【正文】 D 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機床動力頭系統(tǒng)的設(shè)計 16 4 重要零件的設(shè)計 主軸部件是機床實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動前的執(zhí)行件，是機床上的一個重要部件。當載荷帶有些沖擊時，應(yīng)主要使用塑性材料。組織均勻、韌性較好、夾雜物少的鋼材的疲勞強度都較高。由于結(jié)構(gòu)形 狀對零件的剛度有明顯的影響，設(shè)計中常通過改變結(jié)構(gòu)來調(diào)整零件的剛度。鋼－青銅、鋼－軸承合金組成的摩擦副就具有良好的減摩性能。當零件在 機床上的加工量很大時，應(yīng)當考慮材料的可切削性能，減小刀具磨損，提高生產(chǎn)效率和加工精度。本文將在以后的章節(jié)中，針對具體零件的磨損介紹材料的選用。這對材料提出了鑄造性、可焊性的要求。有時可以將零件設(shè)計成組合結(jié)構(gòu)，用兩種材料制造，如蝸輪的齒圈和輪轂、滑動軸承的軸瓦和軸承襯等，從而節(jié)省貴重材料。因此，在滿足使用要求的前提下，軸的結(jié)構(gòu)形式盡量簡化。陰齒，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是周設(shè)計中的重要 內(nèi)容。而對功能高度要求高的軸（如車床主軸）和受力打的細長軸，還應(yīng)進行剛度計算，以防止發(fā)生共振而破壞 [17]。 北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機床動力頭系統(tǒng)的設(shè)計 19 主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：主軸的前后徑及為固定錐齒輪銑削鍵槽的大小，軸的端部和鍵槽的 中心的距離及伸出套筒的長度。根據(jù)《機械設(shè)計》表 153，取 1100 ?A ，根據(jù)公式： ? ?? ?3m in 033003009550000. 29550000. 2 nnPdAnpApA????? 計算得： mind = 由于鍵槽的影響及孔的影響，故： ?? m in39。mm； ? ?1?? 對稱循環(huán)變應(yīng)力時軸的許用彎曲應(yīng)力，其值按表 31 選用。 北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機床動力頭系統(tǒng)的設(shè)計 23 表 42 軸的危險截面各部分受力 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 12900 , 900N H N HF N F N?? 12334 , 334N V N VF N F N?? 彎矩 M 15430HM N mm?? 12425 20 , 425 20 ,VVM N m m M N m m? ? ? ? 總彎矩 1 45240M N mm?? ， 2 45240M N mm?? 扭矩 T 171000T N mm?? Fn h1FtFn h2Fn h1FrFn v2Fnv1=Fa FaMHMVMTFrFtFaFn h1 Fn v2Fn v2 Fn h1T 42 軸的載荷分析圖 北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機床動力頭系統(tǒng)的設(shè)計 24 （ 3）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面 C）的強度。各種軸承載荷能力一般以額定載荷比表示。增大承受軸向載荷能力 提高。 （ 2）高速性能 北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機床動力頭系統(tǒng)的設(shè)計 25 一般摩擦力矩小、發(fā)熱量小的軸承高速性能好。在相同內(nèi)徑時，外徑越小，滾動體越輕越小，運轉(zhuǎn)時滾動體作用在外圈上的離心力也越小，因此更適于較高轉(zhuǎn)速下工作。高速重載的軸承需驗算其極限轉(zhuǎn)速。 （ 4）調(diào)心性能 當軸兩端軸承孔同軸性差（制造誤差或安裝誤差所致）或軸的剛度小，變形較大，以及多支點軸，均要求軸承調(diào)心性好，這時應(yīng)選用調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承。 鍵的 尺寸則按符合標準規(guī)格和強度要求來取定。一般輪彀的長度可取為 L180。 鍵的 類型選擇： 鍵的選擇分為類型選擇和尺寸選擇兩方面， 鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)、使用特性及工作條件來選擇。 4243 鍵的結(jié)構(gòu)圖 假設(shè)載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接的強度條件為 2 mppTkld???????? 式中： mT 傳遞的轉(zhuǎn)矩 N 45 六角頭油塞 軸筒的底部用于儲油，所以下部開一個用于放置六角頭油塞孔，箱體內(nèi)的清洗和換油。 首先要擬定工藝過程，必須理解擬定工藝過程的原則。另外，先以孔為粗基準加工平面，再以平面為精基準加工孔，這樣，可為孔加工提供穩(wěn)定可靠的定位基準，并且加工平面時切去了鑄件的硬皮和凸凹不平，對后工序孔的 加工有利，可減少鉆頭引偏和崩刃現(xiàn)象，對刀調(diào)整也比較方便。 粗、精加工分開進行，會使機床，夾具的數(shù)量及弓箭安裝次數(shù)增加，而使成本提高，所以對于單件。 加工工藝為： 1） 下料為∮ 100x160 的鑄件。 5） 鉗工劃線，找正將各孔位置并畫出來。在軸筒的底部用一個用螺紋連接的筒底來儲油。 北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機床動力頭系統(tǒng)的設(shè)計 32 5 潤滑與密封 潤滑和密封對機床的工作壽命和效率都很重要，對周圍的環(huán)境都有一定的影響，因此選擇潤滑方式，潤滑油和密封的選擇如下： （ 1）潤滑方式的選擇 潤滑方式有飛濺潤滑，刮板潤滑，侵油潤滑，潤滑脂潤滑，本設(shè)計齒輪的轉(zhuǎn)速 900r/min，為 15m/s，選用飛濺潤滑，飛濺的油可形成油霧并能直接濺入軸承室。 3） 調(diào)制處理，去除內(nèi)應(yīng)力。 北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機床動力頭系統(tǒng)的設(shè)計 31 （ 3） 合理的安排熱處理工序 為了消除鑄件中的內(nèi)應(yīng)力，在毛坯鑄造后安排一次人工時效處理，有時甚至在半精加工之后還要安排一次時效處理，以便消除殘留的鑄造內(nèi)應(yīng)力和切削加工時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。要求精度較高的箱體，一般要粗、精加工分開進行，即在主要平面和各支承孔的粗加工之后再進行主要平面和各支承孔的精加工。先加工平面，后加工孔，是箱體加工的一般規(guī)律。油塞材料為 Q235 封油圈為耐油橡膠。 軸筒的設(shè)計 44 軸筒的結(jié)構(gòu)圖 軸筒的結(jié)構(gòu)如上圖所示，軸筒的直徑為∮ 95mm，高度為 150mm，壁厚為10mm,設(shè)計最上面的 4x∮ 8 的孔是用于連接軸筒與拉桿和釘板固定板箍子，接著是兩個 50x12 的方槽是用于 8mm 軸上軸承的固定的固定板，接著下面 M12 的螺紋孔北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機床動力頭系統(tǒng)的設(shè)計 30 是用來安裝油標尺。平鍵連接具有結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，對中性較好，根據(jù)實際條件選擇平鍵連接。所選定的鍵長亦應(yīng)符合標準規(guī)定的長度系列。鍵的截面尺寸 b h 按軸的直徑 d 由標準中選 定。 驗算軸承的壽命 由于軸承在常溫下工作， t＜ 120℃ ,查機械設(shè)計手冊中的表知 1tf? ，因為該機器為實驗用機器設(shè)備，利用率不高，查表知道預(yù)期計算壽命為 120xx～ 20xx0h，用公式計算軸承的壽命為 61060h CL nP???? ???? （ 43） 其中 P為當量動載荷 （ P 取軸向載荷 rF =150N） 對于球軸承 ? =3 北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機床動力頭系統(tǒng)的設(shè)計 26 C 為基本額定動載荷 由已知得： 361 0 3 3 2 06 0 1 0 0 0 1 5 0180712hhLL??? ??? ??? 該軸承壽命符合要求。在選擇軸承結(jié)構(gòu)類型時，應(yīng)使其軸有鈾向游動的可能性。保持架的材料與結(jié)構(gòu)對軸承轉(zhuǎn)速影響很大。徑向載荷小時，選用深溝球軸承 ：徑向載荷大時，選用圓柱滾子軸承。若軸向載荷較大而徑向載荷較小時，可選用推力角接觸球軸承、推力圓錐滾子軸承。純軸向載荷作用，選用推力球軸承或推力滾子軸承。 軸承的選擇與校核 通常選擇軸承類型時應(yīng)綜合考慮下列主要因素： （ 1） 載荷情況 載 荷是選擇軸承最主要的依據(jù)，通常應(yīng)根據(jù)載荷的大小、方向和性質(zhì)選擇軸承。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可 以看出截面 C 是軸的危險截面。根據(jù)公式： ? ? ? ?222214 2caMTMTW W W??????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ 41） 式中： ca? 軸的計算應(yīng)力， Mpa； M 軸所受的彎矩， N （ 1）求作用在錐齒輪上的力，錐齒輪壓力角為： 20176。 軸上零件的定位及參數(shù)的確 定 跟據(jù)軸上零件的位置，初步確定軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示 ： 2? 413295 35 41 8mm軸的結(jié)構(gòu)圖 為了錐齒輪的軸向固定，右端部為了裝夾銑刀設(shè)置直徑大于左端部的直徑，大徑部分的右端面用于錐齒輪的軸向固定，右邊鍵槽用于錐齒輪的周向固定，右邊孔時用于軸套的軸向固定，進而限制軸承的軸向竄動。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強度。 軸的設(shè)計是根據(jù)軸上零件的設(shè)計的安裝、定位以及軸的制造手工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。 軸的結(jié)構(gòu)工藝性是指軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便于加工和裝配軸上的零件，并且生產(chǎn)率高，成本低。當零件在機床上的加工量很大時，應(yīng)當考慮材料的可切削性能，減小刀具磨損，提高生產(chǎn)效率和加工精度。鋼－青銅、鋼－軸承合金組成的摩擦副就具有良好的減摩性能。有時可以將零件設(shè)計成組合結(jié)構(gòu)，用兩種材料制造，如蝸輪的齒圈和輪轂、滑動軸承的軸瓦和軸承襯等，從而節(jié)省貴重材料。這對材料提出了鑄造性、可焊性的要求。本文將在以后的章節(jié)中，針對具體零件的磨損介紹材料的選用。受沖擊載荷較大的零件，應(yīng)選擇沖擊韌性較好的材料制造。對于接觸應(yīng)力大的零件，可以對材料進行局部強化處理，如調(diào)質(zhì)、滲碳、滲氮等，改善材料的表面性能。 理解了零件的使用要求和掌握了材料的機械性能的基礎(chǔ)上，一般考慮以下幾方面： （ 1）強度 首先考慮承受載荷的狀態(tài)和應(yīng)力特性。 齒輪強度的校核： 齒輪的材料為 45鋼 ， HB＜ 350， 7 級精度 彎曲疲勞強度的校核 已知條件： AVK K K K K??? ? ? ? (39) 查表知 AK = VK =1 北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機床動力頭系統(tǒng)的設(shè)計 15 1 .5 1 .5 1H F H beK K K? ? ?? ? ? ? (310) ? 1m? 所以可以利用下式算出 ? ?( 1 0 .5 )t a aFFRK F YF YSbm?????? （ 311） 齒面接觸疲勞強度計算 齒數(shù)比 u=1 分度圓直徑 1d = ㎜ 查表 HZ 取 ， EZ 取 ? ?1 2 3141 0 . 5H E HRRKTZZ du? ??? ? ? ? （ 312） 轉(zhuǎn)換后： ][在強度計算時，則以齒寬中點處的當量齒輪作為計算的依據(jù)。 壓力角 176。移動滑臺可以控制齒的銑削高度（即齒槽深度）。此種傳動轉(zhuǎn)速高，扭矩大，抗震動能力強。有利于提高生產(chǎn)率和加工精度 [8]。為此．工件的轉(zhuǎn)動與移動就要協(xié)調(diào)進行，以得到準確的斜齒導(dǎo)程，即工件在繞自已的軸線轉(zhuǎn)一圈的同時，必須相對于銑刀移動一個導(dǎo)程，而這一點正是通過分度頭側(cè)軸與銑床縱向進給絲杠之間適當?shù)膾燧唩肀ＷC的。 北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機床動力頭系統(tǒng)的設(shè)計 9 2 初擬設(shè)計方案 設(shè)計思路的擬定： 若使 KND立式銑床完成內(nèi)齒輪的加工，必須使主軸方向改變，在所有的機械零件中，唯一能實現(xiàn)這一功能的只有錐齒輪，根據(jù)機床的主軸轉(zhuǎn)速范圍確定錐齒輪的參數(shù) [7]。磨齒加工適用于淬硬齒輪的精加工。 內(nèi)齒旋壓成形技術(shù)屬于塑性無切削成形技術(shù) ,制齒過程只涉及工件的材料流動 , 金屬流線不被切斷 , 成為沿著擠壓件輪廓連續(xù)分布的金屬流線。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，旋壓技術(shù)水平逐步提高。借助旋輪等工具的進給運動 , 加壓于待成形的金屬毛坯 ,使其產(chǎn)生連續(xù)的局部塑性變形而成為所需要空心零件的一種少無切削的先進制造工藝。 （ 5）旋壓技術(shù) 旋壓是借助旋輪等工具的進給運動 ,加壓于待成形的金屬毛坯 , 使其產(chǎn)生連續(xù)的局部塑性變形而成為所需要空心零件的一種少無切削的先進制造工藝。擠輪實質(zhì)上是一個高精度北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機床動力頭系統(tǒng)的設(shè)計 7 的具有修形的漸開線齒形的圓柱齒輪 , 有時還有一定的變位量 , 擠輪與工件成平行軸旋轉(zhuǎn)。這給步進電機及其驅(qū)動方 式的選擇提出了很高的要求。首先，由于電火花加