本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計題 目專用機(jī)床銑削頭 ZX32 的設(shè)計系 別學(xué) 生 姓 名專 業(yè) 學(xué) 號指 導(dǎo) 教 師 職 稱摘 要專用機(jī)床銑削頭 ZX32 的設(shè)計社會在不斷發(fā)展的過程中對各種行業(yè)的發(fā)展需求也有了新的認(rèn)識若要滿足機(jī)械制造業(yè)下現(xiàn)在發(fā)展那么快的情況下，一些新型機(jī)床的品種也變得越來越多；其中就包括效率比較高的自動化機(jī)床和適應(yīng)性比較強(qiáng)的特種加工機(jī)床；各大新型的難加工的材料無疑離不開機(jī)床，其中機(jī)床上的零部件所使用的銑削頭是專用機(jī)床的相對比較復(fù)雜和重要的我們通過研究銑削頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計對我們對未來的學(xué)習(xí)很有幫助，與此同時也會有很大的積極意義。這篇文章再通過專用機(jī)床銑削頭 ZX32 傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，計算出了設(shè)計所需的傳動比，結(jié)構(gòu)式相對比較簡單，對完成銑削頭齒輪傳動設(shè)計及軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計有了一個初步的了解和認(rèn)識，通過大量的計算說明來分析齒輪的模數(shù)；并以此確定銑削頭尺寸及設(shè)計傳動路線。完事之后必須進(jìn)行一系列的檢驗，驗算傳動軸的直徑，齒輪模數(shù)，如果可以的話，也把剛度求出來。文章很順利的完成了銑削頭結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過軟件的輔助制了完整的圖紙。我們研究的課題在很大程度上對銑削加工有了新的理解和突破。關(guān)鍵詞：專用機(jī)床； 銑削頭； 齒輪傳動； 結(jié)構(gòu)設(shè)計ABSTRACTSpecial Machine Milling Head ZX32 DesignSociety in the process of growing demand for the development of various industries and a new understanding to meet the mechanical manufacturing industry developing so fast, now under some new machine varieties also become more and more; Including high efficiency automated machine tools and adaptability is strong special machine tools; The new type of difficult-to-machine materials will surely leave the machine tool, the machine tool are the components of the milling head used on the dedicated machine tools is relatively complex and important we through the research of the structure of milling head design of our study is very helpful for the future, at the same time also can have a lot of positive significance.This article through design of special-purpose machine tools milling head ZX32 transmission system in the process of the required transmission ratio, calculated the design formula is relatively simple, to complete the milling head and shaft structure design of gear transmission design have a preliminary understanding and the understanding, to analyze gear modulus is illustrated through a lot of computation; And to determine the milling head size and design of transmission line. Done to carry out a series of inspection, check the diameter of the shaft, gear modulus, if you can, and the stiffness out. The article very smoothly completed the milling head structure design, through software of auxiliary system, a full set of drawings. Our research topic in the very great degree of milling has a new understanding and breakthrough.Keywords: Design of special milling； machine head； gear transmission structure目 錄摘 要 .IIABSTRACT.01 緒論 11.1 機(jī)床的地位及發(fā)展 .11.2 組合機(jī)床的重要性 .21.3 本課題的目的、內(nèi)容 31.3.1 設(shè)計的目的 .31.3.2 設(shè)計內(nèi)容 .32 組合機(jī)床銑削頭主傳動設(shè)計 32.1 確定結(jié)構(gòu)型式 32.2 確定傳動比 .42.3 確定各齒輪的齒數(shù) .42.4 傳動系統(tǒng)圖的擬定 .53 銑削頭電動機(jī)的選擇 .63.1 電動機(jī)的功率計算 .63.2 電動機(jī)參數(shù)的選擇 .74.銑削頭齒輪傳動的設(shè)計計算 74.1 模數(shù)的估算 .74.2 齒輪分度圓直徑的計算 94.3 齒輪寬度的確定 94.4 齒輪其他參數(shù)的計算 94.5 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計 94.6 齒輪的校核 105 銑削頭軸的設(shè)計計算 105.1 各傳動軸軸徑的估算 105.2 各軸段長度值的確定 .125.3 軸的強(qiáng)度校核與剛度 .125.3.1 軸的強(qiáng)度校核 .125.3.2 主軸材料的選擇 .175.3.3 主軸結(jié)構(gòu)的確定 .175.3.4 主軸的剛度驗算 .176 專用機(jī)床銑削頭的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 .257 結(jié) 論 27致 謝 29第 0 頁 1 緒論1.1 機(jī)床的地位及發(fā)展在現(xiàn)在的社會發(fā)展中，各種機(jī)械裝備都有了新的變化，人們對經(jīng)濟(jì)、高效的生產(chǎn)有了新的要求，從而哎后續(xù)的生產(chǎn)中我們會對工具的使用和高新技術(shù)的使用有了新的看法，為了研究和創(chuàng)造出更好的技術(shù)設(shè)備和加工設(shè)備，我們進(jìn)行了大量的更新，例如我們必須具備各種金屬加工零件設(shè)備，這些設(shè)備在使用的過程中都是很重要的，在鍛造、鑄造、沖壓、焊接等加工方式中有了最大的改進(jìn)，因為機(jī)械零件的尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度，都是一個嚴(yán)重的指標(biāo)；這些都是金屬切削加工所要求的，特別是形狀相對比較復(fù)雜、精度比較高和零件表面粗糙度的要求并不是很高的一些加工零件，某些加工工藝不能再一步工部中就能完成，也可能需要很多步；因此在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中機(jī)床相對于其他的來說是最重要的加工機(jī)械設(shè)備了。在比較普通的機(jī)械加工廠里，我們通過對機(jī)床的機(jī)床加工工作量進(jìn)行分析，大約承擔(dān)了約為總工作量的百分之五十左右，這些在某種程度上會直接影響機(jī)械產(chǎn)品的加工質(zhì)量和技術(shù)要求；毫不夸張的說：假如我們國家的機(jī)床沒有多好的發(fā)展，將很可能不具有今天這樣結(jié)構(gòu)那么多的、種類那么多的改變。國家的繁榮發(fā)展離不開機(jī)械的大發(fā)展，實現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化才是國家的發(fā)展指標(biāo)，這也是社會進(jìn)步所必須的。在無形中我們對正在發(fā)展的制造業(yè)不得不加以重視，保證新型的加工設(shè)備和技術(shù)要求，通過對各種機(jī)器、儀器和工具的大力使用。我們清楚的發(fā)現(xiàn)了一些重要問題那就是一個現(xiàn)代化的機(jī)械制造業(yè)必須要有一個現(xiàn)代化的機(jī)床制造業(yè)做強(qiáng)大的支撐。所以，越來越多的國家也都相當(dāng)重視本國機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，只有這樣才能使機(jī)床的用途有所提高，從而使我們的國家國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)行最大的宏觀調(diào)控；這些都是建立在堅實可靠的技術(shù)提高上的。機(jī)床是進(jìn)行社會生產(chǎn)和社會實踐的必需品，人類在長期生產(chǎn)實踐中，越來越發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)工具在不斷的更新；在社會的不斷發(fā)展中科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步也慢慢地完善了起來。最原始的好像是木制的，再那個時候一般都是由人力或畜力驅(qū)動來所有運動，也可以分為好幾種了例如陶瓷制品的泥坯、石料和加工木料，從某種方面來分析看它們并不是一種完整機(jī)器。通過研究發(fā)現(xiàn)金屬機(jī)械零件的加工大概是從 18 世紀(jì)中期才開始慢慢發(fā)展起來的。在那個時候一些工業(yè)最發(fā)達(dá)的歐美國家也迅速的開始證明自己，開始了從工場手工業(yè)向機(jī)器大工業(yè)生產(chǎn)方式大力涌進(jìn)，這就需要更多的時間和精力來進(jìn)行研究，逐漸的推動了機(jī)床的快速發(fā)展。在以前的那個時候我們發(fā)明了車床，在其中帶有刀架，這在無意之中開創(chuàng)了由機(jī)械代替人手控制刀具運動的最開端，人們用雙手的時代過去了，這是一個飛躍的突變，同時也是機(jī)床的加工精度和工效的有力保證，在目前現(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展模型也慢慢的有了新的形成。在車床進(jìn)行大幅度的發(fā)展之后，隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，慢慢的也陸續(xù)被創(chuàng)制出來了其他各種機(jī)床。至 19 世紀(jì)快要結(jié)束的時候，相繼形成了銑床、鉆床、拉床、車床、鏜床、刨床、磨床、這些機(jī)床的相繼使用讓我們在制造業(yè)上有了新的自信第 1 頁 心。20 世紀(jì)最開始的時候，一些新型的材料制造出來硬質(zhì)合金和高速鋼等新型刀具材料是最為常用的，為了不斷提高了刀具切削性能，使機(jī)床的工藝性能更加穩(wěn)定我們做了巨大的調(diào)整；與此同時，一些其他方面也有了新的改變，液壓、齒輪、電動機(jī)、電氣和軸承等技術(shù)在后續(xù)也慢慢的有了很大的改進(jìn)，非常明顯的提高了加工精度和實際生產(chǎn)率。除此之外，我們知道機(jī)械制造業(yè)越來越多被應(yīng)用了，也慢慢的發(fā)展了機(jī)床的品種，例如，一些高效率精密機(jī)床、重型機(jī)床和自動化機(jī)床的相繼出來。在 50 年代的時候，數(shù)控機(jī)床逐漸發(fā)展了計算技術(shù)、電子技術(shù)和檢測技術(shù)，與早期發(fā)展的一些僅僅僅適用在大批量生產(chǎn)的繼電器接觸器控制形成了鮮明的對比；機(jī)床自動化具有很高的柔性和穩(wěn)定性，也就是說在小批量和單件生產(chǎn)中也能得到經(jīng)濟(jì)的使用，在經(jīng)濟(jì)上作出了巨大的調(diào)整從而使機(jī)床自動化進(jìn)入了新型的發(fā)展階段。通過分析機(jī)床的發(fā)展歷史，知道了它的經(jīng)歷，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和機(jī)械工業(yè)的擴(kuò)大而發(fā)展，我們越來越多的了解到必須提高擴(kuò)大產(chǎn)品品種、自動化程度、加工精度和生產(chǎn)效率才能發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)床及時遵循著是繼續(xù)沿著這一方向發(fā)展。我們國家的機(jī)床工業(yè)是在新中國成立的時候有了新的開始，當(dāng)時的時候我們沒有自己的制造業(yè)；解放后，機(jī)床工業(yè)的發(fā)展受到了國家的強(qiáng)烈重視；在解放初期的時候，一些專業(yè)廠在改變的時候就是就把一些原來的機(jī)械修配廠通過改編成為新的廠子；我國機(jī)床工業(yè)從前到后，經(jīng)歷了那么多從沒有到有的過程是很困難度的，大概經(jīng)過了 50 多年的打造建設(shè)，跟現(xiàn)在已然是無法相比的機(jī)床通用品種中數(shù)控機(jī)床多達(dá) 1500 多種；這些數(shù)據(jù)顯示出我們國家不僅每年還有一定數(shù)量的機(jī)床出口，通過這些還了解到國內(nèi)的工業(yè)是如何發(fā)展的。相比之下，我國機(jī)床行業(yè)的發(fā)展歷史是比較悠久的，發(fā)展也是迅速的。但是最開始的時候沒有很好地基礎(chǔ)導(dǎo)致了與世界先進(jìn)水平相比，還有很大的差距。為此，我們國家相應(yīng)的有了新的措施，為了適應(yīng)我國國防、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化和工業(yè)的需要，陸續(xù)的在國際市場上提高了新的凝聚力和競爭力，因此我們必須加強(qiáng)工藝試驗研究，在研究的同時還要深入開展機(jī)床基礎(chǔ)理論研究，通過大力開發(fā)重型、精密數(shù)控機(jī)床，慢慢的將國家?guī)腩I(lǐng)先的國際地位。 1.2 組合機(jī)床的重要性現(xiàn)代社會中，人們?yōu)榱烁咝?、?jīng)濟(jì)地生產(chǎn)各種高質(zhì)量產(chǎn)品，日益廣泛的使用各種機(jī)器、儀器和工具等技術(shù)設(shè)備與裝備。由于機(jī)械零件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法來達(dá)到，特別是形狀復(fù)雜、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在機(jī)床上經(jīng)過幾道甚至幾十道切削加工工藝才能完成。因此，機(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中最重要的加工設(shè)備。在一般機(jī)械制造廠中，機(jī)床所擔(dān)負(fù)的加工工作量，約占機(jī)械制造總工作量的 40%～60%，機(jī)床的技術(shù)性能直接影響機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量及其制造的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而決定著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平。第 2 頁 1.3 本課題的目的、內(nèi)容1.3.1 設(shè)計的目的組合機(jī)床銑削頭是機(jī)床加工使用的重要部件，我們在這個設(shè)計任務(wù)中主要是想通過機(jī)床主運動機(jī)械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過一些數(shù)據(jù)計算使我們在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，慢慢的得到設(shè)計構(gòu)思以及方案的分析；熟悉自己的設(shè)計要求，和設(shè)計方法掌握結(jié)構(gòu)工藝性通過參考機(jī)械制圖進(jìn)行零件計算、編計方法培養(yǎng)自己的畫圖能力和計算能力，最終的目的是并培養(yǎng)自己能夠認(rèn)真對待一件事的同時要自立。1.3.2 設(shè)計內(nèi)容(1)運動設(shè)計 設(shè)計之前需要分析零件的一些性質(zhì)，比如要確定機(jī)床的切削用量，查閱機(jī)械原理課本來分析比較擬定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖，確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數(shù)。(2)動力設(shè)計 先傳動軸的直徑大概的算一下、計算完之后再把齒輪的模數(shù)確定好，從而才能很好地確定動力箱；才能更好地計算出多軸箱的實際尺寸，在我們必須制定好及設(shè)計傳動路線。完成裝配草圖后，要驗算傳動軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi)，并驗算主軸的剛度。(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計 進(jìn)行主運動傳動軸系、變速機(jī)構(gòu)、主軸主件、箱體等機(jī)構(gòu)設(shè)計。繪制裝配圖和零件工作圖。(4)編寫設(shè)計說明書2 組合機(jī)床銑削頭主傳動設(shè)計2.1 確定結(jié)構(gòu)型式1.主傳動的確定 ， 和公比 Ф 的確定：nmaxin確定好了之后再根據(jù)設(shè)計過程要求必須選擇主軸轉(zhuǎn)速范圍，我們設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速范圍在 95r/min～1600r／min 之間；則 Ф＝ = ＝ ＝1.29 ………………………………(2-1)1?ZnR1minaxz19560由設(shè)計手冊取標(biāo)準(zhǔn)值得：Ф=1.26。令 ，則 ……………(2-2)i/60maxr? min/9.1256.1maxin rZ???Ф則取 。i/60i,/125axin r第 3 頁 2.確定變速組和傳動副數(shù)目設(shè)計并計算出機(jī)床的切削速度，我們很清楚的知道其廣泛應(yīng)用滑移齒輪的變速是相當(dāng)厲害的，因此我們必須按照這些特點來適應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和操縱方便的要求，在這里我們通常采用雙聯(lián)或三聯(lián)滑移齒輪，要注意的是銑削頭共設(shè)計兩個變速組。3.確定傳動順序方案：傳動順序的確定有很多需要在意的地方，特別是從電機(jī)到主軸，這一部分一般都是通過降低速度來進(jìn)行的。為了不斷的接近電機(jī)處的零件我們必須加快速度，這個時候轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩相對就較小了。假如我們在設(shè)計的傳動副較多地方接近電機(jī)，那么在某些定義上可使小尺寸的零件多些，讓一些大尺寸的零件可以盡量少些，這樣就節(jié)省省材料與此同時，經(jīng)濟(jì)上也會明顯的有所減少，這些都非常符合“前多后少”的原則。4.確定擴(kuò)大順序方案：通過順序方案把傳動順序方案確定，我們慢慢的可列出若干不同擴(kuò)大順序方案。假如么有特殊要求，就可以根據(jù)“前密后疏”的原則進(jìn)行設(shè)計和計算。2.2 確定傳動比根據(jù)結(jié)構(gòu)式來選擇好轉(zhuǎn)速圖，這是比較直接的方法，我們應(yīng)注意解決好傳動和分配傳動比，通過這些，我們再合理確定傳動軸的轉(zhuǎn)速。① 定比傳動在變速傳動系統(tǒng)中我們首先采用定比傳動，參照傳動系統(tǒng)圖，我們設(shè)計了在鉆銑床的加工工藝以及國產(chǎn)中總降速比為 u=125/1440=0.087。在這個有你的數(shù)據(jù)下，如果設(shè)計的每一個變速組的最小降速比在相應(yīng)的程度上都經(jīng)過分析后取為 1/4。也就是說這兩個兩個變速組的總降速很可能達(dá)到 。從此我們有了經(jīng)驗，我們知道了這個016.41??地方不需要增加設(shè)計的傳動比；這樣做在某種意義上為了有利于減少中間兩個變速組，這樣以利于減小設(shè)計的變速箱在直徑方面上的徑向尺寸和有利于制動方便問題，在Ⅰ－Ⅱ軸間增加一對降速傳動齒輪（ ），同時，再設(shè)計的問題和因素下也有利于設(shè)計362變型機(jī)床，由于只要改 變這對降速齒輪傳動比，我們就可以改進(jìn)傳動比。② 分配降速比在Ⅰ－Ⅱ軸間增加一對降速傳動齒輪完事之后很快的確定好最小傳動比。 2.3 確定各齒輪的齒數(shù)通過設(shè)計和計算我們在確定齒輪齒數(shù)的過程中：難免會出現(xiàn)一些問題，就是盡量減少齒輪傳動之和，防止兩軸之間的中心距加大，造成機(jī)床的結(jié)構(gòu)變得很大還有增大齒數(shù)可能在噪聲的問題上加以改進(jìn)，所以在設(shè)計時餓哦們必須把講要設(shè)計的齒數(shù)和控制在第 4 頁 ；我們?yōu)榱丝刂泼拷M嚙合齒輪不產(chǎn)生根切現(xiàn)象，盡可能的最小齒數(shù)120~?sz，所以齒輪的齒數(shù)和最好不應(yīng)太小了。8min?在 I－III 軸間：∵ 59.123??u則可查表 1.58 和 2.51。又∵ 而最小齒輪的齒數(shù)是在 的齒輪副中，令17min?z3 20min?z則 由于在高速軸中我們?yōu)榱吮M可能的使齒輪的幾何尺寸小不能8,30,64?sz過大，所以我們可取 。z用計算法：取 ，則23min5?3759.1236?uz則 60372??sz∴ 2760.1123 ??uz 327604??z∵ 取 069.140?則 36.2412?uz2.4 傳動系統(tǒng)圖的擬定根據(jù)以上分析及計算，擬定如下傳動系統(tǒng)圖：第 5 頁 423736243 銑削頭電動機(jī)的選擇3.1 電動機(jī)的功率計算鉆頭材料選用 W18Cr4V, 毫 米公 斤σ /80?b根據(jù)加工要求選用鉆頭直徑 D＝32mm，則查表得進(jìn)給量 S＝0.39 ～0.47mm，根據(jù)鉆孔切削用量表查得：n＝377r/min，M=8580N·m則 ……………………………(3-1)kw32.6.17208536.1720＝＝ ???MnN第 6 頁 3.2 電動機(jī)參數(shù)的選擇電動機(jī)的選擇也相當(dāng)重要，我們在在選擇電動機(jī)時，一定要使得 P ≥P ，這是額 定 總選擇原則；根據(jù)這個原則，我們再通過選擇查詢《機(jī)械設(shè)計手冊》在書中明顯的看到并選取 Y112M-4 型電動機(jī)，其基本參數(shù)如下（單位為 mm）：A=190 B=140 C=70 D=28 E=60 F=8G=24 H=112 K=12 AB=245 AC=230AD=190 HD=265 BB=180 L=4004.銑削頭齒輪傳動的設(shè)計計算由于直齒圓柱齒輪具有加工簡單安裝方便的特點這無疑在設(shè)計的過程中我們要進(jìn)行詳細(xì)分析；我們在設(shè)計計算時通過分析其工藝性來計算基本的信息；很清楚的得知生產(chǎn)效率高加工成本也是很高；漸開線齒輪是直齒圓柱齒輪傳動的一種加工方式，這樣也能滿足設(shè)計要求，因此所以本次設(shè)計選用漸開線直齒圓柱齒輪傳動；然后主軸箱中的齒輪用于傳遞動力和運動，保證好它的精度直接與工作的平穩(wěn)性不存在接觸誤差。噪聲的問題不可避免，只能減少，這樣是好，也有一定的局限性，如果要考慮到制造成本和工時我們慎重的選擇齒輪參數(shù)：4.1 模數(shù)的估算在估算模數(shù)的時候我們按照接觸疲勞和彎曲疲勞得到有段問題計算齒輪模數(shù)比較復(fù)雜，在這我們要減小誤差，而且有些系數(shù)只有在齒輪各參數(shù)都已知道后方可確定，所以只在草圖畫完之后才能進(jìn)行完整的校核和審定。在畫草圖之前，我們必須對它先估算，估算之后才可以選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)。齒輪彎曲疲勞的估算公式：mm （式中 即為齒輪所傳遞的功率） …………（4-1）wm32jZnN?N齒面點蝕的估算公式：mm （式中 即為齒輪所傳遞的功率）……………（4-2 ）A32jn?其中 為大齒輪的計算轉(zhuǎn)速， 為齒輪中心距。j A由中心距 及齒數(shù) 求出模數(shù)：21,Z第 7 頁 mm ……………………………………………………(4-3)21ZAmj??根據(jù)估算所得 和 中較大的值，選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。wj我們在之前的計算中得到了得各軸所傳遞的功率，所以，各軸上齒輪模數(shù)估算如下：第一對齒輪副 ∵ min/140rnj?∴ mmw5.129.3???mmA48.0.43?mm15.62.??jm所以，第一對齒輪副傳動的齒輪模數(shù)應(yīng)為 mm15.0?wm第二對齒輪副 ∵ in/0rnj∴ mmwm76.10239842???mmA.13mm06.7298.??j所以，第二對齒輪副傳動的齒輪模數(shù)應(yīng)為 mm06.?wm第三對齒輪副 ∵ in/31rnj∴ mmwm06.2631298043???mmA7.53mm1.04278.5??j所以，第三對齒輪副傳動的齒輪模數(shù)應(yīng)為 mm75.?wm綜上所述，我們不得不考慮幾個非常重要的問題，一個是降低成本，一個是效率問第 8 頁 題；選取機(jī)床中的各個齒輪模數(shù)值仔細(xì)選取，但是我們有知道了因為這個Ⅴ軸的轉(zhuǎn)速比較小，與此同時扭矩又比較大，造成了我們再在計的過程中為了增加其強(qiáng)度和在主軸上很容易的能起到飛輪的作用，我們通常需增加Ⅴ軸齒輪的幾何尺寸。因此，本次設(shè)計中在Ⅰ～I(xiàn)II 間各個齒輪模數(shù)均為 =2.5mm。1m4.2 齒輪分度圓直徑的計算我們通過查的漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪分度圓直徑，得知其計算具有一定的規(guī)律，下面是相應(yīng)的計算公式：605.241??d 905.2362??d.73 .84.5 .764.3 齒輪寬度的確定齒寬對齒的強(qiáng)度有很大的影響，因為齒輪制造誤差和軸的變形，在接觸的過程中可能不均勻，這樣反兒容易引起振動和噪聲。因此我們一般取 B=（6~10）m。本次設(shè)計中，取主動齒輪寬度 B=8m=8×2.5=20mm 根據(jù)計算其嚙合的從動齒輪的寬度一致。我們再而取多聯(lián)齒輪的寬度 B=8m=8×2.5=20mm，寬度確定之后，為了使嚙合更容易和平穩(wěn)，我們通常在嚙合處選擇一個從動，最后選定為取 B’=6m＝6×2.5＝15mm。4.4 齒輪其他參數(shù)的計算根據(jù)《機(jī)械原理》中關(guān)于漸開線圓柱齒輪有一些相對比較容易的參數(shù)的計算公式和有關(guān)計算公式的查詢，我們清楚的知道了齒輪的其它參數(shù)同樣可以由以上計算所得的參數(shù)計算出來，因此本次設(shè)計中，我們只計算一些重要參數(shù)即可。4.5 齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計面對不同精度等級的齒輪，我們要要采用不同的加工方法來對待，首先對結(jié)構(gòu)的要求也不同，如 7 級精度的齒輪，我們就會用較高精度的滾齒機(jī)或插齒機(jī)，這種方式用于機(jī)械的很多地方和領(lǐng)域，根本問題是淬火后會產(chǎn)生變形，導(dǎo)致精度將下降。所以，需要淬火的 7 級齒輪在正常的情況下需要進(jìn)行剃齒，這是相當(dāng)重要的。第 9 頁 4.6 齒輪的校核我們必須計算齒輪強(qiáng)度用的載荷系數(shù) K，它包含了幾個參數(shù)；包括使用系數(shù) ,動載AK荷系數(shù) ,齒間載荷分配系數(shù) 及齒向載荷分布系數(shù) ，也就是說包括：VK??K??vA?=1.25×1.07×1.1×1.12=1.65 ……………………………(4-4)查表得： =0.88 =2.5 =189.8?ZHEZ= …………………………………(4-5)H?E?ubdK21)(??將數(shù)據(jù)代入得： 1100mpa?齒輪接觸疲勞強(qiáng)度在設(shè)計和計算的過程中要使它滿足一些特定的要求，因此接觸的應(yīng)力在計算后小于許用的接觸應(yīng)力。其它齒輪也符合要求，因此其余齒輪省略了驗算。5 銑削頭軸的設(shè)計計算5.1 各傳動軸軸徑的估算滾動軸承的型號是根據(jù)軸端直徑確定的，而且軸的設(shè)計是在初步計算軸徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此先要初算軸徑。軸的直徑可按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法用下列公式進(jìn)行估算?！?5-1)30nPAd?m對于空心軸，則……………………………………………(5-2)340)-n(1PAd?式中， ——軸傳遞的功率，kW ；——軸的計算轉(zhuǎn)速，r/min ；——其經(jīng)驗值見表 15-3；0A取 β的值為 0.5。（1）、計算各傳動軸傳遞的功率 P我們根據(jù)電動機(jī)的選擇和進(jìn)行計算，知道了本次設(shè)計所選用的電動機(jī)就是額定功率第 10 頁 按下式計算：kWNd0.4?…………………………………………(5-3)???dNP——電機(jī)到傳動軸之間傳動效率；η由傳動系統(tǒng)圖可以看出，本次設(shè)計在選擇一些參數(shù)時，主要采用了聯(lián)軸器和齒輪傳動，那么各軸傳遞的功率為：=0.96， =0.93， =0.904 =0.877 所以，1?23?4?各傳動軸傳遞的功率分別為：kWNPd 82.9.0.0411 ????7382322?k617.33.509????906144P(2) 估算各軸的最小直徑本次設(shè)計中，我們分析了好多關(guān)于直徑的問題，也逐漸的考慮到主軸的強(qiáng)度與剛度會造成經(jīng)濟(jì)方面的不同，在這個過程中我們先選擇主軸的材料為 40Cr，其它各軸的材料都是選擇 45 鋼，取 A0 值為 115，各軸的計算轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速圖得出：n1j=1002r/min, n2j=631r/min, n3j=315r/min, n4j=250r/min, 所以各軸的最小直徑為： md8.16024.315???.7.32md9.2516.533???在以上各軸中，每根軸都開有平鍵或花鍵，通過增加或者減少花鍵的個數(shù)來增加強(qiáng)度；所以為了使鍵槽不影響軸的強(qiáng)度，我們決定了應(yīng)將軸的最小直徑增大 5%，將增大后的直徑圓整后分別取各軸的最小直徑為：=18 , =23 , =34 , minⅡdminⅢdindIm第 11 頁 5.2 各軸段長度值的確定各軸段的長度值，應(yīng)根據(jù)主軸箱的具體結(jié)構(gòu)而定，且必須滿足以下的原則：（1）最好可以滿足軸承及齒輪的定位要求；（2 再是從安全的問題上滿足滑移齒輪能夠滑移平穩(wěn)；5.3 軸的強(qiáng)度校核與剛度根據(jù)本次設(shè)計的要求，我們需要選擇除主軸外的一根軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，經(jīng)過校核之后再進(jìn)行剛度校核。在此我們決定選擇第Ⅲ根軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。5.3.1 軸的強(qiáng)度校核1、軸的受力分析及受力簡圖由主軸箱的展開圖可知，我們將該軸的動力源由電動機(jī)通過齒輪來傳遞然后通過一個三聯(lián)齒輪將動力傳遞到下一根軸。以此類推，我們實現(xiàn)了軸的穩(wěn)定性；分析知道我們只要校核其在 xz 平面及 yz 平面的受力。就會很容易的進(jìn)行下面的校核；從其載荷分布段的中點我們可以暫時選為基準(zhǔn)點。作用在軸上的扭矩，不會因此而發(fā)生改變；通常從傳動件輪轂寬度的中點算起。通常情況下主要是把軸當(dāng)作鉸鏈支座上的梁以及，支反力的作用點與軸承的布置方式和類型有關(guān)。其受力簡圖如下所示：在 xz 平面內(nèi)：在 yzR2FtFt1R DCBA b=5l=450a=0平面內(nèi)：第 12 頁 2、作出TT1a=0l=450b=25ABCDR'FrFrR'軸的彎矩圖根據(jù)上述簡圖，分別按 xz 平面及 yz 平面進(jìn)而來去確定扭矩和彎力；從而計算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計算結(jié)果相應(yīng)的作出兩個平面的上的彎矩圖。在 xz 平面內(nèi)，根據(jù)力的平衡原理可得：R1+R2+Ft2=Ft1 …………………………………………………(5-4)將各個力對 R1 取矩可得：Ft1×a=Ft2×（ l-b）+R2×l ……………………………………(5-5)∵ Ft1=2 /d7 PⅡFt2=2 /d11 ……………………………………………… (5-6)Ⅲ由以上兩式可解出：R1=Ft1（l-a ）/l-Ft2×b/l ……………………………………(5-7)R2=Ft1×a/l-F2xz+Ft2×b/l …………………………………… (5-8)因為這里存在好幾個力，這樣會導(dǎo)致表達(dá)和計算的不準(zhǔn)確彎矩?zé)o法用一個方程來表示，用 x 來表示所選截面距 R1 的距離，則每段的彎矩方程為：在 AB 段： M=R1×x （a≥x≥0 ）在 BC 段： M=R1×（a+x ）-Ft1×x （l-b≥x≥a）在 CD 段： M=R2（l-x） （l≥x≥l-b ）則該軸在 xz 平面內(nèi)的彎矩圖為：第 13 頁 同理可得DCBAXM在 yz 平面內(nèi)的彎矩圖為： MXABCD3、作出軸的扭矩圖由受力分析及受力簡圖可知，該軸只在 yz 平面內(nèi)存在扭矩。其扭矩大小為：T1=Ft1·r7 T2=Ft2·r11 則扭矩圖為：XT第 14 頁 4、作出總的彎矩圖根據(jù)上述計算和相關(guān)要求，我們由以上求得的在 xz、yz 平面的彎矩圖，根據(jù) M=可得總的彎矩圖為：2yzxzM? DCBA XM5、作出計算彎矩圖根據(jù)我們設(shè)計好的，進(jìn)行理論分析，主要是分析好扭矩圖和彎矩圖，這兩個是很重要的，那么我們可以由公式 Mca= 求出計算彎矩，在計算的過程中，我們說22)(T??明一下 α是考慮扭矩和彎矩的加載情況通過一段時間的加載會產(chǎn)生一定的差異性，因而我們在求解計算彎矩時，必須找準(zhǔn)位置，不能盲目計算各個力。也就是說當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時，我們暫時選取取 α≈0.30；通過分析在精細(xì)的的結(jié)構(gòu)之間，我們面對的是扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取 α≈0.60；假如扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力也是相對比較穩(wěn)定的對稱循環(huán)變應(yīng)力時，這個時候我們就必須選取 α=1。還好本次設(shè)計中扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力，不用考慮那么多，所以取 α≈0.3，那么計算彎矩圖為：第 15 頁 6、校核M XABCD軸的強(qiáng)度選擇軸的材料為 45 鋼，處理方式我們選擇調(diào)制解調(diào)；由機(jī)械設(shè)計手冊查得其許用彎曲應(yīng)力為 80MP，由計算彎矩圖可知，這個軸存在危險截面該軸的危險截面在 B 的作用點上，分析并計算扭矩：W= [πd4+（D-d）（D+d） 2zb]/32D …………………………………………(5-9)其中 z 可以定為花鍵的數(shù)目，通過本次設(shè)計，我們確定了 D=28mm，d=23mm，z=6mm b=6mm 這是最后的結(jié)果；所以其截面的慣性矩為 W=524.38mm3根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪受力計算公式我們利用其穩(wěn)定性可得圓周力與徑向力分別為：Ft=2T1/d1 Fr=Ft×tgα ……………………………(5-10)其中 T1 我們可以定為小齒輪傳遞的扭矩，單位是 N·mm；我們?nèi)毫?a 為 20°但是 Ft 與 Fr 分別對應(yīng)與 xz 平面及 yz 平面的力。通過分析計算來確定各段軸的長度，在這我們可以可從 2 號 A0 圖中得出，那么根據(jù)前面的公式可得出該軸危險截面的計算彎矩為：Mca=25014.22N·m，那么該軸危險截面所受的彎曲應(yīng)力為：δca=25014.22/524.38≈47.7MP≤60MP，通過分析說明了所以該軸的強(qiáng)度滿足要求。第 16 頁 5.3.2 主軸材料的選擇考慮到主軸的剛度和強(qiáng)度在設(shè)計的過程中都會有一定的影響，所以我們選擇主軸的材料為 40Cr，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)解調(diào)處理；5.3.3 主軸結(jié)構(gòu)的確定①主軸直徑的選擇根據(jù)機(jī)床手冊 分析了主電機(jī)功率一次來確定 分析的 結(jié)果是 P＝4KW ，屬于1D中等以上轉(zhuǎn)速，中等以下載荷的機(jī)床∴可取 mD70~61?②主軸內(nèi)孔直徑………………………(5-11)4440 1)(6/)( ?????DddIK其中 ， ----空心主軸的剛度和截面慣性矩0IK, I ----實心主軸的剛度和截面慣性矩當(dāng) 則主軸的剛度急劇下降，故取 0.77.?? ?主軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)主軸上應(yīng)安裝的組件以及在主軸箱里的具體布置來確定，主軸的具體結(jié)構(gòu)不需要表現(xiàn)在這個地方，已在三維圖上表達(dá)清楚，在此不在繪出。其中： D=31.750 832.691?D0.542?Dd＝18 L=7314?d5.3.4 主軸的剛度驗算①軸的變形和允許值軸上必須安裝好齒輪的位置，裝齒輪和軸承處的繞度和傾角（y 和 ）再設(shè)計的時候?應(yīng)該小于或者等于彎曲變形的許用值 ???和y即 y ?????軸的類型 （ mm） 變形部位 （ rad）???一般傳動軸 4.0003~0.0005l 裝向心軸承處 0.0025第 17 頁 剛度的要求較高-0.0002l 裝齒輪處 0.001安裝齒輪軸 （0.01~0.00）m裝單列圓錐滾子軸承0.006其中：L 表跨距，m 表模數(shù)②軸的變形計算公式計算軸本身彎曲變形產(chǎn)生的繞度 y 及傾角 時，一般常將軸簡化為集中載荷下的簡支?梁。按材料力學(xué)相關(guān)公式計算，主軸的直徑相差不大且計算精度要求不高的時候，可把軸看作等徑軸，采用平均直 d 來計算，計算花鍵時同樣選擇用平均直徑圓軸： d ……………………………………………………(5-12)i??慣性矩： I= ……………………………………………………(5-13)64i?矩形花鍵軸： d1= ………………………………………………(5-14)2dD?………………………………………………(5-15)?i4?慣性矩： ……………………………(5-16)64)(2dzdI???③軸的分解和變形合成在我們分析的過程中如果存在變形的問題我們必須考慮力對變形的作用；為此我們將受力分解為三個垂直面上的分力；子相同的條件上下，我們看懂了在同以平面內(nèi)的可進(jìn)行代數(shù)疊加，由此分析可知在兩平面內(nèi)的按幾何公式，求出該截面的總繞度和總傾角會有一定的誤差我們應(yīng)該減小這些誤差。④危險工作面的判斷驗算剛度是一個相對來說比較重要的問題；我們應(yīng)選擇最危險的工作條件進(jìn)行，首先進(jìn)行設(shè)計計算轉(zhuǎn)速低傳動齒輪的直徑小，相比較之下，我們?nèi)〈谒奈恢弥虚g的時候，軸受力將將會變得非常嚴(yán)重。如對：二、三種工作條件難以判斷那一種相對來說比較危險，就分別進(jìn)行設(shè)計和計算，在計算的過程中找到最大彎曲變形值 和 y。?⑤ 提高軸剛度的一些措施為了加大軸的直徑和穩(wěn)定性，為此我們需要適當(dāng)減少軸的跨度，并在新的條件下重新安排齒輪在軸上的位置從而改變軸的具體變化位置。第 18 頁 ⑥ 軸的校核計算軸的計算簡圖在 xz 平面內(nèi)：同理可F1F2R2 R1得在 yz 平面內(nèi)的受力圖，在此不在畫出。主軸的傳動功率：P 主 = =3.513KW 469.0.4?主軸轉(zhuǎn)矩： T 主 = =156900 2513.6?mN?支點上的力： dFtB 8.26409.5??主NtC351.21T?主根據(jù)彎矩平衡：0)48623()962( ?????tBtcHEFFR求得：R HE=-84.9根據(jù)力得平衡： NHA7.0?則彎矩圖為：第 19 頁 M X2）垂直平面得彎矩圖：=951.71N ?tgFBR??=761.4N Cr根據(jù)平面內(nèi)得彎矩平衡有：0)48623()3962(3?????rBrCNE FFR.8?再根據(jù)力得平衡： NRNA71.0?則可得 B、C 點得彎矩圖：M X在 B 點和 C 點為最危險截面，要滿足要求， B、C 點滿足就可以了，在 B、C 截面得彎矩為：=803403.1N·㎜ 22BVHBM???第 20 頁 =675702.3 N·㎜ 22CVHCM???扭矩圖為：T X經(jīng)數(shù)據(jù)分析我們可以知道 B 所在得位置為是危險截面而且是最危險的截面，所以，只要B 滿足條件即可，剛度滿足。計算彎矩………………………………………(5-17)2)(BBCTM???=862517.2 N·㎜軸得抗彎截面系數(shù)為：347.14598021806)(mDzbddW?????53.96 ??Mca???1???故滿足第三強(qiáng)度理論剛度驗算：在水平面內(nèi)， 單獨作用時：tBFEIblpfc48)3(12??= I?52210.)463(.6=-0.02598mm第 21 頁 其中 I= =2747500 32)(4dD??在 單獨作用下：tcfEIblpfc48)(22??= I?52210.)4963(90=-0.0182mm在兩力得共同作用下：mffcc078.12??在垂直面內(nèi)有(在 單獨作用時)rBFEIblpfc483(12?= I???52210.)463(7.95=-0.0072mm其中 I= =2747500 32)(4dD??在 單獨作用下：rCFEIblpfc48)(22??= I??52210.)9463(9.761=-0.0182mm在兩力得共同作用下：mffcc06.12??故在 共同作用下，x 處為危險截面，其最大繞度為rCtrBt F、、、 l21?第 22 頁 mffcc07831.2?????而一般的剛度 ??ly)5~.(=0.21~0.35mm故 符合剛度要求，其轉(zhuǎn)角就不驗算了。fc?1）下面校核由 III 傳到主軸時的強(qiáng)度，剛度，校核，主軸的傳動功率：P 主 = =5.9974KW 697.05.7?主軸轉(zhuǎn)矩：T 主 = =143188Nmm 5094.1.96?支點上的力： NdFtB 5.2386102T??主tC.754?主根據(jù)彎矩平衡：021.48362????tBtDHEFR求得：R HE=-244.9N根據(jù)力得平衡： NHA6.15?2）垂直平面得彎矩：=868.6N ?tgFBR?=501.1 N Cr?根據(jù)平面內(nèi)得彎矩平衡有：0215.48362????rBrDNEFR1.9?再根據(jù)力得平衡： NNA.7則可得 B、C 點得彎矩圖：在 B 點和 C 點是最危險截面，因此這里我們必須要滿足要求，分析可知 B、C 點滿第 23 頁 足即可，在 B、C 截面得彎矩為：=110489.6N·㎜ 22BVHM???=708402.5 N·㎜ CC扭矩圖為：經(jīng)分析可知 B 所在得位置為最危險截面，只要 B 滿足條件即可，則剛度滿足。計算彎矩=942100 N·㎜ 2)(BBCTM???軸得抗彎截面系數(shù)為：347.14598021806)(mDzbddW?????=58.94 ?Mca???1???故滿足第三強(qiáng)度理論剛度驗算：在水平面內(nèi)， 單獨作用時：tBFEIblpfc48)3(12??= I?52210.)463(5.=-0.018147mm其中 I= =2747500 32)(4dD??在 單獨作用下：tcfEIblpfc48)(22??= I???52210.).48363(.1376第 24 頁 =-0.00551mm在兩力的共同作用下：mffcc01264.2??在垂直面內(nèi)有(在 單獨作用時)rBFEIblpfc483(12?= I???52210.)463(.6=-0.0066mm其中 I= =2747500 32)(4dD??在 單獨作用下：rCFEIblpfc48)(22??= I???52210.).48363(1.50=-0.001515mm在兩力得共同作用下：9)mffcc084.12??故在 共同作用下，x 處為危險截面，其最大繞度為rCtrBt F、、、 l21?ffcc064.2??而一般的剛度 =0.21~0.35mm??ly)5~3(?故 符合剛度要求。fc?6 專用機(jī)床銑削頭的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計本文前面章節(jié)完成了專用機(jī)床銑削頭的主傳動設(shè)計，確定了結(jié)構(gòu)型式與傳動比，同第 25 頁 時完成了銑削頭電動機(jī)的選擇，并對銑削頭齒輪傳動和軸系進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計。在完成了這些設(shè)計計算的基礎(chǔ)上，對專用機(jī)床銑削頭的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，所設(shè)計的銑削頭總體結(jié)構(gòu)如圖 6-1 所示。圖 6-1 專用機(jī)床銑削頭總裝圖