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湖北汽车工业学院毕业设计开题报告毕 业 设 计 (论文)课题名称:凸轮轴瓦盖钻孔加工夹具设计专 业机械设计制造及其自动化班 级T913-3学 号20090130344学生姓名 刘富祥指导教师 刘强 邓开榜完成日期 2013.5.21独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到,本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名:日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于保密 ,在_年解密后适用本授权书。不保密。(请在以上方框内打“”)学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日湖 汽 车 工 业 学 院 毕 业(设 计) 论 文摘 要这次毕业设计以凸轮轴瓦盖为主要加工对象,设计任务有两项,第一项是设计多轴钻分动箱对凸轮轴瓦盖上表面两孔同时加工;第二项是设计零件的工装夹具(钻孔夹具设计).在对多轴钻分动箱的设计中,首选根据零件图对零件的机构、技术要求进行分析,然后根据被加工孔的位置分布,选择合适的传动方案,进而对设计组件进行设计计算,最后完成箱体的结构设计. 本文钻削夹具设计的主要内容是,首先进行夹具方案设计,接下来通过参考资料、查阅标准及设计规范进行了定位部分设计、夹紧部分设计、夹具体设计等,并对其定位误差、夹紧力进行了计算,最后完成其夹具装配图。多轴钻夹具是配合立式钻床进行钻孔加工的工艺装备,利用钻床主轴驱动多轴头各个工作轴,配套夹具进行夹紧和定位。在一次装夹过程中就可以完成若干孔位的加工,很适合大型汽车厂内大批量加工零件上多个孔系的工序,可以显著提高生产效率。关键词: 钻床夹具;多轴钻;定位AbstractThe graduation design the camshaft cap design for the main target, there are two design tasks, the first is to design multi-axis drilling multiple spindle, right camshaft cover tile surface two holes simultaneously process; second is designed fixture parts (drilling fixture design) in multi-axis drilling multiple spindle design, preferred according to the part of the body parts diagram, technical requirements will be analyzed and processed according to the position of the hole distribution, select the appropriate transmission scheme, and thus on transmission components for the design, structure design to finalize cabinet. This drilling jig design of the main content is to first conduct fixture design, followed by reference to information, access to standards and design specifications for the positioning part of the design, the clamping part of the design, detailed design, folder, and its positioning error, clip clamping force were calculated finalize its fixture assembly drawings. multiple spindle drill is one of type of technical equipment that just can be used with driller. multiple spindle drill all axis can be drived by the chief axis of driller. Worker can make multi-hole only in one process with the corresponding fixture. So it much more adapt to large-scale manufacture in todays manufactory.Key words: driller; fixture; multiple spindle drill; xis目录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1 本课题的来源、目的及意义11.1.1课题的来源11.1.2本课题研究的目的11.1.3本课题研究的意义11.2 课题背景及国内外研究现状21.3 本课题研究的主要内容2第二章 原始资料及设计要求42.1 原始资料42.1.1工艺卡42.1.1机床参数52.2 设计要求5第三章 多轴钻分动箱的设计73.1传动方案的选择及分析73.2传动系统的设计83.2.1总传动比的计算83.2.2传动比的分配93.3各传动装置的运动和动力参数计算103.3.1各轴的转速计算103.3.2各轴的功率计算103.4齿轮的设计及计算103.4.1主动齿轮、从动齿轮的设计103.4.1传递齿轮、工作齿轮的设计143.5轴的结构设计及强度校核173.5.1主动轴的设计17 3.5.2 输出轴的设计223.5.3从动轴的设计263.5.4工作轴的设计303.6箱体的结构设计323.6.1箱体轮廓尺寸的确定323.6.2中隔板尺寸的确定323.7润滑与密封323.8导向装置的设计333.9万向传动装置的设计333.10刀具接杆的设计34本章小结35第四章 夹具的设计364.1初定夹具轮廓尺寸374.2夹紧和定位方案的总体设计374.3定位方案的选择及分析374.4定位误差的分析及计算374.5夹具体上配合剂公差的选择394.6夹紧装置的设计394.6.1夹紧机构的选择394.6.2夹紧力的计算404.6.3实际夹紧力的计算404.7夹紧动力装置的设计404.8钻模板的结构设计414.8.1钻套的选择及计算414.8.1钻模板的选择424.9其他零件的结构设计434.9.1万向转动组件的设计434.9.2夹具底座的设计444.10操作的简要说明44本章小结44总结与展望46致谢47参考文献48IV第一章 绪 论1.1 本课题的来源、目的及意义1.1.1课题的来源本课题来源于郧西精诚汽配有限公司的实际生产,通过对郧西精诚汽配有限公司制造车间的实际加工工艺规划及其制造过程的了解,对凸轮轴瓦盖类零件相关的技术及文献进行科学整理、归纳和完善,以期最终达到此次设计1.1.2本课题研究的目的 本课题研究的主要目的是设计出适合企业生产的多轴钻设备及其配套夹具完成对凸轮轴瓦盖上端面的两个孔同时加工,提高生产效率,解决实际生产上的不足。通过在设计中遇到的问题能够独立的思考,查找相关的技术文献,灵活运用课堂上所学的知识,提升自己解决设计问题的能力.1.1.3本课题研究的意义课题针对凸轮轴瓦盖钻孔加工进行研究,设计出合理的适合企业生产的钻孔加工设备及其相关夹。通过本次设计灵活运用所学知识来解决实际问题,并结合实际的生产情况来了解现代的制造技术。制造技术已经是生产、国际经济竞争、产品革新的一种重要手段,所有国家都在寻求、获得、开发和利用它,它正被看作是现代国家经济上获得成功的关键因素。其研究意义如下, 1.设计合理的钻孔加工夹具,提高生产效率 2.设计合理的钻孔工加工夹具,提高产品的精度 3.设计合理的钻孔夹具,保证生产经济性 4.钻孔夹具朝着综合成套和具备柔性方向发展以实现机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控 5.机械制造行业的壮大,代表着国力强盛组合,工装夹具行业的发展也能体现我国的国际水平地位 6.减小占地面积。1.2 课题背景及国内外研究现状凸轮轴瓦盖在钻孔加工时,多采用普通钻床改为多轴钻床加工的方法。目前,我国中小企业产品质量都需要一个新的提高,但是加工手段远远不能满足需要。许多中小企业结合自己的对设备技术条件进行改造,通过强化自身,以求发展。普通钻床为单轴钻床,但安装上多轴箱就变成多轴钻就可以提高工作效率,缩短工作时间。对于钻夹具的发展状况,国际研究协会的统计表明,目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代,以适应市场的需求与竞争。然而,一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具,一般在具有中等生产能力的工厂,里约拥有数千甚至近万套专用夹具;另一方面,在多品种生产的企业中,每隔34年就要更新5080左右专用夹具,而夹具的实际磨损量仅为1020左右。特别是近年来,数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统、(FMS)等新加工技术的应用,大力推动了夹具的发展.1.3 本课题研究的主要内容(1)多轴钻分动箱的设计本课题主要是解决凸轮轴瓦盖的钻孔加工问题,在设计钻孔设备时,应考虑采用采用多轴钻技术,多轴钻技术可以对工件同一表面上的多个孔同时进行加工,大大提高生产效率,缩短工件的加工时间。多轴钻分动箱的设计主要包括传动方案的设计、总传动比的设计及计算、传动系统各齿轮的结构设计、各工作主轴的结构设计以及箱体的结构设计。合理设计多轴钻分动箱的结构,有效地保证工件的加工精度。(2)多轴钻夹具的设计夹具是机械加工中不可缺少的一种工艺装备,它的作用主要有:保证稳定可靠地达到各项加工精度要求;缩短加工工时,提高劳动生产率;降低生产成本;减轻工人劳动强度;可由较低技术等级的工人进行加工;能扩大机床工艺范围。夹具的主要组成部分有:定位元件,它们一定位工作面与工件的定位基准面相接触、配合或校准,使工件在夹具中占有准确位置,起到定位作用;加紧装置,克服切削力等外来力,是工件保持在正确位置上固定不动;对刀元件,引导刀具对夹具的正确位置;夹具体,夹具上各元件都分别装配在夹具体上形成一个夹具的整体。第二章 原始资料及设计要求2.1 原始资料本多轴钻分动箱及其夹具是为了加工凸轮轴瓦盖设计的,用于加工2序钻底平面2-9通孔,其原始资料如下:零件为E4200,生产纲领80000件。材料规格:HT250。毛坯重量为0.4kg。零件为0.242kg。2.1.1工艺卡凸轮轴瓦盖钻孔加工的工序卡如表2.1所示:表2.1 机械加工工序卡工序工序内容单件工时加工设备精铣结合面3.61立式铣床X5032钻2- 9孔2.7立式钻床Z5140A扩、铰2- 12孔2.5立式钻床Z5140A锪平面0.6数控钻床ZK4625铣半圆孔1.45立式铣床X5032钻斜孔1.36数控钻床ZK4625-锪球窝1.0立式钻床Z5358铣标识面0.6立式铣床X52K清洗零件0.5清洗机SQX-400终检0.352.1.1机床参数 表2,2机床参数表项 目项 目机 床 参 数机床型号Z5140A最大钻孔直径mm(在b=500600Mpa的钢材上)40最大进给抗力 N16000主轴允许的最大扭转力矩 Nm350主电动机功率 KW3主轴孔圆锥度莫氏4号主轴中心线至导轨面距离mm335 主轴行程 mm250 主轴箱行程(手动) mm200主轴转速 r/min31.5、45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400(12级)进给量 mm/r0.056、0.112、0.16、0.224、0.315、0.45、0.63、0.90、1.80(9级)电动机反转装置手动按钮操纵和攻丝自动反转机构工作台行程 mm300工作台工作面积 mm560480 工作台T形槽宽度 mm18主轴端面至工作台面最大距离 mm980950冷却泵功率 KW0.09冷却泵流量 L/min25外形尺寸(长宽高) mm 10909052530机床净重 kg12502.2 设计要求1.设计多轴钻分动箱对凸轮轴瓦盖上两孔进行加工.2.提高机械加工劳动生产率,满足生产需求。3.夹具操作方便,夹紧可靠安全,有较合理的装卸空间。4.稳定的保证工件的加工精度。5.结构合理,便于加工、装配和维修。第三章 多轴钻分动箱的设计本次设计主要是解决凸轮轴瓦盖上2-9孔的加工及其夹具的问题,对于2-9孔加工,可以设计多轴钻分动箱与机床主轴相连接,将机床主轴动力平分到两个工作轴上,同时对9孔加工。由于2-9孔的中心距较小,故需设计可调多轴钻。可调多轴钻通常采用变位齿轮和十字万向节联轴器两种装置来设计,考虑齿轮的加工难度,本次设计采用双十字万向联轴器可调多轴钻的设计方法,取两输出轴的中心距为110mm。3.1传动方案的选择及分析拟定多轴钻分动箱传动方案的基本方法:先把全部主轴中心尽可能分布在几个同心圆上,在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴,非同心圆分布的一些主轴,也可以设置中间传动轴,然后根据选定的各个中心轴在取同心圆,并用最少的传动轴带动这些中心轴转动,最后连接传动轴和驱动箱主轴。根据被加工孔的位置分布,主轴分布类型大致可以分为:同心圆分布、直线分布、任意分布三种。【5】由于凸轮轴瓦盖被加工两孔呈直线分布,所以采用直线分布的传动方案,传动示意图 如图3.1所示: 图3.1传动方案图3.2传动系统的设计3.2.1总传动比的计算多轴钻分动箱是根据加工工件的需要进行设计的,与之相配套的立钻动力是否够用,设计前必须验证。常用的验证方法有两种:一是类比法,即加工同类零件机床动力进行比较,以此决定所选用的动力是否能满足要求,另一种是计算法,将计算所得的切削功率与配套机床的动力进行比较,以此决定配套机床的动力是否够用。应用公式计算切削速度、切削力和切削功率,根据设计说明书的要求,最大孔径为12mm,此时在各种工况条件下的V、F、P。考虑到齿轮传动有功率损失,单根钻削轴能承受的最大功率(Z5140的额定功率围7.5kw) P=P总/2x0.986=3.19kw查工艺师表28-15高速钢钻头钻削灰铸铁(190HBS),当d=10mm时,最大的进给速度为f=0.60mm/r。则切削速度 V=12m/min ,轴向力F=3765N,转矩 T=13.93Nm,功率P=0.52KW=1.33KW。【14】由于Z5140A钻床没有0.6mm/r的进给速度,采用与之相近的f=0.63mm/r,再用公式重新对所选公式进行核算。相关公式查工艺师表28-2钻、扩、铰孔时切削速度的计算公式:(注:T为刀具的寿命),表28-4钻孔时轴向力、转矩、功率的计算公式,式中的为修正参数,在这里的计算采用的材料为其实验用的,故都按计算,则钻削灰铸铁(190HBS)时的切削速度V、轴向力F、转矩T、功率P分别为:故满足功率要求。则钻削主轴的转速n=v/D=47.4/0.010=1100r/mi则总的传动比3.2.2传动比的分配虑钻头都有一定的转向,一般为右旋,为了使钻削主轴与机床主轴的转动方向一致(都为右旋),采用两级齿轮传动。如果把传动比分配的合理,传动系统结构紧凑、重量轻、对机床的作用力就小,润滑条件也好。若分配不合理,可能会造成种种不便。1. 初步估算齿轮的模数由可知,多轴箱驱动轴上的齿轮参数规定为Z=,取=24,则有公式4-1【5】得:,为方便组织生产,本次设计取一种模数m=3,考虑多轴箱的结构紧凑,取。2. 计算各齿轮间的中心距主动齿轮与从动齿轮间的中心距:传递齿轮与工作 齿轮间的中心距:而,则。3. 总传动比的分配,3.3各传动装置的运动和动力参数计算3.3.1各轴的转速计算3.3.2各轴的功率计算 3.4齿轮的设计及计算3.4.1主动齿轮、从动齿轮的设计1. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数【17】1)选用直齿圆柱齿轮2)分动箱为一般工作机器,速度不高,故选用7级精度(GB10095-88)3) 材料选择,由表10-1主动齿轮为40Cr,硬度为280HBS,从动齿轮为45钢,硬度为240HBS4)选择传递齿轮齿数为Z3=38,,工作齿轮齿数Z4=38x0.63=23.6.取Z4=242. 按齿面接触强度计算由设计公式(10-9) 进行计算:(1) 确定公式内的各计算数值1) 试选载荷系数Kt=1.32) 计算主动齿轮传递的转矩 3) 由表10-7选取齿宽系数4) 由表10-6查的材料的弹性影响系数5) 由图10-21d安齿面硬度查的主动齿轮的接触疲劳强度极限,从动齿轮的接触疲劳强度极限。6) 由式10-13计算应力循环系数 7) 由图10-9取接触疲劳寿命系数,8) 计算接触疲劳许用应力取失效率为1%。安全系数S=1,由式(10-12)得(2)计算1) 试算主动齿轮的分度圆直径=69.886mm2) 计算圆周速度V3) 计算齿宽b4) 计算齿宽与齿高之比5) 计算载荷系数根据v=2.86,7级精度,由图10-8查的动载荷系数,直齿轮,由表10-1查的使用系数,由表10-7查的由,查图10-13得,故动载荷系数6) 按实际动载荷系数校正所得分度圆直径7) 计算摸数3按齿根弯曲强度设计由式10-15得弯曲强度设计公式为(1) 确定公示内个计算数值1) 由图10-20c查的弯曲疲劳极限,2) 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数,3) 计算弯曲疲劳许用应力,安全弯曲疲劳系数S=1.4.则4) 计算载荷系数5) 查取齿形系数 6) 查应力校正系数=2.62 7) 计算两齿轮的的比值 则从动齿轮的数值较大。(2)对比计算结果,取标准模数m=3,.则,齿轮齿数 ,4. 几何尺寸计算 (1) 计算分度圆直径 (2) 计算中心距 (3) 计算齿轮齿宽mm3.4.1传递齿轮、工作齿轮的设计1. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1)选用直齿圆柱齿轮2)分动箱为一般工作机器,速度不高,故选用7级精度(GB10095-88)3) 材料选择,由表10-1主动齿轮为40Cr,硬度为280HBS,从动齿轮为45钢,硬度为240HBS4)选择主动齿轮齿数为Z1=24,,从动齿轮齿数Z2=24x1.08=25.92.取Z2=262.按齿面接触强度计算由设计公式(10-9)进行计算,即(1) 确定公式内的各计算数值1) 试选载荷系数Kt=1.32)计算主动齿轮传递的转矩3)由表10-7选取齿宽系数4)由表10-6查的材料的弹性影响系数5) 由图10-21d安齿面硬度查的主动齿轮的接触疲劳强度极限,从动齿轮的接触疲劳强度极限。6) 由式10-13计算应力循环系数7) 由图10-9取接触疲劳寿命系数,8) 计算接触疲劳许用应力取失效率为1%。安全系数S=1,由式(10-12)得(2) 计算1) 试算主动齿轮的分度圆直径=98.114mm2) 计算圆周速度V3) 计算齿宽b4) 计算齿宽与齿高之比5) 计算载荷系数根据v=3.56级精度,由图10-8查的动载荷系数,直齿轮,由表10-1查的使用系数,由表10-7查的由,查图10-13得,故动载荷系数6) 按实际动载荷系数校正所得分度圆直径7) 计算摸数3. 按齿根弯曲强度设计由式10-15得弯曲强度设计公式为(1) 确定公示内个计算数值1)由图10-20c查的弯曲疲劳极限,2) 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数,3) 计算弯曲疲劳许用应力,安全弯曲疲劳系数S=1.4.则4) 计算载荷系数5) 查取齿形系数 6) 查应力校正系数 7) 计算两齿轮的的比值 则工作齿轮的数值较大。8)对比计算结果,取标准模数m=3,.则,齿轮齿数 ,4几何尺寸计算1)计算分度圆直径 2)计算中心距3)计算齿轮齿宽mm5验算中心距。 。满足传动方案中心距的要求,所以设计齿轮的参数合适。3.5轴的结构设计及强度校核3.5.1主动轴的设计3.5.1.1主动轴的结构设计1. 原始数据P1=7.5Kw n1=1100r/min T1=2.77x104N.m2估算轴的最小直径主动轴材料选用45钢,调质处理【17】。由表15-3,选取A0=103,则,取=20mm3轴的结构设计 图3.2主动轴结构图4.主动轴强度校核1)求作用在齿轮上的力圆周力:径向力:法向力:2) 水平面的支承反力3) 垂直面的支承反力4) 绘制水平面的弯矩图(如图b所示)5) 绘制垂直面的弯矩图(如图c所示)6) 求合成弯矩(如图d所示)7)求轴传递的扭矩(如图e所示)8) 计算危险截面处轴的直径 轴的材料采用45刚,调制处理。由表14-3查的材料的许用应力为=60Mpa,则:=,故应以轴承2的径向当量动载荷P2为计算依据。因工作状况平稳无冲击,所以查9表16-10得fp1.2;工作温度正常,查表16-9得ft1;查表16-11可得Lh15000h。所以5轴承的校核由9附表2可以查得滚动轴承6206的径向基本额定动载荷Cr19500N。因为Cr,所以选择的轴承6206适用。3.5.1.3键的选择及计算1. 选择键连接的类型和尺寸根据前面的主动轴所承受的载荷较轻,且齿轮不在轴端,故选择圆头平键作为齿轮和轴的联接。查表6-1,选取键的尺寸为8x7x22.2. 校核件连接的强度键、轴、轮毂的材料都是钢,由机械设计手册表6-2查得许用挤压应力=100-120MPa,键的工作长度l=L-b=25-8mm=17mm,键与轮毂的接触高度k=0.5h=0.5x7mm=3.5mm.由式6-1可得【17】(合适)3.5.2 输出轴的设计3.5.2.1 输出轴的结构设计1. 原始数据P3=3.19Kw n3=750r/min T3=9.91x104N.m2. 估算周的最小直径主动轴材料选用45钢,调质处理。由表15-3,选取A0=103,则,取=20mm3轴的结构设计 图3.4输出轴结构图4. 输出轴强度校核1) 求作用在齿轮上的力圆周力: 径向力:法向力:2) 水平面的支承反力3) 垂直面的支承反力4) 绘制水平面的弯矩图(如图b所示)5) 绘制垂直面的弯矩图(如图c所示)6) 求合成弯矩(如图d所示)7)求轴传递的扭矩(如图e所示)8) 计算危险截面处轴的直径 轴的材料采用45刚,调制处理。由表14-3查的材料的许用应力为=60Mpa,则:=故轴的结构设计满足要求。轴的弯扭图如下:(L2=26mm,L3=33.5mm) 图3.5输出图的弯扭图3.5.2.2 轴承的选择及计算1. 轴承型号的确定 查机械表12-5选择滚动轴承的型号分别为6204和6205【17】2. 轴承承受的轴向载荷滚动轴承1所承受的径向载荷为滚动轴承2所承受的径向载荷为3. 轴承所承受的当量动载荷滚动轴承因只承受径向载荷,所以其当量动载荷P234.51N,P1461.01N4. 计算所需的基本额定动载荷Cr因轴的结构要求两端选择相同尺寸的轴承,今,故应以轴承1的径向当量动载荷P1为计算依据。因工作状况平稳无冲击,所以查9表16-10得fp1.2;工作温度正常,查表16-9得ft1;查表16-11可得Lh15000h。所以5. 轴承的校核由9附表2可以查得滚动轴承6204的径向基本额定动载荷Cr6650N。因为Cr,所以选择的轴承6206适用。3.5.2.3 键的选择及计算1. 选择键连接的类型和尺寸根据前面的主动轴所承受的载荷较轻,选择圆头平键作为齿轮和轴的联接。查表6-1,选取键的尺寸为8x7x22.选择单圆头平键作为外伸轴与联轴器的联接,查表6-1,选取键的尺寸为8x7x222. 校核键1连接的强度键、轴、轮毂的材料都是钢,由机械设计手册表6-2查得许用挤压应力=100-120MPa,键的工作长度l=L-b=25-8mm=17mm,键与轮毂的接触高度k=0.5h=0.5x7mm=3.5mm.由式6-1可得(合适)校核件2连接的强度键、轴、轮毂的材料都是钢,由机械设计手册表6-2查得许用挤压应力=100-120MPa,键的工作长度l=L-b=25-8mm=17mm,键与轮毂的接触高度k=0.5h=0.5x7mm=3.5mm.由式6-1可得(合适)3.5.3从动轴的设计 3.5.3.1从动轴的结构设计1. 原始数据P2=7.2Kw n2=694r/min T2=9.x104N.m2. 估算周的最小直径主动轴材料选用45钢,调质处理。由表15-3,选取A0=103,则,取=25mm3轴的结构设计 图3.6从动轴结构图4. 从动轴强度校核从动1)求作用在从动齿轮上的力圆周力: 径向力:2)求作用在传递齿轮上的力圆周力:径向力:2) 水平面的支承反力3)垂直面的支承反力4) 绘制水平面的弯矩图(如图b所示)5) 绘制垂直面的弯矩图(如图c所示)6) 求合成弯矩(如图d所示)7) 求轴传递的扭矩(如图e所示)8) 计算危险截面处轴的直径轴的材料采用45刚,调制处理。由表14-3查的材料的许用应力为=60Mpa:=故轴的结构设计满足要求。轴的弯扭图如下:(L1=20mm,L2=43.5mm,L3=34mm) 图3.7从动轴扭矩图3.5.3.2轴承的选择及计算1. 查机械设计手册表12-5选择滚动轴承的型号分别为6206和62052. 轴承承受的轴向载荷滚动轴承1所承受的径向载荷为滚动轴承2所承受的径向载荷为3. 轴承所承受的当量动载荷滚动轴承因只承受径向载荷,所以其当量动载荷P21935.85N,P11992.681N4. 计算所需的基本额定动载荷Cr因轴的结构要求两端选择相同尺寸的轴承,今,故应以轴承1的径向当量动载荷P1为计算依据。因工作状况平稳无冲击,所以查9表16-10得fp1.2;工作温度正常,查表16-9得ft1;查表16-11可得Lh15000h。所以3.5.3键的选择及计算1. 选择键的类型和尺寸根据前面的主动轴所承受的载荷较轻,选择圆头平键作为齿轮和轴的联接。查表6-1,选取键的尺寸为8x7x22.选择单圆头平键作为外伸轴与联轴器的联接,查表6-1,选取键的尺寸为8x7x182. 校核键1连接的强度键、轴、轮毂的材料都是钢,由机械设计手册表6-2查得许用挤压应力=100-120MPa,键的工作长度l=L-b=22-8mm=14mm,键与轮毂的接触高度k=0.5h=0.5x7mm=3.5mm.由式6-1可得(合适)校核键2连接的强度键、轴、轮毂的材料都是钢,由机械设计手册表6-2查得许用挤压应力=100-120MPa,键的工作长度l=L-b=18-8mm=10mm,键与轮毂的接触高度k=0.5h=0.5x8mm=4mm.由式6-1可得:(合适)3.5.4工作轴的设计3.5.4.1工作轴的结构设计1. 原始数据P4=3.15Kw n4=1100r/min T4=3.25x104N.m2. 估算周的最小直径由于工作轴的输入端与万向联轴器的输出端通过键连接,故最小直径d4=18mm3轴的结构设计 图3.8工作轴的结构图 4. 工作轴强度校核 因为工作轴为无齿轮轴,工作时仅受扭矩作用,并且轴的直径是由扭矩强度决定的,故不需对轴的强度校核即安全。3.5.4.2轴承的选择及计算1. 轴承型号的确定工作轴在钻孔加工时,仅受轴向力作用,故选择主推轴承,查机械设计手册表12-5,选取轴承型号为52204.2. 轴承承受的轴向载荷止推轴承所承受的轴向载荷为:2678.9N3. 轴承所承受的当量动载荷止推轴承因只承受轴向载荷,所以其当量动载荷P32678.9N4. 计算所需的基本额定动载荷Cr因工作状况平稳无冲击,所以查9表16-10得fp1.2;工作温度正常,查表16-9得ft1;查表16-11可得Lh15000h【2】。所以5. 轴承的校核由9附表2可以查得滚动轴承6204的径向基本额定动载荷Cr37500N。因为Cr,所以选择的轴承52204适用3.5.4.3键的选择及计算1. 选择键的类型和尺寸根据前面的主动轴所承受的载荷较轻,且齿轮不在轴端,故选择圆头平键作为齿轮和轴的联接。查表6-1,选取键的尺寸为8x7x22.2. 校核件连接的强度键、轴、轮毂的材料都是钢,由机械设计手册表6-2查得许用挤压应力=100-120MPa,键的工作长度l=L-b=25-8mm=17mm,键与轮毂的接触高度k=0.5h=0.5x7mm=3.5mm.由式6-1可得(合适)3.6箱体的结构设计3.6.1箱体轮廓尺寸的确定分动箱箱体一般由上齿轮箱、中隔板、下齿轮箱组成。箱体有圆形和长方形两种,内齿合传动多用圆形箱体,外齿合传动多用长方形箱体。在空间允许的情况下。外齿合传动也可采用圆形箱体。由于本次设计为双层外齿合传动,考虑传动方案的布局,采用圆形箱体。根据多轴钻分动箱的中心距来确定多轴箱的轮廓尺寸,现在已两轴中心距分别为b1110mm,b275mm。取各工作轴到多轴箱外壁之间的距离b060mm;则可以粗算多轴箱的长度L和宽度B。计算结果如下:Lb12b0110260230mmBb22b075260195mm所以根据多轴箱箱体的标准尺寸可以选择轮廓尺寸为250200mm的多轴箱。多轴箱的长度和宽度确定后,其高度就随箱体各个零件的确定而确定。多轴箱高度等于本体、中间板和盖的厚度之和,箱体的材料为HT200,查机械设计一般规范表9-15,取箱体的壁厚为12mm。3.6.2中隔板尺寸的确定中隔板在分动箱箱体中的主要作用有两个方面:箱体内的部分作为轴承的支撑座使用,伸出箱体外的部分是导向装置的滑动支撑座,为了便于设计人员使用,已将中隔板规范为25mm和28mm的两种厚度标准。现选用25mm厚的中隔板,材料为HT15-33,中隔板的长度和宽度根据箱体的结构实际取L=495mm,B=220mm。3.7润滑与密封在多轴钻分动箱中,为避免齿轮直接接触,加剧齿轮的磨损,应对齿轮齿轮进行润滑,润滑方式根据齿轮的转速来确定。在固定式多轴钻中,主动轴齿轮工作是,最高转速在1100r/min左右,此时V=2.86m/s,查表4-2应采用油浴润滑,但由于多轴钻分动箱加工时竖直安装,采用油浴润滑很难实现,而采用压力喷油润滑又因为分动箱的尺寸太小很难布置,故采用人工定期滴油润滑。多轴钻分动箱轴孔连接部位必须密封防尘,同时防止漏油。由于齿轮在工作时相当于平放,密封显得格外重要,加之孔与轴的配合限制,应采用接触式密封。有齿轮的周想速度,选取滚动轴承的润滑为润滑脂润滑。3.8导向装置的设计导向装置主要有导柱、导套、弹簧组成,导柱上端与中隔板的导套滑动配合,下端按装在夹具钻模板上。1.弹簧的选择 用两根弹簧支撑这个分动箱,粗略估算分动箱的重量: ,每根弹簧负荷:F=372.2N.查参考文献选用圆柱螺旋压缩弹簧,(0),弹簧中径D2=38mm,节距P=15mm,弹簧丝直径d=4.5mm,工作圈数n=3,自由高度H0=140mm.2. 导柱导套的选择该工序由于时在立式钻床上进行加工,故选择导杆直径为30mm,导杆数量取2根,导套材料为20钢。3.9万向传动装置的设计1. 十字万向联轴器的选择十字万向联轴器是一类允许两轴间具有较大位移的联轴器,适用于具有较大角位移的两轴之间的连接。一般两轴间的最大角可达45度。在实际使用时,为消除但万象联轴器从动轴转速周期性波动的问题,将2个单十字万向联轴器串联成双十字万向联轴器。双十字万向联轴器在安装时,必须满足中间轴与主动轴和从动轴的轴间角相等,中间轴两端轴叉应位于同一平面内,主、从动轴和中间轴3个轴轴线应在同一平面内的条件。已确定多孔加工的布置形式。双十字万向联轴器结构如下:【5】 图3.9万向节结构图根据被加工两件两孔的中心距,可以计算出双十字万向联轴器的轴间角=,满足双十字万向联轴器的轴间角要求。输出轴的扭矩T3=,有表12-2,选择双十字万向联轴器的型号为WWS3,公称扭矩,大径D=25mm,小径d=20mm。2. 支撑架的设计根据双十字万向联轴器的工作原理,为保证同时加工多孔的要求,需设计枪架式多轴钻支撑架,枪架式支撑架钻床结构具有x、y方向可移动,能加工多种不同孔间距的零件。枪架式支撑架的枪架用螺栓进行固定,为避免在使用过程中由于工作轴的轴向力和枪架的悬臂现象,造成孔距位置度的精度偏差,常将上端多轴箱与十字联轴器进行组合,将枪架支撑架设计为固定式。支撑的具体尺寸应根据多轴钻的空间布局来设计。3.10刀具接杆的设计刀具接杆主要用于钻头的安装长度、安装锥柄钻头传递力的作用,刀具接杆后部车有梯形螺纹,工作轴端面处有两个调整螺母,可以调整钻头伸出的长度,刀具接杆的前部加工有莫氏锥孔,锥柄钻头可以直接安装在里面并传递钻削动力。多轴钻分动箱各工作轴的外伸长度为一定值,而刀具的长度也是一定值。因此为保证多轴头上的各刀具能同时到达加工终点位置,就需要在工作轴与刀具之间设置一可调环节。这个可调环节就需要通过可调整的刀具接杆来解决。由于接杆上的尺寸D与主轴外伸长度上的内孔d1相配合,根据d1尺寸和刀具的的莫氏锥度,按组合机床设计图4104中选用8号接杆、A型、长度范围230520mm。刀杆的莫氏锥度为2度,接刀杆的结构图如下: 图3.10接刀杆结构图 本章小结本章主要介绍多轴钻分动箱的结构设计,其中包括多轴钻分动箱的传动方案的选择、总传动比的计算与分配、分动箱各齿轮的设计、分动箱各主轴的结构设计及强度校核、箱体的设计以及箱体外接装置的设计这几项内容。多轴钻分动箱根据被加工孔的位置分布选择直线分布的传动方案。多轴钻分动箱输出轴与万向十字联轴器相连接,通过万向十字联轴器的角度调节,可以完成对不同孔距的孔进行加工。第四章 夹具的设计钻床夹具一般是为了保证在孔的加工过程中孔的位置和尺寸精度而设计的。而多轴钻钻削的配套夹具除了具有一般夹具的特点外,还有自身的特点,例如:其夹具和多轴头之间靠导杆进行定位;夹具上的刀具引导装置一般采用悬挂式钻模板。所以必须在总体设计中把握好,以利于多轴头和夹具的正确运用。为提高生产效率,保证加工质量,降低劳动强度,应设计专用夹具是用于钻削汽车发动机凸轮轴瓦盖底面上的2-9孔,材料为QHT250,孔距分别为55mm,两孔位置度0.5mm,其具体尺寸和位置如图所示: 图4.1加工零件图4.1初定夹具轮廓尺寸夹具的轮廓尺寸的确定是为了便于绘制多轴头钻与夹具的联系图,可以从整体上考虑和布置各个机构。由于夹具还未具体绘制出,现在只能根据夹具的草绘图确定其轮廓尺寸。主要依据时夹具的结构大小和装料高度。初步确定其长宽高分别为500300200mm。4.2夹紧和定位方案的总体设计在机械加工过程中,工件将受到切削力、离心力、惯性力等外力作用。为保证在这些外力作用下,工件仍能在夹紧中保持有定位元件所确定的加工位置,而不致发生振动或位移,一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置,将工件可靠的夹紧。此外夹紧装置还必须操作安全、方便和省力。常见的夹紧方式有:手动夹紧、机动夹紧、气动夹紧、液动夹紧和气液联动夹紧。根据此夹具的特点经比较选择气动夹紧,这样结构较简单,也有较大的操作空间,调整起来也比较简单。4.3定位方案的选择及分析按照基准重合的原则选择9孔底面 、外圆柱面、和瓦盖左端面作为定位基准。底面靠平面定位可以限制,两个自由度外圆柱考定位螺钉定位,可以限制一个自由度。瓦盖左端面定位,可以限制,,三个自由度。由上述分析可知,定位方案可以实现工件的完全定位。4.4定位误差的分析及计算本工序的主要加工要求是孔距为55mm,两孔的位置尺寸为55mm和12.85mm,夹具的精度分析也就是主要对这2个尺寸进行精度分析。1. 定位误差D采用左侧面和下底面来定位,定位基准与设计基准重合,所以在此处的定位误差为零。2. 对刀误差T如图5.6所示,钻套与钻头的最大配合间隙X1的存在会引起刀具的偏移,将导致加工孔的偏移量X2。X2式中B工件厚度H钻套厚度h排屑空间的高度钻套的内孔尺寸为9,钻头尺寸13,所以钻套与钻头的最大配合间隙X10.018mm。工件厚度B25mm;钻套厚度H28mm;排屑空间的高度h3.6mm。所以X20.027mm此项误差对中心距有影响。 图4.2钻孔误差图3. 安装误差A在此安装误差A0。4. 夹具误差Z,它由以下几项组成:钻模板上的2-9孔的位置度0.025mm将对55mm和12.85mm尺寸产生0.05mm的误差。导套座与底座之间的配合为,导套座外径的尺寸为,底座孔的尺寸为。其加工误差将对39.5、2.50.10mm尺寸产生的误差为0.021。导套座与导套之间的配合为,导套外径的尺寸为,导套座孔的尺寸为。其加工误差将对39.5、2.50.10mm尺寸产生的误差为0.042。则Z=0.068mm5. 加工方法误差G对于孔距5

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