z32k型摇臂钻床变速箱的改进设计(附件)【字数：11431】
摘 要本文设计课题和齿轮变速箱和升降系统有关。关于Z32K型摇臂钻床，本文着手对其升降系统进行了猜想、改良及论证，其主要传动件的运行条件也进行了论述。在设计过程中，本文中遇到的主要问题为传动件材料的选用和强度校核。经过查阅整理资料和初步分析，得出改进方法在升降系统方面，Z32K 型摇臂钻床的单手柄操作的设计很不合理，现在于结合实际情况的基础上将其改为自动升降。
目 录
第一章 概述 1
1.1 Z32K型摇臂钻床概述 1
1.1.2 摇臂钻床的功能 1
1.2摇臂钻床的应用 2
1.3摇臂钻床的发展现状及趋势 2
第二章 选择动力源 3
2.1动力源的输出形式 3
2.2 动力源的驱动方式 3
2.3 动力源选择应思考的问题 3
2.4电动机的种类的比较和选择 4
第三章 升降系统传动方案的设定 5
3.1机械传动机构的选用 5
3.2机械传动方案的拟定 5
3.3升降系统结构改进前后的制图 6
第四章 传动件的分析 8
4.1部分传动连接设计 8
4.2 传动比、各轴转速、功率及转矩的计算 8
4.3齿轮的要求 10
4.3.1齿轮材料的基本要求 10
4.3.2齿轮结构的基本要求 10
4.4直齿圆锥齿轮的设计校核 10
4.4.1圆锥齿轮的参数计算 11
4.4.2圆锥齿轮的受力分析 11
4.4.3圆锥齿轮外型设计 12
4.4.4圆锥齿轮载荷的计算 12
4.4.5齿面接触疲劳强度的校核 13
4.4.6 齿根弯曲疲劳强度的校核 14
4.5 锥齿轮轴的设计校核 15
4.5.1 锥齿轮的主要参数 15
4.5.2锥齿轮轴的结构设计和装配工艺性 15
4.6锥齿轮机6的设计校核 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4.6.1锥齿轮机6的尺寸设计 16
4.6.2结构分析 18
4.6.3受力分析 18
= × 4.7双联齿轮的设计校核 19
4.8传动轴的设计校核 20
4.8.1传动轴材料的选取 20
4.8.2传动轴的强度校核 20
4.8.3传动轴的刚度校核 23
第五章 轴承的选择及校核 25
5.1轴承的类型及选用 25
5.2滚动轴承的失效形式 25
5.3轴承的选择计算 26
第六章 键的选择和校核 27
6.1键的选择 27
6.2键联接的强度校核 27
第七章 结论 29
参考文献30
第一章 概述
1.1 Z32K型摇臂钻床概述
1.1.1 摇臂钻床的结构
如图11所示，摇臂钻床中，主轴位于摇臂上，它能沿着摇臂导轨平移，摇臂钻床又可以以立柱为轴线做360°转动。在主轴箱上，主轴能高速运动到机床尺寸范围内的任意位置，摇臂钻床又可以沿着立柱上下调整，摇臂的水平运动和摇臂旋转运动一起组成了摇臂钻床独特的运动。
/
图11 摇臂钻床结构
1.1.2 摇臂钻床的功能
较大零件连续钻多个孔时，一般使用摇臂钻床。在现实的使用过程中，此类老牌型号钻床同样存在着许多欠缺的地方，比如摇臂钻床的升降系统。在升降系统方面，Z32K型摇臂钻床依靠手柄的旋转带动螺母副工作，这种方式费时又费力，以前为了适当地省力，依循杠杆原理，手柄长度较大，操作不慎易发生意外。因此，考虑到操作时的人力输出和安全问题，我们需要对该摇臂钻床变速箱进行改良优化，具体方法为将“单手柄集中使用系统”变为“快速自动升降系统”。从而，工作效率、人力投入和安全问题得以兼顾。
1.2摇臂钻床的应用
沈阳某厂的摇臂钻床在国内掌握接近七成的市场份额且出口机床分布世界各地。随着业界竞争越来越大，技术水平的不断提升，该机床厂的优势越来越不明显。为了攻克难关，该摇臂钻厂于市场如火如荼时，进行了产品改型及结构调整。首先研发和引进技术来升级以前的机床，使得老型号摇臂钻床改进为五轴联动，性能也实现了成倍增长，成为国内业界先驱。其次，以世界先进水平第二梯队为核心，继续提高产品的综合性能。尤其是该公司旗下的ZK系列产品，在十余项技术指标上占据国内翘首。
1.3摇臂钻床的发展现状及趋势
摇臂钻床的发展现状如下：
大陆掌握了ZK3050摇臂钻的核心技术并申报专利，使其成为顺应时代发展的新兴产品；因实现了在多种空间、多种方向、多种位置上的钻削功能，Z3580A万向摇臂钻不仅攻克了国内技术难关，在国外也有了不错的反向。世界多地区纷纷要求获得该品牌摇臂钻的经销代理。沈阳机床股份有限公司于上海国际机床展览会参展的数控钻铣床，得到业内的热烈反响。
摇臂钻床的发展趋势如下：
1）借助计算机技术，机械结构越来越简单，机床功能越来越强大，能满足柔性制造的需求；
2）主轴转速和对应的进给速度越来越高，刀具种类越来越多，能满足多种切削要求；
3）低的加工精度已满足高科技新兴产业的需求，高精度的加工成为重点研究对象。
第二章 选择动力源
通常，一台完整的机器分为三大部分：动力源、工作部分和传动部分。机械中存在大量的抗力构件，它们负责将能量传递给相关部件。工作机负责执行机械系统的具体工作，原动机负责机械系统的驱动环节，传动装置通过结合能量转换和动力传递来使机械机构更加可靠，因此每个部分都不可或缺。原动机在动力学上的两大功能分别是：（1）将自然界的能源转化为机械能；（2）把变能机输出的能量最终转变为机械能。
2.1动力源的输出形式
如下表所示的几种主要运动类型基本代表了原动机:
目 录
第一章 概述 1
1.1 Z32K型摇臂钻床概述 1
1.1.2 摇臂钻床的功能 1
1.2摇臂钻床的应用 2
1.3摇臂钻床的发展现状及趋势 2
第二章 选择动力源 3
2.1动力源的输出形式 3
2.2 动力源的驱动方式 3
2.3 动力源选择应思考的问题 3
2.4电动机的种类的比较和选择 4
第三章 升降系统传动方案的设定 5
3.1机械传动机构的选用 5
3.2机械传动方案的拟定 5
3.3升降系统结构改进前后的制图 6
第四章 传动件的分析 8
4.1部分传动连接设计 8
4.2 传动比、各轴转速、功率及转矩的计算 8
4.3齿轮的要求 10
4.3.1齿轮材料的基本要求 10
4.3.2齿轮结构的基本要求 10
4.4直齿圆锥齿轮的设计校核 10
4.4.1圆锥齿轮的参数计算 11
4.4.2圆锥齿轮的受力分析 11
4.4.3圆锥齿轮外型设计 12
4.4.4圆锥齿轮载荷的计算 12
4.4.5齿面接触疲劳强度的校核 13
4.4.6 齿根弯曲疲劳强度的校核 14
4.5 锥齿轮轴的设计校核 15
4.5.1 锥齿轮的主要参数 15
4.5.2锥齿轮轴的结构设计和装配工艺性 15
4.6锥齿轮机6的设计校核 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4.6.1锥齿轮机6的尺寸设计 16
4.6.2结构分析 18
4.6.3受力分析 18
= × 4.7双联齿轮的设计校核 19
4.8传动轴的设计校核 20
4.8.1传动轴材料的选取 20
4.8.2传动轴的强度校核 20
4.8.3传动轴的刚度校核 23
第五章 轴承的选择及校核 25
5.1轴承的类型及选用 25
5.2滚动轴承的失效形式 25
5.3轴承的选择计算 26
第六章 键的选择和校核 27
6.1键的选择 27
6.2键联接的强度校核 27
第七章 结论 29
参考文献30
第一章 概述
1.1 Z32K型摇臂钻床概述
1.1.1 摇臂钻床的结构
如图11所示，摇臂钻床中，主轴位于摇臂上，它能沿着摇臂导轨平移，摇臂钻床又可以以立柱为轴线做360°转动。在主轴箱上，主轴能高速运动到机床尺寸范围内的任意位置，摇臂钻床又可以沿着立柱上下调整，摇臂的水平运动和摇臂旋转运动一起组成了摇臂钻床独特的运动。
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图11 摇臂钻床结构
1.1.2 摇臂钻床的功能
较大零件连续钻多个孔时，一般使用摇臂钻床。在现实的使用过程中，此类老牌型号钻床同样存在着许多欠缺的地方，比如摇臂钻床的升降系统。在升降系统方面，Z32K型摇臂钻床依靠手柄的旋转带动螺母副工作，这种方式费时又费力，以前为了适当地省力，依循杠杆原理，手柄长度较大，操作不慎易发生意外。因此，考虑到操作时的人力输出和安全问题，我们需要对该摇臂钻床变速箱进行改良优化，具体方法为将“单手柄集中使用系统”变为“快速自动升降系统”。从而，工作效率、人力投入和安全问题得以兼顾。
1.2摇臂钻床的应用
沈阳某厂的摇臂钻床在国内掌握接近七成的市场份额且出口机床分布世界各地。随着业界竞争越来越大，技术水平的不断提升，该机床厂的优势越来越不明显。为了攻克难关，该摇臂钻厂于市场如火如荼时，进行了产品改型及结构调整。首先研发和引进技术来升级以前的机床，使得老型号摇臂钻床改进为五轴联动，性能也实现了成倍增长，成为国内业界先驱。其次，以世界先进水平第二梯队为核心，继续提高产品的综合性能。尤其是该公司旗下的ZK系列产品，在十余项技术指标上占据国内翘首。
1.3摇臂钻床的发展现状及趋势
摇臂钻床的发展现状如下：
大陆掌握了ZK3050摇臂钻的核心技术并申报专利，使其成为顺应时代发展的新兴产品；因实现了在多种空间、多种方向、多种位置上的钻削功能，Z3580A万向摇臂钻不仅攻克了国内技术难关，在国外也有了不错的反向。世界多地区纷纷要求获得该品牌摇臂钻的经销代理。沈阳机床股份有限公司于上海国际机床展览会参展的数控钻铣床，得到业内的热烈反响。
摇臂钻床的发展趋势如下：
1）借助计算机技术，机械结构越来越简单，机床功能越来越强大，能满足柔性制造的需求；
2）主轴转速和对应的进给速度越来越高，刀具种类越来越多，能满足多种切削要求；
3）低的加工精度已满足高科技新兴产业的需求，高精度的加工成为重点研究对象。
第二章 选择动力源
通常，一台完整的机器分为三大部分：动力源、工作部分和传动部分。机械中存在大量的抗力构件，它们负责将能量传递给相关部件。工作机负责执行机械系统的具体工作，原动机负责机械系统的驱动环节，传动装置通过结合能量转换和动力传递来使机械机构更加可靠，因此每个部分都不可或缺。原动机在动力学上的两大功能分别是：（1）将自然界的能源转化为机械能；（2）把变能机输出的能量最终转变为机械能。
2.1动力源的输出形式
如下表所示的几种主要运动类型基本代表了原动机:
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