鉆床主軸箱設(shè)計說明

1、1機床課程設(shè)計的目的課程設(shè)計是在學生學完相應課程及先行課程之后進行的實習性教 學環(huán)節(jié)，是大學生的必修環(huán)節(jié)，其目的在于通過機床運動機械變速傳 動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,使學生在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方案過程 中，得到設(shè)計構(gòu)思，方案分析，結(jié)構(gòu)工藝性，機械制圖，零件計算, 編寫技術(shù)文件和査閱技術(shù)資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設(shè)計思 想，掌握基本的設(shè)計方法，并培養(yǎng)學生具有初步的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)設(shè) 計和計算能力目錄一. 主傳動的運動設(shè)計1. 主電機的選定2. 轉(zhuǎn)速圖的擬定3. 齒輪的確定4. 齒輪的布置二. 傳動件的估算與驗算1. 傳動件的估算與驗算2 齒輪模數(shù)的估算和計算3 軸承選擇三. 夾具設(shè)計1工藝加

2、工過程2 設(shè)計夾具四致五參考資料1-1主傳動的運動設(shè)計1. 主電機的選定山總體設(shè)訃方案可知：Z5140鉆床的總功率為4kW,轉(zhuǎn)速為1450 r/min,根據(jù)機械設(shè)計手選取電機為JO2-32,其外型見下圖，其安裝尺寸見下表：機座號DEMNPRb.h厶JO2-3228602151802505412014415其螺栓直徑為12mm。5(13如注閥)8(45迦肖陽)P匚JB959一 GB52166一GB93166GB921 66GB7766, 一(4JO3 112JO3 140鈾燃圖寂豔)2. 轉(zhuǎn)速圖的擬定擬定立式鉆床的主傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖，山總體設(shè)汁方按可知：主軸的轉(zhuǎn)速圍為31.51400 r/min

3、,異步電動機的轉(zhuǎn)速為1450 r/mino1. 選定公比0中型通用機床，常用的公比e為126或1.41,考慮到適當減小本鉆床的相對速度損max失，選定0二141。nun=46Z = 1 + -1?A = 1 + -I- = 11.8,取 Z=12 lg lgl.41按標準轉(zhuǎn)速數(shù)列為：31, 45, 63, 90, 125, 180, 1250, 355, 500, 710, 1000, 1450r/mino2. 選擇結(jié)構(gòu)式1）確定變速組的數(shù)LI和各變速組中傳動副的數(shù)LI大多數(shù)的機床廣泛應用滑移齒輪的變速方式，為了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計和操縱方便 的要求，通常采用雙聯(lián)或三聯(lián)滑移齒輪。該機床的變速圍較大，必

4、須經(jīng)過較長的 傳動鏈減速才能把電動機的轉(zhuǎn)速降到主軸所需的轉(zhuǎn)速，故主軸轉(zhuǎn)速為12級的變 速系統(tǒng)需要2個或3個變速組，即Z=12=4X3,或Z=12=4X2X2-4,或Z=12=3 X2X2o為了結(jié)構(gòu)緊湊和主軸箱不過分的大，故選取Z= 12=4X2X2-4.2）確定不同傳動副數(shù)的各變速組的排列次序按著傳動順序，各變速組排列方案有：12=4X2X2-4 12=2X2X4-4 12=2X4X2-4因本鉆床在結(jié)構(gòu)上有特殊要求，根據(jù)設(shè)計要點，應遵守“前多后少”的原則, 選擇12=4X2X2-4的方案。3）確定變速組的擴大順序根據(jù)“前密后疏”的原則，選擇12=4, x22,的結(jié)構(gòu)式。4）驗算變速組的變速圍最

5、后擴大組的變速圍r = 3必=8，在允許的變速圍之。3. 確定是否需要增加降速的定比傳動副該銃床的主傳動系統(tǒng)的總降速比為30/1450=1/48,三個變速組的最小降速比 都為1/4,則總降速比為1/64,這樣是無需增加降速的定比傳動副，為使中間的二個 變速組降速緩慢，有利于變型機床的設(shè)計，改變降速齒輪副的傳動比，就可以將 主軸12級轉(zhuǎn)速一起提高或降低。4. 分配各變速組的最小傳動比，擬定轉(zhuǎn)速圖鉆床的電機和輸入軸之間齒輪傳動，運動山電機經(jīng)彈性聯(lián)軸節(jié)和一對齒輪 傳動軸I,再山傳動變速機構(gòu)中的傳動齒輪傳至軸IV,使主軸獲得12級轉(zhuǎn) 速。畫出轉(zhuǎn)速圖的格線如圖所示。 在軸IV上標出12級轉(zhuǎn)速：30150

6、0r/min,在第I軸上用A點代表電動 機轉(zhuǎn)速叫=1450r/niin ；最低轉(zhuǎn)速用E點標出，因此A、E兩點連線相距約17 格，即代表總的降速傳動比叫闿亠。（P 決定III軸和IV軸之間的最小降速傳動比：為了提高主軸運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性， 主軸上齒輪應大一些，能起到飛輪的作用，所以最后一個變速組的降速傳動比取 1/3。按公比0 = 1.41,查表可知，1.41*3,即從E點向上數(shù)3.5格（31旳），在 III軸上找出D點，DE傳動線表示IV-V軸間變速組（笫二擴大組）的降速傳動比。 決定其余變速組的最小傳動比：根據(jù)降速前慢后快的原則，IIIJV軸間變速組 （第一擴速前慢后快的原則，II-III軸間變速

7、組（第一擴大組），取I匸丄，即從D0點向上數(shù)四格（31g），在II軸上找出C點，用CD傳動線表示；同理，1-【軸 見取i匸丄，用BC傳動線表示；0-I軸間取u二丄，用AB線表示。（P曠 畫出各變速組其他傳動線（圖五），-I軸間有一對齒輪傳動，轉(zhuǎn)速圖上為 一條AB傳動線。I-1I軸間為基本組，有四對齒輪傳動，級比指數(shù)x0=l,故四 條傳動線在轉(zhuǎn)速圖上各相距一格，從C點向上每隔一格取q、C2 G點，連結(jié) BC：、BC,和BC】得基本組四條傳動線，它們的傳動比分別為丄、丄，丄，（P 1820。2) .保證強度和防止熱處理變形過大，齒輪齒根圓到鍵槽的厚度62nun, 般取 5 5mm,則 zmin 6

8、.5 + om3) .同一傳動組的各對齒輪副的中心距應當相等。若模數(shù)相等時，則齒數(shù)和 亦應當相等。但山于傳動比的要求，尤其是在傳動中使用了公用齒輪后，常常滿 足不了上述要求。機床上可用修正齒輪，在一定圉調(diào)整中心距使其相等。但修正 量不能太大，一般齒數(shù)差不能超過34個齒。4) .防止各種碰撞和干涉。5) .應保證最小齒輪裝到軸上或套筒上具有足夠的強度。6) .保證主軸的轉(zhuǎn)速誤差在規(guī)定圍之。2. 齒數(shù)的計算1)同一變速組模數(shù)相同的齒數(shù)的確定為了便于設(shè)計和制造，主傳動系統(tǒng)中所采用的齒輪模數(shù)的種類盡可能少一 些。在同一個變速組一般都釆用相同的模數(shù)，這是因為各齒輪副的速度變化不一 樣，受力情況差別不大。

9、當各對齒輪模數(shù)相同，且不釆用變位齒輪時，則各對齒輪的齒數(shù)和也必須相 等，其間的關(guān)系是：5 + z； =S.=常數(shù)S(3-1)廠式中Zj主動齒輪的齒數(shù)Z；被動齒輪的齒數(shù)對齒輪的傳動比S一一對齒輪的齒數(shù)和為了保證不產(chǎn)生根切，必須先找出具有最少齒數(shù)的傳動副（一般出現(xiàn)在最高 升速或最低降速的傳動副上），確定最小齒數(shù)，然后確定最合適的齒數(shù)和S：,再 根據(jù)傳動比確定其它齒輪的齒數(shù)。由上面兩個公式得：、U ：Zj = S.J l + u. zJ（3-2）+U I 、J 一般Z4|=1730,初選乙冃&參考有關(guān)資料選取m為標準模數(shù)m=3由a=（Z41+Z；1）和選取的殲1.41,查表2-1金屬切削機床，得S產(chǎn)

10、76故 Z； = S;-Z41=76-18=58所以 a4 = | (18+58)=114=0.31“4二誅=.31VD=.=31.5-r0.31=101.6r/minIII 軸的最高轉(zhuǎn)速 吩二匕 X?=101.6X1.4r=1125.r/minUi =14004-1125.7=1.24Z嚴島XS產(chǎn)聶x76=42Z42=S：-Z42 =76-42=343齒輪參數(shù)的確定分度圓直徑：d 42 二 mZ 42 =3 X 42= 126mmd；2 =mZ2 =3X34= 102mm齒頂高：h q =m=3mm齒根高：h f = 1.25m全齒高：h=hfl + hz頂隙：C= h f h & =0.2

11、5m=0.75mm齒頂圓直徑：dn42= d4? +2 hd =126+2 X 3= 132mmd :臚=d 42 +2 h d = 108mm齒根圓直徑:d/42= d42-2 h r =118.5mmd 二 d ,2 h f =94.5nim齒寬： B 42 = 13mm4.齒輪的布置為了使變速箱結(jié)構(gòu)緊湊，必須合理布置齒輪。因為他直接影響到變速箱的尺 寸，變速操縱的方便性和結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的可能性等問題。在考慮主軸適當?shù)闹С芯嗪?散熱條件下，一般應盡可能減少變速箱尺寸，但是變速箱的軸向尺寸和徑向尺寸 經(jīng)常不可能同時縮小。為了防止一對齒輪尚未完全脫開，另一對齒輪就開始進入嚙合狀態(tài)，如圖七 所示。尺寸

12、L應比2B大24mg其中B為齒寬，這是設(shè)計是排列齒輪首先要注 意的問題。圖七二傳動件的估算與驗算傳動方案確定之后，要進行方案的機構(gòu)化，確定各零件的實際尺寸和有關(guān) 布置。為此，常對傳動件的尺寸先進行估算，如傳動軸的軸徑等。在這些尺寸的 基礎(chǔ)上，畫出草圖，得到初步結(jié)構(gòu)化的有關(guān)布置與尺寸；然后按結(jié)構(gòu)尺寸進行主 要零件的驗算，如軸的剛度、齒輪的疲勞強度等，必要時做結(jié)構(gòu)和方案上的修改, 從新驗算，知道滿足要求。1.傳動軸的估算和驗算傳動軸除應滿足強度要求外，還應滿足剛度要求。強度要求保證軸在反復 載荷和扭荷作用下不發(fā)生疲勞破壞。機床主傳動系統(tǒng)精度要求較高，不允許有較 大的變形。因此疲勞強度一般不是主要矛

13、盾。除了載荷很大的情況外，可不必驗 算軸的強度。剛度要求保證軸在載荷下（彎曲、軸向、扭轉(zhuǎn)）不致產(chǎn)生過大的變 形（彎曲、失穩(wěn)、轉(zhuǎn)角）。如果剛度不足，軸上的零件如齒輪、軸承等將由于軸 的變形過大而不能正常工作，或者產(chǎn)生震動和噪聲、發(fā)熱、過早磨損而失效。因 此，必須保證傳動軸具有足夠的剛度。通常，先按扭轉(zhuǎn)剛度佔算軸的直徑，畫出 草圖之后，再根據(jù)受力情況，結(jié)構(gòu)布置和有關(guān)尺寸，驗算彎曲剛度。1）傳動軸直徑的估算傳動軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下列公式估算傳動軸直徑：其中：N該傳動軸的輸入功率N= N”7kW血一電機額定功率一從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積卩一該傳動件的計算轉(zhuǎn)速r/min訃算轉(zhuǎn)速竹是傳動

14、件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動件的訃算轉(zhuǎn)速可 以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的汁算轉(zhuǎn)速和相應的傳動關(guān)系而確定，而中型車、鉆床主 軸的計算轉(zhuǎn)速為：亠 -1勺（主）二min，01每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角（deg/m），可根據(jù)傳動軸的要求選取。估算是應該注意： .0值為每米長度上允許的扭轉(zhuǎn)角，而估算的傳動軸的長度往往不足一 米，因此在計算0時應按軸的實際長度進行折算和修正。 .效率對估算軸徑d影響不大，可以不計，也可以用有關(guān)傳動件效率 的概略值的積求出。 .如使用花鍵時，可根據(jù)估算的軸徑d選取相近的標準花鍵軸的規(guī)格。 主軸前徑可參考機械設(shè)訃手冊的經(jīng)驗統(tǒng)訃數(shù)據(jù)確定。2）傳動軸剛度的驗算 軸的彎曲變形的條件和允

15、許值機床主傳動軸的彎曲剛度驗算，主要驗算軸上裝齒輪和軸承處的撓度y和傾 角&。各類軸的撓度y和裝齒輪和軸承處的傾角&,應小于彎曲剛度的許用值Y 和&值，即：yY； e3703Nnun n 其中y為大齒輪的計算轉(zhuǎn)速，A為齒輪中心距。由中心距A及齒數(shù)勺，s求出齒數(shù):m.=2A nun Zi+Z2根據(jù)估算所得和中較大的值，選取相近的標準模數(shù)。計算結(jié)構(gòu)確定以后，齒輪的工作條件，空間安排，材料和精度等級都已確定,才肯能核驗齒輪的接觸疲勞和彎曲疲勞強度值是否滿足要求。根據(jù)接觸疲勞計算齒輪模數(shù)公式為：(/l)K,K,K.Ks.Nm. = 163003 ?-mm根據(jù)彎曲疲勞計算齒輪模數(shù)公式為：“ KKKK.N

16、= 275 訕式中：N計算齒輪傳遞的額定功率N二N#kW；偉一計算齒輪(小齒輪)的計算轉(zhuǎn)速r/min；f”一齒寬系數(shù).=b/m,常取610；可一計算齒輪的齒數(shù)，一般取傳動中最小齒輪的齒數(shù);i-大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比，K,壽命系數(shù)，KKK/；K一工作期限系數(shù),齒輪等傳動件在接觸和彎曲交變載荷下的疲勞曲線指數(shù)m和基準循環(huán)次K”一轉(zhuǎn)速變化系數(shù)：K v 功率利用系數(shù)；n齒輪的最低轉(zhuǎn)速r/min;K“一材料強化系數(shù)。幅值低的交邊載荷可使金屬材料的晶粒邊界強化,起到阻止疲勞細縫擴散的作用。3 軸承選擇根據(jù)軸的數(shù)據(jù)，從參考書機械設(shè)訃課程設(shè)訃（第二版）查的推力球軸承，軸承型號51305o其尺寸參數(shù)為：d=30

17、mm, D二52mm, B =16mm技術(shù)參數(shù)為：C=21500N Co =43200N訃算軸承動負荷C：C =蟲療L(3.10)式中fh壽命系數(shù)A轉(zhuǎn)速系數(shù)191(3.11)由公式(3.11)得fn =(3.12)由公式(3.12)得= 0.55把九、人代入，由公式(310)得3.110.55x4412=24947N滿足強度要求。深溝軸承：軸承型號6005,軸承型號6206,軸承型號6210,軸承型號6212,軸承型號6305,軸承型號6208,28000N其尺寸參數(shù)為:其尺寸參數(shù)為:其尺寸參數(shù)為:其尺寸參數(shù)為:其尺寸參數(shù)為:其尺寸參數(shù)為:d=25mm,d=30mimd=50mm.d=60mm

18、.d=25ninitd=40mm,D=47mni,D=62mm,D=90mm,D=110mm,B =12mmcB =20nimoB =22mimD=80mm, B 二 17mm。D=80mm, B =18mm。三.夾具設(shè)計3. 1工藝加工過程1. 模鍛2. 正火3. 車小頭端面，鉆尖孔粗車各外圓，留加工余量3mm,倒角4. 粗車大端0200mm外圓,車肩孔，留加工余量3mm,深度車 至尺寸要求.5. 調(diào)質(zhì) HB217 至 2556. 精車各外圓，留加工余量0. 3mm7. 精車0200mm、050mm和0104mm至圖紙要求，孔 080說器mm,留加工余量1mm,車端面取總長，鉆大端頂 尖孔8

19、. 車30斜面9. 鉆020盂:;mm孔留加工余量1mm,孔口倒角10. 磨小端各外圓至圖紙要求11. 車0801；mm孔至圖紙要求12鋰6-020誥:;mm孔至圖紙要求13洗鍵槽至尺寸14. 鉆斜孔兩處08mm至圖紙要求15. 配鉆08mm孔16. 檢驗3. 2設(shè)計夾具為了提高生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾 具。在該零件的夾具設(shè)計中，選擇第九道工序一一鉆6-020孔的鉆床 夾具。本鉆模用于Z5140立式鉆床中。工件以外圓070和端面在定位套 中定位,6個被加工的孔程環(huán)行均勻分布在平面上。傳動圖以錐柄和機 床主軸連接，并用鍥鐵夾緊。機床工作時，主軸通過齒輪帶動6根工作 主軸

20、傳動，并與主軸作送進運動。工作主軸多用推力軸承作為支承。鉆 模板裝在兩根導桿上，導桿的下端和夾具體上的兩個導孔為間隙配合， 以確定鉆模板對夾具的相對位置。隨著機床主軸下降，鉆模板借助彈簧 的壓力通過擺塊將工件壓緊。機床主軸繼續(xù)送進，鉆頭即同時鉆削6 個孔。鉆削完畢，鉆模板隨機床主軸上升，直至鉆頭退出工件：然后， 自動恢復原始位置。山于鉆模板采用活動連接定位，被加工孔與定位基 準之間的位置精度只能控制在0. 05至0. 45mm之間。設(shè)計鉆模板時應注意的地方是：(1) 鉆模板上安裝鉆套的孔之間及孔與定位元件的位置應有足夠的 精度。(2) 鉆模板應有足夠的剛度，以保證鉆套位置的準確性，但乂不能設(shè)

21、計的太厚太重。鉆模板一般不應承受夾緊反力。(3) 為保證加工的穩(wěn)定性，鉆模板導桿上的彈簧力必須足夠，以使 鉆模板在夾具上維持足夠的定位壓力，如果鉆模板本身產(chǎn)生的重力超過 800N,則導桿上可不裝彈簧。該夾具以圓錐面、軸肩和頂尖孔定位，圓錐面和頂尖可消除， 四個自由度，軸肩消除 自由度。工件繞的自由度可以不限制。 結(jié)構(gòu)示意圖如下：1.定位基準的選擇由零件圖可知，設(shè)計基準是該頂尖孔的中心線，為了使定 位誤差為零，鉆六個孔時，以頂尖孔為第一定位面，軸肩為 第二定位面，圓錐面為底三頂位面。2 切削力刀具：選直徑為020的直柄麻花鉆，因在鉆孔過程中的 鉆削力最大，故只計算這個切削力。(1).軸向力：査工藝手冊表336F二G d 查得：孔徑20的鉆套：d 20nuu H32mm D = 3t)nini, i*=2nini, c二0. 6nini我木次設(shè)計的為Z5140立式鉆床的主軸箱及多軸鉆削頭，在設(shè)計 的開始覺得有些困難，感覺無從下手。通過老師的耐心指導和自己的 學習，終于完成了本次畢業(yè)設(shè)計。在設(shè)計過程中我明白設(shè)計是一個