摇臂钻床说明书综述.docx

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摇臂钻床说明书综述

摘要

本次毕业设计题目是“Z32K型摇臂钻床变速箱的改进设计”。

Z32K型摇臂钻床是许多学校机械加工实习所用的设备，该产品是由前苏联钻床型号改制而成，已有三十多年的历史，但近年来，该型号钻床的生产率降低，经济效益较低，同时伴有工人劳动强度的增大，致使钻床的使用率下降，经调查分析，主要原因是该产品没有自动升降系统所致。

为改进其使用效果，此次设计主要是对Z32K型摇臂钻床的升降系统进行分析设计与改进，并对钻床的主要传动零部件进行设计校核。

同时针对其在实际使用过程中出现的一些问题，并在理论分析与计算的基础上，将其手动升降变为自动升降，然后制定出合理的传动方案，且选择合适的原动机作为它的动力源，使改进后的升降系统具有手动和自动升降并存的功能。

关键词：

变速箱；手动、自动升降系统；摇臂钻床；直齿锥齿轮；强度校核

ABSTRACT

Thegraduationprojectentitled"TheadvanceddesignofthegearboxofZ32Kradialdrillingmachine".Z32Kradialdrillingmachineastheequipmentisusedinmanyschoolsduringthepracticeofmachining.ThisproducthasbeentransformedfromtheformerSovietUnionDrillingmodelsforalmost30years.However,theuseofZ32Kradialdrillingmachinehasdecreasedinrecentyearsbecauseoflowproductivityofthisdrillingmachine,thelackofeconomicefficiencyonusageofZ32kcomparably,andanincreaseinlabors'intensityduringtheproduction.Bytheresearchanalysis,thereductionofZ32Kisbecausethisproducthasshortageontheautomaticliftingsystem.InordertoimprovetheefficiencyofZ32K,theliftingsystemsofZ32kradialdrillingmachinewillbeprimarilyplanedtopromoteinthistimeofdesign.Meanwhile,themaintransmissionpartsofthedrillingaregoingtobereunified.Tosomeproblemswhichoccurinactualuse,andonthebasisoftheoreticalanalysisandcalculation,therewilldevelopaproposaltochangemanuallifttoautomaticlift.thenmakethetransmissionschemereasonable,andchoosetheappropriateengineasthepowersourceofthegearbox,andtheliftingoftheimprovedsystemhasmanualandautomaticliftingthecoexistenceoffunction.

Keyword:

transmission；manualoperatingandautomaticfluctuationsystem；universalradialdrillingmachine；straightbevelgear；strengthcheeks

目录

1概述1

1.1摇臂钻床的简介1

1.2摇臂钻床的发展趋势1

1.3摇臂钻床的加工原理2

2原动机的选择3

2.1原动机的运动形式3

2.2原动机的选择3

3机械传动方案的拟定与比较5

4绘制变速箱中升降系统的传动机构运动简图8

5传动部分运动及动力分析9

5.1部分传动连接设计9

5.2传动比、各轴转速、功率及转矩的计算9

5.3齿轮材料的选择11

5.4直齿圆锥齿轮的尺寸设计计算及校核12

5.4.1直齿圆锥齿轮各参数的设计计算12

5.4.2圆锥齿轮的受力分析13

5.4.3直齿圆锥齿轮的结构设计13

5.4.4直齿圆锥齿轮强度校核14

5.4.5圆锥齿轮齿面接触疲劳强度校核17

5.4.6直齿圆锥齿轮齿根弯曲疲劳强度的校核17

5.5锥齿轮轴机-6的尺寸设计计算及校核18

5.5.1锥齿轮轴机-6轮齿部分主要参数设计计算18

5.5.2直齿圆锥齿轮轴机-6轴端部分设计19

5.5.3锥齿轮轴机-6的固定20

5.5.4锥齿轮轴机-6轴径部分的设计计算20

5.5.5直齿圆锥齿轮轴机-6轴径部分的校核21

5.6机-4齿轮设计计算及校核22

5.6.1机-4齿轮尺寸设计计算22

5.6.2结构分析23

5.6.3受力分析24

5.6.4机-4齿轮齿面接触疲劳强度的校核25

5.6.5机-4直齿圆柱齿轮齿根弯曲疲劳强度的校核26

5.7双联齿轮的设计计算与校核26

5.7.1双联齿轮的结构分析27

5.7.2双联齿轮齿面接触疲劳强度的校核28

5.7.3双联齿轮齿根弯曲疲劳强度的校核29

5.8四联齿轮的参数计算30

5.9机-2过渡轴的设计计算30

5.9.1轴的材料及热处理30

5.9.2轴的结构设计31

5.9.3过渡轴的强度校核计算32

5.9.4过渡轴的轴向及周向固定36

6轴承的选择与校核计算37

6.1轴承的分类37

6.2滚动轴承的的结构及主要类型37

6.3滚动轴承主要的失效形式37

6.4滚动轴承的计算与校核38

7键的选择和键连接强度的校核计算39

参考文献41

致谢42

1概述

1.1摇臂钻床的简介

摇臂钻床是一种用于加工孔的设备。

主要对孔加工的类型有：

扩孔、钻孔、铰孔等。

在日常生产中，摇臂钻床根据夹紧结构可分为机械式和液压式，其操作简单，适用范围广，可适用于加工单件批量孔零件。

摇臂钻床由以下七部分组成：

摇臂、主轴箱、底座、内外立柱、主轴和工作台等组成。

摇臂钻床主轴箱的横向调整位置可由摇臂的导轨控制，摇臂可沿外立柱的圆柱面上下调整并变化位置，且摇臂及外立柱又可绕内立柱转动至不同位置，摇臂钻床工作时根据其工作需要可以很方便的调整主轴至工作台的位置。

对于各主要结构：

主轴组件（摇臂钻床的主轴在加工时可进行两种运动：

旋转运动和轴向进给运动。

且主轴的旋转主运动由主轴尾部花键经齿轮传动）夹紧机构（对于在孔加工过程中为保证孔的定位精度因而设定夹紧机构，对于摇臂钻床而言，夹紧机构主要设定在主轴箱与摇臂上，并且同样也在内外立柱上。

从结构分析上而言内外立柱利用深沟球轴承以及平板弹簧进行作用可以使摇臂轻松转动）

1.2摇臂钻床的发展趋势

摇臂钻床和大多数机床一样，将向数控自动化、机电一体化和智能化方向发展。

摇臂钻床在未来的发展趋向是：

应用电子计算机技术并且使机械结构趋于简单化，同时，提高和扩大机械自动化工作的能力，而且使机床适应柔性制造系统的工作环境；一方面要提高功率，使机床主运动和进给运动的速度也相应提高。

另一方面，要提高机床的相对结构，使其动、静刚度能用以适应新型刀具的需求同时提高钻床钻削的工作效率；最后还要提高机床的加工精度，为今后发展超精密加工机床作准备工作，以其在电子机械、航天等新型工业有更加突出的地位。

摇臂钻床在经济的发展、国家政策的大力支持和上下游产业振兴等的背景下，我国摇臂钻床的旺盛需求仍将按线性指数保持高速的增长，并且在未来5-8年，我国摇臂钻床的市场增长率将达到15%。

这必将使我国国产摇臂钻床系统和相关功能零部件的市场有很宽广的发展市场，这也无疑为我国国内摇臂钻床生产厂商提高自己的技术水平与工艺水平还有扩大市场提供了极好的发展机遇。

1.3摇臂钻床的加工原理

当电机启动时，机床主轴开始运动通过调整换置器官来改变所需要的合适的主轴转速，利用摇臂将钻头调整到所加工零件的正确位置，通过进给量与主轴在其转动一转时轴向的移动量计算，并且利用换置器官来实现被加工零件的进给量，一般情况下，主轴获得的转速范围是在25~2000r/min内，机床的进给运动变速范围为0.04~3.2mm/r。

2原动机的选择

原动机对机械的作用毋庸置疑，它就像心脏对人类而言。

它是执行机构动力的来源而且在很大程度上决定着机器的工作性能和结构特征。

因此选择一个合适的原动机，对摇臂钻床而言，其作用是不可估量的。

机械系统一般由以下五部分组成，包括：

原动机、工作机、传动装置、控制操纵部件及其它辅助零部件等。

原动机是机械系统的驱动部分（动力来源：

把自然界中其它各种形态的能源转变为机械能），工作机是机械系统的执行部分（向外传递动力），传动装置则是把原动机与工作机有机的结合起来，（是它实现能量传递与运动形式转换不可或缺的重要部分）。

2.1原动机的运动形式

原动机的运动形式，主要是依据能量转换性质进行分类的，具体见下表2-1：

表2-1原动机的分类

转换性质

实例

第一类原动机

蒸汽机、柴油机、水轮机、燃气轮机

第二类原动机

电动机、液压马达、气动马达

2.2原动机的选择

根据Z32K型摇臂钻床的工作环境以及实际工作要求，可以选择电动机作为其动力来源。

电动机较其他动力机有较高的驱动效率，与被驱动机的工作机械联接结构简便，且可满足不同类型机械的加工工作要求。

在实际生产过程中由于摇臂钻床工作环境的不同，致使电动机的工作环境也各不相同。

在大多数情况下，摇臂钻床所处的工作环境周围大气中含有灰尘和水分，为了保证摇臂钻床可适用于各种环境，因此需要对电动机的外壳进行保护通常电机外壳的类型有：

开启式、防护式、封闭式、防爆式。

因为在实际生产中Z32K型摇臂钻床常处于灰尘较多的场合工作，因此在设计中，电机外壳应选用封闭式，为防止各类杂物进入电动机内部，使电机能正常工作。

因此在设计中，电动机型号选择Y系列，其型号为：

Y112M-4，额定功率为4KW，满载转速可达1410r/min，额定转矩为2.2N·m。

3机械传动方案的拟定与比较

对于“Z32K型摇臂钻床变速箱的改进设计”而言，变速箱的设计最重要的就是机械传动设计，而机械传动设计中最重要的就是确定机械传动的设计方案。

根据机械产品的合理性来拟定设计方案，为达到实际生产中所需要求通过选择不同的机械传动方案进行对比，从而选择最优方案。

分析比较Z32K型摇臂钻床的实际工作情况，现对摇臂钻床的手动升降系统进行分析改进，如下所示，现拟出以下三种传动方案可进行逐一分析并选择最优方案：

方案一：

改进原来的手动升降系统手柄→圆锥齿轮轴→圆锥齿轮1→圆锥齿轮2→升降螺母

方案二：

改手动升降系统为自动升降系统新增电动机→齿轮1→齿轮2→圆锥齿轮1→圆锥齿轮2→升降螺母

方案三：

利用原电机改进为自动升降系统电机→齿轮-3→四联滑移齿轮-6→双联齿轮-机3→齿轮-