畢業(yè)論文
1 主傳動的運動設計
1．主電機的選定
由總體設計方案可知：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
D
E
M
N
P
R
JO2-32
28
60
215
180
250
5
4
120
14
415
其螺栓直徑為12mm。
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，由總體設計方按可知：主軸的轉(zhuǎn)速范圍為31.5～1400 r/min，異步電動機的轉(zhuǎn)速為1450 r/min。
1． 選定公比
中型通用機床，常用的公比為1.26或1.41，考慮到適當減小本鉆床的相對速度損
失，選定=1.41。
,取Z=12
按標準轉(zhuǎn)速數(shù)列為：31，45，63，90，125，180，1250，355，500，710，1000，1450r/min。
2． 選擇結(jié)構(gòu)式
1）確定變速組的數(shù)目和各變速組中傳動副的數(shù)目
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。該機床的變速范圍較大，必須經(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=4×3，或Z=12=4×2×2-4,或Z=12=3×2×2。為了結(jié)構(gòu)緊湊和主軸箱不過分的大，故選取Z=12=4×2×2-4.
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=4×2×2-4
12=2×2×4-4
12=2×4×2-4
因本鉆床在結(jié)構(gòu)上有特殊要求，根據(jù)設計要點，應遵守“前多后少”的原則，選擇12=4×2×2-4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=的結(jié)構(gòu)式。
4）驗算變速組的變速范圍
最后擴大組的變速范圍,在允許的變速范圍之內(nèi)。
3． 確定是否需要增加降速的定比傳動副
該銑床的主傳動系統(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， 運動由電機經(jīng)彈性聯(lián)軸節(jié)和一對齒輪傳動軸I，再由傳動變速機構(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。
① 在軸IⅤ上標出12級轉(zhuǎn)速：30～1500r/min,在第Ⅰ軸上用A點代表電動機轉(zhuǎn)速；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。
② 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=1.41，查表可知，，即從E點向上數(shù)3.5格（3lg），在III軸上找出D點，DE傳動線表示Ⅳ-Ⅴ軸間變速組（第二擴大組）的降速傳動比。
③ 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，Ⅲ-Ⅳ軸間變速組（第一擴速前慢后快的原則，II-Ⅲ軸間變速組（第一擴大組），取u=,即從D點向上數(shù)四格（3lg）,在II軸上找出C點，用CD傳動線表示；同理，I-Ⅱ軸見取u=，用BC傳動線表示；0-Ⅰ軸間取u=,用AB線表示。
④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-Ⅱ軸間為基本組，有四對齒輪傳動，級比指數(shù)，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、、點，連結(jié)、B和B得基本組四條傳動線，它們的傳動比分別為、，，。II-Ⅲ軸間為第一擴大組也有二對齒輪傳動，級比指數(shù)=2，二條傳動線轉(zhuǎn)速圖上各相距一格，即和CD,它們的傳比分別為，，。III-Ⅳ軸間為第二擴大組，有三對齒輪傳動，級比指數(shù)，兩條傳動線在轉(zhuǎn)速圖上應相距4格，即D,DE,它們的傳動比分別為和。
⑤ 畫出全部傳動線，即鉆床的主傳動轉(zhuǎn)速圖。如前所述，轉(zhuǎn)速圖兩軸之間的平行線代表同一對齒輪傳動，所以畫II-Ⅲ軸間的傳動線時，應從、、兩點分別畫CD、、C、的平行線，使III軸得到8種轉(zhuǎn)速。由于特殊理由，畫III-Ⅳ軸間的傳動線時，應畫4條與DE平行的線，8條與D平行的線，使主軸得到12種轉(zhuǎn)速。
3．齒輪的確定
1．齒輪齒數(shù)的確定應注意以下問題：
1）.不產(chǎn)生根切。一般要求～20。
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，一般取，則。
3）.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。但由于傳動比的要求，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，在一定范圍內(nèi)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3～4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)定范圍之內(nèi)。
2．齒數(shù)的計算
1）.同一變速組內(nèi)模數(shù)相同的齒數(shù)的確定
為了便于設計和制造，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。在同一個變速組內(nèi)一般都采用相同的模數(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。
當各對齒輪模數(shù)相同，且不采用變位齒輪時，則各對齒輪的齒數(shù)和也必須相等，其間的關系是：
（3-1）
式中 —主動齒輪的齒數(shù)
—被動齒輪的齒數(shù)
—一對齒輪的傳動比
—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，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：
（3-2）
一般=17~30,初選=18,參考有關資料選取m為標準模數(shù)m=3。
由a=()和選取的=1.41，查表2-1《金屬切削機床》，得=76
故=-=76-18=58
所以=(18+58)=114=0.31
===0.31
==31.5÷0.31=101.6r/min
III軸的最高轉(zhuǎn)速 =×=101.6×1.41=1125.r/min
U=1400÷1125.7=1.24
Z=×S==42
Z=S-Z=76-42=34
3·齒輪參數(shù)的確定
分度圓直徑∶ d=mZ=3×42=126mm
d=mZ=3×34=102mm
齒頂高∶ h=m=3mm
齒根高∶ h=1.25m
全齒高∶ h= h+ h
頂隙∶ C= h- h=0.25m=0.75mm
齒頂圓直徑∶ d= d+2 h=126+2×3=132mm
d= d+2 h=108mm
齒根圓直徑∶d= d-2 h=118.5mm
d= d-2 h=94.5mm
齒寬∶ B=13mm
B=18mm
4．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芯嗪蜕釛l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L應比2B大2～4mm,其中B為齒寬，這是設計是排列齒輪首先要注意的問題。
第四章 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。在這些尺寸的基礎上，畫出草圖，得到初步結(jié)構(gòu)化的有關布置與尺寸；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轉(zhuǎn)載荷作用下不發(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)剛度估算軸的直徑，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：
d=91mm
其中： N—該傳動軸的輸入功率
N=kW
—電機額定功率
—從電機到該傳動軸之間傳動件的傳動效率的乘積
—該傳動件的計算轉(zhuǎn)速r/min
計算轉(zhuǎn)速是傳動件能傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。各傳動件的計算轉(zhuǎn)速可以從轉(zhuǎn)速圖上，按主軸的計算轉(zhuǎn)速和相應的傳動關系而確定，而中型車、鉆床主軸的計算轉(zhuǎn)速為：
（主）=
[]—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：
①．[]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，因此在計算時應按軸的實際長度進行折算和修正。
②．效率對估算軸徑d影響不大，可以不計，也可以用有關傳動件效率的概略值的積求出。
③．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計手冊的經(jīng)驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定。
2） 傳動軸剛度的驗算
① 軸的彎曲變形的條件和允許值
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：
y[Y]; []
② 軸的彎曲變形計算公式
當軸的直徑相差不大且計算精度要求不高時，可把軸看作等徑軸，采用平均直徑（）來進行
計算，計算花鍵軸的剛度時可采用平均直徑（）或當量直徑（）。
計算公式為：
圓軸：平均直徑=
慣性矩I=
矩形花鍵軸：平均直徑=
當量直徑=
慣性矩I=
③ 軸的力分解和變形合成
對于復雜受力軸的變形，先將受力分解成三個垂直平面上的分力，應用彎曲變形的公式求出所
要求截面的兩個垂直平面內(nèi)的y和值，然后進行疊加：在同一平面內(nèi)的可進行代數(shù)疊加，在兩垂直平面內(nèi)的按幾何向量合成，求出該截面的總撓度和總傾角。
④ 危險工作條件的判斷
主軸變速箱傳動軸的工作條件有多種，驗算剛度時應選擇最危險的工作條件進行。
一般是：軸的計算轉(zhuǎn)速低，傳動齒輪的直徑小且位于軸的中央，這時，軸受力將總變形劇增。如果對二、三種工作條件難以判斷是那一種最危險，就應分別進行計算，找到最大彎曲變形值y和。
⑤ 提高軸剛度的一些措施
加大軸的直徑；減少軸的跨距或增加第三支承；從新安排齒輪在軸上的位置；改變軸間的布置方式等。加大軸徑有時受到軸上小齒輪體厚的限制，增加第三支承使軸的結(jié)構(gòu)復雜化，都不是最有效和最理想的措施，應首先從齒輪在軸上的布置、軸的相互方位關系來改善受力狀態(tài)，看是否在不加大軸徑、不改變軸的基本形式的前提下，提高軸的剛度。
為了提高軸的剛度，有時寧愿多增加一對固定傳動齒輪，增加一根軸，從傳動方案上保證中間軸不會太長。
2． 齒輪模數(shù)的估算和計算
① 估算
按接觸疲勞和彎曲強度計算齒輪模數(shù)比較復雜，而且有些系數(shù)只有在齒輪各參數(shù)都
已知道后就可確定，所以只在草圖畫完之后效核用。在畫草圖之前，先估算，再選用標準齒輪模數(shù)。
齒輪彎曲疲勞的估算：
齒面點蝕的估算：
其中為大齒輪的計算轉(zhuǎn)速，為齒輪中心距。
由中心距及齒數(shù)，求出齒數(shù)：
根據(jù)估算所得和中較大的值，選取相近的標準模數(shù)。
② 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：
根據(jù)彎曲疲勞計算齒輪模數(shù)公式為：
式中：N—計算齒輪傳遞的額定功率N=kW；
—計算齒輪（小齒輪）的計算轉(zhuǎn)速r/min；
—齒寬系數(shù)=b/m, 常取6～10；
—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， i=;
—壽命系數(shù)，；
—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)次數(shù)；
—轉(zhuǎn)速變化系數(shù)；
—功率利用系數(shù)；
n—齒輪的最低轉(zhuǎn)速r/min;
—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《機械設計課程設計》（第二版）查的
推力球軸承，軸承型號51305。其尺寸參數(shù)為：d=30mm，D=52mm，B =16mm。技術參數(shù)為：C=21500N =43200N
計算軸承動負荷C：
（3.10）
式中 ——壽命系數(shù)
——轉(zhuǎn)速系數(shù)
[9] （3.11）
由公式（3.11）得
[9] （3.12）
由公式（3.12）得
把、代入，由公式（3.10）得
=24947N
<28000N
滿足強度要求。
深溝軸承：軸承型號6005，其尺寸參數(shù)為：d=25mm，D=47mm，B =12mm。
軸承型號6206，其尺寸參數(shù)為：d=30mm，D=62mm，B =16mm。
軸承型號6210，其尺寸參數(shù)為：d=50mm，D=90mm，B =20mm。
軸承型號6212，其尺寸參數(shù)為：d=60mm，D=110mm，B =22mm。
軸承型號6305，其尺寸參數(shù)為：d=25mm，D=80mm，B =17mm。
軸承型號6208，其尺寸參數(shù)為：d=40mm，D=80mm，B =18mm。
三.夾具設計
一 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?200mm外圓,車內(nèi)肩孔,留加工余量3mm,深度車至尺寸要求.
5． 調(diào)質(zhì)HB217至255
6． 精車各外圓,留加工余量0.3mm
7． 精車?200mm、?50mm和?104mm至圖紙要求，內(nèi)孔?80mm，留加工余量1mm,車端面取總長，鉆大端內(nèi)頂尖孔
8． 車30斜面
9． 鉆?20mm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?80mm孔至圖紙要求
12． 鏜6-?20mm孔至圖紙要求
13． 洗鍵槽至尺寸
14． 鉆斜孔兩處?8mm至圖紙要求
15． 配鉆?8mm孔
16． 檢驗
二 設計夾具
為了提高生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。
在該零件的夾具設計中， 選擇第九道工序——鉆6-￠20孔的鉆床夾具。本鉆模用于Z5140立式鉆床中。工件以外圓?70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，主軸通過內(nèi)齒輪帶動6根工作主軸傳動，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。由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,但又不能設計的太厚太重。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Φ20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：查《工藝手冊》表3--36
F=CF·d0XF·ffF·KF 式中CF=833.85，XF＝1，
yF＝0.7，d0＝20mm f＝0.25mm/r
F＝833.85×201×0.250.7×1＝6319.4N
機床轉(zhuǎn)速：查《工藝手冊》表4-4-1，
選n＝400r/min＝6.67r/s
切削扭矩：查《工藝手冊》表3--36
M＝CM·d0XM·fyM ·KM·10-3, 式中 CM=333.54，d0=5，XM=1.9，yM=0.8，KM=1，f=0.25
∴M＝333.54×20×0.250.8×1×10-3
＝34.64N·M
切削功率：Pm＝2π·M·n·10-3
＝2π×34.64×6.67×10-3
＝1.45Kw
（3）定位誤差分析 ：
?20與頂尖孔中心線的位置度公差為0.15mm。
3.夾具元件的設計
(1).鉆套的選擇
由<<機床夾具設計手冊>>查得：
孔徑Φ20的鉆套：
d＝20mm H＝32mm D＝35mm，r=2mm，c=0.6mm
四 致謝
我本次設計的為Z5140立式鉆床的主軸箱及多軸鉆削頭，在設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)設計。在設計過程中我明白設計是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的過程，使設計更加完善，但同時也覺得這個設計還存在很多不足之處有待改進，由于本人學識有限，不能使其在我手中設計的更好。在設計的過程中是深刻地體會到自己所學實在有限，以后更應該努力學習，為爭做一個合格的工程技術人員而不斷努力。
本次設計是在尊敬的顏競成老師的精心指導和悉心關懷下完成的。他以其淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、開拓進取精神和高度的責任心,給我的學習、工作、生活以很大的影響,使我受益終生。值此論文完成之際,謹向?qū)煴硎局孕牡母兄x,并致以崇高的敬意!
五 參 考 資 料
1.機床夾具設計 教材
2.機床夾具設計手冊 機械工業(yè)出版社
3. 機械設計手冊第二卷 機械工業(yè)出版社
4. 機械設計手冊第四卷 機械工業(yè)出版社
5. 機床主軸變速箱設計指導 機械工業(yè)出版社
6. 金屬切削機床 上?？茖W技術出版社
7 組合機床設計參考圖冊 機械工業(yè)出
8 金屬切削機床設計 機械工業(yè)出版
9 機械制圖 高等教育出版社
10 機械設計 高等教育出版社
11幾何量公差與檢測 上?？茖W技術出版社
12 機械設計課程設計 華中科技大學出版社
13 機床設計圖冊 上海科學技術出版社
14 金屬切削機床夾具圖冊 機械工業(yè)出版
15 金屬機械加工工藝人員手冊 上海科學技術出版社
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