多轴钻床的部件设计毕业论文.doc

多轴钻床的部件设计毕业论文1 总体设计1.1 概述机床的总体设计，就是针对具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行方案和图纸的设计。这些图纸包括：被加工零件工序图，加工示意图，生产率计算卡片，机床联系尺寸图等。 专用机床区别于普通机床的基本特点就是它是专为某一固定工序服务的。因此，专用机床又可广义的称为工艺装备，它包括具有通用部件的组合机床。由于专用机床是为某一固定的程序服务的，所以专用机床的先进程度、种类、型式和规格都取决于工艺需要。只有定出先进合理的工艺，才能设计出合理的专用机床。本次设计的题目为多轴钻床，多轴钻床是为加工汽车轮辐，为汽车轮辐外侧的扩孔而专门设计的专用机床，由底座、液压立式滑台、立体床身、动力头以及多轴箱、专用夹具等有关部件组成。1.2 工艺方案的制定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，工艺方案的制定是否合理，对生产效率和产品质量有着及其大的影响。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。本次毕业设计的加工的零件是由强力车轮公司提供的，该公司是一家专门生产车轮轮辐的公司，常年为一汽和东风二汽等大型的汽车制造公司生产轮辐。其生产特点具有年产量大，产品种类只有一种，生产过程不断重复，机器设备广泛采用专用和高效率设备。刀具多为专用的和标准的；工人操作技术可以低一点；生产周期短；还有大多数工作地点及工序内容经常不变等等。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，如果仍使用这些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。1.2.1 制定工艺方案的原始条件分析在制定工艺方案时，首先对产品的装配图进行研究分析，熟悉该产品的用途性能及工作条件，明确该工件在产品中的地位和作用，然后对工件的工作图进行分析和工艺审查。从零件图，图1-1中可见，图纸比较完整，技术要求也一般，没什么难加工的结构。根据机床所完成的工序，对轮辐的12个孔进行扩孔，而12个孔位于同一平面上沿圆周均匀分布。扩孔后，只需保证其位置精度，其他没有特殊要求，用一般扩孔钻进行扩孔就可以达到要求。工件的材料为碳结构钢（Q235B），无特殊要求，在进行加工前无热处理，没有硬度要求。与该零件结构相同的还有几种，但其12个孔的沿圆周均布及中心距是不变的，只需更换一下钻头，同样适合在这台设备上加工，便于有效的利用设备。但由于厂内的实际需及经济实力以及生产规模的制约，工件在机床间的流动还主要靠人工搬运，所以不考虑流水线生产。1.2.2 工艺基准的选择定位基准在选择基准时尽量选择设计基准作为定位基准，这样可避免由于设计基准和定位基准不重合所引起的定位误差。如图1-1所示：图11 扩孔前的零件图由于12个孔均布，则选择任意两对称孔为定位基准用浮动销定位，则只剩下Z向的一个自由度，选择N面均匀支撑。当工件不断向上进给时，压向G面的压料半板和N面的均匀支撑便限制了Z的自由度，随着进给的继续进行钻头下钻，浮动销被钻头下压，钻头变成为新的定位装置。1.2.3 工艺定路线的制定a. 制定工艺过程由于本道工序仅需一次扩孔可完成，故工艺过程比较简单，其工艺过程如下：(1) 钻（扩孔）：按图纸要求对1223.5进行扩孔至1226.50.2（精度无特别要求）；（2）检验：按图纸要求，检查各孔的位置精度。b. 绘制工序简图(1) 被加工零件工序图的作用和要求被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条流水线上完成的工艺内容，加工部位的尺寸及精度，技术要求，加工用定位基准，夹压部位，以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前毛坯形状的图纸。它是在原有的工件图基础上，以突出本机床或自动线加工内容，加上必要说明绘制的。它是机床设计的主要依据，也是制造使用时调整机床，检查精度的重要技术文件。(2) 工件工序图所包含的内容：1）在图上表示出被加工零件的形状，尤其要设置中间导向时，应表示出工件内部筋的布置和尺寸，以便检查工件装进夹具是否相碰，以及刀具通过的可能性；2）在图上表示出加工用基面和夹压的方向及位置，以便依次进行夹具的支撑，定位及夹压系统的设计；3）在图上表示出加工表面的尺寸，精度，光洁度，位置尺寸及精度和技术条件（包括对上道工序的要求及本机床保证的部分）；4）图中还应注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及被加工部位的余量；5）为了使工序图清晰明了和突出本机床的加工内容，绘制时对本机床的加工部位用粗实线表示，其尺寸打上方框，其余部位用细实线表示。(3) 如图1-2所示：被加工零件加工示意图：扩圆柱孔图1-2 扩孔示意图备注：（1）被加工零件名称及编号：汽车轮辐8.5-20-I，STR扩孔。材料及硬度：碳结构钢Q235重量：2025kg（2）加工余量26.5-23.5=3.0mm则每个孔的直径上加工余量为3.0mm（3）技术条件1）本机床加工前应保证零件图上的所有尺寸；2）本机床保证：a) 加工后各对称孔的中心距不变；b) 加工后的孔的尺寸为26.50.2；c) 其余尺寸不变。1.3 刀具的选择及切削用量的确定1.3.1 刀具的选择a. 刀具与工艺方案的关系专用机床刀具，是专用机床主要组成部分之一。刀具的选用、设计、制造正确与否，对机床的加工精度和效率有着重要影响。在专用机床上常采用多刀，复合刀具及特种刀具，从而使工序集中，机床结构简化，提高产品质量和生产效率。b. 刀具的选择原则（1）如果条件允许，应该首先选取标准刀具；（2）为提高工序集中程度，或达到更高的精度，可采用复合刀具。但在确定复合刀具结构时，应尽可能采用组装式复合刀具。1.3.2 切削用量的确定（1）切削速度式中： D工件或刀具的外径（mm）；n工件或刀具的每分钟转速（转/每分）。（2）吃刀深度式中： D待加工表面直径（mm）d已加工表面直径（mm）142 机床总体布局2.1 机床总体布局的基本要求a. 保证给定的工艺过程要求（对于组合机床，还应满足参数标准所规定的要求）。最大限度地考虑机床部件的通用化；b. 保证机床的刚度，精度，抗振性和稳定性，力求减轻机床的重量；c. 保证机床结构简单，且尽量采用较短的传动链，以提高传动精度和传动效率；d. 保证良好的加工工艺性，以便于机床的加工和装配；e. 保证生产安全，便于操作、调整和维修；f. 纳入自动线，并便于排除铁屑；g. 尽可能减小机床的战地面积；h. 机床外形美观，大方。2.2 机床总体布局方案分析在方案的拟订当中，起决定作用的是正确分析与确定机床的总体布局方案。上面叙述了各种因素对机床总体布局的影响，然而就同一类机床来说，尚需对专用机床的支承部件、传动部件和执行部件等三大部分的布局进行方案分析。2.2.1 同类机床总体布局方案分析a. 支撑部件的布局： 支撑部件通常是由床身、立柱、底座、横梁、横臂等组成，这些部件或着单独使用，或者组合起来，用做机床的支撑。这些部件安放位置的不同，就形成了不同的支撑形式。常见的支撑形式有以下几种：（1）横“一”字支撑。支撑部件是床身或床身与底座的结合。由这种支撑部件组成的机床称为卧式机床。（2）竖“一”字支撑。支撑部件是立柱，或床身和立柱的组合。由这种部件所组成的机床，称之为立式机床。（3）倒“丁”字机床。支撑部件是床身和立柱的组合。有它组成的机床称为复合式机床。（4）侧开口行支撑。支撑部件是床身（或底座），立柱、横梁的组合。有它组成的机床称为单臂式机床。（5）方框形支撑。机床的支撑部件由床身、横梁以及两个立柱组合而成，形成封闭的方框，其所组成的机床，称之为龙门式机床。b. 上述机床有如下特点：(1) 立式机床 战地面积小； 动运自由度大； 操作方便，操作者可站在机床的前面，左面，右面操作；当工作件较长时，机床的重心偏高，易造成加工时工件的振动。（2）卧式机床的特点： 占地面积较大； 机床的重心低；有利于减少机床的振动； 机床的执行部件可以在纵横两方面移动。(3) 单臂式机床的特点；可加工横向尺寸较大的工件，但受力时横梁相当于悬臂梁，机床的刚度地较低。横梁越大，则可加工的横向尺寸越大，但刚度也就越低。（4）龙门机床的特点：它的支撑部件组成了封闭的方框。因此，大大提高了机床的刚度。但龙门式机床的支撑部件较多，结构复杂庞大布局时要特别注意，避免支撑部件对操作者视线的妨碍。(5) 复合式机床的特点根据多面同时加工的需要所配置的形式。就同一类机床而言，确定机床配置部件的形式时，应注意下面问题： 机床的支撑部件要有足够的刚度和较好的受力情况； 力求结构简单，维修方便； 保证较高的加工质量和生产效率； 要保证操纵的方便性、习惯性。c. 传动部件的布局：机床上的传动方案主要可分为集中传动和分离传动，无级变速与齿轮变速。d. 执行元件的布局：执行部件一般指安装刀具与工件的部件，如主轴部件，工作台布件及刀架等。2.2.2 汽车轮辐扩孔加工专用机床总体布局方案分析a. 单位提出的设计任务：（1）设计为加工汽车轮辐的专用机床；（2）在该机床上完成对零件图上十二个螺栓空的扩孔加工；（3）各孔的精度、光洁度、无特殊要求，只需保证各孔的位置度；（4）毛坯的材料是碳结构钢Q235B；（5）要求大批量生产。b. 工艺分析：（见上）c. 机床总体布局方案的确定（三方案）（1）卧式机床：考虑到零件的夹具设计，采用卧式机床将导致零件的装夹难度增加； （2）悬臂式机床：考虑到零件的横向尺寸不大，所以没有必要采用这种形式的机床；（3）立式机床：立式机床运动自由度大，操作方便，足可以满足该零件的加工。战地面积小，动运自由度大，操作方便，操作者可站在机床的前面，左面，右面进行操作。综上所述，决定采用立式机床这一形式： 图2-1 立式钻床简图2.3运动联系分析及其选择1）传动方案一：“一传十二”，如下传动图2-2 传动系统图1.电动机 2.标准减速器 3.连轴器 4.大齿轮 5.小齿轮十二个 6.工作轴十二根 7.大齿轮轴图2-3 主轴箱大小齿轮的分布1大齿轮 2小齿轮传动分析：该设计结构简单紧凑，主轴箱尺寸小，所需零件数较少，不足的是工作轴上的12个齿轮容易发生干涉现象，将会严重影响钻床工作，甚至会发生事故。2）传动方案二：“一传四，再传十二”，如下传动系统图图2-4 传动系统图1电动机 2标准减速器 3大齿轮 4 惰轮 5小齿轮 6联轴器 7大齿轮轴8四根中间轴 9 十二根工作轴图2-5 主轴箱大小齿轮的分布1大齿轮 2惰轮 3小齿轮传动分析：该方案与方案一比较，能克服齿轮间的干涉现象，但不足的是不能真正的实现“四带十二”（可由上图明显看出），故舍去。同理，“一带三，再传十二”也行不通。3) 传动方案三：“主轴两齿轮，一带六”，如下传动系统图图2-6 传动系统图1.电动机 2.标准减速器 3. 主动轴大齿轮 4.工作轴小齿轮 5.主动轴大齿轮 6.联轴器7.主动轴 8.工作轴十二根 注：传动系统图中十二个轴是在同一圆周上均布图2-7 主轴箱大小齿轮的分布1主动轴大齿轮两个 2工作轴小齿轮十二个 传动分析：该设计的思路是，利用在主轴纵向方向上增加一个相同大齿轮，此时主轴上有两个相同的大齿轮，它们每个带六个小齿轮；十二个小齿轮在同一圆周上，但并非在同一纵向高度上，它们是交错分别的；同一圆周上，相邻两个小齿轮是相差30度，在同一纵向高度上是相差60度。总之，该方案是充分利用空间，去除方案一和方案二的不足。但该方案也有一个大缺点，即结构不对称。由现在所学可知，在设计结构时，不对称结构往往带来许多不好的影响，故该方案可做为一个研究方向在以后进行讨论，但在此设计中不用该方案。4) 传动方案四（本次设计采用的方案）：本次设计任务为立式钻床，该钻床采用主运动和动力源为机械联系。其传动系统图如 图2-8 传动系统图1电动机 2标准减速器 3联轴器 4中间轴（轴）小齿轮六个 5中间轴（轴）大齿轮六个 6工作轴（轴）十二根 7主轴（轴） 8中间轴（轴） 9-工作轴（轴）图2-8即为此立式多轴钻床的传动系统图，该机床的主运动（主轴旋转）的驱动力为机械的，由电动机经主轴箱变速传递为钻头的旋转。扩孔时，由液压驱动的工件向上做进给运动，整个扩孔过程便由两个简单的运动组成，即主轴带动钻头的主运动和液压推动工件的进给运动。此机床由于机械、液压的联合作用，实现了较多的自动化动作，从而使生产率高，自动化程度高，占地面积小等特点。河南理工大学本科毕业设计（论文）3 主轴箱及传动件的设计主轴箱是多轴钻床的重要组成部分，是用于布置机床工作主轴及其传动零件和附加机构的。它通过按一定速比排布传动齿轮，把动力从动力部件动力头，动力箱，电动机等，传递给各个工作主轴，使之获得所需要的转速和转向等。主轴箱的设计包括传动系统的设计和箱体的设计两部分。本设计主轴箱采用黄干油进行润滑。主轴箱设计的原始依据图，要包括下述的全部或部分内容：1）所有主轴的位置关系尺寸2）要求的主轴转速和转向3）主轴的工序内容和主轴外伸部分尺寸4）主轴箱的外形尺寸以及与其他相关部件的联系尺寸5）动力部件（包括主电机）的型号6）托架或钻模板的支杆在主轴箱上的安装位置及有关要求7）工艺上的要求8）其他要求主轴的型式和直径，主要取决与刀具的进给抗力和切削扭矩或主轴刀具系统结构上的需要。通常，钻孔时采用前支承有止推轴承的主轴；钻孔以外的其他工序，主轴前支承有没有止推轴承都可以。还要视具体情况而定。设计时尽量不选用15毫米直径的主轴和滚针主轴，因为这种主轴的精度低，既不便于制造装配，也不便于使用和维修。3.1 主轴箱传动系统设计的一般要求a.在保证主轴的强度、刚度、转速和转向要求的前提下，力求是传动轴和轮为最少。应尽量用一根传动轴带动多根主轴；当齿轮啮合中心距不符合要求时，可采用齿轮变位的方法来凑中心距； 当 时，采用正常齿轮； 时，采用修正齿轮。式中：A实际中心矩； M为模数；、分别为两啮合齿轮齿数。b.在保证有足够强度的前提下，主轴、传动轴和齿轮的规格要尽可能少，以减少各类零件的品种；c.通常应避免通过主动主轴带动主轴，否则将增加主动主轴的负荷；d.最佳传动比为11.5，但允许采用到33.5；e.尽可能避免升速传动，必要的升速最好放在传动链的最末一、二级，以减少功率损失。3.2 动力部件的选择动力部件是用以实现切削刀具的旋转和进给运动（动力头）只用于进给运动（动力滑台），是组合机床最主要的通用部件。选用何种动力部件，应当根据具体的加工工艺，机床型式，使用条件，生产条件来确定。例如：对于一般的多轴钻床和镗孔机床，可用机械或液压动力头，对于铣削、镗端面孔机床、精镗等机床，应用动力滑台配以相应的铣头，镗孔，车端面头，精镗等；立式机床宜采用动力滑台或机械动力头等。总之，选用合适的动力部件，使机床具有先进的工艺水平和技术水平，以及良好的工艺效果。3.3 电动机的选择计算3.3.1 电动机功率的估算1) 钻头扩孔时的扭矩及轴向力的估算扭矩公式：轴向力公式：式中： 为钻头直径。 为工件扩孔前直径。 （查机械制造手册辽宁出版社）工件的材料为Q235碳素结构钢 ， ， ， ， ， ， 。（以上轴向力、力矩公式和数值来自专用机床设计与制造黑龙江人民出版社 P679） ；则： 2) 切削功率的计算： 专用机床设计与制造刀具转速：刀具直径。则有： 则12根钻头的总功率为：3) 求减速器的输出功率其中： 查机械设计课程设计表2-4得：联轴器的效率；滚动轴承的效率；圆柱齿轮的效率。4) 计算所需电动机的输出功率减速器的输出功率： ；单级标准件速器的效率为： ；则：新编机械设计师手册上所需电动机的输出功率为： （取工况系数）3.3.2 选择电动机的型号a. 电动机选择时要考虑的问题：（1）由于一般生产单位多采用三相交流电源，故无特殊要求时均应选用三相交流电动机。其中以三相异步带能动机应用最多，常用为Y系列三相异步电动机。（2）电动机的功率选择是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。功率选的过小不能保证工作机的正常工作，或使电动机因超载而过早损坏；功率选的过大则电动机的价格高，能力又得不到充分的发挥，而且由于电动机经常不在满载下运转，其效率和功率因数都较低而造成能源的浪费（3）电动机的同步转速愈高，磁极对数愈少，外廓尺寸愈小，价格愈低。但是电动机转速相对于工作机转速过高势必使总传动比加大，致使传动装置结构复杂，外廓尺寸增加，制造成本提高。而选用较低转速的电动机，其优缺点刚好相反。因此，在确定电动机的转速时，应进行分析比较，权衡利弊，按最佳方案选择。b. 电动机功率的选择考虑到减速器的降速比不宜过大，所以初步选择电动机的转速 再根据所须电动机功率为。查简明机械设计手册 续表选用三相异步电动机，型号为Y160L-8，其输出功率P=7.5kw但是，根据现场使用情况输出功率7.5kw有点小，应选用输出功率为11kw的电动机，其型号为Y180L-8。其主要性能参数如表3-1所示。表3-1 电动机主要性能参数电动机的功率P11 kw电动机满载转速n730 r/min堵转转矩 / 额定转矩2.0电动机的效率0.86电动机的重量175kgc. 电动机的安装型式选用基本结构型式，机座不带底脚，端盖有凸缘。安装结构型式为制造范围（机座号）为80-315。其示意图如图3-1所示：图3-1 电动机的安装示意图主要安装型式尺寸如表3-2所示。表3-2 电动机主要安装尺寸电动机轴伸直径D48mm电动机轴伸长度E110mm轴伸上键槽的尺寸14mm9mm电动机法兰外径尺寸350mm电动机法兰内径尺寸250mm电动机法兰螺栓孔均不圆直径300mm法兰螺栓孔的数量和直径419电动机的总高度L710mm3.4 减速器的选择电动机额定功率为，电动机的转速考虑到降速比不宜过大，这样功率损失比较严重。所以选择单级减速器，另外如果降速比过小，减速器输出的转速将会比较高，这样会使主轴箱的速比加大， 从而使大小齿轮的齿数比加大，这样的话工作轴的转速就会升高。综合考虑后，选择的标准减速器的型号为：NGWL 3 1 GB372484NGW行星齿轮减速器L表示立式3机座号1表示单级减速器9第9种传动比，公称传动比i=10JB372484标准号所选单级减速器高速轴许用输入功率为11.2kw大于电动机的额定功率11kw。减速器与电动机的连接是直连式，减速器的主要外形和安装尺寸如表3-3所示表3-3 减速器主要安装尺寸法兰外径430mm法兰内径330mm法兰上螺栓均布的圆周直径380mm法兰上螺栓孔的直径和个数n618mm法兰的厚度6mm减速器轴伸直径d70mm减速器轴伸长度l105mm轴与键的总高度t74.5mm键的宽度b20mm减速器的重量120kg减速器的长度L按所配电机确定3.5传动方案的设计： 1) 电动机的额定功率P =11kw ，效率为g=86%， 则电动机的输出功率为：2) 传动比的分配：查阅手册资料，扩孔钻的转速一般在200r/min左右，不超过210r/min，这也是工作轴（轴）齿轮的转速。所以取工作轴（轴）齿轮的转速,则工作轴的速度为：由于选用的电动机Y180L-8，其输出功率P=11kw，电动机的转速为730r/min主轴（轴）的转速（经过减速器）式中：电动机转速：n=730r/min标准减速器的公称传动比：i=10即：齿轮的总传动比所以根据传动特点，确定传动比如下：查机械制造装备设计表3-5得：轴与轴的传动比： 轴与轴的传动比： 3) 根据轴承受力情况，既存在径向力，又存在轴向力，所以全部采用角接触锥滚子轴承4) 根据钻床工作的环境，经常有震动，所以在电动机和输入轴之间工作轴和输出轴之间均采用弹性柱销联轴器（）图32 传动方案图1电动机 2减速度器 3工作轴（轴） 4中间轴（轴） 5主动轴 （轴）3.6传动装置的运动参数计算:各轴转速的计算：第轴转速：第轴转速：第轴转速：式中: 、第轴至第轴，第轴至第轴、第轴，第轴，第轴2、各轴功率的计算：第轴功率：第轴功率：第轴功率：式中：查机械设计课程设计表2-4得：联轴器的效率；滚动轴承的效率；圆柱齿轮的效率。减速器的效率3、各轴扭矩的计算：第轴扭矩：第轴扭矩： 第轴扭矩：4、将各轴转速、功率、扭矩列表：轴号转速r/min输出功率P（kw）输出扭矩T（Nm）传动比i效率g轴738.171068.82.240.93轴163.521.2774.171.220.93轴2000.59128.223.7齿轮的设计3.7.1主动轴至中间轴（即第轴至第轴）齿轮的设计：a、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数： 1）按照传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2）钻床为一般的工作机器，速度又不高，故选用7级精度（GB1009588）3）材料的选择： 随着热处理工艺的技术进步，为了减小齿轮尺寸，节省材料，延长齿轮的寿命，故高速小齿轮采用硬齿面。小齿轮：40Cr ， 调质 HB1 = 280 HBS大齿轮：45号钢，调质 HB2 = 240 HBS二者材料硬度差为40HBS4）设主动轴（即轴）齿轮的齿数为,中间轴（轴）的齿数为为了避免小齿轮发生根切现象，则17，初选= 18由于第轴至第轴的传动比：，则=182.24=40.32，圆整后=40实际传动比=传动比误差：符合要求b、齿面接触疲劳强度设计：由设计计算公式（109a）进行试算，（参照机械设计（第七版） 濮良贵 纪名刚 主编高等教育出版社 2001 P200 ） 即、确定公式内的各计算数值：试选载荷系数小齿轮传递的转矩;(由上面的计算可知) 由机械设计（第七版）P201 表107选取齿宽系数由机械设计（第七版）P198 表106查得材料的弹性影响系数由机械设计（第七版）P208 图1021d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限；由机械设计（第七版）P202 式1013计算应力循环次数： 其中为齿轮的转速（单位为r/min）；为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数；为齿轮的工作寿命（单位为h）；由机械设计（第七版）P203 图1019查得接触疲劳寿命系数； ；计算接触疲劳许用应力:取失效概率为1%，安全系数S=1，由机械设计式1012： 、计算试计算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值计算圆周速度V： 计算齿宽： 计算齿宽与齿高之比： 模数 齿高 计算载荷系数：根据V =0.536m/s ，7级精度，由查机械设计（第七版）P192 图10-8得：；直齿轮，假设。由表103查得 由表10-2查得使用系数；由表10-4查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，将数据代入后得：由查图1013得；故载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（1010a）计算模数： c、按齿根弯曲强度设计：由式（105）得弯曲强度的设计公式为、确定公式内的各计算数值：由图1020c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限；由图1018查得弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳许应力：取弯曲疲劳安全系数S = 1.4，有式（1012）得： 计算载荷系数 查取齿形系数由表105查得 ； 查取应力校正系数 由表105查得 ；计算大、小齿轮的并加以比较 由计算结果可以看出，大齿轮的数值较大。、设计计算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，而齿面接疲劳出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： 标准值，按接触疲劳强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数 取大齿轮齿数 圆整后取。这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。d、几何尺寸计算 计算分度圆直径 计算中心距 计算齿轮宽度 取 B=56mm 齿根高 全齿高 齿顶圆直径： 齿根圆直径：e.轮的结构设计大小齿轮的齿顶圆直径小于160mm，故做成实心结构的齿轮。3.7.2 中间轴上大齿轮和工作轴上齿轮齿数的确定(1)主轴箱里齿轮的分布简图：由被加工零件的工作图可以看出：十二根扩孔钻分布的圆周直径为。即十二个小齿轮的分布圆直径也是。主轴箱里齿轮的分布简图如图3-3所示： 图3-3 主轴箱大小齿轮的分布1主动轴齿轮分度圆直径 2中间轴（轴）小齿轮分度圆直径 3中间轴（轴）小齿轮分度圆直径 4工作轴上十二个小齿轮的分布圆直径(2)中间轴与工作轴上齿轮的确定： 图3-4已知条件： 主轴上齿轮分度圆直径中间轴上的小齿轮分度圆直径 十二根扩孔钻分布的圆周直径为由以上数据可以用AutoCAD可以计算AB=66.78mm从而可以得到：初选齿轮的模数为m=3mm（厂方经现场实践，要求至少用此数）由公式： 式中： 中间轴（轴）上的大齿轮的齿数工作轴（轴）上的齿轮的齿数代入数据得齿数和：+=44.52再由传动比得：/=1.22由以上两式可得： 3.7.3 齿轮的校核及几何尺寸的计算A. 按弯曲疲劳强度进行校核根据机械设计第七版设计计算公式，式（104） 进行计算a. 确定公式中的各计算值：（1）选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数： 、按照传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。、钻床为一般的工作机器，速度又不高，故选用7级精度（GB1009588）、材料的选择： 随着热处理工艺的技术进步，为了减小齿轮尺寸，节省材料，延长齿轮的寿命，故高速小齿轮采用硬齿面。齿轮材料为40（调质）硬度为280HBS,则：由机械设计第七版图1020c，查得齿轮的弯曲疲劳强度极限：（2）齿轮上的圆周力工作轴齿轮上的圆周力：中间轴大齿轮上的圆周力：（3）计算应力循环次数N由机械设计第七版图1018，查得弯曲疲劳寿命系数：（4）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数，由机械设计第七版式（10-12）得：（5）计算载荷系数 由机械设计第七版表10-2查得使用系数；计算圆周速度 根据，7级精度，由机械设计第七版图108查得动载系数；直齿轮，由机械设计第七版表103查得：；由机械设计第七版表104查得：7级精度、齿轮相对支撑为对称布置时 由，查机械设计第七版图1013得：；故载荷系数 （6）查取齿形系数，应力校正系数由机械设计第七版表105可查得： ； ； ； 。b. 代数据计算： 故：按弯曲强度校核两齿轮符合要求。B. 按接触疲劳强度计算按机械设计第七版式（108a） 进行计算a. 确定公式内得各计算数值（1）计算载荷系数 （2）由机械设计第七版表106，查得材料的弹性影响系数：（3）齿轮的宽度：（4）齿轮分度圆直径： （5）齿轮所受圆周力 ：（6）齿数比 ： （7）由机械设计第七版图10-21d，按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限： （8）由图10-19查得接触疲劳寿命系数 ； （9）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1% ； 安全系数由机械设计第七版式（10-12）得 b. 代入数值计算： 故：按接触疲劳强度校核两齿轮也均符合要求。C. 大小齿轮的几何尺寸计算1) 分度圆直径：2) 齿顶高：3) 齿根高：4) 全齿高：5) 齿顶圆直径：6) 齿根圆直径： 7) 两齿轮中心距：D.齿轮的结构设计 大小齿轮的齿顶圆直径小于160mm，故做成实心结构的齿轮。3.8 轴的设计3.8.1主动轴的设计计算a.选择轴的材料。轴的材料一般为45钢，此轴的材料也用45钢。热处理为调质处理。b.初步确定轴的最小轴径先按机械设计第七版式（15-2）初步估算式中： 轴的功率 ； 轴的转速；根据机械设计第七版表（15-3）取；大齿轮轴的最小轴径显然是安装联轴器处轴的直径，为了使所选的轴径与联轴器的孔径相适应，故须同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩 ： 查机械设计第七版表14-1，（考虑到转矩变化很小）故：取，又： 则：按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，查简明机械设计手册，选用钢制弹性柱销联轴器，其型号和参数如下型号： HL4联轴器 GB/T5014-85公称转矩为1500； 质量为27kg；直径；半联轴器的长度L112mm；轴器与轴配合的毂孔长度；半联轴器的孔径d55mm，故取与联轴器相连的轴的直径为。c.轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案此轴的零件装配方案简图如图3-5所示图3-5 主动轴的零件装配方案图（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，轴段左端需制出一轴肩，取；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径。半联轴器与轴的配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不是压在轴的端面上，故段的长度应比略短一些，现取2）初步选择滚动轴承。 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求，根据，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313，其尺寸为：，故：；而：右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位，由简明机械设计册查得30313型轴承的定位轴肩高度h=6mm，因此3）取安装齿轮处的轴段的直径。齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位，已知齿轮轮毂的宽度为56mm，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂的宽度，故取。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩的高度，取h6mm；则轴环处的直径；轴环宽度，取。4）轴承端盖的总宽度为20mm。根据轴承端盖的装拆以及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm，故取5）综合考虑后，取至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度。（3）轴上零件的轴向定位齿轮、半联轴器与轴的轴向定位均采用平键联接。按由机械设计表6-1查得平键bxh=20mm12mm, 键槽用键槽铣刀加工，长为40mm，同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/h6。同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为16mm10mm70mm, 配合为H7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m5。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考机械设计第七版表152，取轴端倒角为；各轴肩处的圆角半径为R=2mm。d.轴的强度校核主动轴理论上受到很大的弯曲应力，但是仔细分析发现，其上的径向力，轴向力都几乎抵消完了。故：此轴只按扭转强度条件进行校核由机械设计第七版式（151）式中： 扭转切应力，单位为； T轴所受的扭矩，单位为； 轴的抗扭截面系数，单位为； 许用扭转切应力，单位为；（1）确定式中各参数的具体数值 查机械设计第七版表153，；此轴只对两处有键槽的轴段和轴段进行扭转强度校核1）对于轴段来说其上有一个键槽，则；由机械设计第七版表153查得，抗扭截面系数的计算公式： 式中：d轴直径，此处d55mm； b键槽的宽度，此处b16mm； t键槽的深度，此处t10mm；所以有： 故，此轴径强度符合2）对于轴段来说其上有两个键槽，则查机械设计第七版表153得，抗扭截面系数的计算公式： 式中：d轴直径，此处d70mm； b键槽的宽度，此处b20mm； t键槽的深度，此处t12mm；所以有：故，此轴径强度符合3.8.2中间轴的设计计算：a.选择轴的材料： 45号钢，调质处理。b.初步确定轴的最小轴径初步按机械设计（第七版）P362 式（15-2）进行初步估算：其中式中： 轴的传递功率，单位为； 轴的转速，单位为r/min； 由前面的计算可知： ，根据机械设计（第七版）P362表15-3 取；则： 由轴结构的要求轴承处的轴径取为 c.轴的结构设计初定轴径及各段轴径的长度 图3-6 中间轴的零件装配方案图d.初选滚动轴承的型号因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求，根据，查机械设计课程设计表15-7，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30206，其尺寸为：，e.初选键的尺寸由于齿轮不在轴端，所以被选键为圆头普通平键（A型）。根据装齿轮处轴径，查机械设计表6-1其尺寸为齿轮2上: bhl10mm8mm40mm（GB/T29794）齿轮3上： bhl10mm8mm36mm（GB/T29794f.轴的强度校核此轴只对两处有键槽的轴段-和轴段-进行扭转强度校核1）对于-轴段和-轴段来说其上各有一个键槽，则；由机械设计第七版表153查得，抗扭截面系数的计算公式： 式中：d轴直径，此处d37mm； b键槽的宽度，此处b10mm； t键槽的深度，此处t8mm；所以有： 故，此轴径强度符合3.8.3工作轴的设计计算1) 选择轴的材料 因为小齿轮轴轴伸和扩孔钻联接处的结构比较复杂，加工比较困难；所以其材料要稍微选的好一些，耐用度高一点，故小齿轮轴的材料选为40，热处理为调质处理。2) 按扭矩估算轴伸的最小轴径按机械设计式（152）估算 式中： 因为小齿轮轴上要开一个比较深的孔用来轴向定位，而且其一端要与扩孔钻相联，这段轴径要比较大，考虑到强度和结构工艺性等方面的因素，最小轴径定为40mm。3) 初定轴的结构根据轴上零件的布置、装拆、和定位的需要，小齿轮轴的各段直径和长度及跨度尺寸如图3-7所示 图3-7 工作轴的装配方案初定轴径及各段轴径的长度 图3-8 小齿轮的载荷分析图其中： 4) 初选滚动轴承的型号因为小齿轮轴既受轴向载荷又受径向载荷的作用，所以其上的两个滚动轴承均为单列圆锥滚子轴承。查简明机械设计手册选圆锥滚子轴承的型号为30208 GB/T29794其尺寸为：，5) 初选键的尺寸由于齿轮不在轴端，所以被选键为圆头普通平键（A型）。根据装齿轮处轴径d40mm，查简明机械设计手册其尺寸为bhl12mm8mm40mm（GB/T29794）6) 小齿轮的计算简图如图3-8（a）所示小齿轮的受力计算圆周力：式中：； 径向力：绘出工作轴的空间受力图，如图3-8（a）7) 求垂直面内的支撑反力，作垂直面内的弯矩图3-8（b和c）， 求垂直面内B点的弯矩作垂直面内的弯矩图，如图3-8（c）所示8) 求水平面内的支撑反力，作水平面内的弯矩图3-8（d和e）， 求水平面内B点的弯矩作水平内的弯矩图，如图3-8（e）所示9) 求合成弯矩，作合成弯矩图如图3-8（f）所示求B点的合成弯矩值： 10) 轴的扭矩图，如图3-8（g）所示扭矩：11) 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面B是轴的危险截面。计算出的截面B处的、M的值如表3-5所示表3-5 B处载荷值载荷水平面Z垂直面Y支反力R,弯矩M总弯矩扭矩T12) 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。根据机械设计第七版式（155）轴的计算应力为： 式中：轴所受的扭矩：；总弯矩：；折合系数：；轴的抗弯截面系数：查机械设计第七版表154得 其中：键槽宽度b12mm；轴的直径d40mm；轴上键槽深度t8mm；查机械设计第七版表151得：对称循环变应力时轴的许用弯曲应力因此有：，故安全。3.9 滚动轴承的选择与寿命计算3.9.1 主动轴上的轴承1) 主要参数前面已选择滚动轴承的类型为：30313 GB/T297-94此型号滚动轴承的主要参数，查简明机械设计手册表5523得内径：d65mm；外径：D120mm；径向当量动载荷：；径向当量静载荷：；计算系数：e0.4；Y1.5；2) 轴承的校核因为轴承上主要承受了轴向力，径向力几乎被抵消，所以只用轴向力进行校核。由机械设计第七版式（1310a）得；当量动载荷：查机械设计第七版表136，载荷系数取；轴向力主要是轴上零件重力，估算轴和它上面零件的重力约为：所以有：根据机械设计第七版式（135），计算轴承寿命 式中： 对于圆锥滚子轴承； 转速n73r/min；基本额定当量动载荷;当量动载荷P3600N；带入数值计算 h故：选用30