机械设计说明书-汽车轮辐多轴钻床的设计

PAGEII本科毕业设计(论文)题目：汽车轮辐多轴钻床的设计汽车轮辐多轴钻床的设计摘要随着汽车工业的飞速发展，汽车离我们生活越来越近，汽车安全性能的高低关乎我们的生命安全。车轮是车辆行驶和承重的重要部件，汽车车轮要靠螺栓螺母连接到汽车轮辐上，才能实现动力传递和正常行驶。汽车车轮轮辐上螺母座孔加工质量的高低，将直接影响着它们之间联结强度的好坏。因此本课题主要设计一台专用的汽车轮辐多轴钻床。本课题的题目为汽车轮辐多轴钻床的设计，多轴钻床是为加工汽车轮辐外侧的扩孔而专门设计的专用机床，由底座、工作台、立体床身、定位加紧机构以及多轴箱、专用夹具等有关部件组成。普通钻床钻孔效率低，同时无法达到加工精度，本课题主要是通过查资料，了解多轴钻床的工作原理和设计方法，通过把普通机床改成多轴钻床，以提高加工效率，缩短研发时间，取的最大化利益。本课题主要是对设计汽车轮辐多轴钻床的一般方法和各个零部件的选用和计算进行介绍的。关键词：多轴钻床；加工；汽车轮辐；设计 AutomobileSpokeDesignMulti-axisDrillingAbstractWiththerapiddevelopmentofautomobileindustry,carlifeisgettingcloserandclosertous,thelevelofvehiclesafetyperformanceinrelationtoourlives.Wheelsareanimportantcomponentofthevehicleandload-bearing,automobilewheelboltsandnutstorelyspokesconnectedtothecar,inordertoachievepowertransmissionandnormaldriving.Carwheelnutboremachiningspokeonthelevelofqualitywilldirectlyaffectthestrengthofthelinkbetweenthemisgoodorbad.Therefore,themaintasktodesignadedicatedcar-spokemulti-axisdrilling.Thetopicentitledspokemulti-axisdrillingofautomotivedesign,multi-axisdrillingmachineisdedicatedfortheprocessingofcaroutsidethereamingspokespecificallydesigned,fromthebase,table,bed-dimensionalpositioningintensifyinstitutionsandmulti-axle,specialfixturesandotherrelatedcomponents.Lowordinarydrilldrillingefficiencywhilenotachieveprecision,mainlythroughtheissuetofindinformation,understandtheworkingprincipleanddesignmethodofmulti-axisdrillingthroughtheordinaryintomulti-axisdrillingmachinestoimproveprocessingefficiency,shortendevelopmenttimemaximizebenefitstaken.Themainsubjectisacardesignedforthegeneralspokemulti-axisdrillingandselectionandcalculationofthevariouscomponentswereintroduced.KeyWords:multiplespindledrill;machining;carspokes;design PAGEV目录1绪论 11.1研究背景及意义 11.2国内外相关研究情况 11.3本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案 21.3.1本课题研究的主要内容 21.3.2研究方案 21.4论文内容及框架 32总体设计 42.1概述 42.2工艺方案的制定 42.2.1制定工艺方案的原始条件分析 42.2.2选择工艺基准 42.3制定工艺路线 52.3.1工艺过程 52.3.2绘制工序图 52.4刀具的选择 62.5切削用量的计算 62.5.1切削速度的计算 62.5.2吃刀深度的计算 62.6对机床性能的要求 62.6.1机床的加工范围 62.6.2经济效益 72.6.3对加工精度和粗糙度的要求 73多轴钻床整体布局设计 93.1整体布局设计要求 93.2机床整体布局方案的选择 93.2.1方案的提出 93.2.2方案的比较 103.3机床支承件的组成 103.4立柱的设计 103.4.1导轨的设计 113.5机床底座的设计 123.5.1材料的选取 133.5.2底座结构设计 133.5.3底座的尺寸 134传动部分的设计计算 144.1主轴箱的设计和传动系统计算 144.1.1扭矩及轴向力估算 144.1.2进给量 144.1.3工件材料 144.1.4切削功率的计算 144.1.5求减速器的输出功率 154.1.6计算所需电动机输出功率 154.1.7电动机性能参数选择 154.1.8电动机的安装形式 164.1.9减速器的选用 174.2齿轮齿数的确定 184.2.1大齿轮转速 184.2.2小齿轮转速 184.2.3各轴转速计算 184.2.4各轴功率的计算 184.2.5各轴扭矩的计算 194.3齿轮的校核及几何尺寸计算 194.3.1按弯曲疲劳强度进行校核没计算 194.3.2按接触疲劳强度校核 214.3.3大小齿轮几何尺寸 224.3.4齿轮的结构设计 234.4轴的设计 234.4.1大齿轮轴的设计计算 234.4.2小齿轮轴的设计计算 274.5轴承的选择与计算 304.5.1大齿轮轴轴承的校核 304.5.2小齿轮轴轴承的校核 314.6键连接的选择和校核 334.6.1联轴器与大齿轮轴的键连接 334.6.2大齿轮与大齿轮轴的连接 334.6.3小齿轮与小齿轮轴的连接 335结束语 35参考文献 36致谢 37毕业设计（论文）知识产权声明 38毕业设计（论文）独创性声明 39PAGE341绪论1.1研究背景及意义近年来，随着汽车工业的飞速发展，在对汽车的动力性、操控性、舒适性、燃料经济性等性能指标提出更高要求的同时，对其安全性能的要求也越来越高。车轮作为车辆承载和行驶的重要部件，其质量特征直接关系到人们的生命安全。而汽车车轮要靠螺栓螺母连接到汽车轮辐上，才能实现动力传递和正常行驶。且车轮轮辐上螺母座孔加工质量的高低，直接决定着它们之间联结强度的优劣[1]。因此本课题主要设计一台专用的汽车轮辐多轴钻床。本题目来自工程实际，具有很高的实用价值，主要涉及机械和结构设计方面的知识。一般来讲，普通单轴摇臂钻床是在主轴上装一个钻头，进行单孔钻削。假如大批量生产中也用这种方法加工，不但生产率低，并且劳动强度大。如果用8孔单轴摇臂钻床加工汽车车轮，难以保证在这一过程中的孔的位置精度，同时也降低了加工效率。因此，使用较高精度和较高自动化水平的专用机床势在必行，购置一台专用的大型数控机床或加工中心的加工费用昂贵，为克服上述方法的缺陷，需求设计了一台汽车轮辐多轴专用钻床，较好地解决了这些问题。1.2国内外相关研究情况据有关资料报道，在一些机械制造业发达的国家，机械设备的平均使用寿命控制在10~20年之间，机械设备的“技术老化”时间短于10年，能够使用10年以内的机械设备数量达到设备总数的50%左右，因此，机械设备更新速度快，一种是用技术更加先进的新机械设备来代替技术性能“退化”了的旧机械设备；另一种是进行有效的技术改造，使旧机械设备适应新的生产需要。一般来讲，普通单轴摇臂钻床只在主轴上装一个钻头，进行单孔钻削。为了提高劳动生产率，钻床主轴上装有多轴头，可同时对几个孔的加工。可以看出，改装后的多轴钻床，可以同时完成多个孔的钻、扩等工序。工艺范围可以满足加工孔的要求。多轴头能够起到提升生产效率、压缩成本、提高孔的加工精度等功能。另外该装置具备构造简单、使用方便、利用规模广等特点，值得推行。多轴钻床俗称多轴器、多孔钻或多轴孔器。是一种运用于机械领域钻孔的机床设备。多轴钻床首次出现在日本，经过台湾到大陆。一台普通的多轴钻床一次可以把一个或者多个孔或螺纹加工出来。如果配上液压装置，可以自动进行快进、共进、快退、停止。多轴钻床也叫做群钻床，也可用来钻孔或者用于同型号同时钻2-16孔，提高加工效率，增加经济效益。据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的15%。其余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量以及清除铁屑等等。使用数控机床虽然能提高到85%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点，就钻削加工而言，多轴加工是通过少量投资来提高生产率的有效措施[2]。1.3.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案1.3.1本课题研究的主要内容本课题的题目为汽车轮辐多轴钻床的设计，多轴钻床是为加工汽车轮辐外侧的扩孔而专门设计的专用机床，由底座、工作台、立体床身、定位加紧机构以及多轴箱、专用夹具等有关部件组成。普通钻床钻孔效率低，同时无法达到加工精度，本课题主要是通过查资料，了解多轴钻床的工作原理和设计方法，通过把普通机床改成多轴钻床，以提高加工效率，缩短研发时间，取的最大化利益。主要完成钻床的传动部件设计，主轴箱设计。电动机的选择，减速器的选择，齿轮齿数的确定。主轴箱设计主要包括：主传动方案设计，主轴箱齿轮齿数的设计，齿轮结构设计，传动部件设计主要有主轴箱传动系统设计的。传动件的设计包括：齿轮的计算和校核，轴的计算和校核，轴的结构设计。1.3.2研究方案从普通机床发展到多轴机床种类很多，本课程设计主要是设计多轴钻床。钻床主要有下列几种：立式钻床是工作台和主轴箱能够在立柱上垂直运动，用于加工中小型工件。台式钻床是一种小型立式钻床，最大钻孔直径为12～15毫米，安方在钳工台上使用，大多数为手动进钻，经常用来加工小型工件的小孔。摇臂钻床是主轴箱能在摇臂上移动，摇臂能回转和起落，工件固定不动，适用于加工大而重和多孔的工件，普遍应用于机械制造中。深孔钻床是用来深孔钻钻削深度比直径大得多的孔。中心孔钻床是用于加工轴类零件两端的中心孔。卧式钻床是主轴水平放置，主轴箱可垂直运动的钻床。一般比立式钻床加工效率高，可多面同时加工。立式钻床特点有：①占地面积小；②运动自由度大；③使用方便；④当工件被加工时间较长，机床的重心偏高，易造成加工时工件的振动。卧式钻床特点有：①占地面积大；②机床的重心低；有利于削减机床的振动；③机床的执行部件可以在横纵两方面移动。由于卧式机床不利于工件的夹装，故采用立式机床1.4论文内容及组织结构本论文的组织结构如下：：介绍了选题的背景和多轴钻床的意义，简要分析前期的工艺性能。：对机床的总体布局进行了设计规划，制定了工艺路线，明确了对机床的性能要求。：对机床的整体布局和初步的设计床身、立柱和底座等支承结构件，并且拟定各构件的尺寸。：机床传动部分，包括选择电机，减速器，联轴器，齿轮和小齿轮及各轴的几何计算和结构设计，强度校核等。第五章：本章为论文的总结。2总体设计2.1概述机床的总体设计是基于经过在选定的工艺和结构方案的基础上针对具体的被加工零件进行方案和图纸的设计。机床总体设计，当前有两种情形：一种是按照具体加工对象的具体情况进行专门设计的机床；此外还有一种是随着中国机械行业机床的普遍使用，广大工人归纳自己的经验，发现机床在组成方面存在共性，可设计成通用部件，能够利用通用部件来进行设计机床。汽车轮辐多轴钻床的设计属于第一种情况，这也是目前最常用的做法。本次课题的题目为汽车轮辐多轴钻床，这种钻床是为加工汽车轮辐外侧的扩孔而专门设计的专用机床，专用机床是由底座，液压立柱导轨，多轴箱，专用夹具和其他相关的部分组成的。由于专用机床是为某个专业被加工零件设计的，所以专用机床的种类、先进程度、型式和规格都取决于工艺需要。唯有制定出先进合理的工艺，才能设计出合理的专用机床。2.2工艺方案的制定机械加工工艺过程是在制造业生产中用机械加工方法直接改变毛坯的形状，尺寸和材料性能，使它成为零件的过程。拟制工艺方案是否合理，对生产效率和产品质量有着极大的影响。2.2.1制定工艺方案的原始条件分析本次设计的汽车轮辐多轴钻床所加工的零件为8孔轮辐，也就是要对轮辐上的8个螺纹孔进行扩孔，而8个螺纹孔在轮辐上的位置是位于同一平面上沿圆周均匀分布。扩孔后，工件的材料为碳素结构钢（Q235），没有特殊要求，在进行加工前没有热处理，没有硬度要求。2.2.2选择工艺基准在选择加工的工艺基准时尽量以设计基准作为定位基准，如此可以避免由于设计基准和定位基准的不重合所引发的定位误差。2.3制定工艺路线2.3.1工艺过程由于加工工序只需要一次扩孔即可完成，所以加工工艺过程比较简单，其加工工艺过程如下：a.扩孔要求对进行扩孔至，没有精度要求。b.检验按图纸要求检查各孔位置精度。2.3.2绘制工序图a.零件工序图的作用零件工序图代表一个机械零件的加工，它包含加工尺寸和精度，定位基准和各种加工要求，它是基于零件图和各种加工要求，图纸，零件加工的综合解释，这是专用机床设计的主要依据，而且在机床的设计后期，是调整机床和检查机床精度的重要指导文件。b.零件工序图的内容(1)零件的形状在零件的工序图中必须清楚的绘制零件的形状以及大小尺寸，以便进行加工工序的布置。(2)加工面与夹持的方向在零件图的过程中也应绘制加工表面和夹紧方向，为以后的设计。(3)各种加工尺寸应该代表不同的加工过程中的尺寸和地图的精度和光洁度，也应该显示精度和位置尺寸的要求。(4)其它信息还应该在工序图中标注出来加工工序名称、材料、硬度以及余量等信息，并且加工部位用粗实线表示，其他部分用细实线表示。c.加工要求(1)加工对象被加工零件为汽车轮辐按圆周均匀分布的8个螺纹孔，该机床是专门用来加工汽车轮辐孔的专用钻床。(2)加工材料被加工零件材料为Q235碳素结构钢。(3)加工余量每个孔直径上的加工余量为=3，加工前孔的尺寸为8mm，加工后孔的尺寸为8。2.4刀具的选择大家都知道，为了使加工过程能顺利进行，正确的设计，制造工具是极其重要的一部分。在专用机床上常常又是多刀具（无论是数量或种类上）加工。这一点就显得较为重要。根据不同的加工精度和工艺要求，经常使用的工具是：一般的工具，组合工具和专用工具等。刀具设计对机床整个工艺方案的有很大的影响。本次设计选用高速钢。2.5切削用量的计算2.5.1切削速度的计算(2.1)其中：D——为刀具或工件的外径；n——为工件或刀具每分钟的转速。2.5.2吃刀深度的计算(2.2)其中：d——为已加工表面直径；D——为待加工表面直径。2.6对机床性能的要求对机床的性能要求，就是对被加工工件的精度要求，一台机床的性能的好坏与否与它的各个部分是密不可分的，只有保证了组成汽车轮辐多轴钻床各个部分的精度，才能抱着机床的整体性能。2.6.1机床的加工范围机床的加工范围就是指机床能够加工的工件的范围与种类。机床的加工范围一般包括：各种加工工艺，加工的零件，材料和工件的大小，可以处理的空白材料。2.6.2经济效益关于机床使用厂家的经济效益，起初体现在机床的加工效率和可靠性。应当使机床充分发挥其效能，削减能源消耗，提高机床的机械加工效率。机床的加工效率是有效的处理功率与输入功率之比。这两者之间的区别是损失，主要是摩擦损失。而且，摩擦功转化为热能的耗散，将会引起机床的热变形，会对机床的加工带来不良的影响。因此，如何提高机床的加工效率是最重要的问题要考虑机床的设计。2.6.3对加工精度和粗糙度的要求加工精度是机器的精度，当加工一工件的尺寸，形状和位置相互可达到的条件进行加工。加工精度分为三级：普通级，精密级和高精密级。机床的精度包括几何精度，传动精度，运动精度和定位精度等。几何精度是指机床在没有工作或工作速率较低时的精度，它是由机床各主要构件的几何形状和它们之间的相对位置与运动轨迹的精度决定的。传动精度是指机床传动链驱动器，这主要取决于每个驱动传动部件的精度准确的制造和装配精度。运动精度是指机床的各重要传动部件在工作状态时的精度。定位精度是机床的主要部件在运动时的位置精度达到要求。只有机床精度达到一定要求后，才能满足机床对加工精度的要求。被加工工件上面的表面粗糙度也是机床主要性能之一。它与工件和刀具材料，进给速度，刀具的几何形状和振动切削有关。对表面质量的要求，原本便是对表面粗糙度要求，同时也是对抗振性的要求。机床抗振性包括两个方面：抗自激振动的强迫振动的能力和抵抗能力。如果机床振动频率主要部件的固有频率和振动的叠加，共振。当机器发生共振时，工件表面粗糙度将大大增加。在切削过程中的自激振动，在切割项目产生，如果切不稳定，表面切，波纹度将越来越大，振动也越来越严重，这将严重影响加工表面质量。a.生产率机床的生产率一般是指在单位时间内机床所能加工的工件数。为了提高机床的生产效率，必须缩短单件加工时间，可以缩短加工时间，以及分配给每个工件的加工时间和辅助时间。(1)自动化自动化机床自动化可以减少人工干预处理，从而保证一致性处理，可显著提高工件的精度。(2)可靠性机床的可靠性也是一项重要的技术经济指标。随着机床安全化的发展，提高机床的可靠性要求越来越高。(3)寿命机床寿命就是机床保持加工精度的时间，它应该拥有的时间。随着机床不断更新，机床使用寿命也在不断减少。对于本次设计的汽车轮辐多轴钻床来说，寿命也会随着加工产品的更新变化而变化。这就要求机床在最高生产率的条件下工作，在使用期内充分发挥机床的产能，取得最大的经济效益。3多轴钻床整体布局设计3.1整体布局设计要求机床首先要保证机床的精度以及稳定性，其次机床应易于操作、管理和维修，具有良好的安全性能。还要确保机床应按既定的加工工序加工，最大程度保证被加工工件的精度，机床构造简单合理，采用高效的传动系统，保证传动链的高效传动，最后机床还要外形美观和操作的方便。3.2机床整体布局方案的选择该机主要由电动机，减速器，联轴器，主轴箱，床和其他部件，电机的性能参数，减速器直接影响多轴钻床的设计选择，所以在制定与选择方案时，既要满足被加工零件的加工要求，还要保证机床布局设计的总体要求。3.2.1方案的提出a.方案一(1)钻床的选择选择摇臂钻床。(2)传动部分的设计1)主轴传动电机——主轴齿轮——行星齿轮——钻头。2) 工作台的传动选用机械传动，即横向和纵向都采用滚珠丝杠传动。3)电机的选择选择调频电机。b.方案二(1)钻床的选择立式钻床，主轴旋转中心固定，挪动工件使加工点瞄准主轴中心。主轴箱和工作台安置在立柱上，主轴垂直布置，立柱有圆柱、方柱，主轴可机动进给。(2)传动部件的设计1)主轴传动电机——主轴齿轮——行星齿轮——钻头。2)工作台的传动采用液压传动系统。3)电机的选择选择调频交流电机。c.方案三(1)钻床的选择台式钻床，其特点是主轴垂直布置的小型钻床，可布置到作业台上。主轴旋转轴线固定，挪动工件使加工点对准主轴轴线，主轴在主箱内作轴向移动和转动。主轴箱固定在柱或柱的上端可转动和上下移动，以调整其位置，而且还可以增加可绕柱上下移动，工作台。(2)传动部分的设计1)主轴传动此次设计是汽车轮辐多轴钻床是专用的多轴钻床，与普通的钻床不同的是，普通单轴钻床只在主轴上装一个钻头并且进行单孔钻削。可采用：电机——减速器——主轴齿轮——行星齿轮——钻头。2)工作台的传动为实现高效率高精度。采用液压传动系统，并且将原来的手动改为自动。3)电机的选择选择交流伺服电机3.2.2方案的比较方案一采用摇臂的形式，考虑到零件横向尺寸不大，所以没有必要采用这种形式；方案二采用立式多轴形式，行动自由度，操作方便，能满足给定的零件加工；方案三是了台式单孔切削的形式，这种方案单位时间内只能加工一个孔，加工效率和精度均不高。综上所述，多轴钻床应采用方案二：立式钻床。3.3机床支承件的组成机床的支承件包括立柱，床身，底座，横梁等几大部分。它们连接在一起共同对机床起固定作用。3.4立柱的设计本设计中立柱也当做了导轨的作用，在实际机床中，使工作台沿着一定轨迹运动用的构件是导轨，并承受工作台自身的重量以及被加工工件的重量和切削力。在导轨副中，运动的一方叫做动导轨，不动的一方叫做支承导轨。导轨按运动性质可以分为移置导轨，主运动导轨，进给导轨。主运动导轨的动导轨与支承导轨之间，相对运动的速度较高；进给运动导轨的动导轨与支承导轨之间，相对运动的速度较低。按摩擦性质可以分为滚动导轨和滑动导轨。本设计采用滑动导轨。a.导轨应该具备以下的特点(1)刚度和承载大。(2)结构简单，便于操作和维修。(3)摩擦小，运动平稳。(4)传动精度高，耐使用。b.设计导轨(1)尺寸截面形状与导轨尺寸的设计计算。(2)材料选择导轨的材料，确定表面处理和热处理方法和导轨需达到的硬度。(3)结构形式选择导轨的结构形式，设计导轨磨损调整装置。(4)润滑确定导轨的润滑形式，减小摩擦，发热，磨损和爬行。3.4.1导轨的设计a.导轨材料导轨材料要能够耐磨，工艺性能好并且价钱低。导轨的常用材料有铸铁，钢件等。铸铁是一种价钱较低，抗振性能良好并且耐磨的材料，主要用于需要铸造和切削加工性能良好的金属材料的场合。本设计中采用铸铁，选择牌号为HT300。b.导轨结构立柱应该具有较大的静刚度，并且具有较小的重量。本设计为专用的汽车轮辐多轴钻床，根据本设计的具体情况，床身导轨兼作立柱，工作台要求沿立柱上下移动作进给往复运动。考虑到安装要求，导轨上半部分要求为立柱的上半段，此段只起支承作用并且不起导向作用。导轨截面形状采用方形截面，上下两端与上台板和底座通过螺纹固定。c.间隙调整导轨接触表面之间的差距将直接影响到整个机床的加工精度和使用性能，因此有必要设计一个间隙调整。假如导轨接触面间间隙过大，都将会影响导轨工作时候的精度和平稳性；假如间隙过小，就会增加导轨运动阻力，使得导轨磨损过大。所以应该保证导轨具有合理间隙，假如磨损过后也能调整合适。这次汽车轮辐多轴钻床的设计采用螺栓调整工作台动导轨与立柱导轨之间的间隙，具体方案如图3.1所示。图3.1间隙方案图d.加工工艺热处理淬火可提高导轨表面硬度，并可降低磨粒对导轨表面的的磨损，也可以防止磨粒划伤和撕裂的导轨表面，并且可以提高导轨的耐磨性。铸造的残余应力，对导轨材料产生蠕变，这时，要求对导轨进行时效处理。在此次汽车轮辐多轴钻床的设计中只需对导轨材料进行一次时效处理，并且时效处理应该放在粗加工后进行。当铁被加热到450℃，在应力作用下开始变形，超过550℃硬度降低。因此，热时效处理，应在500℃~550℃范围内进行的，它可以消除内部材料的残余应力，且不影响导轨材料硬度。e.尺寸机床尺寸设计应根据机床的总体状况考虑，机床的大小是浪费，太小了，不能安装在机器内部零件，因此，对机床整机尺寸的影响也很大。切削载荷（主要为切转矩和进给力）会通过立柱（兼任导轨）传递给工作台，会使导轨产生弹性变形，弯曲或扭转。变形会直接导致机床主轴轴线在竖直面和水平面内产生移动，这样会使主轴线不垂直于底座，影响机床的加工精度。因此，合理设计导轨的尺寸，可以有效保证机床的加工精度。3.5机床底座的设计机床的底座是整台机床必不可少的一部分，它对机床起固定和防护的作用，决定机床抗振性能的高低，从而影响整台机床的工作性能，同时底座是机床支承件系统的重要组成部分。3.5.1材料的选取本汽车轮辐多轴钻床的设计底座的材料采用铸铁，牌号为HT200。3.5.2底座结构设计如图所示汽车轮辐多轴钻床的底座结构，这次设计的底座四角有四个凸台，底座铸造成型后，在铣床上将这四个凸台铣出来，这四个凸台还要求有一定的平面度和粗糙度。凸台作用主要有两点，一点是用来支承工作台，把工作台的重量通过底座传到地面，从而避免液压缸的直接受压。另外一点是支承和配合作用，在组装导轨时，使导轨应该还要有一定的垂直度。如果凸台的精度不高，导轨的垂直度也会因此而受到影响，间接着被加工工件的加工精度也会受此影响。3.5.3底座的尺寸底座的长度为1359.89mm，宽度为1359.95mm，工作台高度为212.25mm。4传动部分的设计计算4.1主轴箱的设计和传动系统计算4.1.1扭矩及轴向力估算根据《专用机床设计与制造》P679得出钻头扩孔时的扭矩及轴向力估算公式：扭矩公式：（4.1）轴向力公式：（4.2）其中：t=0.5（D—d）D为钻头直径(mm)d为工件扩孔前直径(mm)。4.1.2进给量S=0.9mm/r（查《机械制造手册》——辽宁出版社）4.1.3工件材料由《专用机床设计与制造》得各数值：工件材料为Q235碳素结构钢：。由得：K=，即：则：4.1.4切削功率的计算由《专用机床设计与制造》P679查得公式：）N（4.3）其中：——刀具转速：——刀具直径。则有：则8根钻头的总功率为：4.1.5求减速器的输出功率P其中：查《机床课程设计》4.1.6计算所需电动机输出功率减速器的输出功率：，单件标准减速器的效率：；则：选取的工况系数为K=1.1，所要求的电动机的输出功率：4.1.7电动机性能参数选择根据计算得出电动机的功率，由《机械设计课程设计》表选的：表4.1电动机性能参数表型号电动机功率kw满载转速最大转矩倍数电动机效率电动机功率因数电动机重量kgY160L-87.57202.00.860.731454.1.8电动机的安装形式由《机械设计课程设计》查得：选择的是B5基本结构形式，机座不带底脚，端盖有凸缘;由《机械设计课程设计》查询得出电动机为立式安装，安装代号为V1：表4.2安装结构形式表代号示意图结构型式安装形式（立式）端盖式轴承数底脚凸缘其他细节V12一有凸缘端盖带凸缘，凸缘上有通孔，凸缘在D端借D端凸缘面安装，D端向下图4.1电机安装尺寸示意图表4.3安装尺寸表机座号凸缘号极数安装尺寸及公差160LFF2652、4、6、8DEFGMN3004.1.9减速器的选用电动机额定功率为，电动机的转速,考虑到降速比不宜过大，因为这样功率损失会比较严重。所以我选择的是单级减速器，另外假如降速比过小，会使减速器输出的转速会比较高，这样会导致主轴箱的速比加大，间接地会使大小齿轮的齿数比变大，最终会导致工作轴的转速升高。综合考虑这次汽车轮辐多轴钻床的设计后，我选择的标准减速器的型号为：NGW—L31—9JB3724—84NGW——行星齿轮减速器L——表示立式3——机座号1——表示单级减速器9——第9种传动比，公称传动比i=10JB3724—84——标准号所以单级减速器高速轴许用输入功率11.2kw大于电动机的额定功率4.65kw，减速器与电动机的连接是直连式：减速器的主要外形和安装尺寸如表4-4所示表4.4减速器外形尺寸表法兰外径(mm)法兰内径(mm)法兰螺栓均布圆直径(mm)螺栓孔的直径和个数法兰厚度(mm)减速器轴伸直径(mm)减速器与轴伸长度L(mm)轴与键的总高度t(mm)键的宽度b(mm)减速器的重量（kg）43033038067010574.520120减速器的长度按所配电动机确定。4.2齿轮齿数的确定4.2.1大齿轮转速八个小齿轮的分布的圆周直径=336mm，初选齿轮模数m=3。由《机械原理》中公式：得：（4.4）其中：为小齿轮齿数；。带入数据得：；大齿轮的转速：，其中：电动机转速n为720r/min;标准减速器公称传动比i=10。4.2.2小齿轮转速查阅资料，扩孔钻的速度一般在200r/min左右，不超过210r/min，所以确定小齿轮转速定为200r/min,大小齿轮传动比：；查《机械制造装备设计》表3-6，得出将小齿轮齿数定为29即，则：。4.2.3各轴转速计算大齿轮轴转速；小齿轮轴转速4.2.4各轴功率的计算大齿轮轴功率：小齿轮轴功率：其中：滚动轴承效率；圆柱齿轮效率；减速器效率。4.2.5各轴扭矩的计算大齿轮轴的输出扭矩：小齿轮轴的输出扭矩：表4.5运动参数表轴转速n（r/min)输出功率P（kw)输出扭矩T（Nm）传动比效率电机轴7204.6561.71100.86大齿轮轴724.15412.860.99小齿轮轴2060.3214.834.3齿轮的校核及几何尺寸计算4.3.1按弯曲疲劳强度进行校核没计算根据《机械设计》（4.5）进行校核计算。a.确定公式中各计算值(1)齿轮上的圆周力大齿轮：小齿轮：(2)弯曲疲劳强度极限选择本次汽车轮辐多轴钻床的设计选用的齿轮材料为40Cr调质钢，硬度为280HBS，则：由《机械设计》c，查得齿轮弯曲疲劳强度极限。(3)计算应力循环次数N(4)弯曲疲劳寿命系数选择由《机械设计》图查得弯曲疲劳寿命系数：(5)计算弯曲疲劳安全系数由《机械设计》查得S=1.35,按得：(6)计算载荷系数（4.6）1)使用系数由《机械设计》查得使用系数;2)计算圆周速度v据，7级精度，由《机械设计》查得动载系数3)计算齿宽因为本次汽车轮辐多轴钻床的设计选用的齿轮均为直齿圆柱齿轮，则依据《机械设计》P205齿宽系数以及公式：由《机械设计》查得；由《机械设计》查得：7级精度，对称布置且时，;查《机械原理》公式所以由故载荷系数：(7)查取齿形系数，应力校正系数由《机械设计》查得：带入数据计算得故弯曲疲劳强度校核两齿轮符合要求。4.3.2按接触疲劳强度校核由《机械设计》：（4.7）计算：a.确定各参数(1)计算载荷系数；(2)材料弹性影响系数由《机械设计》查得材料弹性影响系数；(3)齿宽齿轮的宽度b=87mm；(4)分度圆直径；(5)齿轮所受圆周力，(6)齿数比(7)接触疲劳强度极限由《机械设计》按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限：(8)接触疲劳寿命系数由《机械设计》查得接触疲劳寿命系数：(9)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1.0由《机械设计》得：带入数值计算得因此接触疲劳强度校核两齿轮也均符合上面的要求。4.3.3大小齿轮几何尺寸a.分度圆直径b.齿顶高c.齿根高d.齿全高e.齿顶圆直径f.齿根圆直径g.两齿轮中心距4.3.4齿轮的结构设计本次汽车轮辐多轴钻床的设计选用的小齿轮的齿顶圆直径小于160mm，应该做成实心结构齿轮；本次汽车轮辐多轴钻床的设计选用的大齿轮的齿顶圆直径大于160mm且小于500mm，应该做成腹板式结构齿轮。4.4轴的设计4.4.1大齿轮轴的设计计算a.选择轴的材料本次汽车轮辐多轴钻床的设计选用轴的材料为45钢，采用调质处理的热处理方式。b.初步确定轴的最小轴径由《机械设计》估算：（4.8）由其中：大齿轮轴的功率；大齿轮轴的转速。本次汽车轮辐多轴钻床的设计选用的大齿轮轴的最小径与联轴器孔径相适应，选取联轴器型号：查《机械设计》：（4.9）查表《机械设计》：选取则：按照计算得出的转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查《机械设计课程设计》选用LT型弹性套柱销联轴器（GB/T4323-2002）：LT9联轴器,主动端：J型轴孔，A型键槽，d1=70mm；L=80从动端：J1型轴孔，A型键槽，d2=50mm；L=80。具体参数为：表4.6联轴器参数表公称转矩（）质量（）直径D（mm)半联轴器的长度L（mm）联轴器与轴配合毂孔长度(mm）半联轴器的孔径(mm) 100030.6925084847050故取与联轴器相连的轴的直径为=50mm。c.轴的结构设计图4.2大齿轮轴结构图(1)轴的各段直径和长度根据本次汽车轮辐多轴钻床的设计选用的轴向定位要求，确定轴的各段直径和长度：选取的，左端采用挡圈定位，根据轴端直径取挡圈直径。半联轴器与轴配合的毂孔长度，因为为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不是压在轴的端面上，故I-II段长度应比短一些，取。(2)初步选择滚动轴承本次汽车轮辐多轴钻床的设计由于轴承同时受有径向力和轴向力作用，因此在轴的上端选用深沟球轴承，并且下端选用双列角接触的球轴承。再根据，查课本《机械设计课程设计》-3得大齿轮轴上端采用的深沟球轴承型号及参数：（GB/T276-1994)表4.7深沟球轴承参数表基本尺寸/mm基本额定载荷/kN轴承代号dDB60000型55901830.221.86011大齿轮轴下端采用的是双列角接触球轴承型号和参数：（GB/T292-1994）表4.8双列角接触球轴承参数表基本尺寸/mm基本额定载荷/kN轴承代号dD2B面对面70000C型551004252.840.57211C因此：。本次汽车轮辐多轴钻床的设计选用的右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位，将轴肩。(3)确定轴的尺寸本次汽车轮辐多轴钻床的设计选取安装齿轮处轴段III—IV的直径=60mm，齿轮左端与轴承采用套筒定位，已知本次汽车轮辐多轴钻床的设计选用的齿轮轮毂的宽度为87mm，根据要使用要求使得套筒端面可靠的压紧齿轮，因此轴应略短于轮毂的宽度，所以，本次汽车轮辐多轴钻床的设计选用的齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩的高度，取h=5，得出轴环处的直径，轴环宽度，取，。(4)轴上零件的轴向定位齿轮、半联轴器与轴的轴向定位采用平键连接，由于齿轮不在轴端故选用圆头普通平键（A型），按，由《机械设计》。按，查得：表4.9大齿轮轴键尺寸表(mm)轴上键槽深（mm)毂上键槽深(mm)为了本次汽车轮辐多轴钻床的设计选用的齿轮与轴有良好的对中性，选择齿轮轮毂与轴的配合为，半联轴器与轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，因此选轴的尺寸公差为。(5)确定轴上圆角和倒角尺寸本次汽车轮辐多轴钻床的设计选用的倒角和圆角，由《机械设计》，取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径为1.0mm。(6)轴的强度校核本次汽车轮辐多轴钻床的设计选用的大齿轮理论上应受到很大的弯曲应力，但根据实际使用情况得出，在使用过程中几乎抵消掉了，因此轴只按扭转强度条件进行校核，由《机械设计》：（4.10）其中扭转应力，单位为MPa；T轴所受扭矩，单位为；轴的抗扭截面系数，单位为；。确定式中各参数的具体数值：查《机械设计》，得出。因此，只对轴的两处有键槽的轴段进行校核：1)轴段处轴径校核对于轴段上只有一个键槽由《机械设计》查得抗扭截面系数公式则此处轴径符合强度要求。2)轴段处轴径校核对于轴段来说其上有两个键槽，则按公式：则此处轴径符合强度要求。4.4.2小齿轮轴的设计计算a.轴的材料本次汽车轮辐多轴钻床的设计选用的轴是45钢，采用调质处理的热处理方式。b.按扭矩估算轴伸的最小轴径由《机械设计》估算：其中：小齿轮轴功率；小齿轮轴的转速。c.最小轴径将最小轴径定为30mm，初定轴结构并分析载荷。d.初选滚动轴承型号因为小齿轮轴既受轴向载荷又受径向载荷，所以其上两个轴承均为单列圆锥滚子轴承，查《机械设计课程设计》得：圆锥滚子轴承（GB/T297-1994)表4.10单列圆锥滚子轴承参数表基本尺寸/mm基本额定载荷/kN轴承代号dDB30000型30621643.250.530206e.选择键的尺寸齿轮不在轴端，选择圆头普通平键（A型），根据装齿轮处最小轴径，查《机械设计课程设计》得：表4.11小齿轮轴键尺寸表（mm）轴上键槽深t（mm）毂上键槽深t（mm）f.小齿轮受力计算圆周力：其中；。径向力：绘制小齿轮的空间受力图1。g.作垂直面内的弯矩图求垂直面内的支承反力，作垂直面内的弯矩图：求垂直面内B点的弯矩：作垂直面内的弯矩图3。h.作水平面内的弯矩图求水平面内的支承反力，作水平面内的弯矩图：求水平面内B点的弯矩：作水平面内的弯矩图5。i.求合成弯矩作合成弯矩图6。j.作轴的扭矩图扭矩：作轴的扭矩图7。各载荷值如上述计算值。k.按弯扭合成应力校核轴的强度由《机械设计》：轴的弯扭合成条件为：（4.11）其中轴所受的扭矩：T=14830Nmm；总弯矩：；折合系数；轴的抗弯截面系数：则查《机械设计》对称循环变应力时轴的弯曲应力；则有，故安全。图4.3小齿轮的载荷分析图4.5轴承的选择与计算本次汽车轮辐多轴钻床的设计选用的大齿轮轴的上下端轴承的选择如前面内容所示。4.5.1大齿轮轴轴承的校核本次汽车轮辐多轴钻床的设计选用的大齿轮轴上的轴承主要承受了轴向力，径向力几乎被抵消完，所以只用轴向力进行校核，由《机械设计》：（4.12）查《机械设计》得载荷系数；轴向力主要是轴上零件的重力，估算重力约为3200N，则：查《机械设计》得：（4.13）校核大齿轮轴上端所装深沟球轴承：深沟球轴承动载荷。当量动载荷P=6300N。由《机械设计》查得推荐的轴承预期寿命。计算：所以深沟球轴承寿命足够。校核大齿轮轴下端所装双列角接触的球轴承：对于角接触球轴承，基本额定当量动载荷，当量动载荷P=6300N，计算：所以双列角接触球轴承寿命足够。4.5.2小齿轮轴轴承的校核a.小齿轮轴承参数由《机械设计课程设计》查得：型号：30206单列圆锥滚子轴承（GB/T297-1994）径向当量动载荷：；径向当量静载荷：；计算系数：；由《机械设计课程设计》查得：b.计算轴承的受力(1)径向力(2)轴向外载荷(3)附加轴向力S(4)实际轴向力因为所以c.计算当量动载荷，取动载荷系数对于轴承A：所以X=0.4，Y=1.6则对于轴承B：所以X=1，Y=0则d.计算轴承寿命（4.14）其中：计算：故选用30206轴承寿命足够。4.6键连接的选择和校核4.6.1联轴器与大齿轮轴的键连接此处选用圆头普通平键：（GB1095-79）半联轴器与轴配合的毂孔长度84mm，由《机械设计》查得参考键的长度系列选取键长L=70mm。已知此处轴径：d=50mm，键与轮毂槽的接触高度：K=0.5h=0.59=4.5mm键的工作长度：轴的扭矩：又：键、轴和半联轴器的材料均为钢，查《机械设计》许用挤压应力，取其中间值据式（6-1）进行校核：所以此键连接强度足够。4.6.2大齿轮与大齿轮轴的连接此处采用圆头平键：因齿轮宽度为85mm，参考键的长度系列，选取键长L=70mm，由于键、轴以及齿轮材料均为钢，查《机械设计》得：许用挤压应力：，取中间值已知此处轴径：键与轮毂键槽的接触高度K=0.5h=0.511=5.5mm键的工作长度轴的扭矩于是据《机械设计》进行校核：所以此处键连接强度足够。4.6.3小齿轮与小齿轮轴的连接此处采用圆头普通平键：小齿轮宽度85mm,参考键的长度系列，取键长L=80mm，键、轴和齿轮均为钢，查《机械设计》得许用挤压应力，取中间值。已知轴径d=30mm,键与轮毂槽的接触高度K=0.5h=0.57=3.5mm键的工作长度轴的扭矩：于是据《机械设计》进行校核：故此键连接强度足够。PAGE355结束语通过近一个学期的努力，终于完成了汽车轮辐多轴钻床的设计，通过这次设计，了解和掌握了机床的一般设计方法，其实每台机床的基本组成都大致相同，一般都是由动力部分、主传动部分、液压传动部分和支承部件组成。机床的设计首先就是电动机