機械設(shè)計說明書-汽車變速箱鉆孔組合機床右多軸箱設(shè)計

VI1緒論1.1組合機床及其特點組合機床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效專用機床。它能夠?qū)σ环N（或多種）零件進行多刀、多軸、多面、多工位加工。在組合機床上可以完成鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲、車削、銑削、磨削及滾壓等工序，生產(chǎn)效率高，加工精度穩(wěn)定。組合機床與通用機床、其他專用機床比較，具有以下特點：組合機床上的通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件約占全部機床零、部件總量的70~80%，因此設(shè)計和制造的周期短，投資少，經(jīng)濟效果好。由于組合機床采用多刀加工，并且自動化程度高，因而比通用機床生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強度低。組合機床的通用部件是經(jīng)過周密設(shè)計和長期生產(chǎn)實踐考驗的，又有專門廠成批制造，因此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、工作可靠，使用和維修方便。在組合機床上加工零件時，由于采用專用夾具、刀具和導(dǎo)向裝置等，加工質(zhì)量靠工藝裝備保證，對操作工人的技術(shù)水平要求不高。當(dāng)被加工產(chǎn)品更新時，采用其他類型的專用機床時，其大部部件要報廢。用組合機床時，其通用部件和標(biāo)準(zhǔn)零件可以重復(fù)利用，不必另行設(shè)計和制造。組合機床易于聯(lián)成組合機床自動線，以適應(yīng)大規(guī)模的生產(chǎn)需要。組合機床雖然有很多優(yōu)點，但也還有缺點：組合機床的可變性較萬能機床低，重新改裝時有10%~20%的零件不能重復(fù)利用，而且改裝時勞動量較大。組合機床的通用部件不是為某一種機床設(shè)計的，它是具有較廣的適應(yīng)性。這樣，就使組合機床的結(jié)構(gòu)較專用機床稍為復(fù)雜些。1.2組合機床的分類組合機床有大型組合機床與小型組合機床兩大類，它們不僅在體積和功率上有大小之別，而且在結(jié)構(gòu)和配置型式等方面也有很大的差異。這里主要說明大型組合機床的配置型式。大型組合機床的配置型式可分為三大類：(1)具有固定式夾具的單工位組合機床這類組合機床夾具和工作臺都固定不動。動力滑臺實現(xiàn)進給運動，滑臺上的動力箱實現(xiàn)切削主運動。根據(jù)動力箱和多軸箱的安置方式不同，又可分為以下幾種：a.臥式組合機床（動力箱水平安裝）；b.立式組合機床（動力箱垂直安裝）；c.傾斜式組合機床（動力箱傾斜安裝）；d.復(fù)合式組合機床（動力箱具有上述兩種以上的安裝狀態(tài)）。b.具有移動式夾具的（多工位）組合機床這類組合機床的夾具安裝在直線移動工作臺或回轉(zhuǎn)工作臺上，并按照一定的節(jié)拍時間作間歇移動或轉(zhuǎn)動，使工位得到轉(zhuǎn)換。這類機床的配置型式，常見的有以下四種。具有移動工作臺的機床，這類機床的夾具和工件可作直線往復(fù)移動。具有回轉(zhuǎn)工作臺的機床，這種機床的夾具和工件可繞垂直軸線回轉(zhuǎn)，在回轉(zhuǎn)工作臺上每個工位通常都裝有工件。鼓輪式機床，這種機床的夾具和工件可繞水平軸線回轉(zhuǎn)。此種機床一般為臥式單面或臥式雙面，而較少采用三面配置。此外也有輻射式的，它除了安裝臥式動力部件外，還在垂直于鼓輪回轉(zhuǎn)的平面上安裝動力部件。中央立柱式機床，這種機床具有臺面直徑較大的環(huán)形回轉(zhuǎn)工作臺。在工作臺中央安裝立柱，立柱上安裝動力部件，而在工作臺的周圍還安裝有臥式動力部件，工件和夾具則安裝在回轉(zhuǎn)工作臺上，這種機床一般都是復(fù)合式的。(2)轉(zhuǎn)塔多軸箱式組合機床轉(zhuǎn)塔多軸箱式組合機床分為兩類：單軸轉(zhuǎn)塔動力頭式組合機床和多軸轉(zhuǎn)塔頭式組合機床。前者轉(zhuǎn)塔頭的每個結(jié)合面可安裝一個剛性主軸。后者轉(zhuǎn)塔頭的每個結(jié)合面可安裝一個多軸箱。這種機床一般配置型式有：a.轉(zhuǎn)塔式多軸箱只實現(xiàn)切削運動，被加工零件安裝在滑臺上，由滑臺實現(xiàn)進給運動；b.轉(zhuǎn)塔式多軸箱安裝在滑臺上，轉(zhuǎn)塔式多軸箱既實現(xiàn)切削主運動又實現(xiàn)進給運動。其中，轉(zhuǎn)塔多軸箱式組合機床可能組成雙面式或三面式，同時對工件的兩、三個平面進行加工。1.3組合機床的工藝范圍 組合機床可完成的工藝有銑平面、刮平面、車端面、鉆孔、擴孔、鏜孔、鉸孔、攻絲、倒锪窩、鉆深孔、切槽等。隨著綜合自動化技術(shù)的發(fā)展，組合機床可完成的工藝范圍也在不斷擴大，除了上述工藝外，還可完成車外圓、車錐面、車弧面、切削內(nèi)外螺紋、滾壓孔、拉削內(nèi)外圓柱面和平面、磨削、拋光、珩磨，甚至還可以進行沖壓、焊接、熱處理、裝配、自動測量和檢查等。1.4組合機床的發(fā)展方向近幾年組合機床在汽車、拖拉機、柴油機、電機、儀器、縫紉機、自行車、閥門、礦山機械、冶金、航空、紡織機械及軍工等部門已獲得廣泛的使用，一些中小批量生產(chǎn)部門也開始推廣使用。我國在組合機床及其自動線上將獲得較快的發(fā)展，其發(fā)展方向為：a.提高通用部件的水平衡量通用部件水平的主要標(biāo)準(zhǔn)是：品種規(guī)格齊全，動、靜態(tài)性能參數(shù)先進，工藝性好，精度高和精度保持性好。目前應(yīng)注意開發(fā)適應(yīng)強力銑削的大功率動力滑臺，高精度鏜削頭和高精度滑臺，以及適應(yīng)中、小批生產(chǎn)的快調(diào)、速換動力部件和支承部件。機械驅(qū)動的動力部件具有性能穩(wěn)定，工作可靠等優(yōu)點。目前，機械驅(qū)動的動力部件應(yīng)用了交流變頻調(diào)速電機和直流伺服電機等，使機械驅(qū)動的動力部件增添了新的競爭能力。動力部件采用鑲鋼導(dǎo)軌、滾珠絲杠、靜壓導(dǎo)軌、靜壓軸承、齒形皮帶等新結(jié)構(gòu)，支承部件采用焊接結(jié)構(gòu)等。由于提高了部件的精度和動、靜態(tài)性能，因而使被加工的工件精度明顯提高，表面粗糙度減小。b.提高生產(chǎn)率目前組合機床及其自動線的生產(chǎn)率不斷提高，循環(huán)時間一般是1~2分鐘，有的只用10~30秒。提高生產(chǎn)率的主要方法是改善機床布局，增加同時加工的刀具，減少加工余量，提高切削用量，提高工作可靠性以及縮短輔助時間等。為了減少自動線的停車損失，提高自動線的柔性，采用電子計算機進行自動線的管理。c.擴大工藝范圍現(xiàn)在組合機床及其自動線一般已不是完成一個工件的某幾道工序，而常常是用于完成工件的全部加工工序。除過去完成平面銑削、鉆孔、擴孔、锪孔、攻絲、粗鏜孔外，現(xiàn)在已擴大到能完成車削、磨削、拉削、精鏜以及非切削加工（如檢查、自動裝配、清洗、試驗以及打印分類等）工序。d.提高加工精度現(xiàn)在在組合機床及其自動線上又納入了很多精加工工序，如進行1級精鏜，保證孔加工位置度在0.02毫米。為了使自動線能穩(wěn)定地保證加工精度，已廣泛采用自動測量和刀具自動補償技術(shù)，保證調(diào)刀不停車。e.提高自動化程度目前組合機床及其自動線發(fā)展十分迅速，越來越多的組合機床用于組成自動線，組合機床本身則是全自動方向發(fā)展的。為此，重點是解決工件夾壓自動化和裝卸自動化。f.提高組合機床及其自動線的可調(diào)性為了提高中小批生產(chǎn)的一些箱體件的生產(chǎn)率，近幾年來發(fā)展了可調(diào)的多工序多刀具的組合機床及其自動線，它們大多采用數(shù)字程序控制。除早期發(fā)展的多品種、成組加工的組合機床及其自動線外，還創(chuàng)造了自動換刀和自動更換多軸箱的組合機床，還有用于加工中小批生產(chǎn)箱體零件的可自動更換對多軸箱的組合機床。用一臺這樣的機床就能完成一種工件的全部工序加工，能起到一條流水線的作用。特別是數(shù)字程序控制的發(fā)展，為發(fā)展這種機床創(chuàng)造了更有利的條件。g.創(chuàng)制超小型組合機床為了適應(yīng)儀器儀表工業(yè)小箱體加工需要，創(chuàng)制超小型組合機床是必需的。這種機床多由超小型氣動液壓頭配置而成，體積小，效率高，并能達(dá)到高的加工精度。h.發(fā)展專用組合機床及其自動線隨著組合機床技術(shù)的發(fā)展,過去一直被認(rèn)為需按具體加工對象專門設(shè)計，而是可以作為通用品種進行成批生產(chǎn)的，用戶根據(jù)自己加工產(chǎn)品的需要，配上刀具及工藝裝備，即可組成加工一定對象的高效機床。1.5本課題的研究意義多軸箱是組合機床的重要專用部件。它是根據(jù)加工示意圖所確定的工件加工孔的數(shù)量和位置、切削用量和主軸類型設(shè)計的傳遞各主軸運動的動力部件。其動力來自通用的動力箱，與動力箱一起安裝于進給滑臺，可完成鉆、擴、鉸、鏜孔等加工工序。多軸箱一般具有多根主軸同時對一列孔系進行加工。但也有單軸的，用于鏜孔居多。多軸箱按結(jié)構(gòu)特點分為通用（即標(biāo)準(zhǔn)）多軸箱和專用多軸箱兩大類。前者結(jié)構(gòu)典型，能利用通用的箱體和傳動件；后者結(jié)構(gòu)特殊，往往需要加強主軸系統(tǒng)剛性，而使主軸及某些傳動件必須專門設(shè)計，故專用多軸箱通常指“剛性主軸箱”，即采用不需刀具導(dǎo)向裝置的剛性主軸和用精密滑臺導(dǎo)軌來保證加工孔的位置精度。通用多軸箱則采用標(biāo)準(zhǔn)主軸，借助導(dǎo)向套引導(dǎo)刀具來保證加工孔的位置精度。通用多軸箱又大型多軸箱和小型多軸箱，這兩中多軸箱的設(shè)計方法基本相同。2多軸箱的原始依據(jù)2.1待加工件的特點及設(shè)計技術(shù)指標(biāo)工件材料：HT200；材料硬度：170～220HB；被加工件孔的直徑及相對坐標(biāo)尺寸見零件示意圖；圖2.1零件示意圖工件定位面比工作臺臺面高105毫米；確定切削用量、計算切削力、選擇動力箱型號；設(shè)計多軸箱裝配圖及主要零件圖。2.2組合機床切削用量選擇的特點、方法及注意問題2.2.1組合機床切削用量選擇的特點組合機床采用多刀、多刃同時切削，為盡量減少換刀時間和刀具的損耗，保證機床的生產(chǎn)率及經(jīng)濟效果，選用的切削用量應(yīng)比通用機床單刀加工時低30%左右。組合機床通常用動力滑臺來帶動刀具進給。因此，同一滑臺帶動的多軸箱上的所有刀具（除絲錐外）的每分鐘進給量相同，即等于滑臺的工進速度。2.2.2組合機床切削用量選擇方法組合機床的正常工作與合理地選用切削用量，即確定合理的切削速度、工作進給量和切削深度，有很大關(guān)系。切削用量選擇適當(dāng)，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，也就是多快多省地進行生產(chǎn)。組合機床鉆孔時的切削用量的選擇與加工精度及刀具的材料有很大關(guān)系。在確定切削用量時應(yīng)注意的問題如下：(1)盡量做到合理利用所有刀具，充分發(fā)揮其性能；(2)復(fù)合刀具切削用量選擇，應(yīng)考慮刀具的使用壽命；(3)選擇切削用量時，應(yīng)注意零件生產(chǎn)批量的影響；(4)切削用量選擇應(yīng)有利于多軸箱設(shè)計；(5)選擇切削用量時，還必須考慮所選動力滑臺的性能。2.2.3組合機床配置型式的選擇我們在選擇機床配置方案時，反對貪大求全，應(yīng)正確處理先進性和可靠性的關(guān)系，選擇符合多快好省的機床方案?，F(xiàn)有立式和臥式兩種方案，比較如下：主要比較指標(biāo)：(1)加工精度：立式加工精度較臥式高；(2)排除鐵屑的方便性：臥式較好；(3)夾具形式的影響：考慮到加工工藝要求，應(yīng)選用立式；(4)占地面積：立式較好。其余指標(biāo)，如：機床生產(chǎn)率，機床使用方便性和自動化程度，機床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和通用化程度等，兩種方案之間相差不大。綜合考慮，應(yīng)選用立式單工位組合機床。2.3切削參數(shù)的確定鉆孔的切削用量除與孔徑有關(guān)外還與鉆孔深度有關(guān)。鉆削的孔直徑分別為7mm、14.5mm由表2.1有、φ7mm和φ14.5mm的鉆削參數(shù)分別如下表所示：根據(jù)各個切削用量之間的關(guān)系，可以計算出各個主軸的轉(zhuǎn)速范圍，其計算方法為：表2.1鉆孔推薦切削用量[2][5]加工材料加工直徑d(mm)切削速度v（m/min）進給量f(mm/r)鑄鐵160～200HBS1～616～240.07～0.12﹥6～12﹥0.12～0.2﹥12～22﹥0.2～0.4﹥22～50﹥0.4～0.8表2.2深孔鉆切削用量遞減表[2]深徑比3d(3～4)d(4～5)d切削速度v（m/min）V(0.8～0.9)v(0.7～0.8)v進給量f（mm/r）F0.9f0.9f表2.3推薦參數(shù)孔切削速度v(m/min)進給量f(mm/r)φ7mm、φ14.5mm16～240.2～0.4(2.1)其中：v為切削速度(mm/min)QUOTE為所鉆孔的直徑（mm）所以：綜上所述，整理有表2.4表2.4切削參數(shù)切削速度v(m/min)1620進給量f(mm/r)0.090.15轉(zhuǎn)速n(r/min)727.563702.4機床動力參數(shù)的確定組合機床的切削用量計算切削力、轉(zhuǎn)矩及功率,鉆孔時(刀具材料選用高速鋼;工件材料為灰鑄鐵)切削力（N）(2.2）切削轉(zhuǎn)矩（N﹒mm）（2.3）切削功率(KW)（2.4)其中：v—切削速度（m/min）f—進給量（mm/r）D—加工直徑（mm）HB—布氏硬度：HB=對于φ7對于QUOTE2.5動力部件的選取動力部件的選擇主要是確定動力箱的選擇，其驅(qū)動功率主要依據(jù)多軸箱所需傳遞的切削功率來選用。在不需要精確計算多軸箱功率或多軸箱尚未設(shè)計出來之前，可按下列簡化公式進行估算：QUOTE（2.5）式中QUOTE—消耗于各主軸的切削功率的總和，單位KW；QUOTE—多軸箱的傳動效率，加工黑色金屬時取0.8～0.9，加工有色金屬時取0.7～0.8；主軸多、傳動復(fù)雜時取小值，反之取大值。必須注意：當(dāng)某一規(guī)格的動力部件的功率或進給力不能滿足要求，但又相差不大時，不要輕易選取大一規(guī)格的動力部件，而應(yīng)該以不影響加工精度和效率為前提，適當(dāng)降低關(guān)鍵性刀具的切削用量或?qū)⒌毒咤e開順序加工，以降低功率和進給力。[2]對該被加工零件進行分析，其有QUOTE的孔各四個，由于該機床在鉆孔時的主軸是空轉(zhuǎn)的。分別計算鉆時所需要的功率如下：考慮到傳動軸的功率損失，選取動力箱為1TD40Ⅰ型其參數(shù)如表2.5：表2.5動力箱參數(shù)電動機型號電動機功率L3電動機轉(zhuǎn)速輸出軸轉(zhuǎn)速Y132M—47.5(KW)435（mm）1440(r/min)720(r/min)2.6箱體尺寸的確定標(biāo)準(zhǔn)主軸箱由箱體、前蓋和后蓋三部分組成，主箱體厚度為180mm，前蓋有兩種尺寸，臥式為55mm，立式為70mm，后蓋厚度為90mm和50mm兩種尺寸，通常用90mm的后蓋，因此主軸箱厚度為325mm。所以箱體的尺寸初步計算為：多軸箱寬度高度其中為保證多軸箱內(nèi)有足夠安排齒輪的空間QUOTE，故取QUOTE，的推薦值為85——140mm，取=100。標(biāo)準(zhǔn)通用鉆鏜類多軸箱的厚度是一定的，臥式為325mm，立式為340mm，，綜合所給零件考慮選臥式，即厚度為325mm，由《組合機床簡明手冊》多軸箱系列標(biāo)準(zhǔn)表（7—1），選取箱體為B=800mm，H=630mm。2.7軸的初步選定2.7.1主軸的選定軸材料的選擇：軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，由于碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45鋼。軸的結(jié)構(gòu)主要以下因素：軸在機器中的安裝位置及形式，軸上安裝零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸連接的方法，載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況：軸的加工工藝等。軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，且結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計時，必須針對不同情況進行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整。表2.6各主軸的動力參數(shù)Φ7QUOTEΦ14.5切削功率P(KW)0.1120.402切削轉(zhuǎn)矩T(NQUOTEm)1.4828.899雖然在加工過程中有鉆套等輔助設(shè)備來保證加工精度但是為了更大程度的保證主軸在工作中的可靠性、提高加工精度，選用剛性主軸并有公式計算的其直徑：QUOTE根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)軸頸將其圓整為：Φ25表2.7各主軸的初選直徑Φ7Φ14切削轉(zhuǎn)矩T(NQUOTEm)1.58.9軸徑（mm）2025傳動軸的直徑也參考主軸直徑而定，取直徑Φ25。通用鉆削類主軸按支承方式可以分為三種：[2]a.滾錐軸承主軸：前后支承均為圓錐滾子軸承。這種支承可以承受較大的徑向和軸向力，且結(jié)構(gòu)簡單、裝配調(diào)整方便，廣泛應(yīng)用于擴、鏜、鉸孔和攻螺紋等加工；當(dāng)?shù)毒哌M退兩個方向都有軸向力切削力時常用此種結(jié)構(gòu)。b.滾珠軸承主軸：前支承為推力軸承和向心球軸承、后支承為向心球軸承或圓錐滾子軸承。因推力球軸承設(shè)置在前端，能承受較大的軸向力，適應(yīng)于鉆孔加工。c.滾錐軸承主軸：前后支承均采用無內(nèi)環(huán)滾針軸承和推力軸承。當(dāng)主軸間距較小時采用。對于本設(shè)計而言，設(shè)計的是箱體鉆孔組合機床多軸箱，所以在主軸選用時按推薦的鉆削類主軸選用滾珠軸承主軸，結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：軸承分別為30204、16005（16004）、51105（51104）。[12][14][15]對于傳動軸，基本上不承受軸向力，但是為提高加工精度，防止派生的軸向力影響傳動，故選用滾錐軸承的支承方式即在兩端均采用圓錐滾子軸承33005。這樣就可以通過軸承的預(yù)緊來更好的提高加工進度,結(jié)構(gòu)如圖2.2圖2.1主軸的支承結(jié)構(gòu)圖2.2傳動軸的支承結(jié)構(gòu)2.7.2手柄軸的選定(1)潤滑大型標(biāo)準(zhǔn)主軸箱采用葉片潤滑油泵進行潤滑，油泵打出的油經(jīng)分油器分向各潤滑部分；軸承采用油潤滑；齒輪用油潤滑，由分油器分出的油管潤滑。(2)手柄軸的設(shè)置組合機床主軸箱上一般都有較多的刀具，為了便于更換和調(diào)整刀具，或是裝配和維修時檢查主軸精度，一般每個主軸箱上都要設(shè)置一個手柄軸，以便于手動回轉(zhuǎn)主軸。選擇軸26為手柄軸。3多軸箱傳動系統(tǒng)設(shè)計3.1多軸箱傳動系統(tǒng)設(shè)計的準(zhǔn)則：多軸箱傳動設(shè)計，是根據(jù)動力箱驅(qū)動軸的位置和轉(zhuǎn)速、各主軸位置及轉(zhuǎn)速要求，設(shè)計傳動連，轉(zhuǎn)向。把驅(qū)動軸與各主軸鏈接起來，使各主軸獲得預(yù)訂的轉(zhuǎn)速和（1）對多軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求[2]1）在保證主軸的強度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的條件下，力求使傳動軸和齒輪的規(guī)格、數(shù)量為最少。為此，應(yīng)盡量用一根中間軸帶動多根主軸，并將齒輪布置在同一排上。當(dāng)中心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時，可采用變?yōu)辇X輪或略微改變傳動比的方法來解決。2）盡量不使用主軸帶動主軸的方案，以免增加主軸的負(fù)荷，影響加工質(zhì)量。3）為使結(jié)構(gòu)緊湊，多軸箱內(nèi)齒輪副的傳動比一般不要大于1/2，后蓋內(nèi)齒輪傳動比允許至1/3～1/3.5；盡量避免用升速傳動。但是為了使主軸上的齒輪不至于過大，最后一級經(jīng)常采用升速傳動。4）用于粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡量設(shè)在靠近前蓋處，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形；5）驅(qū)動軸直接帶動的傳動軸數(shù)不要超過兩根，以免給裝配帶來困難。（2）擬定多軸箱傳動方案的基本方法[1]先把全部主軸中心分布在幾個同心圓上，在各個同心圓的圓心上分別設(shè)置中心傳動軸；非同心圓分布的一些主軸也已設(shè)置中間傳動軸（如一根傳動軸帶動兩根或三根主軸）；然后根據(jù)已選定的各中心傳動軸再取同心圓，并用最少的傳動軸帶動這些中心傳動軸；最后通過合攏傳動軸與動力箱驅(qū)動軸鏈接起來。將主軸劃分為各種分布類型被加工零件上加工孔位置分布是多種多樣的，但大致可歸納為：同心圓分布、直線分布和任意分布三種類型。因此，多軸箱上主軸分布相應(yīng)分為三種。直線分布對這類主軸，可分別用一根中間傳動軸帶動兩根主軸。同心圓分布對這類主軸，可在同心圓處分別設(shè)置中心傳動軸，由其上的一個或幾個（不同排數(shù)）齒輪來帶動各主軸。任意分布對此類主軸可根據(jù)“三點共圓”原理。它是同心圓和直線分布的混合形式。確定驅(qū)動軸轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向及其在多軸箱上的位置驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速按動力箱型號選定；當(dāng)采用動力滑臺時，驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)方向可任意選擇；動力箱與多軸箱連接時，應(yīng)注意驅(qū)動軸中心一般設(shè)置于多軸箱體寬度的中心線上，其中心高度則決定于所選動力箱的型號規(guī)格。驅(qū)動軸中心位置在機床聯(lián)系尺寸圖中已經(jīng)確定。用最少的傳動軸及齒輪把驅(qū)動軸和各主軸連接起來在多軸箱設(shè)計原始依。據(jù)圖中確定了各個主軸的位置、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，首先分析主軸位置，擬定傳動方案，選定齒輪模數(shù)（估算或類比），再通過計算、作圖或多“試湊”相結(jié)合的方法，確定齒輪齒數(shù)和中間傳動軸的位置及轉(zhuǎn)速。3.2潤油泵軸和手柄軸的安置[1]多軸箱常采用葉片油泵潤滑，油泵供油至分油器經(jīng)油管分送到個潤滑點。油泵安裝在箱體的前壁上，泵軸盡量靠近油池。通常油泵齒輪放置在靠近前蓋排；以便于維修，如結(jié)構(gòu)限制。可以放在后蓋中；當(dāng)泵體或管接頭與傳動軸端相碰時，可改用埋頭傳動軸。3.3方案的制定由傳動方案，可得此方案的傳動路線圖如下：圖3.1傳動路線圖如圖3.1，分別主軸6、7、8、9在一同心圓上，圓心處設(shè)置中心傳動軸19；10、11、12、13在一個同心圓上，中間設(shè)計中心傳動軸20，19和20分別傳動到主軸1、2、3上，而主軸4、5直接由傳動軸傳到電機軸上。由于本次設(shè)計的多軸箱的主軸數(shù)比較多而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，再加上作者的實際經(jīng)驗不足，為使設(shè)計達(dá)到比較好的效果，嚴(yán)格參照齒輪設(shè)定一般的方法—試湊法。經(jīng)反復(fù)的推敲、斟酌，結(jié)合該多軸箱孔多，孔間距比較小及設(shè)計的基本原則：主軸實際轉(zhuǎn)速與設(shè)計轉(zhuǎn)速相差不超過百分之五的理論，最終確定各工位各主軸及傳動軸上的齒輪安排如下節(jié)介紹。鉆孔的主軸的設(shè)計轉(zhuǎn)速分別為727.56r/min、370r/min,而輸入軸的轉(zhuǎn)速為730r/min?？偟膫鲃颖确謩e為：在保證e>2m的條件下查表7-32得初選齒輪模數(shù)m=3,電機軸上的齒輪齒數(shù)為24，則與之相連的同排齒輪模數(shù)為3，初定6—13的主軸齒數(shù)為20由箱體尺寸、零件的尺寸及相應(yīng)的技術(shù)要求，有各主軸的坐標(biāo)（如下圖）為：一（110，505）二（350，505）三（590，505）四（110，85）五（590，85）六（210，335）七（150，295）八（270，295）九（210，235）十（490,360）十一（425,295）十二（555,295）十三（490,230）電機軸（350,130）圖3.2主軸的坐標(biāo)根據(jù)上邊的在同心圓上分布的四個主軸坐標(biāo)計算中心傳動軸19的位置坐標(biāo)得：查《機械設(shè)計簡明手冊》P161表7-22動力箱齒輪，為滿足總的傳動比，選用動力箱齒輪為m=3，z=25,相應(yīng)的取與之匹配的齒輪m=2，z=25，安排在第Ⅳ排；故軸19的實際轉(zhuǎn)速為365r/min，其與主軸的轉(zhuǎn)速相同它QUOTE的齒數(shù)為48，由此可知主軸1,2,3,4,5與電機軸的轉(zhuǎn)速基本一致，所以去其與電機軸的齒數(shù)一致，取其m=3，z=24，其他各傳動軸有拼湊法可以逐一求出。由于總的傳動比比較小，所以中心傳動軸與個主軸的傳動比均選用1：1傳動即與中間傳動軸的轉(zhuǎn)速大致相當(dāng)，其中心傳動軸19安排在第Ⅳ排，主軸1至5安排在Ⅱ排；在由中心傳動軸向四周的主軸傳動時，由于總傳動比較小，所以都以i=1進行傳動，故傳動軸10，11；12，13；14，15；16，17的上的齒輪Z=30，m=2，安排在第Ⅳ排。整理如表3.1表3.1鉆工位各軸上齒輪的配置第Ⅳ排（m-z）第Ⅱ排（m-z）1.2.3.4.53-206，7,8,9,10,11,12,133-2014.16.183-2815,17，22,233-403.4坐標(biāo)的計算由傳動方案及齒輪，可以由作圖法作出各個傳動軸的坐標(biāo),計算過程如下：具體的計算結(jié)果整理如下：由于在前邊的計算中均采用的是三角函數(shù)聯(lián)系設(shè)計方案及齒輪(中心距)計算而來的，所以其中心距誤差均在允許的范圍內(nèi)。而在傳動軸9與動力輸入軸0的連接上還沒有保證，所以需要對其進行校核。多軸箱箱體上的孔是按計算的坐標(biāo)加工的，而裝配要求兩軸間齒輪能正常嚙合。因此，必須驗算根據(jù)坐標(biāo)計算確定的實際中心距A，是否符合兩軸間齒輪嚙合要求的標(biāo)準(zhǔn)中心距R，R與A之間的誤差QUOTE。驗算標(biāo)準(zhǔn)：中心距允許誤差QUOTEmm傳動軸9與動力輸入軸0的連接上還沒有保證，下邊對傳動軸9和動力輸入軸0之間的中心距進行檢查驗算。由動力箱和箱體的聯(lián)系尺寸可知動力輸入軸0的坐標(biāo)為（350，130），由前邊的計算知傳動軸23的坐標(biāo)為（434.73，175.13）；m=3，=24，驗算如下：軸23與軸0之間的中心距為中心距誤差：由上邊知故中間傳動軸與輸入軸的中心距符合要求。其他各軸的檢驗辦法與此類似，在這里不一一列舉。表3.2所有軸的坐標(biāo)軸號X軸坐標(biāo)Y軸坐標(biāo)電機軸350.000000130.0000001110.000000505.0000002350.000000505.0000003590.000000505.000004110.00000085.0000005590.00000085.0000006210.000000355.000007150.000000295.0000008270.000000295.0000009210.000000235.00000010490.000000360.00000011425.000000295.00000012555.000000295.00000013490.000000230.00000014175.000000516.0000015225.000000426.0000016298.852000463.3330017490.00000426.000018585.30000439.1700019225.0000295.0000020490.0000295.0000021177.8400116.9700022265.27000175.1300023434.73000175.1300024177.84000522.1600025350.00000130.000004傳動元件的校核4.1軸的扭轉(zhuǎn)度校核[2]驗算傳動軸的直徑按下式計算傳動軸所承受的總扭矩：（4.1）式中：QUOTET為作用在主軸上的轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；QUOTEU為傳動軸至主軸之間的傳動比。根據(jù)前面的計算QUOTEφ7和φ14.5主軸的扭矩分別為1.48和8.9。根據(jù)公式計算各個傳動軸的扭矩整理如下表：表4.1鉆工位各傳動軸的扭矩Φ7Φ14.5總扭矩T（N·m）14,16,181個1個10.2715,17,22,231個1個10.27194個0個1.48204個0個1.48由《組合機床簡明設(shè)計手冊》[2]對各個軸的軸徑進行校核，式中d為軸的直徑（mm）；T為軸所傳遞的扭矩（N·m）；B為系數(shù)。當(dāng)材料的剪切彈性模數(shù)G=81.0Gpa時，剛性主軸的B=7.3，非剛性主軸B=6.2，而傳動軸的B=5.2。故對本次次驗算的軸有。[1]則4.2軸的彎扭強度校核及軸承、齒輪的強度校核4.2.1強度校核理論軸的彎扭強度校核[10通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上零件的位置，以及外載荷和支反力的作用位置均以確定，軸上的載荷(彎矩和扭矩)已求得，因而可按彎扭合成強度條件對軸進行強度校核計算，一般的計算步驟如下：做出軸的計算簡圖（即力學(xué)模型）：軸所承受的載荷是從軸上零件傳來的。計算時，常將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點取為載荷分布段的中點。作用在軸上的扭矩，一般從傳動件輪轂寬度的中點算起。通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點與軸承的類型和布置方式有關(guān)。在作計算簡圖時，應(yīng)先求出軸上零件的載荷（若為空間力系，應(yīng)把空間力系分解為圓周力、徑向力和軸向力，然后把他們?nèi)哭D(zhuǎn)化到軸上），并將其分解為水平分力和垂直分力，然后求出個支承處的水平反力和垂直反力。做出彎矩圖：根據(jù)上述的簡圖，分別按水平面和垂直面計算各力產(chǎn)生Z彎矩，并按計算結(jié)果分別做出水平面說那過的彎矩圖和垂直面上的彎矩圖；然后按計算出總的彎矩并做出彎矩圖M。做出扭矩圖。校核軸的強度：已知軸的彎矩和扭矩之后，可針對某些危險截面（即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面）作彎扭合成強度校核計算。按第三強度理論，計算應(yīng)力，通常由彎矩所產(chǎn)生的彎矩應(yīng)力是對稱循環(huán)變應(yīng)力，而有扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力則常常不是對稱循環(huán)變應(yīng)力，為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)QUOTE，則計算應(yīng)力為：式中的彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力。當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時，??；當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，??；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為亦為對稱循環(huán)變應(yīng)力時，則取。對于直徑為d的圓軸，彎曲應(yīng)力,扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,將QUOTE和QUOTE代入可求得：（4.2）式中：—軸的計算應(yīng)力，單位為MPaM—軸所受的彎矩，單位為N·m；T—軸所受的扭矩，單位為N·m；—軸所受循環(huán)變應(yīng)力時的許用彎曲應(yīng)力軸承的校核[10]滾動軸承在工作時，軸承內(nèi)、外圈滾道和滾動體承受變化的接觸應(yīng)力，所以疲勞點蝕是滾動軸承的主要失效形式，軸承點蝕破壞后，會使軸承產(chǎn)生振動、噪聲，發(fā)熱量增大，旋轉(zhuǎn)精度下降等。軸承的壽命是指出現(xiàn)疲勞點蝕前轉(zhuǎn)過的總?cè)?shù)，或在一定的轉(zhuǎn)速下總的工作小時數(shù)。軸承的額定壽命與所承受的載荷大小有關(guān)系，工作載荷越大，軸承的壽命就越短。為了表達(dá)各種軸承的承載特性，規(guī)定軸承的基本額定壽命為時，軸承所能承受的最大載荷稱為軸承的基本額定動載荷，用字母C表示。不同的軸承有不同的基本額定動載荷，它表征了不同軸承的承載特征。其值可以從機械設(shè)計手冊中查出。若載荷P和轉(zhuǎn)速n已知，并取得軸承的預(yù)期壽命為QUOTE，則所選軸承的基本額定動載荷C為:（4.3）式中QUOTE為溫度因素;為載荷因素在實際應(yīng)用中，軸承的載荷往往與實驗理論的不相符，因此，在進行軸承壽命的計算時，應(yīng)把實際在和轉(zhuǎn)換為與實驗條件相同的載荷，轉(zhuǎn)換后的載荷是一種假定的載荷，稱為當(dāng)量載荷P，，式中，為軸承所承受的徑向載荷（N），QUOTE為軸承所承受的軸向載荷（N）；X為徑向載荷系數(shù)；Y為軸向載荷系數(shù)。X、Y的值可查表求得。齒輪的受力分析[10]進行齒輪傳動的強度計算時，首先要知道齒輪上所受的力，這就需要對齒輪傳動作受理分析。當(dāng)然，對齒輪傳動進行力分析也是計算安裝齒輪的軸及軸承時所必須的。齒輪傳動一般均加以潤滑，嚙合齒輪間的摩擦力通常很小，計算受力時，可不予考慮。沿嚙合線作用在齒面上的法向載荷垂直于齒面，為了計算方便，將法向載荷（單位為N）在節(jié)點處分解為兩個相互垂直的分力，即圓周力QUOTE和徑向力（單位均為N）。由此得：（4.4）（4.5）（4.6）式中：QUOTE為齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；QUOTE為齒輪的節(jié)圓直徑，對標(biāo)準(zhǔn)齒輪即為分度圓直徑，單位為mm；QUOTE為嚙合角，對標(biāo)準(zhǔn)齒輪，。1）齒根彎曲強度計算：假設(shè)只有一對齒嚙合，當(dāng)載荷作用于齒頂時，可將齒輪看做寬度為B的懸臂梁。按懸臂梁理論，在齒根危險截面產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大。若最大彎曲應(yīng)力用QUOTE表示，許用彎曲應(yīng)力用QUOTE表示，則在預(yù)期壽命內(nèi)保證齒根彎曲疲勞強度的條件為：；（4.7）QUOTE的算法為：（4.8）式中：QUOTE為齒輪上的圓周力，單位為N；b為齒寬,單位為mm；m為齒輪的模數(shù)；K為載荷因素；2）齒面接觸疲勞強度計算：齒面疲勞點蝕與齒面接觸應(yīng)力的大小有關(guān)，而齒面最大接觸應(yīng)力可以通過近似計算求得。一對齒輪的齒面接觸強度校核的公式為：（4.9）式中：為圓周力，單位為；K為載荷系數(shù)；為大輪與小輪的齒數(shù)比b為齒寬，單位為mm；QUOTE為齒輪分度圓直徑,單位為mm；QUOTE為區(qū)域系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)直齒齒輪QUOTE=2.5；QUOTE為彈性影響系數(shù)。3)許用應(yīng)力的計算式：（4.10）式中：QUOTE為實驗齒輪的接觸疲勞或齒根彎曲疲勞極限；QUOTE為齒輪接觸疲勞或彎曲疲勞安全系數(shù)，對按疲勞強度計算時QUOTE1,當(dāng)按彎曲疲勞強度計算時取QUOTE1.5；QUOTE為應(yīng)力循環(huán)次數(shù)影響的系數(shù)即壽命系數(shù)。4.2.2具體計算選主軸13來校核軸的材料：45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。其機械特性查得：δb=640Mpa,δs=355Mpa,δ-1=275Mpa,τ-1=155Mpa,ψδ=0.2,ψτ=0.1,C=110軸的功率P、轉(zhuǎn)速n、軸徑d、分度圓直徑d2、齒輪寬P=0.402KW由前述可得：n=370r/mind=25mmd2=60mmB=1.2d=30mm求齒輪上作用力的大小、方向齒輪上作用力的大?。呵筝S承的支反力水平面上支反力==/2=142.6846/2=71.3423N垂直面上支反力=(-+67)/134=(-25.1591×78/2+52.7341×67)/134=19.0446N=(+67)/134=(25.1591×78/2+52.7341×67)/134=33.6895剖面C處的彎矩:水平面上的彎矩=67×=4.7799N.m垂直面上的彎矩=67×=1.2760N.m=(67+)×=(1275.9882+981.2049)×=2.2572N.m合成彎矩==4.9473N.m==5.2861N.m1.2760N.m1.2760N.m2.2572N.m4.9473N.m5.2861N.m5.9748N.m6.2582N.mAABC67674.7799N.m圖4.2受力簡圖畫當(dāng)量彎矩圖因單向回轉(zhuǎn),視轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán),則=59/98=0.602剖面C處的當(dāng)量彎矩==5.9748N.m==602582N.判斷危險剖面并驗算強度已知=6.2582N.m,=59===4.0052<齒輪的校核選傳動軸14與主軸1齒輪進行校核： 材料、熱處理、許用應(yīng)力兩齒輪材料均選用40Cr,火焰表面淬火，48~55HRC。查得：預(yù)期齒輪壽命5年，每天工作12小時，工作載荷為輕微沖擊，則查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》圖，得：驗算齒面接觸疲勞強度載荷系數(shù)，取K=1.5查得:接觸應(yīng)力為 驗算齒根彎曲疲勞強度取K=1.5查表：許用彎曲應(yīng)力：彎曲疲勞強度的最小安全系數(shù)，取則：由上述計算可知，均滿足要求。軸承的選擇與校核選軸承、確定額定動負(fù)荷軸3，直徑Ф25mm，軸承選用圓錐滾子軸承：33005型，d=25,D=62,T=18.25,B=17,C=15,=44.8KN,=30KN求軸承受的徑向力如下圖 圖4.3軸承的徑向力求軸承受的軸向力Fa查表知圓錐滾子軸承產(chǎn)生的軸向力查手冊：33005型，e=0.3，Y=0.2動載荷系數(shù)=1.533005型=44800N,e=0.3,Y=2軸承內(nèi)部的軸向力S=/2Y=19/4=4.75N=/2Y=34/4=8.5軸承的軸向載荷:因軸承II被“壓緊”,故==4.75N=+=29.75N求軸承的當(dāng)量動負(fù)荷P軸承I/=4.75/19=0.25<e=3=×=1.5×19=28.5N軸承II/=29.75/34=0.875>e查有關(guān)設(shè)計手冊,X=0.4,Y=1.6=(X+Y)=1.5×(0.4×34+1.6×29.75)=91.8N同軸的結(jié)構(gòu)要求兩端選擇同樣尺寸軸承，而且>,以作為軸承壽命計算的依據(jù)，求軸承的實際壽命。已知滾子軸承=10/3所選軸承合適。小結(jié)通過以上對軸、軸承和齒輪的校核結(jié)果可知，其強度均符合要求，不存在過載或者強度不夠的現(xiàn)象，由于這些選擇的是所有零部件中載荷比較大的進行的校核，所以對于其它件，其強度也必然符合要求。5結(jié)論在本次對鉆孔組合機床右多軸箱的設(shè)計中，多軸箱的傳動設(shè)計是核心，