毕业设计（论文）-深孔钻镗床的床头箱设计【全套图纸】.doc

河南理工大学本科毕业设计（论文）目录全套图纸，加153893706前言21 深孔加工简介31.1深孔加工技术发展概况31.2冷却系统及切削液51.3深孔加工时应注意的问题71.4深孔加工机床82主轴变速箱的设计102.1 传动设计102.1.1传动方案设计102.1.2 传动系图、结构式、转速图的选择102.2 齿轮的计算、校核和确定172.2.1齿轮模数的初步计算172.2.2 齿轮的强度校核192.2.3齿轮齿数的确定202.3 轴和齿轮的计算转速212.4 轴的结构设计和轴的校核222.4.1轴的结构设计232.4.2 轴的刚度校核242.5 轴的材料选择及热处理452.6轴承的选用及其校核462.6.1轴承的选用、校核462.6.2轴承的预紧和游隙482.6.3 轴承的密封492.6.4 轴承的润滑512.7三角带的选取52结束语56致 谢58参考文献59前言 毕业设计是对大学四年所学到的基础知识和专业课所学的理论知识的一个系统的总结和综合运用，同时也是培养我们分析问题和解决问题能力的好机会，而且毕业设计也是我们大学教学的最后的一个重要环节，因此我们应该认真地做好毕业设计，让我们顺利完成学业，为将来走上工作岗位打下良好的基础，更好地为社会做贡献！ 毕业设计时间为约两个月，通过这最后的毕业设计的训练可以提高我们以下能力：1、 综合运用所学的理论知识和技能，独立分析和解决实际问题的能力；2、 熟练运用绘图软件、计算机运用、办公软件运用；3、 翻译、查阅文献能力，实验研究的能力，技术分析和组织能力；撰写科技论文和技术报告能力，正确运用国家标准和技术语言阐明理论和技术能力；4、 收集加工各种信息的能力，获取新知识能力；5、 创新意识能力6、 严肃认真的科学创作的作风。本次的毕业设计的课题是深孔钻削镗床的设计。深孔钻削镗床用来加工孔类箱体类的工件，具有良好的加工精度和加工质量，因此这种机床都是专用机床！为了更好地做好毕业设计，我们还进行了毕业实习！根据自己的课题我们选择了实习的工厂焦作神华重型机械厂，在里面我们重点了解深孔钻削镗床的基本结构，基本工作原理和基本操作！本次毕业设计的主要内容是：问题的提出、方案的构思；可行性设计、结构设计及随未知问题的探索和解决方案的初步设计；装配图、零件图等一系列图纸的设计与绘制；最后写自己的感受完成毕业说明书。本次带领和指导我们完成毕业设计的是焦锋老师，在设计期间我们遇到很多困难，这就得向老师请教，这影响老师的工作，多谢老师的带领与指教！1 深孔加工简介 深孔加工难度高、加工工作量大，已成为机械加上中的关键性上工序。随着科学技术的进步，产品的更新换代十分频繁新型高强度、高硬度的难加工零件不断出现，无论是对探孔加的质量、加工效率，还是刀具的耐用度都提出了更高的要求。因此研究深孔加工的新工艺、深孔加工刀具的新结构、深孔加工的检测方法和监测系统等已成为人们十分关注的问题。1.1 深孔加工技术发展概况最早用于加工金属的深孔钻头是扁钻它发明于18世纪初，1860年美国入对扁钻做了改进，发明了麻花钻，在钻孔领域迈出了重要的一步。但用麻花钻钻探孔时，不便于冷却与排屑生产效率根低。随着枪炮生产的迅速发展，在20世纪初期，德、英、美等国家的军事工业部门先后发明了单刀钻孔工具，用于加工枪孔而得名枪钻。枪钻也称为月牙钻、单刃钻及外排屑深扎钻。枪钻钻杆为非对称形，故报转强度差。只能传递有限扭矩，适用于小孔零件加工生产，效率较低。在第二次世界大战前和战争期间，由于战争的需要枪钻已不能满足高生产效率的要求，在1943年，德国海勒公司研制出毕斯涅耳加上系统(即我国常称的内排屑深孔钻削系统)。战后，英国的维克曼公司、瑞典的卡尔斯德特公司、德国的海勒公司、美国的孔加工协会、法国的现代设备商会等联合组成了深孔加工国际孔加工协会(Boring and Trepanning Association)，简称BTA协会。经过他们的努力，这种特殊的加工方法又有了新的发展，并被定名为BTA法，在世界各国普遍应用。后来瑞典的山特维克公司首先设计出可转位深孔钻及分屑多刃错齿深孔钻，侵BTA法又有了新的飞跃。BTA法存在着切削液压力较高，密封困难等缺点，为克服这些不足，1963年山特维克公司发明了喷吸钻法。这是一种巧妙应用喷吸效应的方法，可以采用较低的切削液压力，使切屑在推、吸效应下容易排出，有利于系统的密封。但是喷吸钻法本身也有缺点，它使用两根钻管，使排屑空间受到限制，加工孔径一般不能小于18mm。由于特殊的切削液供给方式缺乏了BTA法中切削液对钻杆振动的抑制作用，刀杆易擦伤，其系统刚性和加工精度要赂低于BTA法。20世纪70年代中期，出日本冶金股份有限公司研制出的DF(Double Feeder)法为单管双进油装置，它是把BTA法与喷吸钻法两者的优点结合起来的一种加工方法，用于生产后得到了满意的结果，目前广泛应用于中、小直径内徘屑探孔钻削。由于我国机械制造业的迅速发展，深孔加工技术在我国也得到了广泛的应用。20世纪50年代群钻的研制成功使钻孔效率大为提高。1958年BTA钻头在我国开始使用，在此之后，70年代初，我国开始研制和推广喷吸钻，到1978年DF法己在我国设计完成并于1979年正式用于生产现广泛应用于中、小直径内排屑探孔钻削。国内几家重型机器制造厂相继研制和采用了深孔套料钻，已成功地加工出12m长的发电机转子内孔。西安石油大学于1989年成功地将喷吸效应原形应用到外排屑枪钻系统，使枪钻的加工性能大大提高；1994年又研制成功多尖齿内排屑探孔钻，使深孔钻削的稳定性和耐用度大大提高。随着生产与科技的进步，深孔零件在材质反毛坯制造、刀具材料、深孔加工机床、基础理论研究、检测等方面都有了较大的进展。深孔零件的材质，过去多采用碳索结构钠、低介金钢和高强度合金钢。新型工程材料如钛合金、不锈钢、耐热钢、耐磨钢、陶瓷、塑料、碳素纤维塑料、复合材料等，开始在深扎零件上采用。新材料的逐步采用对深孔加工提出了新的技术难题。除了深孔零件的材质外，零件的毛坯质量也有了很大的改观。现在深孔零件的，毛坯除了采用般的铸、锻、轧制毛坯外，对于机械性能要求高的深孔零件，采用真空冶炼、电渣重熔等方法获得高质量的铸锭后，进行压力加上。在管坯生产中，除了一般的热轧、冷轧无缝管材外，现已采用精轧无缝管材。冶金技术的进步，提高了材料的机械性能，使材料的加工性能发生了显著的变化；锻造及压力加工技术的进步。使得毛坯材料的去除率大为降低。另外，由于热处理技术的发展，深孔工件经过热处理后，在机械性能、结晶与显微组织上都有了较大的改善，这直接影响着材料的再加工性。随着新材料发展及材料机械性能的提高，促进了新刀具材料的不断发展。深孔刀具所使用的刀具材料多为高速钢、YG及YT类的硬质合金。目的，已开始试验和采用新型高速钢材料、超细晶粒硬质合金、徐层刀片、陶瓷(金属陶瓷、SiNi等)、立方氮化硼(CBN)、金刚石等新型刀具材料。 深孔加工机床现在多采用常规机床，有深孔钻镗床、深孔磨床、研磨机及通用车床改造成的深孔钻镗床。近年来，已出现数控深孔钻镗床(CNC)。 现代深孔加工技术的发展，面临着多品种、小批量、新型工程材料及愈来愈高的精度要求的挑战。由于机械工业产品多品种、小批量的比重日益增加，提高劳动生产率、降低生产成本成为深孔加工技术的中心课题。发展成组技术和开展计算机辅助设计及计算机捕助制造(CADCAM)、实现自动化生产是提高深孔加工劳动生产率和经济效益的根本途径。新型工程材料对深孔加工技术的挑战，在于要求提高传统深孔加工方法的水平开发新的制造技术与工艺方法。愈来愈高的精度要求，需要发展深孔精密加工技术，并相应地发展精密测量及精密机械设计。在实现深孔加工自动化生产中，需要解决加工中异常情况的监控及自动检测。日前，深孔加工中的这些问题、虽然落后于车削、铣削，但已有一些国家在开发研制，进行解决。随着深孔加工技术的发展，深孔加工技术的基础理论研究也在不断加强，并取得了有价值的成果1.2 冷却系统及切削液深孔加工条件恶劣，冷却润滑问题比较特殊。深孔加工时必须使用切削液，它除了能起冷却、排屑、润滑和举托作用外，对DF系统还产生喷吸效应，因此需要有冷却系统。切削液在深孔加工中的综合作用有：(1) 冷却刀具与工件：减少刀具、工件热变形，提高刀具耐用度，以保证孔的尺寸精度。(2) 润滑刀具表面：减少磨擦，减少切削变形，降低切削力，减少刀具磨损，提高刀具耐用度。(3) 排屑和吸振：用一定压力和流量的切削液将切屑由切屑区冲刷出来，实现排屑作用。由于上件内孔和钻杆的内、外部充满了一定压力的切削液能减弱由切削运动和摩擦作用产生的振动和噪音。(4) 保护已加工表面及防腐：采用内排屑和前排届时，切削液可防止切屑划伤口加工表面，并冲刷黏附在工件表面的细碎切屑、积屑瘤及黏附物同时在扎表面形成油膜，起防锈作用。在深孔加上中合理地选择切削液是很重要的，它对加工质量和生产宰有决定性的影响。切削液的选用，主要取决于工件材料的性质、加上方法、加工精度、切削液的类型及切削条件等。理论上，应根据不同的加工条件，配制最合适的切削液，实践证明，没有一种“万能的切削液”，想依靠一种切削液去适应所有的加上，这是个现实的。然而，深几加工中，选择一种通用的切削液以适应主要的几种深孔加工，那却是十分重要的。这是因为深孔加工中切削液需要量很大，频繁地更换切削液会造成生产成本及生产辅助时间的增加。切削液类型的选用，主要由它的功能所决定。摩擦力是主要问题时，应选用润滑性好的切削液；热变形是丰要问题时、应选用冷却性好的切削液。按切削条件选择时，主要是由切削速度来决定的。切削速度愈高，切削液的效果就愈差，就愈应该把冷却刀具、延长刀具耐用度的效果作为重点考虑，应选用浸透性好及黏度低的切削液。在低速重切削时，重要的是降低切削力、提高表面加工质量，抑制加工变质层，减少机械磨损，此时应采用油性强、润滑性好及高黏度的切削液。在薄切削时冷却能力的要求可以低一些。按加工孔径大小选择时加工小直径深孔亦选用黏度低的切削液，以便降低动滞阻力，减少液体能量损失；加工大、中直径深孔，液体的黏度可选大些。从工件材料方面考虑时，当工件材料与刀具材料亲和力大时，宜选极压切削油；低速加工碳素钢及低合金钢，宜采用带氟基的切削液；对含硫低的工件材料，可选用纯机油；对含有铬、镍、钨的金属材料，推荐选用含硫的切削液，其润滑与断屑效果较好。深孔加工中常用的切削液类型是切削油类，在枪钻加工中亦用乳化液。 在深孔加工中合理地选择叨削液的压力利流量是十分重要的。即应给切削液一定的压力和大的流量，才能将切削液输送到切削区域，起着冷却润滑、降低切削温度和强制断屑的作用；才能将切屑从切削区，向刀具后方或向刀具前方冲掉，保证切屑正常排出。为了获得最佳的表面粗糙度，所需的冷却润滑液的工作压力，往往高于正常排屑的压力，并且保持压力恒定。 1.3 深孔加工时应注意的问题难切削材料的深孔加工、深孔钻削孔轴线偏斜和深孔加工表面出现螺旋沟都是探孔加工中难以解决的问题，直接影响深几加工质量和加工效率。因此，研究难切削材料深孔加工技术、控制深孔钻削孔轴线偏斜技术和抑制深孔加工表面螺旋沟技术，成为探孔加工技术中最为关注的问题。多年来，通道对这些问题进行理论分析和实验研究，取得了显著的加工效果。在深孔加工时应该注意的问题：(1) 当加工孔深与直径之比大于35的孔时，应安装减振器，即钻杆支撑器，它可支撑钻杆预防弯曲。钻杆在支撑器中边旋转边进给，多数场合钻杆与支撑器的内空隙是可调的，调整间隙的方法有液压法和机械法两种，我们多采用机械法。(2) 工件（即机床主轴）与进油器，连轴器之间的同轴度应该小于0.02mm最好连轴器的轴线略高于机床主轴中心，以补偿钻杆自重下落的差值。进油器轴心是导向套的轴心。导向套的轴心在两个直母线的方向上应朝正，不允许偏斜，还要与主轴轴线同心才可以保证直线性。同时导向套的前端距离工件端部越近越好，此距离不能大于钻头导向块长度的1/4，否则，切入时导向作用变差。(3) 机床功率要足够大，刚性要好，特别是转数应满足断屑匹配的要求，又不能产生枳屑瘤。进给量应是机械传动使切削过程平稳、排屑顺利。(4) 钻头制造质量要好，外刃最外面的切削尖点的轴向尺寸应高于导向块倒棱后的轴向尺寸，但这个值不应太大（在0.50.8mm）范围内，这样才能保证外刃先切削。制造上要保证背向力的平衡，若平衡困难，背向力合力一定要压向主导向块一方。(5) 精密深孔加工时主要矛盾是精密，而不是刀具寿命，可以牺牲刀具寿命来保证精度，因此，常用强制换刀法，刀具应勤刃磨。(6) 当被加工材料中含有Ni、Ti、Co、V、Mo、Mn、比例较高时，硬质合金材料不粘接的可能性很小时，可先冲钻好孔，再用拉铰的方式扩孔，以保证尺寸精度与表面粗糙度。1.4 深孔加工机床由于深孔钻床的特殊性，其价格比较昂贵，对于非专业化深孔加工的厂家，成本过高。而采用普通车床改装为深孔加工机床。由于其成本低、制造周期短以及车床多用(车削、深孔钻削、深孔螳削和深7L所磨)等优点。已为许多生产厂家所接受。车床改装为深孔加工机床主要有机床和油路两大部分。机床部分主要钉中心架、授油器和联结器三大部件；油路部分主要合进油路、回油路以及排屑箱、油箱等。改造对车床的要求不高，可以用旧机床进行。改装时，不改变原车床的性能只需将车床上刀架拆除，换上联结器、授油器和中心架分别装在车床内导轨上。原机床主运动和进给运动机构不变，不用原车床油路系统，另行配置油箱和排屑箱、并在授油器和联结器上接冷却润滑油路改装后的钻床拆除深孔钻削装置后，仍可作为车床使用。2主轴变速箱的设计2.1 传动设计2.1.1传动方案设计拟定的传动方案，包括传动形式的选择以及开停、换向、制动、操纵等整个传动系统的确定。传动形式则是指传动和变速的元件、机构以及组成、安排不同的特点的传动形式、变速类型。传动方案和形式与结构的复杂程度密切相关，且和工作性能也有关系，因此，确定传动方案和形式，要从结构、工艺、性能及经济等方面统一考虑。传动方案有多种，传动形式也跟是多样化，比如：传动形式上有集中传动和主轴变速箱、分离传动的主轴与变速箱；扩大变速范围可以用增加传动组数，也可以用背轮机构、分支传动等形式；变速形式上既可以用多速电机，也可以用变速齿轮、滑移齿轮、公用齿轮等多种形式。2.1.2 传动系图、结构式、转速图的选择 我们所设计的深孔镗床的主轴变速范围为431467r/min，变速级数为12级；采用的电机的转速为1470r/min、功率为30kw；采用的传动比为1.26;皮带的传递功率为96%；各齿轮的传递功率为98%。 1. 各轴的计算转速 (1). 主轴的计算转速 由机械制造技术表37可知，主轴的转速是最低转速第一个三分之一变速范围的最高一级转速，由转速图可知=85r/min。 (2) 各传动轴的计算转速 轴有6级转速，其最低转速106r/min，通过齿轮使主轴获得两级转速43r/min和170r/min，170r/min比主轴的计算转速高，需要传递全部功率，故轴的计算转速为170r/min。轴有3级转速，其最低转速212r/min，通过齿轮使轴获得两级转速212r/min和106r/min，均需要传递全部功率，故轴的计算转速为212r/min。轴有一级转速，计算转速为335r/min。轴由电动机经过带传动有一级转速，计算转速为850r/min。2 传动轴直径的确定 传动轴直径的计算公式： d=91(mm) 公式中：d传动轴直径(mm) 该轴的计算转速(rpm) N该轴传递的功率(kw) 该轴每米长度允许扭转角(deg/m)(1) 轴的直径： d=91=41.2mm取d=45mm(2) 轴的直径：d=91=51.8mm取d=55mm(3) 轴的直径：d=91=57.8mm取d=60mm(4) 轴的直径：d=91=68.4mm取d=70mm3 主轴轴颈直径的确定 普通机床主轴轴颈的直径、后轴颈的直径及内孔直径d可按下列公式计算： =0.215mm =(0.70.85)mm mm公式中：最大加工直径mm 最大回转直径： D=400mm 前轴颈： 后轴颈： 内孔直径： 2 根据以下原则确定结构式传动副前多后少原则：主变速传动系从电动机到主轴，通常为降速传动，接近电动机的传动件转速较高。传动的扭距较小，尺寸小一些，反之，靠近主轴的传动件转速较低，传动的扭距较大，尺寸较大。因此在拟定主传动系时，应尽可能将传动副较多的变速组安排在前面，即PaPbPcPj使变速传动系中更多的传动件在高速范围内工作，尺寸小一些，以便节省变速箱的造价，减小变速箱的外形尺寸，按此原则，12=322，12=232，12=223三种不同的传动方案中以前者为好。3 传动顺序与扩大顺序相一致的原则当变速传动系中个变速组顺序确定后，还有各种不同的扩大顺序方案。例如：12=322 方案，有以下6种不同的扩大顺序方案： 从上述6种方案中，比较和 图 1 图 2 从上图 1所示的方案中，变速组的扩大顺序与传动顺序一致，即基本组在最前面，依次为第一扩大组、第二扩大组、第三扩大组，各变速组变速范围逐渐扩大。图 2所示方案则不同，第一扩大组在最前面，然后依次为基本组，第二扩大组，第三扩大组。 将图1 、图 2两方案相比较，方案因第一扩大组在前面，第二组的变速范围比方案大。如两种方案的轴的最高转速一样，则方案的轴的最低转速较低；在传递相等功率的情况下，受的扭距较大，传动件的尺寸也就比方案的大。 变速组的降速要前慢后快，中间轴的转速不宜超过电动机的转速。如前所述，从电动机到主轴之间的总趋势是降速传动，再分配各变速组的传动时，为使中间传动轴具有较高的转速，以减小传动件的尺寸，前面的变速组降速要慢些，后面的降速组降速要快些。即UaminUbminUmin,但是中间轴的转速不应过高，以免产生震动、发热和噪声。通常，中间轴的最高转速不超过电动机的转速。根据上述原则，可确定主变速传动系结构式为：，即转速图为图 1所示。主轴箱的传动系图：2.2 齿轮的计算、校核和确定2.2.1齿轮模数的初步计算 一般同一变速组中的齿轮取同一模数的，选择负荷最重的小齿轮按简化的接触疲劳强度公式进行计算。 （mm）公式中： 按接触疲劳强度计算的齿轮模数(mm) 驱动电动机功率kw 计算齿轮的计算转速rpm 小齿轮齿数齿宽系数，（B为齿宽，m为齿轮模数），。许用接触应力Mpa。定比传动齿轮的模数： 取m=4mma变速组的模数： 即m=4mmb变速组的模数： m=4mmc变速组的模数： m=5mm齿轮精度的确定：根据齿轮的圆周速度及考虑到加工精度选取齿轮的精度均为IT7。2.2.2 齿轮的强度校核根据设计要求，只要求校核最后一组齿轮的强度，且一组中只需要取承受载荷最大的、齿轮最小的齿轮进行接触强度和弯曲疲劳强度强度进行校核。(1) 按接触疲劳强度进行验算公式中： 动载荷系数 机床课程设计指导书查表4-27 取=1 工作状态系数 考虑载荷冲击的影响：主运动（中等冲击）取1.21.6；冲击性机床（刨床、插床）取1.61.8；辅助传动（轻微冲击）取11.2； 取=1.2 齿向载荷分布系数 机床课程设计指导书查表4-28 取=1.04 许用接触应力 机床课程设计指导书查表4-30 取=1370Mpa 所以接触疲劳强度设计符合要求。(2) 弯曲疲劳强度进行验算 公式中：寿命系数 Y 齿形系数，从机床课程设计指导书表25选取；取Y=0.43 许用弯曲应力Mpa，从机床课程设计指导书表26选取。取=280Mpa。所以，弯曲疲劳强度设计也符合设计要求。2.2.3 齿轮齿数的确定 根据转速图和传动比可以确定齿轮的齿数。(1) 轴与轴啮合齿轮的齿数由于电动机的转速和传动轴的转速相比太大，第一根轴的直径要非常的大，所以在应在电动机和传动轴之间增加一个定比传动的变速组，来降低传动轴的转速，他们之间的传动比为：1：7， 查机械制造装备设计表36 ，可定一轴上的齿轮为22，二轴上的齿轮为55（2）轴和轴商店饿啮合齿轮的齿数：根据转速图确定轴和轴上的传动比为1.260=1.00 ，1.262=1.59 ，查机械制造装备设计表36，根据传动比u和初步定出的传动齿轮副齿数和SZ,可以求出小齿轮的齿数。一般地，Zmin1820，SZ=72，所以轴上的齿轮的齿数为36，32，28，则对应的轴的齿数为36，40，44。（3）轴和轴上啮合齿轮的齿数：根据转速图确定轴和轴上的传动比为1.260=1.00 ，1.263=2.00，查机械制造装备设计表36，确定轴上的齿轮齿数，SZ=84，所以齿轮齿数为42，28，于是轴上相对应的齿轮齿数为42，56。（4）轴和主轴上啮合的齿轮齿数：根据转速图确定轴和主轴上的传动比为1.262=1.59 1.264=2.52，查机械制造装备设计表36，确定轴上齿轮齿数和，SZ=91，所以轴上齿轮齿数为35，26，于是主轴上相对应的齿轮齿数为56，65。2.3 轴和齿轮的计算转速1. 各轴的计算转速：(1)主轴的计算转速由机械制造技术表37可知，主轴的计算转速是最低转速第一个三分之一变速范围的最高一级转速，由转速图可知nj=85 r/min(2)各传动轴的计算转速轴有6级转速，其最低转速106 r/min，通过齿轮使主轴获得两级转速42.5 r/min和170 r/min，170 r/min比主轴的计算转速高，需要传递给全部功率，故轴的170 r/min也应能传递全部功率，是计算功率。轴有3级转速，其最低转速212r/min，通过齿轮使轴获得两级转速212r/min和106r/min，均需要传递全部功率，故轴的212r/min转速也应能传递全部功率，是计算转速。 轴有一级转速335 r/min，是计算转速。 轴由电动机直接驱动有一级转速850 r/min，是计算转速。2. 各齿轮的计算转速轴与主轴间变速组的最小齿轮是26，经过该齿轮传动获得6级转速：42.5，53，67，85，106，132。主轴的计算转速为850r/min， 故Z=26在齿轮在212 r/min时应能传递全部功率，是计算转速。轴和轴间变速组的最小齿轮是28，经该齿轮传动，使轴获得3级变速，轴的计算转速是106 r/min，故Z=28的计算转速是212 r/min。轴和轴间变速组的最小齿轮是28，经过该齿轮传动使轴获得2级变速，轴的计算转速是212 r/min，故Z=28的计算转速是335 r/min。 轴与轴间变速组的最小齿轮是22，经该齿轮传动，使轴获得1级变速，轴的计算转速是335 r/min，故Z=22的计算转速是850 r/min。2.4 轴的结构设计和轴的校核2.4.1轴的结构设计1.轴的结构设计的基本要求是：（1）与装在轴上的零件有准确的工作位置，并便于拆装，调整。 （2）制造工艺性好（3）要特别注意轴阴天具有足够的刚度2.结构设计中提高刚度的一些措施：（1）增大轴的直径，缩短轴的长度，选择合适的支撑跨距。如轴上有多个齿轮时，齿轮应设计得较薄，以缩短轴长。对于不能再缩短的轴，才采用增大直径的方法。（2）为减小弯矩，应将轴上受力较大的零件尽可能地设置在靠近支撑处。（3）为避免轴和轴承受过大的弯矩，对某些传动轴，如带轮的轴，可采用卸荷结构（4）尽可能不采用悬臂轴 ，因为它的刚度小根据以上的基本要求和提高轴的刚度措施设计主轴箱的各轴，具体的各轴的形式见主轴箱装配图和轴的零件图。3.改善轴的装配及加工工艺的一些措施：当零件要装到轴上去，零件所经过的各段轴径应小于零件的孔径。这样，装配时即保护了它所经过的配合面，又便于拆装。但在不影响装配方便的前提下，应尽可能减少台阶的数目及减少台阶的高度，以改善加工工艺和节约材料。（1）轴上台阶的高度应该保证拆装零件时无需拔出配合很紧的平键。（2）减少台阶的数目及台阶的高度。（3）在同一根轴上的切槽高度，倒角半径，倒角，键槽高度，花键尺寸，应尽可能相同，这样，可减少刀具种类和节省更换刀具的时间。（4）在同一根轴上有几个键槽时，为了加工方便，应尽可能分布在同一母线上。（5）对键槽，应尽可能考虑用三面刃的盘状刀铣刀铣出，因为它比用指状铣刀加工效率高。2.4.2 轴的刚度校核轴的刚度分为弯曲刚度和扭转刚度两种，弯曲刚度用轴在受力时产生的挠度（y）与倾角（）来度量；扭转刚度用轴在受力时每1m 长度上产生的扭转角（）来度量。轴在受力时如产生过大的弯曲或扭转变形，在回转中容易引起振动和噪声，影响机床的正常工作，对于连续切削的机床，这种现象更明显，机床变速箱内的轴，如发生过大的弯曲变形每则轴上齿轮的啮合正确性及平稳性将受到影响，滚动体和滚道的接触寿命将会缩短。如装在滑动轴承中，则所受的压力将集中于轴承的一端，引起轴承和轴径的加速磨损，如轴装有滑移齿轮或离合器，则将影响其移动的灵活性。在进给系统中，如轴发生过大的扭转变形，则运动部件在运动中将发生爬行，破坏均匀进给。对于传动精度有严格要求的机床，如轴发生过大的扭转变形，则会严重影响机床的工作精度。对两根轴有同步传动要求的机床，如轴在不等载受力的情况下发生过大扭转变形，则将造成主轴箱的倾斜。因此，对机床上的轴，一般应进行弯曲刚度校核。对可能产生爬行的轴，还应进行扭转刚度校核。轴的弯曲刚度的校核：在一般情况下，不需要对每一根轴的每一点都进行弯曲变形核算，而只是核算薄弱环节处的弯曲变形。核算支撑处的倾角时，只需校核支反力，当未超过允许的变形量时，则其他支承也不会超过；当支承处的倾角小于安装齿轮处规定的允许值时，则齿轮处的倾角就不必核算，因为支承处的倾角一般都大雨轴上其他部位的倾角。当一根轴上装有几个齿轮时，在核算装齿轮处挠度时，一般只需校核受力最大的齿轮处的挠度即可。轴的结构：轴作为输入轴，轴上只有一个齿轮，所以在齿轮处传出的作用力最大，并且由此产生的弯矩最大，所以按齿轮处的情况进行验算。根据前面的计算可以知道轴的计算转速为850r/min轴上的转矩为T： =320340 Nmm求作用在齿轮上的作用力：齿轮的分度圆直径为： 圆周力、径向力、法向力的大小为 计算轴承的支反力： 轴上使用的深沟轴承水平支反力： 垂直支反力： 水平面内的弯矩 所以 =535162 Nmm垂直面内的弯矩 所以合成弯矩 M： = 569442 Nmm轴的抗扭截面模量 W： 校核轴的强度： 轴的材料为45号刚，进行调质处理。由机械设计工程学表4-1查得，则，即5865，取，轴的计算应力为，根据计算结果可知，该轴满足强度要求。 轴的弯矩图： 轴的结构： 在轴上有三个齿轮将转速传入第三跟轴，在第二跟轴上用于传动的齿轮齿数最小的齿数是Z=28，齿数是最少的，故以Z=28传出时作用力最大，并由产生的弯矩也最大，所以按Z=28的情况进行验算。根据前面的计算转速可以知道轴的转速为335r/min。轴上的转矩为T： 求作用在齿轮上的作用力齿轮的分度圆直径为： 圆周力、径向力、法向力的大小为： 计算轴承的支反力：轴上使用的是深沟轴承水平支反力： 垂直支反力： 水平面内的弯矩 所以 垂直面内的弯矩 所以 合成弯矩 M： 轴的抗扭截面模量为 W： 公式中：d花键的小圆直径 D大圆直径 z花键齿数 b为键宽 =核算轴的强度轴的材料为45钢，进行调质处理。由机械设计工程学表4-1查得，则，即，取，轴的计算应力为，根据计算结果可知该轴的设计满足强度要求。轴的转速图： 轴的结构如下：按轴左端最小的齿轮进行校核：轴上的转矩 T： 求作用在齿轮上的作用力： 齿轮的分度圆直径为： 圆周力、径向力、法向力的大小为： 水平支反力： 垂直支反力： 水平面内的弯矩 所以 =3343202 Nmm垂直面内的弯矩 所以合成弯矩 M： = 3463746 Nmm轴的抗扭截面模量 W： 核算轴的强度轴的材料为45钢，进行调质处理。由机械设计工程学表4-1查得，则，即，取，轴的计算应力为，根据计算结果可知该轴的设计满足强度要求。所以轴的弯矩图：轴的结构：按轴左端最小的齿轮进行校核：轴上的转矩 T： 求作用在齿轮上的作用力： 齿轮的分度圆直径为： 圆周力、径向力、法向力的大小为： 计算轴承的支反力水平支反力： 垂直支反力： 水平面内的弯矩 所以 =1580903 Nmm垂直面内的弯矩 所以合成弯矩 M： = 1719034Nmm轴的抗扭截面模量 W： 核算轴的强度轴的材料为45钢，进行调质处理。由机械设计工程学表4-1查得，则，即，取，轴的计算应力为，根据计算结果可知该轴的设计满足强度要求。所以轴的弯矩图：轴的结构：按轴左端最小的齿轮进行校核：轴上的转矩 T： 求作用在齿轮上的作用力： 齿轮的分度圆直径为： 圆周力、径向力、法向力的大小为： 计算轴承的支反力水平支反力： 垂直支反力： 水平面内的弯矩 所以 =3964945 Nmm垂直面内的弯矩 所以合成弯矩 M： = 4219357 Nmm轴的抗扭截面模量为 W： 公式中：d花键的小圆直径 D大圆直径 z花键齿数 b为键宽 =核算轴的强度轴的材料为45钢，进行调质处理。由机械设计工程学表4-1查得，则，即，取，轴的计算应力为，根据计算结果可知该轴的设计满足强度要求。所以轴的弯矩图：2.5 轴的材料选择及热处理机床上的大多数轴都应该有足够的强度和刚度，而刚度的大小与材料的模量有关。碳钢与合金钢的弹性模量相差不大，故从刚度方面考虑，一般的轴都采用45号钢即可；当对疲劳强度、耐磨性等有要求时，可以采用40Cr或45MnB；在滚动轴承中工作的轴，装轴承的轴颈部位无耐磨性要求，一般可不进行热处理，但适当的硬度可改变装配工艺和保证装配精度，所以一般常进行调质处理，硬度为HB220250。大型的轴可进行正火处理，以改善切削性能、消除应力、细化晶粒及消除组织不均匀性。在滑动轴承中工作的轴，其轴颈部位有耐磨性要求，局部表面应淬火，以获得均匀致密的硬化层。装有滑移齿轮的花键轴，一般可进行调质处理或在调质的基础上把花键部分表面淬硬，硬度达到HB4045。有些轴还得进行防锈处理。根据上面的要求，本次设计的主轴变速箱的各轴均选用45号钢。在轴、轴、轴上均装有花键，需要进行调质处理并在调质处理的基础上把花键部分进行表面淬硬，硬度为HB4045。所有轴都进行表面清理，提高装配精度。2.6 轴承的选用及其校核2.6.1轴承的选用、校核1.轴上轴承的选用不同结构的滚动轴承具有不同的工作特性，不同的使用场合和安装部位对轴承的结构和性能有不同的要求。因此滚动轴承的类型选择无固定的模式可循。轴是输入轴，在传动过程中不受轴向力所以采用深沟轴承，根据设计的轴颈的大小查机械零件设计手册，轴选用的深沟球轴承的型号为209号，其具体尺寸：（，安装尺寸额定动载荷为，额定静载荷为）。 2. 轴上的轴承选用 轴在转动过程中虽然会受到齿轮给它的轴向里，为了抵消这个轴向力也可以采用深沟球轴承。因为深沟球轴承能承受一定的轴向力根据设计的轴径的大小查机械零件设计手册，轴上选用的轴承型号为211号，其尺寸（，安装尺寸额定动载荷为，额定静载荷为）。3.轴上轴承的选用 轴在转动过程中虽然会受到齿轮给它的轴向里，为了抵消这个轴向力也可以采用深沟球轴承。因为深沟球轴承能承受一定的轴向力根据设计的轴径的大小查机械零件设计手册，轴上选用的轴承型号为211号和212号，其尺寸（211号：，安装尺寸额定动载荷为，额定静载荷为；212号：，安装尺寸额定动载荷为，额定静载荷为）。 4轴上轴承的选用 在转动过程中虽然会受到齿轮给它的轴向里，为了抵消这个轴向力也可以采用深沟球轴承。因为深沟球轴承能承受一定的轴向力根据设计的轴径的大小查机械零件设计手册，轴上选用的轴承型号为213号和214号，其尺寸（213号：，安装尺寸额定动载荷为，额定静载荷为；214号：，安装尺寸额定动载荷为，额定静载荷为）。 5主轴上轴承的选用主轴前端轴承有两种常用的类型：（1）双列短圆柱滚子轴承，这种轴承的承载能力大，内孔有1：12的锥度，摩擦系数小、温度升得低，但是不能承载轴向力，必须和能承受轴向的轴配合使用，因此整个部件支撑的机构比较复杂。（2）圆锥滚子轴承，这种轴承承载能力大，可同时承受径向力和轴向力，结构也比较简单，但允许的极限转速低一些，由于在加工的过程中转速不高，所以采用圆锥滚子轴承。 主轴的中间轴支撑处选用深沟球轴承。前支撑圆锥滚子轴承的型号：7218号查机械零件设计手册，其尺寸：（，安装尺寸，额定动载荷为，额定静载荷为）。 后支撑圆锥滚子轴承的型号：7216号查机械零件设计手册，其尺寸：（，安装尺寸，额定动载荷为，额定静载荷为）。中间支撑的深沟球轴承的型号为218号查机械零件设计手册，其尺寸：（，安装尺寸额定动载荷为，额定静载荷为）。2.6.2轴承的预紧和游隙1 轴承的游隙 轴承游隙是轴承的另一项重要公差指标，也是轴承应用中的一项重要参数。在实际使用中，游隙将影响到轴承中的负荷分布、振动、噪声、摩擦力矩和寿命，因此需要根据使用条件选用合适的游隙的轴承。轴承游隙可分为径向游隙和轴向游隙。2 游隙选用考虑的问题 (1) 轴承与轴、外壳的配合导致的游隙的缩小； (2) 轴承工作时，内外圈的温升导致的游隙的缩小； (3) 因制造轴和外壳的材料的膨胀系数不同，而导致的游隙的缩小或增大； (4) 轴与轴承最合适的工作游隙。3 轴承游隙值的确定范围 轴上的轴承径向游隙值查实用滚动轴承手册7.37表a为623；轴上的轴承径向游隙值查实用滚动轴承手册7.37表a为828；轴上的轴承径向游隙值查实用滚动轴承手册7.37表a为828；轴上的轴承径向游隙值查实用滚动轴承手册7.37表a为1030；主轴上中间的轴承径向游隙值查实用滚动轴承手册7.37表a为1236；主轴上前端的轴承游隙值查实用滚动轴承手册7.37表 b为4268；主轴上后端的轴承游隙值查实用滚动轴承手册7.37表 b为4268。2.6.3 轴承的密封 为了防止润滑剂泄出，防止灰尘、切屑微粒及其他杂物和水分的侵入，轴承必须进行必要的密封，以保持良好的润滑条件和工作环境，使轴承达到预期的工作寿命。通常早选择轴承密封形式时，应考虑以下因素：1） 轴承外部工作环境；2） 轴承的转速与工作温度；3） 轴的支撑结构与特点；4） 润滑剂的种类与性能。 轴承的密封装置，一般分非接触式和接触式两类。 1.非接触式非接触式密封包括间隙式、迷宫式和垫圈式等不同结构。由于此类装置中，密封件直接相接触，因此可用于高速运转轴承的密封。间隙式密封 这种密封装置是靠轴和轴承端盖间细小的环行间隙来密封，可以在清洁的工作环境中使用。主要作用是将润滑脂保持在轴承内，轴与轴承盖孔之间的间隙一般取0.10.3mm，间隙越小，密封性越好。为提高密封效果，在轴承孔内开一个或几个并列的糟，这样沿着间隙朝外游溢的润滑脂便可以淤积于糟内，从而防止了润滑脂的流出和污垢的入侵，润滑脂润滑时用的间隙密封装置，需在轴上加工沟糟或带一个环，通过此环可以将沿着轴溢出的油脂甩出，又被轴承内的相应的环形糟所截获，然后通过低处的孔流入轴承内。曲路密封 在大量切削、灰尘和冷却液的条件下，可采用曲路密封装置。无论轴承使用脂润滑或油润滑，曲路密封装置都同样可靠，它的密封作用主要由旋转的与固定的密封的零件之间的复杂而曲折的小缝隙形成，有时可在缝隙内注满润滑脂，以增强密封效果。根据轴承部件的结构，密封装备的曲路可以是径向的或轴向的，后者的轴承盖必须做成分切割式的。垫圈式密封 轴承工作时，垫圈是旋转的，在离心的作用下，可以甩去落在垫圈上的油与杂质，当轴的圆周速度越高时，这种密封装置的作用越可靠，对油润滑和脂润滑都可采用。 2接触式密封 毡封圈式密封装置 这种主要用于使用润滑脂且工作环境较清洁的轴承部件内，如果与其它形式的密封装置联合使用，还能用于使用润滑的轴承部件中。 径向密封装置 在密封要求较高的情况下，常采用耐油橡胶制成的径向密封圈。可用在脂润滑和油润滑的部件中，接触处的圆周速度不超过7m/s。密封圈凸缘与轴的接触可用利用密封圈本身的弹力，为了使密封唇受的压力及密封能力在长时间保持恒定，也可用在密封唇受的周围加一螺旋弹簧；为增强密封圈安装的可靠性，可在密封圈内加一金属架，安装密封圈式密封装置时，必须注意密封唇的方向。如果主要是为了防止杂质的侵入，则密封唇应背向轴承，如果主要是为了防止漏油，则密封唇应向着轴承。 2.6.4 轴承的润滑 1.润滑的作用运转过程中，轴承内部各元件间，均存在不同程度的相对滑动，从而导致摩擦发热和元件的磨损。因此工作中必须对轴承进行可靠的润滑。润滑轴承的主要目的是：1） 减小摩擦发热，避免工作温度过高；2） 降低磨损；3） 防止锈蚀；4） 散热（油润滑）；5） 密封（脂润滑）。 2.润滑剂的选择选择润滑剂时应考虑的因素有：1） 轴承的工作温度 各种润滑剂都有各自适于工作的温度范围。过高的工作温度