2978 精密超聲銑床的設(shè)計(jì)——總體方案及超聲主軸箱設(shè)計(jì)

2978 精密超聲銑床的設(shè)計(jì)——總體方案及超聲主軸箱設(shè)計(jì),精密,超聲,銑床,設(shè)計(jì),總體方案,主軸 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文1摘 要當(dāng)今各種先進(jìn)材料在航空航天、化工、軍事、機(jī)械、電子電器以及精密制造領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。但是,對(duì)于這些材料,如具有高強(qiáng)度、高硬度、高脆性的先進(jìn)陶瓷材料,利用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式進(jìn)行加工,加工困難且無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)加工的要求。超聲加工技術(shù)是一種將超聲振動(dòng)運(yùn)用于精密或超精密加工的技術(shù)，特別是在超硬材料、復(fù)合材料的難加工方面顯示出優(yōu)越性，具有低切削力、低切削溫度、低的表面粗糙度，被加工零件有良好的耐磨性、耐腐蝕性。因此精密超聲銑床將會(huì)制造出質(zhì)量更加優(yōu)異的產(chǎn)品。本文設(shè)計(jì)分析了超聲精密銑床的發(fā)展現(xiàn)狀和研究超聲精密銑床的意義及超聲精密銑床機(jī)構(gòu)尺寸對(duì)銑床性能的影響。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括了總體方案及超聲主軸箱設(shè)計(jì)，進(jìn)給箱設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)和超聲部分設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：精密銑床 超聲裝置河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文2AbstractToday's various advanced materials in the aerospace industry, chemical industry, military, mechanical, electronic electric appliance and precision manufacturing areas to be more widely used. But, for these materials, such as high strength, high hardness and high brittle advanced ceramic materials, using the traditional mechanical processing way, processing difficult and can meet the requirements of processing. Ultrasonic machining technology is a kind of ultrasonic vibration used in precision or ultra-precision processing technology, especially in superhard materials, composite materials processing hard showed superiority, with low cutting force, low temperature and low cutting the surface roughness, be processing components have good wear resistance and corrosion resistance. So precision ultrasound milling machine will create quality more excellent products.This paper analyzes the design of ultrasonic precision milling machine development present situation and research the significance and the ultrasonic precision milling machine ultrasonic precision milling machine dimensions of the institutions influence on the performance of the milling machine. Design content mainly includes the overall scheme and the ultrasonic spindle box design, the box design, hydraulic system and ultrasonic part of the design.Key words: precision milling machine Ultrasound device河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文3目錄1 緒論 ...............................................................................51.1 機(jī)床制造業(yè)的發(fā)展 .............................................................................................51.1.1 金屬切削機(jī)床及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位 ..............................................51.1.2 世界機(jī)床業(yè)的發(fā)展態(tài)勢(shì) ..........................................................................51.2 超聲波相關(guān)技術(shù)概述 .........................................................................................71.2.1 超聲加工的提出及其分類(lèi) ......................................................................71.2.2 超聲加工的發(fā)展 ......................................................................................91.2.3 旋轉(zhuǎn)超聲加工的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì) ................................................................121.2.4 旋轉(zhuǎn)超聲加工的應(yīng)用 ............................................................................141.3 超聲波加工機(jī)床的發(fā)展 ...................................................................................171.4 設(shè)計(jì)的目的及任務(wù) ...........................................................................................192 總體方案設(shè)計(jì) .............................................................202.1 總體方案概述 ...................................................................................................202.2 總體布局 ...........................................................................................................212.3 傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ...........................................................................................232.4 主要參數(shù)確定 ...................................................................................................242.5 主軸箱設(shè)計(jì)方案 ...............................................................................................263 擬定主傳動(dòng)系統(tǒng)及運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 .............................283.1 標(biāo)準(zhǔn)公比及模數(shù)的選擇 ...................................................................................283.2.擬定主傳動(dòng)選擇 ................................................................................................283.3 轉(zhuǎn)速圖確定 .......................................................................................................303.3.1 選定電動(dòng)機(jī) ............................................................................................303.3.2 分配總降速傳動(dòng)比 ................................................................................303.3.3 確定傳動(dòng)軸的軸數(shù) ................................................................................303.3.4 結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 ........................................................................................313.3.5 畫(huà)轉(zhuǎn)速圖 ................................................................................................313.4 計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定 ...............................................................................................333.5 主傳系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .......................................................................................343.5.1 變速機(jī)構(gòu)選擇 ........................................................................................343.5.2 齒輪的布置與排列 ................................................................................353.6 V 帶傳動(dòng)的計(jì)算 ................................................................................................37河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文43.7 齒數(shù)的確定 .......................................................................................................403.7.1 確定齒輪齒數(shù)的原則和要求 .................................................................403.7.2 齒輪齒數(shù)的確定 ....................................................................................413.7.3 齒輪齒數(shù)檢驗(yàn) ........................................................................................423.7.4 齒輪具體值確定 .....................................................................................433.8 各軸直徑的估算 ...............................................................................................443.9 傳動(dòng)件校檢 ........................................................................................................473.9.1 齒輪的校檢 .............................................................................................473.9.2 傳動(dòng)軸的校檢 .........................................................................................493.9.3 軸承疲勞強(qiáng)度校核 .................................................................................523.10 主軸箱的箱體 ..................................................................................................533.11 潤(rùn)滑與密封 .....................................................................................................55結(jié)束語(yǔ) .............................................................................56致 謝 ...............................................................................58參考文獻(xiàn) .........................................................................59河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文51 緒論1.1 機(jī)床制造業(yè)的發(fā)展1.1.1 金屬切削機(jī)床及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位金屬切削機(jī)床(Metal cutting machine tools) 是用切削的方法將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器。它是用來(lái)制造機(jī)器的機(jī)器,所以又稱(chēng)為“工業(yè)母機(jī)”或“工具機(jī)”(machinetools ) ,習(xí)慣上簡(jiǎn)稱(chēng)為機(jī)床。金屬切削機(jī)床是用來(lái)加工機(jī)器零件的主要設(shè)備,約占機(jī)器總制造量的40 %～60 %。機(jī)械制造工業(yè)肩負(fù)著為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)提供現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)備的任務(wù),是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)賴(lài)以發(fā)展的基礎(chǔ),而機(jī)床工業(yè)則是機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ),一個(gè)國(guó)家機(jī)床工業(yè)的技術(shù)水平在很大程度上標(biāo)志著這個(gè)國(guó)家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。所以,金屬切削機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化建設(shè)中起著重要的作用。1.1.2 世界機(jī)床業(yè)的發(fā)展態(tài)勢(shì)全球機(jī)床市場(chǎng)在1994 年跌至谷底后,便一路上揚(yáng)。據(jù)美國(guó)Gardner Publication 公司最新統(tǒng)計(jì)資料顯示,到目前為止,全球機(jī)床產(chǎn)值已達(dá)到50 億美元左右,從世界機(jī)床值的統(tǒng)計(jì)來(lái)看,機(jī)床生產(chǎn)十分集中,僅日本與德國(guó)就占世界總產(chǎn)值的43. 1 %左右。目前世界機(jī)床業(yè)中,日本為第一生產(chǎn)國(guó),占總額的22 % , 其它依次為德國(guó)21 % , 美國(guó)13 % , 意大利11 % ,瑞士6 % ,中國(guó)臺(tái)灣7 % ,中國(guó)3 % ,西班牙2. 8 % ,英國(guó)2. 7 % ,各國(guó)機(jī)床制造業(yè)的特點(diǎn)如下:河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文6（1）日本　日本大量制造的是通用型機(jī)種,比較受各國(guó)中小型公司的歡迎。其切削機(jī)床與成型機(jī)床比例為85 :15 ,日本機(jī)床業(yè)的特點(diǎn)是具有高生產(chǎn)力、高彈性且利潤(rùn)較高的精簡(jiǎn)式制造系統(tǒng),在亞洲市場(chǎng)占有明顯的優(yōu)勢(shì)。（2） 德國(guó)切削機(jī)床與成型機(jī)床比例為70 :30 。其機(jī)床產(chǎn)品特點(diǎn)是精度高、專(zhuān)用性強(qiáng),通常能根據(jù)各行業(yè)客戶(hù)的特殊要求而特別設(shè)計(jì)制造,整個(gè)機(jī)床產(chǎn)業(yè)約350 家機(jī)床制造商,以中小型企業(yè)為主,其用戶(hù)主要集中在國(guó)內(nèi)一些傳統(tǒng)的工業(yè)結(jié)構(gòu)上,如汽車(chē)制造業(yè)、機(jī)械業(yè)、電機(jī)等行業(yè)中。（3）美國(guó)　美國(guó)為世界技術(shù)進(jìn)步的領(lǐng)頭羊,其機(jī)床業(yè)的發(fā)展方向也是世界機(jī)床業(yè)今后的發(fā)展趨勢(shì)。目前,由電腦控制,高精度且具有優(yōu)異切割性能的激光加工機(jī)床的需求不斷上升,已成為美國(guó)機(jī)床市場(chǎng)的后起之秀,美國(guó)機(jī)床產(chǎn)品的需求主要來(lái)自對(duì)精度要求極高的航空及其高科技產(chǎn)業(yè),其切削機(jī)床與成型機(jī)床的比71 :29 。（4） 中國(guó)　中國(guó)目前批量生產(chǎn)的產(chǎn)品均為由傳統(tǒng)的電器、液壓控制的通用機(jī)床,大部分還是在20 世紀(jì)七、八十年代開(kāi)發(fā)的,特點(diǎn)是性能良好,基本機(jī)械機(jī)構(gòu)合理,但控制和驅(qū)動(dòng)方式落后,仍然屬于中、低檔產(chǎn)品,機(jī)床加工精度能滿(mǎn)足各類(lèi)零件的精加工要求。今后通用機(jī)床的發(fā)展方向應(yīng)是抓住“入世”機(jī)遇,降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量,積極主動(dòng)地參與質(zhì)量體系國(guó)際認(rèn)證,努力提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。而目前國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)的數(shù)控機(jī)床主要有仿制產(chǎn)品和技術(shù)引進(jìn)產(chǎn)品兩大類(lèi),仿制產(chǎn)品一般是結(jié)構(gòu)原理與國(guó)外機(jī)床相同,只是在局部功能與外形尺寸上有一些較大的變動(dòng)。而技術(shù)引進(jìn)產(chǎn)品則多數(shù)采用了國(guó)外進(jìn)口的數(shù)控系統(tǒng),測(cè)量?jī)x器及軸承、河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文7滾珠、絲杠等配套件,如上海機(jī)床行業(yè)曾投資近4 億元人民幣進(jìn)行大規(guī)模技術(shù)改進(jìn),引進(jìn)了加工中心制造技術(shù)(德國(guó)Norte) ,數(shù)控磨床制造技術(shù)(美國(guó)Landis) 等。該類(lèi)機(jī)床目前正處于消化吸收階段,生產(chǎn)規(guī)模尚未達(dá)到經(jīng)濟(jì)批量,所以中國(guó)的機(jī)床產(chǎn)業(yè)今后的努力方向應(yīng)為加快技術(shù)創(chuàng)新,優(yōu)化組織結(jié)構(gòu),調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),提高產(chǎn)品技術(shù)檔次和質(zhì)量,努力開(kāi)發(fā)高技術(shù)含量和高附加值的機(jī)床產(chǎn)品。1.2 超聲波相關(guān)技術(shù)概述1.2.1 超聲加工的提出及其分類(lèi)隨著生產(chǎn)發(fā)展和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要，很多工業(yè)部門(mén)，尤其是宇航、國(guó)防工業(yè)部門(mén)要求產(chǎn)品向高精度、高速度、高溫、高壓、大功率、小型化等方向發(fā)展，所用的材料愈來(lái)愈難加工，如硬質(zhì)合金、鈦合金、耐熱鋼、不銹鋼、淬硬鋼、金剛石、寶石、石英以及鎢、硅等各種高硬度、高強(qiáng)度、高韌性、高脆性的金屬及非金屬材料的加工；工件形狀愈來(lái)愈復(fù)雜，精度、表面租糙度和某些特殊要求也愈來(lái)愈高。傳統(tǒng)的切削加工的本質(zhì)和特點(diǎn)：一是刀具材料比工件更硬；二是靠機(jī)械能把工件材料切除。但當(dāng)工件材料愈來(lái)愈硬，零件結(jié)構(gòu)愈來(lái)愈復(fù)雜的情況下，原來(lái)行之有效的方法轉(zhuǎn)變成限制生產(chǎn)率和影響加工質(zhì)量的不利因素。于是人們開(kāi)始探索、發(fā)掘用軟的工具加工較硬的工件材料，不僅用機(jī)械能而且還采用電、化學(xué)、光、聲等能量來(lái)進(jìn)行加工的特種加工方式，超聲加工技術(shù)就是在此背景下發(fā)展起來(lái)的。采用超聲加工，可以對(duì)上述難加工進(jìn)行經(jīng)濟(jì)加工，如圖1-1 所示。實(shí)踐證明超聲加工在硬脆河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文8性材料加工方面是僅次于磨削加工的一種高效加工方法。超聲技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用開(kāi)始于上個(gè)世紀(jì)10到20年代，以經(jīng)典聲學(xué)理論為基礎(chǔ)，同時(shí)結(jié)合電子技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、機(jī)械振動(dòng)、相關(guān)技術(shù)和材料學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的成就發(fā)展起來(lái)的一門(mén)綜合技術(shù)。超聲技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域可劃分為功率超聲和檢測(cè)超聲兩大領(lǐng)域。其中，功率超聲是利用超聲圖1-1 超聲加工分類(lèi)超聲加工超聲磨料加工超聲復(fù)合加工游離磨料超聲加工固結(jié)磨料超聲加工超聲孔加工套料超聲研磨拋光超聲成型加工超聲電化學(xué)超聲去毛刺超聲砂帶拋光超聲放電研磨超聲磨削、銑削旋轉(zhuǎn)超聲加工（超聲磨、銑、鉆等）超聲電化學(xué)超聲振動(dòng)切削超聲塑性加工超聲放電加工（磨、銑等）河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文9振動(dòng)形成的能量使物質(zhì)的一些物理、化學(xué)和生物特性或狀態(tài)發(fā)生改變，或者使這種狀態(tài)改變加快的一門(mén)技術(shù)。超聲技術(shù)在機(jī)械加工方面的應(yīng)用按其加工工藝特征，大致分為兩類(lèi)，如圖1-1所示。一類(lèi)是帶磨料的超聲磨料加工（包括游離磨料和固結(jié)磨料），另一類(lèi)是采用切削工具（如車(chē)刀、沖頭、壓頭、鉆頭、砂輪、銑刀）與其它加工方法相結(jié)合形成的超聲復(fù)合加工，其分類(lèi)繁多。旋轉(zhuǎn)超聲加工包括超聲磨削、超聲銑削、超聲鉆孔、超聲套料、超聲螺紋加工等。本次設(shè)計(jì)的超聲銑床屬于后者（超聲復(fù)合加工）中的旋轉(zhuǎn)超聲加工。1.2.2 超聲加工的發(fā)展1927 年，美國(guó)物理學(xué)家伍德和盧米斯最早作了超聲加工試驗(yàn)，利用超聲振動(dòng)對(duì)玻璃板進(jìn)行雕刻和快速鉆孔。但當(dāng)時(shí)并未應(yīng)用在工業(yè)上，直到在大約1940 年在工業(yè)文獻(xiàn)上第一次出現(xiàn)了有用的超聲加工（USM ）工藝技術(shù)描述。從那時(shí)以來(lái)，超聲機(jī)械加工一直吸引了大量的注意，并且逐漸步入相當(dāng)廣泛的工業(yè)領(lǐng)域。1951 年，美國(guó)的科恩制成第一臺(tái)實(shí)用的超聲加工機(jī)。在1953-1954 年，第一個(gè)超聲機(jī)械工具已經(jīng)建立起來(lái)，它多數(shù)是基于鉆和銑的機(jī)器。在大約1960 年左右，已經(jīng)看到了各種用途、各種類(lèi)型和加工尺寸的超聲機(jī)械加工工具，并且某些型號(hào)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入正常生產(chǎn)USM 提供了比常規(guī)機(jī)械加工技術(shù)更多的優(yōu)點(diǎn)。導(dǎo)電和非導(dǎo)電材料都可以加工，并且復(fù)雜的三維輪廓也可以象簡(jiǎn)單形狀那樣快速加工。此外，加工過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生有害的熱區(qū)域，或不會(huì)在工件表面帶來(lái)化學(xué)/電氣變化，在工件表面上所產(chǎn)生的有壓縮力的殘余應(yīng)力可以增加被加工零件的河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文10高周期性疲勞強(qiáng)度。然而，在USM中，必須供給泥漿并且要將泥漿從工具和工件之間的間隙中清除。因此，材料的去除速率相當(dāng)慢，甚至于在切削深度增加時(shí)停止工作。在磨粒及切屑混合液返回表面時(shí)，也可能磨損已加工孔壁的邊墻，這就限制了精度，尤其是小孔加工。此外，磨料泥漿還要磨蝕工具本身，它將引起工具端面及徑向的大量磨損，進(jìn)而，很難保證加工精度。繼而，1964年，英國(guó)人P. Legge 提出使用燒結(jié)或電鍍金剛石工具的超聲旋轉(zhuǎn)加工的方法，克服了一般超聲加工深孔時(shí)，加工速度低和精度差的缺點(diǎn)。在第一臺(tái)旋轉(zhuǎn)超聲機(jī)械加工裝置中，沒(méi)有采用磨粒液泥漿，而是用一個(gè)充滿(mǎn)了金剛石的振動(dòng)工具來(lái)加工旋轉(zhuǎn)工件。然而，由于工件是被夾在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的4爪卡盤(pán)上，只能加工圓孔。后來(lái)出現(xiàn)了一種旋轉(zhuǎn)超聲換能器的機(jī)器。旋轉(zhuǎn)換能器使它可能精確地加工工件達(dá)到公差允許范圍。結(jié)合不同形狀工具的使用，其工作范圍可以擴(kuò)大到端部研磨，T形開(kāi)槽，楔形切割，螺紋和內(nèi)、外圓研磨等。到目前為止，英、美、蘇、法、日、中等國(guó)家己對(duì)超聲旋轉(zhuǎn)加工方法作了一些研究，包括設(shè)備研制和工藝研究。英國(guó)Kerry超聲公司研制生產(chǎn)“Sonicmill”落地式超聲旋轉(zhuǎn)加工機(jī)。前蘇聯(lián)莫斯科航空工藝研究所在20世紀(jì)60年代就生產(chǎn)出帶磨料的超聲波鉆孔機(jī)床。法國(guó)Extrude Hone 公司生產(chǎn)銷(xiāo)售 SoneX 型旋轉(zhuǎn)超聲加工機(jī)。瑞士Erosonic AG公司生產(chǎn)銷(xiāo)售Erosonic US400/US800 型旋轉(zhuǎn)超聲加工機(jī)。日本超聲波工業(yè)公司開(kāi)發(fā)了體積小、重量輕、剛度大、可安裝在金河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文11屬切削機(jī)床的USSP系列超聲波主軸系統(tǒng)。日本超音波工業(yè)株式會(huì)社于1994年研制新型UMT-7 三座標(biāo)數(shù)控超聲旋轉(zhuǎn)加工機(jī)，機(jī)床功率450W，工作頻率20KHz ，可在玻璃上加工孔徑 1.6mm、深150mm 的深小孔，其圓度可達(dá)0.005mm，圓柱度為0.02mm。日本還研制成一種新型“縱-彎”型振動(dòng)系統(tǒng)，并已在手持式超聲復(fù)合振動(dòng)研磨機(jī)上成功應(yīng)用。該系統(tǒng)壓電換能器采用半圓形壓電陶瓷片產(chǎn)生來(lái)“縱-彎”型復(fù)合振動(dòng)。日本金澤工業(yè)學(xué)院的研究人員研制了加工硬脆材料的超聲低頻振動(dòng)組合鉆孔系統(tǒng)。將金剛石中心鉆的超聲振動(dòng)與工件的低頻振動(dòng)相結(jié)合，制造了一臺(tái)組合振動(dòng)鉆孔設(shè)備，該設(shè)備能檢測(cè)鉆孔力的變化以及鉆孔精度和孔的表面質(zhì)量，并用該組合設(shè)備在不同的振動(dòng)條件下進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將金剛石中心鉆的超聲振動(dòng)與工件的低頻振動(dòng)相結(jié)合是加工硬脆材料的一種有效方法。在美國(guó)，利用工具旋轉(zhuǎn)同時(shí)作軸向振動(dòng)進(jìn)行孔加工已取得了較好的效果。美國(guó)Branson 聲能公司先后制成UMT-3 和 UMT-5 兩種超聲旋轉(zhuǎn)加工機(jī)。UMT 的主軸旋轉(zhuǎn)精度0.001~0002 英寸，轉(zhuǎn)速為0~5000 轉(zhuǎn)/分，工具的最大尺寸為ф38 毫米，在玻璃板上已加工出直徑1.6 毫米深達(dá)305 毫米和直徑1 毫米深300 毫米的孔。美國(guó)堪薩斯州立大學(xué)提出了一種超聲旋轉(zhuǎn)加工陶瓷材料去除率模型的計(jì)算方法，并將其應(yīng)用到氧化鋯陶瓷的加工中，確定了材料去除率和加工參數(shù)之間的關(guān)系，該研究大大推動(dòng)了陶瓷材料旋轉(zhuǎn)加工技術(shù)的發(fā)展。在第八屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)（CIMT2003）上，德國(guó)DMG 公司展出了其新產(chǎn)品DMS35 Ultrasonic 超聲振動(dòng)加工機(jī)床，該機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速3000~40000r/min，特別適合陶瓷、玻璃、硅等硬脆材料的加工。與傳河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文12統(tǒng)加工方式相比，生產(chǎn)效率提高5 倍，加工表面粗糙度Ra＜0.2μm，可加工0.3mm 精密小孔，堪稱(chēng)硬脆材料加工設(shè)備性能的新飛躍。國(guó)內(nèi)機(jī)電部第十一研究所范國(guó)良等人研制的用于加工YGA 激光晶體棒的T3030-3/ZV 超聲旋轉(zhuǎn)加工實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，已成功用于YAG 激光晶體棒的成行加工。該機(jī)工作頻率7-22KHz ，功率400W，加工晶體棒直徑Φ3~Φ10mm，加工精度：圓度8 不允許18=3 ×3 ×2 符合即方案有①18=9 ×2 ②18=3 ×3 ×2 在 2 種方案中：河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文31方案①中，有三根軸，11 對(duì)齒輪，軸向齒輪組過(guò)大方案②中，有四根軸，8 對(duì)齒輪因此比較可選擇方案②。3.3 轉(zhuǎn)速圖確定3.3.1 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Y132S2-4，其同步轉(zhuǎn)速為 1440/min。3.3.2 分配總降速傳動(dòng)比總降速傳動(dòng)比為 u=30/1500≈0.02,nmin為主軸最低轉(zhuǎn)速，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)或有利于減少齒輪和及徑向與軸向尺寸，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。又知=1.26，則 18 級(jí)轉(zhuǎn)速分別為?30、37.5、47.5、60、75、95、118、150、190、235、300、375、475、600、750、950、1180、1500.河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文323.3.3 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=43.3.4 結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇在 18＝3×3×2 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。在這些方案中，可根據(jù)下列原則選擇最佳方案。a 傳動(dòng)副的極限傳動(dòng)比和傳動(dòng)組的極限變速范圍。在降速傳動(dòng)時(shí)，為防止被動(dòng)齒輪的直徑過(guò)大而使徑向尺寸太大，常限制最小傳動(dòng)比。在升速傳動(dòng)時(shí)，為防止產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)和噪聲，常限制最大min14?傳動(dòng)比 ；斜齒齒輪傳動(dòng)比較平穩(wěn)，可取 。因此，變速傳ax2?max2.5i?動(dòng)組的最大變速范圍一般為 ，當(dāng)采用斜齒輪傳動(dòng)時(shí)可maxin8R?達(dá)到 10。b 基本組和擴(kuò)大組排列順序。原則是選擇中間傳動(dòng)軸變速范圍最小的方案。因?yàn)槿绻鞣桨竿?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，這就是“前密后疏”的原則。即如果沒(méi)有別的要求，則應(yīng)盡量使擴(kuò)大順序和傳動(dòng)順序一致，即可實(shí)現(xiàn)前密后疏。3.3.5 畫(huà)轉(zhuǎn)速圖電動(dòng)機(jī)和主軸的轉(zhuǎn)速是已定。當(dāng)選定結(jié)構(gòu)網(wǎng)或結(jié)構(gòu)式后，應(yīng)合理分配各傳動(dòng)組的傳動(dòng)比并確定中間軸的轉(zhuǎn)速。再加上定比傳動(dòng)，就可畫(huà)出河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文33轉(zhuǎn)速圖。如果中間軸的轉(zhuǎn)速能高一些，傳動(dòng)件的尺寸也就可以小一些。通常，從電動(dòng)機(jī)到主軸是降速傳動(dòng)，為使尺寸小的傳動(dòng)件多一些，所以在傳動(dòng)順序上各變速組的最小傳動(dòng)比應(yīng)采用所謂的“前緩后急”原則，即要求mininminminabc k??? ?但是，如果中間軸轉(zhuǎn)速過(guò)高，將會(huì)引起很大的振動(dòng)、發(fā)熱和噪聲。通常希望齒輪的線(xiàn)速度不超過(guò) 12～15 。對(duì)于中型車(chē)、鉆、銑等機(jī)床，s中間軸的最高轉(zhuǎn)速不宜超過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)于小型機(jī)床和精密機(jī)床，由于功率較小，傳動(dòng)件不會(huì)太大，這時(shí)振動(dòng)、發(fā)熱和噪聲是應(yīng)該考慮的主要問(wèn)題。因此要注意限制中間軸的轉(zhuǎn)速，不使其過(guò)高。本設(shè)計(jì)所選定的結(jié)構(gòu)式共有 3 個(gè)變速組，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(xiàn)，主軸共 18 級(jí)轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近，故需 18 條橫線(xiàn)。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)軸上注明。中間各軸的轉(zhuǎn)速可以從電動(dòng)機(jī)開(kāi)始往后推，也可從主軸開(kāi)始往前推。通常，以往前推比較方便。變速傳動(dòng)組 c 的變速范圍為 ，可知兩個(gè)傳動(dòng)9max1.268.0R??副的傳動(dòng)比必然是前文敘述的極限值：, 31ci??621ci?河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文34這樣就確定了軸Ⅳ的 9 種轉(zhuǎn)速只有一種可能，即為118、150、190、……、750r/min。同理可推定Ⅲ的 3 種轉(zhuǎn)速只有一種可能，即為300、375、475r/min.由此可作轉(zhuǎn)速圖，如圖 3-1 所示。圖 3-1 轉(zhuǎn)速圖河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文353.4 計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定（1）主軸根據(jù)圖 3-1，升降臺(tái)銑床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速是第一個(gè)的三分之一范圍內(nèi)的最高一級(jí)轉(zhuǎn)速，即 =95r/min.5n表 3-1 各軸計(jì)算轉(zhuǎn)速軸序號(hào) Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ計(jì)算轉(zhuǎn)速 r/min 750 300 118 95（2）各傳動(dòng)軸軸上有 9 級(jí)轉(zhuǎn)速，其最低轉(zhuǎn)速是 118r/min、通過(guò)雙聯(lián)齒輪使主軸獲得兩級(jí)轉(zhuǎn)速:30r/min 和 235r/min，235r/min 比主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速高，需傳遞全部功率，故軸Ⅳ的 118r/min 轉(zhuǎn)速也應(yīng)能傳遞全部功率，是計(jì)算轉(zhuǎn)速。以此類(lèi)推，各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速如表 3-1 所示。3.5 主傳系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.5.1 變速機(jī)構(gòu)選擇本設(shè)計(jì)加工范圍廣泛，采用有級(jí)變速機(jī)構(gòu)，有級(jí)變速機(jī)構(gòu)有下列幾種：(1) 交換齒輪變速機(jī)構(gòu) 這種變速機(jī)構(gòu)的變速簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，主要用于大批量生產(chǎn)的自動(dòng)或半自動(dòng)機(jī)床、專(zhuān)用機(jī)床及組合機(jī)床等。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文36(2)滑移齒輪變速機(jī)構(gòu) 這種變速機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于通用機(jī)床和一部分專(zhuān)用機(jī)床中。其優(yōu)點(diǎn)是變速范圍大，變速級(jí)數(shù)也較多，又節(jié)省時(shí)間，在較大的變速范圍內(nèi)可傳遞較大的功率和轉(zhuǎn)矩，不工作的齒輪不嚙合，因而空載功率損失較小等。其缺點(diǎn)是變速箱的構(gòu)造較復(fù)雜，不能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速。為使滑移齒輪容易進(jìn)入嚙合，多用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，故傳動(dòng)平穩(wěn)性不如斜齒輪傳動(dòng)。(3)離合器變速傳動(dòng) 在離合器變速機(jī)構(gòu)中應(yīng)用較多的有牙嵌式離合器、齒輪式離合器和摩擦片式離合器。當(dāng)變速機(jī)構(gòu)為斜齒或人字齒圓柱齒輪時(shí)，不便于采用滑移齒輪變速，則應(yīng)用牙嵌式或齒輪式離合器變速。摩擦片式離合器可以是機(jī)械的、電磁的或液壓的，特點(diǎn)是可在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中變速，接合平穩(wěn)，沖擊小，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。采用摩擦離合器變速時(shí)，為減小離合器的尺寸，應(yīng)盡可能將離合器安排在轉(zhuǎn)速較高的傳動(dòng)軸上，而且要防止出現(xiàn)超速現(xiàn)象。本次設(shè)計(jì)的超聲銑床要求變速范圍大，變速級(jí)數(shù)較多，變速也方便，因此選擇滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)。3.5.2 齒輪的布置與排列（1）滑移齒輪的軸向布置變速組中的滑移齒輪一般布置在主動(dòng)軸上，因轉(zhuǎn)速一般比被動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速高，可使滑移齒輪尺寸小、重量輕、操作省力。但有時(shí)由于具體結(jié)構(gòu)上的考慮，需將滑移齒輪放在被動(dòng)軸上；有時(shí)為了使變速操作力。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文37便將兩個(gè)變速組的滑移齒輪都放在同一根軸上。為了避免同一滑移齒輪變速組內(nèi)兩對(duì)齒輪同時(shí)嚙合，兩個(gè)固定齒輪的間距應(yīng)大于滑移齒輪的總寬度，即留有一定的間隙（ mm） 。12?:（2）一個(gè)變速組內(nèi)齒輪軸向位置的排列如無(wú)特殊情況，應(yīng)盡量縮小齒輪軸向排列尺寸?；讫X輪的軸向位置排列通常有窄式和寬式兩種，一般窄式排列(即滑移齒輪軸向尺寸窄小)軸向長(zhǎng)度較小。寬式排列(即滑移齒輪的軸向尺寸寬)，則占用的軸向尺寸較大，以致在相同的載荷條件下，軸徑需增大，軸上的小齒輪的齒數(shù)增加，相應(yīng)使齒數(shù)和徑向尺寸加大。因此，我們采用窄式排列。 （3）縮小徑向和軸向尺寸為了減小變速箱的尺寸和增加齒輪傳動(dòng)的穩(wěn)定性，既需縮短軸向尺寸，又要縮短徑向尺寸， 。它們之間往往是相互聯(lián)系的，應(yīng)該根據(jù)具體情況考慮全局，恰當(dāng)?shù)亟鉀Q齒輪布置問(wèn)題。軸Ⅳ軸Ⅲ軸Ⅱ河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文38圖 3-2 主軸箱齒輪分布圖采用公用齒輪不僅可減少齒輪的數(shù)量，而且可縮短軸向尺寸。又知軸Ⅲ有齒數(shù)為 38 的兩個(gè)齒輪，因此在軸可Ⅲ選用公用齒輪。軸Ⅳ的軸向尺寸略等于 a、b、c 組傳動(dòng)副在軸Ⅲ上的軸向距，將會(huì)造成軸向尺寸過(guò)大，因此可在軸Ⅳ中間某位置選用軸承支撐。綜上所述，部分軸齒輪分布如圖 3-2 所示。3.6 V 帶傳動(dòng)的計(jì)算普通 V 帶的選擇應(yīng)保證帶傳動(dòng)不打滑的前提下能傳遞最大功率，同時(shí)要有足夠的疲勞強(qiáng)度，以滿(mǎn)足一定的使用壽命。(1) 確定計(jì)算功率 dP設(shè)計(jì)功率 （kW）dAK??——工況系數(shù)，查《機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 （任殿閣，張佩勤 主編）A表 2-5，取 1.1；故 1.758.2dPkW??（2） 選擇 V 帶的帶型根據(jù) ，選用 A 型帶d（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 ，并驗(yàn)算帶速1d河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文39由表 8-6 和 8-8，小帶輪基準(zhǔn)直徑 取為 150mm；1d帶速 ；??1/(60).3/dvnmsv?????故帶速合適大帶輪基準(zhǔn)直徑 21.95028di???圓整為 280mm（4）確定 V 帶的中心距和基準(zhǔn)長(zhǎng)度依據(jù) 121200.7()()dda???由機(jī)床總體布局確定， 過(guò)小，增加帶彎曲次數(shù)； 過(guò)大，易0a0 0a引起振動(dòng)。初選中心距 ＝500mm, 0a帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度210120()2()3.464dddnLa????查《機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 （任殿閣，張佩勤 主編）表 2-7，?。?1400mmdL實(shí)際中心距 00542dLam????(5) 計(jì)算小帶輪上的包角小帶輪包角 1021180sin6.312da?????? ?河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文40（6） 計(jì)算帶的根數(shù)單根 V 帶的基本額定功率 ,查《機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 （任殿閣，張佩1P勤 主編）表 2-8，取 2.28kW；單根 V 帶的基本額定功率增量 11()buKn???——彎曲影響系數(shù)，取bK3.0??——傳動(dòng)比系數(shù)，取 1.12u故 ；10.6P??帶的根數(shù) 1()dLzK??——包角修正系數(shù)，取 0.93；?——帶長(zhǎng)修正系數(shù)，取 1.01；L故 8.253.7(.016)9.01z????圓整 z 取 3；（7）計(jì)算單根帶初拉力單根帶初拉力 20.5(1)daPFqvvzK????河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文41q 為每米長(zhǎng)質(zhì)量，取 0.10；故 ＝159.2N0F應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力大于 0F（8）計(jì)算壓軸力帶對(duì)軸壓力 10 16.32sin259.4sin24.QFz N??????3.7 齒數(shù)的確定3.7.1 確定齒輪齒數(shù)的原則和要求齒輪齒數(shù)確定的原則是使齒輪結(jié)構(gòu)緊湊，主軸轉(zhuǎn)速誤差小。具體要求如下。 （1）齒輪的齒數(shù)和 不應(yīng)過(guò)大ZS齒輪的齒數(shù)和 過(guò)大會(huì)加大兩軸之間的中心距，使機(jī)床的結(jié)構(gòu)龐大。一般推薦齒數(shù)和 ;特殊情況下也可取得 。10ZS?120ZS?（2）最小齒輪的齒數(shù)要盡可能小最小齒輪的齒數(shù)盡可能小，但還需考慮以下 3 個(gè)問(wèn)題。① 最小齒輪不產(chǎn)生根切，機(jī)床變速箱中，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，一般取最小齒數(shù) .min18Z?河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文42② 受結(jié)構(gòu)限制的最小齒數(shù)的各齒輪(尤其是最小齒輪)，應(yīng)能可靠地裝到軸上或進(jìn)行套裝，齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽的壁厚 (m2am?為齒輪模數(shù))，以保證有足夠的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)變形、斷裂。③ 兩軸間最小中心距應(yīng)取得適當(dāng)，若齒數(shù)和太小，將導(dǎo)致兩軸件的的軸承及其他結(jié)構(gòu)之間的距離過(guò)近或碰撞。3.7.2 齒輪齒數(shù)的確定如參考文獻(xiàn)[1]表 3.2-3，橫坐標(biāo)是齒數(shù)和 ，縱坐標(biāo)是傳動(dòng)副的ZS傳動(dòng)比 ,由此可查出傳動(dòng)副的從動(dòng)輪齒數(shù)，齒數(shù)和 減去從動(dòng)輪齒數(shù)i就是主動(dòng)輪齒數(shù)。表中所列的 值全大于 1，即全是升速運(yùn)動(dòng)，對(duì)于降i速運(yùn)動(dòng)可取其倒數(shù)查表。速組 a 有三個(gè)傳動(dòng)副，按傳動(dòng)比 u=1.5，1.89，2.24 查表， 分別ZS有：=1.5 = 52，53，54，55，56，57，58，59，60uZS? ? ? ? ?=1.89 = 52，53，54，55，56，57，58，59，60? ? ? ? ?=2.38 = 52，53，54，55，56，57，58，59，60uZS? ? ? ? ?從表中查處三個(gè)傳動(dòng)副的齒數(shù)和 應(yīng)相同，則 =55 或 72 或 75。ZSZS考慮到中心距及軸向距離等問(wèn)題 選為 55，那么可查出三個(gè)傳動(dòng)副的主動(dòng)輪齒數(shù)分別為 22、19、17，因此可算出三個(gè)傳動(dòng)副的從動(dòng)輪齒數(shù)河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文43分別為 33、36、37。依此可推出變速組 b 的齒數(shù)和 選為 64，三個(gè)傳動(dòng)副的主動(dòng)輪齒ZS數(shù)分別為 38、27、17，從動(dòng)輪的齒數(shù)分別為 26、37、47；變速組 c 的齒數(shù)和 選為 90，三個(gè)傳動(dòng)副的主動(dòng)輪齒數(shù)分別為 60、18，從動(dòng)輪的ZS齒數(shù)分別為 30、72。則齒輪齒數(shù)如表 3-2 所示。表 3-2 齒輪齒數(shù)分布表齒輪分布（以齒數(shù)表示各齒輪）軸Ⅱ 19、22、17軸Ⅲ 36、33、38 38（公用） 、 27、 17軸Ⅳ 26、 37、 47 60、 18軸Ⅴ 30、 723.7.3 齒輪齒數(shù)檢驗(yàn)實(shí)際傳動(dòng)比(齒輪齒數(shù)之比)與理論傳動(dòng)比(轉(zhuǎn)速圖上要求的傳動(dòng)比)之間允許有誤差，但不能過(guò)大。齒輪齒數(shù)所造成的轉(zhuǎn)速誤差，一般不應(yīng)超過(guò) ，即10()%???10()%n????理 實(shí)理河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文44式中 ——要求的主軸轉(zhuǎn)速n理——齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)的主軸轉(zhuǎn)速實(shí)變速組 a 第一傳動(dòng)副 =0.446, =0.448，則：n理 n實(shí)0.46.810(.26)%????所以此對(duì)齒輪齒數(shù)選擇合理。同理可驗(yàn)證其余齒數(shù)選擇和理。3.7.4 齒輪具體值確定標(biāo)準(zhǔn)齒輪： **20h1c0.25???度 ， ，齒頂圓 mzdaa)+(=*1齒根圓 *12fahc??分度圓 zd=齒輪的具體值初擬為如下表 3-3 所示：表 3-3 齒輪具體值齒輪 齒數(shù) z模數(shù)m分度圓d齒頂圓 ad齒根圓 fd1 19 4 36 44 262 22 4 88 96 78河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文453 17 4 68 76 584 36 4 144 152 1345 27 4 108 116 986 17 4 68 76 587 33 4 132 140 1228 38 4 152 160 142齒輪 齒數(shù) z模數(shù) m分度圓 d齒頂圓 ad齒根圓 fd9 37 4 148 156 13810 47 4 188 196 17811 26 4 104 112 9412 60 4 240 248 23013 18 4 72 90 6214 30 4 120 128 11015 72 4 288 296 2783.8 各軸直徑的估算機(jī)床各傳動(dòng)軸在工作時(shí)必須保證具有足夠的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。軸在彎矩作用下，如產(chǎn)生過(guò)大的彎曲變形，則裝在軸上的齒輪會(huì)因傾角過(guò)大而使齒面的壓強(qiáng)分布不均，產(chǎn)生不均勻磨損和加大噪聲；也會(huì)使?jié)L軸承內(nèi)·外圈產(chǎn)生相對(duì)傾斜，影響軸承使用壽命。如果軸的扭轉(zhuǎn)剛度不夠，則會(huì)引起傳動(dòng)軸的扭振。所以在設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)，要先按扭轉(zhuǎn)剛度估算傳動(dòng)軸的直徑。待結(jié)構(gòu)確定以后。定出軸的跨距。再按彎曲剛度進(jìn)行驗(yàn)算。知： 4jPdKAmN?? 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文46其中：P-電動(dòng)機(jī)額定功率K-鍵槽系數(shù)A-系數(shù)，如表 3-4 所示?-從電機(jī)到該傳動(dòng)軸之間傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率的乘積；jn-該傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。表 3-4 估算軸徑時(shí)系數(shù) A、K 值??1/()m???0.25 0.5 1.0 1.5 2.0A 130 110 92 83 77無(wú)鍵 單鍵 雙鍵 花鍵K1.0 1.04 1.05:1.07 1.1:1.05 1.0:9一般傳動(dòng)軸的每米長(zhǎng)允許扭轉(zhuǎn)角 = ，要求高的軸取???(0.51)/m?= ，要求低的軸取 =???(0.25.)/m?:2?:則：Ⅱ軸：K=1.05，A=92， =750nⅡ1?=0.96 0.98 0.97=0.91?河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文47417.5091(92.)2.8dm??? 取 30mmⅢ軸：K=1.05，A=92， =300nⅢ210.987???=0.8742.5(.)3.20dm? 取 35mmⅣ軸：K=1.05，A=92， =118nⅣ320.987???=0.8343.53(1.)4.9dm?, 取 35mmⅤ軸：K=1.05，A=92， =95nⅤ430.987???=0.7944.59(21.)0.5dm?, 取 55mm河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文48以上所計(jì)算軸徑為各軸最小軸徑，設(shè)計(jì)時(shí)可相應(yīng)調(diào)整。3.9 傳動(dòng)件校檢3.9.1 齒輪的校檢驗(yàn)算齒輪強(qiáng)度，應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪，進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力驗(yàn)算。一般對(duì)高速傳動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒面接觸應(yīng)力，對(duì)低速傳動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力。對(duì)硬齒面、軟齒芯滲碳淬火的齒輪，一定要驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力。接觸應(yīng)力的驗(yàn)算公式為（MPa）≤[ ] （3-1）??123j2081SjuKNZmBn??????? j?彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算公式為（3-2）??5123w208()SwjMPaZBYn?????式中 N-齒輪傳遞功率（KW） ，N= ；dN??160TOnKmC?T-齒輪在機(jī)床工作期限（ ）內(nèi)的總工作時(shí)間（h） ，對(duì)于中型機(jī)ST床的齒輪取 =15000~20000h，同一變速組內(nèi)的齒輪總工作時(shí)間可近似ST河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文49地認(rèn)為 T= /P，P 為變速組的傳動(dòng)副數(shù)； ST-齒輪的最低轉(zhuǎn)速（r/min）;1n-基準(zhǔn)循環(huán)次數(shù)；查表 3-1（以下均參見(jiàn)《機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 ）OCm—疲勞曲線(xiàn)指數(shù)，查表 3-1；—速度轉(zhuǎn)化系數(shù)，查表 3-2；nK—功率利用系數(shù)，查表 3-3；N—材料強(qiáng)化系數(shù)，查表 3-4；Q—的極限值 ， 見(jiàn)表 3-5，當(dāng) ≥ 時(shí)，則取SKmaxSinSKSKmax= ；當(dāng) ＜ 時(shí)，取 = ；maxinminS—工作情況系數(shù)，中等沖擊的主運(yùn)動(dòng)，取 =1.2~1.6；1 1—?jiǎng)虞d荷系數(shù)，查表 3-6；2K—齒向載荷分布系數(shù)，查表 3-9；3Y—標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形系數(shù)，查表 3-8；[ ]—許用接觸應(yīng)力（MPa）,查表 3-9；j?[ ]—許用彎曲應(yīng)力（MPa） ，查表 3-9。w河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文50如果驗(yàn)算結(jié)果 或 不合格時(shí)，可以改變初算時(shí)選定的材料或熱j?w處理方法，如仍不滿(mǎn)足時(shí)，就得采取調(diào)整齒寬或重新選擇齒數(shù)及模數(shù)等措施。Ⅱ軸上的齒輪采用整淬的方式進(jìn)行熱處理傳至Ⅱ軸時(shí)的最大轉(zhuǎn)速為：=750，2n0.98.5???????N= =7.1dN?2750/minjnr?在三齒輪中齒數(shù)最少的齒輪為 17×4，u=1.05 =j?≤[ ]32081(.051).23.0472.108.5745MP???::j符合強(qiáng)度要求。同理可驗(yàn)算其余齒輪均合格3.9.2 傳動(dòng)軸的校檢對(duì)于傳動(dòng)軸，除重載軸外，一般無(wú)須進(jìn)行強(qiáng)度校核，只進(jìn)行剛度驗(yàn)算。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文51（1）軸Ⅱ花鍵軸的抗彎斷面慣性矩（ ）計(jì)算4m=424()()6dbNDdI?????:4 2432.835.3.7.10m????式中 d—花鍵軸的小徑（mm） ；i—花軸的大徑（mm） ；b、N—花鍵軸鍵寬，鍵數(shù)；傳動(dòng)軸上彎曲載荷的計(jì)算，一般由危險(xiǎn)斷面上的最大扭矩求得：=4j9510(m)nM??:扭 447.19506.50Nm???:式中 N—該軸傳遞的最大功率（kw）;—該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min） 。jn傳動(dòng)軸上的彎矩載荷有輸入扭矩齒輪和輸出扭矩齒輪的圓周力、徑向力，齒輪的圓周力 4326.5102.10ND8tMP????扭式中 D—齒輪節(jié)圓直徑（mm）,D=mz 。齒輪的徑向力 ：rP河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文52()/cos()rtPgN?????:式中 α—為齒輪的嚙合角，α＝20o；ρ—齒面摩擦角， ；5.72???β—齒輪的螺旋角； β＝0故 N30.51.7rtP???（2）花鍵軸鍵側(cè)擠壓應(yīng)力的驗(yàn)算花鍵鍵側(cè)工作表面的擠壓應(yīng)力為： max28,()()njy jyMPaDdlNK?????????式中 —花鍵傳遞的最大轉(zhuǎn)矩（ ） ；maxn :D、d—花鍵軸的大徑和小徑（mm） ；L—花鍵工作長(zhǎng)度；N—花鍵鍵數(shù)；K—載荷分布不均勻系數(shù)，K=0.7～0.8；4286.5103.620()(3)7jy jyMPaPa????????????故此花鍵軸校核合格。同理其余軸經(jīng)校核均合格。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文533.9.3 軸承疲勞強(qiáng)度校核機(jī)床傳動(dòng)軸用滾動(dòng)軸承，主要是因疲勞破壞而失效，故應(yīng)進(jìn)行疲勞驗(yàn)算。其額定壽命 的計(jì)算公式為：hL50()[]()nhFNCfThKlP???或按計(jì)算負(fù)荷 的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算jChjFNnnflP[C]()??式中 ——額定壽命nL——計(jì)算動(dòng)載荷jCT——工作期限，對(duì)一般機(jī)床取 10000-15000 小時(shí)C—滾動(dòng)軸承的額定負(fù)載（N）—速度系數(shù)， nf 103nif??為滾動(dòng)軸承的計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/mm） i—壽命系數(shù)，nf50nnLf??等 于 軸 承 的 工 作 期 限 ；河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文54—壽命系數(shù)，對(duì)球軸承 =3，對(duì)滾子軸承 = ；???103工作情況系數(shù)，對(duì)輕度沖擊和振動(dòng)的機(jī)床（車(chē)床、銑Ff床、鉆床、磨床等多數(shù)機(jī)床） ， ；1.~3Ff?—功率利用系數(shù)；NK—速度轉(zhuǎn)化系數(shù)；n—齒輪輪換工作系數(shù)，查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》 ；lP—當(dāng)量動(dòng)載荷，按《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》 。校核軸Ⅱ上軸承124863[]nLhT??20n31985[]nLhT??故軸承校核合格，同理可校核其余軸承均合格。3.10 主軸箱的箱體主軸箱中有主軸、變速機(jī)構(gòu)，操縱機(jī)構(gòu)和潤(rùn)滑系統(tǒng)等。主軸箱除應(yīng)保證運(yùn)動(dòng)參數(shù)外，還應(yīng)具有較高的傳動(dòng)效率，傳動(dòng)件具有足夠的強(qiáng)度或剛度，噪聲較低，振動(dòng)要