CA6140車床改裝銑正四棱臺裝置與專用夾具設計（含CAD圖紙）

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畢業(yè)設計說明書(論文) 作 者： 學 號： 系 部： 專 業(yè)： 題 目：CA6140車床改裝銑正四棱臺裝置與專用夾具設計 指導者： (姓 名) (專業(yè)技術職務) 注：打印時刪除 評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術職務) 注：打印時刪除 注： 20 年 月 摘 要 在機械制造各行業(yè)的工藝過程中廣泛應用著各種不同的，用以固定加工對象，使之占有正確位置，以便接受施工的一種工藝裝備，統(tǒng)稱為夾具。因此，無論是在機械加工，裝配，檢驗，還是在焊接，熱處理等冷，熱工藝中，以及運輸工作中都大量采用夾具。但在機械加工中應用最為廣泛的是金屬切削機床上使用的夾具，我們稱其為機床夾具。它在保證產品優(yōu)質，高產，低成本，充分發(fā)揮現(xiàn)有設備的潛力，以便工人掌握復雜或精密零件加工技術，以減輕繁重的體力勞動等諸方面起著巨大的作用。因此，機床夾具的設計和使用是促進生產迅速發(fā)展的重要工藝措施之一。為此，在本次畢業(yè)設計時，選擇了機床夾具設計。 本文主要圍繞機床夾具設計為中心。用以銑正四棱臺零件，首先通過參觀實習讓我們對夾具設計有了初步的了解，特別是對鉆模夾具設計的了解更為深刻。然后，在導師的指導下，對夾具設計方案進行分析和選擇。選定方案后。通過查閱相關夾具設計書籍和相關圖例在夾具設計過程中，。在查閱了相關文獻后完成外文翻譯。參考相關資料完成夾具的總體設計。 關鍵詞：機床，夾具，銑正四棱臺 42 ABSTRACT In the machinery manufacturing industry the process is widely used in a variety of, to fix the processing object, so that possession of the correct position, to accept the construction a technology and equipment, collectively known as the fixture. Therefore, both in mechanical machining, assembly, inspection or in welding, heat treatment, such as cold, heat process, and transport adopt a large number of fixture. But in the mechanical machining most widely used is the metal cutting machine tool use jig, we call it the machine tool jig. It guarantees product quality, high yield, low cost, give full play to the potential of existing equipment to workers to master complicated or sophisticated parts processing technology, in order to reduce the heavy manual labor, and other aspects plays a huge role. Therefore, the design and use of machine tool fixture is one of the important technological measures to promote production rapid development.. To this end, in the graduation design, the choice of machine tool fixture design. This paper mainly focuses on the design of machine tool fixture. With milling is a quadrangular prism parts. First of all, through the visit practice let us have the preliminary understanding to the fixture design, especially on the drill jig design understanding more profound. Then, under the guidance of the tutor, the fixture design scheme analysis and selection. After the selection of the program. The fixture design books and related consulting legend in fixture design,. After consulting the relevant documents, complete foreign language translation. Complete the overall design of the fixture with reference to the relevant data. Keywords: machine tool, fixture, milling is four squaretable 目 錄 摘 要 II ABSTRACT III 第1章 前言 1 1.1 本課題的背景和研究意義 1 1.2 機床的發(fā)展趨勢 2 1.3 本課題解決的問題和設計時主要的工作 2 第2章 正四棱臺改裝機床結構設計的總體方案 4 2.1 CA6140車床的技術參數(shù) 4 2.2 改裝專用機床總體結構 5 2.3 傳動系統(tǒng)變速箱的設計 6 2.4 傳動系統(tǒng)驅動電機的選型 7 2.5 設計方案 7 第3章 正四棱臺專機分動箱的設計 9 3.1各軸及齒輪的計算 9 3.1.1 齒輪1計算 9 3.1.2 齒輪2的計算 15 3.2 各軸的設計 17 3.2.1 計算軸的最小直徑 17 3.2.2 計算軸II的最小直徑 17 3.2.3 計算軸3的最小直徑 18 第4章 傳動減速器設計 19 4.1齒輪的設計計算 19 4.2 軸的計算 22 4.3 潤滑與密封 30 4.4 滾動軸承的選擇和計算 31 4.5 聯(lián)軸器的選擇和計算 33 4.6 萬向聯(lián)軸器選型 34 第5章 工件的夾緊計算及其選擇 37 5.1 工件的夾緊 37 5.2 卡盤的選型 38 5.3 夾緊力的選擇 39 5.3.1 夾緊力方向 39 5.3.2 夾緊力的作用點 39 5.3.3 夾緊力的計算 40 5.3.4 夾具精度計算與分析 41 結 論 43 致 謝 45 參考文獻 46 第1章 前言 1.1 本課題的背景和研究意義 工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)特別是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎，在國民經濟中占有重要的戰(zhàn)略地位。對我國而言，機床工業(yè)不僅僅具有重要的經濟意義，而且還具有重要的國防戰(zhàn)略意義。研究機床工業(yè)的特點，有助于我們了解機床工業(yè)的特殊規(guī)律，從而找到適合我國國情的機床工業(yè)發(fā)展之路。機床工業(yè)的發(fā)展帶動了制造業(yè)和工業(yè)的發(fā)展。對一個國家而言，本土的機床工業(yè)與本土的制造業(yè)及工業(yè)緊密相連，高水平的本土機床工業(yè)有助于提升本土制造業(yè)及工業(yè)的水平。機床工業(yè)與一個國家的工業(yè)競爭力、制造業(yè)發(fā)展水平緊密相關，本國的機床工業(yè)水平越高，工業(yè)和制造業(yè)競爭力越強。我國工業(yè)競爭力和制造業(yè)發(fā)展水平不高，一定程度上是與我國機床工業(yè)發(fā)展水平不高相聯(lián)系的。加快我國機床工業(yè)的發(fā)展，提高我國機床工業(yè)技術和管理水平，將有利于我國工業(yè)和制造業(yè)發(fā)展。所以對機床的研究設計意義是極其重大的。 80年代后期數(shù)控技術逐漸開始在深孔專用機床上應用，特別是90年代以后這種先進的技術才迅速推廣。如TBT公司90年代初上市的ML系列深孔專用機床，進給系統(tǒng)由機械無級變速器改為采用交流伺服電機驅動的滾珠絲杠副，進給用滑臺導軌也改為采用滾動直線導軌。鉆桿箱傳動為了保證高速旋轉、精度平穩(wěn)，由交換皮帶輪及皮帶，和雙速電機驅動的有級傳動變?yōu)闊o級調速的變頻電機到電主軸驅動，為鉆削小孔深孔和提高深孔專用機床的水平質量提供了有利條件[5-8]。 長期以在我國的機械制造業(yè)中專用機床加工的工作量在總的制造工作量中占有很大的比重。制造業(yè)中孔類加工多數(shù)由傳統(tǒng)專用機床來完成。專用機床是機械行業(yè)最通用的設備，主要用于工件上孔的加工。但是傳統(tǒng)的單孔專用機床在大批量生產時存在許多的不足之處。如果要加工多孔的工件， 只有通過移動夾具多次對刀來實現(xiàn)，工人的勞動強度大,生產效率低，很難進行大批量的生產，而且孔的位置精度較低。隨著工業(yè)的發(fā)展，對產品質量、加工效率、加工零件方式多樣性以及工藝發(fā)展的要求的不斷提升，生產效率低、操作工人勞動強度大、加工精度較低的傳統(tǒng)專用機床已不適用于大批量的產品生產。隨著中國經濟的快速發(fā)展，進入21世紀，我國機床制造業(yè)既面臨著提升機械制造業(yè)水平的需求而引發(fā)的制作裝備發(fā)展的良機，也遭遇到加入WTO后市場激烈的競爭壓力。隨著工業(yè)的發(fā)展，產品質量和加工效率的不斷提升，數(shù)控機床的大量應用也日趨廣泛。但將數(shù)控機床作為加工孔的專用設備與專用機床相比，投入資金就有點得不償失了。生產效率低、操作工勞動強度大，已不適用于大批量的成線生產。于是，專用機床加工成為一種提高生產率的有效措施。而多軸加工逐漸成為一種新的加工趨勢。 畢業(yè)設計是高等教育體系中非常重要的環(huán)節(jié)，它可以檢驗自己對專業(yè)知識理解與掌握的程度，也可以提高自己綜合運用所學知識的能力，也能在分析問題和解決問題的過程中學到更多新的知識。 就我個人而言，我希望能通過這次畢業(yè)設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國的“四化”建設打下一個良好的基礎。 由于能力所限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指導。 1.2 機床的發(fā)展趨勢 (1)、高速化：由于機構各組件分工的專業(yè)化，在專業(yè)主軸廠的開發(fā)下，主軸高速化日益普及。過去只用于汽車工業(yè)高速化的機種（每分鐘1.5萬轉以上的機種），現(xiàn)在已成為必備的機械產品要件。 (2)、精密化：由于各組件加工的精密化，微米的誤差已不是問題。以電腦輔助生產（CAM）系統(tǒng)的發(fā)展帶動數(shù)控控制器的功能越來越多。 (3)、高效能：對機床高速及精密化要求的提高導致了對加工工件制造速度的要求提高。同時，由于產品競爭激烈，產品生命周期縮短，模具的快速加工已成為縮短產品開發(fā)時間所必須具備的條件。對制造速度的要求致使加工模具的機床向著高效能專業(yè)化機種發(fā)展。 (4)、系統(tǒng)化：機床已逐漸發(fā)展成為系統(tǒng)化產品?，F(xiàn)在可以用一臺電腦控制一條生產線的作業(yè)，不但可縮短產品的開發(fā)時間，還可以提高產品的加工精度和產品質量。 (5)、復合化：產品外觀曲線的復雜化致使模具加工技術必須不斷升級，機床五軸加工、六軸加工已日益普及，機床加工的復合化已是不可避免的發(fā)展趨勢。 1.3 本課題解決的問題和設計時主要的工作 是機械行業(yè)最通用的設備，主要用于工件上孔的加工。但是傳統(tǒng)的單孔專用機床在大批量生產時存在許多的不足之處。由于專用機床只有一根主軸，因此，一次只能加工一個孔。如果要加工多孔的工件， 只有通過移動夾具多次對刀來實現(xiàn)，工人的勞動強度大,生產效率低，很難進行大批量的生產，而且孔的位置精度較低。隨著工業(yè)的發(fā)展，對產品質量、加工效率、加工零件方式多樣性以及工藝發(fā)展的要求的不斷提升，生產效率低、操作工人勞動強度大、加工精度較低的傳統(tǒng)專用機床已不適用于大批量的產品生產，而多軸加工逐漸成為一種新的加工趨勢。 本課題就設計了這么一種正四棱臺機床，這種專用機床價格相對低廉，體積小、重量輕、操作方便、可靠性高，且可以同時鉆兩孔的工作方式大大提高了工作效率，減輕了工作量，提高了工作效率和加工精度。 本課題的主要工作包括以下幾個方面： 1. 廣泛查閱國內外關于專用機床的研究資料，闡述了課題的研究意義，在綜述了國內外研究資料和研究目的之后，給出了本文研究的主要內容。 2. 深入研究正四棱臺機床的設計原理，提出多種正四棱臺機床的總體設計方案，進行各功能的求解，通過分析各個方案的優(yōu)缺點，確定了最優(yōu)方案。 3.設計機床的整體結構。 4.對專用機床整體及各個零件進行尺寸設計并進行校核，合理調整各零件的相對位置，并繪制專用機床的裝配圖和主要零件的零件圖。 第2章 正四棱臺改裝機床結構設計的總體方案 2.1 CA6140車床的技術參數(shù) 技術參數(shù)： 產品型號 CA6140A 床身回轉直徑 400mm 刀架上回轉直徑 210mm 馬鞍內回轉直徑×有效長度 — 最大工件長度 / 最大車削長度 750/650mm; 1000/900mm; 1500/1400mm; 2000/1900mm 主軸中心至床身平面導軌距離 205mm 主軸孔徑 / 主軸孔前端錐度 Φ 52 mm /1:20 主軸轉速級數(shù) 24/12. 主軸轉速范圍 50Hz: 11-1600r/min 60Hz: 13.2-1920r/min 50Hz: 14-1580r/min 60Hz: 20.4-1896r/min 縱向進給量范圍（ 64 種） 標準進給 : 0.08-1.59mm/r 小進給 : 0.028-0.054mm/r 加大進給 : 1.71-6.33mm/r 橫向進給量范圍（ 64 種） 標準進給 : 0.04-0.79mm/r 小進給 : 0.014-0.027mm/r 加大進給 : 0.86-3.16mm/r 刀架縱 / 橫向的快移速度 縱向 : 4m/min 橫向 : 2m/min 加工螺紋范圍 公制螺紋 44 種 : 1-192mm; 英制螺紋 21 種 : 2-24 牙 / 寸 徑節(jié)螺紋 37 種 : 1-96 ； 上 / 下刀架最大行程 140mm/320mm 刀架轉盤回轉角度 ± 90 o 主軸中心線至刀具支承距離 26mm 刀桿截面尺寸 25mm×25mm 尾座主軸直徑×行程及主軸孔錐度 75mm×150mm; 莫氏圓錐 5 號 絲杠螺距 12 mm 主電機功率 7.5KW 主機凈重 kg （約） 750 mm 2000 1000 mm 2080 1500mm 2230 2000mm 2580 主機輪廓尺寸（長×寬×高） mm 750mm 2418×1000×1267 1000mm 2668×1000×1267 1500mm 3168×1000×1267 2000mm 3668×1000×1267 2.2 改裝專用機床總體結構 正四棱一種特殊臺梯形體（好比正方形與長方形），即底面與頂面均為正方形，側面都是等腰梯形。 正四棱臺機床主要由床身、工作臺、銑頭、主傳動系統(tǒng)、電機等部分組成。立式正四棱臺機床的設計需要完成以下幾個步驟： 1的結構設計 通過齒輪間的位置轉動實現(xiàn)兩鉆頭間距離的可調性。 2.3 傳動系統(tǒng)變速箱的設計 專用機床的主運動為旋轉，由主電動機驅動，動力通過主軸傳遞給主軸箱,主軸箱是專用機床的主要驅動裝置。主運動（旋轉）及進給運動同時進行。主軸箱驅動軸的運轉由主電機經過交換齒輪來驅動。 2.4 傳動系統(tǒng)驅動電機的選型 通過將加工工件時所需的轉矩折算到電機主軸上，通過電機主軸上的轉矩和電機轉速算出功率，然后進行電機的篩選。 2.5 設計方案 車床主軸上接的是刀盤，出來接個萬向節(jié)，萬向節(jié)接減速器的輸入軸，輸出軸接個三爪卡盤，三爪卡盤夾的是工件。 減速器安在小托板上，像這個樣子，就是把上面的去掉安裝減速器。 減速器是這個樣子的：有三根軸，中間軸和右邊的軸是一樣的，就是要換個轉向，使刀盤根工件形成相對運動，右邊的是接的三爪卡盤，所以就是需要你們設計怎么連接三爪卡盤，齒數(shù)比和模數(shù)比1：2，減速器這個偏轉角呢，他不是按在小托板上的么，小托板就是可以旋轉的，只需要安上就行，只要其他一樣就好。 第3章 正四棱臺專機分動箱的設計 圖3.1 裝配圖 選用分動頭轉速960(r/min) 3.1各軸及齒輪的計算 3.1.1 齒輪1計算 1.選用直齒圓柱齒輪傳動。小齒輪轉速，設計工作壽命15年，每年工作300天，兩班制，每班8小時。 初選：小齒輪材料（調制）硬度280(HBs)；齒數(shù) 大齒輪材料45鋼（調制）硬度240(HBs)；齒數(shù) 2.按齒面接觸強度計算 由設計計算公式進行計算，即 （3.3） （1）確定公式內的各計算數(shù)值 1)試選載荷系數(shù) 2）小齒輪傳遞的轉矩 由2.2.2計算所得的鉆頭扭矩即為小齒輪傳遞扭矩 3）由表10-7[2]選取齒寬系數(shù)。 4）由表10-6[2]查的材料的彈性影響系數(shù) 5）由圖10-21d[2]按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限 6）由式 （3.4） 計算應力循環(huán)次數(shù) 式中 n—齒輪轉速 j—齒輪每轉一圈，同一齒面嚙合次數(shù) Lh—齒輪工作壽命（h） u—齒輪傳動比 7）由圖10-19[2]取接觸疲勞壽命系數(shù),；。 8) 計算接觸疲勞許用應力，取失效概率為，安全系數(shù)S=1，由式 （3.5）得 （2）計算 1）計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。 故，取整 2）計算圓周速度v。 3）計算齒寬b 4）計算齒寬與齒高之比 5）計算載荷系數(shù) 根據(jù)，7級精度，由圖10-8[2]查得動載系數(shù) 直齒輪， 由表10-2[2]查得使用系數(shù)； 由表10-4[2]用插值法查得7級精度、小齒輪相對支撐非對稱布置時， 由，,查圖10-13[2]得；故載荷系數(shù) 6）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑 7)計算模數(shù) 3.按齒根彎曲強度設計 按齒根彎曲強度設計公式為 （3.6） （1）確定公式內的各計算數(shù)值 1）由圖10-20c[2]查得小齒輪8的彎曲疲勞強度極限；大齒輪9的彎曲疲勞強度極限； 2）由圖10-18[2]取彎曲疲勞壽命系數(shù)，； 3）計算彎曲疲勞許用應力。 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由下式得 4）計算載荷系數(shù) 5)查取齒形系數(shù)。 由表10-5[2]查得 ，。 6）查取應力校正系數(shù)。 由表10-5[2]查得 ， 7）計算大、小齒輪并加以比較 大齒輪的數(shù)值大 （2）設計計算 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲疲勞強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關，可以取由彎曲疲勞強度算得的模數(shù)1.131并就近圓整為標準值，按接觸疲勞強度計算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù) 這樣計算出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強，并做到了結構緊湊，避免浪費。 4.幾何尺寸計算 (1)計算分度圓直徑 （2）計算中心距 （3）計算齒輪寬度 圓柱齒輪的實用齒寬在按計算后適當圓整，且常將小齒輪的齒寬在整值的基礎上人為的加寬，以防大小齒輪因裝配誤差產生軸向錯位，導致嚙合齒寬減小而增大齒輪單位齒寬的工作載荷。 故取， 3.1.2 齒輪2的計算 <1>.選用直齒圓柱齒輪傳動。選定齒輪2為相同的齒輪。又因為已算出齒輪1的模數(shù)為1.5，所以給定齒輪模數(shù)為1.5。工作壽命15年，每年工作300天，兩班制，每班工作8小時。 初選： 齒輪材料45鋼（調制）硬度240(HBs)；齒數(shù) 故得 <2>齒輪的校核 因為齒輪5,6,7為相同材料、相同模數(shù)、相同齒數(shù)的材料，且齒輪5受到的轉矩為齒輪6、7的兩倍。故，只需分析校核齒輪5即可 1．齒輪傳遞的轉矩 計算齒輪6、7的扭矩 式中 —傳動效率， 計算齒輪5的轉矩 2.計算過程參照齒輪8、9、10、11的計算過程 計算后的 2.幾何尺寸計算 (1)計算分度圓直徑 (2)計算中心距 (3)計算齒輪寬度 圓柱齒輪的實用齒寬在按計算后適當圓整，且常將齒輪6、7的齒寬在整值的基礎上人為的加寬，以防齒輪因裝配誤差產生軸向錯位，導致嚙合齒寬減小而增6、7齒輪單位齒寬的工作載荷。 故取， 3.2 各軸的設計 設定軸的材料為45鋼 3.2.1 計算軸的最小直徑 （3.7） 式中 — 軸1最細處直徑，。 — 軸1傳遞的扭矩，。 — 許用扭轉切應力，。 由于 又查表15-3[2]的為25 當軸截面上開有鍵槽時，應增大軸徑以考慮鍵槽對軸強度的削弱。對于直徑的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大；有兩個鍵槽時，應增大 故，；取整值 3.2.2 計算軸II的最小直徑 軸2、7不轉動，故不受扭矩 故給定軸2、7直徑為， 齒輪，的轉矩為： 3.2.3 計算軸3的最小直徑 查表15-3[2]的為25 軸截面上開有鍵槽，應增大軸徑以考慮鍵槽對軸強度的削弱。對于直徑的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大；有兩個鍵槽時，應增大 故，；取整數(shù)值 第4章 傳動減速器設計 4.1齒輪的設計計算 按設計計算公式 4.1.1選擇齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) a.根據(jù)傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。 b.運輸機為一般工作機器，速度不高，選用7級精度（GB10095-88） c.材料選擇 由表(10-1)選擇小齒輪材料為40Cr（調質），硬度為280 HBS，大齒輪材料為45鋼（調質），硬度為240 HBS，二者硬度差為40 HBS。 d.初選小齒輪的齒數(shù)，， 4.1.2按齒面接觸強度設計 由設計公式（注:腳標t表示試選或試算值,下同.） a.確定公式內各計算數(shù)值 (1）試選載荷系數(shù) (2）計算小齒輪轉矩 (3）由表10-7選取齒寬系數(shù)（非對稱布置） (4）由表10-6查取材料彈性影響系數(shù) (5）由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度 (6）由式10-13計算應力循環(huán)次數(shù) （j為齒輪轉一圈，同一齒面嚙合次數(shù)；為工作壽命） (7）由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) (8）計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，由式10-12得 b.計算 (1）試算小齒輪分度圓直徑，代入較小值 由計算式得， mm (2）計算圓周速度 (3）計算齒輪b (4)計算齒寬與齒高比 模數(shù) 齒輪高 齒高比 (5）計算載荷系數(shù)K 根據(jù)，7級精度，由圖10-8查得動載系數(shù) 由表10-2查得 由表10-4用插值法，7級精度,小齒輪相對軸承為非對稱布置 查得 由 查圖10-13得 故載荷系數(shù) =1.562 (6）按實際的載荷系數(shù)校正所算分度圓直徑，由式（10-10a）得 (7）計算模數(shù) 4.1.3按齒根彎曲強度設計 由式（10-5） a.確定計算參數(shù) (1)圖10-20C查得小齒輪彎曲疲勞強度極限，大齒輪彎曲疲勞 強度極限為 (2)由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) (3)算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù)由公式(10-12)得 (4)算載荷系數(shù) = (5)取齒形系數(shù)，應力校正系數(shù) 由表10-5查得 (6)比較大小齒輪的大小 大齒輪的數(shù)值大 b.設計計算 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，終合考慮，滿足兩方面，對模數(shù)就近取整，則 m=4 4.1.4幾何尺寸計算 a.計算中心距 =108mm b.分度圓直徑 c.算齒輪寬度 圓整后取 4.2 軸的計算 按照如下原則進行軸的的結構設計： 4.2.1初步確定計算軸徑。 其計算公式 式中：P-軸所傳遞的功率，kw; n-軸的轉速，r/min; A-由軸的許用切應力所確定的系數(shù)，其值可查相關教材。 4.2.2輸入軸 a.求高速軸上的功率，轉速n1和轉矩T1 由上表可知 b.n1=1440 T1=42.02 c.求作用在齒輪上的受力 == 4.2.3按15-2初步估算軸的最小直徑。 選取的材料為40cr（調質）。根據(jù)表15-3，取，于是得 輸入軸的最小直徑顯然要考慮安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使所選軸的直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應，故需同時選擇聯(lián)軸器型號。 聯(lián)軸器的計算轉矩 ，查表14-1， =1.558.61=88.42 按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器的公稱轉矩的條件，查設計手冊，選用 YL8 （鋼制）聯(lián)軸器，公稱轉矩為250 ，電機軸孔徑為d=42mm ，=84。 輸入軸孔徑為d=32mm,與軸配合的長度=60。故取 。 4.2.4軸的結構設計 a.擬定軸設計方案，如下圖 b.根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 (1）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，1-2段右端制出一軸肩，故2-3段直徑；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取取擋圈直徑。半聯(lián)軸器與軸配合的長度，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的斷面上，故取。 (2）初步選擇滾動軸承。因為是直齒圓柱齒輪，無軸向載荷，選用深溝球軸承。由，查設計手冊選深溝球軸承6208，，故。 (3）右端滾動軸承采用軸肩軸向定位，查手冊 6208型軸承軸肩高度mm，因此取。由于此輪分度圓直徑d=55mm，所以制成齒輪軸，；齒輪左端與左軸承之間用套筒定位，。 (4)軸承端蓋的總寬度為20mm，根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑劑的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器由斷面的距離，故取。 5）取齒輪與箱體的內壁距離，軸承斷面與內壁的距離，（查課程設計指導書）。故，。 c.軸上零件的周向定位 半聯(lián)軸器與軸周向采用平鍵連接，按 由表6－1查得平鍵截面。半聯(lián)軸器與軸配合為 。滾動軸承與軸周向定位由過渡配合保證，此處造軸的直徑尺寸公差為m6。 d.參考表15－2，取軸端倒角為 ，各軸肩圓角半徑。 4.2.5求軸上的載荷 作用在小齒輪上的力可分為垂直于軸心的力和沿圓周切線方向的力。 其中＝2131.27N， ＝ ＝775.72N （1）確定軸承支點位置，對于6208深溝球軸承，其支點就是軸承寬度B的中點，故軸的支承跨距為。根據(jù)軸的計算簡圖做出 彎矩和扭矩圖。（下圖所示） 載荷 水平面 垂直面 支反力F 彎矩 總彎矩 扭矩 4.2.6軸強度的校核 進行校核時，通常只校核承受最大彎矩的截面的強度。由上圖可知齒輪處C點為危險截面，故只需校核C點強度， ?。?.6，則由式15－5得 為齒根圓直徑 由表15－1查得40Cr 調質鋼 ＝70 Mpa 因此 <，故安全。 4.2.7精確校核軸的疲勞強度 a.判斷危險截面 由軸的結構圖以及受力圖和各平面的彎矩圖綜合可知齒輪左端截面4因加工齒輪有尺寸變化，引起應力集中，故該截面左側需校核驗證 b.截面左側 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 截面左側的彎矩M為： 截面上的扭矩為： 截面上的彎曲應力： 截面上的扭轉應力： 軸的材料為40Cr鋼，調質處理，由機設書P362表15-1查得： 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)及按機設書P40附表3-2查取 因 經插入后得： 又由附圖3-1可得軸的材料敏性系數(shù)為 軸的材料選擇為45鋼，調質處理，由表15-1查得。因此，故安全。 則： 由附圖3-2的尺寸系數(shù) 由附圖3-3的扭轉尺寸系數(shù) 軸按磨削加工，由附圖3-4得表面質量 軸未經表面強化處理，即，則按式3-12及3-14b得綜合系數(shù)為： 合金鋼的特性系數(shù) 取 取 則可計算安全系數(shù) ， 故可知其安全 4.2.8軸承壽命的校核 a.已知軸承的預計壽命 L=2×8×300×8=38400h 由所選軸承系列6208，查指導書P122表知額定動載荷C=29.5KN b.求兩軸承受到的徑向載荷 c.當量動載荷P 查表13-6 查表13-5 由軸承6208得 d.驗算軸承壽命 因 ，所以按軸承1的受力大小來驗算，則： 圖7.1 所以所選軸承壽命符合要求。 4.2.9鍵的校核 聯(lián)軸器與軸： 選用鍵的系列 2)鍵、軸和聯(lián)軸器的材料都是鋼，由表6-2查得許用擠壓應力，取，鍵的工作長度，鍵的接觸高度 4.3 潤滑與密封 4.3.1齒輪的潤滑 高速級齒輪的圓周速度為： 低速級齒輪周向速度為，查《機械設計課程設計》p35,表4.5得，采用浸油潤滑。 4.3.2軸承的潤滑 高速級齒輪的圓周速度為為，查課本p332表13-10，軸承的潤滑宜油潤滑，采用飛濺潤滑。 4.3.3潤滑油的選擇 齒輪與軸承用同種潤滑油較為便利，考慮到該裝置用于小型設備，選用L-AN15潤滑油。 4.3.4密封方法的選取 選用凸緣式端蓋易于調整，采用悶蓋安裝骨架式旋轉軸唇型密封圈實現(xiàn)密封。 密封圈型號按所裝配軸的直徑確定 軸承蓋結構尺寸按用其定位的軸承的外徑決定。 4.4 滾動軸承的選擇和計算 由于本減速器承受載荷較輕，確有一定的軸向力，因此選擇角接觸球軸承。本著節(jié)約材料的目的，在特輕系列中選擇7000C 系列。再根據(jù)軸徑，查參考書【1】第P122頁最終選擇軸承類型。本減速器中所選三對軸承分別為,7008C,7012C.現(xiàn)在只對7009C軸承的使用壽命系數(shù)進行計算，其他軸承類似。 查參考書【1】第P122頁可知7009C的動載荷系數(shù)，靜載荷系數(shù)為,按查考書【2】P318頁取軸承預期壽命。 圖5.1軸承的受力情況 4.4.1求兩軸承所受到的徑向載荷,. 由前面I軸的計算可知,，,，由此可得 4.4.2求兩軸承的計算軸向力, 對于7000C型軸承，按表13-7查得軸承派生軸向力，其中e為表13-5中的判斷系數(shù)，其值由的大小確定，但現(xiàn)軸承軸向力未知，故先初選e=0.46,因此可估算， 按式（13-11）得 由表13-5仿例題13-1進行插值計算，得 再計算 與同組其他數(shù)據(jù)相比較，兩次計算結果的值相差較小，因此確定 ， 4.4.3計算軸承的當量動載荷和 因為 由表13-5分別進行查表或插值計算的徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為 對軸承A ， 對軸承B ， 因軸承運轉有輕微沖擊載荷，按表13-6，，取，則 1. 驗算軸承壽命 因為，所以按軸承A的受力大小驗算，n=576r/min 所選軸承滿足壽命要求 減速器的工作壽命為五年，其總工作時間為，取得較小，因此在一到兩年就必須的更換一次軸承。 4.5 聯(lián)軸器的選擇和計算 4.5.1類型選擇 根據(jù)本減速器的設計，只需要在低速輸出軸和帶式運輸機之間按裝聯(lián)軸器，由于載荷有輕微震動，根據(jù)參考書【2】P343至P352對聯(lián)軸器的種類和結構的介紹，選用彈性柱銷聯(lián)軸器。 4.5.2計算載荷 公稱轉矩 查1表14-1的,故由參考書【2】P35式（14-1）得計算轉矩為 4.5.3型號選擇 在參考書【1】中查得LH4型彈簧柱銷聯(lián)軸器的選用轉矩1250N.m，許用最大轉速為4000r/min ，軸徑為40~63mm之間，故合用。根據(jù)軸的直徑選擇軸孔直徑為50,軸孔長度為112的LH4型彈簧柱銷聯(lián)軸器. 4.6 萬向聯(lián)軸器選型 萬向聯(lián)軸器選型前必須明確先決條件和情況：① 原動機的類型（電動機或內燃機)、功率及其轉速。②從原動機到萬向聯(lián)軸器之間有無傳動裝置。若有，傳動比等于幾？通過中間傳動裝置以后是幾根軸輸出。即是否有功率分流。③萬向聯(lián)軸器本身的轉速是多少。是否需要進行動平衡。要求動平衡或平衡，要求哪一級別的平衡品質等級（通常為G16或G40)。④工作機的類型和選配萬向聯(lián)軸器傳遞負荷的負荷類別：單向恒定負荷、脈動負荷或雙向交變負荷。有無尖峰載荷，其值是多少。⑤萬向聯(lián)軸器的安裝狀態(tài)如何。水平、垂直還是傾斜安裝。要盡可能使其軸線折角小于3度，如果不得已傾斜安裝，要確定水平和垂直角是多少。（6）預期壽命是多少小時？（7）工作環(huán)境如何。是否有高溫、粉塵、水淋、化學腐蝕等惡劣環(huán)境條件的影響。(8)安裝位置是否有限制。具體安裝長度是多少，是否需要伸縮。要求伸縮時，萬向聯(lián)軸器最短狀態(tài)下向外的伸長量是多少。（9）對于不需要伸縮的萬向聯(lián)軸器必須考慮軸向尺寸誤差的補償，應確定在系統(tǒng)中進行補償?shù)奈恢谩?10) 萬向聯(lián)軸器兩端要求的聯(lián)接形式及具體的安裝尺寸。(11) 是否有安裝托架等特殊要求。（12）是否需要選配法蘭軸套。需要時，要提供詳細外形及聯(lián)接尺寸。(13)確定萬向軸規(guī)格后，擬選取哪一種結構形式。產品詳情請參閱河北京誠聯(lián)軸器廠網站的萬向聯(lián)軸器部分SWC-CH型單伸縮焊接式聯(lián)軸器|SWC-BH型標準伸縮焊接式萬向聯(lián)器|SWC-DH型短伸縮焊接式萬向聯(lián)軸器|SWP-F型大伸縮單型萬向聯(lián)軸器|小型十字軸萬向聯(lián)軸器|SWC-WD型無伸縮短式萬向聯(lián)軸器|SWC-WH無伸縮焊接式聯(lián)軸器 萬向聯(lián)軸器的共同特點是角向補償量較大，不同結構型式萬向聯(lián)軸器兩軸線夾角不相同，一般≤5°-45°之間。萬向聯(lián)軸器利用其機構的特點，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實現(xiàn)所聯(lián)接的兩軸連續(xù)回轉，并可靠地傳遞轉矩和運動。萬向聯(lián)軸器最大的特點是具有較大的角向補償能力，結構緊湊，傳動效率高。 萬向聯(lián)軸器有多種結構型式，例如：十字軸式、球籠式、球叉式、凸塊式、球銷式、球鉸式、球鉸柱塞式、三銷式、三叉桿式、三球銷式、鉸桿式等，最常用的為十字軸式，其次為球籠龍，在實際應用中根據(jù)所傳遞轉矩大小分為重型、中型、輕型和小型。 萬向聯(lián)軸器 第5章 工件的夾緊計算及其選擇 5.1 工件的夾緊 夾緊的目的是保證工件在夾具中的定位，不致因工時受切削力，重力或伴生離心力，慣性力，熱應力等的作用產生移動或振動。夾緊裝置是夾具完成夾緊作用的一個重要的而不可以缺少的組成部分，除非工件在加工過程中所受到的各種力不會使它離開定位時所需確定的位置，才可以設有夾緊裝置。夾緊裝置設計的優(yōu)劣，對于提高夾緊的精度和加工作效率，減輕勞動強度都有很大的影響。 夾緊對象特征 加工信息特征 夾緊要求特征 動力源項 元功能解項 技術性 經濟性 社會性 應用實例 技術參數(shù) 夾緊功能原理方案設計 功能項 原理解項 評價項 備注項 圖3.1 夾緊功能原理方案設計組成結構 分析各類夾具的基本功能要求可以將夾緊裝置概括為兩類：第一類是性能要求，主要指定位唯一性、定位穩(wěn)定性，夾緊穩(wěn)定性及總體約束；第二類要求是夾具的結構剛性、成本及易操作性、易于維修等要求。本設計目錄中功能項包括夾緊對象特征項、加工信息特征及夾緊要求特征。 夾緊對象特征項目：包括夾緊對象類型、材料、形狀、體積、數(shù)量、物理特性、磁性、導電性、剛性等信息。 加工信息特征項：加工類型、機加工、裝配、檢測、焊接等、加工參數(shù)、切削參數(shù)、運動參數(shù)、幾何參數(shù)等。 夾緊要求特征項：主要指性能要求，包括定位要求、定位基準選擇，如特征點、特征面。夾緊力大小、夾緊方向、夾緊行程、夾緊松開速率，自鎖性等。 元件功能分析：夾緊功能主要包括四種元功能。它們是：定位功能、傳動功能、執(zhí)行功能和分度功能等輔助功能。定位功能由定位元件完成，定位元件按定位面特征分為平面定位元件、圓孔定位元件、外圓定位元件。傳動功能由中間遞力機構完成，該機構一般有三個作用；改變作用力的力一向、大小和自鎖作用。目前常用的有以下機構：斜楔機構、螺旋機構、圓偏心機構、杠桿鉸鏈機構、正四棱臺機構、聯(lián)動機構、對中機構、定心機構等。 設計夾緊裝置時，應滿足下述主要要求：[2] 1.夾緊裝置在對工件夾緊時，不應破壞工件的定位，為此，必須正確選擇夾緊力的方向及著力點。 2.夾緊力的大小應該可靠，適當，要保證工件在夾緊后的變形和受壓表面的損傷不致超出允許的范圍。 3.夾緊裝置結構簡單合理，夾緊動作要迅速，操作方便省力，安全。 4.夾緊力或夾緊行程在一定范圍內可進行調整和補償。 5.2 卡盤的選型 根據(jù)切削要求和藍寶石最大直徑為250，則 5.3 夾緊力的選擇 5.3.1 夾緊力方向 在保證安裝的真確可靠，減少工件的變形，定位方便和在可以減少所需夾緊力的大小的前提下，此套夾具的夾緊方向和工件重力方向和切削方向相同。工件的定位工作面為垂直方向上，則工件的夾緊通過工件的一個定位銷與水平方向的移動壓塊完成。夾緊力的方向為平行重力方向垂直夾緊。[2] 在本次夾具設計中，夾緊力是由中心螺桿和一邊壓板提供的。 5.3.2 夾緊力的作用點 夾緊力的作用點是指夾緊元件與工件相接觸的一小塊面積?，F(xiàn)在夾緊力的方案已定。考慮夾具的結構尺寸特征可以確定夾緊力的作用點個數(shù)為2個。 考慮夾緊力作用點的一般要求：[1] ① 夾緊力的作用點應能保持工件定位穩(wěn)定，而不至引起工件發(fā)生位移和偏轉； ② 夾緊力的作用點，應使被夾緊的夾緊變形盡可能的小些； ③ 夾緊力的作用點應盡可能靠近加工表面，以提高定位穩(wěn)定性。 5.3.3 夾緊力的計算 夾緊力的大小重要取決于切削P和重力G，重力是可認為不變的，而切削力在切削的過程中是變化的。影響切削力的大小因素很多，如工件質量的不均勻，加工質量的不均勻，刀具磨損以及切削用量的變化等等。同時夾緊力也和其他因素有關，如夾緊件和工件及工件與定位件間接觸表面的光潔度，工藝系統(tǒng)的剛性等等，因此夾具夾緊力的設計只能對其作初略的估算。 W:實際夾緊力 Wi:理論夾緊力 K:安全系數(shù) 安全系數(shù):K= K1×K2×K3×K4 式中: K1-基本安裝系數(shù) K2-加工安裝系數(shù) K3-刀具鈍化系數(shù) K4-切削特點系數(shù) 其加工直徑全部為16 F=Cdfk……………………………………3.1 式中： C=420， Z=1.0, y=0.8, f=0.35 k=( F=420 轉矩 T=Cdfk 式中: C=0.206, Z=2.0, y=0.8 T=0.206 功率 P= 在計算切削力時,必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù) K=KKKK 式中 K—基本安全系數(shù)，1.5; K—加工性質系數(shù)，1.1; K—刀具鈍化系數(shù), 1.1; K—斷續(xù)切削系數(shù), 1.1 則 F=KF=1.5 T=17.34 N 切向方向所受力: F= 取 F=4416 F> F 所以,時工件不會轉動,故本夾具可安全工作。 5.3.4 夾具精度計算與分析 精度等級的選擇：首先根據(jù)所要加工的零件進行分析，看其在各方面的精度及表面粗糙度等的要求。然后，根據(jù)設計好的夾具（即零件在夾具上的配合和裝配來確定。 表3 標準公差數(shù)值表（節(jié)錄） 基本尺寸 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 >50~80 13 19 30 46 74 120 190 300 >80~120 15 22 35 54 87 140 220 350 >120~180 18 25 40 563 100 160 250 400 由國家標準推薦的各公差等級的應用范圍可知： IT5～IT12級用于配合尺寸公差。其中 （1）IT5（孔到IT6）級用于高精度和重要的配合處； （2）IT6（孔到IT7）級用于要求精密配合的情況； （3）IT7（孔到IT8）級用于一般精度要求的配合。 選用公差等級時，除上述有關原則和因素外，還應考慮以下問題。 ａ.相關件配合的精度； ｂ.加工成本。 在本次設計的夾具中可得知零件與夾具體的配合要求較高精度配合，所以選擇(1），而用于定位零件中間的孔和軸，在鉆孔只能夠要求這個孔和軸要有較高的位置度，所以選擇（2），鉆模板和零件上用來定位的插銷，因為它是用來對零件鉆孔裝夾定位的，所以同樣選（2）。 結 論 在很多問題的設計過程中，假設出現(xiàn)不合理工藝路線，甚無法保證夾具設計的準確性。在夾具設計中，由于定位基準的選擇不合理，出現(xiàn)了定位或不定位零件加工精度無法保證。在夾緊機構由于尺寸的選擇，如不合理，但沒有達到夾緊的目的，也可能是由于位置的夾緊力和工件表面的作用所產生的營業(yè)額不合理。然而，在老師的細心指導的悉心指導下，經過三個月的努力，這些問題都一一解決方案。在這一過程中，加工工藝及夾具設計知識和更深入的了解，提高了綜合專業(yè)知識的能力，我的專業(yè)知識，進一步提高技能，為以后從事專業(yè)技術工作。然而，在老師的細心指導的悉心指導下，經過三個月的努力，這些問題都一一解決方案。在這一過程中，加工工藝及夾具設計知識和更深入的了解，提高了綜合專業(yè)知識的能力，我的專業(yè)知識，進一步提高技能，為以后從事專業(yè)技術工作。通過這次的畢業(yè)設計，我深深地感受到，做任何事都必須有耐心，細心。有時是不小心計算誤差，只能被無情地重做。但一想到老師教得比平時多，病人，認為他們的社會責任感的未來，思想在世界上是因為一些小錯誤，讓人觸目驚心的事故，我不能不提醒自己，要形成一個高度負責的好習慣，一絲不茍。發(fā)現(xiàn)自己的知識真的很差，他們的能力，用學到的知識是不夠的，幾年來學習很多課程，今天才知道自己和不使用。想到這里，我真的有點不耐煩。主要是確定的工藝設計的工藝路線，確定加工和切削參數(shù)，基本工時，本設計的零件工藝路線是正確合理的，定位和夾緊的夾緊機構可實現(xiàn)定位和夾緊的目的，可以保證工件的加工精度。在很多問題的設計過程中，假設出現(xiàn)不合理工藝路線，甚無法保證夾具設計的準確性。在夾具設計中，由于定位基準的選擇不合理，出現(xiàn)了定位或不定位零件加工精度無法保證。在夾緊機構由于尺寸的選擇，如不合理，但沒有達到夾緊的目的，也可能是由于位置的夾緊力和工件表面的作用所產生的營業(yè)額不合理。然而，在老師的細心指導的悉心指導下，經過三個月的努力，這些問題都一一解決方案。在這一過程中，加工工藝及夾具設計知識和更深入的了解，提高了綜合專業(yè)知識的能力，我的專業(yè)知識，進一步提高技能，為以后從事專業(yè)技術工作。然而，在老師的細心指導的悉心指導下，經過三個月的努力，這些問題都一一解決方案。在這一過程中，加工工藝及夾具設計知識和更深入的了解，提高了綜合專業(yè)知識的能力，我的專業(yè)知識，進一步提高技能，為以后從事專業(yè)技術工作。通過這次的畢業(yè)設計，我深深地感受到，做任何事都必須有耐心，細心。有時是不小心計算誤差，只能被無情地重做。但一想到老師教得比平時多，病人，認為他們的社會責任感的未來，思想在世界上是因為一些小錯誤，讓人觸目驚心的事故，我不能不提醒自己，要形成一個高度負責的好習慣，一絲不茍。發(fā)現(xiàn)自己的知識真的很差，他們的能力，用學到的知識是不夠的，幾年來學習很多課程，今天才知道自己和不使用。想到這里，我真的有點不耐煩。 44 致 謝 畢業(yè)設計是大學知識，相關的專業(yè)知識的綜合運用，是知識在實踐中的應用。通過本次畢業(yè)設計，使我的專業(yè)知識得到鞏固和提高在原來的基礎上，就離不開老師和同學的幫助。設計的分析是在老師的指導下完成的，在分析過程中，老師給了我很大的鼓勵，在設計和分析使我覺得更多的設計思路，提高的學習能力，和討論的問題的分析，有一個更清楚的了解，使我受益不淺。 說實話，畢業(yè)設計真是有點累了。然而，明確其自身的設計結果，畢業(yè)設計仔細回味的旅程，一個罕見的成功立刻讓我昏昏欲睡。雖然這是我剛學的第一個走，一點在我的生命中的成功，但它讓我覺得更成熟了。通過這次的畢業(yè)設計，我深深地感受到，做任何事都必須有耐心，細心。有時是不小心計算誤差，只能被無情地重做。但一想到老師教得比平時多，病人，認為他們的社會責任感的未來，思想在世界上是因為一些小錯誤，讓人觸目驚心的事故，我不能不提醒自己，要形成一個高度負責的好習慣，一絲不茍。發(fā)現(xiàn)自己的知識真的很差，他們的能力，用學到的知識是不夠的，幾年來學習很多課程，今天才知道自己和不使用。想到這里，我真的有點不耐煩。 因為臨近畢業(yè)的時間，許多本來應該了解到的地方都沒有時間去仔細調查的來源，如控制，協(xié)調電網的理解，選擇求解器，它使我明白大學只是一個大致的方向，和距離太遠，離實際應用。但我認為，方向是最重要的，因為方向，將用最少的精力去做事情，這項工作后，我的生命。因為在實際生產生活中，從事的工作是千差萬別的，只有找到自己最喜歡的，最有前途的工作，個人有更高的熱情，但也最有可能在自己的崗位上做出一定的貢獻。 46 參考文獻 [1] 李旦等，專用夾具圖冊