鉆床主軸箱設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、1機(jī)床課程設(shè)計(jì)的目的課程設(shè)計(jì)是在學(xué)生學(xué)完相應(yīng)課程及先行課程之后進(jìn)行的實(shí)習(xí)性教 學(xué)環(huán)節(jié)，是大學(xué)生的必修環(huán)節(jié)，其目的在于通過(guò)機(jī)床運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳 動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),使學(xué)生在擬定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案過(guò)程 中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思，方案分析，結(jié)構(gòu)工藝性，機(jī)械制圖，零件計(jì)算, 編寫技術(shù)文件和査閱技術(shù)資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思 想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，并培養(yǎng)學(xué)生具有初步的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)和計(jì)算能力目錄一. 主傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)1. 主電機(jī)的選定2. 轉(zhuǎn)速圖的擬定3. 齒輪的確定4. 齒輪的布置二. 傳動(dòng)件的估算與驗(yàn)算1. 傳動(dòng)件的估算與驗(yàn)算2 齒輪模數(shù)的估算和計(jì)算3 軸承選擇三. 夾具設(shè)計(jì)1工藝加

2、工過(guò)程2 設(shè)計(jì)夾具四致五參考資料1-1主傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)1. 主電機(jī)的選定山總體設(shè)訃方案可知：Z5140鉆床的總功率為4kW,轉(zhuǎn)速為1450 r/min,根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手選取電機(jī)為JO2-32,其外型見(jiàn)下圖，其安裝尺寸見(jiàn)下表：機(jī)座號(hào)DEMNPRb.h厶JO2-3228602151802505412014415其螺栓直徑為12mm。5(13如注閥)8(45迦肖陽(yáng))P匚JB959一 GB52166一GB93166GB921 66GB7766, 一(4JO3 112JO3 140鈾燃圖寂豔)2. 轉(zhuǎn)速圖的擬定擬定立式鉆床的主傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖，山總體設(shè)汁方按可知：主軸的轉(zhuǎn)速圍為31.51400 r/min

3、,異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1450 r/mino1. 選定公比0中型通用機(jī)床，常用的公比e為126或1.41,考慮到適當(dāng)減小本鉆床的相對(duì)速度損max失，選定0二141。nun=46Z = 1 + -1?A = 1 + -I- = 11.8,取 Z=12 lg lgl.41按標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速數(shù)列為：31, 45, 63, 90, 125, 180, 1250, 355, 500, 710, 1000, 1450r/mino2. 選擇結(jié)構(gòu)式1）確定變速組的數(shù)LI和各變速組中傳動(dòng)副的數(shù)LI大多數(shù)的機(jī)床廣泛應(yīng)用滑移齒輪的變速方式，為了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操縱方便 的要求，通常采用雙聯(lián)或三聯(lián)滑移齒輪。該機(jī)床的變速圍較大，必

4、須經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的 傳動(dòng)鏈減速才能把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降到主軸所需的轉(zhuǎn)速，故主軸轉(zhuǎn)速為12級(jí)的變 速系統(tǒng)需要2個(gè)或3個(gè)變速組，即Z=12=4X3,或Z=12=4X2X2-4,或Z=12=3 X2X2o為了結(jié)構(gòu)緊湊和主軸箱不過(guò)分的大，故選取Z= 12=4X2X2-4.2）確定不同傳動(dòng)副數(shù)的各變速組的排列次序按著傳動(dòng)順序，各變速組排列方案有：12=4X2X2-4 12=2X2X4-4 12=2X4X2-4因本鉆床在結(jié)構(gòu)上有特殊要求，根據(jù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，應(yīng)遵守“前多后少”的原則, 選擇12=4X2X2-4的方案。3）確定變速組的擴(kuò)大順序根據(jù)“前密后疏”的原則，選擇12=4, x22,的結(jié)構(gòu)式。4）驗(yàn)算變速組的變速圍最

5、后擴(kuò)大組的變速圍r = 3必=8，在允許的變速圍之。3. 確定是否需要增加降速的定比傳動(dòng)副該銃床的主傳動(dòng)系統(tǒng)的總降速比為30/1450=1/48,三個(gè)變速組的最小降速比 都為1/4,則總降速比為1/64,這樣是無(wú)需增加降速的定比傳動(dòng)副，為使中間的二個(gè) 變速組降速緩慢，有利于變型機(jī)床的設(shè)計(jì)，改變降速齒輪副的傳動(dòng)比，就可以將 主軸12級(jí)轉(zhuǎn)速一起提高或降低。4. 分配各變速組的最小傳動(dòng)比，擬定轉(zhuǎn)速圖鉆床的電機(jī)和輸入軸之間齒輪傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)山電機(jī)經(jīng)彈性聯(lián)軸節(jié)和一對(duì)齒輪 傳動(dòng)軸I,再山傳動(dòng)變速機(jī)構(gòu)中的傳動(dòng)齒輪傳至軸IV,使主軸獲得12級(jí)轉(zhuǎn) 速。畫出轉(zhuǎn)速圖的格線如圖所示。 在軸IV上標(biāo)出12級(jí)轉(zhuǎn)速：30150

6、0r/min,在第I軸上用A點(diǎn)代表電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速叫=1450r/niin ；最低轉(zhuǎn)速用E點(diǎn)標(biāo)出，因此A、E兩點(diǎn)連線相距約17 格，即代表總的降速傳動(dòng)比叫闿亠。（P 決定III軸和IV軸之間的最小降速傳動(dòng)比：為了提高主軸運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性， 主軸上齒輪應(yīng)大一些，能起到飛輪的作用，所以最后一個(gè)變速組的降速傳動(dòng)比取 1/3。按公比0 = 1.41,查表可知，1.41*3,即從E點(diǎn)向上數(shù)3.5格（31旳），在 III軸上找出D點(diǎn)，DE傳動(dòng)線表示IV-V軸間變速組（笫二擴(kuò)大組）的降速傳動(dòng)比。 決定其余變速組的最小傳動(dòng)比：根據(jù)降速前慢后快的原則，IIIJV軸間變速組 （第一擴(kuò)速前慢后快的原則，II-III軸間變速

7、組（第一擴(kuò)大組），取I匸丄，即從D0點(diǎn)向上數(shù)四格（31g），在II軸上找出C點(diǎn)，用CD傳動(dòng)線表示；同理，1-【軸 見(jiàn)取i匸丄，用BC傳動(dòng)線表示；0-I軸間取u二丄，用AB線表示。（P曠 畫出各變速組其他傳動(dòng)線（圖五），-I軸間有一對(duì)齒輪傳動(dòng)，轉(zhuǎn)速圖上為 一條AB傳動(dòng)線。I-1I軸間為基本組，有四對(duì)齒輪傳動(dòng)，級(jí)比指數(shù)x0=l,故四 條傳動(dòng)線在轉(zhuǎn)速圖上各相距一格，從C點(diǎn)向上每隔一格取q、C2 G點(diǎn)，連結(jié) BC：、BC,和BC】得基本組四條傳動(dòng)線，它們的傳動(dòng)比分別為丄、丄，丄，（P 1820。2) .保證強(qiáng)度和防止熱處理變形過(guò)大，齒輪齒根圓到鍵槽的厚度62nun, 般取 5 5mm,則 zmin 6

8、.5 + om3) .同一傳動(dòng)組的各對(duì)齒輪副的中心距應(yīng)當(dāng)相等。若模數(shù)相等時(shí)，則齒數(shù)和 亦應(yīng)當(dāng)相等。但山于傳動(dòng)比的要求，尤其是在傳動(dòng)中使用了公用齒輪后，常常滿 足不了上述要求。機(jī)床上可用修正齒輪，在一定圉調(diào)整中心距使其相等。但修正 量不能太大，一般齒數(shù)差不能超過(guò)34個(gè)齒。4) .防止各種碰撞和干涉。5) .應(yīng)保證最小齒輪裝到軸上或套筒上具有足夠的強(qiáng)度。6) .保證主軸的轉(zhuǎn)速誤差在規(guī)定圍之。2. 齒數(shù)的計(jì)算1)同一變速組模數(shù)相同的齒數(shù)的確定為了便于設(shè)計(jì)和制造，主傳動(dòng)系統(tǒng)中所采用的齒輪模數(shù)的種類盡可能少一 些。在同一個(gè)變速組一般都釆用相同的模數(shù)，這是因?yàn)楦鼾X輪副的速度變化不一 樣，受力情況差別不大。

9、當(dāng)各對(duì)齒輪模數(shù)相同，且不釆用變位齒輪時(shí)，則各對(duì)齒輪的齒數(shù)和也必須相 等，其間的關(guān)系是：5 + z； =S.=常數(shù)S(3-1)廠式中Zj主動(dòng)齒輪的齒數(shù)Z；被動(dòng)齒輪的齒數(shù)對(duì)齒輪的傳動(dòng)比S一一對(duì)齒輪的齒數(shù)和為了保證不產(chǎn)生根切，必須先找出具有最少齒數(shù)的傳動(dòng)副（一般出現(xiàn)在最高 升速或最低降速的傳動(dòng)副上），確定最小齒數(shù)，然后確定最合適的齒數(shù)和S：,再 根據(jù)傳動(dòng)比確定其它齒輪的齒數(shù)。由上面兩個(gè)公式得：、U ：Zj = S.J l + u. zJ（3-2）+U I 、J 一般Z4|=1730,初選乙冃&參考有關(guān)資料選取m為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=3由a=（Z41+Z；1）和選取的殲1.41,查表2-1金屬切削機(jī)床，得S產(chǎn)

10、76故 Z； = S;-Z41=76-18=58所以 a4 = | (18+58)=114=0.31“4二誅=.31VD=.=31.5-r0.31=101.6r/minIII 軸的最高轉(zhuǎn)速 吩二匕 X?=101.6X1.4r=1125.r/minUi =14004-1125.7=1.24Z嚴(yán)島XS產(chǎn)聶x76=42Z42=S：-Z42 =76-42=343齒輪參數(shù)的確定分度圓直徑：d 42 二 mZ 42 =3 X 42= 126mmd；2 =mZ2 =3X34= 102mm齒頂高：h q =m=3mm齒根高：h f = 1.25m全齒高：h=hfl + hz頂隙：C= h f h & =0.2

11、5m=0.75mm齒頂圓直徑：dn42= d4? +2 hd =126+2 X 3= 132mmd :臚=d 42 +2 h d = 108mm齒根圓直徑:d/42= d42-2 h r =118.5mmd 二 d ,2 h f =94.5nim齒寬： B 42 = 13mm4.齒輪的布置為了使變速箱結(jié)構(gòu)緊湊，必須合理布置齒輪。因?yàn)樗苯佑绊懙阶兯傧涞某?寸，變速操縱的方便性和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的可能性等問(wèn)題。在考慮主軸適當(dāng)?shù)闹С芯嗪?散熱條件下，一般應(yīng)盡可能減少變速箱尺寸，但是變速箱的軸向尺寸和徑向尺寸 經(jīng)常不可能同時(shí)縮小。為了防止一對(duì)齒輪尚未完全脫開(kāi)，另一對(duì)齒輪就開(kāi)始進(jìn)入嚙合狀態(tài)，如圖七 所示。尺寸

12、L應(yīng)比2B大24mg其中B為齒寬，這是設(shè)計(jì)是排列齒輪首先要注 意的問(wèn)題。圖七二傳動(dòng)件的估算與驗(yàn)算傳動(dòng)方案確定之后，要進(jìn)行方案的機(jī)構(gòu)化，確定各零件的實(shí)際尺寸和有關(guān) 布置。為此，常對(duì)傳動(dòng)件的尺寸先進(jìn)行估算，如傳動(dòng)軸的軸徑等。在這些尺寸的 基礎(chǔ)上，畫出草圖，得到初步結(jié)構(gòu)化的有關(guān)布置與尺寸；然后按結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行主 要零件的驗(yàn)算，如軸的剛度、齒輪的疲勞強(qiáng)度等，必要時(shí)做結(jié)構(gòu)和方案上的修改, 從新驗(yàn)算，知道滿足要求。1.傳動(dòng)軸的估算和驗(yàn)算傳動(dòng)軸除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足剛度要求。強(qiáng)度要求保證軸在反復(fù) 載荷和扭荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較 大的變形。因此疲勞強(qiáng)度一般不是主要矛

13、盾。除了載荷很大的情況外，可不必驗(yàn) 算軸的強(qiáng)度。剛度要求保證軸在載荷下（彎曲、軸向、扭轉(zhuǎn)）不致產(chǎn)生過(guò)大的變 形（彎曲、失穩(wěn)、轉(zhuǎn)角）。如果剛度不足，軸上的零件如齒輪、軸承等將由于軸 的變形過(guò)大而不能正常工作，或者產(chǎn)生震動(dòng)和噪聲、發(fā)熱、過(guò)早磨損而失效。因 此，必須保證傳動(dòng)軸具有足夠的剛度。通常，先按扭轉(zhuǎn)剛度佔(zhàn)算軸的直徑，畫出 草圖之后，再根據(jù)受力情況，結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗(yàn)算彎曲剛度。1）傳動(dòng)軸直徑的估算傳動(dòng)軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下列公式估算傳動(dòng)軸直徑：其中：N該傳動(dòng)軸的輸入功率N= N”7kW血一電機(jī)額定功率一從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積卩一該傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min訃算轉(zhuǎn)速竹是傳動(dòng)

14、件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動(dòng)件的訃算轉(zhuǎn)速可 以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的汁算轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的傳動(dòng)關(guān)系而確定，而中型車、鉆床主 軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為：亠 -1勺（主）二min，01每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m），可根據(jù)傳動(dòng)軸的要求選取。估算是應(yīng)該注意： .0值為每米長(zhǎng)度上允許的扭轉(zhuǎn)角，而估算的傳動(dòng)軸的長(zhǎng)度往往不足一 米，因此在計(jì)算0時(shí)應(yīng)按軸的實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行折算和修正。 .效率對(duì)估算軸徑d影響不大，可以不計(jì)，也可以用有關(guān)傳動(dòng)件效率 的概略值的積求出。 .如使用花鍵時(shí)，可根據(jù)估算的軸徑d選取相近的標(biāo)準(zhǔn)花鍵軸的規(guī)格。 主軸前徑可參考機(jī)械設(shè)訃手冊(cè)的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)訃數(shù)據(jù)確定。2）傳動(dòng)軸剛度的驗(yàn)算 軸的彎曲變形的條件和允

15、許值機(jī)床主傳動(dòng)軸的彎曲剛度驗(yàn)算，主要驗(yàn)算軸上裝齒輪和軸承處的撓度y和傾 角&。各類軸的撓度y和裝齒輪和軸承處的傾角&,應(yīng)小于彎曲剛度的許用值Y 和&值，即：yY； e3703Nnun n 其中y為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，A為齒輪中心距。由中心距A及齒數(shù)勺，s求出齒數(shù):m.=2A nun Zi+Z2根據(jù)估算所得和中較大的值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。計(jì)算結(jié)構(gòu)確定以后，齒輪的工作條件，空間安排，材料和精度等級(jí)都已確定,才肯能核驗(yàn)齒輪的接觸疲勞和彎曲疲勞強(qiáng)度值是否滿足要求。根據(jù)接觸疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為：(/l)K,K,K.Ks.Nm. = 163003 ?-mm根據(jù)彎曲疲勞計(jì)算齒輪模數(shù)公式為：“ KKKK.N

16、= 275 訕式中：N計(jì)算齒輪傳遞的額定功率N二N#kW；偉一計(jì)算齒輪(小齒輪)的計(jì)算轉(zhuǎn)速r/min；f”一齒寬系數(shù).=b/m,常取610；可一計(jì)算齒輪的齒數(shù)，一般取傳動(dòng)中最小齒輪的齒數(shù);i-大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比，K,壽命系數(shù)，KKK/；K一工作期限系數(shù),齒輪等傳動(dòng)件在接觸和彎曲交變載荷下的疲勞曲線指數(shù)m和基準(zhǔn)循環(huán)次K”一轉(zhuǎn)速變化系數(shù)：K v 功率利用系數(shù)；n齒輪的最低轉(zhuǎn)速r/min;K“一材料強(qiáng)化系數(shù)。幅值低的交邊載荷可使金屬材料的晶粒邊界強(qiáng)化,起到阻止疲勞細(xì)縫擴(kuò)散的作用。3 軸承選擇根據(jù)軸的數(shù)據(jù)，從參考書機(jī)械設(shè)訃課程設(shè)訃（第二版）查的推力球軸承，軸承型號(hào)51305o其尺寸參數(shù)為：d=30

17、mm, D二52mm, B =16mm技術(shù)參數(shù)為：C=21500N Co =43200N訃算軸承動(dòng)負(fù)荷C：C =蟲療L(3.10)式中fh壽命系數(shù)A轉(zhuǎn)速系數(shù)191(3.11)由公式(3.11)得fn =(3.12)由公式(3.12)得= 0.55把九、人代入，由公式(310)得3.110.55x4412=24947N滿足強(qiáng)度要求。深溝軸承：軸承型號(hào)6005,軸承型號(hào)6206,軸承型號(hào)6210,軸承型號(hào)6212,軸承型號(hào)6305,軸承型號(hào)6208,28000N其尺寸參數(shù)為:其尺寸參數(shù)為:其尺寸參數(shù)為:其尺寸參數(shù)為:其尺寸參數(shù)為:其尺寸參數(shù)為:d=25mm,d=30mimd=50mm.d=60mm

18、.d=25ninitd=40mm,D=47mni,D=62mm,D=90mm,D=110mm,B =12mmcB =20nimoB =22mimD=80mm, B 二 17mm。D=80mm, B =18mm。三.夾具設(shè)計(jì)3. 1工藝加工過(guò)程1. 模鍛2. 正火3. 車小頭端面，鉆尖孔粗車各外圓，留加工余量3mm,倒角4. 粗車大端0200mm外圓,車肩孔，留加工余量3mm,深度車 至尺寸要求.5. 調(diào)質(zhì) HB217 至 2556. 精車各外圓，留加工余量0. 3mm7. 精車0200mm、050mm和0104mm至圖紙要求，孔 080說(shuō)器mm,留加工余量1mm,車端面取總長(zhǎng)，鉆大端頂 尖孔8

19、. 車30斜面9. 鉆020盂:;mm孔留加工余量1mm,孔口倒角10. 磨小端各外圓至圖紙要求11. 車0801；mm孔至圖紙要求12鋰6-020誥:;mm孔至圖紙要求13洗鍵槽至尺寸14. 鉆斜孔兩處08mm至圖紙要求15. 配鉆08mm孔16. 檢驗(yàn)3. 2設(shè)計(jì)夾具為了提高生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾 具。在該零件的夾具設(shè)計(jì)中，選擇第九道工序一一鉆6-020孔的鉆床 夾具。本鉆模用于Z5140立式鉆床中。工件以外圓070和端面在定位套 中定位,6個(gè)被加工的孔程環(huán)行均勻分布在平面上。傳動(dòng)圖以錐柄和機(jī) 床主軸連接，并用鍥鐵夾緊。機(jī)床工作時(shí)，主軸通過(guò)齒輪帶動(dòng)6根工作 主軸

20、傳動(dòng)，并與主軸作送進(jìn)運(yùn)動(dòng)。工作主軸多用推力軸承作為支承。鉆 模板裝在兩根導(dǎo)桿上，導(dǎo)桿的下端和夾具體上的兩個(gè)導(dǎo)孔為間隙配合， 以確定鉆模板對(duì)夾具的相對(duì)位置。隨著機(jī)床主軸下降，鉆模板借助彈簧 的壓力通過(guò)擺塊將工件壓緊。機(jī)床主軸繼續(xù)送進(jìn)，鉆頭即同時(shí)鉆削6 個(gè)孔。鉆削完畢，鉆模板隨機(jī)床主軸上升，直至鉆頭退出工件：然后， 自動(dòng)恢復(fù)原始位置。山于鉆模板采用活動(dòng)連接定位，被加工孔與定位基 準(zhǔn)之間的位置精度只能控制在0. 05至0. 45mm之間。設(shè)計(jì)鉆模板時(shí)應(yīng)注意的地方是：(1) 鉆模板上安裝鉆套的孔之間及孔與定位元件的位置應(yīng)有足夠的 精度。(2) 鉆模板應(yīng)有足夠的剛度，以保證鉆套位置的準(zhǔn)確性，但乂不能設(shè)

21、計(jì)的太厚太重。鉆模板一般不應(yīng)承受夾緊反力。(3) 為保證加工的穩(wěn)定性，鉆模板導(dǎo)桿上的彈簧力必須足夠，以使 鉆模板在夾具上維持足夠的定位壓力，如果鉆模板本身產(chǎn)生的重力超過(guò) 800N,則導(dǎo)桿上可不裝彈簧。該夾具以圓錐面、軸肩和頂尖孔定位，圓錐面和頂尖可消除， 四個(gè)自由度，軸肩消除 自由度。工件繞的自由度可以不限制。 結(jié)構(gòu)示意圖如下：1.定位基準(zhǔn)的選擇由零件圖可知，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是該頂尖孔的中心線，為了使定 位誤差為零，鉆六個(gè)孔時(shí)，以頂尖孔為第一定位面，軸肩為 第二定位面，圓錐面為底三頂位面。2 切削力刀具：選直徑為020的直柄麻花鉆，因在鉆孔過(guò)程中的 鉆削力最大，故只計(jì)算這個(gè)切削力。(1).軸向力：査工藝手冊(cè)表336F二G d 查得：孔徑20的鉆套：d 20nuu H32mm D = 3t)nini, i*=2nini, c二0. 6nini我木次設(shè)計(jì)的為Z5140立式鉆床的主軸箱及多軸鉆削頭，在設(shè)計(jì) 的開(kāi)始覺(jué)得有些困難，感覺(jué)無(wú)從下手。通過(guò)老師的耐心指導(dǎo)和自己的 學(xué)習(xí)，終于完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我明白設(shè)計(jì)是一個(gè)