多工位孔加工组合机床（主轴箱设计）

1、摘 要组合机床是由大量的通用部件和少量的专用部件组成的工序集中的高效率机床。它具有生产效率高，加工精度稳定等特点。组合机床的设计、制造和应用水平是一个国家科学技术水平的重大体现。因此，近年来组合机床的设计和制造水平在我国得到了飞速的发展，组合机床的应用在我国得到了广泛的提高。本设计介绍了减震器活塞及支承座上双面活塞八个大孔和八个小孔的多工位立式组合机床的设计过程。它包括组合机床的总体设计，主轴箱设计和夹具的设计三个部分。前者包括组合机床的总体设计，切削用量的制定及刀具的选用。三图一卡（被加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸图，机床生产率计算卡）编制。中者包括主轴箱结构绘制，主轴箱设计原始依

2、据图，主轴机构形式的选择及动力计算，传统系统的设计与计算，主轴箱坐标计算以及主轴箱总图设计，部分轴，齿轮，轴承的校核。后者包括工作台的设计合夹具的布置，以及完成多工位的机械传动部分。关键词: 组合机床 钻床 总体设计 主轴箱设计 回转工作台 齿轮 夹具AbstractModular Machine is a lot of common parts and a small numbei of dedicated components of the process focused efficient machine. It has high efficiency, precision and st

3、ability characteristcs. Machine design, manufacture and application level is a national scientific and technological level of major manifestation. Therefore, in recent years, the combination of machine design and manufacturing levels in China have developed rapidly, Machine application in China is t

4、he wedespread increase.Design of the damper piston and piston double chair, supporting eight large holes and eight holes of the Multi-Position the vertical drilling portfolio design process. It includes a combination of drilling design, spindle box design and fixture design three most. The former in

5、cludes the combimation of drilling design. Cutting the amount of development and tool selection. Figure 3 a card (by processing components processes map,diagram processing, machine linked size map, calculating productivity machine card) compilation. Which include spindle box structure mapping, spind

6、le box design based on the original map, spindle structure and the choice of dynamic calculation. Transmission design and calculation , spindle box coordinates and calculated the total spindle box designs, some shafts , gears, bearings check. The latter includes the design and workstations fixture l

7、ayout and the completion of the Multi-Position part of the mechanical drive. Keyword: aggregate machine-tool drill press overall design headstock swivel table gear jig 目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc201318366 前 言 PAGEREF _Toc201318366 h 1 HYPERLINK l _Toc201318367 第一章 机床总体方案设计的依据 PAGEREF _Toc20

8、1318367 h 3 HYPERLINK l _Toc201318368 1.1 概述 PAGEREF _Toc201318368 h 3 HYPERLINK l _Toc201318369 1.2 工件 PAGEREF _Toc201318369 h 4 HYPERLINK l _Toc201318370 1.3 本次毕业设计的任务 PAGEREF _Toc201318370 h 5 HYPERLINK l _Toc201318371 第二章 工件的加工工艺分析 PAGEREF _Toc201318371 h 7 HYPERLINK l _Toc201318372 2.1 工艺方法对钻床结

9、构和性能的影响 PAGEREF _Toc201318372 h 7 HYPERLINK l _Toc201318373 2.2 钻床的运动 PAGEREF _Toc201318373 h 9 HYPERLINK l _Toc201318374 2.3 拟定夹具方案 PAGEREF _Toc201318374 h 10 HYPERLINK l _Toc201318375 2.4 刀具的选择及切削用量的确定 PAGEREF _Toc201318375 h 10 HYPERLINK l _Toc201318376 第三章 机床的总体布局 PAGEREF _Toc201318376 h 12 HYPE

10、RLINK l _Toc201318377 3.1 总体布局 PAGEREF _Toc201318377 h 12 HYPERLINK l _Toc201318378 3.2 机床总体布局方案分析 PAGEREF _Toc201318378 h 13 HYPERLINK l _Toc201318379 3.3 运动的分配 PAGEREF _Toc201318379 h 13 HYPERLINK l _Toc201318380 3.4 机床的传动形式 PAGEREF _Toc201318380 h 14 HYPERLINK l _Toc201318381 3.5 机床的支承形式 PAGEREF

11、_Toc201318381 h 15 HYPERLINK l _Toc201318382 3.6 机床导轨的设计 PAGEREF _Toc201318382 h 16 HYPERLINK l _Toc201318383 3.7 运动联系分析 PAGEREF _Toc201318383 h 16 HYPERLINK l _Toc201318384 第四章 主轴箱及传动件的设计 PAGEREF _Toc201318384 h 18 HYPERLINK l _Toc201318385 4.1 主轴箱传动系统设计的一般要求 PAGEREF _Toc201318385 h 18 HYPERLINK l

12、_Toc201318386 4.2 动力部件的选择 PAGEREF _Toc201318386 h 19 HYPERLINK l _Toc201318387 4.3 电动机的选择计算 PAGEREF _Toc201318387 h 20 HYPERLINK l _Toc201318388 4.3.1 电动机功率的估算 PAGEREF _Toc201318388 h 20 HYPERLINK l _Toc201318389 4.3.2 选择电动机的型号 PAGEREF _Toc201318389 h 22 HYPERLINK l _Toc201318390 4.4 齿轮齿数的确定 PAGEREF

13、 _Toc201318390 h 24 HYPERLINK l _Toc201318391 4.5 运动参数的计算 PAGEREF _Toc201318391 h 25 HYPERLINK l _Toc201318392 4.6 齿轮的校核及几何尺寸的计算 PAGEREF _Toc201318392 h 27 HYPERLINK l _Toc201318393 4.6.1 按弯曲疲劳强度进行校核 PAGEREF _Toc201318393 h 27 HYPERLINK l _Toc201318394 4.6.2 按接触疲劳强度计算 PAGEREF _Toc201318394 h 30 HYPE

14、RLINK l _Toc201318395 4.6.3 齿轮的几何尺寸计算 PAGEREF _Toc201318395 h 32 HYPERLINK l _Toc201318396 4.6.4 齿轮的结构设计 PAGEREF _Toc201318396 h 33 HYPERLINK l _Toc201318397 4.7 轴的设计 PAGEREF _Toc201318397 h 33 HYPERLINK l _Toc201318398 4.7.1 一级齿轮高速轴的设计计算 PAGEREF _Toc201318398 h 33 HYPERLINK l _Toc201318399 4.7.2 一级

15、齿轮低速轴的设计计算 PAGEREF _Toc201318399 h 40 HYPERLINK l _Toc201318400 4.8 滚动轴承的选择与寿命计算 PAGEREF _Toc201318400 h 46 HYPERLINK l _Toc201318401 4.8.1 一级齿轮高速轴上的轴承 PAGEREF _Toc201318401 h 46 HYPERLINK l _Toc201318402 4.8.2 一级齿轮低速轴上的轴承 PAGEREF _Toc201318402 h 48 HYPERLINK l _Toc201318403 4.9 键联接的选择和验算 PAGEREF _T

16、oc201318403 h 49 HYPERLINK l _Toc201318404 4.9.1 联轴器与大齿轮轴的轴伸的键联接 PAGEREF _Toc201318404 h 49 HYPERLINK l _Toc201318405 4.9.2 一级齿轮高速轴轴的联接 PAGEREF _Toc201318405 h 50 HYPERLINK l _Toc201318406 4.9.3 一级齿轮低速轴的联接 PAGEREF _Toc201318406 h 51 HYPERLINK l _Toc201318407 结束语 PAGEREF _Toc201318407 h 52 HYPERLINK

17、l _Toc201318408 致谢 PAGEREF _Toc201318408 h 54 HYPERLINK l _Toc201318409 参考文献 PAGEREF _Toc201318409 h 55前 言四年的大学生活即将接近尾声，进行为期两个月的毕业设计，我感受颇深。毕业设计是对大学四年所学的专业知识和基础知识的一个系统性的总结与运用，同时也是一次培养我们分析问题和解决问题的很好的机会，而且毕业设计也是大学教学的最后一个环节，所以我特别珍惜这一次最后的学习机会，认真扎实的完成我所分配的设计任务，使大学最后的几个月生活在学习和进取中充实的度过。另外，毕业设计还可以培养独立思考、开发思维

18、和协调工作的能力，这对我参加工作后能否尽快地适应社会有很大的帮助。 本次毕业涉及的主要任务是设计用于减震器活塞及支承座上双面活塞孔的加工组合机床。双面活塞孔的加工组合机床主要部分是主轴箱，工件夹具和工作台液压传动系统。它在机床加工过程中起着关键部位和非常重要的作用，应用范围相当广泛。设计双面活塞孔的加工组合机床设计时，在保证得到所要求孔在加工的同时，其安全性、精确性和机床的效率也是至关重要。在这次设计中，我查阅了大量的参考资料，在实习中对多家工厂进行了参观学习，并请教老师和现场技术工人，积极了解一些双面活塞孔的加工组合机床设计方面的知识，并在此基础上尽量做到优化设计。毕业设计的基本要求是：工艺

19、可能性。机床的工艺可能性是指机床适应不同生产要求，大致包括下列内容机床可完成的工序种类、加工零件的类型、材料和尺寸范围、毛坯的种类等。加工精度和表面粗糙度。生产率。机床的生产率通常指单位时间内机床所加工的工件数量。自动化程度。操作安全方便和工作可靠。效率、使用期限和成本等等。设计时还应注意使机床体积小，重量轻，占地面积小，外形美观以及注意防止污染环境。对于上述所提到的各项技术经济指标，在设计机床时应综合考虑。因为我的任务主要是多轴组合钻床的主轴箱及部件设计，所以考虑的事情比较细。它锻炼了我的分析问题的能力。在设计过程中，多次经焦锋老师的耐心指导，在此表示深深的谢意！由于本人水平有限，时间仓促，

20、设计中难免有不少缺点和错误，恳切的希望焦老师和读者提出宝贵意见，给予批评指正！第一章 机床总体方案设计的依据1.1 概述机床的总体设计，就是针对具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行方案和图纸的设计。这些图纸包括：被加工零件工序图、加工示意图、生产率计算卡片、机床联系尺寸图等。确定机床的总体方案，包括下列内容：1）调查研究 包括调查和分析工件、了解使用要求和制造条件、调查研究现有同类型机床等。2）工艺分析 包括确定机床上的工艺方法，运动等。3) 机床总体布局 一般包括：工件加工方式、分配运动、选择传动形式和支承形式安排手柄等操作性的位置、拟定从布局上改善机床性能和技术经济指标的

21、措施等。最后，绘制机床的总联系尺寸图，以表达所采用的总体布局，规定联系尺寸，并确定主要技术参数。4) 参考同类机床设计，如下H5-3型立式钻床，Z5125型立式钻床，Z540-S型立式钻床另外，当机床的传动和控制较复杂时，须拟定机床传动系统的草图。对于不同类型的机床，拟定总体方案的侧重点也是不同的，通用机床的工艺比较定型。一般是侧重于机床的系列化工作、对现有同类型机床的调查分析以及新技术、新结构的运用。此次毕业设计所设计的机床以双面10工位16轴的小型组合机床为基型，为提高其生产效率，以及为了利用液压传动的优点，工作台的旋转采用了液压传动的方式驱动。1.2 工件设计组合机床总体方案的主要依据包

22、括：工件类型、同类型机床、有关的科研成果、使用要求一级生产条件和工件加工技术设备情况等。工件是机床的工件对象，是机床总体方案设计的主要依据。因此，必须明确工件的特点和加工要求。如:被加工孔的尺寸精度、加工表面各个孔之间的相互位置精度、孔的加工深度等。选择类型工件进行分析：（见图11）图11 减震器活塞支承座工件备注：1被加工零件 名称及编号：减震器活塞及支承座，钻孔 材料及硬度：一级铸铁 HRC3540 重量：2.5Kg2 加工余量 每个孔的直径上加工余量为0.01mm3 技术条件 1）本机床加工前应保证零件图上的所有尺寸； 2）本机床保证 a 加工后各对称孔的中心距不变； b 加工后的孔的尺

23、寸为 ； c 其余尺寸不变在圆盘上钻大孔3mm,内孔表面粗糙度为Ra=3.2m, 圆盘上钻小孔2.5mm,表面粗糙度也为Ra=3.2m，大小孔的加工深度均为10mm，圆盘总厚度22mm。大小孔的内表面粗糙度要求不高，所以不在加工设计要求范围，正常情况都可以达到。 零件材料为45号钢，考虑到零件的用途及在工件中受力不很大的情况，我们可以利用铸件（砂型铸造），然后再利用调质、热处理过程，以达到零件的技术要求，HRC3540。1）此生产类型为中批生产，应尽量提高生产率，降低生产成本。此加工工件的重量较轻，可采用手动装卸。2）由于此工件要求被加工精度不高，故采用一次成型加工，不需经过钻孔、扩孔、镗孔等

24、过程。1.3 本次毕业设计的任务本次毕业设计是在普通组合钻床的基础上设计一台加工减震器活塞及支承的立式双面10工位16轴的小型组合机床。主要是为了提高加工该工件的效率，使加工更专门化、分工更精细、劳动效率更高。什么是组合机床?组合机床是用按系列化标准化设计的通用部件和按被加工零件的形状及加工工艺要求的专门部件组合的专用机床。组合机床根据加工零件的不同。可以分为专用机床和通用机床两大类。本次毕业设计设计的是用来专门加工减震器活塞及支承座的专用多工位加工组合机床。由于加工工件尺寸比较小，一次加工使多个轴承之间间隔较小，易产生较大的应力，不利于提高工件的质量和寿命，故采用多工位加工，由于需加工8个大

25、孔直径3mm 和8个小孔直径 2.5mm ，所以采用了10工位16轴的两个动力头小型孔加工组合机床，其中每个工位加工两个大孔或两个小孔，中间有一个装卸工位和一个空工位。在这种机床的加工作用下，主轴每向下加工一个工位后，工作台就在液压传动作用下旋转36，使工件移动到下一个工位的位置，进行下一次加工，如此不间断的进行加工，有利于提高加工效率，节省各个工件的加工时间。另外：由于本次设计加工的工件要求加工的孔加工精度不高，故机床设计过程中只要设计了各个孔的定位精度，而对每个孔的加工采用了一次钻成型加工。所以本次毕业设计要在传统立式钻床的基础上设计一台专用式立式钻床，以便提高加工精度和劳动生产率。第二章

26、 工件的加工工艺分析2.1 工艺方法对钻床结构和性能的影响机床上的工艺方法是多种多样的。按工种可分为车、铣、刨、钻、镗、磨、研磨、电加工、超声波加工以及激光加工等；每一工种还可细分，如钻加工工艺有钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹等加工；按加工精度和表面光洁度可分为粗加工、半精加工、精加工、提高光洁度加工等；按工序集中程度可分为单刀、多刀、单工位、多工位等；按作业形式可分为平行作业顺序作业、平行及顺序作业等；按刀具结构可分为简单刀具、复合刀具等。由于工艺方法的多样性，加工同一工件可以有多种不同的工艺方法。而且工件的加工还分一定的工序，如本次加工的减震器活塞支承座工件，就先后经历了：毛胚铸造调质处理热处理

27、各个面粗加工表面精加工活塞孔的加工过程。1.其中的毛胚铸造采用45号钢铸造加工是由于考虑到零件的用途及在工件中受力不是很大的情况，铸造后利用调质，热处理过程，就可以达到零件的技术要求。2.调质处理和热处理是为了增加工件的强度和韧性，提高工件的加工工艺和应用质量。3.各个表面的粗加工和精加工是工件表面尺寸的精确化，是工件成型加工，它的加工有利于下一步工序孔加工的进行。4.工件的孔加工的最后一道加工工序，也是成型工序，也是最重要的一道工序。根据工件的加工要求（前面已经讲过了），所设计的机床采用了10工位16轴的加工工艺，如下图所示的工件加工标号图和左右动力头工作循环图：图21 工件加工编号图22

28、左右动力头循环图（工作台回转方向为顺时针）其中工作台回转方向为顺时针方向。由以上两图可以看出：机床共有8个加工工位II、III、IV、V、VI、VII、VIII、IX、X，一个装卸工位I和一个空工位XI，机床配有两个立式动力头，每个动力头都装有跨4个工位的主轴箱。每个工位都要经过8个加工工位才能完成全部孔的加工，这样是为了避免该加工零件的尺寸过小，孔与孔之间的间距过小的限制。2.2 钻床的运动由前述可见，不同的工艺方法所要求的机床运动的类别和数目是不一样的。因此，分析工艺的同时，还必须分析机床上的运动。为了完成工件加工表面的加工，机床上需要设置各种运动，各个运动都的功能是不同的，可以分成形运动

29、和非成形运动。1）成形运动，凡形成表面所必须的工件或刀具的运动，称为表面形成运动（成形称基本运动）。它直接影响被加工表面的精度和光洁度。它又分为主运动：凡在消耗切削动力和产生切削速度方面起主要作用的运动，称为主运动。它的功能是切除加工表面上多余的金属材料，在钻床上便是钻头切削刃沿中心线的旋转，因此运动速度高，消耗了机床大部分动力。2）非成形运动：除表面形成运动以外的运动，都属于非表面形成运动（或称辅助运动）。非表面形成运动包括刀具（或工件）的移近、退回工件的夹紧、分度等，他们并不参加表面形成过程，但对过程起着不可缺少的辅助作用。只包含一个单元运动的运动，称为简单运动。有两个或两个以上的单元运动

30、组成的运动，称为复合运动。钻床上的单元运动，为钻头的回转运动和轴向进给运动，因为实现这些运动的结构简单。所以不再详细的分析。其运动可分配为主轴箱沿立柱的上下运动和工作台的回转运动的复合运动。此次设计的为减振器活塞及支承座上双面活塞孔加工的多工位组合机床的加工方式，这与一般钻床所不同的是所给工件沿一定的规律作回转运动并实现多工位的加工方式，钻孔由刀具的进给运动来完成。2.3 拟定夹具方案钻床夹具在结构上主要是有下列全部或部分元件和部件组成：定为元件、夹紧元件、导向装置钻套及其钻模板、辅助装置（如分度转台）、夹具体。特点：1）通用程度高，适用性强，一般无需调整或稍加调整（包括稍作补充加工和配换少数

31、零部件），就可加工不同工件，故可减少专用夹具的品种：2） 机构、尺寸已典型化、规格化，可预先生产出成品或半成品以供选用，故选用此夹具能缩短生产准备时间。钻床通用夹具实用于多品种、中小批量生产，也适用于单一品种的大量生产。2.4 刀具的选择及切削用量的确定（1）刀具与工艺方案的关系专用机床刀具，是专用机床主要组成部分之一。刀具的选用、设计、制造正确与否，对机床的价格欧冠精度和效率有着重要的影响。在专用机床上常采用多刀，复合刀具及特种刀具，从而使工序集中，机床结构简化，提高产品质量和生产效率。（2）刀具的选择原则 a 如果条件允许，应该首先选取标准刀具； b 为提高工序集中程度，或达到更高的精度，

32、可采用复合刀具，但在确定复合刀具结构时，应尽可能采用组装式复合刀具。（3）切削用量的确定 切削速度：式中： D工件或刀具的外径（mm）；n工件或刀具的每分钟转速（转/每分）。（4）吃刀深度式中： D待加工表面直径（mm）d已加工表面直径（mm）第三章 机床的总体布局3.1 总体布局机床是由部件装配而成，每个部件在机床中占有一定的位置。选择机床的型式，分配运动以及安排各部件和手柄等在整台机床中的位置，叫做机床的总体布局。合理的总体布局应满足的基本要求是：保证工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置和相对运动；保证机床具有与所要求的加工精度相适应的刚度和抗振性；便于观察加工过程；便于操作、调整和修理机

33、床；便于输送、装卸工件和排除切屑，并须保证工作安全；经济性好，如节省材料，减少机床占地面积等。机床总体设计的一般步骤是，首先根据工艺分析，分配机床部件的运动，选择传动形式和支承形式；然后，安排手柄等操作性的位置，并拟定从布局上改善机床性能和技术经济指标的措施。上述各步骤之间有着密切的联系，必要时可以互相穿插或同时并进。根据同组同学的设计任务和大家讨论，最后选取下面样式的机床作为本次设计的组合机床布局（如下图）图31 双面立式机床的整体布局3.2 机床总体布局方案分析在方案的拟定当中，起决定作用的是正确的分析与确定机床的总体布局方案。上面叙述了各种因素对机床总体布局的影响，然而就同一类机床来说，

34、尚需对专用机床的支承部件、传动部件和执行部件等三大部分的布局进行方案分析。3.3 运动的分配 机床上的工艺方法确定后，刀具和工作在切削加工时的相对运动亦随着规定了。但是，这相对运动可分配给工件，或者由工件和刀具共同来完成，机床上的运动分配，是由刀具和工件的重量和尺寸、工艺方法的特点等多方面的因素决定的。由于此机床加工的零件与采用多工位加工，故采用了钻头工件的加工和进给运动都有钻头来完成，另外，为了简化装卸和提高生产效率满足多工位加工在同一台机床上进行，采用了通过液压系统带动工作台作顺时针旋转运动，同时主轴箱体部分也采用液压控制多个钻头上下移动。3.4 机床的传动形式 机床的传动，有机械、液压、

35、机械液压、气动、气动液压、电气等多种形式。其中最常见的是机械传动和液压传动。液压传动具有机械结构简单、容易实现自动化和无极变速、吸振性能好、过载保护简单以及能自身润滑等优点，在机床中得到了日益广泛的应用。因此，本次设计工作台的回转和主轴箱的进给运动都采用了液压装置，工作台的旋转是自动控制装置，只要主轴箱上升到最高位置，液压系统自动执行通过液压缸带动工作台主轴自动旋转36，把每个工件移动到它需要加工的下一道工部处。如下图所示工作台的液压驱动装置：图32 工作台的液压驱动装置该组合钻床的传动形式确定后，可进行传动部件的布局。组合钻床一经确定加工钻头传动和工作台的回转运动此案用液压驱动，则钻床应具备

36、驱动主轴和工作台的液压传动装置。其中主轴箱的液压驱动装置在立柱内，工作台的液压驱动装置设计在底座内。3.5 机床的支承形式机床中常用的支承件有床身、底座、立柱、横梁、横臂、刀架及工作台等。这些支撑件，或单独使用，或组合使用。此钻床的支承形式可设计采用“”形（柱形）支承，支撑件是立柱，或立柱与底座的组合。具有这种支承形式的机床。称为立式机床。此立式钻床为中小型普通机床，其外载荷以切削力为主，工件重量，移动部件（刀架、工作台）的重量等相对较小，其车窗刀架从一端移至床身中部时引起的弯曲变形可忽略不计。与卧式机床相比，立式机床占地面积较小；但当工件较长时，机床的高度增加，重心上移。这样，机床不但易于产

37、生振动，且操作部方便。立式机床的运动自由度较大，执行部件可以在纵向、横向、垂直向三个方向移动；操作立式机床时，操作者可以站在机床的前面、左面、右面。支撑件应满足的要求：1）应具有足够的刚度和较高的韧性质量比。2）应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗和阻尼，整机的低阶频较高，若阶频不致引起结构共振，不会因薄壁振动而产生噪声。3）热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小。4）排屑畅通，吊运安全，并具有良好的结构工艺性。由于支撑件的结构形状十分复杂，受力条件也很复杂，所以对支撑件主要是进行近似的工程技术计算，用近似的技术计算结果，来和已有的经过生产实践考验的同类型支承件的计算结果进行比较，进而

38、评价所设计的支承件。3.6 机床导轨的设计导轨的功用是导向和承载。在导轨副中，运动的一方叫做动导轨，不动的一方叫做支承导轨，动导轨相对于支承导轨只能有一个自由度的运动。导轨按摩擦性质分：滑动导轨和滚动导轨。此次设计的立式钻床可采用普通滑动导轨，它的优点是：构造简单制造方便、接触刚度高和抗振性好，其缺点是：摩擦阻力大，磨损快。采用滑动导轨，金属对金属的运动精度可选高的精度，承载能力较大，而接触刚度高，抗振性好，结构简单，制造及维护容易，成本低。故导轨的材料选用铸铁。铸铁成本低，有良好的减振性和耐磨性，易于铸造和切削加工。此导轨材料可选用最多的灰铸铁，其牌号是HT20-40,即HT200（GB 5

39、675-85），其在润滑与防护较好的条件下有一定的耐磨性。灰铸铁导轨在加工完毕装配时硬度应符合JB2278-78的规定；长度在2.5米以下的其硬度值应符合180HBS，在同一导轨面上的硬度不均匀性不得超过25HBS，为了使导轨面质量好些，浇铸时让导轨面处于最低部位。3.7 运动联系分析本次设计任务为立式组合钻床，该钻床采用主运用和动力源为机械联系。其传动系统图如图3-2所示：1电动机 2联轴器 3离合器 4齿轮 5传动轴 7钻头轴齿轮八个图33 一个动力头的传动系统图此机床由于机械液压的联合作用，实现了较多的自动化动作，从而使生产率高，自动化程度高，占地面积小等特点第四章 主轴箱及传动件的设计

40、4.1 主轴箱传动系统设计的一般要求1）在保证主轴的强度、刚度、转速和转向要求的前提下，力求使传动轴和轮为最少。应尽量用一根传动轴带动多根主轴：当齿轮啮合中心距不符合要求时，可采用齿轮变位的方法来凑中心距 当 时，采用正常齿轮； 时，采用修正齿轮。式中： A实际中心矩； m为模数；、分别为两啮合齿轮齿数。2）在保证有足够强度的前提下，主轴、传动轴和齿轮的规格要尽可能少，以减少各类零件的品种。3）通常应避免通过主动主轴带动主轴，否则将增加主动主轴的负荷。4）最佳传动比为11.5，但允许采用到33.5。5）尽可能避免升速传动，必要的升速最好放在传动链的最末一、二级，以减少功率损失。根据查阅有关资料

41、，和同组同学讨论，设计如下的齿轮传动路线设计（见图41）图41 齿轮传动路线设计4.2 动力部件的选择动力部件是用以实现切削刀具的旋转和进给运动（动力头）只用于进给运动（动力滑台），是组合机床最主要的通用部件。选用何种动力部件，应当根据具体的加工工艺、机床型式、使用条件、生产条件来确定。例如：对于一般的多工位钻床，可以机械或液压动力头，对于铣削、镗端面孔机床、精镗德国机床，应为动力滑台配以相应的铣头，镗孔，车端面头，精镗等，立式机床宜采用动力滑台或机械动力头等。总之，适用合适的动力部件，使机床具有先进的工艺水平和技术水平，以及良好的工艺效果。4.3 电动机的选择计算 4.3.1 电动机功率的估

42、算1）钻头钻孔时的扭矩及轴向力的估算 扭矩公式： 轴向力公式： 式中：HB布氏硬度； D为钻头直径。（mm） S=0.1mm/r ；HB=200（查组合机床设计参考图册机械工业出版社） 工件的材料为45#铸铁 2）切削功率的计算 V刀具转速； v = 20 m/minD刀具直径（mm）。则有： 则8根钻头的总功率为： 3）计算所需电动机的输出功率 新编机械设计师手册上所需电动机的输出功率为： （取工况系数K= 1.1 ） 4）确定主轴直径 查组合机床设计手册 M扭矩 B系数。根据传动轴在100cm长度上允许最大扭转角的数值来选取B值，查组合机床讲义得B = 30.70 代入数据得 D = 15

43、cmP=187.35(公斤毫米)M=30.7KgN=0.067kwN总=0.536kwP电机=0.67kwPr=0.737kwD=15cm4.3.2 选择电动机的型号1 电动机选择时要考虑的问题：1）由于一般生产单位多采用三相交流电源，故无特殊要求时均应选用三相交流电动机。其中以三相异步带能动机应用最多，常用为Y系列三相异步电动机。2）电动机的功率选择是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。功率选的过小不能保证工作机的正常工作，或使电动机因超载而过早损坏；功率选的过大则电动机的价格高，能力又得不到充分的发挥，而且由于电动机经常不再满载下运转，其效率和功率因数都较低而造成能源的浪费。3）电

44、动机的同步转速愈高，磁极对数愈少，外廓尺寸愈小，价格愈低。但是电动机转速相对于工作机转速过高势必使总传动比加大，致使传动装置结构复杂，外廓尺寸增加，制造成本提高。而选用较低转速的电动机，其优缺点刚好相反。因此，在确定电动机的转速时，应进行分析比较，权衡利弊，按最佳方案选择。2 电动机的选择 初步选择电动机的转速 再根据所需电动机功率为 查简明机械设计手册 续表选用三相异步电动机，型号为YH90s-2 ，其输出功率 P = 1.5 kw表4-1 电动机主要性能参数电动机的功率P1.5kw电动机满载转速n2670r/min堵转转矩 / 额定转矩2.0电动机的效率0.86电动机的重量100kg3 电

45、动机的安装型式 选用基本结构型式，机座不带低脚，端盖有凸缘。安装结构型式为。制造范围（机座号）为80-315。其示意图如图4-1所示：图42 电动机的安装示意图主要安装型式尺寸如表4-2所示。表4-2 电动机主要安装尺寸电动机轴伸直径D 20mm电动机轴伸长度E 50mm轴伸上键槽的尺寸 电动机法兰外径尺寸 250mm电动机法兰内径尺寸 150mm电动机法兰螺栓孔均不圆直径 100mm法兰螺栓孔的数量和直径 电动机的总高度L 300mm4.4 齿轮齿数的确定由被加工零件的工作图可以看出：八个大孔的每两个对称孔的中心距d = 33 mm，其传动路线最后一级可以简化如下图所示：图43 传动简化图其

46、中AO=16.5 mm， OB=48 mm 有直角三角形知识可得 初选齿轮的模数为 m=1.25 mm有公式： 式中： 小齿轮齿数； 大齿轮齿数。 代入数据得齿数和： 式中：电动机转速： n= 2670 r/min标准减速器的公称传动比：i= 1.06查机械制造装备设计表3-6，可选： 小齿轮的齿数： 大齿轮的齿数： 用同样的方法可以确定其他各级齿轮的齿数，模数都为1.25.第三级齿轮： 小齿轮齿数为47 大齿轮齿数为48第二级齿轮： 小齿轮齿数为33 大齿轮齿数为34第一级齿轮： 小齿轮齿数为23 大齿轮齿数为244.5 运动参数的计算 1）各轴转速的计算一级齿轮轴的转速： 二级齿轮轴的转速

47、： 三级齿轮轴的转速： 四级齿轮轴的转速： 2）各轴功率的计算一级轴的功率 二级轴的功率 三级轴的功率 四级轴的功率 式中： 轴承传动的效率： 齿轮传动的效率：3）各轴扭矩的计算 一级轴的扭矩： 二级轴的扭矩： 三级轴的扭矩： 四级轴的扭矩： 主轴的扭矩： 4.6 齿轮的校核及几何尺寸的计算 4.6.1 按弯曲疲劳强度进行校核根据机械设计（第七版）设计计算公式，式（104） 进行计算1 确定公式中的各计算值：1）齿轮上的圆周力齿轮上的圆周力： 齿轮上的圆周力： 齿轮材料为40Cr（调质）硬度为280HBS。2）由机械设计（第七版）图1020c查的齿轮的弯曲疲劳强度极限：3）计算应力循环次数N

48、由机械设计（第七版）图1018，查得弯曲疲劳寿命系数： 4）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数s =1.35 ，由机械设计（第七版）式（10-12）得： 5）计算载荷系数K 由机械设计（第七版）表10-2查得使用系数计算圆周速度V 根据V=3.1m/s,7级精度，由机械设计（第七版）图10-8 查得动载系数 直齿轮： 由机械设计（第七版）表103查得 由机械设计（第七版）表104查得：7级精度、齿轮相对支撑为对称布置时 由 ， ，由机械设计（第七版）图1013得：故载荷系数 6）查取齿形系数 ，应力校正系数 由机械设计（第七版）表105可查得： ； ； 2 代入数据计算： 故：按弯曲强度校

49、核两齿轮符合要求。4.6.2 按接触疲劳强度计算 按机械设计（第七版）式（108a） 进行计算1 确定公式内的各计算数值1）计算载荷系数 2）由机械设计（第七版）表106，查得材料的弹性影响系数：3）齿轮的宽度： 4）齿轮分度圆直径： ； 5）齿轮所受圆周力： ； 6）齿数比： 7）由机械设计（第七版）图1021d， 按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限: 8）由图1019查得接触疲劳寿命系数 ； 9）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1% ； 安全系数 s = 1 由机械设计（第七版）式1012得2 代入数据计算： 故：按接触疲劳强度校核两齿轮也均符合要求。4.6.3 齿轮的几何尺寸计算1）

50、分度圆直径： 2）齿顶高：3）齿根高： 4）全齿高： 5）齿顶圆直径： 6）齿根圆直径： 7）两齿轮中心距：4.6.4 齿轮的结构设计小齿轮的齿顶圆直径小于160mm，故做成实心结构的齿轮，大齿轮的齿顶圆直径大于160mm，而小于500mm应做成腹板式机构。但考虑到该齿轮尺寸较小，还是做成实心结构的齿轮。4.7 轴的设计 4.7.1 一级齿轮高速轴的设计计算1 选择轴的材料轴的材料一般为45钢，此轴的材料也是45钢。热处理为调质处理。2 初步确定轴的最小轴颈先按机械设计（第七版）式（15-2）初步估算Z1=20Z2=21Z1=47Z2=48Z1=33Z2=34Z1=23Z2=24K=1.794

51、K=1.665 式中：轴的功率 轴的转速 根据机械设计（第七版）表（153）取 齿轮轴的最小轴径显然是安装联轴器处轴的直径，为了使所选的轴径与联轴器的孔径相适应，故须同时选取联轴器型号。 联轴器的计算转矩： 查机械设计（第七版）表141，(考虑到转矩变化很小) 故，取 又， 则，按照计算转矩 应小于联轴器公称转矩的条件，查简明机械设计手册，选用弹性套柱销联轴器，其公称转矩6.3Nm ,半联轴器长度为10mm，联轴器与轴配合的毂孔长度 ，半联轴器的孔径d=10mm，故取与联轴器相连的轴的直径为。3 轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案此轴的零件装配方案简图如图4-4所示图44 一级齿轮高速轴的

52、零件装配方案图2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径长度 a 为了满足半联轴器的轴向定位要求，II-III 轴段右端需制出一轴肩，取VII：左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径。半联轴器与轴的配合的毂孔长度，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不是压在轴的端面上，故I-II 段的长度应比略短一些，现取。b 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。根据 ，查简明机械设计手册选单列圆锥滚子轴承 30203 GB/T297-94;其尺寸为：，齿轮左边的滚动轴承右端采用套筒进行轴向定位，左端采用圆螺母进行轴向定位，查组合机床设计图册，选套 d=15mm , D=

53、20mm, L=18mm。 齿轮右边的滚动轴承左端采用套筒定位，右端利用轴肩定位，齿轮宽为15mm，选用齿轮右端的套筒，查组合机床设计图册设计手册，选用尺寸为 d=15mm，D=20mm， L=30mm，齿轮利用轴肩和套筒定位。 详细的轴各段尺寸参见零件图。3）轴上零件的轴向定位齿轮、半联轴器与轴的轴向定位均采用平键联接，由于齿轮不再轴端，故选用圆钭普通平键（A型）按。 有简明机械设计手册查得平键截面： （GB/T1096-79）；键槽用键槽铣刀加工，长为12 （标准键长）。同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/h6 。同样，半联轴器与轴的配合为 H7/k6

54、。滚动轴承与轴的周向dingwei 是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m5 。4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考机械设计（第七版） 表152，取轴端倒角为；各轴肩处的圆角半径为R=1.6mm。4 轴的强度校核首先根据轴的结构图，做出轴的计算简图和受力分析图。如下图45 轴的计算简图和受力分析图在确定轴承的支点位置时，查简明机械设计手册取a值，并参考机械设计（第七版）图1523 。对于30310型圆锥滚子轴承，查简明机械设计手册，查得a=9.9mm。1）有轴的结构确定轴的计算简图的各段轴的尺寸AB=31.35mmBC=33.9mmCD=51.4mm2）在水平面内对轴进行受力分析求作用在齿

55、轮上的力，有前文计算可知 ; 求作用在轴上支反力有受力平衡得： 对B点取力矩： 代入数据联立这两个方程，求解得 ; 3）求水平面内的弯矩：有轴在水平面内的受力情况，作水平面内的弯矩图如下：图46水平面弯矩图4）在垂直面内对轴进行受力分析求作用在轴上支反力由受力平衡可得 对B点取力矩： 代入数据联立这两个方程，求解得 ; 5）求垂直面内的弯矩由轴在垂直面内的受力情况，作垂直面内的弯矩图如下：图47垂直面内的弯矩图6）求总弯矩由水平面内的弯矩图和垂直面内的弯矩图，作轴所受总弯矩图，如下： 7）求扭矩由轴的受力情况，作轴所受扭矩图，如下：图48一级轴的扭矩图5 按弯扭合成应力校核轴的强度进行轴的强度

56、校核，通常只需要校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度。根据机械设计（第七版）式（15-5）及上表中的数据，并取=0.6，则轴的计算应力为 由已经选定轴的材料为40Cr，调质处理，根据机械设计（第七版）表15-1，查得 。因此， ，故安全。4.7.2 一级齿轮低速轴的设计计算1 选择轴的材料因为齿轮轴轴伸和扩孔钻联接处的结构比较复杂，加工比较困难；所以其材料要稍微选的好一些，耐用度高一点，故齿轮轴的材料选为40Cr，热处理为调质处理。2 扭矩估算轴伸的最小轴径按机械设计（第七版）式（15-2）估算 式中： 因为齿轮轴上要开一个比较深的孔用来轴向定位，而且其一端要与扩孔钻相联，这段轴径要比较大，考

57、虑到强度和结构工艺性等方面的因素，最小轴径定为10mm。3 初定轴的结构根据轴上零件的布置、装拆和定位的需要，设计轴的介个如下所示：图49 轴的结构图装齿轮的那一段轴径为 ；为了装卸轴承方便和定位留取 ， ；大齿轮左右端采用套筒定位，查组合机床设计图册，选套d=15mm , D=20mm , L=18mm 定位大齿轮左端，同时定位轴承；选用套 d=15mm , D=20mm , L=10mm 定位大齿轮右端，小齿轮左端；小齿轮右端，选用套d=15mm , D=20mm , L=10mm 定位，同时定位轴承；轴承右端用台阶定位。4 初选滚动轴承的型号因为齿轮轴既受轴向载荷又受径向载荷的作用，所以

58、其上的两个滚动轴承均为单列圆锥滚子轴承。查简明机械设计手册选单列圆锥滚子轴承 30203 GB/T297-94 ；其尺寸为： 5 初选键的尺寸由于齿轮不在轴端，所以被选键为圆头普通平键（A型）。根据装齿轮处轴径 d=15mm , 有简明机械设计手册查得平键截面： （GB/T1096-79）；键槽用键槽铣刀加工，长为8mm （标准键长）。同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/h6。6 齿轮的计算简图所示AB=31.35mm ；BC=22mm ；CD=25.9mm ；图4-10轴的受力和计算简图大齿轮的受力计算，有理论力学知识可得 圆周力： 径向力： 小齿轮的受力

59、计算 圆周力： 径向力： 7求垂直面内的支撑反力，作垂直面内的弯矩图 可以解得， ； 1）求垂直面内B点的弯矩 2）求垂直面内C点的弯矩 3）作垂直面内的弯矩图 典韦：Nmm图4-11 垂直面内的弯矩图8求水平面内的支撑反力，作水平面内的弯矩图 可以得到： ， 1）求水平面内B点的弯矩 2）求水平面内B点的应力 3）作水平内的弯矩图，如图所示图4-12 水平面内的弯矩图9求合成弯矩 可以看出C点的合成弯矩值最大 10轴的扭矩图，如图所示 扭矩： 图4-13 扭矩图11从轴的结构图一级弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面，计算出的截面C处的My 、Mz 、 M的值如表4-3所示表4-3 B

60、处载荷值载荷水平面Z垂直面Y支反力RY1=171.2 NY2=546.8 NX1=163.6 NX2=157.8 N弯矩MMcz=14162.12 NmmMcy=4087.02 Nmm总弯矩Mc=14220.87 Nmm扭矩T=14850 Nmm12按弯扭合成校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的载荷。 根据机械设计（第七版）式（155） 轴的计算应力为： 式中：轴所受的扭矩： T=2712 Nmm 总弯矩： ；折合系数： =0.6 ；对称循环变应力时轴的许用弯曲应力 因此有： ，故安全。4.8 滚动轴承的选择与寿命计算4.8.1 一级齿轮高速轴上的轴承1 主要参数 前面