Z5025立式钻床钻三孔多轴头设计.doc

1、 陕西理工学院毕业设计论文目 录引言11. 概述31.1多轴头的作用和组成31.2 多轴头的发展现状31.3 设计多轴头的技术思路42.多轴头总体设计52.1 对多轴头的要求52.2 多轴头传动方案确定（分析两个方案，比较）62.3 定位、导引方案确定（分析两个方案，比较）82.4 多轴头总体布局82.5 主要参数确定92.5.1 运动参数确定92.5.2 动力参数确定102.5.3 尺寸参数确定113.传动系统设计123.1 齿轮模数确定123.2 工作轴直径的确定123.3 传动方式选择133.4 惰轮轴位置的确定143.5 齿轮齿数确定153.5.1 确定传动比153.5.2 确定各轴上

2、齿轮的齿数163.5.3 主动轮与工作轴齿轮参数的确定173.5.4 惰轮参数的确定183.6 结构干涉检查193.7 坐标计算203.8 各传动轴的设计213.8.1 主动轴结构设计213.8.2 工作轴结构设计213.8.3 惰轮轴结构设计224.有关零件验算234.1齿轮的验算234.2轴的验算264.3 按弯矩合成应力校核轴的强度284.4 轴承的验算295. 多轴头结构设计315.1连接部件结构设计315.2 导向部件结构设计315.3 箱体结构设计326.夹具设计336.1 定位装置设计336.1.1 夹具的定位346.1.2 工件的定位346.2 夹紧装置设计346.3 导引装置

3、设计346.3.1 钻模结构型式的选择356.3.2 钻套型式的选择36致谢38参考文献40附录一41附录二42附录三43 第III页 共III页引言机械工业是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。我们所处的社会中的各个方面，诸如交通 动力 矿山 冶金 航空航天 电力电子 化石 轻纺 建筑 医疗 军事科研乃至人民日常生活中，都使用着各种各样的机器，机器的数量和性能极大影响这些行业的生产能力。这些机械，仪器和工具统称为机械装备。国民经济各部门生产技术的进步和经济效益的高低，很大程度上取决于它所采用的装备的性能和质量，所以机械工业的技术水平和规模是衡量一个国家科技水平和经济实力的重要

4、标志。机械制造工艺的发展是机械制造工业技术的支柱，按照传统的专业划分，机械制造工艺主要研究的是零件的机械加工和装配的工艺过程，很长时间以来都是采用的切削和磨削加工，即按照一定的顺序，采用硬度比零件高的切削刃，在力的作用下使工件的材料发生分离，从而获得需要的尺寸、形状和表面质量，然后将他们装配成机器。解放以来的50多年间，我国机械制造业有了很大地发展，开始拥有了自己独立的汽车工业、航天航空工业等技术难度较大的机械制造工业。特别是改革开放以来，我国机械制造业充分利用国内外两方面的资金和技术，进行了较大规模的技术改造，使制造技术、产品质量和水平及经济效益有了很大地提高，为推动国民经济发展起了重要作用

5、。但与工业发达的国家相比，我国机械制造业的水平还存在阶段性的差距，主要表现在产品质量和水平不高，技术开发能力不强，基础元器件和基础工艺不过关，生产率低下，科技投入严重不足等。例如，我国机械制造业拥有300多万台机床，2000多万职工，堪称世界之最。但由于产品结构和生产技术相对落后，致使我国许多高精尖设备和成套设备仍需大量进口，机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一。 面对越来越激烈的国际市场竞争，我国机械制造业面临着严峻的挑战。我们在技术上已经落后，加上资金不足，资源短缺，以及管理体制和周围环境还存在许多问题，需要改进和完善，这些都给我们迅速赶超世界先进水平带来极大的困难。但另一方面，随着

6、我国改革的不断深入，对外开放的不断扩大，为我国机械制造业的振兴和发展提供了前所未有的良好条件。所有这些又给我们带来了难得的机遇。挑战与机遇并存，我们应该正视现实，面对挑战，抓住机遇，深化改革，以振兴和发展中国的机械制造业为己任，励精图治，奋发图强，以使我国的机械制造业在不太长的时间内，赶上世界先进水平。当前，我国中小零部件机械产业正处于稳步发展的成熟期，国外进口设备一统天下的局面已经结束，国产零部件机械已经成为主力。主要表现如下：国产机械的技术水平已接近或达到世界先进水平，大规模靠引进技术发展的时代已经结束，吸收、学习国外先进技术的渠道和方法大为增强，自身开发能力大大提升，大型机械开发周期一般

7、不超过一年。行业格局发生很大变化。一是国外著名的机械企业纷纷在中国建厂，改变了机械生产企业的结构。它们在机械方面具有雄厚的技术和经济实力，代表着世界领先水平，今后将对中国机械行业的生产格局产生深远影响。其在产品开发、制造及知识产权保护等许多方面给中国企业提供了学习机会。二是国内著名大企业成功介入机械产品的生产，并向多品种方向发展，凭借大厂在经验、技术、经济、制造方面的实力，其机械产品在销售市场上已经占据了主导地位。这些变化，极大增强了我国机械行业的实力，对中小企业的发展也有很大影响。多轴头主要用于快速钻孔，是目前国内刚兴起的一种提高生产率、降低成本的工作母机。随着国内汽配行的发展，各零部件供应

8、商之间竞争激烈，选择一种高性能、高效率的机床是企业降低生产成本、提高企业竞争力的一种行之有效的途径。一台普通的多轴头钻床就能一次把几个乃至十几二十几个孔或螺纹一次性加工出来。如果再配上专用多轴钻孔机就能把几个面上的孔或螺纹一次性加工完成，解决许多工件难以装夹、定位或定位不准的问题。多轴头钻床设计结构简单，加工精度高，性能稳定，钻孔能力强。适用于高精度钻孔，镗孔，所以，解决了高精度钻孔、镗孔上加工中心加工成本高的问题。丝锥夹头夹持范围大节省攻不同直径的螺纹需换芯的时间。齿轮传动多轴头设计是一个传统的机械课题，对设计者的机械基础知识要求较高。多轴头的设计特点是程序性强，所以，我们应按照设计程序，逐

9、步进行设计与计算。 第42页 共43页1. 概述1.1多轴头的作用和组成钻孔这道工序，在传统的机械加工中，在中小批量的生产中，一般是采用立式钻床，一次只钻一个孔，然后移位钻头钻下一个孔。这种加工方法生产效率低下，而且难以保证孔的位置精度。为了解决这一问题，经过几年来的不断探索和改善，在立式钻床上，利用多轴钻动力头加工多孔件，扩大了立钻使用范围，具有以下特点：结构简单，制造方便，投资少，见效快。生产工人在实际操作过程中，工件安装简单，操作方便，减少了工序数日，缩短了工艺路线，简化了生产计划和生产组织工作。而且轴承压盖多孔的同时加工，能较好的保证各孔加工的精度要求。利用多轴头，可分别进行钻、扩、铰

10、孔及攻丝等加工，也可同时进行钻、扩、铰孔或钻扩、攻丝等多种工序的加工。此外，在钻床的功率、转速、进给量允许的情况下，攻丝多轴头也可以用来钻孔（扩孔时，重新调整机床的转速和进给量，以符合扩孔的转速和进给量要求）。多轴头由下列三个部分组成：多轴头与机床的连接部件和传动部件，包括法兰盘和传动杆等。多轴头导向部件，如导向套和导柱等。齿轮传动箱，包括主动轴、惰轮轴、工作轴、齿轮、本体、中间板以及上盖等。这套多轴动力头装置与机床连接是由莫氏3 #锥套与立钻主轴连接，钻床主轴通过莫氏3 #锥套将动力传递给动力头的主传动齿轮1，然后通过传动轴2、3 将驱动力传递给输出轴4、5、6、7带动钻头完成多孔加工。1.

11、2 多轴头的发展现状多轴头主要用于快速钻孔。是目前国内刚兴起的一种提高生产效率、降低成本的工作母机。目前我国东北、华北、华南等重工业较为发达地区已经出现了大批的有竞争力的钻床生产企业，该项技术已经投放市场。近十年来，以计算机为工具，以有限元为方法，利用现代设计方法，形成了现代机械设计方法。从国际范围来说，现代机械设计方法在近十年来才开始重视起来并得到迅速的发展。现代机械设计方法虽然发展历史很短，但进展很快，在各种专用机械设计和工艺设计方面都很快得到应用，并取得到了一定的成果。一批民营中小企业迅速成长壮大，规模和技术实力大增。随着国内机械行业的发展，各零部件供应商之间竞争激烈，选择一种高性能、高

12、效率的机床是企业降低生产成本、提高企业竞争力的一种行之有效的途径。一台普通的多轴头钻床就能一次把几个乃至十几二十个孔或螺纹一次性加工出来。如再配上专用多轴钻孔机就能把好几个面上的孔或螺纹一次性加工完成。解决许多工件难以装夹、定位或定位不准的问题。多轴头钻床设计结构，加工精度高，性能稳定，钻孔能力强。适用于高精度钻孔，镗孔。解决了高精度钻孔，镗孔上加工中心加工成本高的问题。丝锥夹头夹持范围大节省攻不同直径的螺纹需换芯的时间。我国多轴头设计及制造技术发展虽然取得了一定的成就，但与西方机械产业发达国家相比还是有不小的差距。如美国、日本、德国等传统机械产业强国在钻床方面的发展已经极为成熟，在工业生产中

13、多轴头这种技术也已普遍利用。此外在钻床发展方向上，国外先进技术也已经朝着采用超硬刀具，发展高速、高效、高精度铣钻新工艺，装备CNC数控铣钻床的方向发展。1.3 设计多轴头的技术思路齿轮传动多轴头设计是一个传统的机械课题，对设计者的机械基础知识要求较高。多轴头的设计特点是程序性强。我们应按照设计程序，逐步进行设计与计算。传统的钻孔加工一次只加工一个孔，也就只需要一根主工作轴，以主轴带动钻头完成孔加工。但这次的课题是Z5025立式钻床钻三孔多轴头设计，多轴头上要装三把刀，能一次完成三个孔的加工，就要求有三根工作轴。 所以要将这套多轴动力头装置与机床以莫氏3 #锥套与立钻主轴连接，钻床主轴通过莫氏3

14、 #锥套将动力传递给动力头的主传动齿轮，然后通过传动轴将驱动力传递给输出轴带动钻头完成多孔加工。在进行钻三孔多轴头的设计时，首先应确定被加工工件的尺寸，确定要加工的三个孔的尺寸和相对位置，从而确定主轴和各传动轴的中心距，确定各轴的最小直径，之后再相继确定各传动齿轮的模数、齿数、齿顶、齿根圆直径等齿轮的详细参数，进行轴承的选择等。最后并对各轴，各齿轮，轴承等各零部件进行校核，从而完善设计。2.多轴头总体设计2.1 对多轴头的要求 1、产品方面应明确：工件上被加工孔的直径、数目、分布情况、位置精度及工件的材料等。如本次加工的轴承端盖（产品图见图纸），本产品毛坯为铸造件，材料为HT150，生产批量：

15、中等批量，要求同时钻扩三个孔，这三个孔均匀分布在半径为60 mm的圆周上。2、工艺方面应明确：工序内容（钻、扩、铰或攻丝），切削用量（刀具转速、切削速度及刀具每转进给量），单件工时及生产批量等。本次加工的轴承端盖生产批量：中等批量。本工艺卡为产品的工艺过程，本产品的重点工序是三个直径为9 mm的孔的加工，从产品图我们可以知道，产品毛坯为铸造件。但在铸造时，产品是否要留余量，以及留多少;产品是否需要留由铸造芒孔, 都是需要考虑的问题。 我根据8中表39.37查得铸造余量为4mm，再根据9表1166查得：当孔径时，不需铸造孔。所以本产品不需要铸造孔。3、机床方面应明确：机床主轴的回转方向，机床主轴

16、各级转速，机床主轴各级进给量，机床额定功率，机床允许最大轴向进给力，机床主轴端面至工作台面的最大及最小距离等。钻床系指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。钻床可分为下列类型：(1)台式钻床：可安放在作业台上，主轴垂直布置的小型钻床。(2)立式钻床：主轴箱和工作台安置在立柱上，主轴垂直布置的钻床。(3)摇臂钻床：摇臂可绕立柱回转、升降，通常主轴箱可在摇臂上作水平移动钻床。它适用于大件和不同方位孔的加工。(4)铣钻床：工作台可纵横向移动，钻轴垂直布置，能进行铣削

17、的钻床。(5)深孔钻床：使用特制深孔钻头，工件旋转，钻削深孔的钻床。(6)平端面中心孔钻床：切削轴类端面和用中心钻加工的中心孔钻床。(7)卧式钻床：主轴水平布置，主轴箱可垂直移动的钻床本次设计选用Z5025立式钻床,规格尺寸如下： 型号：Z5025产品名称：立式钻床最大钻孔直径 （mm）： 25 立柱直径 （mm） ：100 主轴最大行程 （mm）： 150 主轴中心至立柱母线距离 （mm）： 225 主轴端至工作台面最大距离（mm） ：630 主轴端至底座工作台面最大距离 （mm）： 1670 主轴锥度： MT3 主轴转速范围 （r/min）： 1002900 主轴转速级数： 8 工作台尺寸

18、 （mm）： 400工作台行程 （mm）： 560 底座尺寸 （mm）： 690X500 总高 （mm）： 1900 主电动机 （kw）： 0.75/0.55 冷却泵电机 （W）： 40 毛重/净重 （kg）： 300/250 包装尺寸 长x宽x高 （cm）： 176X60X83 2.2 多轴头传动方案确定（分析两个方案，比较）多轴头架的传动原理是通过齿轮啮合增加钻削轴的轴数，以满足多孔加工的要求。通过二级齿轮啮合，输入轴和输出轴的转向没变，但由于齿轮分支传动，变成多根输出轴。本次设计的是钻三孔多轴头，要求能够同时加工轴承端盖上的三个孔 。因此一根机床主轴要能同时带动三个工作轴进行三孔的加工，

19、又因为反向无进给力，因此要在主动轮和各个工作轮之间加个惰轮以改变方向。根据该设计思路初步确定了如下图所示的两种传动方案：方案一： 方案一传动系统图 该方案中，主传动齿轮与一个惰轮啮合，该惰轮与中心位置另一个惰轮是固连在一起的，中心惰轮与三个工作齿轮相啮合，主传动轴通过两个固连惰轮轴带动三根工作轴同时进行三孔的加工。 方案二： 方案二传动系统图该方案采用单层外啮合方式进行传动，主传动齿轮与三个惰轮外啮合，惰轮分别与三个工作齿轮相啮合，主传动齿轮轴带动惰轮轴，惰轮轴带动三根工作轴进行三孔的同时加工。方案一中，由于被加工的工件和三个孔之间的距离尺寸较小，该方案中采用多层传动浪费空间；方案二可以实现单

20、层传动，外啮合较好操纵，节省空间，对工作轴的分部要求低，故选方案二。2.3 定位、导引方案确定（分析两个方案，比较）多轴头定位在机床的工作台上，将导柱衬套和衬套底板铸为一体，将底板表面粗糙度加工到可以和工作台表面配合，然后用螺钉紧固在工作台上。多轴头的导引部件主要由导柱和导柱衬套组成，还有其他一些零部件。它的作用是使多轴头工作平稳，并与夹具保持正确位置。导向套一般装在多轴头的中间板上，导柱的安装形式较多，现列出以下两种方案进行分析比较：方案一：在多轴头中间板上安装三根导柱，在多轴头的两侧和前后各一根，用三根导柱来保证多轴头的导向性良好。但由于三根导柱占用的空间较大，位于多轴头后方的一根可能受机

21、床立柱的影响而不方便安装，而且不方便钻模板的安装（旋转式和翻转式都要占用较大的空间，在此只能选用悬浮式钻模板）。因此若多轴头本身体积不大，尽量不采用三根导柱的型式。方案二：在中间板上安装两根导柱，分别位于多轴头的两侧。为使在钻削加工孔时机床的导向性良好，应设计钻模板，使钻削孔时孔的位置精度得到良好的保证。将导柱装在钻模板上。当多轴头工作时，导柱插入装于夹具上的导向套内，这种结构型式使钻模板成为悬浮式，可用来向下压紧工件。除此之外，钻模板还分为旋转式和翻转式，但因为这两种钻模板的型式都比悬浮式所占用的空间大，而且每次更换工件时，都需要手动操作将钻模板移开，操作不够简便，而悬浮式的钻模板可随多轴头

22、导柱一起上下移动，节省空间且操作简便，因此最终选定的导向部件的设计方案为第二种。2.4 多轴头总体布局本次多轴头的设计选定的传动方案是外啮合单层传动，在进行多轴头总体布局时，要遵循简化传动系统，使多轴头结构紧凑的原则，进行多轴头的结构设计。多轴头的总体布局如下所述：一个结构完整的多轴头，主要包括连接部件、传动部件、箱体、主动轴、惰轮轴、工作轴、箱体和导向部件等。在多轴头箱体的上部，是多轴头与机床的连接部件和传动部件；多轴头箱体是齿轮传动箱，其中主要包括主动轴、惰轮轴、工作轴、齿轮、本体、中间板及上盖等；而多轴头的导向部件，主要由导向套和导柱组成，导柱装在钻模板上；装夹被加工工件的夹具地盘与导柱

23、的底座以螺栓相连接。2.5 主要参数确定在齿轮传动多轴头设计中，要确定一系列的参数，其中主要包括运动参数的确定，动力参数的确定以及尺寸参数的确定。多轴头各主要参数的确定详细步骤如下所述。2.5.1 运动参数确定切削速度的计算公式（m/min） 查机械工艺师手册，得上式中各参数值，如下： 切削速度影响因数； 刀具直径； 转矩； 标准切削深度； 机床进给量； 切削速度修正系数； 切削速度影响系数；，转矩计算公式： 查机械工艺师手册，得出上式中各参数的值，如下： 转矩影响系数； 转矩修正系数； 转矩影响系数；，功率计算公式： 轴向力计算公式： 查机械工艺师手册，得出上式中各参数的值，如下： 轴向力影

24、响因数； 轴向力修正系数； 轴向力影响系数；,因此： () 2.5.2 动力参数确定核算多轴头的总轴向力（）和消耗的总功率（）要核算多轴头的总轴向力和消耗的总功率，使其不超过机床允许的最大轴向力和机床的额定功率。核算公式如下： 式中： P多轴头各工作轴消耗的功率的总和； 多轴头每个工作轴消耗的功率； 机床的额定功率； 多轴头各工作轴轴向力的总和； 各工作轴的轴向力； 机床允许的最大轴向力；首先，计算每个工作轴的轴向力（）： 由上计算出 (N), (KW)因为每个工作轴的和相等，所以多轴头的总轴向力和消耗的总功率为： 查Z5025的机床说明书，机床主轴最大进给抗力为 ，主电机功率。核对可知：，满

25、足设计要求。2.5.3 尺寸参数确定由于被加工工件的尺寸较小，因此在确定多轴头尺寸参数时，初步选定尺寸最小的长方形箱体300240mm。但是否可以采用，需经过后面传动系统方案的确定，齿轮参数的计算，以及坐标计算等来确定该类箱体是否可用。3.传动系统设计齿轮传动系统的设计是多轴头设计的核心部分。齿轮传动系统设计得好，可使多轴头的结构紧凑，各个轴的受力情况良好，从而减小齿轮、轴和轴承的磨损，延长多轴头的使用寿命。多轴头的齿轮传动系统一般是定轴轮系，多轴头齿轮传动系统的设计既要保证工艺要求，又要保证多轴头结构的紧凑性。齿轮传动系统的设计与计算，其内容包括：齿轮模数和工作轴直径的确定，传动方式的选择，

26、主动轴中心位置的确定，传动比及齿轮齿数的确定，布置惰轮，检查机构上的干涉现象，传动系统图的坐标计算与绘制等。3.1 齿轮模数确定在一般齿轮传动设计中，齿轮模数是按齿轮的抗弯强度和齿面疲劳强度计算的，然后经过试验确定。但是由于齿轮传动多轴头在生产中早已广泛应用，在使用和制造方面已有一定的经验，有关多轴头齿轮的结构和规格参数，以及齿轮的材料、热处理、齿宽及工作条件都作了规定，可根据加工孔径，按表1查得齿轮模数，此表查得的模数为主动轮的模数，每个主动齿轮可带动三根工作轴。表3.1.1 加工孔径与模数 加工孔径模数81. 5281522.515202. 53 从表中查得：主动轮的模数m=23.2 工作

27、轴直径的确定在一般齿轮传动设计中，齿轮轴是按校核齿轮轴强度是否满足要求确定的。但是由于齿轮传动多轴头在生产中早已广泛应用，在使用和制造方面已有一定的经验，有关多轴头齿轮轴的结构和规格参数，以及齿轮轴的材料、热处理、及工作条件都作了规定，可根据加工孔径，按表3.2.1查得工作轴的直径。表3.3.1 加工孔径与工作轴直径 （mm）加工孔径66-99-1212-1616-20工作轴直径912152025从表中查得：工作轴的直径。3.3 传动方式选择齿轮传动系统图应按照所规定的符号绘制。齿轮中心及分度圆应尽可能画得准确（精度在0.20.3mm），这样便于用图解法核对所计算的坐标尺寸。在齿轮传动系统图中

28、应清晰的表明：齿轮的传动方式，各齿轮的齿数及模数，主动轴及工作轴的旋转方向，齿轮层数（对两层以上）。同时在图旁注明：工作轴每分钟转速、工作轴每分钟进给量及传动比等。下面列出各种传动类型，以供参考。（1）、按齿轮组合形式分按齿轮组合形式分有如下两种形式：A、单式传动，即每个轴上只有一个齿轮与其他齿轮啮合传动。B、复式传动，即每个轴櫖上有两个、三个或多个齿轮与其他齿轮啮合，分成两层、三层及多层传动，称为二级、三级及多级传动。（2）、按齿轮传动方式分A、外啮合传动。外啮合传动有如下几种传动分布形式：工作轴成长方形分布的；工作轴成“一”字形分布的；工作轴成框形分布的;工作轴成“八”字形分布的;工作轴成

29、圆形分布的；工作轴成环形分布的。B、内啮合传动。C、内啮合与外啮合联合传动。（3）、按工作轴布置情况分按工作轴布置情况可分为规则分布和不规则分布的。而根据本次设计要求，最终确定的方案为单级复式外啮合传动，且工作轴呈环形均匀分布。3.4 惰轮轴位置的确定（1）工作轴的旋转方向与惰轮布置的关系惰轮的主要作用是保证工作轴有一定的旋转方向。从主动轴开始到工作轴为止，齿轮的个数为奇数时，工作轴和主动轴的旋转方向相同；从主动轴开始到工作轴为止，齿轮的个数为偶数时，工作轴和主动轴的旋转方向相反。（2）各轴受力情况与惰轮布置的关系在多轴头传动系统设计中，惰轮的布置是受一些条件限制的，尤其是受主动轴和工作轴位置

30、的限制，一般不可能使各轴受力情况都是良好的。但是，各轴受力情况的好坏，将影响到多轴头的工作情况及各轴和轴承的使用寿命。所以，设计中应尽可能使各轴的受力情况良好。（3）惰轮分度圆半径及中心位置的确定在传动系统中，有的惰轮与两个齿轮相啮合，有的与三个齿轮相啮合。当惰轮与两个齿轮相啮合时，惰轮的中心位置及分度圆大小都是不确定的，需要由设计者根据具体情况确定，一般通过作图法确定。当惰轮与三个齿轮相啮合时，惰轮的中心位置及分度圆大小都是确定的，可利用一圆与三圆相切，求内切圆和外切圆半径及其中心位置的计算公式（内切圆半径及其中心位置的计算公式用于内啮合传动求内齿轮的分度圆）来求出。本次设计的钻三孔多轴头，

31、结构特殊，三个孔之间的夹角均为120。因为此次选定的方案是以一个惰轮与主动轮和三个工作轴齿轮同时啮合，用一个惰轮带动三个工作轴齿轮，又因为计算的工作轴的转速与钻床可以提供的转速相近，因此选定主动轮与工作轴齿轮的大小一致。主轴中心与工作轴中心恰好构成一等腰直角三角形，因此可将惰轮中心定在该直角三角形斜边的中点，到主动轴中心和两工作轴中心的距离相等，确定的惰轮定能和一主动轮及两工作轴齿轮同时啮合，从而将动力从主轴传递到工作轴，进行三孔的同时加工。3.5 齿轮齿数确定3.5.1 确定传动比 （1） 确定传动比的原则 要保证工艺对工作轴所提出的转速、切削速度及每转进给量的要求； 本设计的齿轮，外啮合传

32、动比一般应不大于2.5，最好等于1； 应尽可能不选最高一级或最低一级的机床转速，以便给工艺上的更改留有余地。 （2）传动比的计算公式及其确定方法 传动比的计算公式 单式传动： 复式二级传动： 复式三级传动： 式中：主动轴对第N根对工作轴的传动比； 第N根对工作轴的转速 （r/min）； 主动轴的转度 （r/min）； 主动轴上齿轮的齿数； 惰轮的齿数； 第N根对工作轴上齿轮的齿数。 钻孔多轴头传动比的确定方法 钻孔多轴头是按对工作轴转速初步确定的，然后验算对工作轴每转进给量，最后确定可行的传动比。工作轴转速是按工艺要求确定的。主动轴转速即为机床主轴转速，我们可以从机床主轴各级转速中，选择与对工

33、作轴转速相接近的作为主动轴的转速，然后计算传动比。当传动比初步确定后，可按照工艺规定的对工作轴每转进给量得出主动轴每转进给量。再以机床主轴各级进给量中选取与计算值相近的一级作为主动轴每转进给量。然后，再按所选取的主轴每转进给量得出对工作轴每转进给量。这时，比较计算后的每转进给量与工艺规定的每转进给量之值是否相近，此外，还要从工艺方面考虑，按计算后的对工作轴每转进给量进行加工是否可行，若不行，还要重新确定传动比。上述所确定的传动比是理论值，当主动轴与对工作轴齿轮的齿数确定之后，按此数计算出来的传动比是实际值。传动比的理论值与实际理论值相差很小，钻孔多轴头可忽略不计。在本次设计中，工艺确定工作轴的

34、转速 （r/min），Z5025机床主轴的各级转速中与其相接近的转速为984.66 （r/min）。本设计采用单式外啮合传动，所以传动比计算如下： 从机床主轴各级进给量中选取相接近的一级，即为0.16（mm/r）。与工艺给定的工作轴每转进给量0.16mm/r相近似，所以，传动比确定为1。3.5.2 确定各轴上齿轮的齿数在多轴头传动系统设计中，各轴上齿轮的齿数一般不是按照中心距、模数等已知条件计算出来的，因为多轴头的对工作轴相互位置往往距离较近，有的分布还不规则，为保持对工作轴与主动轴旋转方向相同，要通过惰轮，而惰轮的位置一般不是已经确定的，通常是通过反复作图与计算相结合的方法来确定。各轴上齿轮

35、的齿数确定方法介绍如下：主动轴和工作轴上齿轮的齿数可按传动比进行分配。首先给定较小齿轮的齿数，即：当时，现给定工作轴上齿轮的齿数；当时，现给定主动轴上齿轮的齿数。然后按传动比求出另一个齿轮的齿数。初步确定齿数时，还必须检查主动轴上齿轮的尺寸是否足够大，因为主动轮的直径比较大，如果主动轮上齿轮的齿数过少，就保证不了厚度。在本次设计中，齿轮齿数的确定如下：3.5.3 主动轮与工作轴齿轮参数的确定 齿轮齿根圆至少高出键2个模数，因此，确定齿根圆的最小直径为： 取分度圆的直径为： d=46 (mm) 选工作轴齿轮齿数和主动轮齿数为： 齿顶高： 齿根高： 齿全高： 齿顶圆直径： 齿根圆直径： 基圆直径：

36、 齿距： 基圆齿距： 齿厚： 齿槽宽： 顶隙： 3.5.4 惰轮参数的确定前面已经确定了惰轮的位置，在两工作轴中心连线的中点，因此可以确定惰轮轴的中心距均为： a=72.75（mm）选定惰轮轴的直径为： d=25（mm）齿轮齿根圆至少高出键2个模数，因此，确定齿根圆的最小直径为： 25+3.3+4=32.3（mm）因此确定惰轮齿数为： Z=19分度圆直径为： 38（mm）齿顶高： 齿根高： 齿全高： 齿顶圆直径：（19+21）2=42 齿根圆直径：（19-21-20.25）2=33 基圆直径： 38cos20=34.8 齿距： 基圆齿距： 齿厚： 齿槽宽： 顶隙： 3.6 结构干涉检查齿轮传动

37、系统图主要表示了各轴上齿轮之间的传动关系。同时也表示了个齿轮之间的径向位置关系。但由于在传动系统图中，齿轮是以分度圆表示的，不能完全反映出结构上的互相位置关系。所以，当传动系统初步设计完后，应检查结构上是否会发生干涉。如有干涉现象发生，应修改传动系统的设计或订出结构上的处理方法，以免在总图设计中发现问题过晚，造成设计上的返工现象。在传动系统中，有的由于轴距较近，使两个互不相啮合的齿轮的齿顶圆可能发生干涉。这种干涉现象很容易检查，只要计算出齿顶圆直径，通过作图就可以检查出来。在本次设计中，齿顶圆是否干涉的检查如下图所示： 图3.6 检查干涉图如图所示，该结构齿轮齿顶圆均未发生干涉，此方案可行。3

38、.7 坐标计算如图所示：图3.7 坐标计算图坐标计算 3.8 各传动轴的设计3.8.1 主动轴结构设计主动轴的结构按单层工作轴来选取，结构如下图所示： 3.8.2 工作轴结构设计用于单层传动的工作轴结构如下图所示： 3.8.3 惰轮轴结构设计 惰轮轴的结构型式，按主动轴和工作轴型式选取，其结构如下图所示： 4.有关零件验算在多轴头设计中，齿轮、轴和轴承均需要进行验算，以下为各零部件的分析验算的详细步骤。4.1齿轮的验算（1）多轴头齿轮按齿面接触强度验算节圆直径： 验算公式为： 式中： 节圆最小直径； 允许接触应力 （查表可得）； 小齿轮的齿距；查表得 齿轮宽度 （cm）； 传动比；因此， 而实

39、际分度圆直径为： 满足设计要求。 （2）多轴头齿轮的受力分析： 圆周力： 径向力： 法向载荷： 单位长度上的平均载荷： 计算载荷： 载荷系数： 式中： 使用系数；查机械设计表10-2得： 动载系数；查机械设计图10-8得： 齿间载荷分配系数；查机械设计表10-3得： 齿向载荷分配系数；查机械设计表10-4得：查表可得： 则计算载荷为： (3)按齿根弯曲疲劳强度计算： 式中：查机械设计表10-5得： 查机械设计表10-5得： （查机械设计图10-20得：；查机械设计图10-18得：；） 因此， 所以满足设计要求。（4）按齿面接触疲劳强度计算： 式中： 弹性模量影响系数；查机械设计表10-6得：得： 查机械设计图10-19得：；图10-21得：而， 满足设计要求。4.2轴的验算由于低速轴所受的转矩较大，高速轴主要传递运动形式，因此我们以校核低速轴为例对轴的弯矩强度进行校核。轴的力学模型的建立（1）轴上力的作用点位置和支点