立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計(jì)論文說(shuō)明書

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書設(shè)計(jì)題目立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計(jì)目錄-1 -摘要-2 -1. 概述-3 -1.1問(wèn)題的提出-3 -1.2同行業(yè)概況-3 -1.3課題的意義-4 -2. 總體方案設(shè)計(jì)-5 -2.1對(duì)工件進(jìn)行工藝分析-5 -2.1.1檢查圖紙的完整性和正確性-5 -2.1.2分析工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)-5 -2.1.3分析工件的材料與加工性能-6 -2.1.4工件的生產(chǎn)批量- 6 -2.2確定工件的加工方法-6 -2.3對(duì)被改裝鉆床的分析-7 -2.4總體布局-8 -2.5其他問(wèn)題分析-9 -3. 齒輪可調(diào)式三軸頭架的設(shè)計(jì)-9 -3.1齒輪可調(diào)式三軸頭架的傳動(dòng)原理與調(diào)整方法-9 -3.2方案的工藝

2、設(shè)計(jì)參數(shù)-11 -3.2.1 Z535鉆床動(dòng)力所允許的工況條件-11 -3.3三軸頭架的傳動(dòng)設(shè)計(jì)-18 -3.3.1齒輪的設(shè)計(jì)演算（參考機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)I）-18 -3.3. 2軸的設(shè)計(jì)與校核-23 -3.3.3軸承的校核計(jì)算-36 -3.3.4鍵的校核計(jì)算-38 -3.3.5螺栓的設(shè)計(jì)校核計(jì)算（參考機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)11） -39-3.3.6夾頭夾緊力的計(jì)算校核-41 -4. 潤(rùn)滑與密封-44 -5. 結(jié)束語(yǔ)-44 -6. 辭-46 -7. 參考文獻(xiàn)-46 -立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計(jì)摘要本文是立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計(jì)，可調(diào)式多軸頭各軸在圓周 方向均布且方向可方便地沿直徑方向同步調(diào)整，以適應(yīng)多種

3、小批 量生產(chǎn)條件下法蘭盤類零件的螺孔加工。多軸頭架的設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)源于一般的加工工藝條件，以適應(yīng)更 廣闊的加工圍。針對(duì)工廠里多孔鉆削時(shí)，孔徑一般較小，多在10cm 左右，而且大部分是箱體、法蘭盤等，箱體、法蘭盤多為鑄造件， 材料是鑄鐵，也有個(gè)別的被加工零件的材料是低碳鋼。根據(jù)這些 工件的切削條件，可以確定多軸頭架的工藝主參數(shù)。主參數(shù)確定后便可以進(jìn)行多軸頭架的總體設(shè)計(jì)。多軸頭架的傳動(dòng) 原理是通過(guò)齒輪嚙合增加鉆削軸的軸數(shù)，以滿足多孔加工的要求。 通過(guò)二級(jí)齒輪嚙合，輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)向沒(méi)變，但由于齒輪分 支傳動(dòng)，變成多根輸出軸。工藝圍可以滿足一般加工情況的孔類鉆削要求?？烧{(diào)多軸頭 架可以起到提高生產(chǎn)效率

4、、降低成本、提高孔系加工精度等作用。 參照該調(diào)節(jié)原理可進(jìn)行其他任意孔系加工裝置的設(shè)計(jì)，還可以用 于攻絲、擴(kuò)、锪孔等加工裝置。此外該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作 方便、應(yīng)用圍廣等特點(diǎn)，值得推廣。1. 概述1.1問(wèn)題的提出本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)的提出，是為適應(yīng)目前我國(guó)大部分制造廠的 實(shí)際生產(chǎn)狀況。當(dāng)前制造業(yè)設(shè)備更新特別快，大部分企業(yè)遇到同 一端面的多孔鉆削的零件時(shí)，為此購(gòu)置專用設(shè)備又往往不經(jīng)濟(jì)的 條件下，可以通過(guò)改造現(xiàn)有普通單軸鉆床使之具有多軸鉆削的能 力。既解決了加工要求與現(xiàn)有設(shè)備的矛盾，又有效的利用了閑置 機(jī)床，極大的提高了設(shè)備利用率，給企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。1.2同行業(yè)概況在國(guó)的相關(guān)企業(yè)中已經(jīng)有一部

5、分企業(yè)開(kāi)始原有設(shè)備的改造以適應(yīng)新的加工生產(chǎn)。其中有一些結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，當(dāng)然這與白 加工零件的相關(guān)工藝參數(shù)有關(guān)。在法蘭盤周向均布孔的加工上應(yīng) 用已經(jīng)相當(dāng)廣泛。比如在的一個(gè)汽車制造車間上，運(yùn)用了改造后 的鉆床進(jìn)行加工，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。由于這些廠家的生產(chǎn) 對(duì)象的特殊性，他們加工的孔徑一般較大，改造后的鉆床，除了 加裝多軸頭架外，還需設(shè)計(jì)額外的夾具以減輕頭架的重量對(duì)鉆床 的作用力影響與保證頭架進(jìn)給的精度。1.3課題的意義為了使廣大的一般小型生產(chǎn)廠家具有同一端面的多孔加工能 力，我設(shè)計(jì)了重量較輕，鉆削軸均布的三軸頭架?？梢詫?shí)現(xiàn)同時(shí) 三孔位的加工，而且如果孔之間的距離有變化，可以隨時(shí)進(jìn)行孔 距的調(diào)

6、節(jié)，使它能夠?qū)崿F(xiàn)多孔位的加工，那樣不僅可以節(jié)省時(shí)間、 改善工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)效率，而且對(duì)于機(jī)械行業(yè)也是一 種革新。齒輪可調(diào)式三軸頭架，因?yàn)樗且环N可換的，而且是可以調(diào)節(jié) 孔距的設(shè)備，所以適應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程中的小批量的生產(chǎn)。根據(jù)多孔的加工要求，確定機(jī)床的主要參數(shù)如下：最大鉆孔深度（單側(cè)鉆）50mm主軸數(shù)目3主軸中心線至工作臺(tái)面高750mm主軸轉(zhuǎn)速1000r/min 左右2. 總體方案設(shè)計(jì)總體方案是部件和零件的設(shè)計(jì)依據(jù)，對(duì)整個(gè)機(jī)床的設(shè)計(jì)影響較 大。因此，在擬定總體方案的過(guò)程中，必須綜合的考慮，使所定 方案技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效果好。確定總體方案，包括下列容：2.1對(duì)工件進(jìn)行工藝分析2.1.1檢查圖紙的

7、完整性和正確性工件的圖紙應(yīng)能清晰的表達(dá)工件的形狀結(jié)構(gòu)，標(biāo)注全部尺寸 與技術(shù)要求，說(shuō)明工件的材料和所需要的工件數(shù)量等。加工零件 為典型的盤類零件，砂輪機(jī)端蓋，如圖：圖1砂輪機(jī)端蓋2.1.2分析工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)工件的結(jié)構(gòu)決定了它的安裝方式和加工廠方法。要求用多軸 頭架加工的孔為精度要求不甚高的9mm螺栓孔，在加工時(shí)，以大 端面為基準(zhǔn)裝夾，根據(jù)批量的要求需另外設(shè)計(jì)專用夾具，以適應(yīng) 中批量的生產(chǎn)要求。2.1.3分析工件的材料與加工性能工件的材料對(duì)加工方法有很大的影響。如材料的軟硬對(duì)刀具進(jìn) 給量、走刀量都有較大的影響。砂輪機(jī)端蓋的毛坯為鑄件，材料 是球墨鑄鐵，可根據(jù)相關(guān)手冊(cè)計(jì)算加工時(shí)的加工參數(shù)，以此來(lái)確

8、定多軸頭架的設(shè)計(jì)參數(shù)。2.1.4工件的生產(chǎn)批量被加工工件的生產(chǎn)批量的大小對(duì)改裝方案的制定也有較大的 影響。工件的批量大，改裝后的機(jī)床的生產(chǎn)效率則要求高，若工 件的批量小，則對(duì)機(jī)床的效率要求不高。工件批量大時(shí)要求要考 慮機(jī)床的專用性，工件批量小時(shí)要求要考慮機(jī)床的通用性。砂輪 機(jī)端蓋的生產(chǎn)為中批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)周期短、經(jīng)濟(jì)的三軸頭架十分 適合它的生產(chǎn)批量加工條件。2.2確定工件的加工方法不同的加工方法可帶來(lái)不同的經(jīng)濟(jì)效益，故工件加工工廠方 法選擇的是否合適，對(duì)鉆床改裝來(lái)說(shuō)是非常重要的，他不僅關(guān)系 到改裝形式，還直接影響改裝后機(jī)床加工質(zhì)量的優(yōu)劣、生產(chǎn)效率 的高低等。所以確定工件加工方法時(shí)，應(yīng)考慮以下主要

9、問(wèn)題：（1） 加工表面要求的精度和粗糙度；（2）工件的生產(chǎn)批量；（3）工件 的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸（4）鉆床改裝的實(shí)際可能性。2.3對(duì)被改裝鉆床的分析分析被改裝鉆床時(shí)包括的主要容有：（1）分析機(jī)床能否適應(yīng) 改裝要求；（2）調(diào)查和了解機(jī)床的使用情況；（3）考慮機(jī)床的動(dòng) 力情況；（4）分析改裝后機(jī)床的強(qiáng)度和剛度問(wèn)題。Z535型立式鉆床是一種傳統(tǒng)的立式鉆床，在機(jī)械制造和維修 中的單件、小批量生產(chǎn)中，對(duì)中小型零件進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、 锪孔與攻螺紋等加工工藝上得到了普遍的應(yīng)用。但由于其為單孔 鉆床，對(duì)多孔鉆削的加工比較麻煩，很費(fèi)工時(shí)，給操作者增加了 勞動(dòng)強(qiáng)度。為此，為了挖掘設(shè)備潛力，將其改裝成多頭鉆床，根

10、據(jù)在實(shí)際加工中的要求，同一加工平面三孔或四孔加工比較常見(jiàn)， 設(shè)計(jì)了齒輪十多軸頭架，以便于更高效的使用Z535立式鉆床。在 完成一批生產(chǎn)任務(wù)后，三軸頭架可以從鉆床上拆下來(lái)，立式鉆床 恢復(fù)原貌，不會(huì)影響鉆床原來(lái)的參數(shù)。當(dāng)參數(shù)發(fā)生改變、被加工 工件尺寸發(fā)生變化時(shí)，可調(diào)式頭架的鉆削主軸軸距可以調(diào)節(jié)，適 應(yīng)被加工工件上孔距在一圍的變化，從而擴(kuò)大了三軸頭架的使用 圍。有關(guān)Z535鉆床的動(dòng)力參數(shù)將在以下容進(jìn)行詳盡的分析計(jì)算。2.4總體布局一般包括：分配運(yùn)動(dòng)、選擇傳動(dòng)形式和支承形式的位置、擬 定從布局上改善機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的措施等。最后，繪制 多軸頭架與機(jī)床的總聯(lián)系尺寸圖，以表達(dá)所才用的總體布局，規(guī) 定

11、聯(lián)系尺寸，并確定主要的技術(shù)參數(shù)。查相關(guān)的機(jī)床手冊(cè)，得到Z535的相關(guān)聯(lián)系尺寸，列于下表(單位：mm)最大鉆孔直徑d35最大鉆孔深度h175從主軸端面到工作臺(tái)端面H0750從主軸中心到導(dǎo)軌距離A175從工作臺(tái)T型槽中心到凸肩距離B160凸肩高度h0-3工作臺(tái)最大升高325主軸箱最大垂直移動(dòng)量200主軸最大行程225主軸外徑尺寸40d4錐孔莫式號(hào)數(shù)4號(hào)2.5其他問(wèn)題分析在制定改裝方案時(shí)，除了以上各因素外，還要注意維護(hù)要方 便、制造和裝陪要簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)要緊湊、通用化程度要高、外型要 平整協(xié)調(diào)等，同時(shí)也要考慮因地制宜的改裝問(wèn)題。考慮到在鉆床 上安裝了三軸頭架之后，再裝上鉆頭，鉆頭前端到被加工工件之 間必

12、須留有一定的高度用于進(jìn)刀用，在加上工件孔的深度，鉆頭 架的垂直尺寸必須滿足一定的圍。根據(jù)鉆床外的聯(lián)系尺寸、鉆頭 長(zhǎng)度和一般被加工工件的尺寸，鉆頭架的垂直尺寸應(yīng)在400mm左 右。3. 齒輪可調(diào)式三軸頭架的設(shè)計(jì)3.1齒輪可調(diào)式三軸頭架的傳動(dòng)原理與調(diào)整方法可調(diào)式三軸頭架的傳動(dòng)原理如圖1所示。主軸1由鉆床主 軸來(lái)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，經(jīng)齒輪副2與3和3與5,使小軸4 （即鉆削主軸） 得到動(dòng)力旋轉(zhuǎn)，于是帶動(dòng)鉆頭進(jìn)行鉆削。鉆削孔徑的調(diào)整通過(guò)改變兩小軸4的中心距來(lái)實(shí)現(xiàn)，即使 兩小軸4的中心距等于被加工孔的孔徑。在調(diào)整時(shí)（參見(jiàn)圖1）， 首先松開(kāi)六角螺母，然后轉(zhuǎn)動(dòng)支架使之帶動(dòng)介輪軸一起在本體中 轉(zhuǎn)動(dòng)，直至三小軸的中心距調(diào)

13、整到所要求的尺寸為止，再將六角 螺母擰緊。圖1三軸頭架傳動(dòng)原理圖圖2傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖1.主軸 2.中心輪 3.介輪 4.小軸5.小齒輪3.2方案的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)3.2.1 Z535鉆床動(dòng)力所允許的工況條件多軸頭架是根據(jù)加工工件的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)的，與之相配套的 立鉆動(dòng)力是否夠用，設(shè)計(jì)前必須驗(yàn)證。常用的驗(yàn)證方法有兩種： 一是類比法，即加工同類零件機(jī)床動(dòng)力進(jìn)行比較，以此決定所選 用的動(dòng)力是否能滿足要求，另一種是計(jì)算法，將計(jì)算所得的切削 功率與配套機(jī)床的動(dòng)力進(jìn)行比較，以此決定配套機(jī)床的動(dòng)力是否 夠用。應(yīng)用公式計(jì)算切削速度、切削力和切削功率，根據(jù)設(shè)計(jì)兒 女物說(shuō)明書的要求，最大孔徑為412mm，此時(shí)在各種工況條件

14、下 的V、F、P?？紤]到齒輪傳動(dòng)有功率損失，單根鉆削軸能承受的最 大功率（Z535的額定功率圍4.5kw）p = x = 4.5/3 x 0.986=1.33kw3（1）用高速鉆頭鉆孔時(shí)查機(jī)械加工工藝師手冊(cè)（以下簡(jiǎn)稱工藝師）表28-14 高速鋼鉆頭鉆削結(jié)構(gòu)鋼（qb = 650Mpa），當(dāng)d=10mm時(shí)， 最大進(jìn)給速度為 仁0.25mm/r，對(duì)應(yīng)的切削速度V=15m/min軸向力F=3010N轉(zhuǎn)矩T=10.03Nm功率P=0.51KW p =1.33KW查工藝師表28-15高速鋼鉆頭鉆削灰鑄鐵（190HBS）,當(dāng) d=10mm 時(shí)，切削速度最大的進(jìn)給速度為f=0.60mm/r，對(duì)應(yīng)的V=12m/

15、min軸向力F=3765N轉(zhuǎn)矩T=13.93Nm功率P=0.52KW 0.2T = CTd/fyTKTP工 30d 0式中的K、K、為修正參數(shù)，在這里的計(jì)算采用的材料為其實(shí)驗(yàn)用的，故都按Kv = 1、七=1、% = 1計(jì)算。（1）鉆削結(jié)構(gòu)碳鋼（氣=650Mpa ）時(shí)的切削速度V、軸 向力F、轉(zhuǎn)矩T、功率P查表得 f = 0.25 0.2 C = 6.1 Z = 0.4X = 0 y = 0.5 m = 0.2CF = 600 ZF = 1.0 七=0.7C = 0.305 Z = 2.0 七=0.8 有6.1x100.4v =x1 = 16.1m /min250.2 x 0.250.5F =

16、600x10i x0.250.7 x1 = 2273.6NT = 0.305 x102 x 0.250.8 x1 = 10.1N.m=0.54kw 0.3 C = 9.4 Z = 0.25X, = 0 y = 0.4 m = 0.125氣=420 Zf = 1.0 yF = 0.8Ct = 0.206 Z = 2.0 yT = 0.89.4 x 100.25v =350.2 x 0.250.5x1 = 13.4m /minF = 420 x101 x 0.570.8 x 1 = 2678.9NT = 0.206x102 x 0.570.8 x 1 = 13.1N.m=0.59kw 170HBS

17、) d 0.25 0.4mm / r,這里按 f=0.25mm/r 計(jì)算查表得 C = 22.2 Z = 0.45Xy = 0 y = 0.4 m = 0.2氣=410 Zf = 1.2 七=0.75C = 0.117 Z = 2.2 yT = 0.8 有y = 22.2x 10045 x 1 = 47.4m/min350.2 x 0.250.3F = 410 x 101.2 x 0.250.75 x 1 = 2274.5NT = 0.117 x 102.2 x 0.250.8 x 1 = 6.1N.mP = - = 6.1 x 47.4 = 0.96kw = 242.5nmmax max(d

18、 d r d d y(120 60。(60 40)1 +2cos30)一r +r=2 x+_cos30)一+LI 2 2 J2 2 JL 2 2 J2 2 JJL = 2 xmin=39.6mm但是，作用軸頭架使用時(shí)算的Lmin是達(dá)不到的，因?yàn)殂@削主軸 支架的厚度限制，具體尺寸在裝配圖完全確定后才能確定。(約為 50mm)3.3三軸頭架的傳動(dòng)設(shè)計(jì)3.3.1齒輪的設(shè)計(jì)演算（參考機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)I）（1）選擇齒輪的材料查表817 小齒輪選用40Cr調(diào)制處理介輪選用45調(diào)質(zhì)處理中心輪選用45正火處理（2）對(duì)中心輪進(jìn)行齒根彎曲強(qiáng)度校核計(jì)算由式（866）b = 2 Y Y Y c F bdm Fa sa

19、& f確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，小齒輪的轉(zhuǎn)速算得為426.8r/min以 上，最高達(dá)1000r/min左右，小齒輪的圓周速度v =兀 nd =kx 426.8 x 0.04 = 53.6m /miniv =k nd =kx1100 x 0.04 = 138.2m /min2參考表814，815選取齒寬系數(shù)中b = 0-4查表823按齒輪相對(duì)軸承為懸臂布置 小齒輪轉(zhuǎn)矩，按最大值計(jì)算為T3=13.1Nm（高速鋼鉆頭鉆削 灰鑄鐵時(shí)），根據(jù)介輪受力分析T = T d =也 x 60 = 19.65Nm2 d 2403載荷系數(shù)K由式（854）得K = KKK g K使用系數(shù)七=1.25 查表8-20動(dòng)載荷系

20、數(shù)% =1.07查表8-57齒向載荷分布系數(shù)Kg= 1.11 查表8-60齒間載荷分布系數(shù)K = 1.15 查表8-55與g =0得查表8-21并查值則動(dòng)載荷系數(shù) K=1.25X1.07X1.11 X1.15=1.71齒型動(dòng)載荷系數(shù)Y 查圖8-67得Fa中心輪介輪Y -F a1YFa2=2.28=2.52應(yīng)力修正系數(shù)Y S a1查圖8-68中心輪YS a1=1.73介輪YSa2=1.625重合度系數(shù) Y 由式8-67Y =0.25+0.75/ =0.25+0.75/1.72=0.69許用彎曲應(yīng)力bf由式8-71b =b=b =b Y Y /S /SFF Hm L F2F lim2 N2 x2

21、F F彎曲疲勞極限b F 1_查圖8-72應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式8-70得N1= 60叫=60x140xlx(8x200x8) = 3.2x10s)N 2=60 x140 x 2 x (8 x 200 x 8) = 2.2 x108彎曲壽命系數(shù)Yn = 1查圖8-73尺寸系數(shù)Y = 1 查圖8-74安全系數(shù)Sf = 1.3查圖8-27貝寸g =b Y Y /S =390X1 X1/1.3=300N/mmL F1F lim1 N % Fb =b Y Y /S =460X1 X1/1.3=354N/mmL F2F lim2 N2 X2 F又因?yàn)橹行妮嘄X寬b =p d = 0.4x60 = 16mmb =

22、 b = 16mm介輪齒寬較大，在計(jì)算時(shí)按氣=b2 + (510) = 20mm (已經(jīng)取得比實(shí)際值大，若校核安全， 則肯定安全)故2 x 1.71x19650 x 2.28 x 1.73 x 0.69 = 76.220 x 60 x 2bF(3)2 x 1.71x19650 , x 2.28 x 1.73 x 0.69 = 58.626 x 60 x 2對(duì)小齒輪進(jìn)行齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算由式8-63Zb h = ZZ2KT u +1得bd 2u1齒寬系數(shù)查表8-23，按齒輪相對(duì)軸承為懸臂布置，取齒寬b =. d = 0.4x60 = 16mm介輪齒寬暫取b2 = b = 16mm，實(shí)際不止

23、這尺寸，則按照他校核 安全，則介輪肯定安全。小齒齒寬 b3 = b2 + （5 10） = 20mm小齒輪轉(zhuǎn)矩T =13.1N - m（注：為極大值）3載荷系數(shù)K由式（854）得K = KKK K使用系數(shù)七=1.25 查表8-20動(dòng)載荷系數(shù) = 1.07查表8-57齒向載荷分布系數(shù)K= 1.11 查表8-60齒間載荷分布系數(shù)K = 1.10 查表8-55與 =0得111130 201.88- 3.2x （一 + ）cos = 1.88- 3.2x （一 + ）= 1.62ZZ30 20查表8-21并查值則載荷系數(shù)K = 1.25 x 1.07 x 1.11 x 1.10 = 1.63彈性系數(shù)q

24、 h.2 Ze = 189.8查表8-22節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)7日=2.5 查表8-64重合度系數(shù)Zg= 0.9查表8-65（8= 0）許用接觸應(yīng)力qh式8-69得接觸疲勞極限應(yīng)力b h2 = 570N / mm 、b h . 3 = 1480N / mm 查圖 8-69應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式8-70得N2 = 2.2 x108(已算得)N、= 60njL = 60 x 426.8 x1x (8 x 200 x 8) = 3.28 x 108則查圖8-70得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)ZN 2、Zn （不允許有點(diǎn)蝕）硬化系數(shù) Zw查圖8-71與說(shuō)明接觸強(qiáng)度安全系數(shù)SH 查表 8-27,按一般可靠度查SH min二 1

25、.0 1.1 取lbL H3L H3=570X1 X1/1.1=518N/mm=1480X1 X1/1.1=1345N/mm齒數(shù)比 u 二冬 = 1.5Z 2032 x 1.63 x13100 x (1.5+1)b = 189.8 x 2.5 x 0.9 x*7H 224 x 402 x 1.5二581.4 N / mmb h 3 = 189.8 x 2.5 x 0.9 x2 x 1.63 x 13100 x (1.5+1) =649.6N / mm20 x 402 x1.53.3. 2軸的設(shè)計(jì)與校核（1）小軸的設(shè)計(jì)校核1）小軸最大轉(zhuǎn)矩T = 13.1N / m 32）作用在齒輪的力T13.1

26、圓周力 F = 2t = 2 x = 655Nt d0.043徑向力 F = F tan 200 = 238.4N3）確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼調(diào)質(zhì)處理，按式4-2初估軸的最小直徑，查表4-2取A=115，可得高速鋼鉆頭鉆削碳素鋼時(shí)旦=11.7mm512.7高速鋼鉆頭鉆削灰鑄鐵時(shí)d= 115 x 3-059 = 13.5mmmin23 426.8硬質(zhì)合金鉆頭鉆削灰鑄鐵時(shí)d= 115x 219L = 9.9mmmin331509.6當(dāng)軸上開(kāi)有鍵槽時(shí)會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，要適當(dāng)增大軸的直徑。軸段上有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大35%，故d . = d .2(1+ 5%) = 14.5x (1+ 5%)

27、 = 14.175mm4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)A擬定軸上零件的裝配方案（見(jiàn)圖4）B按軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度軸段1齒輪左端用彈簧擋圈定位，按軸段1的直徑d1= 20mm，取擋圈直徑 D=18.5mm（GB894.1-86）.取 d1 = 19.9mm.軸段2該軸段安裝滾動(dòng)軸承。此軸承主要承受切削力，即軸 向力，選用單向推力軸承，取軸段直徑d2 = 25mm，選用8205型 單向推力軸承，尺寸dXDXT=25X47X15.取齒輪墊圈的厚度為 2mm，銅套的長(zhǎng)度取為 45mm, L = 2 + 45 +15 = 62mm3軸段3該軸段為夾頭，起加緊鉆頭的作用，其具體尺寸有相 關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，此處不再詳細(xì)分

28、析。圖4小軸的裝配簡(jiǎn)圖5）軸上零件的周向定位齒輪與軸的周向定位采用A型普通平鍵，尺寸為b x h x l = 6 x 6 x 16,為了保證齒輪與軸有良好的對(duì)中性，取齒輪與軸的配合為H7/r6 。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是采用過(guò)渡配合保證的，此軸 段公差取為j6。6）確定軸上零件圓角和倒角尺寸各軸肩處的圓角半徑見(jiàn)圖3，軸端倒角取1x450。7）軸的強(qiáng)度校核A）求軸的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出計(jì)算簡(jiǎn)圖，在確定軸承支 點(diǎn)位置時(shí)，因其只承受軸向力，對(duì)軸的強(qiáng)度無(wú)影響，而銅套與軸 的配合段可視為墻壁。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖、扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖。 從軸的結(jié)構(gòu)圖和彎矩圖可以看出，入截面的當(dāng)量彎矩最大，

29、是軸的 危險(xiǎn)截面。入截面處的、M與=60N/mm2的數(shù)值如彎矩 MH水平面M = 26200N - mm垂直面M = 9536N - mm合成彎矩MM = M h 2 + M 2 = (262002 + 95362)= 27881.5 N .mm扭矩TT = 13100 N .mm當(dāng)量彎矩M = (M 2 + (a T)2 = (8364.42 + (0.6 x 13100 2) = 11477.9N.mm caB)校核軸的強(qiáng)度軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表4-1查得 a b = 650N.mm2 ,則。=0.090.1氣，即5865N/mm,取a = 60N/mm2，軸的計(jì)算應(yīng)力為a =虬

30、=278115 = 47.8 va= 60 N / mm 2 ca W 1X183根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，該軸滿足強(qiáng)度要求。HI小軸的受力分析簡(jiǎn)圖（3）介輪軸的設(shè)計(jì)校核1）求軸上的轉(zhuǎn)矩T1T = F d = 655 x 60 = 196500N.mm22 222）求作用在齒輪上的力圓周力 F = F 3 = 655N徑向力 F = F = 238.4Nr1r 33）確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼調(diào)質(zhì)處理，按式4-2初估軸的最小直徑，查表4-2取A=115，可得dmini=115 x0.59/0.98115 X 3426=14.8mm4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)擬定軸上零件的裝配繁方案（見(jiàn)圖5）A按軸向定位

31、要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度軸段1左端用螺母定位，螺紋選用M20，配合螺母選用M20，規(guī)格 為 GB6172-86，m=10，螺紋長(zhǎng)度為 l=18mm,L=18+4=22mm.軸段2固定介輪軸用，為保證其垂直度、同軸度不受影 響齒輪齒輪嚙合，選L=24mm,d=22mm.軸肩3與螺母擰緊相互作用，另外，由于2、4段的表 面粗糙度有要求，留有退刀槽，軸肩取L=4mm,則 L=4+2+2=8mm,d=38mm.軸段4 軸段長(zhǎng)度為齒輪長(zhǎng)度與小軸銅套長(zhǎng)度與墊圈之 和 L=66+2=2+39+6=111mm,直徑取 d=22mm。圖5介輪軸的裝配簡(jiǎn)圖B軸上零件的周向定位與小軸架用的銷聯(lián)接，選取d=4mm,L

32、=22+2X20=62mm。而 銅套與軸之間用間隙配合，功能相當(dāng)于滑動(dòng)軸承，配合取H7/h6, 軸段2取H7/g6C確定軸上零件圓角和倒角尺寸各軸肩處的圓角半徑見(jiàn)圖3，軸端倒角取1x450。5）軸的強(qiáng)度校核A求軸的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出計(jì)算簡(jiǎn)圖，因?yàn)楦髁怯?齒輪上傳遞過(guò)來(lái)的，所以對(duì)只論受力分析時(shí)， F1 = F 3 = 655N，F(xiàn)1 = F = 238.4N。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖 作出彎矩圖，不承受扭矩，從結(jié)構(gòu)圖和彎矩圖中看出在退 刀槽處的彎矩最大，是軸的危險(xiǎn)截面。水平面M = 26200N - mm垂直面 M = 9536N - mm合成彎矩M= (262002 + 95362) =

33、27881.5 N .mmB）校核軸的強(qiáng)度軸的材料為 45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表 4-1查得 q b = 650N.mm2，貝寸b = 0.09 0.1 氣， 即 58 65N/mm,取 卜=60N/mm2，軸的計(jì)算應(yīng)力為27811.5qca=47.8 q = 60N/mm2 1x183根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，該軸滿足強(qiáng)度要求。川川 I T】11111111 Fl Firm三 aaL._i介輪軸的受力分析簡(jiǎn)圖(4)中心軸的設(shè)計(jì)校核1) 求軸上的轉(zhuǎn)矩T2T = F d = 655 x120 = 39300N.mm2 i 222) 求作用在齒輪上的力圓周力 F = F 3 = 655N徑向力 F = F t

34、ana = 655 x tan 200 = 238.4N3) 確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼調(diào)質(zhì)處理，按式4-2初估軸的最小直徑，查表4-2取A=115，可得3P /門 63 x 0.59/ 0.986d n = 115 x 寸=115 x 寸140= 27.9mm當(dāng)軸上開(kāi)有鍵槽時(shí)會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，要適當(dāng)增大軸的直徑。軸上有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增大35%，故d. = d.1(1+ 5%) = 27.9 x (1+ 5%) = 29.3mm4) A擬定軸上零件的裝配繁方案(見(jiàn)圖6)B按軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度軸段1跟機(jī)床主軸的4號(hào)莫氏錐度配合，錐度長(zhǎng) 103mm,加上過(guò)渡部分總長(zhǎng)L=10

35、3+7=120mm,大端直徑為31.926mm。軸段2對(duì)軸承進(jìn)行密封防塵，選用氈圈 55/ZQ4606-86, d . = d . (1+ 5%) = 27.9x (1+ 5%) = 29.3mm , 5 . = 15mm, 取5 . = 16mm，即L=16mm, d = 70mm，比軸承外圈略小， d內(nèi)=51mm，比氈圈徑略大，有助于緊固零件。軸段3該軸段安裝滾動(dòng)軸承，考慮軸承承受徑向 力之外還要承受頭架的重量，選擇角接觸球軸承。取軸段 直徑d=35mm,選用36207型角 接觸球軸承，尺寸 d xDxT = 35x72x 17mm。為了安裝軸承，左端用軸肩定 位，取 m=3mm,則 L=

36、3+17+20+17+4=61mm.軸段4該軸段安裝齒輪，左端用軸肩定位，右端 用彈性擋圈定位，取軸段直徑d=32mm，已知齒寬20mm，為 了更好地壓緊齒輪，按擋圈的配合要求， l=19.9mm，L=20+1+3=24mm。圖6中心軸的裝配簡(jiǎn)圖C軸上零件的周向定位齒輪與軸的周向定位采用A型普通平鍵，尺寸為bxhxl = 10x8x 18mm，為了保證齒輪與軸有良好的對(duì)中性， 取齒輪與軸的配合為H7/r6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是采用過(guò)渡配合保證的，因此 軸段直徑尺寸公差取為k6 oD確定軸上圓角和倒角尺寸各軸肩處的圓角半徑見(jiàn)圖3,軸端倒角取1x4505) 軸的強(qiáng)度校核A求軸的載荷首先根據(jù)軸的

37、結(jié)構(gòu)圖作出計(jì)算簡(jiǎn)圖，在確定軸承支點(diǎn)位置時(shí)，從 手冊(cè)中查取a值(軸承的支反力作用點(diǎn)與軸承的距離)。對(duì)于36207 型角接觸球軸承，查得a 15.7mm，因此軸的支承跨矩L=15.7+20+15.7=51.4mm軸的懸臂距L=(17-15.7) +4+10=15.3mm中心輪與三個(gè)介輪嚙合，而且介輪均布。F = F (cos300 + sin30o) = 655 x (cos300 + sin30。)= 894.7N=F1(cos300 + sin300)= 238.4 x (cos300 + sin300)= 325.7N水平面以A為支點(diǎn)FBtF (51.4 +15.3)=1161N51.4以B

38、為支點(diǎn)F = 15.3 x Ft = 266.3NAt 51.4垂直面以A為支點(diǎn)F = F (5偵 + E =422.6NBr51.4以B為支點(diǎn)F =戚3 * F = 96.6NAr 51.4根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖、扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖和彎矩圖可以看出，右軸承右側(cè)的當(dāng)量彎矩較大，雖然B處彎矩最大，但在軸承孔，應(yīng)力集中不明顯，故校核C處。B計(jì)算危險(xiǎn)截面應(yīng)力C處彎矩C s = 1.5 1.8 c ,JS 2 + S2(209 + 7.952查表4-4中許用安全系數(shù)s值，則可知該軸安全。三根軸的工作圖見(jiàn)零件圖。TIM中心軸的受力簡(jiǎn)圖3.3.3軸承的校核計(jì)算(1)中心軸上36207

39、型角接觸球軸承的校核1) 計(jì)算軸承支反力合成支反力R1 = FA 2 + FA 2 =扣 266.32 + 96.92 = 283.4NR2 = Jfb 2 + FB 2 = J11612 + 422.62 = 1235.5N2）軸承的派生軸向力由式5-8,估計(jì)A （軸向力即頭架重力）為200N,A / C = 200/17500 = 0.011，取 e=0.38 得S1= eR1= 0.38 x 283.4 = 107.7S2 = eR2 = 0.38 x 1235.5 = 469.53）軸承所承受的軸向載荷因 K + S2 = A + S2 = 200 + 469.5 = 669.5 S

40、由式 5-10A = A + S = 669.5A2 = S2 = 469.54）軸承當(dāng)量動(dòng)載荷（1）因 A1/R1 = 2.36 e，查表 5-12X 1 = 0.44，Y1 = 1.47 式 5-7P = XR + YA = 0.44 x 283.4 +1.47 x 699.5 r11 11 1（2）A2/R2 = 0.38 = e查表 5-12X2 = 1 Y = 0 式 5-7P = X R + Y A = 1x1235.5 + 0x 469.5 r 22 22 25）軸承的動(dòng)載荷要求P P，接受力要求軸承應(yīng)當(dāng)具有的當(dāng)量動(dòng)載荷，由 r 2r1表 5-9、表 5-10 得七= 1.5 ,

41、 f =1,按式 5-6C， fp 60nL _ 1.5 x 1235.5 網(wǎng)x 140 x（8 x200 x 8）-f3 106 _1310t二8912.5Cr=2350036207型角接觸球軸承校核安全（2）小軸上8205型單向推力軸承的校核由于單向推力軸承只承受軸向力，在鉆削時(shí)，F(xiàn) _ 2274.5N （硬質(zhì)合金YG8鉆削灰鑄鐵時(shí)）則P _ F _ 2274.5NS0P _ 1.2x 2274.5 = 2729.4N c0 _ 27500N（S查表5-16，旋轉(zhuǎn)軸承的安全系數(shù)S。取1.2），合格。3.3.4鍵的校核計(jì)算（1）小軸上的平鍵校核選用的是6X6X16,A型平鍵。由式2T2-49

42、 bp dkl bL p -I，得=100120 =2x13100= 32.75g p 20x (6 -3.5) x16L p、查表2-21 （軸聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力）按有輕微沖擊載荷取，校核合格。(3) 中心軸上的平鍵校核選用的是10X8X18A型平鍵，有98.4 b L p=1001202x141750 b =p 30 x (10 - 5) x 18稍微有些危險(xiǎn)，改為采用雙鍵，成180 0對(duì)稱布 置，考慮到制造誤差使鍵上載荷分布不均，按1.5 個(gè)鍵計(jì)算，b = 984 = 65.6 )在多軸頭架中，只有介輪周上的螺紋比較重要，需 要進(jìn)行校核。(1) 螺栓材料與其性能等級(jí)螺栓材料45鋼性能等級(jí)

43、查表27選6.8級(jí)b = 600M / mm2, b = 600M / mm2(2) 螺栓受力分析計(jì)算螺栓在頭架中只承受介輪軸往下的零件(介輪 軸、介輪、支架、小齒輪、小軸與鉆頭)的重力， 經(jīng)過(guò)估算，承受的重量約為5.5kg。受力為P=5.5X9.8=53.9N螺栓工作拉力 由式 2-15F=P/Z=53.9/1=53.9N殘余預(yù)緊力 查表 2-5 選F0 = 0.6 F = 0.6 x 53.9 = 32.34N螺栓總拉力由式2-26F = F0 + F = 32.34+53.9 = 86.24N相對(duì)剛度系數(shù) 查表2-6匕/(c +匕)=0.3螺栓預(yù)緊力由式2-27F0 = J-F / 匕

44、/ (c + 匕)=86.24-53.9 X0.3=70.07N(3) 初定螺栓直徑選安全系數(shù)查表2-11 S =1.5許用拉應(yīng)力 由式2-33b = b /S = 480/1.5 = 320N/mm2所需螺栓小徑由式2-29d = ：F 如4X 技 X 甌24 = 0.67 cm1kLcJ 兀 x 320螺栓大徑 查有關(guān)手冊(cè)并根據(jù)軸的直徑 取d=20mm，其 d1=17.294mm(4) 螺栓疲勞強(qiáng)度校核螺栓尺寸系數(shù) 查表2-9 = = 0.8螺栓材料的疲勞極限b = 0.34c = 0.34 x 600 = 204N / mm2-1B應(yīng)力幅安全系數(shù) 查表2-11 S =1.6應(yīng)力集中系數(shù)

45、查表2-10 K. = 3.9螺栓許用應(yīng)力幅由式2-36=26 N / mm2b =氣-0.8x204 a k S、 3.9X1.6螺栓應(yīng)力幅由式2-302 F c xb兀 d 2 c + c2 x 539x 0.3 = 0.03N / mm2 M 即 W =13100 = 198.7Nn d 兀 x 21P = (R + W)tg(a +8 ) = (9202+198.7)tg(150 + 26.560)= 8334.6N1（2）螺母的受力分析P是螺母的總拉力F = P = 8334.6 = F0 + F = 0.8F + F = 1.8FF =七/1.8 = 4630.3N相對(duì)剛度系數(shù)查表

46、2-6 匕 =0.3c +cb螺母所需預(yù)緊力由式2-27F = F - F Cb= 8334.6 - 4630.3 x 0.3 = 6945.5N c + c(3) 確定螺母直徑選用安全系數(shù)查表 2-11 S =1.5許用拉應(yīng)力 由式2-33b = b /S = 480/1.5 = 320N/mm2所需螺栓小徑由式2-294 x 1.3 x 8334.6 “ =20.7兀 x 320螺栓大徑查相關(guān)手冊(cè)并根據(jù)軸的直徑d=48mm，其 d j42.588mm(4) 螺栓疲勞強(qiáng)度校核螺栓尺寸系數(shù) 查表2-9 插值 = 0.567螺栓材料的疲勞極限b = 0.34c = 0.34 x 600 = 20

47、4N / mm2 -1B應(yīng)力幅安全系數(shù) 查表2-10 kb = 3.9螺栓許用應(yīng)力幅由式2-360.567 x 2043.9 x 1.6=18.5 N / mm 2螺栓應(yīng)力幅由式2-30 滿足疲勞強(qiáng)度要求。4. 潤(rùn)滑與密封作為一個(gè)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，為避免齒輪表面直接接觸，以減小 磨檫，減輕磨損，降低工作表面溫度，應(yīng)對(duì)齒輪進(jìn)行適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑， 潤(rùn)滑方式應(yīng)該根據(jù)輪齒速度來(lái)選擇。在可調(diào)式三軸頭架中，最高轉(zhuǎn)速在1000r/min左右，對(duì)于分度 圓最大的中心輪半徑，它的最高齒輪速度是主軸在1100r/min工 作時(shí)的速度，此時(shí)V = 1100x兀x50x 10-3 = 2.88m/min ,查機(jī)械設(shè) 60計(jì)工程

48、學(xué)I表4-2應(yīng)采用油浴潤(rùn)滑，但由于頭架加工時(shí)位置擺 放的特殊性一豎直安裝，采用油浴潤(rùn)滑很難實(shí)現(xiàn)，而壓力噴油潤(rùn) 滑又因?yàn)橹Ъ艿某叽缣∫膊缓貌贾?，所以采用人工定期?rùn)滑， 這是本次設(shè)計(jì)改進(jìn)的地方之一。頭架中軸孔連接的部位都必須密封防塵與防止漏油，由于齒輪 在工作時(shí)相當(dāng)于平放，頭架下端的密封顯得格外重要，而且屬于 動(dòng)密封，加上軸與孔之間的配合的限制，只能采用接觸式密封。5. 結(jié)束語(yǔ)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)現(xiàn)已經(jīng)接近尾聲，共歷時(shí)近兩個(gè)多月。回顧整 個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，深覺(jué)的受益匪淺，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅提高了 我對(duì)三年來(lái)所學(xué)的各種知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，還使我學(xué)到了書本 所不能獲取的知識(shí)，在看待問(wèn)題核處理問(wèn)題方面有了新的認(rèn)識(shí)與 方法，讓我學(xué)會(huì)了用不同的立場(chǎng)去思考問(wèn)題。在本次設(shè)計(jì)中，我做的主要是立式鉆床可調(diào)式多軸頭架的設(shè) 計(jì)，對(duì)于鉆床來(lái)說(shuō)，它是一中常用的機(jī)床設(shè)備，但是它的加工能 力卻只局限在單一孔的加工，如果能夠在它的軸頭部分加一種裝 備，使它能夠?qū)崿F(xiàn)多孔位的加工，那樣不僅可以節(jié)省時(shí)間、改善 工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)效率，而且對(duì)于機(jī)械行業(yè)也是一種革 新，而我這次的課題就是要設(shè)計(jì)這樣的一種裝備，經(jīng)過(guò)查閱資料 與指導(dǎo)老師的細(xì)心幫助，這次設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期的目的，我設(shè) 計(jì)成了一種可調(diào)式的三軸頭架，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)三孔位的加工，而 且如果孔之間的距離有變化，可以隨時(shí)進(jìn)行孔距的調(diào)節(jié)，基本達(dá) 到了預(yù)期的效果。通過(guò)本次的