基于AWC机架现场扩孔机设计 设计说明书

攀枝花学院本科毕业设计 论文 摘要 I 摘摘 要要 解决攀钢热轧板厂三期技改工程 立辊轧机宽度自动控制系统 AWC 改造后 需对现有的立辊轧机机架进行扩孔 以便安装长行程伺服油缸 立辊 轧机机架扩孔如果送入设备制造厂进行加工 质量保证可靠 但机架还原难于 保证安装质量 精度 为了降低技改工程费用 决定在立辊轧机现场对机架进 行扩孔加工 经过潜心研究 结合现场实际情况设计专用扩孔设备 专用镗 床 再结合专用设备的扩孔工艺 提出了切实可行的解决方案 该方案具有经 济 实用 可行等特点 设计的特色 解决了现场安装及镗杆的刚度问题 满足了扩较大孔的要求 此专用设备镗刀系统采用卧式镗床的平旋盘结构 可方便调整刀具切削深度 导轨采用组合式导轨 使运动平稳 安装便捷 支撑采用组合机床型式支撑 便于拆卸安装 可大大提高生产率 关键词关键词 专用设备 专用镗床 加工效率 工艺实验 攀枝花学院本科毕业设计 论文 Abstract II Abstract This is useful for Pan gang resolve Hot MILL three technical transformation projects up roller mill width Control System AWC After the transformation It needs to bore the existing legislation for roller mill housing bore for the installation of a long journey servo tank If Legislative roll mill housing bore sent to factories to bore the quality is assurance and reliable but it fixed back it can t assure installation quality and accuracy To reduce the technological transformation project costs the legislature decided to roll mill site for reaming rack processing After painstaking research combining with the actual prombles work out special equipment bore special boring machine In the light of the special equipment reaming technology a practical solution The program is economic practical possible features Characteristic of this design Has solved the prombles such as installment and the boringrod rigidity Satisfied expanded compares the pocket therequest This special purpose equipment boring cutter system uses the horizontal boring machine the Pingxuan plate structure may facilitate the adjustment cutting tool depth of cut The guide rail uses the combined type guide rail causes the movement steadily the installment is convenient The strut uses the aggregate machine tool pattern strut is advantageous for the disassemblage installment may greatly enhance the productivity Key words Special Equipment Special boring machine Processing efficiency Technology Experiment 攀枝花学院本科毕业设计 论文 目录 III 目 录 摘摘 要要 I ABSTRACT II 1 绪绪 论论 1 1 11 1 设计目的和意义设计目的和意义 1 1 2 扩孔技术要求扩孔技术要求 1 1 3 应解决的问题应解决的问题 1 1 4 设计项目的发展情况设计项目的发展情况 2 1 5 设计原理设计原理 2 2 总体设计总体设计 3 2 1 总体设计原则总体设计原则 3 2 2 工艺分析工艺分析 3 2 3 总体方案的比较总体方案的比较 3 2 3 1 刀杆的安装形式 3 2 3 2 进给方式 4 2 3 3 升降运动形式 4 2 3 4 机床运动的分配 4 2 3 5 选择传动形式和支撑形式 4 3 力能参数计算力能参数计算 6 3 1 镗削用量的选择及转矩 功率的确定原则镗削用量的选择及转矩 功率的确定原则 6 3 2 最佳切削用量的选择最佳切削用量的选择 6 3 2 1 现有镗孔工艺参数 6 3 2 2 镗削切削速度 扭矩和切削功率公式 7 3 2 3 主要镗削参数的计算 7 3 3 选择电机选择电机 9 4 扩孔机传动系统设计扩孔机传动系统设计 10 4 1 确定总传动比确定总传动比 10 4 2 分配传动装置的传动比分配传动装置的传动比 10 4 3 计算总的机械效率计算总的机械效率 11 4 4 计算传动装置各轴的运动和动力参数计算传动装置各轴的运动和动力参数 11 4 5 带传动设计带传动设计 12 攀枝花学院本科毕业设计 论文 目录 IV 4 6 传动斜齿轮的设计计算传动斜齿轮的设计计算 14 4 6 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 14 4 6 2 按齿面接触强度设计 14 4 6 4 几何尺寸计算 17 4 6 5 计算 轴间圆柱斜齿轮 18 4 6 6 齿轮的结构设计 18 4 7 轴的结构设计轴的结构设计 18 4 7 1 轴设计的主要内容 18 4 7 2 轴的材料 19 4 7 3 轴的设计计算 19 4 7 4 按扭转强度初步估算轴径 19 4 7 5 轴的机构设计 20 4 7 6 求轴上的载荷 21 4 7 7 按弯扭合成应力校核的轴的强度 22 4 7 8 精确校核轴的疲劳强度 23 4 7 9 对轴 进行设计 25 4 8 对所有选用键进行强度校核对所有选用键进行强度校核 30 4 9 对承受较大载荷的圆锥滚子轴承进行校核对承受较大载荷的圆锥滚子轴承进行校核 31 4 10 镗刀系统设计镗刀系统设计 33 4 10 1 镗刀头 33 4 10 2 镗杆选择 33 4 11 箱体的结构设计箱体的结构设计 34 5 导轨设计导轨设计 36 6 镗刀强度及镗杆的稳定性验算镗刀强度及镗杆的稳定性验算 38 7 工艺试验工艺试验 42 结结 论论 43 参参 考考 文文 献献 44 附录附录 A E1 立辊轧机机架加工工序图立辊轧机机架加工工序图 45 附录附录 B E2 立辊轧机机架加工工序图立辊轧机机架加工工序图 46 致致 谢谢 47 攀枝花学院本科毕业设计 论文 1 绪论 1 1 绪绪 论论 1 1 设计目的和意义 攀枝花新钢钒股份有限公司为了适应钢铁市场需求 实现了全连铸 热轧 系统进行了大规模的改造 以提高热轧产品质量 成材率和作业效率 以及为 冷轧提供高质量的原料 同时提高热轧产品的市场占有率 为了提高热轧板的 外观增强带钢的市场竞争力 决定在热轧板厂三期技改工程中 对现有的 E1 E2 立辊轧机进行改造增添宽度自动控制系统 AWC 使热轧带钢产品质 量达到国内先进水平 立辊轧机宽度自动控制系统 AWC 改造用长行程伺服液压缸替代原电动 机械侧压系统 为保证缸的行程满足原侧压轧辊位置变化要求 在安装伺服油 缸位置 需对现有的立辊轧机机架孔进行扩孔 以便安装长行程伺服油缸 立辊轧机机架扩孔实施方案比较突出 如果拆除 送入设备制造厂进行加 工 质量保证可靠 但机架还原难于保证安装质量 为了降低技改工程建设费 用 决定在立辊轧机现场对机架进行扩孔加工 为了采用经济实用的方案解决机架现场扩孔 结合现场实际情况设计专用 扩孔设备 再结合专用设备编制详细的扩孔工艺 提出了切实的解决方案 该 方案具有经济 实用 可行等特点 1 2 扩孔技术要求 E1 立辊轧机机架 所加工孔从300mm 扩孔至520mm 孔实际长度 292mm 上下孔中心距 1500mm 孔与油缸间隙单边 5mm E1 立辊轧机机架下孔相对地面标高为 200mm 上孔标高为 1700mm 安 装面标高为 1600mm E2 立辊轧机机架 所加工孔从260mm 扩大到420mm 孔的实际长度 108mm 上下孔中心距 1240mm 孔与油缸间隙单边 5mm E2 立辊轧机机架下孔相对地面标高为 320mm 上孔标高为 1560mm 安 装面标高为 1600mm 1 3 应解决的问题 如何对较大孔进行扩孔 刀杆系统的稳定性 现场条件的限制问题 由于 机架未拆卸下来只能在机器上加工扩孔 必须考虑现场空间大小问题 以及专用 镗床的生产成本问题 攀枝花学院本科毕业设计 论文 1 绪论 2 1 4 设计项目的发展情况 专用镗床主要用于特殊孔的加工 结构简单 应用范围较广 国内外专用 镗床主要向标准化 高精度 高生产率方向发展 以适应复杂多变的生产环境 1 5 设计原理 该专用镗床主要由刀具系统 变速装置 动力装置构成 镗刀可分为镗刀头和镗刀块 镗杆按支撑形式分为悬臂式和双支撑式镗杆 变速装置可由齿轮变速或电机无极变速装置构成 本课题考虑到机械结构 及成本因素 选用齿轮组变速 动力装置主要由各类电机供给 本设计根据现有坐标镗床及相关组合机床综合设计利用刀具在导轨上做进 给运动 导轨类似 CA6140 导轨 利用组合支架提供不同高度的孔加工 攀枝花学院本科毕业设计 论文 2 总体设计 3 2 总体设计总体设计 2 1 总体设计原则 采用成熟的经验或经分析实验验证了的方案 结构简单 零部件数量 少 多用标准化 通用化零部件 重视维修性 便于检修 调整 拆换 重视关键零件的可靠性和材料选择 充分运用故障分析成果 及时反馈 尽 早改进 2 2 工艺分析 设计主要参数 E1 立辊轧机机架 所加工孔从300mm 扩孔至520mm 孔实际长度 292mm 上下孔中心距 1500mm 孔与油缸间隙单边 5mm E2 立辊轧机机架 所加工孔从260mm 扩大到420mm 孔的实际长度 108mm 上下孔中心距 1240mm 孔与油缸间隙单边 5mm 由于加工孔和加工余量较大 并且只能在现场机器上进行扩孔 普通扩孔 钻及通用性镗床无法满足加工要求 需要利用专用镗床进行扩孔 可利用多次 进刀完成大余量的切削 2 3 总体方案的比较 2 3 1 刀杆的安装形式 刀杆的形式及卧式镗 床的工艺范围如图 刀杆的安形式 刀杆直接装于主轴之 上 刀杆安装在平旋盘上 比较以上方案的优缺点 此方案对主轴的旋转 精度 刚度 承载能力要求较高 刀具的最 大伸长量需达到 292mm 具有较大不稳定性 且刀杆较粗 且重力作用较大 将产生较大挠度 影响加工精度 此方案因刀杆与主轴不同轴 则产生一定的离心力 不能达到动平衡 但可利用加配重的方法 解决这一问题 又因平旋盘的质量较大一些 具有惰 图 2 1 卧式镗床的工艺范围 攀枝花学院本科毕业设计 论文 2 总体设计 4 轮的作用 储备一定的动能 不易在加工条件发生变化时停转 刀具能方便装 夹 容易调整长度 能实现一把刀具加工 并使刀具的径向伸出长度缩短 对 主轴的性能要求降低 主轴只须传递一定的转矩即可 刀杆具有较强的刚度 2 3 2 进给方式 进给方式可分为 机械传动进给 手动进给 由于此专用扩孔机 为现场改造设备时使用 不直接用于工厂生产 为节 约成本 简化变速机构 采用手轮进给方式 通过对铁屑颜色的判别 调试每 刀进给的最佳进给量 按铁屑颜色 形状酌情调整速度 当采用高速钢镗刀正常切削钢材时 切 屑应成白色 切屑呈蓝色时说明切削速度选高了 使用硬质合金镗刀切削时 正常的切屑应呈蓝色 当出现火花时说明切削速度选高了 出现黑色切屑则是 切削速度未选足 2 3 3 升降运动形式 升降运动选择 可利用滑座在立柱导轨上进行上下升降运动 由于为垂 直运动且重力较大 人工较为吃力 需采用电机驱动 这样将增加扩孔机的复 杂性 自身重量及生产成本 由于四个孔具有固定高度位置 可利用工厂中 经常使用的支架设备 变换不同的高度位置 使主轴箱水平放置于道轨上 可 使安装更加容易 导轨刚度更高 由于部分孔的高度较高 需增加辅助支撑 提高支撑刚度 这样设计将大大简化设备 降低重量 但生产时间因安装支架 而有所增加 2 3 4 机床运动的分配 由于现场机架固定不动 因此在镗孔时 进给和升降运动必须由刀具运动 完成 这样将影响加工精度 一般情况为刀具只做切削运动 而工件进给实现 金属切削 但本设计中属于特殊情况 需增加机床刚度 提高加工质量 2 3 5 选择传动形式和支撑形式 为了简化机床结构 降低生产成本 采用交流异步电机驱动机械装置传动 它具有传递功率大 变速范围较广 传动比准确 工作可靠等优点 电机与主 轴箱之间利用带轮连接 具有过载保护 减小振动等优点 电机安装于主轴箱 外部 可减少热源传递热量到主轴箱影响加工精度 机床形式采用卧式结构 其结构类似于 CA6140 尾座 可便于安装 其结 构具有较高的刚度 攀枝花学院本科毕业设计 论文 2 总体设计 5 综上 主轴箱的大致结构类似与普通镗铣头 结构 如图 2 2所示 扩孔机布置情况如图 2 3 所示 此方案结构 简单紧凑 能满足现场的加工要求 当加工下孔时 移去支撑中箱 加工上孔 时加上中箱 当加工另外两个孔时可在底座的下面加钢板以满足孔的位置要求 不用更换刀具 能快速实现径向进给 补充说明 由于皮带暴露于主轴箱外部 为保证操作人员安全 需加防护 罩 图 2 2 镗铣削头 图 2 3 扩孔机原理图 攀枝花学院本科毕业设计 论文 3 力能参数计算 6 3 力能参数计算力能参数计算 3 1 镗削用量的选择及转矩 功率的确定原则 镗削用量的选择原则 镗削用量直接影响被加工孔的镗削质量和生产效率 对镗削用量的选择应 尽量的选择合理 先进 镗用量与工件材料及几何形状 工序精度要求 机床 刀具 工件系统刚度和冷却情况等许多因数有关 吃刀深度决定于加工余量 走刀次数的多少直接影响加工时间 因此粗 p a 镗时 吃刀深度应尽可能取大 本设计中选 5mm p a 进给量的选择同吃刀深度类似 粗加工时主要考虑切削效率 f 切削速度可以凭经验 根据孔径大小 材质情况来选择 亦可以按工件材 料的硬度值 选定的吃刀深度 进给量和选取的刀具寿命计算出来 3 2 最佳切削用量的选择 3 2 1 现有镗孔工艺参数 根据现有的镗孔工艺参数 T612 普通镗床偏心盘加工孔可以加工到 550mm 主轴电机功率为 7 5KW T615 K 普通镗床偏心盘加工孔可以加工到 950mm 用镗杆加刀罐可以加工到700mm 参考表 镗削用量 10 5 6 表 3 1 工件材料工序 minv m f mm r p amm 低碳结构钢粗镗30 700 3 0 62 6 高碳结构钢粗镗30 700 3 0 62 4 查表镗削用量 1 2 4 1 表 3 2 刀具材料工件材料工序 minv m f mm r p amm 硬质合金钢 铸钢粗镗40 600 3 15 8 查表 硬质合金车外圆纵车切削用量及功率 1 2 4 9 表 3 3 刀具材料工件材料 f mm r minv m m P kw YT15碳素结构钢1 01 2713 1 YT15碳素结构钢1 51 0515 3 攀枝花学院本科毕业设计 论文 3 力能参数计算 7 综上 选取 5mm 当选取最佳切削速度 p a0 5 fmm r 260Dmm 40 min0 67 c vmm s 3 2 2 镗削切削速度 扭矩和切削功率公式 查表 钻孔 扩孔和铰孔切削速度计算公式 1 2 4 68 表 3 4 工件材料刀具材料切削速度 m s 碳素结构钢 合金结构钢 0 637 b GPa YT15 0 6 0 0 750 250 20 3 20 6 v p d vk Taf 查表 钻孔 扩孔和铰孔的轴向力 扭矩和切削功率计算公式 1 2 4 69 表 3 5 工件材料刀具材料扭矩 N m切削功率 kw 碳素结构钢 合金 结构钢 0 637 b GPa 硬质合金 YT15 0 750 80 95 0 9 81 0 84 pm Mdafk 0 2 m Mv P d 3 2 3 主要镗削参数的计算 当时 转力矩260Dmm 0 750 80 95 0 9 81 0 84 pm Mdafk 查表 使用条件变换时的轴向力和扭转修正系数 1 2 4 47 查得 0 75 mf k 1 33 ov k 1 xm k 0 9 wf k 1 74 1 33 1 0 840 898 mmfovxmwf kkkkk 参见式 0 750 80 95 0 9 81 0 84 pm Mdafk 1 3 1 即 0 750 80 95 0 8 24 pm Mdafk 0 750 80 95 8 24 26050 5 m Mk 1000 82 0 898898 49Nm 切削力 参见式 0 0 22 898 49 6911 0 260 z M FN D 1 3 2 由于此切削为恒功率切削 可根据以下公式初步确定所需的切削功率 见式 0 22 898 49 0 67 4 63 260 m Mv Pkw d 1 3 3 式 3 4 0 1000 6060000 0 67 49 min 260 v nr D 当时520Dmm 由于利用手动调整进给速度达到恒功率切削 且转速相同可求出切削速度 攀枝花学院本科毕业设计 论文 3 力能参数计算 8 式 3 5 1 1 520 172 1 334 1000 6060000 Dn vm s 由于为恒功率切削 1 1 2 m Mv P D 1 1 4 63 520 899 42 22 1 334 m PD MNm v 根据得 0 750 80 95 0 9 81 0 84 pm Mdafk 见式 0 95 0 750 8 1 9 81 0 84 pm M f Dak 1 3 6 0 95 0 750 8 899 42 9 81 0 84 52050 898 0 2895 mm r 切削力 0 1 22 899 42 3459 3 0 52 z M FN D 计算轴向力和径向力 查表 2 4 1 车镗时的切削力及切削功率的计算公式 切削力 见式 z F9 81 60 FF zzFz zz xy n zFpF FC afvk 2 3 7 背向力 见式 y F9 81 60 FFF yyy yy xyn yFpF FC afvk 2 3 8 进给力 见式 x F9 81 60 FFF xxx xx xyn xFpF FC afvk 2 3 9 表 3 6 切削力系数 z F1 0 z F x 0 75 z F y 0 15 z F n 270 z F C 背向力系数 y F0 9 y F x 0 6 y F y 0 3 y F n 199 y F C 进给力系数 x F1 0 x F x 0 5 x F y 0 4 x F n 294 x F C 由于机架材料的性能如下 ZG200 4 si 0 5 Mn 0 8 0 2c 可根据以下条件选择系数 200 s 400 b 25 查表 钢和铸铁的强度和硬度改变时切削力的修正系数 2 4 3 mF K 加工材料为结构钢和铸钢时 0 637 F n b mF K 刀具为硬质合金 时0 588 b GPa 攀枝花学院本科毕业设计 论文 3 力能参数计算 9 1 0 x F n 1 35 y F n 查表 加工铸铁及钢时刀具几何参数改变时切削力的修正系数 2 4 4 刀具为硬质合金时 0 89 y krF K 1 17 x krF K 综上 可求得 0 5 0 637 F yy n b FmFkrF KKK 1 35 0 4 0 50 2668 0 637 1 17 0 637 F n b FxmFkrFx KKK 1 0 0 4 1 170 7347 0 637 当时 260Dmm 0 90 60 3 9 81 199 50 5 60 0 67 0 2668482 94 y FN 1 00 50 4 9 81 294 50 5 60 0 67 0 73471709 6 x FN 当时 520Dmm 0 90 60 3 9 81 199 50 29 60 1 334 0 2668282 29 y FN 1 00 50 4 9 81 294 50 29 60 1 334 0 7347988 49 x FN 3 3 选择电机 由于机床内部结构未定 可按下式粗略估算主电机功率 式 P P 切 主 总 3 3 10 为机床总的机械效率 主运动为旋转运动的机床 0 7 0 85 机 总 总 构较简单和主轴转速较低时取大值 根据本设计的特点选择 0 85 总 总 4 63 5 447 0 85 P Pkw 切 主 总 根据上述计算选择初选电机 选择型号为 Y132 M2 6 电机 额定功率为 5 5KW 满载转速为 960r min 同步转速为 1000 r min 转动惯量为 0 0449 净重为 85kg 2 kgm 攀枝花学院本科毕业设计 论文 4 扩孔机传动系统设计 10 4 扩孔机传动系统设计扩孔机传动系统设计 根据设计要求传动原理图 如图 4 1 4 1 确定总传动比 由电机满载转速为 960r min 及恒定切削转速 49r min 得 总传动比 960 19 5920 49 i 主轴箱采用二级齿轮传动 在设计机床传动时 为防止传动比过小造成从 动轮太大 增加变速箱的尺寸 一般限制最小传动比为 螺旋圆柱齿 min 1 4i 轮 综合选择圆柱斜齿轮传动 选择传动比 max 2 5i 2 5i 4 2 分配传动装置的传动比 在主轴箱内 从电机到主轴通过带轮传动 可使机床结构更加紧凑 传动 更加平稳 利用平均分配传动比及尽量减小主轴箱尺寸 降低加工难度 选择 两对圆柱斜齿轮传动 一普通 V 带传动 并选择 V 带传动比为 3 2 v i 查表 常见机械传动的主要性能 4 1 表 4 1 类型传递功率 kw 速度 m s 效率传动比 普通带轮传动 50025 300 94 0 972 4 二级减速器 505 400 94 0 968 40 图 4 1 扩孔机传动原理图 攀枝花学院本科毕业设计 论文 4 扩孔机传动系统设计 11 4 3 计算总的机械效率 滚动轴承 每对 传动效率 0 98 0 995 圆柱齿轮 每对 传动效率 0 96 0 99 闭式 0 94 0 97 开式 普通 V 带传动 0 94 0 97 计算从电机轴到主轴的传动效率分别为 01 0 96 12 0 97 0 98 23 0 97 0 98 34 0 97 0 97 式 42 0 96 0 970 980 82 总 4 4 1 4 4 计算传动装置各轴的运动和动力参数 1 各轴转速 以下三轴为主轴箱内传动轴 轴 0 960 300 min 3 2 m n nr i 轴 1 250 120 min 2 5 n nr i 轴 2 120 48 min 2 5 n nr i 根据以上计算 更改第 3 节力能参数所确定的转速为49 minnr 48 minnr 2 各轴输入功率 轴 01 5 5 0 965 439 d PPkw 轴 12 5 439 0 97 0 985 17PPkw 轴 23 5 17 0 97 0 984 915PPkw 镗杆 34 4 915 0 97 0 974 6245PPkw 镗杆 3 各轴输入转矩 电动机轴输出转矩 式 5 5 9550955054 71 960 d d m P TNm n 2 4 2 轴 001 54 71 3 2 0 96168 d TTiN m 轴 112 168 2 5 0 97 0 98399 44 TTiN m 攀枝花学院本科毕业设计 论文 4 扩孔机传动系统设计 12 轴 22334 399 44 2 5 0 97 0 98 0 97 0 97893 17 TTiN m 4 5 带传动设计 设计要点 a 设计所需的原始数据主要是 工件条件及对外轮廓尺寸 传动位置的要 求 原动机种类和所需的传动功率 主动轮和从动轮的转速等 b 设计计算需确定的主要内容是 V 带传动的型号 长度和根数 中心距 安装要求对轴的作用力 带轮直径 材料 结构尺寸和加工要求等 c 设计时应注意检查带轮尺寸和传动装置外轮廓尺寸的相互关系 d 带轮结构形式主要由带轮直径大小而定 e 应计算出初拉力以便安装时检查张紧要求及考虑张紧方式 带传动设计计算 查表 以下带传动设计所查图表均来自 14 普通 V 带和基准宽 14 8 1 24 度制窄 V 带设计计算 摘自 GB T 1375 1 1992 1 设计功率 根据工作情况由表 8 1 26 查得工况系数1 A K 式 4 3 1 5 55 5 dA pKPkw 2 选择带型 根据和 由图 8 1 3 选择 A 型皮带 5 5 d pkw 0 960 minnr 3 确定传动比 根据机械系统传动比分配 3 2i 4 小带轮的基准直径 1 d d 由表 8 1 15 和表 8 1 17 取小带轮基准直径 100mm 1 d d 5 大带轮基准直径 21 3 2 100320 dd didmm 6 带速v 1 100 960 5 03 60 100060000 dD d n vm s 7 初定轴间距 0 a 1212 0 0 7 2 dddd ddadd 0 0 7 100320 2 100320 a 取 350mm 0 294840a 0 a 8 所需 V 带基准长度 0 d L 12 012 2 0 0 2 24 dd ddd dd Ladd a 见式 攀枝花学院本科毕业设计 论文 4 扩孔机传动系统设计 13 14 4 4 2 220 2 3504201394 3 24 350 mm 查表 8 1 8 选取 1400 d Lmm 9 实际轴间距 a 见式 0 0 1400 1394 3 350352 85 22 dd Ld aamm 14 4 5 min 0 015352 850 015 1400331 8 d aaLmm max 0 03352 850 03 1400394 85 d aaLmm 10 小带轮包角 1 见式 21 1 18057 3 dd dd a 14 4 6 320 100 18057 3 352 85 144 274 11 单根 V 带的基本额定功率 1 P 根据 100mm 和 由表 8 1 33 查得 V 带 1 d d 1 960 minnr 1 0 97P 12 额定功率的增量 1 P 根据和 由表 8 1 33 c 查得 A 型 V 带的 1 960 minnr 3 2i 1 0 05Pkw 13 V 带的根数 Z 根数计算公式如下 见式 11 d l P z PP k k 14 4 7 根据查表 8 1 27 得 1 144 274 0 91k 根据查表 8 1 29 得 1400 d Lmm 0 96 l k 5 5 6 17 0 970 05 0 91 0 96 z 取根 6z 14 单根 V 带的预紧力 0 F 查表 8 1 28 查得 A 型带单位长度质量为0 1 mkg m 见式 2 0 2 5 500 1 2 d P Fmv kv 14 4 8 2 2 55 5 500 1 0 1 5 02 0 912 5 02 481 1N 15 压轴力 攀枝花学院本科毕业设计 论文 4 扩孔机传动系统设计 14 式 4 9 1 0 2sin 2 Q FF Z 144 3 2 481 2 6sin 2 5496 43N 16 带轮宽度 式 4 10 1 2Bzef 6 1 152 9 93mm 4 6 传动斜齿轮的设计计算 由于 轴间所受载荷较大 先选择设计此二轴间的圆柱斜齿轮 主轴 箱内的两对斜齿轮传递均相对较小 因此采用软齿面齿轮传动 4 6 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 按传动方案 选用圆柱斜齿齿轮传动 扩孔机是一般专用机器 速度不高 故选用 7 级精度 GB10095 88 选择小齿轮材料为 45Cr 调质 硬度为 280HBS 大齿轮的材料选用 45 钢 调质 硬度为 240HBS 其材料硬度相差 40HBS 取小齿轮齿数 24 大齿轮齿数 取 1 z 2 2 5 2476 8ziz 77 并初选螺旋角 以下齿轮设计图表及设计过程均参见 6 2 z14 4 6 2 按齿面接触强度设计 由设计公式进行计算 即 见式 3 2 1 2 32 tE t dH K TZu d u 14 4 11 1 确定公式内的各计算参数 1 试选用载荷系数 1 6 t K 2 计算小齿轮传递的转矩 1 T 399 44N M 3 查表 10 7 选取齿宽系数 1 d 4 由表 10 6 查得材料的弹性系数 12 189 8 Ea ZMP 5 由图 10 21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 lim1 600 Ha MP 大齿轮的接触疲劳强度极限 lim2 550 Ha MP 6 根据应力循环次数 式 4 12 7 11 6060 120 1 2 8 300 1 3 456 10 h Nn jL 攀枝花学院本科毕业设计 论文 4 扩孔机传动系统设计 15 7 7 2 3 456 10 1 08 10 3 2 N 7 由图 10 19 查得接触疲劳寿命系数 1 1 13 HN K 2 1 14 HN K 8 计算接触疲劳许用应力 计算过程及说明 取失效概率为 1 安全系数 S 1 得 式 4 13 1lim1 1 1 13 600678 HNH H K MPaMPa S 2lim2 1 14 550627 HNH H K MPaMPa S 2 9 又图 10 30 选取区域系数 H Z2 433 10 又图 10 26 查得 则 1 0 78 2 0 87 12 1 65 11 许用接触应力 12 678627 652 5 22 HH H MPa 2 计算 1 试计算小齿轮的分度圆 代入 中较小的值 1t d H 见式 3 2 1 3 2 3 1 2 1 6 399 44 104 22 433 189 8 1 1 653 2652 5 80 tE t dH K TZu d u mm 14 4 14 2 计算圆周速度 v 1 80 120 0 5 60 100060 1000 t d n vm s 3 计算齿宽及模数 由表 10 7 取 1 2 d 1 8080 dt bdmm 计算齿宽和齿高之比b h 模数 式 4 15 11 cos 80 cos14 243 23 ntt mdzmm 齿高 2 252 25 3 237 28 t hmmm b h80 7 28 10 99 4 计算纵向重合度 式 4 16 1 0 318tan0 318 1 24tan141 903 dZ 5 计算载荷系数 K 根据 v 0 5 m s 齿轮 7 级精度 由图 10 8 查得动载系数 Kv 1 02 攀枝花学院本科毕业设计 论文 4 扩孔机传动系统设计 16 斜齿轮 假设 由图 10 3 查得 10 At K F bN mm 1 4 HaFa KK 表 10 2 查得两段的齿轮的使用系数 251 A K 由表 10 4 7 级精度 小齿轮相对支承对称布置时 式 4 17 23 1 120 18 1 0 23 10 Hd Kb 将数据代入后得 3 1 120 18 1 60 23 10801 426 H K 由 1 426 查图 10 13 得 1 35b h80 7 28 10 99 H K F K 故载荷系数 式 4 18 1 25 1 02 1 4 1 432 55 AVHH KK K KK 6 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 由式 10 10a 可得 见式 33 1 2 55 8093 5 1 6 t K ddmm Kt 1 14 4 19 7 计算模数 见式 cos93 5cos14 3 78 24 d mmm z 1 1 14 4 20 4 6 3 按齿根弯曲强度设计 设计计算公式 式 4 21 3 2 2 FaSa dF YYKT m z 1 确定计算公式内的各计算参数 1 计算载荷系数 K 式 4 23 1 25 1 02 1 4 1 352 41 AVHF KK K KK 2 根据纵向重合度 查得螺旋角影响系数 1 903 0 88Y 3 计算当量齿数 式 4 24 1 1 33 24 26 27 coscos 14 v Z Z 2 2 33 77 84 29 coscos 14 v Z Z 4 查取齿形系数 由表 10 5 查得 1 2 592 Fa Y 2 2 211 Fa Y 5 查取应力校正系数 由表 10 5 可查得 1 1 596 Sa Y 2 1 714 Sa Y 6 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S 1 4 由图 10 20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯 1 500 FE MPa 攀枝花学院本科毕业设计 论文 4 扩孔机传动系统设计 17 曲疲劳强度极限 2 380 FE MPa 由图 10 18 查得弯曲疲劳寿命系数 1 0 93 FN K 2 0 95 FN K 由下式得 式 4 25 11 0 93 500 323 1 4 FNFE F K MPa S 1 22 0 95 380 258 1 4 FNFE F K MPa S 2 7 计算大 小齿轮的并加以比较 FaSa F YY 式 4 26 11 2 592 1 596 0 0125 332 FaSa F YY 1 22 2 211 1 714 0 0147 258 FaSa F YY 2 由上式可得大齿轮的数值较大 2 设计计算 3 1 2 3 2 2 2 2 2 41 399440 0 88 cos14 0 0147 1 241 65 2 91 FaSa dF YYKT m z mm 对比计算结果 由齿面接触疲劳强度计算得法面模数大可选择齿根弯曲 n m 疲劳强度计算得法面模数 取 已可满足弯曲强度 但为了同时满足3 n mmm 接触疲劳强度 需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿 1 80dmm 数 1 1 cos80 cos14 25 826 33 d Z 21 3 2 2683Zi Z 4 6 4 几何尺寸计算 1 计算分度圆直径 26 3 80 cos14cos14 n z m dmm 1 1 83 3 257 cos14cos14 n z m dmm 2 2 2 计算中心距 式 4 27 80257 168 5169 22 dd amm 12 3 按圆整后的中心距修正螺旋角 攀枝花学院本科毕业设计 论文 4 扩孔机传动系统设计 18 式 4 28 12 109 3 14 65 22 169 n ZZm arcarc a 4 计算齿轮宽度 1 1 8080 d bdmm 圆整后取 21 70 80Bmm Bmm 5 验算 式 4 29 1 1 22 399 4 9 7 80 t T FN d 合适 1 9 7 0 125 100 80 At K F N mmN mm b 4 6 5 计算 轴间圆柱斜齿轮 同理 计算 轴间的一对圆柱斜齿轮得标准模数2 5 n mmm 小齿轮齿数 24 大齿轮齿数 取 77 1 z 2 2 5 2476 8ziz 2 z 螺旋角 14 24 2 5 62 cos14cos14 n z m dmm 1 1 77 2 5 198 cos14cos14 n z m dmm 2 2 中心距 式 4 30 12 62 198 130 22 dd amm 齿宽选择 21 55 62Bmm Bmm 4 6 6 齿轮的结构设计 因两个小齿轮分度圆直径均小于 160mm 可做成实心齿轮 而两个大齿轮均 大于 160mm 可做成空心结构齿轮以减小转动惯量 降低电机驱动功率 齿轮 的具体结构参见附录零件图 4 7 轴的结构设计 由于第 轴承受的载荷较大 先对第 进行设计 4 7 1 轴设计的主要内容 轴结构设计的一般原则 1 轴上零件的布置应使受力合理 2 轴上零件的定位可靠 装拆方便 3 采用各种减小应力集中和提高疲劳强度的措施 4 有良好的结构工艺性 便于加工制造和保证精度 5 对于要求刚性大的轴 还应从结构上考虑减小轴的变形 轴的结构设计是根据轴上零件的安装 定位以及轴的制造工艺等方面的要 求 合理的确定轴的结构形式和尺寸 轴的结构设计不合理 会影响轴的工作 攀枝花学院本科毕业设计 论文 4 扩孔机传动系统设计 19 能力和轴上零件的工作可靠性 还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的难度 等 因此轴的结构设计是轴设计中的重要内容 轴的工作能力所指的是轴的强度 刚度 振动 稳定性等方面的计算 多 数情况下 轴的工作能力主要取决于轴的强度 4 7 2 轴的材料 材料主要是碳钢和合金钢 钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件 有的则直 接用圆钢 由于碳钢比合金钢价廉 对应力集中的敏感性较低 同时也可以用热处理或 化学热处理的办法提高耐磨性和抗疲劳强度 故采用碳钢制造轴尤为广泛 其 中最常用的是 45 钢 常见几种钢材的特性如下 表 4 2 材料牌 号 热 处 理 毛坯直 径 mm 硬度 HBS 抗拉强 度极限 MPa 弯曲疲劳 极限 MPa 剪切疲 劳极限 MPa 需用弯曲 应力 MPa 45正 火 100170 217 59025514055 40Cr调 质 100 241 28673535520070 40CrNi调 质 100 270 30090043026075 45 钢应用最广泛 材料获得较为方便 且有优良的性能 40Cr 合金钢用于 载荷较大 而无很大冲击的重要轴 40CrNi 具有较高的力学性能 用于重要轴 根据此专用扩孔机的受力特点及生产条件 第 轴选择 45 钢 4 7 3 轴的设计计算 2 120 48 min 2 5 n nr i 23 5 17 0 97 0 984 915PPkw 22334 399 44 2 5 0 97 0 98 0 97 0 97893 17 TTiN m 求作用在齿轮上的力 因低速级大齿轮的分度圆直径为 2 2 83 3 257 coscos14 n z m dmm 3 2 22 893 17 6950 7 0 257 t T FN d tantan20 6950 12614 9 coscos14 65 n rt FFN tan6950 7tan14 651817 at FFN 攀枝花学院本科毕业设计 论文 4 扩孔机传动系统设计 20 4 7 4 按扭转强度初步估算轴径 主轴材料 45 钢 调质到 HB220 250 左右 45 钢 T 45Mpa 又 4 915 48 minPkw nr 根据公式 见式 3 9550000 0 2 T P d n 14 4 31 3 9550000 4 915 47 7 0 245 48 dmm 当轴上有键槽时 应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱 对于 的轴 有一个键槽时 轴径增大 5 7 100dmm 另调整为d 1 5 50mm47 7d 同理 求得 轴的最小直径分别为 3 1min 9550000 5 439 26 8 0 2 45 300 dmm 3 2min 9550000 5 17 35 2 0 2 45 120 dmm 输出的最小直径显然是安装平旋盘处的直径 选择此处 d 50dmm 为螺纹 d 40 2M 4 7 5 轴的机构设计 1 拟定轴上零件的装配方案 现选用图所示的装配方案及结构 图 4 2 轴 的结构图 2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1 为了满足平旋盘的轴向定位要求 轴段右端需制出一轴肩 故取 的直径 平旋盘与轴配合的应略长 2mm 使螺母提供一定55 V dmm 的轴向预紧力 2 初步选择滚动轴承 因轴承主要受径向力的作用 故用单列角接触球轴承 参照工作要求并根据 由轴承产品目录中初步选取 0 基本游隙组 50dmm 标准精度级的单列角接触 7011AC 其尺寸为 559018dDBmmmmmm 故 而 55 VVV ddmm 19 VV lmm 攀枝花学院本科毕业设计 论文 4 扩孔机传动系统设计 21 3 取安装齿轮处的轴段 的直径 齿轮的左端采用弹性挡62 V V dmm 圈定位 已知齿轮轮毂的宽度为 70 齿轮的右端采用轴肩定位 轴肩高度 取 则轴环处的直径 轴环宽度 取0 07hd 5hmm 70 V V dmm 1 4bh 20 V V lmm 3 轴上零件的周向定位 齿轮 平旋盘与轴的周向定位均采用键联接 用 A 型平键 由手册查 V V d 得 A 型平键截面 GB1096 79 键长为 63mm 同时为了保证齿轮与18 11A 轴配合有良好的对中性 故选取齿轮轮毂与轴的配合为 同样 平旋盘76Hn 与轴的联接 选用 C 型平键为 GB1096 79 平旋盘与轴的配合16 10 18 为 滚动轴承与轴的周向定位是借助过渡配合来保证的 此处选轴的直77Hk 径尺寸公差为 6m 4 确定轴上圆角和倒角尺寸 参考表 取轴端倒角为 各轴肩处的圆角半径均为 1mm 14 15 21 45 4 7 6 求轴上的载荷 在确定轴承的支点位置时 应从手册 14 中查取值 对于 7011AC 型角接a 触球轴承 由手册 14 中查得 因此 作简支梁的轴的支承跨距29 5amm 根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图 4 3 所示 379 5lmm 攀枝花学院本科毕业设计 论文 4 扩孔机传动系统设计 22 图 4 3 弯矩图和扭矩图 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面 C 是轴的危险截面 现将 计算出轴的受力情况 式 4 32 12 0 NHNHt FFF 式 4 33 2223 0 tNH FlFll 由上式求得 2 2 23 6950 7 137 1 2513 379 2 t NH Fl FN ll 12 6950 725134438 NHtNH FFFN 式 4 34 12 0 NVNVr FFF 式 4 35 2232 0 NVr FllF l 由上式求得 攀枝花学