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Z32K型摇臂钻床变速箱的改进设计【优秀含11张CAD图纸+全套钻床改造毕业设计】

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Z32K摇臂钻床主轴部分装配图.dwg

Z32K摇臂钻床变速箱图.dwg

升降手柄结合件.dwg

双联齿轮.dwg

圆柱齿轮.dwg

套杯.dwg

改进变速箱图.dwg

窥视盖.dwg

过渡轴.dwg

锥齿轮.dwg

锥齿轮轴.dwg

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关键词：: z32k 摇臂钻床变速箱改进改良设计优秀优良 11 十一 cad 图纸全套改造毕业设计

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Z32K摇臂钻床主轴部分装配图.dwg

Z32K摇臂钻床变速箱图.dwg

升降手柄结合件.dwg

双联齿轮.dwg

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中文摘要及关键词

摘要：本次设计课题为“Z32K型摇臂钻床变速箱的改进设计”。主要是对Z32K型摇臂钻床的升降系统进行了改进、分析与设计，并对其主要传动零件进行设计及强度校核。了解和掌握Z32K型摇臂钻床在实际使用过程中出现的问题，在理论分析，计算的基础上，针对Z32K型摇臂钻床的升降系统是单手柄集中操作，操作起来比较麻烦，摇臂钻床体架太重，费力又费时，将其手动改进为自动升降，并提出了具体可行的解决方案。

关键词：摇臂钻床手动、自动升降系统电动机齿轮强度校核

英文摘要及关键词

Abstraction ：This design topic is "the Z32K radial drill drilling machine gear box improvement design". Mainly was has made the improvement, the analysis and the design to the Z32K radial drill drilling machine jacking system, and carried on the design and the intensity examination to its main transmission components. Understood and grasps the Z32K radial drill drilling machine the question which appears in the actual use process, in the theoretical analysis, in the computation foundation, in view of the Z32K radial drill drilling machine jacking system is the single handle centralism operation, operates quite troublesomely, radial drill drilling machine body too is heavy, takes the trouble to take time, its manual improvement is the power elevation, and proposed specifically the feasible solution.

Keywords: universal raidial drilling machine manual operating and automatic fluctuation system electric motor gear strength cheeks.

第一章概述

1.1摇臂钻床的简介

机床的品种和规格繁多，为了便于区别、使用和管理，将各种机床都进行了分类和和编制型号。分类方法也有多种。主要是按照加工的性质和所用的刀具进行分类。根据国家规定的机床型号的编制方法，目前将机床分为12大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床及其他机床。在每一类机床中，又可以按照工艺范围、步型型式和结构等等，可以分为若干组，每一组又可以分为若干系列。如钻床又包括：坐标镗钻床、深孔钻床、摇臂钻床、台式钻床、立式钻床、卧式钻床、中心孔钻床及其他钻床。在上述的基本分类方法的基础上，还可以根据机床的其他特征进一步进行分类。同类型机床按照应用范围（通用性程度），可以分为通用机床（或者称万能机床）、专门化机床和专用机床三大类。其中通用机床是可以加工多种工件，完成多种多样工序的加工范围较广的机床，如卧式车床、摇臂钻床等等。

摇臂钻床是摇臂绕立柱回转和升降的，主轴箱在摇臂上作水平运动的钻床。对于大，中型工件上的孔，通常采用摇臂钻床加工。加工时工件固定不动，移动主轴（刀具）可以方便地对准被加工孔的位置。摇臂钻床广泛用于大、中型零件的多孔加工。

摇臂钻床主要由立柱，摇臂，主轴箱，和底座等部分组成。主轴箱装在摇臂上，可沿立柱上下移动，以适应加工不同高度工件的要求。此外，摇臂还可以随外立柱在360°范围回转，因此主轴很容易调整到所需要的加工位置。为了使主轴在加工时保持确定的位置，摇臂钻床还具有内立柱，摇臂及主轴箱的夹紧机构，当主轴的位置调整确定后，可以快速将它们夹紧。摇臂钻床的其他变形如万向摇臂钻床摇臂和主轴箱可以回转或倾斜，使主轴可在空间任意方向都可以进行钻削，适用于重型机器，机车车辆，船舶和锅炉等制造业中加工大型工件。车式摇臂钻床的底座有车轮，可以在轨道上移动，适用于桥梁和机床等行业窄长形工件的孔加工。

1.2摇臂钻床的国内发展动态及趋势

目前国内摇臂钻床生产厂家有许多家，但是在这个行业做的较好的厂家不是很多。其中沈阳机床股份有限公司中捷摇臂钻床厂的产品国内市场占有率高达70％，出口产品遍及中东、北美、西欧等86个国家和地区。进入市场经济后，国内机床行业竞争日趋激烈，与中捷摇臂钻厂生产相同型号产品的企业有40多家，中捷摇臂钻厂产品领先优势受到挑战。为了应对挑战，中捷摇臂钻厂在产品卖得正火的时候，提出了进行跨越产品结构调整。第一，用先进技术改造传统产品。如普通摇臂钻床实现了五轴联动，价格由几万元上升到几十万元，达到中国摇臂钻床最高水平。第二，向国际先进水平靠拢，不断扩大产品领先优势。ZK系列、桥式和动桥系列产品，十几项技术居国内领先地位。ZK3050获得自主知识产权，并成为国家重点新产品；Z3580A万向摇臂钻，在任何空间、任意方向、任意位置上实现钻削功能，不仅填补了国内空白，在国外也不多见。在国际著名的芝加哥机床展览会上，中捷摇臂钻厂参展产品被一位美籍华商相中并当场拉走。德国、意大利、西腊、瑞典、伊朗等国家和地区纷纷提出做中捷牌摇臂钻的代理经销商。在上海国际机床展览会上，沈阳机床股份有限公司参展的数控钻铣床，同时被国内三家企业看好。

摇臂钻床和大多数机床一样，将向数控自动化、机电一体化和智能化方向发展。摇臂钻床未来的发展趋势是：应用电子计算机技术，简化机械结构，提高和扩大自动化工作的功能，使机床适应于纳入柔性制造系统工作；提高功率主运动和进给运动的速度，相应提高结构的动、静刚度以适应采用新型刀具的需要，提高切削效率；提高加工精度并发展超精密加工机床，以适应电子机械、航天等新兴工业的需要。

参考文献

1 He Guang Ping . Self-reconfiguration Of Underactuated Redundant Manipulators With Optimizing The Flexibility Ellipsoid . Chinese Journal of Mechanical Engineering[J] 2005,VOL 18: 92-97

2 陈铁鸣主编.新编机械设计课程设计图册 [M]北京：高等教育出版社，2003

3 孙横,傅则绍.机械原理北京：高等教育出版社，1993

4 邱宣怀.机械设计 [M]北京：高等教育出版社，1994

5 周开勤.机械零件手册 [M]北京：高等教育出版社，1989

6 申永胜主编.机械原理教程 [M]北京：清华大学出版社，1999

7 濮良贵，纪名刚主编.机械设计（第七版）北京：高等教育出版社，2002

8 龚溎义主编.机械设计课程设计图册 [M]北京：高等教育出版社，2002

9 吴宗泽主编.机械设计使用手册 [M]北京：化学工业出版社，1999

10 陈远章主编.现代机械设备设计手册（第2卷） [M]北京：机械工业出版社，1996

11 黄靖远.机械设计学 [M]北京：机械工业出版社，1999

12 张世安.摆线针轮行星传动中摆线轮最佳修形量的分析与计算 [M]机械科学与技术，2002（6）：906-908

13 成大仙主编.机械设计手册（第1、2、3卷）[M]北京：化学工业出版社，2002

14 钟毅芳，杨家军等主编.机械设计原理与方法（上、下册）武汉：华中科技大学出版社，2002年3月

15 张策主编.机械原理与机械设计 [M]北京：机械工业出版社，2004.9

16 张京辉主编.机械设计基础 [M]西安：西安电子科技大学出版社，2005.2

17 孔庆华主编.机械设计基础 [M]上海：同济大学出版社，2004.7

18 吴宗泽，罗圣国主编.机械设计课程设计手册北京：高等教育出版社，1999

19 邹慧君主编.机械原理课程设计手册 [M]北京：高等教育出版社，1998.6

20刘鸿文主编.材料力学 [M]北京：高等教育出版社，2004.1

21 曹龙华主编.机械原理 [M]北京：高等教育出版社，1986.

22 彭文生，黄华梁等主编.机械设计武汉：华中理工大学出版社，1996.

23 邹慧君主编.机械系统设计.[M]上海：上海科学技术出版社，1995.

致谢

此次毕业设计在经过一个学期的努力工作之后，终于顺利完成了。本人所学的知识和工作实践实在有限，设计过程中存在一些问题还请老师批评指正。

首先，我要感谢我的指导老师张世安老师和覃道益师傅，他们严谨的工作作风和渊博知识深深地感染了我，给了我很大的帮助。接下来我要感谢我的同学及朋友，他们帮我解决了许多的难题，并为我的设计提出了许多的宝贵意见。

在张老师和覃师傅的指导下，我终于靠自己的能力成功地完成了此次毕业论文设计。感谢各位老师对我的悉心栽培，我将会努力使自己成为一名优秀的机械工程设计人员。

最后，在此向答辩小组的全体老师们表示由衷地感谢。

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内容简介：: 毕业论文 (设计 )任务书论文 (设计 )题目 Z32K型摇臂钻床变速箱的改进设计学生姓名邓玉佳专业班级机自 02103 班学号 131021087 指导教师张世安覃道益教研室 (或外聘单位 ) 机械设计起止时间 2006 年 02 月 27 日至 2006 年 06 月 02 日毕业论文 (设计 ) 任务、目的与基本要求：一、毕业设计（论文）的任务：通过到现场的调研，了解和掌握 Z32K 型摇臂钻床变速箱的结构和原理以及在实际使用过程中出现的问题，在理论（计算）分析，计算的基础上，针对 Z32K 型摇臂钻床变速箱存在的不足，提出具体可行的解决方案。二、毕业设计（论文）的目的：通过本次毕业设计（论文）的学习和总结，全面检测学生以前所学的机械学等方面的知识和掌握的程度。而 Z32K 型摇臂钻床变速箱是企业金属加工车间常用的一种机床，为了提高工作效率，减轻工人的劳动强度，提高生产效率。有必要对 Z32K 型摇臂钻床变速箱进行更好地改进设计，这样在使用中将大大提高工作效率，降低了工人的劳动强度。通过本次毕业设计（论文），可以提高学生分析问题、解决问题的能力，对文献检索、英文翻译、学生运用计算机和外语的能力，都将是一次全面的检验。三、毕业设计（论文）的要求： 1 该机工作时，主轴部份能在任意位置摆动； 2 拟定工作机构和传动系统的运动方案，并进行多方案对比分析； 3 画出 Z32K 型摇臂钻床改进系统的运动简图； 4 对工作机构各位置进行运动和动力分析； 5 设计绘制 Z32K 型摇臂钻床变速箱装配图 2 张（一张 A0、一张 A1）； 6 设计绘制 Z32K 型摇臂钻床主轴装配图 1 张（ A0）； 7 设计绘制零件工作图 8 张（七张 A3、一张 A4）； 8 编制设计计算说明书 1 份（ 1.5 万字以上）。 nts主要参考文献与资料： 1 He Guang Ping. Self-reconfiguration Of Underactuated Redundant Manipulators With Optimizing The Flexibility Ellipsoid. Chinese Journal of Mechanical Engineering 2005,VOL 18: 92-97 2 张世安 .摆线针轮行星传动中摆线轮最佳修形量的分析与计算机械科学与技术，2002（ 6）： 906-908 3 孙横 ,傅则绍 .机械原理北京：高等教育出版社， 1993 4 邱宣怀 .机械设计北京：高等教育出版社， 1994 5 周开勤 .机械零件手册北京：高等教育出版社， 1989 6 申永胜主编 .机械原理教程北京：清华大学出版社， 1999 7 濮良贵，纪名刚主编 .机械设计（第七版）北京：高等教育出版社， 2002 8 龚溎义主编 .机械设计课程设计图册北京：高等教育出版社， 2002 9 吴宗泽主编 .机械设计使用手册北京：化学工业出版社， 1999 10 陈远章主编 .现代机械设备设计手册（第 2 卷）北京：机械工业出版社， 1996 11 黄靖远 .机械设计学北京：机械工业出版社， 1999 12 陈铁鸣主编 .新编机械设计课程设计图册北京：高等教育出版社， 2003 毕业论文 (设计 )进度安排： 1 毕业实习与毕业设计（论文）调研阶段：（第 3 4 周， 2006.2.27 3.10） 2 毕业设计（论文）开题报告阶段：（第 5 6 周， 2006.3.13 3.24） 3 毕业设计（论文）主要工作阶段：（第 7 15 周， 2006.3.27 6.2） 4 答辩时间： 2006 年 6 月 5 日 6 月 11 日。课题申报与审查指导教师（签名）： 2005 年 12 月 28 日教研室主任（签名）：年月日系主任（签名）：年月日 nts nts 本科生毕业论文开题报告书题目 Z32K 型摇臂钻床变速箱的改进设计学生姓名邓玉佳学号 131021087 专业班级机自 02103 班指导老师张世安 2006 年 3 月 18 日 nts论文（设计）题目 Z32K 型摇臂钻床变速箱的改进设计课题目的、意义及相关研究动态： 1. 课题目的、意义摇臂钻床主轴装在摇臂上，可以沿着摇臂导轨移动，而摇臂钻床又可以绕立柱做 360 旋转。主轴箱上摇臂的水平运动和摇臂旋转运动两运动相结合，可以使主轴高速运动到机床尺寸范围内的任意位置，摇臂钻床又可以沿着立柱上下调整。 Z32K 型摇臂钻床主要是适合大中型零件的多孔加工。在实际的操作过程中，这种老牌型号钻床还是存在着许多不足之处，例如摇臂钻床的升降系统。由于 Z32K 型摇臂钻床的升降系统是单手柄集中操作，操作起来比较麻烦，摇臂钻床体架太重，费力又费时，以前为了适当地省力，根据杠杆原理，手柄长度又比较长，稍微操作不当，容易发生意外事故。为了提高工作效率，减少工人的劳动强度，避免不必要的意外事故发生，很是有必要对 Z32K 型摇臂钻床变速箱进行改进设计，将原单手柄集中操作系统改进能实现快速自动升降。这样的话，可以使工作效率大大地提高和降低工人的劳动强度。 2. 相关研究动态沈阳机床股份有限公司中捷摇臂钻床厂的产品国内市场占有率高达 70，出口产品遍及中东、北美、西欧等 86 个国家和地区。进入市场经济后，国内机床行业竞争日趋激烈，与中捷摇臂钻厂生产相同型号产品的企业有 40 多家，中捷摇臂钻厂产品领先优势受到挑战。为了应对挑战，中捷摇臂钻厂在产品卖得正火的时候，提出了进行跨越产品结构调整。第一，用先进技术改造传统产品。如普通摇臂钻床实现了五轴联动，价格由几万元上升到几十万元，达到中国摇臂钻床最高水平。第二，向国际先进水平靠拢，不断扩大产品领先优势。 ZK 系列、桥式和动桥系列产品，十几项技术居国内领先地位。 ZK3050 获得自主知识产权，并成为国家重点新产品； Z3580A 万向摇臂钻，在任何空间、任意方向、任意位置上实现钻削功能，不仅填补了国内空白，在国外也不多见。在国际著名的芝加哥机床展览会上，中捷摇臂钻厂参展产品被一位美籍华商相中并当场拉走。德国、意大利、西腊、瑞典、伊朗等国家和地区纷纷提出做中捷牌摇臂钻的代理经销商。在上海国际机床展览会上，沈阳机床股份有限公司参展的数控钻铣床，同时被国内三家企业看好。摇臂钻床和大多数机床一样，将向数控自动化、机电一体化和智能化方向发展。摇臂钻床未来的发展趋势是：应用电子计算机技术，简化机械结构，提高和扩大自动化工作的功能，使机床适应于纳入柔性制造系统工作；提高功率主运动和进给运动的速度，相应提高结构的动、静刚度以适应采用新型刀具的需要，提高切削效率；提高加工精度并发展超精密加工机床，以适应电子机械、航天等新兴工业的需要。 nts课题的主要内容（观点）、创新之处： 1.主要内容本课题的主要任务是对 Z32K 型摇臂钻床变速箱进行改进设计，它要求我们通过调研，发现原有旧型摇臂钻床在实际生产使用过程中存在的缺点与不足，然后针对其缺点与不足进行变速箱改进设计，以达到改善、提高其使用性能。在设计过程中，在充分考虑在现有生产条件以及材料选择的同时，重点研究问题有：变速箱的结构设计、传动设计、升降系统的结构及传动连接设计、装备图的绘制、设计改进后变速箱的可行性、实用性以及它的经济性。 2.创新之处本次设计主要是改进摇臂钻床的升降系统。通过变速箱内齿轮啮合的改变，从而实现自动升降。此次设计的创新之处是将原有的手动升降改为自动升降。研究方法、设计方案或论文撰写提纲： 1. 研究方法与设计方案本课题属于对传动部件进行改进设计，所以设计要求设计者须具备一定的有关机械传动方面的知识和机械设计方面的知识，还须对 Z32K 型摇臂钻床的变速箱的传动等结构部分有一定的了解。根据以往的课题设计经验，采用理论与实际相结合的方法，多看、多想、多动手。多查相关资料，多和指导老师交流，理论联系实际，选择最优方案。针对调研后发现存在的问题，丝杆螺距较大（ P=6），两圆锥齿轮传动时，传动比虽小，但机床的体架太重，升降比较费时费力，为了适当省力，手柄长度过长，操作动作大，当拖板接近变速箱时，进给手柄与升降手柄容易打在一起，操作者易受伤。而市面上有一种升降系统是在丝杆的端头安装小型电机和减速器，这种升降系统虽然弥补了手动升降的缺点，但是又派生了另外的缺点。我查阅相关资料，采用基本理论与实践相结合的办法，与老师、工人、同学研究讨论，已初步设计出一套方案。我的研究设计方案大体是：直接采用原有的电动机作为升降系统的动力源，在变速箱内附加若干齿轮，在原有的主运动传动系统中，通过齿轮的变化啮合，把动力传到螺母上，使螺母达到转动，从而实现自动升降。 2. 论文撰写提纲 1 ) 了解 Z32K 型摇臂钻床的工作环境及工作原理 ,并对摇臂钻床的传动部分进行分析 ,尤其了解其升降系统； 2 ) 制定传动方案； 3 ) 绘制传动运动简图； 4 ) 电机功率输入时 ,对其进行运动和动力分析； 5 ) 通过绘制 Z32K 型摇臂钻床传动总装图从而计算出各零件的尺寸及装配关系 nts完成期限和预期进度： 1.2006.02.15 - 2006.03.15 查阅、搜索相关资料和专业英语翻译； 2.2006.03.16 - 2006.03.31 毕业实习与调研及开题报告阶段； 3.2006.04.03 - 2006.05.19 毕业设计主要工作阶段，完成各种运动和动力设计计算、校核及所有图纸； 4.2006.05.21 - 2006.06.02 完成说明书的编写和收尾工作。主要参考资料： 1 He Guang Ping . Self-reconfiguration Of Underactuated Redundant Manipulators With Optimizing The Flexibility Ellipsoid . Chinese Journal of Mechanical Engineering 2005,VOL 18: 92-97 2 张世安 .摆线针轮行星传动中摆线轮最佳修形量的分析与计算机械科学与技术， 2002（ 6）： 906-908 3 孙横 ,傅则绍 .机械原理北京：高等教育出版社， 1993 4 邱宣怀 .机械设计北京：高等教育出版社， 1994 5 周开勤 .机械零件手册北京：高等教育出版社， 1989 6 申永胜主编 .机械原理教程北京：清华大学出版社， 1999 7 濮良贵，纪名刚主编 .机械设计（第七版）北京：高等教育出版社， 2002 8 龚溎义主编 .机械设计课程设计图册北京：高等教育出版社， 2002 9 吴宗泽主编 .机械设计使用手册北京：化学工业出版社， 1999 10 陈远章主编 .现代机械设备设计手册（第 2 卷）北京：机械工业出版社，1996 11 黄靖远 .机械设计学北京：机械工业出版社， 1999 12 陈铁鸣主编 .新编机械设计课程设计图册北京：高等教育出版社， 2003 13 成大仙主编 .机械设计手册（第 1、 2、 3 卷） M.北京：化学工业出版社，2002 指导教师意见：签名：年月日 nts开题报告会纪要时间地点与会人员姓名职务（职称）姓名职务（职称）姓名职务（职称）会议记录摘要：会议主持人：记录人：年月日系工作小组意见负责人签名：年月日 nts机械工程系（本科）毕业设计 (论文 )答辩资格审查表学生姓名班级学号指导教师课题名称审查者审查内容审查记录审查意见与签字指导教师参加毕业设计（论文）的有效时间是否保证（签名）：毕业设计（论文）是否存在雷同或抄袭是否完成规定的毕业设计（论文）任务答辩资格审查小组毕业设计（论文）任务书及其签字（签名）：年月日开题报告内容、签字、时间相符性英文翻译的工作量（完整， 1.2 万字符）设计绘图工作量是否 3 张 A0（或：程序设计的工作量是否饱满）是否有指导教师评语，评语的规范性是否有评阅教师评语，评语的规范性毕业设计说明书文本的字数 1.5 万字（毕业论文 1.8 万字）毕业设计（论文）文本的规范性系办公室审查是否欠交学费是否有不能参加答辩的其他事由系毕业设计工作指导小组意见（签字）：（盖章）年月日 1 审查程序说明：（ 1）学生持本审查表填好课题信息，交指导教师进行审查，签字后交学生保存；（ 2）学生持本审查表和所有毕业设计资料，按规定的时间，到指定地点交答辩资格审查小组进行审查；审查后由资格审查小组组长将答辩资格审查表交系教务秘书汇总；（ 3）系办公室进行答辩资格审查，系毕业设计工作指导小组进行答辩资格最后认定，加盖机械系公章后返回给学生；（ 4）学生凭答辩资格审查表参加答辩。没有通过答辩资格审查者，不得参加答辩。（ 5）本表存入学生毕业设计资料袋（或资料盒）。 2 审查意见说明：建议填写：（ 1）同意答辩（必要时指出要完善的内容），（ 2）不同意答辩答辩。 ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 1 中文摘要及关键词摘要：本次设计课题为“ Z32K 型摇臂钻床变速箱的改进设计 ”。主要是对 Z32K型摇臂钻床的升降系统进行了改进、分析与设计，并对其主要传动零件进行设计及强度校核。了解和掌握 Z32K 型摇臂钻床在实际使用过程中出现的问题，在理论分析，计算的基础上，针对 Z32K 型摇臂钻床的升降系统是单手柄集中操作，操作起来比较麻烦，摇臂钻床体架太重，费力又费时，将其手动改进为自动升降，并提出了具体可行的解决方案。关键词：摇臂钻床手动、自动升降系统电动机齿轮强度校核 ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 2 英文摘要及关键词 Abstraction ： This design topic is the Z32K radial drill drilling machine gear box improvement design. Mainly was has made the improvement, the analysis and the design to the Z32K radial drill drilling machine jacking system, and carried on the design and the intensity examination to its main transmission components. Understood and grasps the Z32K radial drill drilling machine the question which appears in the actual use process, in the theoretical analysis, in the computation foundation, in view of the Z32K radial drill drilling machine jacking system is the single handle centralism operation, operates quite troublesomely, radial drill drilling machine body too is heavy, takes the trouble to take time, its manual improvement is the power elevation, and proposed specifically the feasible solution. Keywords: universal raidial drilling machine manual operating and automatic fluctuation system electric motor gear strength cheeks. ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 3 第一章概述 1.1 摇臂钻床的简介机床的品种和规格繁多，为了便于区别、使用和管理，将各种机床都进行了分类和和编制型号。分类方法也有多种。主要是按照加工的性质和所用的刀具进行分类。根据国家规定的机床型号的编制方法，目前将机床分为 12 大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床及其他机床。在每一类机床中，又可以按照工艺范围、步型型式和结构等等，可以分为若干组，每一组又可以分为若干系列。如钻床又包括：坐标镗钻床、深孔钻床、摇臂钻床、台式钻床、立式钻床、卧式钻床、中心孔钻床及其他钻床。在上述的基本分类方法的基础上，还可以根据机床的其他特征进一步进行分类。同类型机床按照应用范围（通用性程度），可以分为通用机床（或者称万能机床）、专门化机床和专用机床三大类。其中通用机床是可以加工多种工件，完成多种多样工序的加工范围较广的机床，如卧式车床、摇臂钻床等等。摇臂钻床是摇臂绕立柱回转和升降的，主轴箱在摇臂上作水平运动的钻床。对于大，中型工件上的孔，通常采用摇臂钻床加工。加工时工件固定不动，移动主轴（刀具）可以方便地对准被加工孔的位置。摇臂钻床广泛用于大、中型零件的多孔加工。摇臂钻床主要由立柱，摇臂，主轴箱，和底座等部分组成。主轴箱装在摇臂上，可沿立柱上下移动，以适应加工不同高度工件的要求。此外，摇臂还可以随外立柱在 360 范围回转，因此主轴很容易调整到所需要的加工位置。为了使主轴在加工时保持确定的位置，摇臂钻床还具有内立柱，摇臂及主轴箱的夹紧机构，当主轴的位置调整确定后，可以快速将它们夹紧。摇臂钻床的其他变形如万向摇臂钻床摇臂和主轴箱可以回转或倾斜，使主轴可在空间任意方向都可以进行钻削，适用于重型机器，机车车辆，船舶和锅炉等制造业中加工大型工件。车式摇臂钻床的底座有车轮，可以在轨道上移动，适用于桥梁和机床等行业窄长形工件的孔加工。 ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 4 1.2 摇臂钻床的国内发展动态及趋势目前国内摇臂钻床生产厂家有许多家，但是在这个行业做的较好的厂家不是很多。其中沈阳机床股份有限公司中捷摇臂钻床厂的产品国内市场占有率高达70，出口产品遍及中东、北美、西欧等 86 个国家和地区。进入市场经济后，国内机床行业竞争日趋激烈，与中捷摇臂钻厂生产相同型号产品的企业有 40 多家，中捷摇臂钻厂产品领先优势受到挑战。为了应对挑战，中捷摇臂钻厂在产品卖得正火的时候，提出了进行跨越产品结构调整。第一，用先进技术改造传统产品。如普通摇臂钻床实现了五轴联动，价格由几万元上升到几十万元，达到中国摇臂钻床最高水平。第二，向国际先进水平靠拢，不断扩大产品领先优势。 ZK系列、桥式和动桥系列产品，十几项技术居国内领先地位。 ZK3050 获得自主知识产权，并成为国家重点新产品； Z3580A万向摇臂钻，在任何空间、任意方向、任意位置上实现钻削功能，不仅填补了国内空白，在国外也不多见。在国际著名的芝加哥机床展览会上，中捷摇臂钻厂参展产品被一位美籍华商相中并当场拉走。德国、意大利、西腊、瑞典、伊朗等国家和地区纷纷提出做中捷牌摇臂钻的代理经销商。在上海国际机床展览会上，沈阳机床股份有限公司参展的数控钻铣床，同时被国内三家企业看好。摇臂钻床和大多数机床一样，将向数控自动化、机电一体化和智能化方向发展。摇臂钻床未来的发展趋势是：应用电子计算机技术，简化机械结构，提高和扩大自动化工作的功能，使机床适应于纳入柔性制造系统工作；提高功率主运动和进给运动的速度，相应提高结构的动、静刚度以适应采用新型刀具的需要，提高切削效率；提高加工精度并发展超精密加工机床，以适应电子机械、航天等新兴工业的需要。 ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 5 第二章原动机的选择机械系统通常是由原动机、传动装置、工作机和控制操纵部件及其它辅助部件组成。工作机是机械系统中的执行部分，原动机是机械系统的中的驱动部分，传动装置则是把原动机和工作机有机地联系起来，实现能量传递和运动形式转换不可缺少的部分，而其中原动机在机械系统中所起的作用是：（ 1）把自然界的能源变成机械能；（ 2）把发电机等变能机所产生的各种形态的能量转换为机械能。 2.1 常用原动机的运动形式常用原动机有以下三种运动形式，具体见表 2-1：表 2-1 原动机运动形式运动形式实例连续运动电动机、液压马达、气压马达、柴油机、汽油机往复运动直线电动机、汽缸、液压缸往复摆动摆动油缸、摆动汽缸 2.2 原动机的驱动方式原动机的驱动方式分为单机集中驱动和多机分别驱动。由一台原动机通过传动装置驱动执行机构工作，叫做单机集中驱动。而多机分别驱动自然而然是用多台原动机来驱动各执行机构工作。两种驱动方式中，单机集中驱动传动装置复杂，操作麻烦，功率大，但价格便宜。而多机分别驱动传动装置简单，电动机功率小，但成本比较高。 2.3 原动机选择应考虑的因素 1）必须考虑到现场能源的供应情况及工作环境因素； 2）必须考虑原动机的机械特性与工作机的匹配情况； 3）必须考虑到维修是否方便，操作是否简单，工作是否可靠； 4）必须考虑到工作机对原动机所提出的起动、过载、运转平稳性等方面的要求； 5）必须考虑到其经济效益及其成本，这也是非常重要的一项。 ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 6 2.4 原动机的性能比较表 2-2 原动机性能比较类别电动机气缸马达液压马达柴油机尺寸较大较小较小较大功率及取范围功率大；0.31000KW，范围广功率比电动机大；一般在2.2KW 以下，尤其适用于0.75KW 以下的高速传动功率最大；受实际油压和马达尺寸的限制功率大；538000KW 重量大比电动机大最大大输出刚度硬软较硬较硬运行温度控制温度应低于许应值排气时空气膨胀，噪声较大，排气处应安装消声器对油箱进行风冷或水冷调整方法和性能直流电动机用改变电枢电阻、电压或改变磁通的方法；交流电动机用变频、变极或变转差率的方法用气阀控制，简单，迅速，但不够精确通过阀或泵控制改变流量，调速范围大较难噪声小较大较大较大维护要求较少少较多较多初始成本低较高高高运转费用最低最高高高应用很广，需要动小功率高速场较广很广，如各种车ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 7 力电源合辆，船舶、农用机械、工程机械和压缩机等等 2.5 确定原动机的选择考虑到 Z32K 型摇臂钻床的现场工作环境及工作需求， Z32K 型摇臂钻床的起动力矩和调速范围等要求，我选择电动机作为其原动机。由于生产机械装置及工作机所处的工作环境各不相同，电动机的工作环境也自然而然就各不一样。在绝大多数情况下，电动机工作的周围大气中有不同分量的灰尘和水分，有的处于潮湿之处甚至水下工作，有的周围含有腐蚀性气体甚至爆炸物，为了保证电动机能在不同的工作环境中顺利地安全运行，电动机的外壳也就有多种型式，其型式有：开启式、防护式、封闭式、防爆式。由于 Z32K 型摇臂钻床工作常处于灰尘较多的场合，其外壳选用封闭式，电动机型号为 Y 系列， Y90L-4，额定功率1.5KW，满载转速 1400r/min，额定转矩 2.2N m，质量 27Kg。 ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 8 第三章机械传动设计方案的拟定与比较机械系统设计中的首要环节就是拟定传动设计方案。其拟定的合理与否，在很大程度上决定了机械产品的合理、先进和具备市场竞争力的程度。在机械系统设计中，为了达到预定的运动和动力要求。可以采用不同的传动方案。 3.1 传动设计方案评价的目的机械运动方案的拟定和设计，最终要求通过分析比较提供最优的方案。一个方案的优劣只有通过系统能够方案的评价来确定。从工作机系统设计的全过程来看，评价工作不仅在整个机械传动方案设计完成后是需要的，而且评价工作在设计全过程中的每一阶段也是需要的。一个机械传动运动方案要求某一工艺动作过程，这一工艺动作过程又可以分解成若干个动作，采用一些执行机构来加以实现。由于机械系统传动方案评价指标是多方面的。选用某一机构型式时往往对各评价指标反应不一。有时也会相互矛盾。因此，需要建立一个评价体态，进行全面的，综合性的评价。由此可以得出整个最优机械传动运动方案。 3.2 机械传动设计方案评价的原则机械传动设计方案评价的原则有：（ 1）保证评价的客观性评价的目的是为了决策，因此评价是否客观，就会影响决策是否正确。为了保证评价的客观性，要求评价资料的全面性和可靠性，要求防止评价人员的倾向性，评价人员组成要有代表性等等。（ 2）保证方案的可比性各个方案要求在实现基本功能上要有可比性和一致性，有的方案个别功能突出或有新颖之处。只能表明它在这个方面的优越之处，不能代替其他方面的要求，更不能掩盖其它方面的不足。否则，会失去综合评价的作用。陷入“突出一点，不顾其余 ”的错误。这种主观偏面的做法。显然不利于评选最优方案。（ 3）要有评价指标体系评价指标体系是全面反映系统目标要求的一种评价模式。因此，评价体系应主要考虑机械传动运动方案总功能所涉及到的对机构系统的各方面要求和指标。不考虑或少考虑其他方面的要求建立的评价指标体系，不仅是定性的要求，而且应该将各个评价的指标进行量化。评价指标体系的建立要求依据科学知识和专家的经验，要体现评价指标体系的科学性、全面性格外专家经验性。 3.3 系统设计方案的比较与确定 ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 9 根据 Z32K 型摇臂钻床的工作情况，以及结合毕业设计课题，我现对摇臂钻床的升降系统进行改进，现拟定以下三种传动方案供选择：方案一：手动升降系统手柄锥齿轮轴锥齿轮螺母方案二：自动升降系统新增电动机齿轮 1 齿轮 2 锥齿轮 1 锥齿轮 2 螺母方案三：原电动机齿轮四联滑移齿轮双联齿轮齿轮锥齿轮轴锥齿轮螺母表 3-1 系统传动方案性能的比较性能指标具体项目方案一方案二方案三功能传动精度高高高升降速度慢快快工作性能可调性好好较好运转速度慢快快承载能力大较大较大动力性能加速度峰值小较大较大噪声较小小小耐磨性耐磨耐磨耐磨可靠性可靠可靠可靠经济性制造性易难易调整方便性方便不方便方便能耗大小一般一般一般制造费用便宜贵便宜结构紧凑尺寸小小小重量轻重较轻结构复杂性简单一般一般方案一：升降时费力又费时，再加上手柄长度较长，在实际操作过程中，当拖板接近变速箱时，进给手柄与升降手柄容易打在一起，操作者易受伤。方案二：在丝杆的端头装上小型电动机和减速器，使丝杆转动，螺母固定实现自动升降。那是一种传动的自动升降系统。很多机床都用的上。但是针对 Z32KntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 10 型摇臂钻床来说，虽然弥补了自动升降的缺点，但又派生出另外的缺点：（ 1）钻床立柱的顶端面积是有限的，而附加的电动机和减速器体积较大，结构复杂，安装困难，也增加了成本，再说提重吊环的安装问题也难以解决。（ 2）增加一个动力源、减速器和一组控制电路，使成本增加。方案三：直接利用原有电动机作为升降系统的动力源。在变速箱内附加若干齿轮，在原有的主运动传动系统中，通过齿轮的变化啮合，把动力传到螺母上，使螺母转动，从而实现自动升降。方案的优点：（ 1）利用原电动机作为动力源，成本低。（ 2）附加零件部件结构简单、容易生产。（ 3）充分利用了变速箱的有限空间，使原机床的各部分结构和机床外观不受影响。（ 4）控制电路部分保持不变，操作简单、方便。（ 5）升降平稳、快捷、工作效率高。根据以上的评价比较和分析，最终选择方案三作为升降系统的传动方案。图 3-1 变速箱传动示意图 ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 11 第四章绘制变速箱中升降系统的传动机构运动简图在生产中实际使用的各种机械在外形、构造和用途等各方面各不大相同。组成机械（机器）的各种机构及各个机构和形状也是很复杂的。但各构件间的运动是由原动件的运动规律及个运动副的类型和机构的运动尺寸来决定的，与各构件之间的相对运动和整个机构的运动状态与机构中所包含的运动副数量、类型以及运动副之间的相对位置（也即机构的运动尺寸）有关。而与组成构件的零件形状和数量、构件的外形及其截面积的形状和尺寸以及运动副的具体构造等等因素都无关。因此，在研究机构的运动时，为了便于分析，常常不计或者是略去那些与机构运动无关的因素，而是用规定的运动副符号及代表构件的线条来表示机构的运动特性，并根据运动学尺寸按比例画出各运动副之间的相对位置。如转动副中心间的距离和移动副导路中心位置等等。这种简单的运动图形是机构分析和设计的模型。如果仅仅以机构和运动副组成的符号表示机构，其图形若不按照精确比例绘制，目的是为了进行初步的结构组成分析，弄懂动作原理等等，则称这种简图为机构示意图或者机构简图。绘制机构运动简图的步骤与方法： 1）为了将机构运动简图表示清楚，在绘制时应该恰当地选择投影面。 2）认清机架、输出机构和输入机构。 3）搞清楚机构运动传递路线。 4）了解两构件间的相对运动关系。 5）选用适当的比例。 6）原动件标箭头表示运动方向。根据以上步骤，初步绘制出了 Z32K 型摇臂钻床改进后的变速箱升降系统的传动机构运动简图。机机机机机机图 4-1 升降系统运动机构简图 1 电动机； 2、机 -2 轴； 4 花键轴； 3、 5、机 -4 直齿轮；机 -3 双联齿轮；6 四联滑移齿轮；机 -6 锥齿轮轴； 7 锥齿轮；机 -1、机 -5 轴承 ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 12 第五章传动部分运动及动力分析 5.1 部分传动连接设计由 Z32K 型摇臂钻床变速箱装配图和升降系统机构运动简图可以知道，升降系统的传动路线为：电动机 2 轴 4 轴机 -2 过度轴机 -6 锥齿轮轴锥齿轮 7 螺母。为了设计和加工方便，机 -6 锥齿轮轴的各部分参数大部分上与原来手动系统中与升降手柄相连接的圆锥齿轮轴相同，而在末端又将方头改为平键槽，采用平键与机 -4齿轮连接。机 -3过度齿轮的产生，因为固定机 -6圆锥齿轮轴径向位置的箱体孔中心高度受原有带动螺母及丝杆运动的圆锥齿轮位置的限制，其箱体孔较接近箱体孔内壁，使得机 -4 齿轮的分度圆直径受到限制，而固定在花键径向位置的箱体孔的距离较远，所以必须在四联滑移齿轮和机 -4 齿轮之间加上过渡齿轮连接，从而这样产生了机 -3 齿轮。我将机 -3 齿轮设计为双联齿轮，那是因为：为了提高工作效率，初定升降速度为 800mm/min，已知：原有丝杆螺距 P=6，原有带动螺母及丝杆运动的圆锥齿轮齿数 Z=36，机 -6 圆锥齿轮齿数 Z=20。通过计算得出；要求机 -6圆锥齿轮轴的转速 N=240r/min。又已知电动机的转速 N=1400r/min，与电动机轴相连最近的齿轮齿数 Z=18（为了方便下面的计算，又将其写成 18Z51 ），四联滑移齿轮的小齿数70Z=28，假如机 -3过渡齿轮为单联齿轮，那么机 -6 的齿数 Z=54，为了能让传动的模数一致 m=2，则机 -6 的齿轮分度圆直径为 108mm，而箱体孔内壁限于机 -6 的齿轮的分度圆直径为 72mm，所以必须将机 -3过渡齿轮设计为双联齿轮，以减少齿轮和分度圆直径，由于花键轴、机 -2 过渡轴与机 -6 圆锥齿轮轴径向位置的各箱体孔之间呈三角形分布，因此机 -3双联齿轮的分度圆直径在设计上能作适当的调整。 5.2 传动比、各轴转速、功率及转矩的计算已知假定了升降系统速度为 800mm/min，又已知： 18Z51 ， 55Z69 ，28486659Z 70 、， 36Z7 ， 206 机Z ，电动机转速 N=1400r/min，电动机功率为 P=1500KW，圆锥齿轮的传递效率为 %951 ，圆柱齿轮传递效率为%982 ，联轴器的传递效率为 %5.993 ，电动机的转速 min/14000 rn ，所ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 13 以： m in/r1 4 0 0nn 02 轴， KW4 9 2 5.1995.05.1PP 32 轴， 1855i24 m in/r4 5 855181 4 0 0inn2424 轴KW4 6 2 6 5.198.04 9 2 5.1PP 224 轴轴为了使 4轴转速经过过渡轴机 -2传到机 -6锥齿轮轴上， m in/r24020366800inn 676 机机，初步确定各齿轮参数如下表：表 5-1 齿轮参数名称齿数分度圆直径模数机 -3 64 128 2 机 -3 44 88 2 机 -4 36 72 2 所以有： 7162864i 24 轴机 m in/r375.200167458i nn 24 42 轴机轴机，KW4 3 3.198.04 6 2 6 5.1PP 242 轴机 1194436i 62 机机， m in/r9.244911375.200inn6226 机机机机，KW4 0 5.198.04 3 3.1PP 226 机机 m in/r11.13636209.244inn 67 机 KW335.195.0405.1PP 167 机各参数确定之后，重新计算的升降速度为： 136.11 6=816.66r/min 各轴转矩为：电动机轴 mN23.10NP95 50T 电2轴 mN179.10995.023.10TT32 电轴ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 14 4轴 mN48.30185598.0179.10iTT 2424 2 轴轴机 -2轴 mN275.60286498.048.30iTT 2442 2 轴机轴机机 -6锥齿轮轴 mN75.55443698.0275.60iTT 6226 2 机机机机7锥齿轮 mN33.95203695.075.55iTT 167 机各参数值列表如下：表 5-2 各轴参数轴号功率 KW 转矩 mN 转速 r/min 传动比效率电动机 1.50 10.23 1400 / / 2轴 1.49 10.18 1400 / 0.995 4轴 1.46 30.48 458 3.06 0.975 机 -2轴 1.43 68.28 200.375 2.29 0.956 机 -6 1.405 55.75 244.91 0.82 0.937 7Z1.335 95.33 136.11 1.8 0.89 5.3 齿轮材料的选择 5.3.1、齿轮材料的基本要求从对齿轮的失效分析可知，为了使齿轮能够正常工作，应对齿轮的材料提出如下基本要求：（ 1）齿面应有足够的硬度和耐磨性，以防止齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等失效。（ 2）轮齿心部应有足够的强度和较好的韧性，以防止齿根折断忽然抵抗冲击载荷。（ 3）应有良好的加工工艺性能及热处理性能，以便加工和提高力学性能。 5.3.2、常用材料及热处理适合制造齿轮的材料有很多，最常用的是钢、铸铁，有些场合也采用非金属材料。 1、钢钢具有强度高、韧性好、便于制造和热处理等优点。大多数齿轮毛坯都采用ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 15 优质碳素钢和合金钢通过锻造而成，并通过热处理改善和提高力学性能。按热处理后齿面硬度的不同，钢制齿轮分为软齿面齿轮和硬齿面齿轮两种。软齿面齿轮的齿面硬度小于或等于 350HBS，通常适用于一般用途、中小功率以及精度要求不高的场合，例如一般用途的减速器。由于齿面硬度不高，这种齿轮的毛坯在进行调质或正火的热处理之后再进行精加工，一般采用插齿或滚齿等方法。对于一对软齿面的齿轮来说，在传动的过程中，小齿轮的轮齿啮合次数比大齿轮的多，同时小齿轮的齿根较薄，使得小齿轮的轮齿弯曲强度较弱。因此，通常使小齿轮的齿面硬度要比大齿轮的齿面硬度高 30 50HBS或更多，以保证大、小齿轮的使用寿命相接近。在一般情况下，通常选用不同的材料或不同的热处理可以实现这个要求。硬齿面齿轮的齿面硬度大于 350HBS，常用于高速重载及受有冲击载荷的或要求结构紧凑的重要机械传动中，例如机床、汽车变速箱等。这种齿轮的毛坯在进行调质或正火后，进行精切齿，然后再进行表面淬火处理，使得齿轮的耐磨性提高，承载能力增大。硬齿面齿轮与软齿面齿轮比较，其综合承载能力可提高 2 3 倍。或者说，在相同的承载能力下，硬齿面的齿轮传动要比软齿面的结构尺寸小得多。所以，除非受到工艺或生产等条件的限制，一般情况下应尽可能采用硬齿面齿轮。 2、铸钢对于齿轮的直径尺寸较大（大于 400 600mm），或结构复杂不易锻造的齿轮毛坯，可用铸钢来制造。例如低速、重载的矿山机械中的大齿轮。 3、铸铁灰铸铁具有较好的减磨性和加工性能，而且价格低廉，但它的强度较低，抗冲击性能差，因此，常用于开式、低速轻载、功率不大及冲击振动的齿轮的传动中。球墨铸铁的力学性能和抗冲击能力较灰铸铁高，可代替灰铸铁、铸钢和调质钢铸造大直径齿轮。 4、非金属材料非金属材料的弹性好，耐磨性好，可注塑成型，成本低，但承载能力小，适用高ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 16 速轻载以及精度要求不高场合。例如食品机械、家电产品以及办公设备等。常用齿轮的材料见下表 5-3：表 5-3 常用齿轮的材料及其力学性能材料牌号热处理方法齿面硬度强度极限 MPaB / 屈服极限 MPas / 主要应用优质碳素钢 45 正火 160 217HBS 580 290 低速轻载调质 217 255HBS 650 360 低速中载表面淬火 48 55HRC 750 450 高速中载或低速重载 50 正火 180 220HBS 620 320 冲击很小合金钢 40Cr 调质表面淬火 240 260HBS 48 55HRC 700 900 550 650 中速中载高速中载无剧烈冲击 42SiMn 调质表面淬火 217 269HBS 45 55HRC 750 470 高速中载无剧烈冲击 20Cr 渗碳淬火 56 62HRC 650 400 高速中载承受冲击 20CrMnTi 渗碳淬火 56 62HRC 1100 850 铸钢 ZG310 570 正活表面淬火 160 210HBS 40 50HRC 570 320 中速、中载、大直径 ZG340 640 正火调质 170 230HBS 240 270HBS 650 700 350 380 球墨铸铁 QT600-2 正火 220 280HBS 147 241HBS 600 500 低中速轻载有小的冲击 ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 17 QT500-5 灰铸铁 HT250 HT300 人工时效 170 240HBS 187 235HBS 200 300 低速轻载冲击很小根据上述齿轮材料的介绍，我设计改进后新增的齿轮中，机 -6锥齿轮材料选用 40Cr，直齿轮机 -4的材料选用 20CrMnTi，机 -3双联齿轮选用 20CrMnTi。 5.4 直齿圆锥齿轮的尺寸设计计算及校核圆锥齿轮传动用于传递两个相交轴之间的运动和动力，圆锥齿圆按照分度圆上的饿齿向，圆锥齿轮可以分为直齿、斜齿和曲齿齿轮三种类型。直齿圆锥齿轮易于制造，则安装也比较简单，适用于低速、轻载传动的场合，应用也比较广泛。斜齿圆锥齿轮应用较少。而曲齿圆锥齿轮传动平稳、承载能力高，常应用于高速重载的场合。但是设计和制造较为麻烦，复杂。圆锥齿轮 7是直齿圆锥齿轮。 5.4.1 圆锥齿轮的各参数设计计算已知：齿数 1Z =36，模数 1m =2，配对齿轮齿数 2Z =20，模数 2m =2 分度圆直径： 72362zmd 111 分度圆锥角： 293620a r cct gzza r cct g121齿顶高： 221mhh1 齿根高： 4.22)2.01(m)ch(h1f 全齿高： 4.44.22hhh1f1 顶隙 c： 4.022.0mcc 齿顶圆直径： 4 9 8.7529c o sh2dd111a 齿根圆直径： 8 0 2.6729s inh2dd 1f11f 锥矩： 4397.74dd21R 2121 齿顶角： 54.1Rhar c tg ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 18 齿根角： 85.1Rharc tg ff 当量齿角： 16.41c o szZ111v 根锥角： 15.271f1f 顶锥角： 54.3011 当量齿轮分度圆半径： 16.41co s2dr111v 当量齿轮齿顶圆半径： 16.43hrr11vv 当量齿轮齿顶压力角： 48.33rco srar c co s1v1v1v 不发生根切的最少齿数： 15c o s)s in/h2(Z 2m in 5.4.2 受力分析进行受力分析，为了简便起见，近似假定载荷沿齿宽分布均匀，并集中作用于齿宽中点节线处的法向平面内，和圆柱齿轮传动机构相似，齿面的法向为nF，也可以分解为圆周力tF，径向力 rF 和轴向力aF，求得各分力公式为： 1R11t d)5.01( T2F （ 5-1） 11t1r co stgFF （ 5-2） 11t1a s intgFF （ 5-3） cos/FF1tn（ 5-4）计算结果如下： N87.1 7 8 81072)44.74 205.01(75.552d)R b5.01(T2d)5.01(T2F31111R11t N46.5 6 929c o s20tg87.1 7 8 8c o stgFF 11t1r N66.3 1 520s i n20tg87.1 7 8 8s i ntgFF 11t1a ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 19 N68.1 9 0 320c o s/87.1 7 8 8c o s/FF 1tn 5.4.3 结构设计结构设计大体如下图 5-1所示，各详细参数具体见锥齿轮 7零件图（见 CAD图纸 YBZC-05）图 5-1 锥齿轮 5.4.4 计算载荷上面所述的nF，tF和 rF 等均是作用在齿轮上的名义载荷。在实际工作中，还应该考虑原有动力机和工作机的振动和冲击，轮齿啮合过程中产生的动载荷。由于制造安装误差或者受载后轮齿产生的弹性变形以及轴套、轴承箱体的变形，使得载荷沿齿宽方向分布均匀，同时啮合的各轮齿之间载荷分布不均匀等等。为此，应该将名义载荷乘以载荷系数，作为计算载荷，进行齿轮的强度计算时，按计算载荷进行计算，与圆周力对应的计算载荷为： ttc FKF （ 5-5）式中：载荷系数 KKKK VA（ 5-6）其中： AK 使用系数，用来考虑原动机和工作机的工作特性等引起的动力过载对齿轮受载的影响，其值可以查如下表 5-4：表 5-4 使用系数 AK 工作机的原动机的工作特性及其示例 ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 20 工作特性均匀平稳电动机、均速转动的汽轮机轻微冲击汽轮机、液压马达中等冲击多缸内燃机严重冲击单缸内燃机均匀平稳 1.00 1.10 1.25 1.50 轻微冲击 1.25 1.35 1.50 1.75 中等冲击 1.50 1.60 1.75 2.00 根据上述表格，我设计计算时取使用系数 AK =1.25。 VK 动载系数，用来考虑齿轮副在啮合过程中，因啮合误差（基节误差、齿形误差和轮齿变形等）所引起的内部附加动载荷对轮齿受载的影响。其值，对于直齿圆柱齿轮传动，可以取VK=1.05 1.4；斜齿圆柱齿轮传动，可以取VK=1.021.2；直齿锥齿轮传动，可以取VK=1.1 1.4。齿轮精度低、速度高时，VK取大值；反之取小值。因而我设计计算时取VK=1.3 K 齿向载荷分布系数，用以考虑由于轴的变形和齿轮制造误差等引起的载荷沿齿宽方向分布不均匀的影响。对于直齿圆柱齿轮传动，若两轮之一为软齿轮时，取K=1 1.2，两轮均为硬齿面时，取K=1.1 1.35；直齿圆锥齿轮传动，可以取K=1.1 1.3，宽径比 B/d1 较小、齿轮在两支承中间对称布置、轴的刚性大时，K取小值；反之，取大值。因而我在设计计算时取K=1.2。 K 齿间载荷分配系数，用以考虑同时啮合的各对齿轮轮齿间载荷分配不均匀的影响。对于直齿圆柱齿轮传动，取K=1 1.2；斜齿圆柱齿轮传动，齿轮精度等级高于 7级（含 7级），K=1 1.2，齿轮精度等级低于 7级，K=1.2 1.4；直齿圆锥齿轮传动，可以取K=1。齿轮制造精度等级低、齿面为硬齿面时，K取大值；精度等级低、齿面为软齿面时，K取小值。因而我在设计计算时取K=1。所以 KKKK VA=1.25 1.3 1.2 1=1.95 29.3 4 8 887.1 7 8 895.1KFF ttc N 5.4.5 齿面接触疲劳强度的校核 ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 21 1）确定许应力，查机械设计原理与方法 P368 页图 10 38 得limH =1500MPa limHS =1.01.2，取 limHS =1.1； STY =2 所以 MP a6.1 3 6 3MP a1.11 5 0 0S l i mH l i mHHP 2）验算齿面接触疲劳强度条件计算工作转矩 T=9.55 mmN 94 01911.13 6 34.110 6确定载荷系数 K=1.95 查图 HZ =2.5， EZ = MPa8.189 ，因为不是很多，Z=0.90 计算齿面接触应力 ubd )1u(TK2ZZZ 21EHH MP8.13827.46 )18.1(9 4 0 1 995.129.08.1895.2 21247.75MP HP 所以齿面接触疲劳强度满足要求。 5.4.6 轮齿弯曲强度的校核 1）确定许应力，查机械设计原理与方法 P368 页图 10 38 得limF =480MPa limFS =1.4 1.5，取 limFS =1.5； u =1.8 所以 MP a640MP a5.12480SYl i mFSTl i mFFP 2）验算轮齿弯曲强度条件计算工作转矩 T=9.55 mmN94 01911.13 6 34.110 6 确定载荷系数 K=1.95 05.462.15.2YY 1Sa1Fa 85.065.0Y ，取 0.80 ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 22 计算轮齿弯曲应力 8.062.15.223827.46 9 4 0 1995.12YYYbdm TK2 1Sa1FaF 33.78 FP 所以轮齿弯曲强度满足要求。 5.5 锥齿轮轴机 -6 的设计计算及校核 5.5.1 锥齿轮部分主要参数设计计算已知：齿数 2Z =20，模数 2m =2 ，配对齿轮齿数 1Z =36，模数 1m =2 分度圆直径： 40202zmd 222 分度圆锥角： 612036a r cct gzza r cct g212齿顶高： 221mhh2 齿根高： 4.22)2.01(m)ch(h2f 全齿高： 4.44.22hhh2f2 顶隙 c： 4.022.0mcc 齿顶圆直径： 94.4161c o sh2dd222a 齿根圆直径： 07.3661s inh2dd 2f22f 锥矩： 4397.74dd21R 2121 齿顶角： 71.1Rharc tg 齿根角： 05.2Rharc tg ff 当量齿角： 253.41c o szZ222v 根锥角： 2 14 5.592f2f 顶锥角： 4714.6222 当量齿轮分度圆半径： 253.41co s2dr222v ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 23 当量齿轮齿顶圆半径： 253.43hrr22vv 当量齿轮齿顶压力角： 4 5 8.62rco srar cco s2v2v2v 5.5.2 轴端部分参数设计轴端部分设计的目的是合理地确定轴端部分的外部形状和全部尺寸。由于影响轴端部分结构设计的因素很多，固轴端部分没有标准的结构型式，在满足规定的功能要求和设计约束的前提下，其结构设计方案具有较大的灵活性、设计时应该多加考虑如下因素：（ 1）便于轴上各零件（如轴承等）的装拆和调整）；（ 2）保证轴承上的各零件的定位和固定可靠；（ 3）具有良好的加工工艺性；（ 4）力求受力合理，应力集中小，工作能力强，节约材料和减轻重量。基于上述要求，将锥齿轮轴端的结构设计大体如下图 5-2 所示，各详细参数具体见 CAD 图纸YBZC-04。图 5-2 锥齿轮轴 5.5.3 锥齿轮轴的固定为了保证装配质量，机 -6 齿轮轴与手动升降系统的齿轮轴的轴心中心高等高。由于机 -6 的径向受载荷一般，所以由滚动轴承的支承轴向位置，轴向位置由卡簧固定。为了方便调整机 -6 齿轮轴轴向位置，因轴承套与箱体孔的配合面ntsZ32K型摇臂钻床变速箱的改进设计 24 较大，所以对机 -6 圆锥齿轮与 210圆锥齿轮的轴心的垂直度影响不大。 5.6 机 -4 齿轮设计计算及校核 5.6.1 尺寸设计计算已知：机 -4齿轮的齿数 Z=36，模数 m=2 齿轮机 -4 选渐开线标准直齿圆柱齿轮，下面对机 -4 齿轮各部分参数进行设计计算（ 1）齿数：齿数一般应为整数，已知 Z=36；（ 2）模数：模数也是已知的，m=2；（ 3）压力角：渐开线齿廓上的各点的压力角规定为标准值，当只提“压力角”，而不指明哪个外圆时，即指分度圆压力角为 = 20 ；（ 4）分度圆直径：分度圆就是具有标准模数和标准压力角的圆， d=mz=72（ 5）齿顶高：分度圆与齿顶圆间的间的径向距离，齿顶高用齿顶高系数和模数的乘积表示，即2mhh ；（ 6 ）齿根高：分度圆与齿根高的径向距离，即5.2m)ch(h f ；（ 7）顶隙：齿根高比齿顶高大一些，以便上顶圆和另一齿轮的齿根圆间形成间隙顶隙 C，既有利于储存的润滑油，也避免两齿轮卡死，顶隙用顶隙系数 C 和模数的乘积来表示，即 5.0225.0mCC ；（ 8）齿顶圆直径：过所有齿顶端的圆称为齿顶圆，齿顶圆直径用d表示， h2dd 1=76；（ 9）齿根圆直径：过所有齿槽底部的圆称齿根圆，齿根圆直径用fd表示， 675.2272h2dd ff ；（ 10）齿高：齿高等于齿顶高加上齿根高，即 5.4hhhf ；（ 11）基圆直径：产生渐开线的圆称基圆，基圆直径用bd表示， 66.6720c o s ddb；（ 12）齿距：相邻两个轮齿同侧齿廓之间的弧线长度称该圆上的齿距，用 P 表示， P= m=6.28；（ 13）齿厚：在任意半径圆周上，一个轮齿两侧齿廓之间的弧线长度称齿厚，用 S 表示， S=P/2=3.14；（ 14）齿槽宽：一个齿槽两侧齿廓之间的弧线长度称齿槽宽，用 e 表示，e=P/2=3.14;（ 15）标准中心距：中心距是齿轮传动的基本尺寸，齿轮箱体上轴承孔的尺寸就由中心距来决定的，为了使一对渐开线标准齿轮

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