ZK9350专用钻床的动力头系统及进给装置进行设计.doc
ZK9350专用钻床的动力头系统及进给装置进行设计
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ZK9350
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ZK9350专用钻床的动力头系统及进给装置进行设计,ZK9350,专用,钻床,动力,系统,进给,装置,进行,设计
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摘 要一台专用机床的加工精度主要取决于动力头及其主轴组件的精度。现在，很多动力头基本上已经标准化，这为机床的制造，改装带来了很大的方便，但为了提高精度，工作效率，就需要设计出更专用化的动力头部件。镗削动力头有很大的发展空间和广阔的运用前景。它将会降低机床成本，极大的减轻工人的劳动强度，也更容易实现自动化生产。镗削动力头是按系列化、标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求设计的专用部件组成的专用机床镗削动力头由50% 60%的通用零、部件组成，大多数零、部件是同类的通用部件，镗削动力头三化（标准化、通用化、系列化）水平高。镗削动力头是高效自动化设备，它在国民经济中占有较重要的地位尤其是汽车 、拖拉机、军工等大批量生产的行业，正面临着产品的更新换代和企业改造任务，这些行业又都是组合机床及自动线的主要用户,它们需要组合机床及自动线的数量较大镗削动力头设计是一次性设计，它根据用户提供的被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹压情况以及生产率的要求等制定总体方案，然后进行技术设计和工作设计。本设计主要是对ZK9350专用钻床的动力头系统及进给装置进行设计计算，并利用绘图软件AUTOCAD对其设计的零部件进行绘制。关键词：镗削动力头，专用机床，进给机构，CAD技术Abstract A special machine tool processing precision mainly depends on the head and spindle component of the dynamic accuracy. Now, a lot of motivation head basically has standardization, this for machine tools manufacturing, modified bring great convenience, but in order to improve the precision, the work efficiency, need to design more specialty power head piece. Boring cut power head has very big development space and broad prospect of use. It will reduce the cost of machine tools, greatly reduce the labor intensity, are also more likely to realize automation production. Boring power pack is cut by series, of standardized design of general parts and the shape of the parts on the processing and processing technology requirements of the design of the special machine tool special parts. Boring head cut power by 50% 60% of general zero, components, most parts is the same kind of general parts, boring cut power head three (standardization, the generalization and seriation) level is high. Boring cut power pack is high automation equipment, it in the national economy has more important position. Especially automobiles, tractors, war industry and mass production industry, is facing the upgrading of products and enterprise reform task, these industries and combination machine tools and machine tool automatic line major user, they need combination machine tools and the number of automatic line is larger. Boring head cut power design is one-time design, it provided by user is processing parts processing characteristics, precision and technical requirements, positioning and productivity of the clamp pressure requirements overall scheme formulated and technical design and design work. This design is mainly to the ZK9350 special drill press power head system and into the device to design calculation, and use of the drawing software for the design of components AUTOCAD draw.KEY WORD：Boring cut power head, special machine tool, and into the mechanism, CAD technology目录第一章引言11.1 课题的背景和意义11.1.1组合机床和组合机床自动化生产线11.1.2高精度镗铣动力头21.2 镗削动力头的研究现状31.3本设计的主要内容6第二章动力头系统设计方案82.1 ZK9350专用机床工作原理82.2 动力头传动方案92.2.1动力参数选择102.2.2 电动机的选择122.2.3传动装置的动力参数计算122.3 进给装置方案15第三章 设计中的有关计算173.1 齿轮的设计与计算173.1.1 选择齿轮材料173.1.2齿面接触疲劳强度简化设计公式设计主要参数173.1.3 校核齿面接触疲劳强度213.1.4齿轮结构设计243.2镗削动力头主轴结构设计和校核263.2.1 确定最小直径尺寸283.2.2 主轴的结构设计293.2.3接触疲劳强度的安全系数校核313.3 轴承的选择和校核353.3.1角接触轴承的校核383.3.2圆柱滚子轴承的校核413.3.3润滑与密封423.4 键的选用与校核433.4.1 键的选择433.4.2校核键联接的强度433.5进给装置滚珠丝杆传动设计及校核计算443.5.1螺旋副的主要几何参数的计算443.5.2 静载荷计算453.5.3 螺杆强度463.5.4 寿命计算46第四章镗削动力头系统箱体的设计484.1 概述484.2 箱体材料的选择与主要的加工步骤484.3箱体附件的结构设计494.4 箱体中的润滑与密封504.4.1箱体的密封504.4.2箱体中齿轮的润滑51结论52参考文献53致 谢548河南理工大学2012届毕业设计说明书（论文）第一章 引言1.1 课题的背景和意义随着全球汽车工业的不断发展，组合机床行业也得到了飞速的发展，越来越多的汽车零部件需要采用组合机床或组合机床自动化生产线的方式来进行零部件的生产制造，而作为组合机床和组合机床自动化生产线设计制造中的核心通用部件镗铣动力头，其高精度、高强度和高刚度的基本性能是组合机床和组合机床自动化生产线能够生产出高品质、高精度产品的基本保证，也是我们提高生产效率、降低生产成本、保证零部件品质的必要条件。而高精度镗铣动力头是能够保证组合机床等设备或生产线专业化生产、自动化生产和大批量生产的必要保证。对高精度镗铣动力头的结构设计、动静态特性分析，在很大程度上决定了组合机床和组合机床自动化生产线的生产效率、生产能力及使用寿命，也是设备生产高品质、高精度产品的重要原因。其主轴结构的研究和动静态特性的优化，对于进一步提高组合机床和组合机床自动化生产线的工作性能具有十分重要的意义。1.1.1组合机床和组合机床自动化生产线组合机床（Modular Machine Tool）是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床（Special Machine Tool）。它适应于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。这种机床既具有专用机床的结构简单、生产率和自动化程度较高的特点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要。组合机床可以对工件进行多面、多主轴加工，一般是半自动或全自动的。组合机床自动化生产线是以组合机床为基础的进行某个零件或某个产品的多工序加工的生产线。无论是组合机床，还是组合机床自动化生产线，都是一种专用高效自动化技术的装备，是大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备，主要被广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机和压缩机等众多工业生产领域。其中，特别是汽车工业，是组合机床和组合机床自动化生产线最大的用户。例如，德国大众汽车公司在Salzgitter的发动机生产工厂，90年代初所采用的金属切削机床主要是组合机床自动化生产线（60%）、组合机床（20%）和加工中心（20%）。显然，在大批量生产的机械制造行业，大量采用的加工设备是组合机床和组合机床自动化生产线。因此，组合机床及其自动化生产线的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定了这些制造行业产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品的竞争力。1.1.2高精度镗铣动力头镗铣动力头是这些专用设备和自动化生产线的重要组成部分，是担负着这些专用设备和自动化生产线加工品质、加工能力和使用寿命的责任；同时，也是这些专用设备和自动化生产线的重要组成部分。在设计这些专用设备和自动化生产线的加工品质、加工能力、加工精度时，必须首要的考虑镗铣动力头是否能够胜任这些加工状态。而且，镗铣动力头在实现机械加工的时候是单个独立存在进行机械加工的，相互之间不会有任何加工工序和工艺要求的影响。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因经常性的重复使用，逐步发展为通用部件，因而在此基础上产生了组合机床。最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。通用部件按功能可分为动力部件、支撑部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。我们这里所说的高精度镗铣动力头就属于通用部件的动力部件，包含了动力箱和切削头部分，同时配合了动力滑台后就组成了完整的动力部件，是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。1.2 镗削动力头的研究现状镗床主要是用镗刀对工件已有的孔进行镗削的机床，使用不同的刀具和附件还可钻削、铣削、切螺纹及加工外圆和端面等。 1769年瓦特取得实用蒸汽机专利后，汽缸的加工精度就成了蒸汽机的关键问题。1774年英国人威尔金森发明炮筒镗床，次年用于加工蒸汽机汽缸体。1776年他又制造了较为精确的汽缸镗床。1880年前后，德国开始生产带前后立柱和工作台的卧式镗床。为了能对特大、特重的工件进行加工，20世纪30年代发展了落地镗床。随着铣削工作量的增加，50年代出现了落地镗铣床。二十世纪初，由于钟表仪器制造业的发展，需要加工孔距误差较小的设备，在瑞士出现了坐标镗床。现在的镗床大多已采用数字控制系统实现坐标定位和加工过程自动化。该机床是专门加工圆柱型深孔工件的设备，如加工机床的主轴孔、盲孔及阶梯孔。机床不但可以承担各种钻削、镗削，而且还可以进行滚压加工，钻削时采用内排屑法或外排屑法。机床床身刚性强，精度保持性好，主轴转速范围广，进给系统由交流伺服电机驱动，能适应各种深孔加工工艺的需要，授油器紧固和工件顶紧采用液压装置，仪表显示，安全可靠。据有关资料报道，在一些工业发达国家里，设备的平均役龄控制在1020年之间，设备的“技术老化”期已短于10年，10年役龄以内的设备数量能够达到设备总数的50%左右。由此可见，设备更新速度相当快，一是用技术更为先进的新设备来代替技术性能老化的旧设备；另一是进行有效的技术改造，使旧设备适应新的生产需要。例如，美国和西欧一些工业先进的国家，在钢铁企业中虽然早已经实现了现代化，可是旧设备并没有全部毁弃，而是通过技术改造的方法，使一些旧设备能够达到使用新技术、新工艺的要求，继续生产出具有竞争能力的优质产品。目前，我国的工厂企业，除了新建的单位外，大多数都存在设备“技术老化”问题，设备役龄在15年以上的，所占的比例相当大，面对这么多陈旧的设备应该怎么办，这是一个急待解决的大问题。目前镗床已受到其他加工形式的挑战，可以从第七届中国国际机床展览会看出一些迹象。在本届展会上，围绕信息产业需求，各类高精度、超精数控机床颇引人注目，甚至已出现了纳米级、亚纳米级的数控机床。国外近年兴起的硬切削(Hard turning)新工艺，也对镗床产生一定的冲击力。硬切削是指使用CBN实体刀具、CBN刀头或陶瓷刀具来加工淬硬的工件，此方法具有切削成本低、加工精度和光洁度高、不需用专用夹具且能一次装夹、生产效率高等优点，并且有利于环保。除硬切削外，面对上述两个方面的挑战，镗削专家认为，硬切削虽好，但不可能取代镗削。因为对陶瓷、高温超级合金之类的新一代材料，镗削是惟一的加工方法。镗削有自己的优势，如可实现在线测量、加工时采用闭合循环等。而对于研镗机和抛光机，在精度和光洁度要求不是十分高的情况下，它们的生产效率比不过平面镗床。为实现工业现代化，我们同样要创造或引进新技术、新工艺、新设备，进行必要的设备更新。另一方面，动员机械制造业的人员，坚持自力更生和勤俭办企业的方针，大搞技术革新，挖掘设备潜力，更具有现实意义。机床改装的效益是多方面的，从提高生产效率来看，假设改装机床100万台，每台生产效率平均提高20%，这就等于多生产20万台新机床；反之，如果不对就机床实行技术改造，当前生产的新机床在技术水平上或数量上又不能及时地满足生产需要时，那就势必会影响工业经济的高速发展。因此，机床改装或改造不但是解决设备“技术老化”的重要途径，能够满足生产发展的需要，而且可以获得十分客观的经济效益实践经验表明，由于各工厂的生产性质和设备条件的不同，机床的内容和要求也各有差异，概括起来有如下几方面。使旧型号机床达到新型号机床的性能指标。扩大机床的工艺范围。改变机床的工艺范围。提高机床的自动化程度。改善机床的操作性能和劳动条件。使机床能够适应新技术、新工艺的要求。适合于组成生产流水线。镗床应当进一步完善，拓展它的应用空间，从容应对挑战。为使镗床保持稳定发展的局面，当前专家提出应该从下列几个方面拓展：1、向高精度、超精加工发展。随着IT产业迅速发展，对加工的精度提出了更高的要求。因此，研制超精镗床已提上议事日程。在开发超精镗床方面，工业发达国家都予以极大重视，尤其是日本已走在前列。争取早日为IT产业等工业部门提供这类设备。 2、跳出镗床只镗削内孔的框框。镗床向成形镗削发展，这是扩展镗削功能的重要手段。国内平镗床中，成形镗床的比重很小，而工业发达国家一些镗削制造厂如德国BLO H M公司、ELB公司，其产品中绝大多数都是能进行成形镗削削。因此，我们应积极推广缓进给成形镗削工艺，开发一些适应多种用途的成形镗床，真正使镗床能加工各种型面、曲面，可直接用坯件成型。逐步提高缓进给成形镗床在镗削中的比重。3、研究用户加工工艺，拓展应用领域。在一些工业部门可能存在盲区，如过去磁钢行业从不使用双端面镗床。经过深入细致地工作，在这个行业推广双端面镗床，现在许多磁钢厂都使用了双端面镗床。4、开发复合机床。适应发展潮流，开发电火花复合镗床等复合机床，以及能镗平面、外圆、内圆等的复合型镗床，拓展使用范围。5、开发高效镗床。为提高镗削效率，应发展高速镗床、高效深切镗床、快速短行程镗床以及镗削加工中心等先进的镗削加工设备，以应对硬切削的挑战。 6、镗削加工由原来的恒转速已经向恒线速度进行发展并进行拓展，以提高切削的精度。1.3本设计的主要内容目前轴承行业使用的轴承保持架钻孔设备是传统的没有采用数控技术的加工机床，主轴驱动采用普通三相异步电机通过减速箱有级调速的方式，传动不稳定，结构复杂，调速不可实现无级调速。工作台分度采用机械分度机构，结构复杂，分度精度低，夹紧工件时采用手动夹紧，效率低下。钻孔时刀具进给方式为采用液压驱动的滑台结构进给方式，定位精度低，加工精度低，刀具装夹时手动拉紧，自动化程度低，效率较低。另外，传统加工设备没有采用自动排屑机构，以及防护较差，均不利于生产加工，环境保护。ZK9350数控轴承保持架钻床是为轴承行业开发的一种高效率、高精度、高自动化、数字化机床加工设备，是采用了先进数控技术的机电液一体化产品，液压夹紧工件，数控通孔立式回转工作台伺服驱动进行精确分度，可手动或程序控制加工，可轴向和径向钻、铰、镗孔，且采用全封闭防护结构，自动排屑，清洁环保。本设计主要是对ZK9350专用钻床的动力头系统及进给装置进行设计计算，并利用绘图软件AUTOCAD对其设计的零部件进行绘制。ZK9350数控轴承保持架钻床技术参数：1.机床的主要规格:最大工件直径 400mm最大钻孔直径 50mm2.主轴:主轴速度范围(无级) 50-2500r/min主轴最大移动行程 500mm主轴锥孔 BT503.工作台工作台型号 TK13400EL 工作台面直径 400mm 工作台最大移动距离 300 mm 工作台最高转速 10r/min最小分度为 0.001分度定位精度 20 重复精度 6 最大允许载荷量为 250kg 转台刹紧压力 油压1.5MPa 工作台底座旋转 100 4.冷却系统冷却泵型号 MC4180 冷却泵流量 25 L/min冷却箱容量 300L 5润滑系统自动集中润滑装置型号 YESC容 量 2 L6动力系统伺服主轴电机 FANAUC 22/6000ipZ向电机扭矩 22N.m Z向进给扭矩 66N.m（1：3减速器）工作台分度电机型号 FANAUC 12/3000i冷却泵电机 MC41807机床外形尺寸长宽高 机床占地 3020155518358机床净重 约4000kg9机床总容量 45 KVA河南理工大学2012届毕业设计说明书（论文）第二章 动力头系统设计方案镗削动力头是在通用机床，在生产中广泛应用，它可完成的加工工序种类及工艺方法比较成熟，分期工艺范围的侧重点是在传统工艺基础上尽可能的扩大其工艺范围，在一定范围内实现万能性，比如：镗削动力头的主轴断面采用的莫氏5号锥孔，并且可以加卡盘等其它的夹具，实现多种加工的能力。通用程度较高。主轴悬伸量较小，故还能够进行较强力铣削加工，主轴箱前端面积较大，可提供安装较大的镗铣附件进行加工，但不便于接近工件。2.1 ZK9350专用机床工作原理ZK9350专用机床的结构示意图如图2.1所示。结合图2.1介绍一下机床工作原理：在床身1上固定着床鞍、滑板7，滑板在床鞍之上，可沿燕尾导轨横向滑动，通过摇动手柄，利用丝杠螺母副传动可调整滑板在床鞍上的位置。滑板上固定着回转工作台，松开回转盘锁紧螺母后，可使回转工作台在半周内调整至任一位置进行固定，调整时有微调机构。这样可以在工作台面上钻削斜孔。回转工作台为一伺服电机驱动、液压刹紧的精确分度立式工作台，专业生产厂家生产，分度精度20，重复定位精度6，刹紧力矩2000NM。回转工作台上安装有液压油缸，可利用液压夹紧工件。镗削动力头3通过支承件固定在可沿床身纵向移动的滚子式滚动直线导轨副上，导轨由进给装置5的伺服电机通过丝杠螺母副传动驱动，带动动力头实现进给运动。镗削动力头由专业生产厂家生产，主轴装刀结构为自动拉紧液压松开的7：24标准锥度配合刀柄结构，驱动电机为主轴伺服电机，可无级调速。液压站6提供必要的液压驱动动力源，排屑机8由专业厂家生产，其将切屑自动输送至切屑箱中，冷却箱部分包括冷却液泵及冷却箱等，分几个喷嘴喷出冷却液，冲涮切屑并冷却润滑刀具。电气箱10中为电气元件及驱动模块等，机床由数控系统控制，通过操纵箱进行编程或手动操纵进行加工。机床工作时，安装在回转工作台上的圆形轴承保持架在回转油缸的液压压紧情况下牢固地固定在工作台上，工作台按程序进行精确回转分度，镗削动力头安装好刀具后，高速旋转并向前按设定速度进给，钻削后再退出，然后等工件分度后再进行另一次进给加工，如此循环，直至加工完一个工件上所有孔。回转工作台可在半周内调整其在滑板上固定位置，因此既可加工工件上的轴向孔，也可加工件上的径向孔，甚至斜向孔。当工件需要扩孔时，利用工装上的定位销可以对轴向孔进行重复装夹定位，利用径向定位销可对径向孔进行重复装夹定位，方便可靠。机床采用全封闭防护，水枪喷射清扫切屑并自动排屑，操纵箱固定在机床床身支架上，上部操纵面板可自由转动角度，方便操纵，射灯照明，美观大方。2.2 动力头传动方案镗削动力头的工艺范围比万能型的要窄一些，适用于成批生产的场合。镗削动力头主要用于粗加工的工序要求。因此主轴设计中只需较大的切削力，精度不高。粗加工锯去多余部分、铣端面打中心孔和荒车外圆等。这个阶段的主要目的是：用大的切削用量切除大部分余量，把毛坯加工至接近工件的最终形状和尺寸，只留下少量的加工余量。通过这个阶段还可以及时发现锻件裂缝等缺陷，做出相应措施。镗削动力头属于卧式镗床的切削动力源。机床结构简单维护容易，操纵机构能较多的集中在主轴箱中。主电动机与主轴采用上下平行，无相对移动环节，但主轴箱与减速箱采取相对铸造的方式，安装简易。 图(a) 图(b) 图2-2 镗削动力头传动方案合理的传动方案要满足机械的功能的需要，此外，还要适应工作条件(工作场地、工作制度等)，满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率高，使用维护便利、工艺性、经济性合理等要求。在图2-2中的(a)、(b)为镗削动力头的两种传动方案，图(a)方案中成本低，但在长期使用过程中寿命低，且传动精度低等，故选择图(b)方案。 表2-1 镗削动力头传动方案比较项目图(a)方案图( b)方案结构尺寸传动效率工作寿命成本连续工作性环境适应性大较高短低较好差较大高常中等好较差2.2.1动力参数选择镗削动力头的主要设计技术指标与参数： 加工材料HT200，硬度HB160-200；刀具材料，硬质合金YG8；镗孔直径50-160mm；主轴转速50-320rpm；进给量0.25-0.8m/s；切削速度35-50 m/s。粗加工时的切削功率P为最大，此时的切削速度较小，由资料查得镗床的切削力F5.5kw。如图2.3切削力的合力与分力。 图2.3切削力的合力与分力消耗在切削过程中的功率称为P，且切削功率为切削力F和进给力F所消耗功率之和，因背向力F没有位移，所以不消耗功率，于是切削功率(W)为：=10(+) 式中：切削力(N) 切削速度(m/s) 进给力(N) 进给速度(m/s)一般情况下，F所消耗功率(约占P的1%)远小于F的消耗功率，因此式中可简化为：P=10 Fv由上述可知，镗削动力头的最大切削功率为(F代入镗床最大切削力5.5kw，v代入最小的切削速度35m/min,即583.33mm/s)=10 =105.510583.33 =3.208kw要保证镗床的稳定、安全加工，故加入20%的安全系数= (1+20%) =3.208(1+20%)=3.8496kw2.2.2 电动机的选择由于镗床动力头无特殊机械要求，如空气中不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场所，工作环境不超过+40，相对湿度不超过95%，故选用Y系列三相异步电动机(全封闭自扇冷式笼形三相异步电动机)，额定电压380V，频率50Hz。根据2.1所得结果，查资料得，功率为4kw的Y系列三相异步电动机有3种:、Y112M-2形三相异步电动机，额定功率为4kw,满载转速为2890r/min；、Y112M-4形三相异步电动机，额定功率为4kw,满载转速为1440r/min；、Y1160M-8形三相异步电动机，额定功率为4kw,满载转速为720r/min；Y112M-2形三相异步电动机，额定转速过高，不适用单级或两级齿轮传动；此外根据市场调查，Y160M-8形三相异步电动机，为8极转子的电动机，价格比同类的4极转子电动机的价格高出800元左右，与镗床动力头的自身价格相比，选用Y160M-8形三相异步电动机会增加镗床动力头的价格，不适于市场竞争。故选用Y112M-4形三相异步电动机，额定功率为4kw,满载转速1440r/min。2.2.3传动装置的动力参数计算由电动机的满载转速n和镗削动力头主轴的转速n,可确定传动装置应有的齿轮首末传动比：i=7.2要设计计算传动件，与要知道各轴的转速、转矩或功率，i为7.2，显然，传动比过大，不适应在2.1节中预先设计的如图2-1(b)的传动方案：采用一级齿轮传动，加一介轮的传动方案。需要对其进行改进，采用两级齿轮传动。结构如图2-2所示的传动装置，从电动机到主轴共有3根轴，依次为轴、轴、轴，则可按电动机轴到镗削动力头主轴，推算各轴的运动和动力参数。对于此种的两级齿轮传动减速，为使齿轮不发生如图2-4所示的，齿轮与齿轮轴发生干涉的现象。故在设计的过程中，选择高速级的传动比i和低速级的传动比i,可按下述的方法进行分配。=(1.11.5) 已知传动比的计算公式为=，且在选择齿轮的传动比的过程中，传动比不能为整数，因为传动比为整数，会造成两齿轮周期性的相同的两齿的接触，易发生齿面点蚀。首先试选择=2.3，=3.1的传动比。 图2.4 齿轮与齿轮轴发生干涉的现象 各轴转速n=n=1440rpmn=626.09rpmn= n=201.96rpm 式中：n 、n 、n从电动机到主轴的轴、轴、轴(主轴)的各轴转速； n电动机的满载转速； i、i高低两级齿轮的传动比。转速的相对误差为：=0.98%5%，因此，此传动比合理。 各轴功率 = =4kw = =3.8024kw = =3.8024=3.6514kw 式中： 电动机输出功率； 、 、为轴、轴、轴上的各轴的输入功率； 、分别为高速级和低速级上齿轮传动的效率； 轴上的一对球轴承的传动效率； 轴(主轴)上的轴承的传动效率。 各轴的转矩= =9550=9550=26.53N =26.53=58N =58=172.66N 式中：、为轴、轴、轴上的各轴的输入转矩；为了便于下一阶段设计、计算传动零件，将最后结果列表如下。 表2-2 传动主要数据参数轴名 轴轴轴转速n(rpm)1440rpm626.09rpm201.96rpm功率P/(kw)4kw3.8024kw3.6514kw转矩T/( N)26.53N58N172.66N2.3 进给装置方案 与动力头系统相连接的进给装置是指机床的纵向进给。进给装置设计方案较为简单，其主要主体由伺服电机驱动，伺服电机通过行星减速器作1：3减速，通过联轴器与滚珠丝杠直联，滚珠丝杠副带动主轴箱作纵向运动。如图2-4所示。图2-4 进给装置结构图54河南理工大学2012届毕业设计说明书（论文）第三章 设计中的有关计算3.1 齿轮的设计与计算此镗削动力头采用两级圆柱直齿轮传动，已知在高速级中的小齿轮传递的额定功率P=4kw，小齿轮的转速=1440rpm,一级齿轮的传动比=2.3；二级齿轮减速中的小齿轮传递的额定功率=3.8024kw，小齿轮的转=626.09rpm,第二级齿轮减速的传动比=3.1；已知单向传递扭矩，满载工作时间35000h.传递比误差不超过。3.1.1 选择齿轮材料初步选择两个小齿轮用40C钢调质，硬度241286HBS；两个大齿轮选用45号钢正火，硬度为162217HBS.由资料，按MQ等级查得： =720MP =550MP =290MP =210MP3.1.2齿面接触疲劳强度简化设计公式设计主要参数由设计公式476(u+1) 、两小齿轮传递的转矩 =9550=9550=26.53 =26.53=、两齿轮的初步传动比=2.3， =3.1、齿宽系数 取=0.3、载荷系数 取K=1.75、接触疲劳强度，许用应力 = 取S=1.1代入式中得 =655MPa =500MPa 因为，故应以为计算依据 将上述各值代入公式，计算所需的中心距：476(2.3+1)=101.42mm476(3.1+1)=148.05mm分别取两级齿轮间的中心距为=102mm、=150mm按经验公式选取模数 =(0.0070.02) =(0.0070.02)105=0.7142.04mm =(0.0070.02) =(0.0070.02)150=1.053mm因此，根据资料选取标准模数，高速级的一对齿轮的模数选为=2mm；低速级的一对齿轮扭矩大，为了增加齿轮的接触强度选取模数=2.5mm。 计算主要参数 计算齿数 Z=31 Z= iZ=2.331=72 Z=29 Z= iZ=3.129=90 传动比误差：i= i-=2.3-=2.26%2.5% i= i-=2.9-=0.323%2.5% 传动误差都小于5%，故齿数合适。计算分度圆直径= =231=62mm= =272=144mm= =2.529=72.5mm= =2.590=225mm计算中心据 =103mm =148.75mm计算齿宽b=0.2103=21b=b+(410)=25 b=b=21b=0.2148.75=30b= b+(410) =34 b= b=30故电动机主轴与镗削头主轴的中心距为=103+148.75=251.75mm由资料查得Y112-2型电动机的安装尺寸，并且根据3.1节轴的设计推测箱体尺寸，中心距D=251.75不合适，需要扩大齿数增加中心距，使得中心距295mmD300mm.(注:) 图3-1箱体的主要联系尺寸故调整齿数为： 计算分度圆直径= =242=84mm= =297=194mm= =2.531=77.5mm= =2.596=240mm计算齿顶圆直径d= d+2h=d= d+2h=d= d+2h=d= d+2h=齿宽的厚度不变，因为，在没有增加齿数之前的强度已经满足，加齿数后的，强度已经够了，无须加厚度。计算中心据 =139mm =158.75m故电动机主轴与镗削头主轴的中心距为=139+158.75=297.75mm齿轮几何参数及基本参数列表齿轮1齿轮2齿轮3齿轮4齿数z42973196齿顶d8819882.5245齿根圆d8019029.104208.396齿宽b25213430中心距a139139158.75158.75模数m222.52.5分度圆d8419477.52403.1.3 校核齿面接触疲劳强度齿面接触疲劳许用应力 此处只校核高速级的一对齿轮，因为此处的齿轮速度高，单位时间内相互接触次数比低速级的一对齿轮的次数要多。故只需校核高速级的1、2齿轮。= 应力循环次数 N=60ant=60 N=60ant=60对于调制钢，由图查得 Z 由选齿轮精度为8-7-7 GB10095-88,选择润滑油的运动粘度，由查得 Z由查得,调制齿轮钢的齿轮系数 因小齿轮齿面未硬化，齿面未镗面，故 Z由查得,对失效齿轮概率低于1%，故取 Z代入公式得 齿面接触疲劳应力 F 由查得： 齿轮按悬臂布置，并减少5% 由查得：由查得：由查得：将上述数值代入公式可得： 因为 故满足齿面接触疲劳强度 由查得： 选择齿面粗糙度，故 由查得： 由可知,对于失效概率低于1，则 将上述数值代入公式 齿跟弯曲疲劳应力由式 根据,由查得 代入公式中 因为，故满足齿跟弯曲疲劳强度条件3.1.4齿轮结构设计 号齿轮的尺寸图 号齿轮的尺寸图 号齿轮的尺寸图号齿轮的尺寸图3.2镗削动力头主轴结构设计和校核 主轴支撑着转动件回转并传递转矩，同时它又通过轴承与机架联接。轴上零件与轴、轴承组成了一个以轴基准的组合体轴系部件。所以，轴的设计中不能只考虑周本身，必须考虑轴系部件的整体结构。轴的设计和其它零件的设计相识，包括结构设计和工作能力的设计两方面的内容。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，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的设计不合理，会影响轴的工作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困难等。因此，轴的结构设计是轴设计中的重要内容。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和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。这时只需要对轴进行强度的计算，以防止断裂和塑性变形。而对刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应进行刚度的计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。对高速运转的轴，还要进行振动和稳定性的计算，以防止发生共振而破坏。轴的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处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，最常用的是45钢。合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴的耐磨性，以及处于高温或低温条件下的轴，常采用合金钢。经分析采用45钢较合理。主轴加工工艺过程制定的依据是主轴的结构、技术要求、生产批量和设备条件等。从CA6140车床主轴的加工可以知道：（1）主轴的技术要求，如主轴两个支承轴径的本身精度、光洁度和不同轴度，主轴前端内、外锥面与主轴径的不同轴度要求都较高。因此必须正确选择定位基准；工序按粗精加工分开；并合理安排工序。（2）主轴是一种多阶梯的空心轴，而主轴毛坯又往往是实心锻件。因此需要从外圆和中心切去大量的金属，进行深孔加工。对于结构不同和技术条件不同的轴类零件，其加工工艺过程是不同的，即使是同一种轴，其批量不同，或所选用的材料不同，或者生产条件不同，其加工工艺过程也是不同的，尤其是批量的大小，对加工工艺过程的影响更为显著。为了使轴系部件安、平稳、经济的回转，轴必须满足下列几点要求：1、 有足够强度承受作用在轴上的载荷；2、 轴的弯曲变形不应使轴与轴承产生边缘接触，同时，轴的弯曲和扭转刚度应保证机械的精度与性能；3、 轴的工作转速必须避开临界转速的20%的范围，以保证平稳回转；4、 根据轴的使用条件，选取经济材料、热处理方式、结构形式和加工方式。3.2.1 确定最小直径尺寸由于输出功率不大，且未提出特殊要求，因此，选择常用的材料45号钢，正火处理，由查得45号钢的系数，考虑到此轴的弯矩相对转矩较小，则取，那么主轴与齿轮接触的轴颈直径为： 因为此处为花键设计，且因结构需要加入拉杆锁紧机构，由，故取花键的最小直径键。此处花键的规格为：主轴制造方法主要与使用要求和生产类型有关。毛坯形式有棒料和锻件两种。在单件小批生产中，轴类零件的毛坯往往使用热轧棒料，则尤其适合于那些光滑轴和外圆直径相差不大的阶梯轴。冷拉的标准钢料，也常用来制造轴类零件，这在农机制造中用得很广。对于直径差较大的阶梯轴，为了节省材料和减少机械加工的劳动量，则往往采用锻件。锻件还有一个好处，就是材料的金属纤维组织致密，在热锻过程中按轴向排列，从而获得较高的抗拉、抗弯、抗扭的强度。单件小批生产的阶梯轴一般采用自由锻，在大批大量生产时则采用模锻。自由锻造时所使用的设备比较简单，但毛坯精度较差、余量较大，有时高达10mm以上，特别是带贯穿通孔的轴件，既浪费材料，生产效率又低。采用模锻毛坯，不但毛坯精度高、加工余量小、生产效率也高。模锻法可以锻造形状复杂的毛坯，而且材料经模锻后，纤维组织的再分布更有利于提高零件的强度。但模锻需要昂贵的设备，又要制造专用锻模。总之，锻造方法的确定，取决于轴件的批量。结构形状、尺寸大小以及制造厂的设备条件。生产批量大时，可采用模锻法，要尽量使毛坯的形状、尺寸与零件所要求的相接近，而生产批量不大时，一般采用自由锻。3.2.2 主轴的结构设计参见图3-1所示，为了装拆轴承、齿轮方便，将轴设计成阶梯形状。图3-1 主轴的形状、尺寸拟定轴上零件的结构方案（如上图）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度a.轴向力的传递主要由螺纹过度，因此螺纹的加工长度不能太短，这里可取20mm。由于加工螺纹的退刀方便,需加工一退刀槽，其长度一般可取5mm，此时可确定。右侧的轴承端盖采用铸造的方法，为使机构紧凑，这里可取。b.初步选择滚动轴承。滚动轴承与滑动轴承相比，具有摩擦阻力小，功率消耗少，启动容易的优点，对于本次设计需采用滚动轴承。因为轴承同时承受径向力和轴向力，一般要选用圆锥滚子轴承，但是本次改装设计中轴承承受的径向力比较小，主要以轴向力为主，故可选用接触角稍大的角接触轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中选取0基本游隙组、标准精度的单列角接触轴承7006C，其尺寸为，为了防止齿轮油的轴承润滑脂的冲刷，这里需要设置钢制挡油环。轴向力的传递作用在左侧的箱壁上，因此这边的箱壁要设计的厚些，挡油环的尺寸也要大些，故这里设定；。左侧的轴承的由箱体和挡油环轴向定位，这样左侧的轴承端盖，只起密封作用。c.为了使轴承的摩擦均匀，要求轴的总长度，不能太短。同时为了保证轴的刚度，要合理的安排齿轮的位置。若将齿轮相对于轴承对称分布，轴的挠度会比较大，这样会影响轴与加工孔的同轴度；若将齿轮安排在左侧，钻头的传递的扭矩对轴的影响较大，因此本次设计将齿轮安排在右侧。齿轮的齿宽，左侧采用弹性挡圈定位，右侧采用套筒定位，为了使齿轮的左侧能可靠的定位，此轴段应略小于轮毂宽度，取。d.轴段GH的右端给弹性挡圈定位，由于轴的总长度不能太短，其余轴段起过度作用，根据设计轴的基本要求及防止应力集中，需将GI段设计成阶梯轴，并圆角过度，其长度可自定，这里取，。e.轴的各段直径的确定可由轴承的内圈为标准，BC段要给钻头连杆限位故取，轴肩的高度按照，可取，选取标准的弹性挡圈并根据其尺寸要求取，为使齿轮进行合理的定位，齿轮轴颈。至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度。轴上零件的周向定位齿轮和轴的周向定位采用普通A型平键连接。按查手册得平键截面(GB/T10962003),键槽用键槽铣刀加长，长为58mm(标准键长见GB/T10961979),同时为了保证齿轮与轴配合由良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6；滚动轴承与轴的配合是借助过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。确定轴上的圆角和倒角尺寸参照机械设计课本表152零件倒角与圆角半径推荐值，取各轴肩处的圆角值，轴端倒角为，其它处的倒角和圆角值见钻削主轴零件图。同一轴上有三个轴承镗削头前端部是一对圆锥滚子轴承和镗削头后端部的圆柱滚子轴承。因为前端部同时承受径向力和轴向力作用，且要求轴端跳动精度要求较高，故选用一对圆锥滚子轴承，现暂取30217轴承(内径为85，宽度为36)，与轴承相配合的轴颈取85，用密封环外侧定位。主轴后端几乎不承受轴向力，只承受径向力，要求轴向跳动、同轴度精度较高。故选用一个圆柱滚子轴承，现暂取N2212E轴承(内径60，外径110，宽度28)，由查得，该轴承定位端面的轴肩直径应取为66。为了使轴承的摩擦均匀，要求轴的总长度，不能太短。同时为了保证轴的刚度，要合理的安排齿轮的位置。若将齿轮相对于轴承对称分布，轴的挠度会比较大，这样会影响轴与加工孔的同轴度；若将齿轮安排在左侧，钻头的传递的扭矩对轴的影响较大，因此本次设计将齿轮安排在右侧。齿轮的齿宽，左侧采用弹性挡圈定位，右侧采用套筒定位，为了使齿轮的左侧能可靠的定位，此轴段应略小于轮毂宽度由于镗削动力头的机构要求设计，与齿轮配合的轴，在轴承外处采用花键与齿轮连接。轴与齿轮、与轴承均采用过渡配合，分别为，k6。上述轴的结构的确定是伴随画结构设计草图而进行的。3.2.3接触疲劳强度的安全系数校核(1)、作轴的受力结构图(2)、求作用在轴上的力轴传递的转矩 齿轮上的圆周力 齿轮上的径向力 式中：齿轮的压力角因为是直齿轮，所以轴向力为0N。(3)、求轴承的支反力 在平面 在xy平面 (4)、画弯矩图，及合成弯矩图，图(5)、确定危险截面，并计算其应力截面所受的弯矩和转矩都较大，且截面面积较小截面所受的弯矩值最大，但轴的直径最大，且有一对轴承支撑，能够满足强度需要。动力轴的设计是本次改装设计中主轴箱的主要部分，将它的一端做成莫氏圆锥，为了便于加工和安装，这里将轴和莫氏锥断开，这样轴的设计工艺性较简单些。动力轴力的传递是车床主轴直接通过其莫氏锥孔和连杆的莫氏锥轴之间的摩擦力来传给连杆，进而传给动力轴。轴的设计所遵循的要素和步骤基本相同，设计前先要确定其上的传动件的参数,钻削轴上的传动件为齿轮,根据已经计算的齿轮参数来设计此轴。 校核-截面所受的弯矩和转矩 弯曲应力 应力幅及平均应力 (6)、校核安全系数-截面有两个应力集中源，即轴与轴承过盈配合引起的应力集中及过渡圆角引起的应力集中，取其中较大值。由过渡圆角引起的应力集中:根据轴径，轴肩直径，表面粗糙度1.25，圆角半径R=1.5mm,由资料查得，。预期的应力循环次数 故取寿命系数，于是 由于过盈联接引起的应力集中，根据轴，但轴承为特殊的基孔制，实际配合性质为过盈配合，按，查资料得，于是： 由过盈联接引起的应力集中较大应按照比值计算，由资料查得，材料对应力循环对称性的敏感系数：，疲劳强度的安全系数： = =1.92 = =7.32 按材料不够均匀，取许用安全系数1.8，可知，S。所以载荷是安全的。故此轴是安全的。镗削动力头主轴的结构尺寸图3.3 轴承的选择和校核结合经验和设计要求，本次改装设计均选用滚动轴承，滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一。常用的滚动的轴承大多已经标准化，本次设计需要合理的选择轴承的类型和尺寸、验算轴承的承载能力，以及轴承的安装、调整、润滑、密封等有关问题。1.轴承应满足如下基本要求：(1)能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。(2)具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。(3)具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。2.滚动轴承类型的选择(1) 滚动轴承的选择所要考虑的问题载荷条件：轴承受载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型的主要依据。转速条件：选择轴承类型时应注意其允许的极限转速。装调性能：3类和N类的内外圈分离，便于拆装。为方便长轴上轴承的拆装，可选用代内锥孔和紧定套的轴承。调心性能：轴承内、外圈轴线间的偏位角应控制在极限之内，对安装精度差的轴承，宜选用调心轴承。经济性：在满足使用条件的情况下优先选用价格低廉的轴承。(2)滚动轴承的选择步骤按工作条件首先确定滚动轴承的类型选择轴承的尺寸对于静止轴承、缓慢摆动或极低速运转的轴承按静载荷计算；对于一般运转的轴承，按寿命计算进行轴承尺寸的选择。公差等级的选择出于成本考虑，一般的机械宜选用普通级精度的轴承。3.滚动轴承的失效形式和计算准则(1)失效形式滚动轴承的失效形式主要有三种：疲劳点蚀、塑性变形和磨损。(2)计算准则对于一般转速的轴承，即10r/minn10000rin,如果轴承的制造、保管、安装、使用等条件均良好时，轴承的主要失效形式为疲劳点蚀，因此应以疲劳强度计算为依据进行轴承的寿命计算。对于高速轴承，除疲劳点蚀外其工作表面的过热也是重要的失效形式，因此除需进行寿命计算外还应校验其极限转速对于低速轴承，即，可近似地认为轴承各元件是在静盈利作用下工作的，其失效形式为塑性变形，应进行以下不发生塑性变形为准则的强度计算。滚动轴承的寿命是指轴承的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，轴承的转数或相应的运转小时数。显然，通常谈的滚动轴承寿命是指滚动轴承的疲劳寿命。与一般结构件的疲劳寿命一样，滚动轴承的疲劳寿命的离散性也是相当大的。在进行轴承寿命计算时，应把作用在轴承上的实际载荷转换为与确定轴承C值的载荷条件相一致当量动载荷（用字母P表示）。各类轴承的当量动载荷可按下式计算： 。式中：F与F分别为轴承实际承受的径向载荷与轴向载荷 X、Y分别为轴承的径向动载荷系数与轴向动载荷系数为了计算实际载荷波动的影响，可对当量动载荷乘上一个载荷系数。即：为了保证轴与轴上旋转零件正常运行，还应解决轴承组合的结构问题，其中包括，轴承组合的轴向固定，轴承与相关零件的配合，间隙调整、装拆、润滑等一系列问题。4.轴承的校核对于转速较高又同时承受冲击载荷的轴承，不但进行寿命计算，还要进行轴承的强度校核，对于高速轴承，除进行寿命计算外还应检验极限转速。本次设计中两列角接触轴承30217和单列圆柱滚子轴承N2122E，只是试选用的，故这里需要分别对它们进行校核。3.3.1角接触轴承的校核双列解接触轴承30217根据上面计算的参数:轴上齿轮受的切向力,径向力,轴本身受的轴向力,大齿轮分度圆直径为,齿轮转速,运动中有轻微冲击载荷,轴承正装。轴承使用寿命为15年，每天工作8h,轴承的计算寿命。查轴承手册可知7006C的基本额定动载荷；基本额定静载荷。图2-9求两轴承受到的径向载荷和将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面(图b)和水平面(图c)，两个平面力系。其中(图c)的为通过另加转矩而平移到指向轴线，由受力分析可知：由 求得： 同理由 得： 求轴承的轴向力和对于70000C型轴承查表，轴承派生轴向力，其中为判断系数，其值由的大小来确定，但现轴承的轴向力未知，故先取，因此可估算按照轴承的压紧和放松的判断原则，可得以下公式：代入数值求得 查表进行插值计算，得，。再计算 两次计算的值相差不大，因此确定，求轴承当量动载荷和查表并进行插值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数为对轴承1 对轴承2 因为轴承运转中有轻微冲击，查表得，取。则验算轴承寿命因为应按轴承1的受力大小验算故所选轴承满足寿命要求。现将计算的截面处的、及的值归列于下表。载荷水平面垂直面支反力 弯矩总弯矩扭矩3.3.2圆柱滚子轴承的校核此单列圆柱滚子轴承N2212轴承的校核和上一轴承的步骤及方法相似，这里作一简单校核。查轴承手册可知单列圆柱承N2212E基本额定动载荷,基本额定静载荷。故所选轴承满足寿命要求。3.3.3润滑与密封(1)润滑的目的可以降低滚动轴承内部的摩擦，减少磨损和发热量；轴承的摩擦发热使轴承升温，油润滑可以到起冷却作用，从而降低轴承的工作温度，延长使用寿命；良好的润滑状态，可在滚动体与滚道间形成一层使两者隔开的油膜，可以使接触压力减小；轴承零件表面覆盖一层润滑剂，可以防止表面氧化生锈。(2)润滑方式的选择轴承常用的润滑方式有油润滑和脂润滑两类。选哪一类润滑方式，这与轴承的速度有关。对于滚动和圆柱滚子轴承，一般来说，内径在50mm以下的，当值小于300000时采用润滑脂，值大于300000时采用润滑油；对于圆锥和滚子轴承，一般来说，内径在50mm以上的，当值小于150000/(d/50）1/2时采用润滑脂，大于150000/(d/50）1/2值时采用润滑油。本次设计选择润滑方式时，查阅各类润滑方式的值界限表并参考上述经验可知选用润滑脂作为润滑介质较合理。(3)密封作用：阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承，防止润滑剂流失。轴承采用润滑脂润滑,既要防止齿轮油的进入对它的冲刷,又要防止外界灰尘等介质的进入。防油采用钢制挡油环和毡圈油封，防尘采用轴承端盖。3.4 键的选用与校核键联接是一种应用很广泛的可拆联接。主要用于轴与轴上零件（如齿轮、带轮、蜗轮、凸轮等）的周向相对固定，以传递运动或转矩。键轴的加工，轴上往往有单键或花键。单件小批量时常在卧式铣床上用分度头分度以圆盘铣刀铣削。大批大量时广泛采用花键滚刀在专用花键轴铣床上加工。3.4.1 键的选择普通平键联接是平键中最主要的形式。平键是标准零件，在设计平键联接时，应先根据其联接特点确定键的类型，然后再根据轴颈的大小查表选取键的尺寸。键长应根据轮毂的宽度选取，其长度应略短于轮毂宽度尺寸，并符合键的长度系列。平键联接具有结构简单、装拆方便、对中性较好得到广泛应用。本次设计的主轴箱中的键联接不承受轴向力，即键不起轴向固定的作用，因此优先选择普通平键。本次设计根据轮毂的长度和查手册(GB/T10962003)选普通平键为。3.4.2校核键联接的强度键、轴和轮毂的材料都是钢，查表得许用挤压应力，取。需传递的扭矩键的工作长度，键与轮毂槽的接触高度，由公式可得故键的选择合适。3.5进给装置滚珠丝杆传动设计及校核计算3.5.1螺旋副的主要几何参数的计算 螺母的轴向位移： 式中：令该螺纹为单线螺纹。则x1设计丝杠带动横梁的移动距离为1500mm，又要留下一定的余量，可令螺纹长度L1800mm。另可设计使螺母移动时，螺杆转动150圈，即 由此可知，螺纹公称直径 根据查文献11取公称直径。接触角 钢球直径 mm螺纹滚道曲率半径 mm偏心距 mm螺纹升角 螺杆大径 螺杆小径 螺杆接触点直径 螺杆牙顶圆角半径螺母螺纹大径 螺母小径 3.5.2 静载荷计算 基本额定静载荷 其中： 为基本额定静载荷特性值，MPa; Z 每圈螺纹内滚动体的数量； 螺母的总工作圈数 ； 接触点处钢球和滚道表面的主曲率，1/m。代入所得数据得： 静载荷条件 其中： 为载荷系数, 查文献5可得； 为硬度影响系数, 查文献5可得; F 为轴向所受载荷，F=100000N。 代入上式可得： 由数据可知满足静载荷条件，故合格。3.5.3 螺杆强度 螺杆的转矩 螺杆强度 由查文献5可知,所以满足螺杆强度的当量应力条件，故合格。3.5.4 寿命计算 基本额定动载荷 其中： 额定动载荷特性值； 工作行程系数； 螺母滚道适应度； 螺杆滚道的适应度； 螺母滚道曲率半径mm； 螺杆滚道曲率半径mm; 有效工作行程mm； 导程，mm。代入上式数据可得 寿命条件 其中： 载荷系数；查文献5可得； 硬度影响系数查文献5可得 短行程系数查文献5可得 精度系数查文献5可得 可靠性系数查文献5可得 寿命系数, ,可得； 转速系数，=1.14;代入数值可得： 满足寿命条件，故合格。河南理工大学2012届毕业设计说明书（论文）第四章 镗削动力头系统箱体的设计4.1 概述箱体起着支撑轴系，保证传动件和轴系正常工作的重要作用，它将轴、套、穿动轮等许多零件组合成一体，同时确定了个零件间的互相位置、尺寸及相对运动关系。因此，要考虑到工作要求、材料、强度、磨损、加工、装拆、调整、润滑、维护及经济性诸因素。箱体的结构一般比较复杂，可以分为剖分式、整体式两种，上面一些较高精度要求的支撑孔、孔系和平面，患有精度较低的紧固孔、放油等。箱体不仅加工表面多，而且加工难度较大。4.2 箱体材料的选择与主要的加工步骤材料为：HT250。因为加工过程中承受的力较大，故选择HT250，进行铸造加工，能够满足结构强度要求，且经济性好。加工方式如下：加工工艺路线：铸造毛坯时效油漆划线粗精加工基准面粗、精加工各平面粗、半精加工各主要加工孔精加工主要孔粗、精加工各次要孔加工各紧固孔、油孔等去毛刺清洗检验。箱体常用灰铸铁制造。灰铸铁具有良好的铸造性能和减振性能，易获得美观外形，适宜批量生产。单件生产时，也可用钢板焊接而成。对于重载或受冲击载荷的箱体也可采用铸钢。箱体可以做成卧式、倾斜式两种，常用的为卧式结构。本次设计的多轴头箱体可以做成沿轴心线所在水平面剖分成箱座和箱盖两部分，也可做成沿轴心线所在垂直面剖分成箱座和箱盖两部分。为了利于箱体的制造和便于轴组件零件的装拆，本次设计采用后者。箱体的结构设计主要是根据满足刚度条件来进行的。箱体的刚度包括三个方面的内容：箱体本身的刚度；箱体连接处的刚度；箱体的局部刚度。由于为多轴头箱体，其上的孔较多，故刚度条件是首要考虑的问题。箱体的具体结构见图纸，在图纸上凡进行机械加工的尺寸及外形尺寸都应标注完全，形位公差的基准要选择正确。4.3箱体附件的结构设计镗削动力头通用主轴箱与普通机床变速箱相比，一方面主轴少，齿轮啮合关系比较简单；另一方面主轴箱中各主轴和传东轴上的零件大多通用化，且排列是有规律的，一般采用简化的展开图并配合装配表来表达主轴箱的装配结构。（1）展开图主要表示各轴的装配关系，主轴，传动轴，齿轮，隔套，防油套，轴承等的形状和相对位置，图中各零件的轴向尺寸要按照比例画出。各轴径向可不按照传动关系和展开顺序画。图中必须注明齿轮排数，轴的编号，直径和规格。（2） 对于结构相同的主轴和传动轴，可以只画一根，在轴头上注明相同轴的轴号即可。对于轴向装配结构基本相同，只是齿轮大小及排列位置不同的两根轴，可以合画在一起。即轴心线两边各表示一根轴，可以提高组合机床设计速度。（3） 展开图上应完整标注主轴箱的厚度尺寸，主轴外伸部分长度及内外径箱体为多轴头箱体，除了必需的孔外，还要设计加油孔、窥油孔和放油孔；安装轴承端盖处应设计凸台，这样可减少加工难度；箱盖和箱座的联接为防止齿轮油的泄漏，应加一橡胶密封垫等。加油孔的尺寸应适中合理，上面加盖板用螺钉固定，中间加一石棉垫圈来保证密封性。放油螺塞的设计参考减速器的设计取，此处也要设计凸台，放油螺塞联接也要加橡胶密
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