0303-AWC立輥軋機機架現(xiàn)場擴孔機設(shè)計【全套8張CAD圖】

0303-AWC立輥軋機機架現(xiàn)場擴孔機設(shè)計【全套8張CAD圖】,全套8張CAD圖,awc,軋機,機架,現(xiàn)場,擴孔,設(shè)計,全套,cad I 摘 要 解決攀鋼熱軋板廠三期技改工程（立輥軋機寬度自動控制系統(tǒng)（AWC） ） 改造后，需對現(xiàn)有的立輥軋機機架進行擴孔，以便安裝長行程伺服油缸。立輥 軋機機架擴孔如果送入設(shè)備制造廠進行加工，質(zhì)量保證可靠，但機架還原難于 保證安裝質(zhì)量、精度。為了降低技改工程費用，決定在立輥軋機現(xiàn)場對機架進 行擴孔加工。經(jīng)過潛心研究，結(jié)合現(xiàn)場實際情況設(shè)計專用擴孔設(shè)備——專用鏜 床。再結(jié)合專用設(shè)備的擴孔工藝，提出了切實可行的解決方案，該方案具有經(jīng) 濟、實用、可行等特點。 設(shè)計的特色：解決了現(xiàn)場安裝及鏜桿的剛度問題；滿足了擴較大孔的要求； 此專用設(shè)備鏜刀系統(tǒng)采用臥式鏜床的平旋盤結(jié)構(gòu)，可方便調(diào)整刀具切削深度； 導(dǎo)軌采用組合式導(dǎo)軌，使運動平穩(wěn)，安裝便捷；支撐采用組合機床型式支撐， 便于拆卸安裝，可大大提高生產(chǎn)率。 關(guān)鍵詞 專用設(shè)備，專用鏜床，加工效率，工藝實驗 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(論文) Abstract II Abstract This is useful for Pan gang resolve Hot MILL three technical transformation projects (up roller mill width Control System (AWC)). After the transformation,It needs to bore the existing legislation for roller mill housing bore for the installation of a long journey servo tank. If Legislative roll mill housing bore sent to factories to bore, the quality is assurance and reliable, but it fixed back ,it can’t assure installation quality and accuracy. To reduce the technological transformation project costs, the legislature decided to roll mill site for reaming rack processing. After painstaking research, combining with the actual prombles work out special equipment bore -- special boring machine. In the light of the special equipment reaming technology, a practical solution. The program is economic, practical, possible features. Characteristic of this design: Has solved the prombles such as installment and the boringrod rigidity; Satisfied expanded compares the pocket therequest; This special purpose equipment boring cutter system uses the horizontal boring machine the Pingxuan plate structure, may facilitate the adjustment cutting tool depth of cut; The guide rail uses the combined type guide rail, causes the movement steadily, the installment is convenient; The strut uses the aggregate machine-tool pattern strut, is advantageous for the disassemblage installment, may greatly enhance the productivity. Key words Special Equipment, Special boring machine, Processing efficiency, Technology Experiment III 目 錄 摘 要 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????I ABSTRACT?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????II 1 緒 論 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.1 設(shè)計目的和意義 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2 擴孔技術(shù)要求 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.3 應(yīng)解決的問題 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.4 設(shè)計項目的發(fā)展情況 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 1.5 設(shè)計原理 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 2 總體設(shè)計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.1 總體設(shè)計原則 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.2 工藝分析 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.3 總體方案的比較 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.3.1 刀桿的安裝形式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 2.3.2 進給方式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.3.3 升降運動形式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.3.4 機床運動的分配 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.3.5 選擇傳動形式和支撐形式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 3 力能參數(shù)計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 3.1 鏜削用量的選擇及轉(zhuǎn)矩、功率的確定原則 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 3.2 最佳切削用量的選擇 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 3.2.1 現(xiàn)有鏜孔工藝參數(shù) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 3.2.2 鏜削切削速度、扭矩和切削功率公式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 3.2.3 主要鏜削參數(shù)的計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 3.3 選擇電機 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 4 擴孔機傳動系統(tǒng)設(shè)計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 4.1 確定總傳動比 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 4.2 分配傳動裝置的傳動比 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 4.3 計算總的機械效率 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 4.4 計算傳動裝置各軸的運動和動力參數(shù) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 4.5 帶傳動設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????12 IV 4.6 傳動斜齒輪的設(shè)計計算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14 4.6.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) ????????????????????????????????????????????????????????????????????14 4.6.2 按齒面接觸強度設(shè)計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14 4.6.4 幾何尺寸計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????17 4.6.5 計算Ⅰ－Ⅱ軸間圓柱斜齒輪 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18 4.6.6 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18 4.7 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18 4.7.1 軸設(shè)計的主要內(nèi)容 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18 4.7.2 軸的材料 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19 4.7.3 軸的設(shè)計計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19 4.7.4 按扭轉(zhuǎn)強度初步估算軸徑 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19 4.7.5 軸的機構(gòu)設(shè)計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????20 4.7.6 求軸上的載荷 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21 4.7.7 按彎扭合成應(yīng)力校核的軸的強度 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22 4.7.8 精確校核軸的疲勞強度 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????23 4.7.9 對軸Ⅱ進行設(shè)計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????25 4.8 對所有選用鍵進行強度校核 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30 4.9 對承受較大載荷的圓錐滾子軸承進行校核 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????31 4.10 鏜刀系統(tǒng)設(shè)計 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????33 4.10.1 鏜刀頭 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????33 4.10.2 鏜桿選擇 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????33 4.11 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34 5 導(dǎo)軌設(shè)計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????36 6 鏜刀強度及鏜桿的穩(wěn)定性驗算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????38 7 工藝試驗 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????42 結(jié) 論 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????43 參 考 文 獻 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????44 附錄 A: E1 立輥軋機機架加工工序圖 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????45 附錄 B: E2 立輥軋機機架加工工序圖 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????46 致 謝 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????47 1 1 緒 論 1.1 設(shè)計目的和意義 攀枝花新鋼釩股份有限公司為了適應(yīng)鋼鐵市場需求，實現(xiàn)了全連鑄，熱軋 系統(tǒng)進行了大規(guī)模的改造，以提高熱軋產(chǎn)品質(zhì)量、成材率和作業(yè)效率，以及為 冷軋?zhí)峁└哔|(zhì)量的原料，同時提高熱軋產(chǎn)品的市場占有率。為了提高熱軋板的 外觀增強帶鋼的市場競爭力，決定在熱軋板廠三期技改工程中，對現(xiàn)有的 E1、E2 立輥軋機進行改造增添寬度自動控制系統(tǒng)（AWC） ，使熱軋帶鋼產(chǎn)品質(zhì) 量達到國內(nèi)先進水平。 立輥軋機寬度自動控制系統(tǒng)（AWC）改造用長行程伺服液壓缸替代原電動 機械側(cè)壓系統(tǒng)，為保證缸的行程滿足原側(cè)壓軋輥位置變化要求，在安裝伺服油 缸位置，需對現(xiàn)有的立輥軋機機架孔進行擴孔，以便安裝長行程伺服油缸。 立輥軋機機架擴孔實施方案比較突出，如果拆除，送入設(shè)備制造廠進行加 工，質(zhì)量保證可靠，但機架還原難于保證安裝質(zhì)量。為了降低技改工程建設(shè)費 用，決定在立輥軋機現(xiàn)場對機架進行擴孔加工。 為了采用經(jīng)濟實用的方案解決機架現(xiàn)場擴孔，結(jié)合現(xiàn)場實際情況設(shè)計專用 擴孔設(shè)備，再結(jié)合專用設(shè)備編制詳細的擴孔工藝，提出了切實的解決方案，該 方案具有經(jīng)濟、實用、可行等特點。 1.2 擴孔技術(shù)要求 E1 立輥軋機機架：所加工孔從 300mm 擴孔至 520mm，孔實際長度? 292mm,上下孔中心距 1500mm，孔與油缸間隙單邊 5mm。 E1 立輥軋機機架下孔相對地面標高為+200mm，上孔標高為+1700mm，安 裝面標高為-1600mm。 E2 立輥軋機機架：所加工孔從 260mm 擴大到 420mm，孔的實際長度 108mm，上下孔中心距 1240mm，孔與油缸間隙單邊 5mm。 E2 立輥軋機機架下孔相對地面標高為+320mm，上孔標高為+1560mm，安 裝面標高為-1600mm。 1.3 應(yīng)解決的問題 如何對較大孔進行擴孔，刀桿系統(tǒng)的穩(wěn)定性；現(xiàn)場條件的限制問題；由于 機架未拆卸下來只能在機器上加工擴孔，必須考慮現(xiàn)場空間大小問題,以及專用 鏜床的生產(chǎn)成本問題。 2 1.4 設(shè)計項目的發(fā)展情況 專用鏜床主要用于特殊孔的加工，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用范圍較廣。國內(nèi)外專用 鏜床主要向標準化、高精度、高生產(chǎn)率方向發(fā)展，以適應(yīng)復(fù)雜多變的生產(chǎn)環(huán)境。 1.5 設(shè)計原理 該專用鏜床主要由刀具系統(tǒng)、變速裝置、動力裝置構(gòu)成。 鏜刀可分為鏜刀頭和鏜刀塊。 鏜桿按支撐形式分為懸臂式和雙支撐式鏜桿。 變速裝置可由齒輪變速或電機無極變速裝置構(gòu)成，本課題考慮到機械結(jié)構(gòu) 及成本因素，選用齒輪組變速。 動力裝置主要由各類電機供給。 本設(shè)計根據(jù)現(xiàn)有坐標鏜床及相關(guān)組合機床綜合設(shè)計利用刀具在導(dǎo)軌上做進 給運動，導(dǎo)軌類似 CA6140 導(dǎo)軌。利用組合支架提供不同高度的孔加工。 3 2 總體設(shè)計 2.1 總體設(shè)計原則 ①采用成熟的經(jīng)驗或經(jīng)分析實驗驗證了的方案；②結(jié)構(gòu)簡單，零部件數(shù)量 少；多用標準化、通用化零部件；③重視維修性，便于檢修、調(diào)整、拆換；④ 重視關(guān)鍵零件的可靠性和材料選擇；⑤充分運用故障分析成果，及時反饋，盡 早改進。 2.2 工藝分析 設(shè)計主要參數(shù) E1 立輥軋機機架：所加工孔從 300mm 擴孔至 520mm，孔實際長度? 292mm,上下孔中心距 1500mm，孔與油缸間隙單邊 5mm。 E2 立輥軋機機架：所加工孔從 260mm 擴大到 420mm，孔的實際長度 108mm，上下孔中心距 1240mm，孔與油缸間隙單邊 5mm。 由于加工孔和加工余量較大，并且只能在現(xiàn)場機器上進行擴孔，普通擴孔 鉆及通用性鏜床無法滿足加工要求，需要利用專用鏜床進行擴孔，可利用多次 進刀完成大余量的切削。 2.3 總體方案的比較 2.3.1 刀桿的安裝形式 刀桿的形式及臥式鏜 床的工藝范圍如圖： 刀桿的安形式： ①刀桿直接裝于主軸之 上。 ②刀桿安裝在平旋盤上。 比較以上方案的優(yōu)缺點： ①此方案對主軸的旋轉(zhuǎn) 精度、剛度、承載能力要求較高，刀具的最 大伸長量需達到 292mm，具有較大不穩(wěn)定性，且刀桿較粗，且重力作用較大， 將產(chǎn)生較大撓度，影響加工精度。 ②此方案因刀桿與主軸不同軸，則產(chǎn)生一定的離心力，不能達到動平衡， 但可利用加配重的方法，解決這一問題；又因平旋盤的質(zhì)量較大一些，具有惰 圖 2.1 臥式鏜床的工藝范圍 4 輪的作用，儲備一定的動能，不易在加工條件發(fā)生變化時停轉(zhuǎn)，刀具能方便裝 夾，容易調(diào)整長度，能實現(xiàn)一把刀具加工，并使刀具的徑向伸出長度縮短，對 主軸的性能要求降低，主軸只須傳遞一定的轉(zhuǎn)矩即可，刀桿具有較強的剛度。 2.3.2 進給方式 進給方式可分為：機械傳動進給，手動進給。 由于此專用擴孔機，為現(xiàn)場改造設(shè)備時使用，不直接用于工廠生產(chǎn)，為節(jié) 約成本，簡化變速機構(gòu)，采用手輪進給方式，通過對鐵屑顏色的判別，調(diào)試每 刀進給的最佳進給量。 按鐵屑顏色、形狀酌情調(diào)整速度；當(dāng)采用高速鋼鏜刀正常切削鋼材時，切 屑應(yīng)成白色，切屑呈藍色時說明切削速度選高了；使用硬質(zhì)合金鏜刀切削時， 正常的切屑應(yīng)呈藍色，當(dāng)出現(xiàn)火花時說明切削速度選高了，出現(xiàn)黑色切屑則是 切削速度未選足。 2.3.3 升降運動形式 升降運動選擇：①可利用滑座在立柱導(dǎo)軌上進行上下升降運動，由于為垂 直運動且重力較大，人工較為吃力，需采用電機驅(qū)動，這樣將增加擴孔機的復(fù) 雜性，自身重量及生產(chǎn)成本。②由于四個孔具有固定高度位置，可利用工廠中 經(jīng)常使用的支架設(shè)備，變換不同的高度位置；使主軸箱水平放置于道軌上，可 使安裝更加容易，導(dǎo)軌剛度更高，由于部分孔的高度較高，需增加輔助支撐， 提高支撐剛度；這樣設(shè)計將大大簡化設(shè)備、降低重量。但生產(chǎn)時間因安裝支架 而有所增加。 2.3.4 機床運動的分配 由于現(xiàn)場機架固定不動，因此在鏜孔時，進給和升降運動必須由刀具運動 完成，這樣將影響加工精度，一般情況為刀具只做切削運動，而工件進給實現(xiàn) 金屬切削，但本設(shè)計中屬于特殊情況，需增加機床剛度，提高加工質(zhì)量。 2.3.5 選擇傳動形式和支撐形式 為了簡化機床結(jié)構(gòu)、降低生產(chǎn)成本，采用交流異步電機驅(qū)動機械裝置傳動， 它具有傳遞功率大，變速范圍較廣，傳動比準確、工作可靠等優(yōu)點。電機與主 軸箱之間利用帶輪連接，具有過載保護、減小振動等優(yōu)點；電機安裝于主軸箱 外部，可減少熱源傳遞熱量到主軸箱影響加工精度。 機床形式采用臥式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)類似于 CA6140 尾座，可便于安裝，其結(jié) 構(gòu)具有較高的剛度。 5 綜上，主軸箱的 大致結(jié)構(gòu)類似與普通鏜銑頭 結(jié)構(gòu)，如圖 2.2所示。 擴孔機布置情況 如圖 2.3 所示，此方案結(jié)構(gòu) 簡單緊湊，能滿足現(xiàn)場的加工要求，當(dāng)加工下孔時，移去支撐中箱，加工上孔 時加上中箱；當(dāng)加工另外兩個孔時可在底座的下面加鋼板以滿足孔的位置要求， 不用更換刀具，能快速實現(xiàn)徑向進給。 補充說明，由于皮帶暴露于主軸箱外部，為保證操作人員安全，需加防護 罩。 圖 2.2 鏜銑削頭 圖 2.3 擴孔機原理圖 6 3 力能參數(shù)計算 3.1 鏜削用量的選擇及轉(zhuǎn)矩、功率的確定原則 鏜削用量的選擇原則 鏜削用量直接影響被加工孔的鏜削質(zhì)量和生產(chǎn)效率，對鏜削用量的選擇應(yīng) 盡量的選擇合理、先進。鏜用量與工件材料及幾何形狀、工序精度要求、機床、 刀具——工件系統(tǒng)剛度和冷卻情況等許多因數(shù)有關(guān)。 吃刀深度 決定于加工余量。走刀次數(shù)的多少直接影響加工時間，因此粗pa 鏜時，吃刀深度應(yīng)盡可能取大。本設(shè)計中選 =5mm。pa 進給量 的選擇同吃刀深度類似，粗加工時主要考慮切削效率。f 切削速度可以憑經(jīng)驗，根據(jù)孔徑大小、材質(zhì)情況來選擇，亦可以按工件材 料的硬度值，選定的吃刀深度、進給量和選取的刀具壽命計算出來。 3.2 最佳切削用量的選擇 3.2.1 現(xiàn)有鏜孔工藝參數(shù) 根據(jù)現(xiàn)有的鏜孔工藝參數(shù)，T612 普通鏜床偏心盤加工孔可以加工到 550mm，主軸電機功率為 7.5KW;T615-K 普通鏜床偏心盤加工孔可以加工到? 950mm,用鏜桿加刀罐可以加工到 700mm。? 參考表 ，鏜削用量[10]5-6 表 3.1 工件材料 工序 ??/minv(/)fr()pam 低碳結(jié)構(gòu)鋼 粗鏜 30～70 0.3～0.6 2～6 高碳結(jié)構(gòu)鋼 粗鏜 30～70 0.3～0.6 2～4 查表 鏜削用量[1]2.4- 表 3.2 刀具材料 工件材料 工序 ??/minv(/)fr()pam 硬質(zhì)合金 鋼、鑄鋼 粗鏜 40～60 0.3～1 5～8 查表 ，硬質(zhì)合金車外圓縱車切削用量及功率[1]2.4-9 表 3.3 刀具材料 工件材料 (/)fr??/inv()mPkw YT15 碳素結(jié)構(gòu)鋼 1.0 1.27 13.1 YT15 碳素結(jié)構(gòu)鋼 1.5 1.05 15.3 7 綜上，選取 =5mm， ，當(dāng) 選取最佳切削速度pa0.5/fmr?260Dm? 。40/min.67/cvs?? 3.2.2 鏜削切削速度、扭矩和切削功率公式 查表 ，鉆孔、擴孔和鉸孔切削速度計算公式[1]2.-8 表 3.4 工件材料 刀具材料 切削速度（m/s） 碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼 0.637()bGPa??YT15 0.60.75.2.3vpdvkTaf?? 查表 ，鉆孔、擴孔和鉸孔的軸向力、扭矩和切削功率計算公式[1]24-9 表 3.5 工件材料 刀具材料 扭矩（ ）.Nm切削功率 （kw） 碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金 結(jié)構(gòu)鋼 0.637()bGPa?? 硬質(zhì)合金 YT15 0.75.80959.814pmMdafk??02MvPd? 3.2.3 主要鏜削參數(shù)的計算 當(dāng) 時，轉(zhuǎn)力矩2Dm0.75.80959.814pmdafk 查表 ，使用條件變換時的軸向力和扭轉(zhuǎn)修正系數(shù)[1].4-7 查得 ， ， ， 。05fk?.3ovkxmk?.wf74.089movxmwf?? （參見式 ）.70.8959.8pMda? [1]3. 即 0.75.809524pmfk? 0.956?? 14N? 切削力 （參見式 ）0 .612zFD [1]3.2 由于此切削為恒功率切削,可根據(jù)以下公式初步確定所需的切削功率。 （見式 ）0289.4067.32mMvPkwd??? [1]3. （式 3.4）169/minnrD? 當(dāng) 時5 由于利用手動調(diào)整進給速度達到恒功率切削，且轉(zhuǎn)速相同可求出切削速度。 8 （式 3.5）1152017.34/06Dnv ms???? 由于為恒功率切削 12mMP14.6352089.4Nv????? 根據(jù) 得.7.509.8pmdafk （見式 ） 0.5.75.81.4pfD? [1]3.6 0.950.7589289.2/mr?? 切削力 01.43.zMFN? 計算軸向力和徑向力 查表 ，[2]4- 車鏜時的切削力及切削功率的計算公式 切削力 （見式 ）zF9.81(60)FzFzzxynpCafvk? [2]3.7 背向力 （見式 ）y.()FFyyxnpf [2].8 進給力 （見式 ）xF9.81(60)FFxxynpCafvk? [2]3.9 表 3.6 切削力 系z 數(shù) .zFx.75zFy?0.15zFn?270zFC? 背向力 系y 數(shù) 0.9y .6y .3y 9y 進給力 系xF 數(shù) 1.xF?.5xF0.4xFn?24xF 由于機架材料的性能如下: ZG200-4, ﹪, si=0.5﹪, Mn=0.8﹪,.2c ,, , ﹪?？筛鶕?jù)以下條件選擇系數(shù)。20s??40b25? 查表 ，鋼和鑄鐵的強度和硬度改變時切削力的修正系數(shù) 。[2]-3 mFK 加工材料為結(jié)構(gòu)鋼和鑄鋼時 9 ()0.637FnbmFK?? 刀具為硬質(zhì)合金， 時0.58bGPa? ， 。1.xn.yF 查表 ，加工鑄鐵及鋼時刀具幾何參數(shù)改變時切削力的修正系數(shù)。[2]4- 刀具為硬質(zhì)合金時 ，0.89ykrFK?1.7xkrF? 綜上，可求得 ()0.5.63FyynbFmkrF??? 1.42687??().0.FnbFxmkrFxK?1.073463? 當(dāng) 時，26D?0.9. 0.39.815(6)28.94y N???15.4471706xF 當(dāng) 時，m0.90.60.3.2(1.).2y ????15.498 984x? ? 3.3 選擇電機 由于機床內(nèi)部結(jié)構(gòu)未定，可按下式粗略估算主電機功率。 （式 ）P?切主 總＝ [3].10 為機床總的機械效率，主運動為旋轉(zhuǎn)運動的機床， ＝0.7～0.85，機總 ?總 構(gòu)較簡單和主軸轉(zhuǎn)速較低時 取大值。根據(jù)本設(shè)計的特點選擇 ＝0.85。?總 總4.635.708Pkw?切主 總 根據(jù)上述計算選擇初選電機。 選擇型號為 Y132-M2-6 電機，額定功率為 5.5KW，滿載轉(zhuǎn)速為 960r/min， 同步轉(zhuǎn)速為 1000 r/min，轉(zhuǎn)動慣量為 0.0449 ,凈重為 85kg。2kgm? 10 4 擴孔機傳動系統(tǒng)設(shè)計 根據(jù)設(shè)計要求傳動原理圖，如圖 4.1： 4.1 確定總傳動比 由電機滿載轉(zhuǎn)速為 960r/min 及恒定切削轉(zhuǎn)速 49r/min 得： 總傳動比 。9601.524i?? 主軸箱采用二級齒輪傳動，在設(shè)計機床傳動時，為防止傳動比過小造成從 動輪太大，增加變速箱的尺寸，一般限制最小傳動比為 ，螺旋圓柱齒min1/4? 輪 ，綜合選擇圓柱斜齒輪傳動，選擇傳動比 。max2.5i? 2.5? 4.2 分配傳動裝置的傳動比 在主軸箱內(nèi)，從電機到主軸通過帶輪傳動，可使機床結(jié)構(gòu)更加緊湊，傳動 更加平穩(wěn)，利用平均分配傳動比及盡量減小主軸箱尺寸、降低加工難度，選擇 兩對圓柱斜齒輪傳動，一普通 V 帶傳動，并選擇 V 帶傳動比為： 。3.2vi? 查表 ，常見機械傳動的主要性能[4]1 表 4.1 類型 傳遞功率 （kw） 速度 (m/s) 效率 傳動 比 普通帶輪傳 動 ≤500 25～30 0.94～0.9 7 2～4 圖 4.1 擴孔機傳動原理圖 11 二級減速器 ≤50 5～40 0.94～0.9 6 8～40 4.3 計算總的機械效率 滾動軸承（每對）傳動效率 0.98～0.995 圓柱齒輪（每對）傳動效率 0.96～0.99（閉式） 0.94～0.97（開式） 普通 V 帶傳動 0.94～0.97 計算從電機軸到主軸的傳動效率分別為： 01.96??278?3.4 （式 ）420.960.9.8???總 [4].1 4.4 計算傳動裝置各軸的運動和動力參數(shù) （1） 各軸轉(zhuǎn)速（以下三軸為主軸箱內(nèi)傳動軸） Ⅰ軸 0963/min.2mnri?? Ⅱ軸 15.?? Ⅲ軸 248/in.nri? 根據(jù)以上計算，更改第 3 節(jié)力能參數(shù)所確定的轉(zhuǎn)速 為49/minr? 。48/minr?? （2） 各軸輸入功率 Ⅰ軸 015.96.43dPkw????? Ⅱ軸 27085.1? Ⅲ軸 39?? 鏜桿 4 .624k?鏜 桿 （3） 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 電動機軸輸出轉(zhuǎn)矩 （式 ）5.950.71960ddmPTNmn????[2]4. Ⅰ軸 014.32.68.di??? 12 Ⅱ軸 1268.5097.839.4Ti Nm?????? Ⅲ軸 234.2.0.7983.17i Nm?????? 4.5 帶傳動設(shè)計 ①設(shè)計要點 a) 設(shè)計所需的原始數(shù)據(jù)主要是：工件條件及對外輪廓尺寸、傳動位置的要 求；原動機種類和所需的傳動功率；主動輪和從動輪的轉(zhuǎn)速等。 b) 設(shè)計計算需確定的主要內(nèi)容是：V 帶傳動的型號、長度和根數(shù)；中心距、 安裝要求對軸的作用力；帶輪直徑、材料、結(jié)構(gòu)尺寸和加工要求等。 c) 設(shè)計時應(yīng)注意檢查帶輪尺寸和傳動裝置外輪廓尺寸的相互關(guān)系。 d) 帶輪結(jié)構(gòu)形式主要由帶輪直徑大小而定。 e) 應(yīng)計算出初拉力以便安裝時檢查張緊要求及考慮張緊方式。 ②帶傳動設(shè)計計算 查表 （以下帶傳動設(shè)計所查圖表均來自[14]） ，普通 V 帶和基準寬[14]8-2 度制窄 V 帶設(shè)計計算（摘自 GB/T 1375.1-1992） 。 1） 設(shè)計功率 根據(jù)工作情況由表 8-1-26 查得工況系數(shù) 1AK? （式 4.3）15.dApKPkw???? 2） 選擇帶型 根據(jù) 和 ，由圖 8-1-3 選擇 A 型皮帶。.dk096/minnr 3） 確定傳動比 根據(jù)機械系統(tǒng)傳動比分配 。3.2i? 4） 小帶輪的基準直徑 1d 由表 8-1-15 和表 8-1-17 取小帶輪基準直徑 =100mm。1d 5）大帶輪基準直徑 213.02dim??? 6）帶速 v1965.03/dDns? 7）初定軸間距 0a1212.()()dd???0330 13 ，取 =350mm。02948a?0a 8） 所需 V 帶基準長度 dL （見式 ）120120()()4ddL???? [14].23539.5m??? 查表 8-1-8 選取 。dL 9） 實際軸間距 a （見式 ）001439.3552.82d???????[14].5 min801Lm?? ax 4.d 10）小帶輪包角 1? （見式 ）2118057.3d????? [14].6 3.? ? 4.2 11） 單根 V 帶的基本額定功率 1P 根據(jù) =100mm 和 ，由表 8-1-33 查得 V 帶 。1d960/minnr?10.97P? 12） 額定功率的增量 1? 根據(jù) 和 ，由表 8-1-33（c）查得 A 型 V 帶的1960/inr?3.2 。1.5Pkw? 13） V 帶的根數(shù) Z 根數(shù)計算公式如下： （見式 ）1()dlzk??? [14].7 根據(jù) 查表 8-1-27 得 。4.27? 0.91k?? 根據(jù) 查表 8-1-29 得 。0dLm6l57(.9)91.6z???? 取 根。6 14） 單根 V 帶的預(yù)緊力 0F 查表 8-1-28 查得 A 型帶單位長度質(zhì)量為 0.1/mkg? （見式 ）202.5(1)dPFmvk????? [14].8 14 22.5.0(1)0.159?????48.N 15） 壓軸力 （式 4.9）102sinQFZ??4.348.62??59N 16） 帶輪寬度 （式 4.10）(1)Bzef???62?93m 4.6 傳動斜齒輪的設(shè)計計算 由于Ⅱ－Ⅲ軸間所受載荷較大，先選擇設(shè)計此二軸間的圓柱斜齒輪，主軸 箱內(nèi)的兩對斜齒輪傳遞均相對較小，因此采用軟齒面齒輪傳動。 4.6.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 按傳動方案，選用圓柱斜齒齒輪傳動。擴孔機是一般專用機器，速度不高， 故選用 7 級精度（GB10095-88） 。選擇小齒輪材料為 45Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS,大齒輪的材料選用 45 鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為 240HBS，其材料硬度相差 40HBS。取小齒輪齒數(shù) =24，大齒輪齒數(shù) ，取1z2.52476.8zi???? =77。并初選螺旋角 。 （以下齒輪設(shè)計圖表及設(shè)計過程均參見[6]）2z4??? 4.6.2 按齒面接觸強度設(shè)計 由設(shè)計公式進行計算，即 （見式 ）?? 3212.t EtdHKTZud??????????? [14]. 1） 確定公式內(nèi)的各計算參數(shù) （1）試選用載荷系數(shù) =1.6。t （2）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 1T=39.4NM （3）查表 10-7 選取齒寬系數(shù) =1。d? （4）由表 10-6 查得材料的彈性系數(shù) 。1289.EaZMP? （5）由圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 ，lim160HaMP?? 15 大齒輪的接觸疲勞強度極限 。lim250HaMP?? （6）根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （式 4.12）710610(831).4560hNnjL????7723.45. （7）由圖 10-19 查得接觸疲勞壽命系數(shù)： ， 。1.HNK21.4HN? （8）計算接觸疲勞許用應(yīng)力 計算過程及說明 取失效概率為 1％，安全系數(shù) S=1，得 （式 4.13）lim1[].36078HNMPaS????2li452K （9）又圖 10－30 選取區(qū)域系數(shù) 。HZ.3 （10）又圖 10－26 查得 ， ，則 。10.78???27??12.65????? （11）許用接觸應(yīng)力 12[]65.HMPa??? 2） 計算 （1）試計算小齒輪的分度圓 ，代入[ ]中較小的值1tdH? （見式 ） ??3213 232.69.41043189.526580t EtdHKTZum???????????????????[14]. （2）計算圓周速度 v1802.5/60tdnvms???? （3）計算齒寬及模數(shù) 由表 10—7 取 =1.2d?180dtb?? 計算齒寬和齒高之比 b/h 模數(shù)： （式 4.15）11 cos8cos4/23.nttmzm????? 齒高： 2.5.37.hb/807=9＝ （4）計算縱向重合度 ?? 16 （式 4.16）10.38tan0.38124tan1.903dZ????????? （5）計算載荷系數(shù) K 根據(jù) v=0.5 m/s，齒輪 7 級精度，由圖 10-8 查得動載系數(shù) Kv=1.02 斜齒輪，假設(shè) 。由圖 10—3 查得//AtFbNm? 1.4HaFK? 表 10-2 查得兩段的齒輪的使用系數(shù) .251A? 由表 10-4，7 級精度、小齒輪相對支承對稱布置時 （式 4.17）231.08()0.HdKb??????? 將數(shù)據(jù)代入后得 3618.426?? 由 , =1.426，查圖 10-13 得 =1.35b/h72=9＝ HK? FK? 故載荷系數(shù) （式 4.18）.502.3.5AVHK????? （6）按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（10－10a）可得 （見式 ） 331.89.16tdm? [14].9 （7）計算模數(shù) （見式 ）cos93.5cs4.782mz????1 [14].20 4.6.3 按齒根彎曲強度設(shè)計 設(shè)計計算公式 （式 4.21）?? 32FaSdYKTz?????????? 1）確定計算公式內(nèi)的各計算參數(shù) （1）計算載荷系數(shù) K （式 4.23）1.50.41352.AVHF?????? （2）根據(jù)縱向重合度 ，查得螺旋角影響系數(shù) 。9? 0.8Y?? （3）計算當(dāng)量齒數(shù) （式 4.24）133246.7cos1vZ? 28.9v???? （4）查取齒形系數(shù) 由表 10-5 查得 ， ；1.59FaY2.1FaY （5）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 10-5 可查得 ， ；1.6Sa?2.74Sa? 17 （6）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 由圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 ；大齒輪的彎150FEMPa?? 曲疲勞強度極限 。2380FEMPa?? 由圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ， ；10.9FNK.95N 由下式得 （式 4.25）??10.324FEaS????2851.NF MP? （7）計算大、小齒輪的 并加以比較??FaSY? （式 4.26）??1.59.60.253FaSY?????2.1.74.128F 由上式可得大齒輪的數(shù)值較大。 2）設(shè)計計算 ??3123 22.490.8(cos14)0.7652.1FaSdYKTmz??????????????? 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算得法面模數(shù) 大可選擇齒根彎曲nm 疲勞強度計算得法面模數(shù)，取 ，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足3nm? 接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑 來計算應(yīng)有的齒180d? 數(shù)。 1cos80cs1425.863dZ?????2.63i?? 4.6.4 幾何尺寸計算 1）計算分度圓直徑 280cos14nzmdm????357???2 2）計算中心距 18 （式 4.27）80257168.9dam????1 3） 按圓整后的中心距修正螺旋角 （式 4.28）??1203()4.65nZrcarc??? 4）計算齒輪寬度 18db????? 圓整后取 。2170,Bm 5）驗算 （式 4.29）139.48tTFNd ，合適。.7025/10/AtKmb??? 4.6.5 計算Ⅰ－Ⅱ軸間圓柱斜齒輪 同理，計算Ⅰ－Ⅱ軸間的一對圓柱斜齒輪得標準模數(shù) 2.5nm? 小齒輪齒數(shù) =24，大齒輪齒數(shù) ，取 =771z2.54768zi???z 螺旋角 。4???2.56cosnmdm???171984z??2 中心距 （式 4.30）1230da??? 齒寬選擇 15,6B 4.6.6 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 因兩個小齒輪分度圓直徑均小于 160mm,可做成實心齒輪，而兩個大齒輪均 大于 160mm，可做成空心結(jié)構(gòu)齒輪以減小轉(zhuǎn)動慣量，降低電機驅(qū)動功率。齒輪 的具體結(jié)構(gòu)參見附錄零件圖。 4.7 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 由于第Ⅲ軸承受的載荷較大，先對第Ⅲ進行設(shè)計。 4.7.1 軸設(shè)計的主要內(nèi)容 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則 （1） 軸上零件的布置應(yīng)使受力合理； （2） 軸上零件的定位可靠，裝拆方便； （3） 采用各種減小應(yīng)力集中和提高疲勞強度的措施； （4） 有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，便于加工制造和保證精度； （5） 對于要求剛性大的軸，還應(yīng)從結(jié)構(gòu)上考慮減小軸的變形。 19 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要 求，合理的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，會影響軸的工作 能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的難度 等。因此軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是軸設(shè)計中的重要內(nèi)容。 軸的工作能力所指的是軸的強度、剛度、振動、穩(wěn)定性等方面的計算。多 數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強度。 4.7.2 軸的材料 材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直 接用圓鋼。 由于碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或 化學(xué)熱處理的辦法提高耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其 中最常用的是 45 鋼。常見幾種鋼材的特性如下： 表 4.2 材料牌 號