AWC机架现场扩孔机设计含

1、摘要解决攀钢热轧板厂三期技改工程（立辊轧机宽度自动控制系统（ AWC ） ）改造后， 需对现有的立辊轧机机架进行扩孔， 以便安装长行程伺服油缸。 立辊轧机机架扩孔如果送入设备制造厂进行加工， 质量保证可靠， 但机架还原难于保证安装质量、 精度。 为了降低技改工程费用， 决定在立辊轧机现场对机架进行扩孔加工。 经过潜心研究， 结合现场实际情况设计专用扩孔设备专用镗床。 再结合专用设备的扩孔工艺，提出了切实可行的解决方案，该方案具有经济、实用、可行等特点。设计的特色：解决了现场安装及镗杆的刚度问题；满足了扩较大孔的要求；此专用设备镗刀系统采用卧式镗床的平旋盘结构， 可方便调整刀具切削深度； 导轨采

2、用组合式导轨，使运动平稳，安装便捷；支撑采用组合机床型式支撑，便于拆卸安装，可大大提高生产率。关键词 专用设备，专用镗床，加工效率，工艺实验AbstractThis is useful for Pan gang resolve Hot MILL three technical transformation projects (up roller mill width Control System (AWC). After the transformation,It needs to bore the existing legislation for roller mill housing bo

3、re for the installation of a long journey servo tank. If Legislative roll mill housing bore sent to factories to bore, the quality is assuranceand reliable, but it fixed back ,it can t assure installation quality and accuracy. To reduce the technological transformation project costs, the legislature

4、 decided to roll mill site for reaming rack processing. After painstaking research, combining with the actual prombles work out special equipment bore -special boring machine. In the light of the special equipment reaming technology, a practical solution. The program is economic, practical, possible

5、 features.Characteristic of this design: Has solved the prombles such as installment and the boringrod rigidity; Satisfied expanded compares the pocket therequest; This special purpose equipment boring cutter system uses the horizontal boring machine the Pingxuan plate structure, may facilitate the

6、adjustment cutting tool depth of cut; The guide rail uses the combined type guide rail, causes the movement steadily, the installment is convenient; The strut uses the aggregate machine-tool pattern strut, is advantageous for the disassemblage installment, may greatly enhance the productivity.Key wo

7、rds Special Equipment, Special boring machine, Processing efficiency, Technology Experiment摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 设计目的和意义 11.2 扩孔技术要求 11.3 应解决的问题 11.4 设计项目的发展情况 21.5 设计原理 22 总体设计 32.1 总体设计原则 32.2 工艺分析 32.3 总体方案的比较 32.3.1 刀杆的安装形式 32.3.2 进给方式 42.3.3 升降运动形式 42.3.4 机床运动的分配 42.3.5 选择传动形式和支撑形式 43力能参数计算 61.

8、1 键削用量的选择及转矩、功率的确定原则 61.2 最佳切削用量的选择 61.2.1 现有镇孔工艺参数 61.2.2 键削切削速度、扭矩和切削功率公式 71.2.3 主要键削参数的计算 71.3 选择电机94 扩孔机传动系统设计 104.1 确定总传动比 104.2 分配传动装置的传动比 104.3 计算总的机械效率 114.4 计算传动装置各轴的运动和动力参数 114.5 带传动设计 124.6 传动斜齿轮的设计计算 144.6.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 144.6.2 按齿面接触强度设计 144.6.4 几何尺寸计算 174.6.5 计算I n轴间圆柱斜齿轮 184.6.6

9、齿轮的结构设计 184.7 轴的结构设计 184.7.1 轴设计的主要内容 184.7.2 轴的材料 194.7.3 轴的设计计算 194.7.4 按扭转强度初步估算轴径 194.7.5 轴的机构设计 204.7.6 求轴上的载荷 214.7.7 按弯扭合成应力校核的轴的强度 224.7.8 精确校核轴的疲劳强度 234.7.9 对轴H进行设计 254.8 对所有选用键进行强度校核 304.9 对承受较大载荷的圆锥滚子轴承进行校核 314.10 链刀系统设计 334.10.1 链刀头 334.10.2 键杆选择 344.11 箱体的结构设计 345 导轨设计 376链刀强度及键杆的稳定性验算

10、397 工艺试验 43结 论44参考文献45附录A: E1立辗轧机机架加工工序图 46附录B: E2立辗轧机机架加工工序图 47致 谢481 绪论1.1 设计目的和意义攀枝花新钢锐股份有限公司为了适应钢铁市场需求，实现了全连铸，热轧系统进行了大规模的改造，以提高热轧产品质量、成材率和作业效率，以及为冷轧提供高质量的原料，同时提高热轧产品的市场占有率。为了提高热轧板的外观增 强带钢的市场竞争力，决定在热轧板厂三期技改工程中，对现有的E1、E2立辗轧机进行改造增添宽度自动控制系统（AWC）,使热轧带钢产品质量达到国内先 进水平。立辗轧机宽度自动控制系统（AWC）改造用长行程伺服液压缸替代原电动 机

11、械侧压系统，为保证缸的行程满足原侧压轧辗位置变化要求，在安装伺服油缸位置，需对现有的立辗轧机机架孔进行扩孔，以便安装长行程伺服油缸。立辗轧机机架扩孔实施方案比较突出，如果拆除，送入设备制造厂进行加工， 质量保证可靠，但机架还原难于保证安装质量。为了降低技改工程建设费用，决定在立辗轧机现场对机架进行扩孔加工。为了采用经济实用的方案解决机架现场扩孔，结合现场实际情况设计专用扩孔设备，再结合专用设备编制详细的扩孔工艺，提出了切实的解决方案，该方案具有经济、实用、可行等特点。1.2 扩孔技术要求E1立辗轧机机架：所加工孔从 3o 300mm扩孔至6520mm,孔实际长度 292mm,上下孔中心距150

12、0mm,孔与油缸间隙单边5mm。E1立辗轧机机架下孔相对地面标高为+200mm,上孔标高为+1700mm,安装 面标高为-1600mm。E2立辗轧机机架：所加工孔从 6 260mm扩大至U6420mm,孔的实际长度 108mm,上下孔中心距1240mm,孔与油缸间隙单边 5mm。E2立辗轧机机架下孔相对地面标高为 +320mm,上孔标高为+1560mm,安装 面标高为-1600mm。1.3 应解决的问题如何对较大孔进行扩孔，刀杆系统的稳定性；现场条件的限制问题； 由于机 架未拆卸下来只能在机器上加工扩孔，必须考虑现场空间大小问题 ，以及专用链 床的生产成本问题。1.4 设计项目的发展情况专用镗

13、床主要用于特殊孔的加工， 结构简单，应用范围较广。国内外专用镗床主要向标准化、高精度、高生产率方向发展，以适应复杂多变的生产环境。1.5 设计原理该专用镗床主要由刀具系统、变速装置、动力装置构成。镗刀可分为镗刀头和镗刀块。镗杆按支撑形式分为悬臂式和双支撑式镗杆。变速装置可由齿轮变速或电机无极变速装置构成， 本课题考虑到机械结构及成本因素，选用齿轮组变速。动力装置主要由各类电机供给。本设计根据现有坐标镗床及相关组合机床综合设计利用刀具在导轨上做进给运动，导轨类似CA6140 导轨。利用组合支架提供不同高度的孔加工。2总体设计2.1 总体设计原则采用成熟的经验或经分析实验验证了的方案； 结构简单，

14、零部件数量少; 多用标准化、通用化零部件；重视维修性，便于检修、调整、拆换；重视关 键零件的可靠性和材料选择；充分运用故障分析成果，及时反馈，尽早改进。2.2 工艺分析设计主要参数E1立辗轧机机架：所加工孔从30 300mm扩孔至6 520mm,孔实际长度292mm,上下孔中心距1500mm,孔与油缸间隙单边5mm。E2立辗轧机机架：所加工孔从 6260mm扩大至U6420mm,孔的实际长度 108mm,上下孔中心距1240mm,孔与油缸间隙单边 5mm。由于加工孔和加工余量较大，并且只能在现场机器上进行扩孔，普通扩孔钻 及通用性链床无法满足加工要求， 需要利用专用键床进行扩孔，可利用多次进刀

15、 完成大余量的切削。2.3 总体方案的比较2.3.1 刀杆的安装形式图2.1卧式链床的工艺范围刀杆的形式及卧式链床的工艺范围如图：刀杆的安形式：刀杆直接装于主轴之 上。刀杆安装在平旋盘 上。比较以上方案的优缺点：此方案对主轴的旋转 精度、刚度、承载能力要求较高，刀具的最 大伸长量需达到292mm具有较大不稳定性，且刀杆较粗，且重力作用较大，将产生较大挠度，影响加工精度。此方案因刀杆与主轴不同轴，则产生一定的离心力，不能达到动平衡，但 可利用加配重的方法，解决这一问题； 又因平旋盘的质量较大一些，具有惰轮的 作用，储备一定的动能，不易在加工条件发生变化时停转，刀具能方便装夹，容易调整长度，能实现

16、一把刀具加工， 并使刀具的径向伸出长度缩短， 对主轴的性能要求降低，主轴只须传递一定的转矩即可，刀杆具有较强的刚度。2.3.2 进给方式进给方式可分为：机械传动进给，手动进给。由于此专用扩孔机， 为现场改造设备时使用，不直接用于工厂生产，为节约成本，简化变速机构，采用手轮进给方式，通过对铁屑颜色的判别，调试每刀进给的最佳进给量。按铁屑颜色、 形状酌情调整速度；当采用高速钢镗刀正常切削钢材时，切屑应成白色，切屑呈蓝色时说明切削速度选高了； 使用硬质合金镗刀切削时， 正常的切屑应呈蓝色， 当出现火花时说明切削速度选高了，出现黑色切屑则是切削速度未选足。2.3.3 升降运动形式升降运动选择： 可利用

17、滑座在立柱导轨上进行上下升降运动， 由于为垂直运动且重力较大， 人工较为吃力， 需采用电机驱动， 这样将增加扩孔机的复杂性，自身重量及生产成本。 由于四个孔具有固定高度位置， 可利用工厂中经常使用的支架设备，变换不同的高度位置；使主轴箱水平放置于道轨上，可使安装更加容易， 导轨刚度更高， 由于部分孔的高度较高， 需增加辅助支撑， 提高支撑刚度；这样设计将大大简化设备、降低重量。但生产时间因安装支架而有所增加。2.3.4 机床运动的分配由于现场机架固定不动， 因此在镗孔时， 进给和升降运动必须由刀具运动完成， 这样将影响加工精度，一般情况为刀具只做切削运动，而工件进给实现金属切削，但本设计中属于

18、特殊情况，需增加机床刚度，提高加工质量。2.3.5 选择传动形式和支撑形式为了简化机床结构、降低生产成本，采用交流异步电机驱动机械装置传动，它具有传递功率大，变速范围较广，传动比准确、工作可靠等优点。电机与主轴箱之间利用带轮连接， 具有过载保护、 减小振动等优点； 电机安装于主轴箱外部，可减少热源传递热量到主轴箱影响加工精度。机床形式采用卧式结构，其结构类似于 CA6140 尾座，可便于安装，其结构 具有较高的刚度。图2.2链铳削头综上，主轴箱的大致结构类似与普通键铳头结构，如图 2.2所示。扩孔机布置情况如图2.3所示，此方案结构简单紧凑，能满足现场的加工要 求，当加工下孔时，移去支撑中箱，

19、加工上孔时加上中箱；当加工另外两个孔时 可在底座的下面加钢板以满足孔的位置要求， 不用更换刀具，能快速实现径向进 给。补充说明，由于皮带暴露于主轴箱外部，为保证操作人员安全，需加防护罩。1底座2把手3中箱支架4导就5滑座6主轴箱了电机8刀具系统9工件图2.3扩孔机原理图3力能参数计算3.1 键削用量的选择及转矩、功率的确定原则链削用量的选择原则链削用量直接影响被加工孔的链削质量和生产效率，对链削用量的选择应尽 量的选择合理、先进。链用量与工件材料及几何形状、工序精度要求、机床、刀 具一一工件系统刚度和冷却情况等许多因数有关。吃刀深度ap决定于加工余量。走刀次数的多少直接影响加工时间，因此粗 p

20、链时，吃刀深度应尽可能取大。本设计中选 a =5mm0 p进给量f的选择同吃刀深度类似，粗加工时主要考虑切削效率。切削速度可以凭经验，根据孔径大小、材质情况来选择，亦可以按工件材料 的硬度值，选定的吃刀深度、进给量和选取的刀具寿命计算出来。3.2 最佳切削用量的选择3.2.1 现有链孔工艺参数根据现有的链孔工艺参数，T612普通键床偏心盘加工孔可以加工到©550mm,主轴电机功率为 7.5KW;T615-K普通键床偏心盘加工孔可以加工到 ©950mm,用链杆加刀罐可以加工到 7 700mm。参考表5-610,链削用量表3.1工件材料工序v(m/min )f (mm/r)ap

21、(mm)低碳结构钢粗镇30 700.3 0.626高碳结构钢粗镇30 700.3 0.624查表2.4-11链削用量表3.2刀具材料工件材料工序v(m/min )f (mm/ r)ap(mm)硬质合金钢、铸钢粗镇40 600.3 158查表2.4-91,硬质合金车外圆纵车切削用量及功率表3.3刀具材料工件材料f (mm/ r)v(m/min )Pm(kw)YT15碳素结构钢1.01.2713.1YT15碳素结构钢1.51.0515.3综上，选取 ap =5mm , pf =0.5mm/r ,当D=260mm选取最佳切削速度vc =40m/min 之 0.67m/s。3.2.2 键削切削速度、扭

22、矩和切削功率公式查表2.4-681,钻孔、扩孔和较孔切削速度计算公式表3.4工件材料刀具材料切削速度（m/s）碳素结构钢、合金结构钢仃 b =0.637（GPa）YT1520.6d00.6.v =kv0.75丁0.250.2 上 0.3 仃 T ap f查表2.4-691,钻孔、扩孔和较孔的轴向力、扭矩和切削功率计算公式表3.5工件材料刀具材料扭矩（N .m ）切削功率（kw）碳素结构钢、合金结构钢% =0.637（GPa）硬质合金YT15. . 0.750.8 . 0.95,M =9.81M0.84d0ap f kmc 2MvP 二m Ad03.2.3 主要链削参数的计算当 D = 260m

23、m 时，转力矩 M = 9.81 M0.84d00.75ap0.8 f "k查表2.4-471,使用条件变换时的轴向力和扭转修正系数查得 kmf = 0.75 , kov 1.33 , kxm = 1 , kwf = 0.9。km=kmf *kov*kxm*kwf =1.74 1.33 1 0.84 =0.8980.750.80.951、M =9.81M0.84d0ap fkm（参见式 3.1 ）即 M =8.24d00.75ap0.8f°.95kmM =8. 2 4 2060505 80.嘱95=1 0 0 0. 82 0.=8 9 8 18 9m. 42M 2 898.

24、49切削力Fz6911ND00.260（参见式3.21）2Mv 2 898.49 0.67d0260=4.63kw（见式 3.31）1000 60v 60000 0.67n =二 D0二 260=49r / min（式 3.4）当 D = 520mm 时由于利用手动调整进给速度达到恒功率切削，且转速相同可求出切削速度Vi 二二 Dn1000 60二 520 17260000=1.334m/s（式 3.5）由于此切削为恒功率切削，可根据以下公式初步确定所需的切削功率由于为恒功率切削Pm =2Mv1DiPm *Di4.63 520M = = = 899.42 N * m2 v12 1.334_Lt

25、=（ _ _0.750.8 0 0.95. /口根据 M =9.81 父0.84do ap f km得0.95f :M 9.81 0.84 D10.75ap0.8km0.95_899.42一 二 9.81 0.84 5200.7550.8 0.898（见式 3.61）=0.2895mm/r切削力F” = 2Mz02 899.420.52= 3459.3N计算轴向力和径向力查表 4-12 ,（见式 3.72）（见式 3.82）（见式 3.92）车链时的切削力及切削功率的计算公式切削力FzFz=9.8a*，fyFz（6n0 kFz背向力FyFy=9.8Of ap*yfy Fy（v6n0FkFyyy

26、 py进给力FxFx=9.8dFxapxFxfyFx（v6n0Fk'x表3.6切削力Fz系数xFz = 1.0yFz =0.75% = 0.15 zCf =270 z背向力Fy系数xF =0.9 yVy= 0.6nF = -0.3 yCf =199 y进给力Fx系数xf =1.0 1 xyFx =o.5叫=0.4Cf =294 1 x由于机架材料的性能如下：ZG200-4, c = 0.2 % , si=0.5 %, Mn=0.8J =200, % =400, S = 25 %。可根据以下条件选择系数。查表4-32,钢和铸铁的强度和硬度改变时切削力的修正系数KmF加工材料为结构钢和铸钢

27、时Km" （急”刀具为硬质合金,% E0.588GPa 时nFx=1.0, n& =1.35。查表4-42,加工铸铁及钢时刀具几何参数改变时切削力的修正系数 刀具为硬质合金时KkrFy=0.89, KkrFx=1.17综上，可求得Kfy=KmF *KkrFyKfx=KmF *KkrFx=(二 b0.6370.40.637二 b0.6370.40.637)nF 0.5)1.35 0.5 =0.2668广 1.17)1.0 1.17 =0.7347%4.63”总 0.85=5.447kw(式 3.103 )0.70.85,机构= 0.85。当 D =260mm 时，Fy =9.8

28、119950.90.50.6(600.67严 0.2668 = 482.94NFx =9.8129451.00.50.5(600.67) 04 0.7347 = 1709.6N当 D =520mm时，Fy -9.8119950.90.290.6(601.334)。3 0.2668-282.29NFx =9.8129 451.00.290.5(601.334) 04 0.7347 =988.49 N3.3 选择电机由于机床内部结构未定，可按下式粗略估算主电机功率。L 总”总为机床总的机械效率，主运动为旋转运动的机床，“总=较简单和主轴转速较低时”总取大值。根据本设计的特点选择”总根据上述计算选择

29、初选电机。选择型号为Y132-M2-6电机，额定功率为5.5KW,满载转速为960r/min, 同步转速为1000 r/min,转动惯量为0.0449kgm2 ,净重为85kg。4扩孔机传动系统设计根据设计要求传动原理图，如图 4.1:1镖刀评旗盘强砒轮虏步电机用因带展出由图4.1扩孔机传动原理图4.1 确定总传动比由电机满载转速为960r/min及恒定切削转速49r/min得：总传动比 i 二960 =19.59 % 20。49主轴箱采用二级齿轮传动，在设计机床传动时，为防止传动比过小造成从动 轮太大，增加变速箱的尺寸，一般限制最小传动比为imin之1/4,螺旋圆柱齿轮imax <2.

30、5,综合选择圆柱斜齿轮传动，选择传动比i =2.5。4.2 分配传动装置的传动比在主轴箱内，从电机到主轴通过带轮传动，可使机床结构更加紧凑，传动更 加平稳，利用平均分配传动比及尽量减小主轴箱尺寸、降低加工难度，选择两对 圆柱斜齿轮传动，一普通 V带传动，并选择V带传动比为：iv=3.2。查表14,常见机械传动的主要性能表4.1传递功率（kw）速 度(m/s)效率传动比普通带轮传动<50025 300.940.9724二级减速器<505400.940.968404.3 计算总的机械效率滚动轴承（每对）传动效率 0.980.995圆柱齿轮（每对）传动效率 0.960.99 （闭式）0.

31、940.97 （开式）普通V带传动0.940.97计算从电机轴到主轴的传动效率分别为：01 =0.9612 =0.97 0.9823 =0.97 0.9834 -0.97 0.97”总=0.96M0.97 4 m0.982 =0.82（式 4.14 ）4.4计算传动装置各轴的运动和动力参数(1)各轴转速(以下三轴为主轴箱内传动轴)I 轴 n = nm = 960 = 300r / min i03.2II 轴n= n = 250 = 120r / min-i12.5田轴 n - n="° = 48r /min i22.5根据以上计算，更改第3节力能参数所确定的转速n=49r/

32、min为 n)i = 48r/min。(2)各轴输入功率I 轴 P = Pd 01 = 5.5 0.96 = 5.439kwU轴P =P* 12 =5.439 0.97 0.98 = 5.17kw田轴p =p 23 =5.17 0.97 0.98 = 4.915kw键杆Fte杆=P * 34 =4.915 0.97 0.97 = 4.6245kw(3)各轴输入转矩电动机轴输出转矩P5.5,Td =9550=9550=54.71N ,m(式 4.22)nm960I轴T-=Td *i0 01 =54.71 3.2 0.96 = 168N.mII轴=/ 12 =168 2.5 0.97 0.98 =

33、 399.44N.min轴=4 23 34 =399.44 2.5 0.97 0.98 0.97 0.97 = 893.17N.m4.5带传动设计设计要点a）设计所需的原始数据主要是：工件条件及对外轮廓尺寸、传动位置的要 求；原动机种类和所需的传动功率；主动轮和从动轮的转速等。b）设计计算需确定的主要内容是：V带传动的型号、长度和根数；中心距、 安装要求对轴的作用力；带轮直径、材料、结构尺寸和加工要求等。c）设计时应注意检查带轮尺寸和传动装置外轮廓尺寸的相互关系。d）带轮结构形式主要由带轮直径大小而定。e）应计算出初拉力以便安装时检查张紧要求及考虑张紧方式。带传动设计计算查表8-1-2414

34、（以下带传动设计所查图表均来自14）,普通V带和基准宽度制窄V带设计计算（摘自 GB/T 1375.1-1992）。1)设计功率根据工作情况由表8-1-26查得工况系数Ka=1pd =Ka *P =1 5.5 = 5.5kw(式 4.3)2)选择带型根据pd =5.5kw和n0 =960r/min ,由图8-1-3选才A A型皮带。3)4)确定传动比根据机械系统传动比分配i=3.2。小带轮的基准直径dd1由表8-1-15和表8-1-17取小带轮基准直径dd =100mm。15)6)7)大带轮基准直径dd, =idd =3.2 100 = 320mm 21带速v二 ddjD二 100 960 ,

35、v = = 5.03 m / s60 100060000初定轴间距a。0.7(dd1 dd?)，。-2(dd1 dd2)0.7(100 320) < a0 M 2(100 320)294 <ao <840,取 %=350mm。所需V带基准长度Ld0 2Ld0 =2% +g（dd1 +dd2）d 555o = 500 （1） 0.1 5.022（见式 0.912 5.02.414）24a02 c c c 二 2202c=2 350 - 420 = 1394.3mm24 350查表 8-1-8 选取 Ld = 1400mm。实际轴间距aLd -dd01 4 0 0 1 3 9 4

36、. 3口用、aza0 +0=350定 3 5 2mm5（见式 4.5）22amin= a。0 1L = 3 5 2. *5 0. 0 1 5 =1 4 0而 m 3 3 1. 8a a 0. 0辱= 352.85 0. 03 1400mm94. 85 max10）小带轮包角叫% =180，-dd2 -dd1 x57.30（见式 4.614 ）a320 100 -= 1 8 0 5 7.3352.85=1 4 4. 27 411）单根V带的基本额定功率R根据 dd1 =100mm 和 n =960r / min ,由表 8-1-33 查得 V 带 R = 0.97。12）额定功率的增量AR根据

37、n =960r/min 和 i =3.2 ,由表 8-1-33（c）查得 A 型 V 带的 AR =0.05kw。13）V带的根数Z根数计算公式如下:Rdz =（R甲）k：K根据% =144.274 查表 8-1-27 得嚷= 0.91根据 Ld = 1400mm查表 8-1-29 得 ki =0.96（见式 4.714）-6.175.5z 二（0.97 0.05） 0.91 0.9614）取z=6根。单根V带的预紧力F0查表8-1-28查得A型带单位长度质量为 m = 0.1kg / mF0 = 5 0 0 2.5- P）+ m V（见式 4.814 ）k：, 2v= 481.1N15） 压

38、轴力（式 4.9）（式 4.10）Fq =2F°Zsin 三2144.3=2 481.2 6sin 25496.43N16）带轮宽度B =（z -1）e 2f=（6 -1） 15 2 9二93mm4.6传动斜齿轮的设计计算由于R 田轴间所受载荷较大，先选择设计此二轴间的圆柱斜齿轮， 主轴箱 内的两对斜齿轮传递均相对较小，因此采用软齿面齿轮传动。4.6.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数按传动方案，选用圆柱斜齿齿轮传动。扩孔机是一般专用机器，速度不高， 故选用7级精度(GB10095-88)。选择小齿轮材料为45Cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮的材料选用45钢(调质)硬度为

39、240HBS,其材料硬度相差40HBS。取小齿轮齿数 乙二24,大齿轮齿数 Z2 =i * = 2.5父24 = 76.8，取z? =77。并初选螺旋角P=14"(以下齿轮设计图表及设计过程均参见6)4.6.2按齿面接触强度设计由设计公式进行计算，即3.dt -2.32KtT u -1Ze ”2（见式 4.1114）1)确定公式内的各计算参数(1)试选用载荷系数Kt =1.6。(2)计算小齿轮传递的转矩T1=399.44N.M(3)查表10-7选取齿宽系数*d=10(4)由表10-6查得材料的弹性系数Ze =189.8MP：2。%lim1 =600MPa,(5)由图10-21d按齿面

40、硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 大齿轮的接触疲劳强度极限 仃Hlim2 =550MPa。(6)根据应力循环次数（式 4.12）N1 =60nljLh =60 120 1 (2 8 300 1)=3.456 107N23.456 10771.08 103.2(7)由图10-19查得接触疲劳寿命系数：Khn1=1.13, Khn2=1.14。(8)计算接触疲劳许用应力计算过程及说明取失效概率为1%,安全系数S=1,得_ K0H 1 = 一K-H 2 -HN 1；H lim1SHN 2"-'H lim2S=1.13 600MPa =678MPa= 1.14 550MPa =627

41、MPa(式 4.13)(9)又图1030选取区域系数ZH =2.433。a =1.65。(10)又图 10 26查得 %1 =0.78, % =0.87,则电=%1(11)许用接触应力二H =入1入2 = 678 627 =652.5MPa2)计算(D试计算小齿轮的分度圆d1t,代入仃H中较小的值3d1t -KtT .u _1 d . u21 Ze2 M1.6父399.44 父103 .2 -2.433父 189.8 ：1 1.653.2652.5(见式 4.1414)(2)(3)二 80mm计算圆周速度v二 dtn1 二 80 120 八，v = = = 0.5m / s60 100060

42、1000计算齿宽及模数由表107取4=1.2b = d *dt =1 80 -80mm计算齿宽和齿高之比b/h模数：mnt = d1t cos : /z1 =80 cos14 / 24 = 3.23mm齿高： h =2.25mt =2.25 3.23-7.28mmb/h =80/7.28=10.99(式 4.15)(4)计算纵向重合度 40. 3 1d8Z1 tan 0. 31 8 1 2 4 tan 141.90 3式 4.16)(5)计算载荷系数K根据v=0.5 m/s,齿轮7级精度，由图10-8查得动载系数 斜齿轮，假设KAF"b<10N/mm。由图10 3查得KHa =

43、 KfhKv=1.02= 1.4表10-2查得两段的齿轮的使用系数 Ka=1.25 由表10-4, 7级精度、小齿轮相对支承对称布置时人厂.12+0.18（1 + 代）+0.23x10%（式 4.17）将数据代入后得 3Kh：=1.1 2 0. 1 8 1.6 0 23 1 0 = 80 1.426由 b/h =80/7.28=10.99 1KHp=1.426,查图 10-13得 K邛=1.35故载荷系数K = KA KV Kh 喟= 1.25 1.刈2父1.4=1.43（式 4.18）（6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10- 10a）可得 3 34 =d1t JK =80父

44、 J255=93.5mm（见式 4.1914）.Kt . 1.6（7）计算模数d co S 9 3. 5 co's 1414、m = -=3. 7mm（见式 4.20）4244.6.3按齿根弯曲强度设计 3 设计计算公式m之/驾 ,'早?（式4.21）D确定计算公式内的各计算参数（1）计算载荷系数KK =KAKVKHaKFp = 1.251.02 父1.4父 1.35 = 2.41（式 4.23）（2）根据纵向重合度 邓=1.903,查得螺旋角影响系数Y/0.88。（3）计算当量齿数Z,24Zv1 =3-r = TTX =26.27（式 4.24）cos - cos 14rZ2

45、77c 2Z =二-二8429Zv23384.29cos - cos 14（4）查取齿形系数由表10-5查得YFa1= 2.592, YFa2= 2.211;（5）查取应力校正系数由表10-5可查得Ysa1 =1.596, Ysa2 =1.714;（6）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 仃FE1=500MPa；大齿轮的弯曲疲劳强度极限QFE2 =380MPa。由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数KfN1 = 0.93 ,KfN2 = 0.95;由下式得i>fHKFN1 :¥e1SFN 2 ；; FE 20.93 500

46、323MPa 1.40.95 380=258MPa（式 4.25）(7)计算大、小齿轮的1.4Ya4并加以比较F 2.592 1.596 =0.0125332（式 4.26）YFa2，Ysa22 211 1714= 0.0147258由上式可得大齿轮的数值较大。2)设计计算3 2KTi Ma "a '句 z2Lf 120.01473._ 2 一1 241.652 2.41 399440 0.88 （cos14'）=2.91mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算得法面模数mn大可选择齿根弯曲疲劳强度计算得法面模数，取 mn=3mm,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触

47、疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径d = 80mm来计算应有的齿数。d1cos ：80 cos14" " c "=25.8 : 26Z2=i 乙=3.2 26 =834.6.4几何尺寸计算1）计算分度圆直径d1Z1mlncos14d2Z2mln26 3 r = 80mmcos14"83 3cos141Pcos14"二257mm2）计算中心距a =d1 +d2 =80 *257 =168.5 定 169mm（式 4.27）223）按圆整后的中心距修正螺旋角乙 Z2 mn109 3：一F =arc=arc（）定 14.65（式 4.28）2

48、a2 1694）计算齿轮宽度b = d =1 80 =80mm圆整后取 B2 =70mm, B =80mm。5)验算2T12 399.4d1 一 80= 9.7N（式 4.29）KaEb1 9.780= 0.125N / mm <100N/mm ,合适。4.6.5 计算I II轴间圆柱斜齿轮同理，计算I R轴间的一对圆柱斜齿轮得标准模数mn = 2.5mm小齿轮齿数 z1=24,大齿轮齿数 z2 =iz = 2.5m24=76.8 , M z2 =77螺旋角=14；。d1z1mncos14,24 2.5 cos14h，=62mmd2_z2mn_cos14'77 2.5 cos14

49、'二198mm（式 4.30）d1 d262 198中心距 a = = 130mm22齿宽选择 B2 = 55mm, B1 = 62mm4.6.6 齿轮的结构设计因两个小齿轮分度圆直径均小于 160mm，可做成实心齿轮，而两个大齿轮均 大于160mm,可做成空心结构齿轮以减小转动惯量，降低电机驱动功率。齿轮 的具体结构参见附录零件图。4.7轴的结构设计由于第田轴承受的载荷较大，先对第田进行设计。4.7.1 轴设计的主要内容轴结构设计的一般原则(1)轴上零件的布置应使受力合理；(2)轴上零件的定位可靠，装拆方便；(3)采用各种减小应力集中和提高疲劳强度的措施；(4)有良好的结构工艺性，便

50、于加工制造和保证精度；(5)对于要求刚性大的轴，还应从结构上考虑减小轴的变形。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理的确定轴的结构形式和尺寸。 轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能 力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的难度等。因此轴的结构设计是轴设计中的重要内容。轴的工作能力所指的是轴的强度、刚度、振动、稳定性等方面的计算。多数 情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度4.7.2 轴的材料材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件， 有的则直接 用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化 学

51、热处理的办法提高耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最 常用的是45钢。常见几种钢材的特性如下：表4.2材料牌 号执 八、处理毛坯直径(mm)硬度(HBS)抗拉强 度极限(MPa)弯曲疲劳极限(MPa)剪切疲 劳极限(MPa)需用弯曲 应力(MPa)45正 火& 1001702175902551405540Cr调 质& 1002412867353552007040CrNi调 质& 1002703009004302607545钢应用最广泛，材料获得较为方便，且有优良的性能；40Cr合金钢用于载荷较大，而无很大冲击的重要轴；40CrNi具有较高的力学性能，用于

52、重要轴根据此专用扩孔机的受力特点及生产条件，第田轴选择45钢。4.7.3轴的设计计算n=*8r/mini2Pin P *TI JI叱2.523 =5.17 0.97 0.98 = 4.915kw 23 34 =399.44 2.5 0.97 0.98 0.97 0.97 = 893.17N.m求作用在齿轮上的力因低速级大齿轮的分度圆直径为d2FtZ2mn83 3 =257 mm cos : cos142T32 893.17=6950.7 Nd20.257Frtann t cos-tan20= 6950.1 三=2614.Ncos14.65Fa= Fttan ： =6950.7 tan14.65 =1817N4.7.4按扭转强度初步估算轴径主轴材料 45钢，调质到HB22g 250左右，45钢p T=45Mpa,又P =4. 915kw ,n= 4$ / mi n根据公