超声波枪钻机床设计.doc

摘 要 该设计是设计一超声深孔钻床，利用超声震动加工深孔。振动切削与普通切削相比，在降低切削力和切削热方面有明显的效果，尤其在难加工材料的加工和精密加工中，振动切削具有普通切削无法比拟的工艺效果。因此，作为精密机械加工和难加工材料加工的一种新技术，振动切削已经逐步渗透到多种机械加工领域，振动钻削就是比较成功的应用实例。 振动钻削，即在钻头(或工件)正常工作进给的同时，对钻头(或工件)施加某种有规律的振动，使钻头在振动中切削，形成脉冲式的切削力波形，使切削用量按某种规律变化，以达到改善切削效能的目的。根据实际加工的需要，适当选择振动参数(频率v，振幅A以及频率v与工件转速n的比例关系)，可以控制切屑的大小和形状，得到满意的切屑，避免切屑堵塞。可提高生产效率几倍到十几倍，提高加工精度12级，且加工表面质量也有较大改善。 超声振动深孔加工钻床是利用超声振动系统对钻头施加振动，使钻头在振动中切削，使切削用两按规律变化，从而达到改善切削效能的目的。关键词：超声振动，深孔加工，枪钻车床。AbstractThis design is designs a supersonic deep hole drilling machine, the use supersonic vibration processes the deep hole. The vibration cutting and the ordinary cutting compares, in reduces the cutting force and cuts the hot aspect to have the tangible effect, difficult to be processing the material especially in the processing and the precise processing, the vibration cutting has the craft effect which the ordinary cutting is unable to compare. Therefore, took the precision machinery processing and difficult to process the material processing one kind of new technology, the vibration cutting already gradually seeps to many kinds of machine-finishing domain, the vibration drills truncates compares the successful application example. The vibration drills truncates, namely while the drill bit (or work piece) normal work to feed, (or work piece) exerts some kind of orderly vibration to the drill bit, causes the drill bit to cut in the vibration, forms the pulse -like cutting force profile, causes the cutting specifications according to some kind of rule change, achieves the improvement cutting potency the goal。According to the actual processing need, chooses the vibration parameter suitably (frequency v, oscillation amplitude A as well as frequency v with the work piece rotational speed n proportional relationship), may control the scrap the size and the shape, obtains satisfaction scrap, avoids the scrap jamming. May enhance production efficiency several times to several times, enhances the processing precision 1-2 level, also the processing surface quality also has improves greatly. The ultrasonic vibration deep hole processing drilling machine is the use ultrasonic vibration system to the drill bit infliction vibration, causes the drill bit to cut in the vibration, causes the cutting with two according to the rule change, thus achieves the improvement cutting potency the goal.Key words: The ultrasonic vibration, the deep hole processing, butts the lathe.33目 录前言11.超声和深孔加工技术的发展趋势31.1 超声振动加工技术发展趋势31.2 深孔加工发展状况92.机床主要参数的确定122.1 电机功率的确定122.2 主运动参数的确定122.3 标准公比值和标准转速数列143.确定结构式和绘制转速图183.1 求级数z183.2 确定结构式183.3 绘制转速图194.确定各级传动副齿轮的齿数214.1 确定齿轮的齿数214.2 验算传动比254.3 各轴及齿轮的计算转速的确定265.传动零件的初步计算295.1 传动轴直径初定295.2 主轴主要结构参数的确定305.3 齿轮模数计算和齿轮中心距的计算305.4 皮带的相关计算316.主要零件的验算366.1 齿轮的强度验算366.2 主轴的验算376.3 花键的验算43致 谢46参考文献：47 前言毕业设计是学生学完大学教学计划所规定的全部基础课和专业课后，综合运用所学的知识，与实践相结合的重要实践性教学环节。它是大学生活最后一个里程碑，是四年大学学习的一个总结，是我们结束学生时代，踏入社会，走上工作岗位的必由之路，是对我们工作能力的一次综合性检验。 1.毕业设计的目的通过本次毕业设计，使达到以下几个效果：1） 巩固、扩大、深化学生以前所学的基础和专业知识；2） 培养学生综合分析、理论联系实际的能力；3） 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；4） 锻炼进行设计计算、数据处理、编写技术文件、绘图等独立工作能力。总之，通过毕业设计使学生建立正确的设计思想，初步掌握解决本专业工程技术问题的方法和手段，从而使学生受到一次工程师的基本训练。2、毕业设计的主要内容和要求 本次毕业设计的主要内容是设计超声深孔钻床的主轴箱。具体设计内容和要求如下：a) 调查使用部门对机床的具体要求，现在使用的加工方法；收集并分析国内外同类型机床的先进技术、发展趋势以及有关的科技动向；调查制造长的设备、技术能力和生产经验等。b) 超声深孔钻床主轴箱的设计主要是设计主轴、传动轴及传动齿轮，确定各部分的相互关系；拟订总体设计方案，根据总体设计方案，选择通用部件，并绘制装配图和各零件的零件图；c) 进行运动计算和动力计算，绘制转速图；d) 其他零部件的设计和选择；e) 设计并选择皮带的型号和根数及带轮；f) 编制设计技术说明书一份。3、程序和时间安排毕业设计是实践性的教学环节，由于时间的限制，本次毕业设计不可能按工厂的设计程序来进行，具体的说，可以分以下几个阶段：g) 实习阶段，通过毕业实习实地调查、研究、收集有关资料，掌握深孔加工技术和超声加工技术，了解机床的结构、工作原理和设计的基本要求，花两周时间；h) 制定方案、总体设计阶段，花两周时间；i) 计算和技术设计阶段，绘制图纸，整理设计说明书，花四周时间；j) 答辩阶段，自述设计内容，回答问题，花半周时间。1.超声和深孔加工技术的发展趋势1.1 超声振动加工技术发展趋势 超声波是指频率高于人耳听觉上限的声波。一般来说，正常人听觉的频率上限在l 620kHz之间，随年龄、健康状况等有所不同。值得注意的是，人们习惯上常把以工程应用为目的，而不是以听觉为日的的某些对听卢的应用亦列人超卢技术的研究范围。因此，在实际应用中，有些超声技术使用的频率可能在16kHz以下。而超声波频率的上限是Hz，整个频率范围是相当宽广的，如图11所示 超声波是声波的一部分，因此它遵循声波传播的基本规律。但超声波也有与可听声不同的一些突出特点。例如，超声波由于频率可以很高，因而传播的方向件较强，同时超声设备的几何尺寸可以较小；超声波传播过程中，介质质点振动的加速度非常大；在液体介质中，当超声波的强度达到一定值后便产生空化现象，等等。正是这些特点，决定了超声波具有与可听声不同的、领域相当广阔的各种用途。 1.1.1 起声加工技术发展概况 超声加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质中或于磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，或给工具或工件沿一定介向施加超声频振进行振动加工，或利用超声振动使工件相互结合的加工方法。超声加工系统由超声波发生器、换能器、变幅杆、振动传递系统、工具、工艺装置等构成。超声波发生器的作用是将220v或380v的交流电转换成超声频电振荡信号；换能器的作用是将超声频电振荡信号转换为超声频机械振动；变幅杆的作用是将换能器的振动振幅放大，超声波的机械振动经变幅杆放大后传给工具，使工具以一定的能量与工件作用，进行加工。 超声加工技术是超声学的一个重要分支。超声加工技术是伴随着超声学的发展而逐渐发展的。 早在1830年，为探讨人耳究竟能听到多高的频率，F5avrt曾用一多齿的齿轮，第一次人工产生了24Hz的超声波，1876年加尔顿(FGalton)的气哨实验产生的超声波的频率达到了3Hz，后改用氢气时，其频率达到了8N z。这些实验使人们开始对超声波的性质有了一定的认识。 对超声学的诞生起重大推进作用的是1912年豪华客轮泰坦尼克(Titanic)号在旨航中碰撞冰山后沉没，这个当时震惊世界的悲剧促使科学家提出用声学人法来探测冰山。这些活动启发了第一次世界大战期间侦察德国潜艇的紧张册究。1916年以法国著名物理学家郎之万(P.langevin)为首的科学家升始究产生和运用水下超声作为侦察手段，并在1918年发现压电效应可使石英板振动，制成了可用作超声源的石英压电振荡器。这就是现代超声学的开端。 1927午，美国物理学家怔德(R WWood)和卢米斯(AE loomis)最早做了超声加工试验，利用强烈的超声振动对玻璃板进行雕刻和快速钻孔，们当时并未应用在工业上。1951年，美国的科思制成第一台实用的超声加工机，并引起广泛关注，为超声加上技术的发展奠定了基础。 日本是较早研灾超声加工技术的国家，20世纪50午代，日本已经设立专门的振动切削研究所，许多大学和科研机构也都设有这个研究课题。日本研究超声加工的主要代表人物有两位：一位是中央大学的岛川正晖教授，超音波工学理论和实际是他的代表作；另一位是宇都官大学的隈部淳一郎教授，精密加工、振动切削基础和应用是他的代表作。日本研究人员不但把超声加上用在普通设备上，而且在精密机床、数控机床中也引人了超声振动系统。l 977年日本将超声振动切削与磨削用于生产，可对直径为6oomm大型船用柴油机缸套进行镗孔。 原苏联的超声加工研究也比较早，20世纪50年代末60年代初已经发表过很有价值的论文。在超声车削、钻孔、磨削、光整加工、复合加工等方面均有生产应用，并取得了良好的经济效果。为了推动超声加工的应用，1973年原苏联召开了一次全国性的讨论会，充分肯定了超声加工的经济效果和实用价值，对这项新技术在全国的推广应用起到了积极的作用。到80年代末期，当时苏联已经生产系列超声振动钻削装置。 20世纪70年代中期，美国在超声钻中心孔、光整加工、磨削、拉管和焊接等方面已处于生产应用阶段，超声车削、钻孔、镗孔巳处于试验性生产设备原型阶段。1979年通用超声振动切削系统已供应工业界应用。 德国和英国也对超声加工的机理和工业应用进行了大量的研究，并发表了许多有价值的论文，在生产中也得到了积极的应用。例如，英同十1964年提出使用烧结或电镀金刚石工具的超声旋转加工的方法，克服了一般超声加工深孔时加工速度低和精度差的缺点，取得了较好的效果。 我国超声加工技术的研究始于20世纪50年代末，60午代末开始了超声振动车削的研究，1973年上海超声波电子仪器厂研制成功cNM2型超声研磨机。1982年，上海钢管厂、中国科学院声学研究所及上海超声波仪器厂研制成功超声拉管设备，为我国超声加工在金属塑性加工中的应用填补丁空白。1983年10月，机械电子丁业部科技司委托机械工艺师杂志编辑部在西安召开了我国第一次“振动切削专题讨论会”，会议充分肯定了振动切削在金属切削中的重要作用，交流了研究和应用成果，促进了这项新技术在我国的深入研究和推广应用。1985年，广西大学、南京电影机械厂和南京刀具厂联合开发了我国第一套“czQ250A型”超声振动切削系统。同年，机械电子工业部第11研究所研制成功超声旋转加工机，在玻璃、陶瓷、YAG激光晶体等硬脆材料的钻孔、套料、端铣、内外圆磨削及螺纹加工中，取得了良好的工艺效果。1987年，北京市电加工研究所在国际上首次提出了超声频调制电火花与超声波复合的研磨、抛光加工技术，并成功应用于聚晶金刚石拉丝模的研磨和抛光。1989年，我国研制成功超声珩磨装置。1991年研制成功变截面细长杆超声车削装置。 20世纪末到本世纪初的十几年间，我国的超声加工技术发展迅速，在超声振动系统、深小孔加工、拉丝模及型腔模具研磨抛光、超声复合加工领域均有较广泛的研究，尤其是在金刚石、陶挠、玛淄、玉石、淬火钢、模具钢、花岗岩、大理石、石英、玻璃和烧结永磁体等难加工材料领域解决了许多关键性问题，取得了良好的效果。 1.1.2 超声加工技术发展趋势和未来展望 超声加工技术已经涉及到许多领域，在各行各业发挥了突出的作用，但有关工艺与设备的相关技术有待于进一步研究开发。 (1)超声振动切削技术 随着传统加工技术和高新技术的发展，超声振动切削技术的应用日益广泛，振动切削研究日趋深入，主要表现在以下几个方面。 1研制和采用新的刀具材料。在现代产品中，难加工材料所占的比例越来越大，对机械零件加工质量的要求越来越高。为了更好地发挥刀具的效能，除了选用合适的刀具几何参数外，在振动切削中，人们将更多的注意力转为对刀具材料的开发与使用上，其中天然金刚石、人造金刚石和超细晶粒的硬质合金材料的研究和应用为主要方向。 2对振动切削机理深入研究。当前和今后一个时期对振动切削机理的研究将主要集中在对振动切削中刀具与工件相互作用的力学分析和振动切削机理的微观研究及数学描述两个方面。 3超声椭圆振动切削的研究与推广。超声椭圆振动切削已受到国际学术界和企业界的重视。美国、英国、德国和新加坡等国的大学以及国内的北京航空航大大学和上海交通大学已开始这方面的研究工作。日本企业界如日立、多贺和Towa公司等已开始这方面的实用化研究工作。但是，超声椭圆振动切削在理论和应用方面还有许多工作要做。尤其是对硬脆性材料的超精密切削加工、微细部品和微细模具的超精密切削加工等方向还需要进一步研究。 超声铣削加丁技术。基于分层去除技术思想的超声铣削加工技术正在被更多的学者所关注。大连理工大学研制了超声数控铣削机床，提出了一种新的利用超声铣削加工技术数控加工工程陶瓷零件的途径。基于分层去除思想的超声铣削数控加工技术解决了传统超声加工中工具损耗严重且不能在线补偿的难题，使加工带有尖角和锐边的复杂型面三维工程陶瓷零件成为可能，为工程陶瓷和其他超硬材料的广泛应用提供了有力的技术支持。 (2)超声复合加工技术 目前，超声电火花机械三元复合加工技术已经得到较快的发展。哈尔滨工业大学利用超声电火花磨料三元复合加工技术对不锈铜进行加工，解决了电火花小孔加工中生产率和表面质量不能兼顾的矛盾，具合较好的应用前景。 针对现代模具手动光整加工的弊端，华南理工大学采用超声电解磨粒复合加工技术对形状复杂的模具型腔光整加工进行了研究，并利用BP人工神经网络对加工表面粗糙度进行了预测，取得了良好的效果。超声电解磨粒复合加工技术是一项新的复合加工技术，能较好地用于形状复杂的模具型腔光整加工。但包括材料去除机理的许多方面的内容有待进一步研究。 近年来，日本东京农工大学对气体介质中的电火花脉冲放电加工技术进行了开创性的研究，为电火花脉冲放电加工技术开辟了一条新的途径。但该技术在加丁过程中短路频繁，山东大学的研究人员将超声振动引入气中放电加工技术，并对工程陶瓷进行了加工实验研究，加工效率提高了近3倍。但该工艺的加工机理有待于进一步研究。 在微小三维型面的加工中，利用简单形状电极、基于分层制造原理的微细电火花铣削技术正在受到重视，哈尔滨工业大学研究了超声辅助分层去除微细电火花加上技术，对电极袖向施加的小幅超声振动对活化极间状态、拉大极间间隙、增加排屑能力、提高有效脉冲利用率和放电稳定性等方面起到广重要的作用但是该工艺尚有待于进一步完善以达到实用化。 出于新材料(尤其是难加工材料)的涌现和对产品质量苟生产效益的要求不断提高，新的加丁方法也不断出现。可以预见，超声复合加工将日靛显现出其独特的魅力，并将拓展其更加广阔的应用领域。 (3)微细超声加工技术 随着以微机械为代表的工业制品的日益小型化及微细化，特别是随着晶体硅、光学玻璃、工程陶瓷等硬脆材料在微机械中的广泛应用，硬脆材料的高精度三维微细加工技术己成为世界各国制造业的一个重要价究课题。目前可适用于硬脆材料加工的手段主要有光刻加工、电火花加工、激光加工、超声加工等特种加工技术。超声加工与电火花加工、电解加工、激光加工等技术相比，既不依赖于材料的导电性又没有热物理作用，与光刻加工相比又可加工高深宽比三维形状，这决定了超声加工技术在陶瓷、半导体硅等非金属硬脆材料加下方而有着得天独厚的优势。东京大学生产技术研究所对微细工具的成功制作及微细工具装夹、工具回转精度等问题的合理解决，采用工件加振的工作方式在工程陶瓷材料上加工出了直径最小为5的微孔，从而使超声加工作为微细加工技术成为可能。 同其他特种加工技术一样，起声加工技术在不断完善之中正向着高精度、微细化发展，微细超声加丁技术合理成为微电子机械系统(MEM5)技术的有力补充。 此外，超声加工技术在迅猛发展的汽车工业中已有非常广泛的应用，目前超声加工技术主要用于精密模具的型孔、型腔加工，难加工材料的超声电火花和超声电解复合加工，塑料件的焊接，以及对具有小孔窄缝而清洁度要求较高的零件的清洗。可以预测，超声加工技术在世界汽车工业中将发挥越来越重要的作用。1.2 深孔加工发展状况 最早用于加工金属的深孔钻头是扁钻它发明干18世纪初，1860年美国人对扁钻做了改进，发明了麻花钻，在钻孔领域迈出了重要的一步。但用麻花钻钻探孔时，不便于冷却与排屑生产效率根低。随着枪炮生产的迅速发展，在20世纪初期，德、英、美等国家的军事工业部门先后发明了单刃钻孔工具，因用于加工枪孔而得名枪钻。枪钻也称为月牙钻、单刃钻及外排屑深孔钻。枪钻钻杆为非对称形，故扭转强度差。只能传递有限扭矩，适用于小孔零件加工生产，效率较低。 在第二次世界大战前和战争期间，由于战争的需要枪钻已不能满足高生产效率的要求，在1943午德国诲勒公司研制出毕斯涅耳加工系统(即我国常称的内排屑深孔钻削系统)。战后，英国的维克曼公司、瑞典的卡尔斯德特公司、德国的海勒公司、美国的孔加工协会、法国的现代设备商会等联合组成了深孔加工国际孔加工协会(Boring and Trepanning Association），简称BTA协会。经过他们的努力，这种特殊的加工方法又有了新的发展，并被定名为BTA法，在世界各国普遍应用。后来瑞典的山特维克公司首先设计出可转位深孔钻及分屑多刃错齿深孔钻，侵BTA法又有了新的飞跃。 BTA法存在着切削液压力较高，密封困难等缺点为克服这些不足，1963年山特维克公司发明了喷吸钻法。这是一种巧妙应用喷吸效应的方法，可以采用较低的切削液压力，使切屑在推、吸效应下容易排出有利于系统的密封。但是喷吸钻法本身也有缺点，它使用两根钻管，使排屑空间受到限制，加工扎径般不能小于18mm。由于特殊的切削液供给方式缺乏了BTA法中切削液对钻杆振动的抑制作用，刀杆易擦伤其系统刚性和加工精度要赂低于BTA法。 20世纪70年代中期，由日本冶金股份有限公司研制出的DF(Double Feeder)法为单管双进油装置，它是把BTA法与喷吸钻法两者的优点结合起来的一种加工方法，用于生产后得到了满意的结果，目前广泛应用于中、小直径内徘屑探孔钻削。 出于我国机械制造业的迅速发展，深孔加工技术在我国也得到了广泛的应用。20世纪50年代群钻的研制成功使钻孔效率大为提高。1958年BTA钻头在我国开始使用，在此之后，70年代初，我国开始研制和推广喷吸钻，到1978年DF法己在我国设计完成并于1979年正式用于生产现广泛应用于中、小直径内排屑探孔钻削。国内几家重型机器制造厂相继研制和采用于深孔套料钻已成功地加工出12m长的发电机转子内孔。西安石油大学于1989年成功地将喷吸效应原理应用到外排屑枪钻系统使枪钻的加工性能大大提高;1994年又研制成功多尖齿内排屑探孔钻，使深孔钻削的稳定性和耐用度大大提高。 随着生产与科技的进步，深孔零件在材质及毛坯制造、刀具树料、深孔加工机床、基础理论研究、检测等方面都有了较大的进展。 深孔零件的材质，过去多采用碳索结构钢、低合金钢和高强度合金钢。新型工程材料如钛合金、不锈钢、耐热钢、耐磨钢、陶瓷、塑料、碳素纤维塑料、复合材料等，开始在深孔零件上采用。新材料的逐步采用对深孔加工提出了新的技本难题。 除了深孔零件的材质外零件的毛坯质量也有了很大的改观。现在深孔零件的毛坯除了采用般的铸、锻、轧制毛坯外，对于机械性能要求高的深孔零件采用真空冶炼、电渣重熔等方法获得高质量的铸锭后，进行压力加工。在管坯生产中，除了一般的热轧、冲轧无缝管才外现已采用精轧无缝管材。冶金技术的进步提高了材料的机械性能使材料的加工性能发生了显著的变化；锻造及压力加工技术的进步。使得毛坯材料的去除率大为降低.另外,由产热处理技术的发展，深孔工件经过热处理后，在机械性能、结晶与显微组织上都有了较大的改善。这直接影响着材料的再加工性。 随着新材料发展及材料机械性能的提高，促进了新刀具材料的不断发展。深孔加工刀具所使用的刀具材料多为高速钢、YG及YT类的硬质合金。目前,已开始试验和采用新型高速钢材料、超细晶粒硬顶合金、徐层刀片、陶瓷(金届陶瓷、等)、立方氮化硼(CBN)、金刚石等新型刀具材料。 深孔加工机床现在多采用常规机床，有深孔钻镗床、深孔磨床、珩磨机及通用车床改造成的深孔钻镗床。近年来，已出现数控深孔钻镗床(cNc)。 现代深孔加工技术的发展，面临着多品种、小批量、新型工程材料及愈来愈高的精度要求的挑战。由于机械工业产品多品种、小批量的比重日益增加，提高劳动生产率、降低生产成本成为深孔加工技术的中心课题。发展成组技术和开展计算机辅助设计及计算机捕助制造(cAD(CAM)、实现自动化生产是提高深孔加工劳动生产率和经济效益的根本途径。新型工程材料对深孔加工技术的挑战，在于要求提高传统深孔加工方法的水平开发新的制造技术与工艺方法。愈来愈高的精度要求，需要发展深孔精密加工技术，并相应地发展精密测量及精密机械设汁。在实现深孔加工自动化生产中，需要解决加工中异常情况的监控及自动检测。日前深孔加工中的这些问题、虽然落后于车削、铣削，但已有一些国家在开发研制，进行解决。 随着深孔加工技术的发展深孔加工技术的基础理论研究也在不断加强并取得了有价值的成果。2.机床主要参数的确定2.1 电机功率的确定 机床功率与钻孔直径的关系如图2-1所示： 图2-1钻孔直径与机床功率p的关系图 根据设计要求我们要对材料是硬度HB为220-400的低合金钢，长为500mm，外径D为50mm的工件加工出直径为10mm的通孔。所以机床的功率为4KW。2.2 主运动参数的确定 主运动为旋转运动时，机床的主运动参数是主轴转速n（r/min） 式中v切削速度，m/min； d工件（或刀具）直径，mm。有表1可知切削速度为40120m/min，所以 表1 工件材料与切削速度的关系变速范围 2.3 标准公比值和标准转速数列 规定标准公比1，并且规定相对速度损失的最大值Amax不大于50%，则相应不大于2，所以。 为了简化机床设计和使用规定了几个标准值，这些数值是选取2或10的某次方根见表2。这些公比的特性如下。表2标准公比 1)公比是2的某次方根其数列每隔若干项增加或缩小2倍，如，数列为10、l 25、16、20、25；、32、40等，每隔三项增大2倍。这样使 表3标准数列表续注：1大于1000和小于1的数列，可将表中数值乘或除以1000。厂采用双速电动机，因为双速电动机的两个转速比值是2，例如3000/1500或1500/750等，同时也便于记忆和写出等比数列。 2)公比是l0的某次方根，其数列每隔若干项增大或缩小10倍。这特性符合常用十进制习惯，如，数列为10、16、25、40、63、100、160、250、400、630等，每隔五项增大10倍使数列整齐好记。 当选定标准公比之后从表3可查出转速数列。表3适用于转速、双行程数和进给系列而且可以用于机床尺寸和功率参数等数列。 从使用性能考虑，选取公比最好小一些，以便减少相对速度损失，但小一些，级数z增多会使机床的结构复杂化。公比选取的一股原则如下：1用于大批大量生产的自动化与半自动比机床，因为要求较高的生产率，相对转速损失要小，因此，要小些，选取1.12或125。2大型机床加工大尺寸工件，机动时间长，选择合理的切削速度对提高生产 2可由标准数列中选用具有某一公比的数列，组成派生系列，例如=1.41的派生系列为132、190、265、375等。率作用较大，应小些，取112、125。3中型通用机床，万能性较大，因而要求转速级数z要多些，但结构又不能过于复杂，公比常选取125或1.41。4小型机床切削加工时间常比辅助时间少，结构要求简单一些，机动时间短变速级数z也不多，公比常取158或178。根据以上叙述选=1.12。 3.确定结构式和绘制转速图3.1 求级数z由等比级数规律可知公式中变速范围； 公比。由前面=2.25，=1.12所以 3.2 确定结构式选择一个比较好的结构式，一般要遵照下列的原则： 3.2.1 传动副的“前多后少”原则 传动副数较多的变速组安排在传动顺序前面，传动副数较少的变速组安排在后面。这是因为机床的电动机往往比主轴变速的大多数转速高，因此，变速系统以降速传动居多。传动系统中，若按传动顺序排列，在前面的各轴转速较高，依次类推。根据转矩公式 当传动功率p一定时转速n较高的铀所传递的转矩就较小，在其他条件相同时，传动件(如铀、齿轮)的尺寸就较小因此常把传动副数较多的变速组安排在前面高速轴上，这样可以节省材料，减少传动系统的转动惯量。以18级变速系统为例，应选择结构式18332。 3.2.2 传动副的“前紧后松”原则变速组的扩大顺序应尽可能与传动顺序一致当时。要求6.主要零件的验算6.1 齿轮的强度验算 变速箱中的齿轮,不必都作强度验算。可在相同模数和材料的齿轮中，选取一个承受载荷最大并且齿数最小的齿轮，验算它的接触和弯曲疲劳强度。一般说来，对高速传动齿轮以验算接触强度为主，对低速传动齿轮主要考虑其弯曲强度，对硬齿面软齿芯的渗碳淬火齿轮，必须验算其弯曲疲劳强度。由图13转速图可知该机床变速组内的齿轮都是高速传动，故按接触疲劳计算齿轮模数：式中：齿轮所传递的额定功率kw， 电动机功率； 从电动机到所计算齿轮的传动效率； 小齿轮齿数； 齿轮对的传动比，Z2为大齿轮齿数，i后面的“+”用于外啮合，“-”用于内啮合； 齿宽系数，（B为齿宽；m为模数），通常取； 齿轮的计算转速r/min； 工作状况系数，考虑载荷冲击的影响： 冲击性机床（如刨床、插床） 主运动（中等冲击） ； 辅助传动（轻微冲击） ； 动载荷系数； 齿向载荷分布系数； 许用接触应力，取=1100MPa。 查表8，9得=1.3，=1。取，。所以轴III间齿轮的模数为 轴IIIII间齿轮的模数为轴IIIIV间齿轮的模数为6.2 主轴的验算 6.2.1主轴的强度验算 机床变速箱中的传动轴，受到装在轴上的主、被动齿轮的圆周力、径向力（如果是斜齿圆柱齿轮或锥齿轮，则还有轴向力）的作用，齿轮的圆周力使轴传递扭矩，齿轮的径向力（和轴向力）使轴受弯矩，所以传动轴应按弯 表8 直齿圆柱齿轮的动载荷系数精度等级齿面硬度 圆周线速度vm/sHB 350111.11.11.21.21.31.31.51.47350HB 350111.21.21.41.31.51.48350HB 350111.31.31.51.49350HB 3501.11.11.41.4表9 圆柱齿轮的齿向载荷分布系数圆柱齿轮对称布置与两轴承之间齿轮非对称布置于两轴承之间齿轮悬臂安装轴的刚度较高轴的刚度较低0.2111.051.080.411.041.121.150.61.031.101.221.220.81.051.101.281.301.01.51.081.301.401.451.551.52.21.15矩和扭矩合成的强度条件进行验算。 a 受力分析主轴所受的力如图所示： （1）主轴所受到的外力为 所以 （2）求支座反力在H平面内，将支座约束看做支座反力，其受力如图所示：则根据静力平衡方程得：在V平面内，其受力如图所示：则 （b） 求合成弯矩M 在H平面内，弯矩如下页图所示： 在V平面内，弯矩如下页图所示： 所以合成弯矩如下页图所示： （c） 求轴所传递的扭矩T 式中：该轴传递的额定功率kw； 轴的计算转速r/min。则 扭矩图如图所示： 轴的载荷分析图有轴的载荷分析图可知，在D面处的载荷最大，是危险断面所以验算D断面处的复合应力式中：危险断面上合成弯矩， 危险断面上的合成扭矩； 危险断面的抗弯断面模数； 实心圆轴： 空心圆轴： 矩形花键轴： 实心轴直径，空心轴外径，花键轴外径mm； 空心轴内径，花键轴内径mm； 花键轴键宽mm； 花键轴的键数； 许用复合应力，有表选取。查文献2中表151得所以 由计算可