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本科生畢業(yè)設計
題 目： Z32K型搖臂鉆床變速
箱的改進設計
學生姓名: 鄧 玉 佳
學 號: 131021087
專業(yè)班級: 機自02103班
指導教師: 張 世 安 覃 道 益
完成時間： 2006年5月30日
機 械 工 程 系
目 錄
中文摘要及關鍵詞 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
英文摘要及關鍵詞 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
第一章 概述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
1.1搖臂鉆床的簡介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
1.2搖臂鉆床的國內發(fā)展動態(tài)及趨勢 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
第二章 原動機的選擇 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
2.1常用原動機的運動形式 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
2.2原動機的驅動形式 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
2.3原動機選擇應考慮的因素 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
2.4原動機的性能比較 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
2.5確定原動機的選擇 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
第三章 機械傳動設計方案的擬訂與比較 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3.1傳動設計方案評價的目的 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3.2傳動設計方案評價的原則 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3.3系統(tǒng)設計方案的比較與確定 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
第四章 繪制變速箱中升降系統(tǒng)的傳動機構運動簡圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
第五章 傳動部分運動和動力分析 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
5.1部分傳動連接設計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
5.2傳動比、各軸轉速、功率及轉矩的計算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
5.3齒輪材料的選擇 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
5.3.1齒輪材料的基本要求 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
5.3.2常用材料及熱處理 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
5.4直齒圓錐齒輪的尺寸設計計算及校核 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17
5.4.1圓錐齒輪的各參數設計計算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17
5.4.2受力分析 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
5.4.3結構設計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
5.4.4計算載荷 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19
5.4.5齒面接觸疲勞強度的校核 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20
5.4.6輪齒彎曲強度校核 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
5.5錐齒輪軸的設計計算及校核 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
5.5.1錐齒輪部分主要參數設計計算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
5.5.2軸端部分參數設計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23
5.5.3錐齒輪軸的固定 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23
5.6機-4齒輪設計計算及校核 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24
5.6.1 尺寸設計計算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24
5.6.2結構分析 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25
5.6.3受力分析 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25
5.7雙聯齒輪的設計計算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26
5.8 過渡軸的設計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
5.8.1軸的失效形式 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
5.8.2軸的材料 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
5.8.3過渡軸的強度校核 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28
5.8.4過渡軸的固定 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31
第六章 軸承的選擇與校核 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32
6.1軸承的分類 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32
6.2滾動軸承及類型 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32
6.3 滾動軸承的失效形式 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32
6.4 軸承的選擇計算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33
第七章 鍵的選擇和鍵聯接強度計算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
7.1 鍵的選擇 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
7.2 鍵聯結強度計算 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
第八章 設計小結 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37
參考文獻 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38
致謝 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39
IV
本科生畢業(yè)論文開題報告書
題 目 Z32K型搖臂鉆床變速
箱的改進設計
學生姓名
學 號
專業(yè)班級
指導老師
2006年 3月 18 日
論文（設計）題目
Z32K型搖臂鉆床變速箱的改進設計
課題目的、意義及相關研究動態(tài)：
1. 課題目的、意義
搖臂鉆床主軸裝在搖臂上，可以沿著搖臂導軌移動，而搖臂鉆床又可以繞立柱做旋轉。主軸箱上搖臂的水平運動和搖臂旋轉運動兩運動相結合，可以使主軸高速運動到機床尺寸范圍內的任意位置，搖臂鉆床又可以沿著立柱上下調整。Z32K型搖臂鉆床主要是適合大中型零件的多孔加工。在實際的操作過程中，這種老牌型號鉆床還是存在著許多不足之處，例如搖臂鉆床的升降系統(tǒng)。由于Z32K型搖臂鉆床的升降系統(tǒng)是單手柄集中操作，操作起來比較麻煩，搖臂鉆床體架太重，費力又費時，以前為了適當地省力，根據杠桿原理，手柄長度又比較長，稍微操作不當，容易發(fā)生意外事故。為了提高工作效率，減少工人的勞動強度，避免不必要的意外事故發(fā)生，很是有必要對Z32K型搖臂鉆床變速箱進行改進設計，將原單手柄集中操作系統(tǒng)改進能實現快速自動升降。這樣的話，可以使工作效率大大地提高和降低工人的勞動強度。
2. 相關研究動態(tài)
沈陽機床股份有限公司中捷搖臂鉆床廠的產品國內市場占有率高達70％，出口產品遍及中東、北美、西歐等86個國家和地區(qū)。進入市場經濟后，國內機床行業(yè)競爭日趨激烈，與中捷搖臂鉆廠生產相同型號產品的企業(yè)有40多家，中捷搖臂鉆廠產品領先優(yōu)勢受到挑戰(zhàn)。為了應對挑戰(zhàn)，中捷搖臂鉆廠在產品賣得正火的時候，提出了進行跨越產品結構調整。第一，用先進技術改造傳統(tǒng)產品。如普通搖臂鉆床實現了五軸聯動，價格由幾萬元上升到幾十萬元，達到中國搖臂鉆床最高水平。第二，向國際先進水平靠攏，不斷擴大產品領先優(yōu)勢。ZK系列、橋式和動橋系列產品，十幾項技術居國內領先地位。ZK3050獲得自主知識產權，并成為國家重點新產品；Z3580A萬向搖臂鉆，在任何空間、任意方向、任意位置上實現鉆削功能，不僅填補了國內空白，在國外也不多見。在國際著名的芝加哥機床展覽會上，中捷搖臂鉆廠參展產品被一位美籍華商相中并當場拉走。德國、意大利、西臘、瑞典、伊朗等國家和地區(qū)紛紛提出做中捷牌搖臂鉆的代理經銷商。在上海國際機床展覽會上，沈陽機床股份有限公司參展的數控鉆銑床，同時被國內三家企業(yè)看好。
搖臂鉆床和大多數機床一樣，將向數控自動化、機電一體化和智能化方向發(fā)展。搖臂鉆床未來的發(fā)展趨勢是：應用電子計算機技術，簡化機械結構，提高和擴大自動化工作的功能，使機床適應于納入柔性制造系統(tǒng)工作；提高功率主運動和進給運動的速度，相應提高結構的動、靜剛度以適應采用新型刀具的需要，提高切削效率；提高加工精度并發(fā)展超精密加工機床，以適應電子機械、航天等新興工業(yè)的需要。
課題的主要內容（觀點）、創(chuàng)新之處：
1.主要內容
本課題的主要任務是對Z32K型搖臂鉆床變速箱進行改進設計，它要求我們通過調研，發(fā)現原有舊型搖臂鉆床在實際生產使用過程中存在的缺點與不足，然后針對其缺點與不足進行變速箱改進設計，以達到改善、提高其使用性能。在設計過程中，在充分考慮在現有生產條件以及材料選擇的同時，重點研究問題有：變速箱的結構設計、傳動設計、升降系統(tǒng)的結構及傳動連接設計、裝備圖的繪制、設計改進后變速箱的可行性、實用性以及它的經濟性。
2.創(chuàng)新之處
本次設計主要是改進搖臂鉆床的升降系統(tǒng)。通過變速箱內齒輪嚙合的改變，從而實現自動升降。此次設計的創(chuàng)新之處是將原有的手動升降改為自動升降。
研究方法、設計方案或論文撰寫提綱：
1. 研究方法與設計方案
本課題屬于對傳動部件進行改進設計，所以設計要求設計者須具備一定的有關機械傳動方面的知識和機械設計方面的知識，還須對Z32K型搖臂鉆床的變速箱的傳動等結構部分有一定的了解。根據以往的課題設計經驗，采用理論與實際相結合的方法，多看、多想、多動手。多查相關資料，多和指導老師交流，理論聯系實際，選擇最優(yōu)方案。
針對調研后發(fā)現存在的問題，絲桿螺距較大（P=6），兩圓錐齒輪傳動時，傳動比雖小，但機床的體架太重，升降比較費時費力，為了適當省力，手柄長度過長，操作動作大，當拖板接近變速箱時，進給手柄與升降手柄容易打在一起，操作者易受傷。而市面上有一種升降系統(tǒng)是在絲桿的端頭安裝小型電機和減速器，這種升降系統(tǒng)雖然彌補了手動升降的缺點，但是又派生了另外的缺點。我查閱相關資料，采用基本理論與實踐相結合的辦法，與老師、工人、同學研究討論，已初步設計出一套方案。
我的研究設計方案大體是：直接采用原有的電動機作為升降系統(tǒng)的動力源，在變速箱內附加若干齒輪，在原有的主運動傳動系統(tǒng)中，通過齒輪的變化嚙合，把動力傳到螺母上，使螺母達到轉動，從而實現自動升降。
2. 論文撰寫提綱
1 ) 了解Z32K型搖臂鉆床的工作環(huán)境及工作原理,并對搖臂鉆床的傳動部分進行分析,尤其了解其升降系統(tǒng)；
2 ) 制定傳動方案；
3 ) 繪制傳動運動簡圖；
4 ) 電機功率輸入時,對其進行運動和動力分析；
5 ) 通過繪制Z32K型搖臂鉆床傳動總裝圖從而計算出各零件的尺寸及裝配關系
完成期限和預期進度：
1.2006.02.15 ------ 2006.03.15 查閱、搜索相關資料和專業(yè)英語翻譯；
2.2006.03.16 ------ 2006.03.31 畢業(yè)實習與調研及開題報告階段；
3.2006.04.03 ------ 2006.05.19 畢業(yè)設計主要工作階段，完成各種運動和動力設計計算、校核及所有圖紙；
4.2006.05.21 ------ 2006.06.02 完成說明書的編寫和收尾工作。
主要參考資料：
1 He Guang Ping . Self-reconfiguration Of Underactuated Redundant Manipulators With Optimizing The Flexibility Ellipsoid . Chinese Journal of Mechanical Engineering 2005,VOL 18: 92-97
2 張世安.擺線針輪行星傳動中擺線輪最佳修形量的分析與計算 機械科學與技術，2002（6）：906-908
3 孫橫,傅則紹.機械原理 北京：高等教育出版社，1993
4 邱宣懷.機械設計 北京：高等教育出版社，1994
5 周開勤.機械零件手冊 北京：高等教育出版社，1989
6 申永勝主編.機械原理教程 北京：清華大學出版社，1999
7 濮良貴，紀名剛主編.機械設計（第七版） 北京：高等教育出版社，2002
8 龔溎義主編.機械設計課程設計圖冊 北京：高等教育出版社，2002
9 吳宗澤主編.機械設計使用手冊 北京：化學工業(yè)出版社，1999
10 陳遠章主編.現代機械設備設計手冊（ 第2卷） 北京：機械工業(yè)出版社，1996
11 黃靖遠.機械設計學 北京：機械工業(yè)出版社，1999
12 陳鐵鳴主編.新編機械設計課程設計圖冊 北京：高等教育出版社，2003
13 成大仙主編.機械設計手冊（第1、2、3卷）[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002
指導教師意見：
簽名： 年 月 日
開 題 報 告 會 紀 要
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職務（職稱）
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