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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 論文（設(shè)計）題目 超聲深孔鉆床設(shè)計 學(xué) 號 2008960909 學(xué)生姓 姜維 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師姓名： 李玉平 系主任： 劉柏希 一、主要內(nèi)容及基本要求 對國內(nèi)外振動鉆削工藝與方法進(jìn)行分析，探討；對超聲震動原理與振動力學(xué)進(jìn)行研究；對超聲振動鉆削裝置進(jìn)行設(shè)計；利用AutoCAD等軟件對設(shè)計的機(jī)床按國標(biāo)要求繪制2D裝配圖及主要零部件的2D零件圖； 對鉆床主軸箱進(jìn)行設(shè)計。 基本要求如下 1．繪制鉆床裝配圖 1張 2．繪制鉆床相關(guān)零件圖 8套 3．編寫設(shè)計說明書 1份 4．專業(yè)英語翻譯 1份 二、 重點(diǎn)研究的問題 （1）超聲波振動鉆床總體方案設(shè)計 （2）鉆床主軸箱的設(shè)計。 （3）主執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計（機(jī)構(gòu)選型）及其結(jié)構(gòu)設(shè)計。 三、 進(jìn)度安排 序號 各階段完成的內(nèi)容 起止時間 1 收集資料 第1-2周 2 工藝分析，方案確定，繪制方案圖 第3周 3 鉆床結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制總裝圖 第4-8周 4 繪制零件圖 第9-11周 5 撰寫設(shè)計說明書 第12周 6 外文翻譯 第13周 7 畢業(yè)答辯 第14周 四、 應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) （1） 曹鳳國；《超聲波加工技術(shù)》；化工工業(yè)出版社 （2） 胡敏強(qiáng)，金龍，顧菊平；《超聲波電機(jī)原理與設(shè)計》 （3） 趙淳生；《超聲電機(jī)技術(shù)與應(yīng)用》 （4） 超范國良, 陳傳梁；《超聲加工概況和未來展望》;1994年 （5） 成大龍；《機(jī)械設(shè)計手冊單行本機(jī)械振動/機(jī)架設(shè)計》;北京化學(xué)工業(yè)出版社 2004年 （6） 成大龍;《機(jī)械設(shè)計手冊單行本機(jī)構(gòu)設(shè)計》;北京化學(xué)工業(yè)出版社2004年 （7） 寧偉，許明翔，王耀??；《固體間不同厚度界面層超聲反射聲學(xué)技術(shù)》;1995年 （8） 王亞非, 袁敬閎, 曾宏亮；《分層媒質(zhì)中聲波傳輸規(guī)律的研究壓電與聲光》;2000年 （9）吳宗澤 羅圣國主編 《機(jī)械設(shè)計手冊》高等教育出版社，2012年5月 （10）張雄 焦峰 論文《超聲加工技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢》，2012年6月 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 題 目： 超聲深孔鉆床設(shè)計 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號： 2008960909 姓 名： 姜維 指導(dǎo)教師： 李玉平 完成日期： 2014年5月28日 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目： 超聲深孔鉆床設(shè)計 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號： 2008960909 姓 名： 姜維 指導(dǎo)教師： 李玉平 完成日期： 2014年5月28日 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計）鑒定意見 學(xué)號： 2008960909 姓名： 姜維 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 28 頁 圖 表 9 張 論文（設(shè)計）題目： 超聲深孔鉆床設(shè)計 內(nèi)容提要： 該設(shè)計是設(shè)計一超聲深孔鉆床，利用超聲震動加工深孔。振動切削與普通切削相比，在降低切削力和切削熱方面有明顯的效果，尤其在難加工材料的加工和精密加工中，振動切削具有普通切削無法比擬的工藝效果。因此，作為精密機(jī)械加工和難加工材料加工的一種新技術(shù)，振動切削已經(jīng)逐步滲透到多種機(jī)械加工領(lǐng)域，振動鉆削就是比較成功的應(yīng)用實(shí)例。 振動鉆削，即在鉆頭(或工件)正常工作進(jìn)給的同時，對鉆頭(或工件)施加某種有規(guī)律的振動，使鉆頭在振動中切削，形成脈沖式的切削力波形，使切削用量按某種規(guī)律變化，以達(dá)到改善切削效能的目的。根據(jù)實(shí)際加工的需要，適當(dāng)選擇振動參數(shù)(頻率v，振幅A以及頻率v與工件轉(zhuǎn)速n的比例關(guān)系)，可以控制切屑的大小和形狀，得到滿意的切屑，避免切屑堵塞?？商岣呱a(chǎn)效率幾倍到十幾倍，提高加工精度1—2級，且加工表面質(zhì)量也有較大改善。 超聲振動深孔加工鉆床是利用超聲振動系統(tǒng)對鉆頭施加振動，使鉆頭在振動中切削，使切削用兩按規(guī)律變化，從而達(dá)到改善切削效能的目的。 指導(dǎo)教師評語 選題符合培養(yǎng)目標(biāo)，總體設(shè)計方案正確，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的。該生在畢業(yè)設(shè)計過程中，學(xué)習(xí)態(tài)度良好，遵守學(xué)校的紀(jì)律，認(rèn)真完成老師布置的設(shè)計任務(wù)，團(tuán)結(jié)同學(xué)，待人熱情，態(tài)度較認(rèn)真；基本能獨(dú)立思考解決問題，查閱參考資料。說明書結(jié)構(gòu)較嚴(yán)謹(jǐn)，格式基本正確，文字基本通順，但圖紙中存在少量錯誤。 同意其參加答辯，建議成績評定為 中 。 指導(dǎo)教師： 年 月 日 答辯簡要情況及評語 答辯小組組長： 年 月 日 答辯委員會意見 答辯委員會主任： 年 月 日 基于摩擦傳動的高分辨率和大沖程的微量進(jìn)給機(jī)械系統(tǒng) 摘要 在摩擦傳動原理的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種通過壓電陶瓷結(jié)合螺桿軸和氣體靜壓引導(dǎo)的方式驅(qū)動的長沖程和高分辨率的微量進(jìn)給系統(tǒng)。設(shè)計用來使加載裝置可以靈活的起落。利用有限元方法對柔性連接裝置對它的靜態(tài)特性進(jìn)行分析。對這種微量進(jìn)給系統(tǒng)的傳輸特性進(jìn)行了詳細(xì)的分析。 關(guān)鍵詞： 摩擦傳動 壓電傳動裝置 柔性鉸鏈 有限元 1.簡介 光學(xué)在航空、航天、國防等領(lǐng)域中已得到廣泛應(yīng)用的行業(yè)。然而,生產(chǎn)的大型光學(xué)鏡面面臨著巨大的困難,效率較低、成本較高、增加在工藝設(shè)備的要求等。為了獲得更高的精度，高微位移分辨率超-先進(jìn)精密機(jī)床有待進(jìn)一步深入,以補(bǔ)償加工誤差。因此,微量進(jìn)給機(jī)制的設(shè)計已成為其關(guān)鍵技術(shù)之一。壓電陶瓷是一種近年來發(fā)展起來的新型的微量進(jìn)給機(jī)制。它所擁有的優(yōu)勢,比如體積小、功率大、分辨率高和高頻率響應(yīng),恒溫,不反彈，無粘性。因此它廣泛使用在微量進(jìn)給機(jī)制。如今,摩擦傳動機(jī)制逐步被獲得和使用。 2．微量進(jìn)給機(jī)制的結(jié)構(gòu)和工作原理 微量進(jìn)給機(jī)制是由三個部分組成:摩擦傳動裝置、滾珠螺桿及靜態(tài)壓力空氣軸承引導(dǎo)的方式。采用壓電陶瓷微量進(jìn)給機(jī)制阻滯,這些摩擦傳動扭曲向上套筒和驅(qū)動器 滾珠絲杠,從而帶動空氣軸承引導(dǎo)地實(shí)現(xiàn)了微量進(jìn)給運(yùn)動。 結(jié)構(gòu)如圖1所示。 1， 軸承支架，2.活塞，3、活塞缸，4.精壓力空氣軸承導(dǎo)軌，5.滾珠絲杠，6. 壓電陶瓷底座，7.壓電陶瓷底座 圖一：進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 按照圖2所示的進(jìn)給系統(tǒng)工作原理是,套筒連接著球摩擦傳動螺桿、四個模塊是放置的兩側(cè)對稱的軸套。每一塊由相應(yīng)的壓電陶瓷用于驅(qū)動,這種機(jī)制由于是由壓電陶瓷驅(qū)動，適用于夾持產(chǎn)生夾力。進(jìn)給機(jī)制的運(yùn)作,壓電陶瓷適用于夾持在同一陣營的摩擦傳動驅(qū)動都工作在特定塊整齊,從而使摩擦傳動套筒連續(xù)的傳動。 圖1:(b)進(jìn)給系統(tǒng)圖片 圖2:進(jìn)料機(jī)構(gòu)的運(yùn)行原理 3．結(jié)合設(shè)計的可調(diào)機(jī)制 擰緊調(diào)節(jié)機(jī)制是一個需要在摩擦傳動機(jī)構(gòu)，它必須有足夠的 預(yù)緊力。典型的方法是鋼板彈簧預(yù)緊預(yù)緊機(jī)制，螺旋預(yù)緊 機(jī)制，氣壓預(yù)緊機(jī)制等。該擰緊機(jī)制本文設(shè)計的 靈活的平行四桿機(jī)構(gòu)。這是由壓電陶瓷droved供應(yīng)預(yù)緊力。該 預(yù)緊力可以改變控制的壓電陶瓷輸入電壓。 如圖3所示，利用有限元軟件分析的靜態(tài)特性。當(dāng)驅(qū)動力的 壓電陶瓷是在最大500N的，靈活安排四桿機(jī)構(gòu)剛度，有限元分析 軟件，是K =24.15N/μm，以及最大應(yīng)力彈性鉸鏈?zhǔn)? 32.7Mpa。如果沒有靈活失真 四桿機(jī)構(gòu)（即當(dāng)摩擦傳動板塊跟硬性），輸出力的壓電 陶瓷將完全轉(zhuǎn)化為預(yù)緊通過靈活的四桿機(jī)構(gòu)的力量。 4．驅(qū)動特性分析的機(jī)制 學(xué)習(xí)和掌握輻射源驅(qū)動特性的機(jī)制以便采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以改善整體性能，并提供了設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。 4.1驅(qū)動力矩 當(dāng)系統(tǒng)啟動時，有一個初步的轉(zhuǎn)動慣量作為零件的質(zhì)量存在問題的結(jié)果。為了研究驅(qū)動力矩，選擇摩擦傳動套筒為主體的影響。根據(jù)該理論認(rèn)為，動力學(xué)傳動裝置的能量是一樣的火車前和轉(zhuǎn)換后，各部分的轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)化為摩擦套。正因?yàn)槿绱耍覀兛梢缘玫睫D(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)動慣量。 圖三:計劃的靜態(tài)特性分析結(jié)合的機(jī)制 P:導(dǎo)程，m R：套筒半徑，m Ms：滾珠螺桿質(zhì)量，kg Mt：套筒質(zhì)量，kg 通過以上分析,我們得到的等效轉(zhuǎn)動慣量的摩擦的袖子?，F(xiàn)在我們選擇摩擦的袖子一樣對象來討論這個驅(qū)動力矩(動力),是需要裝置時開始及其影響因素。下列方程裝置時開始工作： J：等效轉(zhuǎn)動慣量，kg。m2 R：摩擦套筒半徑，m ：套筒摩擦角加速度，rad/s2 M：驅(qū)動力矩，n。m F：驅(qū)動力（摩擦片與套筒之間的摩擦力），n 當(dāng)系統(tǒng)啟動時，一個適宜的驅(qū)動器偏轉(zhuǎn)組應(yīng)該被應(yīng)用于摩擦套，以使該套可以有一定的角加速度。該驅(qū)動器偏轉(zhuǎn)組所產(chǎn)生的壓電輸出力陶瓷。由式2我們可以得到的等效轉(zhuǎn)動慣量的系統(tǒng)，半徑套的摩擦和驅(qū)動器對壓電陶瓷（爆發(fā)摩擦塊之間的摩擦和摩擦套），是影響力機(jī)制啟動的因素，所以我們應(yīng)該考慮各因素，以確保機(jī)制正常啟動。 4.2驅(qū)動剛性 剛性的驅(qū)動是其中的重要驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)的特征之一?，F(xiàn)在我們將分析駕駛進(jìn)給機(jī)構(gòu)的剛度詳細(xì)的證明。不靈活的進(jìn)給機(jī)構(gòu)的級聯(lián)連接剛度的飼料的每一個片段的機(jī)制,這種機(jī)制有計算公式如下: K：進(jìn)刀機(jī)構(gòu)總體硬度 Ky：壓電陶瓷剛度 Kf：接觸剛度之間的接觸摩擦表面的摩擦剛性塊體和壓電陶瓷套筒 Ks：導(dǎo)螺桿軸向剛度 Ks'：從軸向剛度改變導(dǎo)螺桿的扭轉(zhuǎn)剛度 Kn：螺母剛度 Kb：軸向載荷 Kh：軸承座機(jī)軸承架螺母的剛度 Kd：螺母連接塊軸向剛度 這是部分的分析和計算的剛性。 4.2.1壓電陶瓷剛度 本文用壓電陶瓷微定位是打印的WTYD0808055陶瓷生產(chǎn)的中國電子科技集團(tuán)公司先研究所。通過它的剛度測量實(shí)驗(yàn)15.15N /μm,如圖4 4.2.2接觸表面的接觸剛度、摩擦塊之間的套筒 兩個物體互相接觸將在以前的某些行動切向相對滑移過渡切向外部力量，這被稱為預(yù)位移。力和位移之間的比例關(guān)系，實(shí)際上反映了一個剛性的特點(diǎn)。相應(yīng)的剛性現(xiàn)在是： K：常數(shù) N：正壓力 R：對摩擦半徑的理想化的球體表面 很明顯的,特殊摩擦方程出發(fā),得到了齒輪傳動系統(tǒng)、鉀是由實(shí)驗(yàn),r是常量,唯一的影響 動人的剛性因素常壓N .很明顯,更大的N、較大的接觸剛度K。 圖4:剛度曲線的壓電陶瓷 4.2.3 軸向剛度的改變,從扭轉(zhuǎn)剛度的導(dǎo)螺桿 傳動鏈方面的需要進(jìn)行改造時統(tǒng)一計算它的剛性。因此，扭轉(zhuǎn)剛性必須轉(zhuǎn)換成下面的公式軸向剛度： 是螺旋上升的鉛角，（°）; D是絲桿直徑，mm; F是絲桿軸向力,N; M是絲桿輸入時刻，N·mm; 是在絲桿和螺母之間的摩擦角，（°）; 是對絲杠扭轉(zhuǎn)剛度，Nmm/rad; 是絲杠扭轉(zhuǎn)，rad P是絲桿長度，mm; G是絲桿剪切彈性模量，Mpa; 是截面慣性矩，mm L是兩個推力軸承的距離，mm 螺母連接的剛性塊軸向可以得到的有限元分析。螺母支架的剛度和軸承塊是非常大的，可以予以辭退。其他部分可以得到剛性通過查找表和計算?？傊?，通過演繹著驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)的剛性方程，我們已經(jīng)找到了影響因素每一次駕駛駕駛部分，它提供了有關(guān)駕駛特性研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步造成剛性。 5.進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究 5.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ) 如圖5所示，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是由送料機(jī)構(gòu)，計算機(jī)，壓電陶瓷驅(qū)動器其電源供應(yīng)器及電感測微儀。 圖5:基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 本文采用一種基于平均控制曲線模型建立開環(huán)控制模型。首先,實(shí)驗(yàn)曲線測量壓電陶瓷控制電壓之間的關(guān)系和滑動運(yùn)輸距離。利用Matlab軟件以適應(yīng)線,以三次代數(shù)多項(xiàng)式擬合線,線擬合誤差,是一樣的顯示在圖6,由此我們得到相應(yīng)的關(guān)系表達(dá)式的控制電壓和距離和因此控制距離的進(jìn)給機(jī)制。 圖6:適合以三次代數(shù)多項(xiàng)式 控制電壓和距離的關(guān)系式公式7所示 x是輸出的距離,μm; u控制電壓,V。 5.2實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)分辨率 如圖7,壓電陶瓷具有一定的伸長。就在這個時候,距離工作表微0.15μm。 然后一步拉伸逐漸在此基礎(chǔ)上,保持1.5在每一時刻。采樣時間是控寄存器。這分辨率曲線可以獲得實(shí)踐的距離,通過測量微進(jìn)給機(jī)構(gòu)使用的電感測微儀。 圖7:距離分辨率曲線的進(jìn)給機(jī)制 6．結(jié)論 微進(jìn)給機(jī)構(gòu)一步用長征、高分辨率的設(shè)計,并在此基礎(chǔ)上從以下結(jié)論分析得出: 1.結(jié)合機(jī)理的基礎(chǔ)上,設(shè)計了壓電陶瓷靈活的鐵鉸鏈和分析了它靜態(tài)特性,采用有限元分析軟件; 2.分析了起動轉(zhuǎn)矩的微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的等效轉(zhuǎn)動慣量計算;分析了駕駛剛度特性的微進(jìn)給機(jī)構(gòu),發(fā)現(xiàn)其影響因素; 3. 微進(jìn)給機(jī)構(gòu)可以達(dá)到300mm，分辨率小于0.05μm少。 參考文獻(xiàn) 1.Seugng-Bok Choi, Sang-Soo Han. Position Control System Using ER Clutch and Piezoactuator. Pro. of SPIE, 2003, 5056: 424~431 2．Suzuki H, Kodera S, Mabkawa S, et al. Study on Precision Grinding of Micro a Spherical Surface. JSPE, 1998, 64(4):619~623. 3.Arrasmith S. R, Kozhinova I A, Gregg L L et al. Details of The polishing Spot in Magnetorheological Finishing(MRF).Proceedings of SPIE-the International Society for OpticalEngineering,2001,Vol.3782:92~100. 4.Atherton P D, Xu Y, McConnell M. New X-Y Stage for Precision Positioning and Scanning. SPIE, 1996, 2865:15~20. 5.Liu Yung -Tien, Toshiro Higuchi, Fung Rong-Fong. A Novel Precision Positioning Table Utilizing Impact Force of Spring-Mounted Piezoelectric Actuator. Precision Engineering, 2003, 27:14221 6.Lobontiu N, Goldfarb M, Garcia E. A Piezoelectric Drive Inchworm Locomotion Device. Mechanism and Machine Theory, 2001, 36: 425~443. 7.A. A. Elmustafa, Max G. Lagally. 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ICAMT'99.1999. 3rd International Symp. on Advanced Optical Manufac. and Testing Tech.: Advanced Optical Manufacturing Technologies, edited by Li Yang, Yaolong Chen, Ernst-Bernhard Kley, Rongbin Li, Proc. of SPIE Vol. 6722, 67222E, (2007) 0277-786X/07/$18 doi: 10.1117/12.783140 Proc. of SPIE Vol. 6722 67222E-1 Proc. of SPIE Vol. 6722 67222E-2 AN Proc. of SPIE Vol. 6722 67222E-3 Proc. of SPIE Vol. 6722 67222E-4 Proc. of SPIE Vol. 6722 67222E-5 - -l:0:-V____ Proc. of SPIE Vol. 6722 67222E-6 0.5 I I Ia45 Proc. of SPIE Vol. 6722 67222E-7 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱表 學(xué)號 2008960909 姓名 姜維 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計）題目： 超聲深孔鉆床設(shè)計 評價項(xiàng)目 評 價 內(nèi) 容 選題 1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的； 2.難度、份量是否適當(dāng)； 3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實(shí)際相結(jié)合。 能力 1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力； 2.是否有綜合運(yùn)用知識的能力； 3.是否具備研究方案的設(shè)計能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力； 4.是否具備一定的外文與計算機(jī)應(yīng)用能力； 5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。 論文 （設(shè)計）質(zhì)量 1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計、計算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語是否準(zhǔn)確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 2.文字是否通順，有無觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何； 3.有無理論價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值，有無創(chuàng)新之處。 綜 合 評 價 該設(shè)計符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，能夠達(dá)到綜合訓(xùn)練目標(biāo)，題目有一定難度，工作量大。選題具有一定的研究意義。 該生查閱資料能力強(qiáng)，能夠全面收集關(guān)于制缽機(jī)的資料。具備了一定的專業(yè)理論的綜合運(yùn)用能力，設(shè)計過程中能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析問題和解決問題，能夠很好地運(yùn)用AUTO-CAD繪圖軟件繪制裝配圖和零件圖，所繪制的裝配圖與零件圖錯誤較少，基本達(dá)到工程圖的要求。說明書內(nèi)容完整，格式正確。整個畢業(yè)設(shè)計工作體現(xiàn)了學(xué)科教學(xué)計劃的基本要求，所完成的工作達(dá)到了本科畢業(yè)設(shè)計要求。 評閱人： 2012年5月 30 日 目錄 摘 要 1 前言 2 第一章.超聲和深孔加工技術(shù)的發(fā)展趨勢 4 1.1 超聲振動加工技術(shù)發(fā)展趨勢 4 1.2 深孔加工發(fā)展?fàn)顩r 5 第二章.機(jī)床主要參數(shù)的確定 6 2.1 電機(jī)功率的確定 6 2.2 主運(yùn)動參數(shù)的確定 6 2.3 標(biāo)準(zhǔn)公比值和標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速數(shù)列 7 第三章.確定結(jié)構(gòu)式和繪制轉(zhuǎn)速圖 9 3.1 求級數(shù)z 9 3.2 確定結(jié)構(gòu)式 9 3.3 繪制轉(zhuǎn)速圖 10 第四章.確定各級傳動副齒輪的齒數(shù) 12 4.1 確定齒輪的齒數(shù) 12 4.2 驗(yàn)算傳動比 13 4.3 各軸及齒輪的計算轉(zhuǎn)速的確定 14 第五章.傳動零件的初步計算 16 5.1 傳動軸直徑初定 16 5.2 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 16 5.3 齒輪模數(shù)計算和齒輪中心距的計算 17 5.4 皮帶的相關(guān)計算 18 第六章.主要零件的驗(yàn)算 21 6.1 齒輪的強(qiáng)度驗(yàn)算 21 6.2 主軸的驗(yàn)算 22 6.3 花鍵的驗(yàn)算 26 致 謝 28 參考文獻(xiàn) 29 英文文獻(xiàn) 30 28 摘 要 該設(shè)計是設(shè)計一超聲深孔鉆床，利用超聲震動加工深孔。振動鉆削，即在鉆頭(或工件)正常工作進(jìn)給的同時，對鉆頭(或工件)施加某種有規(guī)律的振動，使鉆頭在振動中切削，形成脈沖式的切削力波形，使切削用量按某種規(guī)律變化，以達(dá)到改善切削效能的目的。根據(jù)實(shí)際加工的需要，適當(dāng)選擇振動參數(shù)(頻率v，振幅A以及頻率v與工件轉(zhuǎn)速n的比例關(guān)系)，可以控制切屑的大小和形狀，得到滿意的切屑，避免切屑堵塞?？商岣呱a(chǎn)效率幾倍到十幾倍，提高加工精度1—2級，且加工表面質(zhì)量也有較大改善。 超聲振動深孔加工鉆床是利用超聲振動系統(tǒng)對鉆頭施加振動，使鉆頭在振動中切削，使切削用兩按規(guī)律變化，從而達(dá)到改善切削效能的目的。 關(guān)鍵詞：超聲振動，深孔加工，槍鉆車床。 Abstract This design is designs a supersonic deep hole drilling machine, the use supersonic vibration processes the deep hole. The vibration drills truncates, namely while the drill bit (or work piece) normal work to feed, (or work piece) exerts some kind of orderly vibration to the drill bit, causes the drill bit to cut in the vibration, forms the pulse -like cutting force profile, causes the cutting specifications according to some kind of rule change, achieves the improvement cutting potency the goal。According to the actual processing need, chooses the vibration parameter suitably (frequency v, oscillation amplitude A as well as frequency v with the work piece rotational speed n proportional relationship), may control the scrap the size and the shape, obtains satisfaction scrap, avoids the scrap jamming. May enhance production efficiency several times to several times, enhances the processing precision 1-2 level, also the processing surface quality also has improves greatly. The ultrasonic vibration deep hole processing drilling machine is the use ultrasonic vibration system to the drill bit infliction vibration, causes the drill bit to cut in the vibration, causes the cutting with two according to the rule change, thus achieves the improvement cutting potency the goal. Key words: The ultrasonic vibration, the deep hole processing, butts the lathe. 前言 畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生學(xué)完大學(xué)教學(xué)計劃所規(guī)定的全部基礎(chǔ)課和專業(yè)課后，綜合運(yùn)用所學(xué)的知識，與實(shí)踐相結(jié)合的重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。它是大學(xué)生活最后一個里程碑，是四年大學(xué)學(xué)習(xí)的一個總結(jié)，是我們結(jié)束學(xué)生時代，踏入社會，走上工作崗位的必由之路，是對我們工作能力的一次綜合性檢驗(yàn)。 1.畢業(yè)設(shè)計的目的 通過本次畢業(yè)設(shè)計，使達(dá)到以下幾個效果： （1）鞏固、擴(kuò)大、深化學(xué)生以前所學(xué)的基礎(chǔ)和專業(yè)知識； （2）培養(yǎng)學(xué)生綜合分析、理論聯(lián)系實(shí)際的能力； （3）培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究、正確熟練運(yùn)用國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊等工具書的能力； （4）鍛煉進(jìn)行設(shè)計計算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)文件、繪圖等獨(dú)立工作能力。 總之，通過畢業(yè)設(shè)計使學(xué)生建立正確的設(shè)計思想，初步掌握解決本專業(yè)工程技術(shù)問題的方法和手段，從而使學(xué)生受到一次工程師的基本訓(xùn)練。 2、畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容和要求 本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容是設(shè)計超聲深孔鉆床的主軸箱。具體設(shè)計內(nèi)容和要求如下： a) 調(diào)查使用部門對機(jī)床的具體要求，現(xiàn)在使用的加工方法；收集并分析國內(nèi)外同類型機(jī)床的先進(jìn)技術(shù)、發(fā)展趨勢以及有關(guān)的科技動向；調(diào)查制造長的設(shè)備、技術(shù)能力和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)等。 b) 超聲深孔鉆床主軸箱的設(shè)計主要是設(shè)計主軸、傳動軸及傳動齒輪，確定各部分的相互關(guān)系；擬訂總體設(shè)計方案，根據(jù)總體設(shè)計方案，選擇通用部件，并繪制裝配圖和各零件的零件圖； c) 進(jìn)行運(yùn)動計算和動力計算，繪制轉(zhuǎn)速圖； d) 其他零部件的設(shè)計和選擇； e) 設(shè)計并選擇皮帶的型號和根數(shù)及帶輪； f) 編制設(shè)計技術(shù)說明書一份。 3、程序和時間安排 畢業(yè)設(shè)計是實(shí)踐性的教學(xué)環(huán)節(jié)，由于時間的限制，本次畢業(yè)設(shè)計不可能按工廠的設(shè)計程序來進(jìn)行，具體的說，可以分以下幾個階段： g) 實(shí)習(xí)階段，通過畢業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)地調(diào)查、研究、收集有關(guān)資料，掌握深孔加工技術(shù)和超聲加工技術(shù)，了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)、工作原理和設(shè)計的基本要求，花兩周時間； h) 制定方案、總體設(shè)計階段，花兩周時間； i) 計算和技術(shù)設(shè)計階段，繪制圖紙，整理設(shè)計說明書，花四周時間； j) 答辯階段，自述設(shè)計內(nèi)容，回答問題，花半周時間。 第一章.超聲和深孔加工技術(shù)的發(fā)展趨勢 1.1 超聲振動加工技術(shù)發(fā)展趨勢 超聲加工是利用超聲振動工具在有磨料的液體介質(zhì)或干磨料中產(chǎn)生磨料的沖擊、拋磨、液壓沖擊及由此產(chǎn)生的氣蝕作用來去除材料，或給工具或工件沿一定方向施加超聲頻振動進(jìn)行振動加工，或利用超聲振動使工件相互結(jié)合的加工方法。超聲加工技術(shù)在幾十年里得到了迅速的發(fā)展，在超聲振動切削、磨削加工、光整加工、塑性加工及其他方面的加工都有著廣泛的研究與應(yīng)用，尤其是在難加工材料領(lǐng)域解決了許多關(guān)鍵的工藝問題，取得了良好的效果。難加工材料促進(jìn)了超聲加工技術(shù)的發(fā)展，從而進(jìn)一步促進(jìn)了新材料的發(fā)展，可以預(yù)測，超聲加工技術(shù)的應(yīng)用會越來越廣泛。 1.1.1 超聲加工技術(shù)發(fā)展概況 因超聲加工技術(shù)在硬脆等難加工材料加工方面有較大的優(yōu)勢, 同時這些硬脆材料具有普通材料無法比擬的特點(diǎn), 使其在工程上有著越來越廣泛的應(yīng)用, 國內(nèi)外學(xué)者紛紛對超聲加工技術(shù)的理論和工藝進(jìn)行深入研究, 不斷揚(yáng)棄傳統(tǒng)超聲加工過程中所出現(xiàn)的缺點(diǎn), 使超聲加工這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)更為突出。 沈陽航空工業(yè)學(xué)院進(jìn)行了精密深小孔的深入研究, 分別進(jìn) 行了超 聲鏜孔、鉆 孔和鉸孔研究試驗(yàn)。張建中教授等人提出采用超聲激振雙刃鏜削可較好彌補(bǔ)單刀鏜削的缺陷與不足0, 提高系統(tǒng)的剛性, 進(jìn)一步提高了精密深孔加工精度, 加工表面粗糙度為 Ra0. 1 Lm; 在鉸孔試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn), 積屑瘤和磷次消失, 切削溫度保持室溫, 孔的圓度可達(dá)0. 004 mm, 圓柱度為0. 005 mm, 表面粗糙度為Ra0. 17 Lm; 超聲鉆孔的相關(guān)工藝實(shí)驗(yàn)表明, 這種鉆削工藝減少了切削力, 降低了切削溫度, 提高了零件的加工質(zhì)量。 天津大學(xué)做了超聲磨削加工工程陶瓷小孔的實(shí)驗(yàn), 電鍍金剛石的工具以超聲頻率和一定的振幅振動, 并加以高速旋轉(zhuǎn), 通過磨削液中的磨粒和工具對工件進(jìn)行高速撞擊、超聲空化和砂輪磨粒的磨削, 達(dá)到材料去除的目的。結(jié)果表明, 超聲磨削加工可明顯提高陶瓷加工效率, 能明顯減少普通磨削產(chǎn)生的表面裂紋和凹坑, 是陶瓷深孔精密高效加工的有效方法。 1.1.2 超聲加工技術(shù)發(fā)展趨勢和未來展望 超聲加工技術(shù)已經(jīng)涉及到許多領(lǐng)域，在各行各業(yè)發(fā)揮了突出的作用，但有關(guān)工藝與設(shè)備的相關(guān)技術(shù)有待于進(jìn)一步研究開發(fā)。 (1)超聲振動切削技術(shù) 隨著傳統(tǒng)加工技術(shù)和高新技術(shù)的發(fā)展，超聲振動切削技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，振動切削研究日趨深入，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。 1研制和采用新的刀具材料。在現(xiàn)代產(chǎn)品中，難加工材料所占的比例越來越大，對機(jī)械零件加工質(zhì)量的要求越來越高。 2對振動切削機(jī)理深入研究。 3超聲橢圓振動切削的研究與推廣。 a超聲銑削加丁技術(shù)。基于分層去除技術(shù)思想的超聲銑削加工技術(shù)正在被更多的學(xué)者所關(guān)注。 b超聲復(fù)合加工技術(shù) 目前，超聲電火花機(jī)械三元復(fù)合加工技術(shù)已經(jīng)得到較快的發(fā)展。哈爾濱工業(yè)大學(xué)利用超聲電火花磨料三元復(fù)合加工技術(shù)對不銹銅進(jìn)行加工，解決了電火花小孔加工中生產(chǎn)率和表面質(zhì)量不能兼顧的矛盾，具合較好的應(yīng)用前景。 c微細(xì)超聲加工技術(shù) 隨著以微機(jī)械為代表的工業(yè)制品的日益小型化及微細(xì)化，特別是隨著晶體硅、光學(xué)玻璃、工程陶瓷等硬脆材料在微機(jī)械中的廣泛應(yīng)用，硬脆材料的高精度三維微細(xì)加工技術(shù)己成為世界各國制造業(yè)的一個重要價究課題。 同其他特種加工技術(shù)一樣，起聲加工技術(shù)在不斷完善之中．正向著高精度、微細(xì)化發(fā)展，微細(xì)超聲加丁技術(shù)合理成為微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEM5)技術(shù)的有力補(bǔ)充。 1.2 深孔加工發(fā)展?fàn)顩r 最早用于加工金屬的深孔鉆頭是扁鉆．它發(fā)明干18世紀(jì)初，1860年美國人對扁鉆做了改進(jìn)，發(fā)明了麻花鉆，在鉆孔領(lǐng)域邁出了重要的一步。但用麻花鉆鉆探孔時，不便于冷卻與排屑．生產(chǎn)效率根低。 20世紀(jì)50年代群鉆的研制成功．使鉆孔效率大為提高。1958年BTA鉆頭在我國開始使用，在此之后，70年代初，我國開始研制和推廣噴吸鉆，到1978年DF法己在我國設(shè)計完成并于1979年正式用于生產(chǎn)．現(xiàn)廣泛應(yīng)用于中、小直徑內(nèi)排屑探孔鉆削。 第二章.機(jī)床主要參數(shù)的確定 2.1 電機(jī)功率的確定 機(jī)床功率與鉆孔直徑的關(guān)系如圖2-1所示： 圖2-1鉆孔直徑與機(jī)床功率p的關(guān)系圖 根據(jù)設(shè)計要求我們要對材料是硬度HB為220--400的低合金鋼，長為500mm，外徑D為50mm的工件加工出直徑為10mm的通孔。所以機(jī)床的功率為4KW。 2.2 主運(yùn)動參數(shù)的確定 主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，機(jī)床的主運(yùn)動參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速n（r/min） 式中v——切削速度，m/min； d——工件（或刀具）直徑，mm。 從《機(jī)械設(shè)計手冊》查“工件材料與切削速度關(guān)系表”可知切削速度為40——120m/min 變速范圍 2.3 標(biāo)準(zhǔn)公比值和標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速數(shù)列 規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)公比>1，并且規(guī)定相對速度損失的最大值A(chǔ)max不大于50%，則相應(yīng)不大于2，所以。 為了簡化機(jī)床設(shè)計和使用．規(guī)定了幾個標(biāo)準(zhǔn)值，這些數(shù)值是選取2或10的某次方根．見表2-1。這些公比的特性如下。 表2-1標(biāo)準(zhǔn)公比 1.06 1.12 1.26 1.41 1.58 1.78 2 E1√10 40√10 20√10 10√10 20.5√10 6√10 4√10 2√10 E2√10 12√2 6√2 4√2 √2 0.8√2 0.7√2 2 A=1-1/ 5.7% 11% 21% 29% 37% 44% 50% 1)公比是2的某次方根．其數(shù)列每隔若干項(xiàng)增加或縮小2倍，如，數(shù)列為10、l 2．5、16、20、25；、32、40等，每隔三項(xiàng)增大2倍。因此，可采用 雙速電動機(jī)，因?yàn)殡p速電動機(jī)的兩個轉(zhuǎn)速比值是2，例如3000/1500或1500/750等，同時也便于記憶和寫出等比數(shù)列。 2)公比是l0的某次方根，其數(shù)列每隔若干項(xiàng)增大或縮小10倍。這特性符合常用十進(jìn)制習(xí)慣，如，數(shù)列為10、16、25、40、63、100、160、250、400、630等，每隔五項(xiàng)增大10倍．使數(shù)列整齊好記。 當(dāng)選定標(biāo)準(zhǔn)公比之后．從《機(jī)械設(shè)計手冊-標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表》可查出轉(zhuǎn)速數(shù)列?！稑?biāo)準(zhǔn)數(shù)列表》適用于轉(zhuǎn)速、雙行程數(shù)和進(jìn)給系列．而且可以用于機(jī)床尺寸和功率參數(shù)等數(shù)列。 從使用性能考慮，選取公比最好小一些，以便減少相對速度損失，但小一些，級數(shù)z增多．會使機(jī)床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。公比選取的一股原則如下：1用于大批大量生產(chǎn)的自動化與半自動比機(jī)床，因?yàn)橐筝^高的生產(chǎn)率，相對轉(zhuǎn)速損失要小，因此，要小些，選取1.12或1．25。2大型機(jī)床加工大尺寸工件，機(jī)動時間長，選擇合理的切削速度對提高生產(chǎn) 2可由標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列中選用具有某一公比的數(shù)列，組成派生系列，例如=1.41的派生系列為132、190、265、375等。作用較大，應(yīng)小些，取1．12、1．25。3中型通用機(jī)床，萬能性較大，因而要求轉(zhuǎn)速級數(shù)z要多—些，但結(jié)構(gòu)又不能過于復(fù)雜，公比常選取1．25或1.41。4小型機(jī)床切削加工時間常比輔助時間少，結(jié)構(gòu)要求簡單一些，機(jī)動時間短．變速級數(shù)z也不多，公比常取1．58或1．78。根據(jù)以上敘述選=1.12。 第三章.確定結(jié)構(gòu)式和繪制轉(zhuǎn)速圖 3.1 求級數(shù)z 由等比級數(shù)規(guī)律可知 公式中——變速范圍； ——公比。 由前面=2.25，=1.12 所以 3.2 確定結(jié)構(gòu)式 選擇一個比較好的結(jié)構(gòu)式，一般要遵照下列的原則： 3.2.1 傳動副的“前多后少”原則 傳動副數(shù)較多的變速組安排在傳動順序前面，傳動副數(shù)較少的變速組安排在后面。這是因?yàn)闄C(jī)床的電動機(jī)往往比主軸變速的大多數(shù)轉(zhuǎn)速高，因此，變速系統(tǒng)以降速傳動居多。傳動系統(tǒng)中，若按傳動順序排列，在前面的各軸轉(zhuǎn)速較高，依次類推。根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式 當(dāng)傳動功率p一定時．轉(zhuǎn)速n較高的鈾所傳遞的轉(zhuǎn)矩就較小，在其他條件相同時，傳動件(如鈾、齒輪)的尺寸就較?。虼耍０褌鲃痈睌?shù)較多的變速組安排在前面高速軸上，這樣可以節(jié)省材料，減少傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。以18級變速系統(tǒng)為例，應(yīng)選擇結(jié)構(gòu)式18＝3×3×2。 3.2.2 傳動副的“前緊后松”原則 變速組的擴(kuò)大順序應(yīng)盡可能與傳動順序一致 當(dāng)時。要求 即在傳動順序中按基本組在前，然后依次排第一擴(kuò)大組、第二擴(kuò)大組……第n擴(kuò)大組，這稱為“前緊后松”原則，這時各變速組的變速范圍是逐步增大，在轉(zhuǎn)速圖上表現(xiàn)為傳動順序前面的變速組傳動比連線分布緊密，而后面的變速組傳動比連線分布疏松，這樣可以使前面的各軸轉(zhuǎn)速范圍較小，相當(dāng)于提高該軸的最低轉(zhuǎn)速和降低它的最高轉(zhuǎn)速，前者可以減少傳動件尺寸，后者可以降低噪聲和減少振動。 3.2.3 各變速組的變速范圍不應(yīng)超過最大的變速范圍 在主傳動系統(tǒng)的降速傳動中，主動齒輪的最少齒數(shù)受到限制，為了避免被動齒輪的直徑過大，建議降速傳動比最小值為Umin＝1／4；對于升速傳動比最大值，考慮到盡量減少振動和噪聲，建議Umax＝2(斜齒傳動Umax＝2．5)。這樣主傳動各變速組的變速范圍限制在 r＝＝8一l0之間。對于進(jìn)給傳動系統(tǒng)，由于傳動件的轉(zhuǎn)速較低，尺寸較小，變速范圍可放寬到Umin=1／5．Umax＝2．8，這樣進(jìn)給傳動中各變速組的變速范圍限制在r＝14之內(nèi)。上述限制是建議限制范圍，若條件許可，也允許超過上述范圍，但可能會給結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來困難。 機(jī)床的傳動系統(tǒng)中，最后擴(kuò)大組的變速范圍必定最大，因此一般只要檢查最后擴(kuò)大組的變速范圍不超過限制范圍，則其余的變速組也不會超過。 根據(jù)以上原則可得機(jī)床的結(jié)構(gòu)式為 3.3 繪制轉(zhuǎn)速圖 根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)式繪制轉(zhuǎn)速圖。如圖3—1所示 圖3—1轉(zhuǎn)速圖 第四章.確定各級傳動副齒輪的齒數(shù) 4.1 確定齒輪的齒數(shù) 機(jī)床轉(zhuǎn)速圖確定后．則各變速組的傳動比也就確定了．即可進(jìn)一步確定各變速組中傳動副的齒輪齒數(shù)、帶輪的直徑等，在確定齒數(shù)時要注意下列幾點(diǎn)： 1)齒輪的齒數(shù)和；不能太大，以免齒輪尺寸過大而引起機(jī)床結(jié)構(gòu)增大。一般推薦齒數(shù)和，常選用在100之內(nèi)。 2）同一變速組中的各對齒輪，其中心距必須保持相等。在同一變速組內(nèi)一般采用相同的模數(shù)，這是因?yàn)楦鼾X輪副的速度變化不大，受力情況差別不大。也就是說在同一變速組中各對齒輪的齒數(shù)和相等。 3)最小齒輪的齒數(shù)應(yīng)保證不產(chǎn)生根切。對于標(biāo)準(zhǔn)齒輪．就最小齒數(shù)一般取。 4)應(yīng)保證最小齒輪裝到軸上或套簡上具有足夠的強(qiáng)度、為保證輪齒受力和熱處理之后．齒根部分不致于斷裂．齒根到孔壁或鍵槽的壁厚M應(yīng)有足夠的厚度，一般推薦值2m〔m為齒輪的模數(shù))，由此可知，在確定最小齒輪的齒數(shù)時，要先估算傳動軸的直徑。 5)保證主軸的轉(zhuǎn)速誤差在規(guī)定范圍之內(nèi)。按照ISO229—1973規(guī)定，機(jī)床主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速或每分鐘雙行程數(shù)對于優(yōu)先數(shù)列的理論值的相對誤差，應(yīng)在范圍內(nèi)。 對于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳動比是標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時，變速組內(nèi)每對齒輪的齒數(shù)和、及小齒輪的齒數(shù)可從《機(jī)械設(shè)計手冊-常用傳動比的適用齒數(shù)表》中差得選取。在表中，橫坐標(biāo)是齒數(shù)和；縱坐標(biāo)是傳動副的傳動比u；表中所列的u值是傳動副的被動齒輪的齒數(shù)；齒數(shù)和減去被動齒輪齒數(shù)就是主動齒輪齒數(shù)。表中所列的u值全大于1，即全是升速傳動。對于降速傳動副，可取其倒數(shù)查表，查出的齒數(shù)則是主動齒輪齒數(shù)。 本設(shè)計所選用的公比為標(biāo)準(zhǔn)公比，齒輪齒數(shù)可有表中查出。變速組a有兩個傳動副，其傳動比分別是：。按u=1.12和1查表。在合適的齒數(shù)和Sz范圍內(nèi)，查出存在上述兩個傳動比的Sz分別有： 根據(jù)前面的敘述，該變速組a的齒輪齒數(shù)和應(yīng)相等，符合條件的有Sz=64，68，70，72，74，76，78和80，試取Sz=70。從表中可查出兩個傳動副的主動齒輪齒數(shù)分別為33和35。則可算出變速組a中的兩個傳動副的齒輪齒數(shù)為。同樣可查表得變速組b中的兩個傳動副的齒輪齒數(shù)為；變速組c中的兩個傳動副的齒輪齒數(shù)為.。 4.2 驗(yàn)算傳動比 有前面的敘述可知實(shí)際傳動比(齒輪齒數(shù)之比)與理論傳動比(轉(zhuǎn)速圖上給定的傳動比)之間的轉(zhuǎn)速誤差應(yīng)在允許的范圍之內(nèi).一般應(yīng)滿足 式中 主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速; n---------主軸的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速; 公比. 所以： 經(jīng)驗(yàn)算所選齒輪轉(zhuǎn)速誤差在允許的范圍內(nèi). 4.3 各軸及齒輪的計算轉(zhuǎn)速的確定 主傳動系統(tǒng)中的主軸和傳動件的尺寸大小主要決定于它所傳遞的轉(zhuǎn)矩大小，而轉(zhuǎn)矩大小則和所傳遞的功率及轉(zhuǎn)速兩個因素有關(guān)。 對于專用機(jī)床，它是按照定工藝設(shè)計的，傳遞的功率和轉(zhuǎn)速是固定不變的，所傳遞的轉(zhuǎn)矩也是一定的。但是，對于通用機(jī)床和某些專門化機(jī)床，主傳動的功率是根據(jù)某些典型加工的切削用量確定的，機(jī)床在實(shí)際使用中，低轉(zhuǎn)速范圍加工時，不需要使用機(jī)床的全部功率。據(jù)調(diào)查， 主抽在最低一段的幾級轉(zhuǎn)速一般用來加工螺紋、鉸孔、精鏜等輕負(fù)荷工作，或者是用于相加工，但切削速度較低，這些工序都不需要使用電動機(jī)的全部功率。如果按最低轉(zhuǎn)速計算，勢必造成各傳動件較粗大，具備過大的強(qiáng)度儲備，這是不經(jīng)濟(jì)和不必要的。 由此可知，通用機(jī)床主傳動系統(tǒng)只是從某轉(zhuǎn)速開始才有可能使用電動機(jī)的全部功率。這一傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速稱為該傳動件的計算轉(zhuǎn)速(nj)。 計算轉(zhuǎn)速的確定對各種機(jī)床是不同的,表5列出各類機(jī)床主軸的計算轉(zhuǎn)速,表中的公式為經(jīng)驗(yàn)公式. 至于中間傳動件(包括軸上的傳動件)的計算轉(zhuǎn)速，也是按照上述原則，取主軸傳遞全部功率時，各中間傳動件相應(yīng)轉(zhuǎn)速中最低的一級轉(zhuǎn)速作為中間傳動件的計算轉(zhuǎn)速，即各個中間傳動軸和齒輪副的計算轉(zhuǎn)速，同樣應(yīng)是各自傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。 4.3.1 主軸的計算轉(zhuǎn)速 由表5可知,主軸的計算轉(zhuǎn)速是低速第一個三分之一變速范圍的最高一級轉(zhuǎn)速,即nj=1600r/min. 4.3.2 各傳動軸的計算轉(zhuǎn)速 軸III有四級轉(zhuǎn)速,其最低轉(zhuǎn)速1000r/min通過雙聯(lián)齒輪使主軸獲得兩級轉(zhuǎn)速:1250r/min和2000r/min.2000r/min比主軸的計算轉(zhuǎn)速高,需傳遞全部功率,故軸III的1000r/min轉(zhuǎn)速也應(yīng)能傳遞全部功率,是計算轉(zhuǎn)速.軸II有兩級轉(zhuǎn)速,其最低轉(zhuǎn)速1250r/min通過雙聯(lián)齒輪使軸III獲得兩極轉(zhuǎn)速:1000r/min和1250r/min均需傳遞全部功率,故軸II的1250r/min轉(zhuǎn)速也應(yīng)能傳遞全部功率,是計算轉(zhuǎn)速.軸I上有一級轉(zhuǎn)速1250r/min應(yīng)傳遞全部功率,是計算轉(zhuǎn)速. 4.3.3 各齒輪的計算轉(zhuǎn)速 各變速組內(nèi)一般只計算組內(nèi)最小的,也是強(qiáng)度最薄弱的齒輪,故也只需確定最小齒輪的計算轉(zhuǎn)速. 軸III----IV間的變速組的最小齒輪是z=31,經(jīng)該齒輪傳動,使主軸獲得4級轉(zhuǎn)速:1800,2000,2240和2800r/min.主軸的計算轉(zhuǎn)速是1600r/min,故z=31齒輪在2000r/min時應(yīng)傳遞全部功率,是計算轉(zhuǎn)速.軸II----III間的變速組的最小齒輪是z=38,經(jīng)該齒輪傳動,使軸III獲得兩級轉(zhuǎn)速:1000和1250r/min.軸III的計算轉(zhuǎn)速是1000r/min,故z=38齒輪在1250r/min時應(yīng)傳遞全部功率,是計 算抓轉(zhuǎn)速.軸I----II間的變速組的最小齒輪是z=33,經(jīng)該齒輪傳動,使軸II獲得轉(zhuǎn)速是1400r/min,軸II的計算轉(zhuǎn)速是1250r/min,故z=33齒輪在1400r/min時應(yīng)傳遞全 部功率,是計算轉(zhuǎn)速.。 第五章.傳動零件的初步計算 5.1 傳動軸直徑初定 用公式計算軸的直徑 式中:d------傳動軸的直徑,mm; N------傳動軸所傳動的功率,KW; nj------傳動軸的計算轉(zhuǎn)速,r/min; .該軸允許的扭轉(zhuǎn)角[deg/m],取. 所以 圓整得 圓整得 圓整得 5.2 主軸主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 主軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有主軸前、后軸頸直徑，主軸內(nèi)孔直徑d。主軸前軸頸直徑的選取是一般按機(jī)床類型、主軸傳遞的功率或最大加工直徑，參考表5-1選取D1。車床和銑床后軸頸的直徑.。很多機(jī)床的主軸是空心的，內(nèi)孔直徑與其1用途有關(guān)。如車床內(nèi)孔用來通過棒料或安裝送夾料機(jī)構(gòu)，銑床主軸內(nèi)孔可通過拉桿來拉緊刀桿等等。為不過多地削弱主軸的剛度，臥式車床的主軸孔徑d通常不小于主軸平均直徑的55%~60%；銑床主軸孔徑d可比刀具拉桿直徑大5~10mm。 查表5-1選取車床主軸前軸頸D1=90mm，則D2=0.8D1=0.8*90=72mm。 主軸孔直徑d=45mm。 表5-1 主軸前軸頸的直徑 功率kw 車床 2.6~3.6 3.7~5.5 5.6~7.2 7.4~11 11~14.7 14.8~18.4 車床 70~90 70~105 95~130 110~145 140~165 150~190 升降臺銑床 60~90 60~95 75~100 90~105 100~115 外圓磨床 50~60 55~70 70~80 75~90 75~100 90~100 5.3 齒輪模數(shù)計算和齒輪中心距的計算 5.3.1 利用齒輪的彎曲強(qiáng)度公式計算 式中 -----計算的齒輪模數(shù)； i---------計算齒輪的傳動比； 電機(jī)的功率，kw； -----齒寬系數(shù)，=B/m(B為齒寬;m為模數(shù))一般取=6~10； -----計算齒輪的齒數(shù)； ------許用接觸應(yīng)力[mpa]，取=1100MPa； ----齒輪的計算轉(zhuǎn)速，r/min。 圓整模數(shù)：m1=2mm，m2=3mm，m3=3.5mm。 5.3.2 各傳動副間的中心距： 軸I----II間齒輪的中心距為a1=（z1+z2）*m/2=70*2/2=70mm 軸II---III間齒輪的中心距為a2=（z1+z2）*m/2=86*3/2=129mm 軸III---IV間齒輪的中心距為a3=（z1+z2）*m/2=93*3.5/2=162.75mm 5.4 皮帶的相關(guān)計算 5.4.1 確定計算功率 計算功率是根據(jù)傳動的功率p，并考慮到載荷性質(zhì)和每天運(yùn)轉(zhuǎn)時間長短等因素的影響而定的。即 =kp 式中：------計算功率，單位為kw； p-------傳動的額定功率（例如電動機(jī)的額定功率），單位為kw； k-------工作情況系數(shù)，見表5-2 表5-2工作情況系數(shù) 載荷性質(zhì) 工作時間 一班 二班 三班 起動載荷很輕，工作載荷穩(wěn)定，沒有振動，如車床、鉆床、磨床等 1．0 1．1 1．2 起動載荷為正常載荷的1.25倍，有輕微振動及波動，如銑床、滾齒機(jī)和轉(zhuǎn)塔車床等 1．1 1．2 1．3 起動載荷為正常載荷的1.5倍，中等振動，如刨床、插床和插齒床等 1．2 1．3 1．4 注：反復(fù)起動、正反轉(zhuǎn)頻繁、工作條件惡劣等場合，k應(yīng)乘1.2。 根據(jù)機(jī)床的工作情況取k=1.1。 則 =kp=1.1*4=4.4kw 5.4.2 選擇帶型 根據(jù)計算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速n1由《機(jī)械設(shè)計手冊-帶輪的選擇》選定帶型 計算功率=4.4kw，小帶輪轉(zhuǎn)速n1=1440r/min。查表得選擇A型皮帶。 5.4.3 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 根據(jù)v帶截型，參考文獻(xiàn)[2]中的表8—3及表8—7選取為了提高v帶的壽命選取較大的直徑。取=100mm。 則大帶輪的直徑D為：D=n1/n2*=1440/1250*100=115mm 5.4.4 計算帶輪的轉(zhuǎn)速v 對普通v帶。一般。同時，一般v不得低于5m/s，所以v=7.54m/s合適。 5.4.5 初定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度 根據(jù)傳動的結(jié)構(gòu)需要初定中心距a0，取 中心距a0為： a0=1.5（+D）=1.5*（100+115）=323vmm a0取定后，根據(jù)帶傳動的幾何關(guān)系，按下式計算所需帶的基準(zhǔn)長度： =2*323+3.14/2*（100+115）+（115-100）（115-100）/4*323=983.7mm 根據(jù)，有文獻(xiàn)[2]中表8—2中選取=1000mm 采用下式作近似計算a，即 所以=323+（1000-983.7）/2=331.2mm 5.4.6 驗(yàn)算小帶輪上的包角 根據(jù)對包角的要求，應(yīng)保證 即=180-（115-100）/331.2*57.5=177>120 5.4.7確定帶的根數(shù)z 式中：考慮包角不同時的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù)，查文獻(xiàn)[2]表8—8； 考慮帶的長度不同時的影響系數(shù)，簡稱長度系數(shù)，查文獻(xiàn)[2]中 表8—2； 單根v帶的基本額定功率，查文獻(xiàn)[2]表8—5a或8—5c； 計入傳動比的影響時，單根v帶額定功率的增量（因p0是按a=180，即d1=d2的條件計算的，而當(dāng)傳動比越大時，從動輪直徑就越比主動輪直徑大，帶繞上從動輪時的彎曲應(yīng)力就越比繞上主動輪時的小，故其傳動能力既有提高），其值見文獻(xiàn)表8—5b或8—5d。 查文獻(xiàn)中表8—8，8—2，8—5得。kw。 所以 根。 第六章.主要零件的驗(yàn)算 6.1 齒輪的強(qiáng)度驗(yàn)算 變速箱中的齒輪,不必都作強(qiáng)度驗(yàn)算。可在相同模數(shù)和材料的齒輪中，選取一個承受載荷最大并且齒數(shù)最小的齒輪，驗(yàn)算它的接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度。一般說來，對高速傳動齒輪以驗(yàn)算接觸強(qiáng)度為主，對低速傳動齒輪主要考慮其彎曲強(qiáng)度，對硬齒面軟齒芯的滲碳淬火齒輪，必須驗(yàn)算其彎曲疲勞強(qiáng)度。由圖1—3轉(zhuǎn)速圖可知該機(jī)床變速組內(nèi)的齒輪都是高速傳動，故按接觸疲勞計算齒輪模數(shù)： 式中：齒輪所傳遞的額定功率[kw]， 電動機(jī)功率； 從電動機(jī)到所計算齒輪的傳動效率； 小齒輪齒數(shù)； 齒輪對的傳動比，，Z2為大齒輪齒數(shù)，i后面的“+”用于外嚙合，“-”用于內(nèi)嚙合； 齒寬系數(shù)，，（B為齒寬；m為模數(shù)），通常??； 齒輪的計算轉(zhuǎn)速[r/min]； 工作狀況系數(shù)，考慮載荷沖擊的影響： 沖擊性機(jī)床（如刨床、插床） 主運(yùn)動（中等沖擊） ； 輔助傳動（輕微沖擊） ； 動載荷系數(shù)； 齒向載荷分布系數(shù)； 許用接觸應(yīng)力，取=1100MPa。 查表6-1，6-2得=1.3，=1。取，。 所以軸I—II間齒輪的模數(shù)為 軸II—III間齒輪的模數(shù)為 軸III—IV間齒輪的模數(shù)為 6.2 主軸的驗(yàn)算 6.2.1主軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 機(jī)床變速箱中的傳動軸，受到裝在軸上的主、被動齒輪的圓周力、徑向力（如果是斜齒圓柱齒輪或錐齒輪，則還有軸向力）的作用，齒輪的圓周力 使軸傳遞扭矩，齒輪的徑向力（和軸向力）使軸受彎矩，所以傳動軸應(yīng)按彎 表6-1 直齒圓柱齒輪的動載荷系數(shù) 精度等級 齒面硬度 圓周線速度v[m/s] <1 1~3 3~8 8~12 12~80 6 350 >HB 350 1 1 1.1 1.1 1.2 1.2 1.3 1.3 1.5 1.4 7 350 >HB 350 1 1 1.2 1.2 1.4 1.3 1.5 1.4 —— 8 350 >HB 350 1 1 1.3 1.3 1.5 1.4 —— —— 9 350 >HB 350 1.1 1.1 1.4 1.4 —— —— —— 表6-2 圓柱齒輪的齒向載荷分布系數(shù) 圓柱齒輪對稱布置與兩軸承之間 齒輪非對稱布置于兩軸承之間 齒輪懸臂安裝 軸的剛度較高 軸的剛度較低 0.2 1 1 1.05 1.08 0.4 1 1.04 1.12 1.15 0.6 1.03 1.10 1.22 1.22 0.8 1.05 1.10 1.28 1.30 1.0~1.5 1.08 1.30~1.40 1.45~1.55 —— 矩和扭矩合成的強(qiáng)度條件進(jìn)行驗(yàn)算。 a 受力分析 主軸所受的力如圖6-1所示： 圖6-1（主軸受力分析） （1）主軸所受到的外力為 所以 （2）求支座反力 在H平面內(nèi)，將支座約束看做支座反力，其受力如圖6-2所示： 圖6-2（支座反力） 則 根據(jù)靜力平衡方程得： 在V平面內(nèi)，其受力如圖6-3所示： 圖6-3（V平面內(nèi)受力分析） 則 （b） 求合成彎矩M 在H平面內(nèi)，彎矩如下頁圖所示： 在V平面內(nèi)，彎矩如下頁圖所示： 所以合成彎矩如下頁圖所示： （c） 求軸所傳遞的扭矩T 式中：該軸傳遞的額定功率[kw]； 軸的計算轉(zhuǎn)速[r/min]。 則 扭矩圖如圖6-4所示： 圖6-4（扭矩圖） 軸的載荷分析圖 有軸的載荷分析圖可知，在D面處的載荷最大，是危險斷面所以驗(yàn)算D斷面處的復(fù)合應(yīng)力 式中：危險斷面上合成彎矩， 危險斷面上的合成扭矩； 危險斷面的抗彎斷面模數(shù)； 實(shí)心圓軸： 空心圓軸： 矩形花鍵軸： 實(shí)心軸直徑，空心軸外徑，花鍵軸外徑[mm]； 空心軸內(nèi)徑，花鍵軸內(nèi)徑[mm]； 花鍵軸鍵寬[mm]； 花鍵軸的鍵數(shù)； 許用復(fù)合應(yīng)力，有表選取。 查文獻(xiàn)[2]中表15—1得 所以 由計算可知軸的剛度滿足要求。 6.3 花鍵的驗(yàn)算 花鍵的主要失效形式是工作面被壓潰（靜聯(lián)接）或工作面過度磨塤（動聯(lián)接）。因此，靜聯(lián)接通常按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度計算，動聯(lián)接則按工作面上的壓力進(jìn)行條件性的強(qiáng)度計算。該車床上在主軸上的花鍵是動聯(lián)接，所以要按工作面上的壓力進(jìn)行條件性的強(qiáng)度計算。即 式中：載荷分配不均系數(shù)，與齒數(shù)多少有關(guān)，一般取，齒數(shù)多時取偏小值； 花鍵的齒數(shù)； 齒的工作長度，單位為mm； 花鍵齒側(cè)的工作高度，矩形花鍵，此處D為外花鍵的大直徑，為d內(nèi)花鍵的小直徑，為C倒角尺寸，單位均為mm；漸開線花鍵，a=30，h=m；a=45，h=0.8m，m為模數(shù)； 花鍵的平均直徑，矩形花鍵， 漸開線花鍵，為分度圓直徑，單位為mm； 花鍵聯(lián)接的許用壓力，單位為Mpa，見表10。 表6-3 許用擠壓應(yīng)力、許用壓力 聯(lián)接工作方式 使用和制造情況 齒面未經(jīng)熱處理 齒面經(jīng)熱處理 靜聯(lián)接 不良 中等 良好 35~50 60~100 80~120 40~70 100~140 120~200 空栽下移動的動聯(lián)接 不良 中等 良好 15~20 20~30 25~40 20~35 30~60 40~70 在載荷作用下移動的動聯(lián)接 不良 中等 良好 — — — 3~10 5~15 10~20 已知：z=10，h=（96-90）/2-2c=3-2*1=1，l=21，，取。取[p]=30。 則 滿足要求。 致 謝 畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)生本科教學(xué)中的一個非常重要的環(huán)節(jié)。通過畢業(yè)設(shè)計，我們把以前幾年之中學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識系統(tǒng)化了，把抽象的理論知識和生產(chǎn)生活中的實(shí)際相結(jié)合。通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我們進(jìn)一步了解機(jī)械設(shè)計的具體過程和方法，學(xué)會如何應(yīng)用資料、手冊、圖書館和網(wǎng)絡(luò)里的知識，學(xué)會了如何計算，掌握了設(shè)計的基本方法，鍛煉了我們動手動腦思考的能力，懂得了經(jīng)驗(yàn)在設(shè)計過程中的重要性，在以后的工作和學(xué)習(xí)中會主動積累一些經(jīng)驗(yàn)。畢業(yè)設(shè)計對于我們即將走入社會，踏上工作崗位的畢業(yè)生來說，是一次非常必要也是非常重要的課程設(shè)計，為我們今后從事機(jī)械方面的工作奠定了基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn)： [1] 馮辛安主編《機(jī)械制造裝備設(shè)計》機(jī)械工業(yè)出版社出版，2003年6月 [2]濮良貴 紀(jì)名剛主編《機(jī)械設(shè)計》高等教育出版社出版，2001年4月 [3]王世清主編《深孔加工技術(shù)》西北工業(yè)大學(xué)出版社出版，2003年10月 [4]李洪主編《實(shí)用機(jī)床設(shè)計手冊》遼寧科學(xué)技術(shù)出版社出版，1999年1月 [5]黃鶴汀主編《金屬切削機(jī)床》下冊 機(jī)械工業(yè)出版社出版，1998年5月 [6]趙世華主編《金屬切削機(jī)床》航空工業(yè)出版社出版，1996 [7]曹鳳國主編《超聲加工技術(shù)》化學(xué)工業(yè)出版社出版，2004年8月 [8]孫桓 陳作模主編《機(jī)械原理》（第六版高等教育出版社出版，2002年8月 [9]吳宗澤 羅圣國主編 《機(jī)械設(shè)計手冊》高等教育出版社，2012年5月 [10]張雄 焦峰 論文《超聲加工技術(shù)的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢》，2012年6月 英文文獻(xiàn)