【文章內(nèi)容簡介】 同理，低速檔鉆頭切削速度為25m/min，鉆床的工作轉(zhuǎn)速 綜合 以上計算，選取主運(yùn)動電動機(jī)。查《機(jī)械設(shè)計手冊》① ，選取型號為 Y132M— 4。Y 系列電動機(jī)為全封閉自扇冷式，一般用于空氣中不含易燃，易炸或腐蝕性氣體的場所，也適用于無特殊要求的機(jī)械上，如金屬切削機(jī)床。 工作條件：環(huán)境溫度不超過 +40℃；相對濕度不超過 95％；海拔不超過1000m；額定電壓 380V；頻率 50Hz； 接法： 3KW 及以下 Y 接法， 4KW 以上三角型接法。本設(shè)計采用三角型接法。 工作方式為連續(xù)（ S1）； 防護(hù)等級為 IP44（ GB1498— 79）。 所選電動機(jī)參數(shù)如下表 31 所示： 表 31 電動機(jī)參數(shù)表 型號 額定功率型號 滿載時 轉(zhuǎn)速 1/ minr ? 電流 /A 效率 （％） 功率因素 20 / 76 Y132M4 1420 86 型號 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 噪聲、 dB(A) 重量 /kg 1 級 2 級 Y132S4 67 72 45 電動機(jī)的安裝尺寸如下表 32： 表 32 電機(jī)安裝尺寸 機(jī)座號 國際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)座號 D F G 2 極 8\10極 2 極 8\10極 2 極 8\10極 2 極 8\10極 132S 160L42 42K6 12 37 E K A B C L 2 極 8\10極 2 極 8\10極 110 15 254 254 108 650 傳動系統(tǒng)的 設(shè)計 主軸箱是多軸鉆床的重要組成部分，是用于布置機(jī)床工作主軸及其 21 / 76 傳動零件和附加 機(jī)構(gòu)的。它通過按一定速比排布傳動齒輪，把動力部件上的動力傳遞給各個工作主軸，使之獲得所需要的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向等。本設(shè)計主軸箱采用黃干油進(jìn)行潤滑。 傳動系統(tǒng)的設(shè)計是主軸箱設(shè)計中 關(guān)鍵的一環(huán)。所謂傳動系統(tǒng)的設(shè)計，就是通過一定的傳動鏈，按要求把動力從動力部件的驅(qū)動軸傳遞到主軸上去。同時，滿足主軸箱其他結(jié)構(gòu)和傳動的要求。傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般要求： （ 1）在保證主軸的強(qiáng)度，剛度，轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)向要求的前提下，力求是傳動軸和齒輪為最少。應(yīng)盡量用一根傳動軸帶動多根主軸；當(dāng)齒輪嚙合中心距不符合標(biāo)準(zhǔn)時，可采用齒輪變位的方法和湊中心距離。 （ 2）在保證有足夠強(qiáng)度的前提下，主軸，傳動軸和齒輪的規(guī)格要盡可能少，以減少各類零件的品種。 （ 3）通常應(yīng)避免主軸帶動主軸，否則將增加主動主軸的負(fù)荷。 （ 4）粗加工主軸上的齒輪，應(yīng)盡可能靠近前支承，以減少主軸的扭轉(zhuǎn)變形。 （ 5）盡可能避免升速傳動，必要的升速最好放在傳動鏈的最末一，二級，以減少功率損失。 在我們設(shè)計的傳動系統(tǒng)中，包括齒輪的設(shè)計、軸的設(shè)計以及附件設(shè)計三部分，下面我們進(jìn)行具體的設(shè)計計算。 主軸箱齒輪齒數(shù)的設(shè)計 齒輪傳動是機(jī)械傳動中最重要的傳動之一，其主要特點(diǎn)有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽 命長的優(yōu)點(diǎn)，并且改傳動比較平穩(wěn)。齒輪傳動可做成開式、半開式或閉式，在我們的設(shè)計中現(xiàn)場情況做成半開式。由于所設(shè)計的齒輪在具體情況下，必須具有足夠的、相應(yīng)的工作能力，以保證在整 22 / 76 個工作壽命期間不致失效，因此我們在齒輪設(shè)計式通常按只保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩個準(zhǔn)則進(jìn)行計算。 現(xiàn)設(shè)計根據(jù)提供的零件圖 進(jìn)行分析： 鉆頭工作部分齒輪設(shè)計 所加工零件的五個孔分布在直徑為 120mm 的圓周上。另外考慮到該廠操作人員操作水平有限， 因此要求主軸箱內(nèi)的齒輪足夠結(jié)實(shí)，故初選主軸軸箱齒輪模數(shù)為 3mm。從鉆頭工作端 開始考慮，每個鉆頭所連的小齒輪與主軸輸出端的大齒輪為內(nèi)嚙合，小齒輪的齒輪軸直徑即為所加工的五個孔的直徑 15mm，該級為單級加速部分， 由于五個小齒輪的齒輪軸所圍成的圓直徑為 120mm,則內(nèi)嚙合的大齒輪與小齒輪的半徑差為 60mm。即大小齒輪分度圓相切情況如下圖 32 所示： 圖 32 鉆頭工作部分內(nèi)嚙合齒輪分布情況 根據(jù)分析可知： 即， 小齒輪齒數(shù)為 =23， 大齒輪齒數(shù)為 23 / 76 71，則齒數(shù)比 u＝ 。 則鉆頭內(nèi)嚙合小齒輪的分度圓直徑為，大齒輪的分度圓直徑為 已知 主軸傳動位于高速檔時， 鉆頭工作端轉(zhuǎn)速 ＝ 1485r/min,即小齒輪轉(zhuǎn)速為 1485r/min, 則 主軸箱輸出軸的轉(zhuǎn)速 = r/min。同理，當(dāng)主軸傳動位于中速檔時，鉆頭工作端小齒輪的轉(zhuǎn)速為則主軸箱輸出軸轉(zhuǎn)速 。當(dāng)主軸傳動位于低速檔時，鉆頭工作端小齒輪 的轉(zhuǎn)速為 則主軸箱輸出軸轉(zhuǎn)速下面我們對 主軸箱高速檔 ，中速檔 和低速檔 三個檔位 齒輪進(jìn)行具體的計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計。 高速檔部分齒輪設(shè)計 及校核 1．齒輪齒數(shù)： 從主運(yùn)動電動機(jī)輸入到主軸箱輸出，相當(dāng)于一級減速，減速比 23，則大齒輪齒數(shù) 66，模數(shù)為 3. 2．選擇齒輪類型 ,精度等級及材料 (1).輪應(yīng)不受軸向載荷，故選用直齒圓柱齒輪傳動 (2).因 為多軸鉆床為一般工作機(jī)器，轉(zhuǎn)速不高，故選用 7 級精度 24 / 76 （ GB1009588） . (3).齒輪的材料選擇。由《機(jī)械設(shè)計》課本（高等教育出版社編）表10－ 1 選擇小齒輪材料為 20CrMnTi,硬度為 300HBS，齒面硬度60HRC。大齒輪材料為 40Cr,硬度為 280HBS. 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計與齒輪的幾何尺寸、 材料、加工方法、使用要求及經(jīng)濟(jì)度等因素有關(guān)。因此進(jìn)行齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須考慮上述各方面的因素。在這里我們按齒輪的直徑大小選定合適的形式。具體設(shè)計如下。齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計有以下原則： ① 當(dāng)齒 頂圓直徑小于 160mm 時，可以做成實(shí)心結(jié)構(gòu)的齒輪。 ② 當(dāng)齒頂圓直徑在 160～ 500mm 可以做成腹板式結(jié)構(gòu)。 查《機(jī)械設(shè)計》（高等教育出版社）有如下設(shè)計計算公式： 2131]12 . 3 2 ( )[t EtdHkT Zud u???? ? ? 1).確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 (1)試選載荷系數(shù)： Tk ＝ (2)計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： 51 1 10 /T P n?? ① 由《實(shí)用機(jī)械設(shè)計手冊》查的軸承效率為η＝ 99％，連軸器效率為95％。因?yàn)橹鬏S箱齒輪布置為五個小齒輪均勻分布在一個大齒輪的內(nèi)側(cè)邊沿，并被大齒輪帶動轉(zhuǎn)動，所以主軸箱輸出功率為 ，式中各參數(shù)含義： 是聯(lián)軸器的傳遞效率 25 / 76 將 ， 1? ＝ 95％，代入得： P= ② 小齒輪轉(zhuǎn)速的計算： 此時，小齒輪的轉(zhuǎn)速即為電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 所以： = N/mm (3)由《機(jī)械設(shè)計》表 10－ 7選齒寬系數(shù) d? ＝ 。 (4）由《機(jī)械設(shè)計》表 10－ 6查得材料得影響系數(shù) EZ = 12MP 。 (5)由《機(jī)械設(shè)計》表 10－ 21d 按齒面硬度差的小齒輪得接觸疲勞強(qiáng)度極限 lim1 1400H MP? ? , lim 2 600H MP? ? .。 (6) 由《機(jī)械設(shè)計》表 1013計算應(yīng)力循環(huán)系數(shù) = (7)由《機(jī)械設(shè)計》表 10－ 19 查的接觸疲勞強(qiáng)度系數(shù) 1 ? 2 ? (8)計算接觸許用應(yīng)力 取失效概率為 1％，安全系數(shù)為 s=1 , 由《機(jī)械設(shè)計》式 10－ 12得： 2 l i m 22[ ] 0 . 9 8 6 0 0 5 8 8H N HH K M P M PS?? ? ? ? ? 26 / 76 2)計算 （ 1） 試計算小齒輪分度圓直徑 1td 代入 [ H? ]中較小的值： 131 12 . 3 2 ( )[]t EtdHkT Zud u???? ? ? （ 2）計算齒寬與齒高之比 b/h： 模數(shù) 齒 全 高 （ 3）計算載荷系數(shù) 根據(jù) v＝ ， 7 級精度，由《機(jī)械設(shè)計》圖 10－ 8 查的動載系數(shù) vk ＝ 。直齒輪假設(shè) 10 0 /AtkF N mmb ? 由《機(jī)械設(shè)計》表 10－ 3查得 ????。 由《機(jī)械設(shè)計》表 10－ 2查得使用系數(shù) 1AK? 。 由《機(jī)械設(shè)計》表 10－ 4查得 7 級精度，小齒輪相對支承對稱布置時 2 2 31 .1 2 0 .1 8 ( 1 0 .6 ) 0 .2 3 1 0H d dKb? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ? 將數(shù)據(jù)代入后得： 2 2 31 .1 2 0 .1 8 ( 1 0 .6 0 .5 3 ) 0 .5 3 0 .2 3 1 0 3 4 .9 5HK ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 27 / 76 由 ? ? 查《機(jī)械設(shè)計》 10－ 13 得 ? ? 故載荷系數(shù) 1 1. 05 1. 2 1. 45A V H HK K K K K??? ? ? ? ??。 （ 4） 載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑由《機(jī)械設(shè)計》公式 10－ 10a 得 = =63mm 由實(shí)際要求該設(shè)計選 d=69mm ,其強(qiáng)度合格。 由《機(jī)械設(shè)計》式 10－ 5得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式為： 13 212 ()[]Fa SadFYYkTm z??? 確定公式內(nèi)的各個參數(shù)值 （ 1） 《機(jī)械設(shè)計》圖 10－ 20d 查得小齒輪得彎曲疲勞強(qiáng)度極限1 750FE MPa? ? 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度 2 720FE MPa? ? （ 2）由《機(jī)械設(shè)計》 10－ 18查得彎曲疲勞壽命 1 ? 2 ? （ 3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) ? ，由《機(jī)械設(shè)計》式 10－ 12 得 111 0 .9 1 4 0 0[ ] 9 0 01 .4F N F EF K M P aS?? ?? ? ? 222 0 . 9 5 6 0 0[ ] 4 0 71 . 4F N F EF K M P aS?? ?? ? ? （ 4） 載荷系數(shù) A V F Fk K K K K??? 。 28 / 76 （ 5）查取齒形系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計》表 10－ 5查得 ： 1 ? 2 ? 。 （ 6）校正系數(shù)由《機(jī)械設(shè) 計》表 10－ 5 查得 1 ? 2 ? 計算大小齒輪的[]FasaFYY?并比較大?。? 1112 . 6 2 1 . 5 9 0 . 0 0 4 6 3[ ] 9 0 0F a saFYY? ??? 22 2 .3 2 1 .7 0 0 .0 0 9 7[ ] 4 0 7F a saFYY? ??? 顯然大齒輪數(shù)值大。 設(shè)計計算 4322 1 . 4 4 2 7 5 . 4 2 6 1 0 1 . 6 60 . 5 3 2 5m m m? ? ???? 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù) m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的 大小主要取決于彎曲疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸強(qiáng)度的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，根據(jù)廠房要求 ＝ 69mm， m=3完全可靠。 1）計算分度圓直徑 =23 mm mm 2）計算中心距 a= = 3）計算齒輪寬度 = 29 / 76 由于齒寬計算原則：大齒輪 寬度在計算之內(nèi)，小齒輪寬比大齒輪寬 5～10mm，故將齒寬就近圓整為 mm， mm符合廠方要求。 由于本設(shè)計中小齒輪 ，則選用實(shí)心結(jié)構(gòu)即盤式齒輪，因?yàn)榇簖X輪分度圓直徑為 = mm,由 齒輪設(shè)計原則可知 大齒輪選腹板式 結(jié)構(gòu) 。 大齒輪的腹板式結(jié)構(gòu)如下圖33 所示： 圖 33 大齒輪的腹板式結(jié)構(gòu) 腹板結(jié)構(gòu)尺寸可以參閱《機(jī)械設(shè)計》第十章第十節(jié)，具體 尺寸詳見CAD 零件圖第 3張圖紙 見表 33 30 / 76 表 33 高速檔大小齒輪參數(shù)表 名稱 參數(shù)代號 小齒輪參數(shù) 大齒輪參數(shù) 模數(shù) m 3 3 齒數(shù) z 23 66 壓力角 ? 20 20 分度圓直徑 d 69 198 齒頂高系數(shù) *ah 1 1 頂隙系數(shù) 齒 全高 h 齒頂圓直徑 1ad 75 204 齒根圓直徑 fd 至此， 高速檔 齒輪的設(shè)計 及校核工作 已經(jīng)完成 ,下面進(jìn)行校核 。 中 速檔部分齒輪設(shè)計 1．齒輪齒數(shù)： 從鉆頭工作端開始考慮，已知鉆頭工作端轉(zhuǎn)速 ＝ ,即小 31 / 76 齒輪轉(zhuǎn)速為 ,加速部分傳動比 ＝ 3。所以主軸箱輸出端轉(zhuǎn)速= r/min .從主運(yùn)動電動機(jī)輸入到主軸箱輸出，相當(dāng)于一級減速，減速比 5由于主軸箱的三個檔速三對齒輪嚙合，三對齒輪中心距一樣均為 ，所以對中速檔的一對齒輪而言，267mm 則初選主軸箱中小齒輪的齒數(shù)為 18，