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三维UG和SW 10张CAD高清图纸和文档 YC系列 Z512B 台式 钻床 设计 台钻 三维 UG SW 10 CAD 图纸 文档 YC 系列

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编号： 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计(论文)开题报告题 目： Z512B台式小钻床设计 院 （系）： 信息科技学院机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 裴波 学 号： 0953100107 指导教师单位： 桂林电子科技大学信息科技学院 姓 名： 柏子刚 职 称： 讲师 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 应用研究年 月 日（此页打印在封面后面）注：1、本任务书一式两份，一份院或系留存，一份发给学生，任务完成后附在说明书内2、任务书均要求打印，打印字体和字号按照本科生毕业设计（论文）统一格式的规定执行。3、以下标题为四号仿宋体、加粗，正文中文用小四宋体，英文用小四Times New Roman，日期采用阿拉伯数字。 4、“一、毕业设计（论文）的内容、要求”位于页面最顶端，“任务下达时间”位于新页面最顶端。5、请不要修改 “任务下达时间”所在页的内容。一、毕业设计（论文）的内容内容：（首行与标题空0.5行，首行缩进2字符，小4号宋体，行距20磅）对本课题的总体介绍，简介题目背景和意义，提出毕业设计工作的内容，提出课题的具体任务，可以从以下方面论述：1、课题的调研、资料的获取、有关知识的准备等；2、理论分析、计算机建模、方案论证；3、系统方案设计、原理图、程序框图、电路图、装配图、零件图设计；4、实验系统、实验设计、实验分析、设计硬件、设计样机；5、其他内容。二、毕业设计（论文）的要求与数据（与上述文字空1行）要求：（首行与标题空0.5行，首行缩进2字符，小4号宋体，行距20磅）提出在毕业设计过程中所涉及的基本理论和关键问题的要求；研究方案、研究方法和研究手段等方面的要求；课题的具体要求；课题的原始数据或主要技术指标。可以涉及以下方面：1、对于理论分析、计算机建模或者设计方案的要求和主要技术指标；2、对于系统方案设计、原理图、程序框图、装配图、零件图、施工组织等工程设计的要求和主要技术指标；对于电路图设计，给出电路的输入和输出电气参数；3、对于实验设计、实验分析等的要求和主要技术指标；4、其他要求和数据。三、毕业设计（论文）应完成的工作（与上述文字空1行）指定整个毕业设计学生应该完成的所有工作（首行与标题空0.5行，首行缩进2字符，小4号宋体，行距20磅），包括：1、毕业生完成2万字左右的毕业设计说明书（论文）；2、非英语专业毕业生在毕业设计说明书（论文）中必须包括详细的300-500个单词的英文摘要；3、非英语专业毕业生独立完成与课题相关，不少于2万字符的指定英文资料翻译（附英文原文）；4、各系各专业的毕业设计具体要求完成的工作；5、导师所指定的其它工作，所有毕业设计的工作量要满足16周的工作量要求。四、应收集的资料及主要参考文献（与上述文字空1行）（首行与标题空0.5行，小4号宋体，行距20磅）列出至少10篇以上的参考文献，提供1篇以上的外文参考文献（不包括学生用的教材）。序号放在方括号中。几种主要参考文献著录表的格式为：专(译)著：序号著者.书名（译者）M.出版地：出版者，出版年：起止页码.期 刊：序号著者.篇名J.刊名，年，卷号（期号）：起止页码.论 文 集：序号著者.篇名A编者.论文集名C .出版地：出版者，出版者. 出版年：起止页码.学位论文：序号著者.题名D .保存地：保存单位，授予年.专利文献：专利所有者.专利题名P .专利国别：专利号，出版日期.标准文献：序号标准代号 标准顺序号发布年，标准名称S .报 纸：责任者.文献题名N.报纸名，年月日（版次）.举例如下：1 王传昌.高分子化工的研究对象J.天津大学学报，1997，53（3）：17.2 李明.物理学M.北京：科学出版社，1977：5862.3 Gedye R，Smith F，Westaway K，et al.Use of Microwave Ovens for Rapid Orbanic Synthesis.Tetrahedron Lett，1986，27：279.4 王健.建筑物防火系统可靠性分析D.天津：天津大学，1997.5 姚光起.一种痒化锆材料的制备方法P.中国专利：891056088，1980-07-03.6 GB3100-3102 00011994，中华人民共和国国家标准S.作者只写到第三位，余者写“等”，英文作者超过3人写“et al”。（以上，序号用中扩号，与文字之间空两格。如果需要两行的，第二行文字要位于序号的后边，与第一行文字对齐。中文的用小4号宋体，行距20磅，外文的用小4号Times New Roman字体。）五、试验、测试、试制加工所需主要仪器设备及条件（与上述文字空1行）（首行与标题空0.5行，首行缩进2字符，小4号宋体，行距20磅）按要求罗列主要仪器设备及条件。任务下达时间：年 月 日毕业设计开始与完成时间：年 月 日至 年 月 日组织实施单位：教研室主任意见：签字： 年 月 日系领导小组意见：签字： 年 月 日（本页内容独立成一页，格式不得调整）毕业设计（论文）进度计划表 学号： 姓名：序号起止日期计划完成内容实际完成内容检查日期检查人签名12345678910111213141516任务下达时间：编号： 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计(论文)题 目： Z512B台式小钻床设计 院 （系）： 信息科技学院机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 裴波 学 号： 0953100107 指导教师单位： 桂林电子科技大学信息科技学院 姓 名： 柏子刚 职 称： 讲师 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 应用研究年 月 日摘 要设计机床得主传动变速系统时首先利用传动系统设计方法求出理想解和多个合理解。根据数控机床主传动系统及主轴功率与转矩特性要求，分析了机电关联分级调速主传动系统的设计原理和方法。从主传动系统结构网入手，确定最佳机床主轴功率与转矩特性匹配方案，计算和校核相关运动参数和动力参数。本说明书着重研究机床主传动系统的设计步骤和设计方法，根据已确定的运动参数以变速箱展开图的总中心距最小为目标，拟定变速系统的变速方案，以获得最优方案以及较高的设计效率。在机床主传动系统中，为减少齿轮数目，简化结构，缩短轴向尺寸，用齿轮齿数的设计方法是试算，凑算法，计算麻烦且不易找出合理的设计方案。本文通过对主传动系统中三联滑移齿轮传动特点的分析与研究，绘制零件工作图与主轴箱展开图及剖视图。关键词：分级变速，传动系统设计，传动副，结构网，结构式，齿轮模数，传动比33AbstractFirst, in order to obtain the ideal and more understanding of the design method of transmission system design of machine tool transmission system when the winner. According to the requirements of the main drive system of CNC machine tool and spindle power and torque characteristics, analysis of the design principle and method of mechanical and electrical connection and speed of main transmission system. Starting from the main drive system structure network, determine the optimum matching scheme of machine tool spindle power and torque characteristics, the calculation and verification of relevant motion parameters and dynamic parameters. Design steps and design method of this specification focuses on the main drive system of machine tool, according to the motion parameters have been determined by transmission center distance of expansion graph of the minimum as the goal, formulate transmission scheme transmission system, in order to obtain the optimal scheme and high design efficiency. In the main drive system of machine tool, in order to reduce the number of gears, simplify the structure, reduce the axial size, design method of the number of gear teeth is trial, join algorithm, design calculation of trouble and is not easy to find a reasonable. Through the research and analysis of the main drive system of triple slide gear characteristics, draw the part drawing and the spindle box expansion plan and section view.Key Words: classification of transmission, the transmission system design, transmission, network structure, structure type, the module of gear, transmission ratio目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV第1章 绪论11.1 钻床简介11.2 钻床的发展及趋势11.3 Z512B台式小钻床介绍21.4 本课题设计内容及要求3第2章 Z512B台式小钻床总体方案设计42.1 Z512B台式小钻床的动力选择42.2 Z512B台式小钻床的驱动方式42.3 Z512B台式小钻床的动力性能比较52.4 Z512B台式小钻床动力的计算与选择6第3章 Z512B台式小钻床设计82.1运动参数及转速图的确定82.1.1 转速范围82.1.2 转速数列82.1.3确定结构式92.1.4确定结构网92.1.5绘制转速图和传动系统图102.2 确定各变速组此论传动副齿数10第3章 ZB512动力计算123.1 带传动设计123.2 计算转速的计算133.3 齿轮模数计算及验算143.4 传动轴最小轴径的初定193.5 主轴合理跨距的计算20第4章 主要零部件的选择214.1 轴承的选择214.2 键的规格214.4变速操纵机构的选择22第5章 校核225.1 刚度校核225.2 轴承寿命校核23第6章 结构设计及说明256.1 结构设计的内容、技术要求和方案256.2 展开图及其布置25第7章 主要零件的加工工艺267.1 零件图样分析267.2 零件工序和装夹方式的确定277.3 加工顺序的确定277.4进给路线的确定287.5 夹具的选择287.6 刀具的选择287.7 切削用量的选择297.8加工所需工、量具30结 论31参考文献32致 谢33 第1章 绪论1.1 钻床简介目前将机床分为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 钻床的发展及趋势进入市场经济后，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。1.3 Z512B台式小钻床介绍加工定制：否类型：工业台钻品牌：双龙型号：Z512-2主电机功率：0.37（kw） 轴数量：单轴钻孔直径范围：1-13（mm） 主轴转速范围：480-4100（rpm） 主轴孔锥度：B16控制形式：人工适用行业：通用布局形式：立式适用范围：通用作用对象材质：金属产品类型：全新项目Z512-2最大钻孔直径12.7mm最大主轴行程100mm主轴端锥度B16主轴中心至立柱表面距离193mm工作台面尺寸165*265mm底座台面尺寸250*300mm主轴端至工作台面距离0330mm主轴端至底座面距离188556mm工作台升降行程主轴箱升降行程工作台在垂直平面内回转角度45主轴转速480,800,1400,2400,4100r/min电机*370或550外形尺寸(长宽高)688*380*1037mm净重97Kg1.4 本课题设计内容及要求1.完成Z512B台式小钻床的结构设计，要求结构精小简单，外形尺寸控制在8050100（mm）内，2.轴数量:单轴；3.钻孔直径范围:13（mm）；4.主轴转速范围:4804100（rpm）5.控制形式:人工；6.适用行业:通用，7.布局形式:立式。第2章 Z512B台式小钻床总体方案设计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 Z512B台式小钻床的动力选择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 Z512B台式小钻床的驱动方式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。1）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；2）必须考虑到其经济效益及其成本，这也是非常重要的一项。3）必须考虑到现场能源的供应情况及工作环境因素；4）必须考虑原动机的机械特性与工作机的匹配情况；5）必须考虑到维修是否方便，操作是否简单，工作是否可靠；2.3 Z512B台式小钻床的动力性能比较表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，需要动力电源小功率高速场合较广很广，如各种车辆，船舶、农用机械、工程机械和压缩机等等2.4 Z512B台式小钻床动力的计算与选择钻床切削力的计算包括钻床主轴转矩计算和主轴轴向切削力的计算。由于加工材料为Q235钢，其属于碳素结构钢，钻头为高速钢麻花钻，加工方式为钻孔，所以查机床夹具设计手册得：钻床转矩计算公式如下： 式中， 切削力矩（NM） 钻头直径（mm） 每转进给量（mm） 修正系数轴向切削力的计算公式如下：式中， 轴向切削力（N） 钻头直径（mm） 每转进给量(mm) 修正系数已知被加工材料为Q235结构钢，结构钢和铸钢取=736MPa，D=13mm，=0.2mm，所以可分别计算出切削转矩和轴向切削为：=13.5 NM=2595 N由金属切削原理可知，主轴切削功率的计算公式为： 式中： 轴向切削力（N） 每转进给量(mm)n主轴固定转速（r/min） 切削力矩（NM）将以上数值代入公式中可计算出功率=0.25KW考虑到轴承传动效率（查得为0.99）和键传动效率（查得为0.98），所以可计算出钻床主轴要传递的功率P为：P=/(0.990.990.98)=0.37KW考虑到Z512B台式小钻床的现场工作环境及工作需求，Z512B台式小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Z512B台式小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，Y801-4，额定功率0.55KW，满载转速1390r/min，额定转矩2.2Nm，质量17Kg。第3章 Z512B台式小钻床设计2.1运动参数及转速图的确定2.1.1 转速范围拟定立式钻床的主传动系统的转速图，由总体设计方按可知：主轴的转速范围为4804100 r/min，选定公比中型通用机床，常用的公比为1.26或1.41，考虑到适当减小本钻床的相对速度损失，当按照=1.41计算时， 按标准转速数列为：475，670，950，1320，1900，2650，3750 r/min由于标准序列中没有480r/min,选择最接近的475 r/min，没有最高转速4100 r/min，选择最接近的4250 r/min考虑速度损失，取值4750 r/min。2.1.2 转速数列当按照=1.26计算时，当按照=1.26计算时，重新计算 475，600，750，950，1180，1500，1900，2360，3000，3750，4750对于Z=11，可按照Z=12来计算。2.1.3确定结构式对于Z=11即Z=12=43，或Z=12=322-4,或Z=12=322。为了结构紧凑和主轴箱不过分的大，故选取Z=12=322-4.可分解为：Z=212224。2.1.4确定结构网根据“前多后少” , “先降后升” , 前密后疏,结构紧凑的原则,选取传动方案 Z=212224,易知第二扩大组的变速范围r=(P3-1)x=1.415=5.578 满足要求，其结构网如图2-1。已知该题设选用电机为二级调速电机，其分摊了0-1级的2个级别的变速。图2-1结构网 Z=2122242.1.5绘制转速图和传动系统图（1）选择电动机：采用Y系列封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。（2）绘制转速图 图2-2 转速图（3）画主传动系统图。根据系统转速图及已知的技术参数，画主传动系统图如图2-3：1-2轴最小中心距：A1_2min1/2(Zmaxm+2m+D)轴最小齿数和:Szmin(Zmax+2+D/m)2.2 确定各变速组此论传动副齿数(1)Sz100-120,中型机床Sz=70-100(2)直齿圆柱齿轮Zmin18-20 图2-3 主传动系统图（7）齿轮齿数的确定。据设计要求Zmin1820,齿数和Sz100120，由表4.1，根据各变速组公比，可得各传动比和齿轮齿数。第3章 ZB512动力计算3.1 带传动设计输出功率P=0.55kw,转速n1=1390r/min,n2=1900r/min（1）确定计算功率: 按最大的数据计算P=0.55kw ,K为工作情况系数，查1表3.5. 取K=1.1 pd=kAP=0.55X1.1=0.65kw（2）选择V带的型号: 根据pd,n1=1390r/min参考1图表3.16及表3.3选小带轮直径，查表选择A型V带 d1=125mm（3）确定带轮直径d1,d2小带轮直径d1=125mm验算带速v=d1n1/(60X1000)=X1250X1420/(60X1000)=6.9m/s从动轮直径d2=n1d1/n2=1900X125/1420=90mm取d2=90mm查1表3.3计算实际传动比i=d2/d1=125/90=2.222（4）定中心矩a和基准带长Ld1初定中心距a00.7(d1+d2)a02(d1+d2)203a0580取ao=300mm2带的计算基准长度 Ld02a0+/2(d1+d2)+(d2-d1)2/4a02x300+/2(90+200)+(200-90)2/4X300650mm查1表3.2取Ld0=630mm3计算实际中心距 aa0+(Ld-Ld0)/2=300+(630-650)=290mm 4确定中心距调整范围 amax=a+0.03Ld=290+0.03X630=308.9mm amin=a-0.015Ld=290-0.015X630=280.55mm（5）验算包角:1=1800-（d2-d1）/aX57.30=1800-(180-90)/290X57.30=17201200（6）确定V带根数：确定额定功率：P0由查表并用线性插值得P0=0.15kw查1表37得功率增量P0=0.13kw查1表38得包角系数K=0.99查1表3得长度系数Kl=0.81确定带根数：Z=P/（P+P）KK=0.66/(1.05+0.13)X0.99X0.81=0.87取Z=13.2 计算转速的计算（1）主轴的计算转速nj，由公式n=n得，主轴的计算转速nj=70.9r/min，取80 r/min。(2). 传动轴的计算转速 轴2=224 r/min，轴1=315r/min。（2）确定各传动轴的计算转速。轴共有4级转速：160r/min、224 r/min、315 r/min、450 r/min。若经传动副Z/ Z传动主轴，则只有450r/min传递全功率；若经传动副Z4/ Z4传动主轴，全部传递全功率，其中160r/min是传递全功率的最低转速， 故其计算转速nj=160 r/min； 轴有1级转速，且都传递全功率，所以其计算转速nj=630 r/min。各计算转速入表3-1。表3-1 各轴计算转速轴 号 轴 轴 轴计算转速 r/min 63016080（3） 确定齿轮副的计算转速。齿轮Z装在主轴上共4级转速，其中只有80r/min传递全功率，故Zj=80 r/min。 齿轮Z装在轴上，共4级转速，但经齿轮副Z/Z传动主轴，则只有160r/min传递全功率，故Zj=160r/min。依次可以得出其余齿轮的计算转速，如表3-2。3.3 齿轮模数计算及验算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3050HBS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23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400600mm），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屈服极限主要应用优质碳素钢45正火160217HBS580290低速轻载调质217255HBS650360低速中载表面淬火4855HRC750450高速中载或低速重载50正火180220HBS620320冲击很小合金钢40Cr调质表面淬火240260HBS4855HRC700900550650中速中载高速中载无剧烈冲击42SiMn调质表面淬火217269HBS4555HRC750470高速中载无剧烈冲击20Cr渗碳淬火5662HRC650400高速中载承受冲击20CrMnTi渗碳淬火5662HRC1100850铸钢ZG310570正活表面淬火160210HBS4050HRC570320中速、中载、大直径ZG340640正火调质170230HBS240270HBS650700350380球墨铸铁QT600-2QT500-5正火220280HBS147241HBS600500低中速轻载有小的冲击灰铸铁HT250HT300人工时效170240HBS187235HBS200300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，齿轮材料选用40Cr，直齿轮的材料选用20CrMnTi，双联齿轮选用20CrMnTi。（1）模数计算。一般同一变速组内的齿轮取同一模数，选取负荷最重的小齿轮，按简化的接触疲劳强度公式进行计算，即mj=16338可得各组的模数，式中 mj按接触疲劳强度计算的齿轮模数（mm）；驱动电动机功率（kW）；被计算齿轮的计算转速（r/min）； 大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，外啮合取“+”，内啮合取“-”； 小齿轮的齿数（齿）； 齿宽系数，（B为齿宽，m为模数），；=8 材料的许用接触应力（）。取=650 Mpa（2）基本组的齿轮参数计算mj=16338=16338=1.6774结合齿轮的模数标准，取标准值m=3（3）扩大组的齿轮参数计算mj=16338=16338=1.84结合齿轮的模数标准，取标准值m=5如表3-3所示。表3-3 模数组号基本组扩大组模数 mm 22（2）基本组齿轮计算。 按基本组最小齿轮计算。小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度229HB286HB，平均取240HB。计算如下： 齿面接触疲劳强度计算： 接触应力验算公式为 弯曲应力验算公式为： 式中 N-传递的额定功率（kW），这里取N为电动机功率，N=3.5kW; -计算转速（r/min）. =630（r/min）; m-初算的齿轮模数（mm）, m=3（mm）; B-齿宽（mm）;B=25（mm）; z-小齿轮齿数；z=19; u-小齿轮齿数与大齿轮齿数之比,u=2.78; -寿命系数； = -工作期限系数； T-齿轮工作期限，这里取T=15000h.; -齿轮的最低转速（r/min） -基准循环次数，接触载荷取=，弯曲载荷取= m-疲劳曲线指数，接触载荷取m=3；弯曲载荷取m=6; -转速变化系数，查【5】2上，取=0.60 -功率利用系数，查【5】2上，取=0.78 -材料强化系数，查【5】2上， =0.60 -工作状况系数，取=1.1 -动载荷系数，查【5】2上，取=1 -齿向载荷分布系数，查【5】2上，=1 Y-齿形系数，查【5】2上，Y=0.386；-许用接触应力（MPa）,查【4】，表4-7，取=650 Mpa；-许用弯曲应力（MPa），查【4】，表4-7，取=275 Mpa；根据上述公式，可求得及查取值可求得：=635 Mpa =78 Mpa（3）扩大组齿轮计算。 按扩大组最小齿轮计算。小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度229HB286HB，平均取240HB。 同理根据基本组的计算，查文献【6】，可得 =0.62， =0.77，=0.60，=1.1，=1，=1，m=3.5，=355；可求得：=619 Mpa =135Mpa 3.4 传动轴最小轴径的初定由【5】式6，传动轴直径按扭转刚度用下式计算： d=1.64（mm） 或 d=91（mm）式中 d-传动轴直径（mm） Tn-该轴传递的额定扭矩（N*mm） T=9550000； N-该轴传递的功率（KW） -该轴的计算转速 -该轴每米长度的允许扭转角，=。各轴最小轴径如表3-3。 表3-3 最小轴径轴 号 轴 轴III 轴最小轴径mm 253045 3.5 主轴合理跨距的计算由于电动机功率根据【1】表3.20，前轴径应为6090mm。初步选取d1=80mm。后轴径的d2=（0.70.9）d1，取d2=60mm。根据设计方案，前轴承为NN3016K型，后轴承为圆锥滚子轴承。定悬伸量a=120mm，主轴孔径为30mm。轴承刚度，主轴最大输出转矩T=9550=9550=424.44N.m假设设该机床为车床的最大加工直径为300mm。床身上最常用的最大加工直径，即经济加工直径约为最大回转直径的50%，这里取60%，即180mm，故半径为0.09m；切削力（沿y轴） Fc=4716N背向力（沿x轴） Fp=0.5 Fc=2358N总作用力 F=5272.65N此力作用于工件上，主轴端受力为F=5272.65N。先假设l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力RA和RB分别为RA=F=5272.65=7908.97NRB=F=5272.65=2636.325N根据 文献【1】式3.7 得：Kr=3.39得前支承的刚度：KA= 1689.69 N/ ；KB= 785.57 N/；=2.15 主轴的当量外径de=(80+60)/2=70mm，故惯性矩为 I=113.810-8m4 =0.14查【1】图3-38 得 =2.0，与原假设接近，所以最佳跨距=1202.0=240mm合理跨距为（0.75-1.5），取合理跨距l=360mm。 根据结构的需要，主轴的实际跨距大于合理跨距，因此需要采取措施增加主轴的刚度，增大轴径：前轴径D=100mm，后轴径d=80mm。前轴承采用双列圆柱滚子轴承，后支承采用背对背安装的角接触球轴承。第4章 主要零部件的选择 4.1 轴承的选择I轴：与带轮靠近段安装双列角接触球轴承代号7007C 另一安装深沟球轴承6012II轴：对称布置深沟球轴承6009III轴：后端安装双列角接触球轴承代号7015C 另一安装端角接触球轴承代号7010C中间布置角接触球轴承代号7012C4.2 键的规格 I轴安装带轮处选择普通平键规格：BXL=10X56 II轴选择花键规格：N dDB =8X36X40X7 III轴选择键规格：BXL=14X90 4.4变速操纵机构的选择选用左右摆动的操纵杆使其通过杆的推力来控制II轴上的三联滑移齿轮和二联滑移齿轮。第5章 校核5.1 刚度校核（1）轴挠度校核单一载荷下，轴中心处的挠度采用文献【5】中的公式计算：: L-两支承的跨距；D-轴的平均直径；X=/L；-齿轮工作位置处距较近支承点的距离；N-轴传递的全功率； 校核合成挠度 -输入扭距齿轮挠度； -输出扭距齿轮挠度 ； -被演算轴与前后轴连心线夹角；=144 啮合角=20，齿面摩擦角=5.72。代入数据计算得：=0.026；=0.084；=0.160； =0.205；=0.088；=0.025。 合成挠度 =0.238 查文献【6】，带齿轮轴的许用挠度=5/10000*L即=0.268。 因合成挠度小于许用挠度，故轴的挠度满足要求。（2）轴扭转角的校核传动轴在支承点A，B处的倾角可按下式近似计算： 将上式计算的结果代入得： 由文献【6】，查得支承处的=0.001因0.001，故轴的转角也满足要求。5.2 轴承寿命校核、轴轴承的校核轴选用的是深沟球轴承6206，其基本额定负荷为19.5KN, 由于该轴的转速是定值，所以齿轮越小越靠近轴承，对轴承的要求越高。根据设计要求，应该对轴未端的滚子轴承进行校核。齿轮的直径 轴传递的转矩 齿轮受力 根据受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为:在水平面：在水平面： 因轴承在运转中有中等冲击载荷，又由于不受轴向力，濮良贵主编机械设计( 第八版)表13-6查得载荷系数，取，则有： 轴承的寿命计算:所以按轴承的受力大小计算寿命 故该轴承6206能满足要求。、其他轴的轴承校核同上，均符合要求。由轴最小轴径可取轴承为7008c角接触球轴承,=3；P=XFr+YFaX=1，Y=0。对轴受力分析得：前支承的径向力Fr=2642.32N。 由轴承寿命的计算公式：预期的使用寿命 L10h=15000hL10h=hL10h=15000h 轴承寿命满足要求。第6章 结构设计及说明6.1 结构设计的内容、技术要求和方案设计主轴变速箱的结构包括传动件（传动轴、轴承、带轮、齿轮、离合器和制动器等）、主轴组件、操纵机构、润滑密封系统和箱体及其联结件的结构设计与布置，用一张展开图和若干张横截面图表示。课程设计由于时间的限制，一0般只画展开图。主轴变速箱是机床的重要部件。设计时除考虑一般机械传动的有关要求外，着重考虑以下几个方面的问题。精度方面的要求，刚度和抗震性的要求，传动效率要求，主轴前轴承处温度和温升的控制，结构工艺性，操作方便、安全、可靠原则，遵循标准化和通用化的原则。主轴变速箱结构设计时整个机床设计的重点，由于结构复杂，设计中不可避免要经过反复思考和多次修改。在正式画图前应该先画草图。目的是：1 布置传动件及选择结构方案。2 检验传动设计的结果中有无干涉、碰撞或其他不合理的情况，以便及时改正。3 确定传动轴的支承跨距、齿轮在轴上的位置以及各轴的相对位置，以确定各轴的受力点和受力方向，为轴和轴承的验算提供必要的数据。6.2 展开图及其布置展开图就是按照传动轴传递运动的先后顺序，假想将各轴沿其轴线剖开并将这些剖切面平整展开在同一个平面上。I轴上装的摩擦离合器和变速齿轮。有两种布置方案，一是将两级变速齿轮和离合器做成一体。齿轮的直径受到离合器内径的约束，齿根圆的直径必须大于离合器的外径，负责齿轮无法加工。这样轴的间距加大。另一种布置方案是离合器的左右部分分别装在同轴线的轴上，左边部分接通，得到一级反向转动，右边接通得到三级反向转动。这种齿轮尺寸小但轴向尺寸大。我们采用第一种方案，通过空心轴中的拉杆来操纵离合器的结构。总布置时需要考虑制动器的位置。制动器可以布置在背轮轴上也可以放在其他轴上。制动器不要放在转速太低轴上，以免制动扭矩太大，是制动尺寸增大。齿轮在轴上布置很重要，关系到变速箱的轴向尺寸，减少轴向尺寸有利于提高刚度和减小体积。第7章 主要零件的加工工艺选取皮带轮作为研究对象7.1 零件图样分析皮带轮如下图4-1：图4-1 皮带轮图纸中所选的材料为HT200。经分析：该零件图结构合理；轮廓几何要素所给定的条件充分；精度及各项技术要求齐全、合理；由图纸得出，该零件的加工精度要求不是很高，加工方法也就根据所生产批量的不同而有所不同，当然，要考虑到经济性时，用普通机床就可以加工出来，要是考虑到时间及中批量方面的话，可以选用车床。在这里我选用加工。其位置精度有三处，基准都是A基准，加工时要考虑它们跟孔一起进行加工；中心孔的尺寸公差等级为六级公差带，在车床上加工难达到此种精度，需要进行精磨，精磨的时候要以右端面为定位基准，这样才能保证位置度的正确性，关于磨床着方面，就不做介绍了。磨削时要以右端面为定位基准。对于内孔槽的加工是：在本设计中，我选用插床加工的方法来加工内孔槽，方便。7.2 零件工序和装夹方式的确定对皮带轮的加工工序，可以分为五个。装夹是指将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程，可采用三角卡盘等方式装夹。在确定定位基准与夹紧方案时应注意如下3点：（1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一。（2）尽量减少装夹次数，尽可能做到在一次装夹定位后就能加工出全部待加工的部位。（3）夹具要开畅，其定位、夹紧机构不能影响加工中的走刀，避免刀具与夹紧机构碰撞。遇到此类情况时，可采用用虎钳或加底板抽螺丝的方式装夹。7.3 加工顺序的确定在分析了零件图样和确定了工序、装夹方式之后，接下来即要确定零件的加工顺序。制定零件车削加工顺序一般遵循下列原则：（1）先粗后精 按照粗车半精车精车的顺序进行，逐步提高加工精度。粗车将在较短的时间内将工件表面上的大部分加工余量切掉，一方面提高金属切削率，另一方面满足精车的余量均匀性要求。若粗车后所留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。精车要保证加工精度，按图样尺寸，一刀切出零件轮廓。（2）先近后远 这里所说的远与近，是按加工部位相对于对到的距离大小而言的。在一般情况下，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对于车削而言，先近后远还有利于保持坯件或半成品的刚性，改善其切削条件。（3） 内外交叉 对既有内表面，又有外表面需要加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工。切不可将零件上一部分表面加工完后，再加工其它表面。7.4进给路线的确定在加工中，刀具好刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：（1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；（2）使数值计算简单，以减少编程工作量；（3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空行程时间。（4）确定加路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定一次走刀，还是多次走刀来完成所有加工表面，具体综合上面进给线的特点再根据具体零件具体分析确定进给路线的工作重点，主要在于确定粗加工及空行程的进给路线，因精加工切削过程的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的。对于铣削加工时，当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应选用顺铣，按照顺铣安排进给路线。当工件表面有硬皮，机床的进给机构有