畢業(yè)論文--加工軸承端蓋4-φ12孔——工藝裝備鉆床設計

1、<p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題的研究背景和意義</p><p>　　鉆床是具有廣泛用途的通用性機床，可對零件進行鉆孔、擴孔、鉸孔、锪平面和攻螺紋等加工。在鉆床上配有工藝裝備時，還可以進行鏜孔,在鉆床上配萬能工作臺還能進行鉆孔、擴孔、鉸孔。如圖1所示為鉆床的實物圖。</p><p>&l

2、t;b>　　圖1 鉆床實物圖</b></p><p>　　鉆床主要用鉆頭在工件上加工孔（如鉆孔、擴孔、鉸孔、攻絲、锪孔等）的機大型鉆床車間床。機械制造和各種修配工廠必不可少的設備。根據(jù)用途和結構主要分為以下幾類：</p><p>　　1、立式。工作臺和主軸箱可以在立柱上垂直移動，用于加工中小型工件。</p><p>　　2、臺式。簡稱臺鉆。一種小

3、型立式鉆床，最大鉆孔直徑為12～15毫米，安裝在鉗工臺上使用，多為手動進鉆，常用來加工小型工件的小孔等。</p><p>　　3、搖臂式。主軸箱能在搖臂上移動，搖臂能回轉(zhuǎn)和升降，工件固定不動，適用于加工大而重和多孔的工件，廣泛應用于機械制造中。</p><p>　　4、深孔鉆床。用深孔鉆鉆削深度比直徑大得多的孔（如槍管、炮筒和機床主軸等零件的深孔）的專門化機床，為便于除切屑及避免機床過于高

4、大，一般為臥式布局，常備有冷卻液立式鉆床輸送裝置（由刀具內(nèi)部輸入冷卻液至切削部位）及周期退刀排屑裝置等。如圖3所示。</p><p><b>　　圖3 深孔鉆床</b></p><p>　　5、中心孔鉆床。用于加工軸類零件兩端的中心孔。</p><p>　　6、銑鉆床。工作臺可縱橫向移動，鉆軸垂直布置，能進行銑削的鉆床。</p>

5、<p>　　7、臥式鉆床。主軸水平布置，主軸箱可垂直移動的鉆床。一般比立式鉆床加工效率高，可多面同時加工。</p><p>　　軸承端蓋用以固定軸承、調(diào)整軸承間隙并承受軸向力。軸承端蓋的結構有嵌入式和凸緣式兩種。每種又有悶蓋和透蓋之分。嵌入式軸承端蓋結構簡單、緊湊，無需固定螺釘，外徑小，重量輕，外伸軸尺寸短。但裝拆端蓋和調(diào)整軸承間隙困難，密封性能差，座孔上開槽，加工費時。嵌入式軸承端蓋多用于重量輕、結

6、構緊湊的場合，其結構和尺寸見表1。凸緣式軸承端蓋安裝、拆卸、調(diào)整軸承間隙都比較方便，密封性能也好，所以應用廣泛。但缺點是外廓尺寸大，又需一組螺釘來聯(lián)接。其結構和尺寸見表2 。 </p><p>　　表1 嵌入式軸承端蓋的結構尺寸</p><p>　　表2 凸緣式軸承端蓋的結構和尺寸</p><p>　　當端蓋與孔的配合處較長時，為了減少接觸面，在端部鑄出或車出一段

7、較小的直徑，但必須保留有足夠的長度 e1，一般此處的配合長度為e1=（ 0.10~0.15 ）D，D為軸承外徑，圖中端面凹進δ值，也是為了減少加工面，如圖4所示。</p><p>　　圖4 軸承端蓋端部結構</p><p>　　由于端蓋多用鑄鐵鑄造，所以要很好考慮鑄造工藝。例如在設計穿通式軸承端蓋圖5時，由于裝置密封件需要較大的端蓋厚度（圖5a），這時應考慮鑄造工藝，盡量使整個端蓋厚度均

8、勻，如圖5b和c所示是較好的結構。</p><p>　　圖5 軸承端蓋端部結構</p><p>　　1.2 軸承端蓋的概述</p><p>　　軸伸出端的密封的作用是防止軸承處的潤滑劑流出和箱外的污物、灰塵和水氣進入軸承腔內(nèi)，常見的密封種類有接觸式密封和非接觸式密封兩大類，接觸式密封有氈圈密封、 O 形橡膠圈密封、唇形密封，非接觸式密封有溝槽密封和迷宮密封。&l

9、t;/p><p>　　下面主要介紹氈圈密封和 O 形橡膠圈密封。 （ 1 ）氈圈密封      將矩形氈圈壓入梯形槽中使之產(chǎn)生對軸的壓緊作用而實現(xiàn)密封，如圖6。它的結構簡單，價格低廉，安裝方便，但接觸面的摩擦磨損大，氈圈壽命短，功耗大，一般用在軸頸圓周速度 v ＜ 5m/s 、工作溫度 t ＜ 90 0 C 、脂潤滑的軸承中。安裝前，氈圈需用熱礦物油（ 80～90&#

10、176; C ）浸漬。 </p><p>　　圖6 氈圈密封裝置</p><p>　?。?2 ） O 形橡膠圈密封     利用安裝溝槽使 O形橡膠圈受到壓縮而實現(xiàn)密封，在介質(zhì)作用下產(chǎn)生自緊作用而增強密封效果。 O形橡膠圈有雙向密封的能力，其結構簡單，O形橡膠圈為標準件，可直接選用。 </p><p>　　1.3 本課題

11、主要研究內(nèi)容</p><p>　　1）總體設計及方案分析：總體方案設計、不同方案的分析及確定。主要為：夾具、多軸頭及鉆摸板（包括： 主要結構工作原理分析、動力分析和運動分析）。</p><p>　　2）校核計算：在初步的結構設計的完成后，對設計方案進行進一步的校核、計算；對主要零、部件進行必要校核分析計算；對設備的使用及維護加以說明等。</p><p>　　3）經(jīng)濟

12、性分析：從提高生產(chǎn)率、制造成本、經(jīng)濟效益、社會效益等方面對所完成的設計進行分析。</p><p>　　第二章 電機的選型和傳動零部件設計計算</p><p>　　1 設計計算任務要求</p><p>　　本設計題目是鉆床工藝裝備設計——加工端蓋4-Φ12孔。具體的設計內(nèi)容為利用搖臂鉆床一次鉆削端蓋4-Φ12孔的相應夾具、多軸頭及懸掛式鉆模板。</p>

13、;<p>　　通過設計該工裝設備可以同時完成端蓋4孔的鉆削。用夾具裝夾工件時，工件相對于刀具及機床的位置精度由夾具保證，使同一批工件的加工精度趨于一致，保證工件的加工精度，同時很大程度提高生產(chǎn)率。</p><p>　　本題目研究的內(nèi)容在國內(nèi)、外屬于成熟裝置，對于提高生產(chǎn)率保證加工精度具有明顯優(yōu)勢。由于大批量生產(chǎn)的需要，設計制造并運用本套工裝夾具，可以大幅提高生產(chǎn)率；同時采用本套夾具也使加工精度得到了

14、提高，有很高的性價比。</p><p>　　該題目來源于生產(chǎn)實際，通過這次畢業(yè)設計我能夠系統(tǒng)和全面地利用所學的專業(yè)知識，為今后工作奠定堅實的基礎。</p><p>　　2 鉆孔負載扭矩的計算和電機選型</p><p>　　2.1 鉆孔切削參數(shù)的確定</p><p>　　鉆孔的切削用量與鉆孔深度有關，當加工鑄鐵件孔深為鉆孔直徑的6~8倍時，

15、在組合機床上通常都是和其他淺孔一樣采取一次走刀的辦法加工出來，不過加工這種較深孔的切削用量要適當降低一些。其切削用量與多軸箱鉆削淺孔時切削用量的關系大致按表1和表2所示遞減規(guī)律，根據(jù)具體情況適當選擇。降低進給量的目的是為了減小軸向切削力，以避免鉆頭折斷。鉆孔深度較大時，由于冷卻排屑條件都較差，使刀具壽命有所降低。降低切削速度主要是為了提高刀具壽命，并使加工較深孔時鉆頭的壽命與加工其它淺孔時鉆頭的壽命比較接近。</p>&l

16、t;p>　　表1 鉆孔推薦切削用量</p><p>　　表2 鉆孔推薦切削用量</p><p>　　2.2 切削用量確定</p><p>　　組合機床的正常工作與合理地選擇切削用量，即確定合理的切削速度和工作進給量有很大的關系，切削用量選的恰當，能使組合機床以最少的停車損失，最高的生產(chǎn)效率，最長的刀具壽命和最好的加工質(zhì)量，也就是多快好省的進行生產(chǎn)。組合機床

17、大多為多刀加工，而且是多種刀具同時工作。計算最佳切削用量的工作比較復雜。</p><p>　　確定了在組合機床上完成的工藝內(nèi)容后，就可以著手選擇切削用量。目前組合機床的切削用量的選擇，主要是參考現(xiàn)場采用的切削用量的情況，根據(jù)積累的經(jīng)驗來進行。由于組合機床有大量的刀具同時工作，為了能使機床能正常工作，不經(jīng)常停車換刀，而達到較高的生產(chǎn)效率，所選的切削用量比一般的萬能機床單刀加工要低一些?？筛爬ǖ卣f：在多軸加工的組合機

18、床上不宜最大的切削用量。</p><p>　　確定切削用量應注意的問題：</p><p>　　1、盡量做到合理利用所有的刀具，充分發(fā)揮其性能。由于連接于動力部件的主軸箱上同時工作時的刀具種類和直徑大小不等，因此其切削用量的選擇也各有特點。如鉆孔要求切削速度高而每轉(zhuǎn)進給量??；鉸孔卻要求切削速度低而每轉(zhuǎn)進給量大等。同一主軸箱上的刀具每分鐘進給量是相同的，要使每把刀具均能有合適的切削用量是困難的

19、。一般情況下可先按各類刀具選擇較合理的主軸轉(zhuǎn)速n（轉(zhuǎn)/分）和每轉(zhuǎn)進給量f（毫米/分），然后進行適當?shù)恼{(diào)整使各刀具的每分鐘進給量相同，皆等于動力滑臺的每分鐘進給量vf。這樣各類刀具都不是按最合理的切削用量而是按一個中間的切削用量工作。假如確實需要，也可按多數(shù)刀具選用一個統(tǒng)一的每分鐘進給量，對少數(shù)刀具采用附加機構（增、減速）機構，使之按各自需要的合理進給量工作。以達到合理使用刀具的目的。</p><p>　　2、選擇

20、切削用量時，應考慮零件批量生產(chǎn)的影響。生產(chǎn)率要求不高時，就沒有必要將切削用量選得過高，以免降低刀具得耐用度，對于要求生產(chǎn)率高得大批量生產(chǎn)用組合機床，也只是提高那些耐用度低，刃磨困難，造價高得所謂“限制性”工序刀具得切削用量。但必須注意不能影響加工的精度，也不能使刀具耐用度降低。對于“非限制性”刀具，應采取不使刀具耐用度降低的某一極限值，這樣可減少切削功率。組合機床通常要求切削用量的選擇使刀具耐用度不低于一個工作班，最少不低于4小時。&l

21、t;/p><p>　　3、切削用量的選擇應有利于主軸箱設計。若能作到相鄰主軸轉(zhuǎn)速接近相等，則可以使主軸箱傳動鏈簡單；某些刀具帶導向加工時，若不便冷卻潤滑，則應適當降低切削速度。</p><p>　　4、選擇切削用量時，還必須考慮所選的動力滑臺的性能。尤其采用液壓動力滑臺時，所選的每分鐘進給量一般比動力滑臺可實現(xiàn)的最小進給量大50％。否則，會由于溫度和其他原因?qū)е逻M給量不穩(wěn)定，影響加工精度，甚至

22、造成機床不能工作。</p><p>　　切削用量的選擇必須從實際出發(fā)，根據(jù)加工精度、工件材料，工作條件、技術要求等進行分析，按照經(jīng)濟地滿足加工要求地原則，合理地選擇切削用量。一般常用查表法，參照生產(chǎn)現(xiàn)場同類工藝，通過工藝試驗確定切削用量。</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，在組合機床上進行孔加工的切削用量按表3選?。?lt;/p><p>　　表3 高速鋼鉆頭切削用量&

23、lt;/p><p>　　由上表可見，根據(jù)工件的材料與加工的孔徑，可以選擇合適的切削用量。</p><p>　　根據(jù)加工零件的材料及硬度：</p><p>　　切削深度（mm） ap=d/2=10.2/2=5.1mm</p><p>　　每刃進給量（mm/r） =(0.01～0.02)d； 取0.015 &

24、lt;/p><p>　　=0.015×10.2=0.153 mm/r </p><p>　　=0.153/2=0.076mm/r</p><p>　　取vc=18m/min</p><p>　　n=720r/min</p><p>　　主軸轉(zhuǎn)速定為720r/min。</p><p>　　參

25、照《組合機床設計手冊》組合機床切削用量計算圖中推薦的切削力、轉(zhuǎn)矩及功率公式： </p><p>　　表4 鉆擴鉸切削力、轉(zhuǎn)矩及功率公式</p><p>　　由表4知：鉆孔直徑為12的切削力，切削轉(zhuǎn)矩和切削功率為：</p><p>　　F=26D0.8HB0.6=26×6.60.8×227.330.6=26×4

26、.5251725.94144=3052.13（N）</p><p>　　T=10D1.9f0.8HB0.6=10×6.61.9×0.80.8×227.330.6=10×36.06895×0.83651×25.94144</p><p>　　=7827.06 (N﹒mm)</p><p>　　P=Tv/97

27、40πD=7827.06×10/（9740×3.14×6.6）=0.388(KW)</p><p>　　2.3 電動機的初選</p><p>　?。?） 選擇電動機類型</p><p>　　按工作要求和條件，選用三相異步電動機，電壓380V，Y型。</p><p>　?。?） 選擇電動機的容量</p>

28、;<p>　　初選電動機型號為Y2—712—2，其主要參數(shù)如下表2-1：</p><p>　　表2-1 電動機參數(shù)</p><p><b>　　電動機輸出轉(zhuǎn)矩：</b></p><p>　　9550 Nm=9550 Nm=1.86 Nm</p><p>　　式中、分別為軸承、齒輪傳動的傳動效率。</p

29、><p>　　取=0.98(滾子軸承), =0.97(齒輪精度為8級,不包括軸承效率)。 </p><p>　　（3） 確定電動機轉(zhuǎn)速</p><p>　　根據(jù)機械設計手冊，鉆孔所必需滿足的轉(zhuǎn)速最低為：</p><p><b>　　n = 60</b></p><p>　　根據(jù)傳動比合理取值，取一級齒

30、輪的傳動比i2,二級渦輪蝸桿減速器傳動比i20，則總傳動比合理范圍為i40，故電動機轉(zhuǎn)速約為：</p><p>　　n= in=40=2400</p><p>　　2.4 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比</p><p>　　由選定電動機滿載轉(zhuǎn)速n和工作機主動軸轉(zhuǎn)速n,可得傳動裝置總傳動比為</p><p><b>　?。?-1

31、）</b></p><p>　　總傳動比為各級傳動比,、、的乘積，即電動機型號為Y2－712－2，滿載轉(zhuǎn)速n=2820。</p><p><b>　　（1） 總傳動比</b></p><p><b>　　由上式（2-1）：</b></p><p><b>　　=47</b

32、></p><p>　?。?）分配減速器的各級傳動比</p><p>　　按展開式布置?？紤]潤滑條件，得2，=19.5，則此時的輸出轉(zhuǎn)速為</p><p><b>　　n=72.31</b></p><p>　　2.5 確定各軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率</p><p><b>　　（1）

33、各軸轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中：——電動機滿載轉(zhuǎn)速；</p><p>　　——電動機至軸的傳動比。</p><p>　　以及 = （2-3）</p><p>&

34、lt;b>　?。?-4）</b></p><p>　　由式（2-3）~（2-5）得</p><p>　　I軸 ==1410 </p><p>　　II軸 = = 1410 </p><p>　　III軸 = = 72.31 </p><p>　?。?） 各軸輸入功率</p>

35、<p>　　kW （2-5）</p><p>　　kW , （2-6）</p><p>　　kW, （2-7）</p><p>　　式中、分別為軸承、齒輪傳動的傳動效率。</p><p>　　由式（5）~（7）得</p>

36、<p>　　I軸 = 0.55 ×0.98 =0.54kW</p><p>　　II軸 = = 0.5390.980.97 =0.51kW </p><p>　　III軸 0.51 0.40 kW</p><p>　　I—III軸的輸出功率則分別為輸入功率乘軸承效率0.98,例如I軸輸出功率為0.53kW,其余類推。</p>

37、;<p>　?。?） 各軸輸入轉(zhuǎn)矩</p><p>　　Nm （2-8）</p><p>　　其中為電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，按下式計算：</p><p>　　9550 Nm （2-9）</p><p><b>　　所以</b></p&g

38、t;<p>　　= 9550 Nm （2-10）</p><p>　　= 9550 Nm （2-11）</p><p>　　= 9550 Nm （2-12）</p><p>　　= 9550 Nm （2-13）</p><p>　　由式（8）~（13）</p&

39、gt;<p><b>　　電動機軸輸出轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　9550=9550= 1.86 Nm</p><p>　　I—III軸的輸入轉(zhuǎn)矩</p><p>　　I軸 = 9550=1.860.97× 2 = 3.61Nm</p><p>　　II軸 =×0.97=3.61

40、0.97 =3.50 Nm</p><p>　　III軸 == 3.5019.50.980.80</p><p>　　= 53.51 Nm</p><p>　　I~III軸的輸出轉(zhuǎn)矩則分別為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩乘軸承效率0.98,例如I周的輸出轉(zhuǎn)矩為3.61×0.98=3.54 Nm,其余類推。</p><p>　　運動和動力參數(shù)計算結果

41、如下表2-2： </p><p>　　表2-2 運動和動力參數(shù)</p><p>　　2.6 電動機的校核</p><p><b>　?。?）轉(zhuǎn)矩校核</b></p><p>　　加載在鉆刀轉(zhuǎn)軸上的負載為鉆刀旋轉(zhuǎn)刀架的重力，其中刀架厚度為15mm：</p><p>　　G1==5.6×&#

42、215;[4×0.015×0.16×0.06+×（-）×0.03+×（-）×0.03]×10=150N</p><p>　　刀盤的重量，其中轉(zhuǎn)盤厚度為30mm：</p><p>　　G2=+70×24=5.6××0.15××=4560N</p>&

43、lt;p>　　則可得作用在軸3上的轉(zhuǎn)矩</p><p>　　T/3 =Gd3=0.004×(4560+150)×0.06 Nm =1.13 Nm</p><p>　　可得T/3<,故此電動機的轉(zhuǎn)矩符合設計要求。</p><p><b>　?。?）轉(zhuǎn)速校核</b></p><p>　　由上述

44、計算可知電動機要滿足刀庫最低每分鐘60轉(zhuǎn)的要求，則此電動機轉(zhuǎn)速應不低于n= in=40=2400，而此次選的電動機的轉(zhuǎn)速為n=2820，即n> n，故此電動機的轉(zhuǎn)速也滿足轉(zhuǎn)速要求。</p><p>　　綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、轉(zhuǎn)矩、價格和帶傳動、減速器的傳動比，可見此電動機比較合適，因此選定電動機型號為Y2-112-2。</p><p>　　3 齒輪傳動的設計計算</

45、p><p>　　1、選擇齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) </p><p><b>　　選用直齒輪</b></p><p>　　鉆床為一般工作機器且輕質(zhì)載荷，故選用7級精度（GB10095－88）</p><p>　　材料選擇。選擇小齒輪材料為40（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，二者

46、材料硬度差為40HBS。</p><p>　　選小齒輪齒數(shù)=20，傳動比為= 2, 大齒輪齒數(shù)= 220 = 40。</p><p><b>　　按齒面接觸強度設計</b></p><p>　　由設計計算公式進行試算，即</p><p><b>　　2.32</b></p><p

47、>　　確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值</p><p>　　試選載荷系數(shù)=1.3。</p><p>　　計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　= Nmm=0.3657 Nmm</p><p>　　3)由表選取齒寬系數(shù)= 1。</p><p>　　4)由表查得材料的彈性影響系數(shù)= 189.8 </p>&

48、lt;p>　　5)由表按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限=600；大齒輪的接觸疲勞強度極限=550。</p><p>　　6）計算應力循環(huán)次數(shù)。</p><p>　　= 60 = 6014101（283658）= 1.441==0.251</p><p>　　7)由圖取接觸疲勞壽命系數(shù)=0.95；=0.96。</p><p>　　8

49、）計算接觸疲勞許用應力。</p><p>　　取失效概率為1，安全系數(shù)S = 1，由式得</p><p>　　[]==0.95600=570</p><p>　　[]==0.96550=528</p><p><b>　　計算</b></p><p>　　試算小齒輪分度圓直徑，代入[]中較小的值。

50、</p><p>　　2.32=2.32mm=22.6mm</p><p>　　由于機床實際的尺寸關系，這里小齒輪的分度圓直徑取為=40mm</p><p>　　2)計算圓周速度v。</p><p><b>　　v===1.08</b></p><p><b>　　3)計算齒寬b。<

51、;/b></p><p>　　根據(jù)機床經(jīng)驗公式，齒寬為模數(shù)的6～8倍，這里模數(shù)先試取2，故b =（6～8）m = 16mm , 這里取b=20mm</p><p>　　4)計算齒寬與齒高之比。</p><p>　　模數(shù) == 40/20 mm = 2 mm</p><p>　　齒高 h = 2.25 =

52、2.252 mm = 4.5 mm</p><p><b>　　= = 10.67</b></p><p><b>　　5)計算載荷系數(shù)。</b></p><p>　　根據(jù)v = 1.46, 7級精度，由圖10—8查得動載系數(shù)= 1.06 [21]；</p><p><b>　　直齒輪，=

53、=1</b></p><p>　　由表查得使用系數(shù)=1.25；</p><p>　　由表用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，=1.420。</p><p>　　由= 10.67, =1.420查圖得=1.35；故載荷系數(shù)：</p><p>　　==1.251.0611.420 = 1.8815</p>

54、<p>　　6）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式得：</p><p>　　==40=45.246mm</p><p><b>　　7）計算模數(shù)m：</b></p><p>　　m = =mm = 2.26mm</p><p>　　3、按齒根彎曲強度設計</p><p>　　彎曲

55、強度的設計公式為</p><p><b>　　m</b></p><p>　　確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值</p><p>　　由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限=500大齒輪的彎曲強度極限=380</p><p>　　由圖取彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.88,=0.90；</p><p>　　計算彎曲疲勞許用應

56、力。</p><p>　　取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式得：</p><p>　　[]===314.29</p><p>　　[]===244.29</p><p><b>　　計算載荷系數(shù)K。</b></p><p>　　K==1.251.0611.35=1.789</p>&

57、lt;p><b>　　查取齒形系數(shù)。</b></p><p>　　由表查得 =2.80;=2.40。 </p><p><b>　　查取應力校正系數(shù)。</b></p><p>　　由表查得 =1.55;=1.67。</p><p>　　計算大、小齒輪的并加以比較。</p>

58、<p><b>　　==0.01381</b></p><p><b>　　==0.01640</b></p><p><b>　　大齒輪的數(shù)值大。</b></p><p><b>　　設計計算</b></p><p>　　m mm=0.81

59、mm</p><p>　　故可知上面所預選的模數(shù)m=2符合設計要求。</p><p><b>　　===20</b></p><p>　　大齒輪齒數(shù) =220=40。</p><p><b>　　4、幾何尺寸計算</b></p><p>　?。?）計算分度圓直徑</p&

60、gt;<p>　　=m=202=40 mm</p><p>　　=m=402=80 mm</p><p><b>　　（2）計算中心距</b></p><p>　　a==mm = 60mm</p><p><b>　?。?）計算齒輪寬度</b></p><p>

61、　　根據(jù)機床實際設計取值，取=20mm,=15mm。</p><p>　　5、結構設計及繪制齒輪零件圖3-1</p><p>　　圖3-1 齒輪配合</p><p>　　第三章 夾具和鉆模板及多軸箱的設計與繪圖</p><p><b>　　1 夾具的設計</b></p><p>　　1.1

62、 機床夾具的組成</p><p>　　盡管生產(chǎn)中使用的夾具種類繁多，結構多變，而且新型夾具又不斷出現(xiàn)，然而機床夾具的結構仍具有許多共同之處。</p><p>　　1、定位元件及定位裝置。</p><p>　　用于確定工件正確位置的元件或裝置。凡是夾具都有定位元件，它是實現(xiàn)夾具基本功能的元件。</p><p>　　2、夾緊元件及夾緊裝置。&l

63、t;/p><p>　　用于固定工件已獲得的正確位置的元件或裝置。工件定位之后必須將其夾緊，使其在加工時，在切削力等的作用下不離開已獲得的定位。夾具的夾緊機構千變?nèi)f化，所有能用于夾緊的機構和原理都可以考慮。</p><p><b>　　3、導向元件。</b></p><p>　　確定刀具的位置并引導刀具的元件，稱為導向元件。導向元件只有鉆、鏜類夾具才

64、具備。導向元件也可供鉆鏜類夾具在機床上安裝時作基準找正用。</p><p>　　4、對刀元件及定向元件。</p><p>　　確定刀具相對夾具定位元件的位置的元件，稱為對刀元件。</p><p><b>　　5、夾具體。</b></p><p>　　夾具體用于將各種元件、裝置聯(lián)接于一體，并通過它將整個夾具安裝在機床上。夾

65、具體一般采用鑄鐵制造。它是保證夾具剛度和改善夾具動力學特性的重要部分。如果夾具體的剛性不好，加工時將會引起較大的變形和振動，產(chǎn)生較大的加工誤差。</p><p>　　6、其他元件及裝置。</p><p>　　根據(jù)加工需要設置的元件或裝置，如分度裝置、驅(qū)動定位銷的傳動裝置、氣缸及管路附件、液壓缸及油路、電動裝置等。</p><p>　　1.2 工件的定位</p

66、><p><b>　　1、工件的定位原理</b></p><p>　　在制定工件的工藝規(guī)程時，已經(jīng)初步考慮了加工工藝基準問題，有時還繪制了工序簡圖。設計夾具時原則上應選該工藝基準為定位基準。無論是工藝基準還是定位基準，均應符合六點定位原理。</p><p>　　六點定位原理是采用六個按一定規(guī)則布置的約束點，限制工件的六個自由度，使工件實現(xiàn)完全定位。

67、這里要清楚每個點都必須起到限制一個運動自由度的作用，而絕不能用一個以上的點來限制同一個自由度。</p><p>　　2、完全定位和不完全定位</p><p>　　根據(jù)工件加工表面的位置要求，有時需要將工件的六個自由度全部限制，稱為完全定位。有時需要限制的自由度少于六個，稱為不完全定位。</p><p>　　在加工中，有時為了使定位元件幫助承受切削力、夾緊力，為了保證

68、一批工件進給長度一致，減少機床的調(diào)整和操作，常常會對無位置尺寸要求的自由度也加以限制，只要這種定位方案符合六點定位原理，是允許的，有時也是必要的。</p><p><b>　　3、欠定位與過定位</b></p><p>　　根據(jù)加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被限制，這就稱為定位的正常情況，它可以是完全定位，也可以是不完全定位。</p>&l

69、t;p>　　根據(jù)加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度沒有完全被限制，或某自由度被兩個或兩個以上的約束重復限制，稱之為非正常情況，前者又稱為欠定位，它不能保證位置精度，是絕對不允許的。后者稱為過定位或重復定位，加工中一般是不允許的，它不能保證正確的位置精度，但在特殊場合下，如果應用得當，過定位不僅是允許的，而且會成為對加工有利的因素。</p><p>　　1.3 常用定位元件及其所能限制的自由度數(shù)<

70、/p><p>　　常用的定位元件有支承釘、支承板、定位銷、錐面定位、V形塊、定位套、錐度心軸等等。</p><p><b>　　1、支承釘</b></p><p>　　在分析所能限制的自由度時，都認為它們相當于一個幾何點，形成一個定位副，所以只能限制一個自由度；兩個支承釘組合形成直線定位副，限制兩個自由度；三個支承釘組合形成平面定位副，限制三個自由

71、度。支承釘組合多用于粗基準定位中。</p><p><b>　　2、支承板</b></p><p>　　這類定位元件多用于精基準平面定位且成組使用。使用時必須保證一組支承板等高。故支承板的工作面裝配后在一道工序中精磨，保證等高。一組支承板，與精基準面接觸形成平面定位副，相當于三個支承釘或三個點定位副，限制三個自由度。一塊長支承板定位時，形成線定位副，限制兩個自由度。&

72、lt;/p><p><b>　　3、定位銷</b></p><p>　　這是工件以孔為基準時最常用的定位元件。根據(jù)定位銷和基準孔的有效接觸長度與孔徑之比，可分為短定位銷和長定位銷兩種。一般有效長度L小于（0.5～0.8）d時，可視為短銷；有效長度L大于（0.8～1.2）d時，視為長銷。分析短銷所能限制的自由度時，從理論上講，把它看成接觸長度無限短的無間隙接觸的定位副。短銷

73、只限制了工件的x、y移動兩個自由度，而不能限制z的移動和轉(zhuǎn)動自由度。在結構設計上，為了保證定位銷的強度和提高耐磨性，則必須具有一定的接觸長度，但應盡可能短些。</p><p>　　工件用長定位銷定位，可以看成兩個短銷和工件基準孔的接觸定位。長銷能限制工件的兩個移動和兩個轉(zhuǎn)動自由度。</p><p>　　為了安裝方便，定位銷和工件的基準孔之間留有一定的間隙，間隙的大小按加工工件的精度要求而定

74、。</p><p>　　除上述兩種圓柱定位銷外，削邊圓柱銷也是常用的一種孔定位元件。削邊銷也分短銷和長銷兩種。削邊銷是為了補償工件的定位基準與夾具定位元件之間的實際尺寸誤差，消除過定位而采用的。它的直徑選擇除留有必要的安裝間隙外，還需要考慮補償上述誤差所需要的間隙。在分析削邊銷所能限制的自由度時，由于必要的間隙所引起的移動和轉(zhuǎn)動可不予考慮，這樣削邊短銷只能限制一個自由度，削邊長銷只能限制兩個自由度。</p&

75、gt;<p><b>　　4、錐面定位銷</b></p><p>　　它的工作面是錐面，限制了三個移動自由度。在實際應用中，為了減少基準孔棱邊的誤差對定位的影響，常采用削邊錐面定位銷。削邊錐面定位銷用于粗基準孔的定位設計中，錐頂角一般取為 。</p><p><b>　　5、V形塊</b></p><p>　

76、　工件以外圓柱面定位時，不管是粗基準還是精基準均可采用這種定位元件。它也分短V形塊和長V形塊兩種。一般V形塊和工件定位面的接觸長度小于工件定位直徑時，屬于短V形塊；大于1.5～2倍工件定位直徑時，屬于長V形塊。分析V形塊所能限制的自由度時，也可以把V形塊看作無限短，只能限制y、z的兩個移動自由度。同理，長V形塊四點接觸形成四個點定位副，限制四個自由度，即y、z的移動和轉(zhuǎn)動自由度。V形塊的V形角有 三種。其中 的應用最為廣泛。V形塊的結構

77、尺寸已標準化。</p><p>　　1.4 工件的夾緊及夾具的夾緊設計</p><p>　　工件在夾具中定位后一般應夾緊，使工件在加工過程中保持已獲得的定位不被破壞。由于工件在加工過程中受切削力、慣性力、夾緊力等的作用，會產(chǎn)生變形或位移，從而影響工件的加工質(zhì)量。所以工件的夾緊也是保證加工精度的一個十分重要的問題。為了獲得良好的加工效果，一定要把工件在加工過程中的位移、變形等控制在加工精度

78、所允許的范圍之內(nèi)。夾緊問題的處理有時會比定位的設計更加困難。</p><p>　　夾緊機構設計時，一般應滿足以下主要原則：</p><p>　　（1）夾緊時不能破壞工件在定位元件上所獲得的位置。</p><p>　?。?）夾緊力應保證工件位置在整個加工過程中不變或不產(chǎn)生不允許的振動。</p><p>　?。?）使工件不產(chǎn)生過大的變形和表面損傷

79、。</p><p>　　（4）夾緊機構必須可靠。夾緊機構各元件要有足夠的強度和剛度，手動夾緊機構必須保證自鎖，機動夾緊機構應有聯(lián)鎖保護裝置，夾緊行程必須足夠。</p><p>　　（5）夾緊機構操作必須安全、省力、方便，符合工人操作習慣。</p><p>　　（6）夾緊機構的復雜程度、自動化程度必須與生產(chǎn)綱領和工廠的條件相適應。</p><p&g

80、t;　　上述前三條要求是為了保證加工質(zhì)量和安全生產(chǎn)的，必須無條件予以滿足，它是衡量夾具裝置好壞的最根本準則。其他要求的重要性取決于具體條件，其中有些要求在選擇夾緊力的方向和作用點時應有所考慮，有些則在擬定夾緊裝置的具體結構時或進行夾具的整體設計時考慮。</p><p>　　1.5 夾緊裝置夾緊力計算</p><p>　　夾緊機構應保證工件夾緊可靠、安全、不破壞工件的定位及夾壓表面的精度和

81、粗糙度。同時夾緊機構的復雜程度應與工件的生產(chǎn)類型相適應，實際所需夾緊力的計算是一個復雜的問題，一般只能作粗略估算。</p><p>　　當采用估算法確定夾緊力的大小時，為簡化計算，通常將夾具和工件看成一個剛性系統(tǒng)，鉆孔過程穩(wěn)定不變。根據(jù)工件所受軸向力、夾緊力的作用情況，找出加工過程中對夾緊最不利的狀態(tài)，按靜力平衡原理計算出理論夾緊力，最后再乘以安全系數(shù)作為實際所需夾緊力，即： </p><p&

82、gt;　　式中， FWK —— 實際所需夾緊力 (N)； </p><p>　　FW ——在一定條件下，由靜力平衡算出的理論夾緊力 (N)； </p><p>　　K ——安全系數(shù)。 </p><p>　　安全系數(shù) K可由下式計算 </p><p>　　K=K0·K1·K2·K3·K4·K

83、5·K6</p><p>　　式中,K0—K6為考慮各種因素的安全系數(shù)，見表1。 </p><p>　　表1 安全系數(shù) K0—K6的數(shù)值</p><p>　　在開始鉆孔到鉆孔深度最大時，引起工件繞止推支承的翻轉(zhuǎn)為最不利的狀態(tài)，其翻轉(zhuǎn)力矩為FL，工件重力及壓板與工件間的摩擦力可以忽略不計。當時，根據(jù)靜力平衡條件并考慮安全系數(shù)，得實際所需夾緊力：</

84、p><p>　　其中取K=2.5，μ為夾緊元件與工件間的摩擦因數(shù)，因工件為未加工過的毛坯表面，彈簧夾頭夾緊，因此μ取0.4-0.5。</p><p>　　圖14 夾具示意圖</p><p>　　F為鉆孔力，根據(jù)刀具材料和工件材料可知：</p><p>　　式中 —鉆孔深度mm； </p><p>　　—

85、每齒進給量mm/r； </p><p><b>　　D—鉆刀直徑mm；</b></p><p>　　n—鉆刀每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)r/min； </p><p><b>　　z—鉆刀齒數(shù)；</b></p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗值和手冊查得相關數(shù)據(jù)代入上式得：</p><p>&l

86、t;b>　　=6311.7N</b></p><p>　　結合零件尺寸結構確定其數(shù)值并代入到公式：</p><p><b>　　==12.67KN</b></p><p>　　實際鉆孔時，是兩把刀同時加工，因此在設計夾緊機構時應考慮的夾緊力為：</p><p>　　12.67×2＝25.34(

87、N)</p><p>　　因此，所需的實際夾緊力＝25.34N是比較大的，為了使得整個夾具結構緊湊，才決定選用平行下壓浮動夾緊機構。</p><p>　　夾具的設計如下圖1、圖2、圖3所示。</p><p>　　圖1 夾具的主視圖</p><p><b>　　圖2 夾具的左視圖</b></p><p

88、>　　圖3 夾具的俯視圖</p><p>　　1.6 定位誤差分析</p><p>　　(1)定位元件尺寸及公差的確定。夾具的主要定位元件為圓形定位銷，該定位銷的尺寸與公差現(xiàn)規(guī)定為本零件在工作時與其相配孔的尺寸與公差相同．即26mm和26mm。</p><p>　　(2)零件圖紙規(guī)定鉆的兩孔中心線的垂直度在100mm允許長度誤差為0.1mm，A端面對孔表面

89、A的跳動在端面尺寸范圍內(nèi)允許誤差為0.1mm：</p><p><b>　　所以，。</b></p><p>　　已知定位銷的尺寸，當零件安裝在夾具中時，銷的最大側(cè)向間隙為：</p><p>　　由此引起的零件最大轉(zhuǎn)角為：</p><p>　　則最大間隙滿足零件的精度要求。</p><p>　　1

90、.7 夾緊元件的強度校核</p><p>　　在本夾具中，夾具壓板轉(zhuǎn)角處所受的剪切應力是比較大的，當作用在工件上的夾壓力Pl=25.34KN時，此時支點處所受的力為P=2Pl=50.68KN，它將受到的剪切及擠壓如下：</p><p><b>　　擠壓應力：</b></p><p><b>　?。∕Pa）</b><

91、/p><p>　　壓板的材料用45#鋼，屈服強度為,取安全系數(shù)為,則許用擠壓應力：</p><p><b>　　所以： </b></p><p><b>　　故壓板可安全工作。</b></p><p>　　許用剪切應力〔〕=0.6〔〕=0.6×186.8=112 (MPa)。</p>

92、;<p><b>　　實際剪切應用為：</b></p><p><b>　?。∕Pa）</b></p><p><b>　　〔〕</b></p><p><b>　　故安全。</b></p><p>　　2 鉆模板和多軸箱的設計</

93、p><p>　　通用導柱通常只適用于立式機床的活動鉆模板，其直徑為100毫米。在實際設計中，導柱選用直徑為60毫米。鉆模板借助螺母固定在導柱的下端，導柱的上端則穿過主軸箱體上的孔。在加工閥體上的孔時鉆模板壓在工件上，壓緊工件相當于工件的加緊裝置，加工完畢后主軸箱抬起，鉆模板和主軸箱相連隨主軸箱抬起。</p><p>　　導柱選用兩根。和主軸箱，鉆模板相連接。</p><p&

94、gt;　　鉆模板用于安裝鉆套，并保證鉆套在鉆模上的正確位置。常見的鉆模板有以下幾種：固定式鉆模板、鉸鏈式鉆模板、可卸式鉆模板、懸掛式鉆模板。</p><p>　　固定在夾具體上的鉆模板稱為固定式鉆模板。固定式鉆模板結構簡單，鉆孔精度高。綜合考慮各種鉆模板的優(yōu)越性，結合本次設計本套夾具采用懸掛式鉆模板。采用懸掛式鉆模板應注意以下幾個問題。</p><p>　　1.采用懸掛式鉆模板應能保證加工

95、孔的位置精度要求，這項精度和鉆模板的結構形式有著密切的關系。因為此工件的法蘭盤端面上加工圓周分布的孔時，為了保證被加工孔和工件內(nèi)孔的位置精度要求，所以使用一個定位銷來保證其精度。</p><p>　　2.為了使加工時的鉆模板有足夠的穩(wěn)定性所以在鉆模板上使用墊片螺母加緊。 </p><p>　　3.模板應有足夠的剛性。鉆模板用導桿，通用導桿通常只適用于立式機床的活動鉆模板，其直徑為100m

96、m。導桿的上端則穿過主軸箱體上的孔。</p><p>　　導桿用螺母加緊，螺母用于將活動鉆模板固定在導桿的端部，在更換刀具時，用扳手把螺母卸下，可以很快的卸下鉆模板。</p><p>　　如圖4所示為鉆模板的主視圖，如圖5所示為鉆模板的俯視圖。</p><p>　　如圖6所示為多軸箱，圖7所示為總裝配圖。</p><p><b>

97、　　圖4鉆模板的主視圖</b></p><p>　　圖5 鉆模板的俯視圖</p><p>　　圖6 多軸箱剖視圖</p><p><b>　　圖7 總體裝配圖</b></p><p>　　第四章 軸和齒輪的性能校核</p><p>　　4.1 主軸的校核</p>

98、<p><b>　　1、計算齒輪受力</b></p><p>　　見1圖直齒圓柱齒輪的受力情況，所受軸向力N，扭矩T：</p><p>　　圓周力： </p><p>　　徑向力： </p><p><b>　　，</b></p>

99、<p><b>　　，</b></p><p>　　由上述條件畫水平面受力圖（a）；</p><p>　　畫水平面彎矩圖（b）：</p><p>　　畫垂直面受力圖（c），畫垂直面彎矩圖（d）：</p><p><b>　　合成彎矩圖（e）：</b></p><p&g

100、t;<b>　　2、畫軸轉(zhuǎn)矩圖</b></p><p>　　軸受轉(zhuǎn)矩T，畫轉(zhuǎn)矩圖(f)。</p><p><b>　　3.許用應力</b></p><p>　　根據(jù)機械設計，P315表16.3轉(zhuǎn)軸和心軸的許用彎曲應力可知：</p><p><b>　　應力校正系數(shù)：</b>&l

101、t;/p><p><b>　　4、畫當量彎矩圖</b></p><p><b>　　計算當量轉(zhuǎn)矩：</b></p><p>　　計算當量彎矩，軸承和齒輪中間處：</p><p>　　畫當量彎矩圖（g）：</p><p><b>　?。╝）</b></p

102、><p><b>　?。╞）</b></p><p><b>　　（c）</b></p><p><b>　　（d）</b></p><p><b>　?。╡）</b></p><p><b>　　（f）</b>&

103、lt;/p><p><b>　?。╣）</b></p><p><b>　　圖18 軸的校核</b></p><p><b>　　校核軸徑，軸徑</b></p><p>　　校核合格，符合設計要求。</p><p>　　4..2 齒輪的校核</p&

104、gt;<p>　　在本設計中，選用的齒輪材料是45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。硬度229HB～286HB，平均取240HB。</p><p>　　1、齒面接觸疲勞強度</p><p>　?。?）初步計算及設計結果</p><p>　　齒輪分度圓直徑d=66mm；齒寬b=24mm；</p><p>　　根據(jù)機械設計，P226可知：初步計算的許

105、用接觸應力：</p><p>　　根據(jù)機械設計，P223查出：</p><p>　　可計算出許用接觸應力：</p><p><b>　?。?）校核計算</b></p><p><b>　　圓周速度：</b></p><p>　　根據(jù)機械設計，P207表12.6動力齒輪傳動的最

106、大圓周速度可知：選擇8級精度，齒數(shù)和模數(shù)：z=33；m=2；根據(jù)機械設計，P215表12.9使用系數(shù) 可查出：</p><p>　　根據(jù)機械設計，P216圖12.9動載荷系數(shù) 可查出：</p><p>　　根據(jù)機械設計，P217表12.10齒間載荷分布系數(shù) ：</p><p>　　根據(jù)機械設計，P217表12.11接觸強度計算的齒向載荷分布系數(shù) ：</p>

107、;<p><b>　　載荷系數(shù)：</b></p><p>　　根據(jù)[11]機械設計，P221表12.12彈性系數(shù) 可知：</p><p><b>　　彈性系數(shù)：</b></p><p>　　根據(jù)機械設計，P222圖12.16節(jié)點區(qū)域系數(shù) 可知：</p><p><b>　　節(jié)

108、點區(qū)域系數(shù) ；</b></p><p>　　根據(jù)機械設計，P225表12.14接觸最小安全系數(shù) 可知，使用要求為較高可靠度，接觸最小安全系數(shù) ，根據(jù)機械設計，P224圖12.18接觸壽命系數(shù) 可知，接觸壽命系數(shù) ，</p><p><b>　　許用接觸應力：</b></p><p>　　計算結果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無

109、需調(diào)整。否則，尺寸調(diào)整后還應在再進行驗算。</p><p>　　2、齒根彎曲疲勞強度驗算</p><p><b>　　重合度系數(shù)：</b></p><p>　　根據(jù)機械設計，P217表12.10齒間載荷分布系數(shù) 可知：</p><p>　　根據(jù)機械設計，P219圖12.14彎曲強度計算的齒向載荷分布系數(shù) ：</p&

110、gt;<p>　　齒向載荷分布系數(shù) ，載荷系數(shù)：</p><p>　　根據(jù)機械設計，P229圖12.21外齒輪齒形系數(shù) 可知，根據(jù)機械設計，P230圖12.22外齒輪應力修正系數(shù) 可知：外齒輪應力修正系數(shù) ；</p><p>　　根據(jù)機械設計，P231圖12.23c試驗齒輪的彎曲疲勞極限 可知：齒輪的彎曲疲勞極限 ；根據(jù)機械設計，P225表12.14最小安全系數(shù) 可知：較高可