毕业设计（论文）-曲轴润滑油孔专机的设计研究设计（全套图纸）.doc

江苏科技大学毕业设计(论文)中文摘要 随着社会的不断发展，制造业的制造技术也在飞快的提高。我国在机械加工方面跟上了国外的发展，在普通的机床加工基础上，开始了用数控机床和加工中心进行加工。对于大型结构的零件加工，需要设计一台专用机床进行加工。本文介绍了一台用于加工曲轴润滑油孔的专用钻床,该专机具有主轴调速范围大、行程长等特点,该机床适用于大型结构件深孔加工。使用结果表明,具有一定的实用性和应用价值。设计的机床总体结构类似于一台三坐标摇臂钻床，能够在一次装夹中完成钻铰直油孔、切削多道工序。其大体工作原理如下：曲轴和夹具安装在固定不动的平台上，装有钻头的主轴箱随进给拖板实现钻削进给运动，工作位置的调整是通过大拖板横向运动、摇臂的上下运动、摇臂的转动来实现的。本机床原理正确，使用方便，加工效率高，精度有保证。使用本专用机床加工曲轴，大大缩短了加工时间和制造成本。关键词:曲轴； 油孔；摇臂钻床；主轴箱全套图纸等，联系153893706AbstractBy the continual development of society,making technology of manufacturing has improved quickly.The processing of our country catch up with the development of the other countries in machining side.In the basic of common machine tools machining,people begin to make with The Machining Center.With the machining in accessory of good-sized structural,I need to design a special machine tool to machining. In this paper, a special machine tool for drilling lubricating hole and flange hole of crankshaft is introduced. The machine tool has some p rocessing characters, such as large range of speed governing for headshaft, long travel of feeding motion.The using result make know ,it has definite practicability and worthiness of adhibition. The collectivity configuration of the machine tool is similarity as the radial dring and it has three coordinates.It can finish a lot of processes,for example drilling lubricating hole and so on.The mainly working elements are: crankshaft and clamp are built on the imovable table-board. The headstock has aiguille and it follows dragging board to come true the boring athletics.The landscape orientation of dragging board, the up and down sport of shaking-arm and the running of dragging board turn up the modulating of working station.The elements of machine tool is right and the use of it is convenient.The efficiency of working is high and precision is to ensure.using the special machine tool to process crankshaft than can shorten the time of processing and the making cost.Key words: crankshaft; lubricating hole; radial dring; headstock目 录第一章 绪论111 课题背景1 1.2立题的目的11.3钻削技术的发展21.3.1 一般钻削技术 2 1.3.2深孔钻削加工的方法 2第二章 零件工艺分析 4 2.1曲轴加工工序 4 2.2零件整体分析7 2.3加工工艺的确定 7第三章 总体方案设计 93.1 刀具的选择9 3.2.运动参数和动力参数的确定 93.3电机的选取113.4变速箱的选择和设计12 3.5设计及使用中注意事项14 第四章 总体部件设计及计算 164.1 Z向进给运动中直齿轮1.2的计算及校核16 4.2变速箱高速轴VI的计算和校核20 4.3 滚动丝杆的计算及校核26 4.4 轴承的选定及校核294.4.1 滚动丝杆上深沟球轴承的选定及校核29 4.4.2 滚动丝杆上推力球轴承的选定30第五章 造型32 5.1 PRO/E的介绍325.2 轴、齿轮、摇臂的三维图35 第六章 总结 37 6.1研究总结37 6.2研究展望37 致谢 38 参考文献39 附录 - 40 -第一章 绪论11 课题背景目前，国内曲轴陈旧生产线多数由普通机床和专用机床组成。而金属切削机床是用刀具或磨具对金属工件进行切削加工的机器, 在制造业中, 尤其是机械行业有着非常广泛的应用。然而钻削加工仍然在零件加工中占有相当的比例, 据统计在零件加工中钻孔加工占25% 以上。世界上利用外排屑（如枪钻）深孔钻削技术，可钻削的孔径小到f2mm。长期以来都是利用钻头进行高精度孔、螺纹孔等通孔及螺栓孔等的加工。最近，这类加工已经向高速切削方向迅速发展。摇臂钻床仍然是钻削加工的主要设备之一，作为传统的老产品摇臂钻床, 有数百年的发展历史, 其产品都在不断地更新, 功能也越来越齐全、性能也不断地完善。在经济全球化的今天, 机械行业国际竞争日趋激烈, 给企业带来了严峻的挑战。企业对加工中占有相当地位的钻床也提出了更高的要求。为了适应竞争环境, 钻孔效率提高自然成了节省生产时间、降低生产成本的途径之一。目前国内外制造企业, 趋向中、大孔钻孔加工。1.2立题的目的本次设计的题目是曲轴润滑油孔专机的设计研究。设计曲轴润滑油孔加工机床是对一名机械专业的毕业生四年所学最基本的考查。通过设计机床，能更好的提升学生的机械制图水平；能有效的提高学生查阅机械设计手册、图册的能力；能极大的加强学生对机械设计的计算、工艺分析、工序安排的了解和动手能力。1.3钻削技术的发展1.3.1 一般钻削技术在机床对零件进行切削加工中，有各种加工方法来对各种零进行加工,如车削、铣削、磨削、镗削和钻削等等。钻孔一般作为孔的粗加工，若孔的精度要求高，通常是用铰刀进行精加工，但在单件生产或修配工作中，可采用钻精孔的方法来代替铰孔。参照铰孔工艺，首先钻出底孔，留加工余量0.51mm，再用精孔钻精扩到所需尺寸，这样做可以避免直接钻孔时所产生的诸多弊病。1.3.2深孔钻削加工的方法深孔加工是集深孔刀具、辅具和机床于一体的机械加工工艺技术。其中刀具及排屑技术是深孔加工的关键。国际上解决深孔加工的方法有两种：一是采用专用组合机床。优点显而易见，精度稳定，加工效率高。其动力部分可采用全数控式、液压式或液压与数孔结合式。可采用独立过扭距保护装置或通过数控系统实现保护。钻头可采用普通钻头或枪钻。二是采用通用设备。包括摇臂钻床、加工中心等。摇臂钻床加工精度较低，效率也不高。加工中心精度高，工艺参数选者灵活，相对来说效率低，实现过扭保护比较困难。为解决深孔加工的问题，设计一台曲轴润滑油孔的摇臂钻床，并在夹具、刀具、工艺流程等方面进行了比较深入的研究和应用。制定工艺方案是进行机床设计的基础，因此首先我们制定了切实可行、合理的工艺方案，改进了原方案中的不合理之处；其次是设计的主要工作专用钻床的设计制造。通过机械设计的各部件设计计算，使该机床既具有一定的合理性和可靠性，又具有良好的经济性；另外，刀具的选用，能提高提高其耐用度和使用寿命。国内的很多企业在借鉴先进的深孔加工技术及单管内排屑和喷吸深孔加工技术的基础上，应用数控技术对传统的深孔钻床进行了改造和研制，并实现了刀具和辅具的专业化、系列化设计。本章小结：这一章说明了设计的题目是曲轴润滑油孔专用机床的设计研究，指出了课题的背景和做这个课题的目的，同时分析介绍了下一般切削技术和深孔加工技术的发展。在这一章中，通过查阅网上资料，进行整理，能够比较顺利的完整了这一部分的书写。第二章 零件工艺分析2.1曲轴加工工序油孔加工只是曲轴上面的一小部分，下列是曲轴加工工艺的主要工序（1）.毛坯（2）.打磨第十二曲臂（3）.铣两端缺隙（4）.划线打曲轴号（5）钻两头中心孔（6）.车第一主轴处各级处圆端面（7）.车第七主轴出各级处圆端面（8）.切下试样（9）.钻试样中心孔、重打中心孔（10）.车两端面，重打中心孔（11）.车2.3.4.5.6主轴各端面及轴颈（12）.铣连杆轴颈曲臂开档及平面（13）.划线、检查连杆轴颈余量（14）.粗车全部连杆轴颈外圆及端面（15）.调质前检查（16）.调质热处理（17）.测量摆差修正两端中心孔（18）.精车第一主轴轴颈、端面及法兰外圆（19）.精车2.3.4.5.6.7主轴、端面及法兰外圆（20）.精车所有25度斜面（21）.打磨曲臂斜面、去锐边（22）.磨全部主轴轴颈（23）.划线检查连杆轴颈余量（24）.精车全部连杆轴颈及开档（25）.时效前检验（26）.高温时效（27）.测量摆差、车两端面及修整中心孔并攻M10螺孔（28）.精车长端直径98.6mm外圆（29）.半精磨全部主轴及法兰外面（30）.测量连杆轴颈角并作标记，划连杆中心杆中心印记（31）.半精磨各连杆轴颈圆角及开档（32）.铣2.6.7.11曲臂及四个平衡的结合面（33）.铣去3.4曲臂锻造凸沿（34）.打磨曲臂去锐边（35）.超声波探伤检查 （36）.在W端钻扩攻螺孔，平钻扩较口11定位孔（37）.在X端钻扩攻螺孔，平钻扩较口11定位孔（38）.钻扩攻平衡结合面上8个M20螺孔（39）.钻铰全部连杆轴颈上斜油孔（40）抛出各连杆轴颈孔R2、R8（41）.时效前检查（42）.时效热处理（43）.车二端面修正中心孔，打端面标记（44）.修车全部主轴轴颈、曲臂端面（45）.精车端面、铣槽及法兰外圆倒角（46）.修车全部连杆轴颈曲臂端面（47）.打磨曲臂去毛刺（48）.回攻全部螺纹孔手铰两端直径11的孔（49）.半精磨全部主轴轴颈、外圆（50）.精磨两头直径98外圆和端面（51）.检查孔及120度连杆轴颈夹角并标记（52）.半精磨连杆轴颈（53）.精磨全部主轴轴颈（54）.抛光油孔及去毛刺铣边（55）.修磨两头法兰外圆（56）.清洗（57）.磁粉探伤检查（58）.检测精修、抛光各轴颈摆差圆度和纬度（59）.抛光全部轴颈及R（60）.回攻螺纹修去毛刺、铣边并清洗（61）.氮化前检验（62）.氮化（63）.检测、精修、抛光各轴颈摆差圆度和纬度（64）.抛光全部主轴颈及R（65）.抛光连杆轴及R（66）.回攻螺纹孔、清洗（67）.最后检查（68）.清晰平衡块（69）.装配平衡块和支架（70）.动平衡实验（71）.钻掉平衡块上不平衡量（72）.重装平衡块（73）.抛光两滚轮支承面（74）.入库前外观检验（75）.清洗零件（76）.油封入库2.2零件整体分析曲轴是造价相对较高的重要部件之一，其使用寿命决定了整机的寿命。曲轴各轴颈是在很高的比压下作旋转运动,故使轴颈和轴承受到强烈磨擦,为保证曲轴轴承工作可靠,曲轴上必须开设可靠的润滑油道,将润滑油送到轴承磨擦表面上去。此油道属细长孔,且与轴线成一定的角度。在曲轴加工中,有钻斜直油孔、铰斜直油孔、钻铰法兰连接孔等工步。为了提高生产效率,设计了一台专用钻床,该钻床具有主轴调速范围大、行程长、加工精度高等特点,并能够在一次装夹中完成钻、铰斜直油孔等多道工序。2.3加工工艺的确定在制定专用机床工艺方案时，首先要分析、研究被加工零件的用途及其结构特点，加工部位及其精度、表面粗糙度、技术要求及生产纲领。深入现场调查分析零件（或同类零件）的加工工艺方法，定位和夹紧方式，所采用的设备，刀具及切削用量，生产率情况及工作条件等方面的先行工艺资料，以便制定出切合实际的合理工艺方案。本机床总体结构类似于摇臂钻床,其床身为车床身,立柱随大拖板沿着床身滑动,故可归属于一台三坐标滑座式摇臂钻床,可实现钻、铰、攻丝切削功能。其工作原理为主轴箱随进给拖板实现钻削进给运动( Z 向) , 工位的调整是通过大拖板横向运动(X向) 、摇臂上下运动( Y向) 、摇臂的转动 (XOZ面) 来实现的。钻削运动由切削电机( 29,带变频器)通过弹性柱销联轴器( 16)与主轴变速箱(23,三档变速)相联,可实现主轴切削运动的三档无级变速。手动切削进给运动采用齿轮齿条机构实现,机动切削进给运动由进给电机减速器(26,带变频器)通过传动齿轮(25)带动进给丝杠(18,滚珠丝杆)来实现,丝杆螺母设计成开口螺母,并通过手柄(20)实现手动和机动的切换。摇臂上下运动由电机减速器(22)通过电磁离合器(1,实现机动和手动的切换)与手柄轴相联,并经锥齿轮换向带动梯形丝杠转动,实现摇臂的上下移动。大拖板横向机动( X向) 是由X向驱动电机(3) ,通过齿轮传动、蜗杆传动、齿轮齿条传动来实现的,蜗杆轴上装有带简易牙嵌离合器的手柄,可实现手动微调运动。底柱上开有环形T型槽,并用螺钉联接于大拖板上,立柱与底柱是通过T型螺栓联接,在需摇臂转动时,松开T型螺栓,搬动摇臂实现XOZ方向的转动,立柱下法兰面外缘装有齿圈,通过齿轮(13)实现微调,加工时需拧紧T型螺栓。在进给拖板与摇臂的导轨设计中,下轨采用燕尾形滑动导轨,上轨采用滚动导轨(为了改善摩擦性质) ,并通过调整块(27)上的螺钉调整导轨间隙。摇臂的上下移动通过导向键导向,工作时通过带左右螺旋的锁紧丝杠(24)实现锁紧。在钻铰曲轴润滑油孔时利用数显进行定位,立柱一侧开设磁栅槽,磁头安装在摇臂相应位置,实现Y方向的数显, X向磁栅装在床身上,磁头安装在大拖板上,实现X方向数显。本章小结：这一章介绍了被加工零件曲轴主要的一些工艺步骤，对零件进行整体分析并确定零件加工工艺和机床工作原理。通过对机床运动的研究和分析对工作原理，明白机床的整个工作过程。第三章 总体方案设计3.1 刀具的选择刀具的选用、设计、制造正确与否，对机床的加工精度和效率有着重要影响。刀具选择的好，可以使工序集中、机床结构简化，提高产品质量和生产效率。另外，刀具材料、几何参数等选择得合理，可有效减小切削力，降低切削热的产生，提高刀具耐用度和使用寿命。同时要考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生产要求等因素。一般孔加工刀具（钻、扩、铰等），其直径选择应与加工部位尺寸、精度相适应，其长度要求要保证加工终了时，刀具螺旋槽尾端与导向套外端面有一定距离（一般为3050mm）。刀具选择的基本原则如下：第一，如条件允许，应优先选取标准刀具；第二，为提高工序集中程度，或达到更高精度，可采用复合刀具。第三，镗刀和铰刀选用原则：铰刀生产绿高，一般适用于直径60mm以内的孔。镗刀制造简单，刃磨方便，当有效简单的对刀法时，应优先采用。根据以上原则，考虑到孔的精度要求不高，选用深孔麻花钻头，并适当的调整螺旋角等参数。 根据机床设计条件，选用刀具为高速钢麻花钻，因为曲轴是铸造而成，锋角为（对铸铁），刀具直径为740mm,横刃修摸长度,则选择范围为0.74mm。3.2.运动参数和动力参数的确定加工孔范围：直径740mm，主轴转速：101000rpm.（1）主轴切削速度V（m/min）最大切削速度 =3.14401000/1000=125.6m/min最小切削速度 =3.14710/1000=0.2198m/min（2）主轴最大和最小极限转速分别为 =1000125.6/3.147=5555.6r/min=10000.2198/3.1440=1.75r/min（3）主轴变速范围=1000/10=100（4）主运动转速级数和公比根据机床设计手册，查表7.3-4,由=100,得Z=17，=1.33（Rn为变速范围，为主运动公比）（5）进给量和进给范围根据机床设计手册，查表7.3-5f=0.15-0.4mm/r=4553.3电机的选取电动机功率是计算机床零件和决定结构尺寸的主要依据。如果电动机的功率选择过大，将不必要的增加机床零部件的尺寸造成材料浪费，使其结构过于粗大笨重，且造成功率的浪费；如果功率选择过小，将影响机床的使用性能，达不到设计要求，而且电动机经常处于过载的情况下工作，容易烧毁电机，损坏电气元件。专门机床的功率根据所服务的典型工件的加工工序来确定。切削力和切削扭矩是计算切削功率、零部件强度和刚度、夹具和刀具的原始依据。切削力和切削扭矩与机床的结构方法、被加工零件的材料性能、刀具的材料和种类、刀具的几何角度、切削用量及冷却液有关。（1）主切削电机：钻孔，刀具为高速钢麻花钻，材料：45号钢。钻削的切削用量范围d=7-40mm,进给量f=0.15-0.4mm/r。运动参数：切削速度V=0.2198-125.6m/min,取V=20m/min(对钢、铸铁)根据机床设计手册，表7.1-31，可查得下列参数。钻削计算切削力： 切削功率：电动机所需功率为 (为刀具端所需功率,为传动效率)P=619.51.333=825.8Wa=1234=(1为带传动的效率；2为轴承的传动效率；3为齿轮的传动效率；4为联轴器的传动效率。)所以 =825.8/0.833=991.4W选取Y系列的电机型号为Y112M4，额定功率4KW，转速1400r/min,效率为85.5%，变速箱转速为101000r/min，电机传动比为i=1.4。电动机转矩：T=9550*P/n=95504/1400=27.3 KNmm（2）进给电机：（纵向） Z向进给电机减速器：TF47-64.12-Y0.75-4-B6，功率4KW，转速250r/min。Z方向行程：800mm;进给速度45120mm/min。（3）进给电机：（横向）X向驱动电机：型号Y90L-4-B5,电机功率1.5KW，转速为1400r/min。 X方向行程：4500mm,进给速度2249mm/min。 （4）上下移动电机Y向驱动电机减速器：型号为RW42-18.8-Y90S-4-B5，电机功率为4KW，转速为1400r/min,最大转距为2.2。Y方向行程：850mm;进给速度350mm/min。3.4变速箱的选择和设计为了增加专机的加工能力,要求主轴调速范围为101000r /min,在专机设计中采用机械变速(三档)和电气变频来实现无级变速。主轴变速箱的传动结构原理如图2所示。动力由轴输入, 由轴输出,通过主轴上的三联齿轮实现三档变速,变速操纵机构采用齿轮齿条机构。图示传动路线为中速档,无变频时传动比i总= 6. 31,在保证功率不失真前提下变频器可进行5倍变频,则总传动比最大可达31.55,中速档主轴无级变速范围为n主轴= 31. 69158. 4 r /min。当轴上三联齿轮中的齿轮40 2拨至与轴上的齿轮50 2啮合时,轴上的齿轮40 3与轴上的齿轮20 3退出啮合(因两拨叉作反向互动) ,可实现高速档传动,无变频时传动比i总 = 1. 25,加上5倍变频总传动比最大可达6. 25,高速档主轴无级变速范围为n主轴= 1601000 r /min。当轴上三联齿轮中的齿轮29 2拨至与轴上的齿轮61 2啮合时,轴上的齿轮40 3与轴上的齿轮20 3仍处于啮合(因轴上的齿轮203设计成宽齿轮) ,可实现低速档传动,无变频时传动比i总 = 20,加上5倍变频总传动比最大可达100,低速档主轴无级变速范围为n主轴= 1050 r /min。主轴变速箱结构原理如图3.1： 图3.13.5设计及使用中注意事项(1)摇臂的上轨设计成滚动导轨,而滚动导轨的比压大,故摇臂在选材和工艺处理时建议采用HT350,表面淬火硬度达HBS250270。进给拖板上用于调整间隙的调整螺钉在选型时,为避免意外人为的松动,应采用内六角螺钉。(2)立柱的刚性,直接影响整个机床的刚性,应设计成具有足够刚度,以保证切削质量。(3)摇臂与立柱的导向键之间形成滑动副,位置应设计在垂直于摇臂导轨面的平面上,为了补偿磨损形成的间隙,摇臂在相应位置设计安装一用青铜制成的镶条调整块。(4)加工过程中因切削抗力产生较大的翻转力矩,易抬起整个大拖板以上部件,因此加工时,需通过压块机构锁紧大拖板,保证大拖板和床身导轨的接触。(5)两工作台在安装调试时,需保证水平度、和床身的平行度、以及相互之间的垂直度。加工时曲轴装卡需采用专用的夹具,夹具和工作台之间采用T型螺栓联接。(6)床身和工作台调试采用专用的机床调整块,床身在调试时要保证床身轴线(导轨)的水平度。本章小结：选择机床的刀具，确定运动参数和动力参数，选取主电动机和其它进给电机，对变速箱进行大体结构设计。第四章 总体部件设计及计算4.1 Z向进给运动中直齿轮1.2的计算及校核根据机床设计要求，采用圆柱直齿轮，小齿轮用45号钢，调质处理，硬度241HB286HB，平均取为260HB，大齿轮用45号钢，调质处理，硬度229286HB，平均取为240HB。初步计算转矩 T =9.5510=122240Nmm齿宽系数查机械设计（本节以下都查考此书）表12.13，取 接触疲劳极限由图12.17c得MPa，MPa初步计算许用接触应力 MPa MPa由表12.16，取初步计算小齿轮直径 =85=74.48mm,取d=80mm初步齿宽 =180=80mm校核计算圆周速度 =1.11m/s精度等级由表12.6取8级精度初取齿数 =29；则，由表12.3，取m=3，使用系数由表12.9得=1.5动载系数由图可知K=1.2齿间载荷分配系数由表12.10，先求 NN=1.883.2（1/27+1/54）=1.7由此得 K=齿向载荷分布系数由表12.11得载荷系数 弹性系数由表12.12节点区域系数由图12.16=2.5接触最小安全系数由表12.14S=1.0总工作时间 T=830080.3=5760h应力循环次数由表12.15，估算，则指数m=8.78 接触寿命系数由图12.18得，许用接触应力 验算 = 计算结果表明，接触疲劳强度较为适合，齿轮尺寸无需调整。否则，尺寸调整后还应再进行验算。确定传动主要尺寸实际分度圆直径,因模数取标准值时，齿数已重新确定，但并未圆整，故分度圆直径不会改变，即中心距 齿宽 齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 齿间载荷分配系数由表12.10，齿间载荷分布系数由图12.14载荷系数 齿形系数由图12.21，应力修正系数由图12.22弯曲疲劳极限由图12.23c，弯曲最小安全系数由表12.14应力循环次数由表12.15，估算，则指数m=50弯曲寿命系数由图12.24得尺寸系数又图12.25许用弯曲应力许用接触应力验算4.2变速箱高速轴VI的计算和校核轴是组成机械的一个重要零件。他支承着其他转动件回转并传递转矩，同时它又通过轴承和机架联接。所有轴上零件都围绕轴心线作回转运动，形成了一个以轴为基准的组合体轴系部件。所以，在轴的设计中，不能只考虑轴本身，还必须和轴系零部件的整个结构密切联系起来。轴的强度计算1.按转矩初步估算轴径和选择联轴器选择轴的材料为45号钢，经调质处理，由机械设计手册3的表19.1-1查得材料力学性能数据为：估算轴的直径 Mpa写成设计公式，轴的最小直径 mmW轴的抗扭截面系数，P轴的传递扭矩，kWn轴的转速，r/min许用切应力，MpaC与轴相关的系数，其参考值见下表4.1：轴的材料Q235，20Q255，Q275，354540Cr，38SiMnMo等121520253035404552C16014813512511811210610298表4.1选取C=115考虑装联轴器加键，需将其轴径增加4%5%，故取锥形轴伸的大端直径为32mm。选择联轴器考虑到载荷及过载，取联轴器工作情况系数K=1.5，则联轴器的转矩根据工作要求选取柱销联轴器。由轴径d=32mm和T选择联轴器的型号为：HL联轴器，其允许的转矩最大为500Nm,其D=120mm2轴的结构设计如图4.2： 图4.2如上图，根据轴的受力（图b），为了方便轴的装配，取装轴处的轴径d=37。3.轴上受力分析轴传递的转矩选取传动VI轴齿轮的齿数Z=30，模数m=4，该齿轮为斜齿轮，螺旋角联轴器大端直径根据机械手册的HL联轴器D=120mm齿轮的圆周力 齿轮的径向力 齿轮的轴向力 联轴器由于制造和安装误差所产生的附加圆周力N4.求支反力在水平平面内的支反力（图C）由总得总Z=0，得 在垂直平面的支反力（图e）由图可知由于F的作用，在支点A，B处的支反力（图g），总得5.作弯矩和转矩图齿轮的作用力在水平平面的弯矩图（图d）齿轮的作用力在垂直平面的弯矩图（图f）由于齿轮作用力在D截面作出的最大合成弯矩由于F作用而作出的弯矩图（图h）该弯矩的作用平面不定，但当其与上述合成弯矩共面时是最危险情况。这时其弯矩为二者之和，则截面D的最大合成弯矩为作转矩图（图i）6.轴的强度校核确定危险截面：根据轴的结构尺寸及弯矩图、转矩图，截面D处弯矩最大，且有齿轮配合与键槽引起的应力集中，故属危险截面。现在对D截面进行强度校核。安全系数校核计算：由于该变速箱轴转动，弯矩引起对称循环的弯应力，转矩引起的为脉动循环的切应力。弯矩应力副为（W抗弯端面系数，由机械手册表19.3-17查得W=16.9cm）由于是对称循环弯曲应力，故平均应力根据 （式中45钢弯曲对称循环应力时的疲劳极限，有表19.1-1查得为270MP；正应力有效集中系数，由表19.3-6按键槽查得K，按配合查得，故取；表面质量系数，轴经车削加工，按表19.3-8查得；尺寸系数，由表19.3-11查得。）切应力幅为 MPa（式中 抗扭断面系数，由表19.3-15查得W）根据公式（式中45钢扭转疲劳极限，由表19.1-1查得为155MPa；K取1.89；平均应力折算系数，由表19.3-13查得）轴D截面的安全系数确定由表19.3-5，可知S=1.32.5故SS，该轴D截面是安全的4.3 滚动丝杆的计算及校核滚珠丝杆螺母传动是在丝杆和螺母之间放入适量的滚珠，使丝杆与螺母之间由滑动摩擦变为滚动摩擦的螺旋传动。它整体由丝杆、螺母、滚珠、滚珠循环返回装置四个部分组成。滚珠丝杆副的工作原理大体如下：当丝杆和螺母相对运动时，滚珠就沿丝杆螺旋滚道而滚动。为防止滚珠丝杆沿滚道而滚出，在螺母上设有滚珠循环返回装置，使得滚珠沿滚道而运动后，能通过这个装置自动地返回其入口出，继续参加工作。滚珠丝杆螺母传动的优点是：（1）摩擦小，效率高。（2）由于是滚动摩擦，动、静摩擦系数相差极小，无论是静止还是低速时，摩擦扭矩几乎不变，因而灵敏度高，传动平稳。（3）磨损小，寿命长。（4）可消除轴向间隙，提高轴向刚度。滚珠丝杆的缺点是：（1） 不自锁（2） 结构复杂，工艺性差，成本高。丝杆直径的计算其切应力有公式： Mpa写成设计公式，丝杆的最小直径 mmW轴的抗扭截面系数，P轴的传递扭矩，kWn轴的转速，r/min许用切应力，MpaC与轴相关的系数，C取106 进给丝杆d=30mm时，满足强度要求。预紧力的估算Z进给轴向载荷可估算为其大齿轮轴向力 预紧力一般为最大轴向载荷的1/3，即支承方式螺母座，轴承及支架的刚度不足，将严重影响滚珠丝杆副系统的刚度。由于丝杆主要承受轴向力，可以采用推力轴承作支承。同时要使丝杆具有调心性能，来承受径向载荷。而深沟球轴承主要受径向载荷，也可以承受一定的双向轴向载荷经过对轴向刚度的考虑，设计的丝杆采用一端用推力球轴承和深沟球轴承支承，另一端用调心球轴承支承。滚珠丝杆挠度的计算丝杆两端各装一个径向滚动轴承时，根据机床设计手册2零件设计（上册）（本节遇到的公式都是按本书查得）5.7-25公式计算如下：因为设计的丝杆一端是一个轴向轴承和一个径向轴承，另一端是两个径向轴承，所以设计的丝杆最大挠度值为2/5即挠度值 预拉伸力P刚度的核算（1）滚珠与螺纹滚道间的接触变形选用W系列的滚珠丝杆副，根据轴向载荷为2548kgf，从图5.7-95查得，因进行了预紧，=0.01mm（2）丝杆的轴向拉伸压缩变形L=1695mm查图5.7-100得因为是手册第三种支承方式，所以：（3）支承滚珠丝杆的轴向接触变形现采用8110型推力球轴承（）推力球轴承因加预紧力，故根据以上计算：故该丝杆可用4.4 轴承的选定及校核4.4.1 滚动丝杆上深沟球轴承的选定及校核由于深沟球轴承轴向不受力，根据机械设计手册（3），按丝杆的轴径，用6307型深沟球轴承，其d=35mm。则D=80mm,B=21mm,极限转速：脂润滑时8000r/min,油润滑时9500r/min。其轴向载荷，径向载荷1/32546.70.364=309N校核过程如下：根据机械设计书表18.7，查得e=0.28查表18.7得X=0.56，Y=1.55因为是进给丝杆传动，属中等冲击，查表18.8冲击载荷系数取为当量动载荷P：根据公式额定动载荷：基本额定动载荷查手册，故6007深沟球轴承可以满足轴承寿命的要求4.4.2 滚动丝杆上推力球轴承的选定由于推力球轴承主要受轴向力，根据机械设计手册（3），按丝杆的直径选用51107型推力球轴承：D=35mm,D=52mm,T=12mm,基本额定载荷，极限转速脂为3800r/min,油极限转速为5300r/min.本章小结：对加工孔方向运动的直齿轮进行计算和校核，确定其大小齿轮的齿数、模数和齿宽等；对主轴箱高速轴进行校核，确定其符合要求；对丝杆进行设计并对其上支承轴承进行选择和校核。第五章 造型5.1 PRO/E的介绍Pro/E自1988年问世以来，日趋盛行，已成为当今最为普及的3D CAD/CAM设计系统。它集零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、钣金设计、铸造件设计、造型设计、反求工程、自动测量、机构设计、仿真、应力分析、产品数据管理、协同设计开发等功能于一体。Pro/E在企业制造三维设计中占有机器重要的地位，Pro/E对世界制造的贡献是不可磨灭的。对Pro/E的软件学习，首先以图标、学习流程图来了解该软件3D零件设计的核心实体、曲线及曲面；其次，来学习零件装配及出图的基本操作步骤：Pro/E窗口介绍、Pro/E命令的位置、实体特征简介（包括延伸、旋转、扫描及混合等基础特征，空、壳、肋、拔模、倒圆角等工程特征）、曲线的五中创建方式、曲线的8中编辑方式等来设计曲面造型零件；最后掌握零件装配、生成各类工程图的方法。一、简述Pro/E三维实体特征实体特征是Pro/E系统的核心，实体特征可分为基础特征及工程特征。基础特征：此类特征的二维截面呈现不规则的几何形状，学习者必须绘制出特征和二维截面的草图，方能创建出特征的三维集合模型。工程特征：此类特征创建在零件粗胚或现有零件上，加入时仅需给特征的工程数据（如圆孔直径、圆角半径、薄壳厚度等），即可创建出特征的三维几何形状。运用Pro/E进行实体三维建模需要如下大体步骤进入Pro/E的画面，主画面左侧显示硬盘中文件夹及预设的工作目录，右侧是自动链接至参数科技公司的网页区。如创建新的零件文件或打开旧的零件文件，则画面显示下列区域：零件显示区为Pro/E的主画面，用以显示零件的三维几何形状。特征图标区主画面的右侧有数个 常用特征的小图标，用以进行特征的创建。浏览区主画面的左侧为浏览区，用以显示零件的模型树、零件的图层、各个文件夹的文件、个人常用的文件夹等。下拉菜单位于画面的最上方，包括有多种类型的命令，如文件、编辑、视图、插入、分析、信息、应用程序、工具、窗口、帮助等，让我们在进行零件设计时能控制Pro/E的整体设计环境。工具栏图标位于下拉菜单的下方，将下拉菜单中常用的功能以小图标显示出来。仪表板在创建特征时，特征的各种信息、各个选项及其图标会显示在主画面左下方的仪表板中。信息窗口当在进行零件设计时，在仪表板的下方会提示学习者下一步的操作步骤是什么，或要求输入必要的数据，并回馈命令执行的结果等信息。命令简要说明当鼠标位于：任意个工具栏图标上时，仪表板的任意一个图表时，命令菜单的任一个命令时，在画面的地步立刻会出现一个关于该命令的简要说明。在用Pro/E创建基础特性时，须绘制特征的二维截面的草图，绘图的基本步骤如下：（1）画线条（2）确认尺寸（3）单击确认按钮，完成二维截面的草图的绘制。在加入基础特征时，会用到拉伸由现有零件选取适当的平面来绘制二维截面的草图，Pro/E系统会垂直该截面长出实体，然后将该实体加入现有零件，或由现有零件切掉该实体。在利用旋转的方式加入基础特征时，由现有零件选取适当的平面来绘制中心线及二维截面的草图，此二维截面饶着中心线旋转，做出一个旋转实体，然后将此实体加入现有零件，或由现有零件切掉此实体。而加入工程特征孔时，如一个圆孔为贯穿零件的孔，或圆孔底面为平面，则可直接选取该圆孔的钻孔平面，定出圆孔中心轴的位置，再指定此圆孔的直径与深度，即可创建出此圆孔。对于加入工程特征倒圆角时，可以将零件的一条或数条边作为圆弧面。二、简述曲线及曲面曲线的创建创建一条曲线的方式包括：（1）在一个平面上直接绘制二维曲线；（2）通过两个或两个以上的点创建曲线；（3）读入一连串的点资料来创建曲线（4）读入二维剖面，抓取此剖面的边界线作为曲线；（5）输入方程式创建出曲线。曲线的编辑当零件上有曲线存在时，可使用下列方式进行曲线的编辑：（1）复制现有的线条；（2）将曲线镜象；（3）将曲线移动；（4）对曲线进行修剪；（5）求取两个曲面的交线；（6）将线条进行投影；（7）对线条进行包若络；（8）将线条进行偏移。曲面的创建曲面的创建与实体特征类似，可使用拉伸、旋转、扫描、混合等方式，由二维截面长出曲面，或抓取现有零件的二维权限来创建曲面。曲面的编辑当零件上有曲面存在时，可使用下列方式进行曲面的编辑，并产生新的曲面：（1）复制实体上或曲面上的面；（2）将曲面镜象；（3）将曲面移动；（4）将两个曲面合并；（5）对曲面进行修剪；（6）以填充的方式做平面型的曲面；（7）将曲面延伸；（8）将曲面偏移。同时Pro/E可以进行阵列的应用，并能对零件进行装配和工程图的制作。掌握Pro/E软件的使用，对我们机械制图，三维造型有着极大的