Z3040-H搖臂鉆床主軸的進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì)

1、本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)有全套cad圖紙，有需要咨詢q6 9 0 7 5 2 7 8 6z3040-h搖臂鉆床主軸的進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì)the feed drive design of the z3040-h radial drilling machines spindle 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2015 年 5 月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要z3040-h搖臂鉆床主軸的進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì)摘 要：本次搖臂鉆床的設(shè)計(jì)，主要由進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)、安全裝置、變向機(jī)構(gòu)、液壓裝置等組成。為實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，變向機(jī)構(gòu)采用特殊傳動(dòng)，即蝸桿機(jī)構(gòu)、齒條機(jī)構(gòu)。

2、通過蝸桿軸傳動(dòng)，帶動(dòng)蝸輪運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)方向由垂直變?yōu)樗?；再通過齒輪回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)方向又變?yōu)榇怪保偈怪鬏S升降，達(dá)到進(jìn)給目的。進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)是設(shè)計(jì)重點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)進(jìn)給量級(jí)數(shù)、確定傳動(dòng)比，可實(shí)現(xiàn)進(jìn)給量分級(jí)變換。對(duì)于液壓裝置，采用差動(dòng)油缸，對(duì)油缸上、下腔注油，使滑移齒輪移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了不同嚙合，繼而改變了進(jìn)給量。對(duì)于安全裝置，采用鋼球保險(xiǎn)離合器，在本設(shè)計(jì)中，安全裝置是必要的，運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果進(jìn)給力太大、超過了其能承受的最大力，此時(shí)安全裝置起安全作用，使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)停止。關(guān)鍵詞：搖臂鉆床；進(jìn)給傳動(dòng)；變向機(jī)構(gòu)；安全裝置畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要the feed drive design of the z3040-

3、h radial drilling machines spindle abstract: for this radial drilling machine, the paper is mainly composed of the feed transmission mechanism, the safety device, reversing mechanism, hydraulic devices, etc. to realize feed movement, the special transmission is adopted in reversing mechanism, such a

4、s worm mechanism, and rack mechanism. if the worm shaft drives, worm gear will drive, and the direction of motion will change from vertical direction to horizontal direction; then, through the gear rotation, rack will move, the direction of motion will change to horizontal direction, which can promo

5、te the spindle lifting, and reach the goal of feed movement. feed transmission mechanism is the focus of the design, by designing the feed rate series and the transmission ratio, the feed rate classification transformation is realized. hydraulic device uses differential cylinders, when the upper or

6、lower chamber of a cylinder is filling, slip gears will move, realizing different meshing, and then change the amount of feed. for the safety device, it uses a steel safety ball clutch. in this design, the safety device is necessary, when the machine moves, if the feed force is so large that the mac

7、hine cannot withstand, the safety device will work, and the feed movement will stop.keywords: radial drilling machine; feed drive; reversing mechanism; safety device目 錄1 緒論11.1 研究的意義11.2 搖臂鉆床在國內(nèi)的現(xiàn)狀11.3 搖臂鉆床的發(fā)展趨勢(shì)11.4 設(shè)計(jì)目的11.5 設(shè)計(jì)內(nèi)容22 確定設(shè)計(jì)方案32.1 本次設(shè)計(jì)的搖臂鉆床結(jié)構(gòu)參數(shù)概述32.2 設(shè)計(jì)方案的擬定43 運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算123.1 主軸進(jìn)給力和扭矩的確定1

8、23.2 進(jìn)給量圖的設(shè)計(jì)123.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算154 主要零件設(shè)計(jì)計(jì)算184.1 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與校核184.2 軸的設(shè)計(jì)與校核234.3 軸承的選擇與潤滑294.4 花鍵的選擇與校核29結(jié)論 31致謝 32參考文獻(xiàn)33第 18 頁 共 33 頁南京大學(xué)二一五屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論1.1 研究的意義搖臂鉆床可以加工孔，應(yīng)用廣泛，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，能實(shí)現(xiàn)不少功能，如：它可以鏜孔、攻絲、套絲、锪平面、鉆孔、鉸孔、擴(kuò)孔。搖臂鉆床在工作的時(shí)候，主軸除旋轉(zhuǎn)外，還能進(jìn)行升降。搖臂鉆床主軸升降的過程，就是主軸進(jìn)給的過程。對(duì)于搖臂鉆床主軸的升降過程，如果僅僅靠手動(dòng)方式的話，操作起來比較麻煩，所以在

9、很多時(shí)候，采用機(jī)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)升降。因此，為搖臂鉆床設(shè)計(jì)出一種效率高、且能實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)進(jìn)給的機(jī)構(gòu)，是非常重要的。所以，對(duì)本設(shè)計(jì)課題進(jìn)行研究，是有意義的。1.2 搖臂鉆床在國內(nèi)的現(xiàn)狀在國內(nèi)，很早就出現(xiàn)搖臂鉆床，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)到了一個(gè)相當(dāng)高的水平。近年來，我國各大企業(yè)不斷創(chuàng)新技術(shù)，對(duì)不合格質(zhì)量的搖臂鉆床進(jìn)行改進(jìn)，從而大大提高了搖臂鉆床的品質(zhì)。在激烈的機(jī)床市場之中，我國的搖臂鉆床要想占有一席之地，就必須大力發(fā)展自身的優(yōu)勢(shì)，著力進(jìn)行創(chuàng)新，提高相關(guān)技能技術(shù)，力求不斷進(jìn)步。目前，我國生產(chǎn)的搖臂鉆床正在飛速發(fā)展，據(jù)了解，我國生產(chǎn)的搖臂鉆床在國際市場上占有很大的份額，并且出口多個(gè)國家。在我國國內(nèi)機(jī)床市場中，搖

10、臂鉆床占領(lǐng)著主導(dǎo)地位。1.3 搖臂鉆床的發(fā)展趨勢(shì)目前，搖臂鉆床應(yīng)用廣泛，不少行業(yè)都需要用到它。這些年，我國對(duì)其進(jìn)行改造，使它能夠更好地工作。例如，在進(jìn)給時(shí)，設(shè)定一個(gè)切削深度，機(jī)床就能切削到該深度，當(dāng)設(shè)定的切削值完成后，又能停止切削。又例如，利用plc，可以對(duì)它進(jìn)行電氣控制。在未來，搖臂鉆床將向數(shù)控自動(dòng)化、機(jī)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(shì)是：應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高和擴(kuò)大自動(dòng)化工作的功能，使機(jī)床適應(yīng)于納入柔性制造系統(tǒng)工作；提高主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的功率、速度，相應(yīng)提高結(jié)構(gòu)的動(dòng)、靜剛度以適應(yīng)采用新型刀具的需要，從而提高切削效率；提高加工精度并發(fā)展超精密加工機(jī)床，以適應(yīng)電

11、子機(jī)械、航天等新興工業(yè)的需要。1.4 設(shè)計(jì)目的本次設(shè)計(jì)，可以激發(fā)學(xué)生的改造能力，積累機(jī)床設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。另外，對(duì)于本次進(jìn)給傳動(dòng)的設(shè)計(jì)，還有以下目的：（1）鞏固設(shè)計(jì)的步驟、要領(lǐng)；（2）鍛煉培養(yǎng)查閱資料的能力，能夠很好地分析問題；（3）鍛煉創(chuàng)新能力，能單獨(dú)設(shè)計(jì)，且能很好地運(yùn)用專業(yè)知識(shí)；（4）學(xué)會(huì)用規(guī)范的語言書寫論文；（5）提高手工制圖的技能；（6）提高使用cad的技能；（7）培養(yǎng)英文翻譯技能。1.5 設(shè)計(jì)內(nèi)容本次對(duì)搖臂鉆床主軸進(jìn)給傳動(dòng)的設(shè)計(jì)，主要由進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)、安全裝置、變向機(jī)構(gòu)、液壓裝置等組成。確定參數(shù)以后，需要對(duì)相關(guān)零件進(jìn)行校核。對(duì)于本次設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容有：（1）運(yùn)動(dòng)方案的擬定與詳細(xì)分析；（2）進(jìn)給

12、量圖的設(shè)計(jì)；（3）齒輪傳動(dòng)（含蝸輪蝸桿、齒輪齒條）設(shè)計(jì)；（4）各軸的設(shè)計(jì)與校核；（5）軸承的選擇與潤滑；（6）花鍵的選擇與校核。2 確定設(shè)計(jì)方案2.1 本次設(shè)計(jì)的搖臂鉆床結(jié)構(gòu)參數(shù)概述（1）本次設(shè)計(jì)的搖臂鉆床的結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)的z3040-h搖臂鉆床是一種用途廣泛的萬能機(jī)床，適用于加工中、小型零件，可以用其來鏜孔、攻絲、套絲、锪平面、鉆孔、鉸孔、擴(kuò)孔。其結(jié)構(gòu)可以參見圖1。如圖1所示，本次設(shè)計(jì)的搖臂鉆床主要由底座1、內(nèi)立柱2、外立柱3和4、搖臂5、主軸箱6、主軸7以及工作臺(tái)8組成。其最大的鉆孔直徑為40mm。圖1 z3040-h搖臂鉆床示意圖1底座；2內(nèi)立柱；3、4外立柱；5搖臂；6主軸箱；7主軸；8

13、工作臺(tái)（2）本次設(shè)計(jì)的搖臂鉆床的運(yùn)動(dòng)形式對(duì)于本次設(shè)計(jì)的z3040-h搖臂鉆床，其在鉆削加工的時(shí)候，運(yùn)動(dòng)分為主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以及輔助運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的具體形式見表1。表1 z3040-h搖臂鉆床運(yùn)動(dòng)形式運(yùn)動(dòng)分類運(yùn)動(dòng)形式主運(yùn)動(dòng)主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)主軸的軸向運(yùn)動(dòng)輔助運(yùn)動(dòng)主軸箱沿?fù)u臂的橫向移動(dòng)、搖臂的回轉(zhuǎn)以及升降運(yùn)動(dòng)（3）主要規(guī)格參數(shù)為了更好地對(duì)z3040-h搖臂鉆床主軸的進(jìn)給傳動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要對(duì)它的主要規(guī)格參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，其主要規(guī)格參數(shù)詳見表2。表2 z3040-h搖臂鉆床規(guī)格參數(shù)表項(xiàng)目參數(shù)主軸變速范圍25-2000r/min進(jìn)給量范圍0.04-3.2mm/r搖臂升降速度1.2m/min最大鉆孔直徑40m

14、m刻度盤每轉(zhuǎn)鉆孔深度112.5mm主軸允許最大扭矩40公斤力*米主軸允許最大的進(jìn)給抗力1600公斤力主軸行程315mm主電機(jī)3kw液壓系統(tǒng)電機(jī)1500r/mim 0.6kw搖臂升降電機(jī)1430r/mim 1.1kw2.2 設(shè)計(jì)方案的擬定2.2.1 初步確定設(shè)計(jì)方案考慮到搖臂鉆床在實(shí)際工作時(shí)候的各種因素，并且結(jié)合本次所設(shè)計(jì)的課題，現(xiàn)擬定設(shè)計(jì)方案。（1）該方案分為兩部分進(jìn)行設(shè)計(jì)第一部分：主軸進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的最終目的就是實(shí)現(xiàn)主軸的進(jìn)給傳動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)，需將主軸的進(jìn)給量進(jìn)行分級(jí)。通過分析，決定采用滑移齒輪與不同齒輪嚙合的方式，來實(shí)現(xiàn)進(jìn)給量的變化。而液壓缸的設(shè)置，就是為了使滑移齒輪移動(dòng)。對(duì)于液壓裝

15、置，采用向液壓缸里注油的方式帶動(dòng)活塞桿的運(yùn)動(dòng)，活塞桿再帶動(dòng)滑移齒輪移動(dòng)，最終達(dá)到使主軸進(jìn)給量變化的目的。第二部分：垂直軸與水平軸的設(shè)計(jì)此進(jìn)給機(jī)構(gòu)的末端，選擇采用蝸輪蝸桿、齒輪齒條機(jī)構(gòu)。蝸桿軸是一個(gè)垂直軸，當(dāng)鋼球保險(xiǎn)離合器上的齒輪嚙合時(shí)，蝸桿軸接受動(dòng)力，進(jìn)而將力傳遞給蝸輪，蝸輪通過花鍵與牙嵌式離合器連接，牙嵌式離合器又通過花鍵與水平軸連接，最終將力傳遞給水平軸?，F(xiàn)將水平軸設(shè)置成齒輪軸，主軸套設(shè)置成齒條型的軸套，當(dāng)力傳遞到水平軸的時(shí)候，即齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，其與齒條型主軸套進(jìn)行傳動(dòng)，從而帶動(dòng)了主軸的上下移動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)就實(shí)現(xiàn)了。（2）該方案的傳動(dòng)路線vii軸（主軸）viii軸ix軸x軸xi軸xii軸x

16、iii軸xiv軸鋼球保險(xiǎn)離合器xv軸（蝸桿軸）蝸輪牙嵌式離合器xvi軸（水平軸）vii軸（主軸）本設(shè)計(jì)的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)圖，如圖2所示。圖2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)圖2.2.2 設(shè)計(jì)方案具體分析（1）進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)圖3是本次設(shè)計(jì)的搖臂鉆床的進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)展開圖。在圖3中，有7根軸，從左到右分別為vii軸、viii軸、ix軸、x軸、xi軸、xii軸、xiii軸。其中，ix軸、x軸、xi軸、xiii軸這4根軸上裝有雙聯(lián)滑移齒輪，雙聯(lián)滑移齒輪的上下運(yùn)動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致與不同齒輪的嚙合，從而改變主軸的進(jìn)給量。而滑移齒輪的移動(dòng)，則是依靠液壓裝置實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)以xiii軸上液壓裝置為例，進(jìn)行分析。其他3根傳動(dòng)軸（ix軸、x軸、xi軸

17、）上的液壓裝置參照xiii軸上的液壓裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖3 進(jìn)給變速展開圖1vii軸；2viii軸；3ix軸；4x軸，5xi軸；6xii軸；7xiii軸對(duì)于xiii軸上的液壓裝置，可以見圖4。查液壓技術(shù)實(shí)用手冊(cè)，通過表7-1，選液壓缸的缸筒內(nèi)徑尺寸為25mm；通過表7-2，選活塞桿外徑尺寸為8mm。在圖4中，活塞桿4與雙聯(lián)滑移齒輪9的連接，是通過銷6來實(shí)現(xiàn)的；卡簧8用來定位鋼球7；輔助撐套5用來支撐活塞桿4。當(dāng)向液壓缸的上油口1注油時(shí)，活塞2就會(huì)向下移動(dòng)，從而帶動(dòng)活塞桿4向下移動(dòng)，活塞桿4通過銷6帶動(dòng)雙聯(lián)滑移齒輪9向下移動(dòng)；當(dāng)向液壓缸的下油口3注油時(shí)，活塞2就會(huì)向上移動(dòng)，帶動(dòng)活塞桿4向上移動(dòng)，活塞

18、桿4通過銷6帶動(dòng)雙聯(lián)滑移齒輪9向上移動(dòng)。這種液壓裝置，通過雙聯(lián)滑移齒輪9的上下移動(dòng)，就使得雙聯(lián)滑移齒輪9與其它傳動(dòng)軸上不同的齒輪進(jìn)行嚙合，最終可以改變主軸的進(jìn)給量。圖4 xiii軸上液壓裝置圖1上油口；2活塞；3下油口；4活塞桿，5輔助撐套；6銷；7鋼球；8卡簧；9雙聯(lián)滑移齒輪；10xiii軸（2）垂直軸機(jī)構(gòu)垂直軸的裝配圖，見圖5。在圖5中，有三根傳動(dòng)軸，它們分別為軸12（xiii軸）、軸1（xiv軸）、軸5（xv軸、蝸桿軸）。現(xiàn)對(duì)圖5的垂直軸機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，分析如下： 軸12與軸1的連接通過花鍵套11實(shí)現(xiàn)，通過花鍵套11，運(yùn)動(dòng)從進(jìn)給變速機(jī)構(gòu)傳遞到軸1上，當(dāng)軸1上的外齒輪2與軸5上的內(nèi)齒輪3

19、嚙合時(shí)，運(yùn)動(dòng)就傳遞到了軸5上，軸5又與蝸輪8傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)就傳遞到了蝸輪8上。當(dāng)手柄6處于圖示傾斜位置時(shí)（即將手柄從水平位置向下轉(zhuǎn)動(dòng)26度），帶動(dòng)套筒、銷、拉桿4的運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)內(nèi)齒輪3向上方移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了與外齒輪2的嚙合，運(yùn)動(dòng)通過鋼球保險(xiǎn)離合器傳遞給內(nèi)齒輪3、內(nèi)齒輪3與蝸桿軸5通過花鍵連接，進(jìn)而運(yùn)動(dòng)就傳遞到了蝸桿軸5上了，蝸桿軸5的轉(zhuǎn)動(dòng)就帶動(dòng)了蝸輪8的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)手柄6處于圖示水平位置時(shí)，直接轉(zhuǎn)動(dòng)手輪7，可直接使蝸桿軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿軸5帶動(dòng)蝸輪8轉(zhuǎn)動(dòng)。本機(jī)構(gòu)的安全裝置是鋼球保險(xiǎn)離合器。當(dāng)機(jī)動(dòng)進(jìn)給過載的時(shí)候，內(nèi)齒輪3受到向上的過大的力，通過與外齒輪2嚙合，使彈簧10壓縮，鋼球9滑落，此時(shí)鋼球保險(xiǎn)離合器起安

20、全保護(hù)作用，機(jī)動(dòng)進(jìn)給就停止了。當(dāng)機(jī)動(dòng)進(jìn)給做定程切削的時(shí)候，也通過鋼球保險(xiǎn)離合器來切斷機(jī)動(dòng)進(jìn)給。定程切削將在分析水平軸時(shí)做具體分析。圖5 垂直軸裝配圖1xiv軸；2外齒輪；3內(nèi)齒輪；4拉桿，5蝸桿軸；6手柄；7手輪；8蝸輪；9鋼球；10彈簧；11花鍵套；12xiii軸（3）水平軸機(jī)構(gòu)水平軸的裝配圖，見圖6。在圖6中，有三根軸，分別為軸2（蝸桿軸xiv）、軸10（水平軸xv）、軸9（主軸vii）。現(xiàn)對(duì)圖6，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，分析如下： 蝸輪1通過花鍵與牙嵌式離合器3連接；牙嵌式離合器3通過花鍵與軸10連接；軸9上裝有軸套，軸套為齒條型；軸10為齒輪軸，當(dāng)軸10運(yùn)動(dòng)時(shí)，可帶動(dòng)齒條型軸套運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主軸進(jìn)給

21、。當(dāng)手柄5處于圖示傾斜位置時(shí)，帶動(dòng)套4、鋼球7運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)牙嵌式離合器3，此時(shí)由蝸輪1傳遞的力，通過花鍵，傳遞給牙嵌式離合器3，牙嵌式離合器3通過花鍵，把力傳給了軸10，進(jìn)而帶動(dòng)了齒條運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)進(jìn)給。圖6 水平軸裝配圖1蝸輪；2蝸桿軸xiv；3牙嵌式離合器；4推動(dòng)套，5手柄；6手輪；7鋼球；8彈簧；9主軸vii；10水平軸xv 當(dāng)手柄5推至垂直位置時(shí)，彈簧8使牙嵌式離合器3分開，此時(shí)，機(jī)動(dòng)進(jìn)給就停止了，如果這個(gè)時(shí)候轉(zhuǎn)動(dòng)手柄5，可直接使軸10轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)動(dòng)進(jìn)給時(shí)可以作定程切削，接下來根據(jù)圖7詳細(xì)分析定程切削。圖7 定程切削圖1游標(biāo)副尺；2刻度盤；3限位軸；4小手把；5小蝸輪；6小蝸桿；7小旋鈕

22、；8可轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿軸的手輪；9主軸vii在圖7中，將小手把4向右移動(dòng)，然后轉(zhuǎn)動(dòng)小旋鈕7，使小蝸桿6與小蝸輪5脫開嚙合，此時(shí)，刻度盤2可帶著小蝸桿6自由轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)在，可將刻度盤2按所需的切削深度值大致對(duì)齊水平軸左上方游標(biāo)副尺1的“0”線，再轉(zhuǎn)動(dòng)小旋鈕7，使小蝸桿6與小蝸輪5嚙合，接著刻度盤2隨著小旋鈕7一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使所需的切削深度值與游標(biāo)副尺1的“0”線準(zhǔn)確對(duì)齊。這時(shí)，向左移動(dòng)小手把4，并且接上機(jī)動(dòng)進(jìn)給，主軸即進(jìn)行切削。主軸切削時(shí)，刻度盤2也轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)刻度盤2上的“0”線與游標(biāo)副尺上“0”線相對(duì)時(shí)，裝在刻度盤2上的限位軸3，與箱體上的軸承座中的撞塊相撞，迫使刻度盤2以及主軸進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)停止，垂直軸上的鋼球

23、保險(xiǎn)離合器脫開，機(jī)動(dòng)進(jìn)給停止。3 運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算3.1 主軸進(jìn)給力和扭矩的確定查閱書金屬切削原理與刀具，可知進(jìn)給力和扭矩的公式：對(duì)于本次設(shè)計(jì)，所選的加工材料為鋼（），刀具材料為高速鋼，通過金屬切削原理與刀具表格7-3，可查出： 由于設(shè)計(jì)的是z3040搖臂鉆，故取d=40mm；普通鉆床進(jìn)給量可以按經(jīng)驗(yàn)公式估算，該公式為故選f=0.4mm；將以上數(shù)據(jù)放入和中，就可以得到以及的大小，即：3.2 進(jìn)給量圖的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的進(jìn)給量的大?。ㄆ渲?，最大的進(jìn)給量的數(shù)值是3.2mm/r，最小進(jìn)給量的數(shù)值是0.04mm/r），可以確定進(jìn)給量轉(zhuǎn)變范圍為：=80接下來，確定標(biāo)準(zhǔn)的公比以及進(jìn)給量的數(shù)列：根據(jù)=80可

24、得=（z-1）+1=1.24查閱機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)，通過表2-4，就可以確定標(biāo)準(zhǔn)公比由于1.26與1.06的關(guān)系是=，首先找到等比數(shù)列中的0.04r/min，然后在等比數(shù)列之中，每相隔3個(gè)數(shù)或者每相隔3個(gè)數(shù)的倍數(shù)進(jìn)行取值，就可以得到進(jìn)給量的數(shù)列，即0.04mm/r，0.06mm/r，0.10mm/r，0.13mm/r，0.16mm/r，0.20mm/r，0.25mm/r，0.32mm/r，0.40mm/r，0.50mm/r，0.63mm/r，0.80mm/r，1.00mm/r，1.25mm/r，2.00mm/r，3.20mm/r。根據(jù)“前疏后密”的原則，結(jié)構(gòu)式選取16=××&

25、#215;，從而設(shè)計(jì)進(jìn)給量的結(jié)構(gòu)圖，如圖8所示。圖8 進(jìn)給量結(jié)構(gòu)圖接下來，分配傳動(dòng)比。對(duì)于軸vii-viii間的傳動(dòng)比，取1/1.26對(duì)于軸viii-ix軸間的傳動(dòng)比，取1/1.86對(duì)于軸ix-x間的變速組a，分配2個(gè)傳動(dòng)副，其傳動(dòng)比分別為 =1.26/1=/1=1/2=1/對(duì)于軸x-xi間的變速組b，分配2個(gè)傳動(dòng)副，其傳動(dòng)比分別為=1/1.58=1/=1/2.52=1/對(duì)于軸xi-xii間的變速組c，分配2個(gè)傳動(dòng)副，其傳動(dòng)比分別為=1.26/1=/1=1/2.52=1/對(duì)于軸xii-xiii間的變速組d，分配2個(gè)傳動(dòng)副，其傳動(dòng)比分別為=2.52/1=/1=1/2.52=1/根據(jù)傳動(dòng)比，可知：

26、最后一級(jí)擴(kuò)大組的變速范圍為=6.35由于計(jì)算出的6.35小于進(jìn)給傳動(dòng)的最大變速值14，所以這樣設(shè)計(jì)傳動(dòng)比，滿足直齒輪的傳動(dòng)比要求。因而，可以初步繪制出進(jìn)給量圖，如圖9所示。圖9 進(jìn)給量初步圖對(duì)于本進(jìn)給機(jī)構(gòu)，末端采用蝸輪蝸桿以及齒輪齒條（主軸套是齒條型）機(jī)構(gòu)，最終須使進(jìn)給量最高達(dá)到3.2毫米/轉(zhuǎn)。參考同類產(chǎn)品，取齒輪齒條的模數(shù)為3mm，取與齒條嚙合的齒輪的齒數(shù)為13。查機(jī)械設(shè)計(jì)，通過表9.10，選取蝸桿的頭數(shù)為2，選取蝸輪的齒數(shù)為77。這樣設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)主軸每轉(zhuǎn)一圈，即主軸每旋轉(zhuǎn)360度（2），最大的進(jìn)給量為： =2× =× =mm因此，可以得到最終的進(jìn)給量圖，如圖10所示。

27、圖10 進(jìn)給量圖3.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算首先擬定傳動(dòng)效率軸vii-viii、軸 viii-ix、軸 ix-x 、軸x-xi、軸 xi-xii 、軸xii-xiii、軸xiii-xiv之間的傳動(dòng)效率均取0.97，軸xiv-xv之間的傳動(dòng)效率取0.96，軸xv-xiv之間的傳動(dòng)效率取0.95。對(duì)于進(jìn)給機(jī)構(gòu)，應(yīng)從最末端軸的轉(zhuǎn)矩算起，之后，根據(jù)傳動(dòng)效率以及傳動(dòng)比，算出其他軸的轉(zhuǎn)矩。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩公式：式中：第i根軸的轉(zhuǎn)矩；t末末端軸的轉(zhuǎn)矩；第i根軸到末端軸的傳動(dòng)比，當(dāng)有多條傳動(dòng)路線時(shí)，取最大的傳動(dòng)比；第i根軸到末端軸的傳動(dòng)效率。那么，對(duì)于本進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì)，當(dāng)計(jì)算各軸轉(zhuǎn)矩時(shí)，需首先計(jì)算出末端軸（xvi軸）的

28、轉(zhuǎn)矩，然后根據(jù)公式來計(jì)算其他傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩。下面計(jì)算各軸轉(zhuǎn)矩xvi軸的轉(zhuǎn)矩為，它的計(jì)算過程如下： =246426.77n·mmxv軸的轉(zhuǎn)矩為，它的計(jì)算過程如下：=6737.58n·mmxiv軸的轉(zhuǎn)矩為,它的計(jì)算過程如下：=6737.58 =7018.31n·mmxiii軸的轉(zhuǎn)矩為,它的計(jì)算過程如下：=7018.31=7235.37 n·mmxii軸的轉(zhuǎn)矩為,它的計(jì)算過程如下:× =7235.37××=18800.58n·mmxi軸的轉(zhuǎn)矩為，它的計(jì)算過程如下：××=24421.37n·mm

29、x軸的轉(zhuǎn)矩為，它的計(jì)算過程如下：××=15858.32n·mmix軸的轉(zhuǎn)矩為，它的計(jì)算過程如下：××=20599.47n·mmviii軸的轉(zhuǎn)矩為，它的計(jì)算過程如下：××=11417.51n·mm第 35 頁 共 33 頁南京大學(xué)二一五屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 主要零件設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與校核本次設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)有直齒輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)及齒輪齒條傳動(dòng)。在確定進(jìn)給量圖時(shí)，已經(jīng)參考同類產(chǎn)品，設(shè)計(jì)出了齒輪齒條的參數(shù)（齒輪齒條的模數(shù)取3mm,與齒條嚙合的齒輪的齒數(shù)為13）；同時(shí)取定了蝸輪的齒數(shù)7

30、7、以及蝸桿的頭數(shù)2。直齒輪傳動(dòng)發(fā)生在vii至xv軸上，其中ix軸、x軸、xi軸以及xiii軸這4個(gè)軸上安裝了雙聯(lián)滑移直齒輪，設(shè)計(jì)雙聯(lián)滑移直齒輪與一般的直齒輪方法相同。蝸輪蝸桿模數(shù)的設(shè)計(jì)與直齒輪類似，都是按照齒面接觸疲勞強(qiáng)度來進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，然后按照齒根彎曲疲勞強(qiáng)度來進(jìn)行校核?，F(xiàn)以vii-viii軸上嚙合的齒輪為例，設(shè)計(jì)齒輪，其它直齒輪用相同的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，蝸輪蝸桿用相似的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)校核。4.1.1 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)vii-viii軸上嚙合齒輪齒數(shù)、材料、熱處理、精度的選取，如表3所示。表3 齒輪選擇參數(shù)小齒輪大齒輪材料40cr40cr熱處理調(diào)制處理調(diào)制處理齒面硬度280hbs240hbs精度

31、7級(jí)7級(jí)齒數(shù)3748齒輪模數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算查機(jī)械設(shè)計(jì)，可以得到公式8.13，也就是：接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式，如下：式中：載荷系數(shù)； 小齒輪的轉(zhuǎn)矩，其單位是n·mm； 齒寬系數(shù)； u齒數(shù)比； ±齒輪嚙合，當(dāng)是外嚙合的時(shí)候，取用“+”號(hào)；當(dāng)是內(nèi)嚙合的時(shí)候，取用“”號(hào)； 材料系數(shù)，其單位是； 許用接觸疲勞應(yīng)力，其單位是mpa。下面，進(jìn)行確定這個(gè)公式中的參數(shù)值初步選擇載荷系數(shù)，取的數(shù)值是1.5vii軸上小齒輪的轉(zhuǎn)矩大小為=234460n·mm查機(jī)械設(shè)計(jì)，通過表8.3，可以得到=189.8查機(jī)械設(shè)計(jì)，通過表8.5，可以選擇齒寬系數(shù)=1.0代表接觸疲勞強(qiáng)度極限，它的單位為mpa，

32、查機(jī)械設(shè)計(jì)，通過圖8.6，可以分別得出大齒輪以及小齒輪的值， 對(duì)于小齒輪，=650mpa對(duì)于大齒輪，=620mpa設(shè)定搖臂鉆床的工作壽命為10年，并且每年的工作時(shí)間定為300天，兩班制，則可以得出應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，即： =60j=60×80×1×10×300×16=2.304× =/u=2.304×/1.26=1.826×代表接觸疲勞壽命系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)，通過圖8.8，根據(jù)以及的大小，可以查得的數(shù)值： 對(duì)于小齒輪，=1.10對(duì)于大齒輪，=1.13選取安全系數(shù)=1，查機(jī)械設(shè)計(jì)第155頁，可以得到公式根據(jù)這個(gè)公式，就可以計(jì)

33、算許用接觸疲勞應(yīng)力對(duì)于小齒輪，=650×1.10mpa=715mpa對(duì)于大齒輪，=620×1.13mpa=700.6mpa因?yàn)?15mpa大于700.6mpa，所以將的數(shù)值代入這個(gè)公式之中，可以得到： =61.42mm計(jì)算圓周速度：查機(jī)械設(shè)計(jì)，通過表8.2，可以得到使用系數(shù)=1.0根據(jù)7級(jí)精度，v=0.26m/s，查機(jī)械設(shè)計(jì)，通過圖8.11，可以得到動(dòng)載荷系數(shù)=1.01因設(shè)計(jì)的是直齒輪，所以取齒間載荷系數(shù)為=1查機(jī)械設(shè)計(jì)，通過圖8.13，可得齒向載荷分布系數(shù)=1.15故得到載荷系數(shù)，即= =1.0×1.01×1×1.15=1.1615根據(jù)k=1

34、.1615，對(duì)分度圓直徑進(jìn)行校核，可以得出：mm確定模數(shù)m=mm，故選擇標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)為2mm。分度圓直徑計(jì)算中心距計(jì)算齒寬計(jì)算b=1.0×74=7.4mm取大齒輪齒寬為10mm。設(shè)計(jì)時(shí)，取大、小齒輪齒寬相同，故小齒輪齒寬也選10mm。齒高計(jì)算h=2.25m=2.25×2=4.5mm用上述齒輪設(shè)計(jì)的方法，可得其他齒輪的模數(shù)：軸ix-x，其上互相嚙合的齒輪，模數(shù)取2mm。軸ix-x、軸x-xi、軸xi-xii、軸xii-xiii，其上互相嚙合的齒輪，模數(shù)均取2.5mm。鋼球保險(xiǎn)離合器，其上內(nèi)外齒輪，模數(shù)均取1.5mm。用上述齒輪設(shè)計(jì)的類似方法，可得蝸輪蝸桿的模數(shù)，其大小為2mm。對(duì)

35、于變速組內(nèi)的齒輪齒數(shù)，根據(jù)其傳動(dòng)比，查機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)，由表2-8可進(jìn)行選取。為了直觀地看出vii至xiii軸之間各軸上的齒輪的齒數(shù)，故將齒輪的齒數(shù)值放入進(jìn)給量圖中，如圖11所示。圖11 有齒輪數(shù)的進(jìn)給量圖4.1.2 齒輪傳動(dòng)校核現(xiàn)校核vii-viii軸上嚙合的齒輪，其它傳動(dòng)齒輪用相同的方法進(jìn)行校核，蝸輪蝸桿用相似的方法進(jìn)行校核。查機(jī)械設(shè)計(jì)，得：齒根彎曲強(qiáng)度校核公式，即查機(jī)械設(shè)計(jì)，根據(jù)圖8.7，得彎曲疲勞強(qiáng)度極限小齒輪：mpa大齒輪：mpa查機(jī)械設(shè)計(jì)，根據(jù)圖8.9，得彎曲疲勞壽命極限小齒輪：大齒輪：選應(yīng)力修正系數(shù)=2.0，彎曲疲勞安全系數(shù)=1.4，計(jì)算許用彎曲疲勞應(yīng)力。對(duì)于小齒輪，該應(yīng)力為：

36、對(duì)于大齒輪，該應(yīng)力為;查機(jī)械設(shè)計(jì),根據(jù)表8.4，得、的大小齒形系數(shù)：，應(yīng)力校正系數(shù)：，計(jì)算的大小，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較 顯然，的結(jié)果大，因此，對(duì)大齒輪進(jìn)行校核。校核計(jì)算：因此，齒輪符合強(qiáng)度要求，安全。其他齒輪、蝸輪蝸桿經(jīng)校核，亦滿足強(qiáng)度要求，安全。4.2 軸的設(shè)計(jì)與校核本設(shè)計(jì)中，對(duì)軸的設(shè)計(jì)與校核，以xiii軸為例。其他傳動(dòng)軸均依據(jù)相同方法進(jìn)行設(shè)計(jì)校核。4.2.1 軸的設(shè)計(jì)1.xiii軸的材料選擇選45鋼，調(diào)制，查機(jī)械設(shè)計(jì)，通過表13.2，可知：查機(jī)械設(shè)計(jì)，通過表13.8，可?。?1122.初算xiii軸徑查機(jī)械設(shè)計(jì)，就可以查出公式13.2，即軸徑設(shè)計(jì)的公式：又由于，所以。將xiii軸各參數(shù)代入

37、公式，可得=10.21mm由于軸上開2個(gè)花鍵槽，故xiii軸的直徑增大15%，所以。選擇直徑的最小值為20mm。3.軸與軸上零件設(shè)計(jì)（1）軸的各部分尺寸設(shè)計(jì)首先對(duì)左側(cè)軸段進(jìn)行設(shè)計(jì)。左側(cè)為軸伸出端，其上開一個(gè)花鍵槽，用來與花鍵套連接，根據(jù)最小的直徑(20mm)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取花鍵槽規(guī)格為：6（齒數(shù)n）×16mm（小徑d）×20mm（大徑d）×4mm（鍵槽寬b）；直徑為20mm的軸段上安裝軸承，用套筒給軸承定位，再用軸肩定位套筒。在直徑為20mm的軸段上開2個(gè)退刀槽，槽寬和槽深均為2mm。然后對(duì)右側(cè)軸段進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)公式h=0.07d+(12)mm，可得h=2.4

38、3.4mm，因?yàn)?0+2×(2.43.4）=24.826.8mm，故取右側(cè)軸段的直徑為25mm；在直徑為25mm的軸段上，安裝雙聯(lián)滑移齒輪，通過活塞桿的運(yùn)動(dòng)，滑移齒輪上下移動(dòng)，其與xii軸上的定齒輪嚙合，滑移齒輪與軸的連接，通過花鍵來實(shí)現(xiàn)，故軸上開一個(gè)花鍵槽，花鍵槽的規(guī)格為：6（齒數(shù)n）×21mm（小徑d）×25mm（大徑d）×5mm（鍵槽寬b）；由于活塞桿在軸內(nèi)側(cè)移動(dòng)，因此，對(duì)軸開孔，以便放置活塞桿，孔長取129mm，孔徑取12mm，由于活塞桿較長，為了固定活塞桿，孔內(nèi)需安裝輔助撐套用來支撐活塞桿，故部分孔徑加大到17mm。軸的各部分尺寸見圖12。圖1

39、2 xiii軸零件示意圖（2）花鍵套的選取軸xiii的伸出端安裝花鍵套，花鍵套與軸xiv相連，這樣就可以實(shí)現(xiàn)：通過花鍵套，軸xiii的運(yùn)動(dòng)傳遞給軸xiv。（3）初步選擇軸承根據(jù)軸徑20mm、25mm,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取深溝球軸承6004和6005，6004規(guī)格：d=20mm，d=42mm，b=12mm6005規(guī)格：d=25mm，d=47mm，b=12mm通過以上設(shè)計(jì)，xiii軸就設(shè)計(jì)完成了，軸的裝配示意圖見圖13。圖13 xiii軸裝配示意圖1花鍵套；2軸承6004；3雙聯(lián)滑移齒輪；4軸承60054.2.2 軸的強(qiáng)度校核按彎扭合成強(qiáng)度條件，對(duì)xiii軸進(jìn)行校核?，F(xiàn)畫出其受力簡化圖，如圖14所

40、示。圖14 xiii軸簡化圖fr齒輪的徑向力；f齒輪的圓周力現(xiàn)分別畫出扭矩圖（圖15）、平面x-y內(nèi)的彎矩圖（圖16）、平面x-z內(nèi)的彎矩圖（圖17）。圖15 扭矩圖圖16 平面x-y內(nèi)的彎矩圖圖17 平面x-z內(nèi)的彎矩圖根據(jù)上面3個(gè)圖，很容易看出：截面b就為危險(xiǎn)截面。截面b上的內(nèi)力矩分別為扭矩： t=me=7235.37n·mm=7.23537n·m平面x-y內(nèi)的彎矩： 平面x-z內(nèi)的彎矩： 由此，得到合成彎矩=計(jì)算抗彎截面系數(shù)ww=1.45255由于xiii軸上的齒輪為雙聯(lián)滑移齒輪，由的齒輪、以及的齒輪組成，當(dāng)其分別工作時(shí)，應(yīng)分別校核軸xiii。1.當(dāng)齒輪（）工作時(shí)，校

41、核軸xiii。此時(shí)，a=37mm,b=123mm,l=160mm計(jì)算圓周力=141.178n計(jì)算徑向力=141.178×=51.385n計(jì)算合成轉(zhuǎn)矩=4273.35n·mm=4.27335 n·m按第三強(qiáng)度校核=5.8mpa因此，此時(shí)軸xiii安全。2.當(dāng)齒輪（）工作時(shí)，校核軸xiii。此時(shí)，a=81mm,b=79mm,l=160mm計(jì)算圓周力=361.7685n計(jì)算徑向力=361.7685×=131.67329n計(jì)算合成轉(zhuǎn)矩=15397.03813n·mm=15.39703813 n·m按第三強(qiáng)度校核=11.7mpa因此，此時(shí)軸xi

42、ii安全。綜上，軸xiii符合強(qiáng)度要求，安全。其他各軸依據(jù)校核軸xiii的方法，均符合強(qiáng)度要求。4.3 軸承的選擇與潤滑現(xiàn)以xiii軸上軸承為例，進(jìn)行選擇，其他軸承照此方法選擇。對(duì)于xiii軸，主要受到徑向力作用，軸向力不大，故選擇深溝球軸承。xiii軸的軸徑有20mm、25mm。根據(jù)軸徑20mm，選擇該軸徑上的滾動(dòng)軸承，其代號(hào)為6004型，軸承規(guī)格為，基本額定動(dòng)載荷為，基本額定靜載荷，采用油潤滑，極限轉(zhuǎn)速為19000r/min。根據(jù)軸徑25mm，選擇該軸徑上的滾動(dòng)軸承，其代號(hào)為6005型，軸承規(guī)格為，基本額定動(dòng)載荷為，基本額定靜載荷kn，油潤滑，極限轉(zhuǎn)速為17000r/min。4.4 花鍵的

43、選擇與校核現(xiàn)以xiii軸與其上齒輪連接使用的花鍵為例，進(jìn)行選擇與校核。xiii軸安裝齒輪處的軸段的直徑為25mm，故選擇花鍵的規(guī)格為查機(jī)械設(shè)計(jì)，得公式3.4，即花鍵校核公式現(xiàn)對(duì)公式中的參數(shù)進(jìn)行選定，如下：（1）xiii軸上t為7235.37nmm（2）選擇為0.7（3）齒數(shù)z=n=6（4）取倒角c=0.3mm，則算出h（5）工作長度l為50mm（6）為大徑與小徑平均值，即查機(jī)械設(shè)計(jì)，根據(jù)表3.2，取=120mpa將計(jì)算的參數(shù)代入，得= =1.07mpa=120mpa因此，花鍵滿足強(qiáng)度要求，安全。結(jié) 論此搖臂鉆床能夠通過機(jī)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，代替手工，提高效率。本設(shè)計(jì)，運(yùn)用了很多專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)過程中，加深了對(duì)知識(shí)的運(yùn)用，此外，熟練使用cad，能節(jié)省不少設(shè)計(jì)時(shí)間。在設(shè)計(jì)中，進(jìn)給箱中的齒輪，除采用一般的齒輪外，還采用雙聯(lián)滑移齒輪。雙聯(lián)滑移齒輪的使用，可