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第一部分 阀体的工艺装备夹具设计概述1.1 课题说明及研究的目的意义本设计题目加工260型蝶阀8-M12底孔工艺装备设计。具体的设计内容：为摇臂床设计带有八轴传动的多轴头设计，悬挂式钻模板设计，蝶阀的夹具及完成夹具与机床的正确定位。本次设计共分为三个部分：夹具体的设计、钻模板的设计、多轴头的设计夹具体的设计主要是工件的的定位设计和夹紧设计。定位设计是要把转向传动箱固定在钻床的工作台上等待加工，主要是限制工件的六个自由度。夹紧设计是利用各种夹紧元件把工件固定在工作台上，保证在进行加工时工件受到外力作用仍能保持有定位元件所确定的加工位置，而不产生偏移和误差。钻模板的设计确保了加工的准确性。当钻头将要进行工作时，首先要通过钻模板的导向才能和工件接触，是保证加工精度的重要部件。多轴头是整套工装中连接刀具部分的元件。多轴头与机床主轴相连接，通过其传动机构，使机床主轴的转动能够传达到多个工作轴上，并使工作轴得到各自所需要的转动速度，带动刀具进行加工。采用该工装设备可以一次性同时完成阀体八个孔的钻削。具体优点如下：1 能稳定的保证工件的加工精度，用夹具装夹工件时，工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证。使一批工件的加工精度趋于一致。2 提高了生产率，使用夹具装夹工件方便、快速，工件不需要划线找正，可显著的减少辅助工时，工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性。因此可加大切削用量，大程度提高生产率。3悬挂式钻模是高效率的对刀导向装置。可以更加准确的确定刀具相对于定位元件的位置。4多轴头设计一次性完成八个孔的加工。既提高了加工精度又保证了位置精度。大大缩短了工作辅助时间。全方位的提高了生产效率。1.2 课题研究现状及发展趋势本题目研究的内容在国内外属于成熟装置。对于提高生产率保证加工精度具有明显优势。对于批量生产的阀体零件，运用本套工装夹具还比较少见。采用本套夹具提高了加工精度和生产率，有很高的性价比。本工装适用于定型产品的成批量生产。该设计把技术因素和经济因素相结合，把当前效益与长远效益相结合，把定性分析指标与定量分析指标相结合，对技术经济指标作综合评价，对优化方案进行经济效果评价等诸多因素的考虑是符合国内外发展的共同趋势。1.3 课题的理论依据本题目研究的理论依据为机床夹具设计原理，组合机床设计手册多轴头设计手册等。这几本书知识性强、内容丰富。从工件的装夹，专用夹具的设计方法，定位装置的设计，加紧装置的设计，对刀引导装置的设计，多轴头的设计等多个方面详细的阐述给了我们强有力的理论支持。 我们有了强有力的理论基础依据，在加上在研究所里实地观察以及多次工厂实习积累下来的丰富经验。重要的是指导老师的悉心指导。我们已具备了相当的条件来进行本次题目的研究。1.4 课题研究的思路及步骤 首先认真研究原始资料，研究设计任务书中提出的设计要求，明确任务后，通过查找机床夹具设计原理，组合机床设计手册等参考资料，设计多孔钻头装置、加工阀体的夹具，及对刀引导装置等，最后通过计算验证本设计的可靠性。第二章 夹具设计2.1 夹具设计说明 机床夹具是在金属切削加工中，用以准确地确定工件位置，并将其牢固地夹紧，以接受加工的工艺装备。夹具根据使用场合的不同，可分为机床夹具、装配夹具、焊接夹具、热处理夹具和检验夹具等。夹具的主要作用的是：（1）保证发挥机床的基本工艺性能。（2）扩大机床的使用工艺范围。（3）保证加工精度（4）提高加工效率（5）减轻劳动强度，做到安全生产 夹具按使用范围可分为专用夹具和通用夹具两大类。专用夹具是专为适应某一工件某一工序的加工要求而设计制造的专用装备。由于它是按工件的加工要求，结合工厂的具体条件设计制造的，所以结构比较紧凑，轮廓较小，使用维护方便，并更能符合加工的技术要求。缺点是生产的准备周期长，当生产对象变更时原有的专用夹具，一般都无法重复使用，造成人力物力上的耗费比较大。专用夹具虽有上述缺点，但对于品种固定，批量较大的企业，它仍然是最主要的夹具型式。通用夹具是夹具中使用最广泛的一类，它的优点是适应性强，无需调整或稍加调整就可以用来加工不同的工件；采用通用夹具，可以缩短生产准备周期；在多品种生产中，利用通用夹具能减少夹具品种，降低制造装备的成本。近年来高精度高效率的通用夹具有了迅速发展，如高精度自定心卡盘、液压虎钳、气动滑柱钻模等不断出现，所以在大量生产中，通用夹具的使用有了日益增多的趋势。夹具一般有下列全部成分或部分元件和部分组成：定位元件-确定工件在夹具内位置的元件和确定夹具本身在机床上的位置的元件夹紧元件-防止工件在加工过程中，由于切削力、离心力和本身重量的影响致使工件位置改变，而将工件夹紧的元件。传动部件-机械化加紧中的动力源部件。导向元件-孔加工中刀具导向用的导套和铣刨夹具中对刀用的对刀块。分度回转装置-在加工过程中改变工件和刀具相对位置的装置。夹具体-将上述元件和机构连成一个整体的元件，成为夹具体2.2 确定定位方案，设计定位装置工件的装夹包括两部分工件的定位和夹紧。工件在夹具中定位的任务是：使同一工序中的一批工件都能在夹具中占据正确的位置。把工件定位后的位置固定下来，称为夹紧。工件夹紧的任务是：使工件在切削力、离心力、惯性力和重力的作用下不离开已经占据的正确位置，以保证机械加工正常进行。依据六点定位原则。在夹具中短圆柱销约束两个移动自由度。定位面约束两个旋转自由度和一个移动自由度。小圆柱销约束一个旋转自由度。共约束六个自由度。夹紧力靠加工时钻模板压紧工件来提供的。钻床上进行的钻、扩、铰等及攻螺纹时用的夹具，称为钻床夹具，俗称钻模。钻模上均设置钻套和钻模板，用已引导刀具。钻模主要用于加工中等精度、尺寸较小的孔或孔系。使用钻模可以提高孔及孔系的位置精度，其结构简单、制造方便，因此钻模在各类机床夹具中占的比重最大。一个尚未定位的工件，其空间位置是不确定的，这种位置的不确定性可描述如下。将未定位工件放在空间直角坐标系中，工件可以沿X、Y、Z轴有不同的位置，称为工件沿XY和Z轴的位置自由度，用表示；也可以绕XYZ轴有不同的位置，称作工件绕X、Y和Z轴的角度自由度，用表示。用以描述工件位置不确定性的和，称为工件的六个自由度。工件定位的实质就是要限制对加工有不良影响的自由度。设空间有一固定点，工件的底面与该点保持接触，那么工件沿Z轴的位置自由度便被限制了。工件的三个面分别和六个点接触，工件的六个自由度便都限制了。这些用来限制工件自由度的固定点，称为定位支承点，简称支承点。六点定位则是工件定位的基本法则，用于实际生产时，起支承点作用的是一定形状的几何体，这些用来限制工件自由度的几何体就是定位元件。工件定位时，影响加工要求的自由度必须限制；不影响加工要求的自由度，有时要限制有时可不限制，视具体情况而定。工件的六个自由度全部被限制而在空间占有完全确定的唯一位置，称为完全定位。如果根据该工序加工要求只需限制部分自由度，而其它自由度无须限制时，工件虽然不占有确定的唯一位置，但不影响该工序的加工要求，此时称为不完全定位。应该采用完全定位还是不完全定位，主要由该工序的加工要求来决定。欠定位，是指工件实际定位所限制的自由度数目，少于按该工序加工要求所必须限制的自由度数目。因此，欠定位的结果，将导致出现应该限制的自由度而未予限制的不合理现象，从而无法保证该工序所规定的加工要求。所以，再确定工件在夹具中的定位方案时，不允许出现欠定位这样的错误。两个或两个以上的定位支承点重复限制同一个自由度，这种重复定位的现象叫做过定位。出现过定位时，将使工件位置不确定。同时，在加紧情况下，重复限制同一自由度的定位支承间所产生的干涉必将造成工件或定位元件的变形，其结果都将破坏工件定位的要求，从而严重影响工件的定位精度。因此，在设计夹具时，一般情况下应避免出现过定位现象。工件的定位方法及定位元件的选择。在本夹具设计时，在夹具中采用短圆柱销约束两个移动自由度。大圆柱销为固定定位圆柱销。定位圆柱销的有关参数可查“夹具标准”和“夹具手册”。其选用时按其尺寸D选取。定位面约束两个旋转自由度和一个移动自由度。小圆柱销约束一个旋转自由度。至此工件的六个自由度均被定位。注：因为我们国内使用的钻头均属右旋钻头，如夹具工装图所示，小定位销应设置在如图位置方能更好的起到定位作用。2.3 夹紧机构的选择夹紧机构的种类很多，但其结构大都以斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构和偏心夹紧机构为基础，这三种夹紧机构合称为基本夹紧机构。现分别进行比较选用。斜楔夹紧机构。此夹紧机构在使用时须在工件装入后，锤击斜楔大头，夹紧工件。加工完毕后，锤击斜楔小头，松开工件。由于用斜楔直接夹紧工件的夹紧力太小，且操作费时，所以实际生产中应用不多，多数情况下是将斜楔与其他机构联合使用。其自锁的条件是：斜楔的升角小于斜楔与工件、斜楔与夹具体之间的摩擦角之和。螺旋夹紧机构。1由螺钉、螺母、垫圈、压板等元件组成的夹紧机构，称为螺旋夹紧机构。螺旋夹紧机构不仅结构简单，容易制造，而且，由于缠绕在螺钉表面的螺旋线很长，升角又小，所以螺旋夹紧机构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，是手动夹紧中用得最多的一种夹紧机构。其又分为单个螺旋夹紧机构，和螺旋压板机构。直接用螺钉或螺母夹紧工件的机构，称为单个螺旋夹紧机构。螺钉头直接与工件表面接触，螺钉转动时可能会损伤表面。克服这一缺点的办法是在螺钉头部装一个摆动压块。夹紧动作慢，工件装卸费时是其另外的缺点。2偏心夹紧机构用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。常用的偏心件是圆偏心轮和偏心轴。偏心夹紧机构操作方便，夹紧迅速，缺点是夹紧力和夹紧行程都较小，一般用于切削力不大，震动小，夹压面公差小的加工中。3螺旋压板夹紧机构。夹紧机构中，结构形式变化最多的是螺旋压板机构。其结构特点是结构紧凑，使用方便。当钩形压板妨碍工件装卸时，可采用自动回转钩形压板，它避免了用手转动钩形压板的麻烦。 综合考虑各种夹紧机构的特点，结合本设计具体情况，本次设计中最后选用通过固定手柄压紧螺钉（GB/T2162-91 M20）进行夹紧，此装置结构简单，成本低廉，操作简单。夹具示意图第三章 导向部分的设计3.1导向部分的简介本次设计要用摇臂钻床进行钻削，所以选用悬挂式钻模板。钻模板用导柱与主轴箱连接在一起。钻模板这样在进行钻削工件时，钻套可以尽可能的靠近工件，保证导向的准确性。因为要求班产量每天200件，为了更换方便，增加工作效率，选用快换钻套。3.2选择钻模时应注意的问题钻模板用于安装钻套，确保钻套在钻模上的正确位置，钻模板多装在夹具体或支架上，常见的钻模板有：固定式钻模板、铰链式钻模板 、可卸（分离）式钻模板 和悬挂式钻模板。选用钻模时应注意的几点（1） 被钻孔直径大于10mm时（特别是加工刚件），宜采用固定式钻模。（2） 翻转式钻模适用于加工中小件，包括工件在内的总重量不超过10kg（3） 当加工分布不在同心圆周上的平行孔系时，如工件和夹具总重量超过10kg，宜采用固定钻模在摇臂钻床上加工。如生产批量大，则可在立式机床上采用多轴传动头加工。（4） 对于孔的垂直度和孔心距要求不高的中小型工件，宜优先采用滑柱式钻模。如孔的垂直度公差小于0.1mm，孔距位置公差小于0.15mm时，一般不宜采用这类钻模。（5） 钻模板和夹具体为焊接式的钻模，因焊接应力不能彻底消除，精度不能长期保持，故一般在工件孔距公差要求不高时才采用。（6） 孔距与孔和基面公差小于0.05mm时才用固定式钻模。 本次设计要用摇臂钻床进行钻削，所以选用悬挂式钻模板。这样在进行钻削工件时，钻套可以尽可能的靠近工件，保证导向的准确性，在进行拆卸时也十分方便。悬挂式钻模板应注意以下几个问题: 1采用悬挂式钻模板应能保证加工孔的位置精度要求，这项精度和钻模板的结构形式有着密切的关系。因为此在工件上加工圆周分布的孔时，为了保证被加工孔和工件内孔的位置精度要求，所以使用一个定位销来保证其精度。 2为了使加工时的钻模板有足够的稳定性所以在钻模板导柱上使用弹簧。 3 模板应有足够的刚性.3.3导向元件的设计钻套的选择与设计钻套：安装在钻模板或夹具体中，作用：用来确定工件上加工孔的位置，引导刀具进行加工，提高加工过程中工艺系统的刚性并防振 （a） （b）图3.3.1Fig 3.311） 固定式钻套，a，b 二种，钻孔精度高，钻孔，中小批； （c） （d）图3.3.2Fig 3.3.22） 可换钻套c，钻孔，大批；3） 快换钻套d，钻，扩，铰；1. 刀杆 2. 上钻套 3. 下钻套 4.衬套图 3.3.3Fig 3.3.34） 特殊钻套 加长，斜（弧）面钻套，小孔距钻套，定位夹紧导向合一钻套；距钻套，定位夹紧导向合一钻套；综合考虑这几种钻套的特点，而且被加工件为大批量生产的部件，所以选用快换钻套进行加工 钻套1装在衬套2中，衬套是压配在夹具体或钻模板3中。钻套由螺钉4固定，以防止它转动。钻套与衬套间采用F7/m6或F7/n6配合为了保证钻模板与工件之间的位置关系，在加工工件时钻模板与工件肯定会有接触。当钻模板与工件夹紧时，会产生向两侧断裂的趋势。为了防止断裂的产生，在钻模板上增加两个筋板，保证钻模版不会产生断裂。3.4 导柱及钻模板设计通用导柱通常只适用于立式机床的活动钻模板，其直径为100毫米。钻模板借助螺母固定在导柱的下端，导柱的上端则穿过主轴箱体上的孔。在加工阀体上的孔时钻模板压在工件上，压紧工件相当于工件的加紧装置，加工完毕后主轴箱抬起，钻模板和主轴箱相连随主轴箱抬起。 导柱选用两根。和主轴箱，钻模板相连接。 钻模板用于安装钻套，并保证钻套在钻模上的正确位置。常见的钻模板有以下几种：固定式钻模板、铰链式钻模板、可卸式钻模板、悬挂式钻模板。固定在夹具体上的钻模板称为固定式钻模板。固定式钻模板结构简单，钻孔精度高。综合考虑各种钻模板的优越性，结合本次设计本套夹具采用悬挂式钻模板。采用悬挂式钻模板应注意以下几个问题。 1采用悬挂式钻模板应能保证加工孔的位置精度要求，这项精度和钻模板的结构形式有着密切的关系。因为此工件的法兰盘端面上加工圆周分布的孔时，为了保证被加工孔和工件内孔的位置精度要求，所以使用一个定位销来保证其精度。 2为了使加工时的钻模板有足够的稳定性所以在钻模板上使用垫片螺母加紧。 3 模板应有足够的刚性。钻模板用导杆，通用导杆通常只适用于立式机床的活动钻模板，其直径为40mm。导杆的上端则穿过主轴箱体上的孔。 导柱用螺母加紧，螺母用于将活动钻模板固定在导杆的底部，在更换刀具时，用扳手把螺母卸下，可以很快的卸下钻模板第四章 主轴箱的设计4.1 主轴箱设计主轴箱是其重要部件。它是选用通用零件，按专门要求设计的，在本设计中，是工作量较大的部件之一。主轴箱是用于布置机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的。它通过按一定速比关系排布传动齿轮，把动力传递给各工作主轴，使之获得所要求的转速或转向等。我们设计的这套主轴箱靠法兰和Z3040摇臂钻床的主轴箱体部分相连接。机床的主轴箱按其组成和用途分为：大型标准主轴箱，小型标准主轴箱和专用主轴箱。在本设计中，采用的是专用主轴箱。主轴箱设计包括以下内容：1 所有轴的位置关系尺寸。2 要求的主轴转速和转向。3 主轴的工序内容和主轴外伸部分尺寸。4 主轴箱外型尺寸及其他相关部件联系尺寸。5 钻模板在主轴箱安装的位置要求。6 其它要求。4.2 轴和齿轮的设计4.2 1 轴和齿轮设计的理论依据在一般情况下，轴的工作能力决定与它的强度和刚度，对于机床主轴，后者尤为重要。高速转轴则还决定于它的振动稳定性。在设计轴时，除应按工作能力准则进行设计或校核计算外，在结构设计上还须满足其他一系列的要求，例如：1）多数轴上零件不允许在轴上作轴向移动，需要用轴向固定的方法使他们在轴上有确定的位置；2）为传递转矩，轴上零件还应做周向固定；3）对轴与其他零件（如滑动轴承、移动齿轮）间有相对滑动的表面应有耐磨性的要求；4）轴的加工、热处理、装配、检修、维修等都应有良好的工艺性；5）对重型轴还须考虑毛坯制造、探伤、起重等问题。轴上零件常以其毂和轴连接在一起。轴和毂的固定可分为轴向固定和周向固定。轴上零件的轴向固定轴上零件轴向固定的方法有：轴肩（或轴环）、挡圈、圆螺母、套筒、圆锥形轴头等。轴上零件的周向固定可采用键、花键、成形、弹性环、销、过盈等连接，通称轴毂连接。轴的强度计算轴的强度计算主要有三种方法：许用切应力计算；许用弯曲应力计算；安全系数校核计算。许用切应力计算只需知道转矩的大小，方法简便，但计算精度较低。它主要用于下列情况：1）传递以转矩为主的传动轴；2）初步估算轴径以便进行结构设计；3）不重要的轴。许用弯曲应力计算必须先知道作用力的大小和作用点的位置、轴承跨矩、各段轴径等参数。为此，常先按转矩估算轴径并进行轴的结构设计后，即可画出轴的弯矩合成图，然后计算危险合齿轮传动两种。外啮合齿轮传动的多轴头，通常适用于工件被加工孔之间距离较大的情况；内啮合齿轮传动的多轴头则适用于孔间距离较小的情况。偏心传动的多轴头适用于平行孔系中同时出现孔中心距偏小和偏大而齿轮齿轮传动难以实现的情况，其特点是工作轴与机床主轴的转速始终相同；而齿轮传动的多轴头，各工作轴可以有适应于加工各不同直径孔的转速。综上所述，选用齿轮式外啮合传截面的最大弯曲应力。主要用于计算一般重要的、弯扭复合的轴，计算精度中等。安全系数校核计算也要在结构设计后进行，不仅要定出轴的各段直径，而且要定出过渡圆角、轴毂配合、表面粗糙等细节。它主要用于重要的轴，计算精度较高，但计算较复杂，且常需有足够的资料才能进行。安全系数校核计算能判断各危险截面的安全程度，从而改善各薄弱环节，有利于提高轴的疲劳强度。4.2 2齿轮选择根据已知条件对轴和齿轮进行设计现有信息 被加工工件：蝶阀 材料：HT200（灰铸铁）硬度：190HB切削刀具类型：标准麻花钻 刀具材料：高速钢钻头（w19cr4v） （实用金属切削加工工艺）加工直径(mm) Vc(m/min) f(mm/r)10-20 22-34 0.2-0.4高速钢钻削速度公式Vc=CrDd/TmfbHBc (常用金属材料切削数据手册P78-82)V-切削速度（m/min） T钻头寿命 (30-60h)f-进给量 (mm/r) D-钻头直径（m）HB-工件材料布氏硬度值 Cr 系数m.b.c.d-指数材料 Cr m b c d灰铸铁 2052.13 0.30 0.82 1.10 0.49已知D=12mm T=60h HB=190当f=0.3时 Vc=2052.13*120.49/600.30.30.821901.1 =17.122 不符合要求当f=0.2Vc=2052.13*120.49/600.30.20.821901.1=23.6 符合要求 n=1000Vc/3.14d=626.33钻削铸铁件轴向切削力和切削扭矩公式N=425*d*f0.8=425*12*0.20.8=1407.32NM=210*d2* f0.8=210*12*0.20.8=6160N/mmPm=M.N/7162*1.36=0.396(KW)根据现有摇臂钻床Z3040数据该机床适用于加工中小型零件，它可以进行钻孔、扩孔、铰孔和锪平面和攻螺纹等工作，装置镗孔工艺装备时还可以进行镗孔。主要技术参数最大孔直径40毫米主轴中心线到立柱母线距离（Z3040*12）3501250毫米主轴箱水平移动距离900毫米主轴端面到底座端面的距离3501250毫米摇臂升降距离600毫米摇臂升降速度1.2米/分主轴前端锥孔锥度莫氏4号主轴转速范围（16级）202000转/分进给量范围（16级）0.043.2毫米/转主轴行程315毫米刻度盘每钻钻孔深度122.5毫米主轴允许最大扭矩40公斤力x米主轴允许最大进给抗力1600公斤力机床重量3200公斤机床外形尺寸2170 x1013x 2625 毫米电机参数主电机：功率3千瓦转速1430转/分摇臂升降电机：功率1.1千瓦转速1500转/分液压系统用电动机：功率0.6千瓦转速1500转/分冷却泵机：功率0.125千瓦转速3000转/分Z3040 16级转速25 40 63 80 100 160 200 250 320 400 500 630 800 1250 2000各级进给量0.04 0.06 0.10 0.13 0.16 0.20 0.25 0.32 0.4 0.5 0.63 0.8 1.0 1.25 2.00 3.2根据上面的计算所得V=626.33 f=0.2626.33与转速630 相差小i=0.991进给量有0.2这一级符合要求多轴箱设计原则1） 在保证主轴转速和转向的前提下，应力求用最少的传动轴和齿轮。因此应该尽可能用一跟传动轴同时带动多跟主轴，并将齿轮布置在同一排位置上。当齿轮啮合中心距不符合标准时，可以采用变位齿轮或略微改动传动比方法解决。2） 尽量避免主轴兼作传动轴，一面增加主轴符合，影响加工质量。3） 多周箱 齿轮传动副的最大传动比imax=2,最小传动比imin=0.5,最佳传动比为0.67i1.5，以使多轴箱结构紧凑；除传动链的最后可采用升速传动外，应尽可能避免升速传动，以避免空转功率损失。根据上诉原则以及计算结果本多轴箱齿轮传动采用由主动轴连接惰轮轴。在通过惰轮轴带动工作轴转动。这样的设计好处是减少了齿轮传动的震动，从而提高了加工孔的精度，另一方面Z3040反向转速没有这么多的转速级必须同过惰轮来实现转向问题。下图为多轴箱齿轮部分草图AE是工作轴与惰轮之间的中心距离，EC是惰轮与主动轴之间的中心距离。本多轴箱 齿轮之间的传动比为1：1：1 所以AE=EC。已知AC=150 ，abc=90度 ACB=22.5度。有上述条件可以求出AE=EC=81.18本齿轮传动选用的m=2.5 d=mz z=d/m=81.18/2.5=32.5z=32A=81.18 Ao=2*mz/2=80因为AAo 且 A-Aom/2齿轮需要变位由机械原理可知，增大压力角,轮齿的齿厚及节点处的齿廓曲率半径亦皆随之增加，有利于提高齿轮传动的弯曲强度及接触强度。我国对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角为=20。闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好。小齿轮的齿数可取为 z1=2040。开式(半开式)齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使轮齿不至过小，故小齿轮不宜选用过多的齿数，一般可取z1=1720。 为使轮齿免于根切，对于=20的标准直齿圆柱齿轮，应取 z117。变位齿轮计算本齿轮传动由于齿轮中心距小于实际中心距。齿轮必须采用角变位来改善中心距问题由于2对齿轮齿数，模数，中心距均相等只计算其中一对即可已知Z1=Z2=32 m=2.5 =20 A=81.18Cosw=Ao/Acos=0.926aw=22.18X=(Z1+Z2)(invw+inva)/2taninv=tg-*3.14/180X=0.53Z1=Z2X1=X2=0.265根圆直径df=d-z(ha+c-x1)=75.075顶圆直径 da=2Ao-df-2c=86.035齿顶高 ha=(da-d)/2=3.0175齿根高 hf=(d-df)/2=2.4625齿高 h=ha+hf =5.48齿轮选择45钢 正火调质 直径 80 齿厚 24 齿轮精度等级8级各类机器所用齿轮传动的精度等级范围列于下表中，按载荷及速度推荐的齿轮传动精度等级如下图所示。各类机器所用齿轮传动的精度等级范围机 器 名 称 精 度 等 级机 器 名 称精 度 等 级汽轮机 36拖拉机 68金属切削机床 38通用减速器 68航空发动机 48锻压机床 69轻型汽车 58起重机 710载重汽车 79农业机器 811注：主传动齿轮或重要的齿轮传动，偏上限选择；辅助传动齿轮或一般齿轮传动，居中或偏下限选择。4.2 3 齿轮的校核和计算计算项目计算内容计算结果齿面接触疲劳强度计算1 初步计算转矩T1 T1=9.55*1000000*0.396/630 T1=6163N/mm齿宽系数d d = b/d1=0.3 d=0.3接触疲劳极限Hlim 由图12.17 Hlim1=588MPa Hlim2=588MPa初步计算的许用接触应 H1=0.9Hlim1力H =0.9*588 H1=523MPa H2=0.9*Hlim2 H2=523MPa =0.9*5882 校核计算圆周速度V V=d1n1/60*1000 =*80*630/60*1000 V=2.64m/s精度等级 由表12.6 选8级精度齿数Z和模数m 初取齿数Z1=32,Z2=32 由表12.3,取m=2.5 m=2.5使用系数KA 由表12.9 （轻微冲击） KA=1.25动载系数KV 由表12.9 KV=1.1齿间载荷分配系数KH 由表12.10,先求 Ft=2T1/d1=2*6163/80 =154N KAFt/b=1.25*154/24 =8.08N/mm100N/mm=Z1（tan1-tanw） + Z2（tan2-tanw） 0.45 =1.592 Z=(4-)/3 =(4-0.45)/3 =1.09 Z=1.09 其中(4-)/3开二次方 由此得KH=1/ (Z* Z) =1/(1.09*1.09) 0.84 1.2 KH=1.20齿向载荷分布系数KH KH=A+B1+0.6(b/d1)*(b/d1) （非对称支撑） *(b/d1)*(b/d1)+c*0.001b =1.185+0.0146 1.2 KH=1.2载荷系数K K=KAKV KHKH =1.25*1.1*1.2*1.2 =1.98 K=1.98弹性系数ZE 由表12.12 ZE=189.8MPa节点区域系数ZH 由表12.16 ZH=2.3接触最小安全系数 由表12.14 SHmin=1.05工作时间th th=10*300*8*0.2 th=4800h应力循环次数NL NL1=60rn1th NL1=1.8*108 原估计应力循环次数正确 NL2=60rn1th NL2= 1.8*108 接触寿命系数ZN 由图12.18 ZN1=1.2 ZN2=1.2许用接触应力H H1= Hlim1*ZN1/SHlim =588*1.2/1.05 H1=662.86MPa H2= Hlim2*ZN2/SHlim =588*1.25/1.05 H2= 662.86MPa验算 H=ZEZHZ*(2KT1/bd1*d1)*(u+1)/u =189.8*2.5*0.885*(2*3.07*2678/40*40) *(1.77+0.77) 其中(2KT1/bd1*d1)*(u+1)/u开二次方 H=268.23MPa H计算结果表明,接触疲劳强度较为 合适,齿轮尺寸无须调整。3 确定传动主要尺寸实际分度圆直径 因模数取标准时,齿数已重新确定,但并未 圆整,故分度圆直径不会改变,即 d1=mz1=2.5*32=80mm d2=mz2=2.5*32=80mm中心距a a=80mm齿宽b b=d*d1=0.3*80=24mm 取b1=24mm b2=24mm齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数Y Y=0.25+0.75/d=0.25+0.75/0.45 Y=1.91齿间载荷分配系数KF 由表12.10, KF=1/ Y=1/0.7 KF=1.2齿向载荷分布系数KF b/h=52/1*2.5=20.8 由图12.14 KF=1.2载荷系数K K=KAKVKFKF=1.25*1.1*1.2*1.2 K=1.98齿形系数YFa 由图12.21 YFa1=3.13 YFa2=3.13应力修正系数YSa 由图12.22 YSa1=1.53 YSa2=1.53弯曲疲劳极限Flim 由图12.23c Flim1=450MPa Flim2=450MPa弯曲最小安全系数SFmin 由表12.14 SFmin=1.25应力循环次数 NL1=60rn1th NL1=1.8*108 估计应力循环次数正确 NL1=60rn1th NL1=1.8*10 弯曲寿命系数YN 由图12.24 YN1=0.98 YN2=0.98尺寸系数Yx 由图12.25 Yx=1.0许用弯曲应力F F1=Flim1YN1Yx/SFmin =450*0.98*1.0/1.25 F1=352.8MPa F2=Flim2YN2Yx/SFmin =450*0.98*1.0/1.25 F2=352.8MPa验算 F1=2KT1YFa1YSa1Y/bd1m =2*1.98*6163*3.13*1.53*1.91/80*24*2 F1=46.51MPa F1 F2=F1YFa2YSa2/YFa1YSa1 =46.5*3.13*1.53/3.13*1.53 F2=46.51MPa F2 传动无严重过载,故不作静强度校核 4.24 轴的选择计算估算轴的直径:加工孔径与工作轴的关系加工孔径 9-12 12-16工作轴直径 15 20本人选用 d=15工作轴进行校核 因为是打8个孔所以要8个工作轴 选d=15减少主轴箱的质量。 因此草绘轴,如下图图4.2.3.1Fig 4.2.3.1在直齿圆柱齿轮传动中的两个力Ft和Fr圆周力Ft: Ft=2T/d T=6163 则Ft=2*6163/80=154N径向力Fr: Fr=Ft*tanw =22.18 则F r=154*0.33=62.78N*mm 因此轴的受力图为:图4.2.3.2Fig 4.2.3.2水平面(XY平面)受力图:图 4.2.3.3Fig 4.2.3.3水平反力RBH=FtL2/L2+L3=11.92NRDH=154-87.5=29.57水平弯距MH=RBH*L2=2550.815水平面弯矩图:图 4.2.3.4Fig 4.2.3.4垂直面(XZ平面)受力图:图4.2.3.5Fig 4.2.3.5 RDV=FrL2/L2+L3=11.92 RBV=Fr-RDV=50.86垂直面弯矩MV1=RBV*L2=1042.36MV2=RDV*L3=1043.00垂直面弯矩图:图 4.2.3.6Fig 4.2.3.6合成弯矩计算M1=（MH2+MV12）0.5=2865.29M2=（MH2+MV22）0.5=2865.59合成弯矩图:图4.2.3.7Fig 4.2.3.7转T=6.16N/M转矩图当量弯距计算应力校正系数:=-1b/ 0b=95/200=0.475Me=T=0.475*6163=2927.425Me1=（M12+T 2）0.5 =4096.30Me2=（M22+T 2）0.5 =4096.45b =Me/0.1d3 8.67-1b齿根圆直径 dn=d1-2*(ha+c-x)m =80-2*(1+0.25-0.265)*2.5=75.075轴径:d= M/(0.1-1b) 1/3= 6163/0.1*95 1/3=8.775mm所以轴径符合要求4.3 轴承的选择 与滑动轴承比较，滚动轴承有下列优点：1） 在一般工作条件下，摩擦阻力矩大体和液体动力润滑轴承相当，比混合润滑轴承要小很多倍。滚动轴承效率（0.98-0.99）比液体动力润滑轴承略低，但较混合润滑轴承要高一些。采用滚动轴承的机器起动力矩小，有利于在负载下起动。2） 径向游隙比较小，向心角接触轴承可用预紧方法消除游隙，运转精度高。3） 对于同尺寸的轴颈，滚动轴承的宽度