立式鉆床用軸均布多軸頭設計,立式,鉆床,用軸均布多軸頭,設計
河南理工大學本科畢業(yè)設計（論文）
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，以適應多種小批量生產(chǎn)條件下法蘭盤類零件的螺孔加工。固定試式多軸頭是根據(jù)一個典型法蘭盤類零件而設計的，用于零件中大批量生產(chǎn)要求。
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。
為了保證加工生產(chǎn)條件的安全，加上多軸頭工作時裝隔離裝置比較困難，所以必須嚴格校核軸頭架的強度，以免發(fā)生事故或達不到加工要求。
可以看出，改裝后的多軸鉆床，可以同時完成多個孔的鉆、擴、鉸等工序。工藝范圍可以滿足一般加工情況的孔類鉆削要求。可調(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、應用范圍廣等特點，值得推廣。
關鍵詞：立式 鉆床 多軸頭 可調(diào) 固定
Abstract
The design of multiple spindles heads for drilling machine whose drills spindles are adjustable or fixed are introduced
The adjustable spindles of the multiple spindles heads are located evenly in the circuit and can be adjusted synchronism on the diameter’s direction to meet the small scale production needs of the screw hole manufacture for flange plate parts.And the fixed multiple spindles heads is design for the big scale production needs of the screw hole manufacture for flange plate parts,it can’t be used to manufacture another farts, because it’s spindle distance is designed for the only part.
The design of multiple spindles heads include three parts : the total design, the transfer system design , and the constructive design
Because of the un-development in our manufacture industry ,most company’s plant lack of the machine to drill multiple holes at the same time , and it’s a waste of funding on the manufacturing facilities which will be laid after the parts are produced . so the economic multiple spindles heads enable the normal company to drill the multiple holes in a fast way .And same company gained the economic performance by the way of reequips the machine tools. It’s the fact that the reequipped drilling machine can satisfy the process precision requirement .so the design is feasible.
Based on the design of the multiple spindles heads , we can also design the others to the manufacture of the other flange plant parts.
Key words: drilling machine ;adjustable; multiple spindles heads;
目錄
前言………………………………………………………………………………1
1． 概述……………………………………………………………………..2
1.1 問題的提出……………………………………………………….2
1.2 同行業(yè)概況……………………………………………………….2
1.3 課題的意義……………………………………………………….2
2. 總體方案設計…………………………………………………………4
2.1 對工件進行工藝分析……………………………………………4
2.1.1 檢查圖紙的完整性和正確性…………………………...4
2.1.2 分析工件的結(jié)構(gòu)特點…………………………………...4
2.1.3 分析工件的材料及加工性能…………………………...5
2.1.4 工件的生產(chǎn)批量………………………………………...5
2.2 確定工件的加工方法……………………………………………5
2.3 對被改裝鉆床的分析……………………………………………5
2.4 總體布局…………………………………………………………6
2.5 其他問題分析……………………………………………………7
3. 齒輪可調(diào)式三軸頭架的設計…………………………………………8
3.1 齒輪可調(diào)式三軸頭架的傳動原理及調(diào)整方法…………………8
3.2 方案的工藝設計參數(shù)……………………………………………9
3.2.1 Z535鉆床動力所允許的工況條件…………………….9
3.2.2 確定用于鉆削計算的極限值………………………….13
3.3 三軸頭架的傳動設計…………………………………………..16
3.3.1 齒輪的設計驗算………………………………………16
3.3.2 軸的設計與校核………………………………………21
3.3.3 軸承的校核計算………………………………………35
3.3.4 鍵的設計校核…………………………………………37
3.3.5 螺栓的設計校核………………………………………38
3.3.6 夾頭夾緊力的計算校核………………………………40
4. 潤滑與密封…………………………………………………………43
5. 結(jié)束語………………………………………………………………44
6. 謝辭…………………………………………………………………46
7. 參考文獻…………………………………………………………….47
前言
我的畢業(yè)設計的題目是《立式鉆床可調(diào)式多軸頭架的設計》。在現(xiàn)階段，我國制造也的發(fā)展狀況，一方面零件精度、復雜度越來越高，另一方面我國的制造業(yè)中普遍存在社別老化的問題。雖然設備老化在現(xiàn)代工業(yè)中是不可避免的事情——現(xiàn)在設備的設計更新實在太快了。而且，隨著現(xiàn)代產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)趨勢，為了加工某個零件去購置一臺新機床是不合適的。怎樣利用現(xiàn)有設備高效快速地加工出新零件是一件很有實際應用價值的課題。
在現(xiàn)代設計中，箱體類、鈑金類的零件被廣泛應用，在上面進行設計一系列孔是很多時候必須的工作。進行多孔鉆削是現(xiàn)代加工中一個不可缺少的加工工序。但是在我國的大部分中小企業(yè)目前還不能很好的適應多孔鉆削的生產(chǎn)要求，為了某個批量不是很大的零件購置響應的排鉆甚至專用機床是取不了多大的經(jīng)濟效益的。針對各個企業(yè)里的鉆床進行改裝不失為一個經(jīng)濟易行同時能滿足大部分精度要求的好方法。
目前國內(nèi)已有一些廠家通過改造現(xiàn)有的鉆床設備使之具備加工多孔鉆削的能力。一般情況下，都是采用加裝多軸頭架的方法，并學用適當?shù)膴A具便于多軸頭架的裝夾。由于改造機床多為了某個特定的零件，各種多軸頭架各有各的特點。一改改裝機床的工藝對象普遍狹窄的缺點，我這里設計了一個可調(diào)式的多軸頭架，它的切削周向直徑可調(diào)節(jié)，大大的擴大了它的加工范圍。
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
在國內(nèi)的相關企業(yè)中已經(jīng)有一部分企業(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。比如在鄭州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及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。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)，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，使所定方案技術上先進，經(jīng)濟效果好。確定總體方案，包括下列內(nèi)容：
2.1對工件進行工藝分析
2.1.1 檢查圖紙的完整性和正確性
工件的圖紙應能清晰的表達工件的形狀結(jié)構(gòu)，標注全部尺寸及技術要求，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內(nèi)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、锪孔及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范圍內(nèi)的變化，從而擴大了三軸頭架的使用范圍。
有關Z535鉆床的動力參數(shù)將在以下內(nèi)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)定聯(lián)系尺寸，并確定主要的技術參數(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d
35
最大鉆孔深度h
175
從主軸端面到工作臺端面H
0~750
從主軸中心到導軌距離A
175
從工作臺T型槽中心到凸肩距離B
160
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)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，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d=10mm時，最大進給速度為f=0.25mm/r，對應的
切削速度 V=15m/min
軸向力 F=3010N
轉(zhuǎn)矩 T=10.03N·m
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d=10mm時，最大的進給速度為f=0.60mm/r，對應的
切削速度 V=12m/min
軸向力 F=3765N
轉(zhuǎn)矩 T=13.93N·m
功率 P=0.52KW<=1.33KW
由于Z535鉆床沒有0.6mm/r的進給速度，采用與之相近的f=0.57mm/r，再用公式重新對所選公式進行核算
相關公式查《工藝師》表28-2鉆、擴、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驗用的，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給量是在機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/min
n=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/min
n=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，應盡量縮小頭架的傳動比，取主軸最低轉(zhuǎn)速為140r/min進行升速，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《實用機械設計手冊》（以下簡稱《實用手冊》）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)有關資料的設計經(jīng)驗，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） 進行正式的三孔加工時
但由于支架的尺寸影響，不可能達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》）
（?。┻x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） 對中心輪進行齒根彎曲強度校核計算
由式（8—66）
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
參考表8—14，8—15選取
齒寬系數(shù) 查表8—23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（8—54）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=1.25×1.07×1.11×1.15=1.71
齒型動載荷系數(shù) 查圖8-67得
中心輪
介輪
應力修正系數(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
許用彎曲應力 由式8-71
==/
彎曲疲勞極限 查圖8-72
應力循環(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
=390×1×1/1.3=300N/mm
=460×1×1/1.3=354N/mm
又因為中心輪齒寬
介輪齒寬較大，在計算時按
（已經(jīng)取得比實際值大，若校核安全，則肯定安全）
故
（3） 對小齒輪進行齒面接觸疲勞強度校核計算 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（8—54）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)點影響系數(shù) 查表8-64
重合度系數(shù) 查表8-65（）
許用接觸應力 式8-69得
接觸疲勞極限應力、查圖8-69
應力循環(huán)次數(shù)由式8-70 得
（已算得）
則查圖8-70得接觸強度的壽命系數(shù)、（不允許有點蝕）
硬化系數(shù) 查圖8-71及說明
接觸強度安全系數(shù) 查表8-27，按一般可靠度查得
取
=570×1×1/1.1=518N/mm
=1480×1×1/1.1=1345N/mm
齒數(shù)比 故
3.3.2軸的設計與校核
（1）小軸的設計校核
1）小軸最大轉(zhuǎn)矩
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3～5%，故
4）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，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d×D×T=25×47×15.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，其具體尺寸有相關標準，此處不再詳細分析。
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，A截面的當量彎矩最大，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
當量彎矩
B）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 ，則，即58～65N/mm,取，軸的計算應力為
根據(jù)計算結(jié)果可知，該軸滿足強度要求。
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
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+2×20=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/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，，。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）校核軸的強度
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表4-1查得 ，則，即58～65N/mm,取，軸的計算應力為
根據(jù)計算結(jié)果可知，該軸滿足強度要求。
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
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3～5%，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，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,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
以B為支點
垂直面 以A為支點
以B為支點
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，但在軸承內(nèi)孔內(nèi)，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
扭矩
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
截面上的彎曲應力
截面上的彎曲應力
彎曲應力幅
彎曲平均應力
扭轉(zhuǎn)剪應力的應力幅與平均應力幅相等
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
，接受力要求軸承應當具有的當量動載荷，由表5-9、表5-10得，，按式5-6
=8912.5
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