1、 锻锤三缸镗缸机的研制镗轴组件设计摘要 本课题研究的是专门用于镗削加工 C41-2000 型空气锤的三个气门孔的专用镗床，设计对主传动系统的设计部分与镗轴的设计部分作了详细说明，对一些辅助装置也作了相应的描述。设计从总体布局开始引出，通过认真研究、分析了设计任务书后，针对任务书的要求进行了课题调研和现场考察，提出了传动设计方案。确定电动机的功率，分析各种传动下的主轴的转速，转矩以及所消耗的功率。确定传动过程和传动装置，选择合理的齿轮传动，选择了齿轮的齿数及齿宽，最后对齿轮的齿数和模数的校核。在主轴的设计中，初选结构参数，确定组件的布局，然后在已确定主轴结构尺寸的基础上，进行主轴的强度和刚度的校
2、核。正确选择轴承，并对轴承进行校核验算。本文将重点叙述主变速传动设计部分和镗轴的设计部分。主变速系统设计进行中，这些部分将以工作缸镗轴变速箱输入轴为主要设计和校验对象，在此基础上尽量扩大轴的尺寸，以满足其它各轴的设计要求，轴径大小与长度的选择、轴的轴向定位、周向定位、轴的强度校核为本章的主要内容。镗轴设计中，以镗轴的组件的设计为重点，以镗轴的悬伸量选择，跨度计算和刚度的计算展开，并对镗轴的性能和基本要求等做了粗略介绍。关键词：专用机床 三缸镗床 主轴传动 Forging hammer three-cylinder boring lathe development boring axis mod
3、ule designAbstract What this topic research is uses in processing the C41-2000 air hammer pneumatic hammers three valve port special-purpose boring lathes boring specially, designed has given the detailed explanation to the master drive systems design part and the boring axis design part, has also m
4、ade the corresponding description on some auxiliary units. The design starts from the entire distribution to draw out, after studies, has analyzed the design project description earnestly, in view of the project description request has carried on the topic investigation and study and the scene inspe
5、ction, proposed the transmission design proposal. The definite electric motors power, analyzes under each transmission main axles rotational speed, the power which the torque as well as consumes. The definite transmission process and the transmission device, choose the reasonable gear drive, has cho
6、sen gears number of teeth and the tooth width, finally counter gears number of teeth and modulus examination. In main axles design, primary election design parameter, definite modules layout, then, determined that the main axle structure size in the foundation, carries on main axles intensity and th
7、e rigidity examination. Chooses the bearing correctly, and carries on the examination checking calculation to the bearing. This article will narrate the main variable transmission design part and the boring axis design part with emphasis. The main speed change system design carries on, these parts t
8、ake will work the cylinder boring axis gear box input axis as the main design and the verification object, based on this expands macro-axiss size as far as possible, take satisfies other various axes the design requirements, the axle diameter size and the length choice, the axis axial localization,
9、the circumferential localization, the axis intensity examination as this chapter primary coverage. In the boring axis design, take the boring axiss modules design as the key point, hangs by the boring axis extends the quantity choice, the span computation and the rigidity computation launches, and s
10、o on has made the sketchy introduction to the boring axiss performance and the essential requirements.Key words: Special machine Three axle boring lathe Main axle transmission 0引 言锻锤三缸镗缸机是功能比较单一的一种专用镗床，工艺范围窄，只能用于加工空气锤的一道特定工序,但结构简单，且适用于大批量生产。设计是针对 2000kg 空气锤上锤身的三个气门孔的加工要求进行专用镗床的设计。专用镗床的设计不仅可以为企业很好的解决
11、空气锤的加工性能及要求的加工需求，还可以为企业节约资金，提高生产效率。实现三孔同时加工，大大地节约了生产时间，能够使劳动力得到更好地发挥。设计内容的是 C412000 三孔镗的主轴组件，该专用机床实现了同时镗三孔，主轴组件是机床的重要部件之一，它是机床的执行件。主轴组件由主轴及其支承和安装在主轴上的传动件、密封件等组成。主轴传动件的类型及其布置方式，对主轴组件的强度，组件的强度，寿命校核等都有较大的影响，因此该部分的设计是本课题设计的重点之一。1第一章 机床总体布局方案设计主要是确定主轴组件的总体结构，传动原理以及基本运动动力参数。C412000 三孔镗床是一种专门的设备，专门用来加工 200
12、0kg 空气锤的上锤身的三个气门孔。三个气门孔要求在水平方向要轴线互相平行，三个气门孔的轴线在垂直方向要处在一个垂直线上。依据总体布局如下：图 11 总体布局图方案采用用卧式，如图 11 所示，加工的三个孔的三条中心轴线位于同一平面内，该平面垂直于工件的底面。工件的定位基准采用锤身的底面和铸孔的中心轴线，保证了位置要求和垂直度要求，通过动力箱在导轨上的移动实现进给运动。优点：三个轴同时进行镗削加工，提高了加工效率。工人可直接操纵动力箱上的手柄进行加工操作。采用固定工作台，工件的装卸简单易行，可直接实现吊装，无需工作台的移动，大大降低了工作台的设计复杂度。同时选用了合理的定位基准面，保证了加工的
13、精度要求，定位装置和夹具的设计较前两种方案比较简单。在工作台上可设置两刀架，增加在加工过程中刀杠的稳定性，提高加工精度。缺点：导轨和刀杠都要求较长，不易实现液压滑台。动力箱直接在导轨上滑动，要求导轨要能承受较大的压力。2第二章 主传动方案的设计2.1 结构布局方案的选定由总体方案知，该厂处于新厂建设阶段，且 C41-2000 型空气锤的需求量较小，生产率为 60 件每年。该设备为专用设备，本加工内容主要镗削空气锤三个气门阀孔，并达到一定的表面粗糙度，装配中要与气门套配合。由于三个气门阀芯要联动旋转，所以要求三个孔的中心轴线相互平行且连线与底面垂直，三孔之间并有一定的位置要求。机器的自动化程度较
14、低，机器的造型不做过多要求，但要求其工作可靠性高，操作方便。该公司车间的综合环境较差。工件图如下：图 21 工件图则对于主轴部件传动的设计可采取下列方案：图 22 方案图主轴的回转运动采取机械传动，由电动机驱动。电动机传递的功率驱使三轴运动，并能够实现三轴同时运动，即能够实现同时镗三个孔。对于主轴部件的设计，可设定方案主体应包括以下装置。3图 23 结构装置图 则可采取以下方案：方案 a方案 b图 2-4 方案设计图方案 a: 主轴由主电机经减速器及变速齿轮传动，传动过程中用一个滑移双联齿轮，通过调节双联齿轮实现两档变速，最后用一个 定比传动装置传到主轴上。变速箱内轴由上1:至下依次为轴、轴、
15、轴、轴。主轴由上至下为 1 轴、2 轴、3 轴。低速时：电动机经过减速器的减速后，经过联轴器作用，传递到轴上，轴上的主动齿轮与双联齿轮啮合，运动传递到轴上，通过轴上齿轮 3 与齿轮 4 的啮合，运4动传递到轴。又通过一个中间介轮与齿轮 1 的啮合，把运动传递到轴，实现三轴同时工作。由于传动过程中使用中间介轮，使得输出三轴的转向不同，即 1 轴和 2 轴的转向相同，与 3 轴的转向相反。如果要使得三轴的转向一致的话，可再使用一个介轮分别与齿轮 3 和齿轮 4 啮合，这样就实现三轴的转向一致。高速转动时，只需用拨叉来调节滑移双联齿轮来实现变档，使齿轮 1 与双联齿轮的低齿端啮合方案 b: 为满足传
16、递要求，运动传递可采用带传动。V 型带的结构紧凑，大多数 V 带都已标准化，有广泛的应用。选用 V 型带传动，传动方案图如下。电动机经过有一定的传动比的 V 带传递运动，通过有离合器的一对啮合齿轮的传动，最后用一个 1：1 的定比传递到主轴上。实现低速转动时，电动机经 V 带传递到到轴 上，经过离合器的作用，小齿轮 4 与大齿轮 5 啮合，使得转速减到满足转速要求，满足了加工要求。高速转动时，经过离合器的作用使齿轮 4 与齿轮 5 脱离，实现了高速。 2.2 方案的论证方案 a: 总体结构简单，是专用机床的很好体现，在工业生产中，可以根据经验和要求选择合适的减速器来满足生产要求。减速器和变速箱
17、都采用卧式，传动平稳，结构紧凑，外尺寸小，大大降低了生产成本，增强了企业效益。且在对工件加工要求不太高的情况下，完全满足了实际生产中的要求。变速箱内齿轮传动采用齿轮传动，承载能力和速度范围大，传动比恒定，外廓尺寸小，工作可靠，效率高，寿命长，但是制造安装精度要求高，且噪声较大。方案 b: 结构有点复杂，采用 V 型带传动，使得传动平稳，噪声小，能缓冲吸振，但是结构简单、轴间矩较大，成本低、外廓尺寸大，传动比不恒定，寿命短。在变速箱内采用齿轮传动，且采用离合器来调节齿轮传动，结构比较复杂，传递不太稳定，成本高。依据总体设计方案知，加工 C41-2000 空气锤三个气门孔的工作环境比较恶劣，生产过
18、程中摩擦较大，带轮的磨损厉害，制造和维修成本较高。综上所述，选择方案 a。5第三章 镗轴组件主要参数确定3.1 设计参数根据总体方案的要求，用于加工 C41-2000 型空气锤三个气门孔的镗削加工, 工件的材料为 HT200,硬度为 170HBS.其加工要求如下:(1) 须加工的三个孔的中心轴线要相互平行,且位于同一平面内,该平面垂直于工件的底面。(2) 被加工的三个孔的表面粗糙度均为 Ra3.2。(3) 被加工的三个孔的尺寸为:上孔（孔 1）:280mm,上偏差 0mm,下偏差-0.029mm;中间孔（孔 2）:270mm,上偏差 0mm,下偏差-0.029mm;下孔（孔 3）: 270mm
19、,上偏差 0mm,下偏差-0.029mm 。(4) 被加工孔的相互位置精度为:孔 1 中心轴线与孔 2 中心轴线的距离为 670mm，上偏差 0.05mm，下偏差-0.05mm；孔 2 中心轴线与孔 3 中心轴线的距离为 400mm，上偏差 0.05mm，下偏差-0.05mm；孔 3 与工件底面的距离为 511mm，上偏差 0.10mm，下偏差-0.10mm。3.2 切削用量有方案知主轴的传动可实现两种速度，一低一高。低速转动时，按经验并参考切削用量资料金属切削刀具取低速运动时的转速，初选=50m/min minV= (3-1)inminax10056.87/min3.42rd主轴采用较高速转
20、动时，按经验，并参考金属切削刀具 ，取高速运动时的转速，初选=75m/minminV=inminax100758.3/min3.42rd6进给量的确定查有关镗削加工的切削用量手册粗镗时初取 =0.150.2f精镗时初取 =0.080.153.3 确定电动机功率主运动驱动电动机功率的确定机床进行镗削时的主切削力：粗镗： 初取 =2mm，进给量 =0.2mm/minpaf查金属切削刀具上知切削力=9.81 （3-cFFcxypcCafK2）已知工件材料为灰铸铁,硬度 HBS 为 170,刀具材料为硬质合金，查金属切削刀具查表 4.2 知=92， =1.0, =0.75, = ,查 n=0.4FcC
21、FcxFcyFcK190nHBS=9.81cFcxypcCafK=9.8192 1.02.750.419=517N初选切削用量为：V=50m/min因而我们得出：切削时所消耗的功率=0.43kw （3-3）60ccVPF在实际生产中,可以根据经验公式：= （3-4）ed切效7式中: 机床的总机械效率,对于主运动为回转运动的机床 , =0.750.9。效 效工件工作时三镗轴同时工作，则 = 3 =1.29kwP切 12cP= = edP切效 0.439.75粗得 在 1.431.52 之间ed选定电动机功率 =1.5kwP生产单位一般用三相交流电源，故选用交流电动机。电动机的额定电压一般为380
22、v。Y 系列三相笼型异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，故选用工业上广泛应用的我国设计的及国际市场上的统一系列Y 系列三相异步电动机。根据工作机所需要的功率大小和中间传动装置的效率以及机器的工作条件。确定电动机额定功率 Pm=1.5kw。查表选电动机。电动机型号为 Y90L-4，各类参数据如下表 1 所示。表 3-1 电动机参数表满载时型号额定功率KW转速/rmin电流/A效率（）功率因数堵转电流额定电流堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩Y90L-4 1.5 1400 3.7 80 0.79 6.5 2.2 2.2同步转速 N=1400r/min3.4 选定减速器由于机床是专用机床，在工业生产中可以根据经验来购买减速器。由上知粗镗时主转转速=minminax10056.87/min3.42Vrd则可得减速器的传动比 10.65.8edin
