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台式钻床课程设计20127614刘春雨台式钻床简介•台式钻床简称台钻，是一种体积小巧，操作简便，通常安装在专用工作台上使用的小型孔加工机床。台式钻床钻孔直径一般在13毫米以下，一般不超过25毫米。其主轴变速一般通过改变三角带在塔型带轮上的位置来实现，主轴进给靠手动操作•本设计台式钻床的钻孔直径为16MM,通过无级变速装置进行调速钻头扭矩与轴向切削力及功率的计算•计算钻床切削力，包括主轴转矩计算和轴向切削力。加工材料为中碳钢，钻头为高速钢麻花钻，加工方式为钻孔，取D=16mm，f=0.22mm,查《金属切削参数速查手册》得：•𝑀𝑘=𝐶𝑚𝐷𝑥𝑚𝑓𝑦𝑚𝐻𝐵2000.6•𝐹=𝐶𝑓𝐷𝑥𝑓𝑓𝑦𝑓𝐻𝐵2000.6工件材料𝐶𝑚𝑥𝑚𝑦𝑚𝐶𝑓𝑥𝑓𝑦𝑓类别名称2中碳钢0.28791.940.812380.7140.931.06•计算得到：•𝑀𝑘=22.1𝑁∙𝑀•F=7205.31N•则由功率公式可知最大切削功率为：•P=𝑀∙𝑛7162×1.36=1.13Kw主轴及其部件选型及设计•（1）锥孔选型•经过综合考虑，前端钻头固定端使用#2莫氏锥度。•2）主轴受扭矩时的最小截面面积•综合考虑材料性能，最终采用材料为45号钢。•由公式•d≥𝐴0𝑃𝑛3=3.88mm•（3）轴承选型•由于主轴不仅受轴向载荷，在不良工作条件下还会受径向载荷，因此最终选用圆锥滚子轴承。•在正常工作时，轴承只承受轴向载荷，轴承的当量动载荷为•P=𝑓𝑑𝐹𝑎=8646𝑁•查表可知，轴承预期计算寿命应为20000-3000小时。可通过其计算基本额定载荷为：•𝐶=𝑃60𝑛𝐿ℎ′106𝜀=100𝐾𝑁•综合考虑，最终选定两个轴承型号分别为7302E和7206E。•3302的基本额定寿命:𝐿10=𝐶𝑃103=2.05•3206的基本额定寿命:𝐿10=𝐶𝑃103=2.79主轴及其部件校核•平键连接强度计算•𝜎𝑝=4000𝑇ℎ𝑙𝑑=4000×22.15×32×14=39.46≤𝜎𝑝=50𝑀𝑃𝑎•因此，主轴上的平键满足要求。•主轴强度校核•轴主要受较大的扭矩与轴向力。•扭矩图为：•由主轴零件图可知，轴的危险截面处为轴末端功率输入处和锥孔壁最薄处•𝑊𝑇1=0.2𝑑3=345.6•𝜏𝑟1=𝑇𝑊𝑇1=36[𝜏𝑟]=45•𝑊𝑇2=0.2𝑑31−𝛽3=1093.75•𝜏𝑟2=𝑇𝑊𝑇1=20[𝜏𝑟]=45•主轴最小截面面积•A=π𝑟2=36𝑚𝑚2•σ=𝑃𝐴=232𝑀𝑃𝑎𝜎=250𝑀𝑃𝑎•z主轴可用•主轴套筒校核•主轴只受压应力•A=π𝑟2=1021𝑚𝑚2•σ=𝑃𝐴=164𝑀𝑃𝑎𝜎=250𝑀𝑃𝑎•满足条件，可用。•主轴套筒螺栓校核•套筒固定螺栓为M6的螺栓，只受轴向力，来源是主轴部件质量，通过UG质量估计可得轴向力大小约为62N。•σ=𝐹𝜋4𝑑12=2.19[σ]•螺栓组满足要求。传动机构的设计•由以上计算可知，调速机构调速比范围为500r/min~4000r/min。由于减速比既包含大于1的值，也包含小于1的，故应分别讨论。•通过查阅资料，最终决定采用等轴距双轮无级变速带传动机构，•由于机构属于非对称调速，因此，主动轮与从动轮尺寸需分别设计•当减速比小于1时，调速装置变速范围为500r/min~1400r/min。•综合考虑，变速装置使用V带传动。•此时，主动轮为大带轮。•由于台钻工作条件为载荷变动较小的，空载启动,短时工作。•因此•𝐾𝐴=1.1•计算功率•𝑃𝑐𝑎=𝐾𝐴𝑃=1.32•选定带型为Z型。•小带轮直径•𝑑𝑑1=50𝑚𝑚•最大带速为•v=500×π×d=1.041mm/s•大带轮基准直径•𝑑𝑑2=𝑖𝑑𝑑1=140𝑚𝑚•设中心距为𝑎0,则带长度为•𝐿𝑑0≈2𝑎0+𝜋250+140+140−5024𝑎0•当传动比大于1时，小带轮为主动轮，调速范围为1400r/min~4000r/min.•假设小带轮直径为𝑑𝑑1′,则大带轮直径为207𝑑𝑑1′•应保证带长度相等，中心距相等，则可求的•𝑑𝑑1′=50mm•𝑑𝑑2′=i𝑑𝑑1′=180mm•中心距范围•0.7140+50≤𝑎0≤2140+50•0.7180+50≤𝑎0≤2180+50•161≤𝑎0≤380•最终确定中心距𝑎0=369•𝐿𝑑0=1068•根据𝐿𝑑0，选定基准长度𝐿𝑑=1080，𝐾𝐿=1.07•实际中心距为•𝑎≈𝑎0+1080−10682=375𝑚𝑚•V带根数•z=1.10.6≈1•机构调速比•R=14050×18050=10.08•平均传动比•i=(𝑖𝑚𝑎𝑥+𝑖𝑚𝑖𝑛)/2=1.6进给机构设计•进给机构原理是利用和齿轮齿条的传动原理相仿的外部梯形牙结构来实现带动主轴上下移动的要求。•计算出了外部梯形牙的几何尺寸分别为：齿顶高2mm、齿根高2.4mm、齿距6.28mm、齿厚3.14mm、齿槽宽3.14mm、压力角20、全齿高4.4mm。模型截图