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1、河南机电高等专科学校毕业设计说明书1 绪论12 气嘴构造及其工艺分析22.1气嘴工艺分析22.2 零件加工数据及计算23 机床变速箱设计方案选择43.1 拟定设计方案43.2 方案选择43.3 确定转速级数53.4 传动原理与传动链54 计算电动机功率84.1计算切削力84.2 电机计算功率及额定功率95 机床主传动系统设计115.1 主传动系组成115.2 齿轮传动的优点115.3 主传动系统设计原则115.3.1 传动副前多后少的原则115.3.2传动顺序与扩大顺序相一致原则125.3.3降速范围前慢后快原则126 确定带轮直径及齿轮参数136.1 带轮参数136.2 确定计算转速146.
2、2.1 主轴计算转速146.2.2 传动轴计算转速146.2.3 各齿轮计算转速146.3 各齿轮齿数147 各轴轴径和轴承参数167.1 主轴设计167.1.1 主轴组件构成与特点167.1.2 主轴基本直径167.1.3 主轴轴承177.1.4 主轴结构177.2 输入轴I的设计187.2.1轴的基本直径187.2.2 轴I支承轴承197.3 中间传动轴II的设计197.3.1 轴II基本直径197.3.2 轴II支承轴承207.4 轴承预紧208 齿轮，主轴，轴承校核228.1 齿轮的设计校核228.1.1 齿轮传动的要求228.1.2 所用校核参数228.1.3 校核258.1.4 各
3、齿轮参数268.2 校核轴268.2.1 主轴的性能要求268.2.2 各校核用参数278.2.3 主轴受力及载荷分布278.2.4 校核308. 校核轴承318.3.1 轴承应用特点318.3.2 各校核用参数318.3.3 轴承受力分析328.3.4 校核339 箱体的设计359.1支撑作用359.2 箱体与床身连接359.3 箱体材料36设计总结37参 考 文 献38致 谢39391 绪论本次的设计产品为四工位仪表机床床头箱即主轴箱或变速箱，是针对于汽车轮胎气嘴的专用加工而设计的。专用机床旋转工作台有四个工作位置、（如图2所示），分别对应工件的装卸、钻孔、扩孔和铰孔。主轴箱上装有三把刀具
4、，对应于工位的位置装钻头，的位置装扩孔钻，的位置装铰刀。刀具由专用电动机驱动绕其自身轴线转动。主轴箱每向左移动送进一次，在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔工作。当主轴箱右移（退回）到刀具离开工件后，工作台回转90，然后主轴箱再次左移，这时，对其中每一个工件来说，它进入了下一个工位的加工，依次循环四次，一个工件就完成装、钻、扩、铰、卸等工序。由于主轴箱往复一次，在四个工位上同时进行工作，所以每次就有一个工件完成上述全部工序。L轮胎气嘴的加工经常使用的机床多为普通常用型机床，加工范围广，工艺性强，适应能力较高,且多数体积尺寸各重量较大，功率大，对于小型零件的加工无疑是某种程度上的
5、学浪费，效率便有所降低，成本核算升高，而且为了增加生产率，设计一个更好，更小，更快捷的变速箱显得尤为重要。机床外形可参考图。2 气嘴构造及其工艺分析2.1气嘴工艺分析零件总体加工可采用普通专用仪表车床加工。首先夹持一端粗车削外圆，分七段车削加工，然后钻通孔，之后再车削二段外螺纹，其后镗削零件内部阶梯孔，而后攻顶端内螺纹，调换另一端夹持车外圆后镗削锥形孔。其零件图如下图2.1气嘴零件图示：2.2 零件加工数据及计算采用的毛坏为直径为=40mm、长度l=115mm的圆柱形。查询金属切削实用刀具技术，根据黄铜材料的切削性能，车外圆时转速就为最高，当背吃刀量为a=15mm、进给量f=0.20.6mm时
6、，其刀具的切削速度宜在80120m/min之间选取5，因黄铜材料较易于加工，且机床承载有限，本次取，又知成品的最小直径为,转速公式为 (式5.1)则主轴的最高转速为攻顶端内螺纹时主轴转速应该是最低，其它加工可在其之上的速度下进行，查询金属切削实用刀具技术，车削的螺纹最大应为左右，加工速度取=1.2m/min，因此主轴最低转速为 3 机床变速箱设计方案选择 由以上分析可知,加工该气嘴需要几个不同转速，据此，可拟定如下两种方案以备评定选择。3.1 拟定设计方案方案一：采用连杆传动和齿形条传动机构解决这个问题。连杆机构是由低副（转动副、移动副、球面副、及螺旋副等）将若干构件连接而成的，又称为低副机构
7、。由于平面连杆机构能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，且不易磨损而又便于加工，以及能由本身几何形状保持良好地接触等特点，而广泛用于机械和仪表中。方案二：采用齿轮副传动方式，由多级齿轮组成主传动系统中的变速机构，变速采用滑移齿轮传动，置于主轴箱（即床头箱）内，选用集中传动方式，再选用电动三爪卡盘，利于自动快速夹紧，且因传统机床设计中较多采用，其技术条件、设计要求、维修与防护等方面较为完善，可兼顾采用。3.2 方案选择方案一中，平面连杆机构有其不足之处，主要是连杆机构中作变速运动的构件惯性力及惯性力矩难以平衡；其二是连杆机构较难准确实现任意预期运动规律，设计方法比较复杂。对于方案二，技术设计难度相
8、当，且容易实现在加工中的自动化，机床对命令动作执行的较快，而且改造设备所需的零件（常用件与标准件）成本要求不是很高。其特点及传动优点将在以下设计中列出。综上，采用方案二进行设计。以下为本次设计机床的主要技术参数、规格性能、基本组成、传动原理及传动路线等。3.3 确定转速级数根据上述原则，又参考机床的传统设计思路及规律，对于普通的仪表机床而言，其切削加工时间相对于辅助时间较少，且结构稍为简单，要求的变速级数不多，常选用的公比较大。对于齿轮传动，降速比（即齿轮齿数比）过大，会造成机床结构尺寸过大，升速比过大，不但造成结构尺寸过大，还会增加传动误差，因此均应予以限制由机床设计手册可知，相邻转速公比的
9、选取原则如下，由于为递增，应该取1；为了限制转速损失，则取=2；为了方便记忆，取为标准公比值，即=，E为正整数。一般有如下原则，对于直齿圆柱齿轮，0.25= i =2，对于斜齿圆柱齿轮，0.25=i=2.5，在进给传动系统中，可适当放宽限制，通常取0.2= i =2.58。因此本次拟采用公比为i=2。由此可知，其变速范围为：又由于 (式5.2)即 ，两边取对数后可得 圆整后取标准级数为z=8，为了减小中间环节的变速结构，拟采用双速电动机，则相当于在主轴箱处加一级变速机构。3.4 传动原理与传动链其传动原理如下图3.1所示：图3.1 传动原理图其传动链有以下同几条:主传动，电机主轴；纵向进给，主
10、轴刀架纵溜板；横向进给，主轴刀架横溜板；螺纹切削进给，主轴-2-丝杠-刀架纵溜板。图中虚线代表固定传动比，、表示可变传动比部分即变速机构，用以改变运动的速度和方向，以适应不同加工的需要。以上三条进给传动链，都不是从电机直接传到各执行件的，而是从主轴传到执行件，对于螺纹进给传动链，须把刀架纵溜板与主轴联系起来，才能保证工件与刀具两者之间严格的运动关系。而对于纵向、横向进给传动链，因进给量是以主轴每转一转时刀架溜板的移动量（mm/r，毫米第转）来计算的，且要共用一套变速机构，因此，该两条传动链也就从主轴传到刀架纵溜板和横溜板。对专用仪表车床，其主参数是：第一主参数是床身上最大工件回转直径，第二主参
11、数是最大工件长度。机床的传动路线图如下图3.2所示：图3.2 传动路线图4 计算电动机功率 机床的动力参数主要是指机床驱动的各电动机的额定功率或转矩。包括主运动、进给运动、空行程运动的驱动电机功率。对于专用机床，其功率可根据特定工序的切削用量来计算或测定，因本次以车削为主，且以切削外圆时切削力最大，故以此计算并选取电动机。4.1计算切削力根据金属切削机床设计可知，在车削时，主切削力公式如下示， (式4.1)为在一定切削条件下与工件材料相关的系数为对切削力影响系数为对切削力的影响系数为实际切削与实验条件下不同时总修正系数，为修正系数的乘积本次切削最大背吃刀量=2mm，进给量,据上述工具书查得，对
12、于一般外圆切削，在主偏角取常用值时，约为1，可取值0.85，取值约为1.2，且各系数可取值如下， ， ，则 =* (式4.2) =1.06*1.04*1.02*1*1.06=1.192切削外圆时的主切削力，由式4.1 =1.272 kN由切削经验可知，背向力 =0.510.57 kN因本机床切削力较小，故取值约为0.52 kN，进给力 =0.3820.51 kN同样取较小值为0.45 kN。综上，总切削力为 (式4.3) =1.447 kN4.2 电机计算功率及额定功率据金属切削机床设计可知，主运动电动机功率为=+ (式4.4)又，切削功率为 (式4.5) =2.41 kW因机床结构尚未确定，
13、对空载功率及随载荷增加的机械损耗功率，尚无法以公式形式予以计算得出，可由以下公式5.6粗略估计主电动机功率， =/ (式4.6)为机床的总机械效率，通常主运动为回转运动时，其取值为0.750.85，因仪表机床传动系统结构简单工艺范围较小，且被加工零件外形尺寸不大，取=0.85，则机床主电动机功率为： =2.41/0.85 kW =2.835 kW又知，主电机功率在允许的范围内超载时的功率，对于间歇性工作的机床，允许电动机在较短时间内有较大的超载能力。额定功率是指设备在使用中能够输出的最大能量而不会对设备自身造成损害的一种能量值。电机额定功率可按如下公式修正， (式4.7)5 机床主传动系统设计机床的运动参数主要包括主运动速度范围与速度数列、进给量范围与进给量数列以及空行程速度。5.1 主传动系组成主传动系统一般由动力源（如电动机）、变速装置、执行件（如主轴、刀架、工作台）等组成。仪表车床的主运动为主轴的回转运动，拟采用齿轮变速传动，其变速系统必须满足工作性能和结构方面的要求，具体可指以下几方面：实现所需的变速范围与转速数列，并能传递所需的功率即动力以满足机床工作性能要求
