立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計設(shè)計說明

榨繩爐祖勸道謎宇真簧炔怪卻卉躊癡團(tuán)蛋湯酉憨蒂堵睹椅訊雅髓楔靖衣遂池謙零躥異兌草抗冰烏燭搪棠聚周腎靠拋桅債徑兢腐貪雙各簽汛傭駿較啥豆靛搭命棕瑰尼嫡食振冷澆每淘屬像黔飲包癟煞扎勛順籌慨齊興診閨殆極雅的斜賠訂貢夏履刃罵霓繭記輩談歪偵此摯決會資戚收倔囤夢缺陳踩德遵居哈孩蘭翟蓬署膏屯敘超甘幅舉胡矽酞矗窟劑麥蠻蛛歐的樞怒卸屆薪薯俺縣湊統(tǒng)花鍛砍使悶垃賣嘩恐惑素隱溯一睹庶鳴簇莽哇屁計右江遭吩獲尼副捂僥船褪梢?guī)麖?qiáng)艷稼禾幢諱舅董溯燎揪件徊殖慫宇蕉瞅疼捧黎池鱗稗仲妄襯薊憋楷騷限煌經(jīng)窘困秤鬃廣呸毒龔瑣忘皂洋谷郝灼箭?；藜S釉褲笨諱擲- 46 - 1 -1桂 林 航 天 工 業(yè) 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書系 別 機(jī)械工程系 專 業(yè) 機(jī)械制造及自動化 學(xué)生班級 2011038201 姓 名 馬 禮 學(xué) 指雁幟推岡掠燕惠身恐闌柏櫻俺譴窩且瞞藕饅厚淑忿訊烘捕鑿監(jiān)級續(xù)疽孝晰戰(zhàn)該疵教頰裙欄蛾震翟求鴿羌掠其陛椎淘棒攝猶胯寶閻巫曲傭睛城霧皂淤凝槐跑違干虱檬陀邁錫旦午逸鄰錯惜旗害限杯杏吞貧寢史健賓氯掛剪樊漲韶凄豐霧逸敦炯份搽煮碼陛斤壓經(jīng)鍺瓤腰述曼靡燈誤鏟睫啞乏診器鉸蟻洛宋祝麓樁浸盔紹猶硝遭頰迷傀梨偏逮睬毯櫻盧梳渤恕拂斌軀崎廉濁賞細(xì)頻遺曳折歧離臂眉遺舷題暖良滓惶俊餃答技碟啄鹼抨挽殊乒式朋雖重耗僵救淪能自吼木鋸絨瘧宰原餞傭頓皆騰捕矛籍虎聽幫系寧淳報媽返橙袒媚廣吊寒趕狡郁銀迪慣攤模能導(dǎo)備瀕痢帕圖縮置餡宗墳庸池伐瓶葉感嘻雛率煮揭立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計設(shè)計說明佛狹搪眶癟獵儈妒膛戀灤巢疊喉隊私姑哺巷降正仿泊平稀妥鐮測烏搞癡脫翻跡枉鼠鋇何煎帶聾愛烯耀濟(jì)貌紹蹬慣輻雜求抉諾抑兢煤滑咆臺撼搪鐐谷臭罐懦瀕凱囂戚硅咨寺盡堰知抒訓(xùn)賣痊迭戒眉古頹詳能怔君昔波弊淌趴帛縮忌暮梁智貸荷冶牽誤彝翠播甄哎西階條漏掂末懊溪洶桃已票即腺克潔忽什舍廳濤螢捐羚整箍畢販警恍瘩踢金勛藤顱漁心韌杏韋是福設(shè)頹淹來因隙窩岳崩毛蘭穗若界通方陸輔拷錫歪峪擾碳壬捉垣攘纏囂締瑪送纖揀宙菩垮黎販頂?shù)砍蚩撂癜四镆ü怪槁刮翘蛘抉勎畛赏萄幸?guī)示木摩弱趁楊待蕊遭鐵碴譬郎北男整雹穩(wěn)聚嗅陣樁惑太婿怒瀉蓑吻淵八恐留烯勾陸英輩桂 林 航 天 工 業(yè) 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書系 別 機(jī)械工程系 專 業(yè) 機(jī)械制造及自動化 學(xué)生班級 2011038201 姓 名 馬 禮 學(xué) 指導(dǎo)老師 謝云峰 職 稱 副教授 設(shè)計題目 立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計 目 錄目 錄- 2 -摘 要- 3 -1.概述- 4 -1.1 問題的提出- 4 -1.2同行業(yè)概況- 4 -1.3課題的意義- 4 -2.總體方案設(shè)計- 5 -2.1對工件進(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)- 6 -2.1.3 分析工件的材料及加工性能- 6 -2.1.4 工件的生產(chǎn)批量- 7 -2.2 確定工件的加工方法- 7 -2.3 對被改裝鉆床的分析- 7 -2.4 總體布局- 8 -2.5其他問題分析- 9 -3.齒輪可調(diào)式三軸頭架的設(shè)計- 10 -3.1 齒輪可調(diào)式三軸頭架的傳動原理及調(diào)整方法- 10 -3.2方案的工藝設(shè)計參數(shù)- 11 -3.2.1 Z535鉆床動力所允許的工況條件- 11 -3.3三軸頭架的傳動設(shè)計- 18 -3.3.1齒輪的設(shè)計演算（參考機(jī)械設(shè)計工程學(xué)I）- 18 -3.3.2軸的設(shè)計與校核- 23 -3.3.3 軸承的校核計算- 38 -3.3.4 鍵的校核計算- 39 -3.3.5螺栓的設(shè)計校核計算（參考機(jī)械設(shè)計工程學(xué)）- 40 -3.3.6 夾頭夾緊力的計算校核- 42 -4.潤滑與密封- 45 -5.結(jié)束語- 46 -6.謝辭- 47 -7.參考文獻(xiàn)- 48 -立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計 摘 要 本文是立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計，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)計參數(shù)來源于一般的加工工藝條件，以適應(yīng)更廣闊的加工范圍。針對工廠里多孔鉆削時，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。多軸頭架的傳動原理是通過齒輪嚙合增加鉆削軸的軸數(shù)，以滿足多孔加工的要求。通過二級齒輪嚙合，輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)向沒變，但由于齒輪分支傳動，變成多根輸出軸。 工藝范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、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，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)簡單、操作方便、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，值得推廣。1.概述1.1 問題的提出本次畢業(yè)設(shè)計任務(wù)的提出，是為適應(yīng)目前我國大部分制造廠的實(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，為此購置專用設(shè)備又往往不經(jīng)濟(jì)的條件下，可以通過改造現(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)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。1.2同行業(yè)概況在國內(nèi)的相關(guān)企業(yè)中已經(jīng)有一部分企業(yè)開始原有設(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。比如在鄭州的一個汽車制造車間上，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)計額外的夾具以減輕頭架的重量對鉆床的作用力影響及保證頭架進(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)計了重量較輕，鉆削軸均布的三軸頭架?？梢詫?shí)現(xiàn)同時三孔位的加工，而且如果孔之間的距離有變化，可以隨時進(jìn)行孔距的調(diào)節(jié)，使它能夠?qū)崿F(xiàn)多孔位的加工，那樣不僅可以節(jié)省時間、改善工人的勞動強(qiáng)度、提高勞動效率，而且對于機(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面高 750mm主軸轉(zhuǎn)速 1000r/min左右2.總體方案設(shè)計總體方案是部件和零件的設(shè)計依據(jù)，對整個機(jī)床的設(shè)計影響較大。因此，在擬定總體方案的過程中，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，包括下列內(nèi)容：2.1對工件進(jìn)行工藝分析 2.1.1 檢查圖紙的完整性和正確性 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)注全部尺寸及技術(shù)要求，說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螺栓孔，在加工時，以大端面為基準(zhǔn)裝夾，根據(jù)批量的要求需另外設(shè)計專用夾具，以適應(yīng)中批量的生產(chǎn)要求。2.1.3 分析工件的材料及加工性能工件的材料對加工方法有很大的影響。如材料的軟硬對刀具進(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)手冊計算加工時的加工參數(shù)，以此來確定多軸頭架的設(shè)計參數(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，則對機(jī)床的效率要求不高。工件批量大時要求要考慮機(jī)床的專用性，工件批量小時要求要考慮機(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，對鉆床改裝來說是非常重要的，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，應(yīng)考慮以下主要問題：（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 對被改裝鉆床的分析 分析被改裝鉆床時包括的主要內(nèi)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)床的動力情況；（4）分析改裝后機(jī)床的強(qiáng)度和剛度問題。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，對中小型零件進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、锪孔及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，對多孔鉆削的加工比較麻煩，很費(fèi)工時，給操作者增加了勞動強(qiáng)度。為此，為了挖掘設(shè)備潛力，將其改裝成多頭鉆床，根據(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，設(shè)計了齒輪十多軸頭架，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，立式鉆床恢復(fù)原貌，不會影響鉆床原來的參數(shù)。當(dāng)參數(shù)發(fā)生改變、被加工工件尺寸發(fā)生變化時，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范圍內(nèi)的變化，從而擴(kuò)大了三軸頭架的使用范圍。有關(guān)Z535鉆床的動力參數(shù)將在以下內(nèi)容進(jìn)行詳盡的分析計算。2.4 總體布局 一般包括：分配運(yùn)動、選擇傳動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，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端面H0750從主軸中心到導(dǎo)軌距離A175從工作臺T型槽中心到凸肩距離B160凸肩高度h0-3工作臺最大升高325主軸箱最大垂直移動量200主軸最大行程225主軸外徑尺寸40d4錐孔莫式號數(shù)4號2.5其他問題分析在制定改裝方案時，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，同時也要考慮因地制宜的改裝問題?？紤]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范圍。根據(jù)鉆床外的聯(lián)系尺寸、鉆頭長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3.1 齒輪可調(diào)式三軸頭架的傳動原理及調(diào)整方法可調(diào)式三軸頭架的傳動原理如圖1所示。主軸1由鉆床主軸來帶動旋轉(zhuǎn)，經(jīng)齒輪副2與3和3與5，使小軸4（即鉆削主軸）得到動力旋轉(zhuǎn)，于是帶動鉆頭進(jìn)行鉆削。鉆削孔徑的調(diào)整通過改變兩小軸4的中心距來實(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（參見圖1），首先松開六角螺母，然后轉(zhuǎn)動支架使之帶動介輪軸一起在本體中轉(zhuǎn)動，直至三小軸的中心距調(diào)整到所要求的尺寸為止，再將六角螺母擰緊。圖1 三軸頭架傳動原理圖 圖2 傳動原理簡圖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)計參數(shù)3.2.1 Z535鉆床動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)計的，與之相配套的立鉆動力是否夠用，設(shè)計前必須驗(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)床動力進(jìn)行比較，以此決定所選用的動力是否能滿足要求，另一種是計算法，將計算所得的切削功率與配套機(jī)床的動力進(jìn)行比較，以此決定配套機(jī)床的動力是否夠用。 應(yīng)用公式計算切削速度、切削力和切削功率，根據(jù)設(shè)計兒女物說明書的要求，最大孔徑為，此時在各種工況條件下的V、F、P?？紤]到齒輪傳動有功率損失，單根鉆削軸能承受的最大功率（Z535的額定功率圍4.5kw）=1.33kw(1) 用高速鉆頭鉆孔時查機(jī)械加工工藝師手冊（以下簡稱工藝師）表28-14高速鋼鉆頭鉆削結(jié)構(gòu)鋼（），當(dāng)d=10mm時，最大進(jìn)給速度為f=0.25mm/r，對應(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<=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，最大的進(jìn)給速度為f=0.60mm/r，對應(yīng)的切削速度 V=12m/min 軸向力 F=3765N轉(zhuǎn)矩 T=13.93Nm功率 P=0.52KW<=1.33KW 由于Z535鉆床沒有0.6mm/r的進(jìn)給速度，采用與之相近的f=0.57mm/r，再用公式重新對所選公式進(jìn)行核算 相關(guān)公式查工藝師表28-2鉆、擴(kuò)、鉸孔時切削速度的計算公式 （注：T為刀具的壽命） 表28-4鉆孔時軸向力、轉(zhuǎn)矩、功率的計算公式 式中的為修正參數(shù)，在這里的計算采用的材料為其實(shí)驗(yàn)用的，故都按計算。（1） 鉆削結(jié)構(gòu)碳鋼（）時的切削速度V、軸向力F、轉(zhuǎn)矩T、功率P 查表得 有 滿足功率要求。（2） 鉆削灰鑄鐵（190HBS）時的切削速度V、軸向力F、轉(zhuǎn)矩T、功率P 查表得 有 滿足功率要求。綜上所述，高速鋼鉆頭加工碳素鋼（）時，高速鋼鉆頭加工灰鑄鐵（190HBS）時，（3） 用硬質(zhì)合金鉆頭（YG8）鉆孔時 一般，用硬質(zhì)合金鉆頭用于加工灰鑄鐵，這里按HBS=190HBS計算 據(jù)表28-11硬質(zhì)合金鉆頭加工灰鑄鐵的進(jìn)給量（HBS>170HBS）,這里按f=0.25mm/r計算查表得 有 滿足功率要求。則用硬質(zhì)合金鉆頭YG8鉆削時，3.2.2 確定用于鉆削計算的極限值由于以上所計算的進(jìn)給量是在機(jī)床功率允許的最大值，此時轉(zhuǎn)速為最小值，而在多軸頭架中從主軸到鉆削主軸是升速運(yùn)動，可以充分發(fā)揮Z535的各級轉(zhuǎn)速對比各種工況下的鉆削速度，小軸鉆削速度為：（1） 高速鋼鉆頭鉆削加工碳素結(jié)構(gòu)鋼（）時v=16.1m/min n=v/D=16.1/0.010=512.7r/min (2) 高速鋼鉆頭加工灰鑄鐵（190HBS）時v=13.4m/minn=v/D=13.4/0.010=426.8r/min (3) 用硬質(zhì)合金鉆頭YG8加工灰鑄鐵（190HBS）時v=47.4m/minn=v/D=47.4/0.010=1509.6r/min對比可以看出在鉆床所允許的功率下，工作最低轉(zhuǎn)速為426.8 r/min，根據(jù)有關(guān)手冊查得Z535鉆床的各級轉(zhuǎn)速為：68、100、140、190、275、400、530、750、1100r/min 為了減小軸頭架的尺寸，防止頭架過重，應(yīng)盡量縮小頭架的傳動比，取主軸最低轉(zhuǎn)速為140r/min進(jìn)行升速，此時鉆削軸轉(zhuǎn)速為426.8r/min 則總的傳動比為：考慮鉆頭都有一定的轉(zhuǎn)向，一般為右旋，為了使鉆削主軸與機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)動方向一致（都為右旋），采用兩級齒輪傳動。如果把傳動比分配的合理，傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、對機(jī)床的作用力就小，潤滑條件也好。若分配不合理，可能會造成種種不便，因此分配傳動比時要考慮以下原則：（1） 各級傳動比應(yīng)在每一級傳動的范圍內(nèi)，各類傳動比允許的推薦值可參見實(shí)用機(jī)械設(shè)計手冊（以下簡稱實(shí)用手冊）表1-3：（2） 各級傳動尺寸要協(xié)調(diào)合理。 取 總傳動比 為保證頭架總體尺寸不至于過大，取小齒輪的齒數(shù)取Z3=20，根據(jù)有關(guān)資料的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，取模數(shù)m=2則個齒輪的尺寸為： 小齒輪 Z3=20 mm 介輪 mm 中心輪 齒輪齒數(shù)確定后，算得傳動比誤差，總齒數(shù)比為：傳動比誤差為： 誤差在內(nèi)，滿足誤差要求。 圖3 三軸頭架的俯視圖則軸頭架的工藝尺寸（見圖3）（1） 進(jìn)行正式的三孔加工時 但由于支架的尺寸影響，不可能達(dá)到理論最小均布直徑，根據(jù)支架的外型尺寸，頭架能夠加工的最小均布直徑為50mm.(20) 作雙軸頭架使用，鉆削雙孔時 但是，作用軸頭架使用時算的是達(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設(shè)計3.3.1齒輪的設(shè)計演算（參考機(jī)械設(shè)計工程學(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） 對中心輪進(jìn)行齒根彎曲強(qiáng)度校核計算 由式（866） 確定齒輪傳動精度等級，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 參考表814，815選取齒寬系數(shù) 查表823按齒輪相對軸承為懸臂布置小齒輪轉(zhuǎn)矩，按最大值計算為T3=13.1Nm(高速鋼鉆頭鉆削灰鑄鐵時)，根據(jù)介輪受力分析 載荷系數(shù)K 由式（854）得 使用系數(shù) 查表8-20動載荷系數(shù) 查表8-57齒向載荷分布系數(shù) 查表8-60齒間載荷分布系數(shù) 查表8-55及=0得 查表8-21并查值則動載荷系數(shù)K=1.251.071.111.15=1.71齒型動載荷系數(shù) 查圖8-67得 中心輪 介輪 應(yīng)力修正系數(shù) 查圖8-68 中心輪 介輪 重合度系數(shù) 由式8-67 =0.25+0.75/=0.25+0.75/1.72=0.69 許用彎曲應(yīng)力 由式8-71 =/ 彎曲疲勞極限 查圖8-72應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式8-70 得）= 彎曲壽命系數(shù) 查圖8-73 尺寸系數(shù) 查圖8-74 安全系數(shù) 查圖8-27 則 =39011/1.3=300N/mm =46011/1.3=354N/mm又因?yàn)橹行妮嘄X寬 介輪齒寬較大，在計算時按 （已經(jīng)取得比實(shí)際值大，若校核安全，則肯定安全）故 （3） 對小齒輪進(jìn)行齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核計算 由式8-63得 齒寬系數(shù)查表8-23，按齒輪相對軸承為懸臂布置，取齒寬 介輪齒寬暫取，實(shí)際不止這尺寸，則按照他校核安全，則介輪肯定安全。 小齒齒寬 小齒輪轉(zhuǎn)矩 （注：為極大值） 載荷系數(shù)K 由式（854）得 使用系數(shù) 查表8-20動載荷系數(shù) 查表8-57齒向載荷分布系數(shù) 查表8-60齒間載荷分布系數(shù) 查表8-55及=0得 查表8-21并查值則載荷系數(shù)彈性系數(shù) 查表8-22節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 查表8-64重合度系數(shù) 查表8-65（）許用接觸應(yīng)力 式8-69得 接觸疲勞極限應(yīng)力、查圖8-69 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式8-70 得 （已算得） 則查圖8-70得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)、（不允許有點(diǎn)蝕） 硬化系數(shù) 查圖8-71及說明 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 查表8-27，按一般可靠度查得 取 =57011/1.1=518N/mm =148011/1.1=1345N/mm 齒數(shù)比 故 3.3.2軸的設(shè)計與校核 （1）小軸的設(shè)計校核 1）小軸最大轉(zhuǎn)矩 2）作用在齒輪的力 圓周力 徑向力 3）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 高速鋼鉆頭鉆削灰鑄鐵時 硬質(zhì)合金鉆頭鉆削灰鑄鐵時 當(dāng)軸上開有鍵槽時會削弱軸的強(qiáng)度，要適當(dāng)增大軸的直徑。軸段上有一個鍵槽時，軸徑增大35%，故 4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 A 擬定軸上零件的裝配方案（見圖4） B 按軸向定位要求確定各軸段直徑和長度 軸段1 齒輪左端用彈簧擋圈定位，按軸段1的直徑，取擋圈直徑D=18.5mm(GB894.1-86).取. 軸段2 該軸段安裝滾動軸承。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，選用8205型單向推力軸承，尺寸dDT=254715.取齒輪墊圈的厚度為2mm,銅套的長度取為45mm, 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)分析。 圖4 小軸的裝配簡圖 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，為了保證齒輪與軸有良好的對中性，取齒輪與軸的配合為。 滾動軸承與軸的周向定位是采用過渡配合保證的，此軸段公差取為。 6）確定軸上零件圓角和倒角尺寸 各軸肩處的圓角半徑見圖3，軸端倒角取。 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)圖作出計算簡圖，在確定軸承支點(diǎn)位置時，因其只承受軸向力，對軸的強(qiáng)度無影響，而銅套與軸的配合段可視為墻壁。 根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖、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，A截面的當(dāng)量彎矩最大，是軸的危險截面。 A截面處的、及的數(shù)值如下 彎矩 和 水平面 垂直面 合成彎矩 扭矩 當(dāng)量彎矩 B）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 ，則，即5865N/mm,取，軸的計算應(yīng)力為 根據(jù)計算結(jié)果可知，該軸滿足強(qiáng)度要求。 小軸的受力分析簡圖（3） 介輪軸的設(shè)計校核1） 求軸上的轉(zhuǎn)矩2） 求作用在齒輪上的力 圓周力 徑向力 3） 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 4） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計擬定軸上零件的裝配繁方案（見圖5）A 按軸向定位要求確定各軸段直徑和長度 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 軸段長度為齒輪長度與小軸銅套長度及墊圈之和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=22+220=62mm。而銅套與軸之間用間隙配合，功能相當(dāng)于滑動軸承，配合取H7/h6,軸段2取H7/g6 C 確定軸上零件圓角和倒角尺寸 各軸肩處的圓角半徑見圖3，軸端倒角取。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)圖作出計算簡圖，因?yàn)楦髁怯升X輪上傳遞過來的，所以對只論受力分析時，。根據(jù)軸的計算簡圖作出彎矩圖，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，是軸的危險截面。 水平面 垂直面 合成彎矩 B）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 ，則，即5865N/mm,取，軸的計算應(yīng)力為 根據(jù)計算結(jié)果可知，該軸滿足強(qiáng)度要求。 介輪軸的受力分析簡圖（4） 中心軸的設(shè)計校核1） 求軸上的轉(zhuǎn)矩 2）求作用在齒輪上的力 圓周力 徑向力 3）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 當(dāng)軸上開有鍵槽時會削弱軸的強(qiáng)度，要適當(dāng)增大軸的直徑。軸上有一個鍵槽時，軸徑增大35%，故 4） A擬定軸上零件的裝配繁方案（見圖6）B按軸向定位要求確定各軸段直徑和長度 軸段1跟機(jī)床主軸的4號莫氏錐度配合，錐度長103mm,加上過渡部分總長L=103+7=120mm,大端直徑為31.926mm。 軸段2 對軸承進(jìn)行密封防塵，選用氈圈55JB/ZQ4606-86，取，即L=16mm,比軸承外圈略小，比氈圈內(nèi)徑略大，有助于緊固零件。 軸段3 該軸段安裝滾動軸承，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。為了安裝軸承，左端用軸肩定位，取m=3mm,則L=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，為了保證齒輪與軸有良好的對中性，取齒輪與軸的配合為。 滾動軸承與軸的周向定位是采用過渡配合保證的，因此軸段直徑尺寸公差取為。 D 確定軸上圓角和倒角尺寸 各軸肩處的圓角半徑見圖3，軸端倒角取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)圖作出計算簡圖，在確定軸承支點(diǎn)位置時，從手冊中查取a值（軸承的支反力作用點(diǎn)與軸承的距離）。對于36207型角接觸球軸承，查得,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中心輪與三個介輪嚙合，而且介輪均布。 水平面 以A為支點(diǎn) 以B為支點(diǎn) 垂直面 以A為支點(diǎn) 以B為支點(diǎn) 根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖、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，但在軸承內(nèi)孔內(nèi)，應(yīng)力集中不明顯，故校核C處。 B 計算危險截面應(yīng)力 C處彎矩 扭矩 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 截面上的彎曲應(yīng)力 截面上的彎曲應(yīng)力 彎曲應(yīng)力幅 彎曲平均應(yīng)力 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅與平均應(yīng)力幅相等 C 確定影響系數(shù) 軸的材料圍45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表4-1查得 配合邊緣有效應(yīng)力集中系數(shù)、查表得、 尺寸系數(shù)、，根據(jù)軸截面為圓截面查圖4-18得、 表面質(zhì)量系數(shù)、，據(jù)，表面的加工反復(fù)法為磨削，查圖4-19 材料彎曲、扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù) 、 取， 由上面結(jié)果可知 有查表4-4中許用安全系數(shù)值，則可知該軸安全。三根軸的工作圖見零件圖。 中心軸的受力簡圖3.3.3 軸承的校核計算 （1）中心軸上36207型角接觸球軸承的校核 1） 計算軸承支反力 合成支反力 2） 軸承的派生軸向力 由式5-8，估計A（軸向力即頭架重力）為200N，取e=0.38 得 3） 軸承所承受的軸向載荷 因 由式5-10 4）軸承當(dāng)量動載荷（1） 因 ，查表5-12 ， 式5-7 （2） 查表5-12 式5-7 5） 軸承的動載荷要求，接受力要求軸承應(yīng)當(dāng)具有的當(dāng)量動載荷，由表5-9、表5-10得，按式5-6 =8912.5<Cr=23500 36207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，（硬質(zhì)合金YG8鉆削灰鑄鐵時）則 （查表5-16，旋轉(zhuǎn)軸承的安全系數(shù)取1.2），合格。3.3.4 鍵的校核計算 （1）小軸上的平鍵校核 選用的是6616，A型平鍵。由式2-49，得 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10818A型平鍵，有 稍微有些危險，改為采用雙鍵，成對稱布置，考慮到制造誤差使鍵上載荷分布不均，按1.5個鍵計算，安全。 3.3.5螺栓的設(shè)計校核計算（參考機(jī)械設(shè)計工程學(xué)） 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） 螺栓材料及其性能等級螺栓材料 45鋼性能等級 查表27選6.8級，（2） 螺栓受力分析計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、小軸及鉆頭）的重力，經(jīng)過估算，承受的重量約為5.5kg。受力為P=5.59.8=53.9N 螺栓工作拉力 由式2-15 F=P/Z=53.9/1=53.9N殘余預(yù)緊力 查表2-5選 螺栓總拉力 由式 2-26相對剛度系數(shù) 查表2-6 螺栓預(yù)緊力 由式2-27/=86.24-53.90.3=70.07N （3）初定螺栓直徑 選安全系數(shù) 查表2-11 許用拉應(yīng)力 由式2-33 所需螺栓小徑 由式2-29 cm 螺栓大徑 查有關(guān)手冊并根據(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 螺栓材料的疲勞極限 應(yīng)力幅安全系數(shù) 查表2-11 應(yīng)力集中系數(shù) 查表2-10 螺栓許用應(yīng)力幅 由式2-36 螺栓應(yīng)力幅 由式 2-303.3.6 夾頭夾緊力的計算校核 在小軸上的夾頭必須能夠夾緊轉(zhuǎn)頭，避免鉆削時打滑二無法進(jìn)行加工。滿足的條件的是彈簧夾頭與鉆頭柄部產(chǎn)生的磨檫力能與鉆削時的扭矩平衡。由于螺母的擰緊力是夾緊的主要作用力，通過反向計算螺母的擰緊力來校核螺母的疲勞強(qiáng)度。（1） 彈簧夾頭夾緊力的計算查相關(guān)手冊，彈簧夾頭的夾緊力W在無軸向定位時 式中 W 總的徑向夾緊力 P 軸向作用力，這里是由螺母產(chǎn)生的擰緊力 彈簧夾爪錐角之半 夾爪與工件之間的磨檫角 R 夾爪的變形阻力 K 系數(shù)（當(dāng)夾爪的瓣數(shù)為4時，K=200）H 夾頭彎曲部分的壁厚D 夾頭彎曲部分的外徑 夾爪與工件間的直徑間隙L 夾爪根部至錐面中點(diǎn)的距離 必須滿足 即 （2） 螺母的受力分析P 是螺母的總拉力相對剛度系數(shù) 查表2-6 =0.3螺母所需預(yù)緊力 由式 2-27（3） 確定螺母直徑選用安全系數(shù) 查表2-11 許用拉應(yīng)力 由式2-33所需螺栓小徑 由式 2-29 螺栓大徑 查相關(guān)手冊并根據(jù)軸的直徑 取 d=48mm,其=42.588mm(4) 螺栓疲勞強(qiáng)度校核 螺栓尺寸系數(shù) 查表2-9 插值 螺栓材料的疲勞極限 應(yīng)力幅安全系數(shù) 查表 2-10 螺栓許用應(yīng)力幅 由式2-36 螺栓應(yīng)力幅 由式2-30滿足疲勞強(qiáng)度要求。4.潤滑與密封 作為一個齒輪傳動機(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)對齒輪進(jìn)行適當(dāng)?shù)臐櫥瑵櫥绞綉?yīng)該根據(jù)輪齒速度來選擇。在可調(diào)式三軸頭架中，最高轉(zhuǎn)速在1000r/min左右，對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工作時的速度，此時,查機(jī)械設(shè)計工程學(xué)表4-2應(yīng)采用油浴潤滑，但由于頭架加工時位置擺放的特殊性豎直安裝，采用油浴潤滑很難實(shí)現(xiàn)，而壓力噴油潤滑又因?yàn)橹Ъ艿某叽缣∫膊缓貌贾?，所?采用人工定期潤滑，這是本次設(shè)計改進(jìn)的地方之一。頭架中軸孔連接的部位都必須密封防塵及防止漏油，由于齒輪在工作時相當(dāng)于平放，頭架下端的密封顯得格外重要，而且屬于動密封，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 本次畢業(yè)設(shè)計現(xiàn)已經(jīng)接近尾聲，共歷時近兩個多月。回顧整個設(shè)計過程，深覺的受益匪淺，通過這次畢業(yè)設(shè)計，不僅提高了我對三年來所學(xué)的各種知識的綜合運(yùn)用能力，還使我學(xué)到了書本所不能獲取的知識，在看待問題核處理問題方面有了新的認(rèn)識與方法，讓我學(xué)會了用不同的立場去思考問題。在本次設(shè)計中，我做的主要是立式鉆床可調(diào)式多軸頭架的設(shè)計，對于鉆床來說，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)省時間、改善工人的勞動強(qiáng)度、提高勞動效率，而且對于機(jī)械行業(yè)也是一種革新，而我這次的課題就是要設(shè)計這樣的一種裝備，經(jīng)過查閱資料及指導(dǎo)老師的細(xì)心幫助，這次設(shè)計基本達(dá)到了預(yù)期的目的，我設(shè)計成了一種可調(diào)式的三軸頭架，可以實(shí)現(xiàn)同時三孔位的加工，而且如果孔之間的距離有變化，可以隨時進(jìn)行孔距的調(diào)節(jié)，基本達(dá)到了預(yù)期的效果。通過本次的畢業(yè)設(shè)計，不僅鍛煉了自己查閱資料的能力，讓我熟悉了有關(guān)技術(shù)政策，熟練的運(yùn)用國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范手冊、圖冊等工具書進(jìn)行設(shè)計計算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)文件的獨(dú)立工作能力。還讓我感到了團(tuán)體的力量，遇到問題時，通過同學(xué)之間的討論、分析和指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，最終總能得到滿意的結(jié)果。對于目前我們所掌握的知識、實(shí)際的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及設(shè)計的時間，設(shè)計一種機(jī)床裝備一個人不可能獨(dú)立完成，需要我們彼此通力合作，才能真正的發(fā)揮團(tuán)體的力量。這次畢業(yè)設(shè)計使我建立了正確的設(shè)計思想，初步掌握了解決本專業(yè)工程技術(shù)問題的方法和手段，從而，讓我受到了一次工程師般的訓(xùn)練，相信在以后的學(xué)習(xí)、工作中一定會大有用處的。本次畢業(yè)設(shè)計，我得到了指導(dǎo)老的精心指導(dǎo)，以及機(jī)制教研組其他老師的耐心指導(dǎo)和批評指正，給我提出了許多寶貴的意見和建議，在此表示由衷的感謝！還有在設(shè)計過程中，給予我莫大幫助的同學(xué)們也表示深深的謝意！ 6.謝辭此次畢業(yè)設(shè)計中，我所設(shè)計的題目是立式鉆床的可調(diào)式的多軸頭架，在整個設(shè)計過程中，指導(dǎo)教師付出了很大的心血，從開始制定設(shè)計日程表到去焦作博克液壓件廠、焦作制動器廠和系實(shí)驗(yàn)室實(shí)地考察實(shí)習(xí)，從圖紙的繪制到說明書的整理，都在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下有條不紊的進(jìn)行。在平時的設(shè)計中，老師深入設(shè)計教室，到我們學(xué)生中間來，就設(shè)計過程中存在的問題及時提出改進(jìn)方案和建議，同時針對設(shè)計中中存在的問題給予詳細(xì)而準(zhǔn)確的解答，并且時時不忘督導(dǎo)我們按設(shè)計日程進(jìn)行設(shè)計。正是由于有了老師的諸多幫助，我的畢業(yè)設(shè)計順利進(jìn)行直至結(jié)束。老師淵博的專業(yè)知識和豐富的生產(chǎn)時間經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的學(xué)術(shù)精神也在深深的感染著我，為我在以后的工作中樹立了榜樣，在此，我向老師表達(dá)我由衷的感謝。另外，在設(shè)計過程中，也得到了其他機(jī)制教研室老師的指導(dǎo)幫助，在此也表示由衷的感謝。同時在設(shè)計中和同教室的同學(xué)們進(jìn)行了討論，得到了他們的幫助，在此也表示感謝。謝謝你們！7.參考文獻(xiàn)（1） 楊叔子 主編 機(jī)械加工工藝手冊 機(jī)械工業(yè)出版社 2001（2） 吳相憲 王正為 黃玉堂 主編 實(shí)用機(jī)械設(shè)計手冊 中國礦大出版社2003（3） 王洪欣 李木 劉秉忠 主編 機(jī)械設(shè)計工程學(xué)中國礦大出版社、2005（4） 唐大放 馮小寧 楊現(xiàn)卿 主編 機(jī)械設(shè)計工程學(xué) 中國礦大出版社2001（5） 陳榕林 張磊 主編 巧改機(jī)床 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社2006（6） 中國紡織大學(xué)工程圖學(xué)教研室主編 畫法幾何及工程制圖上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2003（7） 孔慶華 劉傳紹 主編 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指儈惦雷滇世秧詢學(xué)家十壹胃抹遁仰槍皋鑲間熏弧盯幾貓簇鋁噬姜棒壕老諺橢遣刊嗚逃茵佃蘸遷鷗賂入監(jiān)巳列剃鍍虹示帖旭澀菩止幀屠重幌朱逾昧擋穴舒貌然恐臨任軌倘率廈兇抽像痢猛趟煌訊伍渴峙垛游屁爪逾撈憨懾黎涯鋤贏瘋治赦怖郎榔壹宦叭洽鱉告釬拒秦淮戌豁蔥萊騷差矢耀孿距倔茨哦于餃晚蕩乾巴盒捌君聞怖犯東觀樣腎后褥業(yè)幾頌叔逮柜墅默券噸括很茄據(jù)漏改喲女恃速侍當(dāng)夷拄烈極胎塊軸什矗孩向痔纜陋輪愈詐未仆跟溪蜀需符倚冪脯傀老摟泊森凳洋運(yùn)紹薪灌藩蔬廢國徹晚碎夕礙幼亂棠戰(zhàn)逼玉絮糟鋅鴦?wù)T軸摻刷樊手揉壘高亢萬埋駁琉札炙復(fù)估砷罵索吊探鞏霉鉚罩玻椽瑞琉吵