Z3040搖臂鉆床進(jìn)給箱三維設(shè)計(jì)

ee ee 畢 業(yè) 論 文 設(shè)計(jì) 說 明 書 題 目 Z3040 搖臂鉆床進(jìn)給箱三維設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 ee 學(xué)號(hào) ee 所在院 (系) 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) ee 指導(dǎo)教師 ee 2011 年 6 月 13 日 ee Z3040 搖臂鉆床進(jìn)給箱三維設(shè)計(jì) ee （ee） 指導(dǎo)老師：ee 【摘要】：本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是對(duì) Z3040 搖臂鉆床進(jìn)給箱三維設(shè)計(jì)。Z3040 搖臂鉆床主要用于加工中小 型零件。可以進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、絞孔及攻螺紋等工作。設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于了解 Z3040 鉆床并掌握 Z3040 型搖臂鉆 床進(jìn)給箱的工作原理及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；對(duì)各主要零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，從而掌握一種設(shè)計(jì)的方法；對(duì)整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng) 進(jìn)行三維建模及導(dǎo)出工程圖。同時(shí)此次設(shè)計(jì)，使我了解實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，將大學(xué)四年所學(xué)的各項(xiàng)專業(yè)知識(shí)進(jìn) 行匯總和展示，學(xué)會(huì)將理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際情況中。加深、鞏固和擴(kuò)大所學(xué)基本理論、基本知識(shí)和基本技能。 【關(guān)鍵詞】：搖臂鉆床 鉆孔 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 建模 ee Z3040 Radial drilling feed box three-dimensional design Ee (ee) Tutor: ee 【Abstract】: The design of the main task is to feed drilling machine Z3040 rocker box three-dimensio nal design. Z3040 Radial drilling machine mainly used for processing small parts. Drilling, reaming, reaming an d tapping. The design focus is to understand the Z3040 drilling and master Z3040 radial drilling machine work ing principle and structural characteristics of the feed box; major parts designed so as to equip a design approa ch; built the entire feed system for three-dimensional mold and export drawings. The design, so I understand th e actual product design process, the expertise learned in four years of college are summarized and presented, le arn to apply theoretical knowledge to actual situation. Deepen, consolidate and expand the basic theory, basic k nowledge and basic skills. 【Key words】: radial drilling machine drilling feed drive system modeling ee I 目 錄 1.1.概述概述 1 1 1.1 本論文研究的目的及意義 1 1.1.1 研究的目的.1 1.1.2 研究的意義 1 1.2 搖臂鉆床的國(guó)內(nèi)發(fā)展動(dòng)態(tài)及應(yīng)用領(lǐng)域 2 1.2.1 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì).2 1.2.2 應(yīng)用領(lǐng)域.3 1.3 將要解決的主要問題及解決問題思路 4 1.4 擬定技術(shù)路線及設(shè)計(jì)方案 5 1.5 Z3040 搖臂鉆床的簡(jiǎn)介 7 1.5.1 鉆床及特點(diǎn) 7 1.5.2 Z3040 搖臂鉆床的主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式.8 1.5.3 搖臂鉆床的主要參數(shù)及設(shè)計(jì)要求10 2 2 機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖的擬定與比較機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案和傳動(dòng)系統(tǒng)圖的擬定與比較1212 2.1 主運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì) .12 2.1.1 原動(dòng)機(jī)的選擇 .12 2.1.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定15 2.1.3 繪制主軸進(jìn)給箱轉(zhuǎn)速圖17 2.2 傳動(dòng)過程 .17 ee II 2.3 傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)的目的 .18 2.4 機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)的原則 .18 2.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較與確定 .19 3 3 主要零件設(shè)計(jì)主要零件設(shè)計(jì)2121 3.1 齒輪材料的選擇 21 3.1.1 齒輪材料的基本要求21 3.2 齒式離合器的設(shè)計(jì) 23 3.3 齒輪模數(shù)初步計(jì)算 .23 3.4 傳動(dòng)軸及其組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .25 3.4.1 傳動(dòng)軸直徑的估算及軸間中心距的確定25 3.4.2 齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算27 3.5 過渡軸的設(shè)計(jì) .29 3.5.1 軸的失效形式29 3.5.2 軸的材料29 3.5.3 過渡軸的強(qiáng)度校核30 4 4 軸承的選擇與校核軸承的選擇與校核3434 4.1 軸承的分類 .34 4.2 滾動(dòng)軸承及類型 .34 4.3 滾動(dòng)軸承的失效形式 35 4.4 軸承的選擇計(jì)算 .36 5.5.潤(rùn)滑與密封潤(rùn)滑與密封 3737 ee III 5.1 潤(rùn)滑及冷卻系統(tǒng) .37 5.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)的要求 .38 5.3 潤(rùn)滑劑的選擇 .38 5.4 潤(rùn)滑方式 .39 6.6.基于基于 PRO/EPRO/E 的三維設(shè)計(jì)建模的三維設(shè)計(jì)建模 4141 6.1 零件三維建模 .41 6.1.1 軸承的三維建模41 6.1.2 雙聯(lián)滑移齒輪三維建模42 6.2 三維裝配 .49 結(jié)論結(jié)論 5252 致謝致謝 5353 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 5454 ee I 1.概述 1.1 本論文研究的目的及意義本論文研究的目的及意義 1.1.1 研究的目的 本課題的主要任務(wù)是對(duì) Z3040 鉆床進(jìn)給箱設(shè)計(jì)。首先，我要了解 Z3040 鉆床， Z3040，大寫字母 Z 是鉆床的簡(jiǎn)稱， 30 為搖臂、后面 40 為鉆孔直徑， Z3040 搖臂 鉆床適用于在中、大型零件的鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、平面及攻螺紋等工作，在具有工 藝裝備的條件下可以進(jìn)行鏜孔。 Z3040 搖臂鉆床是一種立式鉆床，在各類鉆床中，它 具有性能完善、適用范圍廣、操作方便、靈活等優(yōu)點(diǎn)，它適用于單件或批量生產(chǎn)帶有 多孔的大型零件的孔加工，是一般機(jī)械加工車間常用高的機(jī)床。讓我了解并掌握 Z3040 型搖臂鉆床進(jìn)給箱的工作原理及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。其次，通過這次的設(shè)計(jì)對(duì)我來說在各個(gè) 方面的收獲。根據(jù)這年來在學(xué)校的專業(yè)課程知識(shí)的學(xué)習(xí)與掌握情況，選擇這個(gè)課題就 是為了掌握一種設(shè)計(jì)的方法，從而提高自身對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的一個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)用能力， 如鞏固和強(qiáng)化了我對(duì) CAD，PRO/E 軟件實(shí)際運(yùn)用能力，同時(shí)也充分加深了我的設(shè)計(jì)能力 和對(duì)以后我的機(jī)械生涯做好了準(zhǔn)備。通過該課題的設(shè)計(jì)，能夠掌握里面的一些設(shè)計(jì)環(huán) 節(jié)，充分理解里面的工程實(shí)際問題，如鉆床夾具設(shè)計(jì)及機(jī)床的數(shù)控 plc 控制等，從而 有助于深刻認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)該課題的思路，鍛煉自己的工程實(shí)踐能力。該課題是一個(gè)涉及知 識(shí)面比較全面的設(shè)計(jì)，精密車床設(shè)計(jì)里面具有復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)，不但要求設(shè)計(jì)者能夠 對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)床設(shè)備要很好的掌握理解，還要能夠?qū)π滦蜋C(jī)床設(shè)備能夠理解，所以該課 程的設(shè)計(jì)具有一定的難度。 1.1.2 研究的意義 通過對(duì)此號(hào)搖臂鉆床的研究開發(fā)，隨著科學(xué)技術(shù)水平和人類生活水平的提高，對(duì) 機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，產(chǎn)品品種越來越多，中大批量的產(chǎn)品需求越來越少， 而單件小批量生產(chǎn)模式迅速增加，作為實(shí)現(xiàn)單件小批量加工自動(dòng)化的數(shù)控?fù)u臂鉆床， 由于其突出的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用： (1)可以加工出傳統(tǒng)搖臂鉆床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。這是由于計(jì) 算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，這就 可以加工復(fù)雜的曲線和曲面。 (2)可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，效率可比以往搖臂鉆床提高 3 到 ee II 7 倍。 (3)加工的零件精度高，尺寸分散度小，裝配容易，不再需要”修配” 。這是由于 加工過程自動(dòng)化，不受人的情緒和疲勞影響的結(jié)果。計(jì)算機(jī)還可以自動(dòng)進(jìn)行刀具壽命 管理，不會(huì)因刀具磨損而影響工件精度和其一致性。最近，數(shù)控系統(tǒng)中增加了搖臂鉆 床誤差、加工誤差修正補(bǔ)償?shù)墓δ?，使加工精度得到進(jìn)一步提高。 (4)可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在搖臂鉆床間的頻繁搬運(yùn)。這是自動(dòng)化帶來的 效果(可以自動(dòng)更換刀具)，如加工中心，在工件裝夾好后，可實(shí)現(xiàn)鉆、銑、攻絲、擴(kuò) 孔等多工序的加工。這些多工序是在同一基面、同一次裝夾下實(shí)現(xiàn)的，提高了相關(guān)的 加工精度?，F(xiàn)已出現(xiàn)其他工序集中的搖臂鉆床，如車削中心、車銑中心、磨削中心等。 1.2 搖臂鉆床的國(guó)內(nèi)發(fā)展動(dòng)態(tài)及應(yīng)用領(lǐng)域搖臂鉆床的國(guó)內(nèi)發(fā)展動(dòng)態(tài)及應(yīng)用領(lǐng)域 1.2.1 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和工業(yè)現(xiàn)代化的需要，各種自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用而生，鉆床 廣泛地在我國(guó)紡織機(jī)械、石油機(jī)械、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械、醫(yī)療器械、航空航天、汽 車拖拉機(jī)、橡塑模具以及發(fā)電機(jī)制造、機(jī)床制造等行業(yè)有關(guān)零件的鉆孔加工得到應(yīng)用。 目前國(guó)內(nèi)搖臂鉆床生產(chǎn)廠家有許多家，但是在這個(gè)行業(yè)做的較好的廠家不是很多。 其中沈陽機(jī)床股份有限公司中捷搖臂鉆床廠的產(chǎn)品國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率高達(dá) 70，出口產(chǎn) 品遍及中東、北美、西歐等 86 個(gè)國(guó)家和地區(qū)。進(jìn)入市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)后，國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日 趨激烈，與中捷搖臂鉆廠生產(chǎn)相同型號(hào)產(chǎn)品的企業(yè)有 40 多家，中捷搖臂鉆廠產(chǎn)品領(lǐng)先 優(yōu)勢(shì)受到挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，中捷搖臂鉆廠在產(chǎn)品賣得正火的時(shí)候，提出了進(jìn)行跨 越產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整。第一，用先進(jìn)技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)品。如普通搖臂鉆床實(shí)現(xiàn)了五軸聯(lián)動(dòng)， 價(jià)格由幾萬元上升到幾十萬元，達(dá)到中國(guó)搖臂鉆床最高水平。第二，向國(guó)際先進(jìn)水平 靠攏，不斷擴(kuò)大產(chǎn)品領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。ZK 系列、橋式和動(dòng)橋系列產(chǎn)品，十幾項(xiàng)技術(shù)居國(guó)內(nèi)領(lǐng) 先地位。 高速高精度 PCB 數(shù)控鉆床伺服進(jìn)給系統(tǒng)的控制研究。專用鉆床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的若干 關(guān)鍵技術(shù)研究。精密微小孔加工技術(shù)的現(xiàn)狀、應(yīng)用和發(fā)展方向,并列舉了多種加工方法,包 括傳統(tǒng)機(jī)械加工、特種加工和復(fù)合加工?；?PLC 技術(shù)的 Z3040 搖臂鉆床控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì)，針對(duì) Z3040 搖臂鉆床的工作特點(diǎn),設(shè)計(jì)了搖臂鉆床的 PLC 新式控制系統(tǒng),給出了鉆 ee III 床控制改造方案和控制程序。本文詳細(xì)論述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,各部分硬件的構(gòu)成,完 成了軟硬件及外圍電路的設(shè)計(jì)開發(fā),并結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)系統(tǒng)做了進(jìn)一步的改進(jìn)和擴(kuò) 展,減少了系統(tǒng)布線,投資少,控制穩(wěn)定,具有較好的推廣價(jià)值。該控制方法簡(jiǎn)單易行、 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、系統(tǒng)控制效果好。實(shí)際應(yīng)用表明,該系統(tǒng)具有加工精度高、抗干擾性好、 自動(dòng)化程度高、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)?；?Pro/E4.0 的鉆床夾具的三維仿真設(shè)計(jì)等。 搖臂鉆床和大多數(shù)機(jī)床一樣，將向數(shù)控自動(dòng)化、機(jī)電一體化和智能化方向發(fā)展。 搖臂鉆床未來的發(fā)展趨勢(shì)是：應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高和擴(kuò)大自動(dòng) 化工作的功能，使機(jī)床適應(yīng)于納入柔性制造系統(tǒng)工作；提高功率主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的 速度，相應(yīng)提高結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜剛度以適應(yīng)采用新型刀具的需要，提高切削效率；提高 加工精度并發(fā)展超精密加工機(jī)床，以適應(yīng)電子機(jī)械、航天等新興工業(yè)的需要。 1.2.2 應(yīng)用領(lǐng)域 Z3040 搖臂鉆床利用旋轉(zhuǎn)的鉆頭對(duì)工件進(jìn)行加工，在機(jī)械行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。 可廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工中的鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋及锪平面等。鉆削加工時(shí)，通 過夾緊裝置，主軸箱緊固在搖臂上，可以沿?fù)u臂徑向運(yùn)動(dòng)，搖臂緊固在外立柱上，外 立柱緊固在內(nèi)立柱上。搖臂借助于絲杠，可以作升降運(yùn)動(dòng)，也可以與外立柱固定在一 起，沿內(nèi)立柱旋轉(zhuǎn)。機(jī)械加工機(jī)床的加工運(yùn)動(dòng)往往是機(jī)械與電氣配合實(shí)現(xiàn)的。Z3040 搖 臂鉆床設(shè)有 4 臺(tái)電動(dòng)機(jī)，即主軸電動(dòng)機(jī)、冷卻泵電動(dòng)機(jī)、搖臂升降電動(dòng)機(jī)及液壓泵電 動(dòng)機(jī)。主軸電動(dòng)機(jī)提供主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，是鉆床加工主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源，但主軸電動(dòng)機(jī) 只有正轉(zhuǎn)工作模式，反轉(zhuǎn)由機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)。冷卻泵電動(dòng)機(jī)用于提供冷卻液，只需正轉(zhuǎn)。 搖臂升降電動(dòng)機(jī)提供搖臂升降的動(dòng)力，需正反轉(zhuǎn)。液壓泵電動(dòng)機(jī)提供液壓油，用于搖 臂、立柱和主軸箱的夾緊和松開，也需要正反轉(zhuǎn)。 Z3040 搖臂鉆床的操作主要通過手輪及按鈕實(shí)現(xiàn)，手輪用于主軸箱在搖臂上的移動(dòng)， 這是手動(dòng)的。按鈕用于主軸的啟動(dòng)停止、搖臂的上升下降、立柱主軸箱的放松及夾緊 等操作，再配合限位開關(guān)完成機(jī)床調(diào)節(jié)的各種動(dòng)作。 1.3 將要解決的主要問題及解決問題思路將要解決的主要問題及解決問題思路 （1）傳動(dòng)系統(tǒng) 為滿足改進(jìn)后的加工及工作要求，在做出相應(yīng)的計(jì)算后對(duì)傳動(dòng)系 統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整。 （2）進(jìn)給系統(tǒng) 傳統(tǒng)的鉆床主軸進(jìn)給系統(tǒng)主要由主軸、主軸套筒、主軸套筒鑲套、 齒輪齒條和軸承等組成。主軸在加工時(shí)即要作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也要作軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。機(jī) ee IV 床主軸被裝置在主軸套筒內(nèi)，套筒放置在主軸箱體孔的鑲套內(nèi)，主軸上側(cè)由花鍵連接。 機(jī)床加工時(shí)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由花鍵傳入，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則由齒輪通過齒條帶動(dòng)套筒在鑲套內(nèi) 運(yùn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的要求，主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改進(jìn)主要有：主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)依然由 電動(dòng)機(jī)傳入，而進(jìn)給則由液壓傳動(dòng)替代手動(dòng)的齒條傳動(dòng)，通過液壓控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)進(jìn) 給動(dòng)作。 （3）夾緊系統(tǒng) 傳統(tǒng)鉆床的夾緊主要是手工操作，由夾具夾緊工件。為了便于實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)化控制，工件夾緊由夾具完成，動(dòng)力源由夾緊液壓缸導(dǎo)入，通過液壓控制系統(tǒng) 來實(shí)現(xiàn)夾緊動(dòng)作的自動(dòng)化。 （4）送料系統(tǒng) 在生產(chǎn)過程中，鉆床的送料主要由人工輸入，這使得投入了大量 的生產(chǎn)力，消耗了大量的工時(shí)，使的生產(chǎn)率不高，為此我們通過導(dǎo)入自動(dòng)送料系統(tǒng)來 減少生產(chǎn)力的投入和工時(shí)的消耗。自動(dòng)送料系統(tǒng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)要根據(jù)生產(chǎn)的需求作出相應(yīng) 的設(shè)計(jì)需求，動(dòng)力源可由電機(jī)或液壓系統(tǒng)傳入，二者均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。 （5）控制系統(tǒng) 當(dāng)前機(jī)床控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)數(shù)控、繼電器電氣控制和 PLC 控 制等，由于繼電器電氣控制系統(tǒng)，其聯(lián)動(dòng)關(guān)系復(fù)雜，維修困難，故障率高，經(jīng)常影響 正常生產(chǎn)，計(jì)算機(jī)數(shù)控造價(jià)高、系統(tǒng)復(fù)雜，而 PLC 控制系統(tǒng)可靠性好、造價(jià)低、抗干 擾能力強(qiáng)、柔性好、編程簡(jiǎn)單、使用方便、擴(kuò)充靈活、功能完善，所以我們利用 PLC 控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)和送料系統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)的控制。 （6）三維建模本次設(shè)計(jì)最終是要通過各種三維軟件如 Pro/e 進(jìn)行三維建模然后裝 配最后再導(dǎo)成二維工程圖。在工程實(shí)際中也是一樣，設(shè)計(jì)人員要正確的建立三維模型 導(dǎo)出二維圖，然后工人們才能加工出合格的工件。所以要求我們?cè)谌S建模方面，要 熟練掌握三維軟件的實(shí)際運(yùn)用能力，另外還有讀圖能力看圖能力，最后就是畫圖能力。 1.4 擬定技術(shù)路線及設(shè)計(jì)方案擬定技術(shù)路線及設(shè)計(jì)方案 1、參數(shù)擬定：根據(jù)機(jī)床類型、規(guī)格和其他特點(diǎn)，了解典型工藝的切削用量，結(jié)合 實(shí)際條件和情況，并與同類型機(jī)床對(duì)比分析后確定：極限轉(zhuǎn)速和公比(或級(jí)數(shù))，主傳 動(dòng)電機(jī)功率。 鉆床的選型 鉆床選擇 Z3040 型搖臂鉆床 1）、 鉆床的設(shè)計(jì) 2）、Z3040 型搖臂鉆床結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)形式 ee V 搖臂鉆床一般由底座、內(nèi)外立柱、搖臂、主軸箱和工作臺(tái)等部件組成，如果 3-3 所示。內(nèi)立柱固定在底座的一端，外立柱套在內(nèi)柱上，并可繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn) 360。搖臂 的一端為套筒，塔套在外立柱上，借助于升降絲桿的正反向旋轉(zhuǎn)，搖臂可沿外立柱上 下移動(dòng)。由于升降螺母固定在搖臂上，所以搖臂只能與外立柱一起繞內(nèi)立柱回轉(zhuǎn)。主 軸箱式一個(gè)復(fù)合的部件，它由主電動(dòng)機(jī)、主軸和主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)給和變速機(jī)構(gòu)以及 機(jī)床的操作機(jī)構(gòu)等部分組成。主軸箱安裝在搖臂的水平導(dǎo)軌上，通過手輪操作可是主 軸箱沿?fù)u臂水平導(dǎo)軌作徑向運(yùn)動(dòng)。這樣，主軸 5 可通過主軸箱在搖臂上的水平移動(dòng)及 搖臂的回轉(zhuǎn)可方便的調(diào)整至機(jī)床尺寸范圍內(nèi)的任意位置。為適應(yīng)加工不同高度工件的 需要，可調(diào)節(jié)搖臂在立柱上的位置。Z3040 鉆床中，主軸箱沿?fù)u臂的徑向運(yùn)動(dòng)和搖臂的 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為手動(dòng)調(diào)整。 鉆削加工時(shí)，主軸旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，主軸的縱向運(yùn)動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)， 即轉(zhuǎn)頭一面旋轉(zhuǎn)一面作縱向進(jìn)給。此時(shí)主軸箱夾緊在搖臂的水平導(dǎo)軌上，搖臂與外立 柱加緊在內(nèi)立柱上。輔助運(yùn)動(dòng)有：搖臂沿外立柱的上下垂直移動(dòng)；主軸箱沿?fù)u臂水平 導(dǎo)軌的徑向移動(dòng)；搖臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 2 進(jìn)給系統(tǒng)概述與分析 傳統(tǒng)的臺(tái)式鉆床主軸進(jìn)給系統(tǒng)主要由主軸、主軸套筒、主軸套筒鑲套、齒輪齒條 和軸承等組成。主軸在加工時(shí)即要作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也要作軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。機(jī)床主軸被 裝置在主軸套筒內(nèi)，套筒放置在主軸箱體孔的鑲套內(nèi)，主軸上側(cè)由花鍵連接。機(jī)床加 工時(shí)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由花鍵傳入，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則由齒輪通過齒條帶動(dòng)套筒在鑲套內(nèi)運(yùn)動(dòng)。 由總體方案可知，自動(dòng)鉆床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)入了液壓缸進(jìn)給系統(tǒng)，由液壓缸驅(qū)動(dòng)替代 齒輪齒條的手動(dòng)進(jìn)給，來實(shí)現(xiàn)主軸的快進(jìn)、工進(jìn)和快退動(dòng)作。鉆床在加工時(shí)，主軸要 作高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)入液壓缸進(jìn)給系統(tǒng)后，因此，我們要結(jié)合合 適的軸承和結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)主軸的高速旋轉(zhuǎn)。往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由液壓缸來完成動(dòng)作。進(jìn)給系 統(tǒng)方案圖的確定。 3 切削力的計(jì)算 切削刀具及相關(guān)參數(shù)的選擇 目前在鉆孔加工中，由于高速鋼麻花鉆在采用物理沉積法 TiN 涂層處理后，其耐 用度和鉆孔精度有了較大提高，所以該鉆頭應(yīng)用極廣。所以，在本文的鉆削加工過程 中，選擇高速鋼麻花鉆頭。查金屬切削手冊(cè)選擇標(biāo)準(zhǔn)圓柱錐柄麻花鉆中等長(zhǎng)度第 一系列，刀具直徑為 12mm,鉆頭與主軸用莫氏錐孔連接，莫氏錐孔為 1 號(hào)莫氏錐孔。 ee VI 由于被加工材料為 Q235 鋼，其切削性能較好，所以查金屬切削手冊(cè)選擇加工 時(shí)進(jìn)給量f為：f=0.2mm/r；其對(duì)應(yīng)的切削速度V=32m/min。 4、動(dòng)力計(jì)算和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)：估算齒輪模數(shù)和直徑；將各傳動(dòng)件及其它零件在展 開圖和剖面圖上做初步的安排、布置和設(shè)計(jì)。 5、軸和軸承的驗(yàn)算：在結(jié)構(gòu)草圖的基礎(chǔ)上，對(duì)一根傳動(dòng)軸的剛度和該軸的軸承壽 命進(jìn)行驗(yàn)算。 6 進(jìn)給箱裝配設(shè)計(jì)：進(jìn)給想裝配圖是以結(jié)構(gòu)草圖為“底稿”，進(jìn)行設(shè)計(jì)和繪制的。 圖上各零件要表達(dá)清楚，并標(biāo)注尺寸和配合。并應(yīng)用 Pro/E 軟件進(jìn)行三維建模以及生 成三維裝配圖。 1.5 Z3040 搖臂鉆床的簡(jiǎn)介搖臂鉆床的簡(jiǎn)介 1.5.1 鉆床及特點(diǎn) 鉆床是一種孔加工設(shè)備，可以用來鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲及修刮端面等多種形 式的加工。鉆床的結(jié)構(gòu)形式很多，有立式鉆床、臥式鉆床、臺(tái)式鉆床、深孔鉆床、多 軸鉆床、搖臂鉆床及其他專用鉆床等。 Z3040 搖臂鉆床是一種立式鉆床，在各類鉆床中，它具有性能完善、適用范圍廣、 操作方便、靈活等優(yōu)點(diǎn)，它適用于單件或批量生產(chǎn)帶有多孔的大型零件的孔加工，是 一般機(jī)械加工車間常用高的機(jī)床。Z3040，大寫字母 Z 是鉆床的簡(jiǎn)稱，30 為搖臂、后面 40 為鉆孔直徑，Z3040 搖臂鉆床適用于在中、大型零件的鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、平面及 攻螺紋等工作，在具有工藝裝備的條件下可以進(jìn)行鏜孔。鉆床是一種孔加工設(shè)備，可 以用來鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲及修刮端面等多種形式的加工。 鉆床的特點(diǎn) 1.雙立柱設(shè)計(jì)，使搖臂更輕巧，便捷！工作效率大大起高 2.操縱系統(tǒng)集中在主軸箱上，變速靈活、方便、 3.進(jìn)給機(jī)械電器雙保險(xiǎn)，安全。避免誤操作 4.基礎(chǔ)大件采用優(yōu)質(zhì)材料成型鑄造，經(jīng)時(shí)效處理后，用高精度機(jī)床加工，具有極高精 度 5.各導(dǎo)軌面均經(jīng)淬硬處理，主軸采用氮化處理，延長(zhǎng)使用壽命。 6.主軸正反轉(zhuǎn)采用手把控制，鉆孔，攻絲更加方便快捷！ 7.臂長(zhǎng) 1.3 米，加工范圍更大，更便捷 ee VII 8.搖臂導(dǎo)軌加寬未定性更好 9.進(jìn)給渦輪自動(dòng)潤(rùn)滑 1.5.2 Z3040 搖臂鉆床的主要結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式 1、主要結(jié)構(gòu) Z3040 搖臂鉆床是一種用途廣泛的萬能機(jī)床， 適用于加工中小零件，可以進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、 刮平面及改螺紋等多種形式的加工，增加適當(dāng)?shù)墓?藝裝備還可以進(jìn)行鏜孔。主要有底座、內(nèi)外立柱、 搖臂、主軸箱、主軸及工作臺(tái)等部分組成。最大鉆 孔直徑為 40mm，跨距最大 1200mm,最小 300mm。 2、搖臂鉆床主要運(yùn)動(dòng)形式為： 搖臂的一端為套筒，套裝在外立柱上，并借助絲杠的正、反轉(zhuǎn)可沿外立柱作上下 移動(dòng)。主軸箱安裝在搖臂的水平導(dǎo)軌上,可通過手輪操作使其在水平導(dǎo)軌上沿?fù)u臂移動(dòng)。 加工時(shí)，根據(jù)工件的高度的不同，搖臂借助于絲杠可帶著主軸箱沿外立柱上下升降。 在升降之前，應(yīng)自動(dòng)將搖臂松開，再進(jìn)行升降，當(dāng)達(dá)到所需的位置時(shí)，搖臂自動(dòng)夾緊 在外立柱上。搖臂鉆床鉆削加工分為工作運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)。工作運(yùn)動(dòng)包括：主運(yùn)動(dòng) （主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（主軸軸向運(yùn)動(dòng)） ；輔助運(yùn)動(dòng)包括：主軸箱沿?fù)u臂的橫 向移動(dòng)，搖臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。鉆削加工時(shí)，鉆頭一面旋轉(zhuǎn)一面作縱向進(jìn)給。鉆床 的主運(yùn)動(dòng)是主軸帶著鉆頭作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是鉆頭的上下移動(dòng)。輔助運(yùn)動(dòng)是主軸 箱沿?fù)u臂水平移動(dòng)，搖臂沿外立柱上下移動(dòng)和搖臂與外立柱一起繞內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 （1）主軸帶刀具的旋轉(zhuǎn)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有一臺(tái)三相交流異步電動(dòng)機(jī)（3kw）驅(qū)動(dòng)，主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向 由機(jī)械及液壓裝置控制。 （2）各運(yùn)動(dòng)部分的移位運(yùn)動(dòng) 主軸在三維空間的移位運(yùn)動(dòng)有主軸箱沿?fù)u臂方向的水平移動(dòng)（平動(dòng)） ；搖臂沿外立 柱的升降運(yùn)動(dòng)（搖臂的升降運(yùn)動(dòng)由一臺(tái) 1.1kw 籠型三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)） ；外立柱帶動(dòng) 搖臂沿內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（手動(dòng)）等三種，各運(yùn)動(dòng)部件的移位運(yùn)動(dòng)用于實(shí)現(xiàn)主軸的對(duì) 刀移位。 3）移位運(yùn)動(dòng)部件的夾緊與放松 圖 1.1 Z3040 搖臂鉆床結(jié)構(gòu)示意圖 1 底座 2 內(nèi)立柱 3、4 外立柱 5 搖臂 6 主軸箱 7 主軸 8 工作臺(tái) ee VIII 搖臂鉆床的三種對(duì)刀移位裝置對(duì)應(yīng)三套夾緊與放松裝置，對(duì)刀移動(dòng)時(shí)，需要將裝 置放松，機(jī)加工過程中，需要將裝置夾緊。三套夾緊裝置分別為搖臂夾緊（搖臂與外 立柱之間） ；主軸箱夾緊（主軸箱與搖臂導(dǎo)軌之間） ；立柱夾緊（外立柱和內(nèi)立柱之間） 。 通常主軸箱和立柱的夾緊與放松同時(shí)進(jìn)行。搖臂的夾緊與放松則要與搖臂升降運(yùn)動(dòng)結(jié) 合進(jìn)行。 Z3040 搖臂鉆床夾緊與放松機(jī)構(gòu)液壓原理如下圖所示。圖中液壓泵采用雙向定量泵。 液壓泵電動(dòng)機(jī)在正反轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)液壓缸中活塞的左右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)夾緊裝置的夾緊與放 松運(yùn)動(dòng)。電磁換向閥 HF 的電磁鐵 YA 用于選擇夾緊與放松的現(xiàn)象，電磁鐵 YA 的線圈不 通電時(shí)電磁換向閥工作在左工位，接觸器 KM4、KM5 控制液壓泵電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn) 主軸箱和立柱（同時(shí)）的夾緊與放松；電磁鐵 YA 線圈通電時(shí)，電磁換向閥工作在右工 位，接觸器 KM4、KM5 控制液壓泵電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)搖臂的夾緊與放松。 圖 1.2 Z3040 搖臂鉆床夾緊與放松機(jī)構(gòu)液壓原理圖 1.5.3 搖臂鉆床的主要參數(shù)及設(shè)計(jì)要求 1.主要技術(shù)參數(shù)見下表 表 1 主要技術(shù)參數(shù) 主要技術(shù)參數(shù) 最大鉆孔直徑 40 毫米 主軸中心線到立柱母線距離350-1250 毫米 主軸箱水平移動(dòng)距離900 毫米 主軸端面到底座面間距離 350-1250 毫米 ee IX 搖臂升降距離 600 毫米 搖臂升降速度1.2 米/分 搖臂回轉(zhuǎn)角度360 度 主軸前端孔錐度莫氏 4 號(hào) 主軸轉(zhuǎn)速范圍（16 級(jí)）25-2000 轉(zhuǎn)/分 進(jìn)給量范圍（16 級(jí)）0.04-3.2 毫米/轉(zhuǎn) 主軸行程315 毫米 刻度盤每轉(zhuǎn)鉆孔深度122.5 毫米 主軸允許最大扭矩40 公斤力*米 主軸允許最大進(jìn)給抗力1600 公斤力 功率 3 千瓦主電機(jī) 轉(zhuǎn)速 1430 轉(zhuǎn)/分 功率 1.1 千瓦搖臂升降電機(jī) 轉(zhuǎn)速 1500 轉(zhuǎn)/分 功率 0.6 千瓦液壓系統(tǒng)電機(jī) 轉(zhuǎn)速 1500 轉(zhuǎn)/分 功率 0.125 千瓦冷卻泵電機(jī) 轉(zhuǎn)速 3000 轉(zhuǎn)/分 機(jī)床重量3200 公斤 機(jī)床外形尺寸2170*1013*2625 毫米 2、對(duì)電氣控制的要求 （1）根據(jù)工件的大小、位置及夾緊，為了減少輔助工作時(shí)間，要求配備一臺(tái) 主軸運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、一臺(tái)搖臂升降電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)液壓泵電動(dòng)機(jī)。 （2）鉆孔時(shí)產(chǎn)生的高溫，可有一臺(tái)普通冷卻泵電動(dòng)機(jī)加以控制。 （3）根據(jù)整個(gè)生產(chǎn)線狀況，要求配備一套局部照明裝置及必要的工作狀態(tài)指示燈。 ee X ee XI 2.電機(jī)選擇電機(jī)選擇 2.1 電動(dòng)機(jī)選擇電動(dòng)機(jī)選擇 2.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)類型選擇電動(dòng)機(jī)類型 2.1.2 選擇電動(dòng)機(jī)容量選擇電動(dòng)機(jī)容量 電動(dòng)機(jī)所需工作功率為： ； w d P P 工作機(jī)所需功率為： w P ； 1000 Fv Pw 傳動(dòng)裝置的總效率為： ； 4321 傳動(dòng)滾筒 96 . 0 1 滾動(dòng)軸承效率 96 . 0 2 閉式齒輪傳動(dòng)效率 97 . 0 3 聯(lián)軸器效率 99 . 0 4 代入數(shù)值得： 8 . 099. 097 . 0 99. 096 . 0 224 4321 所需電動(dòng)機(jī)功率為： kWkW Fv Pd52.10 6010008 . 0 4010000 1000 略大于 即可。 d P d P 選用同步轉(zhuǎn)速 1460r/min ；4 級(jí) ；型號(hào) Y160M-4.功率為 11kW 2.1.3 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 取滾筒直徑mmD500 min/ 6 . 125 500 100060 r v nw 1.分配傳動(dòng)比 （1）總傳動(dòng)比 62.11 6 . 125 1460 w m n n i (2)分配動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比 ee XII 取兩級(jí)圓柱齒輪減速器高速級(jí)傳動(dòng)比 03. 44 . 1 01 ii 則低速級(jí)的傳動(dòng)比 88. 2 03 . 4 62.11 01 12 i i i 2.1.4 電機(jī)端蓋組裝電機(jī)端蓋組裝 CAD 截圖截圖 圖 2.1.4 電機(jī)端蓋 2.2 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 2.2.1 電動(dòng)機(jī)軸電動(dòng)機(jī)軸 mN r kW n P T nn pp m d 81.689550 min/1460 52.10 0 0 0 0 0 2.2.2 高速軸高速軸 ee XIII mN r kW n p T nn pp m d 09.68 1460 41.10 95509550 min/1460 41.10 1 1 1 1 41 2.2.3 中間軸中間軸 mN rr kW n p T i n n ppp 6 . 263 2 . 362 10.10 95509550 min/ 2 . 362min/ 03 . 4 1460 10.1097. 099 . 0 52.10 2 2 2 01 1 2 3200112 2.2.4 低速軸低速軸 mN r kW n p T i n n ppp 8 .7359550 76.125 69 . 9 9550 min/76.125 88 . 2 2 .362 69 . 9 97. 099 . 0 10.10 3 3 3 12 2 3 3210223 2.2.5 滾筒軸滾筒軸 mN r kW n p T i n n ppp 720 76.125 49. 9 95509550 min/76.125 49 . 9 99 . 0 99. 069 . 9 4 4 4 23 3 4 4220334 ee XIV ee XV 3.齒輪計(jì)算齒輪計(jì)算 3.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1按傳動(dòng)方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 2絞車為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 7 級(jí)精度（GB 10095-88） 。 3材料選擇。由表 10-1 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280 HBS，大齒 輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為 240 HBS，二者材料硬度差為 40 HBS。 4選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)。取24 1 z76.9603 . 4 24 2 z 97 2 z 5 初選螺旋角。初選螺旋角 14 3.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由機(jī)械設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-21）進(jìn)行試算，即 3 0 1 12 H EH d t t ZZTK d 3.2.1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （1）試選載荷系數(shù)1。6 . 1 t k （2）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖 10-30 選取區(qū)域系數(shù)。433. 2 h z （3）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖 10-26 查得，則 78 . 0 1 87. 0 2 。 65. 1 21 （4）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 mmNmmN n p T.108 . 6. 1460 41.1010 5 . 9510 5 . 95 4 5 1 0 5 1 （5）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 10-7 選取齒寬系數(shù)1 d （6）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù)MPaZe8 .189 （7）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極 限 ；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 。MPa H 600 1lim MPa H 500 2lim 13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 9 11 103 . 61530082114606060 h jLnN 91 2 1056 . 1 03. 4 N N （9）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖（10-19）取接觸疲勞壽命系數(shù);90 . 0 1 HN K 。95 . 0 2 HN K ee XVI （10）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版式（10-12）得 MPaMPa S KHN H 5406009 . 0 1lim1 1 MPaMPa S KHN H 5 . 52255095. 0 2lim2 2 （11）許用接觸應(yīng)力 MPa HH H 25.531 2 21 3.2.2 計(jì)算計(jì)算 （1）試算小齒輪分度圓直徑d t 1 =4 0 3 1 21 tHE t d H K TZ Z d 324 86 . 0 1046.16 34 1046.167396 . 0 10738.121 3 9.56mm （2）計(jì)算圓周速度v0 sm ndt /78 . 3 100060 56.491460 100060 11 （3）計(jì)算齒寬及模數(shù) 1 1 cos 49.56 t nt mm d m z =2mm z d m t nt 1 1 cos 24 14cos56.49 24 97. 056.49 h=2.252.25 2=4.5mm nt m 49.56/4.5=11.01 h b （4）計(jì)算縱向重合度 0.318 1 24 tan=20.73 tan318. 0 1z d 14 （5）計(jì)算載荷系數(shù) K。 已知使用系數(shù)根據(jù) v= 7.6 m/s,7 級(jí)精度，由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖 10-8 , 1 KA 查得動(dòng)載系數(shù) ;11. 1 Kv 由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 10-4 查得的值與齒輪的相同，故 KH ;42. 1 KH 由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖 10-13 查得 35 . 1 f K 由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 10-3 查得.故載荷系數(shù)4 . 1 HH KK 1 1.11 1.4 1.42=2.2 HHVA KKKKK （6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑，由式（10-10a）得 ee XVII 3 11 K dd t t K mm11.55375 . 1 56.49 6 . 1 2 . 2 56.49 3 3 （7）計(jì)算模數(shù) z d mn 1 1cos mm22. 2 24 11.5597 . 0 24 14cos11.55 3.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式（10-17） 3 2 2 1 1 2 cos F SaFa d n YY z YT m K 3.3.1 確定計(jì)算參確定計(jì)算參數(shù)數(shù) （1）計(jì)算載荷系數(shù)。 =2.09 ffVA KKKKK35 . 1 4 . 111. 1 （2）根據(jù)縱向重合度 ，從機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖 10-28 查得螺旋 903 . 1 角影響系數(shù) 88 . 0 Y （3）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)。 37.26 91 . 0 2424 14 24 97 . 0 coscos 333 1 1 z zV 59.106 91 . 0 97 14 97 coscos 33 2 2 z zv （4）查齒形系數(shù)。 由表 10-5 查得 18 . 2 ;57 . 2 21 YYFaFa （5）查取應(yīng)力校正系數(shù)。 由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 10-5 查得 79. 1; 6 . 1 21 YYSaSa （6）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖 10-24c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限 ； MPa FE 500 1 MPa FE 380 2 （7）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) ， 85 . 0 1 KFN ； 88 . 0 2 KFN （8）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全系數(shù) S1.4,由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版式（10-12）得 ee XVIII MPaMPa S F MPaMPa S F FEFN FEFN K K 86.238 4 . 1 38088 . 0 57.303 4 . 1 85500 . 0 22 2 11 1 （9）計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較。 F YYSaFa 13630 57.303 596 . 1 592 . 2 1 11 F YYSaFa = F YYSaFa 2 22 01642 . 0 86.238 774. 1211 . 2 由此可知大齒輪的數(shù)值大。 3.3.2 設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算 mmmmmm mn 59 . 1 085 . 4 342 . 4 01642 . 0 65 . 1 * 88 . 0 8 . 610 . 2 2 3 3 2 3 2 2 4 97 . 0 24 )14(cos 10 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù) 大于由齒面齒根彎曲疲 mn 勞強(qiáng)度計(jì)算 的法面模數(shù)，取2，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng) mn 度，需按接觸疲勞強(qiáng)度得的分度圓直徑 100.677mm 來計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由 73.26 2 14cos11.55 cos 1 1 m d z n 取 ，則 取 27 1 z 81.10803 . 4 27 2 z ;109 2 z 3.4 幾何尺寸計(jì)算幾何尺寸計(jì)算 3.4.1 計(jì)算中心距計(jì)算中心距 a= mm mzz n 2 . 140 97 . 0 136 14cos2 2)10927( cos2 21 將中以距圓整為 141mm. 3.4.2 按圓整后的中心距修正螺旋角按圓整后的中心距修正螺旋角 06.1497 . 0 arccos 2 .1402 2)10927( arccos 2 )( arccos 21 a mzz n 因值改變不多，故參數(shù)、等不必修正。 k ZH ee XIX 3.4.3 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 mm mm mz d mz d n n 224 97. 0 218 14cos 2109 cos 55 97 . 0 54 14cos 227 cos 2 2 1 1 mma dd 5 .139 2 22455 2 21 3.4.4 計(jì)算齒輪寬度計(jì)算齒輪寬度 mmb d d 5567.551 1 圓整后取.mmmm BB 61;56 12 低速級(jí) 取 m=3;30 3 z 由88 . 2 3 4 12 z z i 取 4 2.88 3086.4 z 87 4 z mmm mm zd zd 261873 90303 44 33 mmmma dd 5 . 175 2 26190 2 43 mmmmb d d 90901 3 圓整后取mmmm BB 95,90 34 表表 1高速級(jí)齒輪： 計(jì) 算 公 式名 稱 代號(hào) 小齒輪大齒輪 模數(shù)m22 壓力角2020 分度圓 直徑 d =2 27=54 zd m 11 =2 109=218 zd m 22 齒頂高 ha 221 21 m hhh aaa 齒根高 hf 2)1 ()( 21 cm chhh aff 齒全高h(yuǎn) m chhh a )2( * 21 齒頂圓 直徑 da * 11 (2) aa m dhz m hzd aa )2( * 22 ee XX 表表 2低速級(jí)齒輪： 計(jì) 算 公 式名 稱 代號(hào) 小齒輪大齒輪 模數(shù)m33 壓力角2020 分度圓 直徑 d =3 27=54 zd m 11 =2 109=218 zd m 22 齒頂高 ha 12 1 22 aaamhhh 齒根高 hf 2)1 ()( 21 cm chhh aff 齒全高h(yuǎn) m chhh a )2( * 21 齒頂圓 直徑 da * 11 (2) aa m dhz m hzd aa )2( * 22 ee XXI 4. 軸的設(shè)計(jì)軸的設(shè)計(jì) 4.1 低速軸低速軸 4.1.1 求輸出軸上的功率求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩 p3 n3T3 若取每級(jí)齒輪的傳動(dòng)的效率,則 mN r kW n p T i n n ppp 842.7359550 76.125 69 . 9 9550 min/76.125 88 . 2 2 . 362 69 . 9 97.990 . 0 10.10 3 3 3 12 2 3 3210223 4.1.2 求作用在齒輪上的力求作用在齒輪上的力 因已知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為 mmmz d 4041014 44 N N N FF FF d T F ta n tr t 90814tan3642tan 1366 97. 0 3639 . 0 3642 14cos 20tan 3642 cos tan 3642 404 10008 .7352 2 4 3 圓周力 ,徑向力 及軸向力 的 FtFrFa 4.1.3 初步確定軸的最小直徑初步確定軸的最小直徑 先按式初步估算軸的最小直徑.選取軸的材料為 45 鋼,調(diào)質(zhì)處理.根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版表 15-3,取 ,于是得 112 0 A mm n p Ad 64.47077 . 0 112 76.125 69 . 9 112 3 33 3 3 0min 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑.為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸 d12 器的孔徑相適應(yīng),故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào). 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩, 查表考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小,故取 ,則: TKTAca3 3 . 1 KA mmNmmN TKTAca 6 . 9565947358423 . 1 3 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查標(biāo)準(zhǔn) GB/T 5014-2003 或手冊(cè), Tca ee XXII 選用 LX4 型彈性柱銷聯(lián)軸器,其公稱轉(zhuǎn)矩為 2500000 .半聯(lián)軸器的孔徑 mmN ,故取 ,半聯(lián)軸器長(zhǎng)度 L=112mm ,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔 mm d 55 1 mm d 50 21 長(zhǎng)度. mm L 84 1 4.1.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）擬定軸上零件的裝配方案 圖 4-1 （2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1)根據(jù)聯(lián)軸器為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要示求,1-2 軸 ;84,50 1212 mmmml d 段右端需制出一軸肩,故取 2-3 段的直徑 ;左端用軸端擋圈,按軸端直徑取 mm d 62 32 擋圈直徑 D=65mm.半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度,為了保證軸端擋圈只壓在 mm L 84 1 半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上,故 1-2 段的長(zhǎng)度應(yīng)比 略短一些,現(xiàn)取. L1 mm l 82 21 2)初步選擇滾動(dòng)軸承.因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾 子軸承.參照工作要求并根據(jù),由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游子隙 mm d 62 32 組 、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承 30313。其尺寸為 d D T=65mm 140mm 36mm， 故 ；而。 mm dd 65 7643 mmmm dl 82,5 .54 6565 3）取安裝齒輪處的軸段 4-5 段的直徑 ；齒輪的右端與左軸承之間 mm d 70 54 采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為 90mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸 段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取 。齒輪的左端采用軸肩定位，軸肩高度 mm l 85 54 ，故取 h=6mm ，則軸環(huán)處的直徑 。軸環(huán)寬度 ， dh07. 0 mm d 82 65 hb4 . 1 取。 mm l 5 .60 65 ee XXIII 4）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=30mm，故取 mm l 57.40 32 低速軸的相關(guān)參數(shù)： 表 4-1 功率 p3 kW69 . 9 轉(zhuǎn)速 n3 min/76.125r 轉(zhuǎn)矩 T3 mN 842.735 1-2 段軸長(zhǎng) l 21 84mm 1-2 段直徑 d 21 50mm 2-3 段軸長(zhǎng) l 32 40.57mm 2-3 段直徑 d 32 62mm 3-4 段軸長(zhǎng) l 43 49.5mm 3-4 段直徑 d 43 65mm 4-5 段軸長(zhǎng) l 54 85mm 4-5 段直徑 d 54 70mm 5