轴挡专用机床毕业设计

1、编编 号号毕毕业业设设计计（论论文文）相相关关资资料料题目：题目： 轴挡生产工艺制订及专用机床轴挡生产工艺制订及专用机床设计（进给箱、走刀箱及尾架设计）设计（进给箱、走刀箱及尾架设计） 机械工程 学院 机械工程及自动化 专业学 号 学生姓名 指导教师 二一三年六月摘要摘摘 要要交通工具是现代人的生活中不可缺少的一个部分。随着时代的变化和科学技术的进步，我们周围的交通工具越来越多，给每一个人的生活都带来了极大的方便。陆地上的汽车，海洋里的轮船，天空中的飞机，大大缩短了人们交往的距离。汽车虽然是21世纪最重要的交通工具，但他有许多弊端。汽车尾气污染是由汽车排放的废气造成的环境污染。可以说，汽车是一

2、个流动的污染源。在世界各国，汽车污染早已不是新话题。20世纪40年代以来，光化学污染事件在美国洛杉矶、日本东京等城市多次发生，造成不少人员伤亡和巨大的经济损失！进入21世纪，汽车污染日益成为全球性问题。随着汽车数量越来越多、使用范围越来越广，它对世界环境的负面效应也越来越大，尤其是危害城市环境，引发呼吸系统疾病，造成地表空气臭氧含量过高，加重城市热岛效应，使城市环境转向恶化。有关专家统计，到21世纪初，汽车排放的尾气占了大气污染的3060%。随着机动车的增加，尾气污染有愈演愈烈之势，由局部性转变成连续性和累积性，而各国城市市民则成为汽车尾气污染的直接受害者。电动车是目前世界上唯一能达到零排放的

3、机动车。应环保的要求，加之新材料和新技术的发展，电动车进入了快速发展期。而轴挡是电动车的易耗件。自行车的前后轴挡是自行车转动部位要求最高的零件。轴挡的需求量大、品种多、精度技术要求高，适合于大批量生产，才能满足市场需求。以往轴挡制造没有一个专用的机床，生产效率底下，无法满足现今的市场需求。由于专用机床是一种“量体裁衣”产品，具有高效自动化的优点，是大批量生产企业的理想装备，所以设计一台制造轴挡的专用机床，提高轴挡的生产效率，显得尤为重要。关键词：关键词：电动车；专用机床；轴挡AbstractIABSTRACTTransportation is the life of modern people

4、 an indispensable part in. With the changes of the times and the progress of science and technology, more and more traffic tools around us, to everyones life has brought great convenience. Land-based vehicles, ocean shipping, the aircraft in the sky, greatly shortened the distance between people.Alt

5、hough the car is the most important means of transportation in twenty-first Century, but he has many shortcomings. Auto tail gas pollution from vehicle emissions caused by environmental pollution. Can say, the car is a mobile source of pollution. In the world, the automobile pollution is a new topic

6、. Since the nineteen forties, photochemical pollution event in the United States of Losangeles, Tokyo and other city occurred repeatedly, causing many casualties and huge economic losses! Enter the twenty-first Century, the automobile pollution has become a global issue. As the number of cars is inc

7、reasing, the use of more and more widely, it is on the world the negative effect of environment is also growing, especially the harm of city environment, cause respiratory system disease, causing surface air ozone content is too high, aggravate urban heat island effect, make the city environment to

8、worsen. Experts to statistics, by the early twenty-first Century, the exhaust gas accounted for30 60% of air pollution. With the increase of motor vehicles, exhaust gas pollution is becoming worse and worse, changing from a localized into continuous and cumulative, and the countries of the city has

9、become the direct victims of automobile exhaust pollution.Electric vehicle is currently the worlds only can achieve zero emission vehicles. Should the requirements of environmental protection, the addition of new material and new technology development, electric vehicles have entered a rapid develop

10、ment period. While the shaft gear is the easy consumption of electric vehicle. Bicycle bicycle parts of the rotating around the shaft block is demanding the highest parts. Shaft gear demand, variety, technical requirements of high accuracy, suitable for mass production, in order to meet the market d

11、emand.The shaft block manufacturing does not have a dedicated machine tools, production efficiency under, can not satisfy nowadays market demand. Due to special machine tools is a tailored products, with high efficiency and automation advantages, is the ideal equipment for large batch production ent

12、erprises, so the design of a special machine tool manufacturing axle bumper, improve the production efficiency of the shaft block, appear particularly important.Keywords: Electric vehicle; dedicated machine; axle gear目录目目 录录摘 要.IABSTRACT .II目 录.I第 1 章 绪论.11.1 课题来源.11.2 课题的意义.11.3 专用机床.11.3.1 发展特点.11

13、.3.2 国内研究概况和发展水平.11.4 研究内容 .21.5 应用前景.2第 2 章 零件的工艺分析与加工.32.1 课题分析 .32.1.1 机床工艺分析 .32.1.2 零件的工艺分析.32.1.3 专用机床的主要技术参数.42.2 研究方法.52.3 技术路线及方案.52.4 可行性分析.5第 3 章 进给系统设计.73.1 进给系统分析.73.2 进给系统设计.73.2.1 进给传动链设计 .73.2.2 进给变速箱的传动系统.93.2.3 溜板箱的传动系统.11第四章 轴与轴上零件.134.1 轴的的结构分析.134.2 进给箱轴及部件结构设计.144.2.1轴及其零部件设计.1

14、44.2.2轴及其零部件设计.154.2.3轴及其零部件设计.164.2.4 进给箱其他轴及零部件设计.16目录i4.3 溜板箱轴及其部件结构设计 .174.3.1 轴、及零部件设计 .174.4 齿轮的设计 .184.4.1 齿轮齿轮的失效形式及设计准则.184.4.2 齿轮的材料 .184.4.3 齿轮校核 .194.5 轴承的选用及其润滑和密封方式 .214.5.1 滚动轴承.214.5.2 滚动轴承的定位 .224.5.3 滚动轴承的润滑与密封 .24第 5 章 箱体的结构设计.255.1 箱体材料及热处理.255.2 箱体结构.255.2.1 箱体结构的设计要点 .255.2.2 箱

15、体铸造工艺性要求 .25第 6 章 润滑与密封.276.1 润滑方式 .276.2 润滑油种类与选择 .27第 7 章 结论与展望.297.1 结论 .297.2 不足之处及展望 .29致谢：.30参考文献：.31江南大学学士论文0第第1 1章章 绪论绪论1.1 课题来源课题来源新建一个轴挡制造厂，年产 50 万套轴挡。我国是自行车、电动车的生产、使用大国。轴挡是自行车、电动车的易耗件。轴挡的需求量大、品种多、精度技术要求高，适合于大批量生产，才能满足市场需求。根据设计、工艺、机床知识，设计满足要求的专用机床中的进给箱、走刀箱及尾架。1.2 课题的意义课题的意义我国的石油资源比较贫乏，燃油与尾

16、气的排放污染又是未来大中城市大气污染的主要污染源。为此，我国发展电动车辆无疑是未来发展的必然趋势，也是符合绿色环保革命的需求，因为电动车辆环保、低能耗，它是绿色环保、净化空气污染的最好交通产物，如何给广大人民群众提供一个良好的生态环境，使其身心健康、拥有美好的居住环境，电动车产业的发展正是适应了这种趋势，更是一种社会可持续发展的工具。 电动车作为绿色交通工具，将在 21 世纪给人类社会带来巨大的变化。顺应当前国际科技发展的大趋势，将电动车作为中国进入 21 世纪汽车工业的切入点，不仅是实现中国汽车工业技术跨越式发展的战略抉择，同时也是实现中国汽车工业可持续发展的重要选择。二十一世纪的发展，可谓

17、是“呼唤绿色环保”的时代，不但要求人们注重节约能源，更重要的是要求人们更加注重居住环境和绿色环保，以实现社会的可持续发展。电动车是目前世界上唯一能达到零排放的机动车。由于环保的要求，加之新材料和新技术的发展，电动车进入了快速发展期。无论从环保角度还是能源角度看,未来电动车都需要有一个大的发展.其开发将关系到众多工业的兴衰,可能成为未来新的经济增长点.在我国,电动车更有着独特的市场,大都市都普遍存在着十分严重的交通问题和汽车尾气排放污染问题. 虽然我国的私家车越来越多了，但自行车在生活中依然随处可见，前后轴挡是部位精度要求最高的零件。电动车动力是由绿色能源电能来提供的，可以实现零排放，在可持续发

18、展观下，电动车会迎来快速发展期，而轴挡是电动车易耗件，需定期更换。轴挡的需求量大、品种多、精度技术要求高，适合于大批量生产，才能满足市场需求。由于轴挡适合大批量生产，所以需要设计其专用机床，提高生产效率，专用机床具有高效自动化的优点。1.3 专用机床专用机床1.3.1 发展特点发展特点专用机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式,生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化,可根据需要灵活配置,能缩短设计和制造周期。因此专用机床兼有低成本和高效率的优点,在大批、大量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。专用机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。1.

19、3.2 国内研究概况和发展水平国内研究概况和发展水平我国虽然是制造大国，但是缺少创新。机床是工业生产的重要装备，而我国机床设轴挡生产工艺制定及专用机床设计1计存在着一系列的问题：技术创新环境不完善，企业创新动力更多来自经济利益和国外市场的压力，未建立良好的创新体制；国内技术创新水平低，学习吸收能力不足，过多依赖国外技术；产品生产质量亟待提高。现今，轴挡的生产工艺有如下一系列方法： 1.切削加工。这是最普通的加工方法。但生产效率低、成本高,而且制件质量差。故巳很少采用。 2.在压力机上分序加工。采用这种方法制件质量有所提高,但需要多台设备同时加工。由于占地面积大、使用人力多,也很少采用。 3.材

20、料在专机上切断,打成球形后,经退火、磷、皂化处理,最后在压力机或自动冷徽机上整形、挤压、冲孔后成形。这种工艺使制件质量大大提高,但工艺过程复杂夕也需多台设备。为满足现今的市场需求，机床设计需要以高速，高精度化，环保化的角度展开。1.4 研究内容研究内容1、根据相应的不同型号的轴挡分析其制造工艺。2、应用绘图软件绘制部件装配图和有关零件图。3、参考其他图纸绘制专用机床总装图一份4、参考相关文献撰写设计说明书一份，说明专用机床中的设计部分。1.5 应用前景应用前景由于其零排放、易保养维修、价格低廉、易停放等优点，电动车逐渐成为短途活动的首选交通工具。电动车在中国更是有着得天独厚的发展条件和广阔的应

21、用前景。其中，最为重要的一个因素便是市场，中国是个人口大国，其有着世界上最大的客运交通市场，电动车作为新型交通工具，在不久的将来一定会获得更多人的青睐。城市化和工业化的发展带来了一系列的环境污染以及交通问题，环保意识也开始深入人们的生活中，电动车是世界上唯一实现零排放的交通工具，这也将意味着其在不久的将来会得到巨大的发展，同时电动车产业的发展也和众多工艺的兴衰息息相关，带来新的经济增长点。纵观下来，轴挡是电动车的易耗件，由于电动车的发展前景，轴挡的需求量也会随之增加，设计其专用机床，并投入生产，提高生产效率，可以更好的满足市场需求江南大学学士论文0第第2 2章章 零件的工艺分析与加工零件的工艺

22、分析与加工2.1 课题分析课题分析2.1.1 机床工艺分析机床工艺分析专用机床的工艺分析，借助于方案的利弊加以确定，即根据特定工件的加工要求，提出若干个方案，进行对比分析，权衡利弊，选择其中较为经济合理的一个。 (a) (b) （c）图 2-1 加工轴挡机床的工艺方案方案一如图 2-1(a)所示，采用的是组合机床来加工轴挡， 此方案的有点是采用了通用部件，缺点是加工的零件很小，但机床的台数多，占地面积大，操作人数多。方案二如图 2-1(b)所示，采用的是一台专用机床来加工轴挡，从进料到割断都在一台机床上完成，割断后工序在另外一台机床上完成。此方案的优点是操作方便，工序集中。缺点是工件在成型过程

23、中要多次装夹，影响加工的精度。方案三如图 2-1(c)所示，采用的是加工中心加工轴挡。加工的成本太高。分析和比较两个方案，决定选用第二个方案。由于加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的 80%左右；同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。但是加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。且成本高综合比较三个方案，决定选择第二个加工轴挡的方案。2.1.2 零件的工艺分析零件的工艺分析图 2-2 轴挡的零件图根据轴挡的加工的精度要求、特点和专用机床方案的选定

24、，查阅金属切削用量手轴挡生产工艺制定及专用机床设计1册 ，安排轴挡加工的工序，并确定各工序的切削用量以及刀具。 表 2-1 轴挡加工工序、切削用量与刀具工序刀具进给量mm/r主轴转速r/min1.车右端面高速钢车刀0.246502.钻孔高速钢钻头0.206363.车大圆弧槽高速钢车刀0.246504.车小圆弧槽与倒角高速钢车刀0.246505.割断高速钢割刀0.086506.扩孔高速钢车刀0.246507.攻螺纹丝锥1008.精车大圆弧槽高速钢车刀0.1610009.挤压100010.换面车端面与倒角高速钢车刀0.2465011.铣两个小平面高速钢面铣刀0.24727根据以上的切削参数，确定三

25、种不同的进给量：0.08、0.16、0.24。mm/r根据以上的切削参数，确定三种不同的主轴转速：100 左右，600700，1000 左右根据轴挡工艺方案的分析，设计的专用机床要实现车、铣、钻孔、攻螺纹等工序。2.1.3 专用机床的主要技术参数专用机床的主要技术参数 表 2-2 轴挡制造专用机床主要技术参数名称技术参数最大通过直径/mm20孔锥度莫氏 5 号转速级数3主轴转速/(r/min)122,680,91522纵向级数3纵向数值/(mm/r)0.08,0.16,0.24横向级数3进给量横向数值/(mm/r)0.08,0.16,0.24滑板行程横向行程/mm260纵向行程/mm190最大

26、回转角0180刀杆支承面至中心高距离/mm30刀架刀杆截面/(mmxmm)2525顶尖套最大移动量/mm100横向最大移动量/mm10尾座顶尖套锥度莫氏 5 号江南大学学士论文2电动机功率/kw1.5进给系统进给量 纵向：0.08,0.16,0.24 横向：0.08,0.16,0.24 （单位：mm/r）尾架 横向最大移动量：10mm 顶尖套锥度： 莫氏 5 号2.2 研究方法研究方法（1）了解轴挡的结构、功能以及相关特点，运用机械制造及有关课程（机械设计、金属切削原理与刀具、机械加工工艺等）的知识，结合生产实习、毕业实习中的学到的实践知识，独立分析和解决加工工艺，编写该轴挡零件的工艺规程。（

27、2）运用有关手册、规范、图表等技术资料，结合生产实践知识，采用数字化设计制造技术，设计相关专用机床。2.3 技术路线及方案技术路线及方案考虑轴挡生产的专用机床的特殊性，在设计过程中可以按照以下方面来进行：（1）对进给箱、走刀箱及尾架等重要零部件进行设计，包括具体尺寸和材料选择等；（2）对连接件和定位件，尽量采用标准件，对于一些非标准件可进行特殊设计；（3）机床执行部分总体布局，执行过程中满足相应的运动速度；（4）对传动结构，进行优化设计和组合。2.4 可行性分析可行性分析此次专用机床设计，采用了现今比较先进的数字化设计制造技术，可以产品建模、优化设计以及产品数据管理，将设计和工艺结合起来，有效

28、降低设计过程中的不合理因素，数字化设计制造技术已经成为现代产品研制的基本手段，并且日益成熟，所以该方案是可行的。轴挡生产工艺制定及专用机床设计3江南大学学士论文4江南大学学士论文0第第3 3章章 进给系统设计进给系统设计3.1 进给系统分析进给系统分析普通车床进给箱是改变进给量用的，依靠箱内的滑移齿轮机构或者塔伦机构来变换所需要的进给量。它的左端通过挂轮架与床头箱的轴相连，右端通过联轴节与光杆和丝杆相连，操纵时只要搬动进给箱外面的手柄到相应位置，就可以把主轴的旋转运动经过挂轮架，进给箱传到丝杆或光杆。在设计过程需要解决的主要问题：1.普通车床进给箱其动力传动系统多采用齿轮传动。齿轮传动具有工作

29、可靠，使用寿命长，瞬时传动比为常数，传动效率高，结构紧凑，功率和速度使用范围广等特点，在各种机械设计中应用广泛。传统的齿轮传动设计以安全系数或许用应力为基础，由于安全系数的确定，缺乏定量的数学基础，许用应力常根据材料性能、热处理工艺、工作环境等诸多因素来确定，具有不确定性，而且齿轮的模数和齿数等都有一定的标准。但其参数的选用可根据实际传动的要求进行，使齿轮传动2.在满足基本要求的前提下体积最小、重量最轻、结构最紧凑。齿轮在工作过程中，由于轮齿受到外力的作用，会产生相应的应力，出现疲劳、磨损以及断裂。要求齿轮必须有较高的硬度及好的耐磨性，齿面具有高的疲劳强度，齿轮心部要有足够的强度和韧度即要求齿

30、轮必须有较好的综合力学性能。车床噪声主要是齿轮噪声。它来自车床主传动和进给传动系统(床头箱、进给箱和 溜板箱， 即“三箱 )。而要使车床噪声达到国家标准要求， 就应对产生主要噪声源的齿轮进行剖析研究。3.进给轴单元是普通车床的关键部件之一，其静态特性(包括静强度和静刚度等)和动态特性(振动响应特性和热稳定性等)优劣都将直接影响到整台车床的使用性能。因此，在设计阶段需对其静态以及动态特性进行合理而准确的分析，以提高设计效率，减少试验成本，进而提高进给轴的使用性能。4.进给箱的传动系统在车床传动系统中起着重要作用，对进给传动系统进行优化设计，使传动路线缩短，传动元件减少提高传动精度和被加工螺纹精度

31、。5.材料的使用性能应满足零件的使用 要求。使用性能是指零件在正常使用状态下，材料应具备的性能包括力学性能、物理性能和化学性能。使用性能是保证零件工作安全可靠、经久耐用的必要条件。选材时，要根据零件的工作条件和失效形式，正确地判断所要求的主要性能同时还要考虑经济性。本设计进给箱能实现纵向运动和横向运动两种运动，通过进给箱内的变速机构实现3 级变速，得到加工所需的进给量。因为零件的工序没有车螺纹，所以设计专用机床进给运动由光杆带动（无丝杆） 。3.2 进给系统设计进给系统设计3.2.1 进给传动链设计进给传动链设计进给运动链使刀架实现纵向或横向的进给运动及变速换向。专用机床进给运动传动链如下：轴

32、挡生产工艺制定及专用机床设计1挂轮 （光421001001002536543040446123285628562856 22272722杆） ( (换向换向) ) 27271338144040362727 ( (纵向纵向) ) 齿条（z=12 ; m=3）24502369 （横向）（横向） 横向丝杆（t=5）244040143215纵向进给量：1 4210010010025364044543061232856285628562727272713381436123 = 单位（mm/r）245023690.07980.15800.2328 0.080.0798100%0.25%0.080.160.

33、1580100%1.25%0.160.240.2328100%2.9%0.24纵向进给量在一定范围内满足要求。横向进给量：1 4210010010025364044543061232856285628562727272713381436江南大学学士论文25 = 单位（mm/r）2440401432150.08060.15960.2352 0.080.0806100%0.75%0.080.160.1596100%0.25%0.160.240.2352100%2%0.24横向进给量在一定范围内满足要求3.2.2 进给变速箱的传动系统进给变速箱的传动系统普通机床的进给变速箱左面有挂轮架（即挂轮箱）

34、，上面有挂轮，进给变速箱的运动是由挂轮传来的。普通车床的挂轮箱主要用于扩大走刀箱所需的变速范围以及车削各种不同的螺纹，因为该零件的工序里没有车削螺纹，所以设计专用机床时不需要配置交换齿轮，只需采用公制的即可，车削圆柱面和端面。挂轮架安装位置关系如图 3-1。 图 3-1 挂轮架与主轴旋转具有比例速率，将刀具沿主轴中心做平行移动，或与主轴中心作直角移动的运动称为自动进给，前者称为纵向进给，后者称为横向进给。进给经过主轴挂轮架进给箱进给轴（光杆）护床，将跨搭于床身的溜板作纵向进给，又将溜板上的横进滑台作横向进给。进给变速箱的传动系统如图 3-3，主轴经三星齿轮变向机构（可控制进给运动的方向）将旋转

35、运动传递到挂轮架，再由挂轮架传递到轴，传入进给变速箱。轴与光杆通过一个联轴套（含有两个销，防止过载）连接，将进给变速箱的运动传至溜板箱，实现刀具的横向或纵向的机动进给运动。由零件的工艺分析决定进给系统需提供三种进给量：轴挡生产工艺制定及专用机床设计3纵向：0.08,0.16,0.25 横向：0.08,0.16,0.25 （单位：mm/r） 。轴与轴之间由一组三联滑移齿轮传递运动，从而使进给系统获得三种进给量。滑移齿轮组成的变速机构相对来说结构简单，实现变速容易，操纵机构也简单，可采用齿轮齿条机构或者拨叉手柄机构。变速机构除由滑移齿轮组成之外，还有摆移齿轮变速机构、曲回机构（也称为“梅安特机构”

36、 ）和拉键机构等。三星齿轮变向机构是由四个齿轮组成的，如图 3-2。齿轮和齿轮是装在固定1Z4Z中心的轴上，可以随轴一起自由转动。齿轮和齿轮是活套在三角形杠杆架的轴上，2Z3Z杠杆通过手柄搬动可绕齿轮轴心转动。如图 3-2 所示位置，齿轮通过齿轮带动齿4Z1Z3Z轮向一定方向旋转，若手柄向上搬动，这时齿轮和齿轮脱开与齿轮啮合，这样4Z1Z3Z2Z齿轮通过齿轮和齿轮带动齿轮旋转，由于多了一个中间齿轮（中间齿轮只是起1Z2Z3Z4Z连接作用和改变方向作用，对速比大小改变无关） ，齿轮的旋转方向就能改变了。4Z如果要使齿轮不转，可以把手柄放在中间位置，齿轮和齿轮都不和齿轮啮4Z2Z3Z1Z合，因而齿

37、轮的运动就无法向下传递，即不产生系统进给运动。齿轮是装在主轴的1Z1Z左侧，而齿轮是装在挂轮轴的右侧。 （=，则三星换向机构传动比为 1，将主轴转4Z1Z4Z速按照速比 1:1 传递到挂轮箱，然后再传给进给箱，最后穿给溜板箱，实现刀具的横向、纵向进给运动。 ）变向机构除了三星齿轮变向机构外，还有滑移齿轮组成的变向机构（溜板箱中用到此机构） ，圆锥齿轮组成的变向机构等。图 3-2 三星齿轮变向机构江南大学学士论文4图 3-3 进给变速箱3.2.3 溜板箱的传动系统溜板箱的传动系统从走刀箱（即进给箱）传给光杆的旋转运动，要由溜板箱来形成刀具的直线运动。溜板箱机构还要完成自动纵进刀或自动横进刀，以及

38、大溜板的正反向走刀运动。图 3-4 是溜板箱的传动系统。在光杆上有一个装有滑动键上跟溜板箱一起移动的齿轮Z=27。这根键沿着光杆的键槽滑动。这样溜板箱所有往后的传动链都经常和光杆连接着。当光杆转动后，Z=27 齿轮带动 Z=22 和 Z=27 的双联齿轮旋转，经过中间 Z=27 齿轮，传给双联齿轮 Z=22，带动了轴，使锥齿轮 Z=13 旋转。如果双联齿轮上的 Z=27 向右移动，直接和齿轮 Z=27 啮合，那么锥齿轮 Z=13 就要向相反的方向旋转，这是因为双联齿轮（滑移齿轮）上的 Z=22 齿轮没有与 Z=27 齿轮啮合。这就是大溜板上纵、横走刀的换向机构。锥齿轮 Z=13 带动装在轴上的

39、大端锥齿轮 Z=38，这一对锥齿轮是轴的旋转方向改变了。轴上装有可以沿轴的花键部分移动（可由箱外手柄控制）的齿轮 Z=24，使90它跟齿轮 Z=50 啮合。齿轮 Z=23 也旋转，由齿轮 Z=23 带动装在轴上的齿轮 Z=69 和Z=12。齿轮 Z=12 沿着固定在床身上的齿条滚动，这样就使大溜板作自动纵向进给运动了。也可以用手转动手轮，经过 Z=15 齿轮和 Z=69 齿轮带动 Z=12 的齿轮转动，从而使大溜板纵向移动。如果把轴上 Z=24 的齿轮与轴上 Z=40 的齿轮啮合，Z=14 齿轮带动 Z=32 齿轮一起转动，那么 Z=32 的齿轮和横向丝杠就转动作自动横向进给。如果用手转动横溜

40、板箱的手轮，那么可以手动作横向进给。轴挡生产工艺制定及专用机床设计5光杆齿条Z=12m=3Z=50m=2Z=24m=2Z=23m=2Z=38m=2Z=69m=2Z=15m=2Z=13m=2Z=14m=2Z=40m=2Z=14m=2Z=15m=2Z=40m=2Z=36m=2Z=32m=2t=5 左Z=27m=1.5Z=27m=1.5Z=22m=1.5Z=27m=1.5Z=22m=1.5Z=27m=1.5 图 3-4 溜板箱江南大学学士论文0第四章第四章 轴与轴上零件轴与轴上零件4.1 轴的的结构分析轴的的结构分析轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：轴在车床

41、中的安装位置与形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向以及分布情况；轴的加工工艺等。总而言之，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件都要有准确的工作位置；轴上的零件应该便于装拆和调整；轴应该具有良好的工艺性等。当要求轴上零件与轴之间不可发生沿圆周方向的相对转动时，要对轴上零件进行周向定位；当要求轴上零件与轴之间不可发生沿轴线方向的相对移动时，要对轴上零件进行轴向定位。轴的外形结构（轴向和径向尺寸）设计：1. 估算或类比各轴段所需的直径与轴上应力的大小有关。在开始作轴的结构设计时，还不知道支反力的作用点，不能决定轴上象弯矩这样的载荷的大小与分布情况，因而还不

42、能按轴所受的全部载荷及其引起的应力来确定轴的直径。但在进行轴的结构设计前，通常已能求得轴所受的扭矩。因此，可按轴所受的扭矩初步估算轴所需的最小直径 dmin，然后再按轴上零件的装配方案和定位要求，从 dmin 处起逐一确定各段轴的直径。在实际设计中，轴的直径亦可凭设计者的经验取定，或参考同类机械用类比的方法确定，此外，也可采用经验公式来估算轴的直径。2. 圆整 直径的值要进行圆整。有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。安装标准件(如滚动轴承、联轴器、密封圈等)部位的轴径，应取为相应的标准值及所选配合的公差。 3. 便于零件轴向装配为了使齿轮、轴承等有配合要求的零件装拆方便，并减少配合表面的擦伤

43、，在配合轴段前应采用较小的直径。为了使与轴作过盈配合的零件易于装配，相配轴段的压入端应制出锥度（倒角） ；或在同一轴段的两个部位上采用不同的尺寸公差。4. 轴长度的确定确定各轴段长度时，应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。为了保证轴向定位可靠，与齿轮和联轴器等零件相配合部分的轴段长度一般应比轮毂长度短 23mm。 5. 轴的结构工艺性轴的结构工艺性是指轴的结构形式应便于加工和装配轴上零件，并且生产率高，成本低。一般地说,轴的结构越简单,工艺性越好。因此,在满足使用要求的前提下,轴的结构形式应

44、尽量简化。为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出 45的倒角；需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽；需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。它们的尺寸可参看标准或手册为了减少装夹工件的时间，在同一轴上，不同轴段的键槽应布置（或投影）轴挡生产工艺制定及专用机床设计1在轴的同一母线上。为了减少加工刀具种类和提高劳动生产率，轴上直径相近的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同的尺寸。4.2 进给箱轴及部件结构设计进给箱轴及部件结构设计4.2.1 轴及其零部件设计轴及其零部件设计I 轴的材料选用 45#钢，调质，硬度 217-255HBS，按扭矩初算直径 d，公式：，式中 A 仅

45、决定于材料许用剪应力的系数，由设计手册取 A=110，n 为输入轴3PdAn的转速，P 为输入轴的功率。V 带传动效率；圆柱齿轮传动效率（8 级精度，稀1=0.96油润滑）；圆锥齿轮传动效率（8 级精度，稀油润滑）；球轴承传动效率2=0.973=0.97；滚子轴承传动效率4=0.995=0.98代入数据可得计算如下：3341.5 0.96 0.970.9911016.3342918100PdAmmn其上应开有两个键槽，应适当增大直径，增大 10%，则，取16.33 1.117.96dmmd=20mm。图 4-1 轴部件图 从左到右依次为 1，2，3，4，5，6,段第 1 段是螺纹轴安装圆螺母，

46、用于齿轮的轴向定位。11d24,14mm Lmm第 2 段安放齿轮，同时装有半圆键，用来齿轮的径向定位。22d24,14mm Lmm第 3 段轴的左侧轴肩对齿轮进行轴向定位，右侧装有圆锥滚子轴承。33d28,21mm Lmm第 4 段轴肩，用于圆锥滚子轴承内圈的轴向定位。44d32,3mm Lmm江南大学学士论文2第 5 段安放齿轮，齿轮上有一个螺钉，对齿轮进行轴向定位，其中有一个键槽，用于安装普通平键，对齿轮进行径向定位。55d28,120mm Lmm第 6 段安装圆锥滚子轴承。66d20,16mm Lmm4.2.2 轴轴及其零部件设计及其零部件设计轴的材料选用 45#钢，调质，硬度 217

47、-255HBS，按扭矩初算直径 d，公式：，式中 A 仅决定于材料许用剪应力的系数，由设计手册取 A=110，n 为输入轴3PdAn的转速，P 为输入轴的功率。代入数据可得计算如下：3341.5 0.96 0.970.99 0.9711018.26422591810036PdAmmn其上应开有键槽，应适当增大直径，增大 5%，则，取18.26 1.0519.17dmmd=22mm图 4-2 轴部件图从左到右依次为 1，2，3，4，5，6,段第 1 段安放圆锥滚子轴承，轴承的内圈为动圈，轴转动，内圈一起转动，所以要求轴承内圈和轴直径配合采用过度配合，轴的公差为 H7，11d22,10mm Lmm

48、第 2 段轴左侧对圆锥滚子轴承的内圈进行轴向定位，有一处轴槽用于安放弹性挡圈对齿轮进行轴向定位，同时装有一普通平键对齿轮进行径向定位，传递扭矩。轴转动，通过平键带动齿轮转动，齿轮和轴采用间隙配合，公差为 H7。 22d25,59mm Lmm第 3 段轴肩对双列深沟球轴承的内圈进行轴向定位，该双列深沟球轴轴承只是起到辅助轴承的作用33d29,3mm Lmm第 4 段安放双列深沟球轴承，仅起辅助支撑作用。44d25,23mm Lmm第 5 段花键轴安放套筒和齿轮，花键对三联齿轮进行径向定位，传递扭矩，左侧的套筒一是对三联齿轮进行轴向定位，二是对双列深沟球轴承的内圈进行轴向定位。右侧轴挡生产工艺制定

49、及专用机床设计3的套筒的作用也是如此。55d25,121mm Lmm第 6 段安放圆锥滚子轴承。66d22,9mm Lmm4.2.3 轴及其零部件设计轴及其零部件设计轴的材料选用 45#钢，调质，硬度 217-255HBS，按扭矩初算直径 d，公式：，式中 A 仅决定于材料许用剪应力的系数，由设计手册取 A=110，n 为输入轴3PdAn的转速，P 为输入轴的功率。代入数据可得计算如下： 3341.5 0.96 0.970.99 0.97 0.98 0.9711018.534225409181003644PdAmmn其上应开有键槽，应适当增大直径，增大 5%，则，取18.53 1.0519.4

50、6dmmd=20mm图 4-3 轴部件图从左到右依次为 1，2，3，4 段第 1 段安放圆锥滚子轴承，轴承内圈为静圈，和轴之间配合为过渡配合，轴的公差为 H7。轴承内圈是由第 2 段花键部分的左侧对其进行轴向定位。11d20,14mm Lmm第 2 段是轴花键部分，安放三联齿轮。此段花键起的作用，一是带动齿轮旋转，传递扭矩，二是三联齿轮在花键轴上滑移，与轴上的三联齿轮对应啮合，是进给系统获得三种进给量。22d22,110mm Lmm第 3 段轴的左侧安放深沟球轴承，此轴承起到辅助轴承的作用，因此不用对内外圈进行轴向定位，该轴承内圈和轴之间配合为过渡配合，轴的公差为 H7。齿轮的两侧有两处轴槽，

51、用于安装弹性挡圈，对轴上的齿轮进行轴向定位，齿轮处安装一个普通平键键，传递扭矩，带动齿轮转动。该处齿轮还装有一个螺钉.，也是对其进行轴向定位和径向定位。33d22,151mm Lmm第 4 段安放了轴套和圆锥滚子轴承。44d22,23mm Lmm4.2.4 进给箱其他轴及零部件设计进给箱其他轴及零部件设计图 4-4 (a）为轴部件图， （b）为轴部件图， （c）为轴部件图。轴、都采用 45#钢，调质，硬度 217-255HBS。其初算直径的计算方法和轴、的方法一江南大学学士论文4样，都是按照扭矩估算。在此不一一计算了。图（a）中齿轮的两侧都采用弹性挡圈对其进行轴向定位，图（b）(c)中的齿轮轴

52、向定位也是如此。图（a） （b）中采用花键，传递扭矩，带动齿轮旋转。图（c）中轴的右侧通过一个轴套和光杆相连，之间是有两个销固定，使套筒起到联轴器的作用，传递旋转运动。（a） (b)(c)图 4-4 进给箱其他轴的部件图4.3 溜板箱轴及其部件结构设计溜板箱轴及其部件结构设计4.3.1 轴轴、及零部件设计及零部件设计图 4-5 为溜板箱控制横、纵进给方向的换向机构，图(a)中从上往下的轴分别为轴轴、，图（b）为齿轮 Z=27 及其他零件的放大图。轴 上的双联齿轮靠箱体外的手柄控制，在花键轴上滑移，如何实现横、纵换向，在前面 3.2.3 节溜板箱的传动系统中已经有所阐述。轴、都采用 45#钢，调

53、质，硬度 217-255HBS。其轴径估算方法可以参照进给箱轴的计算方法。图（a）中是溜板箱中横纵向换向机构的装配关系。轴有花键部分，双联齿轮滑移，存在轴向力，所以轴承采用圆锥滚子轴承。图（b）为光杆、齿轮以及其他零部件的具体安装关系。齿轮安装在光杆上，光杆与齿轮之间有一平键（带有销，可以使平键和齿轮一起移动） ，光杆转动，齿轮也跟着转动。齿轮的左侧有一个套筒，它和齿轮之间的配合为过渡配合，套筒的左侧有一个垫块和一个弹性挡圈，对套筒进行轴向定位，使它相对于齿轮不能向右移动。箱体上有一处装有螺钉，它的顶端正好可以插入轴套的凹槽内，轴套和箱体之间是间隙配合，所以轴套和轴挡生产工艺制定及专用机床设计

54、5齿轮可以一起转动，当溜板箱箱体作纵向移动，由于螺钉顶端和套筒之间存在力，所以齿轮可以和箱体同时移动，这样就可以保持进给系统的正常运动。（a） (b)图 4-5 溜板箱换向机构4.4 齿轮的设计齿轮的设计4.4.1 齿轮齿轮的失效形式及设计准则齿轮齿轮的失效形式及设计准则（一） 分析失效的目的是为了找出齿轮传动失效的原因，制定强度计算准则，或提出防止失效的措施，提高其承载能力和使用寿命。齿轮的失效形式主要发生在轮齿。主要的失效形式有：轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变形等。（二）设计准则设计的齿轮传动在具体的工作情况下，必须具备有足够的、相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致

55、失效。因此，针对上述各种工作情况及失效形式，都应该分别确立相应的设计准则。但是对于齿面磨损、塑性变形等，由于尚未建立起广为工程实际使用而且行之有效的计算方法和计算数据，所以目前设计一般使用的齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触强度两准则进行设计。4.4.2 齿轮的材料齿轮的材料由齿轮的失效形式可知，设计齿轮传动时，应使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合及抗塑性变形的能力，而齿根要有较高的抗折断能力。因此对齿轮材料性能的基本要求为齿面要硬、齿芯要韧。（一） 常用的齿轮材料1钢钢材的韧性好，耐冲击，还可以通过热处理或者化学热处理改善其力学性能及提高齿面的硬度，故最适用于制造齿轮

56、。钢又分为：锻钢和铸钢。锻钢：除尺寸过大或者结构复杂只宜铸造之外，一般都用铸钢制造齿轮，常用的是江南大学学士论文6含碳量在 0.150.6%的碳钢或合金钢。铸钢：铸钢的耐磨性及强度均较好，但应经退火及常化处理，必要时调质。铸钢常用于齿轮较大的齿轮。2铸铁灰铸铁性质较脆，抗冲击及耐磨性都较差，但抗胶合及抗点蚀的能力较好。灰铸铁常用于工作平稳，速度较低，功率不大的场合。3非金属材料对高速、轻载及精度要求不高的齿轮传动，为了降低噪声，常用非金属材料(如夹布塑料、尼龙等)做小齿轮，大齿轮仍用钢或铸铁制造。为使大齿轮具有足够的抗磨损及抗点蚀的能力，齿面的硬度应为 250350HBS。（二） 齿轮材料的选

57、用原则齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑的因素也很多。1齿轮材料必须满足工作条件的要求。例如，用于飞行器上的齿轮，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求，因此必须选择力学性能高的合金钢。总之，工作条件的要求是选择齿轮材料的首先应该考虑的因素。2应该应该考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成形方法及热处理和制造工艺。大尺寸齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁作为齿轮材料。中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢。尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢做毛坯。齿轮表面硬化的方法有：渗碳、氮化和表面淬火。采用渗碳工艺时，应选用低碳钢或低碳合金钢作齿轮材料；氮化钢和调质钢能采用氮化工艺；采用表面

58、淬火时，对材料没有什么特别的要求3正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮不能承受大的冲击载荷；调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。4合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。按照以上的选用原则，轴挡制造专用机床在中等冲击载荷条件下工作，所以进给箱和溜板箱内齿轮可以采用 45#钢，调质，表面淬火。调质后齿面的硬度一般为220280HBS,因硬度不高，轮齿精度加工可在热处理后进行。4.4.3 齿轮校核齿轮校核对轴上的齿轮 Z=28 进行校核， m=1.5；中心距=63 ；与之相啮合的大齿轮Z=56按照进给链算得： 1131.504 / mi

59、nnr265.762 / minnr(1) 计算载荷为了便于分析计算，通常取沿齿面接触线单位长度上所受的载荷进行计算。沿齿面接触线单位长度上的平均载荷 p（(单位为 N/m) （4- 1）pnFL式中：Fn 作用于齿面接触线上的法向载荷 N； L 沿齿面的接触线长轴挡生产工艺制定及专用机床设计7mm。图 4-6 齿轮所受载荷图示计算载荷： （4- 2）pncaKFKpL式中，K 为载荷系数；Fn、L 的意义和单位同前。 式中，为使用系数，为动载系数，为齿间载荷分AVKK K K KAKVKK配系数，为齿向载荷分布系数。K查询相关资料，=1.00 =1.23 AKVK1KKHF1.15351.0

60、95KKHF（2）许用应力许用应力按下式计算 （4- 3） limNKS式中， 试验齿轮的接触疲劳极限；lim 齿面接触疲劳强度最小安全系数。S1;1.35HFSS 寿命系数 NK小齿轮 Z=28 的材料选用 45#钢，经调质、表面淬火处理，齿面硬度 250HBS。大齿轮也选用 45#钢，调质、表面淬火，齿面硬度 220HBS。设齿轮的工作寿命为 4 年，由公式求得应力循环次数：7116060 131.504 1 4 365 89.2158 10hNn jL 7124.6079 10NNi查询机械设计 P206210 可得弯曲疲劳寿命系数：120.94;0.98NNKK接触疲劳寿命系数：121