可根据加工孔径，按表 3-1 查得齿轮模数，此表查得的模数为主动轮的模数，每个主 动齿轮可带动三个工作轴。 从1中 2-1 中查得：主动轮的模数 m2。 3.2 确定工作轴直径 多轴头工作轴直径是按扭转刚度所计算的，若工作轴不兼做中间轴使用时，其直 径可按1中表 2-2 查得，工作轴直径 d15mm。 3.3 选择传动方式 齿轮传动系统的多轴头通常是固定轴轮系、驱动轴、轴、从动轴的中心距是固定 的。但是因为有很多加工孔位置之间的不同形式的安排,使传动系统图也出现各种各样 的类型。下面列出各种传动类型，供参考。 （1）按齿轮组合形式分按齿轮组合形式分有如下两种形式： A、单式传动，即每个轴上只有一个齿轮与其他齿轮啮合传动。 B、复式传动，即每个轴櫖上有两个、三个或多个齿轮与其他齿轮啮合，分成两层、 三层及多层传动，称为二级、三级及多级传动。 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 16 （2）按齿轮传动方式分 A、外部齿轮传动。外部齿轮传动具有以下几种分布形式: 工作轴成直角分布;工作轴作为“一”字形分布;工作框架的轴向分布;工作轴分布的 “八”字形;工作轴成一个圆形分布;轴成一个环形分布。 B、内啮合传动。 C、内啮合与外啮合联合传动。 （3）按工作轴布置情况分 按工作轴布置情况可分为规则分布和不规则分布的。 在这个设计中，按照工作轴分布情况，可选择工作轴成长方形分布的外啮合传动 形。 图 2 压力中心示意图 3.4 确定主动轴中心位置 来自多个主轴头的工作稳定性方面考虑,驱动轴中心应与每个轴的轴向力的合力点 (称为压力中心)。此时,机床主轴和多个主轴头本身并不受弯矩的影响。从多轴头结构 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 17 的对称性方面考虑，主动轴应处于多轴头本体的几何中心上。此时，多轴头外形匀称。 对于加工孔对称分布的多轴头，使主动轴中心既要与压力中心重合，又要与多轴头本 体的几何中心重合，是比较容易做到的。当四孔加工时，压力中心正好在对称中心点 上（见图 3-1），即 A 点可作为主动轴中心。A 点坐标为： 33.23mm, =33.23mm。 3.5 确定传动比及齿轮的齿数 （1）确定传动比的原则要保证工艺对工作轴所提出的转速、切削速度及每转进给 量的要求。本设计的齿轮，外啮合传动比一般应不大于 2.5，最好等于 1。应尽可能不 选最高一级或最低一级的机床转速，以便给工艺上的更改留有余地。 （2）传动比的计算公式及其确定方法 传动比的计算公式 单式传动： 111NNN innzz 复式二级传动： 111 32NNN innz zz z 复式三级传动： 111 3524NNN innz z zz z z 式中： 为主动轴对第 N 根对工作轴的传动比 为第 N 根对工作轴的转速（r/min） 为主动轴的转速（r/min） 为主动轴上齿轮的齿数 、 、 、 为惰轮的齿数 第 N 根对工作轴上齿轮的齿数 钻孔多轴头传动比的确定方法 多轴钻孔头轴转速的确定主要工作,然后检查轴的工作把所有喂食,最后确定可行 的比率8。工作主轴速度是根据工艺要求设定。驱动轴转速是机床主轴转速,我们可以 从主轴各级转速,选择和轴转速接近传动轴转速,然后计算传动比9。当传动比初步确定 后，可按照工艺规定的对工作轴每转进给量计算出主动轴每转进给量： 式中 为主动轴每转进给量（mm/r）， 为对工作轴每转进给量（mm/r）。 机床主轴各级饲料的选择和计算值相似的水平传动轴将每个喂养。然后,根据选定 的轴转每个喂养计算轴转每个工作。这时，比较计算后的每转进给量与工艺规定的每 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 18 转进给量之值是否相近，此外，还要从工艺方面考虑，按计算后的对工作轴每转进给 量进行加工是否可行，若不行，还要重新确定传动比10。 传动比是理论值,由上面的决定,当牙齿的数量驱动轴和轴齿轮决心工作,根据传动 比的数量是实际值的计算。率的理论值和实际理论值差别很小,多轴钻孔头可以忽略不 计,但对于开发多轴头,需要检查。 （3）确定各轴上齿轮的齿数 在多轴头传动系统设计、轴通常不是按照中心距,齿轮的齿数模数计算已知的条件,例 如,工作多轴头轴的位置,因为经常互相接近,一些分布是不规则的,保持相同的工作轴 和驱动轴旋转方向,必须通过空转,和一般没有确定托辊的位置,通常是通过反复作图与 计算相结合的方法来确定11。 各轴上齿轮的齿数确定方法介绍如下： 主动轴和工作轴上齿轮的齿数可按传动比进行分配。首先给定较小齿轮的齿数， 即：当 时，现给定工作轴上齿轮的齿数；当 时，现给定主动轴上齿轮的 齿数。然后按传动比求出另一个齿轮的齿数。 初步确定齿数,还必须检查驱动轴上的齿轮的尺寸足够大,因为驱动轮的直径较大, 如果在驱动轮齿轮齿太少,不能保证厚度。此外,应尽量选择奇数的牙齿。 查参考文献8表 5-113 得：取 VC=25m/min 则 n=1000V/(d)=1000 25/(3.14 11)=723(r/min) 根据计算的工作轴的转速 n=723r/min，Z535 机床主轴的各级转速中与其相接近的 转速为 750r/min，但是减速传动会使工作轴上的齿轮加大，在此情况下，不宜布置惰 轮，所以选低一级的转速，即 530r/min。 34 . 1 530/7231/n1nNNI )/(36 . 0 36 . 1 25 . 0 11rmmNIfNf 从机床主轴各级进给量中选取相接近的一级，即为 0.32mm/r。 rmmIFf Nn /243 . 0 36 . 1 /32 . 0 / 11 fN与工艺给定的工作轴每转进给量 0.25mm/r 相近似，所以，传动比确定为 1.36。 选工作轴齿轮齿数 Zn=17,主动轴齿数为： 2312.2336 . 1 17 11 NN IZZ 3.6 惰轮的布置及其坐标计算 （1）工作轴的旋转方向与惰轮布置的关系 从动轴的主要目的有一定的旋转方向是确保工作。开始驱动轴轴,齿轮与奇数,轴 和驱动轴的旋转方向相同;从主动轴开始到工作轴为止，齿轮的个数为偶数时，工作轴 和主动轴的旋转方向相反。 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 19 （2）各轴受力情况与惰轮布置的关系 在多轴头传动系统设计中,惰的布局被一些条件限制,特别是由驱动轴和轴位置的 工作极限，轴向应力分布通常是不好的。然而,轴向力的好坏,会影响到多轴头工作,轴 和轴承的使用寿命。所以,应尽可能在轴向力的设计状况良好12。 （3）惰轮分度圆半径及中心位置的确定 按照一圆与三个不等圆相切，求外切圆的半径及其中心位置的计算公式，在图 3-2 中选定坐标，确定原始尺寸： 图 3 坐标图 确定原始尺寸：l=k=33.23mm，m=n=33.23mm，R1=24mm，R2=R3=17mm。 2496172423.3323.33 22222 3 2 1 22 RRknba 220923.3323.3323.3323.331cmkn 21.3846.22082/46.249523.3346.249523.33(2/ )a1 (）（）ckbA 02/ )ma(cnbB 24 . 0 46.2208/)1724(23.33)1724(23.33/)()( 1 2131 cRRkRRD 0/)()( 2131 cRRnRRmE 9477 . 0 21 . 0 11 222 EDN 3411.16021 . 0 54.3724 1 BEADRM 65.82124054.37 222 1 22 RBAF R=18.54 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 20 13.172/13.172m/2 RZ 0ERBX 004.4213.1721 . 0 54.37DRAY 惰轮齿数(Z)定为 18，则计算惰轮与主动轴实际中心距(A)与理论中心距(A0) =58.3421.4113.17 1 RRA 452/ )2824(22/ )( 10 ZZmA A 与 A0相差 0.87，齿轮需要变位。 3.7 绘制传动系统图 按照坐标尺寸绘制传动系统图如图 3-3 所示. 图 4 传动系统图 。 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 21 图 5 检查干涉 3.8 检查结构上的干涉现象 如上图 5 所示不存在轴承干涉情况 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 22 4 齿轮的几何尺寸计算 多轴头的传动系统,通常使用的标准装备,但在这个设计中,我们采用变位齿轮。因 为在实际的设计中心距和中心距的理论不是平等的,所以应该采用变位齿轮。 表 4 齿轮具体尺寸 计算结果序 号 名 称符 号计算公式 主动轮与 惰轮 工作轮与惰轮 备 注 1 小齿轮数 1817 已知 2 大齿轮数 2418 已知 3 模数 m22 已知 4 实际中心 距 A41.1334.13 已知 5 理论中心 距 4235 6 两轮齿数 和 = +4235 7 中心距变 动系数 -0.435-0.435 8 中心距变 动系数的模 数 -0.024857-0.024857142 9 反变位系数 的模数 根据 查表0.002577480.00257748 10反变位系数0.007732440.00128874 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 23 表 5 齿轮尺寸续表 计算结果序 号 名 称符 号计算公式 主动轮与惰轮工作轮与惰 轮 备 注 小轮变位 系数 -0.2441525-0.1929601 12 大轮变位 系数 -0.183114428-0.2441525 小轮分度圆 直径 3634 13 大轮分度 圆直径 4836 小轮齿顶 圆直径 38.9937.22 14 大轮齿顶 圆直径 51.2438.99 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 24 5 绘制多轴头总图 多轴头的结构总图见装配图其中的结构有： （1） 连接部件和传动部件。连接部件由连接法兰、连接环组成；传动部件是传 动杆。 图 6 连接部件的传动部件的结构 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 25 （2）导向部件。导向部件由导柱、导柱衬套和钻模板组成，还有其他一些零部 件。 图 7 导向部件 （3）齿轮传动箱。齿轮箱工作轴,驱动轴、从动轴和轴齿轮、轴承和其他部分,和 本体、盖,中间板和一些固定的部分,传动箱采用单一布局13。 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 26 图 8 齿轮传动 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 27 6 轴承寿命的计算 多轴头中常用的轴承有单列向心轴承(0000 型)、单向推力球轴承（5000 型）及滚 动轴承。在特殊情况下，也采用滑动轴承。 首先根据轴径的大小选择轴承，然后进行强度或寿命等方面的验算。下面是部分 轴承的验算。 6.1 单列向心球轴承的验算 单列向心球轴承需要验算轴承的动载荷，其中计算公式如下： 3 6 60 9.8 10 h IL nl CPC 式中：C 为轴承动载荷 P 为轴承的计算负荷； 为转速（ ）； 为轴承寿命（ ），多轴头轴承的寿命一般规定为 2000 小时; C为允许的额定动载荷，由轴承标准手册查得。 从受力分析看，惰轮轴（6 和 7）受径向力比工作轴大，而惰轮又距离下轴承较近 所以应验算惰轮轴的下轴承 。 图 9 受力情况分析图 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 28 利用图解法求出惰轮轴所受的径向力。图 9 为惰轮轴 7 受力情况分析图，图中 7N P 各力计算如下： 首先计算每个工作轴的切削扭矩()nM M=21D2S0.8=21 1120.250.8=839(kgf.mm) =8.22(N.m) P=50DS0.8=50 11 0.250.8=182(kgf)=1786(N) Pu9=2M/R2=2 839/18=92.2(kgf)=902(N) Pr9= P u9tan=92.2 tan15.5=25.6(kgf)=260.4(N) FN9= Fu9/cos=92.2/cos15.5=95.7(kgf)=935.6(N) Pu2=Pu3=M/R2=839/18=46.6(kgf)=456.8(N) Pr2= Pr3=Pu2tan=46.6 tan15.5=12.92(kgf)=124.7(N) PN2= PN3=Pu2/cos=46.6/cos15.5=48.4(kgf)=473.6(N) 作力的矢量图得 PN7=65.52(kgf)=642(N) 求出支承力 ： Pl2= PN7L2/L=65.52 37/56=43.29(kgf)=424.242(N) 求出惰轮轴的转速 n即 n=nZ1/Z2=723 17/18=683(r/min) 轴承寿命（h）定为 2000 小时：基本额定动载荷 C 可根据公式： 查轴承手册，轴承允许的额定动载荷C6000N，可知： CC ，大小于所 要求的动载荷，可以选用。 6.2 止推轴承的验算 单向推力轴承的动载荷 C 的计算与前面的相同，其中计算负荷应按下式计算: 式中 为某个工作轴上的轴向力14。 这个轴承中,其中 P=182(kgf),所以可以得到: (kgf) 查轴承手册,允许的工作能力系数C=37500N,即CC,满足所需,可以使用15。. 临沂大学机械工程学院 2014 届本科毕业设计 29 结 论 在繁忙的三个多月的毕业设计即将结束,在这两个多月的时间,但也找工作在毕业 设计中,因此,在这段时间我感觉生活很充实。不仅在毕业设计中,巩固以前的知识和生 活道路上学学习校园社会交际。毕业设计是大学三年的知识,学了三年的基础和专业知 识,因此,不同于以往的课程