1160JM304B变速箱箱体钻孔组合机床总体设计及后主轴箱设计.doc

毕业设计(论文)JM304B 变速箱箱体钻孔组合机床总体设计及后主轴箱设计 The Design of Modular Machine for Drilling Holes of The JM304B Gear Box 学 生 姓 名 张 国 庆 班 级 09 机 制 1 学 号 20090604112 学 院 名 称 机 电 工 程 学 院 专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 指 导 教 师 秦 录 芳 2013 年 04 月 25 日 图书分类号：密 级：徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：年 月 日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名：导师签名：日期：年 月 日 日期：年 月 日 摘要 为了提高机床加工生产效率，满足人们生产精度要求，保证加工的稳定，本课题设计了一台用于 JM304B 变速箱箱体钻孔组合机床。设计内容主要分为后主轴箱设计和总体设计两部分。总体设计包括确定机床配置型式、选择结构方案以及设计图纸。后主轴箱设计包括多轴箱设计原始依据图的绘制、主轴和齿轮参数的确定；传动系统的设计、动力计算的完成；绘制零件补充加工图及主轴箱装配图。机床采用的方案为卧式三面加工法，装夹零件方便加工和装配工艺性能好。通过液压滑台完成刀具的进给，与导套引导工具，实现了加工的精度和稳定性。标准主轴和刀具的选择标准，同时使工序尽量集中，可以实现工件的多孔同时在一次装夹过程中的加工，这将有助于确保所有接口和每个孔的位置精度要求。本组合机床的优点显著：成本低、效率高、精度高；操作简便，减轻工人劳动强度，提高劳动生产效率;适用性比较强。关键词：关键词：组合机床；钻孔；主轴箱 Abstract In order to improve the machining efficiency of production,to meet the peoples production accuracy requirements,ensure the machining stability,This thesis designs a for JM304B gearbox bore modular machine tool.The design content mainly divided into the back headstock design and overall design in two parts.Conceptual design includes the machine-tool configuration,structure scheme selection and design drawings.After determining the headstock design includes multi-axle box design based on the original drawing,main shaft and gear parameters;design and calculation of transmission system,complete power;Draw the part supplement processing graph and spindle box assembly drawing.The machine adopted for horizontal three surface machining method,machining process and assembling of parts,the clamping is convenient.The hydraulic pressure to complete the tool feed,with the guide sleeves tool to achieve the stable machining precision.Standard spindle,and using standard tools，and makes the process be concentrated,can realize the workpiece in a fixture when the porous processing at the same time，this will help to ensure that the precision of the surface and the hole between each other.This modular mechanical has many advantages,such as high efficiency,low cost,better precision and etc.Convenient operation,reducing the labor intensity of workers at the same time,improve productivity;applicability.Keywords：Modular Machine bore Spindle Box 目 录 摘要.I Abstract.II 1 绪论.1 1.1 概述概述.1 1.2 研究内容.1 2 总体方案.3 2.1 工艺方案设计.3 2.1.1 拟定机床工艺方案.3 2.1.2 机床配置型式的选择.3 2.1.3 定位基准及夹紧点的选择.4 2.1.4 滑台型式的选择.4 2.2 确定切削用量.4 2.2.1 选择切削用量.4 2.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率.6 2.3 被加工零件工序图.8 2.4 加工示意图.9 2.5 机床尺寸联系图.13 2.6 机床生产率计算卡.17 3 组合机床后主轴箱设计.20 3.1 绘置后主轴箱原始依据图.20 3.2 传动系统的设计与计算.20 3.2.1 根据原始依据图计算坐标尺寸.20 3.2.2 拟订主轴箱传动路线.21 3.2.3 确定主轴直径和齿轮模数.21 3.2.4 确定主轴和传动轴齿轮齿数.21 3.2.5 计算传动轴的坐标.24 3.2.6 绘制坐标检查图.26 3.3 轴的刚度、强度校核.27 3.4 齿轮强度校核.28 3.5 键的强度校核.30 3.6 轴承的寿命计算.31 3.7 其他附件的选择.31 4 4 主轴箱造型装配主轴箱造型装配.34 4.1 主轴.34 4.2 箱体.36 结 论.39 致 谢.40 参考文献.41 附 录.42 1 绪论 1.1 概述概述 组合机床是根据工件的加工要求使用大量的通用部件，配以少量的专用部件组合而成的一个高效率的机床。在设计组合机床时，有以下两种情况：第一，是根据加工对象的具体情况进行特别设计的。第二，在我国机械行业中组合机床作为广泛使用的一种机床，被广大工人和工程技术人员所接受，在生产和使用组合机床过程中总结出自己的经验，发现，组合机床不但在其组成部件方面有共性，还可以设计成通用部件，并且与一些行业的组合机床（能够完成一定的工艺范围）是极其相似的，很可能设计为通用机床，这样的机床称为“专能组合机床”。此种组合机床并不需要特定的处理对象，每次都具有专门的设计和生产，但可被设计成通用的品种，组织批量生产，并部分根据被加工的具体需要用一个简单的夹具和工具，就能够组成加工一定对象的高效率机床设备。目前，该机床是一款结合大量机械产品，以实现高效率、高品质和经济生产的关键设备，它被广泛应用于汽车，拖拉机，内燃机和压缩机，工业生产等广大领域。其中，特别是汽车行业作为一个组合机床和自动线最大的用户。如德国大众汽车厂在 Salzgitter 的发动机工厂，90 年代初所使用的金属切削机床主要为自动线组合机床，加工中心等。显然，在大规模生产机械工业部门，组合机床和自动线是被大量采用的设备。所以，组合机床在这些行业中使用，在很大程度上决定了生产效率和产品质量，同时也很大程度上决定了产品的竞争力。随着作为组合机床主要用户的汽车和内燃机行业的发展，尤其是在过去的 20年里，已经发生了很大的变化，从不断缩短的产品市场寿命，到增加品种和质量不断提高。正是由于这些因素的存在才也有力地推动和激励了组合机床的不断发展。本次毕业设计课题为 JM304B 变速箱箱体钻孔组合机床总体设计及后主轴箱设计。本课题来源于江苏马恒达悦达（盐城）拖拉机有限公司。变速箱卧式钻孔组合机床是用于钻削变速箱体多面孔的专用组合机床。此变速箱体用于拖拉机，它是因拖拉机行业发展的新趋势和工作实践应运而生。鉴于此组合机床是使用少量专用部件和大量通用部件组成的工序集中的一种专用机床；相比于一般普通钻床，它具有加工效率高，自动化程度高，加工质量比较稳定，在减轻工人劳动强度的同时还能提高生产效率等优点。在设计过程中，通过大量的相关信息的访问和工厂调研，与生产实际相结合，从机器的经济性，合理性，技术性，经济性，实用性和对被加工零件的要求，确定了这个设计方案。1.2 研究内容 本课题的主要任务是在分析组合机床钻孔加工及后主轴箱设计的基础上，提出采用卧式多面液压组合机床对变速箱体进行孔的加工。从而绘制出组合机床设计所需要的零件补充加工图、多轴箱装配图和“三图一卡”，并校核了齿轮、主轴等关键零部件。研究内容：（1）拟制 JM304B 变速箱箱体钻孔组合机床总体结构设计方案。（2）三图一卡设计，包括：a)被加工零件工序图；b)机床联系尺寸图；c)加工示意图；d)生产率计算卡；e)有关计算设计、校核。（3）运用材料力学、机械动力学等理论对多轴箱传动系统进行设计与分析。（4）完成相应的主轴箱设计：a)后主轴箱装配图；b)主轴、齿轮零件图；c)其它零件图；d)有关校核、计算等。（5）利用 CAD/CAM 软件对相关零部件进行造型；（6）利用 CAD/CAM 软件完成变速箱箱体的装配。2 总体方案 组合机床整体设计通常是基于的技术与用户签订的协议和劳动合同，具体的零件加工，技术开发计划和方案相关的技术图纸和设计文件。2.1 工艺方案设计 组合机床设计的关键一步就是工艺方案的拟订。工件及其加工的工艺分析是组合机床总体设计的重中之重，只有通过先进的技术，制定合理的计划，先进合理的组合机床也就应运而生。根据指定的加工要求,从若干个工艺方案中选择最合理的一个。只有工艺方案确定后,组合机床的性能、结构、传动、运动、布局等一系列问题才能解决。因此，组合机床设计的重要环节是工艺方案的设计。而且组合机床的使用性能和结构配置在很大程度上是由工艺方案来确定。所以，需要认真分析被加工零件图纸,更加深入的了解被加工零件的加工部位、结构特点、表面粗糙度、尺寸精度与技术要求以及生产率要求等一系列因素，根据一定的原则，组合机床常用的过程中充分考虑各种不利因素，经过技术经济分析，制定出合理，先进，可靠，经济的工艺解决方案。2.1.1 拟定组合机床工艺方案 步骤如下：a.认真分析研究现场工艺和加工要求,制订组合机床工艺方案的过程中，第一要研究、分析被加工的零件，比如被加工对象的用途及其结构特点、表面粗糙度、加工部位及其精度、技术要求及生产纲领；第二要深入现场调查，分析零件的定位夹紧方式、加工工艺方法、刀具及切削用量、所采用的设备、生产率情况等。b.确定定位基准和夹压部位，组合机床各工序一般集中多刀加工，切削负荷大，不仅规模庞大，而且不知道工件受力方向。所以，要想保证加工精度，正确选择定位基准和夹压部位是先决条件。加工毛坯作为本道主要加工工序,所以毛坯基准的选择还要考虑有关工序加工余量的均匀性。选择定位夹压部位应在足够的夹紧力情况下工件产生的变形最小，而且夹具易于导向设置，不妨碍刀具的进给。本道工序具体加工:钻削 1 个27.8 孔，26 个8.6 孔，2 个8 孔和 1 个12.3孔。材料为:HT250,硬度为190250HBS。2.1.2 机床配置型式的选择 机床的配置型式主要有立式和卧式两种。卧式组合机床床身由侧底座、滑座和中间底座组合而成。其优点包括加工和装配工艺性能好和无漏油现象；于此同时，调试、安装与运输也都比较方便；并且，机床的重心比较低，有利于其减小振动。其缺点包括占地面积较大，削弱了床身的刚性。立式组合机床床身包括立柱、立柱底座和滑座组成。其优点包括操作方便，自由度大，占地面积小。其缺点包括振动大，机床重心高。此外，长方体作为变速箱体，通过装夹的角度来看，卧式有平放比较方便，减轻工人的劳动强度的特点。通过以上的比较，考虑到卧式床身装夹方便，振动小等优点，选用卧式组合机床。2.1.3 定位基准及夹紧点的选择 组合机床是通过针对零件某道工序或某种零件设计的。为了确保机床的加工精度实现最大限度的工序集中，定位基准的正确选择作为重中之重。a)最大程度的选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准,保证加工精度；b)为确保工件稳定定位必须选择定位基准；c)基面统一原则。由于箱体作为被加工的零件，因此机床加工时常采用一面两销的定位方式，一面是变速箱体底面，两销分别是一菱形销和一圆柱销。共六个自由度被其限制，在达到定位效果的同时，还可以保证所需要的加工精度。2.1.4 滑台型式的选择 液压滑台是本组合机床采用的，与机械滑台作比较，液压滑台具有如下几个优点：可以获得较大的进给力；在一个大范围的进给速度可实现无级调速；很容易实现液压阀的进给的工艺要求；有着简单可靠的过载保护；由于使用液压驱动，零件磨损小，使用寿命长；行程控制阀，以实现快速向前滑动交替工作，转换精度高，工作更可靠。但使用液压滑台也有它的弊端，比如：由于载荷的变化和温度的影响而使进给量不够稳定；液压系统漏油会影响工作环境和浪费能源；维修调整也比较麻烦。变速箱体上的 30 个孔作为本课题的加工对象，尺寸精度和位置精度要求也比较高，所以采用液压滑台。所以，根据给定的机器配置和工艺解决方案的使用和维修其他因素结合，确定机床为卧式多面液压传动组合机床，为确保实现液压滑动工作台进给运动，利用配套动力箱驱动主轴钻孔主轴箱。2.2 确定切削用量 2.2.1 选择切削用量 对于被加工的 30 孔，通常采用查表法选择切削用量，可以在参考文献9130 页表 6-11中选取。由于切割钻孔和钻孔深度也密切相关，随着加工孔深度的增加而逐渐递减，其递减值可以参考文献9131 页表 6-12。降低进给量是为了减少轴向切削力，防止钻头折断。当钻孔深度较大时，因为冷却输送条件都比较差，它使刀具寿命下降。其目的是为了降低切割速度，提高了刀具的使用寿命，从而使有比较深的孔加工钻头寿命和处理等浅钻孔寿命比较类似。在孔很深（如 20d 以上）而直径很小（8 以下）时，其每转进给量和每次钻深一般是很小的，如果降低转速，将使生产率过分降低，所以有时为了提高生产率也要适当提高切削速度。一般在深孔钻床上工作的主轴不多，刀具寿命是当低一些也是允许的；况且在转速较高时有利于排屑，还能提高钻头寿命。对于进给量来说，仍需随着孔的深度的增加而逐渐递减，其递减值可按照参考文献9131 页表 6-12。首先确定加工材料的布氏硬度:加工材料布氏硬度为 190250HB 为已知。则 HB=HBmax-1/3(HBmax-HBmin)=230 由于是组合机床，为了尽量减少刀具的消耗和换刀的时间，在保证机床的生产率及经济效果的同时，选用的切削用量相比于通用机床单刀加工时要低 30%左右。由于钻孔时要求比较高的切削速度和较小的进给量，所以通常采用“试凑法”来达到每分钟进给量相似的要求。即：a.对 A 面上 9 个孔的切削用量的选择 钻孔 18mm/88.6mm 因为刀具采用高速钢，加工材料为灰铸铁，选择 v=1018m/min，f0.10.18mm/r。换算后即为 v=712.6m/min，f0.070.126mm/r。利用“试凑法计算得 8.6mm 孔为 v=12m/min，f=0.1mm/r。8mm 孔为 v=12.4m/min，f=0.09mm/r。b.对 B 面上 12 个孔的切削用量的选择 钻孔 18mm/108.6mm 因为刀具采用高速钢，加工材料为灰铸铁，选择 v=1018m/min，f0.10.18mm/r。换算后即为 v=712.6m/min，f0.070.126mm/r。钻孔 127.8mm 由于刀具采用高速钢，加工材料为灰铸铁，选择 v=1018m/min，f0.250.4mm/r。换算后即为 v=712.6m/min，f0.1750.28mm/r。利用“试凑法计算得 8mm 孔的 v=7.5m/min，f=0.12mm/r。8.6mm 孔的 v=7.44m/min，f=0.13mm/r。27.8mm 孔的 v=12.5m/min，f=0.25mm/r。c.对 C 面上 9 个孔的切削用量的选择 钻孔 88.6mm 因为刀具采用高速钢，加工材料为灰铸铁，选择 v=1018m/min，f0.10.18mm/r。换算后即为 v=712.6m/min，f0.070.126mm/r。钻孔 112.3mm 因为刀具采用高速钢，加工材料为灰铸铁，选择 v=1018m/min，f0.180.25mm/r。换算后即为 v=712.6m/min，f0.1260.175mm/r。利用“试凑法计算得 8.6mm 孔的 v=9.68m/min，f=0.13mm/r。12.3mm 孔的 v=12m/min，f=0.15mm/r。2.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率 由参考文献9134 页表 6-20 中公式得 对于钻孔加工有公式：F=26Df0.8HB0.6 T=10D1.9f0.8HB0.6 P=(Tv)/(9740D)式中，F切削力（N）；T切削转矩（N）；P切削功率（Kw）；v切削速度（m/min）；f进给量（mm/r）；D加工（或钻头）直径（mm）；HB布氏硬度。A 面 钻孔8mm T=10D1.9f0.8HB0.6=1081.90.090.82300.6=1978.34（N.mm）钻孔8.6mm T=10D1.9f0.8HB0.6=108.61.90.10.82300.6=2469.36（N.mm）B 面 钻孔8mm T=10D1.9f0.8HB0.6=1081.90.120.82300.6=2490.03（N.mm）钻孔8.6mm T=10D1.9f0.8HB0.6=108.61.90.130.82300.6=3046.06（N.mm）钻孔27.8mm T=10D1.9f0.8HB0.6=1027.81.90.250.82300.6=47761.05（N.mm）C 面 钻孔8.6mm T=10D1.9f0.8HB0.6=108.61.90.130.82300.6=3046.06（N.mm）钻孔12.3mm T=10D1.9f0.8HB0.6=1012.31.90.150.82300.6=6741.08（N.mm）2.3 被加工零件工序图 被加工零件工序图是通过制定的工艺方案内容，在所设计的组合机床（或自动线）上完成的工艺过程，包括加工部位的表面粗糙度、尺寸、精度及技术要求，加工采用的定位基准、夹压部件以及被加工的零件材料、表面硬度和在本机床加工过程中的加工余量、毛坯或半成品情况的样本。除了作为设计研制合同外，它还是设计组合机床的具体依据，也是作为调整、使用、制造和检验机床精度的先决条件。在被加工零件图的基础上，突出被加工零件工序图在本机床或自动线加工中的内容，并作出相关的说明而绘制出。本机床的加工工序有：钻削 A 面孔 18mm、88.6mm，B 面孔 18mm、108.6mm、127.8mm，C 面孔 88.6mm、112.3mm。材料为:HT250,硬度 190250HB。定位方式采用一面两销，液压夹紧。如图 2-1 所示。图 2-1 加工工序图 2.4 加工示意图 加工示意图是通过确定工艺方案和机床总体方案的基础上绘制出的。加工工艺方案图作为其表达工艺方案的具体内容。它的重要依据是绘制机床总联系尺寸图、设计夹具、刀具、辅具、多轴箱和电气、液压系统总体以及选择动力部件对象；其原始要求是机床的总体布局和性能研究；同时也是机床调整刀具所需要的重要技术性文件。通过加工示意图来反映零件加工的工艺方案。加工示意图表示被加工零件在机床上的工作过程，机床各部分工件间的相互位置关系，刀具、辅具的布置情况以及刀具、工件、夹具等，机床的工作过程及工作循环等。2.4.1 选择刀具 在选择刀具时应首先考虑工件的表面粗糙度、材质、加工精度、排屑及生产效率等技术要求。在条件允许的情况下，应该尽量选用标准刀具。通过采用复合刀具来达到提高工序集中程度或满足精度要求的条件。孔加工刀具的直径要与加工部位的尺寸、精度互相适应，它的长度在确保完成后，从端部的导向套筒的外表面的螺旋槽的加工工具是 3050mm的，以达到移动至所需的一定量的调整后的切屑与刀具的磨损的目的。在绘制加工示意图时要注意，刀具锥柄插入接杆孔内长度要从刀具总长当中减去。即孔8mm、8.6mm、12.3mm、27.8mm 对应选择刀具8mm、8.6mm、12.3mm、27.8mm。2.4.2 导向结构的选择 组合机床在加工孔时，除了利用刚性主轴加工方案外，主要是靠刀具的导向装置来保证零件上孔的位置精度。组合机床上刀具导向装置通常包括旋转式导向和固定式导向两大类别。在此选用固定式导向装置，此类装置装在夹具上固定不动，刀具或刀杆导向部分在导套内可以转动和移动。这种导向精度较高，但容易磨损，当转速较高时，会引起导向部分摩擦而产生热变形，造成别劲现象或因导向润滑不良和切屑尘末渗入，使刀具或刀杆与导套咬死。适合于小孔加工，导向表面旋转线速度为 v70 100mm。多轴箱最低主轴的高度 h1必须要由和工件最低位置孔、滑台总高度、机床装料高度 H、侧底座高度等尺寸之间的关系来确定。推荐 h85 140mm。则；因此按照通用箱体系列尺寸的标准，选用多轴箱轮廓尺寸为 500mm 500mm。2.5.6 绘制机床尺寸联系图 图 2-6 机床尺寸联系图 2.6 机床生产率计算卡 由加工和切割工作周期等因素决定的原理，我们可以计算出的生产力和生产力工具编制计算卡。生产率计算卡是反映实际生产率，机床生产节拍和切削用量、动作时间、生产纲领与负荷等关系的技术性文件。它可以作为验收机床生产效率的重要依据。2.6.1 理想生产率 Q 理想生产率 Q(单位为件/h)是指达到年生产纲领 A(包括备品及废品率)要求用到的机床生产率。全年工时总数 tk与其有着密切关系,在此两班制 tk为 4600h,通过文献9的 51页公式：则 2.6.2 实际生产率 Q1 实际生产率 Q1(单位为件/h)是指所设计的机床实际每小时能够生产的零件的数量。通过文献9的 51 页公式：式中 T单生产一个零件所需时间(min)，可按下式计算：式中 L1为刀具第一工作进给长度,单位为 mm；L2为刀具第二工作进给长度,单位为 mm；vf1为刀具第一工作进给量,单位为 mm/min；vf2为刀具第二工作进给量,单位为 mm/min；L快进为动力部件快进行程长度，单位为 mm；L快退为动力部件快退行程长度，单位为 mm；vfk为动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取 56m/min;用液压动力部件时取 310m/min；t移直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间，一般取 0.1min；t装工件装、卸（包括定位或撤销定位、夹紧或松开、清理基面或切屑及吊运工件）时间。其由装卸是否方便、装卸自动化程度、工件重量大小及工人的熟练程度来决定。通常取 0.51.5min。则 Q1计算过程如下：2.6.3 机床负荷率负 由以上计算结果可得：负=Q/Q1=10.87/18.32=60%小于三面加工组合机床允许最大负荷率 80%，因此该设计方案可行。图 2-7 生产率计算卡 3 组合机床后主轴箱设计 机床的主轴箱是一个重要的特殊组成部分。根据工件图的数量和位置的孔，切割和主轴设计用于不同的移动各主轴的动力传动部件的处理。它的动力来自于通用的动力箱，和动力箱一起安装在进给滑台上，可以完成扩、钻、铰、镗等加工工序。多轴箱按结构特点分为通用多轴箱和专用多轴箱两大类。在这个项目的设计中，选用通用多轴箱。通用多轴箱使用标准主轴，借助导向套将刀具准确放入被加工孔中，来保证加工位置精度。3.1 绘置后主轴箱原始依据图 图 3-1 主轴箱设计原始依据图 3.2 传动系统的设计与计算 主轴箱传动系统的设计是通过一定的传动链的力量和速度需求分配给每个主轴驱动轴来实现的。传输设计的好坏，将直接影响启闭，一般水平的质量，设计和制造的工作量和成本水平的大小。因此，我们应高度重视各种传输方案的设计，从各个方面获得充分的讨论，分析和比较，选择最佳的解决方案。3.2.1 根据原始依据图计算坐标尺寸 通过原始依据图 3-1，计算主轴的坐标值：表 3-1 主轴坐标值 3.2.2 拟订主轴箱传动路线 该主轴箱有 9 根主轴，分别命名为 1,2,3,4,5,6,7,8,9；传动轴分别为 10,11,12,13；驱动轴设为 0；油泵轴由传动轴 12 驱动。具体传动路线见图 3-2。图 3-2 传动树形图 3.2.3 确定主轴直径和齿轮模数 在总体设计部分已初步确定主轴直径，1 4、6 9 号主轴直径是 20mm，5 号主轴直径是 15mm。根据加工件的实际尺寸，配合参考文献9159 161 页传动齿轮综合表 7-21 及动力箱齿轮表 7-22，结合实际选取齿轮模数为 2、4 两种。3.2.4 确定主轴和传动轴齿轮齿数 在传动方案拟订之后，通过“作图、计算和多次试凑”相结合的办法，来确定齿轮齿数和中间传动轴的位置及转速要求。a)通过各主轴与驱动轴的转速来求驱动轴到各主轴之间的传动比：驱动轴：；主 轴：；各主轴总传动：b)各轴传动比分配 在确保主轴的强度，刚度，速度和转向的条件下，力争使传动轴和齿轮规格、数量为最少。因此，应尽量通过用多根主轴被一根中间传动轴带动来实现，并使齿轮分布在同一排上。当中心距离不符合标准时，可通过略作修改的齿轮或齿轮比的变化来解决方案。要想使主轴上的齿轮不至于过大，最后一级应该采用升速传动的方法。为了使结构更加紧凑，多轴箱的内部齿轮副的传动比一般要大于 1/2（最佳传动比1 1.5）；尽量避免用升速传动。因为主轴中心分布在两个同心圆上，所以在各个同心圆的圆心上分别设置中心传动轴。则各轴的传动比分配为：1 4 轴 5 轴 6 9 轴 c)确定中间传动轴的位置并选择各对齿轮 传动轴转速的计算公式；参考文献9 64-65 页：式中 u为啮合齿轮副传动比；Sz为啮合齿轮副齿数和；z主为主动齿轮齿数；z从为从动齿轮齿数；n主为主动齿轮转速，单位为 r/min；n从为从动齿轮转速，单位为 r/min；A为齿轮啮合中心距，单位为 mm；m为齿轮模数，单位为 mm。确定驱动轴 0 上齿轮参数：按参考文献9 160-161 页动力箱齿轮表 7-22，驱动主齿轮齿数为 2126，模数为 3 或 4。则 Z驱=21，m=4。所以，传动轴 12 的排齿轮参数可确定为 Z=26，m=4。又主轴是按同心圆分配布置，故设传动轴 10、11 于圆心处，经过多次试凑确定主轴 1、2、3、4 上排齿轮参数为 Z=20，m=2；主轴 6、7、8、9 上排齿轮参数为 Z=33，m=2；主轴 5 上排齿轮参数为 Z=34，m=2；传动轴 10 上排齿轮参数为 Z=21，m=2；传动轴11 上排齿轮参数为 Z=33，m=2，排齿轮参数为 Z=34，m=2，排齿轮参数为 Z=32，m=2；油泵排齿轮参数为 Z=26，m=2。根据实际箱体进行凑配，确定传动轴 10 上排齿轮参数为 Z=33，m=4；传动轴 13 上排齿轮参数为 Z=30，m=4。至此传动轴中心位置全部确定了。d)验算各主轴转速 又主轴理论转速；。转速以 5%的相对损失在设计要求的范围内。e)验证润滑泵齿轮转速 满足转速在 550 800r/min 范围内的要求。3.2.5 计算传动轴的坐标 计算的坐标轴，所述第一和计算的直接驱动的主轴坐标之间的关系，然后计算另一轴的坐标。根据传动轴的传动形式，传动轴的坐标计算可分为三种类型：与一轴定距的坐标计算；与两轴定距的坐标计算；与三轴等距的坐标计算。在本主轴箱 4 根传动轴（轴 1013）与 1 根油泵轴（轴 14）中，可以通过一轴定距的坐标计算方法来获得油泵轴 14，可通过两轴定距的坐标计算方法来计算传动轴 12、13，可通过三轴等距的坐标计算方法来计算传动轴 10、11。a)和一轴定距的传动轴坐标计算方法如下：通常用已知轴中心作为原点 o,通过建立小坐标系 xoy，用所求传动轴坐标为 B(x，y)，啮合中心距是 R 的方法来达到计算方便的目的。参考文献970 页公式 y=R2-X2 （3 7）或者 x=R2-Y2 （3 8）图 3-3 与一轴定距的传动轴坐标计算图 此方法可确定出油泵轴 14 的坐标值（111.06，166.87）。b)和二轴定距的传动轴坐标计算 XLC0YA3aa0A1R1jIBAB3A2JB2R2c(I,J)B1bi传动轴与二轴定距，即用两对齿轮轴的驱动轴驱动两个已知的，可以基于已知的两轴坐标，和两对齿轮的中心距可计算。图中 a(XA,YA)，b(XB,YB)是两已知轴坐标，两已知轴与传动轴间的齿轮中心距用 R1、R2来表示，c(XC,YC)为所需计算的传动轴坐标。为了计算上的方便，选取小坐标系 ia，ja 点作为其原点，使得 c 点坐标(I,J)在小坐标系中为正值，按逆时针顺序定出 a，b，c，并作辅助线，标号如图 3-4 所示，因此可以导出 c 点坐标计算公式。参考文献97172 页公式：设 则 因为 所以 图 3-4 与二轴定距传动轴坐标计算图 拿到 XOY 坐标系中去，则 c 点坐标：由此计算方法可得传动轴 12 坐标值（165.01，166.87），传动轴 13 的坐标值(118.76，271.03)。c)和三轴等距的传动轴坐标计算 通过用三对相同中心距的齿轮副分别带动三根已知轴可以在一根传动轴上实现，既为图 3-5 所示的轴 D。其坐标可根据三已知轴 A、B、C 的坐标及中心距 R 求出。为了简化计算，为了去小坐标系 xAy，小坐标系的原点选取应要求所计算的轴 D 坐标为正值。参考文献97273 页公式：图 3-5 与三轴等距传动坐标计算图 还原到 XOY 坐标中去，则 轴 D 坐标算式为：轴 10 的坐标值（243.00,290.72），传动轴 11 的坐标值（225.00，167.72）可通过此计算方法算出传动。3.2.6 绘制坐标检查图 在坐标计算完成后，检查绘制的图纸坐标和传输关系全面检查传动系统的正确性。坐标检查图的主要内容有：通过齿轮啮合，检查坐标位置是否正确；检查主轴转速和转向，进一步检查是否各部分之间的干扰;检查润滑叶片泵、分油器等附加机构的位置是否合适。绘制出的坐标检查图，如图 3-6 所示。图 3-6 多轴箱坐标检查图 3.3 轴的刚度、强度校核 轴在初步设计完成后进行验算校核。计算条件得到满足轴的强度或刚度要求。轴的强度校核计算应根据负载轴和应力的具体情况，并采取适当的方法，适当选择其许用应力传递扭矩轴抗扭强度条件，只应计算弯曲轴（主轴）的计算方法应弯曲强度的情况下，这两个条件都必须在检查的疲劳强度等。现在对主轴 1 进行强度、刚度校核。a)求出主轴上的转矩 T 主轴上传递的功率为：b)求作用在齿轮上的力 c)轴的受力分析 水平方向上：垂直方向上：综上可得 水平方向上力矩：垂直方向上力矩：所以合成弯矩为：d)轴的弯扭强度校核 查得 e)轴的疲劳强度安全系数校核 查表得：B=650 Mpa,-1=300 Mpa,-1=155 Mpa,=0.2,=0.1;K=1,K=1.8,绝对尺寸系数=0.95，=0.92；则弯曲应力 平均应力 切应力为 安全系数 又许用安全系数为S=1.31.5，显然 SS，所以该轴是安全的。3.4 齿轮强度校核 可设计的齿轮传动在具体工作环情况下，必须有足够工作能力，以保证在整个寿命期间不致失效。所以要对齿轮进行校核。已知齿轮采用 45 钢，锻造毛坯，齿轮渗碳淬火，齿轮精度用 7 级，轮齿表面粗糙度为 Ra=3.2，Z=20，m=2，从动力箱到主轴 1 的扭矩：式中查表确定。查表得节点区域系数，重合度系数,本设计中取。由公式 查表得使用系数 齿向载荷分布不均系数 所以 选择材料的接触疲劳极限应力是；弯曲疲劳极限应力为；接触疲劳寿命系数为；弯曲疲劳寿命系数为；接触疲劳安全系数为；弯曲疲劳安全系数为；又，试选；综上可求出：许用接触应力 许用弯曲应力 所以 显然 故齿轮完全达到设计要求。3.5 键的强度校核 主轴上键在传递转矩时，各零件的受力如图 3-7 所示。普通平键常见的失效形式是平键面粉碎工作表面压应力强度校核计算;导向平键和滑键的主要失效形式是过度磨损，根据开展的工作的压力强度校核计算的表面状况。如图 3-7 所示。图 3-7 平键连接的受力图 假设关键工作负载均匀地分布在表面，合成后的集中力 F（圆周力）高度集中的点上的接触面，参照图 3-7a，计算普通平键连接时的许用剪应力和许用挤压强度。取主轴 1 上的键 622 GB/T1096 进行校核计算，尺寸为 6mm6mm22mm。均小于极限值，故键的选用符合设计要求。3.6 轴承的寿命计算 轴承作为支承轴或轴上回转体的一个部件。轴承一旦失效，就会影响到主轴箱的正常工作，所以要对轴承进行校核。现在以主轴 1 上的滚动轴承 6210GB/T276 6004 为例进行校核，预期寿命为 2000030000h。它的转速为 n=494r/min，其在常温下工作时，查表得载荷系数为 fp=1.6，温度系数为ft=1。基本额定动载荷为 Cr=9.38kN。根据切削力的计算可得轴承的径向负荷约为 560N，轴向负荷忽略不计。则 X=1，Y=0。求出当量动负荷：根据寿命计算公式：所以轴承的选用符合设计要求。3.7 其他附件的选择 3.7.1 润滑系统的设计润滑系统的设计 在润滑系统的设计中，各部分的响应进行了全面的分析，以确定在润滑剂中使用的品种所需的机械设备的润滑，润滑剂和润滑装置，以尽量减少类别。在国内生产总值的主要组件，以保证良好的润滑条件，兼顾其他润滑点的润滑，以确保质量。润滑系统应符合设备操作，需要进行润滑，该装置应的工作条件和使用环境的适应，以避免不必要的摩擦，温度，噪声，和过早失效.由于设计的是组合机床主轴箱，主轴、传动轴、轴承和齿轮的润滑用 30 号机械油；由装在主轴箱内的润滑油泵供油，经分油器和油管分别将油送入主要啮合区润滑，并且用油盘淋油的方法全面润滑各齿轮及轴承。在主轴箱的箱体上安装油标，发现油量低于最低线时，加油。每间隔两个月就得更换一次油。a)油泵选择 本主轴箱设计使用 R12-1A 润滑叶片液压泵，额定转速为 550800r/min。通过分油器把油分成几路，分别润滑各部份的齿轮，从而减少摩擦和磨损，降低震动，散发热量。b)油管、管接头、管夹的选择 尼龙管可用于中、低压液压系统中，因此我们选择尼龙管。在输油进入分油器过程中，由于流量较大，选油管直径为 12mm，从分油器输出时，流量小些，选油管直径为 6mm。在选择管夹头时，我们选用扩口紫铜管管接头，其规格分别为 6