【正文】 果是完全可以接受的。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 第 5 章 車(chē)床主軸箱及夾具設(shè)計(jì) 車(chē)床主軸箱的設(shè)計(jì) 針對(duì)鈦合金的切削特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出適合的專(zhuān)用車(chē)床。在這里設(shè)計(jì)主軸箱主要從主傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行。 主傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)有 :確定極限轉(zhuǎn)速、確定公比、確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)、確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式、繪制轉(zhuǎn)速圖、確定齒輪齒數(shù)和擬定傳動(dòng)系統(tǒng)圖。 確定極限轉(zhuǎn)速 根據(jù)鈦合金的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)主軸的最低轉(zhuǎn)速 nmin =30r/min, 最高轉(zhuǎn)速nmax=1320r/min，變速范圍 Rn=nmax/nmin=44。 確定公比 此機(jī)床為生產(chǎn)率要求較高的專(zhuān)用機(jī)床，減少相對(duì)轉(zhuǎn)速損失是主要的，所以公比 φ取得較小，這里選定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比為 φ = . 求出主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) Z = lgRnlgφ +1 = lg +1 = ，取 Z = 12 確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式 （ 1）傳動(dòng)組和傳動(dòng)副數(shù)的確定 12=43 12=34 12=322 12=232 12=223 在上列兩行方案中，第一行方案有時(shí)可以省掉一根軸。缺點(diǎn)是有一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)有四個(gè)傳動(dòng)副。如果用一個(gè)四聯(lián)滑移齒輪，剛會(huì)增加軸向尺寸，如果用兩個(gè)雙聯(lián)滑移齒輪，則操縱機(jī)構(gòu)必須互鎖以防止兩個(gè)滑移齒輪同時(shí)嚙合。所以一般少用。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 第二行的三個(gè)方案可根據(jù)下述原則比較：從電動(dòng)機(jī)到主軸，一般為降速傳動(dòng)。接近電動(dòng)機(jī)處的零件，轉(zhuǎn)速較高，從而轉(zhuǎn)矩較小，尺寸也就較小。如使傳動(dòng)副較多的傳動(dòng)組放在接近電動(dòng)機(jī)處，則可使小尺寸的零件多些，大尺寸的零件就可以少些，就省材料了。這就是“前多后少”的原則。從這個(gè)角度考慮，以取 12=3 2 2 的方案為好。 （ 2） 結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式各種方案的選擇 在 12=3 2 2 中，又因基本組和擴(kuò)大組排列順序的不同而有不同的方案。可能的六種方案，其結(jié)構(gòu)網(wǎng)和結(jié)構(gòu)式見(jiàn)下圖。在這些方案中，可根據(jù)下列原則選擇最佳方案。 圖 51 結(jié)構(gòu)網(wǎng)方案 在降速傳動(dòng)中，防止齒輪直徑過(guò)大而使徑向尺寸常限制最小傳動(dòng)比imin ≥ 1/4；在升速時(shí)為防止產(chǎn)生過(guò)大的噪音和震動(dòng)常限制最大轉(zhuǎn)速比imax ≤ 2。因此，主傳動(dòng)鏈任一傳動(dòng) 組的最大變速范圍 Rmax = (imax/imin) ≤8~10。在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證中間傳動(dòng)軸的變速范圍最小。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 在檢查傳動(dòng)組的變速范圍時(shí)，只需檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組。因?yàn)槠渌鼈鲃?dòng)組的變速范圍都比它小。即 Rn = φxn(pn?1) ≤ Rmax 圖 51 中，方案 a、 b、 c、 e 的第二擴(kuò)大組 x2 = 6,p2 = 2,則 R2 = φ6(2?1) = = ,則 R2 = = 8 = Rmax，是可行的。方案 d 和 f， x2 = 4,p2 =3,R2 = φ4(3?1) = φ8 = 16 Rmax， 是不可行的。 在可行的四種結(jié)構(gòu)網(wǎng)方案 a、 b、 c、 e 中， 還要進(jìn)行比較以選擇最佳方案。原則是選擇中間傳動(dòng)軸變速范圍最小的方案。因?yàn)槿绻桨竿?hào)傳動(dòng)軸的最高轉(zhuǎn)速相同，則變速范圍小的，最低轉(zhuǎn)速較高，轉(zhuǎn)矩較小，傳動(dòng)件的尺寸也就可以小些。比較圖 51 的方案 a、 b、 c、 e，方案 a 的中間傳動(dòng)軸變速范圍最小，故方案 a 最佳。 繪制轉(zhuǎn)速圖 （ 1）選定電動(dòng)機(jī) 一般金屬切削機(jī)床的驅(qū)動(dòng)，如無(wú)特殊性能要求，多采用 Y 系列封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。 Y 系列電動(dòng)機(jī)高效、節(jié)能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。根據(jù)機(jī)床所需功率選擇 Y132M26，其同步轉(zhuǎn)速為 1000r/min。 (2)分配總降速傳動(dòng)比 總降速比為 30/1320=1/44,考慮是否需要增加定比傳動(dòng)副，以使轉(zhuǎn)速數(shù)列符合標(biāo)準(zhǔn)或有利于減少齒輪及徑向與軸向尺寸，并分擔(dān)總降速傳動(dòng)比。然后，將總降速傳動(dòng)比按“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的各變速組中的最小傳動(dòng)比。 (3)確定傳動(dòng)軸的軸數(shù) 傳動(dòng)軸數(shù)＝變速組數(shù) +定比傳動(dòng)副數(shù) +1=4。 （ 4）繪制轉(zhuǎn)速圖 先按傳動(dòng)軸數(shù)及主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)格距 lgφ畫(huà)出網(wǎng)格，用以繪制轉(zhuǎn)速圖。所選定的結(jié)構(gòu)式共有三個(gè)傳動(dòng)組，變速機(jī)構(gòu)共需 4 軸。加上電動(dòng)機(jī)軸共 5軸。故轉(zhuǎn)速圖需 5 條豎線，主軸共 12 速，電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近，故需要 12 條橫線。注明主軸的各級(jí)轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速也應(yīng)在電動(dòng)機(jī)洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 軸上注明。 中間各軸的轉(zhuǎn)速可以從電動(dòng)機(jī)軸開(kāi)始往后推，也可以從主軸開(kāi)始往前推。通常，以往前推比較方便。即先決定軸Ⅲ的轉(zhuǎn)速。 傳動(dòng)組 c 的變速范圍為，可知兩個(gè)傳動(dòng)副的傳動(dòng)比必然是前文敘述的極限值： ic1 = φ21 = 21, ic2 = 1φ4 = 14 這樣就確定了軸Ⅲ的六種轉(zhuǎn)速只有一種可能，即為 11 16 23 460、 660r/min。 隨后決定軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速。傳動(dòng)軸 b 的級(jí)比指數(shù)為 3，在傳動(dòng)比極限值的范圍內(nèi)，為了 避免升速，又不使傳動(dòng)比太小，可取 ib1 = 11, ib2 = 1φ3 = 軸Ⅱ的轉(zhuǎn)帶速確定為 3 460、 660r/min。 同理，對(duì)于軸可取 ia1 = 11, ia2 = 1φ2 = 12, ia3 = 1φ = 這樣就確定了軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速為 660r/min。電動(dòng)機(jī)軸與軸Ⅰ之間為帶傳動(dòng)，傳動(dòng)比接近 1 2? = 1 φ2? 。 最后，在圖上補(bǔ)足各連線，就可以得到如圖 52那樣的轉(zhuǎn)速圖。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 圖 52 主傳動(dòng)轉(zhuǎn)速圖 確定公比 齒輪齒數(shù)的確定 （ 1）傳動(dòng)組 a 如圖 52 所示的傳動(dòng)組 a， ia1 = 1, ia2 = 1/, ia2 = 1/2。查參考文獻(xiàn)[5]表 21，結(jié)果如下： ia1 = 1 Sz =?， 60， 62， 64， 66， 68， 70， 72， 74，? ia2 = 1/ Sz = ?， 60， 63， 65， 67， 68， 70， 72， 73， 75? ia2 = 1/2 Sz =?， 60， 63， 66， 69， 72， 75，? 從以上各行中可以看出， Sz =60 和 72 是共同適用的?？扇?Sz =72，從表中查出小齒輪齒數(shù)分別為 3 2 30。即 可得軸Ⅱ上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為： 3 4 42。 （ 2） 傳動(dòng)組 b 同上可得軸Ⅱ 上兩聯(lián)滑移齒輪的齒數(shù)分別為： 4 23。 于是 可得軸Ⅲ上兩齒輪的齒數(shù)分別為： 4 65。 （ 3） 傳動(dòng)組 c 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 查表 , ic1 = 2， ic2 = 1/4 ic1 = 2時(shí)： Sz =?? ,10 10 10 10 10 110?? ic2 = 1/4時(shí)： Sz =?? ,10 10 10 10 10 10 110?? 可取 Sz =105. ic1 = 2為升速傳動(dòng)，取軸Ⅳ齒輪齒數(shù)為 35。 ic2 = 1/4為降速傳動(dòng)，取軸Ⅲ齒輪齒數(shù)為 21； 于是得 得軸Ⅲ兩聯(lián)動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為 70,21；得軸Ⅳ兩齒輪齒數(shù)分別為35,84。 傳動(dòng)系統(tǒng)圖的擬定 根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動(dòng)機(jī)等已知條件可有如下系統(tǒng)圖： 圖 53 主傳動(dòng)系統(tǒng)圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 夾具設(shè)計(jì) 零件分析 這次設(shè)計(jì)的夾具主要用來(lái)加工 外罩車(chē)的 ?10 0+，外圓 ?18? 0 、 ?28及端面，其中 ?10 0+、 ?18? 0 都有一定的 形位公差 要求 。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 圖 54 外罩車(chē)零件圖 定位基準(zhǔn)的選擇 由零件圖可知，孔 ?10 0+，外圓 ?18? 0 對(duì) ?60 0+要求，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為內(nèi)圓 ?60 0+，為了盡可能減小定位誤差，應(yīng)選擇 以?xún)?nèi)圓 ?60 0+。 其中定位心軸與零件的接觸配合很短，只限制了零件的兩個(gè)自由度。底面限制了零件的三個(gè)自由度，側(cè)面削邊銷(xiāo)限制了零件的沿軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，限制了一個(gè)自由度，故共限制了六個(gè)自由度。 切削力和 夾緊力的計(jì)算 確定夾緊力的方法通常有兩種：一是根據(jù)同類(lèi)夾具的使用情況，用類(lèi)比法 進(jìn)行估算，這種方法在生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣，一是根據(jù)加工情況，確定出工件在加工過(guò)程中對(duì)夾緊最不利的瞬時(shí)狀態(tài)，再將 此時(shí)工件所受的各種外力看作靜力 ，并用靜力平衡原理，計(jì)算出所需的夾緊力。 在本次夾具中， 夾緊力主要受切削分力 Fc的影響， 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 Fc = CFcapxFcfyFcvFcKFc 其中： CFc = 2795 , xFc = , yFc = , nFc = ? , ap = , f =, vc = 45, KFc = 所以 Fc = 2795 45? = （ N） 在計(jì)算切削力時(shí)，必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。安全系數(shù) K = K1K2K3K4。 其中： K1為基本安全系數(shù) ； K2為加工性質(zhì)系數(shù) ； K3為刀具鈍化系數(shù) ； K4為斷續(xù)切削系數(shù) 。 所以 F′ = KFc = = (N) 顯然， F′是在螺母承受的范圍之內(nèi)，故本夾具可安全工作。 定位誤差分析 （ 1）基準(zhǔn)不重合誤差 定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)都是內(nèi)圓 ?60 0+，故基準(zhǔn)不重合誤差?B= 0。 （ 2）基準(zhǔn)位移誤差 定位元件限位基面的尺寸為 ?60++ ，工件定位基面的尺寸為 ?60 0+，故基準(zhǔn)位移誤差 ?Y= ? = 。 （ 3） 故 ?D= ?B + ?Y= 即最大側(cè)隙能滿(mǎn)足零件的精度要求。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 結(jié) 論 畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，回想這兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)生活，感覺(jué)它是我這大學(xué)三年的結(jié)晶。每天查閱各種 文獻(xiàn)、 資料， 收集很多有關(guān)有限元分析的例子， 運(yùn)行 DEFORM3D 軟件， 坐在電腦面前畫(huà) CAD 圖。雖然過(guò)程很繁瑣，但我覺(jué)得很充實(shí)。 在收集有限元分析資料的過(guò)程中，使我學(xué)到了許多大學(xué)課本以外的知識(shí)，開(kāi)闊了 有限元領(lǐng)域的眼界，深刻認(rèn)識(shí)到自己知識(shí)的淺薄。同時(shí)也增強(qiáng)了我對(duì)這方面知識(shí)的興趣，也許它是我未來(lái)繼續(xù)學(xué)習(xí)深造的動(dòng)力。 對(duì)于這次的車(chē)削鈦合金有限元仿真，主要是對(duì)切削力的仿真，通過(guò)和實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，得到仿真的可靠度。在實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，得到切削三要素對(duì)切削力的影響，進(jìn)一步驗(yàn)證了它們之間的關(guān)系。在對(duì)車(chē)床 和夾具 的設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了自己以前所學(xué)知識(shí)的薄弱環(huán)節(jié)。像有些軸承的型號(hào)及功能，自己就未能把握好。在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，雖然課本的知識(shí)都能注 意到，但和工廠在使用的夾具相比，還是感覺(jué)自己設(shè)計(jì)的夾具過(guò)于簡(jiǎn)單，夾緊裝置還是手動(dòng)夾緊，不能有效提高 勞動(dòng)生產(chǎn)率，不能確定夾具在實(shí)際工作中所有可能出現(xiàn)的磨損情況，不能確定夾具的使用周期。 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)大學(xué)三年所學(xué)的知識(shí)有了一個(gè)系統(tǒng)的總結(jié)，形成了完整的知識(shí)體系， 構(gòu)成了一個(gè)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)， 拓展了知識(shí)面 。 為以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 對(duì)于設(shè)計(jì)的欠缺，我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)和工作中加以改進(jìn)，有所創(chuàng)新，爭(zhēng)取在機(jī)械領(lǐng)域有所成就。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 39 謝 辭 對(duì)于這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我要特別向我的指導(dǎo)老師李彬老師表示由衷的感謝。 本次設(shè)計(jì)一開(kāi)始，李老師就幫助我們查閱資料 、選題、選擇 方案，甚至小到一個(gè)軟件的安裝。每周都幫助我們解決遇到的難題， 指定設(shè)計(jì)進(jìn)度，修改制圖中的錯(cuò)誤。不僅佩服李老師的專(zhuān)業(yè) 知識(shí) 水平，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木?也 是我學(xué)習(xí)的榜樣， 這些 將會(huì)影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 大學(xué)三年內(nèi)，得到了很多老師的教誨和幫助，他們?yōu)槲掖蛳铝藱C(jī)械專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)，傳授我 做人準(zhǔn)則。在這里請(qǐng)接收我真心的謝意。 作為機(jī)制七班的一員，同班同學(xué)在生活和學(xué)習(xí)上的互助，使我有了一個(gè)充實(shí)的大學(xué)時(shí)光。今后無(wú)論走到哪里，我都不會(huì)忘記這段快樂(lè)的時(shí)光，謝謝你們。 最后我要向在百忙之中評(píng)閱本文的各位老師表示由衷的感謝，并感謝母校 — 洛陽(yáng)理工學(xué)院對(duì)我的栽培。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 40 參考文獻(xiàn) [1]李傳民，王向麗，閆華軍 . 金屬成形有限元分析實(shí)例指導(dǎo)教程 . 北京 : 機(jī)械工業(yè) 出版社 , [2]張莉，李升軍 . 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