臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD高清圖紙和說明書】

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一、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容 任務(wù)：臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括設(shè)計(jì)總體方案，有關(guān)設(shè)計(jì) 依據(jù)、參數(shù)、結(jié)構(gòu)選擇計(jì)算以及必要的參數(shù)結(jié)構(gòu)校核計(jì)算。進(jìn)行傳動齒輪及傳 軸的剛度、強(qiáng)度校核。 二、設(shè)計(jì)（論文）依據(jù) 1、孔組數(shù)：5個(gè)； 2、孔尺寸分別為（單位：mm）： 1）φ42J7-φ47J7; 2) φ52J7-φ70J7; 3）主軸孔φ110K6(臺階φ100H9)-φ90K6(臺階φ80H9); 4) φ25H7-φ70H7; 5) φ47H7-φ52H7; 3、主軸孔中心高165mm; 4、孔系坐標(biāo)尺寸見車頭箱零件圖； 5、輸入轉(zhuǎn)速100r/min,坐標(biāo)尺寸一定。 三、技術(shù)要求 1、輸出軸與鏜桿連接處采用活接頭形式； 2、輸入軸坐標(biāo)尺寸為距箱體前端為170.61,距箱體底部115； 3、箱內(nèi)采用貯油潤滑。 四.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）物化成果的具體內(nèi)容及要求 1、設(shè)計(jì)說明書 1份（不少于1萬字） 2、臺式車床車頭箱鏜孔專機(jī)總圖 A3 1張 3、臺式車床車頭箱孔系加工分配箱裝配圖 A0 1張 4、傳動齒輪零件圖 A4 8張 5、傳動軸零件圖 A3 4張 6、其他零件圖 A3-A4 11張 五. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃 起訖日期 工作內(nèi)容 備 注 3.31-4.5 畢業(yè)實(shí)習(xí)，搜集資料，完成實(shí)習(xí)報(bào)告 4.6-4.20 資料整理，擬訂設(shè)計(jì)方案，編寫草稿 4.21-4.30 繪制結(jié)構(gòu)草圖并初審 5.2-6.3 繪制工程圖 6.4-6.15 編寫設(shè)計(jì)說明書 6.16-6.20 審圖、改圖 6.21-6.22 準(zhǔn)備答辯資料 6.23-6.27 參加答辯 六. 主要參考文獻(xiàn)： 1.徐錦康主編.機(jī)械設(shè)計(jì).第二版.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2001 2.仙波正莊著.齒輪強(qiáng)度計(jì)算.姜永等譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1995 3.吳宗澤主編.機(jī)械零件習(xí)題集.北京:高等教育出版社,1983 4.陳秀寧主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).第一版.杭州:浙江大學(xué)出版社,1995 5.王伯平主編.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ).第一版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001 6.徐灝主編.新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(上、下)北京:機(jī)械工業(yè)出版社1995 7．王振華編.實(shí)用軸承手冊.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1991 8.王啟義等編.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì).沈陽:東北工學(xué)院出版社,1989 9.曹金榜等編.機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1987 10.范云漲主編.金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994 11.孟少農(nóng)主編.機(jī)械加工工藝手冊.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992 12.卞炎主編.機(jī)械傳動裝置設(shè)計(jì)手冊.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995 七、其他 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 專業(yè) 設(shè)計(jì)（論文）題目臺式車床車頭箱孔系加工分配箱 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 胡正權(quán) 班 級 99材機(jī)（5）班 學(xué) 號 B9912013 起訖日期 2003.03.31~2003.06.27 指導(dǎo)教師 沙愛民 教研室主任 系 主 任 發(fā)任務(wù)書日期 2003 年 3 月31 日 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 0 引言 車床、銑床、鏜床等機(jī)床是各類機(jī)械制造廠用的最多的設(shè)備，學(xué)生比較熟悉， 在結(jié)構(gòu)上兼有一般機(jī)械的特點(diǎn)。而對于箱體類零件，其加工一般都需經(jīng)平面加 工,以及鏜、擴(kuò)、鉸、鉆及攻螺紋等工序。在中小企業(yè)，孔系加工是工廠新產(chǎn)品 開發(fā)中的薄弱環(huán)節(jié)。鑒于以上原因，許多學(xué)校機(jī)械制造類專業(yè)都選擇圍繞機(jī)床 方面進(jìn)行布置設(shè)計(jì)課題，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題就是涉及這個(gè)領(lǐng)域，具體的說是關(guān) 于臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 我的這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在學(xué)完基礎(chǔ)課及有關(guān)的專業(yè)課的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)床主傳 動部件設(shè)計(jì)進(jìn)行的綜合訓(xùn)練，其目的包括： 1．掌握機(jī)床主傳動部件（分配箱）設(shè)計(jì)過程和方法，包括參數(shù)擬定、傳動 設(shè)計(jì)、零件計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，培養(yǎng)自己結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的能力。 2．綜合運(yùn)用過去所學(xué)的理論知識，提高自己聯(lián)系實(shí)際和綜合分析的能力。 3．訓(xùn)練和提高自己設(shè)計(jì)的基本技能。如計(jì)算、制圖，學(xué)習(xí)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、手冊， 圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料，編寫技術(shù)文件（說明書等） 。 為了保質(zhì)保量的按期完成設(shè)計(jì)，我在認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)任務(wù)書，到工廠參觀以及 查找有關(guān)資料的基礎(chǔ)之上，比較和選擇傳動裝置的方案，根據(jù)所要加工圖紙的 要求及切削用量手冊，確定各傳動齒輪的齒數(shù)，并計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速；設(shè)計(jì)計(jì)算各 級傳動件的參數(shù)和主要尺寸，例如主軸、輸入軸以及分配箱內(nèi)傳動零件（齒輪） ,并且對所設(shè)計(jì)的零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析,對主軸和齒輪進(jìn)行了強(qiáng)度校核, 經(jīng)過反復(fù)的計(jì)算和修改,使得最終的設(shè)計(jì)滿足要求. 在設(shè)計(jì)的過程中，我緊緊把握以下設(shè)計(jì)原則：分配箱的結(jié)構(gòu)盡量從簡，設(shè)計(jì) 傳動系統(tǒng)時(shí)，盡可能地減少了主軸、傳動軸和傳動齒輪的數(shù)量；由于床頭箱主 軸正反轉(zhuǎn)能夠通過操作手柄方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在考慮齒輪回轉(zhuǎn)方向時(shí)，只要各 分主軸轉(zhuǎn)向一致即可，不必保證各分主軸與機(jī)床主軸通常工作轉(zhuǎn)向取得一致； 由于車床車頭箱轉(zhuǎn)速的可變的范圍很大，設(shè)計(jì)各分主軸轉(zhuǎn)速時(shí)，只考慮了能與 工件被加工孔徑匹配即可，這樣可以通過車床車頭箱變速來使得各分主軸得到 比較合理的切削速度；在設(shè)計(jì)分配箱軸承支墻跨度時(shí)，由于設(shè)計(jì)采用浮動聯(lián)接， 加工精度主要是靠鏜模來保證，支墻跨度只要滿足變速齒輪安裝的必要空間即 可。對這些原則的掌握，使得設(shè)計(jì)的周期大大減少了，而且完全能滿足要求。 對于設(shè)計(jì)而言，首先要保證的是產(chǎn)品的功能及其可靠性，并保證產(chǎn)品有良 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 好的工藝性。機(jī)械設(shè)計(jì)是一項(xiàng)創(chuàng)造性的勞動，新穎的設(shè)計(jì)要有新的構(gòu)思，對此， 我們一方面應(yīng)大膽地采用新理論和新結(jié)構(gòu)，另一方面也要總結(jié)經(jīng)驗(yàn)采用已有的 成功的技術(shù)和結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)過程中通常要有幾套設(shè)計(jì)方案，在查閱資料的基礎(chǔ)上， 在各方面對這些方案進(jìn)行對比，從中選出最佳的方案。具體到各個(gè)零件的設(shè)計(jì)， 也應(yīng)滿足一些準(zhǔn)則，首先是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則，簡而言之，可以用“明確、簡單、 安全” 六個(gè)字來表達(dá)。在上述準(zhǔn)則下，還應(yīng)考慮技術(shù)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的強(qiáng)度、剛度、抗振 性、耐磨性、耐熱性、工藝性等問題。 制造業(yè)作為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，在整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。它 是我國比較優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)，而制造業(yè)的主體和基礎(chǔ)是機(jī)床行業(yè)，當(dāng)今世界，全球 經(jīng)濟(jì)逐漸走向一體化，這對我國制造業(yè)的要求不斷提高，如何抓住機(jī)遇、面對 挑戰(zhàn)和贏得發(fā)展的契機(jī)，成為機(jī)床行業(yè)普遍面臨的問題。近年來，世界各國積 極發(fā)展各種新型的設(shè)計(jì)理論和方法，例如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD） 。這種方法可 以做到按既定要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，而且還可以縮短設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì) 量，降低成本和節(jié)省人力。我們在這次設(shè)計(jì)中，就部分地使用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè) 計(jì)的一些功能，在今后的設(shè)計(jì)過程中，一定會逐步地甩掉圖板，完全在計(jì)算機(jī) 上進(jìn)行設(shè)計(jì)。 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 1.主傳動設(shè)計(jì) 1.1 主傳動方案 1．1．1 傳動布局 對于有變速要求的主傳動，其布局方式可以分為集中式傳動和分離式傳動。 把主軸組件和主傳動的全部變速機(jī)構(gòu)集中裝于同一個(gè)箱體內(nèi)，稱為集中傳動式 布局，把主軸組件和主傳動的大部分變速機(jī)構(gòu)分離裝于兩個(gè)箱體內(nèi)，稱為分離 傳動式布局。 對于以上兩種布局，集中傳動式布局的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，便于實(shí)現(xiàn)集中操 縱；箱體數(shù)少，在機(jī)床上安裝、調(diào)試方便，缺點(diǎn)是傳動件的振動和發(fā)熱會直接 主軸的工作精度。而分離傳動式布局的優(yōu)點(diǎn)是變速箱中產(chǎn)生的振動和熱量不易 傳給主軸，從而減少了主軸振動和熱變形，但其缺點(diǎn)是箱體數(shù)多，加工、裝配 的工作量大，成本較高，位于傳動鏈后面的帶傳動低速時(shí)傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，容 易打滑，相比較之下，本設(shè)計(jì)選用集中傳動式布局。 1．1．2 變速方式 機(jī)床主傳動的變速方式可分為無級變速和有級變速兩種。無級變速是指在 一定速度范圍內(nèi)能連續(xù)任意地變速，有級變速是指在若干固定速度（或轉(zhuǎn)速） 級內(nèi)不連續(xù)的變速，通常是由齒輪等變速元件構(gòu)成的分配箱來實(shí)現(xiàn)變速。相比 之下，有級變速傳遞功率大，變速范圍大，傳動比準(zhǔn)確，工作可靠，結(jié)合本次 設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，采用有級變速方式。 1．1．3 傳動系統(tǒng) 采用交換齒輪，其布置形式采用同軸線式，這樣箱體長度較小，重量輕， 結(jié)構(gòu)緊湊。 1．1．4 設(shè)計(jì)原則 設(shè)計(jì)分配箱應(yīng)注意到盡可能縮短設(shè)計(jì)周期。分配箱的結(jié)構(gòu)盡量從簡，由于 分配箱不是采用組合機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)部件結(jié)構(gòu)，所以設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng)時(shí)，宜盡可能減 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 少主軸、傳動軸和傳動齒輪的數(shù)量；由于床頭箱主軸正反轉(zhuǎn)能夠通過操作手柄 方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以在考慮齒輪回轉(zhuǎn)方向時(shí)，只要個(gè)主軸分軸轉(zhuǎn)向一致即可， 不必保證是各分主軸與機(jī)床主軸通常工作轉(zhuǎn)向取得一致；由于車床分配箱轉(zhuǎn)速 可變的范圍很大，所以設(shè)計(jì)各分主軸轉(zhuǎn)速時(shí)，只要考慮能與工件被加工孔徑匹 配，便可通過車床車頭箱變速來使個(gè)分主軸得到比較合理的切削速度。另外， 在設(shè)計(jì)分配箱軸承支墻跨度時(shí)要注意，由于本設(shè)計(jì)采用的浮動連接鏜桿的分配 箱，其精度是靠鏜模保證，支墻跨度只要滿足變速齒輪安裝的必要空間即可。 掌握以上幾條原則，可以節(jié)省較多的設(shè)計(jì)時(shí)間而且能夠滿足設(shè)計(jì)要求。 1． 2 主傳動運(yùn)動設(shè)計(jì) 機(jī)床主傳動的運(yùn)動設(shè)計(jì)任務(wù)是：按照已確定的運(yùn)動參數(shù)、動力參數(shù)和傳動 方案，設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理、性能先進(jìn)的傳動系統(tǒng)。其主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：確定 各傳 動副的傳動比；確定齒輪齒數(shù)和模數(shù)；布置和排列齒輪等。對于本設(shè)計(jì)，一般 要 按照下列步驟進(jìn)行分析和計(jì)算： 1．2．1 制定工藝方案 這是設(shè)計(jì)的第一步，也是最重要的一步，工藝方案制定的正確與否，將決 定本次設(shè)計(jì)能否達(dá)到“體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、效率高，質(zhì)量好”的要求。 為 了使工藝方案制定得合理先進(jìn)，必須從認(rèn)真分析被加工零件（或同類零件）的 圖紙開始，深入現(xiàn)場全面了解被加工零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工部位、尺寸精度、 表面粗糙度和技術(shù)要求，定位、夾緊方，工藝方法和加工過程所采用的刀具、 輔具，切削用量情況及生產(chǎn)率要求等，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)設(shè)計(jì)、制造、使用 單位和操作者的經(jīng)驗(yàn)等因素，以求理論緊密聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，從而確定零件在機(jī) 床上完成的工藝（工序）內(nèi)容和方法，決定刀具的種類、結(jié)構(gòu)形式。 （1） 制定工藝方案應(yīng)考慮的問題 機(jī)床常用的工藝方法能達(dá)到的精度及表面粗糙度：由于被加工零件的精度 要求，加工部位尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，材料和生產(chǎn)率要求不同，設(shè)計(jì)過程中 必須采用不同的工藝方法和工藝過程。對于鑄鐵件不同精度孔的工藝方法如下： 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 為 粗 鏜 、 半 精 鏜 、 精 鏜以 上 的 孔 ， 其 工 藝 方 法對 于 合， 鉆 、 擴(kuò) 、 鉸 或 鉆 鏜 結(jié)加 工 直 徑 大 于 鉆 、 鉸 或 鉆 、 擴(kuò) 、 鉸為 ： 加 工 直 徑 到以 下 的 孔 ， 其 工 藝 方 法對 于 mmH4016 ,16:7? ? 本設(shè)計(jì)主要為鏜加工，鏜孔一般適宜被加工孔徑 umRITa6.17可 達(dá)，以 上 ， 精 鏜 可 達(dá) 精 度 （2）確定工藝方案的原則及注意問題 主要是安排好粗、精加工工序，必須根據(jù)零件的生產(chǎn)批量，加工精度和技 術(shù)要求進(jìn)行全面分析，按照經(jīng)濟(jì)地滿足加工要求的原則，合理解決粗加工和精 加工工序的安排 （3）定位基準(zhǔn)及夾壓點(diǎn)的選擇 對于本設(shè)計(jì)是對臺式車床車頭箱孔系的加工，而箱體類零件是機(jī)械加工中 工序多，精度要求高的零件。這類零件一般都有較高精度的孔需要進(jìn)行加工， 又常常要在幾次安裝下進(jìn)行，因此，定位基準(zhǔn)選擇“一面兩孔”是最常用的方 法 1．2．2 確定切削用量 為使加工過程順利地進(jìn)行并保證加工精度，必須合理的確定工序間余量。 對于半精鏜 ，對于精鏜mm2.17080??直 徑 上 工 序 間 余 量 為? 在確定鏜孔余量時(shí)，應(yīng)注4.25130直 徑 上 工 序 間 余 量 為? 意其對鏜桿直徑大小的影響，尤其是在工件需要讓刀以便使刀具通過時(shí)（多刀 加工多層壁同心孔系） ，由于加工余量和工件讓刀的影響，往往要減少鏜桿直徑。 若導(dǎo)致鏜桿剛性不足，必要時(shí)可以減少粗鏜余量。 機(jī)床的分配箱上所有的刀具共用一個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動力滑臺工作 時(shí)要求所有的刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進(jìn)給量，這 個(gè)每分鐘進(jìn)給量 應(yīng)是適合于所有刀具的平均值。因此，同一分配箱上min)/( 的刀具可以設(shè)計(jì)成不同轉(zhuǎn)速和選擇不同的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 與其相適應(yīng)，以滿)/(rm 足不同直徑工件的加工需要，即 =ifnfn?.21 fv 式中： 分 ）各 主 軸 轉(zhuǎn) 速 （ 轉(zhuǎn) /.,21in 各 主 軸 進(jìn) 給 量iff.21 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 轉(zhuǎn) ）（ 毫 米動 力 滑 臺 每 分 鐘 進(jìn) 給 量 /fv 表 1-1 鏜孔的切削用量(見下頁) 工序 刀具材料 分 ）（ 米 /v轉(zhuǎn) ）（ 毫 米 /f 粗鏜 高速鋼 硬質(zhì)合金 12-25 25-50 0．25-0．80 0．40-1．50 半粗鏜 高速鋼 硬質(zhì)合金 12-35 50-70 0．1-0．3 0．15-0．45 精鏜 硬質(zhì)合金 70-90 0．12-0．15 由孔系的尺寸結(jié)合上表，選取切削速度 分米 /15 1．2．3 傳動計(jì)算 初選輸入軸的齒數(shù)為 190?z 對于輸入軸 0： min/rn入 對于 1 軸： in/10475 321rn??? 對于 2 軸： min/2.687015 .921rn??? 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 對于 3 軸： min/59801.3 in/7.4015.334321rnrn?????? 對于 4 軸： in/1597024 1rn??? 對于 5 軸： min/8.91520 51rn??? 經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)算和修改，確定各主軸轉(zhuǎn)速分別為： min/90i/75 in/9015432rr?? 對于 0-1 傳動： 1.01?ni 對于 0-2 傳動： 3.20i 對于 0-3 傳動： 1.30?ni 對于 0-4 傳動： .40i 對于 0-5 傳動： 1.405?ni 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 在 0-3 傳動中，齒輪副中心距為 取 因?yàn)?0、3 之間采,503mA?5.2 用直接嚙合傳動，不存在過渡的齒輪，所以根據(jù)公式 可得到：03zi? 圓整為 25 同理： 27.5193.03???iz 215 對于 3-2 傳動中:齒輪副中心距為21 ,09.21., 022023圓 整 到 可 得需 要 采 取 過 渡 齒 輪 ， 由 ???izzimA 對于過渡齒輪,在裝配草圖上畫圖,盡量采用和齒輪 2 相同或相差不大的齒 數(shù),經(jīng)過畫圖,采用齒數(shù)為 25 的齒輪,并利用與 3、2 齒輪的分度圓相切，從而定 出過渡輪 7 的位置。 同理:可以分別算出 14861??zz 下面驗(yàn)算各主軸的轉(zhuǎn)速： min/48.9021i/.in/7625190mi/in/48.29050430210 rznzrnzrzn????????? 轉(zhuǎn)速的相對損失： %53.019048. .756213 ?????n 由計(jì)算的結(jié)果可以看出，轉(zhuǎn)速的相對損失在 5%以內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求，從而 論證了孔系加工進(jìn)給量選取的合理性。 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 2．主軸設(shè)計(jì) 2． 1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是使軸的各部分具有合理的結(jié)構(gòu)和尺寸,影響軸的結(jié)構(gòu) 的因素很多,因此軸的結(jié)構(gòu)沒有標(biāo)準(zhǔn)的形式。設(shè)計(jì)時(shí)，必須針對軸的具體情況作 具體的分析，全面考慮解決。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求是：（1）裝在軸上的零 件有確定的位置，且布置合理 （2）軸受力合理，能可靠地傳遞力和轉(zhuǎn)矩，有 利于提高強(qiáng)度和剛度 （ 3）具有良好的工藝性 （ 4）便于裝配和調(diào)整 （5）節(jié) 省材料，減輕質(zhì)量 2．1．1 確定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度 根據(jù)選用的切削用量（主要指切削速度 v 及進(jìn)給量 f ） 。確定切削力，作 為選擇動力部件及夾具設(shè)計(jì)的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其他傳動 件（齒輪、傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主電機(jī)（一般指動力 箱電機(jī)）功率；確定刀具的耐用度，用以驗(yàn)證所選刀具是否合理。 人們根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐及試驗(yàn)研究成果，已經(jīng)整理出不同材料刀具對不同材料 工件進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、锪端面、攻絲加工等的切削力 p，切削扭 矩 M，切削功率 N，刀具耐用度 T 的計(jì)算公式，可供設(shè)計(jì)時(shí)使用。 切削力 p，切削扭矩 M，切削功率 N，刀具耐用度 T 的計(jì)算公式： 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 ??????)42.()960( )3.(74210)1.(2683.15.280.9.86.8. ????HBVfDTMNBfHDP? 式中：P-切削軸向力（牛） D-刀具頭直徑（毫米） f-每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（毫米/轉(zhuǎn)） M-切削扭矩（牛/毫米） N-切削功率（千瓦） T-刀具耐用度（分） V-切削速度，通常根據(jù)所加工孔深度考慮修正系數(shù) Kv HB-零件的布氏硬度值，通常給出一個(gè)范圍 對主軸 5 進(jìn)行計(jì)算，查表得到 D=45mm，f=0.4mm/r,HB=260 代入上述公式， 得 KWNT mNMP04.259470186in6).( /18954.40.022683.50.9.16.08.0??????? 2．1．2 初步估算軸的直徑 設(shè)計(jì)軸時(shí)，往往先從粗略估算軸的直徑開始，并以此作為設(shè)計(jì)依據(jù)。根據(jù) 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件粗略計(jì)算軸的直徑是常用的計(jì)算方法，設(shè)計(jì)時(shí)只考慮軸在轉(zhuǎn)矩作 用下所受到的切應(yīng)力，而采用降低許用應(yīng)力的方法適當(dāng)?shù)乜紤]彎曲應(yīng)力的影響， 這種方法可以作為主軸和不太重要的軸的最終強(qiáng)度計(jì)算方法。 由材料力學(xué)可知，軸受到轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，其強(qiáng)度條件為： 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 ?? ?)52.(2.0159136????TdnPWT?? 寫成設(shè)計(jì)公式，軸的直徑為： ????)62.(2.01591336????nPCTd? 式中： T-軸所傳遞的扭矩，單位為 N .mm WT-抗扭截面系數(shù)，單位為 mm C-由軸的材料和承載情況所確定的常數(shù)，查表 10-2 P-軸所傳遞的功率，單位為 Kw n-軸的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min [τT]-許用切應(yīng)力，單位為 Mpa，查表 10-2 由表選取 C=106 P 取與刀具切削功率相等的值，即 P=2.04Kw 軸的轉(zhuǎn)速 n=90r/min 將數(shù)值代入公式，得到：md94.20.16??? 因?yàn)檩S上開有鍵槽，軸徑應(yīng)按計(jì)算值加大 3%計(jì)算，所以 d≥29.9(1+3%)︽30.4mm 圓整取值得 d=30mm 2．1．3 軸的結(jié)構(gòu)分析及軸上零件的固定 為了便于軸上零件的裝拆，常將軸做成階梯形狀，因在本設(shè)計(jì)中主軸只需 傳遞運(yùn)動，且根據(jù)軸上所裝的零件特點(diǎn)，可以將軸的主要部分做成等直徑軸； 但在裝軸承處的軸頸需要按照軸承標(biāo)準(zhǔn)配合進(jìn)行選取，并且要求有較高的加工 精度和表面粗糙度；軸上裝齒輪處留有鍵槽，鍵槽的尺寸查表畫出。 軸的設(shè)計(jì)還必須考慮軸上零件的固定，齒輪用開槽錐端緊定螺釘和軸用鋼 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 絲擋圈作軸向固定，開槽錐端緊定螺釘和軸用鋼絲擋圈的尺寸按國標(biāo)查出；用 平鍵做圓周方向上的固定，其尺寸按國標(biāo)查表；軸承在軸向的固定通過箱體上 的鑄造結(jié)構(gòu)代替軸肩來實(shí)現(xiàn)，在圓周上的固定是靠內(nèi)圈與軸之間的配合來實(shí)現(xiàn)。 選擇軸的材料,應(yīng)該考慮下列因素(1)軸的強(qiáng)度、剛度以及耐磨性要求 （2） 熱處理的方法；（3）材料來源；（4）材料的加工工藝性；（5）材料價(jià)格等 軸的材料常用的有碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼和球墨鑄鐵 其中碳素結(jié)構(gòu) 鋼具有較好的綜合力學(xué)性能，尤以 45 鋼最為常用，本設(shè)計(jì)就是采用 45 鋼，為 了提高其力學(xué)性能，通常進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理或者正火處理。 M30X1.54°6230js(±.65)A1.678( )+0.216 +0.21A2X45°°.6.640-.2-.6k(+.)+0.15 +0.1R31.6-16°上 圖 2-1 2． 2 軸的強(qiáng)度校核 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定了軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，為了進(jìn)行軸的強(qiáng)度計(jì)算，需要 將軸的實(shí)際受力情況簡化成計(jì)算簡圖，即建立力學(xué)模型。 （1） 齒輪傳給軸的分散力，在一般計(jì)算中，簡化為集中力，并作用在 輪緣寬度的中點(diǎn)，這種簡化，一般偏于安全。 （2） 作用在軸上的轉(zhuǎn)矩，在一般的計(jì)算中，簡化為從傳動件輪轂的中 點(diǎn)算起的轉(zhuǎn)矩。 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 （3） 周的支承反力的作用點(diǎn)隨軸承的類型和布置方式而異。簡化后， 將雙支點(diǎn)軸當(dāng)作受集中力載荷的簡支梁進(jìn)行計(jì)算。 具體的計(jì)算是根據(jù)軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)的較核計(jì)算，對于一些重要的軸， 要進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的計(jì)算。該方法考慮了影響疲勞強(qiáng)度的各個(gè)因素，如應(yīng)力變化 特征、應(yīng)力集中、表面質(zhì)量、尺寸等。因此，該方法是一種精確的方法。軸的 疲勞強(qiáng)度的校核計(jì)算，是對軸的危險(xiǎn)剖面的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)進(jìn)行的校核計(jì)算。 危險(xiǎn)剖面是指發(fā)生破壞可能性最大的剖面。但是，在具體校核計(jì)算之前，有時(shí) 很難確定哪個(gè)剖面是危險(xiǎn)剖面。因?yàn)橛绊戄S的疲勞強(qiáng)度的因素很多，彎矩和轉(zhuǎn) 矩最大的剖面不一定就是危險(xiǎn)剖面，而彎矩和轉(zhuǎn)矩不是最大的剖面，因其直徑 小，應(yīng)力集中嚴(yán)重，卻有可能是危險(xiǎn)剖面。在計(jì)算前無法準(zhǔn)確確定危險(xiǎn)剖面的 情況下，就必須對可能的危險(xiǎn)剖面都進(jìn)行校核。 校核危險(xiǎn)剖面疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)的公式為 ??)72.(12????SSs?? 其中在彎矩作用下和在轉(zhuǎn)矩的作用下的安全系數(shù)分別為 ???? )92.()8(.111?????mmaKS???????? ?? ）（ 見 表許 用 疲 勞 強(qiáng) 度 安 全 系 數(shù) ） ；至 表表 面 質(zhì) 量 系 數(shù) （ 見 附 表彎 曲 、 扭 剪 的 應(yīng) 力 幅 ； ；彎 曲 、 扭 剪 的 平 均 應(yīng) 力 ） ；—數(shù) （ 見 表折 算 為 應(yīng) 力 幅 的 等 效 系彎 曲 、 扭 剪 時(shí) 平 均 應(yīng) 力 ） ；寸 系 數(shù) （ 見 附 表彎 曲 、 扭 剪 時(shí) 的 絕 對 尺 ） ；至 表中 系 數(shù) （ 見 附 表彎 曲 、 扭 剪 時(shí) 的 有 效 集 ） ；限 （ 見 表料 的 彎 曲 、 扭 剪 疲 勞 極對 稱 循 環(huán) 應(yīng) 力 時(shí) 試 件 材數(shù) ；只 考 慮 轉(zhuǎn) 矩 時(shí) 的 安 全 系 數(shù) ；只 考 慮 彎 矩 時(shí) 的 安 全 系計(jì) 算 安 全 系 數(shù) ： 61075, 10, 4103,.1 ??? ???SKSam???????? 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 下面對具體的軸進(jìn)行強(qiáng)度校核： （1） 畫出軸的受力簡圖，并進(jìn)行輪齒受力計(jì)算 tF12dT?aFtrn? 式中 ）位 為 （為 分 度 圓 的 壓 力 角 ， 單嚙 合 角 ， 標(biāo) 準(zhǔn) 齒 輪 傳 動 直 徑 ， 單 位 為標(biāo) 準(zhǔn) 齒 輪 傳 動 為 分 度 圓 為齒 輪 傳 遞 的 扭 矩 ， 單 位 ???a mN1 所以, Ft 7125.28694?? NFr 2590tan712???? 對于車削中主切削力 三 者 之 間 的 比 例 大 約 為和 切 深 抗 力軸 向 力 pfc,1:)7.05(:)6.10(: ??cpf 取 NFcfa 9285. ?? 在水平面上 NldarHR 219)401(5.9.725321 ????? NF401952??? 在垂直面上 tVRr 35612721 (3)畫出彎矩圖(見 圖) 在水平面上, mNlFMaHRa ?????? 234810921剖 面 左 側(cè) 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 mNlFMaHRa ???????1604432剖 面 右 側(cè) 在垂直面上 lVaV ??? 32521 合成 aa ????? 467348剖 面 右 側(cè) mNMa ?? 356210剖 面 左 側(cè) (4)畫出彎矩圖(f) 轉(zhuǎn)矩 mNT????5.186922.71 (5)由表 10-1 查得 ????MPaPabb10,01??????6.010???ba? 在 截面左側(cè) 3 2323 .60)3.(5801.)(. mdtblW??????????????MPaaTe 7.16)(22 在 左側(cè)b?333270.0. md?? 32981NlMab ?? MPaWaTe 3.16)(22??? (6)軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核 由表 10-1 查得 ,aPaMaB 15,30,6501???????1.0,2.???? 在 截面左側(cè)a? 3235086)(2. mdtbWT??? 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 由附表 10-1 查得 63.1,????K 由附表 10-4 查得絕對尺寸系數(shù) 軸經(jīng)過磨削加工,有附表查得76.0,8.???? 表面質(zhì)量系數(shù) 則:1?? 彎曲應(yīng)力 MPaWb1.62347 應(yīng)力幅 ba.1?? 平均應(yīng)力 0m 切應(yīng)力 MPaWT24.1975.86??? MPaTm62.9?? 安全系數(shù) 0.15.68.0131 ????maKS?????? 18.762.9.76013.1 ????????mS????? 489.5222??S 由表 10-6 查得許用安全系數(shù) ,顯然此截面是安全的??.13?? 在 b-b 截面的右側(cè) 抗彎截面系數(shù) 3332701.0. mdW?? 抗扭截面系數(shù) 33354.2.t ? 又已經(jīng)求得 所以彎曲應(yīng)力mNMb??098PaWb 46.127.3? 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 0,46.1??mbaMPa?? 切應(yīng)力 PaWT6.345892? MPaTm3.172?? 由附表 10-1 查得過盈配合引起的有效應(yīng)力集中系數(shù) 63.2?K 又89.1??K 1.0,2.,176.0,81. ??????? ???以 及 6.84.18.0321???mS????? 57.23.076.1951 ????????mKS???? 顯 然 截 面 右 側(cè) 安 全45.27.0.822??S 在 b-b 截面左側(cè) 3330 mdWT??? 截面左右側(cè)的彎矩和扭距相同,彎曲應(yīng)力 MPaWb4.1508.9??0,4.1??mbaMPa?? 切應(yīng)力 PaWT62.35.89?PaTma.172?? 由附表 10-2 查得圓角引起的有效應(yīng)力集中系數(shù) 36.1,48.???K 由附表 10-4 查得絕對尺寸系數(shù) ,2.0,7.0,83.???? ???， 又 1.? 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 則 76.14.83.0141??????mKS????? 45.317.78.01651 ???????mS???? .54.6.222???S 顯然在此截面的左側(cè)安全 以上的計(jì)算表明:軸的彎扭合成強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度均是足夠的 軸的強(qiáng)度校核還應(yīng)該考慮鍵槽處的強(qiáng)度： 由公式 ??)102.(21???ppdlkTl?? 式中 下面進(jìn)行具體的校核： MPap 64.918)25(3016????? -200MPa??810范 圍 為查 得由 表 pp?? 經(jīng)過計(jì)算，顯然鍵槽處的強(qiáng)度足夠 2． 3 軸的剛度校核 機(jī)床在切削加工過程中，主軸的負(fù)荷較重，而允許的變形又很小，因此決 定主軸結(jié)構(gòu)尺寸的主要尺寸是它的變形大小。對于普通機(jī)床的主軸，一般只進(jìn) 行剛度的驗(yàn)算。通常能滿足剛度要求的主軸，也能滿足強(qiáng)度要求。 以彎曲變形為主的機(jī)床主軸（如車床、銑床） ，需要進(jìn)行彎曲剛度校核；以 扭轉(zhuǎn)變形為主的機(jī)床主軸（如鉆床） ，需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算。 當(dāng)前主軸組件剛度計(jì)算的方法很多，而且屬于近似的計(jì)算，剛度的允許值 也做規(guī)定?？紤]動態(tài)因素的計(jì)算方法，如根據(jù)不產(chǎn)生切削振顫條件來確定主軸 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 組件剛度，計(jì)算較為復(fù)雜，對于本設(shè)計(jì)，仍然采用靜態(tài)計(jì)算法，計(jì)算的過程大 大簡化，而且與實(shí)際相比較，誤差不是很大，在允許的范圍之內(nèi)。主軸組件的 彎曲剛度的計(jì)算內(nèi)容主要有兩項(xiàng)： 其一，計(jì)算主軸前支承處的變形轉(zhuǎn)角 θ，是否滿足軸承正常工作的要求； 其二，計(jì)算主軸懸伸處的變形位移 y，是否滿足加工精度的要求。 （1） 主軸前支承處轉(zhuǎn)角的校核 機(jī)床粗加工時(shí)，主軸的變形最大，主軸前支承處的轉(zhuǎn)角有可能超過允許值， 所以應(yīng)該校核此處的轉(zhuǎn)角。因?yàn)橹鬏S后支承處的變形轉(zhuǎn)角一般較小，可以不計(jì) 算。 ???????? ???? )1()(5.0)1(3 )12( 8???MLcQbLFEIa A 式中 F-主軸傳遞全功率時(shí)，作用與主軸端部的當(dāng)量切削力（N ） ； Q-主軸傳遞全功率時(shí)，作用與主軸上的傳動力（ N ） ； M-軸向切削力引起的力偶矩（N.cm ） ，若軸向切削力較?。ㄈ畿?床、磨床） ； -主軸前支承的反力矩（ N.cm ） ；AM 支承的反力矩系數(shù)；?? a-主軸懸伸量（cm ） L.b.c-主軸有關(guān)尺寸（cm） ； E- 主軸材料的彈性模量（MPa） ，鋼材 ;MPaE7102?? I-主軸支承段的慣性矩（ ） ，4cm)(64dDI?? D-主軸當(dāng)量外徑（cm ） ，初步計(jì)算時(shí)，取為前后軸頸的平均 值 d-主軸孔徑（ cm ） ； 對于本設(shè)計(jì)，作用力不在同一平面內(nèi)，因此要將力投影在兩個(gè)相互垂直的平面 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 內(nèi)，如（x-x，y-y 平面）然后按照上述公式進(jìn)行計(jì)算，求出各平面內(nèi)的主軸前 支承處轉(zhuǎn)角 。最后用下式進(jìn)行計(jì)算，從而求出前支承處的總轉(zhuǎn)角yx?, ? 2yx?? 對于 x 方向： = 73624MPaE710?)(644dDI?????4356?4m NFa7902?NQ351L170cb854/1865mM 將以知數(shù)值代如公式，經(jīng)計(jì)算得到a0? radx078.?? 對于 y 方向： = 73624MPaE7102??)(644dDI????4356?4m NFa790NQ94/189NL170? 將以知數(shù)值代如公式，經(jīng)計(jì)算得到mcb85?ma0?rdy42.? 所以總的轉(zhuǎn)角 radyx 04.2.078.22 ???? 得到的轉(zhuǎn)角不應(yīng)大于允許值 由上述的計(jì)算結(jié)果可知，軸的剛度滿??,1.rad? 足要求。 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 3．齒輪的設(shè)計(jì) 齒輪類零件包括齒輪、蝸桿和蝸輪等。這類零件的工作圖中除了零件圖形 和技術(shù)要求外，還應(yīng)有嚙合特征表。 3． 1 齒輪的結(jié)構(gòu)分析 齒輪傳動是機(jī)械傳動中最重要、應(yīng)用最廣泛的一種傳動。其主要的優(yōu)點(diǎn)是： 傳動效率高，工作可靠，壽命長，傳動比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊。其主要缺點(diǎn)是：制 造精度要求高，制造費(fèi)用大，精度低時(shí)振動和噪聲比較大，不適宜用于傳動距 離較大的傳動。 齒輪傳動分為開式和閉式齒輪傳動。開式齒輪傳動，齒輪完全外露，容易 落入灰砂和雜物，不能保證良好的潤滑，所以輪齒容易磨損，多用于低速、不 重要的場合。閉式齒輪傳動，其齒輪和軸承完全封閉在箱體內(nèi)，能保證良好的 潤滑和較好的嚙合精度，應(yīng)用廣泛。本設(shè)計(jì)采用閉式齒輪傳動。 齒輪傳動既要傳動平穩(wěn)，又要承載能力強(qiáng)、壽命長，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該從滿 足承載能力出發(fā) ，選定合適的材料，確定齒輪的幾何尺寸、合理的結(jié)構(gòu)和良好 的工藝性。 齒輪傳動的失效主要是輪齒折斷和齒面損傷，選擇齒輪材料時(shí)，應(yīng)使齒面 有足夠的硬度和耐磨性，用以抵抗齒面磨損、點(diǎn)蝕、膠合及塑性變形，而且應(yīng) 有足夠的彎曲強(qiáng)度，以抵抗齒根折斷。因此，對齒輪材料的基本要求是：齒面 要硬、齒心要韌。另外，齒輪材料還應(yīng)有良好的加工和熱處理工藝性。本設(shè)計(jì) 根據(jù)齒輪的傳動要求特點(diǎn)和傳動環(huán)境，材料選用 45 鋼，其鍛造毛坯經(jīng)過?；?（正火）或調(diào)質(zhì)處理后切齒即為成品，精度一般為 8 級，精切時(shí)可達(dá) 7 級。本 設(shè)計(jì)選用這種齒輪的原因是這種齒輪加工方便，成本低，生產(chǎn)率高，常用于一 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 般要求的中載、中速齒輪傳動。 3． 2 齒輪傳動主要參數(shù)的選擇 3．2．1 壓力角 a 的選擇 由機(jī)械原理的知識可知，增大壓力角，能使得輪齒的齒厚和接點(diǎn)處的齒廓 曲率半徑增大，可以提高齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。一般傳動的齒 輪，壓力角 ；航空用的齒輪傳動，壓力角 a 選用 。由于本設(shè)計(jì)的齒?20?a ?25 輪傳動屬于一般的傳動，所以壓力角采用 ?0? 3．2．2 齒數(shù)和模數(shù)的選擇 對于軟齒面的閉式齒輪傳動，其承載能力主要取決與齒面接觸疲勞強(qiáng)度。 而齒面接觸應(yīng)力的大小與小齒輪的分度圓直徑有關(guān)，即與齒數(shù)和模數(shù)的乘積有 關(guān)。因此在滿足彎曲疲勞強(qiáng)度的前提下，宜采用較小的模數(shù)和較多的齒數(shù)。這 樣除能增大重合度，改善傳動的平穩(wěn)性外，還因模數(shù)的減小而降低齒高，從而 減少金屬的切削量，節(jié)省制造費(fèi)用，同時(shí)還可以減少滑動速度，減小磨損，提 高抗膠合力。另外，考慮輪齒不發(fā)生根切現(xiàn)象，一般齒數(shù) Z=18～40。對于高速 傳動齒輪齒數(shù)可以選用多一些，對動力傳動齒輪，模數(shù)應(yīng)不小于 1.5～2mm. 對于硬齒面閉式齒輪傳動，應(yīng)保證足夠的齒根彎曲強(qiáng)度，這時(shí)齒數(shù)不宜選 用太多，一般可取 z1=17～20。為使以磨損失效為主的開式齒輪傳動具有一定 的壽命，模數(shù)一般要加大 10%～15%。 對于本設(shè)計(jì)，鑒于以上分析，可以初選模數(shù)為 2.5mm。各齒輪的齒數(shù)見主 傳動設(shè)計(jì)，本例選用其中的一個(gè)齒輪進(jìn)行分析，其齒數(shù)為 21。 3．2．3 傳動比和齒數(shù)比 齒輪的傳動比 i 為主動輪角速度與從動輪的角速度之比，而齒數(shù)比 u 為大 齒輪的齒數(shù)和小齒輪的齒數(shù)之比。對于閉式減速齒輪傳動，為使結(jié)構(gòu)緊湊，齒 輪傳動比不宜過大，一般取 i=5～7；對于載荷平穩(wěn)的齒輪傳動，為有利于齒輪 嚙合，u 可以取整；對于載荷不穩(wěn)定的齒輪傳動，兩齒輪齒數(shù)應(yīng)互為質(zhì)數(shù)。對 于本設(shè)計(jì)，相互嚙合的齒輪齒數(shù)就是采用互為質(zhì)數(shù)，如 19 和 21。 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 3．2．4 齒寬系數(shù)￠d 由強(qiáng)度公式可知，當(dāng)載荷一定時(shí)，增大齒寬可以減小齒輪直徑，降低齒輪 圓周速度。但增大齒寬，齒面上的載荷分布不均勻性也增大。因此要合理地選 擇齒寬系數(shù)。對于本設(shè)計(jì)，由相關(guān)的資料選取￠d=0.45,根據(jù) d 和 ￠d 可以計(jì) 算出齒寬 b,計(jì)算結(jié)果應(yīng)圓整,所以 b=￠d╳d=0.45╳52.5=23.7 取整為 24,在 本設(shè)計(jì)中齒輪的齒數(shù)相差不大,可以將所有齒輪的齒寬進(jìn)行等值取數(shù). 3． 3 齒輪的精度設(shè)計(jì) 齒輪的標(biāo)注比較簡單，由于本設(shè)計(jì)采用的齒輪齒數(shù)較小，因此在標(biāo)注設(shè)計(jì) 尺寸，只有齒寬 b 和輪轂長度 L 兩個(gè)尺寸。前者為自由尺寸，后者為軸系組件 裝配尺寸鏈中的一環(huán)。 為了保證齒輪加工的精度和有關(guān)參數(shù)的測量，標(biāo)注尺寸時(shí)要考慮到基準(zhǔn)面， 并規(guī)定基準(zhǔn)面的尺寸和形位公差。齒輪的軸孔和端面既是工藝基準(zhǔn)又是安裝的 基準(zhǔn)。為了保證安裝的質(zhì)量和切齒精度，對端面與孔中心線的垂直讀餓和端面 跳動均要有要求。齒輪的齒頂圓作為測量基準(zhǔn)試油兩種情況：一是加工時(shí)用齒 頂圓定位或找正，此時(shí)要控制齒頂圓的徑向跳動；另一種情況是用齒頂圓定位 檢驗(yàn)齒厚或基節(jié)尺寸公差，此時(shí)要控制齒頂圓公差和徑向跳動。 齒輪基準(zhǔn)面的尺寸公差和形位公差的項(xiàng)目以及相應(yīng)數(shù)值的確定都與傳動的 工作條件有關(guān)。通常按照齒輪的精度等級確定其公差數(shù)值。以下以具體的計(jì)算 來說明齒輪工作圖上需要標(biāo)注的尺寸公差和形位公差項(xiàng)目。 對于齒數(shù) Z=25，模數(shù) m=2.5 的齒輪而言： 1．確定齒輪的精度等級 由于該齒輪是鏜床分配箱中速度相對較高的齒輪，主要要求是傳動平穩(wěn)性 精度，所以首先考慮第Ⅱ公差組精度等級。根據(jù)圓周速度 =3.14╳3╳1000╳21/(60╳1000)m/s=3.15m/s）（ 106/??dnV? 由表 12-6、12-7 可見，在 3～15m/s 速度分段第Ⅱ公差組精度等級中，速 度不算高，而且普通機(jī)床對噪聲限制不是很嚴(yán)格，因此可以選用第Ⅱ公差組為 7 級。由于該齒輪對傳遞運(yùn)動準(zhǔn)確性較高，但是可以比第Ⅱ公差組精度等級低 一級，所以第Ⅰ公差組精度等級選定為 8 級。動力齒輪對齒面載荷分布均勻性 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 有一定要求，第Ⅲ公差組精度等級一般不低于第Ⅱ公差組，所以定為 7 級。所 以最后選定小齒輪的精度為：8-7-7 2．齒輪誤差檢驗(yàn)組的選擇及其公差值的確定 該齒輪屬于中等精度，且為批量生產(chǎn)，所以可以采用便于批量測量的檢驗(yàn) 查表 12-3 選定△Fi“，△Fw，F(xiàn)β 組成檢驗(yàn)方案。根據(jù)mmzd5.2.1??? 以及 b=24mm，查表 12-13、表 12-14、表 12-15，可得公差值：╳╳╳ 第Ⅰ公差組 △Fi“ =63um， △Fw=40um 第Ⅱ公差組 fi“=20um 第Ⅲ公差組 Fβ=11um 3．計(jì)算齒輪副側(cè)隙和確定齒厚極限偏差代號 （1）計(jì)算齒輪副的最小極限側(cè)隙 jimin 有表 12-10 按油池潤滑和 V=3.15m/s 查 得 jn1=(0.005～0.01)mn=(0.005～0.01)╳25mm=0.0125～0.025mm 取 jn1=0.0125 mm 由式（12-9）得 jn2= sina)21(2tta??? 根據(jù)齒輪和箱體的材料，從材料手冊上查得，鋼和鑄鐵的線膨脹系數(shù)分別為 a1=11.5 C?/06??C?/105.26??? 傳動中心距為 ??2)1(zmam5.2)(.? 所以, jn2= um5.130.sin10)35.60.(526 ?????? jimin= jn1+ jn2=0.0135+0.0125=0.026mm=26um (2)確定齒厚極限偏差代號 1)齒厚上偏差 由下列公式進(jìn)行計(jì)算: 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 ?? ???? ???? ??cos2014.11tan 22ffbjnfsE 式子中 Fβ 前面已經(jīng)查得 Fβ=11um; fpb 由表 12-14 按照 7 級精度查得 fpb=13um 由表 12-17 按 a=52.5mm,7 級精度查得 fa=23um 代入上述公式,得到: umsE35??? 有表 12-12 查得 ,則fbt14 5.23???fptsE 由表 12-9 查得齒厚上偏差代號為 E,因此 mufptsE028.142?????? 2)齒厚的下偏差 由公式 查表 12-13,82tanbrFsT???? 級精度 ;由表 12-11,br=1.26IT9=1.26×74um=93um 所以umrF45? umTS7394520tan2????? 由公式得: sEis10)8(????36.7140???fptiEs 由表 12-9 查得齒厚下偏差代號為 H,因此 umfptiEs1248?????? ??iT84? 所以齒輪的精度為:8-7-7EH GB10095-88 4.確定齒坯公差、表面粗糙度 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 齒輪內(nèi)孔是加工、檢驗(yàn)以及安裝的定位基準(zhǔn)，對于 7 級精度的齒輪，由表 12-18 查得：內(nèi)孔的尺寸公差為 IT7，內(nèi)孔直徑位 30mm，偏差按照基準(zhǔn)孔 H 選擇，即孔 ￠30 。內(nèi)孔的形狀公差按照 7 級決定或遵循包容原則。m023.? 定位端面的端面圓跳動公差由表 12-19 查得為 0.018mm。 齒頂圓只作為切齒加工的找正基準(zhǔn)，不作為檢驗(yàn)基準(zhǔn)，所以其公差可以選 為 IT11（見表 12-19 的注釋） ，齒頂圓直徑 mmhad 5.7).215.2(1* ????? 偏差按照基準(zhǔn)軸 h 選用，即 ￠ 019.7? 齒輪表面的粗糙度按 7 級查表 12-20，各表面粗糙度 Ra 分別為：齒面 Ra=1.6um,內(nèi)孔 Ra=1.6um,基準(zhǔn)端面 Ra=3.2um,齒頂圓 Ra=6.3um 5.公法線平均長度極限偏差的換算 公法線的公稱長度 W 及其跨齒數(shù) k,可以從機(jī)械設(shè)計(jì)有關(guān)手冊中查得或按照 下列公式進(jìn)行計(jì)算 ??zkm014.)2(476.1??? 35.9.0??zk 則將上述數(shù)字代入上式中得到:W=19.185mm 該齒輪為中模數(shù)齒輪,控制側(cè)隙的指標(biāo)宜采用公法線平均長度極限偏差 Ews、Ewi 按照下列公式進(jìn)行計(jì)算： umanFranTswEim 8.5620sin4.120cos84si4.1co 2.94i7.720 37i. ?????? ????? ?? 注：圖、表出自參考文獻(xiàn)[5] 6．齒輪工作圖 下圖為本設(shè)計(jì)的一個(gè)齒輪的工作圖。圖樣右上角應(yīng)列出的數(shù)據(jù)表如下表所示， 正式的工作圖上，通常利用圖框線作數(shù)據(jù)表上方和右邊線，并不寫出表格的名 稱。注 注：表及公式出自參考文獻(xiàn)[5] 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 0.12463上m)95-0.±87EH GB°.2wsWmt上32 1上fi“FB上 nahxZ上 67.5h1( )-0.926.31.5.423.3.10js6(±.8)32.H70 +.A, .上.上1.X45??R2GM61.9-上±0.2 圖 3-1 3.4 齒輪傳動的強(qiáng)度計(jì)算 對齒輪的強(qiáng)度計(jì)算包括兩個(gè)方面：齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算和齒根彎曲疲勞 強(qiáng)度計(jì)算。下面以具體的計(jì)算來說明對這兩個(gè)方面的考慮： （1） 為了防止齒面出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕，齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件為 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 ??H?? 式中 ;MPaH接 觸 應(yīng) 力 ， 單 位 為?? ??.許 用 接 觸 應(yīng) 力 ， 單 位 為 直齒圓柱齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件的校核表達(dá)式為： ?? ?)13.()1(21????HEHubdKTZ??? 式 齒 輪 傳 動 比載 荷 系 數(shù)大 齒 輪 寬 度 ， 單 位 為 ；查 表材 料 系 數(shù) ， 單 位 為 應(yīng) 力 的 影 響 ， 其 值 查 圖慮 節(jié) 點(diǎn) 齒 廓 形 狀 對 接 觸節(jié) 點(diǎn) 區(qū) 域 系 數(shù) ， 用 來 考???uKmbMPaZEH;57, 57 經(jīng)過查圖 7-15 得到 37.2?HZ 查表 7-5 得到 MPaE18 選取 9.03??ZK在 計(jì) 算 軸 時(shí) 已 經(jīng) 求 得mNT??965 將上述的數(shù)字帶入公式，得到 MPaH 1375.23089619.1837.2???? 由表 7-1 查得 ??PaH4????H?? 所以齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求 （2） 為了防止輪齒折斷，輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度條件為 ??F?? 式中 ??MPaF單 位 為為 許 用 彎 曲 疲 勞 應(yīng) 力 ， 為為 齒 根 彎 曲 應(yīng) 力 ， 單 位?; 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 計(jì)算 時(shí)，首先要確定齒根危險(xiǎn)截面，其次要確定作用在輪齒上的載荷作F? 用點(diǎn)。齒根危險(xiǎn)截面：將輪齒看作是懸臂梁，作與輪齒對稱中心線成 角并與?30 齒根過渡曲線相切的截面，此截面即為齒根危險(xiǎn)截面。而載荷作用點(diǎn)：嚙合過 程中，輪齒上的載荷作用點(diǎn)是變化的，應(yīng)將其中使齒根產(chǎn)生最大彎矩者作為計(jì) 算時(shí)的載荷作用點(diǎn)。輪齒在雙齒對嚙合區(qū)嚙合時(shí)，力臂較大，但此時(shí)有兩對輪 齒共同承擔(dān)載荷，齒根所受的彎矩不是很大。輪齒在單齒對嚙合區(qū)時(shí)，力臂雖 較前者稍小，但僅一隊(duì)齒承擔(dān)總載荷，因此，齒根所受的彎矩最大。所以應(yīng)以 對單齒對嚙合區(qū)上界點(diǎn)作為計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力時(shí)的載荷作用點(diǎn)。綜合考慮各種 因素，得到輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度為 ??)23(.2131 ???FsdFYmzKT???? 式中 ;85.06.187至范 圍 是重 合 度 系 數(shù) ， 一 般 取 值 查 得 ；復(fù) 合 齒 形 系 數(shù) ， 由 圖???YFs 其余的與齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件的校核公式中的意義相同 由圖 7-18 查得 并取 ； ； 將其代入公式，2.4?FsY7.0??Y43.1K?d? 得到： ??FMPa????95.189633 所以，經(jīng)過校核可知輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求。 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 30 4． 分配箱及其附件 4． 1 箱體的結(jié)構(gòu)型式 4．1．1 鑄造箱體 箱體一般運(yùn)用灰鑄鐵 HT150 或 HT200 制造，本設(shè)計(jì)采用 HT200。鑄造箱體適宜 成批生產(chǎn)，其剛性好，易獲得合理和復(fù)雜的外形，易于切削（特別是灰鑄鐵制 造的箱體） ，但是較重，本設(shè)計(jì)箱體上蓋、前蓋和后蓋采用單獨(dú)鑄造，然后用螺 釘連接。 4．1．2 鑄造箱體的結(jié)構(gòu)分析 箱體是支承和固定分配箱箱體零件及保證傳動件嚙合精度的重要機(jī)件，其 重量約占整個(gè)分配箱總重量的 50%，它對分配箱的性能、尺寸、重量和成本均 有很大的影響。箱體的具體結(jié)構(gòu)與分配箱傳動件、軸承和軸承部件以及潤滑密 封等密切相關(guān)，同時(shí)還應(yīng)綜合考慮使用要求、強(qiáng)度、剛度及鑄造、機(jī)械加工和 裝拆工藝等多方面的因素。 箱體結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能地減少機(jī)械加工面，以提高勞動生產(chǎn)率和減少刀具的磨 損。箱體上各軸承座的端面應(yīng)位于同一平面內(nèi)，且箱體兩側(cè)軸承座端面應(yīng)與箱 體中心的平面對稱，以便加工和檢驗(yàn)。 表 4-1 砂型鑄造的最小壁厚（mm） 鑄件尺寸 鑄鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 鋁合金 銅合金 ~200×200 8 6 6 3 3~5 200×200 6~8 6~10 12 4 6~8 500×500 15~20 15~20 6 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 31 4．1．3 箱體的結(jié)構(gòu)尺寸 由于箱體的結(jié)構(gòu)和受力情況比較復(fù)雜，目前尚無對箱體進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì) 算的成熟的方法，箱體的結(jié)構(gòu)尺寸通常根據(jù)其中的傳動件、軸和軸系部件的結(jié) 構(gòu)按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)關(guān)系在分配箱草圖的設(shè)計(jì)和繪制過程中確定。具體的選擇和計(jì)算 如下： 箱體（體）壁厚 δ：0.025a+Δ≥8 對于圓柱齒輪傳動,a 為低速級齒輪副的中心距,本設(shè)計(jì)中 a=62.5mm Δ=3mm 所以 0.025a+Δ=62.5×0.025+3=4.65mm 取 δ=15mm 箱蓋壁厚 δ1=0.85δ=0.85×15=12.75≥8 取 δ1=12mm 箱座凸緣厚度 b=1.5δ=1.5×15=22.5 取 b=25 mm 地腳螺栓直徑 df 及數(shù)目 n 當(dāng)齒輪副中心距 a≤100mm 時(shí),df =12mm,n=4 箱蓋、箱座聯(lián)接螺栓直徑 d2 =（0.6-0.6）df =0.5 ×12～0.6×12=6～7.2 取 d2=6mm 螺栓的間距:150～200mm d2、df 至箱體外壁的距離：C1min=18mm 取 C1=20mm d2、 df 至凸緣邊緣的距離：C2min=6mm 取 C2=20mm 4． 2 分配箱附件的選擇及結(jié)構(gòu) 4．2．1 油標(biāo) 油標(biāo)用來指示箱內(nèi)油面高度，種類很多，本設(shè)計(jì)采用直接觀察式游標(biāo) （GB/T1160） ，具體尺寸可以按國標(biāo)查表。 4．2．2 排油孔螺塞 為了換油及清洗箱體時(shí)排出油污，在箱體底座油池最低處設(shè)有排油孔，平 時(shí)排油孔用螺塞及封油墊封住，排油孔螺塞材料一般采用 Q235，封油墊材料一 般可用防油橡膠，工業(yè)用革或石棉橡膠紙，其結(jié)構(gòu)尺寸見下圖： 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 32 25.4)8M201.54X.19 圖 4-1 排油孔螺塞的直徑可以按照箱座壁厚的 2 倍選取，排油孔應(yīng)設(shè)在便于排油的一 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 側(cè)，必要時(shí)可以在不同的位置設(shè)置兩個(gè)排油孔以適應(yīng)總體布局之需。 4．2．3 起吊裝置 起吊裝置裝在箱蓋上，用以拆卸和吊運(yùn)箱蓋，也可以用來吊運(yùn)輕型的分配 箱。 4．2．4 定位銷 為確定箱蓋與箱座的相對位置，保證軸承座孔的鏜孔精度和裝配精度，應(yīng) 在箱體的聯(lián)接凸緣上距離盡量遠(yuǎn)處安置兩個(gè)定位銷，并盡量設(shè)置在不對稱位置。 常用定位銷為圓錐銷，其公稱直徑（小端直徑）可以取 d=（0.7-0.8）d2,d2 為 箱座凸緣聯(lián)接螺栓的直徑;其長度應(yīng)該稍大于箱體聯(lián)接凸緣的厚度,以利裝拆,圓 錐銷為標(biāo)準(zhǔn)件,本設(shè)計(jì)選用 GB/T117,具體尺寸按國標(biāo)查表. 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 34 5．分配箱的潤滑和密封 5． 1 分配箱的潤滑 分配箱中的齒輪等傳動件以及軸承在工作時(shí)都需要良好的潤滑。下面一一 闡述。 5．1．1 齒輪的潤滑 除少數(shù)低速（V2.5m/s 或循環(huán)潤滑可以選用中極壓齒輪油 N220。 5．1．2 軸承的潤滑 分配箱中的軸承常用分配箱內(nèi)用于潤滑齒輪的油來潤滑，分配箱中只要有 一個(gè)浸油齒輪的圓周速度≥1.5～2m/s,就可以采用飛濺潤滑.此時(shí),飛濺的油可 以形成油霧并能直接進(jìn)入軸承室。有時(shí)由于圓周速度尚不夠大或油的粘度較大， 鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 35 不容易形成油霧，此時(shí)為使?jié)櫥煽浚３Ｔ谙渥慕Y(jié)合面上制造出輸油溝， 讓濺到箱蓋內(nèi)壁上的油匯集在油溝內(nèi)，而后流入軸承室進(jìn)行潤滑。對于本設(shè)計(jì)， 油的粘度完全可以滿足飛濺潤滑，而且不需要開出輸油槽。 5． 2 分配箱的密封 分配箱需要潤滑的部位一般有軸伸出處、軸承室的內(nèi)側(cè)、箱體接合面和軸 承蓋，檢查孔和排油孔處。對于軸伸出處的密封采用氈圈式密封。即利用矩形 截面 毛氈圈嵌入梯形槽中所產(chǎn)生的對軸的壓緊作用，獲得防止?jié)櫥吐┏龊屯?界雜質(zhì)、灰塵等侵入軸承室的密封效果。毛氈圈選用氈圈 45 JB/ZQ4606-86 和氈圈 50 JB/ZQ4606-86，毛氈圈和槽的尺寸由表 8-158 查出。氈圈式密封 簡單，價(jià)廉，但對軸頸接觸面的摩擦較嚴(yán)重，主要用于脂潤滑以及密封處軸頸 圓周速度較低的潤滑。 對于其他處的密封有排油螺塞與箱體的接合面之間、箱蓋與箱體接合面間 都需要紙封油墊或皮封油圈。 臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 36 6.結(jié)論 本次課題涉及臺式車床車頭箱孔系加工分配箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),通過閱讀設(shè)計(jì)任務(wù) 書,我明確了設(shè)計(jì)的要求和工作條件;通過閱讀有關(guān)資料和圖紙,我擬定了設(shè)計(jì)計(jì) 劃,比較和選擇了傳動裝置的方案,根據(jù)所要加工零件的圖紙要求及切削用量手 冊,確定了各傳動齒輪的齒數(shù),并計(jì)算出各主軸轉(zhuǎn)速;設(shè)計(jì)計(jì)算了各級傳動件的參 數(shù)和主要尺寸,例如主軸、輸入軸以及分配箱內(nèi)傳動零件（齒輪） ，并對此進(jìn)行 了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算。經(jīng)過反復(fù)的修改和驗(yàn)算，最終達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。但是 在設(shè)計(jì)的過程中，由于知識層次和知識面的限制，對于一些先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法未 能有機(jī)的融合于自己的設(shè)計(jì)之中，例如直齒圓柱齒輪傳動是機(jī)械設(shè)備中最常用 的一種機(jī)械傳動方式，目前我們學(xué)生，即使是一些工廠的設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行齒輪 設(shè)計(jì)是常常會忽略兩個(gè)重要的因素：隨機(jī)參數(shù)的隨機(jī)性和設(shè)計(jì)邊界的模糊性， 因而很難設(shè)計(jì)出符合客觀實(shí)際的最優(yōu)方案，對于這兩個(gè)問題，我通過參觀工廠、 請教工廠里的技術(shù)人員，綜合考慮了多方面的因素，雖然還是采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì) 方案，但是在工廠調(diào)查的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修整，經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，該設(shè)計(jì)能夠達(dá)到 “經(jīng)濟(jì)、合理、實(shí)用”的要求，但是與客觀實(shí)際比較仍有一定的差距，如果能 夠掌握直齒圓柱齒輪傳動的模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，就能很好地解決這個(gè)問 題。 近年來，世界各國發(fā)展了許多新型的設(shè)計(jì)理論和方法，進(jìn)入了以試驗(yàn)研究 及理論計(jì)算為基礎(chǔ)的較高級階段，并且逐步形成了設(shè)計(jì)科學(xué)和設(shè)計(jì)方法學(xué)這樣 一門新興的學(xué)科，是研究設(shè)計(jì)程序、規(guī)律及設(shè)計(jì)中思維和工作方法的，它不僅 尋求產(chǎn)品本身的最優(yōu)化，還要實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造、試驗(yàn)、檢驗(yàn)的全過程以 至整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)化。例如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD） ，就是由計(jì)算機(jī)對機(jī)床產(chǎn)品 的有關(guān)資料進(jìn)行檢索；對有關(guān)的數(shù)據(jù)和公式進(jìn)行高速計(jì)算，進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)判斷， 實(shí)現(xiàn)綜合設(shè)計(jì)；通過圖象顯示，設(shè)計(jì)人員可用鼠標(biāo)或直接輸入命令語言對圖形 進(jìn)行修改，這種方法可做到按既定要求的優(yōu)化設(shè)計(jì)，而且可縮短設(shè)計(jì)周期，提 高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低成本和節(jié)省人力。如果我們能很好結(jié)合自己專業(yè)，學(xué)好 這一繪圖軟件并能做到與實(shí)際情況相結(jié)