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[2]陸祥生.楊秀蓮.機械手理論及應(yīng)用［M］.北京：北京鐵道出版社. [3]成大先.機械設(shè)計手冊.化學(xué)工業(yè)出版社. [4]《臺鉆主軸部件和主軸零件及主軸套筒零件》 [5] 李益東.多工位復(fù)合自動鉆床的設(shè)計與研制.華中科技大學(xué)?,2013?? [6] 寧重陽.全液壓電液比例數(shù)控鉆床的設(shè)計與研究.昆明理工大學(xué), 2013 [7] 孟俊煥.16孔單工位組合鉆床的設(shè)計與實驗研究.天津工業(yè)大學(xué),2004 二、畢業(yè)論文進(jìn)度計劃 序號 起訖日期 各階段工作內(nèi)容 備注 1 2015.9.16-2015.9.30 確定課題，熟悉課題 2 2015.10.1 -2015.10.15 查閱國內(nèi)外相關(guān)研究資料，獨立開展調(diào)研。 3 2015.10.16-2015.10.31 外文文獻(xiàn)翻譯 不少于2000字 4 2015.11.1-2015.11.15 撰寫文獻(xiàn)綜述 不少于3000字 5 2015.11.16 -2015.11.30 撰寫開題報告 12月30日前提交前期資料 6 2015.12.1-2015.12.15 確定整體設(shè)計方案 7 2015.12.16-2016.1.15 計算設(shè)計機械結(jié)構(gòu)，并根據(jù)使用要求選擇合適的材料 8 2016.1.16-2016.2.15 繪制總裝圖、主要零件工程圖 嚴(yán)格按照機械制圖規(guī)范制圖 9 2016.2.16-2016.3.15 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書 10 2016.3.16 -2016.3.31 資料修改、完善，定稿 3月31日前打印提交 11 2016.4.1-2016.4.30 準(zhǔn)備答辯 資料完善、提交 12 2016.5.10 答辯 4月19日優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計答辯 三、專業(yè)（教研室）審批意見： 審批人（簽字）： 年 月 日 備注：學(xué)生一人一題，指導(dǎo)教師對每一名學(xué)生下達(dá)一份《畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書》。 分 類 號 密 級 寧寧波大紅鷹學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(論文) TZ125型小型鉆床設(shè)計 所在學(xué)院 機械與電氣工程學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 12機自x班 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)老師 2016 年 3 月 31 日 誠 信 承 諾 我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)設(shè)計（論文）《TZ125型小型鉆床設(shè)計》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔(dān)。 承諾人（簽名）： (手簽) (手簽) 2016 年 3 月 31 日 摘 要 鉆床主要由立柱，搖臂，主軸箱和底座等部分組成。主軸箱裝在搖臂上，可沿立柱上下移動，以適應(yīng)加工不同高度工件的要求。此外，搖臂還可以隨外立柱在360°范圍回轉(zhuǎn)，因此主軸很容易調(diào)整到所需要的加工位置。本次設(shè)計的鉆床屬于能適應(yīng)各種加工情況的多功能簡易鉆床，能方便移動，又能夠方便控制加工。 本次設(shè)計首先根據(jù)設(shè)計功能及參數(shù)要求確定了設(shè)計方案；接著，根據(jù)轉(zhuǎn)速范圍確定轉(zhuǎn)速級數(shù)進(jìn)而確定了變速箱的總體布置及齒輪齒數(shù)；然后，對各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計與校核；最后，采用AutoCAD制圖軟件繪制了TZ125型小型鉆床裝配圖及主要零件圖，并且采用Pro/E軟件進(jìn)行三維造型。 通過本次設(shè)計，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識，如：機械原理、機械設(shè)計、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機械制圖等；掌握了普通機械產(chǎn)品的設(shè)計方法并能夠熟練使用AutoCAD軟件，本次設(shè)計代表了普通機械設(shè)計的一般過程，對今后的設(shè)計工作有一定的參考價值。 關(guān)鍵詞：鉆床，設(shè)計，齒輪，傳動比 III Abstract The drilling machine is mainly composed of an upright post, a rocking arm, a main shaft box and a base. The main spindle box is installed on the rocker arm, and can be moved up and down along the upright post to meet the requirements of different height work pieces. In addition, the rocker arm can also be in the range of 360 degree rotation, so the spindle is easy to adjust to the required processing position. The design of the drilling machine is able to adapt to a variety of processing situation of versatile simple drilling machine, can be convenient to move, but also to facilitate the control of processing. This design firstly according to the design feature and parameters determine the design scheme; then, according to the speed range to determine the speed of progression and to determine the overall layout and gear tooth number of gear box; then, of the main parts were designed and checked. Finally, a tz125 type small drill assembly drawing and the main parts of the map is drawn by AutoCAD software, and the Pro / E software for 3D modeling. Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing, and master the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD software, this design represents the general process of general mechanical design, have certain reference value for the design work in the future. Key Words:Drilling machine, design, gear, transmission ratio 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 第1章 緒 論 1 1.1 鉆床簡介 1 1.2 鉆床的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.4功能及設(shè)計參數(shù)要求 2 1.4.1功能要求 2 1.4.2設(shè)計參數(shù)要求 2 第2章 總體方案設(shè)計 3 2.1 動力選擇 3 2.2驅(qū)動方式 3 2.3動力性能比較 3 2.4動力計算與選擇 4 第3章 總體布置與參數(shù)選擇 6 3.1運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 6 3.1.1 轉(zhuǎn)速范圍 6 3.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列 6 3.1.3確定結(jié)構(gòu)式 7 3.1.4繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖 7 3.2 確定各變速組齒輪齒數(shù) 8 3.3各軸計算轉(zhuǎn)速確定 8 第4章 主要零件的設(shè)計與校核 10 4.1帶傳動設(shè)計 10 4.1.1 V帶的基本參數(shù) 10 4.1.2 帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計 12 4.2齒輪傳動設(shè)計 12 4.2.1齒輪模數(shù)計算及驗算 12 4.2.2基本組齒輪計算 14 4.2.3擴(kuò)大組齒輪計算 15 4.3傳動軸設(shè)計 15 4.4主軸設(shè)計 16 4.5標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 17 4.5.1軸承的選擇 17 4.5.2鍵的規(guī)格 17 4.5.3變速操縱機構(gòu)的選擇 18 4.6校核計算 18 4.6.1剛度校核 18 4.6.2軸承壽命校核 19 4.6.3鍵的強度校核 21 結(jié)論 22 參考文獻(xiàn) 23 致 謝 24 第1章 緒論 第1章 緒 論 1.1 鉆床簡介 目前將機床分為12大類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、銑床、刨插床、拉床、特種加工機床、鋸床及其他機床。在每一類機床中，又可以按照工藝范圍、步型型式和結(jié)構(gòu)等等，可以分為若干組，每一組又可以分為若干系列。如鉆床又包括：坐標(biāo)鏜鉆床、深孔鉆床、搖臂鉆床、臺式鉆床、立式鉆床、臥式鉆床、中心孔鉆床及其他鉆床。在上述的基本分類方法的基礎(chǔ)上，還可以根據(jù)機床的其他特征進(jìn)一步進(jìn)行分類。同類型機床按照應(yīng)用范圍（通用性程度），可以分為通用機床（或者稱萬能機床）、專門化機床和專用機床三大類。其中通用機床是可以加工多種工件，完成多種多樣工序的加工范圍較廣的機床，如臥式車床、搖臂鉆床等等。 搖臂鉆床主要由立柱，搖臂，主軸箱，和底座等部分組成。主軸箱裝在搖臂上，可沿立柱上下移動，以適應(yīng)加工不同高度工件的要求。此外，搖臂還可以隨外立柱在360°范圍回轉(zhuǎn)，因此主軸很容易調(diào)整到所需要的加工位置。為了使主軸在加工時保持確定的位置，搖臂鉆床還具有內(nèi)立柱，搖臂及主軸箱的夾緊機構(gòu)，當(dāng)主軸的位置調(diào)整確定后，可以快速將它們夾緊。搖臂鉆床的其他變形如萬向搖臂鉆床搖臂和主軸箱可以回轉(zhuǎn)或傾斜，使主軸可在空間任意方向都可以進(jìn)行鉆削，適用于重型機器，機車車輛，船舶和鍋爐等制造業(yè)中加工大型工件。車式搖臂鉆床的底座有車輪，可以在軌道上移動，適用于橋梁和機床等行業(yè)窄長形工件的孔加工。 1.2 鉆床的發(fā)展現(xiàn)狀 進(jìn)入市場經(jīng)濟(jì)后，國內(nèi)機床行業(yè)競爭日趨激烈，與中捷搖臂鉆廠生產(chǎn)相同型號產(chǎn)品的企業(yè)有40多家，中捷搖臂鉆廠產(chǎn)品領(lǐng)先優(yōu)勢受到挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對挑戰(zhàn)，中捷搖臂鉆廠在產(chǎn)品賣得正火的時候，提出了進(jìn)行跨越產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整。第一，用先進(jìn)技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)品。如普通搖臂鉆床實現(xiàn)了五軸聯(lián)動，價格由幾萬元上升到幾十萬元，達(dá)到中國搖臂鉆床最高水平。第二，向國際先進(jìn)水平靠攏，不斷擴(kuò)大產(chǎn)品領(lǐng)先優(yōu)勢。ZK系列、橋式和動橋系列產(chǎn)品，十幾項技術(shù)居國內(nèi)領(lǐng)先地位。ZK3050獲得自主知識產(chǎn)權(quán)，并成為國家重點新產(chǎn)品；Z3580A萬向搖臂鉆，在任何空間、任意方向、任意位置上實現(xiàn)鉆削功能，不僅填補了國內(nèi)空白，在國外也不多見。在國際著名的芝加哥機床展覽會上，中捷搖臂鉆廠參展產(chǎn)品被一位美籍華商相中并當(dāng)場拉走。德國、意大利、西臘、瑞典、伊朗等國家和地區(qū)紛紛提出做中捷牌搖臂鉆的代理經(jīng)銷商。在上海國際機床展覽會上，沈陽機床股份有限公司參展的數(shù)控鉆銑床，同時被國內(nèi)三家企業(yè)看好。搖臂鉆床和大多數(shù)機床一樣，將向數(shù)控自動化、機電一體化和智能化方向發(fā)展。搖臂鉆床未來的發(fā)展趨勢是：應(yīng)用電子計算機技術(shù)，簡化機械結(jié)構(gòu)，提高和擴(kuò)大自動化工作的功能，使機床適應(yīng)于納入柔性制造系統(tǒng)工作；提高功率主運動和進(jìn)給運動的速度，相應(yīng)提高結(jié)構(gòu)的動、靜剛度以適應(yīng)采用新型刀具的需要，提高切削效率；提高加工精度并發(fā)展超精密加工機床，以適應(yīng)電子機械、航天等新興工業(yè)的需要。 1.4功能及設(shè)計參數(shù)要求 1.4.1功能要求 在大型零件的制造和維修中，需要對其上的孔、螺紋等結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工。如在鍋爐等設(shè)備的維修中，常因拆卸問題導(dǎo)致原螺釘孔報廢而需重新加工螺釘孔。由于零件外形尺寸大，普通鉆床無法加工。因此，需要設(shè)計一種能適應(yīng)這種加工情況的多功能簡易鉆床，能方便移動，又能夠方便控制加工。其次，家庭使用拖拉機及輾米機等農(nóng)業(yè)機械由于經(jīng)常維修的需要，鑒于維修及運輸成本考慮，也需要一種能夠方便移動適應(yīng)這種加工情況的簡易鉆床，可方便對其進(jìn)行加工維修。因此，這種鉆床應(yīng)具備普通鉆床的基本功能并能滿足方便安裝移動加工的特殊功能。 1.4.2設(shè)計參數(shù)要求 1）最大鉆孔直徑：12 mm ； 2）主軸最大行程：100mm； 3）主軸端面至底座工作面最大距離：355mm； 4）主軸端面至底座工作面最小距離：55 mm； 5）機頭最大行程：200 mm； 6）主軸轉(zhuǎn)數(shù)：560-3500r/min； 7）機床最大外形尺寸（長×寬×高）：680×350×860 mm。 23 第2章 總體方案設(shè)計 第2章 總體方案設(shè)計 2.1 動力選擇 常用原動機有以下三種運動形式，具體見表2-1： 表2-1 原動機運動形式 運動形式 實例 連續(xù)運動 電動機、液壓馬達(dá)、氣壓馬達(dá)、柴油機、汽油機 往復(fù)運動 直線電動機、汽缸、液壓缸 往復(fù)擺動 擺動油缸、擺動汽缸 2.2驅(qū)動方式 由一臺原動機通過傳動裝置驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作，叫做單機集中驅(qū)動。多機分別驅(qū)動是用多臺原動機來驅(qū)動各執(zhí)行機構(gòu)工作。選擇驅(qū)動方式時需要考慮如下幾點： 1）必須考慮到工作機對原動機所提出的起動、過載、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性等方面的要求； 2）必須考慮到其經(jīng)濟(jì)效益及其成本，這也是非常重要的一項。 3）必須考慮到現(xiàn)場能源的供應(yīng)情況及工作環(huán)境因素； 4）必須考慮原動機的機械特性與工作機的匹配情況； 5）必須考慮到維修是否方便，操作是否簡單，工作是否可靠； 2.3動力性能比較 表2-2 原動機性能比較 類別 電動機 氣缸馬達(dá) 液壓馬達(dá) 柴油機 尺寸 較大 較小 較小 較大 功率及取范圍 功率大；0.3~1000KW，范圍廣 功率比電動機大；一般在2.2KW以下，尤其適用于0.75KW以下的高速傳動 功率最大；受實際油壓和馬達(dá)尺寸的限制 功率大；5~38000KW 重量 大 比電動機大 最大 大 輸出剛度 硬 軟 較硬 較硬 運行溫度控制 溫度應(yīng)低于許應(yīng)值 排氣時空氣膨脹，噪聲較大，排氣處應(yīng)安裝消聲器 對油箱進(jìn)行風(fēng)冷或水冷 調(diào)整方法和性能 直流電動機用改變電樞電阻、電壓或改變磁通的方法；交流電動機用變頻、變極或變轉(zhuǎn)差率的方法 用氣閥控制，簡單，迅速，但不夠精確 通過閥或泵控制改變流量，調(diào)速范圍大 較難 噪聲 小 較大 較大 較大 維護(hù)要求 較少 少 較多 較多 初始成本 低 較高 高 高 運轉(zhuǎn)費用 最低 最高 高 高 應(yīng)用 很廣，需要動力電源 小功率高速場合 較廣 很廣，如各種車輛，船舶、農(nóng)用機械、工程機械和壓縮機等等 2.4動力計算與選擇 鉆床切削力的計算包括鉆床主軸轉(zhuǎn)矩計算和主軸軸向切削力的計算。由于加工材料為Q235鋼，其屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，鉆頭為高速鋼麻花鉆，加工方式為鉆孔，所以查《機床夾具設(shè)計手冊》得： 鉆床轉(zhuǎn)矩計算公式如下： 式中，—— 切削力矩（N·M） —— 鉆頭直徑（mm） —— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm） —— 修正系數(shù) 軸向切削力的計算公式如下： 式中，—— 軸向切削力（N） —— 鉆頭直徑（mm） —— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm) —— 修正系數(shù) 已知被加工材料為Q235結(jié)構(gòu)鋼，結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼取=736MPa，D=12mm，=0.2mm，所以可分別計算出切削轉(zhuǎn)矩和軸向切削為： =13.5 N·M =2595 N 由金屬切削原理可知，主軸切削功率的計算公式為： 式中：—— 軸向切削力（N） —— 每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(mm) n——主軸固定轉(zhuǎn)速（r/min） —— 切削力矩（N·M） 將以上數(shù)值代入公式中可計算出功率=0.25KW 考慮到軸承傳動效率（查得為0.99）和鍵傳動效率（查得為0.98），所以可計算出鉆床主軸要傳遞的功率P為： P=/(0.99×0.99×0.98)=0.37KW 考慮到TZ125小型鉆床的現(xiàn)場工作環(huán)境及工作需求，TZ125小型鉆床的起動力矩和調(diào)速范圍等要求，我選擇電動機作為其原動機。由于TZ125小型鉆床工作常處于灰塵較多的場合，其外殼選用封閉式，電動機型號為Y系列，Y801-4，額定功率0.55KW，滿載轉(zhuǎn)速1390r/min，額定轉(zhuǎn)矩2.2N·m，質(zhì)量17Kg。 第3章 總體布置與參數(shù)選擇 第3章 總體布置與參數(shù)選擇 3.1運動參數(shù)及轉(zhuǎn)速圖的確定 3.1.1 轉(zhuǎn)速范圍 擬定立式鉆床的主傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖，由總體設(shè)計方按可知：主軸的轉(zhuǎn)速范圍為560～3500 r/min，鉆床的轉(zhuǎn)速通常選擇標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列，由于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列中沒有最大轉(zhuǎn)速3500 r/min，因此選用接近轉(zhuǎn)速3550 r/min。 3.1.2 轉(zhuǎn)速數(shù)列 中型通用機床，常用的公比為1.26或1.41，考慮到適當(dāng)減小本鉆床的相對速度損失，按照=1.26計算： 按照下表標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列選取轉(zhuǎn)速系列，如下： 560，710，900，1120，1400，1800，2240，2800，3550 3.1.3確定結(jié)構(gòu)式 對于Z=9，通常采用Z=9=3×3，即兩軸三速。 3.1.4繪制轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖 （1）選擇電動機：采用Y系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。 （2）繪制轉(zhuǎn)速圖 圖2-1 轉(zhuǎn)速圖 （3）畫主傳動系統(tǒng)圖。根據(jù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖及已知的技術(shù)參數(shù)，畫主傳動系統(tǒng)圖如圖2-1： 1-2軸最小中心距：A1_2min>1/2(Zmaxm+2m+D) 軸最小齒數(shù)和:Szmin>(Zmax+2+D/m) 3.2 確定各變速組齒輪齒數(shù) (1)Sz100-120,中型機床Sz=70-100 (2)直齒圓柱齒輪Zmin18-20 圖2-2 主傳動系統(tǒng)圖 （7）齒輪齒數(shù)的確定。據(jù)設(shè)計要求Zmin≥18~20,齒數(shù)和Sz≤100～120，由表4.1，根據(jù)各變速組公比，可得各傳動比和齒輪齒數(shù)。 3.3各軸計算轉(zhuǎn)速確定 （1）主軸的計算轉(zhuǎn)速nj 由公式n=n得： 主軸的計算轉(zhuǎn)速nj=70.9r/min，取80 r/min。 （2）確定各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速 Ⅱ軸共有4級轉(zhuǎn)速：160r/min、224 r/min、315 r/min、450 r/min。。若經(jīng)傳動副Z/ Z傳動主軸，則只有450r/min傳遞全功率；若經(jīng)傳動副Z4/ Z4’傳動主軸，全部傳遞全功率，其中160r/min是傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速， 故其計算轉(zhuǎn)速nⅡj=160 r/min；Ⅰ 軸有1級轉(zhuǎn)速，且都傳遞全功率，所以其計算轉(zhuǎn)速nⅠj=630 r/min。各計算轉(zhuǎn)速入表3-1。 表3-1 各軸計算轉(zhuǎn)速 軸 號 Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 Ⅲ 軸 計算轉(zhuǎn)速 r/min 630 160 80 （3） 確定齒輪副的計算轉(zhuǎn)速。齒輪Z裝在主軸上共4級轉(zhuǎn)速，其中只有80r/min傳遞全功率，故Zj=80 r/min。 齒輪Z裝在Ⅱ軸上，共4級轉(zhuǎn)速，但經(jīng)齒輪副Z/Z傳動主軸，則只有160r/min傳遞全功率，故Zj=160r/min。依次可以得出其余齒輪的計算轉(zhuǎn)速，如表3-2。 第4章 主要零件的設(shè)計與校核 第4章 主要零件的設(shè)計與校核 4.1帶傳動設(shè)計 4.1.1 V帶的基本參數(shù) 1）確定計算功率： 已知：輸出功率P=0.55kw,轉(zhuǎn)速n1=1390r/min,n2=1400r/min 查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表13-8得工況系數(shù)：； 則： 2）選取V帶型號： 根據(jù)、查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》圖13-15選用A型V帶, 3）確定大、小帶輪的基準(zhǔn)直徑 （1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑： ； （2）計算大帶輪基準(zhǔn)直徑： ； 圓整取，誤差小于5%，是允許的。 4）驗算帶速： 帶的速度合適。 5）確定V帶的基準(zhǔn)長度和傳動中心距： 中心距： 初選中心距 （2）基準(zhǔn)長度： 對于A型帶選用 （3）實際中心距： 6）驗算主動輪上的包角： 由 得 主動輪上的包角合適。 7）計算V帶的根數(shù)： ，查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表13-3 得： ； （2），查表得：； （3）由查表得，包角修正系數(shù) （4）由，與V帶型號A型查表得： 綜上數(shù)據(jù)，得 取合適。 8）計算預(yù)緊力（初拉力）： 根據(jù)帶型A型查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表13-1得： 9）計算作用在軸上的壓軸力： 其中為小帶輪的包角。 10）V帶傳動的主要參數(shù)整理并列表： 帶型 帶輪基準(zhǔn)直徑(mm) 傳動比 基準(zhǔn)長度(mm) A 2.5 1250 中心距（mm） 根數(shù) 初拉力(N) 壓軸力(N) 400.7 5 110.8 1095.5 4.1.2 帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計 1）帶輪的材料： 采用鑄鐵帶輪（常用材料HT200） 2）帶輪的結(jié)構(gòu)形式： V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與V帶的基準(zhǔn)直徑有關(guān)。小帶輪接電動機，較小，所以采用實心式結(jié)構(gòu)帶輪。 4.2齒輪傳動設(shè)計 4.2.1齒輪模數(shù)計算及驗算 從對齒輪的失效分析可知，為了使齒輪能夠正常工作，應(yīng)對齒輪的材料提出如下基本要求： （1）齒面應(yīng)有足夠的硬度和耐磨性，以防止齒面磨損、點蝕、膠合以及塑性變形等失效。 （2）輪齒心部應(yīng)有足夠的強度和較好的韌性，以防止齒根折斷忽然抵抗沖擊載荷。 （3）應(yīng)有良好的加工工藝性能及熱處理性能，以便加工和提高力學(xué)性能。 適合制造齒輪的材料有很多，最常用的是鋼、鑄鐵，有些場合也采用非金屬材料。齒輪材料選用40Cr，直齒輪的材料選用20CrMnTi，雙聯(lián)齒輪選用20CrMnTi。 （1）模數(shù)計算。一般同一變速組內(nèi)的齒輪取同一模數(shù)，選取負(fù)荷最重的小齒輪，按簡化的接觸疲勞強度公式進(jìn)行計算，即mj=16338可得各組的模數(shù)， 式中 mj——按接觸疲勞強度計算的齒輪模數(shù)（mm）； ——驅(qū)動電動機功率（kW）； ——被計算齒輪的計算轉(zhuǎn)速（r/min）； ——大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比，外嚙合取“+”，內(nèi)嚙合取“-”； ——小齒輪的齒數(shù)（齒）； ——齒寬系數(shù)，（B為齒寬，m為模數(shù)），；=8 ——材料的許用接觸應(yīng)力（）。取=650 Mpa （2）基本組的齒輪參數(shù)計算 mj=16338 =16338=1.6774 結(jié)合齒輪的模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，取標(biāo)準(zhǔn)值m=2 （3）擴(kuò)大組的齒輪參數(shù)計算 mj=16338 =16338=1.84 結(jié)合齒輪的模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，取標(biāo)準(zhǔn)值m=2 如表3-3所示。 表3-3 模數(shù) 組號 基本組 擴(kuò)大組 模數(shù) mm 2 2 4.2.2基本組齒輪計算 按基本組最小齒輪計算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB～286HB，平均取240HB。計算如下： ① 齒面接觸疲勞強度計算： 接觸應(yīng)力驗算公式為 彎曲應(yīng)力驗算公式為： 式中 N----傳遞的額定功率（kW），這里取N為電動機功率，N=3.5kW; -----計算轉(zhuǎn)速（r/min）. =630（r/min）; m-----初算的齒輪模數(shù)（mm）, m=3（mm）; B----齒寬（mm）;B=25（mm）; z----小齒輪齒數(shù)；z=19; u----小齒輪齒數(shù)與大齒輪齒數(shù)之比,u=2.78; -----壽命系數(shù)； = ----工作期限系數(shù)； T------齒輪工作期限，這里取T=15000h.; -----齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min） ----基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)，接觸載荷取=，彎曲載荷取= m----疲勞曲線指數(shù)，接觸載荷取m=3；彎曲載荷取m=6; ----轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，查【5】2上，取=0.60 ----功率利用系數(shù)，查【5】2上，取=0.78 -----材料強化系數(shù)，查【5】2上， =0.60 -----工作狀況系數(shù)，取=1.1 -----動載荷系數(shù)，查【5】2上，取=1 ------齒向載荷分布系數(shù)，查【5】2上，=1 Y------齒形系數(shù)，查【5】2上，Y=0.386； ----許用接觸應(yīng)力（MPa）,查【4】，表4-7，取=650 Mpa； ---許用彎曲應(yīng)力（MPa），查【4】，表4-7，取=275 Mpa； 根據(jù)上述公式，可求得及查取值可求得： =635 Mpa =78 Mpa 4.2.3擴(kuò)大組齒輪計算 按擴(kuò)大組最小齒輪計算。小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度229HB～286HB，平均取240HB。 同理根據(jù)基本組的計算： 查文獻(xiàn)【6】，可得 =0.62， =0.77，=0.60，=1.1， =1，=1，m=3.5，=355； 可求得： =619 Mpa =135Mpa 4.3傳動軸設(shè)計 由【5】式6，傳動軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度用下式計算： d=1.64（mm） 或 d=91（mm） 式中 d---傳動軸直徑（mm） Tn---該軸傳遞的額定扭矩（N*mm） T=9550000； N----該軸傳遞的功率（KW） ----該軸的計算轉(zhuǎn)速 ---該軸每米長度的允許扭轉(zhuǎn)角，==。 各軸最小軸徑如表3-3。 表3-3 最小軸徑 軸 號 Ⅰ 軸 Ⅱ 軸 III 軸 最小軸徑mm 25 30 45 4.4主軸設(shè)計 由于電動機功率根據(jù)【1】表3.20，前軸徑應(yīng)為60~90mm。初步選取d1=80mm。后軸徑的d2=（0.7~0.9）d1，取d2=60mm。根據(jù)設(shè)計方案，前軸承為NN3016K型，后軸承為圓錐滾子軸承。定懸伸量a=120mm，主軸孔徑為30mm。 軸承剛度，主軸最大輸出轉(zhuǎn)矩T=9550=9550×=424.44N.m 假設(shè)設(shè)該機床為車床的最大加工直徑為300mm。床身上最常用的最大加工直徑，即經(jīng)濟(jì)加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的50%，這里取60%，即180mm，故半徑為0.09m； 切削力（沿y軸） Fc==4716N 背向力（沿x軸） Fp=0.5 Fc=2358N 總作用力 F==5272.65N 此力作用于工件上，主軸端受力為F=5272.65N。 先假設(shè)l/a=2，l=3a=240mm。前后支承反力RA和RB分別為 RA=F×=5272.65×=7908.97N RB=F×=5272.65×=2636.325N 根據(jù) 文獻(xiàn)【1】式3.7 得：Kr=3.39得前支承的剛度：KA= 1689.69 N/ ；KB= 785.57 N/；==2.15 主軸的當(dāng)量外徑de=(80+60)/2=70mm，故慣性矩為 I==113.8×10-8m4 η===0.14 查【1】圖3-38 得 =2.0，與原假設(shè)接近，所以最佳跨距=120×2.0=240mm 合理跨距為（0.75-1.5），取合理跨距l(xiāng)=360mm。 根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要，主軸的實際跨距大于合理跨距，因此需要采取措施 增加主軸的剛度，增大軸徑：前軸徑D=100mm，后軸徑d=80mm。前軸承 采用雙列圓柱滾子軸承，后支承采用背對背安裝的角接觸球軸承。 4.5標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 4.5.1軸承的選擇 I軸：與帶輪靠近段安裝雙列角接觸球軸承代號7007C 另一安裝深溝球軸承6012 II軸：對稱布置深溝球軸承6009 III軸：后端安裝雙列角接觸球軸承代號7015C 另一安裝端角接觸球軸承代號7010C 中間布置角接觸球軸承代號7012C 4.5.2鍵的規(guī)格 I軸安裝帶輪處選擇普通平鍵規(guī)格： BXL=10X56 II軸選擇花鍵規(guī)格： N× d×D×B =8X36X40X7 III軸選擇鍵規(guī)格： BXL=14X90 4.5.3變速操縱機構(gòu)的選擇 選用左右擺動的操縱桿使其通過桿的推力來控制II軸上的三聯(lián)滑移齒輪和二聯(lián)滑移齒輪。 4.6校核計算 4.6.1剛度校核 （1）П軸撓度校核 單一載荷下，軸中心處的撓度采用文獻(xiàn)【5】中的公式計算： L-----兩支承的跨距； D-----軸的平均直徑； X=/L；-----齒輪工作位置處距較近支承點的距離； N-----軸傳遞的全功率； 校核合成撓度 -----輸入扭距齒輪撓度； -------輸出扭距齒輪撓度 ； ---被演算軸與前后軸連心線夾角；=144° 嚙合角=20°，齒面摩擦角=5.72°。 代入數(shù)據(jù)計算得：=0.026；=0.084；=0.160； =0.205；=0.088；=0.025。 合成撓度 =0.238 查文獻(xiàn)【6】，帶齒輪軸的許用撓度=5/10000*L 即=0.268。 因合成撓度小于許用撓度，故軸的撓度滿足要求。 （2）П軸扭轉(zhuǎn)角的校核 傳動軸在支承點A，B處的傾角可按下式近似計算： 將上式計算的結(jié)果代入得： 由文獻(xiàn)【6】，查得支承處的=0.001 因〈0.001，故軸的轉(zhuǎn)角也滿足要求。 4.6.2軸承壽命校核 ⑴、Ⅰ軸軸承的校核 Ⅰ軸選用的是深溝球軸承6206，其基本額定負(fù)荷為19.5KN, 由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值，所以齒輪越小越靠近軸承，對軸承的要求越高。根據(jù)設(shè)計要求，應(yīng)該對Ⅰ軸未端的滾子軸承進(jìn)行校核。 ①齒輪的直徑 ②Ⅰ軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 ∴ ③齒輪受力 根據(jù)受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為: 在水平面： 在水平面： ∴ ④因軸承在運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，濮良貴主編《機械設(shè)計》( 第八版)表13-6查得載荷系數(shù)，取，則有： ⑤軸承的壽命計算:所以按軸承的受力大小計算壽命 故該軸承6206能滿足要求。 ⑵、其他軸的軸承校核同上，均符合要求。 由П軸最小軸徑可取軸承為7008c角接觸球軸承,ε=3；P=XFr+YFa X=1，Y=0。 對Ⅱ軸受力分析 得：前支承的徑向力Fr=2642.32N。 由軸承壽命的計算公式：預(yù)期的使用壽命 [L10h]=15000h L10h=×=× =h≥[L10h]=15000h 軸承壽命滿足要求。 4.6.3鍵的強度校核 1）選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸 小帶輪處選用單圓頭平鍵，尺寸為 2)校核鍵聯(lián)接的強度 鍵、軸材料都是鋼，由機械設(shè)計查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為 鍵的工作長度 ，合適 結(jié)論 結(jié)論 一、結(jié)論 鉆床未來的發(fā)展趨勢是：應(yīng)用電子計算機技術(shù)，簡化機械結(jié)構(gòu)，提高和擴(kuò)大自動化工作的功能，使機床適應(yīng)于納入柔性制造系統(tǒng)工作；提高功率主運動和進(jìn)給運動的速度，相應(yīng)提高結(jié)構(gòu)的動、靜剛度以適應(yīng)采用新型刀具的需要，提高切削效率；提高加工精度并發(fā)展超精密加工機床，以適應(yīng)電子機械、航天等新興工業(yè)的需要。 鉆床主要由立柱，搖臂，主軸箱和底座等部分組成。主軸箱裝在搖臂上，可沿立柱上下移動，以適應(yīng)加工不同高度工件的要求。此外，搖臂還可以隨外立柱在360°范圍回轉(zhuǎn)，因此主軸很容易調(diào)整到所需要的加工位置。本次設(shè)計的鉆床屬于能適應(yīng)各種加工情況的多功能簡易鉆床，能方便移動，又能夠方便控制加工。 本次設(shè)計首先根據(jù)設(shè)計功能及參數(shù)要求確定了設(shè)計方案；接著，根據(jù)轉(zhuǎn)速范圍確定轉(zhuǎn)速級數(shù)進(jìn)而確定了變速箱的總體布置及齒輪齒數(shù)；然后，對各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計與校核；最后，采用AutoCAD制圖軟件繪制了TZ125型小型鉆床裝配圖及主要零件圖，并且采用Pro/E軟件進(jìn)行三維造型。 二、今后研究方向 本文在設(shè)計過程中還存在很大不足，比如：齒輪變位，疲勞強度校核等。今后將繼續(xù)在如下方面進(jìn)行工作： （1）如何標(biāo)準(zhǔn)化齒輪的設(shè)計； （2）在硬齒面、高精度方面做進(jìn)一步，更深層的研究； （3）實現(xiàn)齒輪傳動機構(gòu)更高轉(zhuǎn)速、更大功率化； （4）采用計算機輔助設(shè)計，比如ANSYS軟件等校核齒輪傳動機構(gòu)的疲勞強度； （5）研究滿足市場需求的更大規(guī)格、大轉(zhuǎn)矩的齒輪傳動機構(gòu)； （6）設(shè)計出更小型輕便的鉆床。 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1] 張建明.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計［M］.北京:高等教育出版社. 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