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1、 目 录1 前言12 组合机床总体设计32.1 总体方案论证32.1.1 加工对象工艺性分析32.1.2 机床配置型式的选择32.1.3 定位基准的选择32.2 确定切削用量及选择刀具42.2.1 选择切削用量42.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率52.2.3 刀具耐用度的计算72.2.4 选择刀具结构72.3 三图一卡设计82.3.1 被加工零件工序图82.3.2 加工示意图82.3.3 机床联系尺寸图92.3.4 机床生产率计算卡123 组合机床后主轴箱设计153.1. 绘制后主轴箱设计原始依据图153.2 主轴结构形式的选择及动力计算163.2.1 主轴结构形式的选择163.2.2
2、主轴直径和齿轮模数的初步确定163.2.3 主轴箱动力计算173.3 主轴箱传动系统的设计与计算173.3.1 计算驱动轴、主轴的坐标尺寸173.3.2拟定主轴箱传动路线173.3.3传动轴的位置和转速及齿轮齿数183.4主轴箱中传动轴坐标的计算及传动轴直径的确定193.4.1 传动轴坐标的计算193.4.2 传动轴轴径的确定203.5 轴的强度校核203.6 齿轮校核计算223.7 主轴箱中传动轴坐标检查图的绘制244 结论25参考文献26致 谢27附 录281前言 组合机床是根据工件加工需要,以大量通用部件为基础,配以少量专用部件组成的一种高效的专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序
3、、多面或多工位同时加工的方法，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用来组成自动生产线。组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额),完成钻孔、扩孔、铰孔,加
4、工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内镗各种形状槽,以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多,有大型组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,还有多工位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步,一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换,配以可编程序控制器()、数字控制()等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外,近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机(清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线)等在组合机床行业中所占份额也越来越大。二十世纪7
5、0年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等。国内组合机床近几年取得了长足的进步，但是与发达国家相比，在产业结构、产品水平、开发能力、产业规模、制造技术水平、劳动生产率、国内外市场占有率等诸多方面尚存在不少差距。在组合机床方面，总体水平不高，国际竞争力不强，不能充分满足国内建设需要，关键技术过分依赖国外，自主发展能力薄弱，高技能人才的比较优势有弱化的危险，产品质量
6、不稳定，用户服务水平差距较大。本次设计的课题是ZH1105柴油机气缸盖三面钻扩组合机床总体及后主轴箱设计。该课题来源于江淮动力集团。该集团生产的S195柴油机、ZH1105柴油机销路十分走俏，市场需求量大，畅销国内外市场。现在该集团迫切需要改善现有的生产条件，进行提高生产率、改善产品质量方面的技术改造，使产品的合格率上升，增加产量，适应市场竞争的需要，提高经济效益。 本设计主要针对ZH1105气缸盖钻排气道面上2M107H螺纹底孔至8.376，深19mm，Ra6.3，各孔位置度公差为0.20mm；钻井气道上4M107H螺纹底孔至8.376，深19mm，Ra 6.3，各孔位置度公差为0.30mm
7、；钻G3/8放置螺塞底孔至15.2mm通孔，以上倒角均C1，Ra 12.5。前面，后面，左面三个面上7个孔同时加工、生产率低、位置精度误差大的问题而设计的，从而保证孔的位置精度、提高生产效率，降低工人劳动强度。由于柴油机机体需大批量生产，为了提高加工精度，降低成本，有必要设计一种组合机床来满足柴油机机体前后左三面同时钻孔的需要。本次设计分总体设计、夹具设计、左轴箱设计、右轴箱设计及后主轴箱设计四部分。我主要负责后主轴箱部分的设计，总体设计由我和另外三位同学共同完成。设计该组合机床思路如下：仔细分析零件的特点，以确定零件合理可行的加工方法（包括安排工序及工艺流程，确定工序中的工步数，选择加工的定
8、位基准及夹压方案等），确定工序间加工余量，选择合适的切削用量，确定组合机床的配制形式；根据被加工零件的工艺要求确定刀具，再由刀具直径计算切削力，切削扭矩，切削功率，然后选择各通用部件，最后按装配关系组装成组合机床。本说明书以设计卧式三面钻螺纹底孔组合机床为主线。在第2章中着重介绍了组合机床的总体设计。在总体设计中，首先是被加工零件的工艺分析，然后是总体方案的论证，在比较了许多方案之后，结合本道工序加工的特点最终选择卧式三面的机床配置型式。再结合本道工序的特点选择刀具。根据选择的切削用量，计算刀具的切削力、切削扭矩、切削功率等，再确定刀具的大小和型式。在确定这些设计计算后，然后是绘制组合机床的“
9、三图一卡”被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡。在第3章中，主要介绍了后主轴箱的设计，后主轴箱的设计是组合机床设计中的一个重要的组成部分。后主轴箱设计时，首先确定绘制后主轴箱。设计原始依据图，接着对主轴结构型式选择和动力计算，然后对主轴箱传动系统进行设计和计算，最后对轴和齿轮的强度进行校核，绘制出主轴箱中传动轴坐标检查图。2 组合机床总体设计2.1 总体方案论证2.1.1 加工对象工艺性的分析A.本机床被加工零件特点该加工零件为ZH1105柴油机气缸盖。材料HT250，其硬度为HB190240，重量36.5Kg，在本工序之前各主要表面、主要孔已加工完毕。B.本机床被加工零
10、件的加工工序及加工精度本道工序：钻右面、左面、后面的孔，由本设备“ZH1105气缸盖三面钻组合机床”完成，因此，本设备的主要功能是完成柴油机气缸盖右面、左面、后面三个面上7个孔的加工。具体加工内容及加工精度是：a. 钻后面上2个孔钻：钻2M107H螺纹底孔至8.376，深19mm，Ra6.3，各孔位置度公差为0.20mm。b.钻右面上4个孔：4M107H螺纹底孔至8.376，深19mm，Ra 6.3，各孔位置度公差为0.30mm。c.钻左面上1个孔： 钻G3/8放置螺塞底孔至15.2mm通孔，Ra 6.3。以上倒角均C1，Ra 12.5。2.1.2 机床配置型式的选择根据选定的工艺方案确定机床
11、的配置型式，并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件的精度、技术要求及生产率，又要考虑机床操作方便可靠，易于维修，且润滑、冷却、排屑情况良好。对同一个零件的加工，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采取哪种方案时，绝不能草率，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进行多种方案的对比，从中选择最佳方案。各种形式的单工位组合机床，具有固定式夹具，通常可安装一个工件，特别适用于大、中型箱体类零件的加工。根据配置动力部件的型式和数量，这种机床可分为单面、多面复合式。利用多轴箱同时从几个方面对工件进行加工。但其机动时间不能与辅助时间重合，因
12、而生产率比多工位机床低。机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成。其优点是加工和装配工艺性好，无漏油现象；同时，安装、调试与运输也都比较方便；而且，机床重心较低，有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大。立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其优点是占地面积小，自由度大，操作方便。其缺点是机床重心高，振动大。在认真分析了被加工零件的结构特点及所选择的加工工艺方案，又由组合机床的特点及适应性，确定设计的组合机床的配置型式为单工位卧式三面钻组合机床。2.1.3 定位基准的选择被加工零件为ZH1105柴油机气缸盖属箱体类零件，本工序加工为
13、三面同时钻螺纹底孔，加工工序集中、精度要求高。由于箱体零件的定位方案一般有两种，“一面两孔”和“三平面”定位方法。 A. “一面双孔”的定位方法 它的特点是：a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。b.有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。c.“一面双孔”可作为零件从粗加工到精加工全部工序的定位基准，使零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差，有利于保证零件的加工精度。同时，使机床各个工序（工位）的许多部件实现通用化，有利于缩短设计、制造周期，降低成本。d.易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切削落于定位基面上。
14、B.“三平面”定位方法 它的特点是：a.可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠定位。b.有同时加工零件两个表面的可能，能高度集中工序。一般情况下，“一面双孔”是最常用的定位方案，即零件在机床上放置的底面及底面上的两个孔作为定位基准，通过一个平面和两个定位销限制其六个自由度。由于柴油机气缸盖底面有两个孔，再通过底面这个平面就可限制气缸盖六个自由度。初步拟定“一面双孔”定位方法。2.2 确定切削用量及选择刀具2.2.1 选择切削用量对于7个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从文献1P.130表6-11中选取。由于钻孔的切削用量还与钻孔深度有关，随孔深的增加而逐渐递减，其递减值按文献1P
15、.131表6-12选取。降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避免钻头折段。钻孔深度较大时，由于冷却排屑条件都较差，是刀具寿命有所降低。降低切削速度主要是为了提高刀具寿命，并使加工较深孔时钻头的寿命与加工其他浅孔时钻头的寿命比较接近。切削用量选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的布局形式及正常工作均有很大影响。组合机床多轴箱上所以的刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台。查文献1得硬度HB190-240时，高速钢钻头的切削用量如表2-1：表2-1高速钢钻头切削用量加工材料加工直径（mm）切削速度(m/min)进给量(mm/r)铸铁190240HBS61210180.
16、10.1812220.180.25在选择切削速度时，要求同一多轴箱上各刀具每分钟进给量必须相等并等于滑台的工进速度（单位为mm/min）,因此，一般先按各刀具选择较合理的转速(单位为r/min)和每转进给量（单位为mm/r），再根据其工作时间最长、负荷最重、刃磨较困难的所谓“限制性刀具”来确定并调整每转进给量和转速，通过“试凑法”来满足每分钟进给量相同的要求，即 （2-1） 在选择了转速后就可以根据公式 （2-2）选择合理的切削速度。A 右侧面上4个孔的切削用量的选择4M10钻至48.376，深19，l=19mm 由d612，硬度大于190240HBS，选择v=1018m/min, f 0.1
17、0.18mm/r,又d=8.376mm,初选n=533r/min, f =0.13mm/r,则由（2-2）得：v=8.376533/1000=14m/min B.后侧面上2个孔的切削用量的选择2M10钻至28.376，深19，l=19mm由d612，硬度大于190240HBS，选择v=1018m/min, f 0.10.18mm/r, 又d=8.376mm, 初选n=536r/min, f =0.13mm/r,则由（2-2）得：v=8.376536/1000=14.1m/minC.左侧面上一个孔的切削用量的选择钻G3/8放置螺塞底孔至15.2mm通孔由d1222，硬度大于190240HBS，选
18、择v=1018m/min, f 0.180.25mm/r, 又d=15.2mm, 初选n=335r/min, f =0.20mm/r,则由（2-2）得：v=15.2335/1000=16m/min 表2-2 加工各个孔的进给量，工进速度及切削速度 孔径切削用量8.3768.37615.2v (m/min)1414.116f (mm/r)0.130.130.20n (r/min)5335363352.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率根据文献1P.134表6-20中公式 (2-3) (2-4) (2-5)式中， F 切削力（N）；T 切削转矩（Nmm）；P 切削功率（kW）；v 切削速度（m
19、/min）；f 进给量（mm/r）；D 加工（或钻头）直径（mm）；HB 布氏硬度。，在本设计中， ，得HB=223。由以上公式可得：A 右侧面上4个孔的切削用量的选择钻4M10钻至48.376，深19由公式（2-3）得：=268.3760.130.82230.6= 1091.6 N由公式（2-4）得： =108.3761.90.130.82230.6 = 2843.4 Nmm由公式（2-5）得： = =0.156 kWB.后侧面上2个孔的切削用量的选择钻2M10钻至8.376，深19由公式（2-3）得：=268.3760.130.82230.6= 1091.6N由公式（2-4）得： =108
20、.3761.90.130.82230.6 =2843.4 Nmm由公式（2-5）得： = =0.157 kWC. 左侧面上一个孔的切削用量的选择钻G3/8放置螺塞底孔至15.2mm通孔由公式（2-3）得：=2615.20.200.82230.6= 2796.1 N由公式（2-4）得： =1015.21.90.200.82230.6 =12452.2 Nmm由公式（2-5）得： = =0.43 kW表2-3加工各个孔的切削力、切削转矩及切削功率孔径F (N)M (Nmm)P (kW)8.3761091.62843.40.1568.3761096.62843.40.15715.22796.1124
21、52.20.432.2.3刀具耐用度的计算确定刀具耐用度，用以验证选用量或刀具是否合理，刀具的耐用度至少大于4个小时。查阅文献2中公式： （2-6） 式中： 刀具耐用度，单位min； 钻头直径，单位mm； 切削速度，单位m/min； 每转进给量，单位mm/r； 布氏硬度。选择8.376mm的钻头进行计算：根据计算，所得刀具耐用度满足要求。2.2.4 选择刀具结构根据工艺要求及加工精度的要求，加工7个孔的刀具均采用标准锥柄长麻花钻。2.3三图一卡设计2.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床（或自动线）上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度
22、及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。a.被加工零件名称及编号：气缸盖 ZH1105材料及硬度：HT250 HB190240 重量12Kg。b.定位基准及夹压点的选择针对机体的结构特点，选用“一面双孔”定位基准。 c.图中符号 夹紧点 定位基面2.3.2 加工示意图加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的。是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。零件加工的工艺方案要通过加工示意图反映出来。加工示意图表示被加工
23、零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。A.刀具的选择在编制加工示意图的过程中，首先是对刀具进行选择。一台机床刀具的选择是否合理，直接影响到机床的加工精度、生产率和工作情况。因而正确选择刀具是一个相当重要的工作。刀具的选择要考虑到工件加工尺寸精度、表面粗糙度、切屑的排除及生产率要求等因素。钻孔刀具其直径应与加工终了时刀具螺纹螺旋槽后端和导向套外端有一定的距离。刀具直径的选择应与加工部位尺寸、精度相适应。孔8.376选择刀具8.376G7；孔8.376选择刀具8.376G7；孔15.2选择刀具15.2G7。B.导向
24、结构的选择组合机床钻孔时，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证的。导向装置的作用是：保证刀具相对工件的正确位置；保证刀具相互间的正确位置；提高刀具系统的支承刚性。本课题中加工7个孔时，由于是大批大量生产，考虑到当导套磨损时，便于更换，避免使整个钻模板报废，以节约成本，所以导向装置选用可换导套。对于加工8.376孔，选择的导套尺寸为：D=18 mm，D1=25 mm，D2=30 mm，L=25 mm，对于加工8.376孔，选择的导套尺寸为：D=18mm，D1=25 mm，D2=30 mm，L=25 mm， 对于加工15.2孔，选择的导套尺寸为：D=30 mm，D1=40 mm，D2=5
25、0 mm，L=35 mm， C.确定主轴、尺寸、外伸尺寸在该课题中，主轴用于钻孔，选用滚珠轴承主轴。又因为浮动卡头与刀具刚性连接，所以该主轴属于长主轴。故本课题中的主轴均为滚珠轴承长主轴。根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩T，由1P.43公式 (2-7)式中，d轴的直径（）；T轴所传递的转矩（Nm）； B系数，本课题中主轴为非刚性主轴，取B=6.2。由公式可得：轴14 d=30 mm轴56 d=30 mm轴7 d=38 mm查1P.44表3-6可得到主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号。主轴轴径d=30mm时，主轴外伸尺寸为：L=115mm；接杆莫氏圆锥号为。主轴轴径d=38mm时，主轴外伸尺寸为
26、：L=115mm；接杆莫氏圆锥号为2。D.动力部件工作循环及行程的确定a.工作进给长度的确定工作进给长度，应等于加工部位长度L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度和切出长度之和。切入长度一般为510mm，根据工件端面的误差情况确定。由于加工的孔均为螺纹底孔，即盲孔，所以各个孔的切出长度均为零。两个面上钻孔时的工作进给长度见下表：表2-4 工作进给长度Ld左主轴箱22815.2右主轴箱1988.376后主轴箱19 88.376b.进给长度的确定快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置。初步选定三个主轴箱上刀具的快速进给长度都为140mm。c.快速退回长度的确定快速退回长度等于快速进给和工作
27、进给长度之和。由已确定的快速进给和工作进给长度可知，三面快速退回长度为170mm。d.动力部件总行程的确定动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。三面的前备量取30mm，后备量取130mm，则总行程为330mm。2.3.3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图是用来表示机床的配置型式、主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总体布局。用以检验各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求和通用部件选择是否合适；它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供重要依据；它可以看成是简化的机床总图。1选择动力部件A.动力滑台形式的选择本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较，液压滑台具有如下优点：在相当
28、大的范围内进给量可以无级调速；可以获得较大的进给力；由于液压驱动，零件磨损小，使用寿命长；工艺上要求多次进给时，通过液压换向阀，很容易实现；过载保护简单可靠；由行程调速阀来控制滑台的快进转工进，转换精度高，工作可靠。但采用液压滑台也有其弊端，如：进给量由于载荷的变化和温度的影响而不够稳定；液压系统漏油影响工作环境，浪费能源；调整维修比较麻烦。本课题的加工对象是ZH1105柴油机气缸盖三个面上的7个孔，位置精度和尺寸精度要求较高，因此采用液压滑台。由此，根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理等因素，确定机床为卧式双面单工位液压传动组合机床，液压滑台实现工作进给运动，选用配套的动力箱驱动
29、主轴箱钻孔主轴。B.动力滑台型号的选择a.根据选定的切削用量计算得到的单根主轴的进给力，按文献1 P.62式 （2-8）式中，各主轴所需的 向切削力，单位为N。则左主轴箱 右主轴箱 后主轴箱 实际上,为克服滑台移动引起的摩擦阻力，动力滑台的进给力应大于。b.进给速度V左= n1xf=335x0.20=67V右= n2xf=533x0.13=69.3V后= n3xf=536x0.13=70 c.最大行程 L=400mmd.动力滑台导轨型式动力滑台导轨组合有“矩矩”和“矩心”两种型式。前者一般多用于带导向刀具进行加工的机床及其他粗加工机床，后者主要用于不带导向的刚性主轴加工及其它精加工机床。由此可
30、知，本机床选用“矩矩”式最合适。考虑到所需的进给力、最小进给速度、切削功率、行程、主轴箱轮廓尺寸等因素，为了保证工作的稳定性，由文献1P.91表5-1，左、右两面的液压滑台均选用1HY40IA型。台面宽500mm，台面长1000mm,行程长400mm，滑台及滑座总高320mm,滑座长1240mm，允许最大进给力32000N，快速行程速度6.3m/min，工进速度10350mm/min。C.动力箱型号的选择由切削用量计算得到的各主轴的切削功率的总和，根据1P.47页公式 （2-9）式中, 消耗于各主轴的切削功率的总和（kW）； 多轴箱的传动效率,加工黑色金属时取0.80.9，加工有色金属时取0.
31、70.8；主轴数多、传动复杂时取小值，反之取大值。本课题中，被加工零件材料为灰铸铁，属黑色金属，又主轴数量较多、传动复杂，故取。左主轴箱： P切削=0.43 则 P=0.430.8=054右主轴箱： P切削=0.156*4=0.624 则 P多轴箱=0.6240.8=0.78根据液压滑台的配套要求，滑台额定功率应大于电机功率的原则，查1 P.114115表5-38得出动力箱及电动机的型号表2-5 动力箱及电动机的型号选择动力箱型号电动机型号电动机功率(kW)电动机转速(r/min)输出轴转速(r/min)左主轴箱1TD25Y132S-45.51440720右主轴箱1TD25Y132S-45.5
32、1440720后主轴箱1TD25Y132S-45.51440720D.配套通用部件的选择侧底座1CC401，其高度H=560mm，宽度B=600mm，长度L=1350mm。根据夹具体的尺寸，自行设计中间底座。2确定机床装料高度H装料高度是指机床上工件的定位基准面到地面的垂直距离。本课题中，工件最低孔位置，主轴箱最低主轴高度，所选滑台与滑座总高，侧底座高度，夹具底座高度，中间底座高精加工主轴上的齿轮，应设置在第排，以减少主轴端的弯曲变形。多轴箱内具有粗精加工主轴时，最好从动力箱驱动轴齿轮传动开始，就分两条传动路线，以免影响加工精度。据此，本主轴箱为了使主轴上齿轮直径小些，所以先由第、IV排齿轮减
33、速，然后再由箱体内最后一级齿轮升速，获的所需的主轴转速，这样结构较为合理紧凑。3.3.3 传动轴的位置和转速及齿轮齿数本主轴箱内传动系统的设计是按“计算、作图和试凑”的一般方法来确定齿轮齿数、中间传动轴的位置和转速，在设计过程中通过反复试凑和画图，才最后确定了齿轮的齿数和中间设计轴的位置。为满足齿轮的啮合关系，有些齿轮采用了变位齿轮来保证中心距的要求。3.3.3.1 由各主轴及驱动轴转速求驱动轴到各主轴之间的传动比主轴 n1=n2=n3=534r/min驱动轴 n0=1400r/min各主轴总传动 i=534/1400=0.383.3.3.2 确定中间传动轴的位置并配各对齿轮传动轴转速的计算公
34、式查得如下： （3-2） （3-3） （3-4） （3-5） （3-6） （3-7）式中，u啮合齿轮副传动比 ；分别为主动和从动齿轮齿数；分别为主动和从动齿轮转速，单位为r/mm；A齿轮啮合中心距，单位为mm；m齿轮模数，单位mm；a) 确定传动轴4的位置及与主轴1、2间的齿轮副齿数，传动轴4的位置在主轴1和2的垂直平分线上，垂直方向位置待齿数确定后便可确定。由，取，则，取m=3mm，则A=mm，由A=mm，则。b) 估算传动轴4和传动轴5的中心距A=70mm，取m=3mm，再由，可求得：。c)估算主轴1和传动轴4的中心距A=60mm,取m=3mm，再由 ，可求得：。 d )用上述同样的方法估
35、算出主轴3上齿轮的齿数。3.3.3.3 验算各主轴转速转速相对损失在5%以内，符合设计要求。3.4 主轴箱中传动轴坐标的计算及传动轴直径的确定3.4.1 传动轴坐标的计算轴（4）： 验：，而 图 3-2,该中心距误差很小在0.0010.009mm之间，可不用变位齿轮。轴（5）： 验：，而 图3-3，该中心距误差很小在0.0010.009mm之间，可不用变位齿轮。3.4.2 传动轴轴径的确定 （3-8）轴（4）：，查表3-4，得。轴（5）：，查表3-4，得。3.5 轴的强度校核在主轴箱中不管是主轴还是传动轴，它们的直径都是按照扭转刚度条件，根据其所受扭矩，由表3-4选取的，所以它们的刚度都满足要
36、求。这里只对相对较为危险的轴进行强度的校核计算。由于16轴钻孔直径最大为30，所受的切削力较大，相对来说比较危险，又因为16轴径一样，钻孔直径一样。故任选1轴进行校核。轴（6）：T=46423Nm，轴上齿轮z=40，模数m=3，则d=mz=340=120mm，N，N。轴的支点位置：参见机械设计图11.18，由32208圆锥滚子轴承查手册，得齿宽中心距左支点距离：齿宽中点距右支点距离：左支点水平面的支反力：右支点水平面的支反力：左支点垂直面的支反力：右支点垂直面的支反力：截面C处水平面弯距：截面C处垂直面弯距：截面C处合成弯距：截面C处计算弯距：考虑启动、停机影响，扭矩为脉动循环变应力，a=0.
37、6， 截面C处计算应力：强度校核：45钢调质处理，由机械设计表11.2查得，弯扭合成强度满足要求。以下为轴的受力简图、受力弯矩图及扭矩图：图3-8 轴的受力图3.6 齿轮校核计算在初步拟订多轴箱传动系统后，还要对危险齿轮进行校核计算，尤其是对低速级齿轮或齿根到键槽距离较低的齿轮以及转矩较大的齿轮。通过比较发现12轴上的齿轮较危险，故对其进行校核。已选定齿轮采用45钢，齿轮精度用8级，表面粗糙度为，对于需校核的一对1、4轴上的齿轮，齿数分别为，模数为3，传动比，扭矩T=60.536Nm。a) 设计准则按齿面接触疲劳强度设计，在按齿根弯曲疲劳强度校核。b) 按齿面接触疲劳强度计算 （3-9）式中：
38、节点区域系数，用来考虑节点齿廓形状对接触应力的影响，其值查图7-15，取=2.5； 材料系数，单位为，查表7-5，取189.8； 重合度系数，取=0.90； 齿宽系数，其值可查表7-7，取=0.9； u齿数比，其值为大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，u=1.53。由图7-6选择材料的接触疲劳极限应力为： 由图7-7选择齿根弯曲疲劳极限应力为： 应力循环次数N由公式（3-10）和（3-11）计算可得 4600=3.96 （3-10）则： （3-11）由图7-8，查得接触疲劳寿命系数为由图7-9，查得弯曲疲劳寿命系数为由表7-2查得接触疲劳安全系数，弯曲疲劳安全系数，又为试验齿轮的应力修正系数，按国家标
39、准取2.0，试选1.5。由下列公式求许用接触应力和许用弯曲应力： （3-12） （3-13） （3-14） （3-15）将有关值带入公式（2-19）得： =96.15mm则，查图7-10得；由表7-3查得，由表7-4查得，取，则1.2305修正，mm由表7-6取标准模数m=3mm，与前面选定的模数相同，所以m=3mm符合要求。c) 计算几何尺寸，取。d) 校核齿根弯曲疲劳强度由图7-18查得，取由公式（2-20）和（2-21）校核两齿轮的弯曲强度 （3-16） （3-17）所以齿轮完全达到要求。3.7主轴箱中传动轴坐标检查图的绘制4 结论气缸盖组合钻床主要是针对加工气缸盖上7个孔及保证相应的位
40、置精度而设计的。机床的主要创新在于通过左右后三个动力头驱动三个主轴箱，对零件三个端面的7个孔进行加工，刀具装夹，工序比较集中。充分保证了被加工零件的加工精度，而且大大提高了生产效率、降低了生产成本和工人的劳动强度。在设计本组合钻床时，遵循机械设计中标准化、通用化、系列化原则，该方案设计不仅降低了工人的劳动强度，而且缩短了辅助时间，提高了生产率。由于本人第一次尝试设计组合机床，在设计中还存在着很多不足之处。对于我本次的设计成果，希望各位老师给予批评、指正。参 考 文 献1 谢家瀛. 组合机床设计简明手册M. 北京： 机械工业出版社，1994.2 周建方. 材料力学M. 北京： 机械工业出版社，
41、2002. 3 徐锦康. 机械设计M. 北京： 机械工业出版社， 2001. 4 陈秀宁，施高义. 机械设计课程设计M. 浙江： 浙江大学出版社，2002. 5 沈世德. 机械原理M. 北京： 机械工业出版社， 2001.6 吉卫喜机械制造技术M北京：机械工业出版社，20017 黄鹤汀.机械制造装备M. 北京：机械工业出版社，20018 大连组合机床研究所组合机床设计M北京：机械工业出版社，19759 大连组合机床研究所组合机床设计参考图册M北京：机械工业出版社，197510 沈阳工业大学.组合机床设计M.上海:上海科学技术出版社,198511 朱宝库.机械设计M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,199412 戴曙.金属切削机床M.北京: 机械工业出版社，199413 王先逵.机械制造工艺学M. 北京: 机械工业出版社，199514 机械设计手册编写组.机械设计手册M