第一章

緒論

外表淬火是熱處理的一種工藝，僅對(duì)零件的外表進(jìn)行處理，以到達(dá)零件外表的性能，而保持心部的性能不變。正確選擇外表淬火工藝必須了解工件的工作情況和服役條件，零件的結(jié)構(gòu)、形狀以及使用的材料等各個(gè)方面，從生產(chǎn)和實(shí)用角度去考慮解決方案。原那么是從實(shí)際出發(fā)且經(jīng)濟(jì)有效。

在許多情況下，采用外表淬火處理能夠較理想地解決外表和心部性能要求不一致的矛盾，即既能改善外表強(qiáng)度、硬度和耐磨性，又能保持心部大塑性和韌性，使材料的潛力得到充分的發(fā)揮，滿足生產(chǎn)技術(shù)要求。

1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

(1)

電源

國(guó)外IGBT、MOSFET和SIT全固態(tài)晶體管電源技術(shù)逐步成熟，并已商品化、系列化，目前有1200kW、50kHz；50~100kHz、30~600kW；100kW、80kHz；低頻段有取代晶閘管電源趨勢(shì)；MOSFET多采用并聯(lián)振蕩電路，SIT多采用串聯(lián)諧振電路，功率高達(dá)1000

kW、頻率200kHz和400kW、400kHz。它們都是電子管式高頻電源的理想替代產(chǎn)品。當(dāng)輸出功率與電子管電源相同時(shí)，節(jié)電35%～40%，節(jié)省安裝面積50%，節(jié)約冷卻水40%～50%。隨著科技的進(jìn)步，在高頻感應(yīng)淬火領(lǐng)域，MOSFET有望取代SIT。

(2)

淬火機(jī)床

感應(yīng)淬火機(jī)床更加趨向自動(dòng)化，CNC控制逐漸增多，自動(dòng)分檢零件與自動(dòng)識(shí)別進(jìn)機(jī)零件功能的機(jī)床增多。

1〕通用淬火機(jī)床

通用淬火機(jī)床朝柔性化方向開(kāi)展，一臺(tái)淬火機(jī)床可以對(duì)不同性能要求的不同零件感應(yīng)加熱淬火。德國(guó)研制的一種曲軸淬火機(jī)床，法蘭件感應(yīng)淬火柔性加工系統(tǒng)略加調(diào)整能處理不同尺寸的相似工件；對(duì)于軸類(lèi)零件在一定直徑范圍內(nèi)〔如30mm〕與長(zhǎng)度300～800

mm范圍內(nèi)，對(duì)于相似淬火要求的軸類(lèi)零件，淬火機(jī)能自動(dòng)編制14種程序，自動(dòng)識(shí)別進(jìn)機(jī)零件；最近推出了雙主軸立式淬火機(jī)，在一個(gè)緊湊的工藝單元內(nèi)進(jìn)行工件的淬火與回火，能處理輪軸、三槽套及其他萬(wàn)向節(jié)件，轉(zhuǎn)換工件只需2～5min，用計(jì)算機(jī)編程，根據(jù)工件號(hào)在2

min內(nèi)就可調(diào)出有關(guān)工藝數(shù)據(jù)；一汽引進(jìn)的GH公司數(shù)控淬火設(shè)備通用性強(qiáng)、自動(dòng)化程度，在復(fù)雜零件上可實(shí)現(xiàn)多段變功變速，編程容易、操作方便。圖1是GH公司的數(shù)控淬火機(jī)床。

圖1

GH公司的數(shù)控淬火機(jī)床

2〕專用淬火機(jī)床

專用淬火機(jī)床更加專用化，采用機(jī)械手上下零件，加熱、淬火、回火、校直、檢查完全自動(dòng)進(jìn)行。先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)可以監(jiān)控并屏幕顯示淬火過(guò)程和工藝參數(shù)，跟蹤全部操作過(guò)程，如發(fā)現(xiàn)故障或工藝參數(shù)偏離給定值，便自動(dòng)修正或自動(dòng)列出不合格零件，使控制系統(tǒng)暫停工作并報(bào)警，同時(shí)屏幕上顯示故障性質(zhì)和所要修正的動(dòng)作。更先進(jìn)的控制系統(tǒng)還適應(yīng)材料化學(xué)成分的波動(dòng)，并自動(dòng)調(diào)整比功率或加熱時(shí)間，以保證感應(yīng)淬火零件的質(zhì)量。例如日本高周波熱煉株式會(huì)社川崎工廠的臥式半軸淬火機(jī)床，上尾廠可同時(shí)淬三根半軸，群馬廠可同時(shí)淬兩根半軸，機(jī)床實(shí)際上是感應(yīng)熱處理生產(chǎn)線，全過(guò)程除校直、熒光探傷檢查需一名工人外，其余全部自動(dòng)進(jìn)行。

3〕機(jī)器人的應(yīng)用

日本高周波熱煉株式會(huì)社制造的一臺(tái)立式通用淬火機(jī)床上配置一臺(tái)機(jī)器人，機(jī)器人將一個(gè)二匝的感應(yīng)器進(jìn)行依次平面掃描，使一塊塑料板變色，雖然使用電源功率只3

kW，但也可以看出機(jī)器人在感應(yīng)熱處理中的應(yīng)用趨勢(shì)。

4〕機(jī)電一體化

將電源、淬火機(jī)床、冷卻系統(tǒng)組成成套裝置，具有占地面積小、生產(chǎn)效率高、一次安裝調(diào)試容易等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外最近問(wèn)世的曲軸固定加熱淬火裝置占地面積僅為組合式成套裝置的1/4。

(3)

淬火工藝

1〕靜止式曲軸感應(yīng)淬火

采用靜止式曲軸感應(yīng)淬火新技術(shù)的最初的兩臺(tái)裝置在福特公司V6和V8曲軸淬火和回火工藝中得以應(yīng)用，表現(xiàn)出了良好的市場(chǎng)前景。其特點(diǎn)是：加熱時(shí)間短，一般僅為～4s，傳統(tǒng)工藝是7～12s；電效率高、本錢(qián)低；感應(yīng)器與工件之間允許有較大間隙，調(diào)整方便；操作簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、易于維護(hù)；占地面積小，僅為原來(lái)的20%左右。

2〕低淬透性鋼齒輪淬火

現(xiàn)在俄羅斯許多汽車(chē)工廠廣泛采用低淬透性鋼進(jìn)行整體感應(yīng)加熱外表淬火，已大量應(yīng)用于汽車(chē)、拖拉機(jī)后橋齒輪、挖掘機(jī)齒輪、傳動(dòng)十字軸、火車(chē)車(chē)廂用滾動(dòng)軸承、汽車(chē)板簧、鐵路螺旋彈簧等，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

3〕雙頻感應(yīng)加熱淬火

國(guó)外雙頻淬火主要用于齒輪。20世紀(jì)90年代，美國(guó)用10kHz中頻和150kHz高頻電源，先讓齒輪在中頻感應(yīng)器中加熱，然后迅速降到高頻感應(yīng)器中加熱，最后落入油中淬火。進(jìn)入21世紀(jì)，此工藝又有新進(jìn)展，如GH公司采用電力電子開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換頻率，使齒輪的齒頂和齒跟的加熱更加均勻，更好地保證了齒輪的淬火質(zhì)量。

電源

電源是感應(yīng)加熱的關(guān)鍵設(shè)備之一，隨著感應(yīng)加熱技術(shù)的開(kāi)展，經(jīng)歷了機(jī)械式中頻發(fā)電機(jī)組和真空管式高頻電源、晶閘管中頻電源及全晶體管電源三個(gè)開(kāi)展階段。在20世紀(jì)80年代后期，在工業(yè)興旺國(guó)家，晶閘管中頻電源已完全取代了中頻發(fā)電機(jī)組，我國(guó)自90年代中期也已逐步取代。

同機(jī)械式中頻發(fā)電機(jī)組相比，晶閘管〔SCR〕中頻電源具有以下優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、材料消耗少；電效率高，逆變停止時(shí)幾乎不消耗電能，逆變效率可達(dá)90%以上；無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)、噪音小、運(yùn)行可靠、負(fù)載匹配容易，可以根據(jù)負(fù)載情況確定電源的頻率；啟動(dòng)停止方便，頻率能自動(dòng)跟蹤以保持最正確運(yùn)行狀態(tài)；產(chǎn)品設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、制造周期短；安裝容易，不需要特殊的根底；維修方便等。

我國(guó)的晶閘管中頻電源的共同特點(diǎn)是全集成化控制線路數(shù)字化程度高于90%、啟動(dòng)成功率幾乎到達(dá)100%、除具有常規(guī)的水壓缺乏、快熔熔斷、過(guò)流、過(guò)壓等保護(hù)功能外，還具有限流、限壓等保護(hù)功能、功能較齊全的晶閘管電源還配置逆變失敗、水溫監(jiān)視等可選功能，其頻率最高可以作到8kHz，額定功率可以作到1000kW左右，如果在裝配工藝上再進(jìn)一步改良的話，可以接近世界先進(jìn)水平。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，跟蹤80年代國(guó)際感應(yīng)加熱技術(shù)水平，我國(guó)于90年代中期開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)電效率較高的50kW/50kHz

IGBT電流型超音頻感應(yīng)加熱電源(圖2)。目前可做到頻率～50kHz、最大功率可到達(dá)800

kW，頻率到達(dá)100kHz時(shí)功率到達(dá)100

kW。

圖2

IGBT電流型超音頻感應(yīng)加熱電源

IGBT應(yīng)用同期，我國(guó)還成功研制出20

kW/300kHz

MOSFET高頻電源，縮小了同國(guó)際先進(jìn)水平的差距，隨著大功率MOSFET器件的問(wèn)世，大功率的晶體管高頻電源有望年內(nèi)在感應(yīng)淬火中應(yīng)用。

淬火工藝

隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速開(kāi)展，我國(guó)采用感應(yīng)淬火的零件的種類(lèi)和品種不斷增加。目前我國(guó)汽車(chē)零件感應(yīng)淬火用材料包括：45#、40Cr、55MnVS、40MnB、42CrMo、35#、ZG45、球鐵、合金鑄鐵等。感應(yīng)加熱淬火介質(zhì)包括：水、聚乙烯醇、聚迷水溶性淬火介質(zhì)、UCON、豪富頓251等。所采用的加熱方式及應(yīng)用主要包括：橫向磁場(chǎng)靜止一次加熱淬火〔銷(xiāo)軸類(lèi)零件、凸輪軸〕；橫向磁場(chǎng)連續(xù)加熱淬火〔減振器桿、變速叉軸、扭桿等〕；橫向磁場(chǎng)多段連續(xù)加熱淬火〔起動(dòng)機(jī)軸、空壓機(jī)軸等〕；縱向磁場(chǎng)整體一次加熱淬火〔半軸等〕；仿形感應(yīng)器零件旋轉(zhuǎn)加熱淬火〔球頭銷(xiāo)〕；感應(yīng)接觸加熱淬火〔轉(zhuǎn)向齒條〕；內(nèi)孔的一次及連續(xù)加熱淬火〔輸出法蘭、鐘型殼內(nèi)腔〕；階梯軸類(lèi)零件的旋轉(zhuǎn)加熱淬火〔小紅旗后輪轂軸、轉(zhuǎn)向節(jié)〕；平面類(lèi)零件的一次及連續(xù)加熱淬火〔鋼板彈簧橫向限位板〕；薄壁類(lèi)復(fù)雜零件一次及連續(xù)加熱淬火〔前輪轂、滑動(dòng)軸叉〕；復(fù)雜形狀零件的一次加熱淬火〔鐘型殼變截面軸〕；槽口一次淬火〔變速叉〕；復(fù)雜回線工件旋轉(zhuǎn)一次加熱淬火〔曲軸〕等。

淬火機(jī)床

為了適應(yīng)多品種的批量生產(chǎn)，在汽車(chē)生產(chǎn)應(yīng)用中，我國(guó)引進(jìn)的感應(yīng)淬火機(jī)床種類(lèi)由傳統(tǒng)的專用設(shè)備逐步向柔性化程度較高的通用設(shè)備和專用淬火自動(dòng)生產(chǎn)線開(kāi)展。

通用淬火機(jī)床方面，一汽技術(shù)中心開(kāi)發(fā)的臥式數(shù)控淬火機(jī)床〔圖3〕主驅(qū)動(dòng)采用交流伺服電機(jī)拖動(dòng)，移動(dòng)速度穩(wěn)定均勻、定位準(zhǔn)確、重復(fù)精度高；零件旋轉(zhuǎn)采用變頻調(diào)速，能適應(yīng)多方面工藝要求；采用能量和數(shù)控技術(shù)對(duì)不同性能要求的不同零件感應(yīng)加熱淬火，甚至在同一零件上實(shí)現(xiàn)多段變功變速，編程容易可操作性強(qiáng)。

圖3

通用數(shù)控淬火機(jī)床

專用淬火機(jī)床方面，二汽和天舒機(jī)電科技經(jīng)過(guò)多年努力，攻克一個(gè)個(gè)難關(guān)，采用功率脈沖分配技術(shù)、尾座自由頂尖技術(shù)、薄型淬火變壓器技術(shù)、獨(dú)立懸掛技術(shù)、懸掛平衡技術(shù)等分別研制成功曲軸全自動(dòng)淬火機(jī)床〔圖4〕，與電源、水冷系統(tǒng)組成成套淬火設(shè)備可對(duì)車(chē)用內(nèi)燃機(jī)曲軸進(jìn)行各軸徑的圓角+軸徑淬火、軸徑淬火自回火，采用計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)顯示屏對(duì)設(shè)備的加熱、淬火工藝參數(shù)諸如電壓、電流、頻率、時(shí)間、壓力、流量溫度等進(jìn)行監(jiān)控和顯示，目前國(guó)內(nèi)多家采用。

第2章

汽車(chē)后橋半軸淬火機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)確定

總體設(shè)計(jì)，是確定所設(shè)計(jì)機(jī)床的工藝方法、運(yùn)動(dòng)及其分配、傳動(dòng)和控制、結(jié)構(gòu)和性能，最后畫(huà)出機(jī)床總體布局圖等機(jī)床設(shè)計(jì)工作。

2.2.1

工藝方案確實(shí)定

上的工藝方法多種多樣，其對(duì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)和性能影響很大。工藝方法的改革常導(dǎo)致機(jī)床的運(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)、布局、結(jié)構(gòu)、性能以及經(jīng)濟(jì)效果等方面的一系列變化。本機(jī)床是用來(lái)加工汽車(chē)后橋半軸淬火專用組合機(jī)床，具體工藝見(jiàn)工藝過(guò)程卡片和工序卡片，此機(jī)床設(shè)計(jì)的是專用淬火的組合機(jī)床。

2.2.2

夾具方案的擬定

機(jī)床，夾具是針對(duì)某特定工件而設(shè)計(jì)的，它是專用機(jī)床的一個(gè)重要部件，夾具方案的擬定是專用機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)的組成局部，本機(jī)床夾具用專用液壓夾具，用限位裝置，V

形塊定位，來(lái)夾緊汽車(chē)后橋半軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，淬火。

2.2.3

機(jī)床運(yùn)動(dòng)確實(shí)定

運(yùn)動(dòng)確實(shí)定

是要確定機(jī)床運(yùn)動(dòng)的數(shù)目、運(yùn)動(dòng)的類(lèi)型以及運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行件。

來(lái)說(shuō)，工藝方法決定機(jī)床運(yùn)動(dòng)，上述專用組合機(jī)床的工藝方法是先將未淬火的汽車(chē)后橋半軸至于V形塊上，然后升降臺(tái)升起，將工件的中心線與主傳動(dòng)的頂尖中心線位置在同一水平線上，然后尾座氣缸工作，尾座氣缸驅(qū)動(dòng)頂尖，與主傳動(dòng)的頂尖共同頂住汽車(chē)后橋半軸，然后底座氣缸工作，使得導(dǎo)輪在導(dǎo)軌上向上有一個(gè)滑動(dòng)的過(guò)程，使工件順利的進(jìn)入到感應(yīng)線圈中。導(dǎo)軌為有一定上升角度的導(dǎo)軌，因?yàn)橹鱾鲃?dòng)的頂尖后端有一法蘭盤(pán)，為了防止該法蘭盤(pán)進(jìn)入到感應(yīng)線圈中應(yīng)選用此導(dǎo)軌。

總體布局是確定機(jī)床的組成部件以及各個(gè)部件和操縱。機(jī)床共包括，主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，工作臺(tái)升降局部，機(jī)床整體升降局部，尾座氣缸加緊機(jī)構(gòu)，V形塊安裝在工作臺(tái)上，工作臺(tái)由進(jìn)給氣缸驅(qū)動(dòng)，沿床身導(dǎo)軌作縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，行程開(kāi)關(guān)等分別設(shè)在機(jī)床中適當(dāng)部位。

2.3.1

運(yùn)動(dòng)的分配

上的工藝方法確定后，在加工時(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)亦隨著被規(guī)定了，機(jī)床運(yùn)動(dòng)的合理分配是由多方面因素決定的，對(duì)于一般旋轉(zhuǎn)均由完成比擬方便，為了提高被加工孔中心線的直線度，須將回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)分配給工件，不過(guò)此設(shè)計(jì)的組合機(jī)床即是一般情況即可。

配置型式及結(jié)構(gòu)方案確實(shí)定

根據(jù)上述工藝方案確定機(jī)床的型式和總體布局。在選擇機(jī)床配置型式時(shí)，既考慮到實(shí)現(xiàn)工藝方案，保證加工精度、技術(shù)要求及生產(chǎn)率;又考慮到機(jī)床操作、維護(hù)、修理、排屑的方便性，還注意到被加工零件的生產(chǎn)批量。

影響組合鉆床配置型式和結(jié)構(gòu)方案的主要因素有:

①加工精度

根據(jù)工件的生產(chǎn)類(lèi)型，完全可以采用單工位固定夾具的機(jī)床型式。被加工件的尺寸、形狀、加工部位的特征根據(jù)被加工零件的特點(diǎn)，適于采用臥式機(jī)床，臥式機(jī)床可使定位基面與設(shè)計(jì)基面重合。

②操作的方便性

合理確定裝料高度以使操作方便。在現(xiàn)階段，設(shè)計(jì)組合機(jī)床時(shí)，裝料高度可視具體情況在850～1180mm

之間選取，由于被加工件較小，裝料高度可稍高些。

③夾具形式對(duì)機(jī)床方案的影響

從工件形狀看，似乎可采用立式機(jī)床加工，但是考慮從裝配結(jié)合面鉆孔的必要性，主定位基面又是選用裝配結(jié)合面，不能改為相對(duì)面，這樣立式淬火夾具設(shè)計(jì)比擬難，因而采用臥式加工方案。

④

使用廠的技術(shù)能力和工作環(huán)境

為使鉆床在溫度過(guò)高時(shí)工作性能穩(wěn)定，而且由于被加工件不需屢次進(jìn)給，應(yīng)選用機(jī)械通用部件配置專用淬火機(jī)床。

第3章

汽車(chē)后橋半軸淬火機(jī)的參數(shù)確定

3.1電動(dòng)機(jī)的選擇

按工作條件和要求，送料所用電動(dòng)機(jī)選擇Y系列一般用途的三相交流異步電動(dòng)機(jī)；控制回轉(zhuǎn)臺(tái)所用的電動(dòng)機(jī)選擇伺服電動(dòng)機(jī)，泵站所用電動(dòng)機(jī)選擇Y系列的三相交流異步電動(dòng)機(jī)。

電動(dòng)機(jī)的額定功率為Ped,電動(dòng)機(jī)所需功率為Pd，選擇要求為Ped≥Pd，而：

上式中：

Pw－工作機(jī)的傳動(dòng)功率〔KW〕;

η－由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的總效率；

F

－工作機(jī)的阻力〔N〕；

V

－工作機(jī)的線速度〔m/s〕；

Tw－工作機(jī)的阻力矩〔N/m〕；

nw－工作機(jī)的轉(zhuǎn)速〔r/min〕；

ηw－工作機(jī)的效率；,滾動(dòng)軸承效率ηr=0.97，取7級(jí)精度齒輪傳動(dòng)〔稀油潤(rùn)滑〕效率ηg=0.98，聯(lián)軸器效率為ηv=0.98，那么總效率為：

故

因?yàn)檩d荷平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)的額定功率略大于或者等于Pd即可，查?機(jī)械設(shè)計(jì)?中表10-2中Y系列電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)，選交流電動(dòng)機(jī)的額定功率Ped為1.5kw。

3.1.3

確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

工作機(jī)轉(zhuǎn)速為,按?機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)?中表2-4和表2-5推薦的各級(jí)傳動(dòng)比范圍：二級(jí)展開(kāi)式圓柱減速器傳動(dòng)比范圍,，總傳動(dòng)比,Y系列異步交流電動(dòng)機(jī)符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有，三種，伺服電動(dòng)機(jī)可選MHM502,同步轉(zhuǎn)速,額定轉(zhuǎn)速；三相交流異步電動(dòng)機(jī)可選同步轉(zhuǎn)速的Y系列異步電動(dòng)機(jī)Y90S-2,額定功率1.5KW,滿載轉(zhuǎn)速為2840r/min。

所以電機(jī)選用Y90S-2型電機(jī)

聯(lián)軸器是機(jī)械傳動(dòng)中常用的部件。它們主要用來(lái)連接軸或軸與其它回轉(zhuǎn)部件，以傳遞運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)矩，有時(shí)也可用作平安裝置。

聯(lián)軸器所連接的兩軸，由于制造及安裝誤差，承載后的變形及溫度變化的影響等，往往不能保證嚴(yán)格的對(duì)中，而存在著某種程度的相對(duì)位移，這就是說(shuō)在設(shè)計(jì)聯(lián)軸器時(shí)，要從結(jié)構(gòu)上采取不同的措施，使之具有適應(yīng)一定范圍的相對(duì)位移的功能。

根據(jù)對(duì)各種相對(duì)位移有無(wú)補(bǔ)償能力〔即能否再發(fā)生相對(duì)位移的情況下保持連接的功能〕，聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器兩大類(lèi)。

絕大多數(shù)聯(lián)軸器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化或規(guī)格化，所以我們一般只是選用補(bǔ)用設(shè)計(jì)。根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉(zhuǎn)速的上下，被連接兩部件的安裝精度等，參考各類(lèi)聯(lián)軸器的特性，選擇一種適宜的聯(lián)軸器類(lèi)型。具體選擇時(shí)可考慮一下幾點(diǎn)：

〔1〕所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖減震功能的要求。例如，對(duì)大功率的重載轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)。可選用齒式聯(lián)軸器，對(duì)嚴(yán)重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉(zhuǎn)震動(dòng)的傳動(dòng)，可選用輪胎式聯(lián)軸器等具有高彈性的聯(lián)軸器。

〔2〕聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速上下和引起的離心力大小。對(duì)于高速傳動(dòng)軸，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器等，而不宜選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器等等。

〔3〕

兩軸相對(duì)位移的大小和方向。當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴(yán)格精確對(duì)中，或工作過(guò)程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對(duì)位移時(shí)，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。例如當(dāng)徑向位移較大時(shí)，可選滑塊聯(lián)軸器，角位移較大或相交兩軸的連接可選用萬(wàn)向聯(lián)軸器。

〔4〕

聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬原件制成的不需潤(rùn)滑的聯(lián)軸器比擬可靠，需要潤(rùn)滑的聯(lián)軸器，其性能易受到潤(rùn)滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。含橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對(duì)溫度，腐蝕性介質(zhì)及強(qiáng)光等比擬敏感，而且容易老化。

(5)

聯(lián)軸器的制造，安裝，維護(hù)和本錢(qián)。在滿足使用性能的前提下，因選用拆裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，本錢(qián)低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且拆裝方便，可用于低速，剛性大的傳動(dòng)軸。一般的非金屬?gòu)椥栽?lián)軸器，由于具有良好的綜合性能，廣泛用于中小功率傳動(dòng).聯(lián)軸器的選擇

根據(jù)選擇要求和使用條件選用YL8型聯(lián)軸器，它的尺寸及標(biāo)準(zhǔn)如下列圖所示：

聯(lián)軸器參數(shù)

型號(hào)

公稱扭矩

許用轉(zhuǎn)速

周孔直徑(H7)

軸孔長(zhǎng)度L

D

GYH2

10000

130

表續(xù)

聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)

D1

螺栓

L0

重量

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

4O

數(shù)量4

直徑

M8

3.3

計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)

3.3.1

各級(jí)傳動(dòng)比確實(shí)定

上式中：

nw

--

工作機(jī)的轉(zhuǎn)速；

所以

采用一級(jí)同步帶傳動(dòng)，二級(jí)齒輪傳動(dòng)，三級(jí)齒輪傳動(dòng)〔帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比一般為,推薦值為,二級(jí)齒輪減速器的傳動(dòng)比范圍為8～40，最大值不超過(guò)60〕。

3.3.2

各軸轉(zhuǎn)速

伺服電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速：；

一軸的轉(zhuǎn)速:；

二軸的轉(zhuǎn)速:；

三軸〔即輸出軸〕轉(zhuǎn)速：

3.3.3

各軸功率

一軸功率：

二軸功率：

三軸〔即工作機(jī)軸〕

第四章導(dǎo)軌的選擇

4.1導(dǎo)軌的功用與分類(lèi)

導(dǎo)軌的功用是承受載荷和導(dǎo)向。它承受安裝在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)部件及工件的質(zhì)量和切削力，運(yùn)動(dòng)部件可以沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌稱為動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的導(dǎo)軌稱為靜導(dǎo)軌或者支承導(dǎo)軌。動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于靜導(dǎo)軌可以作直線運(yùn)動(dòng)或者回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。有用于保證主運(yùn)動(dòng)軌跡的，也有用于調(diào)整部件之間的相對(duì)位置的，后者在加工時(shí)沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支承導(dǎo)軌只有一個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，以保證單一方向的導(dǎo)向性。通常動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支承導(dǎo)軌只能作直線運(yùn)動(dòng)或圓周軌跡運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的稱為直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌；實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)的稱為圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。

導(dǎo)軌按結(jié)構(gòu)形式可以分為開(kāi)式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。開(kāi)式導(dǎo)軌是指在部件自重和載荷的作用下，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌的工作面始終保持接觸、貼合，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但不能承受較大顛覆力矩的作用，而閉式導(dǎo)軌借助于壓板使導(dǎo)軌能承受較大的顛覆力矩作用。本設(shè)計(jì)中，由于導(dǎo)軌必須承受較大的顛覆力矩作用，經(jīng)過(guò)綜合考慮選用閉式導(dǎo)軌。

根據(jù)導(dǎo)軌面的磨擦性質(zhì)，導(dǎo)軌又可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌?；瑒?dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，精度和剛度易于保證，故在通用機(jī)床上得到廣泛的應(yīng)用；但其摩擦因素較大，易磨損，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性較差。而滾動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，動(dòng)靜摩擦系數(shù)很近，因此摩擦阻力小，運(yùn)動(dòng)輕便靈活，靈敏度高；運(yùn)動(dòng)所需功率小，摩擦生熱少，磨損也小，精度保持性高；低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，不易產(chǎn)生爬行，移動(dòng)精度和定位精度都較高；滾動(dòng)導(dǎo)軌的潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，以及高速運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)像滑動(dòng)導(dǎo)軌那樣因動(dòng)壓效應(yīng)而使導(dǎo)軌浮起等優(yōu)點(diǎn)。但由于滾動(dòng)體與導(dǎo)軌面之間的接觸面積較小，不易形成油膜阻尼，因而剛度較低，抗振性也較差。如果對(duì)它進(jìn)行預(yù)緊，可在原有剛度的根底上提高數(shù)倍。滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)比擬復(fù)雜，往往需要淬火的鑲鋼導(dǎo)軌，再加上滾動(dòng)導(dǎo)軌的平直度和粗糙度比擬敏感，導(dǎo)軌對(duì)臟物也比擬敏感，因此制造精度也要求較高，而且需要有較好的導(dǎo)軌防護(hù)裝置，故其制造本錢(qián)較高。因此選用滑動(dòng)導(dǎo)軌。又由于實(shí)現(xiàn)的是斜向上線運(yùn)動(dòng)，因此本設(shè)計(jì)中選用帶有一定弧度的導(dǎo)軌。

4.2

導(dǎo)軌應(yīng)滿足的要求

機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量，在很大程度上決定了機(jī)床的加工精度、工作能力及使用壽命。導(dǎo)軌一般情況下應(yīng)滿足精度高、承載能力大、剛度好、摩擦阻力小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好、便于加工、裝配、調(diào)整和維修、本錢(qián)低等要求。下面3個(gè)要求更為突出：

導(dǎo)軌在空載運(yùn)動(dòng)和切削條件下運(yùn)動(dòng)，都應(yīng)具有足夠的導(dǎo)向精度。保證導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度，這是保證導(dǎo)軌工作質(zhì)量的前提。影響導(dǎo)向精度的主要因素有：導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度，導(dǎo)軌和根底件的剛度，導(dǎo)軌的油膜厚度和油膜剛度，導(dǎo)軌和根底件的熱變形等。

考慮到上面種種因素選擇如下導(dǎo)軌

導(dǎo)軌圖4-1

第5章

機(jī)床升降局部設(shè)計(jì)計(jì)算

機(jī)床的升降局部主要由一個(gè)氣缸〔動(dòng)力源〕、兩根導(dǎo)柱〔起導(dǎo)向作用〕、升降臺(tái)以及V形塊來(lái)組成的。

其中工件重量約為14KG，工作臺(tái)重量約為26KG。工廠氣壓站提供的氣壓為0.6~0.8MPa。

升降臺(tái)氣缸

氣缸為非標(biāo)準(zhǔn)件所以需要從新校核設(shè)計(jì)

1.本氣缸采用單作用氣缸，單活塞桿單作用氣缸是使用最廣泛的一種普通氣缸，見(jiàn)圖

因其只在活塞一側(cè)有活塞桿，所以壓縮空氣作用在活塞兩側(cè)的有效面積不等，活塞左行時(shí)活塞桿產(chǎn)生推力F1，活塞右行時(shí)活塞桿產(chǎn)生拉力為F2

F1=D2p-Fz

〔5-1〕

F2=(D2-d2)P-Fz

〔5-2〕

式中F1——

——活塞桿推力〔N〕

F2——

——活塞桿的拉力〔N〕

D——

——活塞直徑〔m〕

d——

——活塞桿的直徑〔m〕

p——

——?dú)飧坠ぷ鲏毫Α睵a〕

Fz——

——?dú)飧坠ぷ鲿r(shí)的總阻力〔N〕

氣缸工作時(shí)的總阻力Fz與眾多因素有關(guān)，如運(yùn)動(dòng)部件慣性力、背壓阻力、密封處摩擦力等。以上因素可以用載荷率記入公式。那么氣缸的靜推力F1和靜拉力F2為

F1=D2p

〔5-3〕

F2=(D2-d2)p

〔5-4〕

計(jì)入載荷率就能保證氣缸工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。假設(shè)氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高；且工作頻率高，其載荷率一般取，速度高時(shí)取小值，速度低時(shí)取大值。假設(shè)氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，根本是勻速，其載荷率可取η。

由式〔1〕〔2〕可求得氣缸直徑D

當(dāng)推力作用時(shí)

D=

D=98

(5-5)

當(dāng)拉力作功時(shí)

D=

D=97

(5-6)

用式〔5-6〕計(jì)算時(shí)，活塞桿直徑d可根據(jù)氣缸拉力預(yù)先固定，詳細(xì)計(jì)算見(jiàn)活塞桿的計(jì)算。估定活塞桿直徑可按代入式〔6〕，那么可得

D=〔1.01~1.09〕

D=98

(5-7)

式中系數(shù)在缸徑較大時(shí)取小值，缸徑較小時(shí)取大值。

以上公式計(jì)算出的氣缸內(nèi)徑D應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值〔1〕

綜合上值對(duì)D取整100mm

〔2〕活塞桿的計(jì)算

1.按強(qiáng)度條件計(jì)算。當(dāng)活塞桿的長(zhǎng)度L較小時(shí)〔L10d〕，可以只按強(qiáng)度條件計(jì)算活塞桿直徑d

d

d30

(5-8)

綜合考慮d取42

式中

F1——?dú)飧椎耐屏Α睳〕

——活塞桿材料的許用應(yīng)力〔pa〕，=/S；

——材料的抗拉強(qiáng)度〔pa〕；

S—

—平安系數(shù)，S1.4。

2.按縱向彎曲極限力計(jì)算。氣缸承受向壓力以后，會(huì)產(chǎn)生軸向彎曲，當(dāng)縱向力到達(dá)極限力F1以后，活塞桿會(huì)產(chǎn)生永久性彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。該極限力與缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。

當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比85時(shí)

Fi=

〔5-9〕

當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比85時(shí)

Fi=

〔5-10〕

式中

L——活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度〔m〕見(jiàn)表

i——活塞桿橫截面慣性半徑

實(shí)心桿i==

空心桿i=；

(5-11)

I——活塞桿橫截面慣性距

實(shí)心桿I=

空心桿I=；

(5-12)

——空心活塞桿內(nèi)孔直徑〔m〕；

A1——活塞桿截面積

實(shí)心桿A1=d2

空心桿A1=〔d2-d20〕;

(5-13)

n——系數(shù)，見(jiàn)上表

E——材料彈性模量，對(duì)鋼取E1011Pa

f——材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，對(duì)鋼取f=49107Pa

a——系數(shù)，對(duì)鋼取a=1/5000。

假設(shè)縱向推力載荷〔總載荷〕超過(guò)極限力Fi，就應(yīng)采取相應(yīng)措施。在其他條件不變的前提下，多以加大活塞桿直徑d來(lái)解決

〔3〕缸筒壁厚的計(jì)算

缸筒直接承受壓力，需有一定厚度。由于一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比δ／D≤1／10,所以通?？砂幢”谕补接?jì)算

=

=8

(5-14)

綜合考慮壁厚取10mm

式中

——?dú)飧淄驳谋诤瘢?/p>

D——?dú)飧淄矁?nèi)徑〔缸徑〕〔m〕；

通常計(jì)算出的缸筒壁厚相當(dāng)薄，但考慮到機(jī)械加工，缸筒兩端要安裝缸蓋等需要，往往將氣缸氣缸壁筒作適當(dāng)加厚，且盡量選用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑和壁厚的鋼管和鋁合金管，詳情見(jiàn)表

所以氣缸D=100mm，d=43mm，壁厚為10mm

因?yàn)楣ぜL(zhǎng)度1070mm，采用V形塊支承，工作臺(tái)選用600mm長(zhǎng)的，材料選用鑄鐵。

第6章

尾座局部的設(shè)計(jì)

尾座是臥式淬火機(jī)床的重要附件，其主要作用是為軸類(lèi)零件定心，同時(shí)具有輔助支撐和夾緊的功能。汽車(chē)后橋半軸淬火機(jī)床的尾座采用的是整體式結(jié)構(gòu)，整體式結(jié)構(gòu)尾座由尾座體、芯軸結(jié)構(gòu)、套筒、氣壓測(cè)力裝置、尾座和套筒移動(dòng)機(jī)構(gòu)、尾座和氣壓裝置等組成，芯軸結(jié)構(gòu)選用高精度的進(jìn)口軸承支承，動(dòng)、靜剛度好，精度高。套筒和尾座的移動(dòng)均為機(jī)動(dòng)，套筒和尾座的夾緊。氣壓放松的機(jī)動(dòng)夾緊、放松結(jié)構(gòu)，夾緊力足夠大，平安可靠，工人操作簡(jiǎn)單、方便、效率高。其優(yōu)點(diǎn)在于：(1)剛度高、抗震性能好，精度高，精度保持性好，整體式尾座，將分體式尾座上、下體合為一個(gè)尾座整體，采用整體式箱形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)有限元分析、計(jì)算，通過(guò)對(duì)尾座內(nèi)部筋板的合理布置，提高了尾座的剛度和固有頻率，尾座采用高強(qiáng)度低應(yīng)力鑄鐵鑄造，經(jīng)良好的時(shí)效處理，熱變形小，在承受最大工件重量和最大額定切削力的情況下。尾座整體變形小，抗振性能好，滿足汽車(chē)后橋半軸淬火機(jī)床精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。(2)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、優(yōu)化、合理，整體式尾座將分體式尾座上、下體合為一個(gè)尾座整體，取消了分體式尾座聯(lián)結(jié)的定位鍵和把合螺釘，總零件數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)更少，取消了分體式尾座上、下體的配合加工面，取消了分體式尾座上、下體的裝配環(huán)節(jié)，加工、裝配工藝性更好，節(jié)約了加工、裝配總費(fèi)用，降低了尾座的總重量和總本錢(qián)。

汽車(chē)后橋半軸淬火機(jī)的尾座套筒的主要尺寸是根據(jù)尾座體的尺寸選擇的。套筒的作用就是安裝尾座活塞軸和頂尖，利用氣壓缸提供的壓力和莫氏錐度本身的結(jié)構(gòu)特性頂緊頂尖，使頂尖在頂著工件加工時(shí)不會(huì)隨工件一起轉(zhuǎn)動(dòng)。為了使套筒不隨工件一起轉(zhuǎn)動(dòng)在套筒上部設(shè)計(jì)了滑鍵槽，在尾座體上設(shè)計(jì)有滑鍵。尾座工作時(shí)滑鍵在滑鍵槽中滑動(dòng)，這樣套筒就不會(huì)跟著轉(zhuǎn)了，同時(shí)，頂尖在頂著工件加工時(shí)也不會(huì)隨工件一起轉(zhuǎn)動(dòng)了。從而提高了套筒的使用壽命。由于頂尖是利用氏錐度本身的結(jié)構(gòu)特性卡緊的，但是在工作中需要拆卸頂尖，因此需要在尾座套筒上設(shè)計(jì)頂尖退套孔，用于拆卸頂尖。當(dāng)需要拆卸頂尖時(shí)，把退套楔插入頂尖退套孔，用小錘敲擊退套楔使頂尖松動(dòng)并可以取出。退套楔的規(guī)格是S79-1

4。

汽車(chē)后橋半軸淬火機(jī)的尾座體是尾座的主要的機(jī)械局部，設(shè)計(jì)時(shí)主要參看其他機(jī)床的尾座體和根據(jù)制造業(yè)在生產(chǎn)中所積累的經(jīng)驗(yàn)，稍加改造而成的。尾座體的壁厚要盡量均勻，拐角處要設(shè)計(jì)成圓角以減少集中應(yīng)力。尾座體的材料采用HT250，鑄造加工而成。在尾座體的設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到加工工藝，需要設(shè)計(jì)出工藝凸臺(tái)和工藝孔。

機(jī)床的位元件，它可以幫助主軸一起限制的工件的自由度，并起到定心的作用，因此要求具有較高的精度，在使用中要使尾座的軸心線與機(jī)床主軸的軸心線保證較高的同軸度在進(jìn)行工件的加工過(guò)程中多采用前后頂尖來(lái)支承工件，來(lái)確定工件的旋轉(zhuǎn)中心并承受作用在工件上的扭轉(zhuǎn)力。頂尖是機(jī)械加工中的機(jī)床的重要部件，它可對(duì)端面復(fù)雜的零件和不允許打中心孔的零件進(jìn)行支承。頂尖的一端可頂中心孔或管料的內(nèi)孔，另一端那么放入到尾座套筒內(nèi)。頂尖的鎖緊主要是靠頂緊力和氣壓缸提供的壓力，加工時(shí)一般緊縮在尾座套筒內(nèi)。頂尖一般由專門(mén)的工廠生產(chǎn)，我們只要根據(jù)自己的需要買(mǎi)產(chǎn)品。由于汽車(chē)后橋半軸淬火機(jī)是中小型機(jī)械加工設(shè)備，尾座總體尺寸并不是很大所以選擇莫氏4號(hào)的頂尖。莫氏錐度是一個(gè)錐度的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，用于靜配合以精確定位。由于錐度很小，可以傳遞一定的扭距，又因?yàn)橛绣F度，又便于拆卸。利用的就是摩擦力的原理，在一定的錐度范圍內(nèi)，工件可以自由的拆裝，同時(shí)在工作時(shí)又不會(huì)影響到使用效果，比方鉆孔的錐柄鉆。在錐柄上好后，鉆頭可以將工件鉆出需要的孔，而錐柄處不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象。又比方鉆孔的錐柄鉆，如果使用中需要拆卸鉆頭磨削，拆卸后重新裝上不會(huì)影響鉆頭的中心位置。

尾座氣缸，氣缸為非標(biāo)準(zhǔn)件所以需要從新校核設(shè)計(jì)

氣缸類(lèi)型的選擇

因?yàn)闅飧姿枰峁┑闹瘟Σ淮笏员練飧撞捎脝巫饔脷飧?，單活塞桿單作用氣缸是使用最廣泛的一種普通氣缸，見(jiàn)圖

因其只在活塞一側(cè)有活塞桿，所以壓縮空氣作用在活塞兩側(cè)的有效面積不等，活塞左行時(shí)活塞桿產(chǎn)生推力F1，活塞右行時(shí)活塞桿產(chǎn)生拉力為F2

F1=D2p-Fz

〔6-1〕

F2=(D2-d2)P-Fz

〔6-2〕

式中F1——

——活塞桿推力〔N〕

F2——

——活塞桿的拉力〔N〕

D——

——活塞直徑〔m〕

d——

——活塞桿的直徑〔m〕

p——

——?dú)飧坠ぷ鲏毫Α睵a〕

Fz——

——?dú)飧坠ぷ鲿r(shí)的總阻力〔N〕

氣缸工作時(shí)的總阻力Fz與眾多因素有關(guān)，如運(yùn)動(dòng)部件慣性力、背壓阻力、密封處摩擦力等。以上因素可以用載荷率記入公式。那么氣缸的靜推力F1和靜拉力F2為

F1=D2p

〔6-3〕

F2=(D2-d2)p

〔6-4〕

計(jì)入載荷率就能保證氣缸工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。假設(shè)氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高；且工作頻率高，其載荷率一般取，速度高時(shí)取小值，速度低時(shí)取大值。假設(shè)氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，根本是勻速，其載荷率可取。

由式〔6-1〕〔6-2〕可求得氣缸直徑D

當(dāng)推力作用時(shí)

D=

D=76

(6-5)

當(dāng)拉力作功時(shí)

D=

D=77

(6-6)

用式〔6-6〕計(jì)算時(shí)，活塞桿直徑d可根據(jù)氣缸拉力預(yù)先固定，詳細(xì)計(jì)算見(jiàn)活塞桿的計(jì)算。估定活塞桿直徑可按d/D=0.16~0.4代入式〔6-6〕，那么可得

D=〔1.01~1.09〕

D=76

(6-7)

式中系數(shù)在缸徑較大時(shí)取小值，缸徑較小時(shí)取大值。

以上公式計(jì)算出的氣缸內(nèi)徑D應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值〔6-1〕

綜合上值對(duì)D取整80mm

〔2〕活塞桿的計(jì)算

1.按強(qiáng)度條件計(jì)算。當(dāng)活塞桿的長(zhǎng)度L較小時(shí)〔L10d〕，可以只按強(qiáng)度條件計(jì)算活塞桿直徑d

d

d26

(6-8)

綜合考慮d取34

式中

F1——?dú)飧椎耐屏Α睳〕

——活塞桿材料的許用應(yīng)力〔pa〕，=/S；

——材料的抗拉強(qiáng)度〔pa〕；

S——平安系數(shù)，S。

1.按縱向彎曲極限力計(jì)算。氣缸承受向壓力以后，會(huì)產(chǎn)生軸向彎曲，當(dāng)縱向力到達(dá)極限力F1以后，活塞桿會(huì)產(chǎn)生永久性彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。該極限力與缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。

當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比85時(shí)

Fi=

〔6-9〕

當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比85時(shí)

Fi=

〔6-10〕

式中

L——活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度〔m〕見(jiàn)表

i——活塞桿橫截面慣性半徑

實(shí)心桿i==

空心桿i=

;

(6-11)

I——活塞桿橫截面慣性距

實(shí)心桿I=

空心桿I=

;

(6-12)

——空心活塞桿內(nèi)孔直徑〔m〕；

A1——活塞桿截面積

實(shí)心桿A1=d2

空心桿A1=〔d2-d20〕;

(6-13)

n——系數(shù)，見(jiàn)上表

E——材料彈性模量，對(duì)鋼取1011Pa

f——材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，對(duì)鋼取f=49107Pa

a——系數(shù)，對(duì)鋼取a=1/5000。

假設(shè)縱向推力載荷〔總載荷〕超過(guò)極限力Fi，就應(yīng)采取相應(yīng)措施。在其他條件不變的前提下，多以加大活塞桿直徑d來(lái)解決

〔3〕缸筒壁厚的計(jì)算

缸筒直接承受壓力，需有一定厚度。由于一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比δ／D≤1／10,所以通?？砂幢”谕补接?jì)算

=

(6-14)

綜合考慮壁厚取8mm

式中

——?dú)飧淄驳谋诤瘢?/p>

D——?dú)飧淄矁?nèi)徑〔缸徑〕〔m〕；

通常計(jì)算出的缸筒壁厚相當(dāng)薄，但考慮到機(jī)械加工，缸筒兩端要安裝缸蓋等需要，往往將氣缸氣缸壁筒作適當(dāng)加厚，且盡量選用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑和壁厚的鋼管和鋁合金管，詳情見(jiàn)表

所以氣缸D=80mm，d=34mm，壁厚為8mm

撓度、轉(zhuǎn)角、鎖緊力的計(jì)算及校核

機(jī)床尾座的尾座受力簡(jiǎn)圖:

圖6

尾座受力圖

根據(jù)工件最大長(zhǎng)度和最大旋轉(zhuǎn)外徑假設(shè)工件最大重量

Q=2760N

頂尖和三爪卡盤(pán)支撐工件可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁，因此尾座負(fù)重

Q/2=1380N

尾座主軸伸出尾座體最大長(zhǎng)度

130mm

尾座套筒直徑

80mm

鋼的彈性模量

E

=

2.1×106kgf/cm2

斷面慣性矩

I=201×104mm4

頂尖伸出套筒長(zhǎng)

109mm

根據(jù)公式

(6-15)

查表可知單位切削力

=

2305N/mm2

=

/r

=

故切削力

=

2370N

機(jī)床加工如此重的工件時(shí)，尾座主軸一般緊縮在尾座體內(nèi)，現(xiàn)在假設(shè)尾座主軸伸出為尾座主軸伸出尾座體最大長(zhǎng)度的1/2，即伸出65mm，懸臂65mm+109mm=174mm。

.1撓度的計(jì)算

(6-16)

許用撓度［］～,[],在范圍之內(nèi)。

6.5.2轉(zhuǎn)角的計(jì)算

(6-17)

許用轉(zhuǎn)角[]

～，在[]范圍內(nèi)。

6.5.3壓板處螺栓直徑的校核

在機(jī)床尾座上通過(guò)一組兩個(gè)相同的螺栓連接尾座和導(dǎo)軌的，并用壓板固定。壓板的作用是連接尾座和導(dǎo)軌，并通過(guò)連接螺栓的緊固或松開(kāi)來(lái)確定尾座在導(dǎo)軌上的位置。下面我們來(lái)確定連接螺栓的直徑。

選用螺栓的材料為35號(hào)鋼，那么許用抗拉強(qiáng)度〔σ〕=540Mpa，由作用力與反作用力定理可知尾座的上部和下部之間的摩擦力等于通過(guò)頂尖作用在尾座上的軸向力，即，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的軸向分力。

~0.6)。為了滿足加工后的工件的精度要求，在工件重量較大和扭轉(zhuǎn)力較大的情況下機(jī)床不發(fā)生共振，取軸向力。,取摩擦系數(shù)為

由可知作用在下箱體上的壓力

(6-18)，那么作用在每個(gè)螺栓上的力為

(6-19)

因?yàn)閴喊迮c導(dǎo)軌之間的連接形式為松連接，由公式

：

(6-20)

于是可得：

現(xiàn)螺栓直徑為，故螺栓選擇合理。其長(zhǎng)度可以根據(jù)尾座體和螺栓所在尾座體來(lái)確定，取。

6尾座鎖緊力的驗(yàn)算

由于尾座芯軸的頂緊力為20，故壓板和床身的摩擦力F要大于20，?。?/p>

由公式

(6-21)

得：

——

摩擦系數(shù)，導(dǎo)軌材料為鑄鐵，活塞材料為銅，取0.15，——

尾座重量，取250,尾座軸向力主要由尾座頂桿承當(dāng)，鎖緊壓板主要承受的是傾覆力矩，故應(yīng)完全能夠滿足要求。

第七章機(jī)床底座設(shè)計(jì)

機(jī)床底座材料設(shè)計(jì)

機(jī)床底座整體采用方鋼，結(jié)構(gòu)如下列圖

因其只在活塞一側(cè)有活塞桿，所以壓縮空氣作用在活塞兩側(cè)的有效面積不等，活塞左行時(shí)活塞桿產(chǎn)生推力F1，活塞右行時(shí)活塞桿產(chǎn)生拉力為F2

F1=D2p-Fz

〔7-1〕

F2=(D2-d2)P-Fz

〔7-2〕

式中F1——

——活塞桿推力〔N〕

F2——

——活塞桿的拉力〔N〕

D——

——活塞直徑〔m〕

d——

——活塞桿的直徑〔m〕

p——

——?dú)飧坠ぷ鲏毫Α睵a〕

Fz——

——?dú)飧坠ぷ鲿r(shí)的總阻力〔N〕

氣缸工作時(shí)的總阻力Fz與眾多因素有關(guān)，如運(yùn)動(dòng)部件慣性力、背壓阻力、密封處摩擦力等。以上因素可以用載荷率記入公式。那么氣缸的靜推力F1和靜拉力F2為

F1=D2p

〔7-3〕

F2=(D2-d2)p

〔7-4〕

計(jì)入載荷率就能保證氣缸工作時(shí)的動(dòng)態(tài)特性。假設(shè)氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求較高；且工作頻率高，其載荷率一般取，速度高時(shí)取小值，速度低時(shí)取大值。假設(shè)氣缸動(dòng)態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，根本是勻速，其載荷率可取。

由式〔1〕〔2〕可求得氣缸直徑D

當(dāng)推力作用時(shí)

D=

D=98

(7-5)

當(dāng)拉力作功時(shí)

D=

D=105

(7-6)

用式〔6〕計(jì)算時(shí)，活塞桿直徑d可根據(jù)氣缸拉力預(yù)先固定，詳細(xì)計(jì)算見(jiàn)活塞桿的計(jì)算。估定活塞桿直徑可按代入式〔6〕，那么可得

D=〔1.01~1.09〕

D=98

(7-7)

式中系數(shù)在缸徑較大時(shí)取小值，缸徑較小時(shí)取大值。

以上公式計(jì)算出的氣缸內(nèi)徑D應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值〔1〕

綜合上值對(duì)D取整110mm

〔2〕活塞桿的計(jì)算

1.按強(qiáng)度條件計(jì)算。當(dāng)活塞桿的長(zhǎng)度L較小時(shí)〔L10d〕，可以只按強(qiáng)度條件計(jì)算活塞桿直徑d

d

d30

(7-8)

綜合考慮d取40

式中

F1——?dú)飧椎耐屏Α睳〕

——活塞桿材料的許用應(yīng)力〔pa〕，=/S；

——材料的抗拉強(qiáng)度〔pa〕；

S——平安系數(shù)，S1.4。

2.按縱向彎曲極限力計(jì)算。氣缸承受向壓力以后，會(huì)產(chǎn)生軸向彎曲，當(dāng)縱向力到達(dá)極限力F1以后，活塞桿會(huì)產(chǎn)生永久性彎曲變形，出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。該極限力與缸的安裝方式、活塞桿直徑及行程有關(guān)。

當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比85時(shí)

Fi=

〔7-9〕

當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比85時(shí)

Fi=

〔7-10〕

式中

L——活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度〔m〕見(jiàn)表

i——活塞桿橫截面慣性半徑

實(shí)心桿i==

空心桿i=；

I——活塞桿橫截面慣性距

實(shí)心桿I=

空心桿I=；

——空心活塞桿內(nèi)孔直徑〔m〕；

A1——活塞桿截面積

實(shí)心桿A1=d2

空心桿A1=〔d2-d20〕;

n——系數(shù)，見(jiàn)上表

E——材料彈性模量，對(duì)鋼取1011Pa

f——材料強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，對(duì)鋼取f=49107Pa

a——系數(shù)，對(duì)鋼取a=1/5000。

假設(shè)縱向推力載荷〔總載荷〕超過(guò)極限力Fi，就應(yīng)采取相應(yīng)措施。在其他條件不變的前提下，多以加大活塞桿直徑d來(lái)解決

〔3〕缸筒壁厚的計(jì)算

缸筒直接承受壓力，需有一定厚度。由于一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比δ／D≤1／10,所以通常可按薄壁筒公式計(jì)算

=

=10

(7-11)

綜合考慮壁厚取10mm

式中

——?dú)飧淄驳谋诤瘢?/p>

D——?dú)飧淄矁?nèi)徑〔缸徑〕〔m〕；

通常計(jì)算出的缸筒壁厚相當(dāng)薄，但考慮到機(jī)械加工，缸筒兩端要安裝缸蓋等需要，往往將氣缸氣缸壁筒作適當(dāng)加厚，且盡量選用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑和壁厚的鋼管和鋁合金管，詳情見(jiàn)表

所以氣缸D=110mm，d=40mm，壁厚為10mm

結(jié)論

汽車(chē)后橋半軸淬火機(jī)的設(shè)計(jì)具有廣泛的應(yīng)用前景和社會(huì)需求，它不僅可以加工汽車(chē)半軸，還可以加工其他圓柱形外外表，本文主要介紹了汽車(chē)后橋半軸淬火機(jī)升降局部以及尾座局部的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)，并對(duì)加工工件長(zhǎng)度在600mm~1070mm的淬火機(jī)結(jié)構(gòu)做出相機(jī)的設(shè)計(jì)及計(jì)算，送過(guò)結(jié)構(gòu)仿真和結(jié)構(gòu)改良機(jī)床各局部零件的合理尺寸，汽車(chē)后橋半軸淬火機(jī)機(jī)械性可靠高，系統(tǒng)平安性好。

致謝

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)以前所學(xué)的所有知識(shí)的總結(jié)，本次設(shè)計(jì)的研究工作是在導(dǎo)師曲守平教授的悉心指導(dǎo)下完成的。在本科學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)研究期間，導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、細(xì)致的工作作風(fēng)、深刻的洞察力、忘我的科研精神和對(duì)學(xué)生的高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求使我在學(xué)術(shù)和思想等方面得到很大的鍛煉提高，終生難忘。借此畢業(yè)設(shè)計(jì)論文完成之際，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂透兄x。

在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的撰寫(xiě)和課題的研究中，得到了諸多人的幫助，特別感謝龔秀亮同學(xué)對(duì)我的幫助，在此對(duì)各位老師、同學(xué)以及學(xué)習(xí)期間曾經(jīng)對(duì)我的學(xué)習(xí)和生活給予幫助過(guò)的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)、朋友們表示最真摯的謝意。

感謝我的父母及親人多年來(lái)對(duì)我學(xué)業(yè)上默默鼓勵(lì)和對(duì)我生活上無(wú)微不至的關(guān)心，使我能夠順利地完成學(xué)業(yè)，在這里我衷心地祝愿他們身體健康，萬(wàn)事如意。

謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給我的家人及所有老師、同學(xué)和朋友們。

感謝評(píng)審本文的各位老師在百忙之中抽出珍貴的時(shí)間來(lái)翻閱我的論文。

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