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摘 要
鏜床是機(jī)械零件切削加工的常用機(jī)床，鏜刀旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動，鏜刀或工件的移動為進(jìn)給運(yùn)動，它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多個孔的精加工。
本文在介紹了T611鏜床的主要作用和應(yīng)用現(xiàn)狀后，對鏜床總體布局進(jìn)行了設(shè)計，確定了原動機(jī)為電動機(jī)，傳動方案采用V帶加齒輪傳動的方案，進(jìn)而重點(diǎn)設(shè)計了主傳動系統(tǒng)，對V帶傳動齒輪傳動和軸進(jìn)行了參數(shù)計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計，校核了軸、軸承、鍵的安全系數(shù)，設(shè)計了其它附件結(jié)構(gòu)，最后做出主軸箱裝配圖和零件圖。
本設(shè)計的計算和繪圖都用到了相關(guān)專業(yè)軟件，用本文的方法，具有設(shè)計快捷、方便等特點(diǎn)。研究結(jié)果對提高設(shè)計的速度、質(zhì)量具有重要意義。
關(guān)鍵詞：鏜床，齒輪傳動，傳動比，主軸箱
目 錄
第1章 緒 論
1.1 概述
1.2 鏜床基本概念
1.3 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀
1.4 本課題研究內(nèi)容及意義
第2章 總體設(shè)計與原動機(jī)選擇
1.1 電動機(jī)確定
1.2 總體布局
第3章 傳動系統(tǒng)設(shè)計
3.1擬定結(jié)構(gòu)
3.2分配傳動比
3.3繪制轉(zhuǎn)速圖
3.4齒輪齒數(shù)確定
3.5帶傳動設(shè)計
3.6驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差
3.7繪制傳動系統(tǒng)圖
第4章 結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計
4.1 齒輪傳動設(shè)計
4.2 確定主軸支撐軸頸尺寸
4.3傳動軸設(shè)計
4.4 滾動軸承的壽命計算
第5章 附件設(shè)計
5.1齒輪塊設(shè)計
5.2軸承選擇
5.3 操作機(jī)構(gòu)設(shè)計
5.4潤滑系統(tǒng)設(shè)計
5.5密封裝置
第6章 校核
6.1驗(yàn)算軸彎曲剛度
6.2花鍵鍵側(cè)擠壓應(yīng)力計算
6.3滾動軸承驗(yàn)算
結(jié)論
致謝
參考文獻(xiàn)
第1章 緒 論
1.1 概述
在科技飛速發(fā)展的今天, 科學(xué)技術(shù)日新月異，工業(yè)生產(chǎn)不斷進(jìn)步，市場對產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率提出了越來越高的要求，任何一個具備完整工業(yè)體系的國家，都會有相當(dāng)數(shù)量的制造業(yè)，如汽車、機(jī)車、電力、船舶、航空航天、冶金礦山、石油化工、機(jī)床工具、通信、輕工、建材、家電、食品、儀器、儀表等。上述這些部門大多與機(jī)械工業(yè)有關(guān)，有的是實(shí)質(zhì)上就是機(jī)械工業(yè)，它們都是用機(jī)械設(shè)備制造各種各樣的產(chǎn)品。所以說機(jī)械工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的裝備部，是國民經(jīng)濟(jì)的先導(dǎo)，是國家重要的基礎(chǔ)工業(yè)。如果一個國家的機(jī)械工業(yè)水平不高，它生產(chǎn)的產(chǎn)品在國際市場上是很難有競爭力的，也是很難立于世界民族之林的！美國是世界工業(yè)強(qiáng)國，70年代美國曾認(rèn)為制造業(yè)是“夕陽工業(yè)”，經(jīng)濟(jì)重心應(yīng)由制造業(yè)轉(zhuǎn)向高科技產(chǎn)業(yè)及服務(wù)業(yè)等第三產(chǎn)業(yè)。科研重理論成果，不重視實(shí)際應(yīng)用，政府不支持產(chǎn)業(yè)技術(shù)，使美國制造業(yè)產(chǎn)生衰退。而同期日本重視制造技術(shù)，重視高素質(zhì)人才的培養(yǎng)，注重將高科技成果應(yīng)用于制造業(yè)，加之嚴(yán)密的社會組織，很快把原來美國占絕對優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)如汽車、照相機(jī)、家電、機(jī)床、復(fù)印機(jī)、半導(dǎo)體等變成自己的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，占領(lǐng)了世界市場。這很快引起了美國政界、科技界、企業(yè)界有識之士的關(guān)注。為此，80年代后期，美國政府和企業(yè)迅速組織調(diào)查，MIT在調(diào)查報告中指出：“一個國家要想生活的好，必須生產(chǎn)的好。振興經(jīng)濟(jì)的出路在于振興制造業(yè)”，當(dāng)前國際間“經(jīng)濟(jì)的競爭歸根到底是制造技術(shù)和制造能力的競爭”。
鏜床是一種主要用鏜刀在工件上加工孔的機(jī)床。通常用于加工尺寸較大、精度要求較高的孔，特別是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求較高的孔，如各種箱體、汽車發(fā)動機(jī)缸體等零件上的孔。所以對其進(jìn)行合理設(shè)計，其意義十分重大。
機(jī)械制造業(yè)為社會生產(chǎn)產(chǎn)品的同時，也產(chǎn)生了大量的工業(yè)廢液、廢氣、固體廢氣物等污染。隨著全社會保健意識的增長，企業(yè)家和技術(shù)人員也都意識到，若在延伸用這種粗放式的機(jī)械制造模式，將不利于整個行業(yè)和社會的可持續(xù)法展，因此急需探索符合環(huán)保要求的節(jié)能、降耗、少污染的綠色機(jī)械制造模式，采取相應(yīng)的綠色模式，適應(yīng)社會發(fā)展的要求。綠色制造是龐大的系統(tǒng)工程是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源消耗的制造技術(shù)。它著眼在產(chǎn)品的制造過程中，對環(huán)境的負(fù)面影響最小，與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益共同提高的制造模式。
目前機(jī)械制造工業(yè)存在的主要問題有：
（1）廢舊或閑置設(shè)備回收和再利用率較低；
（2）能源和原材料的浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重；
（3）環(huán)境保護(hù)意識在機(jī)制工業(yè)廠家頭腦中還比較淡薄尤其是一些中小企業(yè)對環(huán)境的污染還比較嚴(yán)重；
（4）產(chǎn)品的回收利用率很低。
近幾年開始開發(fā)的綠色制造，正是針對以上這些現(xiàn)象，提出綜合考慮環(huán)境因素和資源利用效率的現(xiàn)代制造模式。傳統(tǒng)制造和綠色制造的最大區(qū)別就是傳統(tǒng)制造只是根據(jù)市場信息設(shè)計生產(chǎn)和銷售產(chǎn)品，而其余就考慮得較少。綠色制造則通過綠色生產(chǎn)過程（綠色設(shè)計、綠色材料、綠色設(shè)備、綠色工藝、綠色包裝、綠色管理）生產(chǎn)出綠色產(chǎn)品，產(chǎn)品使用完以后再通過綠色處理后加以回收利用。采用綠色制造能最大限度地減少對環(huán)境的負(fù)面影響，同時原材料和能源的利用效率能達(dá)到最高。目前已經(jīng)頒布的 ISO9000系列國際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和ISO14000國際環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)更為綠色制造提供了廣闊的應(yīng)用空間。
（一）低物耗的綠色制造技術(shù)
原材料（尤其是一些不可再生的金屬材料）大量消耗，將不利于全社會的可持續(xù)發(fā)展，因此，機(jī)械工業(yè)應(yīng)積極推廣資源消耗少的綠色技術(shù)，也就是在機(jī)械制造中，優(yōu)化工藝方案，采用先進(jìn)的加工技術(shù)，可采取以下綠色工藝技術(shù)。
1、綠色材料：綠色設(shè)計與制造所選擇的材料既要有良好的適用性能，又要與環(huán)境有較好的協(xié)調(diào)性。為此，可改善機(jī)械產(chǎn)品的功能，簡化結(jié)構(gòu)，減少所用材料的種類；選用易加工的材料，低耗能、少污染的材料，可回收再利用的材料。
2、少無切削：隨著新技術(shù)、新工藝的發(fā)展、精鑄、冷擠壓等成型技術(shù)和工程塑料在機(jī)械制造中的應(yīng)用日趨成熟，從近似成形向凈成形仿形發(fā)展。有些成形件不需要機(jī)械加工，就可直接使用，不僅可以節(jié)約毛坯制造時的能耗、物耗，也大大減少了產(chǎn)品的制造周期和生產(chǎn)費(fèi)用。
3、節(jié)水制造技術(shù)：水是寶貴的資源在機(jī)械制造中起著重要作用。但由于我國北方缺水，從綠色可持續(xù)發(fā)展的角度，應(yīng)積極探討節(jié)水制造的新工藝。干式切削就是一例，它可消除在機(jī)加工時使用切削液所帶來的負(fù)面效應(yīng)，是理性的機(jī)械加工綠色工藝。它的應(yīng)用不局限于鑄鐵的干銑削，也可擴(kuò)展到機(jī)加工的其它方面，但要有其特定的邊界條件，如要求刀具具有較高的耐熱性、耐磨性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，機(jī)床則要求高速切削，有冷風(fēng)、吸塵等裝置。
4、減少加工余量：若機(jī)件的毛坯粗糙，機(jī)加工余量較大，不僅消耗較多的原材料，而且生產(chǎn)效率低下。因此，有條件的地區(qū)可組織專業(yè)化毛坯制造，提高毛坯精度；另一方面，采用先進(jìn)的制造技術(shù)，如高速切削，隨著切削速度的提高，則切削力下降，且加工時間短，工件變形小，以保證加工質(zhì)量
5、新型刀具材料：減少刀具，尤其是復(fù)雜、貴重刀具材料的磨耗是降低材料消耗的另一重要途徑，對此可采用新型刀具材料，發(fā)展涂層刀具。
6、回收利用：綠色設(shè)計與制造，非?？粗貦C(jī)械產(chǎn)品廢棄后回收利用，它使傳統(tǒng)的物料運(yùn)行模式從開放式變?yōu)椴糠珠]環(huán)式。
（二）低能耗的綠色制造技術(shù)
機(jī)械制造企業(yè)在生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備時，需要大量鋼鐵、電力、煤炭和有色金屬等資源，隨著地球上礦物資源的減少和近期國際市場石油的不斷波動，節(jié)能降耗已經(jīng)是不爭的事實(shí)，對此可采取以下綠色技術(shù)。
1、技術(shù)節(jié)能：加強(qiáng)技術(shù)改造，提高能源利用率，如采用節(jié)能型電機(jī)、風(fēng)扇，淘汰能耗大的老式設(shè)備。
2、工藝節(jié)能：改變原來能耗大的機(jī)械加工工藝，采用先進(jìn)的節(jié)能新工藝和綠色新工裝。
3、管理節(jié)能：加強(qiáng)能源管理及時調(diào)整設(shè)備負(fù)荷，消除滴、漏、跑、冒等浪費(fèi)現(xiàn)象，避免設(shè)備空車運(yùn)轉(zhuǎn)和機(jī)電設(shè)備長期處于待電狀態(tài)。
4、適度利用新能源：可再生利用、無污染的新能源是能源發(fā)展的一個重要方向。如把太陽能聚焦，可以得到利用輻射加工的高能量光速。太陽能、天然氣、風(fēng)扇、地?zé)崮艿刃滦蜐崈舻哪茉催€有待于進(jìn)一步開發(fā)。
5、綠色設(shè)備：機(jī)械制造裝備將向著低能耗，與環(huán)境相協(xié)調(diào)的綠色設(shè)備方向發(fā)展，現(xiàn)在已出現(xiàn)了干式切削加工機(jī)床、強(qiáng)冷風(fēng)磨削機(jī)床等。綠色化設(shè)備減少了機(jī)床材料的用量，優(yōu)化了機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)床性能，不使用對人和生產(chǎn)環(huán)境有害的工作介質(zhì)。
（三）廢棄物少的綠色制造技術(shù)
機(jī)械制造目前多是采用材料去除的加工方式，產(chǎn)生大量的切屑、廢品等廢棄物，既浪費(fèi)了資源，有污染了環(huán)境，對此可采取以下綠色技術(shù)。
1、切削液的回收再利用：已使用過的廢乳化液中，一般含油，此外還含有S,P等化學(xué)添加劑，如直接排放或燃燒，則將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，綠色制造對切削液的使用、回收利用或再生非常重視。
2、磨屑二次資源利用：在磨削中，磨屑的處理有些困難，若采用干式磨削，磨削處理則較為方便，由于CBN砂輪的磨削比較高，磨屑中很少有砂輪的微粒，磨屑純度很高，可通過一定的裝置，搜集被加工材料的磨粒，作二次資源利用。
一臺機(jī)器的全生命周期要經(jīng)歷設(shè)計、毛坯制造、機(jī)械加工、熱處理、裝配、包裝、使用和維修、報廢回收等階段，每一個階段都與環(huán)境保護(hù)緊密相連，都有可能造成環(huán)境污染。
因此，產(chǎn)品在設(shè)計階段就要考慮綠色制造的要求，盡量設(shè)計出合理的結(jié)構(gòu)，保證加工制造簡單方便。
1.2 鏜床的基本概念及分類
鏜床系指主要用鏜刀在工件上加工已有預(yù)制孔的機(jī)床。通常，鏜刀旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動，鏜刀或工件的移動為進(jìn)給運(yùn)動。它的加工精度和表面質(zhì)量要高于鉆床。鏜床是大型箱體零件加工的主要設(shè)備，用于加工高精度孔或一次定位完成多個孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關(guān)的其他加工面的加工。
加工特點(diǎn)：加工過程中工件不動，讓刀具移動，將刀具中心對正孔中心，并使刀具轉(zhuǎn)動(主運(yùn)動)。
按結(jié)構(gòu)和被加工對象分
(1)臥式鏜床：鏜軸水平布置并做軸向進(jìn)給，主軸箱沿前立柱導(dǎo)軌垂直移動，工作臺做縱向或橫向移動，進(jìn)行鏜削加工。這種機(jī)床應(yīng)用廣泛且比較經(jīng)濟(jì)，它主要用于箱體(或支架)類零件的孔加工及其與孔有關(guān)的其他加工面加工。
(2)坐標(biāo)鏜床：具有精密坐標(biāo)定位裝置的鏜床，它主要用于鏜削尺寸、形狀、特別是位置精度要求較高的孔系，也可用于精密坐標(biāo)測量、樣板劃線、刻度等工作。
(3)精鏜床：用金剛石或硬質(zhì)合金等刀具，進(jìn)行精密鏜孔的鏜床。
(4)深孔鏜床：用于鏜削深孔的鏜床。
(5)落地鏜床：工件安置在落地工作臺上，立柱沿床身縱向或橫向運(yùn)動。用于加工大型工件。
此外還有能進(jìn)行銑削的銑鏜床，或進(jìn)行鉆削的深孔鉆鏜床。
1.3 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀
國外現(xiàn)狀：
德國政府一貫重視機(jī)床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。特別講究“實(shí)際”與“實(shí)效”，堅持“以人為本”，師徒相傳，不斷提高人員素質(zhì)。在發(fā)展大量大批生產(chǎn)自動化的基礎(chǔ)上，于1956年研制出第一臺數(shù)控機(jī)床后，一直堅持實(shí)事求是，講求科學(xué)精神，不斷穩(wěn)步前進(jìn)。德國特別注重科學(xué)試驗(yàn)，理論與實(shí)際相結(jié)合，基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù)科研并重。企業(yè)與大學(xué)科研部門緊密合作，對用戶產(chǎn)品、加工工藝、機(jī)床布局結(jié)構(gòu)、數(shù)控機(jī)床的共性和特性問題進(jìn)行深入的研究，在質(zhì)量上精益求精。德國的數(shù)控機(jī)床質(zhì)量及性能良好、先進(jìn)實(shí)用、貨真價實(shí)，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機(jī)床。德國特別重視數(shù)控機(jī)床主機(jī)及配套件之先進(jìn)實(shí)用，其機(jī)、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件，在質(zhì)量、性能上居世界前列。如西門子公司之?dāng)?shù)控系統(tǒng)和Heidenhain公司之精密光柵，均為世界聞名，競相采用。
國內(nèi)現(xiàn)狀：
在產(chǎn)品開發(fā)上，國內(nèi)支柱企業(yè)重點(diǎn)放在數(shù)控機(jī)床上，年生產(chǎn)機(jī)床臺數(shù)和數(shù)控機(jī)床所占比例逐年上升。據(jù)不完全統(tǒng)計，2004年鉆鏜床行業(yè)共開發(fā)新產(chǎn)品81種，其中數(shù)控機(jī)床新產(chǎn)品61種，占開發(fā)新產(chǎn)品的近80%。數(shù)控產(chǎn)品中在國內(nèi)具有領(lǐng)先水平的有36種，包括車銑鏜等復(fù)合加工中心，高速（最高轉(zhuǎn)速在15000r/min至36000r/min）立、臥式加工中心、高速銑削中心、大型臥式加工中心（工作臺尺寸2000mm×4000mm及以上）、龍門式加工中心（龍門五面、龍門五軸）、五軸聯(lián)動加工中心、高精度數(shù)控機(jī)床等。
1.4 本課題研究內(nèi)容及意義
本課題主要對T611型鏜床主軸箱進(jìn)行設(shè)計，主軸箱設(shè)計最重要的部分是傳動設(shè)計，主要內(nèi)容有：V帶傳動設(shè)計，齒輪傳動設(shè)計，軸的設(shè)計以及其它附件的設(shè)計，要求實(shí)現(xiàn)18級主軸轉(zhuǎn)速變化的傳動。
本次設(shè)計的意義在于：
綜合已學(xué)知識，提高學(xué)生專業(yè)水平、計算機(jī)水平、綜合能力、創(chuàng)新開發(fā)研究能力以及與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。
第2章 總體設(shè)計與原動機(jī)選擇
鏜床是一種主要用鏜刀在工件上加工孔的機(jī)床。通常用于加工尺寸較大、精度要求較高的孔，特別是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求較高的孔，如各種箱體、汽車發(fā)動機(jī)缸體等零件上的孔。臥式鏜床的主軸水平布置并可軸向進(jìn)給，主軸箱沿前立柱導(dǎo)軌垂向運(yùn)動，工作臺可縱向或橫向運(yùn)動，可鉆、擴(kuò)、鉸、和鏜孔及車削內(nèi)、外螺紋、攻螺紋、車外圓柱面、端面及用端銑刀、圓柱銑刀銑平面等。
根據(jù)機(jī)床的精度等級和工作性能要求，構(gòu)思主傳動系統(tǒng)，初步擬定采用集中傳動，采用三相異步電動機(jī)，經(jīng)分級變速箱實(shí)現(xiàn)主軸所需的各級轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速范圍。
1.1 電動機(jī)確定
1.1.1 電動機(jī)的確定原則
選擇電動機(jī)時，除了正確的選擇功率外，還要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求及工作環(huán)境等，正確的選擇電動機(jī)的種類、型式、電壓和轉(zhuǎn)速。
A 電動機(jī)種類的選擇：
電動機(jī)的種類分為直流和交流電動機(jī)兩大類。直流電動機(jī)又分為他勵、并勵串勵電動機(jī)等。交流電動機(jī)又分為籠型、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)及同步電動機(jī)等。電動機(jī)種類的選擇主要是從生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)性能的要求來考慮，例如，對于調(diào)速范圍、調(diào)速精度、調(diào)速平滑性、低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等性能來考慮。
凡是不需要調(diào)速的拖動系統(tǒng)，總是考慮采用交流拖動，特別是采用籠型異步電動機(jī)。長期工作、不需要調(diào)速、且容量相當(dāng)大的生產(chǎn)機(jī)械，如空氣壓縮機(jī)、球磨機(jī)等，往往采用同步電動機(jī)拖動，因?yàn)樗芨纳齐娋W(wǎng)的功率因數(shù)。
如果拖動系統(tǒng)的調(diào)速范圍不廣，調(diào)速級數(shù)少，且不需要在低速下長期工作，可以考慮采用交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)或變級調(diào)速電動機(jī)。因?yàn)槟壳皯?yīng)用的交流調(diào)速范圍拖動，大部分由于低速運(yùn)行時能量損耗大，鼓一般均不宜在低速下長期運(yùn)行。
對于調(diào)速范圍寬、調(diào)速平滑性要求較高的場合，通常采用支流電動機(jī)拖動，或者采用近年來發(fā)展起來的交流變頻調(diào)速電動機(jī)拖動。
B電動機(jī)型式的選擇：
各種生產(chǎn)機(jī)械的工作環(huán)境差異很大，電動機(jī)與工作機(jī)械也有各種不同的連接方式，所以應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的生產(chǎn)機(jī)械類型、工作環(huán)境等特點(diǎn)，來確定電動機(jī)的結(jié)構(gòu)型式，如直立式、臥式、開啟式、封閉式、防滴式、防暴式等各種型式。
C 電動機(jī)容量的選擇：
（1）等效電流法
等效電流法的基本的基本思想是用一個不變的電流Icq來等效實(shí)際上變化的負(fù)載帶暖流，要求在同一個周期內(nèi)，等效電流Icq與實(shí)際變化的負(fù)載電流所產(chǎn)生的損耗等。假定電動機(jī)的鐵損耗與繞組電阻不變，損耗只與電流的平
方成正比，由此可得等效電流為
Icq = I12t1+I22t2+…+In2tn
t1+t2+…+tn
式中，tn為對應(yīng)負(fù)載電流In時的工作時間。求出Icq后，則選用電動機(jī)的額定電流In應(yīng)大雨或等于Icq。采用等效電流法時，必須先求出用電流表示的負(fù)載圖。
（2） 等效轉(zhuǎn)矩法
如果電動機(jī)在運(yùn)行時，其轉(zhuǎn)矩與電流成正比（如他勵直流電動機(jī)的勵磁保持不變，異步電動機(jī)的功率因數(shù)和氣隙磁通保持不變時），則式（9.3.1）可以改寫成等效轉(zhuǎn)矩公式。
Teq= T12t1+T22t2+…+Tn2tn
t1+t2+…+tn
此時，選用電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩T應(yīng)大于或等于T，當(dāng)然，這時應(yīng)先求出用轉(zhuǎn)矩表示的負(fù)載。
（3）等效功率法
如果電動機(jī)運(yùn)行時，其轉(zhuǎn)速保持不變，則功率與轉(zhuǎn)矩成正比，于是由式可得等效功率為
Peq= P12t1+P22t2+…+Pn2tn
t1+t2+…+tn
此時，選用電動機(jī)的功率P大于或等于P即可。
必須注意的是用等效法選擇電動機(jī)容量時，要根據(jù)最大負(fù)載來校驗(yàn)電動機(jī)的過載能力是否要求，如果過載能力不能滿足，應(yīng)當(dāng)按過載能力來選擇較大容量的電動機(jī)。
1.1.2 電動機(jī)選擇
根據(jù)鏜床功率要求及上述方法測量和評估，查表選取
電動機(jī)型號：Y160M-4
功率： 11kw
轉(zhuǎn)速： n=1460r/min
1.2 總體布局
采用臥式鏜床常規(guī)的布局型式，機(jī)床主要組成部件有床身、前立柱、主軸箱、工作臺和后立柱等。此次設(shè)計主傳動系統(tǒng)包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ軸及相關(guān)部件。
1）主軸傳動系統(tǒng)采用普通V帶，齒輪傳動
2）傳動型式采用集中傳動
3）主軸正反轉(zhuǎn)方向，制動采用能耗制動器
4）變速齒輪系統(tǒng)采用多聯(lián)滑移齒輪
5）潤滑系統(tǒng)采用飛濺油潤滑
圖1 鏜床的主要組成
第3章 傳動系統(tǒng)設(shè)計
3.1擬定結(jié)構(gòu)
（1）確定變速組傳動副數(shù)目：
18=3×3×2
（2）確定基本組和擴(kuò)大組：
18=3×3×2
（3）驗(yàn)算最后擴(kuò)大組變速范圍：
所以符合設(shè)計原則
3.2分配傳動比
該鏜床主軸系統(tǒng)共設(shè)有四個傳動組，其中有一個是帶傳動，根據(jù)降速比分配應(yīng)“前快后慢”的原則，確定各傳動組最小傳動比：
=
3.3繪制轉(zhuǎn)速圖及確定各軸與齒輪的轉(zhuǎn)速
由1.26=1.06，查表4.2-1（文獻(xiàn)13）轉(zhuǎn)速有31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250、1600。
圖2 轉(zhuǎn)速圖
由轉(zhuǎn)速圖可得各軸轉(zhuǎn)速及各齒輪轉(zhuǎn)速：
傳動件
計算轉(zhuǎn)速
軸
Ⅰ
800
Ⅱ
400
Ⅲ
125
Ⅳ
100
齒
輪
800
630
800
500
800
400
630
800
500
315
400
125
800
1600
125
31.5
3.4齒輪齒數(shù)確定
利用查表法及各對齒數(shù)比求出個傳動組齒輪齒數(shù)。
變速組
一
二
三
齒數(shù)和
90
95
99
齒輪
齒數(shù)
40
50
35
55
30
60
53
42
37
58
23
72
66
33
20
79
3.5帶傳動設(shè)計
帶傳動是機(jī)械傳動學(xué)科的一個重要分支，主要用于傳遞運(yùn)動和動力。它是機(jī)械傳動中重要的傳動形式，用途極為廣泛。其最大的特點(diǎn)是過載保護(hù)，遠(yuǎn)近傳動，結(jié)構(gòu)簡單，更換方便。
V帶傳動帶選為A型普通V帶傳動。
1、 確定計算功率：
1）、由［《機(jī)械設(shè)計》（參考文獻(xiàn)［5］）］表8-7查得工作情況系數(shù)
2）、計算得
2、選擇V帶型號
查圖8-11 ［5］選A型普通V帶。
3.確定帶輪直徑
（1）、參考表8-6［5］及表8-8［5］選取小帶輪直徑
由于電機(jī)高度為H＝100mm,所以
（電機(jī)中心高符合要求）
（2）、驗(yàn)算帶速 由式8-13［5］
（3）、確定從動帶輪直徑
大帶輪直徑由公式求得：
mm
查表8－8［5］ 取
（4）、傳動比 i
（5）、從動輪轉(zhuǎn)速
4.確定中心距和帶長
（1）、按式8-23［5］初選中心距
取
（2）、按式(8-22［5］)求帶的計算基礎(chǔ)準(zhǔn)長度L0
查表8－2 (機(jī)設(shè))取帶的基準(zhǔn)長度Ld=1600mm
(3)、按式8-23(機(jī)設(shè))計算中心距:a
(4)、確定中心距調(diào)整范圍
5.驗(yàn)算小帶輪包角α1
6.確定V帶根數(shù)Z
(1)、由表8－4a［5］。
(2)、由表8－5d［5］查得△P0=0.15Kw
(3)、由表8-5［5］查得包角系數(shù)
(4)、由表8-2(機(jī)設(shè))查得長度系數(shù)KL=1.18
(5)、計算V帶根數(shù)Z，由式8-26［5］
取Z=7根
7．計算單根V帶初拉力F0，由式8-27(機(jī)設(shè))。
q由表8-3(機(jī)設(shè))查得為：0.1
8．計算對軸的壓力FQ，由式8-28［5］得
9．確定帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸，給制帶輪工作圖
小帶輪基準(zhǔn)直徑dd1=125mm采用實(shí)心式結(jié)構(gòu)。大帶輪基準(zhǔn)直徑dd2=24mm，采用孔板式結(jié)構(gòu)。
3.6驗(yàn)算主軸轉(zhuǎn)速誤差
主軸各級實(shí)際轉(zhuǎn)速值由公式：
其中，，分別為第一、二、三變速齒輪傳動比。
=49.86
=62.83
=79.16
=99.75
1.26=125.68
1.26=158.36
1.26=199.53
=251.4
=316.78
=399.14
=502.92
=633.68
=798.43
1.26=1006
1.26=1267.6
1.26=1597.2
轉(zhuǎn)速誤差：
=4.1%
所以轉(zhuǎn)速誤差表為：
主軸轉(zhuǎn)速
標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速r/min
31.5
40
50
63
80
100
125
160
200
實(shí)際轉(zhuǎn)速r/min
32
40.38
49.86
62.83
79.16
99.75
125.68
158.36
199.53
轉(zhuǎn)速誤差%
1.58
0.95
0.28
0.26
1.05
0.25
0.544
1.025
0.235
主軸轉(zhuǎn)速
標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速r/min
250
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
實(shí)際轉(zhuǎn)速r/min
251.4
316.78
399.14
502.92
633.68
798.43
1006
1267.6
1597.2
轉(zhuǎn)速誤差%
0.56
0.565
0.2
0.58
0.58
0.2
0.6
1.4
0.175
所以轉(zhuǎn)速誤差滿足要求
3.7繪制傳動系統(tǒng)圖
根據(jù)傳動情況及齒輪分布情況，繪制傳動系統(tǒng)圖如下：
圖3 傳動系統(tǒng)圖
第4章 結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計
4.1齒輪傳動設(shè)計
1） 齒輪的材料，精度和齒數(shù)選擇:
齒輪采用45號鋼，鍛選毛坯，調(diào)質(zhì)處理。齒輪精度用7級，輪齒表面精糙度為Ra1.6，齒輪硬度280HBC。
2） 模數(shù)計算：
許用接觸應(yīng)力=0.96，查表2.4-17，圖2.4-8［1］
得 =1100N/
由表2.4-17［1］有=，查圖2.4-13［1］取
=518 N/
查表2.4-17取齒寬系數(shù)
=b/m=7。
由圖2.4-10 ［1］取
=30時 =4.1；
=23時 =4.24；
=20時 =4.34
按齒面疲勞強(qiáng)度：
按輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度：
代入數(shù)據(jù)計算可得下表：
傳
動
組
小
齒
輪
齒
數(shù)
比
齒寬系數(shù)
傳
遞
功
率
P
載荷系數(shù)
K
系
數(shù)
系
數(shù)
許
用
接
觸
應(yīng)
力
許
用
齒
根
應(yīng)
力
計
算
轉(zhuǎn)
速
系
數(shù)
模
數(shù)
模
數(shù)
選
取
模
數(shù)
第一變速組
30
2
7
10.56
1
61
1
1100
518
800
4.1
2.23
2.12
2.5
第二變速組
23
3.17
7
10.51
1
61
1
1100
518
400
4.24
3.22
2.94
3.5
第三變速組
20
4
9
10.4
1
61
1
1100
518
125
4.34
3.96
4.19
4.5
2） 齒輪模數(shù)驗(yàn)算
以Z5為例
驗(yàn)算公式
按齒面接觸疲勞強(qiáng)度
按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度
序
號
計算內(nèi)容
計算用圖表或公式
計算過程
結(jié)果
名稱
符號
單位
1
齒數(shù)
Z
30
2
使用系數(shù)
表3.4-31［2］
1.0
3
功率系數(shù)
表3.4-32［2］
0.84
表3.4-32［2］
0.83
4
轉(zhuǎn)速變化系數(shù)
表3.4-33［2］
0.97
表3.4-33［2］
0.97
5
變動工作用量系數(shù)
=0.84×0.97×1.27
1.03
=0.83×0.97×2.02
取1
6
工作期限系數(shù)
=
1.27
=
2.02
7
名義切向力
N
；
=×
8
分度圓圓周速度
m/s
34.6
9
動載系數(shù)
1.18
10
齒向載荷分布系數(shù)
=1+0.2+0.17
1.37
11
齒間載荷分配系數(shù)
表3.4-38［2］
1.1
表3.4-38［2］
1.1
12
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)
圖3.4-7［2］
2.5
13
彈性系數(shù)
表3.4-39［2］
189.8
14
接觸強(qiáng)度重合度及螺旋角系數(shù)
圖3.4-8［2］
0.9
15
許用接觸應(yīng)力
N/mm
=
=1200×0.89
1068
16
復(fù)合齒形系數(shù)
插齒、滾齒查圖3.4-10［2］
剃齒、磨齒查圖3.4-11［2］
4.0
17
彎曲強(qiáng)度重合度及螺旋角系數(shù)
圖3.4-12［2］
0.8
18
許用齒根應(yīng)力
N/mm
=1.3×446
579.8
19
接觸強(qiáng)度模數(shù)
mm
2.28
20
彎曲強(qiáng)度模數(shù)
mm
2.15
3）幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)計算
確定了模數(shù)和齒數(shù)，即可計算出齒輪結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)
計算、的尺寸：
端面齒形角：
20°
分度圓直徑：
mm
mm
齒頂高：
mm
齒根高：
mm
全齒高：
mm
齒頂圓直徑：
=100+2×2.5=105 mm
=125+2×2.5=130 mm
齒根高直徑：
=105-2×3.125=98.75 mm
=125-2×3.125=118.75 mm
中心矩：
=112.5 mm
計算出，的幾何尺寸：
端面齒形角： 20°
分度圓直徑：
mm
齒頂高：
mm
齒根高：
mm
全齒高：
mm
齒頂圓直徑：
=87.5+2×2.5=92.5 mm
=137.5+2×2.5=142.5 mm
齒根高直徑：
=87.5-2×3.125=81.25 mm
=137.5-2×3.125=131.25 mm
、的幾何尺寸：
端面齒形角：20°
分度圓直徑：
mm
mm
齒頂高： mm
齒根高： mm
全齒高：
mm
齒頂圓直徑：
=75+2×2.5=80 mm
=150+2×2.5=155 mm
齒根高直徑：
=150-2×3.125=143.75 mm
=150-2×3.125=143.75 mm
4.2確定主軸支承軸頸尺寸
參照圖2.3-2［1］，選取前支承軸頸直徑：
=100mm
后支承軸頸直徑：
=（0.7～0.8）=70～85mm
取=80mm
4.3設(shè)計傳動軸直徑
確定軸的直徑
選材料為45鋼，查［5］表14-2取 C=112。
(mm)
其中為軸危險截面的直徑 （mm）
P為該傳動軸的載入功率（kw）
P= (kw)
代入計算如下表：
計算公式
軸號
計算轉(zhuǎn)速 r/min
傳動效率
輸入功率P
kw
允許扭轉(zhuǎn)角[]
deg/m
傳動軸長度
mm
估
計
軸
直
徑
mm
花鍵軸尺寸
N×d×D×B
Ⅰ
800
0.96
10.56
1.5
400
34.5
8×36×42×7
Ⅱ
400
0.96×0.995
10.51
1.5
400
41
8×42×48×8
Ⅲ
125
0.96×0.995×0.99
10.4
1.5
500
54.5
8×56×65×10
第5章 附件設(shè)計
5.1齒輪塊設(shè)計
齒輪采用滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)，根據(jù)各傳動組的工作特點(diǎn)，第一擴(kuò)大組的滑移齒輪采用銷釘聯(lián)接裝配式結(jié)構(gòu)，基本組采用了整體滑移式齒輪。第二擴(kuò)大組，由于傳遞轉(zhuǎn)矩較大，采用鏈接裝配式齒輪，所有滑移齒輪與傳動軸間均采用花鍵聯(lián)接。
5.2軸承選擇
為了簡化結(jié)構(gòu)，主軸采用了軸向后端定位的兩支承軸組件、前支承采用雙列圓柱滾子軸承，后支承采用角接觸球軸承和推力軸承，為了保證主軸的回轉(zhuǎn)精度，主軸前后軸承均用壓塊式防松螺母調(diào)整軸承的間隙。
5.3操縱機(jī)構(gòu)
為了適應(yīng)不同的加工狀態(tài)，主軸的轉(zhuǎn)速經(jīng)常需要調(diào)整。根據(jù)各滑移變速傳動組的特點(diǎn)，分別采用了集中變速操縱機(jī)構(gòu)和單獨(dú)操縱機(jī)構(gòu)。
5.4潤滑系統(tǒng)設(shè)計
主軸內(nèi)采用飛濺式潤滑，卸荷皮帶輪軸承采用脂潤滑方式。
5.5密封裝置
為了保證密封效果，采用接觸密封，主軸直徑大，線速度高，采用非接觸式密封，卸荷皮帶輪的潤滑采用毛氈式密封以防止雜物進(jìn)入。
第6章 校核
6.1驗(yàn)算軸彎曲剛度
（1）受力分析
Ⅱ軸上的齒輪為滑移齒輪。根據(jù)本鏜床齒輪排列特點(diǎn)。主軸轉(zhuǎn)速為100r/min時，Ⅱ軸受力變形最大，故采用此時的齒輪位置為計算位置。
（2）計算撓度、傾角
齒輪受力計算
；
；
；
；
傳
遞
功
率
P
kw
轉(zhuǎn)
速
n
r/min
傳
動
轉(zhuǎn)
矩
T
N·mm
齒
輪
壓
力
角
°
齒
面
摩
擦
角
°
齒輪
齒輪
切
向
力
N
合
力
N
在
X
軸上的投影
N
在
Z
軸上的投影
N
分
度
圓
直
徑
mm
切
向
力
N
合
力
N
在
X
軸上的投影
N
在
Z
軸上的投影
N
分
度
圓
直
徑
mm
10.51
630
159318
20
6
2317.4
2578.3
359.8
2554.3
137.5
2460.5
2737.6
-1515
-2280.2
129.5
6.2花鍵鍵側(cè)擠壓應(yīng)力計算
其中為計算擠壓應(yīng)力
為許用擠壓應(yīng)力
為花鍵軸傳遞的最大轉(zhuǎn)矩
為花鍵軸的大徑
為花鍵軸的小徑
為花鍵的赤數(shù)
為載荷分布不均系數(shù)=0.7~0.8
計算公式
最
大
轉(zhuǎn)
矩
N·mm
花鍵軸小徑
mm
花鍵軸大徑
mm
花
鍵
數(shù)
載
荷
系
數(shù)
工
作
長
度
mm
許
用
擠
壓
應(yīng)
力
MPa
計
算
擠
壓
應(yīng)
力
MPa
結(jié)
論
250926.3
42
48
8
0.8
70
30
8.30
合格
6.3滾動軸承驗(yàn)算
根據(jù)Ⅱ軸的受力狀態(tài)，分別計算出左（A端）、右（B端）兩支承端支反力。
在xoy平面內(nèi)：
N
N
在zoy平面內(nèi)：
N
N
左、右端支反力為：
N
N
兩端支承受力相同、左端受力大，所以只驗(yàn)算左端軸承。
軸承驗(yàn)算：
計算公式
疲勞壽命驗(yàn)算
（h）
靜負(fù)荷驗(yàn)算
（N）
序
號
計算內(nèi)容
計算用表或公式
計算過程
結(jié)果
名稱
符號
單位
1
額定動負(fù)荷
C
N
查軸承手冊
20000
2
速度系數(shù)
0.47
3
使用系數(shù)
表2.4-19
［1］
1.0
4
功率利用系數(shù)
表2.4-20
［1］
0.80
5
轉(zhuǎn)速變化系數(shù)
表2.4-21
［1］
0.97
6
齒輪輪換工作系數(shù)
表2.4-27
［1］
0.75
7
當(dāng)量動負(fù)荷
N
640.8
8
許用壽命
h
10000
9
壽命指數(shù)
3.33
10
額定壽命
h
將上述參數(shù)代入公式
計算得
合格
11
額定靜負(fù)荷
N
查軸承手冊
15200
12
安全系數(shù)
表2.4-32
［1］
1.2
13
當(dāng)量靜負(fù)荷
N
已計算求得
640.8
14
靜負(fù)荷
N
合格
結(jié) 論
研究完本課題，通過理論學(xué)習(xí)和設(shè)計計算，可得到如下結(jié)論：
1. 鏜床的主要功能是鏜削工件上各種孔和孔系，特別適合于多孔的箱體類零件的加工：
（1）在鏜床上可以對工件進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔和鉸孔等一般加工。
（2）能對各種大、中型零件的孔或孔系進(jìn)行鏜削加工。
（3）能利用鏜床主軸，安裝銑刀盤或其他銑刀，對工件進(jìn)行銑削加工。
（4）在臥式鏜床上，還可以利用平旋盤和其他機(jī)床附件，鏜削大孔、大端面、槽及進(jìn)行螺紋等一些特殊的鏜削加工。
2. 臥式鏜床主要由床身、主軸箱、主軸部件、工作臺和帶尾座的后立柱組成。其中工作臺部件由下滑座、上滑座和回轉(zhuǎn)工作臺三部分組成。
3. 主軸箱是T611最重要的部件，本次設(shè)計目的主要有：提高其工作效率、減少各種損耗、降低成本、減小噪音。盡管目前數(shù)控機(jī)床大量的使用，效率也大大高于普通機(jī)床，如果提高工作效率和降低生產(chǎn)成本，價格相對便宜的普通機(jī)床還是有其廣闊的市場，
參考文獻(xiàn)
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