毕业论文-连杆盖钻孔专用设备的设计-文档精品

原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 丽丽 水水 学学 院院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） （20 13 届）届） 题题 目目 连杆盖钻孔专用设备的设计连杆盖钻孔专用设备的设计 指导教师指导教师 朱晓虹朱晓虹 院院 别别 工学院工学院 专专 业业 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 班班 级级 机自机自 091 学学 号号 09105010125 姓姓 名名 王磊王磊 2013 年年 3 3 月月 25 25 日至日至 2013 2013 年年 5 5 月月 19 19 日共日共 8 8 周周 I 摘 要 根据设计任务书的要求, 某厂需在连杆盖加工 13 通孔，由于批量大，为提高效 率和保证孔距质量，改造立钻（Z525） ，设计该装置。 本设计说明书针对连杆盖同时加工分孔装置的设计设计进行说明。 主要内容包括 装置工艺方案的制定、装置配置型式的选择、装置总体设计以及主轴箱设计。 全文主要包括装置的总体设计和主轴箱设计两部分。 机床总体设计主要是在选定 工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上确定“三图一卡” ，主轴箱设计根据 “三图一卡” ，整理编绘出主轴箱原始依据图，重点分析传动系统，经过各种方案的 比较，最后确定最优方案。 关键词：主轴箱；机构设计，连杆盖 1 Abstract According to the requirements of the mission design, a plant in the connecting rod cap processing 13 through hole, as large quantities, to improve efficiency and ensure the quality of drill hole distance, transformation (Z525 ), the design of the device. The design specifications for the connecting rod lid while processing hole device design description. The main contents include device craft plan formulation, device configuration choice, device design and the headstock design. The full text mainly includes system design and the headstock design in two parts. Machine tool design is mainly in the selected process scheme and determine the form of machine configuration, structure scheme is determined on the basis of the “ three drawings and one card “, the headstock design according to the “ three drawings and one card “, reorganizes the compilation to the headstock primitive basis chart, the key analysis transmission system, through the comparison of the various programs, and finally determine the optimal scheme. KeyKeyWordsWords: spindle box; mechanism design, the connecting rod cap 2 目 录 摘 要 I Abstract . 1 目 录 . 2 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题研究意义 . 1 1.2 钻孔专用设备应用 1 1.3 钻孔专用设备 . 2 1.3.1 多轴头 . 2 1.3.2 多轴箱 2 1.3.3 多轴钻床 . 3 1.3.4 自动更换主轴箱机床 3 1.4 钻孔专用设备趋势 . 4 第 2 章 连杆盖钻孔专用设备装置总体方案 . 4 2.1 生产任务 4 2.2 普通立式钻床的选型 . 4 2.2.1 计算所需电机功率 4 2.2.2 立式钻床的确定 . 6 第 3 章 传动箱的设计 . 7 3.1 设计前的计算 7 3.2 传动系统的设计与计算 . 8 第 4 章 多轴箱的结构设计与零部件的绘制 . 13 4.1 箱盖、箱体和中间板结构 13 4.2 多轴箱轴的设计 13 4.3 轴坐标计算 . 32 第 5 章 导向装置的设计 . 33 第 6 章 接杆刀具 . 33 第 7 章 装置夹具设计 . 34 7.1 夹具概述 . 34 3 7.2 定位支承系统概述 . 36 7.2.1 定位支承系统 . 36 7.2.2 夹紧机构 . 37 总 结 . 39 参考文献 . 42 致 谢 . 43 1 第 1 章 绪论 1.1 课题研究意义 市场的开放性和全球化使产品的竞争日趋激烈。而决定产品竞争力的指标是产品 的开发时间(Time ) ， 产品(Quality)， 成本(Cost)， 创新能力(Creation)和服务(Service)。 用户在追求高质量产品的同时，会更多的追求较低的价格和较短的交货周期。美国制 造业在 20 世纪 50 至 40 年代主要以扩大生产规模作为企业竞争力的第一要素，而在 70 年代竞争力的第一要素为降低生产成本，80 年代为提高产品质量，90 年代为市场 响应速度。所以现代企业都期望通过提高自身的科技含量，增强竞争力。 制造业是国家重要的基础工业之一，制造业的基础是。是众多机械制造的母机， 它的发展水平，与制造业的生产能力和制造精度有着直接关系，关系到国家机械工业 以至整个制造业的发展水平.是先进制造技术的基本单元载体，机械产品的质量、更 新速度、对市场的应变能力、生产效率等在很大程度上取决于的效能。因此，制造业 对于一个国家经济发展起着举足轻重的作用我国是世界上产量最多的国家.根据德国 工业协会(VD W )2000 年统计资料，在主要的生产国家中，中国排名为世界第五位。 但是在国际市场竞争中仍处于较低水平:即使在国内市场也面临着严峻的形势:一方面 国内市场对各类产品有着大量的需求，而另一方面却有不少国产滞销积压，国外产品 充斥市场。 1.2 钻孔专用设备应用 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 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，钻孔专用设备是一种通过少量投资来提高生产率的有 效措施。虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采 用可调式多轴头扩大了使用范围，仍然远不能满足批量小、孔型复杂的要求。尤其随 着工业的发展，大型复杂的钻孔专用设备更是引人注目。例如原子能发电站中大型冷 凝器水冷壁管板有 15000 个 20 孔，若以摇臂钻床加工，单单钻孔与锪沉头孔就要 842.5 小时，另外还要划线工时 151.1 小时。但若以数控八轴落地钻床加工，钻锪孔 2 只要 171.6 小时，划线也简单，只要 1.9 小时。因此，利用数控控制的二个坐标轴， 使刀具正确地对准加工位置，结合钻孔专用设备不但可以扩大加工范围，而且在提高 精度的基础上还能大大地提高工效，迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大 型高速柴油机 30 种箱形与杆形零件的 2000 多个钻孔操作中，有 40%可以在自动更换 主轴箱机床中用二轴、三轴或四轴多轴头加工，平均可减少 20%的加工时间。1975 年法国巴黎机床展览会也反映了钻孔专用设备的使用愈来愈多这一趋势。 1.3 钻孔专用设备 钻孔专用设备是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上 各加工一个孔。这不仅缩短切削时间，提高精度，减少装夹或定位时间，并且在数控 机床中不必计算坐标，减少字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工： 立钻或摇臂钻上装多轴头、多轴钻床、多轴组合机床心及自动更换主轴箱机床。甚至 可以通过二个能自动调节轴距的主轴或多轴箱，结合数控工作台纵横二个方向的运 动，加工各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。 1.3.1 多轴头 从传动方式来说主要有带传动、齿轮传动与万向联轴节传动三种。这是大家所 熟悉的。前者效率较高，结构简单，后者易于调整轴距。从结构来说有不可调式与可 调式二种。前者轴距不能改变，多采用齿轮传动，仅适用于大批量生产。为了扩大其 赞许适应性，发展了可调式多轴头，在一定范围内可调整轴距。它主要装在有万向. 二种。 （1）万向轴式也有二种:具有对准装置的主轴。主轴装在可调支架中，而可调 支架能在壳体的 T 形槽中移动，并能在对准的位置以螺栓固定。 （2）具有公差的圆柱 形主轴套。主轴套固定在与式件孔型相同的模板中。前一种适用于批量小且孔组是规 则分布的工件（如孔组分布在不同直径的圆周上） 。后一种适用于批量较大式中小批 量的轮番生产中，刚性较好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多轴头可 以装在立钻式摇臂钻床上，按钻床本身所具有的各种功能进行工作。这种钻孔专用设 备方法，由于钻孔效率、加工范围及精度的关系，使用范围有限。 1.3.2 多轴箱 也象多轴头那样作为标准部件生产。美国 Secto 公司标准齿轮箱、多轴箱等设 3 计的不可调式多轴箱。有 32 种规格，加工面积从 300300 毫米到 6001050 毫米， 工作轴达 60 根，动力达 22.5 千瓦。Romai 工厂生产的可调多轴箱调整方便，只要先 把齿轮调整到接近孔型的位置，然后把与它联接的可调轴移动到正确的位置。因此， 这种结构只要改变模板，就能在一定范围内容易地改变孔型，并且可以达到比普通多 轴箱更小的孔距。 根据成组加工原理使用多轴箱或多轴头的组合机床很适用于大中批量生产。为 了在加工中获得良好的效果，必需考虑以下数点： （1）工件装夹简单，有足够的冷却 液冲走铁屑。 （2）夹具刚性好，加工时不形变，分度定位正确。 （3）使用二组刀具的 可能性，以便一组使用，另一组刃磨与调整，从而缩短换刀停机时间。 （4）使用优质 刀具，监视刀具是否变钝，钻头要机磨。 （5）尺寸超差时能立即发现。 1.3.3 多轴钻床 这是一种能满足钻孔专用设备要求的钻床。诸如导向、功率、进给、转速与加工 范围等。巴黎展览会中展出的多轴钻床多具液压进给。其整个工作循坏如快进、工进 与清除铁屑等都是自动进行。值得注意的是，多数具有单独的变速机构，这样可以适 应某一组孔中不同孔径的加工需要。 1.3.4 自动更换主轴箱机床 为了中小批量生产合理化的需要，最近几年发展了自动更换主轴箱组合机床。 (1) 自动更换主轴机床 自动更换主轴机床顶部是回转式主轴箱库，挂有多个不可调主轴箱。纵横配线盘 予先编好工作程序，使相应的主轴箱进入加工工位，定位紧并与动力联接，然后装有 工件的工作台转动到主轴箱下面，向上移动进行加工。当变更加工对象时，只要调换 悬挂的主轴箱，就能适应不同孔型与不同工序的需要。 (2)多轴转塔机床 转塔上装置多个不可调或万向联轴节主轴箱，转塔能自动转位，并对夹紧在回转 工作台的工件作进给运动。通过工作台回转，可以加工工件的多个面。因为转塔不宜 过大，故它的工位数一般不超过 46 个。且主轴箱也不宜过大。当加工对象的工序 较多、尺寸较大时，就不如自动更换主轴箱机床合适，但它的结构简单。 (3)自动更换主轴箱组合机床 4 它由自动线或组合机床中的标准部件组成。不可调多轴箱与动力箱按置在水平 底座上，主轴箱库转动时整个装置紧固在进给系统的溜板上。主轴箱库转动与进给动 作都按标准子程序工作。换主轴箱时间为几秒钟。工件夹紧于液压分度回转工作台， 以便加工工件的各个面。好果回转工作台配以卸料装置，就能合流水生产自动化。在 可变生产系统中采用这种装置，并配以相应的控制器可以获得完整的加工系统。 (4) 数控八轴落地钻床 大型冷凝器的水冷壁管板的孔多达 15000 个，它与支撑板联接在一起加工。孔 径为 20 毫米，孔深 180 毫米。采用具有内冷却管道的麻花钻，57 巴压力的冷却液 可直接进入切削区，有利于排屑。钻尖磨成 90供自动定心。它比普通麻花钻耐用， 且进给量大。为了缩短加工时间，以 8 轴数控落地加工。 1.4 钻孔专用设备趋势 钻孔专用设备生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失少。 而且随着我国数控技术的发展，钻孔专用设备的范围一定会愈来愈广，加工效率也会 不断提高。 第 2 章 连杆盖钻孔专用设备装置总体方案 2.1 生产任务 在一批连杆盖上有同一个面上有 2 个孔加工。在普通立式钻床上进行孔加工， 通常是一个孔一个孔的钻削，生产效率低，用非标设备，即组合机床加工，生产效率 高，但设备投资大。 但把一批普通立式普通单轴钻床改造为立式多轴钻床，改造后的多轴钻床，可 以同时完成多个孔的钻、扩、铰等工序。 2.2 普通立式钻床的选型 2.2.1 计算所需电机功率 零件图如图 1 所示： 5 图 1 为工件零件图，材料：45；料厚：27mm；硬度：HBS170-240HBS；年产量：1000 万件；2-13 尺寸精度 IT13. (1) 确定 2 个孔同时加工的轴向力，公式：F FFFFF knVYZdC 0 式中： F C=365.9, 0 d= 3 10, F Z=0.661, F Y=1.217, F n=0.361, F k=1.1, V =0.35m/s（表 15-37） 文献 1 则FN09. 41 . 1361. 035. 0217. 1661. 0109 .365 3 所需电机功率：KWVFP4 . 135. 009. 4 6 2.2.2 立式钻床的确定 根据上面计算所需电机的功率，现选用 Z525 立式钻床，其主要技术参数如 表 1 所示： 表 1 Z525 立式钻床主要技术参数 技术规格 型 号 Z525 最大钻孔直径（mm） 25 主轴端面至工作台距离(mm) 0-700 主轴端面至底面距离(mm) 750-110 主轴中心至导轨距离(mm) 250 主轴行距(mm) 175 主轴孔莫氏解锥度 3 号 主轴最大扭转力矩(Nm) 245.25 主轴进给力(N) 8829 主轴转速(r/mm) 97-1360 主轴箱行程(mm) 200 进给量(mm/r) 0.1-0.8 工作台行程(mm) 325 工作台工作面积(mm 2) 500375 主电动机功率(kw) 2.8 7 第 3 章 传动箱的设计 3.1 设计前的计算 （1）大致了解工件上被加工孔为 2 个 13 的孔。毛坯种类为灰铸铁的铸件，由 于石墨的润滑及割裂作用，使灰铸铁很易切削加工，屑片易断，刀具磨损少，故 可选用硬质合金锥柄麻花钻（GB10946-89） 文献 2 （2）切削用量的确定 根据表 27文献？，切削速度min/21mVc,进给量rmmf/17. 0. 则切削转速min/998 1314. 3 2110001000 r d V ns 根据 Z525 机床说明书，取min/960rns 故实际切削速度为：min/2 .20 1000 9601314. 3 1000 m dn V w c （3）确定加工时的单件工时 图 2 为钻头工作进给长度， 8 一般 切入 L为 5-10mm,取 10mm， mmdL2 .108 3 7 . 6 83 3 1 切出 文献 3 mmL5 加工 加工一个孔所需时间：min15. 0 17. 0960 2 .25 1 fn LLL t w m 切出加工切入 单件时工时：min3 . 015. 022 1 tmtm 3.2 传动系统的设计与计算 (1)选定齿轮的传动方式 齿轮分布方案确定： 根据分析零件图，多轴箱齿轮分布初定有以下形式 根据通常采用的经济而又有效的传动是。因此，本设计中采用了图 3 所示的齿轮分布 方案。 9 （3）明确主动轴、工作轴和惰轮轴的旋转方向，并计算或选定其轴径大小。 因为所选定的 Z535 立式钻床主轴是左旋，所以工作轴也为左旋，而惰轮轴则为右旋。 根据表 2 确定工作轴直径机械制造.8/97：43 表 2 加工孔径与工作轴直径对应表（mm） 加工孔径 12 1216 1620 工作轴直径 15 20 25 因为加工孔径为 13mm,所以工作轴直径选 20mm. 本设计的齿轮传动为单层次的齿轮外啮合传动，传动分布图如图 4 所示。 主动轴和惰轮轴的直径在以后的轴设计中确定。 （4） 排出齿轮传动的层次，设计各个齿轮。 本设计的齿轮传动为单层次的齿轮外啮合传动，传动分布图如图 4 所示。 在 设 计 各 个齿 轮 前 首先 明 确 已 知条 件 ： 电机 输 入 功 率KWP8 . 2 1 , 齿 轮 转速 min/1360 1 rn , 齿轮转速min/960 3 rn ,假设齿轮、的传动比均为i=0.84, 即齿轮比 u=1.2,工作寿命 15 年（每年工作 300 天） ，两班制。 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 选用直齿轮圆柱齿轮传动； 多轴箱为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度（GB10095-88）; 材料选择 由表 10-1 文献4选择齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，齿轮材料为 45（调质） ， 硬度为 240HBS，齿轮材料为 45（常化） ，硬度 210HBS; 选齿轮齿数20 1 Z,齿轮齿数20120 12 uZZ,取20 2 Z. 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算， 3 2 1 1 1 32. 2 H E d t t Z u uTK d 确定公式内的各计算数值 10 1)试选载荷系数3 . 1 t K; 2)计算齿轮传递的转矩 mmNnPT 45 11 5 1 10966. 11360/8 . 2105 .95/105 .95 3)由表 10-7 文献4选取齿宽系数 d =0.5 4)由表 10-6 文献4 查得材料的弹性影响系数 2/1 8 .189 MPaZE 5)由表 10-21d 文献4 按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限？ MPa H 600 1lim ;齿轮 的接触疲劳强度极限？MPa H 550 2lim ; 6)由表 10-13 文献4 计算应力循环次数： 9 11 10875. 51530082113606060 h jLnN 99 2 10896. 42 . 1/10875. 5N 7)由表 10-19 文献4 查得接触疲劳寿命系数 90. 0 1 HN K,95. 0 2 HN K; 8)计算接触疲劳许用应力: 取失效概率为 1%，安全系数1S,由式(10-12) 文献4 得： MPa S K HH H 540 1 6009 . 0 1lim1lim 1 MPa S K HHN H 5 .522 1 55095. 0 2lim2 2 ; 计算 1)试算小齿轮分度圆直径 t d1，代入 H 中较小的值: 2 4 3 2 1 1 5 .522 8 .189 2 . 1 2 . 2 1 10966. 13 . 1 32. 2 1 32. 2 H E d t t Z u uTK d mm649.53 2)计算圆周速度 V: sm nd V t /81. 3 100060 1360649.5314. 3 100060 11 3)计算齿b mmdb Hd 82.26649.535 . 0 4)计算齿宽与齿高之比hb/ 模数：mmzdm tt 235. 224/649.53/ 11 齿高：029. 5235. 225. 225. 2 t mh 11 5)计算载荷系数 根据 v=3.81m/s,7 级精度，由图 10-8 文献4 查得动载系数 Kv=1.14, 直齿轮，假设mmNbFK ta /100/,由表 10-3 文献4 查得 2 . 1 FH KK; 由表 10-2 文献4 查得使用系数 1 A K; 由表 10-4 文献4 查得 7 级精度齿轮相对支承非对称布置时， bK ddH 3 22 1023. 06 . 0118. 012. 1 将数据代入后得： 182. 1649.531023. 0116 . 0118. 012. 1 322 H K; 由182. 1, 3 . 5/ H Khb,查图 10-13 文献4得， 15. 1 F K; 故载荷系数574. 1182. 12 . 111. 11 HHVA KKKKK 6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a） 文献4 得， t dd 11 3 /KtK=53.649x 3 3 . 1/574. 1=57.18mm 7)计算模数 m m=2mm. 按齿根弯曲强度设计 由式（10-5） 文献4 得弯曲强度的设计公式为 m 3 2 1 1 2 F SaFa d YY z kT 确定公式内的各计算数值 1） 由图 10-20 文献4 查得齿轮的弯曲疲劳极限 1FE =500Mpa; 齿轮的弯曲疲劳强度极限 2FE =380Mpa; 2)由图 10-18 文献4 查得弯曲疲劳寿命系数 88. 0,85. 0 21 FNFN KK; 3)计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4,由式（10-12） 文献4 得： F 1= S K FEFN11 = 4 . 1 50085. 0 =303.57Mpa 2 F S K FEFN22 = 4 . 1 38088. 0 =238.86MPa 4)计算载荷系数 532. 115. 12 . 111. 11 FFVA KKKKK 12 5) 查取齿形系数 由表 10-5 文献4 查得 53. 2,65. 2 21 FaFa YY 6)查取应力校正系数 由表 10-5 文献4 查得 62. 1,58. 1 21 sasa YY 7）计算齿轮、的 F SaFaY Y 并加以比较 1 11 F SaFaY Y = 57.303 58. 165. 2 =0.01379 2 22 F SaFa YY = 86.238 62. 153. 2 =0.01716 齿轮的数值大。 设计计算 m3 2 4 01716. 0 245 . 0 10966. 1532. 12 5 . 1mm 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数， 由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力， 而齿面接触疲劳强度所决 定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数 2。 在零件图中可知， 主动轴与惰轮轴的中心距为 40mm， 即齿轮、 完全啮合的中心距， 得： 几何尺寸计算 计算分度圆直径： d1=Z1m=20x2=40mm d2=Z2m=20x2=40mm 计算中心中距 a =40mm,a=40mm 计算齿轮齿宽 mmdb d 20405 . 0 1 取mmBmmB20,251 2 验算 13 Ft= 1 1 2 d T = 0 .48 10966. 12 4 =819.2N b FK tA = 25 2 .8191 =35.66N/mmS=1.5 故安全 截面 E 右侧面校核： 抗弯截面系数 W 为：W=0.1d 3=0.1x203=800mm3 抗扭截面系数 WT为：WT=0.2d 3=0.2x203=1600mm3 弯矩 M 及弯曲应力为:M=39300x 5 .77 5 . 75 .77 =35496.8mmN b = W M = 800 8 .35496 =44.4Mpa 扭矩 T3及扭转应力 T 为：T3=19700 mmN T = T W T3 = 1600 19700 =12.3Mpa 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 a及 a按附表 3-2 查取 文献 4 ，因 d r = 20 0 . 1 =0.05, d D = 20 25 =1.25,经插值后可查得:a33. 2 ,a66. 1 又由附图 3-1文献？可得轴提材料的敏性系数为：q75. 0 ,q81. 0 故有效应力集中系数按式（附 3-4） 文献 4 为： k2133. 275. 0111 aq k53. 1166. 181. 0111 aq 由附图 3-2 文献 4 得尺寸系数 1 由附图 3-3 文献 4 得扭转尺寸系数 97. 0 19 轴按磨削加工，由附图 3-4 文献 4 得表面质量系数为 = =0.92 轴未经表面强化处理，即1 q ，则按式（3-12）及（3-12） 文献 4 ，得综合系 数值为： K= - 1 -1= 1 2 +1 92. 0 1 =2.09 K= + 1 -1= 97. 0 53. 1 +1 92. 0 1 =1.67 计算安全系数： S= ma K 1 = 01 . 04 .4409. 2 275 =2.96 S= ma K 1 = 2 3 .12 05. 0 2 3 .12 67. 1 155 =14.7 Sca= 22 SS SS = 22 7 .1496. 2 7 .1496. 2 =2.9S=1.5 故该轴在截面右侧面是安全的， 又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对 称性，故可略去静强度校核。 轴承的校核 机床一般传动轴的滚动轴承失效形式， 主要是疲劳破坏， 故应进行疲劳寿命计算。 滚动轴承疲劳寿命计算公式： P C n Lh 60 106 （10-5） 文献 4 式中：)(hLh额定寿命 20 min)/(rn转速 )(nC额定动载荷，表 3.8-50 文献 6 动载荷P 3 因为所受的轴向力太小，所以忽略不计,Fa=0 所受径向力 Fr=945.6/2=472.8N 表 3.8-50 文献 6 P=0.41Fr+0.87Pa=0.41x472.8=193.8 hLh641098 8 .193 14500 136060 10 3 6 h L=30000h(表 13-3) 文献 6 轴承安全 (2)惰轴的设计 轴材料的选择 表 15-3 文献 4 轴材料选用 45 钢，调质处理。 轴径的确定 根据公式 dA03 n P (15-2) 文献 4 =1108 .14 84. 01360 %998 . 2 3 ，取 d=20mm 轴的结构设计： 21 选择滚动轴承 因为轴承同时受有径向载荷及轴向载荷，选用单列向心球轴承，由表 1-14 文献 3, 选用 7002c 轴承。 轴上各段直径，长度如图 8 所示。 键的确定 因为齿轮宽为 30mm,所以选用 6x6x18 平键，表 6-1 文献 4 轴上圆角和倒角尺寸 参考表 15-2 文献 4 ，取轴端倒角 2x450,各轴肩的圆角半径为 R=1.0mm. 扭合成校核轴的强度 作出轴的计算简图 轴上扭转力矩为 22 M=9549x n P =9549x 84. 01360 %998 . 2 =23.2mN 周向力为 Py= d M2 = 3 1020 2 .232 =2320N 径向力为 Pz=0.48 Py=0.48x2320=1113.6N 根据轴的计算简图，分别作出轴的扭矩图、垂直图的弯矩 My 图和水平平面内的 弯矩 Mz 图，如图 10 所示。从图中可知，截面 E 为危险截面，在截面 E 上，扭矩 T 和合成弯矩 M 分别为 T=23.2mN ; M= 22 zy MM= 22 2 .324 .15=32.8mN 按第三强度理论进行强度校核 文献 5: 公式 W 1 22 TM， W 为轴的抗弯截面系数，W= 32 3 d - d tdbt 2 2 (表 15-4) 文献 4 23 W= 202 22026 32 2014. 3 2 3 =785-81=704 W 1 22 TM= 2 3 2 3 102 .23108 .32 704 1 =70MpaS=1.5 故安全 截面 E 右侧面校核： 抗弯截面系数 W 为：W=0.1d 3=0.1x153=337.5mm3 抗扭截面系数 WT为：WT=0.2d 3=0.2x153=675mm3 弯矩 M 及弯曲应力为:M=32800x 39 1239 =22707.7mmN b = W M = 5 .337 7 .22707 =67.3Mpa 扭矩 T3及扭转应力 T 为：T3=23200mmN 25 T = T W T3 = 675 23200 =34.4Mpa 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 a及 a按附表 3-2 查取 文献 4 ，因 d r = 15 0 . 1 =0.07, d D = 15 20 =1.33,经插值后可查得:a12. 2 ,a60. 1 又由附图 3-1文献？可得轴提材料的敏性系数为：q75. 0 ,q81. 0 故有效应力集中系数按式（附 3-4） 文献 4 为： k84. 1112. 275. 0111 aq k49. 1160. 181. 0111 aq 由附图 3-2 文献 4 得尺寸系数 1 由附图 3-3 文献 4 得扭转尺寸系数 0 . 1 轴按磨削加工，由附图 3-4 文献 4 得表面质量系数为 = =0.92 轴未经表面强化处理，即1 q ，则按式（3-12）及（3-12） 文献 4 ，得综合系 数值为： K= - 1 -1= 1 84. 1 +1 92. 0 1 =1.93 K= + 1 -1= 1 49. 1 +1 92. 0 1 =1.58 计算安全系数： S= ma K 1 = 01 . 03 .6793. 1 275 =2.12 26 S= ma K 1 = 2 4 .34 05. 0 2 4 .34 58. 1 155 =5.53 Sca= 22 SS SS = 22 53. 512. 2 53. 512. 2 =1.99S=1.5 故该轴在截面右侧面是安全的， 又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对 称性，故可略去静强度校核。 轴承的校核 因为所受的轴向力太小，所以忽略不计,Fa=0 所受径向力 Fr=1113.6/2=556.8n P=0.41Fr+0.87Pa=0.41x556.8=228.3N 7002c 向心球轴承校核 hLh348604 3 .228 6600 84. 0136060 10 3 6 h L=30000h(表 13-3) 文献 6 轴承安全 （3）工作轴的设计 轴材料的选择 表 15-3 文献 4 轴材料选用 45 钢，调质处理。 轴径的确定 在传动系统的设计与计算中已的工作轴的直径定为 d=15mm。 轴的结构设计： 27 择滚动轴承 因为轴承同时受有径向载荷及轴向载荷，故前、后端均选用单列向心球轴承，又 因工作轴用于钻削，在后端加单向推力球轴承。由表 1-14 文献 3，单列向心球轴 承选用 102 轴承，后端单向推力球轴承选用 8102 轴承。 各段直径，长度如图 11 所示。 键的确定 因为齿轮宽为 25mm,所以选用 5x5x20 平键，表 6-1 文献 4 轴上圆角和倒角尺寸 参考表 15-2 文献 4 ，取轴端倒角 2x450,各轴肩的圆角半径为 R=0.8mm. 扭合成校核轴的强度 作出轴的计算简图 轴上扭转力矩为 28 M=9549x n P =9549x 960 %99%998 . 2 =27.3mN 周向力为 Py= d M2 = 3 1015 3 .272 =3640N 径向力为 Pz=0.48 Py=0.48x3640=1754.5N 根据轴的计算简图，分别作出轴的扭矩图、垂直图的弯矩 My 图和水平平面内的 弯矩 Mz 图，如图 13 所示。从图中可知，截面 E 为危险截面，在截面 E 上，扭矩 T 和合成弯矩 M 分别为 T=27.3mN ; M= 22 zy MM= 22 2 .497 .23=54.6mN 按第三强度理论进行强度校核 文献 5: 公式 W 1 22 TM， 29 W 为轴的抗弯截面系数，W= 32 3 d - d tdbt 2 2 (表 15-4) 文献 4 W= 152 21525 32 1514. 3 2 3 =331.2-56.3=274.9 W 1 22 TM= 2 3 2 3 103 .27106 .54 9 .274 1 =222MpaS=1.5 故安全 截面 E 左侧面校核： 抗弯截面系数 W 为：W=0.1d 3=0.1x153=337.5mm3 抗扭截面系数 WT为：WT=0.2d 3=0.2x153=675mm3 弯矩 M 及弯曲应力为:M=54600mmN b = W M = 5 .337 54600 =161。8Mpa 31 扭矩 T3及扭转应力 T 为：T3=27300mmN T = T W T3 = 675 27300 =40.4Mpa 在附表 3-4 文献 4 用插入法求得轴上键槽处的有效应力集中系数： k 0 ,k54. 1 由附图 3-2 文献 4 得尺寸系数 88. 0 由附图 3-3 文献 4 得扭转尺寸 1 轴按磨削加工，由附图 3-4 文献 4 得表面质量系数为 = =0.92 轴未经表面强化处理，即1 q ，则按式（3-12）及（3-12） 文献 4 ，得综合系 数值为： K= - 1 -1=0+1 92. 0 1 =0.09 K= + 1 -1= 1 54. 1 +1 92. 0 1 =1.63 计算安全系数： S= ma K 1 = 01 . 08 .16109. 0 275 =18.89 S= ma K 1 = 2 4 .40 05. 0 2 4 .40 63. 1 155 =4.57 Sca= 22 SS SS = 22 57. 489.18 57. 489.18 =4.4S=1.5 故该轴在截面右侧面是安全的， 又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对 称性，故可略去 32 静强度校核。 轴承的校核 机床一般传动轴的滚动轴承失效形式， 主要是疲劳破坏， 故应进行疲劳寿命计算。 1) 36102 向心球轴承校核 由第一章可知主动轴的轴向力 Fa=4.091N 所受径向力 Fr=1754.5/2=877.25N (表 3.8-50) 文献 6 P=0.41Fr+0.87Pa=0.41x877.25+0.87x4.091=363.2N hLh883839 2 .363 6250 96060 10 3 6 h L=30000h(表 13-3) 文献 6 轴承安全 2) 8102 推力球轴承校核 P=Fa (表 3.8-54)jj P=4.091N 3 6 091. 4 10500 96060 10 h L h L=30000h(表 13-3) 文献 6 轴承安全 4.3 轴坐标计算 为方便在多轴箱上镗孔，因此进行轴坐标计算是十分重要的。 建立如图 14 坐标系，多轴箱里尺寸如图示为 220x180mm,在多轴箱中心安装主动 轴，则主动轴坐标可知（110，90） ，则根据零件图，可算出其他各轴坐标 33 第 5 章 导向装置的设计 导向装置主要由导柱、导套、弹簧组成。导柱的上端与多轴箱中间板上的导套滑 动配合，下端安装在夹具的钻模板上。 （1） 选择弹簧 用 四 根 弹 簧 支 撑 整 个 多 轴 箱 ， 粗 略 估 算 多 轴 箱 重 量 ： NG9 .4978 . 9105058200240108 . 9 93 每根弹簧负荷：F=124.5N 选圆柱螺旋压缩弹簧(表 12) 文献 7 ，弹簧中径 mmD0 .16 2 ,节距mmt640. 6， 弹簧丝直径mmd8 . 1，工作圈数30n,自由高度mmHo140. (2)导柱、导套的选择 导柱材料为,15 r Gc直径 16mm,长 303mm 导套材料为 20 号钢。 第 6 章 接杆刀具 接杆一端为梯形螺纹，与主动轴的内孔滑动配合，通过键传递扭矩。在梯形 螺纹段并设计有斜面，以便调整接杆的延伸量来补偿刀具的磨损量。接杆另一端 的莫氏锥孔与刀具的莫氏锥柄相配合。 34 第 7 章 装置夹具设计 7.1 夹具概述 夹具是组合机床的重要组成部件， 是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而设 计的。它是用于实现被加工零件的准确定位，夹压，刀具的导向，以及装卸工件时限 位等等作用的。 组合机床夹具跟一般夹具所起的作用看起来好像很接近， 但其结构和设计要求却 有着很显著的甚至是根本的区别。组合机床夹具的结构和性能，对组合机床配置方案 的选择有很大的影响。下面介绍一下组合机床夹具的一些主要特点。关于自动线机床 夹具设计特点将在第六章“组合机床自动线”中专门叙述。 机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的 装置。又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地 安装工件的装置，都可称为夹具。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。 其中机床夹具最为常见，常简称为夹具 。在机床上加工工件时，为使工件的表面 能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求 ， 加工前必须将工件装好（定位） 、夹牢（夹紧） 。夹具通常由定位元件（确定工件在夹 具中的正确位置） 、夹紧装置 、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引 刀具方向)、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装 置和直线移动分度装置两类） 、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。夹具种类 按使用特点可分为：万能通用夹具。如机用虎钳、卡盘、分度头和回转工作台等， 有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、 规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件。专用性夹具。为某种产品 零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由 产品制造厂自行设计。常用的有车床夹具、铣床夹具、钻模(引导刀具在工件上钻孔 或铰孔用的机床夹具)、 镗模(引导镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具)和随行夹具 （用 于组合机床自动线上的移动式夹具） 。可调夹具。可以更换或调整元件的专用夹具。 组合夹具。由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制 和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。 除虎钳、卡盘、分度头和回转工作台之类，还有一个更普遍的叫刀柄，一般说来，刀 具夹具这个词同时出现时，大多这个夹具指的就是刀柄！ 35 （a） 一般的机床夹具是作为机床的辅助机构设计的，而组合机床夹具是机床 的主要组成部分，其设计工作是整个组合机床设计的重要部分之一。 （b） 组合机床夹具和机床其他部件有极其密切的联系：如回转或移动工作 台，回转鼓轮，主轴箱，刀具和辅具，钻模板和托架，以及支承部件等 等。正确地解决它们之间的关系，是保证组合机床的工作可靠和使用性 能良好的重要条件之一。而且夹具的结构也要按这些部件的具体要求来 确定。如在液压驱动的立式回转工作台机床上的夹具，其夹压系统就可 采用液压作为动力；而在卧式鼓轮机床上的夹具，则多采用电气机械 的夹紧方法。 （c） 由于组合机床常常是多、多面和多工序同时加工，会产生很大的切削力 和振动。因此组合机床夹具必须具有很好的刚性和足够的夹压力，以保 证在整个加工过程中工件不产生任何位移。同时，也不应使工件产生不 容许的变形。 （d） 组合机床夹具是保证加工精度（尺寸精度、几何精度和位置精度等）的 关键部件，其实设计、制造和调整都必须有严格的要求，使其能持久地 保持精度。 （e） 组合机床夹具应便于实现定位和夹压的自动化，并有动作完成的检 查信号；保证切屑从加工空间自动排除；便于观察和检查，以及在不 从机床上拆下夹具的情况下，能够更换易损件和维护调整。 组合机床夹具是组合机床的组成部件，其设计应按