毕业论文——毕业设计——多轴钻床

注1摘要摘要多轴钻床是一种孔加工的机床，它被广泛用于加工多孔工件。多轴钻床在生产中的应用，解决了普通钻床加工多孔工件时逐孔加工浪费时间和人工这两个重要问题。在本设计中，设计的多轴钻床为轮辐螺栓孔加工机床，属于专用机床。 本设计主要解决了多轴钻床加工过程中的两大主要问题：工件和刀具之间的定位问题和刀具导向问题。为了解决上述两大难题，我们在设计中采用合理的钻模板和定位装置对工件合理定位，从而完成孔的扩铰工序，解决了多轴钻床加工中的两大难题。同时也讨论了多轴钻床的总体设计问题，给出了总体设计方案，其中包括刀具与工件的与运动方式设计，对机床各个部件的功能和作用进行具体的阐述并体持技术要求，从而使工件被加工后达到设计要求。本设计中我们还确定了机床的主要参数，如主运动参数和进给运动参数。在重点章节中我们对机床的传动部件进行了详细的参数和结构设计，并且对传动件进行了强度和刚度验算，使其达到设计技术精度。其中特别对齿轮、轴、滚动轴承、键进行了具体的计算和验证。另外在最后一章对多轴钻床的定位和加紧机构进行了简单的原理设计。关键词关键词：六轴钻床 齿轮 轴 滚动轴承 键 夹具 注2AbstactDrilling machine of six axles is the tool machine that a kind of bore process, it is used for processing many bore work pieces extensively. Drilling machine of six axles in the application in the production, resolving the commonness to drill the bed to process many a hour of the bore work to pursue the bore to process the wave to take a lot of time and these two important problems of artificial In this design, many stalks of the design drill the bed to process the tool machine for Spoke of a wheel stud bolt bore, belonging to the appropriation tool machine. Introduced many stalks to drill the history development circumstance that method and many stalkses that the bed carry on bores process drills the bed to process first in chapter of behind, still introduced many stalks to drill the characteristics that bed process, mainly introduced many stalks to drill the bed to process the two greatest problems in the processes:Fixed position problem and a direction of knife problems between the work piece and the knife. Many stalks drill the bed adoption to drill the template and fixed positions to equip reasonablely to a reasonable fixed position of work, thus completing the bore to expand the 铰 work preface, solving many stalks to drill the bed process medium of two greatest hard nut to crack.Introduced many stalks to drill the total design of the bed again in the chapter of underneath, give total design project, among them include the knife to have with the work piece of with sport method design, maintain the technique request to the function and functions of the tool machine each parts carry on elaborating in a specific way combine body, attain to design the request after thus making the work piece process.We also made sure the main parameter of the tool machine in this design, such as the main sport parameter and enter to the sport parameter.We spread to move the parts to carry on the detailed parameter and the structure designs to the tool machine in the 注3point chapter, and check to calculate towards spreading to move the piece to carry on the strength and just degree, making it pour to design the technique accuracy greatly.Among them special to the wheel gears, stalks, rolled over the bearings, key to carry on the concrete calculation and verifications.Drill the fixed position of the bed and stepped up the organization to carry on the simple principle design to many stalks at the last one chapter moreover.Keywords: Drilling machine of six axles wheel gear Stalk Roll over the bearings Key Tongs. 注4目录目录前言.11 概述.32 多轴钻床总体设计.52.1 加工工件的工艺分析.52.2 多轴钻床钻削方式设计.62.2.1 钻削加工的相对运动由刀具实现.62.2.2.钻削加工时的相对运动.72.3 多轴钻床的总体布局设计.82.3.1.机床总体布局的基本要求.82.3.2 决定多轴钻床总体布局因素的分析.83 多轴钻床的部件.123.1 底座.123.2 工作台.123.3 立柱.123.4 定位加紧机构.133.5 主轴箱.133.6 刀具及调节柄.134 多轴钻床的参数设计.144.1 参数和尺寸参数.144.2 运动参数.144.3 动力参数.14 注55 主轴箱设计.185.1 传动系统的设计.185.1.1 主传动方案设计.185.1.2 主轴箱齿轮齿数的设计.195.1.3 齿轮结构设计.215.2 传动件的计算和校核.225.2.1 齿轮的计算和校核.225.2.2 轴的计算和校核.285.2.3 轴的结构设计.345.2.4 轴的校核.365.3 轴承.405.3.1.轴承的选用.415.3.2.轴承的校核.435.4 键的选择和键的强度计算.485.4.1大齿轮键的选择和校核.485.4.2小齿轮键的选择和校核.495.4.3联轴器键的选择与校核.506 夹具.516.1 机床夹具的组成及功能.516.2 夹具的条件、原则及要求.526.2.1 工作条件.526.2.2 夹紧力作用点选择原则及夹紧过程.526.2.3 加紧机构应满足的要求.536.3 多轴钻床夹具的设计.53 注66.3.1 定位元件的设计.536.3.2 加紧元件的设计.54结束语.56致谢.58参考文献.59译文.60英文原文.68 注1前言前言四年的大学生活即将接近尾声，进行为期两个越的毕业设计，我们深感受颇深。毕业设计是对大学四年所学的专业知识和基础知识得意个系统形的总结与运用，同时也是培养我们分析问题和解决问题的很好的一次机会，而且毕业设计也是大学教学的最后一个环节，所以我特别珍惜这一次最后的学习机会，认真扎实的完成我所分配的设计任务，使大学最后的几个月生活在学习和进取中充实的度过。另外，毕业设计还可以培养独立思考，开发思维和协调工作的能力，这对我参加工作后能否尽快地适应社会有很大的帮助。通过这一环节的训练，提高了以下能力：1、综合运用所学知识和技能，独立分析和解决设计问题的能力；2、熟练运用基本技能，包括绘图、计算机应用、翻译、查阅文献等等的能力；实验研究的能力；撰写科技论文和技术报告，正确运用国家标准和技术语言阐述理论和技术问题的能力：3、收集加工各种信息的能力，获取知识的能力；4、创新意识和严肃认真的科学作风。本次设计的课题是多轴钻床的部件设计。多轴钻床是用来加工同一方向上有数个孔的工件，具有良好的加工精度，能够达到很好的加工质量，为了更好的完成本次设计，从 3 月底到现在，就不间断的结合自己的毕业设计进行了毕业实习。根据所选课题，有重点的选择了实习工厂博爱强力轮胎厂，在工厂里我们重点了解了多轴钻床基本结构和基本工作原理。从而对多轴钻有了一个更直接、感性的认识，对此次毕业设计有很大帮助。此次实际的主要内容有：问题的提出、总体方案的构思，可行性设计，结构设计及对未知问题的探索和解决方案的初步设计，装配图、零件图等一系列图纸的设计与绘制，最后包括毕业设计说明书的完成。 注2这次设计是跟着赵波老师、刘传绍老师和同景琳老师的带领和指导下完成的。在搞毕业设计的期间，我遇到了很多困难，这就要求自己多向老师请教，这样给老师带来了很多麻烦，影响了老师的工作，但三位老师还是不厌其烦的解答我们的问题，一步步指导并使我们将毕业设计进行下去。毕业设计的阶段和过程老师都给做了明确的计划。而不至于使整个设计过程没有任何的目标。设计每进行一步赵老师、刘老师和同老师都认真检查，耐心细致的指出设计种出现的错误和不当的地方，并指导修改和完善。本次设计的题目是多轴钻床的设计，设计机床应满足的基本要求有以下几点：1、 工艺可能性。机床的工艺可能性是指机床适应不同生产要求，大致包括下列内容：机床可完成的工序种类，加工零件的类型、材料和尺寸范围，毛坯的种类等。2、 加工精度和表面粗糙度。3、 生产率。机床的生产率通常指单位时间内机床所加工的工件数量。4、 自动化成度。5、 操作安全方便和工作可靠。6、 效率，使用期限和成本等等。设计时还应注意使机床体积小，重量轻，占地面积小，外形美观以及注意防止污染环境。对于上述所提到的各项技术经济指标，在设计机床时应综合考虑。因为我的任务主要时多轴钻床的部件设计，所以考虑的事情比较细。它锻炼了我的分析问题的能力。在下面的章节中将进行一一叙述。 注31 概述概述多轴钻床是伴随着经济的飞速发展和工业现代化的需要而产生的。其被应用与许多方面，像汽车零部件的加工、农用机械的零部件的加工以及其它大批量生产加工生产多孔零件的地方。多轴钻床在加工业中有着很大的优势。它的使用使加工速度提高，因为当一个工件在同一个方向上有数个孔时，用普通钻床加工时就要加工一个孔后又挪动工件加工另一个孔，这样就需要专人搬动工件，对于小型工件可以采用这种方法，但当工件很大时再采用这种方法就很落后，生产率很低，成本增加。所以，我们在批量声生产多孔工件时就需要一种专门的机床来加工，所以就产生了由单臂钻床衍生而来的多轴钻床。多轴钻床与普通钻床的不同是多轴钻床的主轴箱是像太阳系一样，绕中间轴均部排列的主轴被中间轴带动转动，主轴带动刀具转动，完成切削工作。这样多孔工件被一次加工成形，从而使劳动强度大大减小，加工时间大大缩短，提高了劳动生产率，降低了产品成本。在我们参观的强力轮胎厂多年使多轴钻床加工轮辐，表现出以下优越性：1 加工速度块快。使用多轴钻床加工轮辐，较之采用普通摇臂钻床，平均功效提高 30。2 加工质量好。采用该钻床加工的空组，孔的位置尺寸误差小，工件互换性好，从未出现过因孔位置尺寸部队而反攻报废的情况。3 多轴钻造价低廉，维修方便，技术难度不高。多轴钻的形式也是多种多样的。根据多轴钻的结构可吧多轴钻分为内啮合多轴钻和为啮合多轴钻。内啮合多轴钻是指齿轮传动为内啮合式，外啮合多轴钻式指齿轮传动为外啮合式。根据钻头形式可分为卧式和立式两种。在本设计中，我们采用外啮合齿轮传动。 注4多轴钻在加工多孔零件时，具有良好的加工精度，能够达到很好的加工质量。但在设计机床时也有两个重要的问题需要重点讨论即工件的定位和加紧。在多轴钻床加工时工件与刀具之间占有相对正确的位置时非常重要的，因此夹具的设计是一个非常重要的任务，我们要依靠合理的夹具设计来保证我们的加工精度合乎要求。另外多轴钻床的刀具导向也是一个重要问题，就是刀具在钻孔时会变形，从而加工的孔会倾斜，出现废品。所以我们在设计中采用钻套来进行导向，并且钻套在刀具热变形时起到固定刀具的作用，使刀具的变形不会对加工的工件有很大的影响。这样我们就解决了多轴钻的定位和刀具导向问题。 总之，多轴钻床在我们的工业生产中有着重要的意义。它大大的提高了我们的劳动生产率，提高了多孔工件加工的精度，减少了工人的劳动强度，也推动了我国生产行业的迅速发展。我们应该加强对多轴钻床领域的开发。 注52 多轴钻床总体设计多轴钻床总体设计多轴钻床的总体设计是机床设计的关键环节，它对机床所达到的技术性能和经济性能起着决定性的作用。机床总体设计，目前基本上有两种情况：其一：是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计；其二：随着机床在我过机械行业的广泛使用，广大工人总结自己的经验，发现机床在组成部件方面有共性，可设计成通用部件，当需要设计机床使，可以利用通用部件来进行设计机床。本设计属于第一种情况，即设计用于轮辐加工的多轴钻床，其属于专用机床，这也是当前最普遍的做法。一般来说，机床总体设计时应考虑下列几点：（1）采用合适的加工工艺，制定最佳方案；（2）合适的确定机床工序集中程度；（3）合适的选择组合机床的通用部件；（4）选择前当的组合机床的配置形式；（5）合理的选择切削用量；（6）设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱。2.1 加工工件的工艺分析加工工件的工艺分析在本次设计中，我们设计的机床是轮辐螺栓孔专用扩绞钻床。该厂目前采用单臂钻床对轮辐孔进行扩铰工作，该机床在工作时需要三个工人一起配合工作即一个人操作机床，两个人转动工件。因此我们应该对所加工的工件外形、尺寸以及加工面的位置做详细的分析。下面是所加工的工件的在扩空前的零件图如下图1-1 所示六孔轮辐零件图： 注6图 21 六孔轮辐零件图由于所加工工件的外形尺寸如上，所要完成的加工工序是对 A 面上的六个加工六个大小相同的32 的孔进行扩和绞的工作，因此为了保证配合质量、提高生产效率和减轻劳动强度，我们设计一台多轴钻床可以一下完成六个孔的扩绞工作，从而节省人力和时间，提高了劳动效率。这样我们就确定设计一台为加工上述零件使用的 6 轴钻床的工艺方案。该多轴钻床的钻头排列按上述工件来定。在加工不同孔径但外观尺寸一样的孔时只需同时换六把钻头即可。2.2 多轴钻床钻削方式设计多轴钻床钻削方式设计钻床的工艺方法确定后，刀具与工件在钻削加工时的相对运动亦随着被确定了。但此相对运动可以完全分配给刀具，也可以完全分配给工件，或由刀具和工工件共同完成。设计专用钻床，我们应分析比较不同方案的优缺点，选择最佳的运动方案。下面是我们拟定的几种分配方案。2.2.12.2.1 钻削加工的相对运动由刀具实现钻削加工的相对运动由刀具实现在轮辐专用多轴钻床上钻孔时，主运动和进给运动都有刀具完成，钻头的轴 注7向移动为进给运动，钻头的回转运动为主运动。主运动与进给运动形成了切削加工时的全部相对运动。如图 22 所示。采用该方法，把运动完全分配给刀具，可以顺利完成重型工件的加工。钻头在回转过程中可同时实现进给，从而实现对轮辐的扩绞工序。机床部件配置形式与普通机床相似。这种机床的特点是结构简单，调整方便，但在钻削扭矩通过刀具本身传递，对于较长的钻头就会产生较大的扭矩变形而引起震动。因此刀具选择则为高速钢。2.2.2.2.2.2.钻削加工时的相对运动钻削加工时的相对运动在多轴钻床设计中，扩绞轮辐孔时主运动分配给钻头，进给运动由工件完成，即钻头的向下运动和工件的向上移动，如图（23）所示。该方案用于工件重量不大的设计中。图 22 注8根据上面拟定的方案比较，由于我们所设计的多轴钻床所加工的轮辐重量不是过大，一个工人可以两手搬动。因此，我们不难看出在本次设计中我们应该采用第二种方案。2.3 多轴钻床的总体布局设计多轴钻床的总体布局设计2.3.1.2.3.1.机床总体布局的基本要求机床总体布局的基本要求在进行机床的总体布局设计时，我们要全面的考虑以下几点：1） 保证给定的工艺过程；2） 证机床的刚度、精度、抗震性和稳定性，力求减轻机床重量。3） 保证机床结构简单，且尽量用较短的传动链，以提高传动精度和效率。4） 保证良好的加工工艺性，以便于机床的加工和装配。5） 保证安全生产，便于操作调整和维修。6） 尽可能保证占地面积小7） 机床外形美观大方，符合人机学原理。2.3.22.3.2 决定多轴钻床总体布局因素的分析决定多轴钻床总体布局因素的分析1）.零件的工艺方法对钻床设计有一定影响图 23 注9专用机床上加工工件的工艺方法是多种多样的。在我们设计多轴钻床时，往往由于工艺方法的改变，导致机床运动的传动部件配置以及结构等产生一系列的变化，因此在确定专用多轴钻床的总体布局时应首先分析和选择合理的加工工艺。轮辐多轴钻床的主运动为钻头的回转运动，它工作时将轮辐装在钻头正下方的专用定位机构上如图 24 所示：图 242）.精度等级对机床的总体设计有一定的制约由于多轴钻床的加工精度和光洁度与机床的刚度和抗震性有关，为了得到所要求得加工精度和光洁度，在机床总体布局上就应该保证有足够的刚度和抗震性。通常情况下，支承形式为封闭的框架时，其刚度较好，如大型立车、刨床、铣床、坐标镗床等都采用龙门式。当收到工艺限制无法采用龙门式时，可采用辅助支承悬臂梁、活动横梁来加强机床的刚度和抗震性。机床加工过程中产生的震动传递给工件和刀具，会使被加工表面产生震动，降低表面光洁度。震动也是刀具寿命缩短，使机床零件的磨损加快。震动所造成的噪音，使工人疲劳。因此，设计机床应采用措施来消除和减少震动。减少机床震动可从布局、结构、刚度等方面来采取措施。本设计多轴钻床在工作时主要是电机引起的震动较大，故可采用隔离强迫振源的措施。 注10本设计中由于轮辐的螺栓孔不要求精密度过高，并且由于厂方的经济限制，因此在减震方面要求不高，因此采用电机、减速器、主轴箱计中放置的方案。如图 25 所示造型。 图 253）.生产效率对总体布局的设计也有很大的影响机床的生产批量不同，其结构可能完全不同。强力轮胎厂加工轮辐属于大批量生产，因此制造调整用专门轮辐扩绞专用机床，一次完成多孔加工。此方案效率高，工作不需要转为，工作台结构简单，但占地面积大。4）.操作的方便性也影响总体方案的制定机床的总体布局考虑人的重要性支配作用，应该考虑以下几点：.因为人在机床工作中起主导作用，所以考虑到人体的基本尺寸和四肢的活动范围，以减轻工人的疲劳程度。为便于操作者观察加工过程和操纵机床，工件与刀具离地面的距离应适应。.合理选择立柱的位置，使之符合通常的操作习惯，便于对刀.调整和测量。 注11.合理选择工人的操作操作位置。常用的操纵手柄和控制按钮应设在菜作者的近身。综上所述，影响机床总体布局的因素是多方面的。其中，工艺方法的选择，对机床运动的要求及运动分配是其决定性作用的因素；工件的尺寸、精度、形状等是应考虑的重要因素。在我们设计中，考虑到这些因素，我们选择如图 25所示多轴钻床的具体外观形状。 注123 多轴钻床的部件多轴钻床的部件上面我们经过分析选用了图（1-9）所示的机床，该机床由底座、工作台、立柱、定位加紧机构、主轴箱、上台板四部分组成，现对该机床的各个部件的功能进行具体分析：3.1 底座底座底座是整个机床的重要部件之一，它主要用来支承其它元件。本设计多轴钻床的底座要能承受压力，满足足够的抗弯强度，并有吸振的作用。机床底座的稳定性要使机床在工作时不会产生晃动，工作性能稳定，不影响机床的加工精度，并且具有减震作用。所以底座设计时要考虑到与地面的接触要稳定，一般为点接触。3.2 工作台工作台工作台是安放工件的部件，是机床的主要部件。该部分与底座相联，并固定在底座上。工作台设计时应考虑到与钻模板的平行度，这样才能保证工件钻孔的垂直的，从而保证加工精度。3.3 立柱立柱在本机床的设计里，立柱不仅起导轨作用，而且对主轴箱和电机起支撑作用。其在设计时其四根导轨的平形度是个重要的问题。由于工件沿导轨向上进给运动， 注13因此导轨的平行度影响了工件孔的中心线相对于刀具轴线的同轴度，因此在导轨安装时要严格要求其平行度。由于主轴箱也在立柱上固定，所以也影响刀具与水平面的垂直度，因此我们在装配时一定要使每个零件达到精度。3.4 定位加紧机构定位加紧机构孔的加工是一道很难的工序，如果不能很好的使加工的零件定位和加紧，则可能使加工的零件的孔根本不能满足要求的技术要求，通常情况下有可能加工成斜孔，零件的内部不是圆柱形，而可能变成椭圆形，严重的影响了零件的质量，从而产生报废零件，大大提高了加工的成本。在装配的过程中，定位加紧装置的中心线和主轴上的主轴中心线保持同轴度，来共同完成零件的定位，这样就提高了定位的精度。3.5 主轴箱主轴箱主轴箱是用于布置机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的。它通过按一定速比布置传动齿轮，把动力从动力部件动力头动力箱和电动机等，传递给各个工作主轴，使之获得所要求的转速和转向等。3.6 刀具及调节柄刀具及调节柄刀头主要是用来加工零件所用的。本设计的多轴钻床属于专用机床，仅加工一个型号的工件，所以仅设计一种尺寸的刀头就够了。调节柄是用来调节刀具安装尺寸的部件。 注144 多轴钻床的参数设多轴钻床的参数设计计多轴钻床的运动参数主要包括主运动参数与进给运动参数。主运动参数与进给运动参数系单独驱动。主运动为主轴转速；进给运动是用液压系统支承工作台来表示的。在确定多轴钻床的主运动参数和进给运动参数之前，先确定本设计所加工零件的有关参数。4.1 参数和尺寸参数参数和尺寸参数钻床加工零件孔的大小 d=32mm,对称孔之间的中心距 a=222.25mm，六个孔。4.2 运动参数运动参数钻床的运动参数指钻头转速、工件安装的进给速度。多轴钻床属于回转式主运动机床，其主运动参数为主轴转速，该机床只加工一种零件，故只有一种固定转速。1000vnd其中各参数含义：n主轴转速（r/min ）v切削速度（m/min）d工件或刀具直径（mm）代入数据得：。10001000 20/min199.04 /min32vmnrdmm 注154.3 动力参数动力参数多轴钻床的动力的动力参数包括机床驱动的各种电动及的功率或扭矩。因为机床各传动部件的结构参数都是根据动力参数设计机算的。如果动力参数过大，电动机经常处于低负荷情况，功率因素小，造成电力的浪费，同时使传动部件及相关零件的尺寸设计过大，浪费材料，且机床笨重。如果定的过小，机床达不到设计提出的使用性能的要求。下面确定钻床的动力参数：机床主电动机的功率为：p主PPPP切主空辅式中各参数的含义：消耗于切削的功率又称有效功率（KW）P切空载功率（KW）P空随载荷增加的机械损耗功率（KW）P辅（KW）的计算：P切计算公式如下：660000VPZ切F式中各参数含义：切削力ZFV切削速度代入数值得16.8720322260.3562.16000060000TVdPKWKW扭钻切 则2.1KWP切 注16（KW）的计算P空钻床主运动空转时由于传动件摩擦、搅油、空气阻力等原因。电动机要消耗部分功率，其值随传动件转速的增而增加，与传动件预紧程度及装配质量有关。则对于钻床主传动空载功率损失估算公式为：955000jnKdPnC平均空主（）式中各参数含义：主运动系统中除主轴外所用传动轴径的平均直径d平均除主轴外各传动轴的转速之和，即 101r/minjn198.76r/min(主轴转速)n主主轴前后轴径的平均值d主3064472d主主轴轴承系数查轴承参数表得（k 一般取 35 1C1mdCKd主这里取 4） ，则1473.357.5C4代入数值得：4 57.53.3 198.76955000P空（101. 41）=0. 18kw的计算机床钻削时，由于传动件压力加大，则摩擦损失将增加。于是得 p辅： ppP切切辅机123399990.92机9599把数据带入公式得：2.192p辅2. 10. 1826KW 注17所以： 2.10.180.18262.4626kwPPPP切主空辅根据以上计算，选取主运动电动机。查取机械设计手册，选取型号为 Y160L8。Y 系列电动机为全封闭自扇冷式，用于空气中不含易燃，易炸或腐蚀性气体的场所，也适用于无特殊要求的机械上，如金属切削机床。这章对总体布局的设计做了简单的分析，下一章将对多轴钻床的主轴相进行具体的设计。 注185 主轴箱设计主轴箱设计主轴箱是多轴钻床的重要组成部分，是用于布置机床工作主轴及其传动零件和附加机构的。它通过按一定速比排布传动齿轮，把动力部件上的动力传递给各个工作主轴，使之获得所需要的转速和转向等。主轴箱的设计包括传动系统的设计和箱体的设计两部分。本设计主轴箱采用黄干油进行润滑。5.1 传动系统的设计传动系统的设计5.1.1 主传动方案设计主传动方案设计传动系统的设计是主轴箱设计中最关键的一环。所谓传动系统的设计，就是通过一定的传动链，按要求把动力从动力部件的驱动轴传递到主轴上去。同时，满足主轴箱其他结构和传动的要求。传动系统设计的一般要求：（1）在保证主轴的强度，刚度，转素和转向要求的前提下，力求是传动轴和齿轮为最少。应尽量用一根传动轴带动多根主轴；当齿轮啮合中心距不符合标准时，可采用齿轮变位的方法和凑中心距离。（2）在保证有足够强度的前提下，主轴，传动轴和齿轮的规格要尽可能少，以减少各类零件的品种。（3）通常应避免主轴带动主轴，否则将增加主动主轴的负荷。（4）最佳传动比为 11.5，但允许采用到 33.5。（5）粗加工主轴上的齿轮，应尽可能靠近前支承，以减少主轴的扭转变形。（6）尽可能避免升速传动，必要的升速最好放在传动链的最末一，二级，以减少功率损失。 注19在我们设计的传动系统中，包括齿轮的设计、轴的设计以及附件设计三部分，下面我们进行具体的设计计算。5.1.2 主轴箱齿轮齿数的设计主轴箱齿轮齿数的设计 齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，其主要特点有效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长的优点，并且改传动比较平稳。齿轮传动可做成开式、半开式或闭式，在我们的设计中现场情况做成半开式。由于所设计的齿轮在具体情况下，必须具有足够的、相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致失效，因此我们在齿轮设计式通常按只保证齿根弯曲疲劳强度及齿面接触疲劳强度两个准则进行计算。 下面我们对齿轮进行具体的计算和结构设计。 根据厂方提供的零件图（如下图） ，所加工零件的两对称孔之间中心距为222 另外考虑到该厂操作人员操作水平有限， 因此要求主轴箱内的齿轮足够结实，故初选主轴轴箱齿轮模数为 3mm。 （厂方要求） 。图 51 注201齿轮齿数：两对称钻头中心距与齿数关系为： (1)1212()2adddm zz(1)式中各参数含义：d两对称孔中心距 分度圆直径1d 小齿轮212dmzza大齿轮分度圆直径齿轮模数小齿轮齿数大齿轮齿数小齿轮与大齿轮中心距把 d222.25，m3 代入（1）式得：d=222.253() 12zz则：12222.2574.13zz由于为齿轮齿数，则为整数，所以 74.1 可以圆整为整数 74，12,z z12zz因此74。由于齿轮齿数应该遵循互质原则，所以初定12zz49，25，则齿数比 u。已知主轴转速 n199.04r/min,即小1z2z211.96zz齿轮转速为 199.04r/min,齿数比 u1.96 即 i1.96。2选择齿轮类型,精度等级及材料(1).轮应不受轴向载荷，故选用直齿圆柱齿轮传动(2).因为多轴钻床为一般工作机器，转速不高，故选用 7 级精度（GB10095- 注2188）.(3).齿轮的材料选择。由机械设计课本（高等教育出版社编）表 101选择小齿轮材料为 20CrMnTi,硬度为 300HBS，齿面硬度 60HRC;大齿轮材料为 40Cr,硬度为 280HBS.5.1.3 齿轮结构设计齿轮结构设计齿轮的结构设计与齿轮的几何尺寸、贸配、材料、加工方法、使用要求及经济度等因素有关。因此进行齿轮结构设计时，必须考虑上述各方面的因素。在这里我们按齿轮的直径大小选定合适的形式。具体设计如下。齿轮结构设计有以下原则：当齿顶圆直径小于 160mm 时，可以做成实心结构的齿轮。当齿顶圆直径在 160500mm 可以做成腹板式结构。1） 小齿轮结构设计由于本设计中小齿轮，则选用实心结构即盘式齿轮，其结构尺75admm寸为：则(2 2.5)em2.5 37.5emm *75275277200aadhmm该齿轮结构如图 52 所示 注22图 522） 大齿轮结构设计因为大齿轮分度圆直径为 dmz=mm,由小齿轮设计原则可知 147 小49 3于 160，所以大齿轮选实心结构。结构与小齿轮一样，如 5.12 上图所示。3).大齿轮和小齿轮参数表如下所示：名称参数代号大齿轮参数小齿轮参数模数m33齿数z2547压力角20*20fc d20分度圆直径d75147齿顶高系数*ah11径向间隙c0.750.75齿顶高直径h5.945.94齿根圆直径1ad77149齿全高fd71.25145.25至此，齿轮的设计已经完成，齿轮的校核将在下一节进行。 注235.2 传动件的计算和校核传动件的计算和校核5.2.1 齿轮的计算和校核齿轮的计算和校核1按齿面接触疲劳强度设计查机械设计 （高等教育出版社）有如下设计计算公式： 213112.32()tEtdHkTZudu1).确定公式内的各计算数值(1) 试选载荷系数： 1.3Tk(2) 计算小齿轮传递的转矩：511195.5 10/TP n由机械设计便览表 412 各种性能减速器主要性能比较查的减速器效率为 9596，由实用机械设计手册查的轴承效率为 99，连轴器效率为 99。因为主轴箱齿轮布置为六个小齿轮均匀分布在一个大齿轮的边沿，并被大齿轮带动转动，所以主轴箱输出功率为式123316PP中各参数含义： 输入减速器的功率P减速器效率1连轴器效率2滚动轴承效率3将7.35，95，99，99代入（2）式得：P12317.35 95% 99% 99% 99%6P 注246.7756kw1.129KW小齿轮转速的计算： 。式中各参数含义：1nnii电主减 把，得：i1电减主n小齿轮转速n 电动机输出转速减速器传动比i 主轴箱传动720n电7.1i减1.96i主1720 /min1.967.1rn 198.76 /minr所以： 195.5 10 1.129198.7 /minkwTr45.426 10/N mm（3）由机械设计表 107 选齿宽系数0.53。d（4）由机械设计表 106 查得材料得影响系数=189.8 。EZ12MP(5)由机械设计表 1021d 按齿面硬度差的小齿轮得接触疲劳强度极限,.。lim11400HMPlim2600HMP(6) 由机械设计表 10-13 计算应力循环系数 116060 198.76 /min 1 (8 30 15)hNn jLr 84.29 108824.29 102.189 101.96N（7）由机械设计表 1019 查的接触疲劳强度系数 注25 10.93HNk20.98HNK(8)计算接触许用应力取失效概率为 1，安全系数为 s=1 ,由机械设计式 1012 得：2lim220.98 600588HNHHKMPMPS2)计算（1）试计算小齿轮分度圆直径代入中较小的值：1tdH13112.32()tEtdHkTZudu4231.3 5.426 101.96 1198.762.32()0.531.96588mm65.946（2）计算圆周速度 V： 1160 1000td nV 65.946 198.7660 1000 0.686/m s（3）计算齿宽 b：1dtbdA0.53 65.94634.95mm（4）计算齿宽与齿高之比 b/h：模数 1165.9462.6425ttdmmmZ齿高 2.252.25 2.645.94thmmm 注26 34.955.8845.94bh（5）计算载荷系数根据 v0.686m/s，7 级精度，由机械设计图 108 查的动载系数 1.05。直齿轮假设vk100/Atk FN mmb由机械设计表 103 查得 。1.2HFkK由机械设计表 102 查得使用系数。1AK 由机械设计表 104 查得 7 级精度，小齿轮相对支承对称布置时2231.120.18 (1 0.6)0.23 10HddKb将数据代入后得：2231.120.18 (1 0.6 0.53 ) 0.530.23 1034.95HK1.187由 查机械设计1013 得 5.884bh1.187Hk1.145FK故载荷系数。1 1.05 1.2 1.45AVHHKK K KK 1.4427 （6） 载荷系数校正所算得的分度圆直径由机械设计公式 1010a 得33111.442765.94668.271.3ttkddmmk由实际要求该设计选,其强度完全合格。1175dmmd（7）计算模数 m 。1175325dmmmz 注272 按齿根弯曲强度设计由机械设计式 105 得弯曲强度的设计公式为：13212()FaSadFY YkTmz1)确定公式内的各个参数值 （1） 机械设计图 1020d 查得小齿轮得弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度1750FEMPa2720FEMPa（2）由机械设计1018 查得弯曲疲劳寿命 10.9FNk20.95FNK（3）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数，由机械设计式 1012 得1.4S 1110.9 14009001.4FNFEFKMPaS2220.95 6004071.4FNFEFKMPaS（4）载荷系数。AVFFkK K KK（5）查取齿形系数由机械设计表 105 查得 ： 。12.62FaY22.32FaY（6）校正系数由机械设计表 105 查得 11.59saY21.70saY计算大小齿轮的并比较大小：FasaFY Y1112.62 1.590.00463900FasaFYY222.32 1.700.0097407FasaFYY 注28显然大齿轮数值大。3 设计计算 4322 1.4427 5.426 101.660.53 25mmm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触强度的承载能力，仅与齿轮直径有关，根据厂房要求75mm，m=3 完全可靠。1d3.几何尺寸计算1）计算分度圆直径 1125 375dz mmm 2249 3147dz mmm 2）计算中心距 1275 14711122ddamm3）计算齿轮宽度 10.53 7539.75dbdmm由于齿宽计算原则：大齿轮宽度在计算之内，小齿轮宽比大齿轮宽510mm，故将齿宽就近圆整为，符合厂方要求。140Bmm235Bmm4.验算 41122 5.426 101446.9375.0tTFNd1 1446.9341.341/35AtK FN mmb故设计合理。 注295.2.2 轴的计算和校核轴的计算和校核轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能进行运动即动力的传递，因此轴的功用时支承回转零件及传递运动和动力。所以，轴的设计也和其它零件的设计一样，包括结构设计和工作能力两方面的内容。轴的结构设计就需要根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理的确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件的装配困难。因此，轴的结构设计也是我们这部分要做的主要工作。轴的工作能力计算是指周的强度、刚度和震动稳定性等方面的计算。因为多数情况下，轴的结构工作能力主要取决于轴的强度。在本设计中就是这种情况，因此在设计计算中我们只对轴的强度进行计算，防止其断裂或塑性变形。下面我们进行具体的设计计算。5.2.2.1.主轴的设计1.主轴的形式设计主轴的型式和直径，主要取决于刀具的进给抗力和切削扭矩或主轴-刀具系统结构上的需要。本设计工序为扩铰，采用有止推轴承的主轴。1）主轴分布类型及主动系统设计方法：轴的分布类型机床所加工零件是多种多样的，结构各有不同，但被加工零件上（即主轴箱上主轴的分布） ，大体可以归纳成下述几种类型： 单组或多组圆周分布； 等距或不等距直线分布； 圆周或直线混合分布； 任意分布。 注30根据厂方所提供的零件图，本设计采用第一种类型中的单组圆周分布。2）.传动系统设计方法主轴的分布尽管有各种各样类型，但通常采用的经济而又有效的转动是：用一根传动轴带动多根主轴。本设计采用此种设计具体方案如下：在设计传动系统时，首先把所有主轴（6 轴）分成一组同心圆，然后在同心圆上放置一根传动轴，来带动一组主轴。接着再用此转动轴与动力部件驱动轴联结起来。这就是通常的传动布置次序，即由主轴处布置起，最后再引到动力部件的驱动轴上。2.主轴的参数设计：本设计选用刚性主轴。设计刚性主轴的主要内容之一是选择主轴参数。主轴参数确定的正确与否，对主轴的刚性将有很大的影响。在设计刚性主轴箱时，若主轴参数选择不合理，使被加工零件达不到要求的精度和光洁度。 （1）求输出轴上的功率由齿轮计算知 11.129p kw 1198.76n /minr 415.426 10T .N mm（2）求作用在齿轮上的力已知输出轴小齿轮的分度圆直径为：113 2575dmzmm 而 411122 5.426 101446.9375tTFNd 11446.93201359.67rtFFCOSCOSN11446.931539.7820tnFFNCOSCOS 注31式中各参数代表的含义：小齿轮传递的扭矩，单位为 N mm1T.小齿轮的节圆直径，对标准齿轮即为分度圆直径。1d啮合角，对标准齿轮a203.初步确定轴的最小直径因为轴的扭转强度条件为： ，式中各参395500000.2TTTPTnWd数含义： 扭转切应力，单位为 Mpa。TT轴所受的扭转力，单位为。.N mm轴的抗扭截面系数，单位为。TW3mm轴的转速，单位为 r/min.。nP轴传递的功率，单位为 KW。计算截面处轴的直径，单位为 mm。d许用扭转且应力，单位为 MP。T轴常用几种材料及值取轴的材料 45 号钢，、Mpa 值在T0AT2545，值在 126103，本设计取=126,由上式得轴的直径0A0A 注3233330133min0195500009550000.20.21.12912622.5198.7630 62 17.25TTIIIpPPdAnnnpdAmmndD Tlb h选取轴的材料为 45 号钢（调质处理） 。本设计考虑键槽削弱影响，对于单键d 增大 45，则 d=23.6mm.因为厂方要求主轴直径留有一定的富裕量，圆整为 30mm，则。133min011.12912622.5198.76pdAmmn本设计主轴的最小直径为安装轴承，为了使所选的轴径与安装轴承的孔径相适应，故需同时选轴承型号。5.5.2.2.大齿轮轴的设计1.大齿轮轴的转速大齿轮轴的效率,转速和转矩，则2p2n2T,2123PP式中各参数含义：电动机输出功率,P减速器效率1连轴器效率2滚动轴承效率3将7.35kw, =95%,=99%,=99%代入上式,P12327.35 95% 99% 99%P 6.844kw 注33大齿轮转速：2720 /min101.41 /min7.1nrnrn电减于是52216.844955000095500006.445 10101.41PTP2 大齿轮上的力因为已知低速级大齿轮的分度圆直径为223 49147dmzmm 而，因为六个小齿轮均布在大齿轮周511222 6.445 108768.7.147tTFN mmd围，径向力相互抵消，故理论值为零。2rF3.初步确定轴的最小直径选取周的材料为 45 号钢（调制处理） 。根据机械设计表 153 取，于是得：。0126A 233min036.84412651.3101.41PdAmmn考虑到键槽削弱影响时，对于双键 d 增大 710（见键的校核） ，本设计单键强度不够，不符合要求，故选用双键，则：minmin10%51.351.3 10%56.43ddd就近圆整为 60mm.。输入轴的最小直径显然时联结联轴器处轴的直径，为了使所选轴的直径与连轴器的孔径相适应，故需要同时选联轴器的型号。联轴器的计算转矩：,查机械设计表 102，考虑到载荷均匀平稳，2caATK T 注34故取1Ak 则： 521 6.445 10.caATK TN mm 56.445 10.644.5 .N mmN m按计算转矩应小于联轴器工程转矩额条件，查标准 (GB/T5015-1985),选caT用 TL8 型弹性套住销联轴器（查表机械设计师手册 ）其公称转矩为 710Nm,许用转速为 3000r/min,满足要求，其具体参数见主轴箱附件设计。5.2.3 轴的结构设计轴的结构设计5.2.3.1 主轴（小齿轮轴）的结构设计：1.拟定轴上零件的装配方案如图 5.21图 532.根据轴向定位要求确定轴各段直径和长度确定轴各段直径和长度如上图，主轴轴径 d30mm，所选轴承型号为 7207，其尺寸为;取齿轮距箱体内壁距离为 16mm,轴承端盖总宽度为30 62 17.25dD T20mm；轴承距箱体内壁距离为 2mm;又因为齿轮宽为 40mm 则=100mm（根IIIl 注35据厂方提供刀具） ，其它具体尺寸见图 53。至此，初步确定轴的各段长度和直径。轴上零件的周向定位：齿轮与轴的周向定位采用平键连接。查实用机械设计手册续表31 选取键的键，具体计算见键的设计一节。8 7b h 5.2.3.2 大齿轮轴的结构设计1.拟定轴上的装配图方案如图 54 所示：图 54 2.根据轴向定位的要求确定轴各段的直径和长度现已知安装联轴器处轴的直径，即，安装齿轮处的轴段考虑到155dmm键槽的削弱影响，取。半联轴器与轴配合的毂孔长度 L112mm，160dmm考虑到联轴器只压到套筒上面而不压到轴的阶梯上，故 I-II 段的长度应比 L 略短一些，现取。考虑到键槽削弱的影响时，安装齿轮处轴径 d 取108IIILmm60mm，取齿轮距箱体内壁的距离 a=16mm;在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离为 s=8mm.已知滚动轴承宽度 T=22mm,大齿轮宽度 B=35mm,与联轴器相配合的套筒长度根据联轴器的尺寸 A 定位 d=102mm,则轴 IIIII 的长度为：2()TSaBdI I -I I IL 注36=2（2246816）35（1024）=225mm根据 212 轴承的安装尺寸，选取套筒厚度 4.5mm。1D3初选滚动轴承。因滚动轴承除受自身重力外，几乎不受轴向力，故选用深沟球轴承，宽度为T=22mm.。4.齿轮、半联轴器与轴向定位均采用平键联接。根据实用机械设计手册续表 31 选取 149 的键键的公称长度为100mm。同时为了保证齿轮与轴配合具有良好的对中性，故选用齿轮轮毂与轴的配合为 H7/h6;同时半联轴器与轴的联接，选用贫贱 14mm9mm,半联轴器与轴的配合为 H7/k6.滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 m6。 5.确定轴的圆角和倒角尺寸参考机械设计表 152，取轴端倒角为 2，各轴肩处圆角半径取45。R=2。到此我们完成了轴的设计，该设计的安全性我们将在传动件的估算与验算中进行计算。5.2.4 轴的校核轴的校核（一）主轴的校核1.求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图如下 55 所示： 注371） 计算并画在 H 方向的弯矩图由得： 10HM1212()0tNHF LFLLA则： 1212tNHFLFLL代入数值得： 21446.93 49.5723.46549.549.5NHFN由得：20HM2112()0tNHF LFLLA则： 2112tNHFLFLL图 55代入数值得：11446.93 49.5723.46549.549.5NHFN则从左端起齿轮处得弯矩： 注3811723.465 49.535811.54 .HNHMFLN mm则弯矩图如图 55（b）所示。2） 计算并画出 V 方向得弯矩图由得：10HM112()0rNvF LFLL则：1212rNVF LFLL代入数据得：21359.67679.83549.5 2NVFN同理得：2112679.835rNVF LFNLL则从左边起齿轮处的弯矩为：作弯矩图如图 55（c）11679.835 49.533651.8325 .vNvMFLN mm所示。3）.计算轴的总弯矩22HVMMM代入数据得：2235811.5133651.832549141.7363.MN mm作出总弯矩简图如图 5.23（e）所示。. 4)扭矩图由于，所以画弯矩图如图 55（f）所示415.426 10.TN mm从轴得结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面 C 是轴的危险截面，现将计算出截面 C 处得 H 面、V 面的弯矩和总弯矩值列于下表： 注39载荷水平面 H垂直面 V支反力F12723.465723.465NHNHFNFN12679.835679.835NVNVFNFN弯矩M35811.51HMN mmA33651.8325VMN mmA总弯矩M49141.1363N扭矩415.426 10.TN mm2.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的地方。由机械设计查得轴的弯扭合成强度条件为 ：22221()()4()2caMTMTWWW式中各参数含义：轴的计算应力，单位为 MPacaM轴所受的扭矩，单位为 NmmW轴的抗弯截面系数，单位为3mm对称循环变应力时轴的许用应力1由于主轴扭转切应力为对称循环应力，则 a=1。45 号钢的许用弯曲应力由机械设计表 151 查得60。1W 的确定：由于装齿轮处开有键槽，则按机械设计表 154 查得：32()322dbt dtWd由所选键槽参数表格由 b=8,t=4.0 注40则： 3238 4 (304.0)2288.845322 30dWmm 则22242()4914