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双轴卧式铣床及夹具设计,卧式,铣床,夹具,设计
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双轴卧式铣床及夹具设计双轴卧式铣床及夹具设计摘要摘要本设计为双轴卧式铣床及夹具设计。由于此设计需要根据工厂的具体情况（条件） ，自行设计，制造，能供本厂生产使用的简单的机床，所以本设计是按照工厂生产需要，进行有针对性的设计制造。在设计过程中发现，可以利用方案有很多种，但是大部分传动方案由于传动比和结构方面的原因不能使用，只有采用蜗杆圆锥齿轮减速器。传动比的分配本着机体结构简单、体积小、重量轻的原则来确定，传动零件的设计应尽量选用既能满足要求有是价格低廉的材料。根据卧式铣床的特点主要使用了两级传动装置，第一级使用了蜗杆减速器，第二级采用了圆锥齿轮减速器，并且这两级减速器分别独立，各为一体。主要是考虑其以后的改装方便和经济性易维护等方面，例如：蜗杆减速器为多用途设计，在本设计中为下置式，若需要上置式则能很快捷方便的进行改装。本设计的重点和难点部分为多功能蜗杆减速器的设计，它能改成蜗杆上置式工作，也能改成蜗杆下置式进行工作。可利用有限的物力和财力对机床做多功能的改造。关键词关键词 双轴卧式铣床 减速装置 传动 AbstractThis design for simple horizontal milling machine transmission device design. As a result of this design needs according to the factory special details (condition), independently to design, the manufacture, can supply this factory production use the simple engine bed, therefore this design defers to the plant production need, carries on has the pointed design manufacture.Discovered in the design process that, may have very many kinds using the plan, but majority of transmissions plan because the velocity ratio and the structure aspect reason cannot use, only then uses the worm bearing adjuster bevel gear reduction gear. The velocity ratio assignment in line with the body structure simple, the volume is small, the weight light principle determined that, the transmission components design should select as far as possible already can answer the purpose has is the price inexpensive material. Has mainly used two levels of transmission devices according to the horizontal milling machine characteristic, the first level has used the worm reducer, the second level has used the bevel gear reduction gear, and these two levels of reduction gears distinction is independent, each is a body. Mainly is considered its later the reequipment convenience and the efficiency will be easy to maintain and so on the aspect, for example: The worm reducer is the multipurpose design, in this design for down-alex, if needs on to set at the type then can very quick Czechoslovakia facilitate carries on the reequipment.This design key point and the difficulty partially for the multi-purpose worm reducer design, it can alter to on the worm bearing adjuster to set at the type work, also can alter to the worm bearing adjuster down-alex to carry on the work. May use the limited physical resource and the financial resource makes the multi-purpose transformation to the engine bed.Keyword: Simple engine-bed decelerating device transmission 目录目录双轴双轴卧式铣床传动装置设计卧式铣床传动装置设计.11 . 双轴双轴卧式铣床的传动装置的设计卧式铣床的传动装置的设计.51.11.1 前言前言.52 2传动装置设计传动装置设计.72.12.1 铣床的认识铣床的认识.72.22.2 铣床的传动方式铣床的传动方式.73.3.选择电动机选择电动机.93.13.1 原始参数原始参数.93.23.2 电动机的选择电动机的选择.94.4.传动方案的选择：传动方案的选择：.104.14.1 计算总传动比计算总传动比.104.24.2 选择传动形式选择传动形式.104.34.3 传动方案的选择传动方案的选择.114.3.14.3.1 方案一：方案一：.114.3.24.3.2 方案二：方案二：.124.3.34.3.3 方案三：方案三：.134.3.44.3.4 方案四：方案四：.144.44.4 方案综合考虑并选用方案综合考虑并选用.155.5.根据传动方案计算运动参数根据传动方案计算运动参数.165.15.1 传动比的分配传动比的分配.165.25.2 蜗杆蜗杆, ,蜗轮传动计算蜗轮传动计算( 机械工业出版社机械工业出版社) ).165.2.15.2.1 选择材料选择材料.165.2.25.2.2 选择蜗杆蜗轮的齿数选择蜗杆蜗轮的齿数.175.2.35.2.3 确定许用应力确定许用应力.175.2.45.2.4 按接触强度计算；按接触强度计算；.175.2.55.2.5 求蜗轮的圆周速度，并校核效率，实际传动比：求蜗轮的圆周速度，并校核效率，实际传动比：.185.2.65.2.6 校核蜗轮齿面的接触强度校核蜗轮齿面的接触强度.19 5.2.75.2.7 蜗轮齿根强度校核蜗轮齿根强度校核.195.2.85.2.8 计算几何尺寸计算几何尺寸.205.2.95.2.9 蜗轮轴的结构设计：蜗轮轴的结构设计：.215.2.105.2.10 各轴段轴向长度的确定各轴段轴向长度的确定.225.2.115.2.11 按许用弯曲应力校核轴按许用弯曲应力校核轴.225.2.125.2.12 蜗杆，蜗轮简图蜗杆，蜗轮简图.245.35.3 蜗杆减速器轴承的选用蜗杆减速器轴承的选用.255.3.15.3.1 蜗杆轴轴承的选用蜗杆轴轴承的选用.255.3.25.3.2 蜗轮轴轴承的选用蜗轮轴轴承的选用.275.45.4 锥齿轮传动设计：（过程见锥齿轮传动设计：（过程见机械零件设计手册机械零件设计手册第三版）第三版）.285.4.15.4.1 初步设计：初步设计：.285.4.25.4.2几何计算。几何计算。 （按表（按表 14-414-4 进行计算。进行计算。 ）.295.4.35.4.3 接触疲劳强度校核接触疲劳强度校核.305.4.55.4.5 计算接触应力计算接触应力.315.4.65.4.6 锥齿轮的轴的结构设计锥齿轮的轴的结构设计.325.4.75.4.7 按弯扭合成强度校核轴的直径按弯扭合成强度校核轴的直径.335.4.85.4.8 轴承的选用轴承的选用.346.6.减速器箱体结构及设计减速器箱体结构及设计.366.16.1 箱体的结构箱体的结构.366.26.2 箱体的设计箱体的设计.366.36.3 箱体的附件设计箱体的附件设计.366.3.16.3.1 观察孔和观察孔盖观察孔和观察孔盖.376.3.26.3.2 通气孔通气孔.376.3.36.3.3 油面指示器油面指示器.376.3.46.3.4 轴承端盖和密封装置轴承端盖和密封装置.377.7. 键的选用键的选用.387.17.1 蜗杆减速器键的校核蜗杆减速器键的校核.387.27.2 圆锥齿轮减速器的键的选用圆锥齿轮减速器的键的选用.398 8 联轴器的选择联轴器的选择.398.18.1 高速轴输入端联轴器的选择高速轴输入端联轴器的选择.398.28.2 减速器之间的联轴器减速器之间的联轴器.399.9.夹具设计夹具设计.40 结论：结论：.42致谢致谢.42参考文献参考文献.43 1 . 双轴卧式铣床的传动装置的设计双轴卧式铣床的传动装置的设计1.11.1 前言前言随着社会的不断进步，在新经济的逼迫下我国的制造业获得了很大的发展，产业结构的不断调整，新设备，新技能的折旧速度也不断加快。随着机床技术的不断发展，机床加工在制造业中的重要地位是不可动摇的，但有了新的设备，旧的设备如何解决呢？只有对这种旧的设备进行改革，创新，进行升级改造。金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器。金属切削机床是加工机器零件的主要设备，它所担负的工作量约占机器总制造工作的 40%-60%。机床的技术水平直接影响机械制造行业的产品质量和劳动生产率。20 世纪以来，齿轮变速箱的出现，使机床的结构和性能发生了根本性的变化，随着电气，液压等科学技术的出现并在机床上得到普遍应用，使机床技术有了迅速发展。除了通用机床外，又出现了许多变型品种和各式各样的专用机床，在机床发展的这个阶段，机床的动力已有自然力代替了人力，现在人们只需要操纵机床即可。自动化，精密化，高效化和多样化成为机床发展的特征，用以满足社会的各种需要。我国的机床工业是在解放后建立起来的，经过 50 多年的发展，已经取得了很大的成就，但与世界先进水平相比还有差距。随着经济的迅猛发展，机械制造加工和制造业出现在了各个地方，利用陈旧的机床设备来进行改装，使其重新焕发青春，会有很好的前景。根据调查发现，立足已有的旧设备对它们进行技术改造是很受工厂青睐的。它主要有以下特点：1经济性好，便于制造。2小型化，不受场地条件的限制。3专用化，提高了工作效率。4便于维护，减轻了劳动力。5运输方便。 本设计的指导思想是：将机械运动方案设计，机构运动尺寸设计，机械传动强度设计以及零部件结构设计等内容有机结合，达到机械产品的系统设计。对现有设备进行创新设计，解决传动装置的复杂工作。2 2传动装置设计传动装置设计2.12.1 铣床的认识铣床的认识 铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。 最早的铣床是美国人惠特尼于 1818 年创制的卧式铣床；为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗于 1862 年创制了第一台万能铣床，这是升降台铣床的雏形；1884年前后又出现了龙门铣床；二十世纪 20 年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-决速”或“决速-进给”的自动转换。 1950 年以后，铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其是 70 年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。 铣床种类很多，一般是按布局形式和适用范围加以区分，主要的有升降台铣床、龙门铣床、单柱铣床和单臂铣床、仪表铣床、工具铣床等。 升降台铣床有万能式、卧式和立式几种，主要用于加工中小型零件，应用最广；龙门铣床包括龙门铣镗床、龙门铣刨床和双柱铣床，均用于加工大型零件；单柱铣床的水平铣头可沿立柱导轨移动，工作台作纵向进给；单臂铣床的立铣头可沿悬臂导轨水平移动，悬臂也可沿立柱导轨调整高度。单柱铣床和单臂铣床均用于加工大型零件。 仪表铣床是一种小型的升降台铣床，用于加工仪器仪表和其他小型零件；工具铣床主要用于模具和工具制造，配有立铣头、万能角度工作台和插头等多种附件， 还可进行钻削、镗削和插削等加工。其他铣床还有键槽铣床、凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴颈铣床和方钢锭铣床等，它们都是为加工相应的工件而制造的专用铣床。2.22.2 铣床的传动方式铣床的传动方式 铣床中的传动装置大部分为减速装置。如果对其进行分析可以知道专用的铣床的减速装置就是减速器。减速器是用于原动机和工作机之间的独立机械传动部件。由封闭在刚性箱体内的齿轮传动或蜗杆传动组成，具有固定的传动比，常用来降低转速并相应增大转矩，以适应工作需要。在某些场合也用来增大转速，称为增速器。由于减速器的结构紧凑，效率高，传递运动准确可靠，使用维护简单，并可批量生产，故在现代机械中应用很广。工作机械示意图 3.3.选择电动机选择电动机3.13.1 原始参数原始参数丝杆导轨机床工作机构减速装置电动机传动装置的输出转矩：；传动装置的输出转速：。500TNM20 /minnr3.23.2 电动机的选择电动机的选择1计算减速机构所需功率500 201.04795509550wTnPKW2估算电动机额定功率 P电动机所需输出的功率1.0471.3960.75wdPP3选用电动机。根据实际情况，设计的传动装置不能过大，应该选择体积小，重量轻的电动机 ； 查表 12-1 选用 Y90L-4 电动机，其主要参数如下：电动机额定功率 1.5KW 电动机满载转速 1400r/min 电动机轴伸出端直径 24mm 电动机伸出端安装长度 50mm 重量 27Kg 4.4.传动方案的选择：传动方案的选择：4.14.1 计算总传动比计算总传动比根据前面文中所选的电动机的转速，可以确定出总传动比：14007020nin机总4.24.2 选择传动形式选择传动形式一般来说，传动装置的设计要求是：传动链短，传动效率高，不同类型机构在传动链中的位置顺序安排合理。选择传动型式的基本原则如下：1简化传动环节在保证实现机器的预期功能的条件下，传动环节应尽量简短。传动链越短，使用的机构和零件数就越少。同时减少了能量损耗，机器的效率也就提高了，有利于提高机器的传动精度和可靠性。2提高传动效率3合理安排传动机构的顺序4合理的传动比合理分配传动比，是传动系统设计中的一个重要问题。它将直接影响到传动系统的外廓尺寸，重量，润滑及传动机构的中心距等很多方面。传动比的具体分配应该注意：a.选取每一级的传动比时，其值应该在常用的范围内。b.分配传动比应该注意使各传动件的尺寸协调，结构合理，避免各零件干涉与安装不便。c.当一级传动的传动比过大时，应分成多级传动，以减少尺寸并改善传动性能。 4.34.3 传动方案的选择传动方案的选择 题中所给的传动示意图4.3.14.3.1 方案一：方案一：根据图的传动装置的路线可知：输入轴和输出轴相交，电动机要水平输入，然后由传动装置垂直输出到丝杆完成传动工作，由此可知：传动装置要求有变相机构，且这种机构要求简单可靠，圆锥齿轮在机械传动中用于相交两轴的传动，因此可以选择方案如下图，此方案的优点是：a结构简单可靠，传动效率高；b运动平稳，噪声小；缺点是：a传动比太小，得不到所需要的 70 的传动比；b制造安装精度高； 此方案不行。4.3.24.3.2 方案二：方案二：方案介绍方案介绍：本方案使用了带传动和一级的锥齿轮传动的组合结构，此方案的优点是：a.结构简单，传动效率高；b.能缓和载荷冲击，有过载保护作用；c.运动平稳，无噪声； d.经济性好，利于生产，维护；e中心距变化范围广；缺点是： a.不能保证可以得到允许高传动比的状态；b.有弹性滑动和打滑现象，使效率降低和不能保持准确的传动比；c.外型尺寸较大。此方案也不行。4.3.34.3.3 方案三：方案三：由于照顾到工作环境和体积，选用闭式齿轮传动。为了能达到要求的传动比，可以使用两极圆锥圆柱齿轮减速器，齿轮可以做成直齿，斜齿或曲线齿，特点是：*可以用于两轴垂直相交的传动中，也可以用于两轴垂直相错的运动中。 缺点是：*制造安装复杂，成本较高，仅在传动布置需要时才采用。此减速器用于输入轴与输出轴相交且传动比大的传动，可以达到所需的传动模式，但其致命的缺点是传动比最大为 40，小于 70，因此此方案也不行。为了达到要求的传动比可以采用三级圆柱圆锥齿轮减速器，这样就可以得到高传动比和变向模式，但是采用大传动比后，减速器体积变的极为庞大，噪音也很大，润滑要求高，不利于维护修理。4.3.44.3.4 方案四：方案四：选择蜗杆减速器，其传动比大，结构紧凑，但传动效率低，用于中小功率，输入轴与输出轴垂直交错的传动，下置式蜗杆减速器润滑条件较好，应优先使用由传动装置路线：水平输入,垂直输出,因此可以选择蜗杆减速器中的立式蜗杆减速器。其传动比最大可得到 80，大于 70，理论上可行，但手册推荐值为在 i 小于 63 的范围内最合适，因为传动比大后其尺寸庞大，加工时就很困难，价格昂贵；综合上述：传动比太大带来的后果是蜗轮直径变大，蜗轮的材料价格较高，且蜗轮轴为竖直放置，下端的密封要求较高，不利于维护和工厂的改造，本着改造和合理节约利用的条件，此方案不用。 4.44.4 方案综合考虑并选用方案综合考虑并选用由前述的机械运动方案可知，对于同一种功能，可选用不同的工作原理来满足要求，而同一种工作原理，还可选用，创造不同的机构及其组合来实现。因此，对于要求满足某种功能的机械，可能的运动方案就有多种，故有必要对机械运动方案进行比较和优选。因为总的传动比为 70，比较大，考虑其为双轴卧式铣床，所以要求其重量轻，体积小，易于改造，即：传动比大，体积方便布置。总结以上几种方案：将其中的优点结合起来，可以组成所需要的方案。方案如下：利用蜗杆减速器能很好降速，圆锥齿轮能变向，选用下置式的蜗杆减速器进行第一级的降速，变向传动，电动机的水平输入，经过降速，蜗轮轴与输入轴垂直相交，且在同一水平面上，第二级用圆锥齿轮变速器并主要起变向的作用，其输入轴与蜗杆轴用联轴器连接，然后使用圆锥齿轮的输出轴竖直输出，使其与丝杆离合器相联，机构简图如下： 5.5.根据传动方案计算运动参数根据传动方案计算运动参数5.15.1 传动比的分配传动比的分配根据上述方案比较，确定两级减速装置的传动比，并且合理进行分配。70iii总蜗轮 i蜗轮（0. 030. 06）i 可以得到37.440i蜗 0.05 37.4i轮5.25.2 蜗杆蜗杆, ,蜗轮传动计算蜗轮传动计算( 机械工业出版社机械工业出版社) ) 蜗杆减速器示意图 5.2.15.2.1 选择材料选择材料 考虑到传动功率不大,转速不高,选用 ZA 蜗杆传动,精度等级为 8,GB10089-1988 蜗杆用 45#钢,表面淬火,表面硬度为 4555HRC, 蜗轮轮缘选用 ZCuSn10P1 金属模铸造.5.2.25.2.2 选择蜗杆蜗轮的齿数选择蜗杆蜗轮的齿数 传动比: i=40 参考表 16.5-5,取=1,=i=40 1=401Z2Z1Z5.2.35.2.3 确定许用应力确定许用应力 HPHPVSNZ Z由表 16.5-14 查得220N/，=70 N/，HP2mmFP2mm按图 16.5-2 查得。再查图 16.5-3，采用浸油润滑，得=0.95。3/sVm sVSZ轮赤应力循环次数，12140035240nn 726060 35 120002.52 10LhNn jL查图 16.5-4 得=0.90，=0.74NZNY220 0.95 0.90=188.1，HP2/N mm2/N mm=70 0.74=51.8FPFPNY2/N mm 5.2.45.2.4 按接触强度计算；按接触强度计算；2212215000()m dKTHPZ载荷系数取 K=1.2蜗轮轴的转矩： =2T121.5 0.7295509550294.635PNMNMn带入上式22311.2 294.61405.0715000()188.1 40m dmm查表 16.5-4，接近于 1250，相应 m=5，3mmmm150,d 查表 16.5-6，按 i=40 ，m=5，mm150,d 其 a=125mm，241z 11z 20.500x 蜗轮分度圆直径：225 41205dmzmm 导程角111 55 423850oz mrarctgarctgd5.2.55.2.5 求蜗轮的圆周速度，并校核效率，实际传动比：求蜗轮的圆周速度，并校核效率，实际传动比：2141411ziz2144034.15 /min41nr蜗轮的圆周速度222205 34.150.366/6000060 1000d nVm s滑动速度： 1 150 14003.68/60000cos60 1000cossd nVm s 求传动的效率，按式（16.5-3） 123 式中 15.710.10.813()(5.71 1.3)0.123ovtgtgtgtg 查表 16.5-16 查得01 22v取=0.96；=0.98，则23 与前面 0.72 接近0.813 0.96 0.980.7645.2.65.2.6 校核蜗轮齿面的接触强度校核蜗轮齿面的接触强度按表 16.5-10，齿面接触强度验算公式222129400/HEAVHPTZKKKN mmd d式中查表 16.5-11 得=EZ2155/N mm按表 16.5-12 取=0.9（间歇工作） ；取=1.1，取=1.1；AKKVK蜗轮传递的实际转矩21.5 0.7649550320.534.15TN mN m当=3.68m/s 时，查图 16.5-3 得 ；sV0.92vsZ所以=。HPFPVSNZ Z220 0.92 0.9182.162/N mm将上述值代入公式22229400 320.51550.91 1.1 1.1180.05/182.6/50 205HHPN mmN mmN mm5.2.75.2.7 蜗轮齿根强度校核蜗轮齿根强度校核按表 16.5-10，齿根的弯曲强度验算公式：212666AVFFSFPT KKKY Yd d m式中，按 ，及 ，233414141.83coscos 5.710.98vsoZZ20.5x 查图 16.5-4 得，4.26FSY5.71110.95120120Y 251.8/FPN mm22666 320.5 0.9 1.1 1.14.26 0.9518.36/51.8/50 205 5FN mmN mm5.2.85.2.8 计算几何尺寸计算几何尺寸已知：a=125， =1 ， =41 ，1Z2Z20.5x 020150dmm，m=5.2205dmm .112502 560addmmm 112 (1 0.2)502 5(1 0.2)38fddmmm 12(80.06)(80.06 41) 552.3bZmmm 取170bmm *2222 ()2052 5(1 0.5)210aaddm hxmm 221.5210 1.5 5217.5eaddmmm210.750.75 6045abdmm125052022adRmmm12600.20.2 53122afdRmmm蜗杆齿 11157.8522xSmmm 011cos7.85 cos5.717.81nxSSmm022(0.52)0.5(2 0.520 )56.05Sx tgmtgmm 15ahmmm 5.2.95.2.9 蜗轮轴的结构设计：蜗轮轴的结构设计： 蜗轮轴的材料用 45#钢由表 19.3-2 选取 A=118，则得33min21.511841.332PdAn取轴的最小直径为 d1=40mm. d1 d2 d3 d4 d5 d6由轴承表查出轴承的安装尺寸 d3=d6=50mm齿轮 d4=52mm d2 =45mm轴肩定位高度 d5=57mm 5.2.105.2.10 各轴段轴向长度的确定各轴段轴向长度的确定 按轴上零件的轴向尺寸及零件的相对位置，查表确定出轴向长度，如图所示。 5.2.115.2.11 按许用弯曲应力校核轴按许用弯曲应力校核轴1.轴上离的作用点及支点跨距的确定 齿轮对轴的力的作用点按简化原则应在齿轮宽的中点，因此可决定蜗轮的作用点位置。具体尺寸见图。2.对轴进行受力计算并校核求啮合处的作用力 221220002000 2.94110.345taTFFNd 112120002000 0.52540taTFFNd211120()43cosraatgFrFF tgF tg arctgN求出轴承的支反力求啮合出的作用力，4233aFN41075tFN4670rFN 求出轴承的支反力：根据蜗轮轴的结构设计，取；1250LLmm作出蜗轮轴的受力简图，并表示出作用线及其方向，图2-10作出蜗轮轴垂直面上的受力简图，并求出L、N 两处的支反力见图2-1作出蜗轮轴垂直面上的相应弯矩图，;作出蜗轮轴垂直面上的受力简图，并求出L、N 两处的支反力 ;作出蜗轮轴水平面上的受力简图，;作出蜗轮轴的合成弯矩图，; NmmdFTt6326612013105 . 058. 05 . 058. 024作出蜗轮轴的转矩图，.NLLMLFRRLV43021424 NRFRLVRNV2334 NLLLFRtLH9092124 NRFRLHtNH9094 NRRRLHLVL100522 NRRRNHNVN93822危险截面处当量弯矩：，危险截面处轴的直径：NmmTMMae984406326695418)(2222，考虑到键槽对轴的强度的削弱，故mmMde4 .25601 . 098440 1 . 0331所以该轴的设计也合格。mmmmdd324 .2604. 14 .25%)41 (实际5.2.125.2.12 蜗杆，蜗轮简图蜗杆，蜗轮简图 蜗杆简图 蜗轮简图5.35.3 蜗杆减速器轴承的选用蜗杆减速器轴承的选用5.3.15.3.1 蜗杆轴轴承的选用蜗杆轴轴承的选用选用圆锥滚子轴承，轴承代号为 302071. d=35 D=72 B=17查表 15-24 c=51500N；（脂润滑） 。037200cNlim5300 /minnre=0.37时，X=0.4，Y=1.6；aFeF时，X=1，Y=0；aFeF 时，其中=0.9，012aFFY0Y0rPF时，012aFFY00.50.9raPFF2. 按额定载荷计算1164020022 1.6rFSNY22200062522 1.6rFSNY ；12900aAFSFN22625aFSN ()PraPfxFyF查表 15-12，1.2Pf 119001.40.37,0.4640arFexF11.2 (0.4 640 1.6 900)2035()PN226250.31250.37,1,02000arFexYF2222()1.2 20002400()PraPrPfxFyFfFN由式 ，66010hnLcP10310103311666060 1400 12000205321333.41010hnLCPN10103322666060 1400 120002400237421010hnLCPN，均小于 51500N，满足要求。1C2C 5.3.25.3.2 蜗轮轴轴承的选用蜗轮轴轴承的选用选用圆锥滚子轴承，轴承代号为 303101. d=50 D=110 B=27查表 15-24 c=130000N；（脂润滑） 。0158000cNlim3800 /minnre=0.35时，X=0.35，Y=1.7；aFeF时，X=1，Y=0；aFeF时，其中=1，012aFFY0Y0rPF时，012aFFY00.50.9raPFF2. 按额定载荷计算114313.522 1.6rFSNY224300134322 1.6rFSNY ；121357aAFSFN221343aFSN ()PraPfxFyF查表 15-12，1.2Pf 1113571.40.37,0.4640arFexF11.2 (0.4 13.5 1.6 1343)2164()PN2213.50.31250.37,1,01434arFexYF2222()1.2 1434.41721.28()PraPrPfxFyFfFN 由式 ，66010hnLcP10310103311666060 1400 12000216424057.61010hnLCPN10103322666060 1400 120001721201331010hnLCPN同上，均小于 51500N，满足要求。1C2C5.45.4 锥齿轮传动设计：（过程见锥齿轮传动设计：（过程见机械零件设计手册机械零件设计手册第三版）第三版） 锥齿轮结构5.4.15.4.1 初步设计：初步设计： 小齿轮选用 45 号钢调质，HB=260，大齿轮用 45 号钢正火，HB=180。 （查表 14-23，闭式直齿锥齿轮） 。231211951eHPKTdi 载荷系数 K=1.5 传动比11.707i 估计时的齿轮许用接触应力 2lim13001182/1.1HHPHN mmS式中，试验齿轮的接触疲劳强度极限 （查图 12-12） ，估2lim1300/HN mm计时的安全系数1.1HS估算结果1321.5 294.61951111.21.707 1182edmm5.4.25.4.2几何计算。（按表几何计算。（按表 14-414-4 进行计算。）进行计算。）齿数 取， 127Z 2111.707 2.746Zi Z分锥角 01122730.4146ZarctgarctgZ02214659.5927ZarctgarctgZ大端模数 取，11111.24.1227eedmZ4.5em 大端分度圆直径：1127 4.5121.5eedZ mmm 2246 4.5207eedZ mmm 外锥距 101121.5120.0592sin2sin30.41eedR 齿宽系数 取0.3R 齿宽 0.3 120.05936.081RebRmm 取 b=36. 实际齿宽系数360.29985120.059RebR 中点平均模数(1 0.5)121.5 (1 0.5 0.3)103.275meRmm顶隙：（GB12369-90）齿制*0.2 4.50.9ecc m*0.2c 大端齿顶高 ；14.5aehmmm24.5ahmm大端齿根高 *1(1)(1 0.2) 4.55.4fehc m *2(1)(1 0.2) 4.55.4fehc m全齿高 *(2)(20.2) 4.59.9ehc m大端齿顶圆直径 011112cos121.52 4.5 cos30.41129.26aeeaddh 022222cos2072 4.5 cos59.59211.56aeeaddh 大端分度圆齿厚 17.0652eSm ；27.065eeSmS当量齿数 =31.30811127coscos30.41vZZ 22022790.91coscos59.59vZZ5.4.35.4.3 接触疲劳强度校核接触疲劳强度校核 计算公式 （式 14-2）21110.85AVntHEHKHPmK K KFiZ Z Z Zbdi中点分度圆的切向力 2120002000 294.65705.16103.257tmTFNd 使用系数（表 12-22）1.0AK 动载荷系数 1.0VK 载荷分布系数 1.251.25 1.21.5hh beKK 载荷分配系数 1HK（按 查表 13-26）225705.161.0 1.0 1.5279.66/100/0.850.85 36AVntK K KFN mmN mmb 节点区域系数 查图 14-272.5HZ 弹性系数 （表 12-24）2189.8/EZN mm重合度和螺旋角系数：0.9ZZ Z5.4.55.4.5 计算接触应力计算接触应力221 1 1 1.5 5705.161.7071189.8 2.5 0.9 1756.4090.85 36 103.2751.707H 许用接触应力limlimHHPNLVRxwHZ ZZ ZS =1300N/mlimH =1NZ =0.985LVRZ =1xZ =1wZ =1.1limHS 13001 0.985 1 11164.091.1HP 1164.09H756.409合适通过 5.4.65.4.6 锥齿轮的轴的结构设计锥齿轮的轴的结构设计 右端轴的设计是根据联轴器的选择而定的直径为 40mm中间的跨度不能太大，所以直径为 50mm 长度在 65mm左端的轴的直径根据锥齿轮的具体尺寸可以得到直径为 40mm，长度为 60mm 直立轴的结构根据轴的强度结构来确定轴的结构尺寸：左边为安装锥齿轮的轴头直径为 50mm，长度由锥齿轮的结构确定，为 60mm；轴承部分为 52mm,长度由轴承确定 L 为 21；中间轴肩为 64mm,长度为 90mm；5.4.75.4.7 按弯扭合成强度校核轴的直径按弯扭合成强度校核轴的直径 根据前面圆锥齿轮的相关数据 322 320.5 10tansintansintan20 sin59.59256050TFFNd锥锥a锥t tancos1792FFN锥r锥t1做出轴的空间受力简图2做出垂直面受力图，弯矩土图。 （图 b）2567N 2553NF轴1F轴23做出水平面受力图，弯矩图。 （图 c）4合成弯矩图。22max121533MMMN5做出扭矩图。 （为 0.6）22max()1840eeMMTN6校核轴的强度。查得155baMP 3max318401014.7250eeaMMPW ,满足强度要求。e1b同上述计算其它轴的校核也合格。5.4.85.4.8 轴承的选用轴承的选用圆锥齿轮轴轴承的选用选用圆锥滚子轴承，轴承代号为 30207（1） d=35 D=72 B=17查表 15-24 c=51500N；（脂润滑） 。037200cNlim5300 /minnre=0.37时，X=0.4，Y=1.6；aFeF时，X=1，Y=0；aFeF 时，其中=0.9，012aFFY0Y0rPF时，012aFFY00.50.9raPFF（2）按额定载荷计算1164020022 1.6rFSNY22200062522 1.6rFSNY ；12900aAFSFN22625aFSN ()PraPfxFyF查表 15-12，1.2Pf 119001.40.37,0.4640arFexF11.2 (0.4 640 1.6 900)2035()PN226250.31250.37,1,02000arFexYF2222()1.2 20002400()PraPrPfxFyFfFN由式 ，66010hnLcP10310103311666060 1400 12000205321333.41010hnLCPN10103322666060 1400 120002400237421010hnLCPN，均小于 51500N，满足要求。1C2C 6.6.减速器箱体结构及设计减速器箱体结构及设计6.16.1 箱体的结构箱体的结构箱体是减速器的重要组成部件。它是传动零件的机座，应具有足够的强度和刚度。本设计根据实际情况，为了保证减速器的工作性能，加工工艺，材料的消耗及成本等采用了灰铁铸造。灰铸铁具有铸造性好，易于切削加工，承压强度高和件振性好等优点。机体可以做成整体式或是剖分式，整体式机体一般用于蜗轮蜗杆减速器中，其加工量少，重量轻。零件少，但是装配比较麻烦，而大多数的减数器都是采用的剖分式箱体，剖分式的剖分面与传动轴线在同一平面内，装配方便。本设计的分为两部分，为了密封性和其他的装配关系采用整体结构。6.26.2 箱体的设计箱体的设计箱体是减速器中结构和受力最复杂的零件，目前还没有完整的理论设计方法，因此都是在满足强度，刚度的前提下，同时考虑结构紧凑，制造方便，重量轻等方面要求作经验设计。具体的尺寸如附图中的装配图的 CAD 图纸中。6.36.3 箱体的附件设计箱体的附件设计为了保证减速器正常工作，除了对齿轮，轴，轴承组合和箱体的结构设计应给予足够重视外，还应考虑为减速器润滑油池注油，排油，检查油面高度及其他附属零件的设计。 6.3.16.3.1 观察孔和观察孔盖观察孔和观察孔盖 为了检查传动零件的啮合情况，接触斑点，侧隙，并向箱体内注入润滑油，应在箱体的上部适当位置设置观察孔。 在本设计中的蜗杆减速器部分中，由于蜗杆减速器是多功能式，为了密封安全，所以没有观察孔盖，而是采用了通气器和排油孔一体的设计。 6.3.26.3.2 通气孔通气孔 减速器工作时，箱体内工作温度升高，气体膨胀，压力增大。为使箱体内受热膨胀的空气能自由排出，以保证箱体内外压力平衡，不致使润滑油的泄露和箱体变形，通常在箱体顶部装通气器。 考虑其对环境的适应性，其规格与尺寸为： d D 1D S L l a 1d20 1.5M3025.4 22 28 15 46 6.3.36.3.3 油面指示器油面指示器 油面指示器应设置在便于观察且油面较稳定的部位。为了保证箱体结构的完整和对箱体的具体要求本设计采用了圆形油标。具体结构尺寸见装配图。 6.3.46.3.4 轴承端盖和密封装置轴承端盖和密封装置为了固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷，轴承座孔两端用轴承盖密封。根据设计，采用了凸缘式轴承盖，利用六角螺钉固定在箱体上。其优点是：拆装，调整轴承方便，但和嵌入式相比，零件数目多，尺寸大，外观不够平整。本设计的箱体均为整体铸造式，为了达到所需的结构和尺寸关系，采用了凸缘 式轴承盖。7.7. 键的选用键的选用 7.17.1 蜗杆减速器键的校核蜗杆减速器键的校核1蜗杆轴a.选用圆头普通平键（A 型） ，键的材料用 45 钢安装联轴器处的轴直径是，所以选择键：52Dmm150lmm8 7,0.16 0.25;45;b hrLmm 轴的， 毂的；0.103.5t0.1102.8tb.键的强度校核因为载荷分布均匀，可以知道平键的挤压条件为：；键的工作长度：4ppTdhl；3145837,346.7 10lLbmmTN mm所以键的强度为：100 120;pmpa；键的选择是安全的。322 346.7 1089.2328 7 37papTMPdhl 键的标记为：键 8 45 GB1096-79. 2蜗轮轴a.选用圆头普通平键（A 型） ，键的材料用 45 钢安装联轴器处的轴直径是，所以选择键：52Dmm60Lmm16 10,0.25 0.40;50;b hrLmmb.键的强度校核 因为载荷分布均匀，可以知道平键的挤压条件为：；键的工作长度：4ppTdhl；3150 1634,346.7 10lLbmmTN mm所以键的强度为：100 120;pmpa；键的选择是安全的。322 346.7 1033.9960 10 34papTMPdhl键的标记为：键 16 50 GB1096-1979. 7.27.2 圆锥齿轮减速器的键的选用圆锥齿轮减速器的键的选用两根轴的键采用相同的尺寸。过程同 7.1，经过校核，键是安全的。键的标记为：键 12 28 GB1096-1979.8 8 联轴器的选择联轴器的选择8.18.1 高速轴输入端联轴器的选择高速轴输入端联轴器的选择高速级的转速较高，选用有缓冲功能的弹性套柱销联轴器由手册表查出载荷系数 K=1.5，则计算转矩 11.2 300.3360cTKTN M工作转速 n=1400/minr轴径，电动机，30dmm电28dmm1查手册表选用联轴器为： 合乎上述工作要求。30 625/43248428 44YATLGB TJA 8.28.2 减速器之间的联轴器减速器之间的联轴器两根轴的尺寸均为 40mm，所以选择的联轴器为。40 607/43248440 82YATLGB TJA9.9.离合器的选择离合器的选择考虑到设计中有过载保护的作用，能够可以自动结合和脱开。牙嵌式离合器常用于安装在动力传动系中间，通过电流控制其吸合或者断开，主要性能特点如下：1. 大扭矩，牙嵌离合器的动力传递扭矩是其他类型离合器的 510 倍；2. 小体积，有效节约了机械的安装空间； 牙嵌离合器 牙嵌离合器本设计主要采用的是梯形齿（双向转动）牙嵌离合器。 牙嵌离合器结构简单，外廓尺寸小，能传递较大的转矩，故应用较广，但牙嵌离合器只在两轴不回转或转速差很小的时候接合，否则牙齿可能会因受撞击而折断。本设计要求的转速为 20r/min,属于低速，所以是适合的。 具体的尺寸为： 离合方法齿数 Db=(D-D1)/2 h 1h正常齿，自动结合54060 2040360 40203645二二 夹具设计夹具设计（一）确定毛坯的制造形式根据零件材料确定毛坯为铸件。由题目知零件的生产纲领为 1 万件/年。由参考文献2表 1-4、表 1-3 可知，其生产类型为大批生产，毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。零件有肋板结构，故需要挖砂造型。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。由参考文献3表 2.3-6 可知，该种铸件的尺寸公差等级为 IT8-10级，加工余量等级 MA 为 G 级。故取 IT 为 10 级，MA 为 G 级。（二）基面的选择1精基准的选择：气门摇臂轴支座的 A 面和mm 孔是设计基准，11 用它们做精基准，其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。此外，A 面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。2粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择mm 孔上端面，以11及mm 和mm 两端面为粗基准，第一，在保证各加工面均有0.027018+0.027016+余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；第二，保证装入各孔的零件定位准确，夹紧可靠，且能够按要求正常工作。（三）定位与夹紧方案最先进行机械加工的表面是精基准 A 面和mm 孔，因此可用一块11支撑板限制 A 面的 3 个自由度，用一跟心棒插入mm 孔限制 2 个自由11度，再用一个防转销顶在mm 孔的旁侧，这样，工件的 6 个自由度0.027016+全部被限定。最后，用螺栓与支撑板进行夹紧。综上所述，考虑到方案的可操作性，兼顾工作效率，本方案采用一根特殊的，两端带螺纹，中间带支撑板的定位销来完成定位与夹紧。（四）制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用专用夹具，并尽量使工序集中以提高生产效率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。因此，确定各表面的加工方法为，A 面：粗铣半精铣；mm 孔另一端面：粗铣；11mm 孔两端面：粗铣半精铣；mm 孔两端面：粗铣；0.027018+0.027016+mm 孔：钻；mm 孔：钻扩铰；mm 孔：钻扩铰。110.027016+0.027018+因为mm 孔与mm 孔有较高的平行度及位置精度要求，0.027016+0.027018+故它们的加工宜采用工序集中的原则，即分别在一次装夹下将两空同时加工出来，以保证其精度要求。根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将 A 面、mm 孔另一端面，以及mm 孔与mm 孔两端面的粗110.027016+0.027018+ 加工放在前面，精加工放在后面。因此，拟订工艺路线方案如下：序号工序内容简要说明简要说明铸造时效消除内应力涂底漆防止生锈10钳工划线校正各孔中心20粗铣 A 面及mm 孔另一端面11先加工基准面30半精铣 A 面提高基准精度40钻mm 孔11后加工孔50粗铣mm 孔及mm 孔两端面0.11016+0.027018+先加工面60钻扩铰mm 孔至mm，孔口倒角0.35016+0.35015+1045留精扩铰余量70钻扩铰mm 孔至mm，孔口倒角0.040018+0.040017+1045留精扩铰余量80精扩铰mm 孔，并提高精度至mm0.35016+0.11016+提高精度90精扩铰mm 孔，并提高精度至0.040018+mm0.027018+提高精度100检验110110入库（五）选择加工设备及刀、夹、量具由于生产类型为大批量生产，加工设备易以通用机床为主，配以专用夹具，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。粗铣 A 面及孔另一端面，采用卧式双面组合铣床，因切削功率11较大，应采用功率为 5.5KW 的 1T32 型铣削头，选择直径为 40mm 的C 类可转位面铣刀(参考文献3表 4.4-40)、专用夹具，游标卡尺。半精铣 A 面，采用卧铣，选择 X62W 卧式铣床(参考文献3表 3.1-73)，刀具型号与粗铣相同。采用半精铣专用夹具及游标卡尺、刀口型直 尺。粗铣 16 孔及 18 孔两端面，采用功率为 5.5KW 的 1T32 型铣削头，选择直径为 35mm 的 C 类可转位面铣刀，机床为卧式双面组合铣床，专用夹具、游标卡尺。钻孔铰 16 孔直 15，18 孔直 17，孔口倒角 1，钻孔045选用摇臂钻床 Z3025(参考文献3表 3.1-30)锥柄麻花钻(参考文献1表 4.3-9)锥柄扩孔复合钻，扩孔时倒角。选用锥柄机用绞刀、专用夹具、快换夹头、游标卡尺及塞规。（六）加工工序设计1.工序 20 粗铣及工序 30 半精铣 A 面工序查参考文献3表 2.3-59，得平面加工余量为 0.9mm，已知 A 面A精Z总余量为 4mm，故粗加工余量=4-0.9=3.1mm。AZ总AZ粗查参考文献3表 2.4-73，取粗铣的每齿进给量为，取0.2Zfmm=精度铣的每转进给量 =，粗铣走刀 1 次，=3.5mm，精铣走刀0.5mm rpa1 次，=1.5mm。pa查参考文献3表 3.1-74，取粗铣的主轴转速为，取精铣的150minr主轴转速为。又前面已选定铣刀直径 D 为 40mm，故相应的切300minr削速度为:Dn3.1440150=18.84m min10001000v粗Dn3.1440300=37.68m min10001000v精校核机床功率(只校核粗加工工序)：切削功率为:=mPmP-50.90.74167.910pzenpmafa z k取 z=10 个齿，则 15060=2.5r s=168mm eapa =3.5mm0.2mm z= =1pmk代入式中得：168102.51=167.9=mp-5100.93.50.740.26.62kw由文献3表得机床功率为 7.5kw，取效率为 0.85，则3.1-737.50.85=6.375kw6.62kw故重新选择主轴转速为，则：118minrDn3.1440118=14.8m min10001000v粗带入公式得：mp1681015.2kw6.375kw=167.9mp-5100.93.50.740.211860故机床功率足够。2.工序 40 钻 11 孔工序因 11 孔为一次钻出，故其钻削余量为=11/2=5.5mm，11 孔Z钻的公差等级 F9。参考文献3表 2.4-41，用插入法求得钻 11 孔的切削速度v=，由此算出转速为：m min 0.445=26.7m sn=1000v/d=100026.7/3.1411=773r min按机床实际转速取 n=，则实际切削速度为：630minrv=3.1411630/1000=21.76m min参考文献3表 2.4-69，得：=9.8142.7(N)fF0.80Fd fkM=9.810.021(Nm)20.80Md fk分别求出钻 11 孔和 M 如下：fF=9.8142.7111=2427NfF0.80.4M=9.810.0211=15.63Nm2110.80.4它们均小于机床的最大进给力 7840N 和机床的最大扭转力矩 196Nm，故机床刚度足够。3粗铣mm 孔及mm 孔两端面工序0.11016+0.027018+计算与工序 20 相同，取粗铣的每齿进给量为，取精度0.2Zfmm=铣的每转进给量 =，粗铣走刀 1 次，=3.5mm，精铣走刀 1 次，0.5mm rpa=1.5mm。pa查参考文献3表 3.1-74，取粗铣的主轴转速为，取精铣的150minr主轴转速为。又前面已选定铣刀直径 D 为 19mm，故相应的切300minr削速度为:Dn3.1435150=16.485m min10001000v粗Dn3.1435300=32.97m min10001000v精机床的功率校核同工序 20。4钻扩铰mm 孔至mm 工序0.040018+0.040017+mm 孔的扩铰余量参考文献3表 2.3-48 取0.040017+=1.3mm，0.2mm，由此可算出-1.3-0.2=7mm。各工序的余Z扩Z铰=172Z钻=量和工序尺寸及公差列于表 1。表 1mm孔各工序余量和工序尺寸及公差(mm)0.027018+加工表面加工表面 加工方法加工方法 余量余量 公差等级公差等级 工序尺寸及公差工序尺寸及公差 钻 7.5 150.040017+ 扩 1.3 H9 0.040017+016.8+0. 058 铰 0.2 F8 0.040017+0.040017+参考文献3表 2.4-38，并参考 Z3025 机床说明书，取钻 15 孔的进给量 f=0.5mm/r。 参考文献3表 2.4-41，用插入法求得钻 15 孔的切削速度v=0.545=32.7，由此算出转速为：m sminm n=650.881000vd10003.14 32. 7 15minm按机床实际转速取 n=590，则实际切削速度为：minr v=3.1415590/1000=27.789minm参考文献3表 2.4-41，得： =98.142.7kF(N)fF0d0.8fM=9.810.021kM(Nm)20d0.8f分别求出钻 18 孔的和 M 如下：fF =98.142.7151=2836NfF0.80.4 M=9.810.0211=22.73Nm2150.80.4它们均小于机床的最大进给力 7840N 和机床的最大扭转力矩196Nm，故机床刚度足够。扩孔，参考文献3表 2.4-50，并参考机床实际进给量，016.8+0. 058取 f=。0.3mm r参考文献1表 3-54，扩孔的切削速度为()，故取1123V钻=27.789=13.89VV扩钻12=12minm由此算出转速为:n=100013.89/3.1416.8=263.41000vdminr按机床实际转速取 n=270minr参考文献3表 2.4-58，铰孔的进给量取 f=0.4mm r 参考文献3表 2.4-60，取铰孔的切削速度为：v=0.3=18,m sminm由此算出转速 n=337.21000vd10003.141817minr按机床实际转速取 n=350，则实际切削速度为：minr v=18.681000dn3.14 17 3501000minm5.钻扩铰mm 孔至mm 工序0.35016+0.35015+取进给量为 f=0.7mm/r，则 v=25.4m/minn=622.21000vd10003.14 25. 413minr按机床实际转速取 n=650minr则实际切削速度为: v=3.1413650/1000=26.53minm参考文献3表 2.4-41，得： =98.142.7kF(N)fF0d0.8fM=9.810.021kM(Nm)20d0.8f分别求出钻 16 孔的和 M 如下：fF =98.142.7131=2616NfF0.80.4 M=9.810.0211=16.73Nm2130.80.4它们均小于机床的最大进给力 7840N 和机床的最大扭转力矩196Nm，故机床刚度足够。扩孔，参考文献3表 2.4-50，并参考机床实际进给量，014.8+0. 046 取 f=。0.3mm r参考文献1表 3-54，扩孔的切削速度为()，故取1123V钻=26.53=13.265VV扩钻12=12minm由此算出转速为:n=100013.265/3.1414.8=285.41000vdminr按机床实际转速取 n=300。minr参考文献3表 2.4-58，铰孔的进给量取 f=0.4mm r参考文献3表 2.4-60，取铰孔的切削速度为：v=0.3=18,m sminm由此算出转速 n=382.21000vd10003.141815minr按机床实际转速取 n=400，则实际切削速度为：minr v=18.841000dn3.14 15 4001000minm6.时间定额计算根据本次设计要求，只计算一道工序工时。下面计算工序 70 钻扩铰mm 孔的时间定额。0.027018+机动时间由参考文献3表 2.5-7，得钻孔的计算公式为： 12=njlllft+ + 12=rDlctgk +(12)21=l 4钻 15 孔：11511822l =ctg0() +1. 56. 01m ml=37mm 取2l =3 将以上数据及已选定的 f、n 代入公式，得0.50min0.156=jt37+6. 01+3 59参考文献3表 2.5-7，得扩孔和铰孔的计算公式为：1l l=jt2n+ +lf12l =rDctgk1 d+(12)扩 16.8mm 孔：116.8 156022l =ctg0() +1. 53. 05m ml=37mm 取2l =3将以上数据及已选定的 f、n 代入公式，得min0.300.478=jt37+3. 05+3 27铰 17mm 孔：0117452mm1.6l =ctg 16. 8+1. 5l=37mm 2l =3将以上数据的前面已选定的 f 及 n 带入公式，得：
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