气缸体三面钻螺纹底孔组合机床总体及左主轴箱设计（机械CAD图纸）

目录1绪论 12组合机床总体设计 32.1总体方案论证 32.1.1工艺路线的确立 31.1.2机床配置型式的选择 42.1.3定位基准的选择 42.1.4滑台型式的选择 42.2确定切削用量及选择刀具 52.2.1选择切削用量 52.2.2计算切削力、切削扭矩及切削功率 62.2.3选择刀具结构 72.3组合机床总体设计—三图一卡 72.3.1被加工零件工序图 72.3.2加工示意图 72.3.3机床尺寸联系总图 102.3.4机床生产率计算卡 123组合机床主轴箱设计 143.1绘制主轴箱原始依据图 143.2主轴结构型式的选择和动力计算 153.2.1主轴结构型式的选择 153.2.2主轴直径和齿轮模数的确定 163.3主轴箱传动系统的设计与计算 163.3.1根据原始依据图计算坐标尺寸 163.3.2拟订主轴箱传动路线 173.3.3确定传动轴位置及齿轮齿数 173.4主轴箱坐标计算、绘制坐标检查图 223.4.1计算传动轴的坐标 223.4.2绘制坐标检查图 243.5轴、齿轮的校核 243.5.1轴的校核 243.5.2齿轮的校核 254零部件的设计绘制 284.1绘制主轴箱的装配图及零件图 284.2绘制主轴箱前、后盖、主轴及箱体 285样机试验测试 295.1组合机床空运转试验 295.1.1样机试验要求 295.1.2样机试验结果 295.2组合机床钻孔试验 295.2.1组合机床试验过程 295.2.2组合机床试验结果 295.3进行精度测试 296结论 31参考文献 321绪论组合机床是根据工件加工需要,以大量通用部件为基础,配以少量专用部件组成的一种高效的专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方法，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用来组成自动生产线。组合机床及其自动线是集机电于一体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。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(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额),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。组合机床的分类繁多,有大型组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,还有多工位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步,一种新型的组合机床——柔性组合机床越来越受到人们的青睐,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换,配以可编程序控制器(ＰＬＣ)、数字控制(ＮＣ)等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外,近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机(清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线)等在组合机床行业中所占份额也越来越大。二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。国内组合机床近几年取得了长足的进步，但是与发达国家相比，在产业结构、产品水平、开发能力、产业规模、制造技术水平、劳动生产率、国内外市场占有率等诸多方面尚存在不少差距。在组合机床方面，总体水平不高，国际竞争力不强，不能充分满足国内建设需要，关键技术过分依赖国外，自主发展能力薄弱，高技能人才的比较优势有弱化的危险，产品质量不稳定，用户服务水平差距较大。组合机床的设计，目前基本上有两种方式：其一，是根据具体加工对象的特征进行专门设计，这是当前最普遍的做法。其二，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，广大工人和技术人员总结出生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可设计成通用部件，而且一些行业在完成一定工艺范围内的组合机床是极其相似的，有可能设计为通用机床，这种机床称为“专能组合机床”。这种组合机床不需要每次按具体加工对象进行专门设计和生产，而是设计成通用品种，组织成批生产，然后按被加工零件的具体需要，配以简单的夹具及刀具，即可组成加工一定对象的高效率设备。在组合机床设计过程中，为了降低组合机床的制造成本，应尽可能地使用通用件和标准件。目前，我国设计制造的组合机床，其通用部件和标准件约占部件总数的70～80%，其它20～30%是专用零部件。考虑到近年来，各种通用件和标准件都出台了新的标准及标注方法，为了方便以后组合机床的维修，整个组合机床的通用件和标准件配置，都采用了新标准。本机床根据生产的需要进行设计，气缸体在三面钻组合机床上加工过程为：气压驱动夹具对气缸体夹紧；电气按钮驱动快进电机来实现快速进刀；快进电机关闭工进电机启动，把快进转工进对气缸体进行钻削加工；达到加工钻削深度时，滑鞍碰上死挡铁使丝杠不转，使传动装置中过转矩保护装置启动；启动快进电机反转，滑鞍快速退回；打开气压开关放气减压，夹具松开；取出气缸体。本设计主要针对原有的ZH1105WA机体左、右、后三个面上31个孔多工序加工、生产率低、位置精度误差大的问题而设计的，从而保证孔的位置精度、提高生产效率，降低工人劳动强度。主轴箱设计是该次设计中一个重要的传动部分的设计。首先，在完成对组合机床的总体设计并绘制出“三图一卡”的基础上，绘制主轴箱设计的原始依据图；接着确定主轴结构、轴径以齿轮模数；然后根据被加工孔的位置，拟定传动系统，应注意轴与轴的最小间距应符合规定要求，避免产生干涉，这一步是主轴箱设计的核心部分；第四步是计算主轴、传动轴坐标、绘制坐标检查图；第五步，绘制多轴箱总图，零件图及编制组件明细表。

2组合机床总体设计2.1总体方案论证本设计的加工对象为柴油机气缸体，材料是HT250,硬度HBS190-240，重量36.5Kg。2.1.1工艺路线的确立根据先粗加工后精加工、先基准面后其它表面、先主要表面后次要表面的机械加工工序安排的设计原则，对ZH1105WA柴油机气缸体的工艺路线作如下设计：工序1粗铣底、顶端面；工序2粗铣左、右端面；工序3粗铣前、后端面；工序4半精铣底、顶端面；工序5半精铣左、右端面；工序6半精铣前、后端面；工序7粗镗孔；工序8半精镗孔；工序9精镗孔；工序10钻左面、右面、后面的孔；工序11攻螺纹；工序12钻上面、下面、前面的孔；工序13攻螺纹；工序14最终检验。本道工序（工序10）：钻左面、右面、后面的孔，由本设备“ZH1105WA气缸体三面钻组合机床”完成，因此，本设备的主要功能是完成柴油机气缸体左、右、后三个面上31个孔的加工。具体加工内容是：钻右侧面上10个孔，其中盲孔9×Φ6.7,盲孔Φ8.5；左侧面15个孔，其中盲孔14×Φ6.7，盲孔Φ12.5；钻后面6个孔，其中盲孔6×Φ12.5。1.1.2机床配置型式的选择机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成。其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、调试与运输也都比较方便；而且，机床重心较低，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其优点是占地面积小，自由度大，操作方便。其缺点是机床重心高，振动大。此外，ZH1105WA柴油机气缸体的结构为卧式长方体，从装夹的角度来看，卧式平放比较方便，也减轻了工人的劳动强度。通过以上的比较，考虑到卧式床身振动小，装夹方便等优点，选用卧式组合机床。2.1.3定位基准的选择组合机床是针对某种零件或零件某道工序设计的。正确选择定位基准，是确保加工精度的重要条件，同时也有利于实现最大限度的集中工序。本机床加工时采用的定位方式是以底面为定位基准面，限制三个自由度；用两个挡铁限制两个自由度；在左侧有一个支承钉，限制剩下的一个自由度。2.1.4滑台型式的选择本组合机床采用的是机械滑台。与液压滑台相比较，机械滑台具有如下优点：进给量稳定，慢速无爬行，高速无振动，可以降低加工工件的表面粗糙度；具有较好的冲击能力，继续铣削、钻头钻通孔将要出口时，不会因冲击而损坏刀具；运行安全可靠，易发现故障，调整维修方便；没有液压驱动的管路、泄漏、噪声和液压站占地的问题。机械滑台也有其弊端，如：只能有级变速，变速比较麻烦；一般没有可靠的保护；快进转工进时，转换位置精度较低。液压滑台弊端，如：进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定；液压系统漏油影响工作环境，浪费能源；调整维修比较麻烦。本课题的加工对象是ZH1105WA柴油机气缸体，钻左、右、后三个面上的31个孔，位置精度和尺寸精度要求较高，刚度高、热变形小、进给稳定性高，因此采用精密级机械滑台。2.2确定切削用量及选择刀具2.2.1选择切削用量对于31个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从文献[9]的130页表6-11中选取。由于钻孔的切削用量还与钻孔深度有关，随孔深度的增加而逐渐递减，其递减值按文献[9]的131页表6-12选取。降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避免钻头折断。钻孔深度较大时，由于冷却排屑条件都较差，使刀具寿命有所降低。降低切削速度主要是为了提高刀具寿命，并使加工较深孔时钻头的寿命与加工浅孔时钻头的寿命比较接近。A.对左侧面的15个孔的切削用量的选择a.孔1～孔6，孔8～孔1514×Φ6.7，盲孔，l=14mm由d＞6～12，硬度大于190～240HBS，选择v=10～18m/min,f＞0.1～0.18mm/r,又d=6.7mm,取定v=11.8m/min,f=0.11mm/r,则由文献[5]的43页公式式（2-1）得：n=1000×π=560r/minb.孔7Φ12.5，盲孔，l=32mm由d＞12～22，硬度大于190～240HBS，选择v=10～18m/min,f＞0.18～0.25mm/r,又d=12.5mm,取定v=13.345m/min,f=0.181mm/r,则n=1000×π=340r/minB.对后面的6个孔的切削用量的选择a.孔16～孔216×Φ12.5，盲孔，l=32mm由d＞12～22，硬度大于190～240HBS，选择v=10～18m/min,f＞0.18～0.25mm/r,又d=12.5mm,取定v=11.0m/min,f=0.22mm/r,则n=1000×π=280r/minC.对右侧面的10个孔的切削用量的选择a.孔22～孔309×Φ6.7，盲孔，l=16mm由d＞6～12，硬度大于190～240HBS，选择v=10～18m/min,f＞0.1～0.18mm/r,又d=6.7mm,取定v=11.8m/min,f=0.11mm/r,则n=1000×π=560r/minb.孔31Φ8.5，盲孔，l=15mm由d＞6～12，硬度大于190～240HBS，选择v=10～18m/min,f＞0.1～0.18mm/r,又d=8.5mm,取定v=11.74m/min,f=0.14mm/r,则n=1000×π=440r/min2.2.2计算切削力、切削扭矩及切削功率根据文献[9]的134页表6-20中公式式（2-2）式（2-3）式（2-4）式中，—切削力（N）；—切削转矩（N·㎜）；—切削功率（Kw）；—切削速度（m/min）；—进给量（mm/r）；—加工（或钻头）直径（mm）；—布氏硬度，，在本设计中，，，得=223。由以上公式可得：对左面单根轴：轴1～轴6，轴8～轴15=764.1N·mm轴7=2123.3N·mm对后面单根轴：轴16～轴21=2482.0N·mm对右面单根轴：轴22～轴30=764.1N·mm轴31=1175.6N·mm(轴编号与孔编号相对应)总的切削功率：即求各面上所有轴的切削功率之和左面=14×后面=6×右面=9×实际切削功率根据文献[9]，=(1.5～2.5),因为是多轴加工，故取定P=2则=2×Kw=2×=2×选择刀具结构根据工艺要求及加工精度的要求，加工31个孔的刀具均采用标准复合式麻花钻。组合机床总体设计—三图一卡被加工零件工序图被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床（或自动线）上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样。除了是设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。2.3.2加工示意图零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。A.刀具的选择a.根据工艺的要求及加工精度不同，组合机床采用的刀具一般有简单刀具（标准刀具）、复合刀具及特种刀具。选择刀具的原则：（只要条件允许，为使工作可靠，结构简单、刃磨容易，应尽量选择标准刀具和简单刀具。b.为使工序集中程度或保证加工精度，可采用先后加工或同时加工两个或两个以上表面的复合刀具。c.选择刀具结构时，还须认真分析被加工零件材料特点。刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。孔ΦΦ；孔ΦΦ；孔ΦΦ。B.导向结构的选择组合机床钻孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提高刀具系统的支承刚性。本题目中加工31个孔时导向表面旋转线速度均小于20m/min,所以导向装置选用固定导套。对于加工Φ6.7孔，选择的导套尺寸为：D=15mm，D1=22mm，D2=26mm，L=20mm，l=8mm，l1=3mm，e=16.5mm，配用的螺钉M6。对于加工Φ8.5孔，选择的导套尺寸为：D=18mm，D1=22mm，D2=26mm，L=28mm，l=10mm，l1=4mm，e=18.5mm，配用的螺钉M6。对于加工Φ12.5孔，选择的导套尺寸为：D=22mm，D1=30mm，D2=34mm，L=20mm，l=10mm，l1=4mm，e=22mm，配用的螺钉M8。C.确定主轴、尺寸、外伸尺寸在该题中，主轴用于钻孔，选用滚珠轴承主轴。又因为浮动卡头与刀具刚性连接，所以该主轴属于长主轴。故本课题中的主轴均为深沟球轴承长主轴。根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩T，由文献[9]的43页公式式(2-5)式中，—轴的直径（mm）；—轴所传递的转矩（N·m）；—系数，本课题中主轴为非刚性主轴，取=6.2。由公式可得：轴1～轴6，轴8～轴15轴7m轴16～轴21轴22～轴30轴31考虑到安装过程中轴的互换性、安装方便等因素，除13轴、14轴轴径取为15㎜外，其余29根主轴轴径均取为20㎜。根据主轴类型及初定的主轴轴径，查文献[9]的44页表3-6可得到主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号。主轴轴径d=15㎜时，主轴外伸尺寸为：D/d=25/16,L=85mm；接杆莫氏圆锥号为１。主轴轴径d=20㎜时，主轴外伸尺寸为：D/d=32/20,L=115mm；接杆莫氏圆锥号为１。D.动力部件工作循环及行程的确定a.工作进给长度的确定工作进给长度，应等于加工部位长度L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度和切出长度之和。切入长度一般为5～10㎜，根据工件端面的误差情况确定。钻孔时切出长度按文献[9]的46页表3-7式(2-6)计算。式中，d为钻头直径。三个面上钻孔时的工作进给长度见表2-1。表2-1工进长度确定表Ld左主轴箱3210850后主轴箱3210850右主轴箱166830b.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。初步选定三个主轴箱上刀具的快速进给长度分别为150mm，170mm和150mm。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知，三面快速退回长度为200mm。d.动力部件总行程的确定动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。三面的前备量取40mm，后备量取100mm，则总行程为340mm。机床尺寸联系总图A.选择动力部件a.动力滑台型号的选择根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力，按文献[9]的62页公式式(2-7)式中，—各主轴所需的向切削力，单位为N。则左主轴箱=14×后主轴箱×6=14892N右主轴箱×9+1175.6=8052.5N实际上,为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于。又考虑到所需的最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作的稳定性，由文献[9]的96页表5-5，左、右、后三面的机械滑台均选用1HJ40M型。台面宽400mm，台面长800mm,最大行程长630mm，滑台及滑座总高320mm,滑座长1240mm，允许最大进给力20000N，工作进给电机型号为Y802-4B5、转速1390r/min、工作进给范围为9.62～425.8r/min;快速进给电机型号为Y90L-4B5,功率为1.5Kw、转速为1400r/min、b.动力箱型号的选择由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和，根据文献[9]的47页公式式(2-8)式中,—消耗于各主轴的切削功率的总和（Kw）；—多轴箱的传动效率,加工黑色金属时取0.8～0.9，加工有色金属时取0.7～0.8；主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值。本课题中，被加工零件材料为灰铸铁，属黑色金属，又主轴数量较多、传动复杂，故取。左主轴箱：则后主轴箱：则右主轴箱：则根据机械滑台的配套要求，滑台额定功率应大于电机功率的原则，查文献[9]的114-115页表5-38、表5-39得出动力箱及电动机的型号，见表2-2。表2-2动力箱确定表动力箱型号电动机型号电动机功率(Kw)电动机转速(r/min)输出轴转速(r/min)左主轴箱1TD40IY132S-41440720后主轴箱1TD40IY132S-41440720右主轴箱1TD40IY132S-41440720c.配套通用部件的选择侧底座1CC401型号，其高度H=560mm，宽度B=600mm，长度L=1350mm。B.确定机床装料高度H装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。本课题中，工件最低孔位置=12mm，所选滑台与滑座总高=320mm，侧底座高度=560mm，夹具底座高度=350mm，中间底座高度=630mm，综合以上因素(+>850mm)，该组合机床装料高度取=1000㎜。C.确定主轴箱轮廓尺寸主要需确定的尺寸是主轴箱的宽度和高度及最低主轴高度。主轴箱宽度、高度的大小主要与被加工零件孔的分布位置有关，可按下式计算：=+=++式中，—工件在宽度方向相距最远的两孔距离（mm）；—最边缘主轴中心距箱外壁的距离（mm）；—工件在高度方向相距最远的两孔距离(mm）；—最低主轴高度（mm）。其中，还与工件最低孔位置（=12mm）、机床装料高度（=1000mm）、滑台滑座总高（=320mm）、侧底座高度（=560mm）、滑座与侧底座之间的调整垫高度（=5mm）等尺寸有关。对于卧式组合机床，要保证润滑油不致从主轴衬套处泄漏箱外，通常推荐>85～140mm，本组合机床按式=+-(0.5+++)=12+1000-(0.5+320+560+0.5)计算，得：=126.5mm。=275mm,取=100mm，则求出主轴箱轮廓尺寸：=+2=++根据上述计算值,按主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱轮廓尺寸为×=630mm×500mm。2.3.4机床生产率计算卡已知：工作行程为340mm进刀量为7500㎜/min理想生产率Q（件/h）理想生产率是指完成年生产纲领（包括备品及废品率）所要求的机床生产率。用文献[9]的51页的公式式(2-9)计算，式中，N—年生产纲领（件），本课题中N=50000件；—全年工时总数，本课题以单班7小时计，则。则实际生产率（件/h）实际生产率是指所设计的机床每小时实际可生产的零件数量。即文献[9]的51页的公式式(2-10)式中，—生产一个零件所需时间（min）。则机床负荷率机床负荷率为理性乡生产率与实际生产率之比。即文献[9]的52页的公式式(2-11)则

3组合机床主轴箱设计本人的设计任务是柴油机气缸体三面钻组合机床左主轴箱部分的设计。由总体设计部分可知，需设计的主轴箱轮廓尺寸为630mm×500mm，属于大型通用主轴箱，该类型的主轴箱结构典型，能利用通用的箱体和传动件；采用标准主轴，借助导向套引导刀具来保证被加工孔的位置精度。大型通用主轴箱由通用零件如箱体、主轴、传动轴、齿轮和附加机构等组成。标准通用卧式钻孔类主轴箱的厚度是一定的，为325mm。本课题中主轴箱由箱体、前盖和后盖三个部分组成。箱体材料为HT200，前、后盖等材料为HT150；箱体的标准厚度为180mm，前盖厚度为55mm，后盖厚度为90mm。主轴的类型为深沟球轴承长主轴，主轴材料采用40Cr钢，热处理C42。通用传动轴一般用45钢，调质T235；滚针轴承传动轴用20Cr钢，热处理S0.5-C59。通用齿轮有传动齿轮、动力箱齿轮和电动机齿轮三种。通用主轴箱设计的顺序是：绘制主轴箱设计原始依据图；确定主轴结构、轴径及模数；拟订传动系统；计算主轴、传动轴坐标，绘制坐标检查图；绘制主轴箱总图，零件图及编制组件明细表。具体内容如下。绘制主轴箱原始依据图主轴箱依据图是根据“三图一卡”绘制的。1.被加工零件编号及名称：ZH1105WA柴油机气缸体，材料及硬度：HT250190～240HBS；2.主轴外伸尺寸及切削用量，如表3-1；3动力部件1TD40I,1HJ40M,=5.5Kw,n=1440r/min。表3-1主轴外伸尺寸及切削用量表轴号主轴外伸尺寸（㎜）切削用量备注D/dL工序内容n(r/min)v(m/min)f(mm/r)1～68～121532/20115Φ56013、1425/1685Φ560732/20115Φ340图3-1所示为三面卧式钻孔组合机床左主轴箱设计原始依据图。图3.1主轴箱设计原始依据图主轴结构型式的选择和动力计算主轴结构型式的选择主轴结构的选择包括轴承型式的选择和轴头结构的选择。轴承型式是主轴部件结构的主要特征，本课题中主轴进行钻削加工，轴向切削力较大，用推力球轴承承受轴向力，用深沟球轴承承受径向力。又因钻削时轴向力是单向的，因此推力球轴承应安排在主轴前端。该课题中主轴采用的是深沟球轴承长主轴。长主轴其轴头内孔较长，可增大与刀具尾部连接的接触面，因而增强刀具与主轴的连接刚度，减少刀具前端下垂。钻孔时常采用标准导套导向。轴头用圆柱孔与刀具连接，用单键传扭矩，紧定螺钉作轴向定位。3.2.2主轴直径和齿轮模数的确定主轴直径已在总体设计部分初步确定，15根主轴除13、14号轴的轴径为15mm外，其余13根轴径均为20mm。齿轮模数（单位为mm）一般用类比法确定，也可按文献[9]的62页公式估算，即式（3-1）式中，—齿轮所传递的功率，单位为Kw；—一对啮合齿轮中的小齿轮齿数；—小齿轮的转速，单位为r/min。主轴箱中的齿轮模数常用2、2.5、3、3.5、4几种。为了便于生产，同一主轴箱中的模数规格不要多于两种。由于本主轴箱为钻孔主轴箱，主轴转速误差较小，且加工孔的位置比较集中，可以根据实际需要选出齿轮模数为2、3两种。通过计算得≥1.76,结合生产实际取=2和=3两种。3.3主轴箱传动系统的设计与计算多轴箱传动设计，是根据动力箱驱动轴位置和转速、各主轴位置及其转速要求，设计传动链，把驱动轴和各主轴连接起来，使各主轴获得预定的转速和转向。3.3.1根据原始依据图计算坐标尺寸根据原始依据图3-1，计算驱动轴、主轴的坐标尺寸，如表3-2所示：表3-2驱动轴、主轴坐标值坐标销35驱动轴0主轴1主轴2主轴3主轴4主轴5X0Y0坐标主轴6主轴7主轴8主轴9主轴10主轴11主轴12XY坐标主轴13主轴14主轴15XY3.3.2拟订主轴箱传动路线该主轴箱有15根主轴，将这15根主轴分别为：1，2、3、4、5、6，7、8、9、10、11、12、13、14、15，传动轴分别为16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33，油泵轴34由传动轴32传动。具体传动路线见图3-2。图3.2传动树形图3.3.3确定传动轴位置及齿轮齿数传动方案拟订之后，通过“计算、作图和多次试凑”相结合的方法，确定齿轮齿数和中间传动轴的位置及转速。A.由各主轴几驱动轴转速求驱动轴到各主轴之间的传动比主轴==============560r/min=340r/min驱动轴=720r/min各主轴总传动比i0-1、0-2、0-3、0-4、0-5、0-6、0-8、0-9、0-10、0-11、0-12、0-13、0-14、0-15i0-7为使结构紧凑，主轴箱体内的齿轮传动副的最佳传动比为1～1.5；另外，主轴与驱动轴转向相同时,经过偶数个传动副。B.各轴传动比分配主轴箱中有同心圆分布、直线分布及任意分布，同时为满足主轴上齿轮不过大的要求，最后一级齿轮取升速。1轴i0-32=1.36i32-19=0.97i19-17=1i17-12、10轴i0-32=1.36i32-2i32-103轴i0-26=1.32i26-3=14、6轴i0-32=1.36i32-19=0.97i19-17-20-16-27-29=1i29-4i29-65轴i0-18=1.32i18-21=1.9i21-28=0.95i28-57轴i0-32=1.36i32-19=0.97i19-17-20-16-27-29=1i29-30=1.8i30-31i31-7=18轴i0-18=1.32i18-21=1.9i21-23=0.706i23-89轴i0-32=1.36i32-19=0.97i19-17-20-16-27-33=1i33-911、12轴i0-18=1.32i18-11=1i18-12=113、15轴i0-18=1.32i18-21=1.9i21-22=0.53i22-13i22-15=114轴i0-18=1.32i18-21=1.9i21-23=0.706i23-25=0.875i25-24=1i24-14C.确定中间传动轴的位置并选择各对齿轮传动轴转速的计算公式：文献[9]的64-65页式(3-2)式(3-3)式(3-4)式(3-5)式(3-6)式(3-7)式中，—啮合齿轮副传动比； —啮合齿轮副齿数和；—分别为主动和从动齿轮齿数；—分别为主动和从动齿轮转速，单位为r/min； —齿轮啮合中心距，单位为mm； —齿轮模数，单位为mm。a.确定中间传动轴32的位置，配32轴与驱动轴0，32轴与主轴1、2、10及传动轴17、19连接的/、/、/、/、/、/六对齿轮。在2、0轴心连线上用几何作图法粗略找出中垂线，量出32与0、32与2、32与10的距离，公式（3-4）及传动比i32-2、i32-10=0.962，取m=2，可得到齿轮齿数=35，=25,=36,=26。（分别设在第Ⅰ排和第Ⅱ排）b.确定中间传动轴26的位置，配26轴与驱动轴0，26轴与主轴3连接的/、/两对齿轮。传动轴26在主轴3、0轴心连线的中垂线上，量出26与3、0的距离，利用公式（3-4）及传动比，取m=2和m=3，可得到齿轮齿数=29,=29,=29。（分别设在第Ⅲ排和第Ⅳ排）c.确定中间传动轴29的位置，配29轴与主轴4、6连接的两对齿轮。用求传动轴配对的齿轮相同的方法，求得与传动轴29配对的4、6的齿数=28,=26,=26，模数m=2。（设在第Ⅱ排）d.确定中间传动轴31的位置，配31轴与主轴7及传动轴30连接的两对齿轮。用上述同样的方法，求得与中间传动轴31配对的主轴7及传动轴30上的两对齿轮齿数分别为=36,=30,=26,=26，模数均为2。（分别设在第Ⅰ排和第Ⅲ排）e.确定中间传动轴28的位置，配28轴与主轴5及传动轴21连接的两对齿轮。用上述同样的方法，求得与中间传动轴28配对的主轴5及传动轴21上的两对齿轮齿数分别为=38,=36,=19，模数均为2。（设在第Ⅲ排）f.确定中间传动轴23的位置，配23轴与主轴8及传动轴21连接的两对齿轮。用上述同样的方法，求得与中间传动轴23配对的主轴8及传动轴21上的两对齿轮齿数分别为=34,=24,=32,=23，模数均为2。（分别设在第Ⅰ排和第Ⅱ排）g.确定中间传动轴33的位置，配33轴与主轴9及传动轴27连接的两对齿轮。用上述同样的方法，求得与中间传动轴28配对的主轴5及传动轴21上的两对齿轮齿数分别为=35,=24,=35,=23，模数均为2。（分别设在第Ⅰ排和第Ⅲ排）h.确定中间传动轴22的位置，配22轴与主轴13、15及传动轴21连接的三对齿轮。用上述同样的方法，求得与中间传动轴22配对的主轴13、15及传动轴21上的三对齿轮齿数分别为=38,=20,=23,=19,=23，模数均为2。（分别设在第Ⅱ排和第Ⅲ排）i.确定中间传动轴18的位置，配18轴与主轴11、12连接的两对齿轮。用上述同样的方法，求得与中间传动轴18配对的主轴11、12的两对齿轮齿数分别为=39,=39,=39，模数均为2。（设在第Ⅱ排）j.确定中间传动轴24的位置，配24轴与主轴14及传动轴25连接的两对齿轮。用上述同样的方法，求得与中间传动轴24配对的主轴14及传动轴25连接的两对齿轮齿数分别为=28,=28,=23,=19，模数均为2。（设在第Ⅰ排）D.验算各主轴转速转速相对损失在5%以内，符合设计要求。E.用中间传动轴26兼作调整手柄轴轴26转速较高，操作时省力，位置适当，可满足要求。F.采用ZIR12-2型润滑叶片泵，由中间传动轴经一对齿轮传动在400～800r/min范围内，满足要求。3.4主轴箱坐标计算、绘制坐标检查图坐标计算就是根据已知的驱动轴和主轴的位置及传动关系，精确计算各中间传动轴的坐标。其目的是为主轴箱箱体零件补充加工图提供孔的坐标尺寸，并用于绘制坐标检查图来检查齿轮排列、结构布置是否正确合理。3.4.1计算传动轴的坐标计算传动轴坐标时，先算出与主轴有直接传动关系的传动轴坐标，然后计算其它传动轴坐标。根据传动轴的传动形式，传动轴的坐标计算可分为三种类型：与一轴定距的坐标计算；与两轴定距的坐标计算；与三轴等距的坐标计算。在本主轴箱18根传动轴（轴16～33）与1根油泵轴（轴34）中，传动轴、油泵轴之间可按与一轴定距的坐标计算方法计算，可按与两轴定距的坐标计算方法计算，可按与三轴等距的坐标计算方法计算。由于与二轴定距的传动轴坐标计算方法运用较多，下面简单介绍其计算步骤：计算公式如下：（如图3-3）文献[9]的171页公式设图3.3主轴和传动轴坐标关系则因为所以还原到X0Y坐标系中去，则c点坐标：根据文献[9]的70-74页三种计算传动轴坐标的方法，计算得到中间传动轴与油泵轴的坐标如表3-3所示。表3-3传动轴坐标计算结果坐标传动轴16传动轴17传动轴18传动轴19传动轴20传动轴21传动轴22传动轴23XY坐标传动轴24传动轴25传动轴26传动轴27传动轴28传动轴29传动轴30传动轴31XY坐标传动轴32传动轴33油泵轴34XY3.4.2绘制坐标检查图在坐标计算完成后，绘制坐标及传动关系检查图，用以全面检查传动系统的正确性。坐标检查图的主要内容有：通过齿轮啮合，检查坐标位置是否正确；检查主轴转速及转向；进一步检查各零件间有无干涉现象；检查润滑叶片泵、分油器等附加机构的位置是否合适。绘制出的坐标检查图，如图3.4所示。图3.4左主轴箱坐标检查图3.5轴、齿轮的校核以传动轴29、32及其上面的齿轮为例，分别进行轴与齿轮的校核。3.5.1轴的校核已选定传动轴29，d29=20mm，主轴4、6的转矩==1.628N·m==/=28/26根据文献[9]的66页公式=+×2×(28/26)=3.5065N·m由文献[9]的43页表3-4可知45钢的许用剪切应力，抗扭截面模数故可验证传动轴满足要求。齿轮的校核已选定齿轮采用45钢，锻造毛坯，软齿面，齿轮渗碳淬火HRC56～62，齿轮精度用8级，轮齿表面粗糙度为Ra1.6。以传动轴32及驱动轴O上的一对啮合为例进行，齿轮的强度校核，大、小齿轮齿数分别为，传动比。a.设计准则按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。b.按齿面接触疲劳强度设计由文献[2]的114页中公式（7-9）得式（3-8）其中，，，，，，由文献[2]的100页图7-6选择材料的接触疲劳极限应力为：由文献[2]的101页图7-7选择材料的弯曲疲劳极限应力为：应力循环次数N由文献[2]的102页公式（7-3）计算可得则由文献[2]的102页图7-8，查得接触疲劳寿命系数,由文献[2]的102页图7-9，查得弯曲疲劳寿命系数由文献[2]的102页表7-2查得接触疲劳安全系数，弯曲疲劳安全系数,又，试选。由文献[2]的99页中式（7-1）、（7-2）求许用接触应力和许用弯曲应力：将有关值代入公式（3-8）得：则查文献[2]的105页图7-10得；由文献[