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1、畢業(yè)設計（論文）任務書設計題目立式鉆床用軸均布多軸頭設計目錄-1 -摘要-2 -1. 概述-3 -1.1問題的提出-3 -1.2同行業(yè)概況-3 -1.3課題的意義-4 -2. 總體方案設計-5 -2.1對工件進行工藝分析-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-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)式三軸頭架的設計-9 -3.1齒輪可調(diào)式三軸頭架的傳動原理與調(diào)整方法-9 -3.2方案的工藝

2、設計參數(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計-18 -3.3.1齒輪的設計演算（參考機械設計工程學I）-18 -3.3. 2軸的設計與校核-23 -3.3.3軸承的校核計算-36 -3.3.4鍵的校核計算-38 -3.3.5螺栓的設計校核計算（參考機械設計工程學11） -39-3.3.6夾頭夾緊力的計算校核-41 -4. 潤滑與密封-44 -5. 結(jié)束語-44 -6. 辭-46 -7. 參考文獻-46 -立式鉆床用軸均布多軸頭設計摘要本文是立式鉆床用軸均布多軸頭設計，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。多軸頭架的設計參數(shù)來源于一般的加工工藝條件，以適應更 廣闊的加工圍。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)確定后便可以進行多軸頭架的總體設計。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)原理可進行其他任意孔系加工裝置的設計，還可以用 于攻絲、擴、锪孔等加工裝置。此外該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、操作 方便、應用圍廣等特點，值得推廣。1. 概述1.1問題的提出本次畢業(yè)設計任務的提出，是為適應目前我國大部分制造廠的 實際生產(chǎn)狀況。當前制造業(yè)設備更新特別快，大部分企業(yè)遇到同 一端面的多孔鉆削的零件時，為此購置專用設備又往往不經(jīng)濟的 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)有設備的矛盾，又有效的利用了閑置 機床，極大的提高了設備利用率，給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。1.2同行業(yè)概況在國的相關企業(yè)中已經(jīng)有一部

5、分企業(yè)開始原有設備的改造以適應新的加工生產(chǎn)。其中有一些結(jié)構(gòu)相對比較復雜，當然這與白 加工零件的相關工藝參數(shù)有關。在法蘭盤周向均布孔的加工上應 用已經(jīng)相當廣泛。比如在的一個汽車制造車間上，運用了改造后 的鉆床進行加工，取得了良好的經(jīng)濟效果。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，還需設計額外的夾具以減輕頭架的重量對鉆床 的作用力影響與保證頭架進給的精度。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，我設計了重量較輕，鉆削軸均布的三軸頭架?？梢詫崿F(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)省時間、 改善工人的勞動強度、提高勞動效率，而且對于機械行業(yè)也是一 種革新。齒輪可調(diào)式三軸頭架，因為它是一種可換的，而且是可以調(diào)節(jié) 孔距的設備，所以適應生產(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. 總體方案設計總體方案是部件和零件的設計依據(jù)，對整個機床的設計影響較 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，經(jīng)濟效果好。確定總體方案，包括下列容：2.1對工件進行工藝分析2.1.1檢查圖紙的

7、完整性和正確性工件的圖紙應能清晰的表達工件的形狀結(jié)構(gòu)，標注全部尺寸 與技術(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，砂輪機端蓋，如圖：圖1砂輪機端蓋2.1.2分析工件的結(jié)構(gòu)特點工件的結(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，以大 端面為基準裝夾，根據(jù)批量的要求需另外設計專用夾具，以適應 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加工方法有很大的影響。如材料的軟硬對刀具進 給量、走刀量都有較大的影響。砂輪機端蓋的毛坯為鑄件，材料 是球墨鑄鐵，可根據(jù)相關手冊計算加工時的加工參數(shù)，以此來確

8、定多軸頭架的設計參數(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，改裝后的機床的生產(chǎn)效率則要求高，若工 件的批量小，則對機床的效率要求不高。工件批量大時要求要考 慮機床的專用性，工件批量小時要求要考慮機床的通用性。砂輪 機端蓋的生產(chǎn)為中批量生產(chǎn)，設計周期短、經(jīng)濟的三軸頭架十分 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，他不僅關系 到改裝形式，還直接影響改裝后機床加工質(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，應考慮以下主要

9、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容有：（1）分析機床能否適應 改裝要求；（2）調(diào)查和了解機床的使用情況；（3）考慮機床的動 力情況；（4）分析改裝后機床的強度和剛度問題。Z535型立式鉆床是一種傳統(tǒng)的立式鉆床，在機械制造和維修 中的單件、小批量生產(chǎn)中，對中小型零件進行鉆孔、擴孔、鉸孔、 锪孔與攻螺紋等加工工藝上得到了普遍的應用。但由于其為單孔 鉆床，對多孔鉆削的加工比較麻煩，很費工時，給操作者增加了 勞動強度。為此，為了挖掘設備潛力，將其改裝成多頭鉆床，根

10、據(jù)在實際加工中的要求，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)任務后，三軸頭架可以從鉆床上拆下來，立式鉆床 恢復原貌，不會影響鉆床原來的參數(shù)。當參數(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 應被加工工件上孔距在一圍的變化，從而擴大了三軸頭架的使用 圍。有關Z535鉆床的動力參數(shù)將在以下容進行詳盡的分析計算。2.4總體布局一般包括：分配運動、選擇傳動形式和支承形式的位置、擬 定從布局上改善機床性能和技術(shù)經(jīng)濟指標的措施等。最后，繪制 多軸頭架與機床的總聯(lián)系尺寸圖，以表達所才用的總體布局，規(guī) 定

11、聯(lián)系尺寸，并確定主要的技術(shù)參數(shù)。查相關的機床手冊，得到Z535的相關聯(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

12、須留有一定的高度用于進刀用，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 長度和一般被加工工件的尺寸，鉆頭架的垂直尺寸應在400mm左 右。3. 齒輪可調(diào)式三軸頭架的設計3.1齒輪可調(diào)式三軸頭架的傳動原理與調(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)

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)加工工件的需要進行設計的，與之相配套的 立鉆動力是否夠用，設計前必須驗證。常用的驗證方法有兩種： 一是類比法，即加工同類零件機床動力進行比較，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 功率與配套機床的動力進行比較，以此決定配套機床的動力是否 夠用。應用公式計算切削速度、切削力和切削功率，根據(jù)設計兒 女物說明書的要求，最大孔徑為412mm，此時在各種工況條件

14、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）p = x = 4.5/3 x 0.986=1.33kw3（1）用高速鉆頭鉆孔時查機械加工工藝師手冊（以下簡稱工藝師）表28-14 高速鋼鉆頭鉆削結(jié)構(gòu)鋼（qb = 650Mpa），當d=10mm時， 最大進給速度為 仁0.25mm/r，對應的切削速度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 d=10mm 時，切削速度最大的進給速度為f=0.60mm/r，對應的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)，在這里的計算采用的材料為其實驗用的，故都按Kv = 1、七=1、% = 1計算。（1）鉆削結(jié)構(gòu)碳鋼（氣=650Mpa ）時的切削速度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，作用軸頭架使用時算的Lmin是達不到的，因為鉆削主軸 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計3.3.1齒輪的設計演算（參考機械設計工程學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）對中心輪進行齒根彎曲強度校核計算由式（866）b = 2 Y Y Y c F bdm Fa sa

19、& f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并查值則動載荷系數(shù) K=1.25X1.07X1.11 X1.15=1.71齒型動載荷系數(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又因為中心輪齒寬b =p d = 0.4x60 = 16mmb =

22、 b = 16mm介輪齒寬較大，在計算時按氣=b2 + (510) = 20mm (已經(jīng)取得比實際值大，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對小齒輪進行齒面接觸疲勞強度校核計算由式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）許用接觸應力qh式8-69得接觸疲勞極限應力b h2 = 570N / mm 、b h . 3 = 1480N / mm 查圖 8-69應力循環(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得接觸強度的壽命系數(shù)ZN 2、Zn （不允許有點蝕）硬化系數(shù) Zw查圖8-71與說明接觸強度安全系數(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軸的設計與校核（1）小軸的設計校核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旦=11.7mm512.7高速鋼鉆頭鉆削灰鑄鐵時d= 115 x 3-059 = 13.5mmmin23 426.8硬質(zhì)合金鉆頭鉆削灰鑄鐵時d= 115x 219L = 9.9mmmin331509.6當軸上開有鍵槽時會削弱軸的強度，要適當增大軸的直徑。軸段上有一個鍵槽時，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 關標準，此處不再詳細分

28、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b x h x l = 6 x 6 x 16,為了保證齒輪與軸有良好的對中性，取齒輪與軸的配合為H7/r6 。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圖3，軸端倒角取1x450。7）軸的強度校核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 點位置時，因其只承受軸向力，對軸的強度無影響，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，入截面的當量彎矩最大，

29、是軸的 危險截面。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，軸的計算應力為a =虬

30、=278115 = 47.8 va= 60 N / mm 2 ca W 1X183根據(jù)計算結(jié)果可知，該軸滿足強度要求。HI小軸的受力分析簡圖（3）介輪軸的設計校核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)設計擬定軸上零件的裝配繁方案（見圖5）A按軸向定位

31、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，功能相當于滑動軸承，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圖3，軸端倒角取1x450。5）軸的強度校核A求軸的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出計算簡圖，因為各力均是由 齒輪上傳遞過來的，所以對只論受力分析時， F1 = F 3 = 655N，F(xiàn)1 = F = 238.4N。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，軸的計算應力為27811.5qca=47.8 q = 60N/mm2 1x183根據(jù)計算結(jié)果可知，該軸滿足強度要求。川川 I T】11111111 Fl Firm三 aaL._i介輪軸的受力分析簡圖(4)中心軸的設計校核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當軸上開有鍵槽時會削弱軸的強度，要適當增大軸的直徑。軸上有一個鍵槽時，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=10

35、3+7=120mm,大端直徑為31.926mm。軸段2對軸承進行密封防塵，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中性， 取齒輪與軸的配合為H7/r6。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k6 oD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1x4505) 軸的強度校核A求軸的載荷首先根據(jù)軸的

37、結(jié)構(gòu)圖作出計算簡圖，在確定軸承支點位置時，從 手冊中查取a值(軸承的支反力作用點與軸承的距離)。對于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FBtF (51.4 +15.3)=1161N51.4以B

38、為支點F = 15.3 x Ft = 266.3NAt 51.4垂直面以A為支點F = F (5偵 + E =422.6NBr51.4以B為支點F =戚3 * F = 96.6NAr 51.4根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖、扭矩圖和當量彎矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖和彎矩圖可以看出，右軸承右側(cè)的當量彎矩較大，雖然B處彎矩最大，但在軸承孔，應力集中不明顯，故校核C處。B計算危險截面應力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。三根軸的工作圖見零件圖。TIM中心軸的受力簡圖3.3.3軸承的校核計算(1)中心軸上36207

39、型角接觸球軸承的校核1) 計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）軸承當量動載荷（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）軸承的動載荷要求P P，接受力要求軸承應當具有的當量動載荷，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，F(xiàn) _ 2274.5N （硬質(zhì)合金YG8鉆削灰鑄鐵時）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，改為采用雙鍵，成180 0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，b = 984 = 65.6 )在多軸頭架中，只有介輪周上的螺紋比較重要，需 要進行校核。(1) 螺栓材料與其性能等級螺栓材料45鋼性能等級

43、查表27選6.8級b = 600M / mm2, b = 600M / mm2(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、小軸與鉆頭)的重力， 經(jīng)過估算，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相對剛度系數(shù) 查表2-6匕/(c +匕)=0.3螺栓預緊力由式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 查有關手冊并根據(jù)軸的直徑 取d=20mm，其 d1=17.294mm(4) 螺栓疲勞強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應力幅安全系數(shù) 查表2-11 S =1.6應力集中系數(shù)

45、查表2-10 K. = 3.9螺栓許用應力幅由式2-36=26 N / mm2b =氣-0.8x204 a k S、 3.9X1.6螺栓應力幅由式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相對剛度系數(shù)查表

46、2-6 匕 =0.3c +cb螺母所需預緊力由式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螺栓大徑查相關手冊并根據(jù)軸的直徑d=48mm，其 d j42.588mm(4) 螺栓疲勞強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應力幅安全系數(shù) 查表2-10 kb = 3.9螺栓許用應力幅由式2-360.567 x 2043.9 x 1.6=18.5 N / mm 2螺栓應力幅由式2-30 滿足疲勞強度要求。4. 潤滑與密封作為一個齒輪傳動機構(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，應對齒輪進行適當?shù)臐櫥?潤滑方式應該根據(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V = 1100x兀x50x 10-3 = 2.88m/min ,查機械設 60計工程

48、學I表4-2應采用油浴潤滑，但由于頭架加工時位置擺 放的特殊性一豎直安裝，采用油浴潤滑很難實現(xiàn)，而壓力噴油潤 滑又因為支架的尺寸太小也不好布置，所以采用人工定期潤滑， 這是本次設計改進的地方之一。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 在工作時相當于平放，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)設計現(xiàn)已經(jīng)接近尾聲，共歷時近兩個多月。回顧整 個設計過程，深覺的受益匪淺，通過這次畢業(yè)設計，不僅提高了 我對三年來所學的各種知識的綜合運用能力，還使我學到了書本 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識與 方法，讓我學會了用不同的立場去思考問題。在本次設計中，我做的主要是立式鉆床可調(diào)式多軸頭架的設 計，對于鉆床來說，它是一中常用的機床設備，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 工人的勞動強度、提高勞動效率，而且對于機械行業(yè)也是一種革 新，而我這次的課題就是要設計這樣的一種裝備，經(jīng)過查閱資料 與指導老師的細心幫助，這次設計基本達到了預期的目的，我設 計成了一種可調(diào)式的三軸頭架，可以實現(xiàn)同時三孔位的加工，而 且如果孔之間的距離有變化，可以隨時進行孔距的調(diào)節(jié)，基本達 到了預期的效果。通過本次的