GY02-105@卷烟机鼓轮锥孔钻削工装的设计
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机械毕业设计全套
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GY02-105@卷烟机鼓轮锥孔钻削工装的设计,机械毕业设计全套
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1 前 言 . 3 绪 论 . 6 摘要 . 8 Abstract . 9 1、钻具的总体设计 . 10 1.1 钻具的总体设计概述 . 10 1.1.1 钻具工装 的设计步骤 10 1.1.2 调查研究 10 1.1.3 方案拟订 11 1.2.3 工作图设计 11 1.2 钻具工装概论 . 12 1.2.1 概 述 12 1.2.2 基本技术参数 12 2 钻具工装的总体结构设计 . 14 2.1 钻具工装的传动方案设计 . 14 2.2 钻具工装主体参数的设计 . 15 2.2.1 绞锥孔时扭矩 T 的确定 15 2.2.2 钻具工装的齿轮设计： 16 2.2.4 轴承的选用及校核 30 3 箱体的设计 . 33 3.1箱体类零件的功用及结构特点 . 33 3.2 箱体类零件的主要技术要求、材料和毛坯 . 34 3.2.1 箱体零件的主要技术要求 34 3.2.2 箱体的材料及毛坯 35 3.2.3 箱体类零件加工工艺分析 35 4、钻具工装其它设计 . 41 4.1 支撑装置的设计 . 41 4.2 限位装置的设计 . 44 结束语 . 46 nts 2 致 谢 . 48 参考文献 . 49 nts 3 前 言 四年的大学生活接近尾声 时 ， 我们 进行了为期近两个月的毕业设计。毕业设计是对大学四年来我们所学到的基础知识和专业知识的一次系统性的总结与综合运用，同时也是培养我们分析问题和解 决问题能力的良好的机会，而且毕业设计也是大学教学的最后一个重要环节。因此，认真踏实地做好这次毕业设计不仅意味着我们能否顺利毕业，而且对今后我们走上工作岗位后能否很出色的做好自己的工作也有十分重要意义。另外，毕业设计还可以培养我们独立思考，开发思维和协调工作的能力，这对今后踏入社会以后能否尽快地适应社会也有很大的帮助。 通过这一环节的训练，提高了以下能力： 1、 综合运用所学知识和技能，独立分析和解决实际问题的能力； 2、 综合运用基本技能，包括绘图、计算机应用、翻译、查阅及阅读文献等的能力； 3、 调动实验研究的积极性，技 术经济分析和组织协作工作的能力，学习撰写科技论文和技术报告，正确运用国家标准和技术语言阐述理论和技术问题的能力； 4、 学会收集加工各种信息的能力，以及获取新知识的能力； 5、 培养创新意识和严肃认真的科学作风。、 6、 培养我们综合运用和巩固扩展所学知识，提高理论联系实际的能力； 7、 培养我们收集、阅读、分析和运用各种资料，手册等科技文献的能力； 8、 培养学生调查研究、正确熟练运用国家标准、规范、手册等工具书的能力； 9、 使我们更加熟练的运用 AUTOCAD、 Word 等计算机办公软件，提高计算机辅助设计的能 力； 10、训练和提高机械设计的基本理论和技能； nts 4 11、 培养我们的团队合作意识。 本次毕业设计的课题是 卷烟机鼓轮锥孔钻削工装 的设计。 鼓轮的作用主要是将香烟的过滤嘴和烟体进行连接。鼓轮上有两排共计 56 个锥孔，锥孔内大外小。转动时利用流体的动力将过滤嘴和烟体吸合从而进行连接 。为了更好的完成本次毕业设计，从 四 月 处 开始，就不间断的结合自己的毕业设计进行了毕业实习。根据所选的课题，选择了实习工厂 河南理工大学工程训练中心。 在工厂里我们了解了 所加工零件的作用和 基本工作原理，以及其 加工时最 重要 的一道工序 锥孔 的 绞削 。从而对 机械加工工装设计 有了一个更直接、更感性的认识，对此次毕业设计有很大的帮助。 此次设计的主要内容有：问题的提出、总体方案的构思、可行性设计、结构设计以及对未知问题的探索和解决方案的初步设计，装配图、零件图等一系列图纸的设计与绘制，最后包括毕业设计说明书的完成。 这次毕业设计是在 高瑞棉 老师 和工程训练中心各位师傅们 的带领和指导下完成的。在做毕业设计的期间，自己遇到了诸多的问题，很多时候都是向老师请教，这样必然会给老师带来很多麻烦，势必会影响老师的工作，但是老师还是抽出时间来给我们辅导，一步步指导毕业设计有 序如期的进行下去。在毕业设计的整个过程当中，老师都给我们作了明确的计划，有安排地去完成，而不至于在设计过程中没有目标，如果那样会使设计很盲目。设计每进行一步， 高 老师都要认真的检查，耐心细致的指出设计中出现的错误和不恰当的地方，并指导我们修改和完善。每次辅导对学生提出的问题都认真的解答。 工程训练中心也为我 的设计 做 出了 耐心的辅导 ，在此，我向 高 老师 及各位师傅们 表示由衷的谢意！ 本次毕业设计的题目是 鼓轮锥孔绞削工装设计 ，设计 的工装 应该满足的基本要求有以下几点： （ 1） 加工精度方面的要求 。 一般包括尺寸精度、表面形状精 度、相互位置精度nts 5 和表面粗糙度等，是机械制造装备最基本的要求。 （ 2） 强度、刚度、抗振性和耐用度方面的要求 。 （ 3） 加工稳定性方面的要求 。 各种工装在使用过程中，受到切削热、摩擦热、环境热等，会产生热变形，影响加工性能的稳定性。 （ 4）自动化程度 和技术经济方面的要求 。 （ 5）操作安全方便和工作可靠。 （ 6）效率，使用期限和成本等等。设计时还应该注意使 工装的 体积小，重量轻，外形美观以，如减少噪音，防止漏油等等 。 对于上述所提到的各项技术指标，在设计 工装的时候应该综合考虑。因为在加工时不仅要考虑保证零件的各项技术指 标 ，还要兼顾 经济 方面，这是个挑战又是个机会，锻炼了自己在设计时要综合考虑问题，认真的分析 问题 的能力。在下面的章节中进行详细的叙述。nts 6 绪 论 机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。这是因为工业、农业、国防和科学技术的现代化程度，都会通过机械工业的发展程度反映出来。人们之所以要广泛使用机器，是由于机器既能承担人力所不能或不便进行的工作，又能较人工生产改进产品的质量，特别是能够大大提高劳动生产率和改善劳动条件。机械工业肩负着为国民经济各个部门提供技术装备和促进技术改造的重要任务，在现代化建 设的进程中起着主导和决定性的作用。所以通过大量设计制造和广泛使用各种各样先进的机器，就能大大加强和促进国民经济发展的力度，加速我国的社会主义现代化建设。 制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水准和国防实力。 轻工业机械的制造加工的各项技术指标更是要求严格 。随着社会需求和科学技术的发展，对 轻工业机械的 要求越来越高，相应地也对 加工 设备提出了更高的要求。 但是在实际中，我们通过改进加工时的工装和夹具也能在精度不是很高的机床上加工出要求较高的零件。因此这次设计 的内容实际就是我们在以后的工作中经常要遇到的问题。 “工欲善其事，必先利其器”。为了得到更高的产品质量（包括产品的尺寸精度、位置精度、 强度、耐疲劳强度等各项技术指标）以及数量上的要求，满足生产、生活和科学技术发展的需要，进而适应社会的发展和生产力水平的提高，加速社会主义现代化建设，我们必须不断的对国民经济发展的重要支柱进行改造和提高，才能够为其它的行业的发展提供更多的基础设施和良好的发展环境、条件。这就要求我们机械制造专业的工人及科研人员要对机械设备进行适应生产力发展的改造，创新以及发明。我们这些即将大学毕 业的机械制造专业的学生，要进行对本专业所学习的知识进行综合的运用和掌握，为此我们要进行毕业设计，要自己动手进行 思考问题 ，为社会主义现代化建设的发展贡献力量，也要从此迈出展现自己价值的第一步。 nts 7 本次设计是 根据 生产实际的 需要，设计 一套工装用来小批量加工鼓轮。所用机床是立式铣床，型号是 x5025。本次设计力图使 钻孔的精度得到保证 ，节约劳动力， 节约生产成本 ，提高生产的效率。但由于本人的水平有限，结合生产实际应用设备的能力有限，故没有能够做到很详细的设计，而且还有许多地方有待改进， 请 导师给以指导和批评。nts 8 摘要 本次设 计的题目是卷烟机鼓轮锥孔绞削工艺装备的设计，用于加工鼓轮的锥孔，是整个鼓轮加工工序中的核心工序。 整套钻具工装结构小巧 ， 易于安装、装配。能与立式铣床进行较好的连接， 共同组成统一的整体，完成特定的 绞削锥孔的 功能。 并且带有限位装置，在加工好一个锥孔后可以限制钻具的移动，保证加工质量，并且使操作简单，减小工人的劳动量。本次设计主要有几部分组成： 第一部分介绍 钻具的总体 设计，从 钻具的 主体结构设计， 确定钻具工装的传动方案，以及收集设计所需的数据、资料等 。 第二部分是 钻具工装主体参数的设计 ，是 具体 确定 工装的各个 零件的详细参数 ， 连接方式，以及箱体的设计，是本次毕业设计的主体 。 第三部分 其他附件的设计，包括限位装置和对工件的支撑装置的设计，同时也是保证加工质量的重要装置 。 关键词：鼓轮、锥孔、钻具工装 nts 9 Abstract The design is the subject of Cigarette Machine drum cone hole cutter cutting process equipment design, for processing drum round of the tapered hole, Drum round of the whole processes of the core processes. The Equipment package structure compact, easy to install and assembly. With the vertical milling machine for better connectivity, together forming a unified whole, with the completion of a specific cut cone hole cutter function. And the nonlinear device, the processing of one cone hole after hole can restrict the movement of the quality assurance process, and to make simple operation, reducing the amount of labor workers. The design of a few major components : On the first part of the overall design, drill, drill from the principal structure design, drill Equipment Drive program, and the collection of data required for the design and materials. The second part of the drill Tooling main parameters of the design, engineering and assembly is specifically identified in various parts of the detailed parameters, connect, and the box design, is the design of the main graduation. Annex some of the other third of the design, including installation and spacing of the workpiece support devices, It is also to ensure the quality of the processing devices. Keyword： Drum round, cone hole, drilling Equipment nts 10 1、钻具的总体设计 1.1 钻具的总体设计概述 所谓钻具工装 设计，是设计人员根据 所加工零件的特点和本厂现有的机床设备利用现有的技术条件，在较为简陋的情况下完成高精度零件的加工。 运用有关的科学技术知识，所进行的创造 性的劳动。随着生产的发展， 机械 部门 工装 设备的要求也在不断的提高，而科学技术的发展和工艺水平的提高，又为制造部门创造了实现使用要求的条件，从而使 工艺装备 设计与制造获得了迅速的发展。因此，对 各种工装 的精度、生产效率、可靠性等各方面的要求也越来越高。于是，又相继出现了一些设计 工装 时必须考虑的问题，如 工装 的 精密性 、 自动化、柔性化、机电一体化、节材节能、符合工业工程和绿色工程的要求 等。 1.1.1 钻具工装 的设计步骤 钻具工装设计首先是根据所加工零件的要求和所现有的机床进行工装的传动等各方面的总体设计。主要分为： 1、 拟定方案阶段 。这是设计做最重要的一个阶段，拟定方案的正确与否将是机床能否达到“体积小、重量轻、结构简单、使用方便、效率高、质量好”的要求。 2、技术设计阶段。 根据以确定的工艺和技术方案，按照加工示意图和机床联系尺寸图等开展部件设计、绘制装配图等。 3、工作设计阶段。 绘制 所有专用零件图，并进行验算和最重检查并编制说明书。 1.1.2 调查研究 调查研究的内容一般包括有：（ 1）学习有关的 设计 工作原理，了解使用功能，明确设计要求：（ 2）调查了解本单位对 工装 的要求；（ 3）详细了解 工厂 的设备条件、技术能力和生产经验；（ 4）收集同类型机床的技术文献和图纸资料，注意了解新技术在同类辅机设备上的应用情况；（ 5）对于新采用的工艺和结构，必须先经科学实nts 11 验，通过实验取得足够的数据后，才能应用与设计。 1.1.3 方案拟订 在调查研究和科学实验的基础上，通常可以拟订出几个方案进行分析比较。每个方案包括的内容有：工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统、主要部件的结构草图、实验结果及技术经济效果分析等。 在生产中用机械加工方法直接改变毛坯的形状，尺寸和材料性能，使之成为零件的过程，叫做机械加工工艺过程。设计时，工艺方案的拟定是否合理，对生 产效率和产品质量有着极大的影响。 制定工艺方案时，应首先分析生产类型。生产类型是衡量生产规模的标志。生产类型不同，生产组织，生产管理，车间布置以及毛坯、设备、工具、加工方法和工人熟练程度等方面的要求程度均有所不同。在大量生产下，每个工序任务比较稳定，因此，有条件采用高效率专用机床和工夹具，劳动效率可大大提高，产品成本也可降低。但产量小的情况下，如果仍使用高效率的专用机床和工夹具，由于加工对象经常改变，势必造成机床调整的复杂化，降低机床利用率，提高加工成本。所以制定的工艺过程应与生产类型相适应，以取得合理的经 济效果。 由本 次设计的主要工作是钻具工装的总体设计而非工艺，所以工艺方案不做详细叙述， 生产类型是 小 批生产，因此可以由此来进行方案的拟订。 由于为小批量单件生产，可以在立式铣床和车床上进行加工工件的锥孔。本次设计采用的是立式铣床，型号是 x5025。 1.2.3 工作图设计 首先，绘制 钻具工装的传动草图，确定其结构。 其次，绘制 钻具 的全部零件图：然后，整理有关部件与主要零件的设计计算说明书，编制各类零件明细表，编写说明书等技术文件；最后，对有关图纸进行工艺审查和标准化审查。 工装的传动草图 及方案 如下： nts 12 1.2 钻具工装 概论 1.2.1 概 述 本 套工装要求结构小巧、加工质量可靠、使用安全可靠、 生产率高、经济效益好。 工装 主要 传动 过程是：将 工装和铣床相连如上图所示进行传递动力，工件定位在铣床工作台上静止不动 。 钻具工装还要有限位元件以限制刀具的位移便以提高加工的效率 。 另外，由于工件的壁后较薄为薄壁零件，且为悬臂加工，工件易变形不能保证加工精度，所以需要支撑。 1.2.2 基本 技术参数 如表 1-1 所示： 表 1-1（见下页） nts 13 项目 参 数 工件材料硬度 HT250 230280HB 绞孔时的切削用量 切削速度： 56m/min 进给量： 0.08mm/r X5025 主轴转速等级 36、 45、 58、 72、 92、 118、145、 180、 230、 285、 360、455、 580、 730、 920、 1130、1430、 1800 nts 14 2 钻具工装的总体结构设计 钻具工装主要分为四部分： 1、传动方案设计。 2、传动零件的技术参数设计。3.箱体的设计。 4、其它附件的设计。 2.1 钻具工装的传动方案 设计 传动简图如下： 说明： 工件的生产批量为单件小批量生产，为了简化工装的结构、减小体积，故 采用一次加工一个空，加工好后利用分度装置分度加工另外的孔。所以加工的效率不高。但是这也是生产批量决定的。为了提高绞孔的效率在铣床的工作台上加一个挡块，当绞孔到规定的尺寸时便自动停止进给，避免了每次都要测量的麻烦，提高了效率。如图，共装和机床主轴相连带动齿轮旋转通过中间的过轮带动三轴上的齿轮旋转从而带动刀具的旋转，进行绞孔的加工。 另外，由于工件的壁后较薄为薄壁零件，且为悬臂加工，工件易变形不能保证加工精度，所以需要支撑。支撑快和工件的接触部分采用刃口型，从而对工件进行支撑。为了方便调整工件的高度，需要两支撑斜 铁能方便的移动，故在两斜铁的中间采用螺栓连接，在调整高度时只需转动螺母就可改变斜铁的位置，同时也改变了高度。 nts 15 2.2 钻具工装主体 参数的设计 计算说明及过程 计算结果 2.2.1 绞锥孔时扭矩 T 的确定 ： 绞孔时的切削力很小，在设计时参考孔加工设计手册和实际加工时的其它因素，在绞孔是的切削扭矩可以用麻花钻钻孔时的扭矩计算公式计算。另外，由于钻孔时的扭矩较大，如按钻孔时的公式计算必定可以满足要求。钻孔时切削扭矩公式如下： 0 . 8 0 . 610T D f H B 式中 :D-钻头 直径（毫米）； F-每转进给量（毫米 /转）； T 切削扭矩（牛 /毫米）； HB 零件的布式硬度值。 所以 T= 1 . 9 0 . 8 0 . 61 0 6 0 . 0 8 2 6 0 =1 0 3 0 . 0 9 4 5 0 . 1 3 2 6 2 8 . 1 1 7 9 =1122N/mm 参考组合机床设计查设计手册上轴能承受的扭矩。根据公式可以估算轴的直径。在本设计过程中由于需要结构简单，绞刀为成型绞刀没有办法单独安装，故需安装在 3轴上，而三轴需要做成空心的轴。根据 设计手册可以估算绞刀的直径。 轴能承受的扭矩可以由由以下公式确定： d=B4 /10T 式中： d 轴的直径（毫米）； T=1122N/mm nts 16 T 轴所传递的扭矩（公斤 .毫米）； B-系数。当材料的剪切弹性模数 G=8.10 310 （千克 /平方毫米） 所以： d= B4 /10T 6.2 411.5 11.417（ mm） 圆整为 12mm. 即绞刀的直径估算为 12mm。 另外，绞刀和 3轴的连接采用莫氏锥度相连。 2.2.2 钻具工装的齿轮设计： 查切削手册知绞孔时的切削速度范围为： 266 320r/min 暂时取为320r/min。立式铣床 x5025的转速取为： 230r/min。 所以总传动比 i=320/230=1.39 取为 1.4 整个传动过程总共分为两级，取第一级传 动比为1i=1；第二级传动比 为：2i=1.4 A、齿轮传动设计 齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，型式很多，应用广泛，传递的功率可达近十万千万，圆周速度可达 200m/s。 齿轮传动的主要特点有： 1) 效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为高。如一级圆柱齿轮传动的效率可达 99%。这对大功率传动十分重要，因为即使效率只提高 1%，也有很大的经济意义。 2） 结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需要的空间尺寸一般较小。 3）工作可靠、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮d=12mm i=1.4 nts 17 传动，工作十分可靠，寿命可达一、二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机器尤为重要。 4）传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，也就是由于具有这一点。 但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。 齿轮传动可做成开式、半开式及闭式。如在农业机械、建筑机 械以及简易的机械设备中，有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，这叫开式齿轮传动。这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，轮齿也容易磨损，故只易于低速转动。当齿轮传动装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分的侵入油池中，则称为半开式齿轮传动。，它的条件虽有改善，但仍不能做到严密防止外界杂物侵入。润滑条件也不算最好。而汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动，都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体内，这称为闭式齿轮传动。它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合 齿轮的主要失效形式有： 1。轮齿折断 轮齿折断有多种形式，在正常工况下，主要是齿根弯曲疲劳折断，因为在轮齿受载时，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过度部分的截面图编辑加工刀痕等引起的应力集中作用，当轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹并逐步扩展致使轮齿疲劳折断。 2 齿面磨损 在齿轮传动中，齿面随着工作条件的不同会出现多种不同的磨损形式。这种磨损称为磨粒磨损。它是开式齿轮传动的主要失效形式之一。改用闭式齿轮传动是避免齿面磨粒磨损最有效的办法。 3 齿面点蚀 点蚀是齿面疲劳损伤的现象之一。 在润滑良好的闭式齿轮传动中，常见的齿面失效形式多为点蚀。所谓点蚀就是齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。齿面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点，最后形成了明显的齿面损伤。 4 齿面胶合 对于高速重载的齿轮传动，齿面间的压力大，瞬时温度高，润滑效果差，当瞬时温度过高时，相啮合的两齿面就会发生粘在一起的现象，由于此时两齿面又在作相对滑动，相粘结的部位即被撕破，于是在齿面上沿相对滑动的方向形成伤痕，称为胶合。 5 塑性变形 塑性变形属于轮齿永久变形一大类的失效形式，它是由于在过大的 应力作用下，轮齿材料处于屈服状态而产生的齿面或齿体塑性流动所形成的。塑性变形一般发生在硬度低的齿轮上；但在重载作用下，硬度高的齿轮上也会出现。塑性变形又分为滚压塑变和捶击塑变。nts 18 滚压塑编是由于啮合轮齿的相互滚压和滑动而引起的材料塑性流动所形成的。 B、 3 轴和 2轴直齿圆柱齿轮的设计 1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1） 由于钻具工装的传动 所要求的精度不高 。 故选用 8 级精度（ GB10095 88） 以方便制造，降低成本。 2） 材料的选择，由机械设计第七版 ，高等教育出版社（下同）表 10 1 选择 小 齿轮材料为 45 钢 ,调质硬 度为 240HBS，大齿轮材料为 45 钢，调质硬度为 240HBS。 3） 选 小 齿 轮 齿 数 为 Z1=20 ， 大 齿 轮 齿 数 为21 1 . 4 2 0 2 8ZZ 。 2 按齿面接触强度设计 由机械设计第七版公式（ 10 9a）进行计算即：3 2111 )(32.2HEdtt ZTKd 1) 确定公式内的各计算数值 （ 1） 试选载荷系数为 tK =1.3。 （ 2） 小齿轮传递的扭矩 为： 1 1122T N m m（ 3） 由机械设计第七版表 10 7 选取 齿宽系数 d =1。 （ 4） 由机械设计第七版表 10 6 查得材料的弹性影响系数218.1 8 9 M PaZ E （ 5） 由机械设计第七版图 10 21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限li m 1 550H M P a ；大齿轮的接触疲劳强度极限 MPaH 5502lim ； （ 6） 计算应力循环次数：Z1=20 2 28Z tK =1.3 1 1122T N m md =1 nts 19 6 0 6 0 3 2 0 1 ( 8 1 0 0 5 )hN n j L =76800000 （ 7） 由机械设计第七版图 10 19 查得接触疲劳系数1 0.93HNK ，2 0.93HNK 。 （ 8） 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 s=1 由机械设计第七版式（ 10 12）得 1 l i m 11 0 . 9 3 5 5 0 5 1 1 . 5H N HH K M P as 222 0 . 9 3 5 5 0 5 1 1 . 5H N H l i nH K M P as 2） 计算： （ 1） 试算小齿轮分度圆直径 td1 ，代入 H 中较小的值 221 1 331 1 . 3 1 1 2 2 7 1 8 9 . 82 . 3 2 ( ) 2 . 3 2 ( 1 ) ( ) 1 . 0 5 5 1 1 . 5t EtdHKT Zd m m =39.2mm （ 2） 计算齿宽 b 1 1 3 9 . 2 3 9 . 2dtb d m m m m （ 3） 计算齿宽与齿高之比 hb 模数 11 3 9 . 2 2 0 1 . 9 6tt dm Z 齿高 2 . 2 5 2 . 2 5 1 . 9 6 4 . 4 1th m m m 3 9 . 2 8 . 8 94 . 4 1b h （ 5） 计算载荷系数 根据和 8 级精度，由机械设计第七版图 10 8 查得动载系数 1.1K 直齿轮，假设 mmNbFK tA /100 .由机械设计第七N=76800000 1 0.93HNK 2 0.93HNK 1H=511.5MPa 2H=511.5MPa 1td 39.2 b=39.2 tm=1.96 H=4.41 1.1K nts 20 版表 10 3 查得 1 .2HFKK由机械设计第七版表 10 2 查得使用系数 1.25AK ； 由机械设计第七版表表 10 4 查得 7 级 精度、小齿轮相对支撑非对称布置时， 231 . 1 2 0 . 1 8 0 . 2 3 1 0HdKb 将数据代入后得 231 . 1 2 0 . 1 8 1 0 . 2 3 1 0 3 9 . 2 1 . 3 0 9HK 由 b/h=8.89， 1.309HK ，查机械设计第七版图 10 13 得 28.1FK； 故载荷系数 ： 1 . 2 5 1 . 1 1 . 2 1 . 2 8 2 . 1 1 2A H HK K K K K （ 6） 按实际载 荷系数校正所算得的分度圆直径，由机械设计第七版式（ 10 10a）得 ： 3311 3 9 . 2 2 . 1 1 2 1 . 3 4 9 . 9 6ttKd d m mK （ 7） 计算模数 m 11 4 9 . 9 6 2 0 2 . 4 9 8m d Z 3 按齿根弯曲强度设计 由机械设计第七版式（ 10 5）得弯曲强度的设计公式为 3 211 )(2FSFdYYZKTm 1） 确定公式内的各计算数值 （ 1） 由 机械设计第七版 图 10 20c 查得小 齿轮的弯曲疲劳强度极限1 380FE MP ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限 1 .2HFKK 1.25AK HK=1.309 28.1FK 1.309HK K=2.112 1d=49.96 nts 21 MPFE 3802 。 （ 2） 由机械设计第七版图 10 18 查得弯曲疲劳寿命系数为1 0.88FNK ，2 0.88FNK 。 （ 3）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4,由 机械设计第七版式（ 1012）得 111 0 . 8 8 5 5 0 3 4 5 . 71 . 4F N F EF K M P a M P aS 112 0 . 8 8 5 5 0 3 4 5 . 71 . 4F N F EF K M P a M P aS （ 4）计算载荷系数 K 1 . 2 5 1 . 1 0 1 . 2 1 . 2 8 2 . 1 1 2A F FK K K K K （ 5）查取齿形系数 由机械设计第七版表 10 5查得1 2.80FY ，2 2.55FY ， （ 6） 查取应力校正系数 由机械设计第七版表 10 5 查得 1 1.55SY ，2 1.61SY 。 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数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的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，为了符合设计要求，使精度更高，特选模数为 m=2，小齿轮齿数为 20，大齿轮齿数为 28。 这样设计的齿轮即满足了齿面接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，又符合了设计要求确保了精度。 4 几何尺寸计算 1) 计算分度圆直径 11 2 0 2 4 0d Z m m m 22 2 8 2 5 6d Z m m m 1 0.88FNK 2 0.88FNK K=2.112 1d=40mm 2d=56mm nts 22 2）计算中心距 12( ) / 2 ( 4 0 5 6 ) / 2 4 8a d d m m 4） 计算齿宽厚度 1 1 4 0 4 0db d m m 在箱体内部由于尺寸的限制和在切削过程中齿轮传递的力较小，可将齿宽减小，参考箱体的设计和尺寸，将齿轮齿宽取为 12mm。 5 验算 412 1 1 2 2 1 02 5 6 . 11 4 0t TF N Nd mmNmmNmmNb FK tA /100/5.11/27 52.3101 合适 由于 3轴的结构特殊，需要和成形绞刀通过锥孔相连接必须做成空心轴。查设计手册知道空心轴的内外径之比最好为（ 0.5 0.6） 。所以估算空心轴的外径 D=12/0.5=24mm。查设计手册把轴圆整为标准直径25mm。同时，应当指出当轴上开有键槽时，应当增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对于直径 d100mm 的轴，有一个键槽时，轴径增大5%-7%；有两个键槽时，应增大 10%-15%。但是这样会增大整个工装的尺寸，对加工装配也有一 定的难度，这时考虑到做成齿轮轴比较合适，初步定为齿轮轴如图 2-2（下页）： a=48mm b=12mm nts 23 另外，由于钻具工装的第一级传动比为 1，所以 1轴齿轮的参数同3轴的一样，其各个参数如表 2-2： 表 2-2 名 称 代号 备注 (mm) 模 数 m m=2 压 力 角 20 分度圆直径 d 11 2 0 2 4 0d Z m m m 22 2 8 2 5 6d Z m m m 齿 顶 高 ah 2aah h m齿 根 高 fh ( ) ( 1 0 . 2 5 ) 2 2 . 5fah h c m 全 齿 高 h 2 2 . 5 4 . 5afh h h 齿顶圆直径 d 11 2 4 0 2 2 4 4aad d h 22 2 5 6 2 2 6 0aad d h nts 24 32 2 5 6 2 2 6 0aad d h 齿根圆直径 fd 11 2 4 0 2 2 . 5 3 5ffd d h 22 2 5 6 2 2 . 5 5 1ffd d h 32 2 5 6 2 2 . 5 5 1ffd d h 中 心 距 a 1 1 2( ) / 2 ( 4 0 5 6 ) / 2 4 8a d d m m 2 2 3( ) / 2 ( 5 6 5 6 ) / 2 5 6a d d m m 2.2.3 轴的设计 a 轴的概述 轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递，因此轴的主要功能是支撑回转零件及传递运动和动力。 按照承 受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴 3 类。工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。这类轴在各种机器中最为常见。只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。心轴又分为转动心轴和固定心轴两种。只承受扭矩而不承受而不承受弯矩的轴称为传动轴。轴还可按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴两大类，曲轴通过连杆可以将旋转运动转变为往复直线运动，或作相反的运动变换。直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴两种。光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不易装配及定位；阶梯轴则正好与光轴相反。因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯 轴则常用于转轴。 b 3轴的设计方案 1.材料的选择 对此钻具工装未提出特殊要求，且切削时的切削力不大，nts 25 功率也不大。因此，选择最常用的材料 45 钢，调质处理。由机械设计（西北工大第七版）表 15 1 查得抗拉强度MPB 590 ，弯曲疲劳强度和剪切疲劳强度分别为MPMP 1 4 0,2 5 5 11 。屈服强度极限 MPas 295 ，许用弯曲应力 MPa551 2.轴的结构设计 由于 3轴的结构特殊，需要和成形绞刀 通过锥孔相连接必须做成空心轴。查设计手册知道空心轴的内外径之比最好为（ 0.5 0.6） ，且有估算的成形绞刀的直径为 12mm。所以估算空心轴的外径 D=12/0.5=24mm。查设计手册把轴的直径圆整为标准直径 25mm。 为了便于装拆轴承齿轮，将轴设计成阶梯状。对于同一个轴上的两个轴承，通常选用同一型号，现暂取角接触球轴承7005c 内经为 25mm，宽度是 12mm,与轴承相配合的轴径取25mm,由机械设计手册中查得该轴承定位端面的轴肩直径应取为 25mm。为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除 了有游动或空转的要求外，都必须进行周向或轴向的定位，以保证其准确的工作位置。在轴承和轴相配合处必须进行轴向定位，轴向定位有以轴肩、套筒轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等来保证。在此采用轴肩定位既可靠又能减小不必要的增加尺寸。 另外，空心轴和成形绞刀通过锥孔连接，为了便于拆卸在绞刀的端头开一个孔，在需要拆去绞刀时通过孔可以非常方便的进行拆除。 根据以上所述，现画出轴的结构草图如图 2-3： MPB 590 MPas 295 MPa551 nts 26 3. 按疲劳强度的安全系数校核 （ 1） 做轴的受力简图 ： （ 2）求作用在轴上的力 轴传递的转矩 T=1122N/mm 112 11222 5 6 . 140tTF N Nd 1 t a n 5 6 . 1 c o s 2 0 5 3rF F N c o s = 5 6 . 1 / c o s 2 0ntFF =60N （ 3）画弯矩图 ZYM ，和 XYM 及合成弯矩图 22 XYZY MMM tF56.1N rF53N nF=60N nts 27 A 处： 5 6 . 1 2 0 1 1 2 2XYM N m m 5 3 2 0 1 0 6 0ZYM N m m 所以 221 1 2 2 1 0 6 0 1 5 4 3 . 6AM N m m （ 5）画出扭矩图 T 截面所受的弯矩 1 5 4 3 .6M N m m （ 6） 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度 根据机械设计西北工大第七版式 15-5 及所得数据，取 6.0轴的计算应力 XYM=1122N ZYM 1060N AM 1543.6N 1 5 4 3 .6M N m m nts 28 2222121 5 4 3 . 6 0 . 6 1 1 2 2 7 . 4 80 . 1 1 5AcMTW 符合要求 c 1 轴的设计方案 1.1 轴的总体设计 由于 1 轴要和立式铣床 x5025 主轴相连，进行传动。所 T=1543.6N 符合要求 nts 29 以可在原来的铣床的基础上进行改进。原来铣床部件如下图 所示： 如图所示，轴通过锥孔和铣床相连，因此 1 轴和铣床相 连接的部分必须有相同的结构。同时考虑到 1 轴和齿轮相连时的定位问题，如果齿轮通过键或过盈连接和 1 轴相连，则在轴向无法保证齿轮的定位。因此可以将 1 轴做成齿轮轴。原来的结构不变将轴延长后再轴端加工成一个齿轮。如前齿轮的设计 ， 1 轴齿轮的各个参数已经确定。因此 1 轴的结构如图 2-9： nts 30 2.材料的选择 对 1 轴 未提出特殊要求， 且切削时的切削力不大， 功率 也不大。 因此，选择 最 常用的材料 45 钢， 调质 处理 。 由 机械设计 （ 西北工大第七版） 表 15 1 查得 抗拉强度 MPB 590 ， 弯曲疲劳强度和剪切疲劳 强 度
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