KM173机体钻扩挺柱孔机床加工示意图和主轴箱设计毕业设计

1、青岛农业大学毕 业 论 文（设计） 题 目： km173机体钻扩挺柱孔机床 加工示意图和主轴箱设计 姓 名： 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 2008.04 学 号： 20082127 指导教师： 2012年06月18日毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并

2、表示了谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日 毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为青岛农业大学。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日目 录摘 要iabstractii1 绪 论11.1

3、本课题设计的目的和意义11.2 本课题在国内外的研究现状及发展趋势21.3 本课题研究的主要内容及应达到的技术要求32 加工示意图的设计52.1 刀具的选择52.2 导向的选择62.3 切削用量的选择62.4 确定主轴类型、尺寸、外伸长度92.5 接杆的选择102.6 确定行程长度，绘制动力部件的工作循环112.7 绘制加工示意图123 组合机床主轴箱设计133.1 绘制多轴箱设计原始依据图133.2 主轴、齿轮的确定143.3 传动系统设计与计算143.4 多轴箱坐标计算183.5 多轴箱零件设计204 结 论28参考文献29致谢30km173机体钻扩挺柱孔机床加工示意图和主轴箱设计摘 要本

4、文介绍了km173机体钻扩挺柱孔的加工示意图以及主轴箱设计。根据km173机体挺柱孔的加工要求及零件的结构特点，确定该机床为卧式两工位移动工作台式组合机床。在加工示意图的设计中，确定km173机体挺柱孔加工采用钻-扩工艺方案，选择了较为合理的切削用量，主轴与刀具通过接杆和螺母连接，通过钻套引导刀具和对刀。在主轴箱的设计中，主轴箱为通用主轴箱，采用集中传动方式，所有的传动和变速机构都装在主轴箱体中，其特点是结构紧凑，便于实现集中操作，安装调整方便。经过分析和计算表明该设计方案能够满足km173机体挺柱孔的加工精度要求和生产纲领要求。关键词：组合机床；刀具；接杆；主轴箱idesign of pro

5、cessing schematic and headstock for drilling and reaming tappet holes on the km 173 engine bodyabstractthis article describes the process of schematic diagram and the design of headstock for drilling and reaming tappet holes on the km 173 engine body. according to the processing requirement of tappe

6、t holes on the km 173 engine body and the structural characteristics of parts, we can determine that the machine tool is modular machine tool with two-station and removable work desktop. in the design of processing schematic, it has been adopted drill-reaming technology program for tappet holes on t

7、he km 173 engine body, selecting a more reasonable cutting parameters. the spindle and the cutting tools are connected by the extension bars and screw nuts, with the aid of precisely leads the set of guidance the cutting tool through the drill sleeve. in the design of the headstock, it is a universa

8、l headstock which adopts centralized transmission mode, with all the transmission and the speed change mechanism are mounted in the headstock, which is characterized by compact structure, easy centralized operation and easy for the installment and adjustment. the analysis and the calculation indicat

9、ed that this design proposal can satisfy the requirement of processing precision and can guarantee the working accuracy request which is needed for the tappet holes on the km 173 engine body.key words: modular machine tool;cutter; extension bars; headstock 31 1 绪 论毕业设计实践环节是完成教学计划达到本科生培养目标的最后且非常重要的环节

10、，是教学计划中综合性最强的实践性教学环节，它对培养学生的思想、工作作风及实际能力、提高毕业生全面素质具有很重要的意义。本设计的题目是km173机体钻扩挺柱孔机床加工示意图和主轴箱设计，在设计过程中主要完成了km173机体挺柱孔的加工示意图及机床主轴箱的设计。在加工示意图的设计中，合理的选择了刀具的类型、结构、尺寸，确定了主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度，正确标明了主轴、接杆、夹具（导向）与工件之间的联系尺寸、配合及精度；并根据机床要求生产率及刀具、材料特点，合理选择了各主轴的切削用量；确定了机床工作循环及工作行程等。在主轴箱的设计中，通过对传动系统的分析及计算，完成了主轴箱的装配图以及相关零

11、件图的绘制。在整个设计过程中我考虑到了如何保证机床结构紧凑、便于实现集中操作及安装调整，另外机床的设计能满足工件的加工精度要求、降低工人的劳动强度、提高工人的工作安全性，实现经济的最优化配置。1.1 本课题设计的目的和意义机体是发动机最重要的机件之一，是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础。挺柱是凸轮的从动件，它的功用是将来自凸轮的运动和作用力传给推杆，还承受凸轮所施加的侧向力并将其传给机体或气缸盖。挺柱在挺柱孔内做高速往复运动，挺柱孔是关机体的关键部位，是进、排气门挺柱与机体结合的装配基准，因此其加工质量好坏直接影响发动机的进、排气等使用性能。生产中机体挺柱孔加工主要采用钻-扩

12、-铰-挤压工艺方案，大批量生产可采用2台两工位组合机床、四台组合机床或五工位组合机床等多种方案完成机体挺柱孔的加工，采用四台组合机床工序的质量稳定性差，特别是位置精度。随着现在制造技术的发展，数控机床和加工中心已在生产线中获得广泛使用，使用数控机床或加工中心，有利于保证工件的加工精度，但生产效率低，大大增加了设备投资。采用两台两工位组合机床，一台用于钻-扩挺柱孔，另一台用于粗铰-精铰挺柱孔。该方案设备投资少，生产效率高，有利于保证工件的加工精度，是大批量生产较为理想的方案。因此合理设计机体钻扩挺柱孔机床，对保证机体挺柱孔加工质量和提高生产效率具有十分重要的意义。组合机床及其自动线是集机电于一体

13、的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。组合机床发展于工业生产末期，与传统的机床相比：组合机床具有许多优点：效率高、精度高、成本低。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件，完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成形面等。所以，研究设计机体钻扩挺柱孔组合机床具有重要的现实意义。1.2 本课题在国内外的研究现状及发展趋势世界上第一台组合机床于1908年在美国问世，30

14、年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。组合机床及其加工系统的柔性化；组合机床加工精度的提高；品种增多、系列完善、结构更新、配套灵活等1。一般来说, 专用机床的精度是根据被加工零件的加工精度而定。为了保证加工精度, 机床必须有准确的运动, 其中包括主运动和进给运动, 对于一般孔加工的专用机床就是指主轴的旋转运动精度和动力头的直线运动精度。同时还要有刀具和工件的相对位置精度, 对于刀具在导向套中工作的专用机床来说, 这些精度可以由导向套

15、来补偿, 这样决定工件精度的主要因素就从机床精度中将一部分转化到夹具精度上来了, 虽然如此，机床精度仍很重要, 因为机床精度对主轴、导向套、刀具等各部分有很大的影响2。在设计组合机床时，有许多通用的技术要求。包括加工质量、装配质量、液压设备质量、机床外部质量等3。组合机床的通用部件(如切削头、动力滑台、床身等)和标准件约占70%80 %，这些都是系列化的,可以进行成批生产；其余20%30%的专用部件是由被加工零件的形状、轮廓尺寸、工艺和工序来决定。如夹具、主轴箱、刀具和工具等4。挺柱孔加工是柴油机缸体加工工艺中的一个重要部分。挺柱在挺柱孔内做高速往复运动，属于配气机构的重要部件，对整机性能有着

16、重要影响。由于挺柱孔一般位于缸体的中间部位，所以对挺柱孔的表面粗糙度、圆柱度、直线度均有较高工艺要求，在设计加工工艺时需要慎重考虑5。国外柴油机缸体挺柱孔的加工工艺为：钻-倒角-抢铰-浮动铰；国外内燃机制造厂普遍把挺柱孔的加工分为预加工和精加工两个阶段。预加工主要是粗加工挺柱孔，采用的工艺是钻或者扩；精加工挺柱孔是在预加工工序完成之后，切换精加工用铰刀，然后对挺柱孔进行加工，这道工序是在专门的机床上进行的6。国内一般把挺柱孔的加工分为粗加工和精加工两个阶段。粗加工阶段主要采用钻或者扩的工艺；精加工挺柱孔是在粗加工工序完成之后，再用铰刀进行精铰磨销加工，或者是进行挤压加工。还有的生产厂家采用钻倒

17、角扩粗铰精铰的工序，这一加工虽然能保证挺柱孔的尺寸精度、位置精度及表面粗糙度的要求，但是孔表面的圆柱度误差和强度、耐磨性等机械性能达不到要求，这样会大大影响挺柱孔的工作性能，挺柱孔在短时间磨损，降低整个柴油发动机的使用寿命。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高7。因此，市场要求我们不断开发新技术、新

18、工艺，研制新产品。在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距，因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向8。目前柴油机机体孔系(包括挺柱孔)的加工趋于高效率、自动化，这就迫切地需要一种切实可行的加工方案和设计合理的夹具，来保证工件的加工精度和生产率的要求。1.3 本课题研究的主要内容及应达到的技术要求本课题主要解决km173机体钻扩挺柱孔机床加工示意图及主轴箱的设计，由于对挺柱孔的加工精度比较高，所以原则在众多方案的基础上原则在专用机床上进行加工。本课题在研究过程中应根据机体图纸、工件的工序图及五万台的生产纲领着重解决好以下

19、两方面的问题：（1）设计加工示意图：合理的选择刀具的类型、结构、尺寸及主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度，正确标明主轴、接杆、夹具（导向）与工件之间的联系尺寸、配合及精度；根据机床要求生产率及刀具、材料特点，合理选择了各主轴的切削用量；确定了机床工作循环及工作行程等，绘制加工示意图，完成主要零部件的设计和选择；（2）设计机床主轴箱：绘制主轴箱总图，完成主要零部件的设计，尺寸、公差及技术要求标注完整、正确。研究方法：运用类比法和计算法相结合，设计一台机体钻、扩挺柱孔组合机床，在一台机床一次装夹在两个工位上完成km173机体挺柱孔的钻、扩加工，保证位置精度要求和满足生产率要求。技术路线：调查研究确

20、定机体挺柱孔工艺方案，绘制加工示意图确定主轴箱传动方案绘制主轴箱总图，完成主要零件的设计。拟解决的问题：保证km173机体挺柱孔位置精度，提高生产率。创新点：设计一台卧式两工位移动工作台式组合机床，一次可以加工2件，利用移动工作台实现工位转换。在第一工位采用钻扩复合刀具完成机体挺柱孔钻、倒角加工，第二工位采用扩刀完成机体挺柱孔扩孔加工，设计专用夹具，采用导向套导向。该机床通过更换导向套可以完成机体挺柱孔铰-挤压加工。2 加工示意图的设计在工艺方案和机床方案初步确定的基础上，确定km173机体挺柱孔的加工示意图。由机体挺柱孔的加工精度、生产率等要求，选择合适的刀具结构、切削用量、夹具形式、加工余

21、量及机床配置形式等；根据零件的结构特点和要完成的工艺内容，确定刀具导向的结构形式和基本尺寸；根据主轴所传递的切削扭矩选择主轴的尺寸以及刀具、主轴与刀杆连接的结构等、加工示意图是刀具、多轴箱、液压等部件的重要依据，是机床布局和机床性能的原始要求，也是将来试车、调整的重要文件。2.1 刀具的选择刀具材料的选用：常用刀具材料一般为高速钢和硬质合金，硬质合金硬度高，耐磨性好，故其且削性能较好。因其抗弯强度低，断裂任性低，故其承受切削振动和冲击负荷能力差，而高速钢恰好在这方面的性能好，所以选用高速钢。在制定工艺方案的过程中，对于挺柱孔的精加工和粗加工，选择如下加工路线：（1）复合钻孔到14，加工余量为2

22、，同时加工倒角；（2）扩孔到15.7，加工余量为0.85；（3）粗铰孔到15.9，加工余量为0.1；（4）挤压孔到16，加工余量为0.05；（5）终检。通过加工挺柱孔的工艺要求与加工尺寸精度、工件材料、表面粗糙度和生产率的要求，选择钻孔、扩孔的刀具如下： 钻头：复合钻本工步为钻两个14孔，同时倒角，要同时完成这两项任务，必须使用复合刀具。复合刀具示意图如图2-1所示。图2-1 钻-倒角复合刀具扩刀：高速钢锥柄扩孔钻本工步为扩两个扩14孔至15.7，可选用标准高速钢锥柄扩孔钻。高速钢锥柄扩孔钻示意图如图2-2所示。图2-2高速钢锥柄扩孔钻2.2 导向的选择在组合机床上加工孔时，用导向装置来保证刀

23、具与工件间的位置精度，增加钻头的支承以提高其刚度，减少刀具的变形，确保孔加工的位置精度。钻床夹具中钻头的导向采用钻套，钻套有固定钻套、可换钻套、快换钻套、特殊钻套四种。考虑到批量生产，因此选用可换钻套。采用专用夹具在在专用机床上进行加工，用钻-扩-铰-挤压的加工方法进行加工，可以通过钻套保证挺柱孔的位置精度，通过提高机床的制造精度和各定位基准的加工精度保证挺柱孔的垂直度，通过提高刀具的制造精度来保证孔的表面粗糙度。在本设计用卧式两工位专用机床中，一次装夹完成钻-扩工序。在进行钻-扩加工时，以刀具的旋转作为主运动，刀具作进给运动。只要更换钻套就可实现铰-挤压工序的加工。在本加工示意图中，需要在机

24、体上钻两个14的孔，再将两14的孔扩至15.7，由由选出的钻刀与扩刀此可选出钻套的尺寸。导向套示意图如图2-3所示。图2-3导向套2.3 切削用量的选择组合机床的正常工作与合理地选用切削用量，即确定合理的切削速度、工作进给量和被吃刀量有很大关系。切削用量选择适当，能使组合机床以最少的停车损失，最高的生产效率，最长的刀具寿命和最好的加工质量，也就是多快多省地进行生产。在本机床钻、扩挺柱孔的两工位中，均为如下加工条件：工件材料为ht250 gb/t9439-1988，硬度工步一：钻挺柱孔 通孔深加工要求：钻14挺柱孔进给量选择 实用机械加工工艺手册 表11267 初算切削速度 公式(2-1)公式中

25、的系数和指数，由机械加工工艺手册 表3.22查得公式中的各系数为，又 ，由公式（2-1）得取，当，由实用机械加工工艺手册 表11-267查得 公式（2-2）由公式（2-2）得， 取（为减少刀具磨损、提高其寿命，一般所选转速较计算值小），此时由公式（2-2）得，计算轴向力、切削转矩、切削功率采用高速钢钻头钻铸铁孔时： 公式（2-3） 公式（2-4） 公式（2-5）由公式（2-3）、公式（2-4）、公式（2-5）可得， 机动工时由机械加工工艺手册表28-42查得， 公式（2-6）其中因此由公式（2-6）得，工步二：扩14孔至15.7加工要求：扩14挺住孔至15.7，加工余量0.85mm因为两种刀具

26、是安置在同一工作台上的，所以切削用量和主轴转速和钻孔是是一样的，即进给量切削速度已知主轴转速，由公式（2-2）得，计算轴向力、切削转矩、切削功率采用高速钢扩刀扩铸铁孔时： 公式（2-7） 公式（2-8） 公式（2-9）由公式（2-7）、公式（2-8）、公式（2-9）可得，机动工时由公式（2-6）得其中，l1取3，则 机械加工工艺师手册 p3-159注：式中 f轴向切削力（n）；d钻头直径（mm）；f每转进计量（mm/r）；t切削转矩（nm）；p切削功率（kw）；v切削速度（m/min）；hb材料硬度；t被吃量深度（mm）。由此对本工序钻孔、扩孔的轴向力、切削转矩、切削功率如表2-1所示：表2-

27、1 本工序钻孔、扩孔的f、t、p值加工方式孔数钻头直径 d/mm轴向力 f/n转矩 t/nm功率 p/kw钻孔2钻14.0279711.56820.551扩孔2钻15.7123.13.812320.1802.4 确定主轴类型、尺寸、外伸长度主轴类型的选择是根据工艺方法和刀杆与主轴的连接结构进行确定，在本课题中，主轴与接杆连接，带动钻头钻孔，所以主轴与刀具的连接应为接杆连接（亦称刚性连接），由此可确定主轴类型为长主轴。主轴轴颈及轴端尺寸是由进给抗力和主轴-刀具系统结构确定，由组合机床设计简明手册表3-4可知公式： （2-10） (2-11)注：式中，d轴的直径(mm)；t轴所传递的扭矩(nm)；

28、轴的抗扭截面模数(m3)；实心轴的；许用剪切应力(pa)，。主轴选为非刚性轴，由表可以查得b=6.2，则主轴的直径为：轴1、2 取d=25mm轴3、4 取d=25mm利用公式（2-11）验证：轴1、2 轴3、4 剪切应力均满足要求，所以各轴颈均合适。根据主轴类型和主轴直径，由组合机床设计简明手册表3-6，可具体选择主轴类型为滚珠轴承长主轴。由表3-6可查得，主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号。选取所有主轴的直径d=25mm，通过查通用钻削类主轴的系列参数表可得，主轴外伸部分为d/d=40/28mm，外伸部分的直径的孔径为28mm，主轴外伸长度为l=115mm，主轴内孔长度l1=85mm，接杆莫氏圆锥

29、号选择莫氏2号。2.5 接杆的选择在组合机床钻、扩、铰及倒角等加工孔上，主轴和刀具间的连接常采用接杆连接（亦称刚性连接）。因多轴箱各主轴的外伸长度和刀具长度各为定值，为保证多轴箱上各刀具能同时到达加工终了的位置，须采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时加工完各孔的要求。接杆已经标准化，通用标准接杆号可根据刀具尾部椎体莫氏锥度和主轴头部内孔直径选取，从组合机床设计简明手册8-1查取，确定接杆型号、莫氏锥度和接杆长度。刀具型号的选择，根据孔的直径和莫氏圆锥号，由机械制造工艺设计简明手册表3.1-6查得，由接杆上的尺寸d与主轴外伸长度的内孔d配合，接杆莫氏圆锥号选择2。接杆示意图如图2

30、-4所示。图2-4接杆2.6 确定行程长度，绘制动力部件的工作循环(a)工作进给长度lx工作进给长度lx应等于加工部位长度l与刀具切入长度l1和切出长度l2之和。切入长度一般为510mm，根据工件端面的误差情况确定，取l1=8mm。钻孔时，切出长度一般为，取l2=9mm。在同一多轴箱所有主轴中，以最长的加工长度作为动力部件的工作进给长度。主轴箱的工作进给长度为: (b)快速进给长度的确定快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度按具体情况确定。取主轴箱上刀具的快速进给长度为400mm。(c)快速退回长度的确定快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和。由已确定的快速进给和工作进给长度可

31、知，快速退回长度分别为455mm。(d)动力部件总行程的确定动力部件总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程外，还要考虑因刀具磨损或补偿制造、安装误差，动力部件能够向前调节的距离（即前备量）和刀具装卸以及刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中拿出时，动力部件需要后退的距离（刀具退离夹具导套外端面的距离应大于接杆插入主轴孔内或刀具插入接杆孔的长度，即后备量）。因此，动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。取前备量为30mm，后备量为145mm，所以总行程为630mm。工作循环图如图2-5所示。 图2-5工作循环图2.7 绘制加工示意图从以上对刀具、主轴、导向装置、连接装置的设计中，绘制加工

32、示意图如图2-6。图2-6加工示意图3 组合机床主轴箱设计3.1 绘制多轴箱设计原始依据图多轴箱设计原始依据图是根据“三图一卡”绘制的，其主要内容应包括：(1)由机床联系尺寸图，绘制多轴箱外形图，并标注轮廓尺寸和动力箱驱动轴o1的相对位置尺寸。(2)各主轴的位置尺寸和工件与主轴箱的相关尺寸。(3)标注主轴转向。(4)标注主轴箱的外形尺寸和相关尺寸。(5)标明工件材料、各主轴的工序内容、切削用量及主轴外伸部分尺寸等。(6)注明动力部件的型号及其它主要的参数。主轴箱设计原始依据图如图3-1所示。图3-1主轴箱设计原始依据图编号工序加工直径(mm)主轴外伸尺寸(mm)v nfvf内容d/dlm/mi

33、nr/minmm/rmm/min1、2钻孔1440/2811519.84500.25603、4扩孔15.740/28115224500.2560注：1.被加工零件名称：柴油机气缸体；材料：ht250；硬度：190240hbs； 2.主轴外伸尺寸及切削用量； 3.动力部件：1td50型动力箱；p=2.2kw，转速480r/min；1hy50m-b液压滑台。3.2 主轴、齿轮的确定3.2.1 主轴结构型式的选择主轴的结构型式是由零件的加工工艺决定的，并要考虑主轴的工作条件与受力情况。主轴结构选择包括轴承型式的选择和轴头结构的选择，其中轴承型式是主轴部件结构的主要特征。主轴在进行钻削加工时，要承受较

34、大的轴向切削力，可用推力球轴承承受轴向力，用深沟球轴承承受径向力。又因在钻削时轴向力是单向的，因此应将推力球轴承安排在主轴前端。由主轴采用滚珠主轴,前支承用推力球轴承、深沟球轴承，后支承用圆锥滚子轴承。在轴头结构选择时，选用滚珠轴承长主轴。因为长主轴的轴头内孔较长，可以增大与刀具尾部连接的接触面，进而增强刀具与主轴的连接刚度，减少刀具前端下垂。3.2.2 主轴直径和齿轮模数的初确定主轴直径可按加工示意图的主轴类型和外伸尺寸初步确定，传动轴直径也可根据主轴直径尺寸初步确定。关键轴颈需待齿轮传动系统设计完成后再验算。组合机床主轴箱常用齿轮模数有2、2.5、3、3.5、4等。为了方便生产，同一主轴箱

35、中齿轮模数不应多于两种。3.3 传动系统设计与计算3.3.1 主轴分布类型多轴箱主轴的分布类型有：同心圆分布、直线分布和任意分布。根据各种分布的区别，可以选取本设计中主轴分布类型为同心圆分布，可用一根中间轴带动。3.3.2 传动系统的设计1.拟定传动路线把主轴箱的主轴1与2，3与4分别看作一组同心主轴，在其圆心处设中心传动轴5、6，将中间轴5、6再分别与传动轴7、8连接，传动轴6带动叶轮泵泵轴9，将传动轴7、8看作一组同心圆，分别与驱动轴0连接，形成多轴箱传动树形图，如图3-2所示。3-2 主轴箱传动树形图2.确定驱动轴的转速、转向及其位置驱动轴的转速根据动力箱的型号确定，驱动轴的转速为。从面

36、对主轴的位置看，所有主轴（除非特殊要求外）应逆时针方向旋转。从传动树可得出驱动轴为逆时针旋转(面对主轴看)。驱动轴的位置，水平方向取在主轴箱的中间，位于主轴箱对称线上；垂直方向，位于主轴箱的下部，具体数据待定。3.确定齿轮齿数和中间轴的位置及转速(1)确定中间传动轴的位置用几何作图法，过轴1与2、3与4作圆，确定轴1与2、3与4的圆心，即为中间轴5、6的位置，量出半径。(2)齿轮齿数的确定已知，各主轴的转速为， 所以，驱动轴到主轴的传动比为 轴进行传动比分配，轴1与2、3与4分别中间传动轴5、6的传动比取为(3)配各对齿轮。(a) 轴1与2、3与4分别中间传动轴5、6各配合齿轮齿数的确定已知，

37、取m=2，由两轴间齿轮啮合中心距公式 公式(3-1)由公式（3-1）得 (3.1)又由 (3.2)解式（3.1）、式（3.2）得 (b)中间传动轴7、8分别与传动轴5、6配合齿轮齿数的确定以轴5为圆心作过轴4的圆，测得此圆的半径，取m=3，由公式（3-1）得 (3.3)又由 (3.4)解式（3.3）、式（3.4）得 (c)驱动轴0与传动轴7、8配合齿轮齿数的确定取，已知，取m=3，则，由公式（3-1）得 (3.5)又由 (3.6)解式（3.5）、式（3.6）得(d)验算各主轴转速转速相对在5%之内，符合设计要求。(4)润滑油泵由机械设计师手册，选取叶片泵的规格为，额定转速为476r/min，由

38、传动轴6带动叶轮泵泵轴9，取叶片泵齿轮齿数为24。所以，叶片泵的转速为在400r/min800r/min范围之内，满足要求。(5)绘制传动系统图传动系统图如图3-3所示。图3-3 多轴箱传动系统图3.4 多轴箱坐标计算1.加工基准坐标系xoy的确定坐标系xoy的横轴(x轴)选在多轴箱的箱体底面，纵轴(y轴)通过定位销孔，两轴交点为坐标系xoy的原点。2.计算主轴和驱动轴坐标(1)选择计算用的小坐标系xoy以轴2的轴线为原点，建立坐标系xoy。图3-4 基准坐标系xoy及小坐标系xoy(2)计算中间传动轴的坐标由工件的零件图确定各主轴在xoy的坐标，如表3-1所示。 表3-1 各主轴在xoy坐标

39、系的坐标值轴号1234坐标(0，67)(0,0)(470,0)(470,67)又，由机械制造装备设计手册查得，传动轴与两轴定距坐标计算公式： 公式(3-2) 公式(3-3)代入已知数据，由公式（3-2）、公式（3-3）可得在xoy坐标系中传动轴5的坐标为：(3)验算中心距误差多轴箱上孔系的加工依据是计算的坐标，而在装配时需要两轴的齿轮正常啮合。所以，必须验算齿轮啮合的实际中心距a与标准中心距r是否符合，验算标准为中心距之差。由机械制造装备设计传动轴与三轴等距验算公式： 公式(3-4)得传动轴5与轴1、2、3的中心距误差为：由于，要采用变位齿轮凑中心距的方法来满足齿轮正常啮合的要求。同理，传动轴

40、5与轴4的中心距误差为：同样，也需要采用变位齿轮。(4)坐标值的换算将各轴在xoy坐标系的坐标值换算为在xoy上的坐标值，取轴2在xoy坐标系中的坐标为(65,172),则各轴在xoy上的坐标值计算公式为： 公式(3-5) 公式(3-6)各轴在xoy坐标系的坐标值，如下表。表3-2 各轴在xoy坐标系的坐标值轴号1234坐标（65，239）（65，172）（465,172）（465,239）(5)驱动轴的坐标计算将驱动轴的横坐标取在多轴箱的对称线上，则在坐标系xoy中的横坐标,又由，则可以确定纵坐标。由公式， 公式(3-7)代入数值解之得，。 所以，驱动轴在xoy坐标系的坐标为(175.00,

41、110.87)。(6)叶片泵轴的坐标计算由轴2的坐标(145.165),轴2与轴6的中心距，取横坐标x为98，所以纵坐标y为134.10。3.5 多轴箱零件设计3.5.1 齿轮的设计及校核1.齿轮的设计齿轮的模数，压力角，齿宽，由个齿轮的齿数，可确定个齿轮的分度圆直径。(1)轴1、2、3上齿轮及轴5上与其配合齿轮的分度圆直径 (2)轴4上齿轮及轴5上与其配合齿轮的分度圆直径 (3)驱动轴o上齿轮及轴5上与其配合齿轮的分度圆直径2.齿轮的校核对轴4上齿轮及轴5与其配合的齿轮进行校核，齿轮材料选为40cr，硬度为280hbs，精度等级为7级，齿轮齿数分别为，。按齿面接触强度校核 (1)小齿轮传递的

42、转矩为。(2)由机械设计表10-7，选取齿宽系数。(3)由表10-6，查得材料的弹性影响系数。(4)由图10-21d按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限。(5)计算应力循环次数主轴5的转速，机床采用两班制，一年工作时间取4600h，工作寿命10年。(6)由图10-19，取接触疲劳寿命系数，。(7)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数s=1，所以(8)计算圆周速度(9)计算齿宽与齿高之比齿宽 齿高 (10)计算载荷系数由，7级精度，查图10-8得载荷系数；直齿轮，；由表10-2查得使用系数；查表10-4得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，。由，查图10-3得，所以载荷系数(11)强

43、度校核其中，标准直齿轮时，区域系数。，满足齿面接触强度要求。按齿根弯曲疲劳强度(1)由图10-20查得齿轮的弯曲疲劳强度极限。(2)由图10-18，取弯曲疲劳寿命系数，。(3)计算弯曲疲劳许用应力取安全系数s=1.4，所以(4)计算载荷系数(5)查取齿形系数由表10-5查得，。(6)查取应力校正系数由表10-5查得，。(7)强度校核满足齿根弯曲强度要求。综上，齿轮满足强度要求。其余齿轮的校核过程与上述过程相似，均满足强度要求，校核过程略。3.5.2 主轴设计及校核1.主轴的设计主轴的型号可根据主轴的轴颈尺寸，由组合机床设计简明手册表7-5、7-7查取，主轴箱1-4轴的型号如表3-3。表3-3

44、主轴箱各轴型号轴号轴颈轴型号1-42525-t0721-41 2.主轴的校核由于轴1-4直径相同，转速相同，所以选取任意一根轴进行校核。由 所以 (1)确定作用在齿轮上的力齿轮的直径 圆周力 径向力 圆周力、径向力的方向如图所示。图3-5 受力分析图水平方向由平衡条件解之得，所以，水平弯矩 竖直方向由平衡条件解之得，所以，竖直弯矩 扭矩 作弯矩图和扭矩图，如下图 图3-6 弯矩图与扭矩图总弯矩 由于轴单向旋转，扭矩应力为脉动循环变应力，取，则轴的计算应力由40cr，调质处理，查得。，所以轴安全。其余轴的校核过程与上述过程相似，均安全，校核过程略。3.5.3 轴承的设计及校核1.轴承的设计由组合

45、机床设计简明手册表7-5查得，各轴承型号。表3-4 轴承型号轴型号轴承类型轴承型号20-1t0722-41止推轴承51204204014滚珠轴承620420471415-1t0722-41止推轴承51202153212滚珠轴承620215351125-1t0721-41滚锥轴承302052552152.轴承的校核深沟球轴承6202，尺寸15mm32mm11mm。满足寿命要求。其余轴的校核过程与上述过程相似，均满足寿命要求，校核过程略。3.5.4 键的设计及校核1.键的设计根据轴颈、键的类型，由机械设计师手册确定键的b、h、l。表3-5 键的参数键的位置键的类型bhl轴1、2、3、4a6620轴

46、5.6a5520轴7.8a8720轴9c87302.键的校核由于轴4上键的键宽、键高较小，所以选择对轴4上的键进行校核。由 所以，此键合适。其余键的校核过程与此过程相似，均满足要求，校核过程略。3.5.5 其它零件的设计与选取1.润滑系统的设计润滑系统的设计在设计润滑系统时，应对机械设备各部分的润滑要求作全面的分析，确定所使用润滑剂的品种，尽量减少润滑剂和润滑装置的类别在保证主要总值件的良好润滑条件下，综合考虑其他润滑点的润滑，要保证润滑质量应使润滑系统既满足设备运转中对润滑的需要，又应与设备的工况条件和使用环境相适应，以免产生不适当的摩擦、温度、噪声及过早的失效。由于我们设计的是钻床主轴箱，

47、主轴、传动轴、轴承和齿轮的润滑用机械油；由装在主轴箱内的润滑油泵供油，经分油器和油管分别将油送入主要啮合区润滑，并且用油盘淋油的方法全面润滑各齿轮及轴承。在主轴箱的箱体上安装油标，发现油量低于最低线时，及时加油。每两个月更换一次油。(1)油管、管接头、管夹的选择尼龙管可用于中、低压液压系统中，因此我选择尼龙管。在输油进入分油器过程中，由于流量较大，选油管直径为12mm，从分油器输出时，流量小些，选油管直径为6mm。在选择管夹头时，选用扩口紫铜管管接头，其规格分别为60.75,121两种。由于管的规格有两种，因而管夹也选两种。(2)油盘，分油器油盘是用来润滑不在油管喷游范围内的齿轮和轴承，由于多

48、轴箱为400400，我们就选用长度为200mm的油盘。由组合机床设计简明手册，选用圆形分油器，型号为zir31-2。(3)放油口,油标为了换油及清洗箱体时排出油污，因而在箱座底部油池最低处设有排油孔，平时排油孔用螺塞及封油垫封住。排油孔螺塞材料一般采用q235，封油垫材料可用防油橡胶、工业用革或石棉橡胶纸,可以选用m221.5的塞子。油标用来指示箱内油面高度，选用压配式圆形油标（gb1160.1-89），视孔d=32mm。2.前盖与箱体、箱体与后盖、后盖与动力头定位联接的设计据组合机床设计简明手册p140，对于动力箱与多轴箱后盖连接用定位销选用22-zhbq45-3-31,而多轴箱体与前盖、后盖连接用定位销则选25ziq45-4。3.圆螺母、止动垫圈的选择圆螺母、止动垫圈是成对使用的，但在选取其型号时，应保证其固定其邻近的零件，由组合机床设计简明手册表8-10得：25mm的轴选m241