机械式低频振动钻削装置设计

河南理工大学万方科技学院本科毕业论文摘 要我的毕业设计题目是机械式低频振动钻削装置设计。通过该装置使工作台产生振动频率为100Hz，200HZ，300Hz，固定振幅为0.05mm的振动。电动机经一级皮带传动，使输入轴产生一定的转速，输入轴通过齿轮啮合使中间轴产生更高的转速。在中间轴上有三个不同的齿轮，三联滑移齿轮通过导向花键连接在输出轴上，这个三联滑移齿轮可移换左、中、右三个位置，使传动比不同的三对齿轮啮合，因而中间轴转速不变，输出轴可以得到三级不同转速。偏心轮安装在输出轴上，推动推杆上下往复运动，推杆另一端顶着工作台，通过调整偏心轮的偏心距，使得推杆产生0.05mm的振幅，即工作台产生0.05mm的振幅。关键词：低频振动钻削 齿轮 三联滑移齿轮 偏心轮AbstractThe title of my graduation design is mechanical low frequency vibration drilling device design. The device makes the working table vibration frequency of 100Hz,200HZ,300Hz,0.05mm fixed amplitude vibration.The motor through a belt transmission, the input shaft to produce a certain speed, the input shaft through the gear of the intermediate shaft to generate higher speed. On the intermediate shaft with three different gear, a triple slide gear through a guide connected through splines on the output shaft, the triple gear shift left, right, in three position, The transmission ratio of gear meshing with three different, so the intermediate shaft rotating speed, the output shaft can be three at different speed. Eccentric wheel mounted on the output shaft, push up and down reciprocating motion, rod against the table, by adjusting the eccentric distance of the eccentric wheel handspike, makes the 0.05mm amplitude, i.e. table have 0.05mm amplitude.Key words: Low frequency vibration drilling GearTriple slide gear Eccentric wheelII目 录前 言11绪 论21.1 钻削的简介21.2 钻床的分类21.3 钻削的应用31.4 振动钻削的介绍41.5 振动钻削分类51.6 振动钻削的应用前景62 选择电动机及分配传动比92.1 基本原理简述92.2 选择电动机92.3 分配传动比92.4 计算运动参数103 振动钻削装置的设计123.1 V带的设计123.2 齿轮传动设计163.2.1 11组啮合齿轮163.2.2 22组啮合齿轮233.2.3 33组啮合齿轮293.2.4 44组啮合齿轮313.3 三联滑移齿轮设计373.4 轴的设计383.4.1 输入轴的设计383.4.2 中间轴的设计403.4.3 输出轴的设计433.5 键的校核453.5.1 输入轴上键的校核463.5.2 中间轴上键的校核473.5.3 输出轴上键的校核493.6 轴承的校核513.6.1 输入轴上的轴承513.6.2 中间轴上的轴承513.6.3 输出轴上的轴承523.7 偏心轮及推杆的设计523.8 拨叉的设计544 箱体的总体设计564.1 箱体的设计564.1.1 箱座的设计564.1.2 箱盖的设计574.2 轴盖的设计574.2.1 输入轴的轴盖574.2.2 中间轴的轴盖584.2.3 输出轴的轴盖594.3 润滑及密封604.3.1 润滑604.3.2 密封61致 谢62参考文献63ii前 言孔加工是金属切削加工中最常用的加工工艺。据统计，孔加工的金属切除量约占切削加工总金属切除量的1/3，钻头的产量约占刀具总产量的60%。目前用于加工微小孔的工艺方法虽然较多，但应用最广泛、生产实用性最强的仍是采用麻花钻钻削加工。随着对孔加工质量和效率的要求不断提高，传统的钻削工艺已显示出极大的局限性，而近年来迅速发展的振动钻削工艺则日益显示出其独特的优势及广阔的应用前景。应用振动钻削技术，在小直径深孔加工能有效的排屑，有利于深孔加工中排屑问题的解决。由于振动钻削所具有的特点，国内外已在许多难加工材料的钻削中采用了振动钻削。实现振动钻削的关键之一是振动钻削装置。该装置有机械、电磁、电气、气动和液压等形式。其中机械式振动装置结构简单，造价低，使用和维护方便，钻削过程中振动参数受负载影响较小，已广泛使用于实际生产之中。1绪 论 1.1 钻削的简介 钻削是孔加工的一种基本方法，钻孔经常在钻床和车床上进行，也可以在镗床或铣床上进行。常用的钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。钻削运动构成：钻头的旋转运动为主切削运动，加工精度较低。1.2 钻床的分类钻床系指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。1850年前后，德国人马蒂格诺尼最早制成了用于金属打孔的麻花钻；1862年在英国伦敦召开的国际博览会上，英国人惠特沃斯展出了由动力驱动的铸铁柜架的钻床，这便成了近代钻床的雏形。 以后，各种钻床接连出现，有摇臂钻床、备有自动进刀机构的钻床、能一次同时打多个孔的多轴钻床等。由于工具材料和钻头的改进，加上采用了电动机，大型的高性能的钻床终于制造出来了。(1) 台式钻床可安放在作业台上，主轴垂直布置的小型钻床。主要适用于一般机械制造业，在单件、成批生产中或维修工作中对小型零件进行纂孔加工。(2) 立式钻床主轴箱和工作台安置在立柱上，主轴垂直布置的钻床。主要适用于机械制造和维修部门中的单件、小批生产，对中小型零件进行钻孔、扩孔、铰孔、锪孔及攻螺纹等加工。(3) 摇臂钻床摇臂可绕立柱回转、升降，通常主轴箱可在摇臂上作水平移动的钻床。它适用于大件和不同方位孔的加工。适用于各种零件的钻孔、扩孔、铰孔、锪孔及攻螺纹等加工，在配备工艺装备的条件下也可镗孔。 (4) 铣钻床工作台可纵横向移动，钻轴垂直布置，能进行铣削的钻床。适用于单件、小批生产中对中小型零件进行钻削和铣削。 (5) 深孔钻床使用特制深孔钻头，工件旋转，钻削深孔的钻床。带深孔零件的深孔加工，深孔长径比一般为510，特深孔长径比大雨20，个别卡达200。 (6) 平端面中心孔钻床切削轴类端面和用中心钻加工的中心孔钻床。切削轴类端面并用中心钻加工中心孔。通于大批大量生产中轴类零件端部准备工。(7) 卧式钻床主轴水平布置，主轴箱可垂直移动的钻床。用于加工箱体类零件。1.3 钻削的应用在各类机器零件上经常需要进行钻孔，因此钻削的应用还是很广泛的，但是，由于钻削的精度较低，表面较粗糙，一般加工精度在IT10以下，表面粗糙度Ra值大于12.5m ，生产效率也比较低。因此，钻孔主要用于粗加工，例如精度和粗糙度要求不高的螺钉孔、油孔和螺纹底孔等。但精度和粗糙度要求较高的孔，也要以钻孔作为预加工工序。 单件、小批生产中，中小型工件上的小孔(一般D 13 mm)常用台式钻床加工，中小型工件上直径较大的孔(一般D50mm)常用立式钻床加工，大中型工件上的孔应采用摇臂钻床加工，回转体工件上的孔多在车床上加工。在成批和大量生产中，为了保证加工精度，提高生产效率和降低加工成本，广泛使用钻模、多轴钻的或组合机床进行孔的加工。1.4 振动钻削的介绍孔加工是金属切削加工中最常用的加工工艺。据统计，孔加工的金属切除量约占切削加工总金属切除量的1/3，钻头的产量约占刀具总产量的60%。目前用于加工微小孔的工艺方法虽然较多，但应用最广泛、生产实用性最强的仍是采用麻花钻钻削加工。随着对孔加工质量和效率的要求不断提高，传统的钻削工艺已显示出极大的局限性，而近年来迅速发展的振动钻削工艺则日益显示出其独特的优势及广阔的应用前景。 振动钻削是振动切削的一个分支，它与普通钻削的区别在于钻孔过程中通过振动装置使钻头与工件之间产生可控的相对运动。振动方式主要有三种，即轴向振动(振动方向与钻头轴线方向相同)、扭转振动(振动方向与钻头旋转方向相同)和复合振动(轴向振动与扭转振动迭加)。其中，轴向振动易于实现，工艺效果良好，在振动钻削中占主导地位。振动的激励方式主要有超声波振动、机械振动、液压振动和电磁振动。其中，超声波振动的频率通常在16kHz以上，所以也称为高频振动钻削；其它三种振动方式的频率一般为几百赫兹，故称为低频振动钻削。振动钻削改变了传统钻削的切削机理。在振动钻削过程中，当主切削刃与工件不分离时，切削速度、切削方向等参数产生周期性变化；当主切削刃与工件时切时离时，切削过程变成脉冲式的断续切削。当振动参数(振动频率和振幅)、进给量、主轴转速等选择合理时，可明显提高钻入定位精度及孔的尺寸精度、圆度和表面质量，减小出口毛刺，降低切削力和切削温度，延长钻头寿命。振动钻削良好的工艺效果已引起国内外研究者的普遍关注，自1954年日本宇都宫大学的隈部淳一郎教授提出振动钻削理论以来，各国学者对振动钻削进行了大量理论研究及实验分析，取得了许多有价值的研究成果，其中一些成果已逐步应用于加工领域。1.5 振动钻削分类(1)按振动性质分为自激振动钻削和强迫振动钻削自激振动钻削是利用切削过程中产生的振动进行的，强迫振动钻削是利用专门的振动装置，使钻头(或工件)产生有规律的可控的振动进行切削。 (2)按振动频率分为高频振动钻削和低频振动钻削 钻头(或工件)的振动频率在16kHz以上的称高频振动钻削或超声波振动钻削，其高频振动是利用超声波发生器、换能器、变幅杆来实现的。这种振动钻削方式以改善加工精度和表面粗糙度、提高切削效率和效能、扩大切削加工适应范围为主要目的；钻头(或工件)的振动频率最高仅为几百赫兹的称低频振动钻削，低频振动主要依靠机械或电液等激振装置来实现，这种振动钻削方式以断屑为主要目的，同时也可以有效地提高孔的加工精度。 (3)按刀具振动的方向分为轴向振动钻削、扭转振动钻削和同时具有轴向和扭转两种振动的复合振动钻削轴向振动钻削是钻头的振动方向与钻头的轴线方向相同；扭转振动是钻头的振动方向与钻头的旋转方向相同；复合振动是上述两种振动的迭加。其中轴向振动钻削易于实现、 结构简单，工艺效果明显，是振动钻削中占主要地位的振动方式。 (4)按振动对象分为振动主轴和振动工作台 振动工作台时工件和夹具组成振源的惯性负载，其结构和质量的变化直接影响振幅出。振动主轴时，振源的惯性负载不因工件而发生变化，适应性强，一般都采用振动主轴的方式。1.6 振动钻削的应用前景近年来，由于材料科学的飞速发展，具有优良机械和物理性能的新型材料不断涌现，并逐渐在各个领域得到应用。高强度、高硬度金属材料、正交纤维束增强复合材料及涂层材料等的应用日益广泛，尤其是正交纤维束增强复合材料以其优良的比强度、比刚度和加工性能被广泛应用于飞机结构中，然而其主要弱点之一是层间剪切强度低，采用普通钻削加工时因轴向力较大，使层间容易产生脱层现象，尤其钻出时脱层更为严重。针对这一问题，采用振动钻削工艺，并在钻入和钻出时采用不同的加工参数(振幅A、振动频率F、进给量f、主轴转速n等)以减小轴向力，无疑可显著提高孔的加工质量。 由多种材料(如钛合金、铝合金及复合材料)组合构成的叠层材料已逐渐应用于新型飞机的制造中，其应用前景十分广阔，但由于其切削性能很差，成为推广应用的主要障碍，因此亟需解决其切削加工难的问题。对于这种材料采用定参数振动钻削的加工方法难以奏效，必须在钻削不同材料层时相应改变加工参数，才能在性能差别悬殊的不同材料层上钻出高质量的孔。 极有发展前途的金属基(主要是铝基)非连续增强复合材料以及最近出现的一些具有晶须、短纤维和陶瓷颗粒结构的材料，不仅性能优异，而且价格也可与传统金属材料竞争，国外已在导航系统、航空发动机、汽车连杆、活塞、汽缸体、工业机器人传动齿轮上投入应用。但是这类材料中的增强相(纤维、晶须或颗粒)硬度很高，且在材料中随机分布，故钻削加工中刀具磨损严重，加工表面质量差，且随钻削深度的增加而加剧。所以，必须采用变参数振动钻削工艺才能较好解决其加工问题。 上述新型材料有可能在下世纪初被大量广泛应用，而其加工难题还远未很好解决，目前仅在车削加工领域有极少的研究和报道。 针对上述材料的加工难题，振动钻削应根据加工孔的材料组合特性、孔的长径比和技术要求等灵活选择参数变量(A，F，f，n)，并将参数变量作为钻削深度的函数，即A(l)，F(l)，f(l)，n(l)，最终目的是使整个钻削过程处于优化状态，全面提高孔的加工质量。因此，对振动钻削的研究主要应从以下几方面进行： 在充分考虑各种复杂因素尤其是非线性因素的基础上，构造能够真实反映钻削过程机理的动力学模型，深入进行振动钻削动力学特性的研究：由于振动钻削系统是一个包含非线性因素的复杂动力学系统，系统运行过程中可能出现诸如分叉、混沌等方面的动力学特性，这方面内容在以往的振动钻削研究中很少涉及；钻头的结构和几何参数比较复杂，以往国内外对振动钻削进行理论研究时都是把钻头近似看作具有两自由度且自由端具有集中质量(或均匀分布质量)的悬臂梁来建立动力学模型，根据这种模型进行理论分析，求出的解只能是近似解，不能完全、真实地反映钻头结构及切削过程的动力学特性，因此需要从振动理论上进一步深入分析振动钻削的动力学特性，寻找更为有效的求解方法，为振动钻削技术在现代加工条件下的完善和发展提供更充分、更精确的理论依据。 从切削力学角度看，振动钻削的实质是变厚切削、变角切削、变速切削和冲击切削，要搞清各参数变量对切削过程的多维影响关系、分离型与不分离型振动钻削的分界、零相位差振动断屑机理、尤其是在广域内确定钻头横刃和主切削刃的负后角禁区及切削厚度的变化对动态切削力的影响，必须对动态切削过程进行深入研究，从而为今后的实验研究奠定基础。 开发先进的振动钻削设备。振动钻削是一种先进的加工工艺，振动参数对孔加工质量的影响非常大，而且需要根据不同的加工对象和钻削区段作相应变化。因此，依靠传统的钻削设备很难实现这一目标，必须配置能进行变参数振动钻削的自动控制系统，实现振动钻削的自动化和智能化。 开拓新的分析方法。振动钻削研究的最终目的是适应新型材料的加工要求，优化切削过程，全面提高孔加工质量。但受实验设备等客观条件的限制，不可能在实验中大幅度地任意改变参数，因此采用计算机仿真对切削过程进行全方位的分析和优化是必不可少的，这就要求在系统辨识的基础上根据振动理论、切削理论、控制理论等对系统进行形象的描述并构造振动钻削的仿真模型，实现对振动钻削的动态仿真。2 选择电动机及分配传动比2.1 基本原理简述电动机经一级皮带传动，使输入轴产生一定的转速，输入轴通过齿轮啮合使中间轴产生更高的转速。在中间轴上有三个不同的齿轮，三联滑移齿轮通过导向花键连接在输出轴上，这个三联滑移齿轮可移换左、中、右三个位置，使传动比不同的三对齿轮啮合，因而中间轴转速不变，输出轴可以得到三级不同转速。偏心轮安装在输出轴上，推动推杆上下往复运动，推杆另一端顶着工作台，通过调整偏心轮的偏心距，使得推杆产生0.05mm的振幅，即工作台产生0.05mm的振幅。2.2 选择电动机 根据本设计要求，我选择Y802-2型封闭式三相异步电动机，其技术参数如表2-1。表2-1 电动机参数额定功率额定转速额定转矩2.3 分配传动比由前工作原理可知，的电动机转速需经传动机构在输出轴上达到、三个转速，故需三联滑移齿轮变速。故该装置总传动比为在18000时带传动推荐传动比是，在本设计中，因为主动轮是大带轮，从动轮是小带轮，故传动比可取，取。齿轮变速器传动比，取，则。变速器是靠改变来进行变速，故各轴转速：输入轴：中间轴：于是，时，时，2.4 计算运动参数(1) 各轴的功率已知各参数：带传动效率，轴承传动效率，齿轮传动效率。输入轴：中间轴：输出轴：(2) 各轴的转矩电机输出转矩：输入轴：中间轴：输出轴上转矩不同，在后面的设计中进行计算。3 振动钻削装置的设计3.1 V带的设计1. 计算功率已知工作条件：载荷变动小，每天工作8小时，查参考文献1表8-7，取=1.1=1.11.1=1.212. 选择带型由= 1.21 =5660查参考文献1图8-1，选择Z型带3. 确定带轮的基准直径并验算带速(1)初选小带轮基准直径由参考文献1表8-8,和表8-9取=75mm;(2)验算带速v=22.21525，故带速合适。(3)计算大带轮基准直径=/=75/0.5=150查参考文献1表8-8，取=1504. 确定V带中心距和基准长度(1)初定中心距由公式0.7（+）得 157.5初定中心距 =300(2)确定带基准长度由公式代入数据得：958由参考文献1表8-3，选取基准长度(3)计算实际中心距有公式安装时所需最小中心距张紧或补偿伸长所需最大中心距故中心距变化范围为257.5-2985. 验算小带轮上的包角 6. 计算带的根数(1)计算单根V带的额定功率由 ，查参考文献1图8-4b得 根据，查得 查参考文献1表8-11得 查参考文献1表8-3得 (2)计算V带的根数 取3根7. 计算单根V带初拉力最小值由参考文献1表8-2，Z型带单位带长质量 所以代入数据，得 应使带实际初拉力8. 计算压轴力压轴力最小值为=9. 带轮的结构设计(1)大带轮结构因为带速，带轮材料采用铸铁。已知大带轮基准直径,型三相异步电动机轴径为，由参考文献1表8-12查得，大带轮轮辐结构部分为辐板式型。辐板宽度，槽数取，轮辐数。则 取取再由参考文献1表8-13查得槽间距 最小轮缘厚度带轮宽 并得知 (2)小带轮结构因为带速，带轮材料采用铸铁。已知大带轮基准直径，由参考文献1表8-12查得，小带轮轮辐结构为实心式型。取小带轮孔径为，槽数取取再由参考文献1表8-13查得槽间距 最小轮缘厚度带轮宽 并得知 3.2 齿轮传动设计3.2.1 11组啮合齿轮1. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数(1)按照所设计的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。(2)该装置为一般工作机器，故选用7级精度。(3)材料选择。选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为260 HBS；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为230 HBS，二者材料硬度差30 HBS。(4)初选小齿轮齿数Z=17，大齿轮齿数Z=17/0.47=36.17，取整数Z=37。2. 按齿面接触强度设计由设计公式 (1)确定公式内各计算数值。a.试选载荷系数。b.小齿轮传递的转矩。 由之前计算可知，。c. 由参考文献2表10-7 选取齿宽系数。d. 由参考文献1表10-18 查的材料弹性影响系数 。e. 由参考文献2图10-21d 按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限。f. 由计算应力循环次数。=g.由参考文献2图10-19 取接触疲劳寿命系数 。h.计算接触疲劳许用应力。取失效效率1%，安全系数，可知，(2)计算。a. 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小值。b. 计算圆周速度。c. 计算齿宽。d. 计算齿宽与齿高之比。模数齿高 所以 e. 计算载荷系数。根据，7级精度，由参考文献2图10-18查得，直齿轮 。由参考文献2表10-2 查得 。由参考文献1表10-13、10-15、10-16用插值法取小齿轮相对支承非对称位置布置 。由，查参考文献2图10-13 取。故载荷系数f. 按实际的载荷系数校正所得分度圆直径。g. 计算模数。3. 按齿根弯曲强度设计设计公式为(1)确定公式内各值。a.由参考文献2图10-20c查的小齿轮的弯曲疲劳强度，大齿轮的弯曲疲劳强度。b.由参考文献2可以查得图10-18取弯曲疲劳寿命系数，。c.计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳许用应力系数 。d.计算载荷系数。e.查齿形系数。由参考文献2表10-5查得 。f.查取应力校正系数。由参考文献2表10-5查得 。g.计算大、小齿轮并比较。大齿轮的数值大。(2)设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于有齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿数模数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的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数0.613圆整为标准值m=1，于是可算出小齿轮齿数 取。但考虑到齿轮所受到的载荷，轴上零件的装配以及在实际工作中的需要，这里模数取m=2。大齿轮齿数取。4. 几何尺寸计算(1)分度圆直径(2)中心距(3)齿宽取 (4)其余几何参数其余几何参数的计算见表3-1表3-1 11组啮合齿轮其余几何参数名 称齿轮1齿轮1齿形角齿顶高系数顶隙系数基圆齿顶高齿根高齿高齿顶圆直径齿根圆直径齿距基节齿轮1 见图3-1图3-1 齿轮13.2.2 22组啮合齿轮1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数(1)按照所设计的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。(2)该装置为一般工作机器，故选用7级精度。(3)材料选择。选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为260 HBS；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为230 HBS，二者材料硬度差30 HBS。(4)初选小齿轮齿数Z=17，大齿轮齿数Z=。2.按齿面接触强度设计由设计公式(1)确定公式内各计算数值。a.试选载荷系数。b.小齿轮传递的转矩。由之前计算可知，。c. 由参考文献2表10-7 选取齿宽系数。d. 由参考文献1表10-18 查的材料弹性影响系数 。e. 由参考文献2图10-21d 按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限。f. 由计算应力循环次数。=g.由参考文献2可以查得 图10-19 取接触疲劳寿命系数 。h.计算接触疲劳许用应力。取失效效率1%，安全系数，可知(2)计算。a. 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小值。b. 计算圆周速度。c. 计算齿宽。d. 计算齿宽与齿高之比。模数齿高所以 e. 计算载荷系数。根据，7级精度，由机械设计图10-18查得，直齿轮 。由参考文献2表10-2 查的 。由参考文献1表10-13、10-15、10-16用插值法取小齿轮相对支承非对称位置布置 。由，查参考文献2图10-13 取。故载荷系数f. 按实际的载荷系数校正所得分度圆直径。g. 计算模数。3.按齿根弯曲强度设计设计公式为(1)确定公式内各值。a.由参考文献2图10-20c查的小齿轮的弯曲疲劳强度，大齿轮的弯曲疲劳强度。b.由参考文献2图10-18取弯曲疲劳寿命系数为，。c.计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳许用应力系数 。d.计算载荷系数。e.查齿形系数。由参考文献2表10-5查得 。f.查取应力校正系数。由参考文献2表10-5查得 。g.计算大、小齿轮并比较。大齿轮的数值大。(2)设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于有齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿数模数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的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数0.613圆整为标准值m=1，于是可算出小齿轮齿数。 取大齿轮齿数 取但考虑到齿轮所受到的载荷，轴上零件的装配以及在实际工作中的需要，这里模数取m=2。4.几何尺寸计算(1)分度圆直径(2)中心距(3)齿宽取 (4)其余几何参数其余几何参数见表3-2表3-2 22组齿轮几何参数名 称齿轮2齿轮2齿形角齿顶高系数顶隙系数基圆齿顶高齿根高齿高齿顶圆直径齿根圆直径齿距基节齿轮2见图3-2图3-2 齿轮23.2.3 33组啮合齿轮该组齿轮传动比是1,即等速传动,该组齿轮可与齿轮1相同。但考虑到齿轮所受到的载荷，轴上零件的装配以及在实际工作中的需要，这里模数取。因为3齿轮属于三联滑移齿轮中一部分，在工作过程中，要相互啮合，所以中心距离应为60。在保持模数，传动比不变的情况下应改变齿数。故。分度圆直径 齿宽取 其余几何参数如表3-3表3-3 33组啮合齿轮几何参数名 称齿轮3齿轮3齿形角齿顶高系数顶隙系数基圆齿顶高齿根高齿高齿顶圆直径齿根圆直径齿距基节3.2.4 44组啮合齿轮1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数(1)按照所设计的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。(2)该装置为一般工作机器，故选用7级精度。(3)材料选择。选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为260 HBS；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为230 HBS，二者材料硬度差30 HBS。(4)初选小齿轮齿数Z=17，大齿轮齿数Z=17/0.67=25.37，取整数Z=26。2.按齿面接触强度设计由设计公式 (1)确定公式内各计算数值。a.试选载荷系数。b.小齿轮传递的转矩。 由之前计算可知，c. 由参考文献2表10-7 选取齿宽系数。d. 由参考文献1表10-18 查的材料弹性影响系数。e. 由参考文献2图10-21d 按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限。f. 由计算应力循环次数。=g.由参考文献2可以查得 图10-19 取接触疲劳寿命系数 。h.计算接触疲劳许用应力。取失效效率1%，安全系数，可知(2)计算。a. 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小值。b. 计算圆周速度。c. 计算齿宽。d. 计算齿宽与齿高之比。模数 齿高 所以 e. 计算载荷系数根据，7级精度，由机械设计图10-18查得，直齿轮 。由参考文献2表10-2 查得。由参考文献1表10-13、10-15、10-16用插值法取小齿轮相对支承非对称位置布置 。由，查参考文献2图10-13 取。故载荷系数f. 按实际的载荷系数校正所得分度圆直径。g. 计算模数。3.按齿根弯曲强度设计设计公式为(1)确定公式内各值。a.由参考文献2图10-20c查的小齿轮的弯曲疲劳强度，大齿轮的弯曲疲劳强度。b.由参考文献2可以查得 图10-18取弯曲疲劳寿命系数，。c.计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳许用应力系数 。d.计算载荷系数。e.查齿形系数。由参考文献2表10-5查得 ，。f.查取应力校正系数由参考文献2表10-5查得 ，。g.计算大、小齿轮并比较。大齿轮的数值大。(2)设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于有齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿数模数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的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数0.613圆整为标准值m=1，于是可算出小齿轮齿数。 取大齿轮齿数 取但考虑到齿轮所受到的载荷，轴上零件的装配以及在实际工作中的需要，这里模数取m=2。因为4齿轮属于三联滑移齿轮中一部分，在工作过程中，要相互啮合，所以中心距离应为60。在保持模数，传动比不变的情况下应改变齿数。取，取3.几何尺寸计算(1)分度圆直径(2)齿宽取 4.其余几何参数其余几何参数如表3-4表3-4 44组啮合齿轮几何参数名 称齿轮4齿轮4齿形角齿顶高系数顶隙系数基圆齿顶高齿根高齿高齿顶圆直径齿根圆直径齿距基节3.3 三联滑移齿轮设计花键轴上需要安装一个三联滑移齿轮变速器来对该轴进行变速。三联齿轮通过导向花键连接在轴上，这个三联齿轮可移换左、中、右三个位置，使传动比不同的三对齿轮啮合，因而中间轴转速不变，花键轴可以得到三级不同转速。所以需要加工一个三联齿轮，齿轮2、齿轮3、齿轮4是该滑移齿轮上的三个部分，每个齿轮之间距离=15。直径=30。则三联齿轮宽度为165。三联滑移齿轮如图3.3所示。图3.3 三联滑移齿轮3.4 轴的设计3.4.1 输入轴的设计该轴上装有小带轮和齿轮1。由前面计算可知，在该轴上，功率，转速，转矩。(1)求作用在齿轮上的力圆周力径向力(2)初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，由参考文献2表15-3，取，于是得(3)轴的结构设计根据轴向定位的要求确定轴的各直径和长度，如图3.4所示。图3.4 输入轴 在轴的左端安装小带轮，已知小带轮的孔径为20，即，取小带轮到轴承之间的距离为30，带轮宽度为30，则。 因轴受径向力，可用深沟球轴承，左端轴承安装在箱体位置，另外一个轴承在轴的右端由一支架固定，由参考文献1表15-19，选深沟球轴承型号为6204，其参数为，故。所以。取安装齿轮1处轴段轴径，齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位，又由于齿轮1和齿轮1的啮合关系，该套筒长度应为16，故。齿轮1轮毂宽度为，取，齿轮右端采用轴肩定位，轴肩高度，取。故，轴环宽度，取。段轴径应略小与，取。取。于是轴长轴上零件周向定位带轮上轴的周向定位采用平键连接。由参考文献1表7-2，上平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为。齿轮上轴的周向定位采用平键连接，由参考文献1表7-2，上平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为。为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，选择齿轮轮毂与轴配合为。滚动轴承与轴的周向定位由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为。3.4.2 中间轴的设计该轴上装有齿轮1，齿轮2，齿轮3，齿轮4。由前面计算可知，在该轴上，功率，转速，转矩(1)求作用在齿轮上的力圆周力径向力齿轮均为直齿圆柱齿轮，故不受轴向力。(2)初步确定轴的最小直径选取轴的材料为Q235钢，由参考文献2表15-3，取，于是得(3)轴的结构设计根据轴向定位的要求确定轴的各直径和长度，如图3.5所示。图3.5中间轴轴左端在箱体轴盖处固定，则在最小轴径处应安装轴承，另外一个轴承在轴的右端由一支架固定，因为轴仅受径向力的作用，故选用深沟球轴承。由参考文献1表15-19，选取深沟球轴承型号为6201，其参数为。轴承在箱体内用支架进行支撑定位，故，而。取安装齿轮1处的轴段直径，齿轮左端与左轴承之间采用轴肩挡圈定位，因为没有标准件，该轴肩挡圈需制作，取挡圈，,，则15。齿轮1的轮毂宽度为53，齿轮1右端需安装套筒b，取套筒长度为17，则。取安装齿轮3处轴段轴径，齿轮3右端需安装一个套筒c，由于要与轴三联齿轮的啮合关系，该套筒必须大于齿轮3轮毂宽度以及连接件宽度63，取套筒长度为67，。取安装齿轮2轴端处轴径，该齿轮轮毂宽度为45，齿轮2右端安装一套筒d，由于要与轴三联齿轮的啮合关系，该套筒必须大于齿轮4轮毂宽度以及连接件宽度55，取其长度为，。取安装齿轮4处轴段轴径，该齿轮轮毂为42，则，齿轮4右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取，则轴环处直径，轴环宽度，取。取齿轮4右端。该轴段轴径应小于轴环处，取轴总长轴上零件周向定位 齿轮上轴的周向定位采用平键连接，由参考文献1表7-2，上平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为。上平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为。上平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为。上平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为。为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，选择齿轮轮毂与轴配合为。滚动轴承与轴的周向定位由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为。3.4.3 输出轴的设计该轴上装有三联滑移齿轮。由前面计算可知，在该轴上，功率，转速：、(1)求作用在齿轮上的力转矩圆周力径向力齿轮均为直齿圆柱齿轮，故不受轴向力。(2)初步确定轴的最小直径选取轴的材料为Q235钢，由参考文献2表15-3，取，于是得(3)轴的结构设计根据轴向定位的要求确定轴的各直径和长度，如图3.6所示。图3.6 输出轴因轴受径向力，可用深沟球轴承。轴承安装在轴两端，选取6202型深沟球轴承，其尺寸。取1-2段轴径。轴左端轴承的右端应安装一套筒，取套筒长度29，故。轴右端轴承左端也应安装一套筒，取套筒长度19，故。因为三联滑移齿轮与轴上的啮合关系，取轴2-3段轴径，。轴上需安装三联滑移齿轮，三联齿轮与轴花键连接，取3-4段轴内径，外径，三联滑移齿轮长度为165，则外花键长度。故取。因为偏心轮的基圆直径，宽度，取5-6处轴径，轴长。轴4-5处，取。轴长：轴上零件周向定位三联滑移齿轮周向定位采用矩形花键连接，查参考文献3表10-17，花键尺寸，偏心轮上轴的周向定位采用平键连接。由参考文献1表7-2，上平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为。3.5 键的校核3.5.1 输入轴上键的校核小带轮上的平键由公式键的材料为铸铁，工作过程中受到轻微冲击，由参考文献2表6-2查得，。确定公式内各参数故该键满足强度要求。齿轮1上的平键由公式键的材料为铸铁，工作过程中受到轻微冲击，由参考文献2表6-2查得，。确定公式内各参数故该键满足强度要求。3.5.2 中间轴上键的校核齿轮1上的平键由公式键的材料为铸铁，工作过程中受到轻微冲击，由参考文献2表6-2查得，。确定公式内各参数故该键满足强度要求。齿轮2上的平键由公式键的材料为铸铁，工作过程中受到轻微冲击，由参考文献2表6-2查得，。确定公式内各参数故该键满足强度要求。齿轮3上的平键由公式键的材料为铸铁，工作过程中受到轻微冲击，由参考文献2表6-2查得，。确定公式内各参数故该键满足强度要求。齿轮4上的平键由公式键的材料为铸铁，工作过程中受到轻微冲击，由参考文献2表6-2查得，。确定公式内各参数故该键满足强度要求。3.5.3 输出轴上键的校核三联齿轮的花键该轴上有三个不同转速可以变换，当转速为最低转速时，该轴转矩最大。即转速为，转矩。 花键连接的强度条件由参考文献2表6-3查得 ，载荷分配不均匀系数，键数。当33号齿轮啮合时，键齿的工作长度最长，即。于是故该花键满足强度要求偏心轮上的平键由公式键的材料为铸铁，工作过程中受到轻微冲击，由参考文献2表6-2查得，。确定公式内各参数故该键满足强度要求。3.6 轴承的校核3.6.1 输入轴上的轴承该轴上安装的是6204型深沟球轴承，因为该轴仅受径向力，故。径向载荷，要求寿命。查参考文献1表15-19得 （油润滑）由公式对于球轴承 故6204型深沟球轴承能满足要求。3.6.2 中间轴上的轴承该轴上安装6201型深沟球轴承，因为该轴仅受径向力，故。径向载荷，要求寿命。查参考文献1表15-19得 （油润滑）由公式对于球轴承 故6201型深沟球轴承能满足要求。3.6.3 输出轴上的轴承该轴上安装6202型深沟球轴承，因为该轴仅受径向力，故。径向载荷，要求寿命。查参考文献1表15-19得 （油润滑）由公式对于球轴承 故6202型深沟球轴承能满足要求。3.7 偏心轮及推杆的设计为了使工作台发生低频振动，就需要设计一个偏心轮。偏心轮通过键连接在输出轴上，当轴有转速时，偏心轮推动推杆作上下往复运动，推杆顶着工作台，使工作台发生低频振动。改变振幅的方法就是改变偏心轮的偏心距。偏心轮简图如图3.7所示。图3.7 偏心轮简图该振动装置的振幅为0.05mm，即推杆的行程，推杆的行程即是偏心轮的行程。由公式于是偏心轮的偏心距为0.025mm。偏心轮的材料45钢，调质处理，硬度为230 HBS。取偏心轮基圆直径60mm，宽度30mm。推杆选用平底推杆，这种推杆优点是偏心轮与平底的接触面易形成油膜，润滑较好。取推杆材料为45钢，直径20mm，高135mm。3.8 拨叉的设计要使三联滑移齿轮在输出轴上进行左右滑移，必须设计一个拨叉来拨动三联滑移齿轮滑移，拨叉由连杆机构带动，实现可定位的水平移动。其工作原理如图3.8所示.图3.8 拨叉工作原理拨叉材料为35钢，其设计尺寸如图3.9。图3.9 拨叉4 箱体的总体设计4.1 箱体的设计本设计的传动部分和振动部分在一个箱体内，故需要先对箱体进行一个总体设计。该箱体为铸造而成，材料为HT200。铸造的箱体箱壁厚度应大于8mm，且箱体处需要支撑轴，故该处箱壁厚度为25mm。其余两处箱壁厚度为10mm,但在上下箱体连接处翻边，其厚度为25mm.中间轴和输出轴整根轴都在箱体内，轴两端安装轴承，轴承在箱壁上固定，所以箱体长度应为490mm。箱体内最大齿轮为齿轮1，其齿顶圆直径为108mm，推杆长度135mm，在箱体内长度为95mm。箱体内部空间高度不得低于169mm，取箱体高度为215mm。齿轮1距箱体的距离应大于54mm，输入轴与中间轴距离为相啮合齿轮的中心距，即76mm；中间轴与输出轴之间距离为60mm。输出轴距箱体内壁距离为175mm。故整个箱体宽度取440mm。这样设计出来的箱体结构紧凑。4.1.1 箱座的设计箱座的长度和宽度都已确定，箱盖和箱座在安装轴处分开，取箱座的高度为95mm。箱座上要加工安装轴盖的部位。透盖中心距离箱壁距离为105mm，透盖中心距离闷盖1中心的距离为76mm，闷盖1中心距闷盖2中心的距离为60mm。安装轴盖处周围需加工出螺纹孔，以方便安装轴盖。箱座四周加工螺纹孔和销孔，通过螺纹和销与箱盖进行连接。在箱体右下部需加工出一螺纹孔，要安装螺塞，