黄秋元毕业设计说明书

广西工学院机械工程系毕业设计(论文)说明书 课题名称： 曲轴端部法兰孔的加工设计及机床控制系统的设计 专 业： 机械工程及自动化 班 别： 机自042班 学 号： 2004011114 学生姓名： 黄秋元 指导教师： 李 书 平 完成时间： 2008年 5月28日目录第一章 绪 论1第一节 毕业设计题目1第二节 课题背景1一、选题意义1二、曲轴的概述1第三节 国内外发展现状及市场调查2第二章 总体方案分析与设计4第一节 工艺分析4第二节 总体方案的确定及任务分配5第三章 法兰孔的主运动设计及进给运动设计6第一节 主运动设计方案的分析6第二节 法兰主运动所需电机的选择7一、进给量的确定7二. 转速与功率的确定8三.带轮的设计及计算9四.法兰孔加工主轴箱运动设计的齿轮设计及计算11五 、 法兰加工主轴箱运动系统所有齿轮数据汇总18第三节 法兰加工主轴箱运动设计的轴设计与计算18一.轴的材料选择18二、 轴的结构设计18三、 轴的刚度校核22四、 轴承的校核24第四节 法兰加工进给系统设计25一、法兰加工孔进给系统的总体设计25二. 法兰加工进给系统的计算与设计26第五节 床身及导轨设计36一.对床身的要求36二 、床身的材料及时效处理36三、 床身受力分析37四、导轨设计37第四章 机床控制系统的设计39第一节 机床控制系统的分析39第二节 机床法兰控制系统的设计39一 机床的主要结构及运动、形式39二 控制要求39三 控制系统的分析39四 控制电路分析41第三节 机床竖直孔加工及斜深孔加工控制系统的设计43结束语45致谢46参考文献47第一章 绪 论第一节 毕业设计题目玉柴YC4F90-21型曲轴润油孔及连接法兰孔专用钻床的研制曲轴端部法兰孔的加工及机床控制系统的设计。第二节 课题背景 一、 选题意义毕业设计是我们在大学期间所有课程中的最后一门课程，也是大学里面最重要最关键的一个环节。它要求我们把在这将近四年的大学生涯所学到的东西都融会到此次毕业设计中，目的是想让我们在进入社会工作之前来进行一次全方位训练和提高，因此，它要求选择设计题目的难易程度和工作量都是比较高的，它不管是对于我们将来要从事的工作还是巩固我们所学过的知识都有着非常重要的意义。针对本次毕业设计，老师安排我们到柳州东风汽车厂进行了实习。柳州东风汽车厂是柳州的知名企业，它的技术在柳州地区是一流的，能够去那实习对我们的课题设计有很大的帮助。选择这样的课题就可以达到以下目的：首先，我们可以把所学的知识真正的应用到实际生产中去，这样可以锻炼和提高我们解决实际情况的能力；其次，这次设计的题目是专用钻床的研制玉柴曲轴润滑油孔几连接法兰孔专用钻床的研制，这样不仅可以让我对钻床的结构及其加工工艺有较深了解，也对曲轴的功用与设计加工有一定的认识；再次，希望通过本次设计能更深入的了解自己在设计上的不足之处，并加以。这也是我本次设计的一大愿望。二、 曲轴的概述（一）曲轴的定义曲轴是整个引擎中唯一的动力输出轴，所谓的引擎转速也就是曲轴的转速，所以曲轴可算是引擎中最主要的零件之一。曲轴之所以称为曲轴，就是因为它不是一支从头到尾直通的轴，为了提供力臂让活塞的上下直线运动转为旋转运动，曲轴必须根据活塞的数目设计成一支曲折的轴。曲轴之曲折处 (其偏心部分) 与活塞连杆大端连接，称为曲柄臂；而曲轴主轴承则在曲轴之旋转中心轴处支撑曲轴。曲轴于各个曲柄臂旁都有类似半圆形状的曲轴配重，使得偏心运转的曲柄臂之质量中心能落于旋转中心 (圆心) 上，以消除偏心运转所带来之震动。（二）曲轴的作用曲轴是发动机最重要的机件之一。曲轴一般用中碳钢或中碳合金钢模锻而成。为提高耐磨性和耐疲劳强度，轴颈表面经高频淬火或氮化处理，并经精磨加工，以达到较高的表面硬度和表面粗糙度的要求。它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。 工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数(直列式发动机)；V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，曲柄处铸有(或紧固有)平衡重块。平衡重块用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。因而它对材料，加工方法，方式和精度都有很高的要求。本次设计的钻床主要用于加工润油孔及法兰孔，竖直方向的润油孔一共有8个，斜向润油孔一共有4个，分为2个斜向方向，而水平方向的法兰孔有6个，其中所有润油孔又为深孔。加工润油孔及法兰孔之专用钻床的要求为一道工序完成所有孔的加工，工件一次装夹。钻削孔后孔表面粗糙度要达到6.3。第三节 国内外发展现状及市场调查课题所设计之专用钻床是加工玉柴集团的YC4F90-21型号柴油发动机的曲轴润油孔。YC4F系列柴油机是适应轻型车市场发展需要开发的排量2.66升、功率覆盖范围90-115马力的低排放、节能环保型轻型柴油机。与德国FEV合作设计，采用多项现代柴油机科研技术成果，动力、经济指标达到国外先进水平。欧机型采用美国DELPHI电控高压共轨技术、低涡流燃烧室等多项现代柴油机技术成果，动力、经济指标达到国外先进水平，在国内同类产品中处于领先地位。玉柴新曲轴车间投资2300多万元，是玉柴机器配件制造有限公司成立以来投资最大的技改项目。新车间厂房位于该公司主厂区内，采用轻钢结构，建筑面积为3000多平方米，车间内布置两条代表国内最高水平的双主机铁型覆砂生产线，具有劳动强度较低、自动化程度和生产效率都较高的特点。工程项目将在2008年6月底全部竣工，项目建成投产后，增加的曲轴产销数量为30万条/年，年新增销售收入2亿多元，利税1000多万元。届时该公司将实现1600条/天的生产能力，形成50万条/年曲轴毛坯生产能力，同时形成多品种、小批量同时生产能力。这对该公司实现三年发展规划（2009年产销要达10亿元），做精做强做大优势产品，把该公司建成高质量的配件集团公司具有重大意义，这也必将为实现“三年再造一个玉柴”的宏伟目标作出积极贡献。广西玉柴汽车配件制造有限公司一期项目第一条生产线于2007年6月份投产，已形成年产6万根曲轴的生产规模，目前第二条生产线已正式投产，生产规模将达到年产曲轴20万根，年可实现产值2.5亿元，年实现税利1500万元。广西玉柴汽车配件制造有限公司曲轴二期项目位于陆川县龙豪工业大道边，计划总投资3亿元，占地面积300亩，计划2009年建成投产，公司将达到年产80至100万根曲轴的生产规模，初步形成全国最大的曲轴生产基地。玉柴曲轴项目简介： 1、项目名称：玉柴扩建年产曲轴10万根生产线2、建设规模与内容：建设规模：10万根/年。 建设内容：新建曲 轴锻造车间，新增主要设备50台(套),建设一条曲轴加工线。3、项目审批情况：已进行了项目可行性研究工作。4、建设必要性：为提高、保证玉柴6108Q、6112Q柴油机整体质量 要求,引进曲轴全自动生产线，满足玉柴曲轴生产需要。5、市场预测：配套玉柴柴油机主要部件。6、建设条件：玉柴的水、电、气（汽）公用动力系统完善。铁路、 公路运输条件相当便利。玉柴电信28分局电话3000门，通讯十分方便。7、项目总投资：总投资为6203万美元。8、经济效益：投资回报率16.6%，投资回收期7.15年。9、合作方式：独资。10、建设单位概况：玉柴股司注册资本6102万美元,厂区面积171万平方米,厂房面积54万平方米,现有固定资产24496万美元， 主要产品有YC6105QC柴油机、YC6108Q柴油机、6112Q柴油机、小型液压挖掘机、柴油机发电机组等。总的趋势来讲，玉柴集团正在快速、持续、健康的发展，其曲轴项目也随之壮大。第二章 总体方案分析与设计第一节 工艺分析正如之前所述所有润油孔均为深孔钻削加工，即钻削孔深与直径之比（L/D）大于5时称为深孔钻削。深孔钻削加工势必给工艺造成一定难度，目前深孔钻削加工的主流方法分为2种,一种为一次进给完成加工，主要采用枪钻等，另一种为采用标准麻花钻或特长麻花钻分级进给。这里进行方案对比：用枪钻一次进给优点：一次进给完成加工，加工时间短，提高生产效率，降低了工人操作要求与工作强度。可要达到IT7-11,表面粗糙度1.6-3.2，加工精度高。缺点：成本高，要专门设计枪钻的系统设备，需要高水平的专业人员进行安装、调试、维护，不易于经常更换。用麻花钻分级进给优点：成本低，适合大批量生产，安装维护比较简单，易于更换。缺点：需要分级进给，加工时间长，生产效率较低，提高了工人操作的要求与工作强度，IT可达到10-13，表面粗糙度可达到6.3-12.5，加工精度较低。以下为查参考文献1深孔加工工艺的各种参数数据如下表1：表1刀具种类适用范围刀具材料加工后孔的精度IT加工后孔的表面粗糙度直径直径/孔深麻花钻1-75每往复一次3高速钢10-1312.5-6.3枪钻2-20250高速钢7-103.2-1.6考虑曲轴加工总线的经济成本问题，而且法兰孔只有6个，所以成本加工成本不是很高，可才用较为通用的、成本低的加工方法。若才用枪钻则成本较高，而且设计也很复杂。所以采用成本较低的麻花钻进行加工，加工精度低的问题，可以从机床本身与夹具保证到达加工要求。虽然麻花钻的加工时间较长，生产效率较低，但由于所加工孔的距离不是很深（29mm），相对于采用枪钻进行加工而耗费的成本低。因而本次法兰孔钻削设计所采用麻花钻。第二节 总体方案的确定及任务分配正如之前课题内容所阐述4个方向一共18个孔若采用分步进行加工势必会增加加工时间，所以专用钻床采取润油孔与法兰孔同时加工的方案，其中所有设计任务分为6个部分：1、 斜向润油孔的主运动系统、进给运动系统的设计；2、 竖直方向润油孔的主运动系统、进给运动系统的设计；3、 法兰孔的主运动系统、进给运动系统的设计；4、 专用钻床的夹具设计；5、 专用钻床的结构设计；6、 专用钻床的控制操纵系统设计； 其中，本人主要负责第3、第6部分的设计，具体设计内容如下。 第三章 法兰孔的主运动设计及进给运动设计第一节 主运动设计方案的分析曲轴端部法兰孔的位置分布如图1所示： 图1 由于曲轴的加工是在一次的装夹中，对需要加工的孔一次加工完毕，因而其主运动中主轴上的齿轮与各个啮合齿轮间的中心距为35mm，而且这六孔是同时加工，所以主轴箱中有6根传动轴，及一根输入轴。第二节 法兰主运动所需电机的选择一、进给量的确定根据查参考文献1,下表2用以取定主运动适当的进给量f： 表2高速钢钻头钻孔的进给量钻头直径d/mm钢/MPa铸铁、铜及铝合金 HBS1000200200进给量f/(mm/r)20.050.060.040.050.030.040.090.110.050.07240.080.100.060.080.040.060.180.220.110.12460.140.180.100.120.080.100.270.330.180.22680.180.220.130.150.110.130.360.440.220.268100.220.280.170.210.130.170.470.570.280.3410130.250.310.190.230.150.190.520.640.310.3913160.310.370.220.280.180.220.610.750.370.4516200.350.430.260.320.210.250.700.860.430.5320250.390.470.290.350.230.290.780.960.470.5725300.450.550.320.400.270.330.91.10.540.66因为曲轴的材料为球墨铸铁正火处理到硬度250-320HBS，大于200HBS，由于加工的孔深为29mm，直径为d=10mm，选取它的进给量f=0.15mm/r。二. 转速与功率的确定（一） 切削速度的选择根据查参考文献1,下表3用以取定主运动适当的切削速度v：表3高速钢钻头切削用量加工材料加工直径d1（mm）切削速度v（m/min）进给量（mm/r）切削速度v（m/min）进给量（mm/r）切削速度v（m/min）进给量（mm/r）铸铁 160200HBS200241HBS300400HBS1616240.070.1210180.050.18120.030.086120.120.20.10.180.080.2512220.20.40.180.250.150.222500.40.80.250.40.20.3 由于曲轴的材料为球墨铸铁正火处理到硬度250-320HBS，大于200HBS，加工孔的直径为d=10 mm，进给量f=0.15mm/r，因而由图3中选取切削速度v=12m/min.（二） 电机功率的确定：根据参考资料2查得钻削孔时，其所受的切削力、纽矩、功率计算公式如表4： 表4计算公式名称轴向力（N）扭矩（N.m）功率（Kw）计算式子 公式中的系数和指数加工材料刀具材料系数和指数轴向力扭矩 钢=650MPa高速钢6001.00.70.3032.00.8不锈钢高速钢14001.00.70.4022.00.7灰铸铁，硬度190HBS高速钢4201.00.80.2062.00.8硬质合金4101.20.750.1172.20.8由上表可计算出钻孔切削时所产生的轴向力，扭矩及所需的电机功率，计算如下：轴向力：=1313.3 N扭矩：=5.328 N.m由于是6根轴同时钻削，则其功率：=0.6396 kW三.带轮的设计及计算（一）、带轮的选择（a）V带轮的计算计算项目设计计算及说明计算结果功率（KW）=KAP，（式3.1）P=0.75kwKA-工况系数，查表12-1-67得KA=1.1；P-传动功率，P=0.75KW。=0.825KW选带型查参考文献3图8-8或图8-9选A带传动比ii=3.64小带轮的基准直径 (mm)参考文献3表8-3及表8-7选取，为了提高V带的寿命，宜选取较大的直径=60mm从动轮基准直径=i=3.6460mm=218.4mm查3表8-7=224m带速V= =0.28625m/s（式3.2）带的速度合适初定中心距a0(mm)0.7(+)2(+)（式3.3）取=300mm初定带的基准长度（式3.4）=1078.3mm查参考文献3表8-2=1120实际中心距aa=a0+ （式3.5）a=320.85mm主动轮上的包角=174.59o120o（式3.6）包角合适确定带的根数Z由=910/min、=60mm、i=3.64,查3表8-5a和表8-5b得=0.52kw,=0.11kw查参考文献3表8-8得=0.99,表8-2=0.91 Z=1.45取Z=210根带的预紧力（式3.7）查参考文献3表8-4得q=0.1kg/m=1099.94N作用在轴上的力 (N) （式3.8）=4394.86N四.法兰孔加工主轴箱运动设计的齿轮设计及计算（一） 齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （a）按下图2所示的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。（其中，在中间大齿轮的四周分布了6个大小一样的小齿轮。它们是以大齿轮圆心为圆心，分寸在直径为d=70mm的圆上，其孔的具体分布如图2所示） 图2（b） 主轴箱中6跟轴的转速均为500r/min，较高，选择7级精度（GB10095-88）（c） 材料选择。由参考资料3，选择小齿轮材料40Cr（调质后表面淬火）硬度为280HBS，大齿轮选择材料为45（表面淬火），硬度为250HBS。(d ) 选小齿轮齿数=20，大齿轮齿数=u=20=40(e) 选取螺旋角。初选螺旋角=（二）、 按齿面接触强度设计由参考资料3查得斜齿轮的计算公式为： （式3.9）I 确定公式中的各计算数值a、 初选=1.6b、 由参考文献3图10-30选取区域系数=2.433c、 由参考文献3图10-26查得=0.78，=0.87，=+=1.65d、 计算齿轮传递的转矩小齿轮转矩：=95.50.75/0.960.98500=1.31 （式3.10）e、 由参考文献3表 10-7选取齿宽系数=1 f、 由参考文献2表10-6查得材料的弹性影响系数=189.9 g、 由参考文献2图10-21（续）按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限1050MPa，950Mpa h、 计算应力循环次数 =1.08 （式3.11） i、 由参考文献3图10-19查得接触疲劳寿命系数 j、 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1 （式3.12）k、 许用接触应力 （966+851.2）/2=908.6MpaI I 计算 试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得 =21.43 计算圆周速度 =0.56 m/s （式3.13） 计算齿宽b及模数 mm mm h=2.25=2.251.04=2.34 mm b/h=21.43/2.34=9.2 、计算纵向重合度 =0.318=1.59 （式3.14） 、 计算载荷系数K 已知使用系数=1。根据v=0.56 m/s，7级精度，由参考文献3图10-8查得动载系数=1.04，由参考文献3图10-4查得的计算公式，即：=1.12+ 则： =1.12+0.2321.43=1.32 由参考文献3图10-13查得=1.36由参考文献3图10-3查得= =1.2。故载荷系数 K=11.041.21.32=1.65 （式3.15） 、 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由参考文献3中查得公式 =22.1、 计算模数 =1.07 （式3.16）I I I 计算模数由参考文献3中查得模数设计计算公式为： （式3.17）、 确定计算参数 （） 计算载荷系数 K= =11.041.21.36=1.7 （） 根据纵向重合度=1.59，由参考文献3图10-28查得螺旋角影响系数=0.88。 （） 计算当量齿轮 由参考文献3中查得当量齿数计算公式为： （式3.18）则 21.9 43.8（） 查取齿形系数 由参考文献3中表10-5查得=2.756，=2.372 （） 查取应力校正系数 由参考文献3中表10-5查得=1.596， =1.676 （） 由参考文献3中图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限=520MPa轮的弯曲疲劳强度极限=450MPa。由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数=0.82，=0.86 （） 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由参考文献3查得计算式 = （式3.19）则 MPa MPa ） 计算大小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。 设计计算=1.17对比计算结果，由于齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取=1.25 mm，已可满足弯曲强度。但为了同满足接触疲劳强度算得分度圆直径=21.65 mm来计算应有的齿数。于是由，取=18，则=u=218=36（三） 几何尺寸计算 计算中心距 mm，（式3.20）将中心距圆整为35mm。 按圆整后的中心距修正螺旋角 = （式3.21） 因的值改变不多,故参数 , ,等不需要修正。 计算大小齿轮的分度圆直径 mm 取=24 mm （式3.22） mm 取=46 mm计算齿宽宽度： b=123.23=23.23 mm圆整后取=25 mm，=30 mm（四） 斜齿轮齿根弯曲疲劳强度的验算由于齿面接触疲劳强度大于齿根弯曲疲劳强度计算的，所以只要齿根弯曲疲劳强度合适，则齿面接触疲劳强度也合适。而且该主运动设计中，是由主轴同时带动6根传动轴转动，因而只需要验算其中主运动上的齿轮与6根传动轴中的任意一根即可，所以由参考文献3中查得验算公式为： （式3.23） -斜齿轮的齿形系数，可近似地当作当量齿数； -斜齿轮的应力校正系数，可近似地当作当量齿数由参考文献3表10-5查取； -螺旋角影响系数，数值查参考文献3图10-28； K-计算载荷； b-齿轮宽度； -模数； -重合度则对小齿轮齿根弯曲疲劳强度的验算，即：=117.6 MPa =304.57 MPa （合格） 大齿轮弯曲疲劳强度的验算， =276.4 MPa （合格）五 、 法兰加工主轴箱运动系统所有齿轮数据汇总 表5 齿轮数据表 齿轮/数据齿数模数分度圆直径齿宽齿根弯曲强度校核181.252430通过361.254625通过181.252430通过181.252430通过181.252430通过181.252430通过181.252430通过 第三节 法兰加工主轴箱运动设计的轴设计与计算一.轴的材料选择 轴的材料主要是碳钢和合金钢。由于碳钢比较廉价，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理方法或化学热处理的方法提高其耐磨性和抗疲劳强度，因而才用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是45钢，因此轴的材料选择45钢。二、 轴的结构设计（一） 输入轴的结构设计a. 按照扭转强度估算轴径轴的扭转强度条件为 （式3.24）-扭转切应力，单位为MpaT-轴所受的扭矩，单位为Nmm-轴的抗扭截面系数，单位为mn-轴的转速，单位为r/minP-轴传递的功率，单位为kwd-计算截面处轴的直径，单位为mm-许用扭转切应力，单位为Mpa由以下的表6中选取及值表6 轴的材料Q235-A、20Q275、354540Cr15-2520-3525-4535-55149-126135-112126-103112-97d =15.76 mm直径d100mm的轴，有一个键槽，直径应增大5%到7%，故d16.55mmb. 按刚度条件估算轴径由刚度条件 （式3.25）由上式推导出D，故=0.01075m=10.75mmc. 轴的结构设计与定位方式一般来说，轴的结构设计是在初步轴径的基础上进行的，为满足轴上零件的定位、紧固要求和便于轴的加工和轴上零件的拆装，通常将轴设计成阶梯轴。按照对轴系轴向位置的不同限定方法，周的支撑结构可分为三种基本形式，即两端固定支撑，一端固定、一端游动和两端游动支撑。对于普通齿轮减速器，其轴的支撑跨距较小，较常用两端固定支撑。轴承内圈在轴上可用轴肩或套筒作轴向定位，轴承外圈用轴承盖做轴向固定。对于轴的各段长度的确定，主要是取决于轴上零件（传动件、轴承）的宽度以及相关零件（箱体轴承座、轴承端盖）的轴向位置和结构尺寸。对于安装齿轮、带轮、联轴器的轴段，当这些零件靠其他零件（套筒、轴端挡圈等）顶住来实现轴向固定时，该轴的长度应略段于相配轮毂的宽度，以保证固定可靠。由于输入轴需要与带轮连接，因而在轴端部上有一个键槽，键槽位于轴端用于与带轮连接从而带动轴的传动，由于所加工的工件尺寸较小，为便于加工，设计时，使主运动中各相互啮合的齿轮的中心距与所加工的工件的尺寸相同（所加工工件的尺寸仅为70mm），因而轴的设计尺寸较小，若在这么小的轴上安装齿轮，对轴的寿命及强度影响较大，因此将轴制造成齿轮轴，减少轴上的载荷（虽然齿轮轴的制造加工较高），所以齿轮轴上只安装了滑动轴承，它的结构设计根据滑动轴承安装，定位以及轴的制造工艺等方面的要求其结构形式和尺寸如图3所示。 图3 输入轴简图如图5所示，由左至右，每段阶梯轴的作用如下： 第一轴段：轴端加工有一个键槽，用于与带轮连接，实现电机转矩传递到主轴箱中； 第二轴段：外伸段，只作为过度段； 第三轴段：用于滑动轴承的装配，对轴进行定位； 第四轴段：该轴上的齿轮与轴连成一体，因而受力较大，采用的直径为轴上最大，其轴段的长度是结合与起啮合的齿轮及定位等条件决定的； 第五轴段：用于滑动轴承的装配，对轴进行定位。(二) 传动轴的结构设计a. 按照扭转强度估算轴径d=12.08 mm直径d100mm的轴，有一个键槽，直径应增大5%到7%，故d12.69mmb. 按刚度条件估算轴径由刚度条件 由上式推导出D,T= =12669.69Nmm=0.01238 m=12.38 mmC.结构设计与定位方式由于轴径尺寸较小，为了改进轴上零件的结构以便减小轴的载荷，以及减小应力集中的影响，把该轴作成齿轮轴。其结构与尺寸如图4所示。 图4 齿轮轴简图如图4所示，从左至右每个轴段的作用如下：第一轴段：加工出螺纹用以配合圆螺母及圆螺母用止动垫圈来对第三轴段上的轴承进行轴向定位。第二轴段：加工出工艺槽，确保使第一轴段的圆螺母及止动垫圈组合可以定位第三轴段的轴承。第三轴段：用以装配滑动轴承，对轴进行定位。第四轴段：该轴段上的小齿轮与输入轴中的大齿轮相互啮合，而且该轴上受力较大，因而轴径较大。第五轴段：用以装配滑动轴承，对轴进行定位。第六轴段：加工出的工艺槽，便于夹头的安装，使夹头与传动轴之间扭矩的传动效率更高；第七轴段：加工出M14的螺纹，与夹头进行连接，用于实现扭矩从传动轴到刀具的作用。三、 轴的刚度校核考虑工件加工时的安装方式，将主轴箱平行放置，其轴上所受的切削力产生的力矩中影响最大的是弯矩，因而按照轴的弯曲刚度的计算来对轴进行校核。由于所设计的轴均为齿轮轴，则采用材料力学中的公式来计算轴的挠度。由于齿轮轴上仅有用于滑动轴承的设计安装，且对计算精度要求不高，可按照光轴挠度的计算来计算轴的刚度校核。由参考文献4中表6-1中查得最大挠度的计算公式为； （式3.26） F-齿轮轴上受到的径向力N； l-两轴承间的跨距mm； E-材料的弹性模量E=2.06MPa； I-惯性矩。 由参考文献4中查的惯性矩的计算公式为： I= （3.27） D-轴的直径mm。 则对小齿轮 I= = =5152.997由参考文献3中查的F的计算公式为：F= （式3.28） T-齿轮传递的扭矩N。mm； - 法向压力角，对标准斜齿轮，= ； - 节圆螺旋角，对标准斜齿轮即为分度圆螺旋角。则对于小齿轮 F= =409.7 N则挠度计算为： 0.008mmy=0.02mm挠度合适，轴的刚度达到要求。 对与输入轴的惯量计算： I= 39740.625 大齿轮轴的径向力计算： F= =475.54 N则挠度计算为： 0.0012 mmy=0.02mm大齿轮周的挠度也合适。则轴的刚度达到要求。四、 轴承的校核（一） 输入轴上的轴承寿命校核由于轴的尺寸小，而且箱体的整体尺寸也较小，而齿轮轴上受的轴向力大，因而选用滑动轴承中的止推滑动轴承。而且采用单环式止推，利用轴颈的环行端面止推，而且利用纵向油槽输入润滑油，结构简单，润滑方便，适用与轻载场合。a. 验算轴承的平均压力p（MPa）由参考文献3中查得计算公式为： （式3.29）- 轴承孔直径，单位为mm；- 轴承环孔直径，单位为mm；- 轴向载荷，单位为N；z- 环的数目；p- 许用压力，单位为MPa则对于小齿轮轴上的滑动轴承进行验算： =3.17MPa由参考文献3中表12-6中查得p=5MPa，所以小齿轮轴上的滑动轴承合格。对大齿轮轴的滑动周朝进行验算，：由参考文献3 查得大齿轮轴上的轴向力计算公式为： = =475.86 N大齿轮的滑动轴承平均压力为： =0.74 MPa由参考文献3中表12-6中查得p=5MPa，所以大齿轮轴上的滑动轴承合格。b. 验算轴承的pv值（单位为）值要求出轴承的pv值，先确定轴承的v值，其轴承的环行支撑面平均直径处的圆周速度v的计算公式由参考文献3中查得： （式3.30）- 轴承孔直径，单位为mm；- 轴承环孔直径，单位为mm； n- 轴径的转速，单位为r/min。对于小齿轮轴，其圆周速度为： 0.576 m/s对于小齿轮轴，其圆周速度为： 0.412 m/s由以上的计算可知，小齿轮轴的pv值为： =3.170.576=1.825 大齿轮轴的pv值为： =0.740.412=0.305 由参考文献3中表12-6查得，轴承合金的pv值为12.5，所以大小齿轮轴的pv值均达到要求，均合格。第四节 法兰加工进给系统设计一、法兰加工孔进给系统的总体设计（一）结合工艺进行分析由之前的工艺分析可知，法兰加工孔的转动进给量取f=0.15r/min，而转速取500r