1、摘 要組合機床是由大量的通用部件和少量的專用部件組成的工序集中的高效率機床。它具有生產效率高，加工精度穩定等特點。組合機床的設計、制造和應用水平是一個國家科學技術水平的重大體現。因此，近年來組合機床的設計和制造水平在我國得到了飛速的發展，組合機床的應用在我國得到了廣泛的提高。本設計介紹了減震器活塞及支承座上雙面活塞八個大孔和八個小孔的多工位立式組合機床的設計過程。它包括組合機床的總體設計，主軸箱設計和夾具的設計三個部分。前者包括組合機床的總體設計，切削用量的制定及刀具的選用。三圖一卡（被加工零件工序圖，加工示意圖，機床聯系尺寸圖，機床生產率計算卡）編制。中者包括主軸箱結構繪制，主軸箱設計原始依

2、據圖，主軸機構形式的選擇及動力計算，傳統系統的設計與計算，主軸箱坐標計算以及主軸箱總圖設計，部分軸，齒輪，軸承的校核。后者包括工作臺的設計合夾具的布置，以及完成多工位的機械傳動部分。關鍵詞: 組合機床 鉆床 總體設計 主軸箱設計 回轉工作臺 齒輪 夾具AbstractModular Machine is a lot of common parts and a small numbei of dedicated components of the process focused efficient machine. It has high efficiency, precision and st

3、ability characteristcs. Machine design, manufacture and application level is a national scientific and technological level of major manifestation. Therefore, in recent years, the combination of machine design and manufacturing levels in China have developed rapidly, Machine application in China is t

4、he wedespread increase.Design of the damper piston and piston double chair, supporting eight large holes and eight holes of the Multi-Position the vertical drilling portfolio design process. It includes a combination of drilling design, spindle box design and fixture design three most. The former in

5、cludes the combimation of drilling design. Cutting the amount of development and tool selection. Figure 3 a card (by processing components processes map,diagram processing, machine linked size map, calculating productivity machine card) compilation. Which include spindle box structure mapping, spind

6、le box design based on the original map, spindle structure and the choice of dynamic calculation. Transmission design and calculation , spindle box coordinates and calculated the total spindle box designs, some shafts , gears, bearings check. The latter includes the design and workstations fixture l

7、ayout and the completion of the Multi-Position part of the mechanical drive. Keyword: aggregate machine-tool drill press overall design headstock swivel table gear jig 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc201318366 前 言 PAGEREF _Toc201318366 h 1 HYPERLINK l _Toc201318367 第一章 機床總體方案設計的依據 PAGEREF _Toc20

8、1318367 h 3 HYPERLINK l _Toc201318368 1.1 概述 PAGEREF _Toc201318368 h 3 HYPERLINK l _Toc201318369 1.2 工件 PAGEREF _Toc201318369 h 4 HYPERLINK l _Toc201318370 1.3 本次畢業設計的任務 PAGEREF _Toc201318370 h 5 HYPERLINK l _Toc201318371 第二章 工件的加工工藝分析 PAGEREF _Toc201318371 h 7 HYPERLINK l _Toc201318372 2.1 工藝方法對鉆床結

9、構和性能的影響 PAGEREF _Toc201318372 h 7 HYPERLINK l _Toc201318373 2.2 鉆床的運動 PAGEREF _Toc201318373 h 9 HYPERLINK l _Toc201318374 2.3 擬定夾具方案 PAGEREF _Toc201318374 h 10 HYPERLINK l _Toc201318375 2.4 刀具的選擇及切削用量的確定 PAGEREF _Toc201318375 h 10 HYPERLINK l _Toc201318376 第三章 機床的總體布局 PAGEREF _Toc201318376 h 12 HYPE

10、RLINK l _Toc201318377 3.1 總體布局 PAGEREF _Toc201318377 h 12 HYPERLINK l _Toc201318378 3.2 機床總體布局方案分析 PAGEREF _Toc201318378 h 13 HYPERLINK l _Toc201318379 3.3 運動的分配 PAGEREF _Toc201318379 h 13 HYPERLINK l _Toc201318380 3.4 機床的傳動形式 PAGEREF _Toc201318380 h 14 HYPERLINK l _Toc201318381 3.5 機床的支承形式 PAGEREF

11、_Toc201318381 h 15 HYPERLINK l _Toc201318382 3.6 機床導軌的設計 PAGEREF _Toc201318382 h 16 HYPERLINK l _Toc201318383 3.7 運動聯系分析 PAGEREF _Toc201318383 h 16 HYPERLINK l _Toc201318384 第四章 主軸箱及傳動件的設計 PAGEREF _Toc201318384 h 18 HYPERLINK l _Toc201318385 4.1 主軸箱傳動系統設計的一般要求 PAGEREF _Toc201318385 h 18 HYPERLINK l

12、_Toc201318386 4.2 動力部件的選擇 PAGEREF _Toc201318386 h 19 HYPERLINK l _Toc201318387 4.3 電動機的選擇計算 PAGEREF _Toc201318387 h 20 HYPERLINK l _Toc201318388 4.3.1 電動機功率的估算 PAGEREF _Toc201318388 h 20 HYPERLINK l _Toc201318389 4.3.2 選擇電動機的型號 PAGEREF _Toc201318389 h 22 HYPERLINK l _Toc201318390 4.4 齒輪齒數的確定 PAGEREF

13、 _Toc201318390 h 24 HYPERLINK l _Toc201318391 4.5 運動參數的計算 PAGEREF _Toc201318391 h 25 HYPERLINK l _Toc201318392 4.6 齒輪的校核及幾何尺寸的計算 PAGEREF _Toc201318392 h 27 HYPERLINK l _Toc201318393 4.6.1 按彎曲疲勞強度進行校核 PAGEREF _Toc201318393 h 27 HYPERLINK l _Toc201318394 4.6.2 按接觸疲勞強度計算 PAGEREF _Toc201318394 h 30 HYPE

14、RLINK l _Toc201318395 4.6.3 齒輪的幾何尺寸計算 PAGEREF _Toc201318395 h 32 HYPERLINK l _Toc201318396 4.6.4 齒輪的結構設計 PAGEREF _Toc201318396 h 33 HYPERLINK l _Toc201318397 4.7 軸的設計 PAGEREF _Toc201318397 h 33 HYPERLINK l _Toc201318398 4.7.1 一級齒輪高速軸的設計計算 PAGEREF _Toc201318398 h 33 HYPERLINK l _Toc201318399 4.7.2 一級

15、齒輪低速軸的設計計算 PAGEREF _Toc201318399 h 40 HYPERLINK l _Toc201318400 4.8 滾動軸承的選擇與壽命計算 PAGEREF _Toc201318400 h 46 HYPERLINK l _Toc201318401 4.8.1 一級齒輪高速軸上的軸承 PAGEREF _Toc201318401 h 46 HYPERLINK l _Toc201318402 4.8.2 一級齒輪低速軸上的軸承 PAGEREF _Toc201318402 h 48 HYPERLINK l _Toc201318403 4.9 鍵聯接的選擇和驗算 PAGEREF _T

16、oc201318403 h 49 HYPERLINK l _Toc201318404 4.9.1 聯軸器與大齒輪軸的軸伸的鍵聯接 PAGEREF _Toc201318404 h 49 HYPERLINK l _Toc201318405 4.9.2 一級齒輪高速軸軸的聯接 PAGEREF _Toc201318405 h 50 HYPERLINK l _Toc201318406 4.9.3 一級齒輪低速軸的聯接 PAGEREF _Toc201318406 h 51 HYPERLINK l _Toc201318407 結束語 PAGEREF _Toc201318407 h 52 HYPERLINK

17、l _Toc201318408 致謝 PAGEREF _Toc201318408 h 54 HYPERLINK l _Toc201318409 參考文獻 PAGEREF _Toc201318409 h 55前 言四年的大學生活即將接近尾聲，進行為期兩個月的畢業設計，我感受頗深。畢業設計是對大學四年所學的專業知識和基礎知識的一個系統性的總結與運用，同時也是一次培養我們分析問題和解決問題的很好的機會，而且畢業設計也是大學教學的最后一個環節，所以我特別珍惜這一次最后的學習機會，認真扎實的完成我所分配的設計任務，使大學最后的幾個月生活在學習和進取中充實的度過。另外，畢業設計還可以培養獨立思考、開發思維

18、和協調工作的能力，這對我參加工作后能否盡快地適應社會有很大的幫助。 本次畢業涉及的主要任務是設計用于減震器活塞及支承座上雙面活塞孔的加工組合機床。雙面活塞孔的加工組合機床主要部分是主軸箱，工件夾具和工作臺液壓傳動系統。它在機床加工過程中起著關鍵部位和非常重要的作用，應用范圍相當廣泛。設計雙面活塞孔的加工組合機床設計時，在保證得到所要求孔在加工的同時，其安全性、精確性和機床的效率也是至關重要。在這次設計中，我查閱了大量的參考資料，在實習中對多家工廠進行了參觀學習，并請教老師和現場技術工人，積極了解一些雙面活塞孔的加工組合機床設計方面的知識，并在此基礎上盡量做到優化設計。畢業設計的基本要求是：工藝

19、可能性。機床的工藝可能性是指機床適應不同生產要求，大致包括下列內容機床可完成的工序種類、加工零件的類型、材料和尺寸范圍、毛坯的種類等。加工精度和表面粗糙度。生產率。機床的生產率通常指單位時間內機床所加工的工件數量。自動化程度。操作安全方便和工作可靠。效率、使用期限和成本等等。設計時還應注意使機床體積小，重量輕，占地面積小，外形美觀以及注意防止污染環境。對于上述所提到的各項技術經濟指標，在設計機床時應綜合考慮。因為我的任務主要是多軸組合鉆床的主軸箱及部件設計，所以考慮的事情比較細。它鍛煉了我的分析問題的能力。在設計過程中，多次經焦鋒老師的耐心指導，在此表示深深的謝意！由于本人水平有限，時間倉促，

20、設計中難免有不少缺點和錯誤，懇切的希望焦老師和讀者提出寶貴意見，給予批評指正！第一章 機床總體方案設計的依據1.1 概述機床的總體設計，就是針對具體的被加工零件，在選定的工藝和結構方案的基礎上，進行方案和圖紙的設計。這些圖紙包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、生產率計算卡片、機床聯系尺寸圖等。確定機床的總體方案，包括下列內容：1）調查研究 包括調查和分析工件、了解使用要求和制造條件、調查研究現有同類型機床等。2）工藝分析 包括確定機床上的工藝方法，運動等。3) 機床總體布局 一般包括：工件加工方式、分配運動、選擇傳動形式和支承形式安排手柄等操作性的位置、擬定從布局上改善機床性能和技術經濟指標的

21、措施等。最后，繪制機床的總聯系尺寸圖，以表達所采用的總體布局，規定聯系尺寸，并確定主要技術參數。4) 參考同類機床設計，如下H5-3型立式鉆床，Z5125型立式鉆床，Z540-S型立式鉆床另外，當機床的傳動和控制較復雜時，須擬定機床傳動系統的草圖。對于不同類型的機床，擬定總體方案的側重點也是不同的，通用機床的工藝比較定型。一般是側重于機床的系列化工作、對現有同類型機床的調查分析以及新技術、新結構的運用。此次畢業設計所設計的機床以雙面10工位16軸的小型組合機床為基型，為提高其生產效率，以及為了利用液壓傳動的優點，工作臺的旋轉采用了液壓傳動的方式驅動。1.2 工件設計組合機床總體方案的主要依據包

22、括：工件類型、同類型機床、有關的科研成果、使用要求一級生產條件和工件加工技術設備情況等。工件是機床的工件對象，是機床總體方案設計的主要依據。因此，必須明確工件的特點和加工要求。如:被加工孔的尺寸精度、加工表面各個孔之間的相互位置精度、孔的加工深度等。選擇類型工件進行分析：（見圖11）圖11 減震器活塞支承座工件備注：1被加工零件 名稱及編號：減震器活塞及支承座，鉆孔 材料及硬度：一級鑄鐵 HRC3540 重量：2.5Kg2 加工余量 每個孔的直徑上加工余量為0.01mm3 技術條件 1）本機床加工前應保證零件圖上的所有尺寸； 2）本機床保證 a 加工后各對稱孔的中心距不變； b 加工后的孔的尺

23、寸為 ； c 其余尺寸不變在圓盤上鉆大孔3mm,內孔表面粗糙度為Ra=3.2m, 圓盤上鉆小孔2.5mm,表面粗糙度也為Ra=3.2m，大小孔的加工深度均為10mm，圓盤總厚度22mm。大小孔的內表面粗糙度要求不高，所以不在加工設計要求范圍，正常情況都可以達到。 零件材料為45號鋼，考慮到零件的用途及在工件中受力不很大的情況，我們可以利用鑄件（砂型鑄造），然后再利用調質、熱處理過程，以達到零件的技術要求，HRC3540。1）此生產類型為中批生產，應盡量提高生產率，降低生產成本。此加工工件的重量較輕，可采用手動裝卸。2）由于此工件要求被加工精度不高，故采用一次成型加工，不需經過鉆孔、擴孔、鏜孔等

24、過程。1.3 本次畢業設計的任務本次畢業設計是在普通組合鉆床的基礎上設計一臺加工減震器活塞及支承的立式雙面10工位16軸的小型組合機床。主要是為了提高加工該工件的效率，使加工更專門化、分工更精細、勞動效率更高。什么是組合機床?組合機床是用按系列化標準化設計的通用部件和按被加工零件的形狀及加工工藝要求的專門部件組合的專用機床。組合機床根據加工零件的不同。可以分為專用機床和通用機床兩大類。本次畢業設計設計的是用來專門加工減震器活塞及支承座的專用多工位加工組合機床。由于加工工件尺寸比較小，一次加工使多個軸承之間間隔較小，易產生較大的應力，不利于提高工件的質量和壽命，故采用多工位加工，由于需加工8個大

25、孔直徑3mm 和8個小孔直徑 2.5mm ，所以采用了10工位16軸的兩個動力頭小型孔加工組合機床，其中每個工位加工兩個大孔或兩個小孔，中間有一個裝卸工位和一個空工位。在這種機床的加工作用下，主軸每向下加工一個工位后，工作臺就在液壓傳動作用下旋轉36，使工件移動到下一個工位的位置，進行下一次加工，如此不間斷的進行加工，有利于提高加工效率，節省各個工件的加工時間。另外：由于本次設計加工的工件要求加工的孔加工精度不高，故機床設計過程中只要設計了各個孔的定位精度，而對每個孔的加工采用了一次鉆成型加工。所以本次畢業設計要在傳統立式鉆床的基礎上設計一臺專用式立式鉆床，以便提高加工精度和勞動生產率。第二章

26、 工件的加工工藝分析2.1 工藝方法對鉆床結構和性能的影響機床上的工藝方法是多種多樣的。按工種可分為車、銑、刨、鉆、鏜、磨、研磨、電加工、超聲波加工以及激光加工等；每一工種還可細分，如鉆加工工藝有鉆孔、擴孔、鉸孔、攻螺紋等加工；按加工精度和表面光潔度可分為粗加工、半精加工、精加工、提高光潔度加工等；按工序集中程度可分為單刀、多刀、單工位、多工位等；按作業形式可分為平行作業順序作業、平行及順序作業等；按刀具結構可分為簡單刀具、復合刀具等。由于工藝方法的多樣性，加工同一工件可以有多種不同的工藝方法。而且工件的加工還分一定的工序，如本次加工的減震器活塞支承座工件，就先后經歷了：毛胚鑄造調質處理熱處理

27、各個面粗加工表面精加工活塞孔的加工過程。1.其中的毛胚鑄造采用45號鋼鑄造加工是由于考慮到零件的用途及在工件中受力不是很大的情況，鑄造后利用調質，熱處理過程，就可以達到零件的技術要求。2.調質處理和熱處理是為了增加工件的強度和韌性，提高工件的加工工藝和應用質量。3.各個表面的粗加工和精加工是工件表面尺寸的精確化，是工件成型加工，它的加工有利于下一步工序孔加工的進行。4.工件的孔加工的最后一道加工工序，也是成型工序，也是最重要的一道工序。根據工件的加工要求（前面已經講過了），所設計的機床采用了10工位16軸的加工工藝，如下圖所示的工件加工標號圖和左右動力頭工作循環圖：圖21 工件加工編號圖22

28、左右動力頭循環圖（工作臺回轉方向為順時針）其中工作臺回轉方向為順時針方向。由以上兩圖可以看出：機床共有8個加工工位II、III、IV、V、VI、VII、VIII、IX、X，一個裝卸工位I和一個空工位XI，機床配有兩個立式動力頭，每個動力頭都裝有跨4個工位的主軸箱。每個工位都要經過8個加工工位才能完成全部孔的加工，這樣是為了避免該加工零件的尺寸過小，孔與孔之間的間距過小的限制。2.2 鉆床的運動由前述可見，不同的工藝方法所要求的機床運動的類別和數目是不一樣的。因此，分析工藝的同時，還必須分析機床上的運動。為了完成工件加工表面的加工，機床上需要設置各種運動，各個運動都的功能是不同的，可以分成形運動

29、和非成形運動。1）成形運動，凡形成表面所必須的工件或刀具的運動，稱為表面形成運動（成形稱基本運動）。它直接影響被加工表面的精度和光潔度。它又分為主運動：凡在消耗切削動力和產生切削速度方面起主要作用的運動，稱為主運動。它的功能是切除加工表面上多余的金屬材料，在鉆床上便是鉆頭切削刃沿中心線的旋轉，因此運動速度高，消耗了機床大部分動力。2）非成形運動：除表面形成運動以外的運動，都屬于非表面形成運動（或稱輔助運動）。非表面形成運動包括刀具（或工件）的移近、退回工件的夾緊、分度等，他們并不參加表面形成過程，但對過程起著不可缺少的輔助作用。只包含一個單元運動的運動，稱為簡單運動。有兩個或兩個以上的單元運動

30、組成的運動，稱為復合運動。鉆床上的單元運動，為鉆頭的回轉運動和軸向進給運動，因為實現這些運動的結構簡單。所以不再詳細的分析。其運動可分配為主軸箱沿立柱的上下運動和工作臺的回轉運動的復合運動。此次設計的為減振器活塞及支承座上雙面活塞孔加工的多工位組合機床的加工方式，這與一般鉆床所不同的是所給工件沿一定的規律作回轉運動并實現多工位的加工方式，鉆孔由刀具的進給運動來完成。2.3 擬定夾具方案鉆床夾具在結構上主要是有下列全部或部分元件和部件組成：定為元件、夾緊元件、導向裝置鉆套及其鉆模板、輔助裝置（如分度轉臺）、夾具體。特點：1）通用程度高，適用性強，一般無需調整或稍加調整（包括稍作補充加工和配換少數

31、零部件），就可加工不同工件，故可減少專用夾具的品種：2） 機構、尺寸已典型化、規格化，可預先生產出成品或半成品以供選用，故選用此夾具能縮短生產準備時間。鉆床通用夾具實用于多品種、中小批量生產，也適用于單一品種的大量生產。2.4 刀具的選擇及切削用量的確定（1）刀具與工藝方案的關系專用機床刀具，是專用機床主要組成部分之一。刀具的選用、設計、制造正確與否，對機床的價格歐冠精度和效率有著重要的影響。在專用機床上常采用多刀，復合刀具及特種刀具，從而使工序集中，機床結構簡化，提高產品質量和生產效率。（2）刀具的選擇原則 a 如果條件允許，應該首先選取標準刀具； b 為提高工序集中程度，或達到更高的精度，

32、可采用復合刀具，但在確定復合刀具結構時，應盡可能采用組裝式復合刀具。（3）切削用量的確定 切削速度：式中： D工件或刀具的外徑（mm）；n工件或刀具的每分鐘轉速（轉/每分）。（4）吃刀深度式中： D待加工表面直徑（mm）d已加工表面直徑（mm）第三章 機床的總體布局3.1 總體布局機床是由部件裝配而成，每個部件在機床中占有一定的位置。選擇機床的型式，分配運動以及安排各部件和手柄等在整臺機床中的位置，叫做機床的總體布局。合理的總體布局應滿足的基本要求是：保證工藝方法所要求的工件和刀具的相對位置和相對運動；保證機床具有與所要求的加工精度相適應的剛度和抗振性；便于觀察加工過程；便于操作、調整和修理機

33、床；便于輸送、裝卸工件和排除切屑，并須保證工作安全；經濟性好，如節省材料，減少機床占地面積等。機床總體設計的一般步驟是，首先根據工藝分析，分配機床部件的運動，選擇傳動形式和支承形式；然后，安排手柄等操作性的位置，并擬定從布局上改善機床性能和技術經濟指標的措施。上述各步驟之間有著密切的聯系，必要時可以互相穿插或同時并進。根據同組同學的設計任務和大家討論，最后選取下面樣式的機床作為本次設計的組合機床布局（如下圖）圖31 雙面立式機床的整體布局3.2 機床總體布局方案分析在方案的擬定當中，起決定作用的是正確的分析與確定機床的總體布局方案。上面敘述了各種因素對機床總體布局的影響，然而就同一類機床來說，

34、尚需對專用機床的支承部件、傳動部件和執行部件等三大部分的布局進行方案分析。3.3 運動的分配 機床上的工藝方法確定后，刀具和工作在切削加工時的相對運動亦隨著規定了。但是，這相對運動可分配給工件，或者由工件和刀具共同來完成，機床上的運動分配，是由刀具和工件的重量和尺寸、工藝方法的特點等多方面的因素決定的。由于此機床加工的零件與采用多工位加工，故采用了鉆頭工件的加工和進給運動都有鉆頭來完成，另外，為了簡化裝卸和提高生產效率滿足多工位加工在同一臺機床上進行，采用了通過液壓系統帶動工作臺作順時針旋轉運動，同時主軸箱體部分也采用液壓控制多個鉆頭上下移動。3.4 機床的傳動形式 機床的傳動，有機械、液壓、

35、機械液壓、氣動、氣動液壓、電氣等多種形式。其中最常見的是機械傳動和液壓傳動。液壓傳動具有機械結構簡單、容易實現自動化和無極變速、吸振性能好、過載保護簡單以及能自身潤滑等優點，在機床中得到了日益廣泛的應用。因此，本次設計工作臺的回轉和主軸箱的進給運動都采用了液壓裝置，工作臺的旋轉是自動控制裝置，只要主軸箱上升到最高位置，液壓系統自動執行通過液壓缸帶動工作臺主軸自動旋轉36，把每個工件移動到它需要加工的下一道工部處。如下圖所示工作臺的液壓驅動裝置：圖32 工作臺的液壓驅動裝置該組合鉆床的傳動形式確定后，可進行傳動部件的布局。組合鉆床一經確定加工鉆頭傳動和工作臺的回轉運動此案用液壓驅動，則鉆床應具備

36、驅動主軸和工作臺的液壓傳動裝置。其中主軸箱的液壓驅動裝置在立柱內，工作臺的液壓驅動裝置設計在底座內。3.5 機床的支承形式機床中常用的支承件有床身、底座、立柱、橫梁、橫臂、刀架及工作臺等。這些支撐件，或單獨使用，或組合使用。此鉆床的支承形式可設計采用“”形（柱形）支承，支撐件是立柱，或立柱與底座的組合。具有這種支承形式的機床。稱為立式機床。此立式鉆床為中小型普通機床，其外載荷以切削力為主，工件重量，移動部件（刀架、工作臺）的重量等相對較小，其車窗刀架從一端移至床身中部時引起的彎曲變形可忽略不計。與臥式機床相比，立式機床占地面積較小；但當工件較長時，機床的高度增加，重心上移。這樣，機床不但易于產

37、生振動，且操作部方便。立式機床的運動自由度較大，執行部件可以在縱向、橫向、垂直向三個方向移動；操作立式機床時，操作者可以站在機床的前面、左面、右面。支撐件應滿足的要求：1）應具有足夠的剛度和較高的韌性質量比。2）應具有較好的動態特性，包括較大的位移阻抗和阻尼，整機的低階頻較高，若階頻不致引起結構共振，不會因薄壁振動而產生噪聲。3）熱穩定性好，熱變形對機床加工精度的影響較小。4）排屑暢通，吊運安全，并具有良好的結構工藝性。由于支撐件的結構形狀十分復雜，受力條件也很復雜，所以對支撐件主要是進行近似的工程技術計算，用近似的技術計算結果，來和已有的經過生產實踐考驗的同類型支承件的計算結果進行比較，進而

38、評價所設計的支承件。3.6 機床導軌的設計導軌的功用是導向和承載。在導軌副中，運動的一方叫做動導軌，不動的一方叫做支承導軌，動導軌相對于支承導軌只能有一個自由度的運動。導軌按摩擦性質分：滑動導軌和滾動導軌。此次設計的立式鉆床可采用普通滑動導軌，它的優點是：構造簡單制造方便、接觸剛度高和抗振性好，其缺點是：摩擦阻力大，磨損快。采用滑動導軌，金屬對金屬的運動精度可選高的精度，承載能力較大，而接觸剛度高，抗振性好，結構簡單，制造及維護容易，成本低。故導軌的材料選用鑄鐵。鑄鐵成本低，有良好的減振性和耐磨性，易于鑄造和切削加工。此導軌材料可選用最多的灰鑄鐵，其牌號是HT20-40,即HT200（GB 5

39、675-85），其在潤滑與防護較好的條件下有一定的耐磨性。灰鑄鐵導軌在加工完畢裝配時硬度應符合JB2278-78的規定；長度在2.5米以下的其硬度值應符合180HBS，在同一導軌面上的硬度不均勻性不得超過25HBS，為了使導軌面質量好些，澆鑄時讓導軌面處于最低部位。3.7 運動聯系分析本次設計任務為立式組合鉆床，該鉆床采用主運用和動力源為機械聯系。其傳動系統圖如圖3-2所示：1電動機 2聯軸器 3離合器 4齒輪 5傳動軸 7鉆頭軸齒輪八個圖33 一個動力頭的傳動系統圖此機床由于機械液壓的聯合作用，實現了較多的自動化動作，從而使生產率高，自動化程度高，占地面積小等特點第四章 主軸箱及傳動件的設計

40、4.1 主軸箱傳動系統設計的一般要求1）在保證主軸的強度、剛度、轉速和轉向要求的前提下，力求使傳動軸和輪為最少。應盡量用一根傳動軸帶動多根主軸：當齒輪嚙合中心距不符合要求時，可采用齒輪變位的方法來湊中心距 當 時，采用正常齒輪； 時，采用修正齒輪。式中： A實際中心矩； m為模數；、分別為兩嚙合齒輪齒數。2）在保證有足夠強度的前提下，主軸、傳動軸和齒輪的規格要盡可能少，以減少各類零件的品種。3）通常應避免通過主動主軸帶動主軸，否則將增加主動主軸的負荷。4）最佳傳動比為11.5，但允許采用到33.5。5）盡可能避免升速傳動，必要的升速最好放在傳動鏈的最末一、二級，以減少功率損失。根據查閱有關資料

41、，和同組同學討論，設計如下的齒輪傳動路線設計（見圖41）圖41 齒輪傳動路線設計4.2 動力部件的選擇動力部件是用以實現切削刀具的旋轉和進給運動（動力頭）只用于進給運動（動力滑臺），是組合機床最主要的通用部件。選用何種動力部件，應當根據具體的加工工藝、機床型式、使用條件、生產條件來確定。例如：對于一般的多工位鉆床，可以機械或液壓動力頭，對于銑削、鏜端面孔機床、精鏜德國機床，應為動力滑臺配以相應的銑頭，鏜孔，車端面頭，精鏜等，立式機床宜采用動力滑臺或機械動力頭等。總之，適用合適的動力部件，使機床具有先進的工藝水平和技術水平，以及良好的工藝效果。4.3 電動機的選擇計算 4.3.1 電動機功率的估

42、算1）鉆頭鉆孔時的扭矩及軸向力的估算 扭矩公式： 軸向力公式： 式中：HB布氏硬度； D為鉆頭直徑。（mm） S=0.1mm/r ；HB=200（查組合機床設計參考圖冊機械工業出版社） 工件的材料為45#鑄鐵 2）切削功率的計算 V刀具轉速； v = 20 m/minD刀具直徑（mm）。則有： 則8根鉆頭的總功率為： 3）計算所需電動機的輸出功率 新編機械設計師手冊上所需電動機的輸出功率為： （取工況系數K= 1.1 ） 4）確定主軸直徑 查組合機床設計手冊 M扭矩 B系數。根據傳動軸在100cm長度上允許最大扭轉角的數值來選取B值，查組合機床講義得B = 30.70 代入數據得 D = 15

43、cmP=187.35(公斤毫米)M=30.7KgN=0.067kwN總=0.536kwP電機=0.67kwPr=0.737kwD=15cm4.3.2 選擇電動機的型號1 電動機選擇時要考慮的問題：1）由于一般生產單位多采用三相交流電源，故無特殊要求時均應選用三相交流電動機。其中以三相異步帶能動機應用最多，常用為Y系列三相異步電動機。2）電動機的功率選擇是否合適，對電動機的正常工作和經濟性都有影響。功率選的過小不能保證工作機的正常工作，或使電動機因超載而過早損壞；功率選的過大則電動機的價格高，能力又得不到充分的發揮，而且由于電動機經常不再滿載下運轉，其效率和功率因數都較低而造成能源的浪費。3）電

44、動機的同步轉速愈高，磁極對數愈少，外廓尺寸愈小，價格愈低。但是電動機轉速相對于工作機轉速過高勢必使總傳動比加大，致使傳動裝置結構復雜，外廓尺寸增加，制造成本提高。而選用較低轉速的電動機，其優缺點剛好相反。因此，在確定電動機的轉速時，應進行分析比較，權衡利弊，按最佳方案選擇。2 電動機的選擇 初步選擇電動機的轉速 再根據所需電動機功率為 查簡明機械設計手冊 續表選用三相異步電動機，型號為YH90s-2 ，其輸出功率 P = 1.5 kw表4-1 電動機主要性能參數電動機的功率P1.5kw電動機滿載轉速n2670r/min堵轉轉矩 / 額定轉矩2.0電動機的效率0.86電動機的重量100kg3 電

45、動機的安裝型式 選用基本結構型式，機座不帶低腳，端蓋有凸緣。安裝結構型式為。制造范圍（機座號）為80-315。其示意圖如圖4-1所示：圖42 電動機的安裝示意圖主要安裝型式尺寸如表4-2所示。表4-2 電動機主要安裝尺寸電動機軸伸直徑D 20mm電動機軸伸長度E 50mm軸伸上鍵槽的尺寸 電動機法蘭外徑尺寸 250mm電動機法蘭內徑尺寸 150mm電動機法蘭螺栓孔均不圓直徑 100mm法蘭螺栓孔的數量和直徑 電動機的總高度L 300mm4.4 齒輪齒數的確定由被加工零件的工作圖可以看出：八個大孔的每兩個對稱孔的中心距d = 33 mm，其傳動路線最后一級可以簡化如下圖所示：圖43 傳動簡化圖其

46、中AO=16.5 mm， OB=48 mm 有直角三角形知識可得 初選齒輪的模數為 m=1.25 mm有公式： 式中： 小齒輪齒數； 大齒輪齒數。 代入數據得齒數和： 式中：電動機轉速： n= 2670 r/min標準減速器的公稱傳動比：i= 1.06查機械制造裝備設計表3-6，可選： 小齒輪的齒數： 大齒輪的齒數： 用同樣的方法可以確定其他各級齒輪的齒數，模數都為1.25.第三級齒輪： 小齒輪齒數為47 大齒輪齒數為48第二級齒輪： 小齒輪齒數為33 大齒輪齒數為34第一級齒輪： 小齒輪齒數為23 大齒輪齒數為244.5 運動參數的計算 1）各軸轉速的計算一級齒輪軸的轉速： 二級齒輪軸的轉速

47、： 三級齒輪軸的轉速： 四級齒輪軸的轉速： 2）各軸功率的計算一級軸的功率 二級軸的功率 三級軸的功率 四級軸的功率 式中： 軸承傳動的效率： 齒輪傳動的效率：3）各軸扭矩的計算 一級軸的扭矩： 二級軸的扭矩： 三級軸的扭矩： 四級軸的扭矩： 主軸的扭矩： 4.6 齒輪的校核及幾何尺寸的計算 4.6.1 按彎曲疲勞強度進行校核根據機械設計（第七版）設計計算公式，式（104） 進行計算1 確定公式中的各計算值：1）齒輪上的圓周力齒輪上的圓周力： 齒輪上的圓周力： 齒輪材料為40Cr（調質）硬度為280HBS。2）由機械設計（第七版）圖1020c查的齒輪的彎曲疲勞強度極限：3）計算應力循環次數N

48、由機械設計（第七版）圖1018，查得彎曲疲勞壽命系數： 4）計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數s =1.35 ，由機械設計（第七版）式（10-12）得： 5）計算載荷系數K 由機械設計（第七版）表10-2查得使用系數計算圓周速度V 根據V=3.1m/s,7級精度，由機械設計（第七版）圖10-8 查得動載系數 直齒輪： 由機械設計（第七版）表103查得 由機械設計（第七版）表104查得：7級精度、齒輪相對支撐為對稱布置時 由 ， ，由機械設計（第七版）圖1013得：故載荷系數 6）查取齒形系數 ，應力校正系數 由機械設計（第七版）表105可查得： ； ； 2 代入數據計算： 故：按彎曲強度校

49、核兩齒輪符合要求。4.6.2 按接觸疲勞強度計算 按機械設計（第七版）式（108a） 進行計算1 確定公式內的各計算數值1）計算載荷系數 2）由機械設計（第七版）表106，查得材料的彈性影響系數：3）齒輪的寬度： 4）齒輪分度圓直徑： ； 5）齒輪所受圓周力： ； 6）齒數比： 7）由機械設計（第七版）圖1021d， 按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度極限: 8）由圖1019查得接觸疲勞壽命系數 ； 9）計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1% ； 安全系數 s = 1 由機械設計（第七版）式1012得2 代入數據計算： 故：按接觸疲勞強度校核兩齒輪也均符合要求。4.6.3 齒輪的幾何尺寸計算1）

50、分度圓直徑： 2）齒頂高：3）齒根高： 4）全齒高： 5）齒頂圓直徑： 6）齒根圓直徑： 7）兩齒輪中心距：4.6.4 齒輪的結構設計小齒輪的齒頂圓直徑小于160mm，故做成實心結構的齒輪，大齒輪的齒頂圓直徑大于160mm，而小于500mm應做成腹板式機構。但考慮到該齒輪尺寸較小，還是做成實心結構的齒輪。4.7 軸的設計 4.7.1 一級齒輪高速軸的設計計算1 選擇軸的材料軸的材料一般為45鋼，此軸的材料也是45鋼。熱處理為調質處理。2 初步確定軸的最小軸頸先按機械設計（第七版）式（15-2）初步估算Z1=20Z2=21Z1=47Z2=48Z1=33Z2=34Z1=23Z2=24K=1.794

51、K=1.665 式中：軸的功率 軸的轉速 根據機械設計（第七版）表（153）取 齒輪軸的最小軸徑顯然是安裝聯軸器處軸的直徑，為了使所選的軸徑與聯軸器的孔徑相適應，故須同時選取聯軸器型號。 聯軸器的計算轉矩： 查機械設計（第七版）表141，(考慮到轉矩變化很小) 故，取 又， 則，按照計算轉矩 應小于聯軸器公稱轉矩的條件，查簡明機械設計手冊，選用彈性套柱銷聯軸器，其公稱轉矩6.3Nm ,半聯軸器長度為10mm，聯軸器與軸配合的轂孔長度 ，半聯軸器的孔徑d=10mm，故取與聯軸器相連的軸的直徑為。3 軸的結構設計1）擬定軸上零件的裝配方案此軸的零件裝配方案簡圖如圖4-4所示圖44 一級齒輪高速軸的

52、零件裝配方案圖2）根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑長度 a 為了滿足半聯軸器的軸向定位要求，II-III 軸段右端需制出一軸肩，取VII：左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑。半聯軸器與軸的配合的轂孔長度，為了保證軸端擋圈只壓在半聯軸器上而不是壓在軸的端面上，故I-II 段的長度應比略短一些，現取。b 初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。根據 ，查簡明機械設計手冊選單列圓錐滾子軸承 30203 GB/T297-94;其尺寸為：，齒輪左邊的滾動軸承右端采用套筒進行軸向定位，左端采用圓螺母進行軸向定位，查組合機床設計圖冊，選套 d=15mm , D=

53、20mm, L=18mm。 齒輪右邊的滾動軸承左端采用套筒定位，右端利用軸肩定位，齒輪寬為15mm，選用齒輪右端的套筒，查組合機床設計圖冊設計手冊，選用尺寸為 d=15mm，D=20mm， L=30mm，齒輪利用軸肩和套筒定位。 詳細的軸各段尺寸參見零件圖。3）軸上零件的軸向定位齒輪、半聯軸器與軸的軸向定位均采用平鍵聯接，由于齒輪不再軸端，故選用圓鈄普通平鍵（A型）按。 有簡明機械設計手冊查得平鍵截面： （GB/T1096-79）；鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為12 （標準鍵長）。同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為H7/h6 。同樣，半聯軸器與軸的配合為 H7/k6

54、。滾動軸承與軸的周向dingwei 是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m5 。4）確定軸上圓角和倒角尺寸參考機械設計（第七版） 表152，取軸端倒角為；各軸肩處的圓角半徑為R=1.6mm。4 軸的強度校核首先根據軸的結構圖，做出軸的計算簡圖和受力分析圖。如下圖45 軸的計算簡圖和受力分析圖在確定軸承的支點位置時，查簡明機械設計手冊取a值，并參考機械設計（第七版）圖1523 。對于30310型圓錐滾子軸承，查簡明機械設計手冊，查得a=9.9mm。1）有軸的結構確定軸的計算簡圖的各段軸的尺寸AB=31.35mmBC=33.9mmCD=51.4mm2）在水平面內對軸進行受力分析求作用在齒

55、輪上的力，有前文計算可知 ; 求作用在軸上支反力有受力平衡得： 對B點取力矩： 代入數據聯立這兩個方程，求解得 ; 3）求水平面內的彎矩：有軸在水平面內的受力情況，作水平面內的彎矩圖如下：圖46水平面彎矩圖4）在垂直面內對軸進行受力分析求作用在軸上支反力由受力平衡可得 對B點取力矩： 代入數據聯立這兩個方程，求解得 ; 5）求垂直面內的彎矩由軸在垂直面內的受力情況，作垂直面內的彎矩圖如下：圖47垂直面內的彎矩圖6）求總彎矩由水平面內的彎矩圖和垂直面內的彎矩圖，作軸所受總彎矩圖，如下： 7）求扭矩由軸的受力情況，作軸所受扭矩圖，如下：圖48一級軸的扭矩圖5 按彎扭合成應力校核軸的強度進行軸的強度

56、校核，通常只需要校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面強度。根據機械設計（第七版）式（15-5）及上表中的數據，并取=0.6，則軸的計算應力為 由已經選定軸的材料為40Cr，調質處理，根據機械設計（第七版）表15-1，查得 。因此， ，故安全。4.7.2 一級齒輪低速軸的設計計算1 選擇軸的材料因為齒輪軸軸伸和擴孔鉆聯接處的結構比較復雜，加工比較困難；所以其材料要稍微選的好一些，耐用度高一點，故齒輪軸的材料選為40Cr，熱處理為調質處理。2 扭矩估算軸伸的最小軸徑按機械設計（第七版）式（15-2）估算 式中： 因為齒輪軸上要開一個比較深的孔用來軸向定位，而且其一端要與擴孔鉆相聯，這段軸徑要比較大，考

57、慮到強度和結構工藝性等方面的因素，最小軸徑定為10mm。3 初定軸的結構根據軸上零件的布置、裝拆和定位的需要，設計軸的介個如下所示：圖49 軸的結構圖裝齒輪的那一段軸徑為 ；為了裝卸軸承方便和定位留取 ， ；大齒輪左右端采用套筒定位，查組合機床設計圖冊，選套d=15mm , D=20mm , L=18mm 定位大齒輪左端，同時定位軸承；選用套 d=15mm , D=20mm , L=10mm 定位大齒輪右端，小齒輪左端；小齒輪右端，選用套d=15mm , D=20mm , L=10mm 定位，同時定位軸承；軸承右端用臺階定位。4 初選滾動軸承的型號因為齒輪軸既受軸向載荷又受徑向載荷的作用，所以

58、其上的兩個滾動軸承均為單列圓錐滾子軸承。查簡明機械設計手冊選單列圓錐滾子軸承 30203 GB/T297-94 ；其尺寸為： 5 初選鍵的尺寸由于齒輪不在軸端，所以被選鍵為圓頭普通平鍵（A型）。根據裝齒輪處軸徑 d=15mm , 有簡明機械設計手冊查得平鍵截面： （GB/T1096-79）；鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為8mm （標準鍵長）。同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為H7/h6。6 齒輪的計算簡圖所示AB=31.35mm ；BC=22mm ；CD=25.9mm ；圖4-10軸的受力和計算簡圖大齒輪的受力計算，有理論力學知識可得 圓周力： 徑向力： 小齒輪的受力

59、計算 圓周力： 徑向力： 7求垂直面內的支撐反力，作垂直面內的彎矩圖 可以解得， ； 1）求垂直面內B點的彎矩 2）求垂直面內C點的彎矩 3）作垂直面內的彎矩圖 典韋：Nmm圖4-11 垂直面內的彎矩圖8求水平面內的支撐反力，作水平面內的彎矩圖 可以得到： ， 1）求水平面內B點的彎矩 2）求水平面內B點的應力 3）作水平內的彎矩圖，如圖所示圖4-12 水平面內的彎矩圖9求合成彎矩 可以看出C點的合成彎矩值最大 10軸的扭矩圖，如圖所示 扭矩： 圖4-13 扭矩圖11從軸的結構圖一級彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面，計算出的截面C處的My 、Mz 、 M的值如表4-3所示表4-3 B

60、處載荷值載荷水平面Z垂直面Y支反力RY1=171.2 NY2=546.8 NX1=163.6 NX2=157.8 N彎矩MMcz=14162.12 NmmMcy=4087.02 Nmm總彎矩Mc=14220.87 Nmm扭矩T=14850 Nmm12按彎扭合成校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的載荷。 根據機械設計（第七版）式（155） 軸的計算應力為： 式中：軸所受的扭矩： T=2712 Nmm 總彎矩： ；折合系數： =0.6 ；對稱循環變應力時軸的許用彎曲應力 因此有： ，故安全。4.8 滾動軸承的選擇與壽命計算4.8.1 一級齒輪高速軸上的軸承1 主要參數 前面