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1、 ( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯 修改！ ) 桂林航天工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(dòng)化 學(xué)生班級(jí) 2011038201 姓 名 馬 禮 學(xué) 指導(dǎo)老師 謝云峰 職 稱 副教授 設(shè)計(jì)題目 立式鉆床用軸均布多軸頭設(shè)計(jì) 目 錄 目 錄 ...........

2、.................................................................................................. - 2 - 摘 要 ............................................................................................................. - 3 - 1. 概述 ..............................................................

3、............................................... - 4 - 1.1 問(wèn)題的提出 ...................................................................................... - 4 - 1.2 同行業(yè)概況 ....................................................................................... - 4 - 1.3 課題的意義 .............

4、.......................................................................... - 5 - 2. 總體方案設(shè)計(jì) .............................................................................................. - 5 - 2.1 對(duì)工件進(jìn)行工藝分析 ....................................................................... - 6 -

5、2.1.1 檢查圖紙的完整性和正確性 .............................................. - 6 - 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 .............................................. - 7 - 2.1.4 工件的生產(chǎn)批量 ................................

6、.................................. - 7 - 2.2 確定工件的加工方法 ...................................................................... - 7 - 2.3 對(duì)被改裝鉆床的分析 ...................................................................... - 8 - 2.4 總體布局 .................................................

7、......................................... - 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) .................................................................... -10- 3.1 齒輪可調(diào)式三軸頭架的傳動(dòng)原理及調(diào)整方法.......................

8、..... -10- 3.2 方案的工藝設(shè)計(jì)參數(shù) ..................................................................... -12- 3.2.1 Z535 鉆床動(dòng)力所允許的工況條件 ................................. -12- 3.3 三軸頭架的傳動(dòng)設(shè)計(jì) ..................................................................... -19- 3.3.1 齒輪

9、的設(shè)計(jì)演算（參考《機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué) I 》） ............ - 19 - 3.3.2 軸的設(shè)計(jì)與校核 ................................................................. -25- 3.3.3 軸承的校核計(jì)算 ................................................................ -38- 3.3.4 鍵的校核計(jì)算 ...........................................................

10、......... -40- 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)Ⅱ〉 〉） - 41 - 3.3.6 夾頭夾緊力的計(jì)算校核 .................................................... -43- 4. 潤(rùn)滑與密封 ................................................................................................ -46- 5. 結(jié)束語(yǔ) .............................

11、.......................................................................... -46- 6. 謝辭 ........................................................................................................... -48- 7. 參考文獻(xiàn) ......................................................................................

12、............. -48- 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 廣闊的加工范圍。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

13、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)向沒變，但由于齒輪分 支傳動(dòng)，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(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)用范圍廣等特點(diǎn)，值得推廣。 1. 概述

14、 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)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(duì)比較復(fù)雜，當(dāng)然這

15、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(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(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

16、時(shí)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(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 1000rmin 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

17、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，包括下列內(nèi)容： 2.1 對(duì)工件進(jìn)行工藝分析 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(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 分析工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 工件的結(jié)構(gòu)決定了

18、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。 分析工件的材料及加工性能 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)確定多軸頭架的設(shè)計(jì)參數(shù)。 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

19、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)考慮以下主要問(wèn)題： （1）

20、 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(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(duì)多

21、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(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(dòng)力參數(shù)將在以下內(nèi)容進(jìn)行詳盡的分析計(jì) 算。 2.4 總體布局

22、 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 d 35 最大鉆孔深度 h 175 從主軸端面到工作臺(tái)端面 H 0~750 從主軸中心到導(dǎo)軌距離 A 175 從工作臺(tái) T 型槽中心到凸肩距 160 離 B 凸

23、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?？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

24、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(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)原理及調(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)（參見圖

25、 1）， 首先松開六角螺母，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)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

26、 3.2 方案的工藝設(shè)計(jì)參數(shù) 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 12mm ，此時(shí)在各種工況條件下 的 V 、F、 P?？紤]到齒輪

27、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 P 6 4.5 / 3 0.986 =1.33kw 3 (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（ b 650 ），當(dāng) d=10mm 時(shí)， Mpa 最大進(jìn)給速度為 f=0.25mmr，對(duì)應(yīng)的 切削速度 V=15mmin 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、 28-15 高速鋼鉆頭鉆削灰鑄鐵 （ 190HBS）， 當(dāng) d=10mm 時(shí)，最大的進(jìn)給速度為 f=0.60mmr ，對(duì)應(yīng)的 切削速度 V=12mmin 軸向力 F=3765N 轉(zhuǎn)矩 T=13.93Nm 功率  P=0.52KW<  P =1.33KW 由于  Z535  鉆床沒有  0.6mmr  的進(jìn)給速度，采用與之相近的 f=0.57mmr，再用公式重新對(duì)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(shí)切削速

29、度的 計(jì)算公式 cv d0zv Tma xpv f yv K v （注： T 為刀具的壽命） 表 28-4 鉆孔時(shí)軸向力、轉(zhuǎn)矩、功率的計(jì)算公式 f 0.25 0.2 T CT d0zT f yT K T Tv P 30d0 式中的 K v、 K F、 K T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、K F 1、KT 1計(jì)算。 （ 1） 鉆削結(jié)構(gòu)碳鋼 （ b 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.

30、 2 5 0. 2 Cv 6. 1 Zv 0. 4 X v 0 yv 0.5 m 0.2 CF 600 Z F 1. 0 yF 0. 7 CT 0.305 ZT 2. 0 yT 0. 8 有 v 6.1 100.4 1 16.1m / min 250.2 0.250.5 F 600 101 0.250.7 1 2273.6 N T 0.305 102 0.250.8 1 10.1N .m P Tv 10.1 16.1 0.54 kw P 1.33kw

31、30d0 30 10 滿足功率要求。 （ 2） 鉆削灰鑄鐵（190HBS）時(shí)的切削速度 V 、軸向力 F、轉(zhuǎn)矩 T、功率 P 查表得 f 0. 57 0.3 Cv 9. 4 Zv 0. 25 X v 0 yv 0.4 m 0.125 CF 420 Z F 1. 0 yF 0. 8 CT 0.206 ZT 2.0 yT 0. 8 有 v 9.4 100.25 1 13.4m / min 35

32、0.2 0.250.5 F 420 101 0.570.8 1 2678.9N T 0.206 102 0.57 0.8 1 13.1N .m P Tv 13.1 13.4 0.59kw P 1.33kw 30d0 30 10 滿足功率要求。 綜上所述，高速鋼鉆頭加工碳素鋼（ b 650 Mpa ） 時(shí)， fmax 0.25mm/ r 高 速 鋼

33、鉆 頭 加 工 灰 鑄 鐵 （ 190HBS ） 時(shí) ， fmax 0.56mm/ r （ 3） 用硬質(zhì)合金鉆頭（ YG8）鉆孔時(shí) 一 般，用硬質(zhì)合金鉆頭用于加工灰鑄鐵，這里按 HBS=190HBS 計(jì)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） d 10mmf 0.25 0.4mm / r ,這里按 f=0.25mmr 計(jì)算 查表得 Cv 22. 2 Zv 0. 4 5 X v 0 yv 0.4 m 0.2 CF 410

34、Z F 1. 2 yF 0. 75 CT 0.117 ZT 2. 2 yT 0. 8 有 v 22.2 10 0.45 1 47.4 m / min 350.2 0.250.3 F 410 101.2 0.250.75 1 2274.5N T 0.117 102.2 0.250.8 1 6.1N .m P Tv 6.1 47.4 30d0 0.96kw P 1.33kw 30 10 滿足功率要求。 則用硬質(zhì)合金鉆頭 YG8 鉆削時(shí)

35、， fmax 0.25mm/ r 確定用于鉆削計(jì)算的極限值 由于以上所計(jì)算的進(jìn)給量是在機(jī)床功率允許的最大值，此時(shí)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(dòng)，可以 充分發(fā)揮 Z535 的各級(jí)轉(zhuǎn)速對(duì)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（ v=16.1mmin  b 650Mpa ）時(shí) n=v D=16.1 0.010=512.7rmin (2) 高速鋼鉆頭加工灰鑄鐵（ 190HBS）時(shí) v=13.4mmin n=v D=13.4 0.010

36、=426.8rmin (3) 用硬質(zhì)合金鉆頭 YG8加工灰鑄鐵（ 190HBS）時(shí) v=47.4mmin n=v D=47.4 0.010=1509.6rmin 對(duì)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 rmin ，根據(jù)有關(guān)手冊(cè)查得 Z535 鉆床的各級(jí)轉(zhuǎn)速為： 68、100、140、 190、 275、400、530、 750、 1100rmin 為了減小軸頭架的尺寸， 防止頭架過(guò)重，應(yīng)盡量縮小頭架的傳動(dòng)比，取主軸最低轉(zhuǎn)速為 140rmin 進(jìn)行升速，此時(shí)鉆削軸轉(zhuǎn)速為 426.8r

37、min 則總的傳動(dòng)比為： n鉆 426.8 i 3.049 n主 140 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(dòng)方向一致（都為右旋） ，采用兩級(jí)齒輪傳動(dòng)。如果把傳動(dòng)比分配的合理，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、對(duì)機(jī)床的作用力就小，潤(rùn)滑條件也好。若分配不合理，可能會(huì)造成種種不便，因此分配傳動(dòng)比時(shí)要考慮以下原則： （1） 各級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)在每一級(jí)傳動(dòng)的范圍內(nèi)， 各類傳動(dòng)比允許 的推薦值可參見《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 （以下簡(jiǎn)稱《實(shí) 用手冊(cè)》）表 1-3 ： （2） 各級(jí)傳動(dòng)尺寸要協(xié)調(diào)合理。 取i2 1.4i1

38、 總傳動(dòng)比i i1 i2 i 2 1.4i12 i1 3.049 1.5 1.4 i2 3.049 2.0 1.5 為保證頭架總體尺寸不至于過(guò)大，取小齒輪的齒數(shù)取 Z3=20， 根據(jù)有關(guān)資料的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取模數(shù) m=2 則個(gè)齒輪的尺寸為： 小齒輪 Z3=20 d3 Z3 m 20 2 40 mm Z2 20 1.5 30 介輪 d 30 2 60 mm 2 Z1 3 0 2 6 0 中心輪 d2 6 0 2

39、 1 2m0m 齒輪齒數(shù)確定后，算得傳動(dòng)比誤差，總齒數(shù)比為： u Z1 Z 2 60 30 Z2 Z3 3 30 20 傳動(dòng)比誤差為： u u u 3.049 3 u u 1.6% 3.049 誤差在 5% 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(shí) dmin 2 ( d1 d2 d3 ) 2 (120 60 40 ) 20mm

40、 2 2 2 2 2 2 dmax 2 ( d3 d2 d1 ) 2 (40 60 120) 280mm 2 2 2 2 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(shí) Lmax 0 242.5mm dmax cos30 Lmin d1 d2 0d2 d3 120 60 060 40 2 2 cos30 2 2 2

41、 cos30 39.6mm 2 2 2 2 2 但是，作用軸頭架使用時(shí)算的 Lm i n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) 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 8— 17 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（

42、8— 66） F 2KT1 YF YS Y F bd1m a a 確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，小齒輪的轉(zhuǎn)速算得為 426.8rmin 以 上，最高達(dá) 1000rmin 左右，小齒輪的圓周速度 v1 nd 426.8 0.04 53.6m / min v2 nd 1100 0.04 138.2m / min 參考表 8—14， 8— 15 選取 齒寬系數(shù) b 0.4 查表 8—23 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

43、鑄鐵時(shí) )，根據(jù)介輪受力分析 T2 T3 d2 13.1 60 19.65Nm d3 40 載荷系數(shù) K 由式（ 8—54）得 K KAKVK K 使用系數(shù) K A 1.25 查表 8-20 動(dòng)載荷系數(shù) KV 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 1.15 查表 8-55 及 =0 得 查表 8-21 并查值 則動(dòng)載荷系數(shù) K=1.25 1.07 1.11 1.15=1.71 齒型動(dòng)載荷系

44、數(shù) YF 查圖 8-67 得 a 中心輪 YF 2.28 a 1 介輪 YFa2 2.52 應(yīng)力修正系數(shù) YS 查圖 8-68 a1 中心輪 YS 1.73 a 1 介輪 YSa2 1.625 重合度系數(shù) Y 由式 8-67 Y =0.25+0.75 =0.25+0.751.72=0.69

45、 許用彎曲應(yīng)力 F 由式 8-71 F = F lim = F2 F lim2 YN2 Yx2 / SF SF 彎曲疲勞極限 F lim 查圖 8-72 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式 8-70 得 N1 60njLh 60 140 1 (8 200 8) 3.2 108 ） N2 = 60 140 2 (8 200 8) 2.2 108 彎曲壽命系數(shù) YN 1 查圖 8-73 尺寸系數(shù) Yx 1 查圖 8-74 安全系數(shù)SF

46、 1.3 查圖 8-27 則 F1 Y Y / S F 0 1 11.3=300Nmm Fl i m 1 N11x =39 F F lim2 YN 2 Yx / SF =460 111.3=354Nmm 2 2 又因?yàn)橹行妮嘄X寬 b d d3 0.4 60 16mm b2 b 16mm 介輪齒寬較大，在計(jì)算時(shí)按 b3 b2 (5 10) 20mm（已經(jīng)取得比實(shí)際值大，若校核安 全，則肯定安全） 故 2 1.71 1 9 6 5 0 F 6 0 2

47、2.28 1.73 0.69 76.2 2 0 2 1.71 1 9 6 5 0 F 2 6 6 0 2 2.28 1.73 0.69 58.6 （3） 對(duì)小齒輪進(jìn)行齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 由式 8-63 得 2KT1 u 1 H ZEZHZ u bd12 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 d 0. 4 6 0 1m6m 3 介輪齒寬暫取 b2 b 16mm，實(shí)際不止這

48、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 T3 1 3. 1N m （注：為極大值） 載荷系數(shù) K 由式（ 8— 54）得 K KAKVK K 使用系數(shù) K A 1.25 查表 8-20 動(dòng)載荷系數(shù) KV 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 及 =0 得 v 1.88 3.2 ( 1 1 ) cos1.88 3.2 (1

49、1 ) 1.62 Z2 Z3 30 20 查表 8-21 并查值 則載荷系數(shù) K 1.25 1.07 1.11 1.10 1.63 彈性系數(shù)H lim2 ZE 189. 8 查表 8-22 節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) Z H 2. 5 查表 8-64 重合度系數(shù) Z 0. 9 查表 （ 0 ） 8-65 許用接觸應(yīng)力 H 式 8-69 得 H 2 H lim3 Z N ZW / ZH 接觸疲勞極 限 應(yīng) 力

50、 H lim2 570N / mm 、 H lim3 1480N / mm 查圖 8-69 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式 8-70 得 N2 2.2 108 （已算得） N1 60njL h 60 426.8 1 (8 200 8) 3.28 108 則查圖 8-70 得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù) ZN2 、Z N3 （不允許有 點(diǎn)蝕） 硬化系數(shù) ZW 查圖 8-71 及說(shuō)明 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) SH 查表 8-27，按一般可靠度查 得 SH min 1.0 1.1 取

51、 H 3 H 3  =5701 11.1=518Nmm =1480111.1=1345Nmm 齒數(shù)比 Z2 30 故 u 1.5 Z3 20 H 2 H 3  2 1.63 13100 (1.5 1) 189.8 2.5 0.9 24 402 1.5 581.4N / mm 2 1.63 13100 (1.5 1) 189.8 2.5 0.9 20

52、 402 1.5 649.6N / mm 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 T3 13.1N / m 2）作用在齒輪的力 圓周力 Ft 2 T3 2 1 3. 1 6 5N5 d3 0. 0 4 徑向力 Fr Ft 0 2 3N8. 4 t a n 2 0 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=1

53、15，可得 高速鋼鉆頭鉆削碳素鋼時(shí) 0.54 dmin1 1153 11.7mm 高速鋼鉆頭鉆削灰鑄鐵時(shí) dmin 2115 3 0.59 13.5mm 426.8 硬質(zhì)合金鉆頭鉆削灰鑄鐵時(shí) 0.96 dmin3 115 3 9.9mm 當(dāng)軸上開有鍵槽時(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 3～5%，故 dmin dmin2 (1 5%) 14.5 (1 5%) 14.175mm 4 ）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) A 擬定軸上零件的裝配方案（見

54、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 dD T=25 47 15. 取齒輪墊圈的厚度為 2mm,銅套的長(zhǎng)度取為 45mm,L3 2 45 15 62

55、mm 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。 夾頭 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 h l 6 6 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 H 7 / r 6 。 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 j 6 。 6 ）確定軸上零件

56、圓角和倒角尺寸 各軸肩處的圓角半徑見圖 3，軸端倒角取 1 450 。 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， A 截面的當(dāng)量彎矩最大， 是軸的 危險(xiǎn)截面。 A 截面處的 、 、 M 及 60N / mm2 的數(shù)值如 下 彎矩 MH和 MV 水平面 M H 26200N mm 垂直面

57、M V 9536N mm 合成彎矩 M M (M H 2 M V 2 (26200 2 9536 2 ) 27881.5 N .mm 扭矩 T T 13100 N .mm 當(dāng)量彎矩 (M 2 ( T)2 (8364.4 2 2 M ca (0.6 13100 ) 11477.9N .mm 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  2 B 6 5 0N m. m， 則 0. 0 9 0. B1，即 5

58、8～ 65Nmm, 取 60N / mm2 ，軸的計(jì)算應(yīng) 力為 ca M ca 27811.5 47.8 60N / mm2 W 1 183 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，該軸滿足強(qiáng)度要求。

59、 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 T1 d2 60 T2F22 655 2 196500 N .mm 2） 求作用在齒輪上的力 圓周力 Ft 1 Ft3 655N 徑向力 Fr1 Fr 3 238.4N 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 dmin1 115 3 P / 115 3 0.59 / 0.98 14.8mm

60、 n / i1 426.8 /1.5 4） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(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

61、,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(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=22+220=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 , 取60N / mm2 ，軸的計(jì)算應(yīng)力為 ca M 27811.5 47.8 60N

62、 / mm2 W 1 183 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，該軸滿足強(qiáng)度要求。 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 T2 T2 F1 d1 655 120 2 39300 N .mm 2 2）求作用在齒輪上的力

63、 圓周力 Ft Ft 3 655N 徑向力Fr Ft tan655 tan200 238.4N 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 dmin1 115 3 3P/ 6 115 3 3 0.59/ 0.986 27.9mm n 140 當(dāng)軸上開有鍵槽時(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 3～5%，故 dmin dmin1 (1 5%) 27.9 (1

64、 5%) 29.3mm 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(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=103+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 55JBZQ4606-86 d d (1 5%) min min1  27.9 (1  5%)  29.3mm，  min  ， 15mm，

65、取 min 16mm，即 L=16mm,d外 70mm , 比軸承外圈略小， d內(nèi) 51mm，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(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 D T 35 72 17mm。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

66、 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 b h l 10 8 18 mm，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 H 7 / r 6 。 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 。 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 1 450 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，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 15.7 mm