鏜BW150泵泵頭3-Φ50孔專用鏜床的分動箱設計【4張cad圖紙+文檔全套資料】
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設計鏜BW150泵泵頭3-Φ50孔專用鏜床的分動箱
摘 要
組合機床是根據(jù)工件加工需要，以通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效率專用機床。
本文根據(jù)BW150泵頭的結構特點、設計加工三個直徑為50的孔的組合鏜床及分動箱，首先分析BW150泵頭的加工工藝方案，采用“一面兩銷”的定位方案；然后繪出工件的工序圖及工件加工示意圖，為實現(xiàn)無級調速，安全可靠，選擇液壓滑臺；根據(jù)零件的大小及被加工孔的位置確定主軸箱的輪廓尺寸；由加工工藝選擇滾珠軸承主軸，通過計算扭矩確定主軸和傳動軸的直徑；繪出機床尺寸聯(lián)系圖；最后，設計分動箱，分動箱的齒輪的模數(shù)是通過計算齒面接觸強度和齒根彎曲強度確定的；軸上的鍵等零件選取相應的標準件。
本課題所設計的鏜BW150泵頭孔組合機床，保證了加工精度，提高了生產效率，減少了工人的勞動強度。而且在設計之中，盡量選用通用件，減少了制造成本，增加了經濟效益。
關鍵詞：組合機床，泵，一面兩銷，分動箱
Abstract
Combination machine tools is based on the workpiece processing needs, based on the general parts, a high efficient special machine match with a few special parts.
According to the structure characteristics of BW150, the pump head design processing machine and the transfer case three with a diameter of 50 hole, machining process plan first analysis of BW150 pump head, localization plan use "two sells at the same face"; then process diagram and schematic diagram of workpiece machining drawing workpiece, in order to realize the stepless speed regulation, safe and reliable, select the hydraulic slipway; according to the size of parts and the hole position to determine the overall size of the headstock; choicing ball bearing spindle by processing craft, by calculating the torque of the spindle and shaft diameter is decided; draw machine size contact map; finally, design transfer, transfer case gear modulus is determined by contact strength of tooth surface and the tooth root bending strength calculation; the key parts such as selection of standard parts corresponding.
Boring BW150 pump head hole this modular machine tool design, ensuring the precision of processing, improve production efficiency, reduce the labor intensity of the workers. And in the design, try to use common parts, reduce manufacturing cost, increase the economic benefit.
Keywords: combination machine, pump, a two pin, a transfer case
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
1 前 言 1
1.1 組合機床國內外研究現(xiàn)狀 1
2 組合機床總體設計 2
2．1 組合機床工藝方案的制定 3
2．2 組合機床配置型式及結構方案的確定 3
2．3 各側具體零部件的設計、計算及選擇 4
2.3.2 鏜Φ孔 4
3 組合機床分動箱設計 6
3.1 組合機床分動箱設計的基本結構 6
2.2 分動箱的設計步驟和內容 8
3.3 主軸結構形式的選擇及動力計算 9
3.4 傳動系統(tǒng)的設計與計算 11
3.5 分動箱坐標計算 12
3.5 分動箱中齒輪的計算 15
3.5.1 1與軸0相嚙合的齒輪 15
3.8 傳動軸直徑的確定和軸的強度校核 17
3.8.1 軸的直徑的確定 17
3.8.2 軸的強度校核 18
3.9 分動箱體及其附件的選擇設計 21
3.9.1 分動箱的選擇設計 21
3.9.2 分動箱上的附件材料的設計 21
第4章 結論 22
致 謝 23
參 考 文 獻 25
25
1 前 言
1.1 組合機床國內外研究現(xiàn)狀
1）國外研究現(xiàn)狀：
世界上第一臺組合機床于1908年在美國問世，30年代后組合機床在世界各國得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程的關鍵設備之一。從2002年年底第21屆日本國際機床博覽會上獲悉，在來自世界10多個國家和地區(qū)的500多家機床制造商和團體展示的最先進機床設備中，超高速和超高精度加工技術裝備與復合、多功能、多軸化控制設備等深受歡迎。據(jù)專家分析，機床裝備的高速和超高速加工技術的關鍵是提高機床的主軸轉速和進給速度。該屆博覽會上展出的加工中心，主軸轉速10000～20000r/min，最高進給速度可達20～60m/min；復合、多功能、多軸化控制裝備的前景亦被看好。在零部件一體化程度不斷提高、數(shù)量減少的同時，加工的形狀卻日益復雜。多軸化控制的機床裝備適合加工形狀復雜的工件。另外，產品周期的縮短也要求加工機床能夠隨時調整和適應新的變化，滿足各種各樣產品的加工需求。 然而更關鍵的是現(xiàn)代通信技術在機床裝備中的應用，信息通信技術的引進使得現(xiàn)代機床的自動化程度進一步提高，操作者可以通過網絡或手機對機床的程序進行遠程修改，對運轉狀況進行監(jiān)控并積累有關數(shù)據(jù)；通過網絡對遠程的設備進行維修和檢查、提供售后服務等。
2.國內研究現(xiàn)狀：
30多年來，我國組合機床通用部件經歷了一個從無到有、從點到面、從低到高的逐步發(fā)展的歷史時期。進入90年代，組合機床行業(yè)加快發(fā)展，行業(yè)的整體實力和新產品的質量及水平有了顯著的提高。目前的現(xiàn)狀的是：
a.組合機床制造技術由過去的以加工為主的單機及自動線向綜合成套方向轉化。b.組合機床的控制技術由傳統(tǒng)的程序控制技術向數(shù)控、計算機管理與監(jiān)控方向發(fā)展。c.組合機床的開發(fā)設計手段由過去的人工設計，轉向計算機輔助設計。
組合機床行業(yè)雖然取得了較大的進步與發(fā)展，但是，在制造技術高速發(fā)展的今天，由于基礎薄弱，從整體上看，與國外先進水平、與國內用戶的要求還存在著一定的差距，主要表現(xiàn)在：產品可靠性較差；可調可變性差；缺少必要的適應多品種加工的新品種；系列化、通用化、模塊化程度低，致使制造周期過長，滿足不了用戶要求。80年代以來，國外組合機床技術在滿足精度和效率要求的基礎上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機床的加工精度、多品種加工的柔性以及機床配置的靈活多樣方面均有新的突破性發(fā)展，實現(xiàn)了機床工作程序軟件化，工序高度集中，高效短節(jié)拍和多種功能的自動監(jiān)控。
1.2 本課題的意義
組合機床是根據(jù)工件加工需要，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效率專用機床。目前，組合機床主要用于平面加工和孔加工兩類工序。平面加工包括銑平面、锪（刮）平面、車平面；孔加工包括鉆、擴、鉸、鏜孔以及倒角、切槽、攻螺紋、锪沉孔滾壓孔等。隨著綜合自動化的發(fā)展，其工藝范圍正擴大到車外圓、行星銑削、拉削、推削、磨削、珩磨及拋光、沖壓等工序。此外，還可以完成焊接、熱處理、自動裝配和檢測、清洗和零件分類及打印等非切削工作。
組合機床在汽車、拖拉機、柴油機、電機、儀器儀表、軍工及縫紉機、自行車等輕工行業(yè)大批大量生產中已經獲得廣泛的應用；一些中小批量生產是企業(yè)，如機床、機車、工程制造業(yè)中也已推廣應用。組合機床最適宜于加工各種大中型箱體類零件，如汽缸蓋、汽缸體、變速箱體、電機座及儀表殼等零件；也可用來完成軸套類、輪盤類、叉架類和蓋板類零件的部分或全部工序的加工。
組合機床的設計，目前基本上有兩種情況：其一，是根據(jù)具體加工對象的具體情況進行專門設計，這是當前最普遍的做法。其二，隨著組合機床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人總結自己生產和使用組合機床的經驗，發(fā)現(xiàn)組合機床不僅在其組成部件方面有共性，可設計成通用部件，而且一些行業(yè)在完成一定工藝范圍內組合機床是極其相似的，有可能設計為通用機床，這種機床稱為“專能組合機床”。這種組合機床就不需要每次按具體加工對象進行專門設計和生產，而是可以設計成通用品種，組織成批生產，然后按被加工的零件的具體需要，配以簡單的夾具及刀具，即可組成加工一定對象的高效率設備。
2 組合機床總體設計
組合機床總體設計，針對BW150泵泵頭的零件特點，擬訂工藝和結構方案，并進行方案圖樣和有關技術文件設計。
2．1 組合機床工藝方案的制定
工藝方案的擬訂是組合機床設計的關鍵一步。因為工藝方案在很大程度上決定了組合機床的結構配置和使用性能。因此，應根據(jù)工件的加工要求和特點，按一定的原則、結合組合機床常用的工藝方法、充分考慮各種因素，并經技術經濟分析后擬訂出先進、合理、經濟、可靠的工藝方案。
此次設計的組合機床是用于加工BW150泵泵頭鏜孔專用組合機床，其工藝方案為鏜孔，其具體的加工工藝如下:
a. 鏜3-Φ孔至要求，
正確選擇組合機床加工工件采用的基準定位，是確保加工精度的重要條件。
本設計的后托架是殼體類零件，殼體類零件一般都有較高精度的孔和面需要加工，又常常要在幾次安裝下進行。因此，定位基準選擇“一面兩孔”是最常用的定位方法， 因此該被加工零件采用 “一面兩銷”的定位方案，定位基準和夾壓點見零件的工序圖。
該定位方案限制的自由度如下：以工件的底面為定位基準面，約束了x、y向的轉動和z向的移動 3個自由度。定位銷約束了x、y向的移動2個自由度。菱形銷約束了z向的轉動1個自由度。這樣工件的6個自由度被完全約束了得到了完全的定位。
2．2 組合機床配置型式及結構方案的確定
根據(jù)選定的工藝方案確定機床的配置型式，并定出影響機床總體布局和技術性能的主要部件的結構方案。既要考慮能實現(xiàn)工藝方案，以確保零件的精度、技術要求及生產率，又要考慮機床操作方便可靠，易于維修，且潤滑、冷卻、排屑情況良好。對同一個零件的加工，可能會有各種不同的工藝方案和機床配置方案，在最后決定采取哪種方案時，絕不能草率，要全面地看問題，綜合分析各方面的情況，進行多種方案的對比，從中選擇最佳方案。
各種形式的單工位組合機床，具有固定式夾具，通常可安裝一個工件，特別適用于大、中型殼體類零件的加工。根據(jù)配置動力部件的型式和數(shù)量，這種機床可分為單面、多面復合式。利用多軸想同時從幾個方面對工件進行加工。但其機動時間不能與輔助時間重合，因而生產率比多工位機床低。
在認真分析了被加工零件的結構特點及所選擇的加工工藝方案，又由單工位組合機床的特點及適應性，確定設計的組合機床的配置型式為單工位臥式組合機床。
2．3 各側具體零部件的設計、計算及選擇
2.3.1刀具的選擇
考慮到工件加工尺寸精度，表面粗糙度，切削的排除及生產率要求等因素，所以加工3個孔的刀具均采用單導向懸臂鏜刀。
2.3.2 鏜Φ孔
a. 切削用量的選擇
由參考文獻[9]表6-15 查得用高速綱刀具粗鏜鑄鐵的切削用量：v=20～25m/min，f轉=0.25～0.8mm/r,則選取v=22mm/min, f轉=0.4mm/min,由公式
求出鏜刀的轉速：n=140.27 r/min，圓整為n=140r/min,則實際切削速度vc由公式
求得vc=21.98m/min，工進速度vf=nf=140×0.4=56mm/min
b. 切削力，切削轉矩，切削功率及刀具耐用度的計算
刀具的切削力、切削轉矩、切削功率及刀具耐用度分別由以下公式求出
Fz=51.4apf0.75HB0.55
Fx=0.51ap1.2f0.65HB1.1
T=25.7Dapf0.75HB0.55
Fz =51.4×1×0.40.75×2140.55=494.58 N
Fx=0.51×11.2×0.40.65×2141.1=102.89 N
T=25.7×50×0.40.75×2140.55=12365N·mm
kw
c. 確定主軸類型、尺寸、外伸長度
滾錐軸承主軸：前后支承均為圓錐滾子軸承。這種軸承可承受較大的徑向和軸向力，且結構簡單、裝配調整方便，廣泛用于擴、鏜、鉸孔和攻螺紋等加工。因此選用滾錐軸承主軸。
求出滿足條件的最小直徑
（其中B=7.3）
mm
再由參考文獻[9]表3-6查取d=30mm,D/d1=40/30mm，主軸的外伸尺寸為75mm
d. 確定鏜桿直徑
由鏜孔直徑為Φ50mm，參考參考文獻[5]表2.5-4選取鏜桿的直徑為Φ35mm,鏜刀方截面直徑為10×10
e. 浮動卡頭的選擇
根據(jù)軸外徑Φ40mm，內徑Φ30mm，由參考文獻[9]圖8-2選擇浮動卡頭D×p=Tr28×3，根據(jù)鏜孔形式為單導向懸臂孔，采用較為普遍的內滾式單導向懸臂鏜孔，根據(jù)卡頭內徑尺寸d=Φ22mm及鏜孔直徑為Φ50mm,確定滑套的徑向尺寸d1=Φ40mm
f. 導向裝置的選擇
由參考文獻[9]表3-4查得導套的總長度：l1=106～159mm，導套口至工件的距離20～50mm，取導套的長為150mm，選取導套口至工件的距離為50mm
g. 工作循環(huán)及行程的確定
由于該動力箱只加工Φ50，行程主要由鏜孔Φ50決定工作進給長度，切入長度一般為5-10mm，取L1=8mm，加工長度L根據(jù)零件圖可知Φ50孔深60mm，算出工作進給L工=8+60=68 mm
快退長度的確定：一般選固定式夾具或鉆孔或擴孔機床上，動力頭快速退回行程只要將所有的刀具都退回至導套內，不影響工件裝卸即可，故快退尺寸由以下尺寸鏈可知
圖2-1 快進、快退尺寸鏈圖
l快退=50+60=110mm, l快進=50-8=42mm
h. 動力部件的選擇
由上文算出鏜削Φ50mm孔的輸出功率P切削=0.1776kw,設多軸箱的傳遞效率η=0.85，則動力頭輸入多軸箱的功率P多=kw
根據(jù)多軸箱功率P多=0.208kw，由參考文獻[9]表5-38，選用1TD25-IA型動力箱驅動（n馬達=520r/min,電機選Y100L-6型，功率為1.5kw）
已知工進Vf=40mm/min,進給力Fz=494.58N,又因1TD25-IA型動力箱的滑鞍長L=320mm, ，由參考文獻[9]表5-1選擇1HY25型滑臺及配套后底座1CC251。
3 組合機床分動箱設計
3.1 組合機床分動箱設計的基本結構
（一）組合鏜床主軸箱的用途及分類
主軸箱是組合機床的主要部件之一，分動箱是特殊的多軸箱，按專用要求進行設計，由通用零件組成。
（二）大型通用多軸箱的組成
1）多軸箱的組成
大型通用多軸箱由通用零件如箱體、主軸、傳動軸、齒輪和附加機構等組成。箱體、前蓋、后蓋、上蓋、側蓋等為箱體類零件；主軸、傳動軸、手柄軸、傳動齒輪、動力箱或電動機齒輪等為傳動類零件；葉片泵、分油器、注油標、排油塞、油盤和防油套等為潤滑元件。
在多軸箱體內腔，可安排兩排32mm寬的齒輪或三排24mm寬的齒輪；箱體后壁之間可安排一排或兩排24mm寬的齒輪。
2）多軸箱總圖繪制方法特點
（１）主視圖：用點劃線表示齒輪節(jié)圓，標注齒輪齒數(shù)和模數(shù)，兩嚙合齒輪相切處標注羅馬字母，表示齒輪所在排數(shù)。標注各軸軸號和驅動軸、液壓泵軸的轉速和轉向。
（２）展開圖：每根軸、軸承、齒輪等組件只畫軸線上邊或下邊一半，對于結構尺寸完全相同的軸組件只畫一根，但必須在軸端注明相應的軸號；齒輪可不按比例繪制，在圖形一側用數(shù)碼箭頭標明齒輪所在排數(shù)。
（三）通用箱體類零件
多軸箱的通用箱體類零件配套表詳見《組合機床設計簡明手冊》表７-４；箱體材料為HT200，前、后、側蓋等材料為HT150。多軸箱體基本尺寸系列標準規(guī)定，9種名義尺寸用相應滑臺的滑鞍寬度表示，多軸箱體寬度和高度是根據(jù)配套滑臺的規(guī)格那規(guī)定的系列尺寸選擇；多軸箱后蓋與動力箱法蘭尺寸結合面上連接螺孔、定位銷孔及其位置與動力箱聯(lián)系尺寸相適應；通用多軸箱結構尺寸及螺孔位置詳見《組合機床設計簡明手冊》圖7-1及表7-3。多軸箱的標準厚度為180mm，用于臥式多軸箱的前蓋厚度為55mm，用于立式的因兼作油池用，故加厚到70mm；基型后蓋的厚度為90mm，變形后蓋厚度為50mm、100mm和125mm三種，應根據(jù)多軸箱傳動系統(tǒng)安排和動力部件與多軸箱的連接情況合理選擇。如只有電機軸安排Ⅳ排或Ⅴ排齒輪，可選用厚度為50mm或100mm的后蓋，此時，后蓋窗口應按齒輪外廓加以擴大。
（四）通用主軸
使用鏜削類主軸
按支承形式可分為三種：
1）滾錐軸承主軸：前后支承均為圓錐滾子軸承。這種支承可承受較大的徑向和軸向力，且結構簡單、裝配調整方便，廣泛用于擴、鏜、鉸孔和攻螺紋等加工；當主軸進退兩個方向都有軸向切削力時常用此種結構。
2）滾珠軸承主軸：前支承為推力球軸承和向心球軸承、后支承為向心球軸承或圓錐滾子軸承。因推力球軸承設置在前端，能承受單方向的軸向力，適用于鉆孔主軸。
3）滾針軸承主軸：前后支承均為無內環(huán)滾針軸承和推力球軸承。當主軸間距較小時采用。
按與刀具的連接是浮動還是剛性連接，又分為短主軸和長主軸：多軸箱前外伸長度為75mm的滾錐軸承主軸稱為短主軸，采用浮動卡頭與刀具浮動連接，配以加長導向或雙導向，用于鏜、擴、鉸孔等工序；外伸長度大于75mm的主軸稱為長主軸，因主軸內孔較長，與刀具尾部連接的接觸面加長，增強了刀具與主軸的連接剛度、減少刀具前端下垂，采用標準導套導向或單導向，用于鉆孔、擴孔、倒角、锪平面等工序。
（六）通用傳動軸
通用傳動軸按用途和支承型式分為圓錐軸承傳動軸、滾針軸承傳動軸、埋頭傳動軸、手柄軸、油泵傳動軸、攻螺紋用蝸桿軸通用傳動軸的系列參數(shù)詳見，《組合機床設計簡明手冊》表4-4。通用傳動軸一般用45鋼，調質T235；滾針軸承傳動軸用20Cr鋼，熱處理S0.5~C59
（七）通用齒輪和套
多軸箱通用齒輪有：傳動齒輪、動力箱齒輪和電動機齒輪三種，其結構型式、尺寸參數(shù)及制造裝配要求詳見《簡明手冊》表7-21~表7-23。
2.2 分動箱的設計步驟和內容
多軸箱是組合機床的重要部件之一，分動箱和多軸箱類似，是一種特殊的多軸箱，它關系到整個組合機床質量的好壞。
1、繪制分動箱設計原始依據(jù)圖
多軸箱設計原始依據(jù)圖是根“三圖一卡”繪制的。其主要內容及注意事項如下：
（1）據(jù)機床聯(lián)系尺寸圖，繪制多軸箱外形圖，并標注輪廓尺寸及與動力箱驅動軸的相對位置尺寸。
（2）據(jù)聯(lián)系尺寸圖和加工示意圖，標注所有主軸位置尺寸及工件與主軸、主軸與驅動軸的相關位置尺寸。在繪制主軸位置時，要特別注意：主軸和被加工零件在機床上是面對面安放的。因此，多軸箱主視圖上的水平方向尺寸與零件工序圖上的水平方向尺寸正好相反；其次，多軸箱上的坐標尺寸基準和零件工序圖上的基準經常不重合，應根據(jù)多軸箱與加工零件的相對位置找出統(tǒng)一基準，并標出其相對位置關系尺寸，然后根據(jù)零件工序圖各孔位置尺寸，算出多軸箱上各主軸坐標值。
（3）根據(jù)加工示意圖標注各主軸轉速及主軸逆時針轉向（面對主軸看）可不標，只注順時針轉向。
表標明各主軸的工序內容、切削用量及主軸外伸尺寸等。
明動力部件型號及其性能參數(shù)等。
根據(jù)以上內容，在編制此圖時從“三圖一卡”中已知：
（1）軸箱輪廓尺寸400*320mm
（2）件輪廓尺寸及各孔位置尺寸
（3）件與分動箱相對位置尺寸
根據(jù)這些數(shù)據(jù)可編制出分動箱設計原始依據(jù)圖附表：
（1）加工零件
名稱：BW150泵頭 材料：HT150鑄鐵 硬度：HB175—255
（2）動力部件
1TD32Ⅰ型動力箱電機功率2.2kw，轉速940r/min，驅動軸轉速470r/min，驅動軸到滑臺表面距離為160mm，其他尺寸查動力箱裝配圖，包括下列內容：
1）主軸的位置尺寸及工件與分動箱的相關尺寸。
2）在圖中標注主軸轉向，由于標準刀具多為右旋，因此要求主軸一般為逆時針旋轉（面對主軸看），逆時針轉向可不標注，只注順時針方向。
3）圖中應標分動箱的外形尺寸及其他相關部件的聯(lián)系尺寸。
4）表標明工件材料，加工表面要求，并注出各主軸的工序內容，主軸外伸部分尺寸和切削用量等。
5）表明動力部件型號，功率N（千瓦），轉速n（r/min）和其他主要參數(shù)。
3.3 主軸結構形式的選擇及動力計算
（一）主軸結構形式的選擇
主軸結構形式由零件加工工藝決定，并應考慮主軸的工作條件和受力情況，鉆孔主軸進退都要切削，兩個方向都有切削力，選用前后支撐均為圓錐磙子軸承的主軸結構，主軸形式的選擇，除了軸承之外，還應考慮軸的結構，攻絲主軸因靠模桿在主軸孔內要做軸向移動，為了獲得良好的導向性，一般采用雙鍵結構，軸向不定位。
（二）主軸型式和直徑、齒輪模數(shù)的初步確定
主軸型式和直徑，主要取決于工藝方法、刀具主軸聯(lián)接結構、刀具的進給抗力和切削轉矩。如鉆孔時常采用滾珠軸承；擴、鏜、鉸孔等工序常采用滾錐軸承主軸；主軸間距較小時常選用滾針軸承主軸。滾針軸承精度較低、結構剛度及裝配工藝性都較差，除非軸距 限制，一般不選用。
主軸直徑按加工示意圖所示主軸類型及外伸尺寸可初步確定。傳動軸的直徑也可參考主軸直徑大小初步選定。待齒輪傳動系統(tǒng)設計完后再驗算某些關鍵軸頸。
齒輪模數(shù)m（單位為mm）一般用類比法確定，也可按公式估算，即
m≥3.0~
式中 P—齒輪所傳遞的功率，單位為kw；
z—一對嚙合齒輪中的小齒輪齒數(shù)；
n—小齒輪的轉速，單位為r/min。
初由模數(shù)可由下式估算，再通過類比確定：
m>=（30-32）
式中：N——齒輪傳動功率（kw）；
z——一對齒輪中小齒輪的齒數(shù)；
n——小齒輪的轉數(shù)（轉/分）
分動箱中的齒輪模數(shù)常用2、2.5、3、3.5、4幾種。為便于生產，同一分動箱中的模數(shù)規(guī)格最好不要多于兩種。在此選模數(shù)m1=2.5。
（三）分動箱的動力計算
分動箱的動力計算應包括計算分動箱所需功率和進給力兩項。
分動箱所需要的功率，應等于切削功率，空載消耗功率及與負載成正比的功率損失之和，即
N主=N切+N空+N損
式中：N主——分動箱總功率
N切——各主軸切削功率的總和；
N空——各軸空載消耗的總和；
N損——各軸損失功率的總和。
傳動系統(tǒng)確定前可按下式初步估算分動箱所需功率N主=N切/η
N切——各主軸切削功率總和；
η——組合機床分動箱傳動效率。
加工鑄鐵時取η=0.8-0.95，在此取η=0.85。
3.4 傳動系統(tǒng)的設計與計算
分動箱傳動設計，是根據(jù)動力箱驅動軸位置和轉速、各主軸位置及其轉速要求，設計傳動鏈，把驅動軸與各主軸連接起來，使各主軸獲得預定的轉速和轉向。擬定分動箱傳動系統(tǒng)的基本方法是：先把全部主軸中心盡可能分布在幾個同心圓上，在各個同心圓的圓心上分別設置中心傳動軸；非同心分布的一些主軸，也宜設置中間傳動軸；然后根據(jù)選定的各中心傳動軸再取同心圓，并用最小的傳動軸帶動這些中心傳動軸；最后通過合攏傳動軸與動力箱驅動軸連接起來。
1、對傳動系統(tǒng)的一般要求
設計傳動系統(tǒng)，應在保證主軸強度，剛度，轉速和轉向的前提下，力求使主要傳動件（主軸，傳動軸，齒輪等）的規(guī)格少，數(shù)量少，體積??；因此，在設計傳動系統(tǒng)時，要注意下面幾點：
（1） 盡量用一根中間傳動軸帶動多根傳動軸。
（2） 一般情況下，盡量不采用主軸帶動主軸的方案，因為這會增加主動軸的負荷，為使結構緊湊，分動箱體內的齒輪傳動副的最佳傳動比為1—1.5
（3） 分句轉速與扭距成反比的道理，一般情況下，如驅動軸轉速較高時，可采用逐步降速傳動。
（4） 粗加工切削力大，主軸上的齒輪應盡量安排靠近前支撐，以減少主軸的扭轉變形。
（5） 齒輪排數(shù)可按下面方法安排
不同軸上齒輪不相碰，可放在箱體內同一排上；
不同軸上齒輪與軸或軸套不相碰，可放在箱體內不同排上；
齒輪與軸相碰，可放在后蓋內。
2、主軸分布類型及傳動系統(tǒng)設計
（1）主軸分布類型
被加工零件上加工的位置分布是多種多樣的，但大致可歸納為
同心圓分布、直線分布和任意分布三種類型。在此采用此分布。
（2）傳動系統(tǒng)設計方法：
1）將主軸劃分為各種分布類型，盡可能使之成為同心圓分布，用一根中間傳動軸帶動多主軸；
2）定驅動軸的轉速，轉向及其在分動箱上的位置；
3）用最少數(shù)量的齒輪和中間傳動軸把驅動軸和各主軸連接起來；
4）分動箱的變速和操縱；
5）潤滑油泵安排。
本傳動系統(tǒng)設計如圖
3.5 分動箱坐標計算
坐標計算是組合機床分動箱中的一個特殊問題，坐標計算就是根據(jù)已知驅動軸和主軸的位置及傳動關系，精確計算出中間傳動軸的坐標，以便在繪制分動箱體零件加工圖時，將各孔的尺寸完整的標注出來，并用以繪制坐標檢查圖，作為傳動系統(tǒng)設計的全面檢查。
（一）選擇加工基準坐標系XOY，計算主軸、驅動軸坐標
1、加工基準坐標系的選擇 為便于加工分動箱體，設計時必須選擇基準坐標系。通常采用直角坐標系XOY。根據(jù)分動箱的安裝及加工條件，常有下述兩種方法：
坐標原點選在定位銷孔上。
坐標系的橫軸選在箱體底面。
2、計算主軸及驅動軸的坐標 根據(jù)分動箱設計原始依據(jù)圖，選定的基準坐標系XOY，計算或標出各主軸及驅動軸的坐標。如果零件上孔距尺寸帶有單向或雙向不等公差，則在標注坐標時，應把公差考慮進去，是孔距的名義坐標尺寸恰好位于公差帶的中央。
（二）繪制坐標檢查圖
在坐標計算完成后，要繪制坐標及傳動關系檢查圖，用以全面檢查傳動系統(tǒng)的正確性。
1、 坐標檢查圖的主要內容
（1）通過齒輪嚙合，檢查坐標位置是否正確；檢查主軸轉速及轉向。
（2）進一步檢查各零件間有無干涉現(xiàn)象。
（3）查液壓泵、分油器等附加機構的位置是否合適。
2、坐標檢查圖繪制的順序及要求
檢查圖可根據(jù)具體情況，用1：1繪制，其繪制順序及要求是：
（1）將選定的箱體外廓尺寸畫上，并根據(jù)坐標計算選定的基準坐標架，畫出箱體的橫坐標x和縱坐標軸y
（2）按已知及計算出的坐標值，在圖上標出個主軸，驅動軸及傳動軸的位置，注明軸號和主軸轉速，動力箱驅動軸和油泵的轉速和轉向等。
（3）畫出各主軸上齒輪的分度圓，注明各齒輪的排數(shù)、齒數(shù)、摸數(shù)及變位齒輪的變位量。
（4）為了醒目和便于檢查，可用各種不同顏色條畫出各軸，隔套外徑，軸承外徑，主軸防油套外套，附加機構的外廓及其相鄰個別軸的螺母外徑。
（三）分動箱總圖設計
1、 通用分動箱總圖的設計包括繪制主視圖，展開圖，側視圖以及繪制裝配表和制定技術條件。
（1）主視圖和側視圖。主視圖主要用意表明分動箱的傳動系統(tǒng)，齒輪排列位置，附加機構及潤滑油泵的位置，潤滑點的配制，手柄軸的位置和各軸的編號。因此，只要在原來設計的傳動系統(tǒng)基礎上，加上潤滑系統(tǒng)，軸的編號即可。畫出分動箱輪廓（寬、高），注上分動箱聯(lián)系尺寸（驅動軸的水平和垂直方向位置尺寸及最低主軸高度尺寸等）。
（2） 開圖 組合機床通用分動箱與普通機床變速箱相比，一方面主軸多，齒輪嚙合關系比較復雜；另一方面分動箱中各軸和傳動軸及其上的零件大多通用化，且排列是有規(guī)律的，其內容與畫法簡述如下：
1） 展開圖主要表示各軸裝配關系，主軸、傳動軸、齒輪隔套、防油套、軸承等的形狀和相對位置，圖中各零件的軸向尺寸要按比例畫出；各軸徑向可不按傳動關系和展開順序畫，圖中必須注明齒輪排數(shù)，軸的編號直徑和規(guī)格。
2）對結構相同的同類型主軸和傳動軸，可只畫一根，在軸上注明相同軸的號即可，對于軸向裝配結構基本相同，只是齒輪大小和排列位置不同的兩根軸,可以合在一起,即軸心線兩邊各表示一根.
3）展開圖上應完整標注分動箱的厚度尺寸和厚度有關的尺寸,主軸外伸部分度等。
總圖上還應有局部剖視表明動力箱與后蓋及前蓋與箱體間的定位結構。
（3）主軸和傳動軸裝配表
分動箱內的零件數(shù)量很多,規(guī)格不一,把每根軸（主軸、傳動軸、油泵軸）上齒輪套等基本零件的型號規(guī)格、尺寸參數(shù)和數(shù)量及標準件、外購件等，按軸號配套，用裝配表表示。這樣圖表對照清晰易看，節(jié)省時間，方便裝配。
（4）分動箱技術條件
在分動箱總圖上應注明分動箱安裝要求,包括:
1） 分動箱制造和驗收技術條件：分動箱按ZBJ58011-89《組合機床分動箱制造技術條件》進行制造，按ZBJ58012-89《組合機床分動箱驗收技術條件》進行驗收.
2）主軸精度等級：按JB3043-82《組合機床分動箱精度》標準進行驗收。
3） 加入分動箱的潤滑油種類,數(shù)量.
此外,要標注必要的設計,裝配,檢驗,調整和使用說明.
分動箱主要零件圖的設計
分動箱中的零件絕大多數(shù)是通用件,標準件和外購件,不需要設計零件圖.
3.5 分動箱中齒輪的計算
3.5.1 1與軸0相嚙合的齒輪
a．選材：
小齒輪材料選用45號鋼，調質處理，HB=217~255，
σHP1=580 Mpa，σFmin1=220 Mpa
大齒輪材料選用45號鋼，正火處理，HB=162~217，
σHP2=560 Mpa，σFmin2=210 Mpa
b. 由參考文獻[2]（以下簡稱[2]）式（5—33），計算應力循環(huán)次數(shù)N：
N1=60njL=60×470×1×8×11×250=6.2×108， N2=N1/i=6.2/3×108=2.6×10
查[4]圖5—17得 ZN1=1.05，ZN2=1.16，由式（5—29）得
ZX1=ZX2=1.0，取SHmin=1.0，ZW=1.0，ZLVR=0.92，
[σH]1=σHP1ZLVRZWZX1ZN1/SHmin=580×1.05×0.92=560.28 MPa
[σH]2=σHP2ZN2ZX2ZWZLVR/SHmin=560×1.16×0.92=597.63 MPa
∵[σH]1> [σH]2，∴計算取[σH]= [σH]2=560.28 Mpa
c. 按齒面接觸強度計算中心距（由于小齒輪更容易失效故按小齒輪設計）：
∵u=i34=4，фa=0.4，
ZH=√2/cosα·sinα=√2/cos200 ·sin200 =2.5
且由[2]表11-5有 ZE=189.8，取Kt·Z=1.1
∴ [2]式5-18計算中心距：
a≥（1+u）[KT1 （ZE ZHZε/[σH]）2 /（2uφa）]0.5=1×[1.1×21572×2.5×189.8/（2×4×0.4×560.28）]0.5=79.4㎜
由[1]表4.2-10 圓整 取 a=100㎜
d．齒輪參數(shù)設計：
m=（0.007～0.02）a=180（0.007～0.02）=1.26～3.6㎜
查[2]表5-7取 m=2.5㎜
齒數(shù)Z1=2a/m（1+u）=2×100/2.5（1+3）=20
Z2=uZ1=20×3=60 取Z2=60
則實際傳動比 i=60/20=3
分度圓直徑 d1=mz1=2.5×20=50 ㎜，d2=mz2=2.5×60=150㎜
齒頂圓直徑 da1= d1+2m=55㎜，da2=d2+2m=155㎜
齒根圓直徑 df1= d1-2.5m=64-2.5×2.5=57.75㎜
df2= d2-2.5m=155-2.5×2.5=148.75㎜
圓周速度 v=∏d1n2/60×103
=3.14×155×156/60×103 =1.26 m/s，
中心距 a=（d1+d2）/2=100㎜
由[2]表5-6，選齒輪精度為8級e. 驗算齒面接觸疲勞強度
按電機驅動，載荷平穩(wěn)，由[2]表5-3，取KA=1.0；由[2]圖5-4（d），按8級精度和VZ/100=∏dn/60000/100=0.30144，得Kv=1.03；由[2]表5-3得Ka=1.2；由[2]圖5-7和b/d1=72/60=1.2，得KB=1.13；
∴ K=KvKaKAKB=1.03×1.2×1.0×1.13=1.397
又∵ɑa1=arccosdb1/da1=arccos（60.14/68）=28.0268=281 36；
ɑa2 = arccosdb2/da2=arccos（2240.56/260）=22.0061=220 17
∴重合度 εa=[z（tanɑa1-tanɑ）+ z（tanɑa1-tanɑ）]/2∏=[32（tan28.0268-tan20）+128（tan22.0061-tan20）]=1.773
即Zε=√（4-εa）/3=0.862，且 ZE=189.8，ZH=2.5
∴ σH =ZHZEZε√2KT1（u+1）/bd2 1u=2.5×189.8×0.862√2×1.397×83510×5.8065/（72×622 ×5.024）=240.63﹤[σH ]=560.28 Mpa
∴ 小齒輪滿足接觸疲勞強度，且大齒輪比小齒輪接觸強度高，故齒輪滿足接觸強度條件
f．齒輪彎曲疲勞強度校核：
按Z1=32，Z2=128，由[2]圖5-14得YFa1=2.56，YFa2=2.18；由[2]圖5-15得Ysa1=1.65，Ysa2=1.84
由[2]式5-23計算
Y=0.25+0.75/εa=02.5+0.75/1.773=0.673
由[2]圖5-19得YN1=YN2=1.0，
由[2]式 5-32切m=2﹤5㎜，得YX1=YX2=1.0
取YST=2.0，Sfmin=1.4，由[2]式5-31計算許用彎曲應力：
[σF1]= σFmin1YFa1Ysa1YST/ Sfmin =220×2.0/1.4=314.29 Mpa
[σF2]= σFmin2YFa2Ysa2YST/Sfmin=210×2.0/1.4=300 Mpa
∵[σF1]﹥[σF2]， ∴[σF]=[σF2]=300 Mpa
由[2]式5-24計算齒跟彎曲應力：
σF1=2KT1YFa1Ysa1Y/bd1m=2×1.397×2157.2×2.56×1.65×0.673/（2×64×64）=48.2 ﹤300 Mpa
σF2=σF1YFa2Ysa2/YFa1Ysa1=71.233×1.84×2.18/（2.56×1.65）=36.9﹤300 Mpa
∴兩齒輪滿足齒跟彎曲疲勞強度
3.8 傳動軸直徑的確定和軸的強度校核
3.8.1 軸的直徑的確定
T總=T1i1+T2i2+…+Tnin (3-1)
式中Tn—作用在第n根主軸上的轉矩，單位為N·m
in—傳動軸至第n個主軸之間的傳動比
軸1：T1=T1i1+T2i2=2T1i1=2×3.18×0.707=4.49 N·m
由公式計算出直徑mm ,查參考文獻[9]表3-4，選取直徑d10=20mm。
軸4、軸5：因軸4上有一排齒輪，因此軸不承受扭距，其直徑由彎距計算可得，因其承受的彎矩也比較小，參照其他軸，選取d11=20mm。
軸2：T13=T7i7+T8i8+T9i9=3T7i7=3×3.18×0.82=7.8228 N?m
由公式計算出直徑mm ,查參考文獻[9]表3-4，選取直徑d13=25mm。
軸3：同軸2，選取直徑d13=25mm。
選取油泵軸的直徑 d16=20mm。
3.8.2 軸的強度校核
軸在初步完成結構設計后，進行校核計算。計算準則是滿足軸的強度或剛度要求。進行軸的強度校核計算時，應根據(jù)軸的具體受載及應力情況，采取相應的方法，并恰當?shù)剡x取其許用應力，對于用于傳遞轉矩的軸應按扭轉強度條件計算，對于只受彎矩的軸（心軸）應按彎曲強度條件計算，兩者都具備的按疲勞強度條件進行精確校核等。
在本設計中軸的直徑是按強度公式計算進行選擇，因此并不是要對主軸箱內所有的軸都進行校核，只是對那些承受彎、扭矩相對交較大的軸進行強度校核。在這里對長主軸2進行強度校核。
a. 求出主軸上的轉矩 T
在工作時，主軸上所承受的功率P=0.153kw（不計齒輪的嚙合損耗和軸承損耗的功率）。則
N·mm
b. 求作用在齒輪上的力
mm
N
N
c. 軸的受力分析
1 .畫軸的受力分析圖
2. 計算支承反力：
在水平面內
N
N
在垂直平面內
N
N
3. 畫彎矩圖（見圖3-8）
在水平面內，a-a剖面左側 MaH=Ftl1=293×43=12599 N·mm
a-a剖面右側 M’aH=FH2l2=82.3×153=12591 N·mm
在垂直平面內，a-a剖面左側 MaV=Frl1=106.6×43=4583.8 N·mm
a-a剖面右側 M’aV=FV2l2=30×153=4590 N·mm
合成彎矩，a-a剖面左側
N·mm
a- a剖面右側
N·mm
4. 畫轉矩圖
T=19784 N·mm
圖3-8 軸的彎矩、扭矩圖
d. 危險截面的判斷
截面左右的合成彎矩右側相對左側大些，扭矩為T，則判斷左側為危險截面，只要右側滿足強度要求即可。
e. 軸的彎扭合成強度校核
由參考文獻[13]表11.2查得[σ]=[ σ-1]=60 Mpa,
a-a剖面左側
mm3
f. 軸的疲勞強度安全系數(shù)校核
根據(jù)參考文獻[13]表11.2查得，，，，
截面左側
由參考文獻[13]附表11.2查得，；由附表10-4查得絕對尺寸系數(shù)，；軸經磨削加工，由附表11.4得表面質量系數(shù)。則
彎曲應力 ，
應力幅
平均應力
切應力
安全系數(shù)
查參考文獻[13]表11.8得許用安全系數(shù)， ，則剖面安全，即主軸的強度滿足要求。
3.9 分動箱體及其附件的選擇設計
3.9.1 分動箱的選擇設計
該分動箱選用400×320的通用多軸箱體,分動箱體材料為HT200,前后蓋的材料是HT150,雖然分動箱是通用的，但為了滿足具體的使用要求,故在此基礎上進行了一系列的補充加工,其補充加工的情況可參見補充加工圖。
3.9.2 分動箱上的附件材料的設計
a. 分油器
本分動箱中分油器選用B-ZIR31-2-36型分油器,其作用是把油分成幾路,分別潤滑不同排數(shù)的齒輪及軸承,以便于保證軸承,齒輪有一定的使用壽命,減少摩擦和磨損,降低振動,消耗發(fā)熱。
b. 油杯
油杯是用來給箱體注油用的,以保證箱體內油量滿足使用要求。
c. 油塞
油塞是用來放油用的,應該置在箱體的底部,由于該分動箱是臥式組合機床,故活塞放置在箱體上,放油孔螺母與凸臺之間應加封油圈密封。
d. 油標
油標是用來指示油的高度的,應該放置在便于檢查及油面較穩(wěn)定處,該分動箱選用管狀油標(GB1162-79)放置在箱體側。
第4章 結論
本課題的鏜BW150泵頭組合鏜床分動箱設計對擴大BW泵頭機的生產能力，提高生產率，增加經濟效益起著很大的作用。
關于組合鏜床的分動箱及總體設計，涉及內容之廣，參考資料之多，該設計的內容大都已涉及到，總體方案還是較合理，尤其機床總圖已達要求，示意圖中鏜刀布置基本能達到加工的技術特性，整個機床采用的液壓滑動，電氣控制，自動化程度高，對減輕工人的勞動強度有明顯效益，且對工人的技術要求不高，整個鏜床還具有調整、修養(yǎng)、維修方便的特點，所選通用零部件都符合規(guī)定參數(shù)。
但由于這是初次設計，經驗不足，水平有限有許多不合理的地方，敬請老師同學批評指正，提出寶貴的意見，以便及時糾正。但就總體而言，本次設計，仍然是個能夠滿足工藝技術要求的方案。在今后的工作中總結經驗教訓，立志提高效益，達到最佳效果。
致 謝
歷時兩個多月的畢業(yè)設計，在 老師的悉心指導下，現(xiàn)已劃上了圓滿的句號。
在設計過程中，老師精益求精的工作作風使我受益匪淺，他及時的了解我設計中遇到的難題，幫助我解決了不少問題。老師耐心地給我們講解有關方面的知識，使我得以在短時間內完成設計工作。同時，教導我們不管是在以后的工作還是學習中，都要保持治學嚴謹?shù)膽B(tài)度。在本次畢業(yè)設計中，老師及其他指導老師付出了辛勤的勞動，我向他們表示衷心的感謝。
此次設計得到了許多同學的幫助和指點，在此一并表示感謝！
參 考 文 獻
[1] 王文斌主編.機械設計手冊(第三卷).北京：機械工業(yè)出版社，2005
[2] 王文斌主編.機械設計手冊(第二卷).北京：機械工業(yè)出版社，2005
[3] 胡家秀主編.機械零件設計實用手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1999
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[14] 陳秀寧、施高義．機械設計課程設計.杭州：浙江大學出版社，1995
[15] 姚永明主編.非標準設備設計.上海：上海交通大學出版社，1999
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