柴油連桿設計說明書.doc

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0前言 組合機床是根據(jù)加工需要，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。組合機床主要用于平面加工和孔加工。平面加工包括銑平面、車端面、刮平面；孔加工包括鉆、擴、鉸、鏜孔以及倒角、切槽、攻螺紋等。組合機床最適宜于加工各種大中型箱體類零件，如氣缸體、氣缸蓋、變速箱體等零件。目前，組合機床在汽車、拖拉機、儀器儀表、軍工及縫紉機、柴油機、紡織、航空等部門，應用越來越普遍。組合機床主要適用于棱體類零件和雜體的孔面加工，生產(chǎn)效率高，研制周期短，便于設計、制造和使用維修，配置靈活，且自動化程度高，勞動強度低。在將來，組合機床將向五個方面發(fā)展：高速化、高精度化、復合化、高科技含量化以及環(huán)保化。同時，在自動化方面，將會進一步提高。 眾所周知，多少年來機械產(chǎn)品加工中廣泛的采用萬能機床。但隨著生產(chǎn)的發(fā)展，很多企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)量越來越大，精度也越來越高，如汽車、拖拉機行業(yè)的氣缸體、氣缸蓋、變速箱等零件，采用萬能機床雖能加工出如上產(chǎn)品，但在精度方面就不能很好的滿足要求。因為在一臺機床上總是加工一種工件，使萬能機床的很多部件和機構(gòu)變得作用不大，工人整天忙于裝夾工作、啟動機床、進刀退刀等繁瑣事務，不僅勞動強度很大，而且生產(chǎn)效率也不高，不利于保證產(chǎn)品加工精度。正是基于以上情況，促使了組合機床的發(fā)展。我國組合機床近幾年取得了長足的進步，但是與發(fā)達國家相比，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品水平、開發(fā)能力、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、制造技術(shù)水平、勞動生產(chǎn)率、國內(nèi)外市場占有率等諸多方面尚存在不少差距。在組合機床方面，總體水平不高，國際競爭力不強，不能充分滿足國內(nèi)建設需要，關(guān)鍵技術(shù)過分依賴國外，自主發(fā)展能力薄弱，高技能人才的比較優(yōu)勢有弱化的危險，同時產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類同，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，用戶服務水平差距較大。 我國組合機床近幾年取得了長足的進步，但是與發(fā)達國家相比，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品水平、開發(fā)能力、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、制造技術(shù)水平、勞動生產(chǎn)率、國內(nèi)外市場占有率等諸多方面尚存在不少差距。在組合機床方面，總體水平不高，國際競爭力不強，不能充分滿足國內(nèi)建設需要，關(guān)鍵技術(shù)過分依賴國外，自主發(fā)展能力薄弱，高技能人才的比較優(yōu)勢有弱化的危險，同時產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類同，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，用戶服務水平差距較大。 組合機床的設計，目前基本上有兩種情況：其一，是根據(jù)具體加工對象的具體情況進行專門設計，這是當前最普遍的做法。其二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人總結(jié)自己生產(chǎn)和使用組合機床的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)組合機床不僅在其組成部件方面有共性，可設計成通用部件，而且一些行業(yè)在完成一定工藝范圍內(nèi)組合機床是極其相似的，有可能設計為通用機床，這種機床稱為“專能組合機床”。這種組合機床就不需要每次按具體加工對象進行專門設計和生產(chǎn)，而是可以設計成通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按被加工的零件的具體需要，配以簡單的夾具及刀具，即可組成加工一定對象的高效率設備。 在組合機床設計過程中，為了降低組合機床的制造成本，應盡可能地使用通用件和標準件。目前，我國設計制造的組合機床，其通用部件和標準件約占部件總數(shù)的70～80%，其它20-30%是專用零部件?？紤]到近年來，各種通用件和標準件都出臺了新的標準及標注方法，為了方便以后組合機床的維修，整個組合機床的通用件和標準件配置，都采用了新標準。 在對組合機床的主軸箱設計之前，需對被加工零件孔的分布情況及所要達到的要求進行分析，如各部件尺寸、材料、形狀、硬度及加工精度和表面粗糙度等內(nèi)容。然后還必須深入基層進行實地觀察，摸索主軸箱的工作原理，體會組合機床的優(yōu)點。接下來是總體方案的設計，總體方案設計的具體工作是編制“三圖一卡”，即繪制被加工零件圖，加工示意圖，機床聯(lián)系尺寸圖，編制生產(chǎn)率計算卡。最后，就是技術(shù)設計和工作設計。技術(shù)設計就是根據(jù)總體設計已經(jīng)確定的“三圖一卡”，設計主軸箱等專用部件正式總圖；工作設計即繪制各個專用部件的施工圖樣，編制各零部件明細表。 本次設計主要是針對柴油機連桿大端兩個螺紋孔進行攻絲而設計的，原有機床采用的是單孔加工，加工效率低，孔的尺寸不容易保證，且位置精度不高，改進后為一次加工，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。主軸箱設計是組合機床設計中的一個重要傳動部分，首先根據(jù)已知條件，被加工零件的具體結(jié)構(gòu)特征，確定各軸的排布方案、結(jié)構(gòu)、材料、轉(zhuǎn)向、配合關(guān)系等，選擇傳動箱的規(guī)格、型號，保證互不干涉，軸的排布方案是多種多樣的，通過比較選擇最佳的一種。確定好軸的排布方案及各種技術(shù)參數(shù)后，隨后選擇其它各種零件，盡可能選用標準件，降低制造成本，同時，選用齒輪油泵潤滑。 組合機床具有以下特點：1、由于組合機床是由70～80%的通用零部件組成，在需要的時候，它可以部分或全部地進行改裝，以組成適應新的加工要求的新設備。這就是說，組合機床有重新改裝的優(yōu)越性，其通用零部件可以多次重復使用。2、組合機床是按具體加工對象專門設計的。故可以按最合理的工藝過程進行加工，這在萬能機床上往往是不能實現(xiàn)的。3、組合機床上可以同時從幾個方向采用多把刀具對幾個工件進行加工。它是實現(xiàn)集中工序的最好途徑，也是提高生產(chǎn)效率的有效設備。4、組合機床由于常常是用多軸對箱體零件一個面上的許多孔同時進行加工。這樣就能比較好的保證各孔相互之間的精度要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量；同時減少了工件工序間的搬運，改善了工人的勞動條件，也減少了機床的占地面積。5、由于組合機床大多數(shù)零部件是同類的通用部件，這就簡化了機床的維護和修理。必要時可以更換整個部件，降低制造成本。6、組合機床的通用部件可以組織專門工廠集中生產(chǎn)。這樣可以采用高效設備進行加工，有利于提高通用部件的性能，降低制造成本。組合機床雖然有以上許多優(yōu)點，但萬物皆有兩面性，組合機床也不例外，它還有下面一些缺點：1、組合機床的可變性比萬能機床低，重新改裝后有部分零件不能重復利用，而且改裝的勞動量比較大。2、組合機床的通用部件不是為某一種機床設計的，具有較廣的適應性。所以，組合機床的結(jié)構(gòu)稍微復雜一些。 在對組合機床的主軸箱設計之前，需對被加工零件孔的分布情況及所要達到的要求進行分析，如各部件尺寸、材料、形狀、硬度及加工精度和表面粗糙度等內(nèi)容。然后還必須深入基層進行實地觀察，摸索主軸箱的工作原理，體會組合機床的優(yōu)點。接下來是總體方案的設計，總體方案設計的具體工作是編制“三圖一卡”，即繪制被加工零件圖，加工示意圖，機床聯(lián)系尺寸圖，編制生產(chǎn)率計算卡。最后，就是技術(shù)設計和工作設計。技術(shù)設計就是根據(jù)總體設計已經(jīng)確定的“三圖一卡”，設計主軸箱等專用部件正式總圖；工作設計即繪制各個專用部件的施工圖樣，編制各零部件明細表。 組合機床的設計步驟 （1） 制定工藝方案 要深入現(xiàn)場，了解被加工零件的加工特點，精度和技術(shù)要求、定位夾壓情況以及生產(chǎn)率的要求等。確定在組合機床上完成的工藝內(nèi)容及其加工方法。這里要確定加工工步數(shù)，決定刀具的種類和形式。 （2） 機床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定 根據(jù)工藝方案確定機床的型式和總體布局。在選擇機床配置型式時，既要考慮實現(xiàn)工藝方案，保證加工精度、技術(shù)要求及生產(chǎn)率；又要考慮機床操作、維護、修理是否方便，排屑情況是否良好；還要注意被加工零件的生產(chǎn)批量，以便設計的組合機床符合多快省的要求。 （3） 組合機床總體設計 這里要確定組合機床各部件間的相互關(guān)系，選擇通用部件和刀具的導向，計算切削用量和機床生產(chǎn)率。繪制機床的總聯(lián)系尺寸圖及加工示意圖等。 （4） 組合機床的部件設計和施工設計 制定組合機床流水線的方案時，與一般單個的組合機床方案有所不同。在流水線上由于工序的組合不同，機床的型式和數(shù)量都會有較大的變化。因此，這時應按流水線進行全面考慮，而不應將某一臺或幾臺機床分裂開來設計。即使暫時不能全面的進行流水線設計，制定方案時也應綜合研究，才能將工序組合得更為合理，更可靠的滿足工件的加工要求，用較少的機床完成較多的工作，也為進一步發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。 設計的整個過程是辛苦的，在設計過程中必須要考慮到方方面面的問題。由于所學的知識只是一些最基本的機械常識，因此，在設計過程中，還要查閱大量的相關(guān)資料，以補充自己的不足之處。首先，要有豐富的實踐經(jīng)驗。整個設計，僅靠一些參考資料是遠遠不夠的，這樣設計出來的組合機床只是依葫蘆畫瓢，結(jié)構(gòu)完美，外形美觀，但實用性差。其次，運用四年來所學的專業(yè)知識，針對現(xiàn)實中遇到的實際情況，做到舉一反三，觸類旁通。整個設計過程不僅涉及到以前所學的知識，而且還涉及到一些新的理念，這就要求我們一邊溫習以前的知識，一邊還要學習新的知識，可以說，整個設計過程就是我們復習和學習的過程，這不僅鞏固了以前所學的東西，也拓寬了視野。最后，通過自身的努力，理論與實際聯(lián)系，從合理性、經(jīng)濟性、工藝性、實用性及對被加工零件的具體要求對現(xiàn)有機床進行研究和分析，找出可以進行改進的地方，通過相互對比，確定一個新的、周全的設計方案，同時，在指導老師和同學的幫助下，最終完成了這一課題的設計。 1、總體方案設計 本設計主要是針對柴油機連桿大端兩個需要攻絲的螺紋孔。為確保設計的組合機床經(jīng)濟適用，需要深入企業(yè)進行實際考察并與企業(yè)工程技術(shù)人員共同討論、擬訂柴油機連桿攻絲專用機床總體方案。編制“三圖一卡”，既繪制機床聯(lián)系尺寸圖、加工示意圖、被加工零件工序圖和生產(chǎn)率計算卡。我們通過各種資料學習，與有關(guān)工程技術(shù)人員、指導教師探討，在充分分析比較的基礎上，擬訂選用臥式組合機床結(jié)構(gòu)布置型式。因為柴油機連桿屬長方形，故機床重心低、裝夾方便。連桿攻絲專機的設計要滿足加工需求，保證加工精度，專機應運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、裝卸方便，便于維修、調(diào)整，設計時盡可能選用通用部件，以降低成本，各動力部件用電氣控制。 1．1工藝路線的擬訂 由于考慮到連桿大端的端面與桿身不是垂直的，成一定角度，且鑄造時連桿小端的孔為拔?？祝椎谋砻嫫秸?，鑄造質(zhì)量較好，所以以該孔為基準。根據(jù)先粗后精、先基準后表面、先主要表面后次要表面的機械加工工序安排設計原則，對連桿加工的工藝路線作如下設計： 工序１　 粗銑三個平面、大小端 工序2 磨平面 工序3 鉆小孔 工序4 鏜小孔 工序5 車外圓 工序6 精銑小端定位 工序7 精銑大孔 工序8 精銑大端、三個平面 工序9 將連桿分割 工序10 銑端蓋、端面 工序11 銑分蓋面 工序12 對大端的兩個螺紋孔攻絲 工序13 最終檢驗 其中工序12，對大端的兩個螺紋孔攻絲，由本次設計的“連桿攻絲專用機床”完成，因此，本機床的主要功能是對螺紋孔攻絲，且連桿材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為HB255—293，螺紋孔大小為2M121.25－5H↓18，大批量生產(chǎn)。 1．2機床總體設計 1.2.1機床配置形式 組合機床的設計結(jié)構(gòu)一般分為臥式和立式兩種，這兩種機床各有優(yōu)缺點。 臥式組合機床其優(yōu)點是加工和裝配工藝性好，安裝、調(diào)試與運輸比較方便，機床重心低，有利于減少振動，缺點是占地面積大。 立式組合機床占地面積小，自由度大，操作方便，但機床重心高，振動大。 柴油機連桿的結(jié)構(gòu)與一般連桿結(jié)構(gòu)無多大區(qū)別。從裝夾的角度來看，臥式平放比立式方便，加工和裝配工藝性好，當采用固定式夾具時，加工精度比立式高。通過以上的比較，在考慮到臥式振動小、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、裝夾方便等因素，故機床選用臥式配置形式。 1.2.2選用傳動形式 本次設計的機床為專用機床，且工作進給量不大，所以不需要采用滑臺傳動。參照[1]，選用回轉(zhuǎn)式行程控制機構(gòu)，再參照[1]，選用型號為1T07941-11。 1.2.3選用多軸箱型號 多軸箱是組合機床的重要專用部件，多軸箱按結(jié)構(gòu)特點可分為通用多軸箱和專用多軸箱。大多數(shù)采用通用主軸箱，它的結(jié)構(gòu)典型，能利用通用的箱體和傳動件。 多軸箱的標準厚度為180 mm，用于臥式多軸箱的前蓋厚度為55 mm ，基型后蓋的厚度為90mm，變形后蓋的厚度為50 mm、100 mm和125 mm三種，根據(jù)多軸箱傳動系統(tǒng)安排和動力部件的連接情況，本設計選用基型后蓋。因此，確定多軸箱的尺寸，主要就是確定多軸箱的寬度B和高度H及最低主軸高度h。 根據(jù)[1]，多軸箱寬度B，高度H的大小主要與連桿要加工的螺紋孔分布有關(guān)，可按下式計算： B=b+2b1 (1-7) H=h+h1+b1 (1-8) 式中：b——工件在寬度方向相距最遠的兩孔距離，單位mm b1——最邊緣主軸中心至箱體外壁距離，單位mm h——工件在高度方向相距最遠的兩孔距離，單位mm h1——最低主軸高度，單位mm 由[1]和連桿零件圖樣可知： b=90mm b1=70～100mm h=0mm h1=85～115mm 由上述公式可得： B=b+2b1=230～290 mm H=h+h1+b1=155～240 mm 查[1]表7-1，取BH=400400 mm2 因此多軸箱型號為1T0711-11，規(guī)格BH=400400mm，參照[1]，其配套的動力箱規(guī)格型號為1TD25。 1．3切削用量及刀具的選定 1.3.1選擇刀具 考慮到工件加工尺寸精度,表面粗糙度,切屑的排除及生產(chǎn)率要求等因素,一般孔的加工刀具,其直徑選擇應與加工部位尺寸、粗糙度相適應，其長度要保證加工終了時，刀具螺旋槽與導向套外端面有一定距離，根據(jù)這些要求及被加工零件的特點，本機床選用高速鋼材質(zhì)的通用絲錐，直徑為12mm。 1.3.2切削轉(zhuǎn)矩的計算 螺紋孔大小為2M121.25-5H↓18,，根據(jù)表6-20[1]中的公式，可得： 切削轉(zhuǎn)矩 T= 式中：D——加工螺紋大徑 Pw——工件的螺距 T==12.24 N﹒m （1-1） 取主軸轉(zhuǎn)矩 T1=T2=12.24 N﹒m 1.3.3主軸直徑的計算 由公式[1]可知： （1-2） 式中：d——主軸直徑，單位mm T——轉(zhuǎn)矩，單位N﹒m ==20.62mm 取主軸直徑 d1=d2=25mm 根據(jù)[1]，選用攻螺紋通用傳動軸，材料一般采用45鋼，調(diào)質(zhì)T235。 1.3.4切削速度的確定 由于連桿的材料為45鋼，采用高速鋼絲錐攻螺紋，根據(jù)表6-19[1]，選擇切削速度V=5m/min。 1.3.5切削功率的計算 參照表6-20[1]得 （1-3） 式中：T——切削轉(zhuǎn)矩 ——切削速度 D——被加工螺紋直徑 ==0.167（Kw） 主軸切削功率 P1=P2=0.167 Kw 加工時是兩個孔一起攻絲，所以需要的總功率為 1.3.6確定機床的動力參數(shù) 電動機功率的確定,參照[1]得 (1-4) 0.8～0.9 式中:P切削——消耗于各主軸的切削功率的總和,單位為Kw ——多軸箱的傳動效率,加工黑色金屬時取0.8～0.9 Kw=0.37～0.42 Kw 以單根軸計算，損失功率計算一般取主軸功率的1%，查[1]表4-4得： Kw Kw Kw 電動機的選擇, 考慮到軸承、齒輪、軸等之間摩擦的損耗和絲錐工作時鈍化的影響，一般按計算功率的1.5～2.5倍選取,參照表8-169[2],選電動機型號：Y100L-6 電動機滿載轉(zhuǎn)速：940 r/min 輸出轉(zhuǎn)軸速： 470 r/min 1.3.7攻螺紋主軸轉(zhuǎn)速的計算 參考[3]得 (1-5) =63.66r/min 取主軸轉(zhuǎn)速 n1=n2=63r/min 1.3.8確定切削用量 參照[3]得 (1-6) 螺紋孔M121.25-5H↓18的切削用量 f0=1.4mm/r n=63r/min 切削用量 mm/min 1．4附件的選擇 1.4.1導向結(jié)構(gòu)的選擇 導向裝置的作用是：保證刀具相對于工件的正確位置；保證刀具相互間的正確位置；提高刀具系統(tǒng)的支撐剛性。刀具導向裝置常設置在機床夾具上，并成為組合機床夾具的一個組成部分。 導向裝置分為旋轉(zhuǎn)式導向和固定式導向兩大類。旋轉(zhuǎn)式導向裝置具有可旋轉(zhuǎn)的導向部分，刀具導向部分與夾具導向套間只有相對移動而無相對轉(zhuǎn)動，適宜于加工直徑25以上的孔。固定式導向裝置的導套裝在夾具上固定不動，刀具或刀桿導向部分在導套內(nèi)可以轉(zhuǎn)動或移動，適宜于小孔加工，導向表面旋轉(zhuǎn)線速度V<20 m/min，結(jié)合柴油機連桿的具體結(jié)構(gòu)，故選用固定式導向結(jié)構(gòu)。 1.4.2主軸類型、尺寸、外伸長度的確定 已初步確定d1=d2=25，考慮到便于生產(chǎn)管理，適當簡化規(guī)格，又根據(jù)已知連桿攻絲加工精度5H，根據(jù)表4-2[1]選定主軸采用滾錐長主軸，d1=25 mm,主軸外伸尺寸L=120 mm。D/d=38/20 1.4.3選擇攻螺紋靠模型號 在組合機床上攻螺紋時，根據(jù)工件加工部位分布情況和工藝要求，常有攻螺紋動力頭攻螺紋，攻螺紋靠模裝置攻螺紋和活動攻螺紋模板攻螺紋三種方法。 攻螺紋動力頭用于同一方向純攻螺紋工序。利用絲杠進給，攻螺紋行程較大，但結(jié)構(gòu)復雜，傳動誤差大，加工螺紋精度低（一般低于7H）。目前極少應用。 用活動攻螺紋模板攻螺紋可同時完成鉆孔等工序。 攻螺紋靠模裝置用于同一方向純攻螺紋工序。由攻螺紋多軸箱和攻螺紋靠模頭組成?？磕Ｂ菽负涂磕Ｂ輻U是經(jīng)過磨制并精細研配的，因而加工精度高?？磕Ｑb置結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，并能在一個攻螺紋裝置上方便地攻制不同規(guī)格的螺紋，且可各自選用合理的切削用量。 經(jīng)過以上的比較，再結(jié)合連桿攻絲的具體要求，選用攻螺紋靠模裝置。 靠模裝置有兩類，第Ⅰ類常用于純攻螺紋工序，所以選用第Ⅰ類攻螺紋靠模裝置。攻螺紋卡頭和接桿按圖8-6[1]中所示與攻螺紋靠模裝置配套使用。 1.4.4機床裝料高度、夾具輪廓尺寸、中間底座尺寸的確定 在確定裝料高度時要考慮到工人操作的方便性。國家標準裝料高度為1060mm，但實際設計時常在850-1060之間選取。連桿攻絲屬于連桿加工流水線最后一步，一般取為1m。由于本專機設計為四位同學一組，共同設計這臺機床，所以夾具、中間底座尺寸和攻絲靠模的確定由其他三位同學確定，其最終結(jié)果反映在尺寸聯(lián)系圖上。 1．5繪制“三圖一卡” 1.5.1加工工序圖的繪制 根據(jù)設計課題要求和擬訂的工藝方案，繪制柴油機連桿的加工工序圖。 見附圖GS-00-03 1.5.2加工示意圖的繪制 本設計中只加工兩個螺紋孔，加工示意圖繪圖量很少。加工示意圖是在工藝方案和機床總體方案初步確定的基礎上繪制的。見附圖GS-00-02。 1.5.3聯(lián)系尺寸圖的繪制 根據(jù)已選定各附件型號和技術(shù)要求，多軸箱、動力箱型號規(guī)格，滑臺、夾具輪廓尺寸，機床裝料高度等繪制機床尺寸聯(lián)系圖。見附圖GS-00-01。 1.5.4生產(chǎn)率計算 已知：工作行程為43㎜ 進刀量為88.2㎜/min 機動時間夾緊0.1min 機動時間攻入攻退0.3min 機動時間0.5min 裝料時間0.1min 單件工時1.0min/件 兩班制工作，tk=4600h （1）理想生產(chǎn)率計算 由公式[1]： Q= = =18 （2）實際生產(chǎn)率計算 由公式[1]： Q1= = =60(min/件) （3）機床負荷率計算 由公式[1]： = =30% 2、多軸箱傳動設計 多軸箱傳動設計是根據(jù)動力箱驅(qū)動軸位置和轉(zhuǎn)速，各主軸位置及其轉(zhuǎn)速要求來設計傳動鏈，把驅(qū)動軸與各主軸連接起來，使各主軸獲得預定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。 2．1對多軸箱傳動系統(tǒng)的一般要求 （1）在保證主軸正常運轉(zhuǎn)的情況下，盡量用一根中間傳動軸帶動多根主軸， 并將齒輪布置在同一排上。 （2）盡量不用主軸帶動主軸的方案，以免增加主軸負荷，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要大于（最佳傳動為 ～），為使主軸上的齒輪不過大，最后一級經(jīng)常采用升速傳動。 （4）驅(qū)動軸直接帶動的轉(zhuǎn)動軸數(shù)不能超過兩根，以免給裝配帶來困難。 2．2擬定多軸箱傳動系統(tǒng) 擬定多軸箱傳動系統(tǒng)的基本方法是：先把全部主軸中心盡可能分布在幾個同心圓上，在各個同心圓的圓心上分別設置中心傳動軸，非同心圓分布的一些主軸也宜設置中間傳動軸（如一根傳動軸帶兩根或三根主軸），然后根據(jù)已選定的各中心傳動軸再確定同心圓，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)動軸連接起來。 主軸的分布通常可以分為：同心圓分布、直線分布和任意分布三種。 2.2.1軸的結(jié)構(gòu)設計 本設計為組合機床的設計,所以除了驅(qū)動軸的結(jié)構(gòu),其余各根軸的結(jié)構(gòu)均為標準軸，可以在[1]中查到。在確定各軸段尺寸時，應注意以下幾點：軸與其它零、部件配合的直徑，應取成標準值或整數(shù)；非配合直徑可采取非標準值，但最好取為整數(shù)；與軸上零件相配合部分的軸段長度應比輪轂寬度略短（約短3～5mm），以保證零件軸向定位可靠。 （1） 選擇軸的材料及熱處理 由于多軸箱傳遞的功率不大，對其重量和尺寸也無特殊要求，故選擇材料45鋼，調(diào)質(zhì)T235。 （2） 初估軸徑 按扭距初估軸的直徑，查表10-2[4]，得C=106～117，考慮到安裝連軸器的軸段僅受扭距作用，取C=106，則 dmin= 取 d0=30mm (3)結(jié)構(gòu)設計 按照表10-4[4]確定軸的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖所示。 2.2.2驅(qū)動軸的設置 驅(qū)動軸直接帶動的軸數(shù)不能超過兩根，以免給裝配帶來困難。因采用動力滑臺，所以驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)方向可任意選擇；動力箱與多軸箱連接時，應注意驅(qū)動軸中心一般設置于多軸箱箱體寬度的中心線上，其中心高度則決定于所選多軸箱的型號規(guī)格。 根據(jù)機床聯(lián)系尺寸總圖，我們已經(jīng)確定了驅(qū)動軸的位置，考慮到驅(qū)動軸輸出的轉(zhuǎn)速過快，與主軸輸出轉(zhuǎn)速相差較大，因此，驅(qū)動軸與傳動軸、主軸之間必須通過齒輪嚙合來降低轉(zhuǎn)速。 2.2.3確定軸的位置、傳動關(guān)系及齒輪副 多軸箱中的齒輪模數(shù)常用2，2.5， 3，3.5，4幾種，為了便于生產(chǎn)， 同一多軸箱中的模數(shù)規(guī)格最好不要多于兩種。初步確定選取常用的兩種齒輪模數(shù)m=2和m=2.5。 （1） 確定傳動軸3 已知主軸1、2轉(zhuǎn)速均為63r/min，驅(qū)動軸0轉(zhuǎn)速為470r/min，主軸1、2的高度根據(jù)裝料高度已知，驅(qū)動軸0的高度也已確定。為了便于加工，根據(jù)多軸箱的安置及加工條件，坐標系的橫軸（x軸）及縱軸（y軸）都通過定位銷孔，以銷孔的圓心為原點。在確定坐標時，如果零件上孔距尺寸帶有單向或雙向不等公差，則在標注坐標時，應把公差考慮進去，使孔距的名義坐標尺寸恰好位于公差帶的中央。所以，主軸1、2的坐標及驅(qū)動軸0的坐標見表2-1。 坐標 X Y 銷0 0．000 0．000 驅(qū)動軸 215 212．344 主軸1 260 83 主軸2 170 83 （表2-1） 由坐標可算出驅(qū)動軸0到主軸1或2的中心距A1-0、A2-0和總傳動比U總，即： A1-0=A2-0==129.44mm U總=== 單純從U總的值看，理論上用一對齒輪能滿足，但因中心距較大，不符合實際，所以中間加一根傳動軸。 傳動軸3的位置在主軸1、2的垂直平分線上。因為軸3要帶動兩根主軸，且軸3又由驅(qū)動軸帶動，而驅(qū)動軸速度與主軸速度相差太大，所以軸3上至少要設有3排齒輪。 （2）潤滑泵軸及行程控制傳動軸的設置 潤滑泵設置時要考慮到油的位置，要方便潤滑，同時考慮分油器的位置，應便于與分油器連接，所以設置在傳動軸上方，由傳動軸帶動潤滑泵軸。根據(jù)[1]，選用型號為ZIR12-2的液壓泵傳動軸組件。 行程控制傳動軸設置時，考慮到箱體內(nèi)軸的分布情況，工作操作的方便性，將行程控制軸與分油器設計在同一面。根據(jù)锨體內(nèi)已分布情況，可將行程控制設計在主軸2旁邊，由主軸2帶動。 （3）軸3的位置及各齒輪副的確定 軸3在軸1、2的垂直平分線上，若取主軸上齒輪的模數(shù)m=2.5,z=40，通過計算、作圓和多次試湊相結(jié)合的方法，得到傳動軸3和主軸2的中心距A=72.5，軸3和軸1的中心距亦為72.5。由公式[1] Z從=－Z主 （2-1） Z3=－40=18 因為傳動軸3帶動主軸1、2，所以在傳動軸3至少設有兩排齒輪，齒數(shù)均為Z=18，模數(shù)與主軸選用相同的m=2.5。軸3 要帶動軸1、2和潤滑泵軸，同時軸3又由驅(qū)動軸帶動。所以軸3上設有四排齒輪?？紤]到攻絲加工的精度較高，所以將帶動主軸的兩排齒輪分別設在第Ⅱ、Ⅲ兩排，以減少主軸的彎曲變形。軸3帶動潤滑泵軸時無需考慮精度問題，且油泵齒輪通常按放在箱體的前壁上，以便于維修，所以設在第Ⅰ排。根據(jù)驅(qū)動軸具體位置，與驅(qū)動軸嚙合的齒輪副必然在第Ⅳ排。 根據(jù)已算出條件及公式[1]，可得 U傳-主== （2-2） U3-主== n3=140r/min U驅(qū)-3=== 根據(jù)軸3與軸2的中心距及軸1、2的坐標可推算出軸3的坐標 軸3 X3=170+45=215 Y3=83+=139.844 仍取m=2.5,參照[1]可得 Z驅(qū)===13.3 （2-3） 齒數(shù)太少時會發(fā)生根切，所以取ZO=18，m0=2.5 Z3Ⅳ==40 因齒輪泵型號已確定，故齒輪的齒數(shù)Z5=24，m5=2，所以軸3第一排齒輪的模數(shù)m3Ⅰ=2，根據(jù)多軸箱內(nèi)齒輪副的傳動比一般大于1/2[1～（1/1.5）]，選U4-3=1/1.8即U3-4=1.8。 則 n5=Un主= 根據(jù)[1]知，A= （2-4） A= （2-5） A= Z3Ⅰ= Z3Ⅰ= 取 Z3Ⅰ=44，m3Ⅰ=2 軸3上共有四排齒輪，各排齒輪的情況見表2-2 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ m 2 2.5 2.5 2.5 Z 44 18 18 40 （表2-2） 2.2.4行程控制軸位置及齒輪副的確定 行程控制型號已確定，所以齒輪副也確定。根據(jù)圖7-15[1]可知軸4的坐標也可確定，其坐標為X4=105、Y4=99.248，軸4與軸2的中心距 A42==67mm 根據(jù)已算出的切削用量fm=88.2m/min，f0=1.4mm/r及螺距P=1.25，再經(jīng)過多次試湊，借鑒原有的一些數(shù)據(jù)資料，選定軸2第Ⅰ排齒輪Z2Ⅰ=24，m2Ⅰ=2 Z4= 軸4 Z4=43，m4=2.5 2.2.5列出各對齒輪副的嚙合表及各軸坐標表 為了降低成本，方便維修，根據(jù)表4-4[1],故軸1、2、3、4直徑均定為25mm，軸5根據(jù)選用型號可知d5=20mm。 軸 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 1 2.5402.5 2 22425 2．54025 3 24425 2．51825 2.51825 2.54025 4 24325 5 22420 0 2.51830 齒輪副嚙合表（表2-3） 軸/坐標 X Y 銷0 0．000 0．000 驅(qū)動軸 215 212．344 軸1 260 83 軸2 170 83 軸3 215 139．844 軸4 105 99．248 軸5 215 207．844 各軸坐標表（表2-4） 2.2.6坐標檢查圖的繪制 在坐標計算完成后，要繪制坐標及傳動關(guān)系檢查圖，用以全面檢查傳動系統(tǒng)的正確性。 2．3軸、齒輪的校核 2.3.1齒輪的校核 選定齒輪采用45鋼，鍛造毛坯，齒輪滲碳淬火HRC56～62，齒輪精度用8級，輪齒表面粗糙度為Ra3.2，Z1=44，m1=2；Z2=Z3=18，m2=m3=2.5；Z4=40,m4=2.5。 （1）設計準則 按齒面接觸疲勞強度設計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。 （2）按齒面接觸疲勞強度校核 由公式（12-9）[4]得 （2-7） 式中:“+”號用于外嚙合，“-”號用于內(nèi)嚙合。 ——彈性系數(shù) ——節(jié)點區(qū)域系數(shù)（） ——重合度系數(shù) K——載荷系數(shù) ——許用接觸應力 ——齒寬系數(shù) 查表取 = (2-8) 由圖（12-7c）[4]選擇材料的接觸疲勞極根應力為： 由圖（12-23c）[4]選擇材料的接觸疲勞極根應力為： 應力循環(huán)次數(shù)N由公式（7-3）[4]計算可得 （2-9） 則 由圖7-8[4]，查得接觸疲勞壽命系數(shù), 由2圖7-9[4]，查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 由表7-2[4]查得接觸疲勞安全系數(shù)，彎曲疲勞安全系數(shù),又，試選。 由中式（7-1）[4]、（7-2）[4]求許用接觸應力和許用彎曲應力： 式中：——失效概率為1%時，試驗齒輪的接觸疲勞極限，可由圖12.17查出；——接觸強度的最小安全系數(shù)，參考表12.14選??；——接觸疲勞強度計算的壽命系數(shù)，可以查表12.18選??；——失效概率為1%時，試驗齒輪的齒根彎曲疲勞極限，查圖12.23；——彎曲疲勞的最小安全系數(shù)，參考表12.14選取；——彎曲疲勞強度計算的壽命系數(shù)查表12.24，圖中橫坐標為工作應力循環(huán)次數(shù),可由式子2-9計算，指數(shù)m查表12.15；——尺寸系數(shù)，查圖12.25。 將有關(guān)值代入公式（7-9）[4]得： =46.91mm 則 (2-10) 查圖7-10[4]得動載系數(shù)；由[11]P103表7-3查得；由表7-4[4]查得；取，則 修正 （2-11） 由表7-6[4]取標準模數(shù)，與前面選定的模數(shù)相同，所以m=2.5mm符合要求。 （3）計算幾何尺寸 取 mm mm （4） 校核齒根彎曲疲勞強度 由1圖7-18[4]查得， 取 由式（7-12）[4]校核兩齒輪的彎曲強度 (2-12) =55.33 所以齒輪完全達到要求。軸3上其余齒輪均用此方法進行校核，其結(jié)果均符合要求。 2.3.2蝸桿蝸輪的校核 ZA型蝸桿減速，輸入功率P=1.9995KW，轉(zhuǎn)速n=755.94r/min，i=21.5，=12000h，蝸桿采用45鋼，表面硬度45HRC,蝸輪采用，砂型鑄造，蝸桿布置在上方，運轉(zhuǎn)精度良好。 初選【】值 當量摩擦系數(shù) 設，查表13.6取大值， ， 選【】值 在圖13.11的i=21.5線上選取A點，查得【】=0.355，（Z=2）， 中心距的計算 蝸輪轉(zhuǎn)矩： 使用系數(shù)，按表12.9選?。üぷ鳈C載荷平衡，動力機輕微振動） 轉(zhuǎn)速系數(shù) （式13.17） 彈性系數(shù),根據(jù)蝸輪副材料查表13.2，選取 壽命系數(shù) 式子（13.19） 接觸系數(shù),由圖13.12I線查出 接觸疲勞極限，查表13.2得： 按接觸疲勞最小安全系數(shù)，自定，選取 中心距由式子13.15 知： 取 傳動基本尺寸 蝸桿頭數(shù)，由圖13.11查得也可用 =1.69 取 蝸輪齒數(shù), 模數(shù)，，取=5 蝸桿分度圓直徑，， 取 蝸輪分度圓直徑， 蝸桿導程角， 蝸輪寬度， 取 蝸桿圓周速度， 相對滑動速度， 當量摩擦系數(shù)，由表13.6查知（與假設有出入，毋須即作調(diào)整，以計算為準） 齒面接觸疲勞強度驗算 許用接觸應力 , 式13.14 最大接觸應力 合格 齒輪彎曲疲勞強度驗算 齒輪彎曲疲勞極限，由表13.2查出， 彎曲疲勞最小安全系數(shù)，自取， 許用彎曲疲勞應力, 式13.24 齒輪最大彎曲應力， 合格 蝸桿軸撓度驗算 軸慣性矩I， 允許蝸桿撓度， 蝸桿軸撓度, 合格 溫度計算 傳動嚙合效率， 式13.12 攪油效率，自定， 軸承效率，自定， 總效率， 散熱面積估算A, 式13.26 箱體工作溫度， 式13.26 一般情況下可取此處取 合格 潤滑油粘度和潤滑方法 潤滑油粘度，根據(jù)由表13.7選取 潤滑方法，由表13.7，可采用噴油潤滑。 綜合以上設計驗證說明，所選的蝸桿蝸輪滿足設計要求。 2.3.3軸的校核 (1) 計算支承反力 在水平面上 (2-13) 在垂直面上 (2)計算彎矩 在水平面上，a-a剖面左側(cè) (2-14) a-a剖面右側(cè) 在垂直面上 合成彎矩 (3)計算轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)矩 (4)判斷危險剖面 顯然，所示a-a 截面右側(cè)合成彎矩最大，扭矩為T，該截面左側(cè)可能是危險剖面。 (5)軸的彎矩合成強度校核 由表10-1[4] 查得 a-a 截面左側(cè) (6)軸的疲勞強度安全系數(shù)校核 由表10-1[4] 查得 a-a 截面右側(cè) (2-15) 由附表10-1[4]查得；由附表10-4[4] 查得絕對尺寸系數(shù)；軸經(jīng)磨削加工，由附表10-5[4]查得表面質(zhì)量系數(shù)。則 彎曲應力 (2-16) 應力幅 平均應力 切應力 安全系數(shù) (2-17) (2-18) 查表10-6[4]得許用安全系數(shù)=1.3～1.5，顯然S>，故a-a剖面安全。2.4軸承的選擇和校核 2.4.1軸承的選擇 根據(jù)加工要求、所用軸的大小及承載，輸出軸、傳動軸及軸4采用30205圓錐滾子球軸承，驅(qū)動軸采用6210深溝球軸承。 2.4.2軸承的校核 以輸出軸1為例，根據(jù)已算出的軸的校核結(jié)果，軸1兩個軸承受到的力基本相等，校核時以兩軸承受到的力相等計算。 (1)齒輪上的作用力 (2)軸承支反力 2.4.3計算作用在軸承上的載荷 FR1= (2-19) FR2=FR1=130.3N 2.4.4計算軸承軸向載荷 由文獻[4]查得軸承30205額定動載荷Cr=19.52KN，額定靜載荷Cor=17.56,e=0.36 (1) 查表11-9，有 FS1=eFR1=0.36130.3=46.9N (2-20) FS2=eFR2=0.36130.3=46.9N （2）計算軸承所受軸向力 FA1=FS1=46.9N FA2=FS2=46.9 2.4.5計算當量動載荷 故由表11-7[4]取載荷系數(shù)X1=1，Y1=0 故由表11-7[4]取載荷系數(shù)X2=1，Y2=0 由表11-8[4]，可知載荷系數(shù)fP=1.2～1.8，取fP=1.5，則 軸承當量動載荷 P1=fp（X1FR1+Y1FA2）=1.5（1130.3+0）=195.45N (2-21) P2=fp（X2FR2+Y2FA2）=1.5（1130.3+0）=195.45N 2.4.6計算軸承壽命 取軸承工作溫度100，則ft=1.0， Lh2=Lh1= (2-22) =70063657h 故該對軸承符合要求。 同理可得其余軸承均符合要求。 3、零部件的設計繪制 3．1繪制主軸箱的裝配圖及零件圖 根據(jù)前面的計算，參考圖7-6[1]攻螺紋主軸組件裝配結(jié)構(gòu)，表7-9[1]攻螺紋主軸組件配套零件表，表7-10[1]攻螺紋主軸聯(lián)系尺寸，表7-11[1]多軸箱主軸端部尺寸，圖7-7[1]滾錐軸承傳動軸組件裝配結(jié)構(gòu)，表7-13[1]滾錐軸承傳動軸組件配套零件表以及表7-14[1]滾錐軸承傳動軸組件聯(lián)系尺寸繪制主軸箱裝配圖及零件圖。 3．2繪制主軸箱前、后蓋及箱體 根據(jù)已確定的尺寸，參照表7-2[1]多軸箱規(guī)格尺寸及動力箱法蘭尺寸，以及繪制出的主軸箱裝配圖中各軸的位置繪制前、后蓋及箱體零件圖。在繪制零件圖時，參照了[5]和[6]。 4、樣機試驗測試 4．1組合機床空運轉(zhuǎn)試驗 4.1.1樣機試驗要求 （1）機床總裝后，連續(xù)空運轉(zhuǎn)四小時。 （2）機床上所有的動力頭和各種輔助機構(gòu)要靈活而正確地完成全部規(guī)定動作，運動部件之間的互鎖應嚴密可靠。 4.1.2樣機試驗結(jié)果 （1）機床所有機構(gòu)的工作應平穩(wěn)，部件的運動不應有沖擊、振動和爬行現(xiàn)象。 （2）所有電氣、液壓設備，氣動、潤滑和冷卻系統(tǒng)的工作必須正常 （3）勞動保護裝置和機床保險裝置必須可靠。 4．2組合機床攻絲試驗 4.2.1組合機床試驗過程 （1）先進行單個零件的切削加工，并檢查加工精度，合格后再按規(guī)定的加工零件數(shù)量進行連續(xù)切削試驗，多工位機床切削零件數(shù)量為工位數(shù)的5倍。 （2）切削試驗時，機床所有機構(gòu)必須正常工作，不應有明顯的振動、沖擊和過高的噪聲。 （3）在切削試驗過程中，刀具不應有任何損失，機床所有零件不應產(chǎn)生明顯的變形。 4.2.2組合機床試驗結(jié)果 經(jīng)各項試驗后，該組合機床滿足以上各項試驗要求。 4．3進行精度測試 將多軸箱放在平板上，進行各項精度檢驗：多軸箱按ZBJ58012-89《組合機床多軸箱驗收技術(shù)條件》進行檢驗；所有主軸內(nèi)定心直徑的徑向圓跳動的檢驗項目及精度標準按JB3043—82進行檢驗；所有主軸回轉(zhuǎn)軸線相互間的平行度的檢驗項目及精度標準按JB3043—82進行檢驗。裝機試車經(jīng)檢驗各項指標均達到設計要求。 5、結(jié)論 本次設計的柴油機連桿攻絲專用機床機床，采用旋轉(zhuǎn)式行程控制機構(gòu)、精密導套等零件，精度高，調(diào)整、保養(yǎng)以及維修方便；同時本機采用雙工位的工作方式，在加工生產(chǎn)線上兩個螺紋孔一次加工，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度，從而降低了零件的加工成本。本人主要解決主軸箱傳動系統(tǒng)設計。 本機床設計合理，符合實際應用，滿足加工要求，且較大部分采用通用件和標準件，制造成本合理，設備維修方便。本設計中不足之處如：機床占地面積大，在設計時沒有考慮到手柄軸等。 參考文獻 1、謝家瀛主編. 組合機床設計簡明手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1992、10 2、陳秀寧、施高義主編.機械設計課程設計.杭州：浙江大學出版社，1995、8 3、艾興等主編.金屬切削用量手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1996、10 4、邱宣懷等編.機械設計（第四版）.北京：高等教育出版社，2007、7 5、胡家秀主編.機械零件設計實用手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1999、10 6、范云漲等主編.金屬切削機床設計簡明手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1993、8 設計工作小結(jié)和致謝 在畢業(yè)設計的幾個月中，我經(jīng)過自己的努力，在指導老師的幫助和其他同學的配合下，完成了本次畢業(yè)設計?；仡櫿麄€設計過程，我受益匪淺。該設計運用了我們四年來所學的知識，使我們能夠在畢業(yè)前將理論與實踐更加融會貫通，加深了我對理論知識的理解，強化了實際生產(chǎn)中的感性認識。 本次畢業(yè)設計是柴油機連桿攻絲專用機床的設計。該設計運用了零件結(jié)構(gòu)設計、組合機床整體設計等方面的知識。通過這次設計，我基本上掌握了專用組合機床設計的方法和步驟，以及設計時應注意的問題等，另外我也更加熟悉運用查閱各種相關(guān)手冊，選擇使用工藝裝備等。本次設計使我在基本理論的綜合運用及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的鍛煉，提高了我獨立思考問題的能力，為我以后工作奠定了一定的基礎。 回顧整個設計過程，在付老師的熱心指導及同組同學王康康、陽李、文杰的大力配合下，完成了本次畢業(yè)設計，在此表示忠心的感謝和敬意！ 但由于本人水平有限、缺乏經(jīng)驗，難免有不妥或錯誤之處，在此懇請各老師及同學們批評指正。 附件清單 序號 圖名 圖號 圖幅 1、 尺寸聯(lián)系圖 GS-00-01 A0 2、 加工示意圖 GS-00-02 A3 3、 加工工序圖 GS-00-03 A2 4、 生產(chǎn)率計算卡 GS-00-04 A4 5、 電氣原理圖 GS-00-05 A2 6、 主軸箱裝配圖 GS-01-01 A0 7、 側(cè)端蓋 GS-01-02 A3 8、 前蓋 GS-01-03 A1 9、 箱體補充加工圖 GS-01-04 A1 10、 后蓋 GS-01-05 A1 11、 連接板 GS-01-06 A4 12、 軸套 GS-01-07 A4 13、 皮帶輪 GS-01-08 A2 14、 軸套 GS-01-09 A4 15、 軸套 GS-01-10 A4 16、 齒輪軸 GS-01-11 A3 17、 擋鐵 GS-01-12 A4 18、 墊圈 GS-01-13 A4