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汽缸 孔镗削 动力 设计

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汽缸孔镗削动力头的设计,汽缸,孔镗削,动力,设计

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湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）中期检查表学部：理工学部学生姓名王威学号200841914122年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(1)班指导教师姓名周光永指导教师职称副教授毕业论文（设计）题目缸体曲轴孔与凸轮轴孔镗削动力头的设计工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题1.查找资料相关文献，完成开题报告2.确定缸体曲轴孔与凸轮轴孔镗削动力头的设计方案，结构分析3.进行缸体曲轴孔与凸轮轴孔镗削动力头的设计的计算1.缸体曲轴孔与凸轮轴孔镗削动力零件图的绘制2.优化模具设计和分析3.编制工作零件的加工工艺规程4.整理修改及提交毕业设计说明书和设计图纸指导教师意见指导教师签名：年月日检查（考核）小组意见检查小组组长签名：年月日湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）任务书 学生姓名：王威 学 号：20841914122 年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自 动化（1）班 指导老师及职称：周光永 副教授 学 部：理工学部2011年 9月 20日填 写 说 明一、毕业论文（设计）任务书是学院根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必须针对每一位学生，不能多人共用。三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达，不得随意更改。五、各栏填写基本要求。（一）主要内容和要求：1工程设计类选题明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等。（二）主要参考文献与外文资料：在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。（三）毕业论文（设计）的进度安排：1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%；撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文（设计）题目汽缸孔镗削动力头的设计 主要内容和要求（宋体五号，行间距单倍行距）1、结合实习进行方案的选择，要求论证充分。2、整体结构设计，绘制0号装配图一张。3、绘制PLC控制原理图或液压图一张，编写控制程序。4、测绘零件图1号图一张。5、编写设计计算说明书一份，不少于15000字。注：此表如不够填写，可另加附页。主要参考资料（具体格式以规范化要求规定为准）1谢家瀛主编.组合机床设计简明手册M.北京：机械工业出版社，1996.2李益民主编.机械制造工艺设计简明手册M.北京：机械工业出版社，1993.3成大先主编.机械设计手册M.北京： 化学工业出版社， 2004.4王旭、王积森编.机械设计课程设计M.北京： 机械工业出版社， 2003.5徐灏主编.机械设计手册M.北京： 机械工业出版社， 2004.6方键，机械结构设计M.北京：化学工业出版社，2005.7赵韩，黄康，陈科.机械系统设计M.北京：高等教育出版社,2003.8孙恒，作模主编.机械原理（第六版）M.北京.高等教育出版社,2001.9温松明.互换性与技术测量基础 M长沙：湖南大学出版社2000年10月 工作进度安排（宋体五号，行间距固定值22磅）起止日期主要工作内容2月2日至3月15日 收集资料3月16日至3月31日 总体方案论证,选择,整体结构的初步设计 4月1日至4月5日 中期检查4月6日至4月15日 整体结构设计,绘制装配图4月16日至4月30日 绘制控制原理图5月1日至5月10日 绘制零件图5月11日至5月22日 编写设计计算说明书 5月底开始 审核,修正,答辩准备要求完成日期：2012年 5月 5日 指导教师签名： 接受任务日期：2011年 9月21日； 学生本人签名： 王威 注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。 湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）开题论证审批表学生姓名王威学号200841914122年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(1)班指导教师及职称周光永 副教授开题时间年 月 日毕业论文（设计）题目缸体曲轴孔与凸轮轴孔镗削动力头的设计文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等，不少于1000字）1课题背景及现状随着科技的发展与社会的进步，人们的生活质量越来越高，对衣、食、住、行提出了更高的要求。而出行的快捷性、方便性与安全性则依赖于交通工具的发展。汽车作为重要交通工具之一，已经成为人类生活不可缺少的一部分，汽车工业则成为现代国家国民经济的支柱产业之一。发动机是汽车的核心部件，其制造水平的高低直接影响到发动机的使用性能，而汽车发动机制造则在汽车工业中有着举足轻重的地位。随着我国汽车行业的发展，在对汽车产品及其零、部件质量要求提高的同时，对发动机制造业中的机械加工方式也提出了新的要求。在国家发布的“十一五科技发展规划纲要中，明确说明应重点发展高效率、高精度的数控镗铣床和组合机床，以满足汽车发动机缸体、缸盖及航空航天等行业各种难加工零件的加工需要。汽缸体是汽车发动机乃至汽车中最重要的零件之一，是发动机的核心基础零件，通过它将发动机的曲柄连杆机构和配气机构以及供油、润滑、冷却等机构联接成一个整体。在实际工作时，缸体、活塞及缸盖共同组成了柴油机燃烧室。对于干式缸套，其外壁不直接接触冷却水，在其机体内有密封水套，这将使缸体壁厚变薄且厚度不均，对其加工带来困难。气缸体上“止口形位精度超差，则会使装配的缸套上部产生挤压变形，导致发动机运行时出现拉缸、泄漏;缸套内孔与端面形位要求及粗糙度超差，会使加工中凸肩上轴向夹紧力不均匀，加工后凸肩会存在显微裂纹，致使发动机工作时出现窜气、烧机油，甚至在耐用期内出现显微裂纹处开裂等现象，使发动机功率下降，无法启动，严重影响发动机的技术性能及使用效果。因此发动机缸体的加工长期以来一直受到国内外有关生产厂家的高度重视。缸体曲轴孔对缸套与止口之间的形位公差要求非常高，所以在加工时，常将缸孔及止口一次定位加工完成，这样既可保证同轴度的要求，又解决了止口端面对缸孔的跳动问题，这就要求有一台专机或自动线来进行加工，通常采用精密镗削的加工方法来保证精度。它是发动机机体生产中最后一道金属切削工序，也是发动机机体压装缸套前的最后一道机械加工工序，其加工质量对发动机的性能有着直接的影响。对于完成该工序的专用设备汽缸孔高性能镗削组合机床因其精度要求高、技术难度大，国内很难生产，而国外一些如GROB.WERKE、HELLER、HUllerHille、CROSS、LAMB、CROWSE等知名公司的产品一直垄断着高性能组合机床的世界市场，进口该类型设备成本很高，动辄需要上千万元，增加了发动机制造成本，严重制约了我国发动机行业的发展。因此对汽缸孔精加工工艺及其生产设备一组合镗床进行研究，对提高工艺技术水平、降低生产成本、实现汽车生产关键设备国产化具有重要意义。2.研究目的1.提高生产效率，2.提高产品质量，3.降低生产成本.3.研究内容和主要要求1、结合实习进行方案的选择，要求论证充分。2、整体结构设计，绘制0号装配图一张。3、绘制PLC控制原理图或液压图一张，编写控制程序。4、测绘零件图1号图一张。5、编写设计计算说明书一份，不少于15000字。主要参考资料（具体格式以规范化要求规定为准） 1 谢家瀛主编.组合机床设计简明手册M. 北京：机械工业出版社，1996.2 李益民主编.机械制造工艺设计简明手册M. 北京：机械工业出版社，1993.3 成大先主编.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，2004.4王旭、王积森编.机械设计课程设计M。北京：机械工业出版社，2003.5徐灏主编.机械设计手册M. 北京：机械工业出版社，2005.6 方键，机械结构设计M.北京：化学工业出版社，2005.7 赵韩，黄康，陈科.机械系统设计M.北京：高等教育出版社，2003. 8孙恒，作模主编.机械原理（第六版）M.北京：高等教育出版社，2001.9温松明.互换性与技术测量基础M.长沙：湖南大学出版社，2000年10月.研究方案： 一、研究目的：提高生产效率，提高产品质量，减少成本。二、设计主要内容：1建立数学模型；2进行方案选择，要求论证充分；3整体结构设计，绘制0号结构示意图一张；4测绘零件图1号图纸一张；5编写设计计算说明书一份，不少于15000字。三、研究方法：收集资料并归纳分析，总体方案论证，选择，整体结构的初步设计。对各主要零件设计、计算。根据分析方案，。确定整体结构设计，绘制装备图；控制原理图；零件图。四、毕业设计预期成果：我相信在老师的领导和同学的帮住下，我相信能学到很多的知识，也相信能顺利完成本次设计。 时间进程安排： 2012.02.022012.03.15 收集资料2012.03.162012.03.31 总体方案论证，选择，整体结构的初步设计2012.04.12012.04.05 中期检查2012.04.162012.04.30 绘制控制原理图2012.05.12012.05.10 绘制零件图2012.5.112012.5.22编写设计计算说明书 5月底开始审核、修正、答辩准备开题论证小组意见 组长签名： 年 月 日 专业委员会意见 专业教研室主任签名： 年 月 日 湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计缸体凸轮轴孔和曲轴孔镗削动力头的设计THE DESIGN OF BORING MACHINE KINETIC HEAD CAM SHAFT AND CRANK HOLE 学生姓名：王威学 号：200841914122年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化（1）班指导老师及职称：周光永 教授学 部：理工学部湖南长沙提交日期：2012年5月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日目 录摘要1关键词11. 前言22. 课题背景及现状 23. 动力学参数的选定24. 切屑力的计算35 电机的选用46. 拟定传动方案46.1 主轴布置方案4 6.2 主轴布置方案评价57. 结构设计5 7.1 传动装置传动比5 7.2 计算传动装置的运动和动力参数5 7.2.1 转速5 7.2.2 功率6 7.2.3 转矩6 7.3 齿轮设计计算及校核6 7.3.1 凸轮轴与驱动轴的齿轮设计与计算及校6 7.3.2 曲轴与驱动轴的齿轮设计与计算及校核10 7.4 主动轴的设计、校核13 7.4.1 初步确定轴的最小直径13 7.4.2 轴的结构设计13 7.4.3 求轴上的载荷14 7.4.4 按弯矩合成应力校核轴的强度15 7.4.5 精确校核轴的疲劳强度16 7.5 键的选择及校核18 7.5.1 键的选择18 7.5.2 键的校核18 7.6 轴承19 7.6.1 轴承的选择19 7.6.2 轴承寿命的校核198. 密封与润滑21 8.1 润滑21 8.2 密封229. 液压传动22 9.1 负载分析22 9.2 负载图与速度图的绘制22 9.3 液压缸主要参数的确定23 9.4 液压系统图的拟定24 9.4.1 液压回路的选24 9.4.2 液压元件的选择25 9.5 油液温升验算2810. 总结29参考文献29致谢30附录30 湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）开题论证记录学 部： 理工学部 学生姓名王威学 号20084191422年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化专业(1)班指导教师姓名周光永指导教师职称副教授毕业论文（设计）题目缸体曲轴孔与凸轮轴孔镗削动力头的设计论证小组质疑及指导意见 1、动力头的工作原理 2、缸体曲轴孔加工工艺的方法3、如何确保取消加工变形 学生回答简要记录 1、动力头是能实现主运动和进给运动，并且有自动工件循环的动力部件。是电机带动一个齿轮变速机构，可以实现镗削、铣削、钻削等功能，有的带有导轨，可以小范围的直线运动，其为固定式，不能运动，可以完成简单的加工。 2、（1）切削加工；（2）衍磨；（3）捡漏；（4）清洗 3、（1）平面度要求严的重要特征面，分粗精加工（2）加工过程中选择合适的压紧位置（3）加工过程中及时换刀，确保刀具切削刃锋利，减少切削阻力，从而减少加工变形 论证小组成员签名 记录人签名： 论证时间： 2011年12月22日注：记录、签名栏必须用黑色笔手工填写。缸体凸轮轴孔和曲轴孔镗削动力头的设计摘要：机床中，动力头是机床的核心部件，直接反应着机床的加工性能。而零件是否能达到加工要求，主要取决于机床本身动力头的设计与制造精度是否达到了一定的程度。本设计是镗床动力头，本设计主要是对动力头的动力学参数和运动学方案的确定，再根据动力头的传动方案，设计出主轴箱，即主轴箱、主轴、传动轴和齿轮的参数，选定主轴和传动轴的轴承并对其进行校核。而动力头的进给运动采用液压传动的方式，并进行液压系统的设计与计算，得到一个完整的液压传动系统方案。最终完一个镗床动力头的设计。关键字：镗床；动力头；镗削加工The Design of Boring Machine Kinetic Head Cam Shaft and Crank Hole Student: Wang WeiTutor: Zhou Guangyong(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract: In the Machine tool, the power head is the core component of the machine, which is the direct reaction process performance. But whether the parts can achieve processing requirements, mainly depends on the machine head itself in the design and manufacture of precision is achieved certain degree. This design is boring head, This design is mainly to the head of the kinematics and dynamics of parameter design, according to the power transmission project, the design of the spindle box, namely the spindle box, spindle, transmission shaft and the parameter selection, the gear axis and the shaft bearings and carries on the check. The head and feeding movement by hydraulic transmission, and hydraulic system design and calculation, get a full hydraulic transmission system. Finally accomplish a boring head design。Key words: boring machine; power head; boring1 前言凸轮轴孔与曲轴孔的加工是发动机加工的重要程序。加工完成后的孔必须满足一定的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度等要求。因此，在发动机的大批量生产当中，为了保证凸轮轴与曲轴孔相应的精度和提高生产率，必须采用合适的加工设备和工艺手段，本论文研究的题目为基于液压控制的EQ6100发动机凸轮轴与曲轴孔组合镗床动力头的设计，研究的意义在于保证孔相应的精度的同时，充分提高劳动生产率、降低成本。组合镗床与一般镗床相比，它具有设计制造方便，加工范围广，加工灵活性高和效率高的特点。在发动机凸轮轴孔与曲轴孔的加工中，广泛采用组合镗床加工。动力头为组合镗床的关键部件，其性能直接决定机床的整体性能和加工零件的精度。因此，动力头的设计师组合机床设计中最重要的一环1。本设计针对凸轮轴孔和曲轴孔的精镗工序，由主轴箱主轴带动镗杆同时对凸轮轴孔和曲轴孔进行加工，一次性完成加工过程。为了保证加工精度的要求，对动力头的各组成部分都应有相应的要求。其中主轴的影响最关键，主轴的径向跳动和轴向窜动将直接影响凸轮轴和曲轴孔的圆度、平行度等精度的要求。进给运动主要通过滑台来实现。滑台分为液压滑台和机械滑台。液压滑台由液压系统控制实现进给运动。机械滑台是依靠电机通过机械传动来驱动滑台实现进给运动。不同的进给控制方式有其各自的特点。本设计由液压滑台来实现进给运动，液压滑台由液压系统来驱动，实现工作过程中的快进、工进和快退的循环过程2。 2 课题背景及现状随着科技的发展与社会的进步，人们的生活质量越来越高，对衣、食、住、行提出了更高的要求。而出行的快捷性、方便性与安全性则依赖于交通工具的发展。汽车作为重要交通工具之一，已经成为人类生活不可缺少的一部分，汽车工业则成为现代国家国民经济的支柱产业之一。发动机是汽车的核心部件，其制造水平的高低直接影响到发动机的使用性能，而汽车发动机制造则在汽车工业中有着举足轻重的地位。随着我国汽车行业的发展，在对汽车产品及其零、部件质量要求提高的同时，对发动机制造业中的机械加工方式也提出了新的要求。在国家发布的“十一五科技发展规划纲要中，明确说明应重点发展高效率、高精度的数控镗铣床和组合机床，以满足汽车发动机缸体、缸盖及航空航天等行业各种难加工零件的加工需要。汽缸体是汽车发动机乃至汽车中最重要的零件之一，是发动机的核心基础零件，通过它将发动机的曲柄连杆机构和配气机构以及供油、润滑、冷却等机构联接成一个整体。在实际工作时，缸体、活塞及缸盖共同组成了柴油机燃烧室。对于干式缸套，其外壁不直接接触冷却水，在其机体内有密封水套，这将使缸体壁厚变薄且厚度不均，对其加工带来困难。气缸体上“止口形位精度超差，则会使装配的缸套上部产生挤压变形，导致发动机运行时出现拉缸、泄漏;缸套内孔与端面形位要求及粗糙度超差，会使加工中凸肩上轴向夹紧力不均匀，加工后凸肩会存在显微裂纹，致使发动机工作时出现窜气、烧机油，甚至在耐用期内出现显微裂纹处开裂等现象，使发动机功率下降，无法启动，严重影响发动机的技术性能及使用效果。因此发动机缸体的加工长期以来一直受到国内外有关生产厂家的高度重视。缸体曲轴孔对缸套与止口之间的形位公差要求非常高，所以在加工时，常将缸孔及止口一次定位加工完成，这样既可保证同轴度的要求，又解决了止口端面对缸孔的跳动问题，这就要求有一台专机或自动线来进行加工，通常采用精密镗削的加工方法来保证精度。它是发动机机体生产中最后一道金属切削工序，也是发动机机体压装缸套前的最后一道机械加工工序，其加工质量对发动机的性能有着直接的影响。对于完成该工序的专用设备汽缸孔高性能镗削组合机床因其精度要求高、技术难度大，国内很难生产，而国外一些如GROB.WERKE、HELLER、HUllerHille、CROSS、LAMB、CROWSE等知名公司的产品一直垄断着高性能组合机床的世界市场，进口该类型设备成本很高，动辄需要上千万元，增加了发动机制造成本，严重制约了我国发动机行业的发展。因此对汽缸孔精加工工艺及其生产设备一组合镗床进行研究，对提高工艺技术水平、降低生产成本、实现汽车生产关键设备国产化具有重要意义。3 动力学参数的选定根据参考文献4，取相应的切削用量及动力学参数为：进给量： ，背吃刀量 ap=0.8mm， 切削速度：v=80m/min；刀具材料：高速钢。则有转速： 根据任务书得知：EQ6100缸体气缸材料：HT250 ；加工精度：7级 曲轴孔直径：70mm；凸轮轴孔直径：40mm；两孔深度：900mm 两孔中心距：80mm 加工方式：精镗3。4 切削力计算根据参考文献2，利用指数公式来计算切削力及切削功率，即：式中工件材料和切削条件对切削力的影响系数；背吃刀量对切削力的影响指数；进给量对切削力的影响指数；切削功率： 效率：电动机功率： 5 选择电动机根据计算结果电动机功率： 及电动功率，选取电动机功率型号为Y132S8型号电动机，其额定功率：，同步转速：，满载转速： 6 拟定传动方案6.1 主轴布置方案分析传动系统的工作情况及销切加工精度等要求，考虑到节省基本时间，保证提高生产效率，故采用两轴同时镗孔，一次镗销完成加工，可以使几个孔的基本时间重叠，镗床工作台进给镗削法。初步确定三种主轴箱传动方案，如下：图一 Fig 1 图二 Fig 2图三Fig 36.2 轴布置方案评价方案一：很难保证加工出的两孔中心距为80mm，不适合。方案二：因为传动比较小，所以一级减速就可以了。而且一端悬空，稳定性差，对加工精度、表面粗糙度有极大的影响。方案三：稳定性相对较好，采用齿轮、轴的数量也相对合理。综合上述，最后选择方案三。7 结构设计7.1 传动装置传动比计算传动装置传动比。7.2 计算传动装置的运动和动力参数7.2.1 转速根据下面公式计算各轴转速: , （1）则有各轴的转速为驱 动 轴： 主动轴：主动轴: 7.2.2 功率驱 动 轴：主动轴：主动轴: 7.2.3 转矩驱动轴：主动轴：主动轴: 7.3 齿轮设计计算及校核7.3.1 凸轮轴与驱动轴的齿轮设计与计算及校核1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 选用直齿圆柱齿轮传动。 镗床动力头为高精装置，速度高，精度要求高，故选用7级精度。 材料选择，小齿轮材40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45号钢（调质），硬度为240HBS，两者材料硬度差为40HBS。 选小齿轮齿数=24，则大齿轮齿数=2.9724=71.28=72。2. 按齿面接触强度计算由设计计算公式计算，即 （2） 试选载荷系数=1.3。 小齿轮传递的转矩： （3） 由表选取齿宽系数 =1 由表查的材料的弹性影响系数=189.8 由图10-21d 按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa ；大齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa 由式计算应力循环次数： （4） 由图10-19取接触疲劳寿命系数 =0.90 ；=0.93 计算接触疲劳许用应力 取失败概率为1%, 安全系数S=1, 由式10-12得 计算： 计算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值， 计算圆周速度： 计算齿宽b： 计算齿宽和齿高之比：模数： （5） 齿高： =10.66 计算载荷系数：根据 6级精度 由图10-8得 直齿轮 由表10-2，使用系数 由表 10-4，查得六级精度小齿轮相对支撑非对称布置时， 由 =10.66 ， 查图10-13得 故载荷系数 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径， 计算模数m： 3按齿根弯曲强度的设计公式为 （6） 确定公式内的各计算值： 由图10-20c 查的小齿轮的弯曲疲劳强度极限： 大齿轮的弯曲疲劳强度极限： 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数： 计算弯曲疲劳许用应力：取弯曲疲劳安全系数S=1.4， 计算载荷系数K （7） 查取齿形系数： 由表10-5查得： 查表10-5得： 计算大、小齿轮： 设计计算： （8） 对比计算结果，由齿面解除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（即模数于齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.35并就近圆整为标准值m=1.5 mm，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数 大齿轮的齿数： ，取这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面解除疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4. 几何尺寸计算： 分度圆直径： 中心距： 齿轮宽度： 取 表1 齿轮参数表Table 1 The table of gear parameters参数齿轮2齿轮3齿数3192齿顶圆直径49.5141分度圆直径46.5138齿宽5046.5齿高3.3753.375模数m1.51.5中心距92.2592.257.3.2 曲轴与传动轴的齿轮设计与计算及校核1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 选用直齿圆柱齿轮传动。 镗床动力头为高精装置，速度高，精度要求高，故选用7级精度。 材料选择，小齿轮材40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45号钢（调质），硬度为240HBS，两者材料硬度差为40HBS。 选小齿轮齿数=24，则大齿轮齿数=5.224=124.8。2. 按齿面接触强度计算由设计计算公式计算，即 （9） 试选载荷系数=1.3。 小齿轮传递的转矩： 由表选取齿宽系数 =1查的材料的弹性影响系数=189.8 由图10-21d 按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa ；大齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa 由式计算应力循环次数： 由图取接触疲劳寿命系数 =0.90 ；=0.93 计算接触疲劳许用应力 取失败概率为1%, 安全系数S=1, 由式得 计算： 计算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值， 计算圆周速度： 计算齿宽b： 计算齿宽和齿高之比：模数：齿高： =10.25 计算载荷系数：根据 6级精度，得 直齿轮 使用系数查得六级精度小齿轮相对支撑非对称布置时， 由 =10.25 ， 查图10-13得 故载荷系数 （10） 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径， 计算模数m：3按齿根弯曲强度的设计公式为： （11） 确定公式内的各计算值： 由图查的小齿轮的弯曲疲劳强度极限： 大齿轮的弯曲疲劳强度极限： 由图取弯曲疲劳寿命系数： 计算弯曲疲劳需用应力：取弯曲疲劳安全系数S=1.4， 由式得： 计算载荷系数K （12） 查取齿形系数： 由表查得： 查表得： 计算大、小齿轮： 设计计算： （13） 对比计算结果，由齿面解除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（即模数于齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.35并就近圆整为标准值m=1.5 mm，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数 （14）大齿轮的齿数： ，取这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面解除疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4. 几何尺寸计算： 分度圆直径： （15） 中心距： （16） 齿轮宽度： （17） 取 表 2 齿轮参数表Table 2 The table of gear parameters参数齿轮1齿轮4齿数30152齿顶圆直径48231分度圆直径45228齿宽5045齿高3.3753.375模数m1.51.5中心距136.5136.57.4 主动轴的设计、校核7.4.1 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表，取A0 103-126，则有： （18）（外伸轴，取A0 120） 因为代加工曲轴孔直径为70mm，故选最小直径。7.4.2 轴的结构设计 初选滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承系列。按工作要求，查标准：GB29283，选取中窄(3)系列，角接触球轴承7314C。其尺寸：，则和段；。左端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得7314C型轴承的定位轴肩高度，因此，取。 取安装齿轮处的轴段-的直径；齿轮右端与右轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为45mm，为了使套筒的端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂的宽度，故取。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处的直径。轴环宽度，取。 取齿轮距箱体内壁之间的距离，两齿轮之间的距离。考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取，已知滚动轴承宽度，大齿轮3的轮毂长，则 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。7.4.3 求轴上的载荷 在确定轴承的支点位置是，应从手册中查取a值。对于7314C型角接触球轴承，由手册查得。因此，作为简支梁的轴的支撑跨距。齿轮上的作用力：圆同力： （19）径向力： （20） 轴上的作用力： 支反力： （21） （22） （23） 弯 矩： 总弯矩：扭 矩：由以上计算和轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图如下：图 1 弯矩和扭矩图Fig 1 Figure of moment and torque7.4.4 按弯扭合成应力校核轴的强度校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，以轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力 （24） 已知轴的材料为45钢，调质处理，由表151查得，因此，故安全。7.4.5 精确校核轴的疲劳强度（1），判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面、处过盈配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面上的应力最大，但应力集中不大，而且这里轴的直径最大，故不必校核。由于键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核截面左右两侧即可。（2），截面右侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面右侧的弯矩M为：截面上的扭矩截面上的弯曲应力：轴的材料为45钢，调质处理，。查表15-1得：，。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及因， ，经插值后可查得：， 又由附图3-1可得轴的材料敏性系数为，。故有效应力集中系数为： 由附图3-2可知尺寸系数，由附图3-3可知扭转尺寸系数。轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，得综合系数为 （24）又由3-1和3-2得碳钢的特性系数，取，取计算安全系数得 （25），1.5。故可知其安全。（3），截面左侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 截面左侧的弯矩M为：截面上的扭矩 截面上的弯曲应力：过盈配合处的 ,由附表3-8用插值法求出,并取，于是得： 轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为轴未经表面强化处理，即，按式3-12和3-12a得综合系数为 又由3-1和3-2得碳钢的特性系数，取，取于是按式15-615-8计算安全系数得 （26） 1.5 故该轴在截面右侧的强度也是足够的。简略其他轴的强度校核。7.5 键的选择及其校核7.5.1 键的选择齿轮与轴的周向定位均采用平键连接。-段 。由机械设计表61查得平键尺寸为：。同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为。7.5.2 键的校核键、轴和轮毂的材料都是钢，查得许用挤压应力，取其平均值。键的工作长度为，键与轮毂键槽的接触高度。由式61可得 (27）故满足键的挤压强度，键的选选择合格。7.6 轴承7.6.1 轴承的选择参考GB29283，初选轴承7307C，为中窄系列。7.6.2 轴承寿命的校核（以主轴为例）：根据设计是一对反装的7307C型角接触轴承。查GB29283 7307C型的基本额定动载荷，基本额定静载荷。预期寿命为（1），求轴承受到的径向载荷计算齿轮受力：圆周力：径向力：将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。由力分析可知： （28）（2），求轴承的计算轴向力和对于7307C型轴承，轴承派生轴向力，其中，其值由的大小来确定，但现轴承轴向力未知，故先初取，因此可估算按式（1311）得：进行插值计算得：再计算两次计算的值相差不大，因此确定，。（3），求轴承当量动载荷和分别进行查表或插值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1：，对轴承2：，因轴承运转中有中等冲击载荷， ，取。则：， （4），验算轴承寿命。因为，所以按轴承1的受力大小难算由于设计为双联齿轮，故冲击载荷由四个轴承承受，故。轴承一大一小，故故所选轴承满足寿命要求。8 润滑与密封8.1 润滑：齿轮采用浸油润滑。当齿轮圆周速度时，圆柱齿轮浸入油的深度约一个齿高，三分之一齿轮半径，大齿轮的齿顶到油底面的距离3060mm。参考1。轴承润滑采用润滑脂，润滑脂的加入量为轴承空隙体积的，采用稠度较小润滑脂。8.2 密封防止外界的灰尘、水分等侵入轴承，并阻止润滑剂的漏失。参考2。高低速轴密封圈为：唇形密封圈（FB型）GB/T9877.1-1998。9 液压传动设计的镗床动力头使用液压系统控制，以实现“快进工进快退停止”的工作循环。已知：机床上有主轴2个，分别加工和的孔，刀具有高速钢，工件材料HT250，工进行程为200mm，快进为700mm，快进速度为8m/min。工进速度为。1HY40型液压滑台。9.1 负载分析工作负载：镗刀镗孔时的轴向切削力 液压缸在各工作阶段的负载值表 3 工作负载表Table 3 The table of load工况负载组成负载值推力起动9801089加速823914快进490544工进12971441快退4905441.液压缸的机械效率取。2.不考虑动滑台上颠覆力矩的作用。重力估算：惯性负载：阻力负载：静摩擦阻力：9.2 负载图和速度图的绘制负载图按上面数值绘制，如图所示。速度图按已知数值、快退行程和工进速度等绘制，如图所示，其中由主轴转速及每转进给量求出，即图2 负载与速度图Fig 2 The figure of load and speed9.3 液压缸主要参数的确定由表可知，组合机床液压系统在最大负载约为时宜取。鉴于动力滑台要求快进、快退速度相等，这里的液压缸可选用单杆式的，并在快进时作差动连接。这种情况下液压缸无杆工作面积应为有杆腔工作面积两倍，即活塞杆直径与缸筒直径呈的关系。在镗削孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压，以防孔被镗削时滑台突然前冲。根据现代机械设备设计手册中推荐数值，可取。快进时液压缸虽作差动连接，但由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取。快退时回油腔中是有背压的，这时可按估算。由工进时的推力式，计算液压缸面积 （29） 故有；当按GB/T 2348-2001将这些直径圆整成就近标准值时得：，。由此求得液压两腔的实际有效面积为： 经检验，活塞标的强度和稳定性均符合要示。根据上述与的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率，如下表所示，并据此绘出工况图所示。液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值表 4 工况表Table 4 The table of condition工 况推力回油腔压力进油腔压力输入流量输入功率快进起动108902.506加速9142.4492.149恒速5441.6961.3963.9280.091工 进14410.81.8900.0530.002快退起动108902.312加速9140.63.166恒速5442.3803.7680.0919.4 液压系统图的拟定9.4.1 液压回路的选择首先要选择调速回路。由图中的些曲线得知，机床液压系统的功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，可采用进口节流的调整形式。为了解决进口节流调整回路在镗削进的滑台突然前冲现象，回油路上要设置背压阀。由于液压系统选用了节流调整的方式，系统中油液的循环必然是开式的。从工况图中可以清楚地看到，在这个液压系统的工作循环内，液压缸要求油源交替地提借低压大流量的和高压小流量的油液。最大流量与最小流量之比约为，而快进退所需的时间和工进所需的时间分别为： （30）亦即是。因此从提高系统效率、节省能量的角度上来看，采用单个定量泵作为油源显然是不合适的，而宜选用大、小两个液压泵自动并联供油的油源方案。其次是选择快速运动和换向回路。系统中采用节流调整回路后，不管采用什么油源形式都必须有单独的油路直接向液压缸两腔，以实现快速运动。在本系统中，单杆液压缸要作差动连接，所以它的快进快退换向回路应采用所示的形式。再次是选择速度换接回路。由工况图中的曲线得知，当滑台从快进转为工进时，输入液压缸的流量3.928L/min降到0.053L/min，滑台的速度变化较大，宜选用行程阀来控制速度的换接，以减少液压冲击。当滑台由工进转为快退时，回路中通过的流量很大进油路中通过3.768L/min，回油路中通过。为了保证换向平稳起见，可采用电液换向阀式换接回路。由于这一回路要实现液压缸的差动连接，换向阀必须是五通的。最后再考虑压力控制回路。系统的调压问题和卸荷问题已在油源中解决，就不需再设置专用的元件或油路。9.4.2 液压元件的选择（1），液压泵。液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为，如取进油路上的压力损失为，压力继电器调整压力高出系统最大工作压力之值为，则小流量泵的最大工作压力应为大流量泵是在快快速运动时才向液压缸输油的，由图可知，快退时液压缸中的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为，则大流量泵的最高工作压力为两个液压泵应向液压缸提供的最大流理为，若回路中的泄漏按液压缸输入流量的估计，则两个泵的总流量应为。由于溢流阀的最小稳定溢流量为，而工进时输入液压缸的流量为，由小流量液压缸泵单独供油，所以小液压泵的流量规格最少应为。根据以上压力和流量的数值查问产品样本，最后确定选取PV2R126/26型又联叶片泵，其小泵和大泵的排量数分别为和，若取液压泵的容积效率，则当泵的转速时，液压泵的实际输出流量为由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作压力为、流量为。取泵的总效率，则液压泵驱动电动机所需的功率为根据此数值按JB/T96161999，查阅电动机产品样本选取YS906型电动机，其额定功率，额定转速。（2），阀类元件及辅助元件。根据阀类及辅助元件所在油路是最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可选出这些液压元件的型号及规格见表。表 5 元件的型号Table 5 Model of components序号元件名称估计通过流量额定流量额定压力额定压降型号、规格1双联叶片泵（0.846+5.076）16/14PV2R12-6/262三位五通电液阀750160.535DYF3Y-E10B3行程阀1225160.2AXQF4调速阀0.30.7-25165单向阀1540160.26单向阀1040160.2AF3-Ea10B7液控顺序阀840160.2XF3-E10B8背压阀0.34016YF3-E10B9溢流阀1.54016YF3-E10B10单向阀840160.2AF3-Ea10B11过滤器1063160.02XU-6380-J12压力表开关16KF3-Ea10B13单向阀1540160.2AF3-Ea10B14压力继电器10HED1kA/10此为电动机额定转速时液压泵输出的实际流量（3），油管。各元件间连接管道的规格按元件接口处尺过决定，液压缸进、出口油管则按则按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以要重新计算如表（4）所示。表中数值说明，液压缸快进、快退速度、与设计要求相近。这表明所选液压泵的型号、规格是适宜的表 6 液压缸的进、出流量和运动速度Table 6 The speed and flow of hydraulic cylinder流量速流快进工进快退输入流量/Lmin-1排出流量/Lmin-1运动速度/mmin-1根据表/Lmin-1的数值，当油液在压力管中流速取/L时，按式/Lm算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为 这两根油管都按GB/T 23512005选用外径、内径的无缝钢管。（4），油箱。油箱容积按式（78）估算，当取为7时，求得其容积为按JB/T 79381999规定，取标准值9.5 油液温升验算工进在整个工作循环中所占的确时间比例