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1、目录摘要3ABSTRACT41绪 论51.1设计的目的及国内外的研究现状51.2 设计方法思想及所要解决的问题52 传动方案的确定62.1 电机的选择62.2 转速图的拟定62.2.1 初始条件62.2.2 转动式的确定62.2.3 转速图的确定63 轴的计算83.1 计算轴的功率93.2 计算轴的最低转速93.3 计算轴的最小直径94 齿轮传动设计104.1 确定齿轮齿数104.2 齿轮强度校核104.2.1 确定齿轮初始条件104.2.2 齿轮几何尺寸的设计104.2.3校核齿面的接触强度115 轴的校核125.1 轴的强度验算125.2 当量弯矩的计算155.3 按疲劳强度校核安全系数1
2、56 滚动轴承的选择和计算176.1 滚动轴承的选择176.2 轴承的计算177 润滑与密封187.1 润滑油的选择187.2 密封的选择18结论19参考文献20致谢21摘要 根据提供的资料设计一种专用摇臂钻床，摇臂钻床是一种摇臂可绕立柱回转和升降，主轴箱又可在摇臂上作水平移动的钻床。由此主轴很容易被调整到所需的加工位置上，这就为在单件，小批量生产中，加工专用孔带来了很大的方便。而我们设计的摇臂钻床是把主轴箱和变速箱分别位于横臂的两端，分别进行设计。这样可以平衡两端使其可以适应加工操作。我设计的便是变速箱。在设计中要求通过齿轮之间的配合实现8级转速：12，24，50，100，150，180，3
3、60，720。在设计中，电动机通过连轴器把功率传导到轴上，在通过装在轴上的齿轮的配合实现变速，而齿轮则在拨叉的作用下，运用调控装置使其完成啮合达到变的目的。关键词：钻床，变速，调控装置Abstract According to information provided to design a drill rocker, rocker drilling is a rocker to bypass column and rotary movements. Spindle Box in the arm while on the lever of the mobile drilling. This s
4、pindle is very easy to adjust the processing of the required position, which has pieces in a single, small-batch production, and the re-processing of large workpieces on the hole is a big convenience. We design the rocker arm is drilling spindle box and gearbox are located at the two ends of arm, th
5、e design. This would enable it to balance its two ends of the balance of waste materials. I grearbox design is. In design company called Gear between the realization of eight speed : 12,24,50,100,150,180,360,720.In the design, electrical power through the coupling of transmission shafts, through the
6、 installation of the shaft gear transmission can be achieved, and the rotary gear in the role, the use of control equipment to enable it to complete its transformation meshing speed.Key words: Dill, transmission, control device 1 绪论1.1 设计的目的及国内外的研究现状我国摇臂钻床生产技术发展是十分迅速的，摇臂钻床的设计工作，从解放初期的测绘，仿制逐步过渡到自行设计的
7、新阶段。我国摇臂钻床品种，目前正处于新，老产品交替，系列更新的阶段。我国摇臂钻床的自主设计有利于中国工业的发展及需求，并且为了打破中国专用钻床大部分需要进口，国外产品垄断中国市场这个局面，建立我国摇臂钻床的新系列，填补中国市场的空白局面，中国钻床技术的迅速发展是志在必得的。随着现代生产工业化的发展，企业对生产效率的要求也在一再提高，所以对各种摇臂，深孔等通用和专用钻床的需求也在攀升。所以我国的专用钻床系列的自主开发设计刻不容缓。 三峡水电站发电机机座由于重量和体积过大等限制，所以对机座安装孔进行加工时需要设计专用钻床对其加工。处于加工需要该钻床需要悬空对机座进行钻孔且该专用钻床的加工工件体积重
8、量远远超过钻床本身且固定不能移动, 需要调整钻头位置来适应加工孔位置的要求。所以该机床的主轴箱和变速箱应该分离开来，这有别于通用机床。这就是我们要解决和研究的问题。我国大型水电站加工水轮机座环螺孔的专用钻床一直依赖进口, 实现该类专用钻床的自主研制具有重大的工程应用价值和良好的市场前景。为我国工业生产提供技术和物质支持，提高我国工业化水品起到重要作用，也结束了长江三峡发电机组安装设备依靠进口的历史, 为长江三峡水利枢纽建设做出了贡献,，对我国同类产品的研究与开发提供参考基础。1.2 设计方法思想及所要解决的问题 在设计过程中，我主要运用Solidworks软件进行图形的绘制。在设计之前要先了解
9、变速箱的结构及其运行方式和齿轮之间的啮合，轴与齿轮之间的配合及轴与轴之间的配合。要考虑到齿轮之间要平稳运行，以免出现振荡而影响变速箱的输出从而导致转速的偏差较大，使加工精度有所偏差。 把机床的主轴部件和变速箱分开布置，是分离传动的变速箱。我所设计的就是该变速箱，这种分离能够节省主轴箱的空间大小，便于在狭小空间中加工。且变速箱中产生的振动和热量都不传递给主轴，运转比较平稳。而且将主轴箱和变速箱分别放在横臂的两端可以平衡钻床结构。设计中要注意拨叉和齿轮之间的配合，以免出现松动造成无法变速或变速不完全的情况。2 传动方案的确定2.1 电机的选择电动机的类型和结构形式应根据电源类型、工作条件、工作时间
10、及载荷的性质、大小、启动性能等条件来选择。工业上一般采用三相交流电动机。Y系列三相异步电动机由于结构简单、价格廉价、维护方便等优点，故其应用最广。当转动惯量和启动力矩较小时，可选用Y系列三相异步电动机。在经常启动、制动、和反转、间歇或短时工作的场合，要求电动机的转动惯量和过载能力大，因此，应选用其中的YZ和YZR系列三相异步电动机。同一功率的异步电动机有同步转速3000、1500、1000、750等几种，一般来说，电动机的同步转速越高，磁极对数越少，价格越低。电动机的功率选择是否合格，对电动机的正常工作好和经济性都有影响。功率选的小，不能保证工作机的正常工作或长期过载而损坏；功率选的过大，则电
11、动机的价格高，且经常不在满载下运行，电动机的功率因数都较低，会造成经济上的浪费。结合上述观点和实际运行需要，在机械设计手册中查得：电动机的型号： Y132M-4电动机的功率： 7.5KW电动机的转速： 1440r/min2.2 转速图的拟定2.2.1 初始条件P=7.5KW N=1440r/min Z=242.2.2 转动式的确定根据“前多后少”原则，确定转动式为8=2222.2.3 转速图的确定(1）传动比的计算：i d=45/24=1.875 i1 =60/30=2或 i1 =72/18=4i2=72/18=4 或 i2=45/45=1 i3=71/18=4 或 i3=31/58=0.53
12、(2) 轴的转速计算nd=1440/i d=768r/minn1=768/ i1 /i2/i3 =768/2/4/4=24r/minn2=768/ i1 /i2/i3 =768/2/4/0.53=180r/minn3=768/ i1 /i2/i3 =768/2/1/4=96r/minn4=768/ i1 /i2/i3 =768/2/1/0.53=718.5r/minn5=768/ i1 /i2/i3 =768/4/4/4=12r/minn6=768/ i1 /i2/i3 =768/4/4/0.53=90r/minn7=768/ i1 /i2/i3 =768/4/1/4=48r/minn8=76
13、8/ i1 /i2/i3 =768/4/1/0.53=360r/min传动系统图3 轴的计算联轴器和滚动轴承的型号是根据轴端直径确定的，而且轴的结构设计在初步计算轴径的基础上进行的，故先要计算轴径。轴的直径可按扭转强度法进行计算，即 d=C3P/n式中，P为轴的传递功率,n为轴的转速，C为依据轴的材料和受载情况确定的系数。轴所使用的材料是40Cr，C通常取98107当只受转矩或弯矩相对转矩较小的时候，C取较小值；当弯矩相对较大时，C取较大值，除此之外，还要考虑键槽对轴强度的影响，当该段轴截面上有一个键槽时，d增大5%，还要将轴径圆整成标准值。初始传动效率：联轴器：0.98齿轮：0.98轴承：0
14、.99则与联轴器联结的轴的功率：P=7.50.990.99=7.35kwnd=1440r/min3.1 计算轴的功率P1=7.350.990.98=7.13kwP2=7.130.990.98=6.92kwP3=6.920.990.98=6.51kwP4=6.710.990.98=6.51kw3.2 计算轴的最低转速n1=nd/i1=1440/1.875=768r/minn2=n1/i2=768/2=384r/minn3=n2/i3=384/1=384r/minn4=n3/i4=384/0.53=710r/min3.3 计算轴的最小直径d1=C3P1/n1=10037.13/768=24mm;
15、圆整后得d1=42mmd2=C3P2/n2=10036.92/384=26mm; 圆整后得d2=50mmd3=C3P3/n3=10036.71/384=25mm; 圆整后得d3=52mmd4=C=10036.517101.05=24mm; 圆整后得d4=56mm4 齿轮传动设计4.1 确定齿轮齿数 对于-传动轴，有两种传动比，即1：2，1：4，通过查金属切削机床设计手册，我选取齿数和为S=90。对于-传动轴，有两种传动比，即1：4，1:1通过查表取S=90。对于-传动轴，有两传动比，18：71和58：31，通过查表取S=89。各级齿轮齿数如下：传动副传动比主动齿轮齿数从动齿轮齿数模数m中心距a
16、-1：418724 1801：230604-1：418724 2201：23060 4-18：7118714 17858：31583144.2 齿轮强度校核4.2.1 确定齿轮初始条件根据要求，大小齿轮均采用材料40Cr，调质处理，硬度为241-286HBS。在机械设计手册中查得弯曲疲劳极限应力=350mpa,接触疲劳极限应力为=840mpa。4.2.2 齿轮几何尺寸的设计查机械设计手册得：12.4 (式1-1)（1）确定许用弯曲应力按照机械设计手册的规定，取YST=2,SLlim=1.6,寿命系数YN=1=/SFMINYN=3502/1.61=435.5mpa（2）计算小齿轮的转矩T1T1=
17、9550P1/N1=95507.13768=88.66N.M（3）选取载荷系数K 因为是直齿圆柱齿轮，故k伪=1.1 ，kv=1.2; 两齿轮均为硬齿面，k尾=1.2；取kA=1.0K=(4)确定复合齿形参数 由YFS1=4.5 ， 唯d=0.3 代入式1-1得12.4=3.6mm 则取标准模数mn=4mma=mn*(z1+z2)/2=4（18+72）/2=200mmu=z2/z1=72/18=4(5)计算几何尺寸d1=mn*z1=430=120mmd2=mn*z2=460=240mmb2=蠄d*d1=0.3120=36mmb1=b2+(510)mm 取b1=42mm4.2.3校核齿面的接触强
18、度由机械设计手册中查得=109ZEKT1(u+1)/bd12u =357.9mpa=*ZN*ZW/SHmin=840111.4=600mpa因为 故满足设计需要。5 轴的校核 本节主要校核轴的强度5.1 轴的强度验算（1）齿轮上作用力的计算小齿轮处为C点，大齿轮处为D点 齿轮受力简图T2=9550P2/N2=95506.92384=172.1N.M轴上小齿轮上作用力的大小Ft2=2000T2/d1=2000172.13040=2868.3NFr2=Ft2* tg20=1043.98N轴上大齿轮上作用力的大小Ft3=2000T2/d2=2000172.1240=1434.1NFr3=F t3*
19、tg20=522N(2)轴承在水平方向上的受力MA=463FB+309Ft3-156Ft2=0 得 FB=928NMB=463FA+154Ft3-307Ft2=0 得 FA=142.9N轴承水平面受力简图（3）轴承在垂直面上的受力MA,=463FA,+309Fr-156Fr2=0 得FA,=518.6NMB,=463FB,+154Fr-307Fr2=0 得FB,=338N轴承垂直面受力简图（4）截面C处所受的弯矩在水平面上的弯矩MC=309FB+153Fr3=309928+1531437.2=506.64N.M在垂直面上的弯矩MC=309FB+153Fr3=309338153522=184N.
20、M合成弯矩MCH=MC2+MC=539.02N.M（5）截面D处所受的弯矩在水平面上的弯矩MD=154FB=154928=142.9N.M在垂直面上的弯矩MD=154FB=154338=52.1N.M合成弯矩MCH=MD2+MD=152.1N.M 水平面的弯矩图 垂直面上的弯矩图 合成弯矩图5.2 当量弯矩的计算因为单向回转，视转矩为脉动循环，则=/=0.6截面C处的当量弯矩为MVC=506.64N.MMVC=210N.M截面D处的当量弯矩为MVD=142.9N.MMVD=115.66N.M按弯矩扭合成应力校核轴的强度截面C处的当量弯矩最大，故截面C为可能危险的截面。已知MVC=MC=506N
21、.M查机械设计手册得=70MPa。=MVC/0.1d3=506103/0.1503=40.53MPaS=1.5通过计算截面A处的强度也满足，故此轴的疲劳强度安全。6. 滚动轴承的选择和计算6.1 滚动轴承的选择由于轴承受径向力和轴向力的作用，需要调整传动件的位置，故选用角接触型轴承，根据各轴的轴径查得轴承的型号。轴承类型轴承代号内圈d外圈D数量角接触型轴承7307B40902角接触型轴承7307C35804圆锥滚子轴承3230B409026.2 轴承的计算由机械设计手册查得轴承的参数如下：Cr=34.1KN Cor=26.8KN(1) 计算轴承FR,轴向力FaFA=FA12+FA2=1516.
22、3NFB=FB12+FB2=988NFa=0（2）计算轴承的径向力FSA=0.5FA=0.51516.3=758.15NFSB=0.5FB=0.5988=494NFOA=758.15NFOB=FSA+Fa=758.15N（3）计算当量动载荷PP=XFR+YFAX=1, Y=0, FA对轴承的寿命影响可以忽略不计P=FR又PAPB故校核轴承A即可。根据设计要求，假设轴承的工作时间为10年，每天工作16小时，每年工作300天，则其寿命为Lh=3001016=48000 hLh=10660n(ftcrp)蔚=49294.93hLh所以轴承的寿命满足要求。7 润滑与密封7.1 润滑油的选择齿轮传动所用
23、的润滑油的黏度是根据传动的工作条件，圆周度及温度等条件来选择的 对于多级齿轮传动，润滑油的黏度按各级传动的圆周速度平均值来选择V1=2.98m/sV2=5.78m/s则平均速度为：V=(V1+V2)/2=4.34m/s齿轮均采用40Cr钢硬度为241-286HBS，查课程设计可得润滑油的黏度为82mm2/s根据油的黏度查表得到油的型号为中负载荷齿轮油CKC150(GB5903-86)7.2 密封的选择对于滚动轴承，由于采用的是稀润滑油，且密封处的轴表面圆周速度较大，故选用旋转轴唇行密封圈密封，其特点是：密封性能好，且工作可靠。为防止污物进入箱内及润滑油渗透，盖板底部垫有纸质。结论这次毕业设计历
24、时三个多月，在答辩之前顺利完成了全部任务。在毕业设计开始阶段，我们先进行为时两周的毕业实习，主要是为了去积累一些实际生产的相关知识，更深刻的了解和运用课本上所学的知识，为毕业设计打下基础。这次的毕业设计很特别，要求将主轴箱和变速箱分开设计计算。并且把变速箱和主轴箱分别放在横臂的两端，通过变速箱把电机的功率传输到主轴箱以实现钻头的旋转及进给运动，达到加工钻孔的目的。这种设计不同于我们一般在工厂看到的主轴变速箱。在这种设计中变速箱产生的振动和热量都不至于传给主轴；当有背轮机构时，高转速范围由皮带直接传动主轴，运转较平稳；低转速范围经背轮组传动，扭矩可较大以适应粗加工的要求。虽然本次设计通过指导老师
25、指正和多次修改,但是由于本人设计经验不足，专业知识不够全面，所以难免会出现一些小的错误，希望老师能谅解和指导。通过不断的改正错误我学到了很多课本上学不到的东西，并且对实际生产设计有了进一步的了解。在设计的过程中我查阅了很多相关资料，这不仅锻炼了我筛选材料的能力还了解了很多专业知识，并且设计中用到的各种设计软件，我在设计中多次使用，逐渐熟悉和了解它们的用处和方法，这对以后的工作帮助很大。这次毕业设计是我们从学习转向工作的过渡期，它能使我们以后更好更快的适应以后的工作生活。参考文献1机械设计手册.成大先，化学工业出版社.2机床设计手册.机床设计手册编写组,机械工业出版社.3金属切削机床设计.戴曙，
26、机械工业出版社.4机床设计图册.上海纺织工学院，上海科学技术出版社.5三峡电站右岸水轮机座环专用钻床的设计.杨光，科技创业月刊，2008.2.6专用钻床结构设计中的若干关键技术研究.熊海，机械研究与应用，2006.6.7公差与检测技术.付风岚 胡业发, 张新宝，科学出版社.8机械制造装备技术.李庆余, 张佳，机械工业出版社.9机械设计.文生, 李志明 ,黄华梁，高等教育出版社.10机械制造技术基础.良山, 严晓光，华中科技大学出版社.11Spriggs G EA history of fine grained hardmetalJ Int J of Refractory Metal and H
27、ard Material，1995，13：241-255.致谢在三个多月的毕业设计当中首先我要感谢我的指导老师徐瑾老师，我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。她在忙碌的教学工作中挤出时间来审查、修改我的论文。还有教过我的所有老师们，你们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。我还要感谢我的母校，是你给我提供了一个良好的学习平台和学习氛围。感谢我的同学们，你们在我设计遇到困难的时候帮助了我，为我一一解答难题，其中还有王三武老师，感谢你在繁忙的工作中还要抽空指正我设计中的错误，谢谢您的指导。在您们的帮助下，我才能顺利地完成任务。我还要感谢我的父母，谢谢你们一直给我默默的支持，谢谢你们的养育之恩。在此，我再次向给与我帮助的老师和同学们还有我敬爱的母校致以崇高的敬意和衷心的感谢，谢谢大家。 2010年6月7号
