ZH1105W柴油机齿轮室盖钻镗专机总体设计

目 录第一章绪论（1）1.1发展现状与趋势（1）1.2问题的提出（1）1.3设计的几大组成部分（1）第二章组合机床总体设计（2）2.1 组合机床工艺方案的制定（2）2.2 组合机床配置型式及结构方案的确定（2）2.3 各侧具体零部件的设计、计算及选择（2）2.4 机床生产率计算卡（9）第三章 组合机床多轴箱设计（11）3.1 绘制右主轴箱设计原始依据图（11）3.2 主轴箱传动系统的设计与计算（12）3.3 多轴箱坐标计算、绘制坐标检查图（17）3.4 主轴箱中变位齿轮的计算（20）3.5 变位齿轮的设计（20）3.6齿轮强度校核 （22）3.7 传动轴直径的确定和轴的强度校核（24）3.8 主轴箱体及其附件的选择设计（27）4 结论（29）参考文献（30）致谢（31）第一章 绪论1.1发展现状与趋势组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效率专用机床。目前，组合机床主要用于平面加工和孔加工两类工序。平面加工包括铣平面、锪（刮）平面、车平面；孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹、锪沉孔滚压孔等。随着综合自动化的发展，其工艺范围正扩大到车外圆、行星铣削、拉削、推削、磨削、珩磨及抛光、冲压等工序。此外，还可以完成焊接、热处理、自动装配和检测、清洗和零件分类及打印等非切削工作。 1.2问题的提出组合机床的设计，目前基本上有两种情况：其一，是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计，这是当前最普遍的做法。其二，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人总结自己生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而且一些行业在完成一定工艺范围内组合机床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专能组合机床”。这种组合机床就不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是可以设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工的零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。1.3设计的几大组成部分本次毕业设计课题来源于生产实际，具体的课题是柴油机齿轮室盖钻镗专机总体及主轴箱设计。在设计前认真研究被加工零件的图样，研究其尺寸、形状、材料、硬度、重量、加工部位的结构及加工精度和表面粗糙度要求等内容，为设计提供大量的数据、资料，作好充分的、全面的技术准备。在准备了充足的资料之后进行总体及零部件的设计工作，总体的设计的主要工作是完成“三图一卡”，即绘制机床的总体尺寸联系图、加工示意图、零件的工序图及编制生产率计算卡；主轴箱设计的方法是：绘制主轴箱设计的原始依据图；确定主轴的结构、轴颈及齿轮模数；拟订传动系统；计算主轴、传动轴坐标，绘制坐标检查图；绘制多轴箱总图，零件图及编制组件明细表。在此次的设计中采用“一面两销”定位，液压夹紧，提高了生产效率，降低了劳动强度品的成本。第二章 组合机床总体设计21 组合机床工艺方案的制定 工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步。因为工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。因此，应根据工件的加工要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常用的工艺方法、充分考虑各种因素，并经技术经济分析后拟订出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。此次设计的组合机床是用于加工柴油机齿轮室盖的钻镗专用组合机床，其工艺方案为钻孔和镗孔，其具体的加工工艺如下:a. 钻6M66H孔至5， 左侧面；b. 钻69孔（深38）， 右侧面；c. 钻39孔（深78）， 右侧面；d. 镗45H8孔至43.5， 后侧面；e. 倒孔口角至46.6， 后侧面；正确选择组合机床加工工件采用的基准定位，是确保加工精度的重要条件。本设计的柴油机齿轮室盖是箱体类零件，箱体类零件一般都有较高精度的孔和面需要加工，又常常要在几次安装下进行。因此，定位基准选择“一面双孔”是最常用的方法， 因此该被加工零件采用 “一面两销”的定位方案，定位基准和夹压点见零件的工序图。该定位方案限制的自由度叙述如下：以工件的右侧面为定位基准面，约束了y、z向的转动和x向的移动 3个自由度。短定位销约束了y、z向的移动2个自由度。长定位销约束了x向的转动1个自由度。这样工件的6个自由度被完全约束了也就得到了完全的定位。22 组合机床配置型式及结构方案的确定 根据选定的工艺方案确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件的精度、技术要求及生产率，又要考虑机床操作方便可靠，易于维修，且润滑、冷却、排屑情况良好。对同一个零件的加工，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采取哪种方案时，绝不能草率，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进行多种方案的对比，从中选择最佳方案。各种形式的单工位组合机床，具有固定式夹具，通常可安装一个工件，特别适用于大、中型箱体类零件的加工。根据配置动力部件的型式和数量，这种机床可分为单面、多面复合式。利用多轴想同时从几个方面对工件进行加工。但其机动时间不能与辅助时间重合，因而生产率比多工位机床低。在认真分析了被加工零件的结构特点及所选择的加工工艺方案，又由单工位组合机床的特点及适应性，确定设计的组合机床的配置型式为单工位卧式组合机床。23 各侧具体零部件的设计、计算及选择2.3.1刀具的选择考虑到工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切削的排除及生产率要求等因素，所以加工15个孔的刀具均采用标准锥柄长麻花钻和单导向悬臂镗刀。2.3.2 右侧面钻9-9a. 切削用量的选择右侧是钻削6-9（深38）及3-9（深78） 根据孔径的大小和深径比，以及被加工材料的硬度查参考文献9表2.17知：主轴的进给量f为0.10.18mm/r，切削速度vc=1018m/min。钻孔的切削用量还与钻孔的深度有关，当加工铸铁件孔深为钻头直径的68倍时，在组合机床上通常都是和其他浅孔一样采取一次走刀的办法加工出来的，不过加工这种较深孔的切削用量要适当降低些，因此选择切削速度vc=13m/min 进给量f=0.13mm/r，由此主轴转速n由公式 (2-1)计算出 r/min，将主轴转速圆整为470 r/min。实际切削速度vc、工进速度vf、工进时间tf 分别由下列公式求得 (2-2) (2-3) (2-4) 计算出实际切削速度vc=13.282m/min，工进速度vf=61.1mm/min，工进时间tf=1.26minb. 切削功率，切削力，转矩以及刀具耐用度的选择由参考文献9表6-20计算公式切削力 (2-5)切削转矩 (2-6)切削功率 (2-7)刀具耐用度 (2-8)计算出切削力F=1144.5N，切削转矩T=3.18Nm，切削功率P=0.153kw，刀具耐用度Tn=768.799minc. 动力部件的选择由上述计算每根轴的输出功率P=0.153kw，右侧共9根输出轴，且每一根轴都钻9直径，所以总切削功率P切削=0.1539=1.377kw。则多轴箱的功率： kw，其中=0.8，所以 kw。根据主轴转矩T=3.18 Nm，由参考文献9表3-4可知 (2-9)其中B= 7.3，则计算出d=17.335mm，选取d=20mm。 由参考文献9表3-6查得主轴直径d=20mm， D/d1=30/20 mm, 主轴外伸尺寸L=115mm,接杆莫氏圆锥号1，2。e. 导向装置的选择组合机床钻孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提高刀具系统的支承刚性。固定式导套：刀具或刀杆本身在导套内既有相对转动又有相对移动，由于这部分表面润滑困难；工作时有粉尘侵入，当刀杆相对导套的线速度超过20m/min时就会有研着的危险，因此选用导套前计算一下导套与刀具的线速度。由上述内容知导套与刀具的线速度vc=13.282m/min=1.11.2,符合传动要求,同样求出轴15与16相啮合的一对齿轮的重合度=1.66=1.11.2, 符合传动要求。3.6 齿轮强度校核在初步确定主轴传动系统后还要对危险齿轮进行强度校核，尤其对低速级齿轮或齿根到键槽距离较小的齿轮及受转矩较大的齿轮进行校核，以保证传动系统平稳准确，有一定的使用寿命。通过比较发现，主轴箱中最薄弱的齿轮是驱动齿轮，因为其传动的功率大，如果它能满足强度要求，则其他的齿轮也应满足要求。驱动轴上的齿轮齿数zo=24,m=3,与其相啮合的大齿轮的齿数z16=36,m=3,驱动轴所传递的功率P=1.72kw,转速no=715r/min,齿数比=1.5，齿轮材料为45钢，大、小齿轮的硬度分别为220HBS,260HBS。3.6.1 校核齿根弯曲疲劳强度c. 许用弯曲应力、取定弯曲疲劳系数SF=1.4, 应力修正系数YST=2.0得 Mpa Mpad. 齿形系数、和应力修正系数、查参考文献13表6.4得=2.62，=2.22， =1.59，=1.77e. 计算大、小齿轮的与，并加以比较取其中大值带入公式计算， 大齿轮的数值较大，应按大齿轮校核齿根弯曲疲劳强度校核计算： Mpa 弯曲疲劳强度足够3.6.2 校核接触疲劳强度接触疲劳强度由公式： 进行校核确定公式中各参数值：a. 小齿轮传递的转矩T1： Nmmb. 大、小齿轮接触疲劳强度极限、按齿面硬度查参考文献13图6.8得大、小齿轮的接触疲劳强度极限=600 Mpa，=560 Mpac. 接触疲劳寿命系数、 查参考文献13图6.6得=0.9，=0.95d. 计算许用接触应力取安全系数SH=1，则 Mpa Mpae. 确定材料系数ZE 查参考文献13表6.3得ZE=189.8f. 计算圆周速度v m/sg. 确定载荷系数K查参考文献13表6.2得使用系数KA=1, 根据v=2.695m/s,7级精度查参考文献13图6.10得动载系数Kv=1.1,查图6.13得K=1.18,则K=KAKvK=11.11.18=1.298校核计算: Mpa 3.7 传动轴直径的确定和轴的强度校核3.7.1 轴的直径的确定 T总=T1i1+T2i2+Tnin (3-5)式中Tn作用在第n根主轴上的转矩，单位为Nmin传动轴至第n个主轴之间的传动比轴10：T10=T1i1+T2i2=2T1i1=23.180.707=4.49 Nm由公式计算出直径mm ,查参考文献9表3-4，选取直径d10=20mm。轴11：因轴11上只有一排齿轮，因此轴不承受扭距，其直径由弯距计算可得，因其承受的弯矩也比较小，参照其他轴，选取d11=25mm。轴12：其受力情况同轴11，所以选取d12=25mm.轴13：T13=T7i7+T8i8+T9i9=3T7i7=33.180.82=7.8228 Nm由公式计算出直径mm ,查参考文献9表3-4，选取直径d13=30mm。轴14：由弯矩计算及参照其他轴取d14=20mm轴15：T15=3T7i7+2T1i1=33.181.670.82+23.181.960.707=21.78 Nm由公式计算出直径mm ,查参考文献9表轴17：选取油泵轴的直径 d16=20mm。3.7.2 轴的强度校核轴在初步完成结构设计后，进行校核计算。计算准则是满足轴的强度或刚度要求。进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的方法，并恰当地选取a. 求出主轴上的转矩 T在工作时，主轴上所承受的功率P=0.153kw（不计齿轮的啮合损耗和轴承损耗的功率）。则 Nmmb. 求作用在齿轮上的力mm N Nc. 轴的受力分析1 .画轴的受力分析图2. 计算支承反力：在水平面内 在水平面内，a-a剖面左侧 MaH=Ftl1=75.8243=3260.26 Nmma-a剖面右侧 MaH=FH2l2=21.3153=3258.9 Nmm在垂直平面内，a-a剖面左侧 MaV=Frl1=27.5943=1186.37 Nmma-a剖面右侧 MaV=FV2l2=7.75153=1185.75 Nmm合成弯矩，a-a剖面左侧 Nmma- a剖面右侧 Nmm4. 画转矩图 T=3108.829 Nmm图3-8 轴的弯矩、扭矩图d. 危险截面的判断 截面左右的合成弯矩右侧相对左侧大些，扭矩为T，则判断左侧为危险截面，只要右侧满足强度要求即可。e. 轴的弯扭合成强度校核由参考文献13表11.2查得= -1=60 Mpa,a-a剖面左侧 f. 轴的疲劳强度安全系数校核根据参考文献13表11.2查得，截面左侧由参考文献13附表11.2查得，；由附表10-4查得绝对尺寸系数，；轴经磨削加工，由附表11.4得表面质量系数。则弯曲应力 ，应力幅 平均应力 切应力 查参考文献13表11.8得许用安全系数， ，则剖面安全，即主轴的强度满足要求。3.8 主轴箱体及其附件的选择设计3.8.1 主轴箱的选择设计该柴油机气缸体三面钻组合机床主轴箱选用630630的通用主轴箱体,主轴箱体材料为HT200,前后盖的材料是HT150,虽然主轴箱是通用的，但为了满足具体的使用要求,故在此基础上进行了一系列的补充加工,其补充加工的情况可参见补充加工图。3.8.2 主轴箱上的附件材料的设计a. 分油器本主轴箱中分油器选用B-ZIR31-2-36型分油器,其作用是把油分成几路,分别润滑不同排数的齿轮及轴承,以便于保证轴承,齿轮有一定的使用寿命,减少摩擦和磨损,降低振动,消耗发热。b. 油杯油杯是用来给箱体注油用的,以保证箱体内油量满足使用要求。c. 油塞油塞是用来放油用的,应该置在箱体的底部,由于该主轴箱是卧式组合机床,故活塞放置在箱体上,放油孔螺母与凸台之间应加封油圈密封。d. 油标油标是用来指示油的高度的,应该放置在便于检查及油面较稳定处,该主轴箱选用管状油标(GB1162-79)放置在箱体侧面上。4结论本课题设计的组合机床采用“一面两销”定位、液压夹紧，一次性加工柴油机齿轮室盖三个面上的钻 、镗孔，保证了加工精度，提高了加工效率，减少了工人的劳动强度。而且在设计之中，尽量选用通用件，进一步减少了制造成本，从而增加了经济效益。参 考 文 献1 叶伟昌主编.机械工程及自动化简明设计手册(上册).北京：机械工业出版社，20012 叶伟昌主编.机械工程及自动化简明设计手册(下册).北京：机械工业出版社，20013 胡家秀主编.机械零件设计实用手册.北京：机械工业出版社，19994 李益民主编.机械制造工艺设计手册.北京：机械工业出版社，1995致 谢本次毕业设计我的课题是柴油机气缸体三面钻、镗孔组合机床总体及右主轴箱设计，在刘道标老师指导下及与同组设计人员共同努力下如期完成了任务。由于我们还是学生,所以在设计这方面还是缺乏经验的,但设计任务摆在我们面前,我们不得不想办法去完成这设计任务。院里也知道我们学生只懂得一些理论知识，对生产实践的内容知之甚少，所以在做毕业设计之前给我们安排了为期两个星期的毕