立式钻床用轴均布多轴头设计毕业论文设计说明书

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1、 ( 此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑 修改！ ) 桂林航天工业学院 毕业设计（论文）任务书 系 别 机械工程系 专 业 机械制造及自动化 学生班级 2011038201 姓 名 马 礼 学 指导老师 谢云峰 职 称 副教授 设计题目 立式钻床用轴均布多轴头设计 目 录 目 录 ...........

2、.................................................................................................. - 2 - 摘 要 ............................................................................................................. - 3 - 1. 概述 ..............................................................

3、............................................... - 4 - 1.1 问题的提出 ...................................................................................... - 4 - 1.2 同行业概况 ....................................................................................... - 4 - 1.3 课题的意义 .............

4、.......................................................................... - 5 - 2. 总体方案设计 .............................................................................................. - 5 - 2.1 对工件进行工艺分析 ....................................................................... - 6 -

5、2.1.1 检查图纸的完整性和正确性 .............................................. - 6 - 2.1.2 分析工件的结构特点 .......................................................... - 6 - 2.1.3 分析工件的材料及加工性能 .............................................. - 7 - 2.1.4 工件的生产批量 ................................

6、.................................. - 7 - 2.2 确定工件的加工方法 ...................................................................... - 7 - 2.3 对被改装钻床的分析 ...................................................................... - 8 - 2.4 总体布局 .................................................

7、......................................... - 8 - 2.5 其他问题分析 ................................................................................... - 9 - 3. 齿轮可调式三轴头架的设计 .................................................................... -10- 3.1 齿轮可调式三轴头架的传动原理及调整方法.......................

8、..... -10- 3.2 方案的工艺设计参数 ..................................................................... -12- 3.2.1 Z535 钻床动力所允许的工况条件 ................................. -12- 3.3 三轴头架的传动设计 ..................................................................... -19- 3.3.1 齿轮

9、的设计演算（参考《机械设计工程学 I 》） ............ - 19 - 3.3.2 轴的设计与校核 ................................................................. -25- 3.3.3 轴承的校核计算 ................................................................ -38- 3.3.4 键的校核计算 ...........................................................

10、......... -40- 3.3.5 螺栓的设计校核计算（参考〈 〈机械设计工程学Ⅱ〉 〉） - 41 - 3.3.6 夹头夹紧力的计算校核 .................................................... -43- 4. 润滑与密封 ................................................................................................ -46- 5. 结束语 .............................

11、.......................................................................... -46- 6. 谢辞 ........................................................................................................... -48- 7. 参考文献 ......................................................................................

12、............. -48- 立式钻床用轴均布多轴头设计 摘 要 本文是立式钻床用轴均布多轴头设计， 可调式多轴头各轴在圆 周方向均布且方向可方便地沿直径方向同步调整，以适应多种小 批量生产条件下法兰盘类零件的螺孔加工。 多轴头架的设计参数来源于一般的加工工艺条件，以适应更 广阔的加工范围。针对工厂里多孔钻削时，孔径一般较小，多在 10cm 左右，而且大部分是箱体、法兰盘等，箱体、法兰盘多为铸 造件，材料是铸铁，也有个别的被加工零件的材料是低碳钢。根 据这些工件的切削条件，可以确定

13、多轴头架的工艺主参数。 主参数确定后便可以进行多轴头架的总体设计。多轴头架的传动 原理是通过齿轮啮合增加钻削轴的轴数，以满足多孔加工的要求。 通过二级齿轮啮合，输入轴和输出轴的转向没变，但由于齿轮分 支传动，变成多根输出轴。 工艺范围可以满足一般加工情况的孔类钻削要求。可调多轴 头架可以起到提高生产效率、降低成本、提高孔系加工精度等作 用。参照该调节原理可进行其他任意孔系加工装置的设计，还可 以用于攻丝、扩、锪孔等加工装置。此外该装置具有结构简单、 操作方便、应用范围广等特点，值得推广。 1. 概述

14、 1.1 问题的提出 本次毕业设计任务的提出， 是为适应目前我国大部分制造厂的 实际生产状况。当前制造业设备更新特别快，大部分企业遇到同 一端面的多孔钻削的零件时，为此购置专用设备又往往不经济的 条件下，可以通过改造现有普通单轴钻床使之具有多轴钻削的能 力。既解决了加工要求与现有设备的矛盾，又有效的利用了闲置 机床，极大的提高了设备利用率，给企业带来了巨大的经济效益。 1.2 同行业概况 在国内的相关企业中已经有一部分企业开始原有设备的改造 以适应新的加工生产。其中有一些结构相对比较复杂，当然这

15、与 白加工零件的相关工艺参数有关。在法兰盘周向均布孔的加工上 应用已经相当广泛。比如在郑州的一个汽车制造车间上，运用了 改造后的钻床进行加工，取得了良好的经济效果。由于这些厂家 的生产对象的特殊性，他们加工的孔径一般较大，改造后的钻床， 除了加装多轴头架外，还需设计额外的夹具以减轻头架的重量对 钻床的作用力影响及保证头架进给的精度。 1.3 课题的意义 为了使广大的一般小型生产厂家具有同一端面的多孔加工能力，我设计了重量较轻，钻削轴均布的三轴头架。可以实现同时三孔位的加工，而且如果孔之间的距离有变化，可以随

16、时进行孔 距的调节，使它能够实现多孔位的加工，那样不仅可以节省时间、改善工人的劳动强度、提高劳动效率，而且对于机械行业也是一种革新。 齿轮可调式三轴头架， 因为它是一种可换的， 而且是可以调节 孔距的设备，所以适应生产过程中的小批量的生产。 根据多孔的加工要求，确定机床的主要参数如下： 最大钻孔深度（单侧钻） 50mm 主轴数目 3 主轴中心线至工作台面高 750mm 主轴转速 1000rmin 左右 2. 总体方案设计 总体方案是部件和零件的设计依据， 对整个机床的设计影响较 大。因此，在拟

17、定总体方案的过程中，必须综合的考虑，使所定 方案技术上先进，经济效果好。确定总体方案，包括下列内容： 2.1 对工件进行工艺分析 检查图纸的完整性和正确性 工件的图纸应能清晰的表达工件的形状结构，标注全部尺寸及技术要求，说明工件的材料和所需要的工件数量等。加工零件为典型的盘类零件，砂轮机端盖，如图： 图 1 砂轮机端盖 分析工件的结构特点 工件的结构决定了

18、它的安装方式和加工厂方法。要求用多轴 头架加工的孔为精度要求不甚高的 9mm 螺栓孔，在加工时，以大 端面为基准装夹，根据批量的要求需另外设计专用夹具，以适应中批量的生产要求。 分析工件的材料及加工性能 工件的材料对加工方法有很大的影响。 如材料的软硬对刀具进给量、走刀量都有较大的影响。砂轮机端盖的毛坯为铸件，材料是球墨铸铁，可根据相关手册计算加工时的加工参数，以此来确定多轴头架的设计参数。 工件的生产批量 被加工工件的生产批量的大小对改装方案的制定也有较大的 影响。工件的批量大，改装后的机床的生

19、产效率则要求高，若工 件的批量小，则对机床的效率要求不高。工件批量大时要求要考 虑机床的专用性，工件批量小时要求要考虑机床的通用性。砂轮 机端盖的生产为中批量生产，设计周期短、经济的三轴头架十分 适合它的生产批量加工条件。 2.2 确定工件的加工方法 不同的加工方法可带来不同的经济效益， 故工件加工工厂方 法选择的是否合适，对钻床改装来说是非常重要的，他不仅关系 到改装形式，还直接影响改装后机床加工质量的优劣、生产效率 的高低等。所以确定工件加工方法时，应考虑以下主要问题： （1）

20、 加工表面要求的精度和粗糙度； （ 2）工件的生产批量； （ 3）工件 的结构形状和尺寸（ 4）钻床改装的实际可能性。 2.3 对被改装钻床的分析 分析被改装钻床时包括的主要内容有： （ 1）分析机床能否适 应改装要求；（ 2）调查和了解机床的使用情况； （ 3）考虑机床的 动力情况；（ 4）分析改装后机床的强度和刚度问题。 Z535 型立式钻床是一种传统的立式钻床，在机械制造和维修中的单件、小批量生产中，对中小型零件进行钻孔、扩孔、铰孔、锪孔及攻螺纹等加工工艺上得到了普遍的应用。但由于其为单孔钻床，对多

21、孔钻削的加工比较麻烦，很费工时，给操作者增加了劳动强度。为此，为了挖掘设备潜力，将其改装成多头钻床，根据在实际加工中的要求，同一加工平面三孔或四孔加工比较常见，设计了齿轮十多轴头架， 以便于更高效的使用 Z535 立式钻床。在完成一批生产任务后，三轴头架可以从钻床上拆下来，立式钻床 恢复原貌，不会影响钻床原来的参数。当参数发生改变、被加工工件尺寸发生变化时，可调式头架的钻削主轴轴距可以调节，适应被加工工件上孔距在一范围内的变化，从而扩大了三轴头架的使用范围。 有关 Z535 钻床的动力参数将在以下内容进行详尽的分析计 算。 2.4 总体布局

22、 一般包括：分配运动、选择传动形式和支承形式的位置、拟 定从布局上改善机床性能和技术经济指标的措施等。最后，绘制 多轴头架与机床的总联系尺寸图，以表达所才用的总体布局，规 定联系尺寸，并确定主要的技术参数。 查相关的机床手册，得到 Z535 的相关联系尺寸，列于下表（单 位： mm） 最大钻孔直径 d 35 最大钻孔深度 h 175 从主轴端面到工作台端面 H 0~750 从主轴中心到导轨距离 A 175 从工作台 T 型槽中心到凸肩距 160 离 B 凸

23、肩高度 h0 -3 工作台最大升高 325 主轴箱最大垂直移动量 200 主轴最大行程 225 主轴外径尺寸 40d4 锥孔莫式号数 4 号 2.5 其他问题分析 在制定改装方案时，除了以上各因素外，还要注意维护要方 便、制造和装陪要简单、结构要紧凑、通用化程度要高、外型要 平整协调等，同时也要考虑因地制宜的改装问题。考虑到在钻床 上安装了三轴头架之后，再装上钻头，钻头前端到被加工工件之 间必须留有一定的高度用于进刀用，在加上工件孔的深度，钻

24、头 架的垂直尺寸必须满足一定的范围。根据钻床外的联系尺寸、钻 头长度和一般被加工工件的尺寸，钻头架的垂直尺寸应在 400mm 左右。 3. 齿轮可调式三轴头架的设计 3.1 齿轮可调式三轴头架的传动原理及调整方法 可调式三轴头架的传动原理如图 1 所示。主轴 1 由钻床主 轴来带动旋转， 经齿轮副 2 与 3 和 3 与 5，使小轴 4（即钻削主轴） 得到动力旋转，于是带动钻头进行钻削。 钻削孔径的调整通过改变两小轴 4 的中心距来实现，即使 两小轴 4 的中心距等于被加工孔的孔径。在调整时（参见图

25、 1）， 首先松开六角螺母，然后转动支架使之带动介轮轴一起在本体中 转动，直至三小轴的中心距调整到所要求的尺寸为止，再将六角 螺 母 拧 紧 。 图 1 三轴头架传动原理图 图 2 传动原理简图 1.主轴 2.中心轮 3.介轮 4.小轴 5.小齿轮

26、 3.2 方案的工艺设计参数 钻床动力所允许的工况条件 多轴头架是根据加工工件的需要进行设计的，与之相配套的 立钻动力是否够用，设计前必须验证。常用的验证方法有两种： 一是类比法，即加工同类零件机床动力进行比较，以此决定所选 用的动力是否能满足要求，另一种是计算法，将计算所得的切削 功率与配套机床的动力进行比较，以此决定配套机床的动力是否 够用。 应用公式计算切削速度、切削力和切削功率，根据设计儿 女物说明书的要求，最大孔径为 12mm ，此时在各种工况条件下 的 V 、F、 P。考虑到齿轮

27、传动有功率损失，单根钻削轴能承受的最大功率（ Z535 的额定功率围 4.5kw） P P 6 4.5 / 3 0.986 =1.33kw 3 (1) 用高速钻头钻孔时 查《机械加工工艺师手册》（以下简称《工艺师》）表 28-14 高速钢钻头钻削结构钢（ b 650 ），当 d=10mm 时， Mpa 最大进给速度为 f=0.25mmr，对应的 切削速度 V=15mmin 轴向力 F=3010N 转矩 T=10.03Nm 功率 P=0.51KW< P =1.33KW 查《工艺师》表

28、 28-15 高速钢钻头钻削灰铸铁 （ 190HBS）， 当 d=10mm 时，最大的进给速度为 f=0.60mmr ，对应的 切削速度 V=12mmin 轴向力 F=3765N 转矩 T=13.93Nm 功率  P=0.52KW<  P =1.33KW 由于  Z535  钻床没有  0.6mmr  的进给速度，采用与之相近的 f=0.57mmr，再用公式重新对所选公式进行核算 相关公式查《工艺师》表  28-2  钻、扩、铰孔时切削速

29、度的 计算公式 cv d0zv Tma xpv f yv K v （注： T 为刀具的寿命） 表 28-4 钻孔时轴向力、转矩、功率的计算公式 f 0.25 0.2 T CT d0zT f yT K T Tv P 30d0 式中的 K v、 K F、 K T为修正参数，在这里的计算采用的材 料为其实验用的，故都按 Kv 1、K F 1、KT 1计算。 （ 1） 钻削结构碳钢 （ b 650Mpa ）时的切削速度 V 、轴 向力 F、转矩 T、功率 P 查表得 f 0.

30、 2 5 0. 2 Cv 6. 1 Zv 0. 4 X v 0 yv 0.5 m 0.2 CF 600 Z F 1. 0 yF 0. 7 CT 0.305 ZT 2. 0 yT 0. 8 有 v 6.1 100.4 1 16.1m / min 250.2 0.250.5 F 600 101 0.250.7 1 2273.6 N T 0.305 102 0.250.8 1 10.1N .m P Tv 10.1 16.1 0.54 kw P 1.33kw

31、30d0 30 10 满足功率要求。 （ 2） 钻削灰铸铁（190HBS）时的切削速度 V 、轴向力 F、转矩 T、功率 P 查表得 f 0. 57 0.3 Cv 9. 4 Zv 0. 25 X v 0 yv 0.4 m 0.125 CF 420 Z F 1. 0 yF 0. 8 CT 0.206 ZT 2.0 yT 0. 8 有 v 9.4 100.25 1 13.4m / min 35

32、0.2 0.250.5 F 420 101 0.570.8 1 2678.9N T 0.206 102 0.57 0.8 1 13.1N .m P Tv 13.1 13.4 0.59kw P 1.33kw 30d0 30 10 满足功率要求。 综上所述，高速钢钻头加工碳素钢（ b 650 Mpa ） 时， fmax 0.25mm/ r 高 速 钢

33、钻 头 加 工 灰 铸 铁 （ 190HBS ） 时 ， fmax 0.56mm/ r （ 3） 用硬质合金钻头（ YG8）钻孔时 一 般，用硬质合金钻头用于加工灰铸铁，这里按 HBS=190HBS 计算 据表 28-11 硬质合金钻头加工灰铸铁的进给量（ HBS>170HBS） d 10mmf 0.25 0.4mm / r ,这里按 f=0.25mmr 计算 查表得 Cv 22. 2 Zv 0. 4 5 X v 0 yv 0.4 m 0.2 CF 410

34、Z F 1. 2 yF 0. 75 CT 0.117 ZT 2. 2 yT 0. 8 有 v 22.2 10 0.45 1 47.4 m / min 350.2 0.250.3 F 410 101.2 0.250.75 1 2274.5N T 0.117 102.2 0.250.8 1 6.1N .m P Tv 6.1 47.4 30d0 0.96kw P 1.33kw 30 10 满足功率要求。 则用硬质合金钻头 YG8 钻削时

35、， fmax 0.25mm/ r 确定用于钻削计算的极限值 由于以上所计算的进给量是在机床功率允许的最大值，此时转速 为最小值，而在多轴头架中从主轴到钻削主轴是升速运动，可以 充分发挥 Z535 的各级转速对比各种工况下的钻削速度， 小轴钻削 速度为： （ 1） 高速钢钻头钻削加工碳素结构钢（ v=16.1mmin  b 650Mpa ）时 n=v D=16.1 0.010=512.7rmin (2) 高速钢钻头加工灰铸铁（ 190HBS）时 v=13.4mmin n=v D=13.4 0.010

36、=426.8rmin (3) 用硬质合金钻头 YG8加工灰铸铁（ 190HBS）时 v=47.4mmin n=v D=47.4 0.010=1509.6rmin 对比可以看出在钻床所允许的功率下， 工作最低转速为 426.8 rmin ，根据有关手册查得 Z535 钻床的各级转速为： 68、100、140、 190、 275、400、530、 750、 1100rmin 为了减小轴头架的尺寸， 防止头架过重，应尽量缩小头架的传动比，取主轴最低转速为 140rmin 进行升速，此时钻削轴转速为 426.8r

37、min 则总的传动比为： n钻 426.8 i 3.049 n主 140 考虑钻头都有一定的转向，一般为右旋，为了使钻削主轴与机床 主轴的转动方向一致（都为右旋） ，采用两级齿轮传动。如果把传动比分配的合理，传动系统结构紧凑、重量轻、对机床的作用力就小，润滑条件也好。若分配不合理，可能会造成种种不便，因此分配传动比时要考虑以下原则： （1） 各级传动比应在每一级传动的范围内， 各类传动比允许 的推荐值可参见《实用机械设计手册》 （以下简称《实 用手册》）表 1-3 ： （2） 各级传动尺寸要协调合理。 取i2 1.4i1

38、 总传动比i i1 i2 i 2 1.4i12 i1 3.049 1.5 1.4 i2 3.049 2.0 1.5 为保证头架总体尺寸不至于过大，取小齿轮的齿数取 Z3=20， 根据有关资料的设计经验，取模数 m=2 则个齿轮的尺寸为： 小齿轮 Z3=20 d3 Z3 m 20 2 40 mm Z2 20 1.5 30 介轮 d 30 2 60 mm 2 Z1 3 0 2 6 0 中心轮 d2 6 0 2

39、 1 2m0m 齿轮齿数确定后，算得传动比误差，总齿数比为： u Z1 Z 2 60 30 Z2 Z3 3 30 20 传动比误差为： u u u 3.049 3 u u 1.6% 3.049 误差在 5% 内，满足误差要求。 图 3 三轴头架的俯视图 则轴头架的工艺尺寸（见图 3） （1） 进行正式的三孔加工时 dmin 2 ( d1 d2 d3 ) 2 (120 60 40 ) 20mm

40、 2 2 2 2 2 2 dmax 2 ( d3 d2 d1 ) 2 (40 60 120) 280mm 2 2 2 2 但由于支架的尺寸影响，不可能达到理论最小均布直径，根 据支架的外型尺寸，头架能够加工的最小均布直径为 50mm. (20) 作双轴头架使用，钻削双孔时 Lmax 0 242.5mm dmax cos30 Lmin d1 d2 0d2 d3 120 60 060 40 2 2 cos30 2 2 2

41、 cos30 39.6mm 2 2 2 2 2 但是，作用轴头架使用时算的 Lm i n是达不到的， 因为钻削主轴 支架的厚度限制，具体尺寸在装配图完全确定后才能确定。 （约为 50mm） 3.3 三轴头架的传动设计 齿轮的设计演算（参考《机械设计工程学 I 》） （ 1）选择齿轮的材料 查表 8— 17 小齿轮选用 40Cr 调制处理 介轮选用 45 调质处理 中心轮选用 45 正火处理 （2） 对中心轮进行齿根弯曲强度校核计算 由式（

42、8— 66） F 2KT1 YF YS Y F bd1m a a 确定齿轮传动精度等级，小齿轮的转速算得为 426.8rmin 以 上，最高达 1000rmin 左右，小齿轮的圆周速度 v1 nd 426.8 0.04 53.6m / min v2 nd 1100 0.04 138.2m / min 参考表 8—14， 8— 15 选取 齿宽系数 b 0.4 查表 8—23 按齿轮相对轴承为悬臂布置 小齿轮转矩，按最大值计算为 T3=13.1Nm( 高速钢钻头钻 削灰

43、铸铁时 )，根据介轮受力分析 T2 T3 d2 13.1 60 19.65Nm d3 40 载荷系数 K 由式（ 8—54）得 K KAKVK K 使用系数 K A 1.25 查表 8-20 动载荷系数 KV 1.07 查表 8-57 齿向载荷分布系数 K 1.11 查表 8-60 齿间载荷分布系数 K 1.15 查表 8-55 及 =0 得 查表 8-21 并查值 则动载荷系数 K=1.25 1.07 1.11 1.15=1.71 齿型动载荷系

44、数 YF 查图 8-67 得 a 中心轮 YF 2.28 a 1 介轮 YFa2 2.52 应力修正系数 YS 查图 8-68 a1 中心轮 YS 1.73 a 1 介轮 YSa2 1.625 重合度系数 Y 由式 8-67 Y =0.25+0.75 =0.25+0.751.72=0.69

45、 许用弯曲应力 F 由式 8-71 F = F lim = F2 F lim2 YN2 Yx2 / SF SF 弯曲疲劳极限 F lim 查图 8-72 应力循环次数由式 8-70 得 N1 60njLh 60 140 1 (8 200 8) 3.2 108 ） N2 = 60 140 2 (8 200 8) 2.2 108 弯曲寿命系数 YN 1 查图 8-73 尺寸系数 Yx 1 查图 8-74 安全系数SF

46、 1.3 查图 8-27 则 F1 Y Y / S F 0 1 11.3=300Nmm Fl i m 1 N11x =39 F F lim2 YN 2 Yx / SF =460 111.3=354Nmm 2 2 又因为中心轮齿宽 b d d3 0.4 60 16mm b2 b 16mm 介轮齿宽较大，在计算时按 b3 b2 (5 10) 20mm（已经取得比实际值大，若校核安 全，则肯定安全） 故 2 1.71 1 9 6 5 0 F 6 0 2

47、2.28 1.73 0.69 76.2 2 0 2 1.71 1 9 6 5 0 F 2 6 6 0 2 2.28 1.73 0.69 58.6 （3） 对小齿轮进行齿面接触疲劳强度校核计算 由式 8-63 得 2KT1 u 1 H ZEZHZ u bd12 齿宽系数查表 8-23，按齿轮相对轴承为悬臂布置，取齿宽 b d d 0. 4 6 0 1m6m 3 介轮齿宽暂取 b2 b 16mm，实际不止这

48、尺寸，则按照他校核 安全，则介轮肯定安全。 小齿齿宽 b3 b2 (5 10) 20mm 小齿轮转矩 T3 1 3. 1N m （注：为极大值） 载荷系数 K 由式（ 8— 54）得 K KAKVK K 使用系数 K A 1.25 查表 8-20 动载荷系数 KV 1.07 查表 8-57 齿向载荷分布系数 K 1.11 查表 8-60 齿间载荷分布系数 K 1.10 查表 8-55 及 =0 得 v 1.88 3.2 ( 1 1 ) cos1.88 3.2 (1

49、1 ) 1.62 Z2 Z3 30 20 查表 8-21 并查值 则载荷系数 K 1.25 1.07 1.11 1.10 1.63 弹性系数H lim2 ZE 189. 8 查表 8-22 节点影响系数 Z H 2. 5 查表 8-64 重合度系数 Z 0. 9 查表 （ 0 ） 8-65 许用接触应力 H 式 8-69 得 H 2 H lim3 Z N ZW / ZH 接触疲劳极 限 应 力

50、 H lim2 570N / mm 、 H lim3 1480N / mm 查图 8-69 应力循环次数由式 8-70 得 N2 2.2 108 （已算得） N1 60njL h 60 426.8 1 (8 200 8) 3.28 108 则查图 8-70 得接触强度的寿命系数 ZN2 、Z N3 （不允许有 点蚀） 硬化系数 ZW 查图 8-71 及说明 接触强度安全系数 SH 查表 8-27，按一般可靠度查 得 SH min 1.0 1.1 取

51、 H 3 H 3  =5701 11.1=518Nmm =1480111.1=1345Nmm 齿数比 Z2 30 故 u 1.5 Z3 20 H 2 H 3  2 1.63 13100 (1.5 1) 189.8 2.5 0.9 24 402 1.5 581.4N / mm 2 1.63 13100 (1.5 1) 189.8 2.5 0.9 20

52、 402 1.5 649.6N / mm 轴的设计与校核 （ 1）小轴的设计校核 1）小轴最大转矩 T3 13.1N / m 2）作用在齿轮的力 圆周力 Ft 2 T3 2 1 3. 1 6 5N5 d3 0. 0 4 径向力 Fr Ft 0 2 3N8. 4 t a n 2 0 3）确定轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢调质处理，按式 4-2 初估轴的 最小直径，查表 4-2 取 A=1

53、15，可得 高速钢钻头钻削碳素钢时 0.54 dmin1 1153 11.7mm 高速钢钻头钻削灰铸铁时 dmin 2115 3 0.59 13.5mm 426.8 硬质合金钻头钻削灰铸铁时 0.96 dmin3 115 3 9.9mm 当轴上开有键槽时会削弱轴的强度，要适当增大轴的 直径。轴段上有一个键槽时，轴径增大 3～5%，故 dmin dmin2 (1 5%) 14.5 (1 5%) 14.175mm 4 ）轴的结构设计 A 拟定轴上零件的装配方案（见

54、图 4） B 按轴向定位要求确定各轴段直径和长 度 轴段  1 齿轮左端用弹簧挡圈定位，按轴段  1 的直径 d1  20mm，取挡圈直径  D=18.5mm(GB894.1-86).取 d1  19.9mm. 轴段 2 该轴段安装滚动轴承。 此轴承主要承受切削力， 即轴 向力，选用单向推力轴承，取轴段直径 d2 25mm ，选用 8205 型 单向推力轴承，尺寸 dD T=25 47 15. 取齿轮垫圈的厚度为 2mm,铜套的长度取为 45mm,L3 2 45 15 62

55、mm 轴段 3 该轴段为夹头， 起加紧钻头的作用， 其具体尺寸有相关标准，此处不再详细分析。 夹头 图 4 小轴的装配简图 5 ）轴上零件的周向定位 齿轮与轴 的周 向定位 采用 A 型普 通平键 ，尺 寸为 b h l 6 6 16 ，为了保证齿轮与轴有良好的对中性，取齿轮与 轴的配合为 H 7 / r 6 。 滚动轴承与轴的周向定位是采用过渡配合保证的，此轴 段公差取为 j 6 。 6 ）确定轴上零件

56、圆角和倒角尺寸 各轴肩处的圆角半径见图 3，轴端倒角取 1 450 。 7 ）轴的强度校核 A ）求轴的载荷 首先根据轴的结构图作出计算简图，在确定轴承支 点位置时，因其只承受轴向力，对轴的强度无影响，而铜套与轴 的配合段可视为墙壁。 根据轴的计算简图作出轴的弯矩图、扭矩图和当量弯矩图。 从轴的结构图和弯矩图可以看出， A 截面的当量弯矩最大， 是轴的 危险截面。 A 截面处的 、 、 M 及 60N / mm2 的数值如 下 弯矩 MH和 MV 水平面 M H 26200N mm 垂直面

57、M V 9536N mm 合成弯矩 M M (M H 2 M V 2 (26200 2 9536 2 ) 27881.5 N .mm 扭矩 T T 13100 N .mm 当量弯矩 (M 2 ( T)2 (8364.4 2 2 M ca (0.6 13100 ) 11477.9N .mm B）校核轴的强度 轴的材料为 45 钢，调质处理， 由表 4-1 查得  2 B 6 5 0N m. m， 则 0. 0 9 0. B1，即 5

58、8～ 65Nmm, 取 60N / mm2 ，轴的计算应 力为 ca M ca 27811.5 47.8 60N / mm2 W 1 183 根据计算结果可知，该轴满足强度要求。

59、 小轴的受力分析简图 （3） 介轮轴的设计校核 1） 求轴上的转矩 T1 d2 60 T2F22 655 2 196500 N .mm 2） 求作用在齿轮上的力 圆周力 Ft 1 Ft3 655N 径向力 Fr1 Fr 3 238.4N 3） 确定轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢调质处理，按式 4-2 初估轴的最小 直径，查表 4-2 取 A=115，可得 dmin1 115 3 P / 115 3 0.59 / 0.98 14.8mm

60、 n / i1 426.8 /1.5 4） 轴的结构设计 拟定轴上零件的装配繁方案（见图 5） A 按轴向定位要求确定各轴段直径和长度 轴段 1 左端用螺母定位，螺纹选用 M20，配合螺母选用 M20，规格为 GB6172-86，m=10,螺纹长度为 l=18mm,L=18+4=22mm. 轴段 2 固定介轮轴用，为保证其垂直度、同轴度不受影 响齿轮齿轮啮合，选 L=24mm,d=22mm. 轴肩 3 与螺母拧紧相互作用，另外，由于 2、4 段的表 面 粗 糙 度 有 要 求 ， 留 有 退 刀 槽 ， 轴 肩 取 L=4mm

61、,则 L=4+2+2=8mm,d=38mm. 轴段 4 轴段长度为齿轮长度与小轴铜套长度及垫圈之 和 L=66+2=2+39+6=111mm,直径取 d=22mm。 图 5 介轮轴的装配简图 B 轴上零件的周向定位 与小轴架用的销联接，选取 d=4mm,L=22+220=62mm。 而铜套与轴之间用间隙配合，功能相当于滑动轴承，配合取 H7 , 取60N / mm2 ，轴的计算应力为 ca M 27811.5 47.8 60N

62、 / mm2 W 1 183 根据计算结果可知，该轴满足强度要求。 介轮轴的受力分析简图 （4） 中心轴的设计校核 1） 求轴上的转矩 T2 T2 F1 d1 655 120 2 39300 N .mm 2 2）求作用在齿轮上的力

63、 圆周力 Ft Ft 3 655N 径向力Fr Ft tan655 tan200 238.4N 3）确定轴的最小直径 选取轴的材料为 45 钢调质处理，按式 4-2 初估轴的最小 直径，查表 4-2 取 A=115，可得 dmin1 115 3 3P/ 6 115 3 3 0.59/ 0.986 27.9mm n 140 当轴上开有键槽时会削弱轴的强度，要适当增大轴的直 径。轴上有一个键槽时，轴径增大 3～5%，故 dmin dmin1 (1 5%) 27.9 (1

64、 5%) 29.3mm 4 ） A 拟定轴上零件的装配繁方案（见图 6） B 按轴向定位要求确定各轴段直径和长度 轴段 1 跟机床主轴的 4 号莫氏锥度配合，锥度长103mm,加上过渡部分总长 L=103+7=120mm,大端直径为31.926mm。 轴段 2 对轴承进行密封防尘，选用毡圈 55JBZQ4606-86 d d (1 5%) min min1  27.9 (1  5%)  29.3mm，  min  ， 15mm，

65、取 min 16mm，即 L=16mm,d外 70mm , 比轴承外圈略小， d内 51mm，比毡圈内径略大，有助于紧固零件。 轴段 3 该轴段安装滚动轴承，考虑轴承承受径向 力之外还要承受头架的重量，选择角接触球轴承。取轴段 直 径 d=35mm,选 用 36207 型 角 接 触 球 轴 承 ， 尺 寸 d D T 35 72 17mm。为了安装轴承，左端用轴肩定 位，取 m=3mm,则 L=3+17+20+17+4=61mm. 轴段 4 该轴段安装齿轮，左端用轴肩定位，右端用弹性挡圈定位，取轴段直径

66、 d=32mm，已知齿宽 20mm,为了更好地压紧齿轮，按挡圈的配合要求，l=19.9mm,L=20+1+3=24mm。 图 6 中心轴的装配简图 C 轴上零件的周向定位 齿轮与轴 的周 向定位 采用 A 型普 通平键 ，尺 寸为 b h l 10 8 18 mm，为了保证齿轮与轴有良好的对中性，取齿轮与轴的配合为 H 7 / r 6 。 滚动轴承与轴的周向定位是采用过渡配合保证的，因此 轴段直径尺寸公差取为 k6 。 D 确定轴上圆角和倒角尺寸 各轴肩处的圆角半径见图 3，轴端倒角取 1 450 5）轴的强度校核 A 求轴的载荷 首先根据轴的结构图作出计算简图，在确定轴承支点位置时，从 手册中查取 a 值（轴承的支反力作用点与轴承的距离） 。对于 36207 型角接触球轴承，查得 a 15.7 mm