立式钻床用轴均布多轴头设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 摘要 本文是立式钻床用轴均布多轴头设计，可调式多轴头各轴在圆周方向均布且方向可方便地沿直径方向同步调整，以适应多种小批量生产条件下法兰盘类零件的螺孔加工。固定试式多轴头是根据一个典型法兰盘类零件而设计的，用于零件中大批量生产要求。 多轴头架的设计参数来源于一般的加工工艺条件，以适应更广阔的加工范围。针对工厂里多孔钻削时，孔径一般较小，多在 10cm 左右，而且大部分是箱体、法兰盘等，箱体、法兰盘多为铸造件，材料是铸铁，也有个别的被加工零件的材料是低碳钢。根据这些工件的切削条件，可以确定多轴头架的工艺主参 数。 主参数确定后便可以进行多轴头架的总体设计。多轴头架的传动原理是通过齿轮啮合增加钻削轴的轴数，以满足多孔加工的要求。通过二级齿轮啮合，输入轴和输出轴的转向没变，但由于齿轮分支传动，变成多根输出轴。 为了保证加工生产条件的安全，加上多轴头工作时装隔离装置比较困难，所以必须严格校核轴头架的强度，以免发生事故或达不到加工要求。 可以看出，改装后的多轴钻床，可以同时完成多个孔的钻、扩、铰等工序。工艺范围可以满足一般加工情况的孔类钻削要求。可调多轴头架可以起到提高生产效率、降低成本、提高孔系加工精度等作用。参照该 调节原理可进行其他任意孔系加工装置的设计，还可以用于攻丝、扩、锪孔等加工装置。此外该装置具有结构简单、操作方便、应用范围广等特点，值得推广。 关键词： 立式 钻床 多轴头 可调 固定 买文档送全套图纸 扣扣 414951605 2 3 Abstract The design of multiple spindles heads for drilling machine whose drills 4 spindles are adjustable or fixed are introduced The adjustable spindles of the multiple spindles heads are located evenly in the circuit and can be adjusted synchronism on the diameters direction to meet the small scale production needs of the screw hole manufacture for flange plate parts.And the fixed multiple spindles heads is design for the big scale production needs of the screw hole manufacture for flange plate parts,it cant be used to manufacture another farts, because its spindle distance is designed for the only part. The design of multiple spindles heads include three parts : the total design, the transfer system design , and the constructive design Because of the un-development in our manufacture industry ,most companys plant lack of the machine to drill multiple holes at the same time , and its a waste of funding on the manufacturing facilities which will be laid after the parts are produced . so the economic multiple spindles heads enable the normal company to drill the multiple holes in a fast way .And same company gained the economic performance by the way of reequips the machine tools. Its the fact that the reequipped drilling machine can satisfy the process precision requirement .so the design is feasible. Based on the design of the multiple spindles heads , we can also design the others to the manufacture of the other flange plant parts. Key words: drilling machine ；adjustable； multiple spindles heads； 目录 前言 1 1 概述 .2 5 1.1 问题的提出 .2 1.2 同行业概况 .2 1.3 课题的意义 .2 2. 总体方案设计 4 对工件进行工艺分析 4 检查图纸的完整性和正确性 .4 分析工件的结构特点 .4 分析工件的材料及加工性能 .5 工件的生产批量 .5 确定工件的加工方法 5 对被改装钻床的分析 5 总体布局 6 其他问题分析 7 3. 齿轮可调式三轴头架的设计 8 齿轮可调式三轴头架的传动原理及调整方法 8 方案的工艺设计参数 9 Z535 钻床动力所允许的工况条件 .9 确定用于钻削计算的极限值 .13 三轴头架的传动设计 .16 齿轮的设计验算 16 轴的设计与校核 21 轴承的校核计算 35 键的设计校核 37 螺栓的设计校核 38 夹头夹紧力的计算校核 40 4. 润滑与密封 43 5. 结束语 44 6. 谢辞 46 7. 参考文献 .47 前言 我的毕业设计的题目是立式钻床可调 式多轴头架的设计。在现阶段，我国制造也的发展状况，一方面零件精度、复杂度越来越高，另一方面我国 6 的制造业中普遍存在社别老化的问题。虽然设备老化在现代工业中是不可避免的事情 现在设备的设计更新实在太快了。而且，随着现代产品的小批量生产趋势，为了加工某个零件去购置一台新机床是不合适的。怎样利用现有设备高效快速地加工出新零件是一件很有实际应用价值的课题。 在现代设计中，箱体类、钣金类的零件被广泛应用，在上面进行设计一系列孔是很多时候必须的工作。进行多孔钻削是现代加工中一个不可缺少的加工工序。但是在我国的大部分中 小企业目前还不能很好的适应多孔钻削的生产要求，为了某个批量不是很大的零件购置响应的排钻甚至专用机床是取不了多大的经济效益的。针对各个企业里的钻床进行改装不失为一个经济易行同时能满足大部分精度要求的好方法。 目前国内已有一些厂家通过改造现有的钻床设备使之具备加工多孔钻削的能力。一般情况下，都是采用加装多轴头架的方法，并学用适当的夹具便于多轴头架的装夹。由于改造机床多为了某个特定的零件，各种多轴头架各有各的特点。一改改装机床的工艺对象普遍狭窄的缺点，我这里设计了一个可调式的多轴头架，它的切削周向直径可调节，大大 的扩大了它的加工范围。 1. 概述 1.1 问题的提出 本次毕业设计任务的提出，是为适应目前我国大部分制造厂的实际生 7 产状况。当前制造业设备更新特别快，大部分企业遇到同一端面的多孔钻削的零件时，为此购置专用设备又往往不经济的条件下，可以通过改造现有普通单轴钻床使之具有多轴钻削的能力。既解决了加工要求与现有设备的矛盾，又有效的利用了闲置机床，极大的提高了设备利用率，给企业带来了巨大的经济效益。 1.2 同行业概况 在国内的相关企业中已经有一部分企业开始原有设备的改造以适应新的加工生产。其中有一些结构相对 比较复杂，当然这与白加工零件的相关工艺参数有关。在法兰盘周向均布孔的加工上应用已经相当广泛。比如在郑州的一个汽车制造车间上，运用了改造后的钻床进行加工，取得了良好的经济效果。由于这些厂家的生产对象的特殊性，他们加工的孔径一般较大，改造后的钻床，除了加装多轴头架外，还需设计额外的夹具以减轻头架的重量对钻床的作用力影响及保证头架进给的精度。 1.3 课题的意义 为了使广大的一般小型生产厂家具有同一端面的多孔加工能力，我设计了重量较轻，钻削轴均布的三轴头架。 可以实现同时三孔位的加工，而且如果孔之间的距离有变化，可以 随时进行孔距的调节，使它能够实现多孔位的加工，那样不仅可以节省时间、改善工人的劳动强度、提高劳动效率，而且对于机械行业也是一种革新。 齿轮可调式三轴头架，因为它是一种可换的，而且是可以调节孔距的设备，所以适应生产过程中的小批量的生产。 根据多孔的加工要求，确定机床的主要参数如下： 最大钻孔深度（单侧钻） 50mm 主轴数目 3 8 主轴中心线至工作台面高 750mm 主轴转速 1000r/min 左右 2. 总体方案设计 总体方案是部件和零件的设计依据，对整个机床的设计影响较大。因此，在拟定总体方案的过程中，必须综合的考虑，使所定方案技术上先进， 9 经济效果好。确定总体方案，包括下列内容： 2.1 对工件进行工艺分析 2.1.1 检查图纸的完整性和正确性 工件的图纸应能清晰的表达工件的形状结构，标注全部尺寸及技术要求，说明工件的材料和所需要的工件数量等。加工零件为典型的盘类零件，砂轮机端盖，如图： 图 1 砂轮机端盖 2.1.2 分析工件的结构特点 工件的结构决定了它的安装方式和加工厂方法。要求用多轴头架加工的孔为精度要求不甚高的 9mm 螺栓孔，在加工时，以大端面为基准装夹，根据批量的要求需另外设计专用夹具，以适应中批量的生产要求。 2.1.3 分析工件的材料及加工性能 工件的材料对加工方法有很大的影响。如材料的软硬对刀具进给量、走刀量都有较大的影 响。砂轮机端盖的毛坯为铸件，材料是球墨铸铁，可根据相关手册计算加工时的加工参数，以此来确定多轴头架的设计参数。 10 2.1.4 工件的生产批量 被加工工件的生产批量的大小对改装方案的制定也有较大的影响。工件的批量大，改装后的机床的生产效率则要求高，若工件的批量小，则对机床的效率要求不高。工件批量大时要求要考虑机床的专用性，工件批量小时要求要考虑机床的通用性。砂轮机端盖的生产为中批量生产，设计周期短、经济的三轴头架十分适合它的生产批量加工条件。 2.2 确定工件的加工方法 不同的加工方法可带来不同的经济效益， 故工件加工工厂方法选择的是否合适，对钻床改装来说是非常重要的，他不仅关系到改装形式，还直接影响改装后机床加工质量的优劣、生产效率的高低等。所以确定工件加工方法时，应考虑以下主要问题：（ 1）加工表面要求的精度和粗糙度；（ 2）工件的生产批量；（ 3）工件的结构形状和尺寸（ 4）钻床改装的实际可能性。 2.3 对被改装钻床的分析 分析被改装钻床时包括的主要内容有：（ 1）分析机床能否适应改装要求；（ 2）调查和了解机床的使用情况；（ 3）考虑机床的动力情况；（ 4）分析改装后机床的强度和刚度问题。 Z535 型立式钻床是一 种传统的立式钻床，在机械制造和维修中的单件、小批量生产中，对中小型零件进行钻孔、扩孔、铰孔、锪孔及攻螺纹等加工工艺上得到了普遍的应用。但由于其为单孔钻床，对多孔钻削的加工比较麻烦，很费工时，给操作者增加了劳动强度。为此，为了挖掘设备潜力，将其改装成多头钻床，根据在实际加工中的要求，同一加工平面三孔或四孔加工比较常见，设计了齿轮十多轴头架，以便于更高效的使用 Z535 立式钻床。在完成一批生产任务后，三轴头架可以从钻床上拆下来，立式钻床恢复原貌，不会影响钻床原来的参数。当参数发生改变、被加工工件尺寸发生变化时， 11 可 调式头架的钻削主轴轴距可以调节，适应被加工工件上孔距在一范围内的变化，从而扩大了三轴头架的使用范围。 有关 Z535 钻床的动力参数将在以下内容进行详尽的分析计算。 2.4 总体布局 一般包括：分配运动、选择传动形式和支承形式的位置、拟定从布局上改善机床性能和技术经济指标的措施等。最后，绘制多轴头架与机床的总联系尺寸图，以表达所才用的总体布局，规定联系尺寸，并确定主要的技术参数。 查相关的机床手册，得到 Z535 的相关联系尺寸，列于下表（单位： mm） 最大钻孔直径 d 35 最大钻孔深度 h 175 从主轴 端面到工作台端面 H 0750 从主轴中心到导轨距离 A 175 从工作台 T 型槽中心到凸肩距离 B 160 凸肩高度 h0 -3 工作台最大升高 325 主轴箱最大垂直移动量 200 主轴最大行程 225 主轴外径尺寸 40d4 锥孔莫式号数 4 号 2.5 其他问题分析 在制定改装方案时，除了以上各因素外，还要注意维护要方便、制造和装陪要简单、结构要紧凑、通用化程度要高、外型要平整协调等，同时也要考虑因地制宜的改装问题。考虑到在钻床上安装了三轴头架之后，再装上 12 钻头，钻头前端到被加工工件之间必须留有 一定的高度用于进刀用，在加上工件孔的深度，钻头架的垂直尺寸必须满足一定的范围。根据钻床外的联系尺寸、钻头长度和一般被加工工件的尺寸，钻头架的垂直尺寸应在 400mm左右。 3. 齿轮可调式三轴头架的设计 3.1 齿轮可调式三轴头架的传动原理及调整方法 可调式三轴头架的传动原理如图 1 所示。主轴 1 由钻床主轴来带动旋转，经齿轮副 2 与 3 和 3 与 5，使小轴 4（即钻削主轴）得到动力旋转， 13 于是带动钻头进行钻削。 钻削孔径的调整通过改变两小轴 4 的中心距来实现，即使两小轴 4的中心距等于被加工孔的孔径。 在调整时（参见图 1），首先松开六角螺母，然后转动支架使之带动介轮轴一起在本体中转动，直至三小轴的中心距调整到 所 要 求 的 尺 寸 为 止 ， 再 将 六 角 螺 母 拧 紧 。图 1 三轴头架传动原理图 14 图 2 传动原理简图 1.主轴 2.中心轮 3.介轮 4.小轴 5.小齿轮 3.2 方案的工艺设计参数 3.2.1 Z535 钻床动力所允许的 工况条件 多轴头架是根据加工工件的需要进行设计的，与之相配套的立钻动力是否够用，设计前必须验证。常用的验证方法有两种：一是类比法，即加工同类零件机床动力进行比较，以此决定所选用的动力是否能满足要求，另一种是计算法，将计算所得的切削功率与配套机床的动力进行比较，以此决定配套机床的动力是否够用。 应用公式计算切削速度、切削力和切削功率，根据设计儿女物说明书的要求，最大孔径为 12mm ，此时在各种工况条件下的 V、 F、 P。考虑到齿轮传动有功率损失，单 根钻削轴能承受的最大功率（ Z535 的额定功率围4.5kw） 15 664 . 5 / 3 0 . 9 83PP =1.33kw (1) 用高速钻头钻孔时 查机械加工工艺师手册（以下简称工艺师）表 28-14 高速钢钻头钻削结构钢（ 650b M pa ），当 d=10mm 时，最大进给速度为 f=0.25mm/r，对应的 切削速度 V=15m/min 轴向力 F=3010N 转矩 T=10.03N m 功率 P=0.51KWP =1.33KW 查工艺师表 28-15高速钢钻头钻削灰铸铁（ 190HBS），当 d=10mm时，最大的进给速度为 f=0.60mm/r，对应的 切削速度 V=12m/min 轴向力 F=3765N 转矩 T=13.93N m 功率 P=0.52KW170HBS）1 0 0 . 2 5 0 . 4 /d m m f m m r :,这里按 f=0.25mm/r 计算 查表得 22.2vC 0.45vZ 0vX 0.4vy 0.2m 410FC 1.2FZ 0.75Fy 0.117TC 2.2TZ 0.8Ty 有 18 0 . 4 50 . 2 0 . 31 . 2 0 . 7 52 . 2 0 . 802 2 . 2 1 01 4 7 . 4 / m i n3 5 0 . 2 54 1 0 1 0 0 . 2 5 1 2 2 7 4 . 50 . 1 1 7 1 0 0 . 2 5 1 6 . 1 .6 . 1 4 7 . 40 . 9 6 1 . 3 33 0 3 0 1 0vmFNT N mTvP k w P k wd 满足功率要求。 则用硬质合金钻头 YG8 钻削时，m a x 0 .2 5 /f m m r3.2.2 确定用于钻削计算的极限值 由于以上所计算的进给量是在机床功率允许的最大值，此时转速为最小值，而在多轴头架中从主轴到钻削主轴是升速运动，可以充分发挥 Z535 的各级转速对比各种工况下的钻削速度，小轴钻削速度为： （ 1） 高速钢钻头钻削加工 碳素结构钢（ 650b M pa ）时 v=16.1m/min n=v/ D=16.1/ 0.010=512.7r/min (2) 高速钢钻头加工 灰铸铁（ 190HBS）时 v=13.4m/min n=v/ D=13.4/ 0.010=426.8r/min (3) 用硬质合金钻头 YG8 加工灰铸铁（ 190HBS）时 v=47.4m/min n=v/ D=47.4/ 0.010=1509.6r/min 对比可以看出在钻床所允许的功率下，工作最低转速为 426.8 r/min，根据有关手册查得 Z535 钻床的各级转速为： 68、 100、 140、 190、 275、 400、530、 750、 1100r/min 为了减小轴头架的尺寸，防止头架过重，应尽量缩小头架的传动比，取主轴最低转速为 140r/min 进行升速，此时钻削轴转速为 19 426.8r/min 则总的传动比为： 4 2 6 . 8 3 . 0 4 9140nin 钻主考虑钻头都有一定的转向，一般为右旋，为了使钻削主轴与机床主轴的转动方向一致（都为右旋），采用两级齿轮传动。如果把传动比分配的合理，传动系统结构紧凑、重量轻、对机床的作用力就小，润滑条件也好。若分配不合理，可能会造成种种不便，因此分配传动比时要考虑以下原则： （ 1） 各级传动比应在每一级传动的范围内，各类传动比允许的推荐值可参见实用机械设计手册（以下简称实 用手册）表 1-3： （ 2） 各级传动尺寸要协调合理。 取 211.4ii总传动比 221 2 11 . 4i i i i i g13 .0 4 9 1 .51 .4i 2 3 .0 4 9 2 .01 .5i 为保证头架总体尺寸不至于过大，取小齿轮的齿数取 Z3=20，根据有关资料的设 计经验，取模数 m=2 则个齿轮的尺寸为： 小齿轮 Z3=20 33 2 0 2 4 0d Z m mm 介轮 222 0 1 .5 3 03 0 2 6 0Zd mm 20 中心轮 123 0 2 6 06 0 2 1 2 0Zd m m 齿轮齿数确定后，算得传动比误差，总齿数比为： 2 1236 0 3 0 33 0 2 0ZZuZZ gg传动 比误差为： 3 . 0 4 9 3 1 . 6 %3 . 0 4 9u u uuu 误差在 5% 内，满足误差要求。 图 3 三轴头架的俯视图 则轴头架的工艺尺寸（见图 3） （ 1） 进行正式的三孔加工时 312m i n 1 2 0 6 0 4 02 ( ) 2 ( ) 2 02 2 2 2 2 2dddd m m 3 1m a x 2 4 0 1 2 02 ( ) 2 ( 6 0 ) 2 8 02 2 2 2d dd d m m 21 但由于支架的尺寸影响，不可能达到理论最小均布直径，根据支架的外型尺寸，头架能够加工的最小均布直径为 50mm. (20) 作双轴头架使用，钻削双孔时 0m a x m a x001 2 2 3m i nc o s 3 0 2 4 2 . 51 2 0 6 0 6 0 4 02 c o s 3 0 2 c o s 3 0 3 9 . 62 2 2 2 2 2 2 2L d m md d d dL m m 但是，作用轴头架使用时算的minL是达不到的，因为钻削主轴支架的厚度限制，具体尺寸在装配图完全确定后才能确定。（约为 50mm） 3.3 三轴头架的传动设计 3.3.1 齿轮的设计演算（参考机械设计工程学 I） （！）选择齿轮的材料 查表 8 17 小齿轮选用 40Cr 调制处理 介轮选用 45 调质处理 中心轮选用 45 正火处理 （ 2） 对中心轮进行齿根弯曲强度校核计算 由式（ 8 66） 112aaF F S FKT Y Y Yb d m确定齿轮传动精度等级，小齿轮的转速算得为 426.8r/min 以上，最高达 1000r/min 左右，小齿轮的圆周速度 1 4 2 6 . 8 0 . 0 4 5 3 . 6 / m i nv n d m 2 1 1 0 0 0 . 0 4 1 3 8 . 2 / m i nv n d m 22 参考表 8 14， 8 15 选取 齿宽系数 0.4b 查表 8 23 按齿轮相对轴承为悬臂布置 小齿轮转矩，按最大值计算为 T3=13.1Nm(高速钢钻头钻削灰铸铁时 )，根据介轮受力分析 32231 3 . 1 6 0 1 9 . 6 540TT d N md 载荷系数 K 由式（ 8 54）得 AVK K K K K使用系数 1.25AK 查表 8-20 动载荷系数 1.07VK 查表 8-57 齿向载荷分布系数 1.11K 查表 8-60 齿间载荷分布系数 1.15K 查表 8-55 及 =0 得 查表 8-21 并查值 则动载荷系数 K=1.25 1.07 1.11 1.15=1.71 齿型动载荷系数aFY查图 8-67 得 中心轮 1 2.28aFY 介轮 2 2.52aFY 应力修正系数1aSY查图 8-68 中心轮 1 1.73aSY 介轮 2 1.625aSY 23 重合度系数 Y由式 8-67 Y=0.25+0.75/=0.25+0.75/1.72=0.69 许用弯曲应力 F由式 8-71 F=limF=2 2 2l i m 2 /F F N x FY Y S /FS弯曲疲劳极限limF查图 8-72 应力循环次数由式 8-70 得 81 6 0 6 0 1 4 0 1 ( 8 2 0 0 8 ) 3 . 2 1 0hN n j L ） 2N= 86 0 1 4 0 2 ( 8 2 0 0 8 ) 2 . 2 1 0 弯曲寿命系数 1NY 查图 8-73 尺寸系数 1xY查图 8-74 安全系数 1.3FS 查图 8-27 则 1 1 1l i m 1 /F F N x FY Y S=390 1 1/1.3=300N/mm 2 2 2l i m 2 /F F N x FY Y S =460 1 1/1.3=354N/mm 又因为中心轮齿宽 320 . 4 6 0 1 616db d m mb b m m 介轮齿宽较大，在计算时按 32 ( 5 1 0 ) 2 0b b m m :（已经取得比实际值大，若校核安全，则肯定安全） 故 24 2 1 . 7 1 1 9 6 5 0 2 . 2 8 1 . 7 3 0 . 6 9 7 6 . 22 0 6 0 2F 2 1 . 7 1 1 9 6 5 0 2 . 2 8 1 . 7 3 0 . 6 9 5 8 . 62 6 6 0 2F （ 3） 对小齿轮进行齿面接触疲劳强度校核计算 由式 8-63 得 1212 1H E HKT uZ Z Zb d u g 齿宽系数查表 8-23，按齿轮相对轴承为悬臂布置，取齿宽 3 0 . 4 6 0 1 6db d m m 介轮齿宽暂取2 16b b m m，实际不止这尺寸，则按照他校核安全，则介轮肯定安全。 小齿齿宽 32 ( 5 1 0 ) 2 0b b m m :小齿轮转矩 3 1 3 .1T N m（注：为极大值） 载荷系数 K 由式（ 8 54）得 AVK K K K K使用系数 1.25AK 查表 8-20 动载荷系数 1.07VK 查表 8-57 齿向载荷分布系数 1.11K 查表 8-60 齿间载荷分布系数 1.10K 查表 8-55 及 =0 得 231 1 1 11 . 8 8 3 . 2 ( ) c o s 1 . 8 8 3 . 2 ( ) 1 . 6 23 0 2 0v ZZ 查表 8-21 并查值 25 则载荷系数 1 . 2 5 1 . 0 7 1 . 1 1 1 . 1 0 1 . 6 3K 弹性系数lim2H189.8EZ 查表 8-22 节点影响系数 2.5HZ 查表 8-64 重合度系数 0.9Z 查表 8-65（ 0 ） 许用接 触应力 H式 8-69 得 2 l i m 3 /H H N W HZ Z Z 接触疲劳极限应力l i m 2 5 7 0 /H N m m 、l i m 3 1 4 8 0 /H N m m 查图 8-69 应力循环次数由式 8-70 得 82 2 .2 1 0N （已算得） 81 6 0 6 0 4 2 6 . 8 1 ( 8 2 0 0 8 ) 3 . 2 8 1 0hN n j L 则查图 8-70 得接触强度的寿命系数2NZ、3NZ（不允许有点蚀） 硬化系数 WZ查图 8-71 及说明 接触强度安全系数 HS查表 8-27，按一般可靠度查得 m in 1 .0 1 .1HS :取 3H=570 1 1/1.1=518N/mm 3H=1480 1 1/1.1=1345N/mm 26 齿数比 2330 1 . 520Zu Z 故 2 22 1 . 6 3 1 3 1 0 0 (1 . 5 1 )1 8 9 . 8 2 . 5 0 . 9 5 8 1 . 4 /2 4 4 0 1 . 5H N m m 3 22 1 . 6 3 1 3 1 0 0 (1 . 5 1 )1 8 9 . 8 2 . 5 0 . 9 6 4 9 . 6 /2 0 4 0 1 . 5H N m m 3.3.2 轴的设计与校核 （ 1）小轴的设计校核 1）小轴最大转矩 3 1 3 .1 /T N m2）作用在齿轮的力 圆周力 331 3 . 12 2 6 5 50 . 0 4tTFNd 径向力 0t a n 2 0 2 3 8 . 4rtF F N3）确定轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢调质处理，按式 4-2 初估轴的最小直径，查表 4-2 取 A=115，可得 高速钢钻头钻削碳素钢时 3m i n 1 0 . 5 41 1 5 1 1 . 75 1 2 . 7d m m高速钢钻头钻削灰铸铁时 27 3m i n 2 0 . 5 91 1 5 1 3 . 54 2 6 . 8d m m 硬质合金钻头钻削灰铸 铁时 3m i n 3 0 . 9 61 1 5 9 . 91 5 0 9 . 6d m m 当轴上开有键槽时会削弱轴的强度，要适当增大轴的直径。轴段上有一个键槽时，轴径增大 3 5%，故 m i n m i n 2 ( 1 5 % ) 1 4 . 5 ( 1 5 % ) 1 4 . 1 7 5d d m m 4）轴的结构设计 A 拟定轴上零件的装配方案（见图 4） B 按轴向定位要求确定各轴段直径和长度 轴段 1 齿轮左端用弹簧挡圈定位，按轴段 1 的直径1 20d mm，取挡圈直径 D=18.5mm(GB894.1-86).取1 19.9d mm. 轴段 2 该轴段安装滚动轴承。此轴承主要承受切削力，即轴向力，选用单向推力轴承，取轴段直径2 25d mm，选用 8205 型单向推力轴承，尺寸 d D T=25 47 15.取齿轮垫圈的厚度为 2mm,铜套的长度取为45mm,3 2 4 5 1 5 6 2L m m 轴段 3 该轴段为夹头，起加紧钻头的作用，其具体尺寸有相关标准，此处不再详细分析。 28 夹头图 4 小轴的装配简图 5）轴上零件的周向定位 齿 轮 与 轴 的 周 向 定 位 采 用 A 型 普 通 平 键 ， 尺 寸 为6 6 1 6b h l ，为了保证齿轮与轴有良好的对中性，取齿轮与轴的配合为 7/ 6Hr。 滚动轴承与轴的周向定位是采用过渡配合保证的，此轴段公差取为 6j 。 6）确定轴上零件圆角和倒角尺寸 各轴肩处的圆角半径见图 3，轴端倒角取 01 45 。 7）轴的强度校核 A）求轴的载荷 首先根据轴的结构图作出计算简图，在确定轴承支点位置时，因其只承受轴向力，对轴的 强度无影响，而铜套与轴的配合段可视为墙壁。 根据轴的计算简图作出轴的弯矩图、扭矩图和当量弯矩图。从轴的结构图和弯矩图可以看出， A 截面的当量弯矩最大，是轴的危险截面。 A 截面处的 、 、 M 及 26 0 /N m m 的数值如下 29 弯矩 HM和 VM水平面 26200HM N m m垂直面 9536VM N m m合成弯矩 M 2 2 2 2( ( 2 6 2 0 0 9 5 3 6 ) 2 7 8 8 1 . 5 .HVM M M N m m 扭矩 T 1 3 1 0 0 .T N m m 当量弯矩 22 2 2( ( ) ( 8 3 6 4 . 4 ( 0 . 6 1 3 1 0 0 ) 1 1 4 7 7 . 9 .caM M T N m m B）校核轴的强度 轴的材料为 45 钢，调质处理，由表 4-1 查得 26 5 0 .B N m m ，则 0 .0 9 0 .1B :，即 58 65N/mm,取 26 0 /N m m ，轴的计算应力为 232 7 8 1 1 . 5 4 7 . 8 6 0 /1 1 8caca M N m mW 根据计算结果可知，该轴满足强度要求。 30 小轴的受力分析简图 31 （ 3） 介轮轴的设计校核 1） 求轴上的转矩1T222 606 5 5 1 9 6 5 0 0 .22dT F N m m 2） 求作用在齿 轮上的力 圆周力 13655ttF F N径向力 13 2 3 8 . 4rrF F N3） 确定轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢调质处理，按式 4-2 初估轴的最小直径，查表 4-2 取 A=115，可得 33m i n 11/ 0 . 5 9 / 0 . 9 81 1 5 1 1 5 1 4 . 8/ 4 2 6 . 8 / 1 . 5Pd m mni 4） 轴的结构设计 拟定轴上零件的装配繁方案（见图 5） A 按轴向定位要求确定各轴段直径和长度 轴段 1 左端用螺母定位，螺纹选用 M20，配合螺母选用 M20，规格为 GB6172-86， m=10,螺纹长度 为 l=18mm,L=18+4=22mm. 轴段 2 固定介轮轴用，为保证其垂直度、同轴度不受影响齿轮齿轮啮合，选 L=24mm,d=22mm. 轴肩 3 与螺母拧紧相互作用，另外，由于 2、 4 段的表面粗糙度有要求，留有退刀槽，轴肩取 L=4mm,则 L=4+2+2=8mm,d=38mm. 轴段 4 轴段长度为齿轮长度与小轴铜套长度及垫圈之和L=66+2=2+39+6=111mm,直径取 d=22mm。 32 图 5 介轮轴的装配简图 B 轴上零件的周向定位 与小轴架用的销联接，选取 d=4mm,L=22+2 20=62mm。而铜套与轴之间用间隙配合，功能相当于滑动轴承 ，配合取 H7/h6,轴段 2 取 H7/g6 C 确定轴上零件圆角和倒角尺寸 各轴肩处的圆角半径见图 3， 轴端倒角取 01 45 。 5） 轴的强度校核 A 求轴的载荷 首 先根据轴的结构图作出计算简图，因为各力均是由齿轮上传递过来的，所以对只论受力分析时，13655ttF F N，13 2 3 8 . 4rrF F N。根据轴的计算简图作出弯矩图，不承受扭矩，从结构图和弯矩图中看出在退刀槽处的弯矩最大，是轴的危险截面。 水平面 26200HM N m m垂直面 9536VM N m m合成弯矩 M 33 2 2 2 2( ( 2 6 2 0 0 9 5 3 6 ) 2 7 8 8 1 . 5 .HVM M M N m m B）校核轴的强度 轴的材料为 45 钢，调质处理，由表 4-1 查得 26 5 0 .B N m m ，则 0 . 0 9 0 . 1B : ，即 58 65N/mm, 取 26 0 /N m m ，轴的计算应力 为 232 7 8 1 1 . 5 4 7 . 8 6 0 /1 1 8ca M N m mW 根据计算结果可知，该轴满足强度要求。 34 介轮轴的受力分析简图 （ 4） 中心轴的设计校核 1） 求轴上的转矩2T121 1206 5 5 3 9 3 0 0 .22dT F N m m 2） 求作用在齿轮上的力 圆周力 3 655ttF F N 35 径向力 0t a n 6 5 5 t a n 2 0 2 3 8 . 4rtF F N 3）确定轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢调质处理，按式 4-2 初估轴的最小直径，查表 4-2 取 A=115，可得 6633m i n 1 3 / 3 0 . 5 9 / 0 . 9 81 1 5 1 1 5 2 7 . 9140Pd m mn 当轴上开有键槽时会削弱轴的强度，要适当增大轴的直径。轴上有一个键槽时，轴径增大 3 5%，故 m i n m i n 1 ( 1 5 % ) 2 7 . 9 ( 1 5 % ) 2 9 . 3d d m m 4） A 拟定轴上零件的装配繁方案（见图 6） B 按轴向定位要求确定各轴段直径 和长度 轴段 1 跟机床主轴的 4 号莫氏锥度配合，锥度长 103mm,加上过渡部分总长 L=103+7=120mm,大端直径为 31.926mm。 轴段 2 对轴承进行密封防尘，选用毡圈 55JB/ZQ4606-86，1m i n m i n (1 5 % ) 2 7 . 9 (1 5 % ) 2 9 . 3d d m m ，min 15mm ，取min 16mm ，即 L=16mm, 70d mm外,比轴承外圈略小，51d mm内 ，比毡圈内径略大，有助于紧固零件。 轴段 3 该轴段安装滚动轴承，考虑轴承承受径向力之外还要承受头架的重量，选择角接触球轴承。取轴段直径 d=35mm,选用36207 型角接触球轴承，尺寸 3 5 7 2 1 7d D T m m 。为了安装轴承，左端用轴肩定位，取 m=3mm,则 L=3+17+20+17+4=61mm. 轴段 4 该轴段安装齿轮，左端用轴肩定位，右端用弹性挡圈定位，取轴段直径 d=32mm，已知齿宽 20mm,为了更好地压紧齿轮， 36 按挡圈的配合要求， l=19.9mm,L=20+1+3=24mm。 图 6 中心轴的装配简图 C 轴上零件的周向定位 齿 轮 与 轴 的 周 向 定 位 采 用 A 型 普 通 平 键 ， 尺 寸 为1 0 8 1 8b h l m m ，为了保证齿轮与轴有良好的