2857 機(jī)械式低頻振動(dòng)鉆削裝置設(shè)計(jì)

2857 機(jī)械式低頻振動(dòng)鉆削裝置設(shè)計(jì),機(jī)械式,低頻,振動(dòng),裝置,設(shè)計(jì) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表指導(dǎo)教師： 鄭建新 職稱： 副教授 所在院（系）： 機(jī)械與動(dòng)力工程系 教研室（研究室）： 機(jī)械教研室 題 目 機(jī)械式低頻振動(dòng)鉆削裝置設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 王懷璽 專業(yè)班級(jí) 08 機(jī)制 5 班 學(xué)號(hào) 0816101031一、選題質(zhì)量：本設(shè)計(jì)題目是機(jī)械式低頻振動(dòng)鉆削裝置的設(shè)計(jì)，內(nèi)容涉及到對(duì)鉆削裝置的整體布置和理論研究，還對(duì)一些機(jī)械零件和機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核，與專業(yè)課程緊密聯(lián)系，符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。在設(shè)計(jì)工作中，需要對(duì)所學(xué)知識(shí)綜合地加以運(yùn)用，使之能夠熟練應(yīng)用有關(guān)參考資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)；熟悉有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了綜合訓(xùn)練的要求。工作量大，設(shè)計(jì)課題與實(shí)際生產(chǎn)緊密結(jié)合，選題質(zhì)量較高。二、開題報(bào)告完成情況：從實(shí)際工作環(huán)境出發(fā)，確定了明確的課題設(shè)計(jì)方向；已經(jīng)開始對(duì)課題進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并有一定進(jìn)展，設(shè)計(jì)工作也已經(jīng)展開。同時(shí)，查閱了相關(guān)的資料和文獻(xiàn)，對(duì)課題有了總體的分析。開題報(bào)告順利完成。2三、階段性成果：1、查閱有關(guān)課題研究的資料,國(guó)內(nèi)外近年的研究發(fā)展成果及其發(fā)展前景。2、完成開題報(bào)告。3、確定了本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案并對(duì)其進(jìn)行分析，對(duì)零件進(jìn)行布局。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，使設(shè)計(jì)方案更具有可行性。4、本設(shè)計(jì)的變速傳動(dòng)部分正在設(shè)計(jì)中。四、存在主要問題：1、對(duì)變頻設(shè)計(jì)部分缺乏相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，還未形成明確的設(shè)計(jì)思路，需要查閱更多資料進(jìn)行彌補(bǔ)。2、有些零部件的選擇及整體布置不是很合理，因此還有待于進(jìn)一步的改進(jìn)和提高。3、獲得資料不充分，資料較為陳舊。3五、指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生在畢業(yè)實(shí)習(xí)中，勞動(dòng)、學(xué)習(xí)紀(jì)律及畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展等方面的評(píng)語指導(dǎo)教師： （簽名）年 月 日河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表指導(dǎo)教師： 鄭建新 職稱： 副教授 所在院（系）： 機(jī)械與動(dòng)力工程系 教研室（研究室）： 機(jī)械教研室 題 目 機(jī)械式低頻振動(dòng)鉆削裝置設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 王懷璽 專業(yè)班級(jí) 08 機(jī)制 5 班 學(xué)號(hào) 0816101031一、選題質(zhì)量：本設(shè)計(jì)題目是機(jī)械式低頻振動(dòng)鉆削裝置的設(shè)計(jì)，內(nèi)容涉及到對(duì)鉆削裝置的整體布置和理論研究，還對(duì)一些機(jī)械零件和機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核，與專業(yè)課程緊密聯(lián)系，符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。在設(shè)計(jì)工作中，需要對(duì)所學(xué)知識(shí)綜合地加以運(yùn)用，使之能夠熟練應(yīng)用有關(guān)參考資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)；熟悉有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了綜合訓(xùn)練的要求。工作量大，設(shè)計(jì)課題與實(shí)際生產(chǎn)緊密結(jié)合，選題質(zhì)量較高。二、開題報(bào)告完成情況：從實(shí)際工作環(huán)境出發(fā)，確定了明確的課題設(shè)計(jì)方向；已經(jīng)開始對(duì)課題進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并有一定進(jìn)展，設(shè)計(jì)工作也已經(jīng)展開。同時(shí)，查閱了相關(guān)的資料和文獻(xiàn)，對(duì)課題有了總體的分析。開題報(bào)告順利完成。2三、階段性成果：1、查閱有關(guān)課題研究的資料,國(guó)內(nèi)外近年的研究發(fā)展成果及其發(fā)展前景。2、完成開題報(bào)告。3、確定了本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案并對(duì)其進(jìn)行分析，對(duì)零件進(jìn)行布局。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，使設(shè)計(jì)方案更具有可行性。4、本設(shè)計(jì)的變速傳動(dòng)部分正在設(shè)計(jì)中。四、存在主要問題：1、對(duì)變頻設(shè)計(jì)部分缺乏相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，還未形成明確的設(shè)計(jì)思路，需要查閱更多資料進(jìn)行彌補(bǔ)。2、有些零部件的選擇及整體布置不是很合理，因此還有待于進(jìn)一步的改進(jìn)和提高。3、獲得資料不充分，資料較為陳舊。3五、指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生在畢業(yè)實(shí)習(xí)中，勞動(dòng)、學(xué)習(xí)紀(jì)律及畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展等方面的評(píng)語指導(dǎo)教師： （簽名）年 月 日河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題目名稱 機(jī)械式低頻振動(dòng)鉆削裝置設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 王懷璽 專業(yè)班級(jí) 萬方 08 機(jī)制 5 班 學(xué)號(hào) 0816101031一、 選題的目的和意義：小直徑深孔鉆削是機(jī)械加工中較難的問題，特別在難加工材料上的鉆削小直徑深孔，難度更大。一般情況下，用麻花鉆來加工小直徑深孔，雖然冷卻潤(rùn)滑和排屑都有較大的改善，但斷屑并未解決。振動(dòng)鉆削技術(shù)是一種新的鉆削方法，在小直徑深孔加工中能有效的斷屑，有利于深孔鉆削中排屑問題的解決。二、 國(guó)內(nèi)外研究綜述：實(shí)現(xiàn)振動(dòng)鉆削的關(guān)鍵是振動(dòng)鉆削裝置，根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)振動(dòng)參數(shù)的選擇對(duì)于斷屑，表面質(zhì)量和切削力等影響很大。1．振幅越大，深孔鉆削時(shí)的斷屑效果，孔表面質(zhì)量越好。但振幅太大會(huì)帶來其他問題，一是大振幅會(huì)增加刀具的磨損，影響刀具壽命；二是大振幅使系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲加劇。因此對(duì)振動(dòng)裝置的要求是能根據(jù)工件材料，刀具耐磨性，機(jī)床抗振性等因素調(diào)節(jié)振幅的大小，同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮降低系統(tǒng)的附加振動(dòng)和噪聲。2.振動(dòng)方式對(duì)斷屑效果，孔表面加工質(zhì)量，工具壽命都有直接影響。振動(dòng)方式一般有軸向振動(dòng)，周向振動(dòng)和二者合成振動(dòng) 3 種，具體選擇與工件材料，硬度，可切削性有關(guān)。軸向振動(dòng)方式容易形成分離型斷屑，適用于較軟不易斷屑的純鋁，純銅等材料。但軸向振動(dòng)時(shí)，刀具與切削面的分離易造成刀具損壞，故淬火鋼等較硬材料不宜選用這種方式，以免崩刃；周向振動(dòng)一般為非離型切屑，其斷層效果雖比普通切削強(qiáng)得多，但比軸向振動(dòng)要差一些。但這種振動(dòng)方式對(duì)刀具保護(hù)好，壽命長(zhǎng)，適用于較硬易斷屑的淬火鋼等材料；軸向與周向的合成振動(dòng)的斷屑效果最好，但刀具磨損也最嚴(yán)重，可用于難加工材料。2三、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所用的主要技術(shù)與方法：1.在學(xué)校圖書館查閱相關(guān)資料；2.在工廠的進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)；3.通過老師和工程師的指導(dǎo)；4.通過對(duì)相關(guān)資料和數(shù)據(jù)的理論計(jì)算和分析；5.用 AotuCAD 進(jìn)行畫圖。四、 主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況：1.王世清.《孔加工技術(shù)》.石油工業(yè)出版社.19932.李祥林，薛萬夫等.《振動(dòng)切削及其在機(jī)械加工中的應(yīng)用》.科學(xué)技術(shù)出版社.19853.孫桓，陳作模，葛文杰.《機(jī)械原理》.高等教育出版社.20104.蒲良貴，紀(jì)名剛.《機(jī)械設(shè)計(jì)》.高等教育出版社.2010五、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排（按周說明）1-4 周進(jìn)行并完成畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告；5 周完成開題報(bào)告；6-9 周查閱畢業(yè)設(shè)計(jì)材料，整理適合自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)信息并完成設(shè)計(jì)初稿；10-12 周對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行完善；13-14 周完成畢業(yè)設(shè)計(jì)；15 周 畢業(yè)設(shè)計(jì)上交導(dǎo)師準(zhǔn)備答辯；16 周 進(jìn)行畢業(yè)答辯。六、 指導(dǎo)教師審批意見：指導(dǎo)教師： （簽名）年 月 日 3機(jī)械式低頻振動(dòng)鉆削裝置設(shè)計(jì)摘 要我的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是機(jī)械式低頻振動(dòng)鉆削裝置設(shè)計(jì)。通過該裝置使工作臺(tái)產(chǎn)生振動(dòng)頻率為 100Hz，200HZ，300Hz，固定振幅為 0.05mm 的振動(dòng)。電動(dòng)機(jī)經(jīng)一級(jí)皮帶傳動(dòng)，使輸入軸產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)速，輸入軸通過齒輪嚙合使中間軸產(chǎn)生更高的轉(zhuǎn)速。在中間軸上有三個(gè)不同的齒輪，三聯(lián)滑移齒輪通過導(dǎo)向花鍵連接在輸出軸上，這個(gè)三聯(lián)滑移齒輪可移換左、中、右三個(gè)位置，使傳動(dòng)比不同的三對(duì)齒輪嚙合，因而中間軸轉(zhuǎn)速不變，輸出軸可以得到三級(jí)不同轉(zhuǎn)速。偏心輪安裝在輸出軸上，推動(dòng)推桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，推桿另一端頂著工作臺(tái)，通過調(diào)整偏心輪的偏心距，使得推桿產(chǎn)生 0.05mm 的振幅，即工作臺(tái)產(chǎn)生 0.05mm 的振幅。關(guān)鍵詞：低頻振動(dòng)鉆削 齒輪 三聯(lián)滑移齒輪 偏心輪AbstractThe title of my graduation design is mechanical low frequency vibration drilling device design. The device makes the working table vibration frequency of 100Hz,200HZ,300Hz,0.05mm fixed amplitude vibration.The motor through a belt transmission, the input shaft to produce a certain speed, the input shaft through the gear of the intermediate shaft to generate higher speed. On the intermediate shaft with three different gear, a triple slide gear through a guide connected through splines on the output shaft, the triple gear shift left, right, in three position, The transmission ratio of gear meshing with three different, so the intermediate shaft rotating speed, the output shaft can be three at different speed. Eccentric wheel mounted on the output shaft, push up and down reciprocating motion, rod against the table, by adjusting the eccentric distance of the eccentric wheel handspike, makes the 0.05mm amplitude, i.e. table have 0.05mm amplitude.Key words: Low frequency vibration drilling GearTriple slide gear Eccentric wheeli目 錄前 言 .......................................................11 緒 論 ......................................................21.1 鉆削的簡(jiǎn)介 ...........................................21.2 鉆床的分類 ...........................................21.3 鉆削的應(yīng)用 ...........................................31.4 振動(dòng)鉆削的介紹 .......................................41.5 振動(dòng)鉆削分類 .........................................51.6 振動(dòng)鉆削的應(yīng)用前景 ...................................62 選擇電動(dòng)機(jī)及分配傳動(dòng)比 .....................................92.1 基本原理簡(jiǎn)述 .........................................92.2 選擇電動(dòng)機(jī) ...........................................92.3 分配傳動(dòng)比 ...........................................92.4 計(jì)算運(yùn)動(dòng)參數(shù) ........................................103 振動(dòng)鉆削裝置的設(shè)計(jì) ........................................123.1 V 帶的設(shè)計(jì) ...........................................123.2 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) ........................................163.2.1 11’組嚙合齒輪 .................................163.2.2 22’組嚙合齒輪 .................................233.2.3 33’組嚙合齒輪 .................................293.2.4 44’組嚙合齒輪 .................................313.3 三聯(lián)滑移齒輪設(shè)計(jì) ....................................373.4 軸的設(shè)計(jì) ............................................383.4.1 輸入軸的設(shè)計(jì) ...................................383.4.2 中間軸的設(shè)計(jì) ...................................40ii3.4.3 輸出軸的設(shè)計(jì) ...................................433.5 鍵的校核 ............................................453.5.1 輸入軸上鍵的校核 ...............................463.5.2 中間軸上鍵的校核 ...............................473.5.3 輸出軸上鍵的校核 ...............................493.6 軸承的校核 ..........................................513.6.1 輸入軸上的軸承 .................................513.6.2 中間軸上的軸承 .................................513.6.3 輸出軸上的軸承 .................................523.7 偏心輪及推桿的設(shè)計(jì) ..................................523.8 撥叉的設(shè)計(jì) ..........................................544 箱體的總體設(shè)計(jì) ............................................564.1 箱體的設(shè)計(jì) ..........................................564.1.1 箱座的設(shè)計(jì) .....................................564.1.2 箱蓋的設(shè)計(jì) .....................................574.2 軸蓋的設(shè)計(jì) ..........................................574.2.1 輸入軸的軸蓋 ...................................574.2.2 中間軸的軸蓋 ...................................584.2.3 輸出軸的軸蓋 ...................................594.3 潤(rùn)滑及密封 ..........................................604.3.1 潤(rùn)滑 ...........................................604.3.2 密封 ...........................................61致 謝 ......................................................62參考文獻(xiàn) ....................................................631前 言孔加工是金屬切削加工中最常用的加工工藝。據(jù)統(tǒng)計(jì)，孔加工的金屬切除量約占切削加工總金屬切除量的1/3，鉆頭的產(chǎn)量約占刀具總產(chǎn)量的60% 。目前用于加工微小孔的工藝方法雖然較多，但應(yīng)用最廣泛、生產(chǎn)實(shí)用性最強(qiáng)的仍是采用麻花鉆鉆削加工。隨著對(duì)孔加工質(zhì)量和效率的要求不斷提高，傳統(tǒng)的鉆削工藝已顯示出極大的局限性，而近年來迅速發(fā)展的振動(dòng)鉆削工藝則日益顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)及廣闊的應(yīng)用前景。應(yīng)用振動(dòng)鉆削技術(shù)，在小直徑深孔加工能有效的排屑，有利于深孔加工中排屑問題的解決。由于振動(dòng)鉆削所具有的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外已在許多難加工材料的鉆削中采用了振動(dòng)鉆削。實(shí)現(xiàn)振動(dòng)鉆削的關(guān)鍵之一是振動(dòng)鉆削裝置。該裝置有機(jī)械、電磁、電氣、氣動(dòng)和液壓等形式。其中機(jī)械式振動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，使用和維護(hù)方便，鉆削過程中振動(dòng)參數(shù)受負(fù)載影響較小，已廣泛使用于實(shí)際生產(chǎn)之中。21緒 論 1.1 鉆削的簡(jiǎn)介 鉆 削 是 孔 加 工 的 一 種 基 本 方 法 ， 鉆 孔 經(jīng) 常 在 鉆 床 和 車 床 上 進(jìn) 行 ，也 可 以 在 鏜 床 或 銑 床 上 進(jìn) 行 。 常 用 的 鉆 床 有 臺(tái) 式 鉆 床 、 立 式 鉆 床 和搖 臂 鉆 床 。鉆 削 運(yùn) 動(dòng) 構(gòu) 成 ： 鉆 頭 的 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 為 主 切 削 運(yùn) 動(dòng) ， 加 工 精 度 較 低 。1.2 鉆床的分類鉆床系指主要用鉆頭在工件上加工孔的機(jī)床。通常鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鉆頭軸向移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鉆床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工精度相對(duì)較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴(kuò)、锪孔，鉸孔或進(jìn)行攻絲等加工。1850 年前后，德國(guó)人馬蒂格諾尼最早制成了用于金屬打孔的麻花鉆；1862 年在英國(guó)倫敦召開的國(guó)際博覽會(huì)上，英國(guó)人惠特沃斯展出了由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的鑄鐵柜架的鉆床，這便成了近代鉆床的雛形。 以后，各種鉆床接連出現(xiàn)，有搖臂鉆床、備有自動(dòng)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的鉆床、能一次同時(shí)打多個(gè)孔的多軸鉆床等。由于工具材料和鉆頭的改進(jìn)，加上采用了電動(dòng)機(jī)，大型的高性能的鉆床終于制造出來了。(1) 臺(tái)式鉆床可安放在作業(yè)臺(tái)上，主軸垂直布置的小型鉆床。主要適用于一般機(jī)械制造業(yè)，在單件、成批生產(chǎn)中或維修工作中對(duì)小型零件進(jìn)行纂孔加工。(2) 立式鉆床主軸箱和工作臺(tái)安置在立柱上，主軸垂直布置的鉆床。主要適用于3機(jī)械制造和維修部門中的單件、小批生產(chǎn)，對(duì)中小型零件進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、锪孔及攻螺紋等加工。(3) 搖臂鉆床搖臂可繞立柱回轉(zhuǎn)、升降，通常主軸箱可在搖臂上作水平移動(dòng)的鉆床。它適用于大件和不同方位孔的加工。適用于各種零件的鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、锪孔及攻螺紋等加工，在配備工藝裝備的條件下也可鏜孔。(4) 銑鉆床工作臺(tái)可縱橫向移動(dòng)，鉆軸垂直布置，能進(jìn)行銑削的鉆床。適用于單件、小批生產(chǎn)中對(duì)中小型零件進(jìn)行鉆削和銑削。　　(5) 深孔鉆床使用特制深孔鉆頭，工件旋轉(zhuǎn)，鉆削深孔的鉆床。帶深孔零件的深孔加工，深孔長(zhǎng)徑比一般為 5~10，特深孔長(zhǎng)徑比大雨 20，個(gè)別卡達(dá)200。　(6) 平端面中心孔鉆床切削軸類端面和用中心鉆加工的中心孔鉆床。切削軸類端面并用中心鉆加工中心孔。通于大批大量生產(chǎn)中軸類零件端部準(zhǔn)備工。(7) 臥式鉆床主軸水平布置，主軸箱可垂直移動(dòng)的鉆床。用于加工箱體類零件。1.3 鉆削的應(yīng)用在各類機(jī)器零件上經(jīng)常需要進(jìn)行鉆孔，因此鉆削的應(yīng)用還是很廣泛的，但是，由于鉆削的精度較低，表面較粗糙，一般加工精度在 IT10以下，表面粗糙度 Ra 值大于 12.5μm ，生產(chǎn)效率也比較低。因此，鉆孔主要用于粗加工，例如精度和粗糙度要求不高的螺釘孔、油孔和螺紋底孔等。但精度和粗糙度要求較高的孔，也要以鉆孔作為預(yù)加工工序。 4單件、小批生產(chǎn)中，中小型工件上的小孔(一般 D 13 mm)常用臺(tái)式鉆床加工，中小型工件上直徑較大的孔(一般 D<50mm)常用立式鉆床加工，大中型工件上的孔應(yīng)采用搖臂鉆床加工，回轉(zhuǎn)體工件上的孔多在車床上加工。在成批和大量生產(chǎn)中，為了保證加工精度，提高生產(chǎn)效率和降低加工成本，廣泛使用鉆模、多軸鉆的或組合機(jī)床進(jìn)行孔的加工。1.4 振動(dòng)鉆削的介紹孔加工是金屬切削加工中最常用的加工工藝。據(jù)統(tǒng)計(jì)，孔加工的金屬切除量約占切削加工總金屬切除量的 1/3，鉆頭的產(chǎn)量約占刀具總產(chǎn)量的 60%。目前用于加工微小孔的工藝方法雖然較多，但應(yīng)用最廣泛、生產(chǎn)實(shí)用性最強(qiáng)的仍是采用麻花鉆鉆削加工。隨著對(duì)孔加工質(zhì)量和效率的要求不斷提高，傳統(tǒng)的鉆削工藝已顯示出極大的局限性，而近年來迅速發(fā)展的振動(dòng)鉆削工藝則日益顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)及廣闊的應(yīng)用前景。 振動(dòng)鉆削是振動(dòng)切削的一個(gè)分支，它與普通鉆削的區(qū)別在于鉆孔過程中通過振動(dòng)裝置使鉆頭與工件之間產(chǎn)生可控的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)方式主要有三種，即軸向振動(dòng)(振動(dòng)方向與鉆頭軸線方向相同)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)(振動(dòng)方向與鉆頭旋轉(zhuǎn)方向相同)和復(fù)合振動(dòng)(軸向振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)迭加)。其中，軸向振動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)，工藝效果良好，在振動(dòng)鉆削中占主導(dǎo)地位。振動(dòng)的激勵(lì)方式主要有超聲波振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、液壓振動(dòng)和電磁振動(dòng)。其中，超聲波振動(dòng)的頻率通常在 16kHz 以上，所以也稱為高頻振動(dòng)鉆削；其它三種振動(dòng)方式的頻率一般為幾百赫茲，故稱為低頻振動(dòng)鉆削。振動(dòng)鉆削改變了傳統(tǒng)鉆削的切削機(jī)理。在振動(dòng)鉆削過程中，當(dāng)主切削刃與工件不分離時(shí)，切削速度、切削方向等參數(shù)產(chǎn)生周期性變化；當(dāng)主切削刃與工件時(shí)切時(shí)離時(shí)，切削過程變成脈沖式的斷續(xù)切削。當(dāng)振動(dòng)參數(shù)(振動(dòng)頻5率和振幅)、進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速等選擇合理時(shí)，可明顯提高鉆入定位精度及孔的尺寸精度、圓度和表面質(zhì)量，減小出口毛刺，降低切削力和切削溫度，延長(zhǎng)鉆頭壽命。振動(dòng)鉆削良好的工藝效果已引起國(guó)內(nèi)外研究者的普遍關(guān)注，自 1954 年日本宇都宮大學(xué)的隈部淳一郎教授提出振動(dòng)鉆削理論以來，各國(guó)學(xué)者對(duì)振動(dòng)鉆削進(jìn)行了大量理論研究及實(shí)驗(yàn)分析，取得了許多有價(jià)值的研究成果，其中一些成果已逐步應(yīng)用于加工領(lǐng)域。1.5 振動(dòng)鉆削分類(1)按振動(dòng)性質(zhì)分為自激振動(dòng)鉆削和強(qiáng)迫振動(dòng)鉆削自激振動(dòng)鉆削是利用切削過程中產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行的，強(qiáng)迫振動(dòng)鉆削是利用專門的振動(dòng)裝置，使鉆頭(或工件)產(chǎn)生有規(guī)律的可控的振動(dòng)進(jìn)行切削。 (2)按振動(dòng)頻率分為高頻振動(dòng)鉆削和低頻振動(dòng)鉆削 鉆頭(或工件 )的振動(dòng)頻率在 16kHz 以上的稱高頻振動(dòng)鉆削或超聲波振動(dòng)鉆削，其高頻振動(dòng)是利用超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿來實(shí)現(xiàn)的。這種振動(dòng)鉆削方式以改善加工精度和表面粗糙度、提高切削效率和效能、擴(kuò)大切削加工適應(yīng)范圍為主要目的；鉆頭(或工件)的振動(dòng)頻率最高僅為幾百赫茲的稱低頻振動(dòng)鉆削，低頻振動(dòng)主要依靠機(jī)械或電液等激振裝置來實(shí)現(xiàn)，這種振動(dòng)鉆削方式以斷屑為主要目的，同時(shí)也可以有效地提高孔的加工精度。 (3)按刀具振動(dòng)的方向分為軸向振動(dòng)鉆削、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)鉆削和同時(shí)具有軸向和扭轉(zhuǎn)兩種振動(dòng)的復(fù)合振動(dòng)鉆削軸向振動(dòng)鉆削是鉆頭的振動(dòng)方向與鉆頭的軸線方向相同；扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是鉆頭的振動(dòng)方向與鉆頭的旋轉(zhuǎn)方向相同；復(fù)合振動(dòng)是上述兩種振動(dòng)的迭加。其中軸向振動(dòng)鉆削易于實(shí)現(xiàn)、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝效果明顯，是振6動(dòng)鉆削中占主要地位的振動(dòng)方式。 (4)按振動(dòng)對(duì)象分為振動(dòng)主軸和振動(dòng)工作臺(tái) 振動(dòng)工作臺(tái)時(shí)工件和夾具組成振源的慣性負(fù)載，其結(jié)構(gòu)和質(zhì)量的變化直接影響振幅出。振動(dòng)主軸時(shí)，振源的慣性負(fù)載不因工件而發(fā)生變化，適應(yīng)性強(qiáng)，一般都采用振動(dòng)主軸的方式。1.6 振動(dòng)鉆削的應(yīng)用前景近年來，由于材料科學(xué)的飛速發(fā)展，具有優(yōu)良機(jī)械和物理性能的新型材料不斷涌現(xiàn)，并逐漸在各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。高強(qiáng)度、高硬度金屬材料、正交纖維束增強(qiáng)復(fù)合材料及涂層材料等的應(yīng)用日益廣泛，尤其是正交纖維束增強(qiáng)復(fù)合材料以其優(yōu)良的比強(qiáng)度、比剛度和加工性能被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)中，然而其主要弱點(diǎn)之一是層間剪切強(qiáng)度低，采用普通鉆削加工時(shí)因軸向力較大，使層間容易產(chǎn)生脫層現(xiàn)象，尤其鉆出時(shí)脫層更為嚴(yán)重。針對(duì)這一問題，采用振動(dòng)鉆削工藝，并在鉆入和鉆出時(shí)采用不同的加工參數(shù)( 振幅 A、振動(dòng)頻率 F、進(jìn)給量 f、主軸轉(zhuǎn)速 n 等)以減小軸向力，無疑可顯著提高孔的加工質(zhì)量。 由多種材料(如鈦合金、鋁合金及復(fù)合材料)組合構(gòu)成的疊層材料已逐漸應(yīng)用于新型飛機(jī)的制造中，其應(yīng)用前景十分廣闊，但由于其切削性能很差，成為推廣應(yīng)用的主要障礙，因此亟需解決其切削加工難的問題。對(duì)于這種材料采用定參數(shù)振動(dòng)鉆削的加工方法難以奏效，必須在鉆削不同材料層時(shí)相應(yīng)改變加工參數(shù)，才能在性能差別懸殊的不同材料層上鉆出高質(zhì)量的孔。 極有發(fā)展前途的金屬基(主要是鋁基)非連續(xù)增強(qiáng)復(fù)合材料以及最近出現(xiàn)的一些具有晶須、短纖維和陶瓷顆粒結(jié)構(gòu)的材料，不僅性能優(yōu)異，而且價(jià)格也可與傳統(tǒng)金屬材料競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)外已在導(dǎo)航系統(tǒng)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、7汽車連桿、活塞、汽缸體、工業(yè)機(jī)器人傳動(dòng)齒輪上投入應(yīng)用。但是這類材料中的增強(qiáng)相(纖維、晶須或顆粒)硬度很高，且在材料中隨機(jī)分布，故鉆削加工中刀具磨損嚴(yán)重，加工表面質(zhì)量差，且隨鉆削深度的增加而加劇。所以，必須采用變參數(shù)振動(dòng)鉆削工藝才能較好解決其加工問題。 上述新型材料有可能在下世紀(jì)初被大量廣泛應(yīng)用，而其加工難題還遠(yuǎn)未很好解決，目前僅在車削加工領(lǐng)域有極少的研究和報(bào)道。 針對(duì)上述材料的加工難題，振動(dòng)鉆削應(yīng)根據(jù)加工孔的材料組合特性、孔的長(zhǎng)徑比和技術(shù)要求等靈活選擇參數(shù)變量(A，F(xiàn)，f，n)，并將參數(shù)變量作為鉆削深度的函數(shù)，即 A(l)，F(xiàn)(l)，f(l) ，n(l)，最終目的是使整個(gè)鉆削過程處于優(yōu)化狀態(tài)，全面提高孔的加工質(zhì)量。因此，對(duì)振動(dòng)鉆削的研究主要應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行： 在充分考慮各種復(fù)雜因素尤其是非線性因素的基礎(chǔ)上，構(gòu)造能夠真實(shí)反映鉆削過程機(jī)理的動(dòng)力學(xué)模型，深入進(jìn)行振動(dòng)鉆削動(dòng)力學(xué)特性的研究：①由于振動(dòng)鉆削系統(tǒng)是一個(gè)包含非線性因素的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)諸如分叉、混沌等方面的動(dòng)力學(xué)特性，這方面內(nèi)容在以往的振動(dòng)鉆削研究中很少涉及；②鉆頭的結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)比較復(fù)雜，以往國(guó)內(nèi)外對(duì)振動(dòng)鉆削進(jìn)行理論研究時(shí)都是把鉆頭近似看作具有兩自由度且自由端具有集中質(zhì)量(或均勻分布質(zhì)量)的懸臂梁來建立動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)這種模型進(jìn)行理論分析，求出的解只能是近似解，不能完全、真實(shí)地反映鉆頭結(jié)構(gòu)及切削過程的動(dòng)力學(xué)特性，因此需要從振動(dòng)理論上進(jìn)一步深入分析振動(dòng)鉆削的動(dòng)力學(xué)特性，尋找更為有效的求解方法，為振動(dòng)鉆削技術(shù)在現(xiàn)代加工條件下的完善和發(fā)展提供更充分、更精確的理論依據(jù)。 從切削力學(xué)角度看，振動(dòng)鉆削的實(shí)質(zhì)是變厚切削、變角切削、變速切削和沖擊切削，要搞清各參數(shù)變量對(duì)切削過程的多維影響關(guān)系、分離8型與不分離型振動(dòng)鉆削的分界、零相位差振動(dòng)斷屑機(jī)理、尤其是在廣域內(nèi)確定鉆頭橫刃和主切削刃的負(fù)后角禁區(qū)及切削厚度的變化對(duì)動(dòng)態(tài)切削力的影響，必須對(duì)動(dòng)態(tài)切削過程進(jìn)行深入研究，從而為今后的實(shí)驗(yàn)研究奠定基礎(chǔ)。 開發(fā)先進(jìn)的振動(dòng)鉆削設(shè)備。振動(dòng)鉆削是一種先進(jìn)的加工工藝，振動(dòng)參數(shù)對(duì)孔加工質(zhì)量的影響非常大，而且需要根據(jù)不同的加工對(duì)象和鉆削區(qū)段作相應(yīng)變化。因此，依靠傳統(tǒng)的鉆削設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須配置能進(jìn)行變參數(shù)振動(dòng)鉆削的自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)鉆削的自動(dòng)化和智能化。 開拓新的分析方法。振動(dòng)鉆削研究的最終目的是適應(yīng)新型材料的加工要求，優(yōu)化切削過程，全面提高孔加工質(zhì)量。但受實(shí)驗(yàn)設(shè)備等客觀條件的限制，不可能在實(shí)驗(yàn)中大幅度地任意改變參數(shù)，因此采用計(jì)算機(jī)仿真對(duì)切削過程進(jìn)行全方位的分析和優(yōu)化是必不可少的，這就要求在系統(tǒng)辨識(shí)的基礎(chǔ)上根據(jù)振動(dòng)理論、切削理論、控制理論等對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行形象的描述并構(gòu)造振動(dòng)鉆削的仿真模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)鉆削的動(dòng)態(tài)仿真。92 選擇電動(dòng)機(jī)及分配傳動(dòng)比2.1 基本原理簡(jiǎn)述電動(dòng)機(jī)經(jīng)一級(jí)皮帶傳動(dòng)，使輸入軸產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)速，輸入軸通過齒輪嚙合使中間軸產(chǎn)生更高的轉(zhuǎn)速。在中間軸上有三個(gè)不同的齒輪，三聯(lián)滑移齒輪通過導(dǎo)向花鍵連接在輸出軸上，這個(gè)三聯(lián)滑移齒輪可移換左、中、右三個(gè)位置，使傳動(dòng)比不同的三對(duì)齒輪嚙合，因而中間軸轉(zhuǎn)速不變，輸出軸可以得到三級(jí)不同轉(zhuǎn)速。偏心輪安裝在輸出軸上，推動(dòng)推桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，推桿另一端頂著工作臺(tái)，通過調(diào)整偏心輪的偏心距，使得推桿產(chǎn)生 0.05mm 的振幅，即工作臺(tái)產(chǎn)生 0.05mm 的振幅。2.2 選擇電動(dòng)機(jī)根據(jù)本設(shè)計(jì)要求，我選擇 Y802-2 型封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)，其技術(shù)參數(shù)如表 2-1。表 2-1 電動(dòng)機(jī)參數(shù)額定功率 額定轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)矩kw1. min/2830rmN?2.2.3 分配傳動(dòng)比由前工作原理可知， 的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速需經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在輸出in/2830r軸上達(dá)到 、 、 三個(gè)轉(zhuǎn)速，故需三聯(lián)min/60r1min/10r滑移齒輪變速。故該裝置總傳動(dòng)比為10齒齒帶總 21ii??在 18000 時(shí)min/r 57.0183wmi帶傳動(dòng)推薦傳動(dòng)比是 ，在本設(shè)計(jì)中，因?yàn)橹鲃?dòng)輪是大帶輪，4~2從動(dòng)輪是小帶輪，故傳動(dòng)比可取 ，取 。齒輪變速器傳.. .?帶i動(dòng)比 ，取 ，則。變速器是靠改變 來進(jìn)行31.0/?帶變 i 701?齒i 齒2i變速，故各軸轉(zhuǎn)速：輸入軸： min/560in/.02831 rrnm??帶中間軸： i/12i/47.5612 rr齒于是，時(shí)，min/0r2?齒時(shí)，121齒i2.4 計(jì)算運(yùn)動(dòng)參數(shù)(1) 各軸的功率已知各參數(shù)：帶傳動(dòng)效率 ，軸承傳動(dòng)效率 ，齒輪96.01??98.02??傳動(dòng)效率 。97.03??11輸入軸： kwPw056.19.1????中間軸： 7.8.321輸出軸： kwP95.0.90323 ????(2) 各軸的轉(zhuǎn)矩電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩： mNTd ????7.32801.95輸入軸： id 6.196.7.311?帶中間軸： mNiT ?????79.0.804..3212齒輸出軸上轉(zhuǎn)矩不同，在后面的設(shè)計(jì)中進(jìn)行計(jì)算。123 振動(dòng)鉆削裝置的設(shè)計(jì)3.1 V帶的設(shè)計(jì)1. 計(jì)算功率 cP已知工作條件：載荷變動(dòng)小，每天工作 8 小時(shí)，查[參考文獻(xiàn) 1]表8-7，取 =1.1AK= =1.1 1.1=1.21cPKA?kw2. 選擇帶型由 = 1.21 =5660cPkw小nmin/r查[參考文獻(xiàn) 1]圖 8-1，選擇 Z 型帶3. 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速(1)初選小帶輪基準(zhǔn)直徑由[參考文獻(xiàn) 1]表 8-8,和表 8-9 取 =75mm;1d(2)驗(yàn)算帶速 v= = =22.21160dn??小 0657?sm/5 < <25 ，故帶速合適。sm/vs/(3)計(jì)算大帶輪基準(zhǔn)直徑= / =75/0.5=1502d1im查[參考文獻(xiàn) 1]表 8-8，取 =1504. 確定 V 帶中心距 和基準(zhǔn)長(zhǎng)度adL13(1)初定中心距由公式0.7（ + ）1d2)(210da??得 157.5 m450?a初定中心距 =3000(2)確定帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度由公式 021210 4)()(2addaLd ????代入數(shù)據(jù)得： 958d?m由[參考文獻(xiàn) 1]表 8-3，選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度 mLd9?(3)計(jì)算實(shí)際中心距有公式 Lad 27195803200 ???????安裝時(shí)所需最小中心距 md 5.9015.715.min ?張緊或補(bǔ)償伸長(zhǎng)所需最大中心距 Lad283.203.x ????故中心距變化范圍為 257.5-298m5. 驗(yàn)算小帶輪上的包角 ????? 901643.5721083.5718012 ?????????ad146. 計(jì)算帶的根數(shù)(1)計(jì)算單根 V 帶的額定功率 rp由 ，md751?in/60n小查[參考文獻(xiàn) 1]圖 8-4b 得 kwPo.?根據(jù) ， ，查得 i/r小 5ko01.?查[參考文獻(xiàn) 1]表 8-11 得 96.0?k查[參考文獻(xiàn) 1]表 8-3 得 31?l kwkPlor 603..1.()( ???????）(2)計(jì)算 V 帶的根數(shù)07.263.1?rcZ取 3 根7. 計(jì)算單根 V 帶初拉力最小值 ??min0F由[參考文獻(xiàn) 1]表 8-2，Z 型帶單位帶長(zhǎng)質(zhì)量 mkgq/06.?所以 ??2min015.2vZPkFc??????????代入數(shù)據(jù)，得 N51in0應(yīng)使帶實(shí)際初拉力 ??min0?8. 計(jì)算壓軸力壓軸力最小值為15= =????2sin31m0min?FZp?2164sin53??N309. 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)大帶輪結(jié)構(gòu)因?yàn)閹?，帶輪材料采用鑄鐵 。sv/30?150HT已知大帶輪基準(zhǔn)直徑 , 型三相異步電動(dòng)機(jī)軸徑md150?28?Y為 ，由 [參考文獻(xiàn) 1]表 8-12 查得，大帶輪輪輻結(jié)構(gòu)部分為輻板式m19型。輻板寬度 ，槽數(shù)取 ，輪輻數(shù) 。?PS9Z4?A則 mnAPh21830.29031?7..12?????8~2.49~81d取 361?d????35.15.2. ???L取 2再由[參考文獻(xiàn) 1]表 8-13 查得槽間距 最小輪緣厚度1?e7f?fh2a 5.??帶輪寬 ????meZB2671?????daa 540?并得知 ??38?(2)小帶輪結(jié)構(gòu)16因?yàn)閹?，帶輪材料采用鑄鐵 。smv/30?150HT已知大帶輪基準(zhǔn)直徑 ，由[參考文獻(xiàn) 1]表 8-12 查得，小d75?帶輪輪輻結(jié)構(gòu)為實(shí)心式 型。取小帶輪孔徑為 ，槽數(shù)取1?Sm82?Z????36~271.2~. ??L取 30?L再由[參考文獻(xiàn) 1]表 8-13 查得槽間距 最小輪緣厚度12e7?ffh2?a 5.??帶輪寬 ????meZB2671?????daa 975并得知 ??34?3.2 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)3.2.1 11’組嚙合齒輪1. 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)(1)按照所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。(2)該裝置為一般工作機(jī)器，故選用 7 級(jí)精度。(3)材料選擇。選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 260 HBS；大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 230 HBS，二者材料硬度差 30 HBS。(4)初選小齒輪齒數(shù) Z =17，大齒輪齒數(shù) Z =17/0.47=36.17，取整數(shù)12Z =37。22. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)17由設(shè)計(jì)公式 ??32112. ?????????HEdtt ZuTKd??(1)確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值。a.試選載荷系數(shù) 。3.1?tKb.小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。由之前計(jì)算可知， 。mNT?79.0c. 由[參考文獻(xiàn) 2]表 10-7 選取齒寬系數(shù) 。1?d?d. 由[參考文獻(xiàn) 1]表 10-18 查的材料彈性影響系數(shù) 。MPaZE8.19?e. 由[參考文獻(xiàn) 2]圖 10-21d 按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 。H501lim? MPaH4602lim??f. 由 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。hnjLN6?=??1530821061 ??? 108.2 4.7.8.5?g.由[參考文獻(xiàn) 2]圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 9.01?HNK。95.02?HNKh.計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效效率 1%，安全系數(shù) ，可知，1?S?? MPaKNH495509.lim1 ???18?? MPaSKNH4376095.2lim2 ????(2)計(jì)算。a. 試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小值。td1??H?? mZuTKdHEdtt 63.19478..01793.232. 211 ?????????????????????b. 計(jì)算圓周速度。 sndvt /3.12063.19061 ?????c. 計(jì)算齒寬。 mdbt 6.9.1??d. 計(jì)算齒寬與齒高之比。模數(shù) Zdmtt 15.763.91?齒高 mht 6.2.25.??所以 5.76.2319?hbe. 計(jì)算載荷系數(shù)。根據(jù) ，7 級(jí)精度，由[參考文獻(xiàn) 2]圖 10-18 查得 ，smv/3.12? 2.1?VK直齒輪 。1?FHK19由[參考文獻(xiàn) 2]表 10-2 查得 。25.1?AK由[參考文獻(xiàn) 1]表 10-13、10-15、10-16 用插值法取小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱位置布置 。478.1??F由 ， 查[參考文獻(xiàn) 2]圖 10-13 取 。5.7?hbHK405.1??FK故載荷系數(shù) 27.48.12.51???FVAf. 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得分度圓直徑。 mKdtt 45.23.176.9331g. 計(jì)算模數(shù)。 Zm379.145.2?3. 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)公式為 ??321???????FSadYZKTm??(1)確定公式內(nèi)各值。a.由[參考文獻(xiàn) 2]圖 10-20c 查的小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度 ，MPaFE401??大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度 。MPaFE320??b.由[參考文獻(xiàn) 2]可以查得圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) ，85.1FNK。8.02?FNKc.計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。20取彎曲疲勞許用應(yīng)力系數(shù) 。4.1?S??MPaKFENF 14.267.08511??SFEF ..322 ??d.計(jì)算載荷系數(shù)。 1075.24.2.15???FVAKe.查齒形系數(shù)。由[參考文獻(xiàn) 2]表 10-5 查得 。97.1?FaY3.2Faf.查取應(yīng)力校正系數(shù)。由[參考文獻(xiàn) 2]表 10-5 查得 。5.1sa6.12sag.計(jì)算大、小齒輪 并比較。??FSaY?0169.4.267591??FSa??2..32FSaY?大齒輪的數(shù)值大。(2)設(shè)計(jì)計(jì)算 613.025.17905.23 ????m對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于有齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒數(shù)模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑21有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 0.613 圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=1，于是可算出小齒輪齒數(shù)45.231.1?mdZ取 。241?Z但考慮到齒輪所受到的載荷，軸上零件的裝配以及在實(shí)際工作中的需要，這里模數(shù)取 m=2。大齒輪齒數(shù) 06.5147./28?Z取 。52?Z4. 幾何尺寸計(jì)算(1)分度圓直徑 mZd4821???m1052(2)中心距 mda762481???(3)齒寬 db481?取 mB481?532?(4)其余幾何參數(shù)其余幾何參數(shù)的計(jì)算見表 3-122表 3-1 11’組嚙合齒輪其余幾何參數(shù)名 稱 齒輪 1 齒輪 1’齒形角 ???20?齒頂高系數(shù) ?ah1*ah頂隙系數(shù) *c 5.c基圓 bdmdb98cos1??mdb46cos2??齒頂高 ahha*齒根高 f ??cf 5.?齒高 h mh.4?齒頂圓直徑 addaa10821? mhdaa22??齒根圓直徑 f ff 9?ff 4?齒距 pmp.6??基節(jié) b b95cos?齒輪 1 見圖 3-123圖 3-1 齒輪 13.2.2 22’組嚙合齒輪1.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)(1)按照所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。(2)該裝置為一般工作機(jī)器，故選用 7 級(jí)精度。(3)材料選擇。選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 260 HBS；大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 230 HBS，二者材料硬度差 30 HBS。(4)初選小齒輪齒數(shù) Z =17，大齒輪齒數(shù) Z = 。123417??2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)公式24??32112. ?????????HEdtt ZuTKd??(1)確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值。a.試選載荷系數(shù) 。3.1?tKb.小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。由之前計(jì)算可知， 。mNT?79.0c. 由[參考文獻(xiàn) 2]表 10-7 選取齒寬系數(shù) 。1?d?d. 由[參考文獻(xiàn) 1]表 10-18 查的材料彈性影響系數(shù) 。MPaZE8.19?e. 由[參考文獻(xiàn) 2]圖 10-21d 按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 。H501lim? MPaH4602lim??f. 由 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。hnjLN6?=??1530821061 ??? 108.029..5?Ng.由[參考文獻(xiàn) 2]可以查得 圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 84.01?HNK。87.02?HNKh.計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效效率 1%，安全系數(shù) ，可知1?S?? MPaKNH4625084.lim11 ???25?? MPaSKNH2.40687.02lim2 ????(2)計(jì)算。a. 試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小值。td1??H?? mZuTKdHEdtt 3.162.4089317.3232.11 ?????????????????????b. 計(jì)算圓周速度。 sndvt /24.10603.1601 ?????c. 計(jì)算齒寬。 mdbt 3..1??d. 計(jì)算齒寬與齒高之比。模數(shù) Zdmtt 96.0173?齒高 mht .2.52.??所以 .716.23?hbe. 計(jì)算載荷系數(shù)。根據(jù) ，7 級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 10-18 查得smv/24.10?，9.VK直齒輪 。?FH26由[參考文獻(xiàn) 2]表 10-2 查的 。25.1?AK由[參考文獻(xiàn) 1]表 10-13、10-15、10-16 用插值法取小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱位置布置 。46.1??F由 ， 查[參考文獻(xiàn) 2]圖 10-13 取 。5.7?hbHK423.1??FK故載荷系數(shù) 8.46.19.251???FVAf. 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得分度圓直徑。 mKdtt 37.19.831631g. 計(jì)算模數(shù)。 Zm139.7.1?3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)公式為 ??321???????FSadYZKTm??(1)確定公式內(nèi)各值。a.由[參考文獻(xiàn) 2]圖 10-20c 查的小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度 ，MPaFE401??大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度 。MPaFE320??b.由[參考文獻(xiàn) 2]圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù)為 ，85.1FNK。8.02?FNKc.計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。27取彎曲疲勞許用應(yīng)力系數(shù) 。4.1?S??MPaKFENF 14.267.08511??SFEF ..322 ??d.計(jì)算載荷系數(shù)。 12.43.19.25???FVAKe.查齒形系數(shù)。由[參考文獻(xiàn) 2]表 10-5 查得 。7.1?FaY.2Faf.查取應(yīng)力校正系數(shù)。由[參考文獻(xiàn) 2]表 10-5 查得 。5.1sa6.12sag.計(jì)算大、小齒輪 并比較。??FSaY?0169.4.267591??FSa??2..32FSaY?大齒輪的數(shù)值大。(2)設(shè)計(jì)計(jì)算 614.025.1790.23 ???m對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于有齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒數(shù)模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑28有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 0.613 圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=1，于是可算出小齒輪齒數(shù)。取37.19.1?mdZ201?Z大齒輪齒數(shù) 取42?52但考慮到齒輪所受到的載荷，軸上零件的裝配以及在實(shí)際工作中的需要，這里模數(shù)取 m=2。4.幾何尺寸計(jì)算(1)分度圓直徑 mZd4021???82(2)中心距 mda602401???(3)齒寬 db41?取 mB401?452?(4)其余幾何參數(shù)其余幾何參數(shù)見表 3-2表 3-2 22’組齒輪幾何參數(shù)名 稱 齒輪 2 齒輪 2’齒形角 ???20?29齒頂高系數(shù) ?ah1*?ah頂隙系數(shù) *c 25.0c基圓 bdmdb38cos1??mdb72cos2??齒頂高 ahha*?齒根高 f ??cf 5.?齒高 h mh.4齒頂圓直徑 addaa21?mhdaa8422??齒根圓直徑 f ff 35?ff 75?齒距 pmp8.6?基節(jié) b b95cos??齒輪 2’見圖 3-2圖 3-2 齒輪 2’3.2.3 33’組嚙合齒輪30該組齒輪傳動(dòng)比是 1,即等速傳動(dòng),該組齒輪可與齒輪 1’相同。但考慮到齒輪所受到的載荷，軸上零件的裝配以及在實(shí)際工作中的需要，這里模數(shù)取 。2?m因?yàn)?3’齒輪屬于三聯(lián)滑移齒輪中一部分，在工作過程中，要相互嚙合，所以中心距離應(yīng)為 60 。在保持模數(shù)，傳動(dòng)比不變的情況下應(yīng)改變齒數(shù)。故 。3021?Z分度圓直徑 mZd6023121 ??齒寬 db481??取 mB4821?其余幾何參數(shù)如表 3-3表 3-3 33’組嚙合齒輪幾何參數(shù)名 稱 齒輪 3 齒輪 3’齒形角 ???20?齒頂高系數(shù) ?ah1*ah頂隙系數(shù) *c 5.c基圓 bd mdb6os121???31齒頂高 ah mha2*?齒根高 f ??cf 5.?齒高 hh.4齒頂圓直徑 ad mdaa62121??齒根圓直徑 f ff 57?齒距 pp8.?基節(jié) b mb95cos??3.2.4 44’組嚙合齒輪1.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)(1)按照所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。(2)該裝置為一般工作機(jī)器，故選用 7 級(jí)精度。(3)材料選擇。選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 260 HBS；大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 230 HBS，二者材料硬度差 30 HBS。(4)初選小齒輪齒數(shù) Z =17，大齒輪齒數(shù) Z =17/0.67=25.37，取整數(shù)12Z =26。22.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)公式 ??32112. ?????????HEdtt ZuTKd??(1)確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值。a.試選載荷系數(shù) 。3.1?tK32b.小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。由之前計(jì)算可知， mNT??504.c. 由[參考文獻(xiàn) 2]表 10-7 選取齒寬系數(shù) 。1?d?d. 由[參考文獻(xiàn) 1]表 10-18 查的材料彈性影響系數(shù) 。MPaZE8.9e. 由[參考文獻(xiàn) 2]圖 10-21d 按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 。MPaH501lim?? H4602lim??f. 由 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。hnjLN6=??15308218061 ??1078.2 .67.7.??g.由[參考文獻(xiàn) 2]可以查得 圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 2.01?HNK。85.02?HNKh.計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效效率 1%，安全系數(shù) ，可知1?S?? MPaKNH451082.lim11 ???SH 3965.2li2?(2)計(jì)算。a. 試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小值。td1??H??? mZuTKdHEdtt 21.7398.167.01543.232.11 ????????????????????33b. 計(jì)算圓周速度。 smndvt /21.610682.7106?????c. 計(jì)算齒寬。 dbt ..71??d. 計(jì)算齒寬與齒高之比。模數(shù) mZdmtt 012.7.1?齒高 ht 7..52.??所以 6.27.1?hbe. 計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù) ，7 級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 10-18 查得smv/21.6?，.VK直齒輪 。?FH由[參考文獻(xiàn) 2]表 10-2 查得 。25.1?AK由[參考文獻(xiàn) 1]表 10-13、10-15、10-16 用插值法取小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱位置布置 。46.1?F由 ， 查[參考文獻(xiàn) 2]圖 10-13 取 。56.7?hbH 28.1??FK34故載荷系數(shù) 236.4.12.51?????FHVAKf. 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得分度圓直徑。 mdtt 62.03.12.731g. 計(jì)算模數(shù)。 Zm2.176.0?3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)公式為 ??321???????FSadYZKTm??(1)確定公式內(nèi)各值。a.由[參考文獻(xiàn) 2]圖 10-20c 查的小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度 ，MPaFE401??大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度 。MPaFE320??b.由[參考文獻(xiàn) 2]可以查得 圖 10-18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) ，85.1FNK。8.02?FNKc.計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞許用應(yīng)力系數(shù) 。4.1?S??MPaKFENF 14.267.08511??SFEF ..322 ??35d.計(jì)算載荷系數(shù)。 925.18.2.15??????FVAKe.查齒形系數(shù)。由[參考文獻(xiàn) 2]表 10-5 查得 ， 。97.1FaY43.2Faf.查取應(yīng)力校正系數(shù)由[參考文獻(xiàn) 2]表 10-5 查得 ， 。5.1?sa6.12sag.計(jì)算大、小齒輪 并比較。??FSaY?0169.4.267591??FSa??2..32FSaY?大齒輪的數(shù)值大。(2)設(shè)計(jì)計(jì)算 513.02.1750492.3 ???m對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于有齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒數(shù)模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 0.613 圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=1，于是可算出小齒輪齒數(shù)。取62.01.1?mdZ1?Z大齒輪齒數(shù) 取34.7./2 32?36但考慮到齒輪所受到的載荷，軸上零件的裝配以及在實(shí)際工作中的需要，這里模數(shù)取 m=2。因?yàn)?4’齒輪屬于三聯(lián)滑移齒輪中一部分，在工作過程中，要相互嚙合，所以中心距離應(yīng)為 60 。在保持模數(shù)，傳動(dòng)比不變的情況下應(yīng)m改變齒數(shù)。取 ， ，取261?Z8.367.0/?342?Z3.幾何尺寸計(jì)算(1)分度圓直徑 mZd52261???8342(2)齒寬 db21??取 mB421?472?4.其余幾何參數(shù)其余幾何參數(shù)如表 3-4表 3-4 44’組嚙合齒輪幾何參數(shù)名 稱 齒輪 4 齒輪 4’齒形角 ???20?齒頂高系數(shù) ?ah1*ah頂隙系數(shù) *c 5.c37基圓 bdmdb64cos1??mdb49cos2??齒頂高 ahha*齒根高 f ??cf 5.?齒高 h mh.4?齒頂圓直徑 addaa721? mhdaa522??齒根圓直徑 f ff 65?ff 48?齒距 pmp8.??基節(jié) b b95cos?3.3 三聯(lián)滑移齒輪設(shè)計(jì)花鍵軸上需要安裝一個(gè)三聯(lián)滑移齒輪變速器來對(duì)該軸進(jìn)行變速。三聯(lián)齒輪通過導(dǎo)向花鍵連接在軸上，這個(gè)三聯(lián)齒輪可移換左、中、右三個(gè)位置，使傳動(dòng)比不同的三對(duì)齒輪嚙合，因而中間軸轉(zhuǎn)速不變，花鍵軸可以得到三級(jí)不同轉(zhuǎn)速。所以需要加工一個(gè)三聯(lián)齒輪，齒輪 2’、齒輪 3’、齒輪 4’是該滑移齒輪上的三個(gè)部分，每個(gè)齒輪之間距離 =15 。直徑 =30 。則lmdm三聯(lián)齒輪寬度為 165 。m三聯(lián)滑移齒輪如圖 3.3 所示。38圖 3.3 三聯(lián)滑移齒輪3.4 軸的設(shè)計(jì)3.4.1 輸入軸的設(shè)計(jì)該軸上裝有小帶輪和齒輪 1。由前面計(jì)算可知，在該軸上，功率，轉(zhuǎn)速 ，轉(zhuǎn)矩 。kwP056.1?min/560rn?mNT??176(1)求作用在齒輪上的力圓周力 dFt 15.340762???徑向力 Ntr .2costan.cosan???39(2)初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為 45 鋼，由[參考文獻(xiàn) 2]表 15-3，取 ，于是1260?A得 mnPAd28.56012330min ????(3)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各直徑和長(zhǎng)度，如圖 3.4 所示。圖 3.4 輸入軸在軸的左端安裝小帶輪，已知小帶輪的孔徑為 20 ，即m，取小帶輪到軸承之間的距離為 30 ，帶輪寬度為 30md201??，則 。l61?因軸受徑向力，可用深溝球軸承，左端軸承安裝在箱體位置，另外一個(gè)軸承在軸的右端由一支架固定，由[參考文獻(xiàn) 1]表 15-19，選深溝球軸承型號(hào)為 6204，其參數(shù)為 ，故mBDd14720???。所以 。md207632?? ml1576?取安裝齒輪 1 處軸段軸徑 ，齒輪左端與左軸承之間采43用套筒定位，又由于齒輪 1 和齒輪 1’的嚙合關(guān)系，該套筒長(zhǎng)度應(yīng)為 16，故 。齒輪 1 輪轂寬度為 ，取 ，齒輪l302?? 8ml5043??右端采用軸肩定位，軸肩高度 ，取 。故 ，d07.?d軸環(huán)寬度 ，取 。 段軸徑應(yīng)略小與 ，取hb4.1?ml54?65?54?40。取 。2365??dmml3605??于是軸長(zhǎng) mllll 527654321 ??????軸上零件周向定位帶輪上軸的周向定位采用平鍵連接。由[參考文獻(xiàn) 1]表 7-2，上平鍵截面 ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為 。21?dmhb46?? 24齒輪上軸的周向定位采用平鍵連接，由[參考文獻(xiàn) 1]表 7-2， 上平3?d鍵截面 ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為 。為了保? m15證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，選擇齒輪輪轂與軸配合為 。滾動(dòng)67nH軸承與軸的周向定位由過度配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為。6m3.4.2 中間軸的設(shè)計(jì)該軸上裝有齒輪 1’，齒輪 2，齒輪 3，齒輪 4。由前面計(jì)算可知，在該軸上，功率 ，kwP1?轉(zhuǎn)速 ，轉(zhuǎn)矩min/20rnmNT?790(1)求作用在齒輪上的力圓周力 dTFt 9.3248702'1' ???Nt 5.2dTFt 9.3248703???41NdTFt 69.247024???徑向力 tr 45.160costan9.32cosan''1 ??????NFtr 38.t5.2tr 97.10cos2tan9.3cosan3 ??????NFtr t6.44齒輪均為直齒圓柱齒輪，故不受軸向力。(2)初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為 Q235 鋼，由[參考文獻(xiàn) 2]表 15-3，取 ，于1260?A是得 mnPAd3.61206330min ????(3)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各直徑和長(zhǎng)度，如圖 3.5 所示。圖 3.5 中間軸軸左端在箱體軸蓋處固定，則在最小軸徑處應(yīng)安裝軸承，另外一個(gè)軸承在軸的右端由一支架固定，因?yàn)檩S僅受徑向力的作用，故選用深溝42球軸承。由[參考文獻(xiàn) 1]表 15-19，選取深溝球軸承型號(hào)為 6201，其參數(shù)為 。軸承在箱體內(nèi)用支架進(jìn)行支撐定mBDd10321???位，故 ，而 。9821?89l??取安裝齒輪 1’處的軸段直徑 ，齒輪左端與左軸承之間d432采用軸肩擋圈定位，因?yàn)闆]有標(biāo)準(zhǔn)件，該軸肩擋圈需制作，取擋圈， , ，則 15 。齒輪 1’的輪轂寬md14?D18mH5???21lm度為 53 ，齒輪 1’右端需安裝套筒 b，取套筒長(zhǎng)度為 17 ，則。l7032?取安裝齒輪 3 處軸段軸徑 ，齒輪 3 右端需安裝一個(gè)套筒d1843??c，由于要與Ⅲ軸三聯(lián)齒輪的嚙合關(guān)系，該套筒必須大于齒輪 3 輪轂寬度以及連接件寬度 63 ，取套筒長(zhǎng)度為 67 ， 。mml1543??取安裝齒輪 2