黃秋元畢業(yè)設(shè)計說明書

廣西工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(論文)說明書 課題名稱： 曲軸端部法蘭孔的加工設(shè)計及機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動化 班 別： 機(jī)自042班 學(xué) 號： 2004011114 學(xué)生姓名： 黃秋元 指導(dǎo)教師： 李 書 平 完成時間： 2008年 5月28日目錄第一章 緒 論1第一節(jié) 畢業(yè)設(shè)計題目1第二節(jié) 課題背景1一、選題意義1二、曲軸的概述1第三節(jié) 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及市場調(diào)查2第二章 總體方案分析與設(shè)計4第一節(jié) 工藝分析4第二節(jié) 總體方案的確定及任務(wù)分配5第三章 法蘭孔的主運(yùn)動設(shè)計及進(jìn)給運(yùn)動設(shè)計6第一節(jié) 主運(yùn)動設(shè)計方案的分析6第二節(jié) 法蘭主運(yùn)動所需電機(jī)的選擇7一、進(jìn)給量的確定7二. 轉(zhuǎn)速與功率的確定8三.帶輪的設(shè)計及計算9四.法蘭孔加工主軸箱運(yùn)動設(shè)計的齒輪設(shè)計及計算11五 、 法蘭加工主軸箱運(yùn)動系統(tǒng)所有齒輪數(shù)據(jù)匯總18第三節(jié) 法蘭加工主軸箱運(yùn)動設(shè)計的軸設(shè)計與計算18一.軸的材料選擇18二、 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計18三、 軸的剛度校核22四、 軸承的校核24第四節(jié) 法蘭加工進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計25一、法蘭加工孔進(jìn)給系統(tǒng)的總體設(shè)計25二. 法蘭加工進(jìn)給系統(tǒng)的計算與設(shè)計26第五節(jié) 床身及導(dǎo)軌設(shè)計36一.對床身的要求36二 、床身的材料及時效處理36三、 床身受力分析37四、導(dǎo)軌設(shè)計37第四章 機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計39第一節(jié) 機(jī)床控制系統(tǒng)的分析39第二節(jié) 機(jī)床法蘭控制系統(tǒng)的設(shè)計39一 機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)及運(yùn)動、形式39二 控制要求39三 控制系統(tǒng)的分析39四 控制電路分析41第三節(jié) 機(jī)床豎直孔加工及斜深孔加工控制系統(tǒng)的設(shè)計43結(jié)束語45致謝46參考文獻(xiàn)47第一章 緒 論第一節(jié) 畢業(yè)設(shè)計題目玉柴YC4F90-21型曲軸潤油孔及連接法蘭孔專用鉆床的研制曲軸端部法蘭孔的加工及機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計。第二節(jié) 課題背景 一、 選題意義畢業(yè)設(shè)計是我們在大學(xué)期間所有課程中的最后一門課程，也是大學(xué)里面最重要最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。它要求我們把在這將近四年的大學(xué)生涯所學(xué)到的東西都融會到此次畢業(yè)設(shè)計中，目的是想讓我們在進(jìn)入社會工作之前來進(jìn)行一次全方位訓(xùn)練和提高，因此，它要求選擇設(shè)計題目的難易程度和工作量都是比較高的，它不管是對于我們將來要從事的工作還是鞏固我們所學(xué)過的知識都有著非常重要的意義。針對本次畢業(yè)設(shè)計，老師安排我們到柳州東風(fēng)汽車廠進(jìn)行了實(shí)習(xí)。柳州東風(fēng)汽車廠是柳州的知名企業(yè)，它的技術(shù)在柳州地區(qū)是一流的，能夠去那實(shí)習(xí)對我們的課題設(shè)計有很大的幫助。選擇這樣的課題就可以達(dá)到以下目的：首先，我們可以把所學(xué)的知識真正的應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中去，這樣可以鍛煉和提高我們解決實(shí)際情況的能力；其次，這次設(shè)計的題目是專用鉆床的研制玉柴曲軸潤滑油孔幾連接法蘭孔專用鉆床的研制，這樣不僅可以讓我對鉆床的結(jié)構(gòu)及其加工工藝有較深了解，也對曲軸的功用與設(shè)計加工有一定的認(rèn)識；再次，希望通過本次設(shè)計能更深入的了解自己在設(shè)計上的不足之處，并加以。這也是我本次設(shè)計的一大愿望。二、 曲軸的概述（一）曲軸的定義曲軸是整個引擎中唯一的動力輸出軸，所謂的引擎轉(zhuǎn)速也就是曲軸的轉(zhuǎn)速，所以曲軸可算是引擎中最主要的零件之一。曲軸之所以稱為曲軸，就是因?yàn)樗皇且恢念^到尾直通的軸，為了提供力臂讓活塞的上下直線運(yùn)動轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，曲軸必須根據(jù)活塞的數(shù)目設(shè)計成一支曲折的軸。曲軸之曲折處 (其偏心部分) 與活塞連桿大端連接，稱為曲柄臂；而曲軸主軸承則在曲軸之旋轉(zhuǎn)中心軸處支撐曲軸。曲軸于各個曲柄臂旁都有類似半圓形狀的曲軸配重，使得偏心運(yùn)轉(zhuǎn)的曲柄臂之質(zhì)量中心能落于旋轉(zhuǎn)中心 (圓心) 上，以消除偏心運(yùn)轉(zhuǎn)所帶來之震動。（二）曲軸的作用曲軸是發(fā)動機(jī)最重要的機(jī)件之一。曲軸一般用中碳鋼或中碳合金鋼模鍛而成。為提高耐磨性和耐疲勞強(qiáng)度，軸頸表面經(jīng)高頻淬火或氮化處理，并經(jīng)精磨加工，以達(dá)到較高的表面硬度和表面粗糙度的要求。它與連桿配合將作用在活塞上的氣體壓力變?yōu)樾D(zhuǎn)的動力，傳給底盤的傳動機(jī)構(gòu)。同時，驅(qū)動配氣機(jī)構(gòu)和其它輔助裝置，如風(fēng)扇、水泵、發(fā)電機(jī)等。 工作時，曲軸承受氣體壓力，慣性力及慣性力矩的作用，受力大而且受力復(fù)雜，并且承受交變負(fù)荷的沖擊作用。同時，曲軸又是高速旋轉(zhuǎn)件，因此，要求曲軸具有足夠的剛度和強(qiáng)度，具有良好的承受沖擊載荷的能力，耐磨損且潤滑良好。曲軸一般由主軸頸，連桿軸頸、曲柄、平衡塊、前端和后端等組成。一個主軸頸、一個連桿軸頸和一個曲柄組成了一個曲拐，曲軸的曲拐數(shù)目等于氣缸數(shù)(直列式發(fā)動機(jī))；V型發(fā)動機(jī)曲軸的曲拐數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。曲柄是主軸頸和連桿軸頸的連接部分，斷面為橢圓形，為了平衡慣性力，曲柄處鑄有(或緊固有)平衡重塊。平衡重塊用來平衡發(fā)動機(jī)不平衡的離心力矩，有時還用來平衡一部分往復(fù)慣性力，從而使曲軸旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)。因而它對材料，加工方法，方式和精度都有很高的要求。本次設(shè)計的鉆床主要用于加工潤油孔及法蘭孔，豎直方向的潤油孔一共有8個，斜向潤油孔一共有4個，分為2個斜向方向，而水平方向的法蘭孔有6個，其中所有潤油孔又為深孔。加工潤油孔及法蘭孔之專用鉆床的要求為一道工序完成所有孔的加工，工件一次裝夾。鉆削孔后孔表面粗糙度要達(dá)到6.3。第三節(jié) 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及市場調(diào)查課題所設(shè)計之專用鉆床是加工玉柴集團(tuán)的YC4F90-21型號柴油發(fā)動機(jī)的曲軸潤油孔。YC4F系列柴油機(jī)是適應(yīng)輕型車市場發(fā)展需要開發(fā)的排量2.66升、功率覆蓋范圍90-115馬力的低排放、節(jié)能環(huán)保型輕型柴油機(jī)。與德國FEV合作設(shè)計，采用多項(xiàng)現(xiàn)代柴油機(jī)科研技術(shù)成果，動力、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到國外先進(jìn)水平。歐機(jī)型采用美國DELPHI電控高壓共軌技術(shù)、低渦流燃燒室等多項(xiàng)現(xiàn)代柴油機(jī)技術(shù)成果，動力、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到國外先進(jìn)水平，在國內(nèi)同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先地位。玉柴新曲軸車間投資2300多萬元，是玉柴機(jī)器配件制造有限公司成立以來投資最大的技改項(xiàng)目。新車間廠房位于該公司主廠區(qū)內(nèi)，采用輕鋼結(jié)構(gòu)，建筑面積為3000多平方米，車間內(nèi)布置兩條代表國內(nèi)最高水平的雙主機(jī)鐵型覆砂生產(chǎn)線，具有勞動強(qiáng)度較低、自動化程度和生產(chǎn)效率都較高的特點(diǎn)。工程項(xiàng)目將在2008年6月底全部竣工，項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，增加的曲軸產(chǎn)銷數(shù)量為30萬條/年，年新增銷售收入2億多元，利稅1000多萬元。屆時該公司將實(shí)現(xiàn)1600條/天的生產(chǎn)能力，形成50萬條/年曲軸毛坯生產(chǎn)能力，同時形成多品種、小批量同時生產(chǎn)能力。這對該公司實(shí)現(xiàn)三年發(fā)展規(guī)劃（2009年產(chǎn)銷要達(dá)10億元），做精做強(qiáng)做大優(yōu)勢產(chǎn)品，把該公司建成高質(zhì)量的配件集團(tuán)公司具有重大意義，這也必將為實(shí)現(xiàn)“三年再造一個玉柴”的宏偉目標(biāo)作出積極貢獻(xiàn)。廣西玉柴汽車配件制造有限公司一期項(xiàng)目第一條生產(chǎn)線于2007年6月份投產(chǎn)，已形成年產(chǎn)6萬根曲軸的生產(chǎn)規(guī)模，目前第二條生產(chǎn)線已正式投產(chǎn)，生產(chǎn)規(guī)模將達(dá)到年產(chǎn)曲軸20萬根，年可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值2.5億元，年實(shí)現(xiàn)稅利1500萬元。廣西玉柴汽車配件制造有限公司曲軸二期項(xiàng)目位于陸川縣龍豪工業(yè)大道邊，計劃總投資3億元，占地面積300畝，計劃2009年建成投產(chǎn)，公司將達(dá)到年產(chǎn)80至100萬根曲軸的生產(chǎn)規(guī)模，初步形成全國最大的曲軸生產(chǎn)基地。玉柴曲軸項(xiàng)目簡介： 1、項(xiàng)目名稱：玉柴擴(kuò)建年產(chǎn)曲軸10萬根生產(chǎn)線2、建設(shè)規(guī)模與內(nèi)容：建設(shè)規(guī)模：10萬根/年。 建設(shè)內(nèi)容：新建曲 軸鍛造車間，新增主要設(shè)備50臺(套),建設(shè)一條曲軸加工線。3、項(xiàng)目審批情況：已進(jìn)行了項(xiàng)目可行性研究工作。4、建設(shè)必要性：為提高、保證玉柴6108Q、6112Q柴油機(jī)整體質(zhì)量 要求,引進(jìn)曲軸全自動生產(chǎn)線，滿足玉柴曲軸生產(chǎn)需要。5、市場預(yù)測：配套玉柴柴油機(jī)主要部件。6、建設(shè)條件：玉柴的水、電、氣（汽）公用動力系統(tǒng)完善。鐵路、 公路運(yùn)輸條件相當(dāng)便利。玉柴電信28分局電話3000門，通訊十分方便。7、項(xiàng)目總投資：總投資為6203萬美元。8、經(jīng)濟(jì)效益：投資回報率16.6%，投資回收期7.15年。9、合作方式：獨(dú)資。10、建設(shè)單位概況：玉柴股司注冊資本6102萬美元,廠區(qū)面積171萬平方米,廠房面積54萬平方米,現(xiàn)有固定資產(chǎn)24496萬美元， 主要產(chǎn)品有YC6105QC柴油機(jī)、YC6108Q柴油機(jī)、6112Q柴油機(jī)、小型液壓挖掘機(jī)、柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組等?？偟内厔輥碇v，玉柴集團(tuán)正在快速、持續(xù)、健康的發(fā)展，其曲軸項(xiàng)目也隨之壯大。第二章 總體方案分析與設(shè)計第一節(jié) 工藝分析正如之前所述所有潤油孔均為深孔鉆削加工，即鉆削孔深與直徑之比（L/D）大于5時稱為深孔鉆削。深孔鉆削加工勢必給工藝造成一定難度，目前深孔鉆削加工的主流方法分為2種,一種為一次進(jìn)給完成加工，主要采用槍鉆等，另一種為采用標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆或特長麻花鉆分級進(jìn)給。這里進(jìn)行方案對比：用槍鉆一次進(jìn)給優(yōu)點(diǎn)：一次進(jìn)給完成加工，加工時間短，提高生產(chǎn)效率，降低了工人操作要求與工作強(qiáng)度。可要達(dá)到IT7-11,表面粗糙度1.6-3.2，加工精度高。缺點(diǎn)：成本高，要專門設(shè)計槍鉆的系統(tǒng)設(shè)備，需要高水平的專業(yè)人員進(jìn)行安裝、調(diào)試、維護(hù)，不易于經(jīng)常更換。用麻花鉆分級進(jìn)給優(yōu)點(diǎn)：成本低，適合大批量生產(chǎn)，安裝維護(hù)比較簡單，易于更換。缺點(diǎn)：需要分級進(jìn)給，加工時間長，生產(chǎn)效率較低，提高了工人操作的要求與工作強(qiáng)度，IT可達(dá)到10-13，表面粗糙度可達(dá)到6.3-12.5，加工精度較低。以下為查參考文獻(xiàn)1深孔加工工藝的各種參數(shù)數(shù)據(jù)如下表1：表1刀具種類適用范圍刀具材料加工后孔的精度IT加工后孔的表面粗糙度直徑直徑/孔深麻花鉆1-75每往復(fù)一次3高速鋼10-1312.5-6.3槍鉆2-20250高速鋼7-103.2-1.6考慮曲軸加工總線的經(jīng)濟(jì)成本問題，而且法蘭孔只有6個，所以成本加工成本不是很高，可才用較為通用的、成本低的加工方法。若才用槍鉆則成本較高，而且設(shè)計也很復(fù)雜。所以采用成本較低的麻花鉆進(jìn)行加工，加工精度低的問題，可以從機(jī)床本身與夾具保證到達(dá)加工要求。雖然麻花鉆的加工時間較長，生產(chǎn)效率較低，但由于所加工孔的距離不是很深（29mm），相對于采用槍鉆進(jìn)行加工而耗費(fèi)的成本低。因而本次法蘭孔鉆削設(shè)計所采用麻花鉆。第二節(jié) 總體方案的確定及任務(wù)分配正如之前課題內(nèi)容所闡述4個方向一共18個孔若采用分步進(jìn)行加工勢必會增加加工時間，所以專用鉆床采取潤油孔與法蘭孔同時加工的方案，其中所有設(shè)計任務(wù)分為6個部分：1、 斜向潤油孔的主運(yùn)動系統(tǒng)、進(jìn)給運(yùn)動系統(tǒng)的設(shè)計；2、 豎直方向潤油孔的主運(yùn)動系統(tǒng)、進(jìn)給運(yùn)動系統(tǒng)的設(shè)計；3、 法蘭孔的主運(yùn)動系統(tǒng)、進(jìn)給運(yùn)動系統(tǒng)的設(shè)計；4、 專用鉆床的夾具設(shè)計；5、 專用鉆床的結(jié)構(gòu)設(shè)計；6、 專用鉆床的控制操縱系統(tǒng)設(shè)計； 其中，本人主要負(fù)責(zé)第3、第6部分的設(shè)計，具體設(shè)計內(nèi)容如下。 第三章 法蘭孔的主運(yùn)動設(shè)計及進(jìn)給運(yùn)動設(shè)計第一節(jié) 主運(yùn)動設(shè)計方案的分析曲軸端部法蘭孔的位置分布如圖1所示： 圖1 由于曲軸的加工是在一次的裝夾中，對需要加工的孔一次加工完畢，因而其主運(yùn)動中主軸上的齒輪與各個嚙合齒輪間的中心距為35mm，而且這六孔是同時加工，所以主軸箱中有6根傳動軸，及一根輸入軸。第二節(jié) 法蘭主運(yùn)動所需電機(jī)的選擇一、進(jìn)給量的確定根據(jù)查參考文獻(xiàn)1,下表2用以取定主運(yùn)動適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給量f： 表2高速鋼鉆頭鉆孔的進(jìn)給量鉆頭直徑d/mm鋼/MPa鑄鐵、銅及鋁合金 HBS1000200200進(jìn)給量f/(mm/r)20.050.060.040.050.030.040.090.110.050.07240.080.100.060.080.040.060.180.220.110.12460.140.180.100.120.080.100.270.330.180.22680.180.220.130.150.110.130.360.440.220.268100.220.280.170.210.130.170.470.570.280.3410130.250.310.190.230.150.190.520.640.310.3913160.310.370.220.280.180.220.610.750.370.4516200.350.430.260.320.210.250.700.860.430.5320250.390.470.290.350.230.290.780.960.470.5725300.450.550.320.400.270.330.91.10.540.66因?yàn)榍S的材料為球墨鑄鐵正火處理到硬度250-320HBS，大于200HBS，由于加工的孔深為29mm，直徑為d=10mm，選取它的進(jìn)給量f=0.15mm/r。二. 轉(zhuǎn)速與功率的確定（一） 切削速度的選擇根據(jù)查參考文獻(xiàn)1,下表3用以取定主運(yùn)動適當(dāng)?shù)那邢魉俣葀：表3高速鋼鉆頭切削用量加工材料加工直徑d1（mm）切削速度v（m/min）進(jìn)給量（mm/r）切削速度v（m/min）進(jìn)給量（mm/r）切削速度v（m/min）進(jìn)給量（mm/r）鑄鐵 160200HBS200241HBS300400HBS1616240.070.1210180.050.18120.030.086120.120.20.10.180.080.2512220.20.40.180.250.150.222500.40.80.250.40.20.3 由于曲軸的材料為球墨鑄鐵正火處理到硬度250-320HBS，大于200HBS，加工孔的直徑為d=10 mm，進(jìn)給量f=0.15mm/r，因而由圖3中選取切削速度v=12m/min.（二） 電機(jī)功率的確定：根據(jù)參考資料2查得鉆削孔時，其所受的切削力、紐矩、功率計算公式如表4： 表4計算公式名稱軸向力（N）扭矩（N.m）功率（Kw）計算式子 公式中的系數(shù)和指數(shù)加工材料刀具材料系數(shù)和指數(shù)軸向力扭矩 鋼=650MPa高速鋼6001.00.70.3032.00.8不銹鋼高速鋼14001.00.70.4022.00.7灰鑄鐵，硬度190HBS高速鋼4201.00.80.2062.00.8硬質(zhì)合金4101.20.750.1172.20.8由上表可計算出鉆孔切削時所產(chǎn)生的軸向力，扭矩及所需的電機(jī)功率，計算如下：軸向力：=1313.3 N扭矩：=5.328 N.m由于是6根軸同時鉆削，則其功率：=0.6396 kW三.帶輪的設(shè)計及計算（一）、帶輪的選擇（a）V帶輪的計算計算項(xiàng)目設(shè)計計算及說明計算結(jié)果功率（KW）=KAP，（式3.1）P=0.75kwKA-工況系數(shù)，查表12-1-67得KA=1.1；P-傳動功率，P=0.75KW。=0.825KW選帶型查參考文獻(xiàn)3圖8-8或圖8-9選A帶傳動比ii=3.64小帶輪的基準(zhǔn)直徑 (mm)參考文獻(xiàn)3表8-3及表8-7選取，為了提高V帶的壽命，宜選取較大的直徑=60mm從動輪基準(zhǔn)直徑=i=3.6460mm=218.4mm查3表8-7=224m帶速V= =0.28625m/s（式3.2）帶的速度合適初定中心距a0(mm)0.7(+)2(+)（式3.3）取=300mm初定帶的基準(zhǔn)長度（式3.4）=1078.3mm查參考文獻(xiàn)3表8-2=1120實(shí)際中心距aa=a0+ （式3.5）a=320.85mm主動輪上的包角=174.59o120o（式3.6）包角合適確定帶的根數(shù)Z由=910/min、=60mm、i=3.64,查3表8-5a和表8-5b得=0.52kw,=0.11kw查參考文獻(xiàn)3表8-8得=0.99,表8-2=0.91 Z=1.45取Z=210根帶的預(yù)緊力（式3.7）查參考文獻(xiàn)3表8-4得q=0.1kg/m=1099.94N作用在軸上的力 (N) （式3.8）=4394.86N四.法蘭孔加工主軸箱運(yùn)動設(shè)計的齒輪設(shè)計及計算（一） 齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) （a）按下圖2所示的傳動方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動。（其中，在中間大齒輪的四周分布了6個大小一樣的小齒輪。它們是以大齒輪圓心為圓心，分寸在直徑為d=70mm的圓上，其孔的具體分布如圖2所示） 圖2（b） 主軸箱中6跟軸的轉(zhuǎn)速均為500r/min，較高，選擇7級精度（GB10095-88）（c） 材料選擇。由參考資料3，選擇小齒輪材料40Cr（調(diào)質(zhì)后表面淬火）硬度為280HBS，大齒輪選擇材料為45（表面淬火），硬度為250HBS。(d ) 選小齒輪齒數(shù)=20，大齒輪齒數(shù)=u=20=40(e) 選取螺旋角。初選螺旋角=（二）、 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計由參考資料3查得斜齒輪的計算公式為： （式3.9）I 確定公式中的各計算數(shù)值a、 初選=1.6b、 由參考文獻(xiàn)3圖10-30選取區(qū)域系數(shù)=2.433c、 由參考文獻(xiàn)3圖10-26查得=0.78，=0.87，=+=1.65d、 計算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩小齒輪轉(zhuǎn)矩：=95.50.75/0.960.98500=1.31 （式3.10）e、 由參考文獻(xiàn)3表 10-7選取齒寬系數(shù)=1 f、 由參考文獻(xiàn)2表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)=189.9 g、 由參考文獻(xiàn)2圖10-21（續(xù)）按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限1050MPa，950Mpa h、 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =1.08 （式3.11） i、 由參考文獻(xiàn)3圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù) j、 計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1 （式3.12）k、 許用接觸應(yīng)力 （966+851.2）/2=908.6MpaI I 計算 試算小齒輪分度圓直徑，由計算公式得 =21.43 計算圓周速度 =0.56 m/s （式3.13） 計算齒寬b及模數(shù) mm mm h=2.25=2.251.04=2.34 mm b/h=21.43/2.34=9.2 、計算縱向重合度 =0.318=1.59 （式3.14） 、 計算載荷系數(shù)K 已知使用系數(shù)=1。根據(jù)v=0.56 m/s，7級精度，由參考文獻(xiàn)3圖10-8查得動載系數(shù)=1.04，由參考文獻(xiàn)3圖10-4查得的計算公式，即：=1.12+ 則： =1.12+0.2321.43=1.32 由參考文獻(xiàn)3圖10-13查得=1.36由參考文獻(xiàn)3圖10-3查得= =1.2。故載荷系數(shù) K=11.041.21.32=1.65 （式3.15） 、 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由參考文獻(xiàn)3中查得公式 =22.1、 計算模數(shù) =1.07 （式3.16）I I I 計算模數(shù)由參考文獻(xiàn)3中查得模數(shù)設(shè)計計算公式為： （式3.17）、 確定計算參數(shù) （） 計算載荷系數(shù) K= =11.041.21.36=1.7 （） 根據(jù)縱向重合度=1.59，由參考文獻(xiàn)3圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)=0.88。 （） 計算當(dāng)量齒輪 由參考文獻(xiàn)3中查得當(dāng)量齒數(shù)計算公式為： （式3.18）則 21.9 43.8（） 查取齒形系數(shù) 由參考文獻(xiàn)3中表10-5查得=2.756，=2.372 （） 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由參考文獻(xiàn)3中表10-5查得=1.596， =1.676 （） 由參考文獻(xiàn)3中圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=520MPa輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=450MPa。由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.82，=0.86 （） 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由參考文獻(xiàn)3查得計算式 = （式3.19）則 MPa MPa ） 計算大小齒輪的并加以比較 大齒輪的數(shù)值大。 設(shè)計計算=1.17對比計算結(jié)果，由于齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的法面模數(shù)大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的法面模數(shù)，取=1.25 mm，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同滿足接觸疲勞強(qiáng)度算得分度圓直徑=21.65 mm來計算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由，取=18，則=u=218=36（三） 幾何尺寸計算 計算中心距 mm，（式3.20）將中心距圓整為35mm。 按圓整后的中心距修正螺旋角 = （式3.21） 因的值改變不多,故參數(shù) , ,等不需要修正。 計算大小齒輪的分度圓直徑 mm 取=24 mm （式3.22） mm 取=46 mm計算齒寬寬度： b=123.23=23.23 mm圓整后取=25 mm，=30 mm（四） 斜齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的驗(yàn)算由于齒面接觸疲勞強(qiáng)度大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的，所以只要齒根彎曲疲勞強(qiáng)度合適，則齒面接觸疲勞強(qiáng)度也合適。而且該主運(yùn)動設(shè)計中，是由主軸同時帶動6根傳動軸轉(zhuǎn)動，因而只需要驗(yàn)算其中主運(yùn)動上的齒輪與6根傳動軸中的任意一根即可，所以由參考文獻(xiàn)3中查得驗(yàn)算公式為： （式3.23） -斜齒輪的齒形系數(shù)，可近似地當(dāng)作當(dāng)量齒數(shù)； -斜齒輪的應(yīng)力校正系數(shù)，可近似地當(dāng)作當(dāng)量齒數(shù)由參考文獻(xiàn)3表10-5查取； -螺旋角影響系數(shù)，數(shù)值查參考文獻(xiàn)3圖10-28； K-計算載荷； b-齒輪寬度； -模數(shù)； -重合度則對小齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的驗(yàn)算，即：=117.6 MPa =304.57 MPa （合格） 大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度的驗(yàn)算， =276.4 MPa （合格）五 、 法蘭加工主軸箱運(yùn)動系統(tǒng)所有齒輪數(shù)據(jù)匯總 表5 齒輪數(shù)據(jù)表 齒輪/數(shù)據(jù)齒數(shù)模數(shù)分度圓直徑齒寬齒根彎曲強(qiáng)度校核181.252430通過361.254625通過181.252430通過181.252430通過181.252430通過181.252430通過181.252430通過 第三節(jié) 法蘭加工主軸箱運(yùn)動設(shè)計的軸設(shè)計與計算一.軸的材料選擇 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。由于碳鋼比較廉價，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理方法或化學(xué)熱處理的方法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，因而才用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45鋼，因此軸的材料選擇45鋼。二、 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（一） 輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計a. 按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 （式3.24）-扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MpaT-軸所受的扭矩，單位為Nmm-軸的抗扭截面系數(shù)，單位為mn-軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/minP-軸傳遞的功率，單位為kwd-計算截面處軸的直徑，單位為mm-許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為Mpa由以下的表6中選取及值表6 軸的材料Q235-A、20Q275、354540Cr15-2520-3525-4535-55149-126135-112126-103112-97d =15.76 mm直徑d100mm的軸，有一個鍵槽，直徑應(yīng)增大5%到7%，故d16.55mmb. 按剛度條件估算軸徑由剛度條件 （式3.25）由上式推導(dǎo)出D，故=0.01075m=10.75mmc. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與定位方式一般來說，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是在初步軸徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，為滿足軸上零件的定位、緊固要求和便于軸的加工和軸上零件的拆裝，通常將軸設(shè)計成階梯軸。按照對軸系軸向位置的不同限定方法，周的支撐結(jié)構(gòu)可分為三種基本形式，即兩端固定支撐，一端固定、一端游動和兩端游動支撐。對于普通齒輪減速器，其軸的支撐跨距較小，較常用兩端固定支撐。軸承內(nèi)圈在軸上可用軸肩或套筒作軸向定位，軸承外圈用軸承蓋做軸向固定。對于軸的各段長度的確定，主要是取決于軸上零件（傳動件、軸承）的寬度以及相關(guān)零件（箱體軸承座、軸承端蓋）的軸向位置和結(jié)構(gòu)尺寸。對于安裝齒輪、帶輪、聯(lián)軸器的軸段，當(dāng)這些零件靠其他零件（套筒、軸端擋圈等）頂住來實(shí)現(xiàn)軸向固定時，該軸的長度應(yīng)略段于相配輪轂的寬度，以保證固定可靠。由于輸入軸需要與帶輪連接，因而在軸端部上有一個鍵槽，鍵槽位于軸端用于與帶輪連接從而帶動軸的傳動，由于所加工的工件尺寸較小，為便于加工，設(shè)計時，使主運(yùn)動中各相互嚙合的齒輪的中心距與所加工的工件的尺寸相同（所加工工件的尺寸僅為70mm），因而軸的設(shè)計尺寸較小，若在這么小的軸上安裝齒輪，對軸的壽命及強(qiáng)度影響較大，因此將軸制造成齒輪軸，減少軸上的載荷（雖然齒輪軸的制造加工較高），所以齒輪軸上只安裝了滑動軸承，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)滑動軸承安裝，定位以及軸的制造工藝等方面的要求其結(jié)構(gòu)形式和尺寸如圖3所示。 圖3 輸入軸簡圖如圖5所示，由左至右，每段階梯軸的作用如下： 第一軸段：軸端加工有一個鍵槽，用于與帶輪連接，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩傳遞到主軸箱中； 第二軸段：外伸段，只作為過度段； 第三軸段：用于滑動軸承的裝配，對軸進(jìn)行定位； 第四軸段：該軸上的齒輪與軸連成一體，因而受力較大，采用的直徑為軸上最大，其軸段的長度是結(jié)合與起嚙合的齒輪及定位等條件決定的； 第五軸段：用于滑動軸承的裝配，對軸進(jìn)行定位。(二) 傳動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計a. 按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑d=12.08 mm直徑d100mm的軸，有一個鍵槽，直徑應(yīng)增大5%到7%，故d12.69mmb. 按剛度條件估算軸徑由剛度條件 由上式推導(dǎo)出D,T= =12669.69Nmm=0.01238 m=12.38 mmC.結(jié)構(gòu)設(shè)計與定位方式由于軸徑尺寸較小，為了改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)以便減小軸的載荷，以及減小應(yīng)力集中的影響，把該軸作成齒輪軸。其結(jié)構(gòu)與尺寸如圖4所示。 圖4 齒輪軸簡圖如圖4所示，從左至右每個軸段的作用如下：第一軸段：加工出螺紋用以配合圓螺母及圓螺母用止動墊圈來對第三軸段上的軸承進(jìn)行軸向定位。第二軸段：加工出工藝槽，確保使第一軸段的圓螺母及止動墊圈組合可以定位第三軸段的軸承。第三軸段：用以裝配滑動軸承，對軸進(jìn)行定位。第四軸段：該軸段上的小齒輪與輸入軸中的大齒輪相互嚙合，而且該軸上受力較大，因而軸徑較大。第五軸段：用以裝配滑動軸承，對軸進(jìn)行定位。第六軸段：加工出的工藝槽，便于夾頭的安裝，使夾頭與傳動軸之間扭矩的傳動效率更高；第七軸段：加工出M14的螺紋，與夾頭進(jìn)行連接，用于實(shí)現(xiàn)扭矩從傳動軸到刀具的作用。三、 軸的剛度校核考慮工件加工時的安裝方式，將主軸箱平行放置，其軸上所受的切削力產(chǎn)生的力矩中影響最大的是彎矩，因而按照軸的彎曲剛度的計算來對軸進(jìn)行校核。由于所設(shè)計的軸均為齒輪軸，則采用材料力學(xué)中的公式來計算軸的撓度。由于齒輪軸上僅有用于滑動軸承的設(shè)計安裝，且對計算精度要求不高，可按照光軸撓度的計算來計算軸的剛度校核。由參考文獻(xiàn)4中表6-1中查得最大撓度的計算公式為； （式3.26） F-齒輪軸上受到的徑向力N； l-兩軸承間的跨距mm； E-材料的彈性模量E=2.06MPa； I-慣性矩。 由參考文獻(xiàn)4中查的慣性矩的計算公式為： I= （3.27） D-軸的直徑mm。 則對小齒輪 I= = =5152.997由參考文獻(xiàn)3中查的F的計算公式為：F= （式3.28） T-齒輪傳遞的扭矩N。mm； - 法向壓力角，對標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪，= ； - 節(jié)圓螺旋角，對標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪即為分度圓螺旋角。則對于小齒輪 F= =409.7 N則撓度計算為： 0.008mmy=0.02mm撓度合適，軸的剛度達(dá)到要求。 對與輸入軸的慣量計算： I= 39740.625 大齒輪軸的徑向力計算： F= =475.54 N則撓度計算為： 0.0012 mmy=0.02mm大齒輪周的撓度也合適。則軸的剛度達(dá)到要求。四、 軸承的校核（一） 輸入軸上的軸承壽命校核由于軸的尺寸小，而且箱體的整體尺寸也較小，而齒輪軸上受的軸向力大，因而選用滑動軸承中的止推滑動軸承。而且采用單環(huán)式止推，利用軸頸的環(huán)行端面止推，而且利用縱向油槽輸入潤滑油，結(jié)構(gòu)簡單，潤滑方便，適用與輕載場合。a. 驗(yàn)算軸承的平均壓力p（MPa）由參考文獻(xiàn)3中查得計算公式為： （式3.29）- 軸承孔直徑，單位為mm；- 軸承環(huán)孔直徑，單位為mm；- 軸向載荷，單位為N；z- 環(huán)的數(shù)目；p- 許用壓力，單位為MPa則對于小齒輪軸上的滑動軸承進(jìn)行驗(yàn)算： =3.17MPa由參考文獻(xiàn)3中表12-6中查得p=5MPa，所以小齒輪軸上的滑動軸承合格。對大齒輪軸的滑動周朝進(jìn)行驗(yàn)算，：由參考文獻(xiàn)3 查得大齒輪軸上的軸向力計算公式為： = =475.86 N大齒輪的滑動軸承平均壓力為： =0.74 MPa由參考文獻(xiàn)3中表12-6中查得p=5MPa，所以大齒輪軸上的滑動軸承合格。b. 驗(yàn)算軸承的pv值（單位為）值要求出軸承的pv值，先確定軸承的v值，其軸承的環(huán)行支撐面平均直徑處的圓周速度v的計算公式由參考文獻(xiàn)3中查得： （式3.30）- 軸承孔直徑，單位為mm；- 軸承環(huán)孔直徑，單位為mm； n- 軸徑的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。對于小齒輪軸，其圓周速度為： 0.576 m/s對于小齒輪軸，其圓周速度為： 0.412 m/s由以上的計算可知，小齒輪軸的pv值為： =3.170.576=1.825 大齒輪軸的pv值為： =0.740.412=0.305 由參考文獻(xiàn)3中表12-6查得，軸承合金的pv值為12.5，所以大小齒輪軸的pv值均達(dá)到要求，均合格。第四節(jié) 法蘭加工進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計一、法蘭加工孔進(jìn)給系統(tǒng)的總體設(shè)計（一）結(jié)合工藝進(jìn)行分析由之前的工藝分析可知，法蘭加工孔的轉(zhuǎn)動進(jìn)給量取f=0.15r/min，而轉(zhuǎn)速取500r