机械毕业设计（论文）冲钻式电解铝静置炉开口机设计【全套图纸】.doc

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1、前 言 本次毕业设计是我们这四年来学习所有相关知识的一次综合、全面的考查，具有相当重要的意义。在这次毕业设计过程中，我认真学习和了解冶金机械方面的有关知识，查阅了许多的机械手册、图册以及其他相关资料，让我从中受益匪浅。同时也学到了许许多多的东西，使自己的知识更加结构化、系统化，初步地掌握了一些基本的设计方法和理论知识，拓展了毕业设计的思路，更在整个设计过程中及时的发现和纠正了一些应该注意的问题和错误，从而使自己的专业知识水平有了很大的提高和改善，为今后在学习工作方面打下了良好的基础。 电解铝静置炉开口机是一种新型的铝铸车间炉前设备。通过我对高炉开铁口机和气动凿岩机械认真研究的基础上，结合包铝集

2、团铝铸车间现场的技术要求，从而设计出适合开电解铝静置炉炉口的自动化设备，不仅提高了铝铸车间的生产效率，而且还降低了工人的操作危险系数和劳动强度，填补了我国电解铝静置炉开口机设计方面的空白，实现铝锭生产过程自动化、简洁化、安全化。但是由于这次设计内容涉及的知识面比较广，再加上自己的基础知识和设计水平有限，本次设计中难免有错误、不足和疏漏的地方，恳请老师和各位同学批评指正。 在这次设计过程中，我得到了许多老师和同学的热心帮助，在此我向他们表示感激，特别是汪建新老师，他总是有耐心的指导我并纠正我这样那样的错误，对我的帮助很大，在此我致以最诚挚的谢意！ 编者 2010年6月摘 要 此说明书在引言中就介

3、绍了包铝集团铝铸车间静置炉开铝口设备的现状和缺点，提出了新型全自动化开铝口机设计方案。首先通过借鉴开铁口机设计原理，结合静置炉现场情况和技术要求，选择电气联合驱动回转式开口机设计方案，此设计总体包括升降机构的设计、回转机构的设计、进给机构的设计以及冲钻机构的设计四大部分。然后针对每一部分都以实现机构规定动作为目的，详细介绍了传动方式、传动比的分配、各个部分组成单元的设计或选用的方法并对各个分析设计阶段中所应用到的依据进行推理阐述。最后，本次设计是在完成毕业调研的基础上进行的，有利于提高我们独立工作能力和促进理论与实践之间的联系，是对以往所学知识的回顾和总结，此次设计得到了汪建新老师的悉心指导，

4、在此表示衷心的感谢。关键词：铝铸车间；开口机；方案设计；内容说明Abstract The brochure introduced Baotou aluminum casting aluminum workshop refining furnace drill-hole machine of the status and equipment shortcoming in the introduction,and bring up a new fully automatic drill-hole machine design.First,reference the design principle

5、 from taphole opening machine,based on the situation and technical requirements of refining furnace,chice electricity and pneumatic compound drive rotation type drill-hole machine design plan.This design overall includes elevating mechanism design,swiveling mechanism design,feed mechanism design and

6、 churn drill mechanism design.Second,in view of each part with the purpose of realizing organizations official exercise,introduced the type of drive in detail,velocity ratio assignment,each part of composition units design or selects method and in each analysis design stage applies the basis carries

7、 on the inference elaboration.Finally,this design is based on the graduation practice.It is benefiting to improve our abilities to work independently and to combine theory with practice.The design is a summarization of the knowledge that we have learned.Im very thankful for Professor Wangjianxins he

8、lp and direction in the design of the day.Key words:casting aluminum workshop,drill-hole machine,design proposal,contents note 目录摘 要IIAbstractIII第一章 引 言11.1 研究背景11.2 工作环境分析11.2.1 温度分析11.2.2 空间情况11.2.3 设备情况11.4 设计初衷21.5 设计初步方案2第二章 升降机构的设计32.1 电动机的选择32.1.1 工作机所需输入功率32.1.2 工作机实际需要输出功率42.1.3 选择电动机型号42.2

9、 减速器的选择42.2.1确定减速器传动比42.2.2 计算减速器输入功率42.2.3 选用减速器型号52.3 螺杆设计及校核52.3.1 选择材料和许用应力52.3.2 按耐磨性计算螺纹中径52.3.3 自锁性验算62.3.4 螺杆强度验算62.3.5 螺母螺纹强度验算62.3.6 螺杆稳定性验算72.3.7 螺杆的刚度校核72.3.8 螺杆传动效率的验算82.4 轴的设计及校核82.4.1 选择轴的材料，确定许用应力82.4.2 按扭转强度估算出轴的最小直径82.4.3 选择联轴器82.4.4 轴的结构设计92.4.5 轴上受力分析92.4.6 求支反力102.4.7 确定危险截面及校核强

10、度112.5 轴承的选择及校核132.5.1 轴承类型的选择132.5.2 按动载荷选择轴承型号132.5.3 计算轴承寿命14第三章 回转机构的设计143.1 电动机的选择143.1.1 计算工作机所需输入功率143.1.2 计算工作机实际需要输出功率143.1.3 选择电动机型号153.2 减速器选择及校核153.2.1 确定减速器传动比153.2.2 计算减速器输入功率153.2.3 选用减速器型号153.2.4 减速器热功率校核163.3 键的选择及校核163.3.1 减速器与小齿轮键联接的选择163.3.2 轴与大齿轮键联接的选择173.4 齿轮传动的设计及计算173.4.1 选定齿

11、轮类型、精度等级、材料及齿数173.4.2 按齿面接触强度设计183.4.3 按齿根弯曲疲劳强度设计203.4.4 齿轮几何尺寸计算213.5 轴的设计及校核223.5.1 画出轴的受力图223.5.2 作出平面内的弯矩图,支点反力为：223.5.3 作垂直面内的弯矩图，支点反力为：233.5.4 作合成弯矩图233.5.5 做弯矩图243.5.6 求当量弯矩243.5.7 确定危险截面及校核强度253.6 联轴器的选择及校核263.6.1 计算公称扭矩263.6.2 计算最大扭矩263.6.3 选择联轴器型号273.6.4 联轴器强度校核计算273.7 轴承的选择及校核273.7.1 轴承类

12、型的选择27第四章 进给机构的设计284.1步进电动机的计算和选择284.1.1 传动系统各个参数值284.1.2 确定步进电动机的型号294.2 滚珠丝杠副的计算和选择314.2.1 计算额定动载荷324.2.2 选择滚珠丝杠型号324.2.3 验算滚珠丝杠稳定性324.3 联轴器的选择及校核334.3.1 计算公称扭矩334.3.2 计算最大扭矩334.3.3 选择联轴器型号334.3.4 联轴器强度校核334.4 轴承的选择及校核344.4.1 求比值344.4.2 初步计算当量动载荷344.4.3 计算基本额定静载荷344.4.4 选择轴承型号354.4.5 轴承的验算35第五章 冲钻

13、机构的设计355.1 电动机的选择365.1.1 计算工作机所需输入功率365.1.2 计算工作机实际需要输出功率365.1.3 选择电动机型号365.2 减速器的选择及校核375.2.1 确定减速器传动比375.2.2 计算输出转矩375.3 链传动设计375.3.1 链条参数选择及计算375.3.2 滚子链静强度计算405.3.3 小链轮的尺寸计算405.3.4 大链轮尺寸计算415.4 键的选择及校核435.4.1 确定挤压应力435.4.2 轴所传递的转矩435.4.3 选择键的型号435.5 旋转轴的选择及轴承的选择445.5.1 选择轴的材料及确定大小445.5.2 轴承的选择44

14、5.6气动冲击钻的选用445.6.1 工作原理445.6.2主要技术性能45结束语46参考文献47 第一章 引 言1.1 研究背景 此次设计主要是改进包铝集团铝铸车间电解铝静置炉的开铝口方案。目前，包铝集团现行的开铝口方法是：靠人工手工打开，工作时用手锤敲击钢钎慢慢把炉口打开。在冲击过程中，一旦把炉眼砖从炉壁内侧破碎，则必须停炉维修，经济损失巨大。为了改善工人劳动条件，提高经济效益，有必要研制开发专用开孔工具 静置炉开口钻机。1.2 工作环境分析1.2.1 温度分析 由于设备工作于静置炉前，环境温度高。若在出铝进行铸造时，温度将会更高。所以要求开铝口设备应具有一定的耐热性。1.2.2 空间情况

15、 由于从出铝口开始布置了铝液浇注流道，长达大约3.5米，宽约为1米，高度为1.7米。这种布置方式使得原本不太宽敞的炉前空间更加狭小，开铝口设备的送进只有先从出铝口上方对准出铝口，然后进行开口工序。设计设备时，需要充分考虑到这一点。1.2.3 设备情况 包铝铸铝车间现有铝液静置炉3台，炉子截面长约4米，宽约为4米，呈长方形。3台静置炉炉前空间和出铝口的位置各自不同，这要求我们不能单一的考虑问题，而是要综合的分析各种布置情况，寻找一个更合理、更具有广泛性的解决方案。1.3 设计主要考虑的问题（1）开口机在炉壁或炉台上的定位与紧固；（2）送进机构可调要求的实现与保证措施；（3）工作反力、反力矩的克服

16、与对策；（4）钻头夹持机构的结构形式与安装更换等；（5）制造、运输、安装、调试、使用、维修等；（6）驱动控制与各种安全装置。1.4 设计初衷 通过三周的毕业调研了解情况，公司可能考虑到静置炉开口设备使用率不是很高，从而才用一种简单、易于操作的方法，却没有考虑到工人的劳动强度是否过高，操作时危险性是否过高以及这样简单、易行的方法是否影响到生产效率的提高和公司未来的发展。所以，考虑到上述情况，开铝口设备的自动化、规范化、安全化势在必行。由于开铝口机设计在铝冶炼行业还处在一个空白阶段，如果仓促设计一种新型设备，要经过漫长的校验和调试的过程，这与铝铸车间对设备的迫切需求形成矛盾，所以我们选择另一种解决

17、方式 借鉴其他相关行业所使用现成或成熟的技术来解决此时的当务之急。我们最先想到的就是开铁口机，而且通过这些年来，许多不同结构形式开铁口机从国外引进和国内大量研究机构的快速消化吸收。目前，这种技术已经在我国处于成熟阶段，所以不需要漫长的设计校验过程，只要对其进行一定的改进和改造，再通过简单的设备校核和试车调试阶段，就可以投入使用了，这样既可以快速的解决了所存在的问题，又节省了漫长研究所需要的大量经费。1.5 设计初步方案（1）设计一种电气结合具有升降、回转臂式开铝口机，工作时置于炉前的一侧，以便在开铝口时更好的观察炉口的开口情况，以便随时对冲钻速度、方向等参数做出调整。不工作时，使用其旋转功能，

18、最大限度的不占用炉前空间，方便进行其他操作；（2）外国及国内均有实验证明，钻头在开口过程中钻削硬度较大物质时，如果同时给予冲打运动和只有钻削运动相比较，钻削速度可提高12倍，所以开铝口机应同时具有钻削和冲击功能；（3）开铝口机要求具备足够的强度和刚度，以保证设备开铝口是较高精度的直圆柱通道；（4）钻头在打开静置炉出铝口时要受到高温环境中的扭曲、弯曲、摩擦等交变应力的作用，则设计为材料为硬质合金的可卸式钻头；（5）在满足以上条件下，实现完成开铝口时间的最短和设备投资的最低，提高设备的性价比。第二章 升降机构的设计升降机构主要是调整执行机构的高度，使钻头对准出铝口的装置。它由电动机、减速器、联轴器

19、、螺杆传动等组成。因为对升降时间没有特殊的要求，则升降速度设定为恒定。升降高度由螺杆螺纹长度决定，不承受由于进给机构和执行机构导致的机架翻转力矩，只承担进给机构和执行机构的轴向力。2.1 电动机的选择2.1.1 工作机所需输入功率式中：F工作机的阻力，N；F=8000N v 工作机的线速度，m/s;v=0.02m/s 工作机的效率；=0.24252.1.2 工作机实际需要输出功率式中：电动机至工作机之间传动装置的总效率；由表1-7查出计算得=0.24250.980.98=2.1.3 选择电动机型号 查表12-1根据功率和转速要求，选择电动机型号Y100L2-4，额定功率为，满载转速为，重量为。

20、2.2 减速器的选择2.2.1确定减速器传动比i式中：电动机输出转速，r/min; =1440r/min 螺杆转速，r/min; =180r/min2.2.2 计算减速器输入功率选用NGW-L型单级星型减速器时，应根据使用条件：式中：实际输入功率，kw; =3kw 使用系数，由表25.1-49查得=与润滑有关的系数，这里采用油池润滑时，取系数=2.2.3 选用减速器型号根据计算出来的输入功率和其他已知条件，按表25.1-4750选用NGW-L11-1(第一种传动比i=8),这种单级减速器高速轴许用输入功率=58.1kw=3kw,满足条件要求，减速器选择合适。2.3 螺杆设计及校核螺杆承受最大载

21、荷F=50KN，最大起重高度为700mm,采用单头梯形螺纹，螺纹应有自锁性。2.3.1 选择材料和许用应力螺杆材料选用45号钢，调质处理，=360。由表12-1-10查得=，取。螺母材料选用ZCuA整体式，由表12-1-10查得取，取。由于升降机构为低速运动，由表12-1-9查得许用比压，取，。2.3.2 按耐磨性计算螺纹中径由表12-1-4中，取， 式（1）由表21.1-14摘自GB5796.3-86可选d=160mm,p=6mm,的梯形螺纹，中等精度。螺旋副的标记为：Tr1606-7H/7e螺母高度：，则螺纹圈数为：圈2.3.3 自锁性验算由于螺杆为单头螺纹，导程p=s=6mm,则螺纹升角

22、为： 由表12-1-7查得钢对铁，取，所以，故螺纹自锁可靠。2.3.4 螺杆强度验算由表12-1-3查得，螺纹摩擦力矩，=代入表12-1-4得当量应力为： 式（4）2.3.5 螺母螺纹强度验算因螺母材料强度低于螺杆，故只算螺母螺纹强度即可。由表12-1-4查得牙根宽度b=0.65p=0.656=3.9mm,基本牙型高：，代入表12-1-4中有： 式（7） 式（8）2.3.6 螺杆稳定性验算根据螺杆上部安装电动机处的高度，螺杆最大工作长度l同时也是最大起重高度等于700mm，由表12-1-5查得长度系数，则，其中螺杆危险截面的惯性半径，则应按表12-1-4中计算临界载荷 式（10） ，故螺杆稳定

23、性条件满足。2.3.7 螺杆的刚度校核（1）轴向载荷使导程产生的变形其中p=6mm，弹性模量（2）转矩使导程产生的变形其中切变模量（3）导程的总变形量由于轴向载荷与运动方向相反取“+”号，则因为螺杆7级精度，S=6mm，由表12-1-4中公式算得根据公式，在允许值范围内，螺杆选择符合刚度要求。2.3.8 螺杆传动效率的验算当回转运动转化为直线运动时，计算公式由表12-1-4查得2.4 轴的设计及校核2.4.1 选择轴的材料，确定许用应力由已知条件螺杆传递的功率属中小型功率，对材料无特殊要求，故选用45号钢并经调质处理，由表13.4查得强度极限，再由表13.2查得许用弯曲应力。2.4.2 按扭转

24、强度估算出轴的最小直径根据表13.1查得, 式（13.2）考虑到装联轴器加键槽和轴总体设计要求，需将其轴直径增加到90mm，故取轴的最小直径为90mm。2.4.3 选择联轴器考虑动载荷及过载，查得15.1取联轴器工作情况系数，则联轴器计算转矩：根据工作要求选GCL型鼓形齿式联轴器，由轴径d和选取联轴器的型号为：GC型联轴器2.4.4 轴的结构设计根据轴的布置形式和受力情况，选取推力轴承。为了便于轴承的装配，取装轴承处的直径，初选推力轴承8126型，其宽度T=30mm，根据结构要求，取轴环宽度为16mm。2.4.5 轴上受力分析（1）轴传递的转矩T（2）升降机构圆周力（3）附加圆周力联轴器由于制

25、造和安装误差所产生的附加圆周力（方向不定）2.4.6 求支反力（1）在水平平面内的支反力（图b）（2）作垂直平面的支反力（图c）（3）由于的作用，在支点A,B处的支反力由，得： 2.4.7 确定危险截面及校核强度 （1）升降机构作用在水平面的弯矩由于升降机构作用力在D截面作出的最大合成弯矩：由于受的作用，在支点A,B处的支反力（d）该弯矩图的作用平面不定，但当其与上述合成弯矩图共面时是最危险情况。这时其弯矩为二者之和，则截面D的最大合成弯矩：（2）作弯矩图（e）（3）确定危险截面 根据轴的结构尺寸及弯矩图、扭矩图，可知截面B处弯矩较大，且由轴承配合引起的应力集中。截面D处弯矩最大，且有升降机构

26、与螺杆引起的应力集中，故属于危险截面。现对截面D进行强度校核。 由于该螺杆旋转轴转动，弯矩引起对称循环的弯应力，转矩引起的为脉动循环的剪应力。 弯曲应力幅为： 由表26.3-16查得由于是对称循环弯曲应力，故平均应力 式（26.3-2）式中： 45号钢弯曲对称循环应力时的疲劳极限由表26.1-1查得； 正应力有效应力集中系数，由表26.3-6按螺纹查得，按配合查得，故； 表面质量系数，轴径车削加工，按表36.3-9查得； 尺寸系数，由表26.3-11查得。剪切应力幅为：式中： 抗扭断面系数，由表26.3-17查得； 式（26.3-3）式中： 45号钢扭转疲劳极限，由表26.1-1查得； 剪应力

27、有效应力集中系数，由表查得26.3-6按键槽，按配合查得，故取；， 同正应力情况； 平均应力折算系数，由表26.3-13查得。则轴D截面的安全系数由表26.3-1确定：由表26.3-4可知，,故,该轴I截面是安全的。2.5 轴承的选择及校核2.5.1 轴承类型的选择轴承只承受轴向载荷，故选用单列推力球轴承。2.5.2 按动载荷选择轴承型号因单向推力的当量动载荷为,恒转速，设计轴承寿命为，按额定动载荷选择轴承的条件为：式中： 计算动载荷，N； 寿命系数，由表18-3查得当，； 载荷性质系数，由表18-4查得; 转速系数，由表18-5查得； 温度系数，由表18-6查得。根据轴径，由表28-2-16

28、选8126型轴承，其, 。2.5.3 计算轴承寿命符合设计要求，选择轴承合适。第三章 回转机构的设计3.1 电动机的选择3.1.1 计算工作机所需输入功率式中：T 工作机的阻力矩，; 工作机的转速，r/min,; 工作机的效率，。3.1.2 计算工作机实际需要输出功率式中： 电动机至工作机之间传动装置的总效率；由表1-7查得计算出3.1.3 选择电动机型号查表12-1根据功率和转速要求，选择电动机型号Y90S-4,额定功率为，满载转速为，重量为。3.2 减速器选择及校核3.2.1 确定减速器传动比i式中： 电动机输出转速，r/min,; 小齿轮，r/min,。3.2.2 计算减速器输入功率式中

29、： 电动机实际输入功率，kW，; 工作情况系数，由表17-1-85查得。3.2.3 选用减速器型号根据计算出的输入功率和传动比i，按表25.1-79选用CSW200型蜗轮蜗杆减速器，布置方式采用式，由表25.1-66查得额定输入功率:,故机械强度满足条件。3.2.4 减速器热功率校核由表16-1-83查得此型号减速器在许用最高输入转速1500r/min时，许用输入热功率,所以不需要采用其他冷却措施。3.3 键的选择及校核3.3.1 减速器与小齿轮键联接的选择由于减速器的输出轴轴端直径为60mm，长度为125mm,当与小齿轮相连时，采用平键和紧配合来传递转矩和固定，键的部分工作长度为79mm。（

30、1）确定挤压应力由表4-1根据载荷性质（冲击载荷）查得许用挤压应力。（2）轴所传递的转矩（3）选择键的型号由机械设计手册根据国家标准GB1096-79查得当轴径D=60mm时，键的尺寸为：（4）计算键的许用挤压应力式中：f 摩擦系数，由表1-10查得；则由此可知，键的强度足够。取键的标准长度为。键的标记为：键。3.3.2 轴与大齿轮键联接的选择由于回转轴与大齿轮之间需传递转矩，配合齿轮的轴肩的直径为208mm。（1）确定挤压应力由表4-1根据载荷性质（冲击载荷）查得许用挤压应力。（2）轴所传递的转矩（3）选择键的型号由机械设计手册根据国家标准GB1096-79查得当轴径D=208mm时，键的尺

31、寸为：（4）计算键的许用挤压应力式中： 摩擦系数，由表1-10查得；则由此可知，键的强度足够。取键的标准长度为。键的标记为：键。3.4 齿轮传动的设计及计算3.4.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）齿轮类型确定根据传动设计方案，选用直齿圆柱齿轮传动（2）精度等级确定由于设计要求转速不高，故选用8级精度（GB10095-88）。（3）材料选择选择小齿轮材料为40Cr,调质处理，硬度为280HBS。大齿轮材料为45号钢，调质处理，硬度为240HBS。（4）齿数确定选择小齿轮齿数为,大齿轮齿数为。3.4.2 按齿面接触强度设计由设计计算公式进行试算，即 式（10-9a）（1）确定公式内的各

32、计算值 试选载荷系数 计算小齿轮传递的转矩 由表10-7，选取齿宽系数 由表10-6，查得材料的弹性影响系数 由图10-21d，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。 由式10-13计算应力循环次数依据每天工作时间大约2小时，每年工作300天，工作寿命20年 由图10-19，取接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1， 式（10-12）（2）齿轮传动设计计算 计算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值= 计算圆周速度V 计算齿宽 计算齿宽与齿高之比模数 齿高 齿宽与齿高之比 计算载荷系数根据，8级精度，由图10-8查得动载荷系数为,直齿轮,由

33、表10-2查得使用系数,表10-4用插值法查得8级精度，小齿轮相对支承对称布置时。由=10.67，查得图10-13得,故载荷系数 按实际载荷的载荷系数校正所算得的分度圆直径 式（10-10a） 计算模数3.4.3 按齿根弯曲疲劳强度设计由公式得弯曲强度的设计公式为： 式（10-5）（1）确定公式内的各计算数值 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳极限，大齿轮的弯曲疲劳极限 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数, 计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数S=1.6，由公式得 式（10-12） 计算载荷系数K 由表10-5查得齿形系数 由表10-5查得应力校正 计算大小齿轮的并加以比较，比较得出小齿轮

34、的数值稍大。（2）齿轮设计计算对此计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数。由于齿轮模数m的大小取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承受能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数3.65并就近圆整为标准值m=4mm，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数为：大齿轮齿数为： 这样设计出的齿轮传动，即满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免了浪费。3.4.4 齿轮几何尺寸计算（1）计算齿轮分度圆直径（2）计算齿轮齿顶圆直径（3）计算齿轮齿根圆直径（4）计算齿轮基圆直径（5）计算齿轮中心距（6）计算齿轮轮宽

35、，取，考虑到齿轮安装时有误差，通常小齿轮取为，则，。（7）计算齿轮齿顶高（8）计算齿轮工作齿高（9）计算齿轮顶隙c（10）计算齿轮全齿高h（11）计算齿轮齿距p（12）计算齿轮齿根圆角半径3.5 轴的设计及校核3.5.1 画出轴的受力图（b）3.5.2 作出平面内的弯矩图（c）,支点反力为：-截面处的弯矩为：-截面处的弯矩为：3.5.3 作垂直面内的弯矩图（d），支点反力为：-截面两侧弯矩为：-截面处的弯矩为：3.5.4 作合成弯矩图（e）-截面：-截面：3.5.5 做弯矩图（f）3.5.6 求当量弯矩因机座旋转双向慢速运转，故可认为转矩为脉动循环变化，修正系数为0.6-截面：-截面：3.5.

36、7 确定危险截面及校核强度（1）由图可以看出，截面-，-所受的转矩相同，但弯矩,且轴上还有键槽，故-截面可能为危险截面。现对-截面进行强度校核。（2）按疲劳强度条件进行精确校核由于该机座旋转轴转动，引起对称循环的弯应力，转矩引起的为脉动循环的剪应力。 弯曲应力幅为：由表26.3-16查得键槽尺寸为时，则抗弯断面系数也由表26.3-16查得由于是对称循环弯曲应力，故平均应力，根据公式 式（26.3-2）式中： 45号钢弯曲对称循环应力时的疲劳极限由表26.1-1查得； 正应力有效应力集中系数，由表26.3-6按键槽查得，按配合查得，故； 表面质量系数，轴径车削加工，按表36.3-9查得； 尺寸系

37、数，由表26.3-11查得。 剪应力幅为：式中： 抗扭断面系数，由表26.3-17查得 式（26.3-3）式中： 45号钢扭转疲劳极限，由表26.1-1查得；剪切力有效应力集中系数，由表26.3-6查得按键槽，按配合查得，故取； 同正应力情况； 平均应力折算系数，由表26.3-13查得；则轴D截面的安全系数由表26.3-1确定：由表26.3-4可知，,故, 该轴截面是安全的。3.6 联轴器的选择及校核3.6.1 计算公称扭矩T式中： 电机传递功率，;n 电机转速，。3.6.2 计算最大扭矩由表16-1查得工作状况系数,则3.6.3 选择联轴器型号由于轴的转速比较高，为了减少启动载荷，缓和冲击，

38、应选用具有较小转动惯量和具有弹性的联轴器，所以根据最大扭距，由表8-5选用TL5型弹性套柱销联轴器，其许用扭矩，许用转速，并查得，。3.6.4 联轴器强度校核计算由于，转速、轴径等均满足设计要求，强度校核合格，所选联轴器合适。3.7 轴承的选择及校核3.7.1 轴承类型的选择轴承只承受轴向载荷，选用单列推力球轴承。（1）按动载荷选择轴承型号因单向推力的当量动载荷为,恒转速，设计轴承寿命为，按额定动载荷选择轴承的条件为：式中： 计算动载荷，N; 寿命系数，由表18-3查得当，； 载荷性质系数，由表18-4查得； 转速系数，由表18-5查得； 温度系数，由表18-6查得；则根据轴径，由表28-2-

39、16选用8140型轴承，,。（2）计算轴承寿命符合设计要求，选择轴承合适。第四章 进给机构的设计进给机构起到气动冲击钻具冲钻速度控制的作用，则设计要求实现进给速度可调与相应的保证措施。进给机构能实现方式采用步进电动机配合滚珠丝杠的传动方式。其中步进电动机由于具有控制性能好、步距精度高及没有误差积累而且它可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价、又非常可靠，因此在众多领域有着极其广泛的应用。滚珠丝杠具有传动效率高，传动灵敏，不易产出爬行；随动精度和定位精度高；同步性好；传动具有可逆性；磨损小，使用寿命长；施加预紧后，可消除

40、轴向间隙，反向时无空程，轴向运动精度和刚度高。步进电动机可方便控制位移长度、速度、方向、配合以滚珠丝杠可达至极高控制精度。4.1 4.1.1 传动系统各个参数值（1）工作台重量W=2000N;（2）工作台与导轨贴塑板间摩擦系数（3）进入冲钻加工过程时，最大轴向力（4）工作台进给速度（5）工作台空行程速度（6）滚珠丝杠节圆直径（7）滚珠丝杠导程（8）滚珠丝杠总长（9）定位精度为0.01mm（10）气动冲击钻的最大切削力为4000mm4.1.2 确定步进电动机的型号（1）脉冲当量的选择脉冲当量：一个指令使步进电动机拖动的移动距离（输入一个指令脉冲工作台移动0.01mm）。初选步进电动机的步距角，当

41、相数为2时，步距角选择，其每秒的脉冲数。步进电动机与滚珠丝杠件的传动比（2）等效转矩的计算 空载时的摩擦转矩其中：滚珠丝杠传递效率 冲钻加工孔时的负载转矩（3）等效转动惯量计算 滚珠丝杠的转动惯量 工作台的转动惯量 换算到电动机轴上的总转动惯量（4）初选步进电动机型号根据冲钻加工时负载转矩和电动机总转动惯量，初步选定电动机型号为130BYG2501永磁感应子式步进电动机。该电动机的最大静扭矩，转子转动惯量。为了使步进电动机具有良好的起动能力及较快的响应速度应为： 及 空载时起动时间计算（）130BYG2501型步进电动机的最小加、减速度时间为1秒。 带惯性负载的最大起动频率的计算其中：电动机空

42、载起动频率由常州宝前扬州电机电器有限公司步进电动机内部资料查得=20KHz。 带惯性负载的最大转速 带惯性负载起动力矩电动机起动力矩频率特性曲线 负载时起动时间则该电动机带惯性负载时能够起动。（5）速度验算 空行程快速移动速度的验算从电机的运行转矩 频率特性曲线查得时，电动机转矩为（空载时的摩擦转矩） 工作行程速度验算当时，电动机对应频率为以上计算，选该型号步进电动机，无论是起动性能，还是空行程快速进给，或是工作进给速度都能满足进给机构的设计要求。4.2 滚珠丝杠副的计算和选择 考虑到滚珠丝杠在运转过程中的冲击振动和硬度变化对其寿命的影响，则根据在承受动载荷的情况下对滚珠丝杆副进行选用。4.2

43、.1 计算额定动载荷式中： 寿命系数，为以小时计的工作寿命，由表5-1查得当时，则； 转速系数，n为转速，r/min，根据已知转速n=2r/s=120r/min，由表5-1查得； 载荷性质系数，由表5-2查得当工作为较大冲击振动时，； 动载荷硬度影响系数，由表5-3查得； 轴向工作载荷，=2000N。则=4.2.2 选择滚珠丝杠型号若其基本导程，使用螺旋槽式滚珠丝杠副结构系列精度等级选取E级。从螺旋槽式滚珠螺母优选系列由表3-15可选螺旋槽式双螺母螺纹预紧结构型，其规格尺寸为:,标注方法为：。该规格尺寸所对应的额定动载荷为,且应满足公式的条件，即 式（5-10）4.2.3 验算滚珠丝杠稳定性 已知按额定动载荷选得滚珠丝杠的公称直径，支承条件为：“J-J”（两端铰支），支承距离为，最大轴向压力。由图5-5所，首先在图中横坐标轴上找到的点