Z32K型摇臂钻床变速箱的改进设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘     要  本次 毕业 设计 题目是 “。 摇臂钻床是许多学校机械加工实习所用的设备，该产品是由前苏联钻床型号 改制而成，已有三十多年的历史，但近年来，该型号钻床的生产率降低，经济效益较低，同时伴有工人劳动强度的增大，致使钻床的使用率下降， 经调查分析，主要原因是该产品没有自动升降系统所致。为改进 其 使用效果 ， 此次设计主要是对 摇臂钻床的升降系统进行分析设计与改进 ，并对 钻床的 主要传动零 部 件进行设计校核。 同时针对 其 在实际使用过程中出现的 一些 问题， 并 在理论分析与计算的 基础上，将其手动升降 变 为自动升降， 然后 制定出合理的传动方案，且选择 合适的原动机作为它的动力源，使改进后的升降系统具有手动和自动升降并存的功能 。  关键词： 变速箱； 手动、自动升降系统； 摇臂钻床；直齿锥齿轮； 强度校核  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 he of 32K  as is in of  0 32K in of of on 32k an in By 32K is on In to 32K, 32k be to in of of to be To in on of a to to as of of of   文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目     录  1 概述  . 1 臂钻床的简介  . 1 臂钻床的发展趋势  . 1 臂钻床的加工原理  . 2 2 原动机的选择  . 3 动机的运动形式  . 3 动机的选择  . 3 3 机械传动方案的拟定与比较  . 5 4 绘制变速箱中升降系统的传动机构运动简图  . 8 5 传动部分运动及动力分析  . 9 分传动连接设计  . 9 动比、各轴转速、功率及转矩的计算  . 9 轮材料的选择  .齿圆锥齿轮的尺寸设计计算及校核  . 12 齿圆锥齿轮各参数的设计计算  . 12 锥齿轮的受力分析  . 13 齿圆锥齿轮的结构设计  . 13 齿圆锥齿轮强度校核  . 14 锥齿轮齿面接触疲劳强度校核  . 17 齿圆锥齿轮齿根弯曲疲劳强度的校核  . 17 齿轮轴机 尺寸设计计算及校核  . 18 齿轮轴机 齿部分主要参数设计计算  . 18 齿圆锥齿轮轴机 端部分设计  . 19 齿轮轴机 固定  . 20 齿轮轴机 径部分的设计计算  . 20 齿圆锥齿轮轴机 径部分的校核  . 21  轮设计计算及校核  . 22  轮尺寸设计计算  . 22 构分析  . 23 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 力分析  . 24  轮齿面接触疲劳强度的校核  . 25  齿圆柱齿轮齿根弯曲疲劳强度的校核  . 26 联齿轮的设计计算与校核  . 26 联齿轮的结构分析  . 27 联齿轮齿面接触疲劳强度的校核  . 28 联齿轮齿根弯曲疲劳强度的校核  . 29 联齿轮的参数计算  . 30  渡轴的设计计算  . 30 的材料及热处理  . 30 的结构设计  . 31 渡轴的强度校核计算  . 32 渡轴的轴向及周向固定  . 36 6 轴承的选择与校核计算  . 37 承的分类  . 37 动轴承的的结构及主要类型  . 37 动轴承主要的失效形式  . 37 动轴承的计算与校核  . 38 7 键的选择和键连接强度的校核计算  . 39 参考文献  . 41 致     谢  . 42 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 概述  臂钻床的简介  摇臂钻床是一种用于加工孔的设备。主要对孔加工的类型有：扩孔、钻孔、铰孔等。在日常生产中 ， 摇臂钻床根据夹紧结构可分为机械式和液压式 ，其操作简单，适用范围广，可适用于加工单件批量孔零件。  摇臂钻床 由以下七部分组成 ：摇臂、主轴箱、底座、内 外立柱、 主轴和 工作台等组成。摇臂钻床 主轴箱 的 横向调整位置 可由摇臂的导轨控制 ，摇臂可沿外立柱的圆柱面上下调整 并变化 位置，且摇臂及外立柱又可绕内立柱转动至不同位置，摇臂钻床工作时根据其 工作需要 可以很方便 的 调整主轴 至工作台 的位置。  对于各主要结构：主轴组件（摇臂钻床的主轴在加工时可进行两种运动：旋转运动和轴向进给运动。且主轴的旋转主运动由主轴尾部花键经齿轮传动）夹紧机构（ 对于在孔加工过程中为保证孔的定位精度因而设定夹紧机构，对于摇臂钻床而言 ，夹紧机构主要设定在主轴箱与摇臂上，并且同样也在 内 外立柱上。从结构分析上而言内外立柱利用深沟球轴承以及平板弹簧进行作用可以使摇臂轻松转动 ）    臂钻床的发展趋势  摇臂钻床和大多数机床一样，将向数控自动化、机电一体化和智 能化方向发展。摇臂钻床 在未来的发展趋向是：应用电子计算机技术并且使 机械结构 趋于 简 单 化，同时， 提高和扩大 机械 自动化工作的 能 力， 而且使机床适应 柔性制造系统 的 工作 环境 ； 一方面要 提高功率 ， 使机床 主运动和进给运动的速度 也相应提高 。另一方面，要 提高 机床的 相对 结构，使其 动、静刚度 能 用以适应 新型刀具的需求同时 提高 钻床钻削的 工作 效率； 最后还要 提高 机床的 加工精度， 为 今后 发展超精密加工机床 作准备 工作 ，以 其在 电子机械、航天等新型工业 有更加突出的地位 。  摇臂钻 床 在经济的发展、国家政策 的 大力支持 和 上下游产业振兴等 的 背景下，我国摇臂钻 床 的旺盛需求仍将 按线性指数 保持高速 的 增长， 并且在 未来 5，我国摇臂钻 床的 市场增长率将达到 15%。这必将使 我国国产摇臂钻 床 系统和相关功能买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 零 部件的市场 有很宽广的 发展 市场 ， 这 也无疑为 我国 国内摇臂钻 床 生产厂商 提高 自己的技术 水平与工艺水平还有 扩大市场提供了极好的 发展 机遇。  臂钻床的加工原理  当电机启动时，机床主轴开始运动通过调整换置器 官来改变所需要的合适的主轴转速，利用摇臂将钻头调整到所加工零件的正确位置， 通过进给量与主轴在其 转动 一转时轴向 的 移动量计算， 并且 利用换置器官来实现被加工零件的进给量， 一般情况下， 主轴获得的转速范围是 在 252000r/ ，r。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 2 原动机的选择  原动机 对机械的作用毋庸置疑， 它 就像心脏对人类而言。 它是执行机构动力的来源 而且 在很大程度上决定着机器的工作性能和结构特征。因此 选择 一个 合适 的原动机，对摇臂钻床 而言，其 作用是 不可估量 的。  机械系统 一般 由以下五部分组成，包括： 原动 机、工作机、 传动装置、 控制操纵部件及其它辅助 零 部件等 。 原动机是机械系统的驱动部分（动力来源 ：把自然界中其它各种形态的能源转变为机械能 ）， 工作机是机械系统 的执行部分 （向外传递动力） ， 传动装置则是把原动机与 工作机有机 的 结合 起来， （是它 实现能量 传递与运动形式转换不可 或缺 的 重要 部分 ） 。  动机的运动形式  原动机 的运动形式 ， 主要是依据 能量转换性质 进行分类 的 ， 具体见 下 表 2 表 2原动机 的分类  转换性质  实例  第一类原动机  蒸汽机、柴油机、水轮机、燃气轮机  第二类 原动机  电动机、液压马达、气动马达  动机的选择  根据 摇臂钻床的 工作环境 以 及 实际 工作 要求 ， 可以 选择电动机作为其动力来源 。 电动机较其他动力机有较高的驱动效率，与被驱动机的工作机械联接 结构 简便，且可满足不同类型机械的 加工 工作要求。  在实际生产 过程 中 由于 摇臂钻床 工作环境 的不 同， 致使 电动机的工作环境也各不 相同 。在 大多数情况下， 摇臂钻床所处的工作环境 周围大气中 含 有灰尘和水分，为了保证 摇臂钻床可适用于各种环境，因此需要对 电动机的外壳 进行保护通常电机外壳的类型 有：开启式、防护式、封闭式、防爆式。 因为 在实 际生产中 摇臂钻 床 常处于灰尘较多的场合 工作 ， 因此 在设计中， 电机 外壳 应 选用封闭式， 为 防买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 止各类杂物进入电动机内部 ，使电机能正常工作 。 因此 在设计中， 电动机型号 选择Y 系列， 其型号为： 定功率 为 4载转速 可达 1410r/定转矩 为 m。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 3 机械传动 方案的拟定与比较  对于 “而言， 变速箱的设计最重要的就是机械传动设计，而 机械传动设计中最重要的就是 确 定机械传动 的 设计方案。根据机械产品的合理性来 拟定 设计方案，为达到实际生产中所需要求通过 选择 不同的机械传动方案进行对比，从而选择最优方案。  分析比较 摇臂钻床的 实际 工作情况， 现对摇臂钻床的 手动 升降系统进行 分析 改进， 如下所示，现拟 出以下三种传动方案 可 进行 逐一 分析 并 选择 最优方案 ：  方案一 ： 改进原来的 手动升降系统  手柄 圆锥齿轮轴 圆锥齿轮 1 圆锥齿轮2 升降螺母  方案二： 改手动升降系统为 自动升降系统  新增电动机 齿轮 1 齿轮 2 圆锥齿轮 1 圆锥齿轮 2 升降螺母  方案三： 利用原电机改进为自动升降系统  电 机 齿轮 四联滑移齿轮 双联齿轮 齿轮 锥齿轮轴 锥齿轮 升降螺母  表 3各改进后 传动方案性能的 分析 比较  性能指标  具体项目  方案一  方案二  方案三  功能  传动精度  高  高  高  升降速度  慢  快  快  工作性能  可调性  好  好  较好  运转速度  慢  快  快  承载能力  大  较大  较大  动力性能  加速度峰值  小  较大  较大  噪声  较小  小  小  耐磨性  耐磨  耐磨  耐磨  可靠性  可靠  可靠  可靠  经济性  制造性  易  难  易  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 调整方便性  方便  不方便  方便  能耗大小  一般  一般  一般  制造费用  便宜  贵  便宜  结构紧凑  尺寸  小  小  小  重量  轻  重  较轻  结构复杂性  简单  一般  一般  方案一：升降系统由于是手动升降所以升降 时 工作量大，工作效率低； 且升降手柄太长，操作时动作大，当托板接近变速箱时，升降手柄易碰到钻床的进给手柄，操作者可能会 夹 到 手，造成安全事故； 由于 丝杠螺距较大，两圆锥齿轮传动时，传动比虽小 ，但机床的本体 重，升降时费 时又费 力。  方案二：在丝杠端部新装一个电动机和减速器带动丝杠转动，升降螺母固定实现 自动升降，这是一种传动的实现自动升降的方法，很多机床都在用，但 对于  虽弥 补了自动升降 系统带来 的缺点但又派生出 其他 另外的 缺陷：新增一个电动机和减速器不但使 总体预算 成本增加 ， 而且使 机床结构变的更 为复杂，安装变 困难， 还 派生出一些不必要的麻烦。  方案三：利用原 电动机作 为 其 动力源，利用主运动传动系统中 ， 齿轮的啮合 ，将 电机的 动力传 递 至 升降螺母上，从而实现 升降系统的 自动升降。 其 优点 为 ： 通过利用上述方案可使 成本 降 低； 对于其内部 附加的零部件 而言，其 结构简单； 并 充分利用 了 原 变速箱的有限空间，使原 机 床各部分结构 布置 合理 ， 而且 使 机床外观不受影响 且操作简便， 机床 效率高。  根据上述方案进行 对比 分析，选择第三种方案作为 设计 方案 。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 变速箱传动示意图  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 4 绘制变速箱中升降系统的传动机构运动简图  在绘制传动机构运动简图时，由于 实际构件的结构较为复杂 ， 在分析机构运动时，一般不考虑构件的形状 ，及 一些与运动无关的因素，因此，只需 要 利用简单的线条和符号，通过一定比例及相对位置绘制机构图形。根据运动简图，分析动力与运动时就非常方便了。  在绘制 传动机构 运动简图时，首先要明确机械的实际构造和运动情况，因为，确定原动件和执行部分是极为重要的，为将机构运动简图表示清楚 ， 视图平面 一般会选择机械多数构件 所在的运动平面 ，并且需 将机械不同部分的不同视图展开到同一视图面上 ，以方便观看 。 且运动简图的最终原则是，以能简单、 清楚的把机械结构与运动传递情况正确的表达出来。  如图 4示 为 ：  摇臂钻床改进后 变速箱升降系统的传动机构运动简图。  自动 升降系统 传动 机构 运动简图  12345678机 1机 2 机 3 4机 6  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 5 传动部分运动及动力分析  分传动连接设计  由 摇臂钻床变速箱装配图和升降系统机构运动简图可知 ，升降系统的传动路线为：电动机 2 轴 4 轴 机 渡 轴 机 齿轮轴 锥齿轮 7 升降螺母。为 设计和加工方便，机 齿轮轴的 设计 参数 与原 没改进前的 圆锥齿轮轴参数 大致相同，只是将齿轮轴 末端 的弹簧卡环 改为平键槽 连接 ， 用平键与机 轮连接 ，使齿轮固定 。 在改进设计中另 将机 轮设计为双联 滑移 齿轮， 因为，这样可 提高 机床的工作效率。先 初定 机床的 升降速度为 1000mm/又可知 ：原有丝杆螺距 P=6， 带动螺母及丝杆运动的圆锥齿轮齿数 为 Z=36，机 =20。通过计算得出：要求机 锥齿轮轴的转速 N=240r/查表可知 电动机的转速N=1410r/电动机 相连 的 最近的齿轮齿数 为 Z=20（ 现 将其写成 203 下类同 ），四联滑移齿轮的 最 小 齿轮 齿数 为64Z=26， 现假设 机 渡齿轮 设计 为单联齿轮， 则 机 轮 的齿数 为 Z=52， 现 为了能 使其正常传动，则其模数 应该 一致 ，都为 m=2，则机 轮 的 分度圆直径为 d=104现在由于 箱体孔内壁限于机 轮的分度圆直径为 72大于设计齿轮的分度圆直径， 所以 现在为了将所设计齿轮能放于箱体中的，则 必须将机 渡齿轮设计为双联齿轮，以减少其分度圆直径。 由于花键轴、机 渡轴与机 锥齿轮轴 在 径向位置间呈三角形 分布，因此机 联齿轮的分度圆直径在 箱体中可 作适当的调整 以符合其位置要求 。  动比、各轴转速、功率及转矩的计算  已知假定升降速度为 1000mm/知： 203 Z， 545 Z， 2648665860 、Z，36 ， 206 机Z ，电动机转速 N=1410r/动机功率为 4锥齿轮的传递效率为 %951 ，圆柱齿轮传递效率为 %982 ，电动机的转速 为4100  ，所以：  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 m 41002 轴   32 05424 i=m  254201 4 1 02424 轴224 轴轴  为了使 4 轴转速经 过渡轴机 到机 齿轮轴上，  m 00203661000676 机机 ，初 步确定各齿轮参数如下表：  表 5齿轮参数  名称  齿数  分度圆直径  模数  机   66 132 2 机   46 92 2 机 8 76 2 所以有：  1333266624 轴机im ri 轴机轴机  242 轴机  2319463862 机机im ri 机机机机  226 机机  m 机  167 机  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 各参数确定之后，重新计算的升降速度为： 6=830r/轴转矩为：  电动机轴 ：         95509550电2 轴 ：              电轴4 轴 ：             轴轴机  ：            轴机轴机 机 齿轮轴 ：      机机机机 7 锥齿轮 ：         机各参数值列表如下：  表 5各轴参数  轴号  功率 矩  转速 r/动比  效率  电动机  4 410 / / 2 轴  410 /  轴      轮材料的选择  由齿轮 的 失效形式可知，设计齿轮传动时，应使齿面具有较高的抗齿轮折断、抗齿面 磨损、抗 齿面 点蚀、抗 齿面 胶合及抗塑性变形的能力， 而齿根要有较高的抗折断能力。因此，对齿轮材料的基本要求为：齿面 要 硬，齿芯 要 韧。  在改进 设计 中， 改进后新增的齿轮中，机 齿轮材料选用 40经调质及表面淬火，齿面硬度为 48 55锥齿轮 7 的材料选用 40经调质及表面淬火，齿面硬度为 48 55直齿轮机 材料选用 20碳淬火，齿买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 面硬度为 56 62 联齿轮选用 20碳淬火，齿面硬度为 5662机 渡轴材料选用 40质处理及表面淬火，齿面硬度为 48 55 齿圆锥齿轮的尺寸设计计算及校核  锥齿轮 用于传递 两个相交轴 之 间的运动和动力， 其轮齿分布在圆锥面上，齿轮齿形从大端至小端逐渐较小。 圆锥齿轮有三种类型：直齿、斜齿和曲齿齿轮 。由于直齿圆锥齿轮 易于制造，安装简单，且适用于低速轻载 传动场合，因此，在改进设计中 ， 锥齿轮 7 选择直齿圆锥齿轮。  齿圆锥齿轮 各参数 的 设计计算  已知：齿数7Z=36，模数7m=2，配对齿轮齿数6机Z=20，模数6机m=2  分度圆直径： 72362777 293620767 ar c c c c  齿顶 高：     2217     (7     c：        齿顶圆直径：  o ff        627 机    c 齿根 角：     tg 当量齿角：   s 777     顶锥角：     买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 当量齿轮分度圆半径： 77 15c o s)s in/ 2m 锥齿轮的受力分析  直齿锥齿轮齿面上所受的法向载荷常都视为集中作用在平均分度圆上，为方便计算，假定载荷沿齿宽 均匀 分布 ， 且载荷集中作用在 齿宽中点节线处的法向平面内，与圆齿轮一样，将法向载荷周力）垂直于分度圆锥母线的分力 F ，再将力 F 分解为径向分力7小锥齿轮轮齿上所受各力的大小分别为：  777 )2                               （ 5 777 c o s 机5 777 s 机5 F                                   （ 5 计算结果如下所示：  )3777777 929c o  8 8c o s 777  520s i  8 8s i n 777  0 320c o s/ 8 8c o s/7  齿 圆锥齿轮的结构设计  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 直齿圆锥齿轮 结构设计如下图 5示，各 参数 设计 见 零件图（  图 5直齿圆 锥齿轮  齿 圆锥齿轮强度 校核  如上 所述nF，是作用在 圆锥 齿轮上的名义载荷。在实际工作中，还应该考虑原有动力机和工作机的振动和冲击，轮齿啮合过程中产生的动载荷。由于制造安装误差或者受载后轮齿产生的弹性变形以及轴套、轴承箱体的变形，使得载荷沿齿宽方向分布均匀，同时啮合的各轮齿之间载荷分布不均匀等等。为此，应该将名义载荷乘以载荷系数， 作为计算载荷，进行齿轮的强度计算时，按计算载荷进行计算，与圆周力对应的计算载荷为：  （ 5 式中： 载荷系数   A（ 5 式中： 使用系数，是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加载荷影响的系数。常用值可参考下表 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 表 5使用系数 工作机的工作特性  电动机、均速转动的汽轮机、燃气轮机  蒸汽机、燃气轮机液压装置  多缸内燃机  单缸内燃机  均匀平稳  微冲击  等冲击  重冲击  ：表中所列 仅适用于减速传动；若为增速传动， 约为表值的 外部机械与齿 轮装置间有挠性连接时，通常 可适当减小。  我在设计时取 1。  载系数，是考虑齿轮啮合过程中因啮合误差所引起的内部附加动载荷对轮齿受载的影响。常用值可参考下表 5 表 5使用系数取值范围  直齿圆柱齿轮  齿圆柱齿轮  齿锥齿轮  ：齿轮精度 低速度高时，之取小值。  我在设计时取 K齿向载荷分布系数，是考虑由于轴的变形和齿轮制造误差等引起的载荷沿齿宽方向分布不均匀的影响。常用值可参考下表 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 表 5使用系数                            取值范围  直齿圆柱齿轮  两轮之一为软齿面  1 齿圆柱 齿轮  两轮均为硬齿面  齿圆锥齿轮                               ：宽径比 B/小、齿轮在两支承中间对称布置、轴的刚性大时，之 ， 取大值。我