毕业设计（论文）-三通阀2-φ17双头立式孔加工专用机床设计【全套图纸】.doc

全套图纸 加全套图纸 加 153893706153893706 毕业设计说明书 题目名称题目名称 三通阀三通阀 2 172 17 双头立式孔加工专用机双头立式孔加工专用机 床床 20112011 年年 0505 月月 三通阀 2 17 双头立式孔加工专用机床设计 摘要 随着自动化生产能力的提高 现代工厂中出现需要组合机床的场合越来越多 组合机床是以通用部件为基础 配以工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和 夹具 组成的半自动或自动专用机床 它一般采用多轴 多刀 多工序 多面或 多工位同时加工的方式 生产效率比通用机床高几倍至几十倍 由于通用部件已 经标准化合系列化 可根据需要灵活配置 能缩短设计和制造周期 因此 组合 机床兼有低成本和高效率的优点 在大批量生产中得到广泛应用 并可用以组成 自动生产线 本课题针对三通阀端面上 2X 17 孔钻削这一特定工序而设计的一台专用立 式组合机床 本设计中 在充分数据计算的基础上对标准通用零件做了仔细选择 并依据 被加工零件的结构特点 加工部位的尺寸精度 表面粗糙度要求 以及定位夹紧 方式 工艺方法和加工过程中所采用的刀具 生产率 切削用量情况等设计了结 构合理的多轴箱 关键词 组合机床 多轴箱 工艺流程 钻削 I 三通阀 2 17 双头立式孔加工专用机床设计摘要 随着自动化生产能力的提高 现代工厂中出现需要组合机床的场合越来越多 组合机床是以通用部件为基础 配以工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹 具 组成的半自动或自动专用机床 它一般采用多轴 多刀 多工序 多面或多工 位同时加工的方式 生产效率比通用机床高几倍至几十倍 由于通用部件已经标准 化合系列化 可根据需要灵活配置 能缩短设计和制造周期 因此 组合机床兼有 低成本和高效率的优点 在大批量生产中得到广泛应用 并可用以组成自动生产线 本课题针对三通阀端面上 2X 17 孔钻削这一特定工序而设计的一台专用立式组 合机床 本设计中 在充分数据计算的基础上对标准通用零件做了仔细选择 并依据被 加工零件的结构特点 加工部位的尺寸精度 表面粗糙度要求 以及定位夹紧方式 工艺方法和加工过程中所采用的刀具 生产率 切削用量情况等设计了结构合理的 多轴 箱 关键词 组合机床 多轴箱 工艺流程 钻削 II 毕业论文外文摘要 TitleTitle Double three way valve 2 17 hole processing machine tools for the design of vertical AbstractAbstract With automatic production capability is improved the modern factories in need of modular machine tool the combination of more occasions based on general parts match with workpiece specific shape and process design of special components and fixtures composed of semi automatic or automatic special machine It usually adopts the multiaxial knife processes and multi faceted or multistage and processing production efficiency than general machine high several times or more Due to the common parts have standard series can according to the combined flexible configuration can shorten the cycle of design and manufacture Therefore the combination machine has the advantages of low cost and high efficiency in large mass production is widely used and the automatic production line can be used to composition This paper introduces a special vertical combination machine tools designed for Three way valve face 2X 17 holes on the surface drilling this specific processes In this design all the standard parts selection based on the carefully data calculation and according to the characteristics of the structure by processing components precision machining parts size surface roughness and the localization way clamping technology and processing process using tools cutting dosages as productivity the structure design of reasonable spindle box III KeywordsKeywords combined machine tool production efficiency clamp drilling 目目 录录 1 1 引言引言 3 1 11 1 组合机床概述组合机床概述 3 1 21 2 该课题研究的目的和意义该课题研究的目的和意义 3 1 31 3 组合机床发展史组合机床发展史 3 1 41 4 国内外该研究技术现状国内外该研究技术现状 4 1 51 5 发展趋势发展趋势 5 1 61 6 本课题研究的基本内容本课题研究的基本内容 5 2 2 多孔钻组合机床总体方案设计多孔钻组合机床总体方案设计 6 2 12 1 零件分析零件分析 6 2 1 12 1 1 零件的技术要求零件的技术要求 6 2 1 22 1 2 结构方案分析和定方案的选择结构方案分析和定方案的选择 6 2 1 32 1 3 选择定位基准的原则及应注意的问题选择定位基准的原则及应注意的问题 6 2 1 42 1 4 确定夹压位置应注意的问题确定夹压位置应注意的问题 7 2 22 2 工艺分析工艺分析 7 2 32 3 确定机床的配置形式确定机床的配置形式 7 2 3 12 3 1 不同配置形式组合机床的特点及适应性不同配置形式组合机床的特点及适应性 8 2 3 22 3 2 不同配置形式组合机床的加工精度不同配置形式组合机床的加工精度 8 2 3 32 3 3 选择机床配置形式应注意的问题选择机床配置形式应注意的问题 9 2 42 4 组合机床切削用量组合机床切削用量 9 2 4 12 4 1 组合机床切削用量的选择特点组合机床切削用量的选择特点 9 2 4 22 4 2 确定切削用量应注意的问题确定切削用量应注意的问题 10 3 3 参数的拟定参数的拟定 11 3 13 1 电机的选择电机的选择 11 IV 3 23 2 初定主轴转速初定主轴转速 12 3 33 3 滑台每分钟进给量的计算滑台每分钟进给量的计算 12 3 43 4 主轴直径的确定主轴直径的确定 13 4 4 传动件的计算传动件的计算 13 4 14 1各轴转速的计算各轴转速的计算 1313 4 24 2 各轴直径的估算各轴直径的估算 1313 4 34 3 齿轮齿数的确定和模数的计算齿轮齿数的确定和模数的计算 1414 4 3 14 3 1 齿轮齿数的确定齿轮齿数的确定 1414 4 3 24 3 2 齿轮模数的计算齿轮模数的计算 1515 4 3 34 3 3 齿宽确定齿宽确定 2020 4 3 44 3 4 齿轮结构设计齿轮结构设计 2020 4 44 4 传动轴间的中心距传动轴间的中心距 2020 4 54 5 片式摩擦离合器的选择和计算片式摩擦离合器的选择和计算 2020 4 5 14 5 1 摩擦片的径向尺寸摩擦片的径向尺寸 2121 4 5 24 5 2 按扭矩选择摩擦片结合面的数目按扭矩选择摩擦片结合面的数目 2121 4 5 34 5 3 反转摩擦片数反转摩擦片数 2222 5 5 动力设计动力设计 2222 5 15 1 传动轴的验算传动轴的验算 2222 5 1 15 1 1 主轴箱主轴的强度计算主轴箱主轴的强度计算 2323 5 1 25 1 2 主轴抗震性的验算主轴抗震性的验算 2525 5 25 2 齿轮校验齿轮校验 2727 5 35 3 轴承的校验轴承的校验 2828 参考文献参考文献 2929 结论结论 3030 致谢致谢 3131 毕业设计说明书 1 1 引言 1 1 组合机床概述 组合机床是以系列化 标准化的通用部件为基础 再配以少量专用部件而 组成的专用机床 具有一般专用机床结构简单 生产率及自动化程度高 易保证 加工精度的特点 又能适应工件的变化 具有一定的重新调整 重新组合的能力 组合机床可以对工件采用多刀 多面及多方位加工 特别适于在大批 大量生产 中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工 组合机床可完成钻 扩 铰 镗孔 攻螺纹 车 铣 磨削以及滚压等工序 1 2 该课题研究的目的和意义 传统机床只能对一种零件进行单刀 单工位 单轴 单面加工 成产效率 低且加工精度不稳定 组合机床能够对一种 或几种 零件进行多刀 多轴 多面 多工位加工 在组合机床上可以完成钻孔 扩孔 铣削磨削等工序 生 产效率高 加工精度稳定 本课题针对三通阀 2 17 双头立式孔加工专用机床 设计 有利于提高大批量生产的变速箱的生产效率 提高加工精度稳定性 节 约社会资源 1 3 组合机床发展史 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的 在专用机床中某些部件因 重复使用 逐步发展成为通用部件 因而产生了组合机床 最早的组合机床是 1911 年在美国制成的 用于加工汽车零件 初期 各机 床制造厂都有各自的通用部件标准 为了提高不同制造厂的通用部件的互换性 便于用户使用和维修 1953 年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制 造厂协商 确定了组合机床通用部件标准化的原则 即严格规定各部件间的联 系尺寸 但对部件结构未作规定 二十世纪 70 年代以来 随着可转位刀具 密齿铣刀 镗孔尺寸自动检测和 刀具自动补偿技术的发展 组合机床的加工精度也有所提高 铣削平面的平面 毕业设计说明书 2 度可达 0 05 毫米 1000 毫米 表面粗糙度可低达 2 5 0 63 微米 镗孔精度可 达 IT7 6 级 孔距精度可达 0 03 0 02 微米 1 4 国内外该研究技术现状 组合机床自1911年在美国研制成功后便广泛应用于大批量生产的汽车工业中 并且随着汽车工业的发展而逐步完善 组合机床是根据被加工件的工艺要求 按照工序高度集中的原则而设计的 并以系列化 标准化的通用部件为基础 配以少量专用部件而组成的专用设备 并配以专用夹具 采用多把刀具同时进 行加工 组合机床的辅助动作实现了自动化 具有专用 高效 自动化和易于 保证加工精度 当被加工的零件尺寸结构有所改进时 合机床的通用零部件还 可以重新被利用组成新的组合机床 且具有一定的柔性度 在数控设备还没有 普及和推广的几十年里 它对于提高加工效率 降低对操作者的技术要求起到 了很大的作用 尤其是组合铣床和专用钻床 在壳体类零件的加工线中应用非 常广泛 近几年来 由于国家加大基础设施的投入 工程机械需求呈现了强劲的增 长势头 部分生产厂家呈现出一年翻一番的发展形势 虽然国家因出现局部经 济过热而采取对钢材 建材 电解铝等行业进行调控 但许多重点工程都陆续 开工上马 工程机械虽不会出现过热现象 但今后几年仍然会维持较大程度的 增长态势 国内工程机械同进口产品相比 其特点是价位低 产品稳定性 可 靠性差 零件加工手段落后 随着国家对世贸承诺的逐步实现 价格的竞争优 势也逐渐减少 以装载机为例 目前大多数的主机生产厂及部件配套厂家对变 速箱箱体 变矩器壳体前车架 后车架 动臂 驱动桥等关键零件 大多采用 通用设备加工 这种加工方式的缺点有 生产能力难以扩大 产品质量不稳定 在制品积压严重 经济效益不够显著 值得庆幸的是国内比较大的装载机生产 厂家都已逐步认识到这一问题 在机构件方面 厦工 临工 宜工 龙工纷纷 采用组合机床对动臂 前车架 后车架 前后铰接架的孔系进行加工 零件一 次装夹 多头同时加工 比通用机床单孔逐个加工 效率提高了 3 6 倍 而且 避免了工件调头而产生的二次定位误差 运用组合机床加工结构件与通用机床 相比各孔系坐标精度可以由 1mm 提高到 0 2mm 同轴度 0 5mm 提高到 0 08mm 孔系平行度由 0 7mm 提高到 0 1 mm 而且所有精度均靠机床 本身的装配精度保证 为提高整车的质量奠定了基础 变速箱箱体是装载机运 毕业设计说明书 3 动系统中的核心部件 零件本身的结构刚度较差 而加工精度相对要求较高 不采用特殊措施 使得与变速器结合面 0 08mm 的平面度以及各孔对此面的垂 直度 各孔中心矩均难以保证 组合机床与通用机床组合生产线使适当的投资 能迅速扩大生产规模 解决通用机床加工效率低 同一工序需要多台机床加工 的难题 在工程机械快速发展的今天 我们面临的产品上规模 质量上台阶的 难题 都可以运用组合机床加工得到有效的解决 组合机床在工程机械领域有 着更大的发展空间 1 5 发展趋势 现阶段组合机床主要应用于大批量生产中 随着组合机床加工的发展与各 种生产管理技术的发展与完善 组合机床在中小批量生产中也将得到广泛的应 用 应用成组技术 把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工 以 提高机床的利用率 这类机床常见的有两种 可换主轴箱式组合机床和转塔式 组合机床 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动 以简化 结构 缩短生产节拍 采用数字控制系统和主轴箱 夹具自动更换系统 以提 高工艺可调性 以及纳入柔性制造系统等 1 6 本课题研究的基本内容 1 零件分析 仔细阅读所拿到的零件图纸 分析零件的结构特点及技术要求 2 拟定零件工艺方案 确定零件的材料 加工时的定位基准以及零件的加工工艺方案 3 总体方案设计 确定机床的配置形式及总体结构方案 4 组合机床设计 毕业设计说明书 4 确定被加工零件的工序图 零件加工示意图 绘制机床尺寸联系图 机床 生产率计算卡 5 主轴箱设计 绘制主轴箱草图 选择主轴结构形式及动力计算 设计主轴箱的传动系统 2 2 多孔钻组合机床总体方案设计多孔钻组合机床总体方案设计 2 1 零件分析 被加工零件 三通阀 工件材料 HT200 2 1 1 零件的技术要求 a 保证 2X 17 孔对基准中心的位置度 b 水平方向孔中心到设计基准的位置度要求 c 垂直方向孔中心到设计基准的位置度要求 2 1 2 结构方案分析和定方案的选择 本课题是针对三通阀端面上 2 个孔钻削这一特定工序而设计的一台专用组 合机床 正确选择加工用定位基准是确保加工精度的重要条件 同时也有利于 实现最大限度的集中工序 从而实现减少机床台数的效果 由于采用专用夹具 对其精度要求完全可以达到 2 1 3 选择定位基准的原则及应注意的问题 a 应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准 这样可以减少基 毕业设计说明书 5 准不符的误差 以保证加工精度 但在某些情况下 却必须选用其他作为定位 基准 b 选择定位基准应确定工件定位稳定 尽量采用已加工较大平面作为定位 基准 这对于加工尤为重要 c 统一基准原则 即在各台机床上采取共同的定位基面来加工零件不同表面 的孔或对同一表面上的孔完成不同的工序 这对工序多的箱体类尤为重要 2 1 4 确定夹压位置应注意的问题 在选择定位基面时 要相应决定夹压位置 此时应注意的问题是 a 保证零件夹压后定位稳定 为使工件在加工过程中不产生振动移动 夹压 力要足够 夹压点布置加压合力落在定位平面内 b 尽量减少避免零件夹压后得变形 消除其对加工精度的影响 2 22 2 工艺分析工艺分析 工艺分析是设计组合机床最重要的一步 必须认真分析被加工零件的工艺 过程 深入现场全面了解被加工零件的结构特点 加工部位 夹紧方式 工艺 方法和加工过程所用的刀具 切削用量及生产率等 选择单工位 单面组合机床 使机床结构简单 工件可靠 更符合多 快 好 省的要求 a 加工精度的要求 由于加工孔相对于中心的位置度要求比较高 因此采用单工位方法一次定 位 可以减少定位误差 b 被加工零件大小形状特点 加工部位特点要求 这些特点在很大的程度上决定采用立式机床 一般来说 孔中心线与定位 基面垂直宜采用立式机床 故本加工工序采用立式机床 该组合机床是钻 毕业设计说明书 6 2X 17 表面粗糙度为 12 5 两孔之间同轴度为 0 5 因此采用移动式钻模 板 本道工序的夹紧也非常方便 可以利用上一道工序的加工特点 孔定位 端面定位 端夹紧 定位可靠 夹紧方便 装卸方便 工艺装备简单 根据上 述被加工零件的结构特点 加工要求 工艺过程及生产率 可以确定机床配置 形式为立式组合机床 这种配置形式可达到较高的加工精度 对于精加工机床 的夹具公差 一般加工零件的三分之一至五分之一 对于粗加工机床采用固定 式导向 能达到 0 2mm 2 32 3 确定机床的配置形式确定机床的配置形式 通常根据工件的结构特点 加工要求 生产率和工艺过程方案等 大体上 就可以确定应采用哪种基本形式的组合机床 但在基本形式的基础上 由于工 艺的组织 动力头的不同配置方法 零件安装数目和工位数多少等具体安排不 同 而具有多种配置方案 它们对机床的结构复杂程度 通用化程度 结构工 艺性能 重新调整的可能性以及经济效果 还有维修操作是否方便等 都具有 不同的影响 另外 还必须看到 就是在有些情况下 对于工艺过程方案做不 大的更改或重新安排 往往会使机床简单 工作可靠 结构紧凑 更符合多快 好省的要求 因此 在最后决定机床配置形式和结构方案时 必须注意下面一 些问题 A 加工精度要求的影响 B 机床生产率的影响 C 被加工零件的大小 形状加工部位特点的影响 D 车间布置情况的影响 E 工艺间联系情况的影响 F 使用厂的技术后方和自然条件的影响 被加工零件的特点在很大程度上决定了机床的配置形式 毕业设计说明书 7 2 3 1 不同配置形式组合机床的特点及适应性 单工位组合机床通常是用于加工一个或两个工件 特别适用于大中型箱体 件的加工 根据配置动力部件的数量 这类机床可以从单面或同时从几个方面 对工件进行加工 各种形式的单工位组合机床具有固定的夹具 通常可以安装 一个工件特别适合于大中型零件的加工 本设计的零件较大 需要加工的孔径 较大 且与轴箱配合安装 基于这点考虑 本设计采用单工位组合机床是合适 的 多工位组合机床主要适用于中小型零件 2 3 2 不同配置形式组合机床的加工精度 在组合机床上影响加工精度的因素很多 一般分为与切削负荷无关的误差 如机床原始误差 工件安装误差 夹具与刀具的误差 其它偶然性误差等 和与切削负荷有关的误差 如夹压变形 热变形 刀具磨损所引起的误差和其 他偶然性误差 组合机床加工精度通常是靠夹具来保证的 我们也可以把影响 加工精度的因素分为加工误差和夹具误差两大类 那么现在的问题在于确定夹 具误差和加工误差的比例 这个问题的解决通常是根据经验数据来进行机床配 置形式的选择 一般从固定式夹具组合机床的加工精度和移动式夹具组合机床 的加工精度来考虑 固定式夹具单工位组合机床加工精度最高 这种机床由于 零件采用固定导向的位置度可以达到 0 2mm 可见这种形式的组合机床加工 此零件能稳定的保证加工精度 2 3 3 选择机床配置形式应注意的问题 A 适当提高工序集中程度 在确定机床的配置形式和结构方案时 要合理解决工序集中程度的问题 在一个动力头上安装多轴 同时加工多孔来集中工序 是组合机床最基本的方 法 在一台机床主轴数量有达 200 根左右的 但是 也不应无限制地增加主轴 数量 要考虑到动力头及主轴箱的性能和尺寸 并保证调整和更换刀具的方便 性 这些在以后的设计中药得以解决 B 注意排屑和操作使用的方便性 毕业设计说明书 8 排除切屑和操作使用的方便性队机床方案也有影响 C 夹具形式对机床配置形式的影响 选择机床配置形式时要注意考虑夹具结构的实现可能性和工作的可靠性 在决定加工一个工件的成套流水线上个机床的型式时 还应注意 是机床与夹 具的型式尽量一致 尤其是粗加工机床 这样不仅有利于保证加工精度 而且 便于设计 制造和维修 也提高了机床之间的通用化程度 D 另外还应具有一定的成产批量 2 42 4 组合机床切削用量组合机床切削用量 选择切削用量是否合理对组合机床的加工精度 生产线 刀具耐用度 机 床的形式及工作稳定性都有很大的影响 2 4 1 组合机床切削用量的选择特点 a 在大多数情况下 组合机床为多轴 多刀 多面同时加工 因此 所选 用的切削用量 根据经验应比一般万能机床单刀加工低 30 左右 b 组合机床多轴箱上所有刀具共用一个进给系统 通常为标准动力滑台 工作时要求所有刀具每分钟进给量相同 且等于动力滑台的每分钟进给量 这 个每分钟进给量应是适合于所有刀具的平均值 因此 同一多轴箱上的刀具主 轴可设计成不同转速和选择不同的每转进给量与其相适应 以满足不同直径的 加工需要 2 4 2 确定切削用量应注意的问题 1 尽量做到合理利用所有刀具 充分发挥其性能 由于本设计所加工孔工 艺要求相同 所以选择同一数据即可 2 复合刀具切削用量的选择 应考虑刀具的使用寿命 进给量通常按复合 刀具最小直径选择 切削速度按复合刀具的最大直径选择 毕业设计说明书 9 3 选择切削用量时 应注意零件生产批量的影响 4 切削用量选择应有利于多轴箱设计 5 选择切削用量时 还应考虑所选动力滑台的性能尤其是当采用液压动力 滑台时 所选择的每分钟进给量一般应比动力滑台可实现的最小进给量大 50 左右 否则 会由于温度和其他原因导致进给量不稳定 影响加工精度 甚至 造成机床不能正常工作 毕业设计说明书 10 3 3 参数的拟定参数的拟定 3 1 电机的选择 A 切削力 F 切削转矩 M 切削功率 P 刀具耐用度 T 的计算公式 由 组合机床设计 可知计算公式如下 2 1 6 08 0 26HBDfF 2 2 6 08 09 1 10HBfDM 2 3 D Mv P 9740 2 4 8 3 155 0 25 0 9600 HBfv D T 式中 F 切削轴向力 N D 钻头直径 mm f 每转进给量 mm r M 切削转矩 N mm P 切削功率 KW T 刀具耐用度 min v 切削速度 m min HB 零件的布氏硬度值 通常给出一个范围 对于公式 2 1 2 3 取最大值 对于 2 4 取最大值减去硬度偏差值的三分之一 毕业设计说明书 11 根据本次加工的零件材料为 HT200 选择用直径 D 17mm 的高速钢钻 头钻 18mm 深的孔 根据刀具直径和工件 刀具材料 查 组合机床设计简 明手册 P130 页 表 6 11 D 17mm v 16m min f 0 26mm r 硬度 HB 160 200 计算硬度 HB 200 1 3 200 160 187 由公式 2 1 得 NF347118726 0 1726 6 08 0 由公式 2 3 得 mmNM 6 1709718726 0 1710 6 08 09 1 由公式 2 4 得 KWP526 0 179740 16 6 17097 由公式 2 5 得 min 3 4282 18726 0 16 189600 8 3 155 0 25 0 T 由于是双头钻床 总轴向力 NFF69422 由于是双头钻床 所以总的钻孔切削功率为 KWP052 1 526 0 2 对于主运动驱动功率取 8 0 则 电机功率 KW P P315 1 电 电动机的选择 查 组合机床简明设计手册 P114 页 选择 Y90L 4 1 5Kw 1400r min 的电动机 动力箱的选择 查 组合机床简明设计手册 P114 页 根据电动机的型号选择动力箱型 号为 1TD20 驱动轴转速为 950r min 毕业设计说明书 12 进给电动机的选择 由于运动时要克服主轴的轴向力外 还要克服主轴箱体移动是产生的摩擦 力等 则主轴箱体的最大进给力 F 实进 F 进 6942 进给功率 P 进 F 进 V 进 6942X0 0779 60 9 01w 0 009kw 则 进给电动机功率 P 实进 P 进 0 009 0 8 0 01125kw 选择电动机为 Y90L 6 1 1kw 910r min 2 5kg 3 2 初定主轴转速 min 74 299 14 3 17 161000 17 1000 r v n 3 3 滑台每分钟进给量的计算 由 组合机床设计 f vfn 式中 n 主轴转速 r min f 主轴进给量 mm r 滑台每分钟进给量 mm min f v 299 74X0 26 77 9mm min f v fn 毕业设计说明书 13 3 4 主轴直径的确定 由 组合机床设计 表 3 19 轴能承受的扭矩计算 4 1 100 MBd 式中 d 轴的直径 mm M 轴所传递的转矩 N mm B 系数 B 与扭矩角 有关 当为刚性主轴时 B 7 3 取 d 30mmmm M Bd37 26 100 25 0 4 传动件的计算 4 1各轴转速的计算 主轴箱 I 轴转速 950r min II 轴的转速 604 55r min III 轴的转速 305 7r min 进给箱 I 轴的转速 910r min II 轴的转速 434 3r min III 轴的转速 191 9r min 毕业设计说明书 14 IV 轴的转速 80 3r min V 轴的转速 54 2r min VI 轴的转速 23 9r min 4 2 各轴直径的估算 mmd3 j N P KA 其中 P 电动机额定功率 K 键槽系数 A 系数 从电机到该传动轴之间传动件的传动效率的乘积 j n 该传动轴的计算转速 计算转速 j n 是传动件能传递全部功率的最低转速 各传动件的计算转速可以从 转速图上 按主轴的计算转速和相应的传动关系确定 轴 K 1 06 A 110 mm58 13 950 5 1 06 1 110d 3 1 取 20mm 轴 K 1 06 A 110 mm41 15 55 604 97 0 96 0 5 1 06 1 110d 3 2 取 20mm 毕业设计说明书 15 轴为主轴 前面已经计算去 30mm 4 3 齿轮齿数的确定和模数的计算 4 3 1 齿轮齿数的确定 当各变速组的传动比确定以后 可确定齿轮齿数 对于定比传动的齿轮齿 数可依据机械设计手册推荐的方法确定 对于变速组内齿轮的齿数 如传动比 是标准公比的整数次方时 变速组内每对齿轮的齿数和 z S 及小齿轮的齿数可以 从表 3 6 机械制造装备设计 中选取 一般在主传动中 最小齿数应大于 18 20 采用双联滑移齿轮时 应检查滑移齿轮之间的齿数关系 以保证滑移 是齿轮外圆不相碰 主轴箱齿轮齿数的确定 第一组齿轮 齿数和 z S 取 54 Z 21 2 Z 33 第二组齿轮 齿数和 z S 取 89 3 Z 30 4 Z 59 进给箱齿轮齿数的确定 进给电机的转速为 910r min 初定丝杠螺距 P 5 由滑台每分钟的进给量 Vf 77 9mm min 计算得 nI 进 Vf P 13 58r min 毕业设计说明书 16 第一组齿轮 齿数和 z S 取 65 Z 21 2 Z 44 第二组齿轮 齿数和 z S 取 62 3 Z 19 4 Z 43 第三组齿轮 齿数和 z S 取 61 5 Z 18 6 Z 43 第四组齿轮 齿数和 z S 取 67 7 Z 27 8 Z 40 第五组齿轮 毕业设计说明书 17 齿数和 z S 取 62 9 Z 19 10 Z 43 第六组齿轮 齿数和 z S 取 87 11 Z 28 12 Z 59 第七组齿轮 齿数和 z S 取 101 Z 37 Z 64 1314 第八组齿轮 齿数和 z S 取 87 Z 28 Z 59 1516 4 3 2 齿轮模数的计算 1 选定齿轮类型 精度等级 材料 由所示传动方案 选用直齿圆柱齿轮传动 运输机为一般工作机器 速度不高 故选用 7 级精度 GB10095 88 材料选择 由表 10 1 选择小齿轮材料为 40Cr 调质 硬度为 240HBS 二者材 料硬度差为 40HBS 选小齿轮齿数 Z 21 大齿轮齿数 2 Z 31 按齿面接触强度设计 毕业设计说明书 18 由设计计算公式 10 9a 进行试算 即 3 2 2 1 1 1 32 2 Hd E t u ZuKT d 确定公式内的各计算数值 1 试选择载荷系数 Kt 1 3 2 试计算小齿轮的传递转矩 T1 95 5 5 10 3 P1 n1 P1 1 5kw n1 950r min T1 9 95 3 10 N mm 3 由表 10 7 选取齿宽系数 d 范围 0 7 1 0 但在特殊情况下可取 0 2 课 程设计 P205 页 取 d 0 4 4 由表 10 6 查的材料的弹性影响系数 Ze 189 8MPa 5 由图 10 21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1 600MPa 大齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim2 550MPa 6 由式 10 13 计算应力循环次数 N1 60n1j h L 60 950 1 2 8 300 15 4 104 9 10 由图 10 19 取接触疲劳寿命系数 1HN K 0 90 2HN K 0 95 毕业设计说明书 19 8 计算接触疲劳许用应力 取实效概率为 1 安全系数 S 1 由式 10 12 得 H 1 S KHN 1lim1 0 9 600MPa 540MPa H 2 S KHN 1lim1 0 95 550MPa 522 5MPa 2 计算 1 试计算小齿轮分度圆直径 t d1 代入 H 中较小的值 3 2 2 1 1 1 32 2 Hd E t u ZuKT d 3 4 4 0 5 522 5 5225 1 8 189 8 1895 210653 2 3 1 32 2 44 65mm 2 计算圆周速度 v V 100060 11 nd t 3 14 44 65 950 60 1000 2 22m s 毕业设计说明书 20 计算齿宽 b b td d1 0 4 44 65 17 68mm 计算齿根与齿高之比h b 模数 t m 1 1 Z d t 44 65 21 2 1262mm 齿高 h 2 25 t m 2 25 2 1262 4 78mm h b 78 4 86 17 3 74 5 计算载荷系数 根据 v 3 27m s 7 级精度 由图 10 8 查得动载系数 v K 1 12 直齿轮 H K F K 1 F K 1 35 K v K H K F K F K 1 512 6 查取齿形系数 查表 10 5 查得 a1F Y 2 65 a2F Y 2 226 7 表 10 5 查得 a1S Y 1 58 a2S Y 1 764 8 计算大 小齿轮的 F FF YY a2a1 小齿轮 F FF YY a2a1 0 01379 毕业设计说明书 21 大齿轮 F FF YY a2a1 0 01644 大齿轮的数值大 3 2 3 211 01644 0 1095 9 512 1 2 m 1 41 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 劳强度所决定承载能力 仅与齿轮直径有关 因此选取相近的标准模数 所以取 2m 2 齿轮弯曲疲劳的计算 取 3m 同上计算可得进给箱各个齿轮的的模数 取 m 3 4 标准齿轮 20h1c0 25 度 从机械原理 表 10 2 查得以下公式 齿顶圆 mhzd a a 2 1 齿根圆 a1f c2h2zd m 分度圆 mzd 齿顶高 mhh a a 齿根高 mchh a f 毕业设计说明书 22 齿轮的具体值见表 齿轮尺寸表 主轴箱 前 进给箱各个齿轮 齿轮齿数 z模数 m分度圆 d 齿顶圆 a d 12124246 23326670 33039096 4593177183 52136369 6443132138 71935763 8433129135 91835460 10433129135 112738187 毕业设计说明书 23 12403120126 13193576315373111117 16643192198 172838490齿轮齿根圆 f d 齿顶高 a h 齿根高 f h 13722 5 26122 5 382 533 75 4169 533 75 555 533 75 6124 533 75 毕业设计说明书 24 749 533 75 8121 533 75 946 533 75 10121 533 75 1173 533 75 12112 533 75 1348 533 75 14121 533 75 15103 533 75 16184 533 75 1776 533 75 18169 533 75 4 3 3 齿宽确定 由公式 B d d 当两支承相对于小齿轮做不对称布置时 d 0 7 1 0 毕业设计说明书 25 备注中 金属切削机床的齿轮传动 若功率不大时 d 可小到 0 2 由于本次设 计的机床功率不大 d 的范围可取 0 2 1 0 主轴箱的齿轮齿宽为 32 进给箱的齿轮齿宽为 35 4 3 4 齿轮结构设计 当160 500 a mmdmm 时 可做成腹板式结构 再考虑到加工问题 4 4 传动轴间的中心距 轴 箱 传 动 轴 计 算 mmd54 2 6642 2 mzz 21 mmd III 5 133 2 17790 进 给 箱 传 动 轴 计 算 mm dd d 5 97 2 13263 2 m 21 mmd III 93 2 12957 mmd IVIII 5 91 2 12954 mmd VIV 5 100 2 12081 毕业设计说明书 26 mmd IVV 93 2 12957 4 5 片式摩擦离合器的选择和计算 片式摩擦离合器目前在机床中应用广泛 因为它可以在运转中接通或脱开 具有结合平稳 没有冲击 结构紧凑的特点 部分零件已经标准化 多用于机 床主传动 4 5 1 摩擦片的径向尺寸 摩擦片的外径尺寸受到轮廓空间的限制 且受制于轴径 d 而摩擦片的内 外径又决定着内外摩擦片的环形接触面积的大小 直接影响离合器的结构和性 能 一般外摩擦片的外径可取 mmdD 6 2 1 d 为轴的直径 取 d 35 所以 1 D 35 5 40mm 特性系数 是外片内径 1 D 与内片外径 D2 之比 取 0 7 则内摩擦片外径 mm D D 1 57 7 0 40 1 2 4 5 2 按扭矩选择摩擦片结合面的数目 一般应使选用和设计的离合器的额定静扭矩 j M 和额定动扭矩 d M 满足工作 要求 由于普通机床是在空载下启动反向的 故只需按离合器结合后的静负载 扭矩来计算 即 Z 值可由下公式 毕业设计说明书 27 m3584 98 096 0 910 96 0 1 1 95503 1 m n 9550 j nj N N N KKMM 53 8 0 1 4 36353506 0 14 3 100002584 3 pbf 10002 0 2 n D KM Z 取 Z 9 4 5 3 离合器的轴向拉紧力 由 KpSQ 得 N Q 6 3315 94 0 1 14 2939 查 机床零件手册 摩擦片的型号如下 内片 Dp 72 85 查表取 D 85mm d 55mm b 1 5mm B 9 7mm H 23 5mm 0 5mm 外片 Dp 72 85 查表取 D 87mm d 56mm b 1 5mm B 20mm H 48mm H1 42mm 0 5mm 内外片的最小间隙为 0 2 0 4mm 毕业设计说明书 28 5 动力设计 5 15 1 传动轴的验算传动轴的验算 由于变速箱各轴的应力都比较小 验算时 通常都是用复合应力公式进行 计算 57 0 22 bb W M MPa b 为复合应力 MPa b 为许用应力 MPa W 为轴危险断面的抗弯断面模数 实心轴 32 3 3 mm d W 空心轴 1 32 340 3 mm D dd W 花键轴 32 32 3 24 mm dDdDZb D d W d 为空心轴直径 花键轴内径 D 为空心轴外径 花键轴外径 d0 为空心轴内径 毕业设计说明书 29 b 为花键轴的键宽 Z 为花键轴的键数 M 为在危险断面的最大弯矩 22 yx MMM N mm T 为在危险断面的最大扭矩 j N N T 4 10955 N 为该轴传递的最大功率 Nj 为该轴的计算转速 齿轮的圆周力 D T Pt 2 齿轮的径向力 tr PP5 0 5 1 1 主轴箱主轴的强度计算 4 按弯曲强度校核 毕业设计说明书 30 A 绘出轴的计算简图 如图 a 所示 齿轮 z 21 受力大 满足要求即可 B 作用在齿轮上的力 Ft 1 2 2 d T 710N Fr Fttan 258 2N C 计算支反力 垂直面内 2v M 0 F 1Nv L1 L2 FrL2 0 则 F 1Nv 124 9N 1v M 0 毕业设计说明书 31 F 2Nv L1 L2 FrL1 0 得 F 2Nv 133 3N 水平面内 2H M 0 F 1NH L1 L2 FtL2 0 F 1NH 343 5N 1H M 0 F 2NH L1 L2 FtL1 0 F 2NH 366 5N D 作弯矩图 垂直面内弯矩图 如图 b 1 Mv F 1Nv L1 9367 5N mm 水平面内弯矩图 如图 c H M F 1NH L1 25762 5N mm 合成弯矩最大处 M 27 41N m 22 5 25762 5 9367 转矩 T Ft 2 d 710 118 2 41890N mm 41 89 N m 则 Mc 22 TM 37 19 N m 取 0 6 则弯矩最大处 w Mc ca 3 3 201 0 1019 37 46 49MPa 少于许用应力 1 60MPa 毕业设计说明书 32 故安全 5 1 2 主轴抗震性的验算 1 支撑刚度 包括轴承的弹性变形和坐圈接触变形 向心推力球轴承 0 7 0 002 d 圆锥孔双列向力短圆柱滚子轴承 R d 3 10 4 0 mm 前轴承处 d 100 100 d R 5400kgf kgfR12500 所以 r 0 0108mm 1r 0 0251mm 坐圆外变形 1 4 D d db rk r 对于向心球轴承 D 150 d 100 b 60 取 k 0 01 所以 mm r 016 0 150 60 1 6010014 3 01 0 54004 对于短圆柱滚子轴承 D 150 d 100 b 37 取 k 0 01 R 12500kgf 所以 mm r 053 0 150 37 1 3710014 3 01 0 125004 所以轴承的径向变形 r mm rr 076 0016 0 06 0 毕业设计说明书 33 1r 1r 1r 0 05 0 053 0 103mm 支撑径向刚度 k kgf R r 63 71052 076 0 5400 kgf R k r 22 121359 103 0 12500 1 1 2 量主要支撑的刚度折算到切削点的变形 1 2 1 8 9 2 2 L a L a k k kA P Y B A z 其中 L 419mm KA 121359 2kg mm 所以 1 2 1 8 9 2 2 L a L a k k kA P Y B A z mm005312 0 1 419 1252 419 125 89 78709 22 121359 1 22 1213598 9 3471 2 2 3 主轴本身引起的切削点的变形 FI LPa Ys 3 2 其中 P 3471N a 125mm L 419mm E 2 107N cm D 91mm I 0 05 D4 d4 0 05 914 464 3163377 25mm2 毕业设计说明书 34 所以 FI LPa Ys 3 2 mm 3 7 2 1001 5 25 31633771023 4191253471 4 主轴部件刚度 mNmmN YY P K sz 396 396685 00425 0 0045 0 3471 5 验算抗振性 cos 1 2 lim bK K cd 则 cos 1 2 lim cd K K b 所以 cos 1 2 lim cd K K b mmDmm502 0 7 18 8 68cos46 2 03 0 1 03 0 3362 max 所以主轴抗振性满足要求 5 2 齿轮校验 在验算算速箱中的齿轮应力时 选相同模数中承受载荷最大 齿数最小的 齿轮进接触应力和弯曲应力的验算 这里要验算的是齿轮 1 这个齿轮 1 接触应力公式 毕业设计说明书 35 4 1 2088 10 vas f j uk k k k N Q zmuBn u 大齿轮齿数与小齿轮齿数之比 k 齿向载荷分布系数 v k 动载荷系数 A k 工况系数 s k 寿命系数 查 机械装备设计 表 10 4 及图 10 8 及表 10 2 分布得 1 15 1 20 1 05 1 25 HBFBvA kkkk 假定齿轮工作寿命是 48000h 故应力循环次数为 9 6060 500 1 480001 44 10 h NnjL 次 查 机械装备设计 图 10 18 得 0 9 0 9 FNHN KK 所以 a10964 0 50032 30 59 98 0 96 0 5 79 025 1 05 1 15 1 1 30 59 330 102088 3 2 3 f MP 2 弯曲应力 5 2 191 10 vas w j k k k k N Q zm BYn 查 金属切削手册 有 Y 0 378 代入公式求得 w Q 158 5Mpa 查 机械设计 图 10 21e 齿轮的材产选 40Cr 渗碳 大齿轮 小齿轮的硬度 为 60HRC 故有 1650 f MPa 从图 10 21e 查得 920 w MPa