毕业设计（论文）-Z3035钻床传动系统设计

本科毕业设计(论文)本科毕业设计（论文）Z3035钻床传动系统设计姓名：学号：专业：年级班：指导教师：二级学院：二〇二四年一月本科毕业设计（论文）Z3035钻床传动系统设计姓名：学号：专业：年级班：指导教师：二级学院：二〇二四年一月

摘要钻床是一种孔加工设备，可以用来钻孔、扩孔，铰孔。攻丝及修刮端面等多种形式的加工。在各类钻床中，钻床操作方便、灵活，适用范围广，具有典型性，特别适用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常见的机床。本设计通过对动力参数和运动参数的计算，转速范围的确定，以拟定传动系统图和转速图。重点是要考虑结构、尺寸、体积、等综合因素，设计出正确的结构分析式，绘制出正确的传动系统图，从而完成机床整体布局的设计，然后通过齿轮设计、键及轴承的选择、轴的设计以及其他一些附件设计，最后校核轴设计和键轴承选择的正确性与合理性，完成钻床传动系统的设计。关键词：主轴的转速范围；齿轮模数设计；轴的设计；结构尺寸；机床功率；轴承设计四川工业科技学院本科毕业设计(论文)AbstractDrillingisaholeprocessingequipment,canbeusedfordrilling,reaming,reamingholes.Tappingandfaceavarietyofformssuchasscrapingtheprocessing.Inallkindsofdrillingradialdrill,convenientoperation,flexible,andwideapplicationscope,typical,especiallysuitableforsingleorbatchproductionwithlargepartsoftheporeporosityisgeneralmachineryprocessingworkshopofcommontools.Thisdesignbasedondynamicparametersandthemovementparameters,speedlimits,intransmissionsystemandspeed.Focusistoconsiderstructure,size,volume,comprehensivefactors,designedthecorrectstructureanalysis,drawoutthecorrecttransmissionsystem,soastocompletethewholelayoutdesignofthemachine,andthenthroughthegears,bearingsanddesignofthedesign,selectionandotheraccessories,andfinallycheckingshaftbearingschoiceofdesignandkeycorrectnessandrationality,completetransmissionsystemdesign.Keywords:spindlespeedrange,Gearmoduledesign,Axisdesigns,Structuresize,Machinepower,Bearingdesign四川工业科技学院本科毕业设计(论文)目录TOC\o"1-3"\h\u2996摘要 页第1章绪论1.1概述钻床是一种用于钻孔加工的机床设备，主要用于在工件上加工各种类型的孔，如圆孔、方孔、异型孔等。钻床通常由主轴、工作台、进给系统、冷却系统等组成。钻床的工作原理是通过主轴带动钻头旋转，同时工作台和进给系统将工件移动到钻头下方，使钻头能够在工件上加工出所需的孔。钻床的种类繁多，根据不同的用途和加工对象，可以分为台式钻床、立式钻床、钻床、数控钻床等。不同类型的钻床在结构和性能上有所不同，适用于不同的加工需求。钻床广泛应用于机械制造、汽车制造、航空航天、电子电器、建筑等行业，是一种重要的加工设备。Z3035钻床是一种小型台式钻床，主要用于加工小型零件上的小孔。它具有结构简单、操作方便、加工精度高等特点，广泛应用于机械制造、仪器仪表、电子电器等行业。Z3035钻床主轴转速可通过变速手柄进行调节。工作台可在横向和纵向方向上移动，以适应不同的加工需求。钻床还配备了冷却系统，可有效降低钻头的温度，提高加工质量和效率。总的来说，Z3035钻床是一种性价比较高的小型钻床，适合于小型零件的钻孔加工。1.2钻床发展钻床是一种用于加工孔的机床，主要用于钻孔、扩孔、铰孔、攻丝等加工操作。钻床的发展可以追溯到古代，但现代钻床的发展主要始于19世纪末和20世纪初。在19世纪末，随着机械制造技术的发展，手动钻床逐渐被机械化钻床所取代。最早的机械化钻床是由蒸汽机驱动的，后来逐渐发展为电动钻床。20世纪初，随着电动机的广泛应用，电动钻床得到了迅速发展。20世纪50年代以后，随着数控技术的发展，钻床也开始向数控化方向发展。数控钻床具有自动化程度高、加工精度高、生产效率高等优点，逐渐成为钻床的主流产品。目前，钻床已经成为机械加工中不可或缺的设备之一，广泛应用于汽车、航空航天、机械制造、电子、医疗等领域。随着科技的不断进步，钻床的技术水平也在不断提高，未来钻床将更加智能化、高效化、精密化。Z3035钻床是一种小型摇臂钻床，主要用于钻孔加工。以下是Z3035钻床的发展历程：20世纪50年代：Z3035钻床最初由中国的机床制造厂家设计和生产，主要用于满足国内机械加工行业的需求。20世纪60-70年代：随着中国机械工业的发展，Z3035钻床的生产技术不断提高，产品质量得到了很大的提升。20世纪80年代：随着中国改革开放的深入，Z3035钻床开始出口到国际市场，受到了海外用户的欢迎。20世纪90年代至今：随着市场需求的不断变化和技术的不断进步，Z3035钻床的设计和功能也在不断更新和完善，例如增加了自动化控制系统、提高了加工精度等。目前，Z3035钻床已经成为中国机床行业的重要产品之一，广泛应用于机械加工、汽车制造、航空航天、军工等领域。同时，Z3035钻床也在不断升级和改进，以适应市场需求的变化。

第2章钻床的设计2.1运动参数的确定2.1.1决定传动级数机床总的布置形式，主要尺寸等决定以后，我们再按已知的原始资料决定其运动特性，包括主运动和进给运动的参数，如变速范围Rn，公比，转速级数z，主运动和进给运动的极限值n,n,S,S……等。主轴的极限转速n和n必须考虑到机床上所用刀具材料、工件材料、最大和最小的加工孔径，加工工艺等。虽然，转速范围较大的对万能机床来说是有利的，但是，也会使机构复杂化。所以要适当的根据生产的实际需要来选择。同时，告诉切削，硬质合金刀具的广泛使用，在设计新机床时必须给予充分的考虑，以便得到比现有机床获得更高的生产率。钻床钻孔直径的范围在d4—6之间选择比较合适，故加工直径为35毫米的钻床在钢料上的加工孔径规定为d=6mmd=35mm。由于铸铁比刚的强度极限较低，故在铸铁上的加工孔径为d=10mmd=50mm。不同情况下的切削用量，列入下图。从上列的表中科找出主轴的极限转速为：n=2000n=25因此而得到变速范围R=n/n=2000/25=80下面我们再来决定公比。公比的大小直接影响转速级数z，在一定的变速范围R下愈大；则级数z愈少；机构愈简单，但速度损失也愈大，影响到生产率。愈小，则级数z就愈多，对选择合理的切削速度有利，可以提高生产率，但机构又变的复杂了。因此在选择公比时，根据机床的万能性要求，来解决其矛盾。就是使机床的速度损失不过大，也不致因公比过小而引起机床结构的过分复杂，采用=1.26，同时也符合在机床设计中对于我们所设计的钻床是为加工35孔用的，在系列尺寸（25、35、50、70、100）中是属于较轻型的，结构尺寸不宜过大，故在本书第二章中所推荐的万能机床公比=1.26和=1.41之中选择采用=1.26有了变速范围R、公比，就可以按下式求出转速级数z：z=1+=1+19.9转速图中间的12级转速采用公比为1.26的数列，3级低速和3级高速转速采用公比为1.58的数列，按正常情况下，遵守级比规律，变速系统的结构式应为：16=变速系统的变速范围R====80，而正常的结构式16=这时变速范围R====32。二者变速范围相差倍，其中指数4是基本组级比指数增加值，也是转速数列中的转速空缺的格数。则齿数z=19.9-4=15.9，则参考同类机床z=16是合理的。2.1.2选择转速数列从转速数列表中查出标准数值：25；40；63；80；100；125；160；200；250；300；400；500；600；800；1250；2000。同样，根据高速钢刀具切削用量手册和高速切削用量手册查得，在各种加工情况下，各种不同直径的刀具的进给量如下图。由上列各表，可找出进给量的极限值是0.08—2.8；考虑大于1.2的进给量，仅在个别的情况系用到，为使机构不太复杂，采用进给量的极限值0.06—1.2，同时参照同类机床进给范围也大致在0.06—1.2之间。按推荐的=1.2—1.7，选公比=1.58。则进给级数：取=8。2.2传动系统的设计2.2.1主运动系统的设计选择传动结构方案z=16，则有如下结构方案：2.2.2传动系统的扩大顺序的安排现拟定方案为如下：表达传动链的组成、传动顺序、扩大顺序及各轴的变速范围的结构式，也可用对应的结构网的形式表示，如图：传动组的变速范围的极限值齿轮传动副最小传动比，最大传动比，决定了一个传动组的最大变速范围。2.2.3齿轮齿数的确定2.2.3.1对于电机和Ⅰ轴齿轮传动组查参考文献[2]表2-1有：81，82，83，84,86,88,90，91,92,93,95,97……故95是适用的，故2.2.3.1对于Ⅰ轴和Ⅱ轴齿轮传动组a70,72,74,76,78,80……故85是适用的，故2.2.3.2对于Ⅱ轴和Ⅲ轴齿轮传动组b70,72,73,75,77,78……62,64,66,68，70……故73是共同适用的，故2.2.3.3对于Ⅲ轴和Ⅳ轴齿轮传动组c40,47,49,51,53,55……61,62,65,68,71,72……故70是共同适用的，故2.2.3.4对于Ⅳ轴和Ⅴ轴齿轮传动组d100,101,102,104,106……60,63,66,69,72,75,78……故109是共同适用的，故2.2.3.5对于Ⅳ轴和Ⅴ轴齿轮传动组e80,,81,83,84,86,88……80,82,85,86,87,89,90……故90是共同适用的，故2.2.4转速图的确定2.2.4.1选择电动机这里包括主运动和进给运动电机功率的决定。在决定功率时必须考虑到机床上最严重的工作情况，因此就要在不同刀具，不同零件，不同加工方式的条件下比较得出在各种负荷（较轻、一般、最重）下所需的电机功率，再根据最常用的情况，既考虑能够在负荷最重的情况下进行加工，也要考虑充分的发挥电机的效率，比较经济合理的决定电机的功率。在刚才上钻孔已知钻孔的最大直径D=35mm；刀具材料——高速钢工件材料——碳钢根据上述条件由手册中查到进给量的选择范围在0.27—0.54之内。35毫米的钻床最大进给力P=1250kg。到此我们就可决定进给量如下：kg从而由手册中查得选S=0.30。求而切削速度式中——决定材料机械性能的系数；T=35分——钻头的寿命。钻头每分钟的转数选n=200钻头所耗功率按下式求出：。钻头的进给功率按下式计算：由此可见，N与N相比相差非常悬殊，所以不考虑N之值，定。同理可求出在钢材上扩孔及在铸铁上钻孔所需的有效功率列入下图：有效功率确定以后就可以根据机场的效率求出电动机的功率了。式中——机床的总效率——齿轮传动效率a——传动齿轮对数——滚动轴承效率b——由电机到滚动轴承数K——考虑耗费在进给上功率系数由表中查出=0.99;a=5;=0.995;b=17;K=0.96。由于变速箱须在高速情况下工作，因此还会出现一些其他损失，故采用机床的效率为：。用高速钢在钢和铸铁上钻扩孔时的最大功率为：则选用电机所以采用电机型号为Y100L2-4，的电动机。2.2.4.2确定传动轴数参考z3040并结合分析其传动轴数为6。2.2.4.3确定各级转速并绘制转速图各级转速为：2540638010012516020025030040050060080012502000这6根轴按传动顺序依次设为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ2.2.5绘制传动系统图传动系统图2.3动力设计2.3.1确定各轴转速2.3.1.1确定主轴的计算转速2.3.1.2各传动轴的计算转速=1\*ROMANI轴的计算转速：=2\*ROMANII轴的计算转速：=3\*ROMANIII轴的计算转速：=4\*ROMANIV轴的计算转速：=5\*ROMANV轴的计算转速：=6\*ROMANVI轴的计算转速：2.4齿轮的设计及其校核2.4.1各传动组齿轮模数的确定出论模数的计算是根据接触应力计算齿轮表面层的疲劳强度，或根据弯曲应力计算齿轮的疲劳强度。根据参考文献可知，普通钻床齿轮的精度等级为7级精度，材料为45钢，正火、调正和整体淬硬。对于直齿圆柱齿轮的模数可根据如下二式计算而选取区中较大者。式中：N——计算齿轮传递的额定功率；——计算齿轮（小齿轮）的计算转速；——尺宽系数，常取6——10；——计算齿轮的齿数，一般取传动中最小齿轮的齿数；——大齿轮与小齿轮的齿数比，；“+”用于外啮合，“-‘用于内啮合；——寿命系数，；——工作期限系数，；齿轮等传动件在接触和弯曲交变载荷下的疲劳曲线指数m和基准循环次数——齿轮的最低转速；T——预定的齿轮工作期限，中型机床推荐：T=15000—20000h；——转速变化系数；——功率利用系数——材料强化系数。幅值低的交变载荷可使金属材料的晶粒边界强化，起着阻止疲劳隙缝扩展的作用（寿命系数）的极值，当时，则取=，当<时，取=；2.4.1.1a传动组分别计算齿轮的模数=1.13查参考文献表得：0=8z=38=600MPakW则mm取m=2mm故轴=1\*ROMANI上齿轮直径：故轴=2\*ROMANII上齿轮直径：2.4.1.2b传动组分别计算齿轮的模数查参考文献表得：=8z=28=600MPakW则mm故传动组b的传动模数取2.5mm故轴=2\*ROMANII上齿轮直径为：故轴=3\*ROMANIII上齿轮直径为：2.4.1.3c传动组分别计算齿轮的模数=2.4查参考文献表得：=8z=20=600MPakW则mm故传动组c的传动模数取2.5mm故轴=3\*ROMANIII上齿轮直径为：故轴=4\*ROMANIV上齿轮直径为：2.4.1.4d传动组分别计算齿轮的模数=1.96查参考文献表得：=8z=27=600MPakW则mm故传动组d的传动模数取3mm故轴=4\*ROMANIV上齿轮直径为：故轴=5\*ROMANV上齿轮直径为：2.4.1.5e传动组分别计算齿轮的模数查参考文献表得：=8z=21=600MPakW则mm故传动轴Ⅴ的传动模数取2.5mm故故轴=5\*ROMANV上齿轮直径为：故故轴=5\*ROMANV上齿轮直径为：2.4.2各传动组齿轮的校核根据齿根弯曲强度校核齿轮有：式（2.15）其中齿宽系数应力校正系数齿形系数为使用系数，为动载系数，齿轮间载荷系数，为齿向载荷分布系数2.4.2.1校核a传动组该组只需校核齿数为38的齿轮即可，确定各项参数查参文献表10-5有：表10-2有：根据图10-8有：机床精度为7级精度。故根据表10-3根据图10-13有即：查图10-18有：查图10-20有：即故31.1MPa<510MPa故满足要求。2.4.2.2校核b传动组该组只需校核齿数为28的齿轮即可，确定各项参数查参文献表10-5有：表10-2有：根据图10-8有：机床精度为7级精度。故根据表10-3根据图10-13有即：查图10-18有：查图10-20有：即故33MPa<510MPa故满足要求。2.4.2.3校核c传动组该组只需校核齿数为20的齿轮即可，确定各项参数查参文献表10-5有：表10-2有：根据图10-8有：机床精度为7级精度。故根据表10-3根据图10-13有即：查图10-18有：查图10-20有：即故103.7MPa<510MPa故满足要求。2.4.2.4校核d传动组该组只需校核齿数为27的齿轮即可，确定各项参数查参文献表10-5有：表10-2有：根据图10-8有：机床精度为7级精度。故根据表10-3根据图10-13有即：查图10-18有：查图10-20有：即故117.5MPa<510MPa故满足要求。2.4.2.5校核e传动组该组只需校核齿数为21的齿轮即可，确定各项参数查参文献表10-5有：表10-2有：根据图10-8有：机床精度为7级精度。故根据表10-3根据图10-13有即：查图10-18有：查图10-20有：即故440.5MPa<510MPa故满足要求。2.5轴的设计及其校核2.5.1确定各轴的最小直径式（2.16）P——轴传递的功率kwn——轴的转速轴的材料为45钢，调质处理,特殊部位高频淬硬处理。2.5.1.1Ⅰ轴的最小直径根据参考文献表15-3有：即：2.5.1.2Ⅱ轴的最小直径根据参考文献表15-3有：即：2.5.1.3Ⅲ轴的最小直径根据参考文献表15-3有：即：2.5.1.4Ⅳ轴的最小直径根据参考文献表15-3有：即：2.5.1.5Ⅴ轴的最小直径根据参考文献表15-3有：即：2.5.1.6Ⅵ轴的最小直径根据参考文献表15-3有：即：2.5.2Ⅰ轴的设计与校核2.5.2.1轴尺寸的确定轴上两齿轮的距离两齿轮的距离取根据参考考文献[9]卷3有钢制法兰（GB/T9114-9118-2000）有法兰厚度为11mm⑤键套的厚度为7mm故Ⅰ轴的花键套部分直径为这当中⑥一轴承根据表7-2-52有选择6208其两个双联齿轮和轴之间用的轴承为61908其由于其轴承内圈厚度为1.6故其轴肩高度定为1.5mm双联齿轮之间要用轴套，这之间有根据参考文献[8]有摩擦片的内径可设计成44mm，安装轴应比其小2-6mm即设计成由表7-2-52有选择轴承6008故图2.7.2.1Ⅰ轴图⑦2.5.2.2求作用在齿轮上的力2.5.2.3弯矩和扭矩图弯矩和扭矩图载荷水平面垂直面支反力F弯矩总弯矩扭矩2.5.2.4轴的校核（1）按弯曲合成应力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截面的强度。根据上表中的数据，以及轴单项旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力：前已选定轴的材料为45钢，调质处理，有参考文献[9]表15-1查得因此有故安全。（2）轴的疲劳强度段只受到扭矩作用虽然键槽等引起的应力集中均将消弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，故无需校核，实际只需校核Ⅰ轴两双联齿轮轴承套处截面两端即可。a截面右侧：抗弯截面系数：抗扭矩截面系数：截面左侧的弯矩M为：截面上的扭矩为：截面上的弯曲应力：截面上的扭转切应力：轴的材料为45钢，调质处理由参考文献[9]表15-1查得截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表3-2查得，因为经插值后可查得又由附图3-1可查得轴的材料敏感系数为：故有效应力集中系数按式（附表3-4）为：由附图3-2的尺寸系数，；由附图3-3的扭转尺寸系数轴按磨削加工，由附图3-4得表面质量系数为;轴未经表面强化处理，即则按参考文献[9]式（3-12）及式（3-12a）得综合系数为：式（2.20）式（2.21）又由及得碳钢的特性系数：取0.1取0.05于是计算安全系数：式（2.22）式（2.23）式（2.24）故可知安全。b截面左侧：抗弯截面系数w按表15-4中的公式计算过盈配合处的，由于附表3-8用插值法就出，并取，于是得轴按摩削加工，由附件图3-4得表面质量系数为：故得综合系数为;感觉你说的都是假的呢所以轴在截面左侧安全系数为：故该轴在截面左侧强度也是足够的，即安全。2.5.2.5轴刚度的验算①挠度的校核根据参考文献[10]（14）有：式（2.25）两支承间的跨距该轴的平均直径被验算轴的中点合成挠度齿轮的工作位置至较近支承点的距离该齿轮传递的全功率齿轮的模数该传动轴的计算转速故根据参考文献[8]轴的弯曲变形的应许值有：即即故满足要求b倾角的校核根据参考文献[8]公式（16）有即：即故满足要求2.5.3主轴的设计与校核2.5.3.1轴的尺寸设计①主轴的直径的初选由于主轴的最小直径为，根据参考文献[1]表10-6有，主电动机功率3KW有，主轴前轴颈直径为：，初选后轴颈为：，取故前轴承选为3182121型双列向心圆柱滚子轴承后端用3182117②主轴内孔直径的选择根据参考文献[2]有钻床故③主轴前端悬伸量的选择根据参考文献[2]表3-13有：即④主轴合理跨距的选择a求轴承刚度主轴最大输出转矩：床身上最大加工直径约为最大回转直径的60%即半径为150mm切削力（沿y轴）：切削力（沿x轴）：故总作用力：此力作用于顶在顶尖的工作上，主轴和尾架各承受一半，故主端受力为：假设初值即前后支承的支反力：根据：式（2.26）接触角滚子有效长度作用于轴承上径向载荷（N）滚动体的列数和每列的滚动体数根据参考文献[1]表10-4有：对于的轴承有：即：对于的轴承有：即：b求最佳跨距即：当量外径：（其中）查线图，计算出的与原假定的不符，可根据再计算支反力和支承刚度，再求最佳跨距。这时算出的仍接近于1.9，这个是一个迭代的过程，其很快收敛于正确值。最终算出故：合理的跨距的范围为;显然主轴实际跨距已超过合理的跨距范围.参考同类车床其实际跨距为672mm分析是否要增加中间轴承：现实主轴的实际跨距为由参考文献[2]图3-35，主轴部件刚度损失超过20%，所以增加中间支承。2.5.3.2主轴的校核对于一般机床的主轴，主要进行刚度验算，通常能满足刚度要求的主轴也能满足强度要求.①跨距跨距为②当量外径③主轴刚度由于故孔对刚度的影响不能忽略，则根据参考文献[1]10-18有：式（2.27）④对于这种机床的刚度要求由于这种机床属于高效通用机床，主轴的刚度可根据自激振动稳定性决定。取阻尼比；当，时，，。这种机床要求切削稳定性良好，取带入式10-14有：式（2.28）根据参考文献[7]稳定性指标的规定，工件长度：加上卡盘共长230mm。根据式10-15有：式（2.29）根据10-16可以看出，该机床主轴合格的。2.6轴承的选择与校核2.6.1轴承的选择⑴Ⅰ轴上的轴承;左右两个深沟球轴承6208d=40D=80B=18套在法兰上的两个滚子轴承619911d=55D=80B=13⑵Ⅱ轴上的轴承;左右两个圆锥滚子轴承32905d=25D=42T=12C=9B=12⑶Ⅲ轴上的轴承;左边：圆锥滚子轴承32006d=30D=55T=17B=16C=14中间：深沟球轴承6006d=25D=47B=13右边：圆锥滚子轴承32005d=25D=47T=15B=15C=11.5⑷Ⅳ轴上的轴承：左边：圆锥滚子轴承33109d=45D=80T=26B=26C=20.5中间：两个深沟球轴承61809d=45D=68B=12右边：圆锥滚子轴承32007d=35D=62T=18B=17C=15⑸Ⅴ轴上的轴承：左右两个圆锥滚子轴承33109d=45D=80T=26C=20.5⑹Ⅵ轴上的轴承;左边：双列向心圆柱滚子轴承d=85D=130B=34中间;圆柱滚子轴承NU1018d=95D=24Fw=103右边：双列向心圆柱滚子轴承3182121型d=110D=170B=4560º角双向推力向心球轴承2268122+d=110=110D=170=150H=72B=182.6.2轴承的校核Ⅰ轴上轴承的校核表2.8支反力载荷水平面H垂直面V支反力故:根据参考文献