普通钻床改为多轴钻床(机电论文).doc

J I A N G S U U N I V E R S I T Y
专 科 毕 业 论 文

普通钻床改为多轴钻床
Ordinary drill assembled a multiple drill

学院名称：
专业班级： 机电一体化（专科）
学生姓名： XXX
指导教师姓名：
指导教师职称：

2010年 05 月

江 苏 大 学
毕业设计任务书

课题名称： 普通钻床改为多轴钻床
设计时间： 2011 年04月 30 日至 2011 年 06 月 04 日

姓 名：＿＿＿ ＿＿
学 号：
专业班级： 机电一体化（专科）
指导教师：

给定任务书日期： 2011　年 04　月 30　日
完成设计日期： 2011　 年 06 　月 04　日

毕业论文（设计）任务的内容和要求：
（包括原始数据、技术要求、工作要求）
概述：在一批铸铁零件上分别加工4-孔，在普通立式钻床上进行孔加工，通常是一个孔一个孔的钻削，生产效率低。用非标设备，即组合机床加工，生产效率高，但设备投资大。如果把普通话立式单轴钻床改造成立式多轴钻床，就可以同时完成多个孔的钻削，生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失小。
本设计的主要要求是：多轴箱拆装组合灵活、方便、快速、重量轻。
本设计的主要内容是：1、多轴箱齿轮传动方案设计；2、多轴箱内齿轮设计；3、多轴箱内轴结构设计；4、多轴箱导向装置设计;5、设计说明书；6、Pro/E实体。
本设计的原始参数是：1、工件尺寸为；2、工件硬度
；3、4-尺寸精度为。

任务要求：
一、 设计内容
1、 总体方案确定及可行性论证
2、 编写设计说明书一份（1万字左右）
3、 CAD绘制整体结构图纸
二、 设计要求
1、 设计计算、图纸、零件程序应符合国家标准
2、 按时独立完成毕业设计任务

设 计 进 度 表
起止日期
设计相关内容
备注
2010年04月30日
布置毕业设计及毕业有关工作

05月1日—05月8日
工厂收集资料
05月9日—05月12日
实验室工作
05月13日—05月26日
设计任务：
1、 05月13日—05月15日普通钻床改为多轴钻床；
2、 05月16日—05月18日多轴齿轮传动箱的设计；
3、 05月19日—05月20日多轴箱的结构设计与零部件图的设计；
4、 05月21日—05月22日导向装置的设计；
5、 05月23日—05月24日接杆刀具；
6、 05月25日—05月26日整体方案修改及整合
05月27日—06月3日
教 师 批 改
06月04日
答 辩

目 录
目录…………………………………………………………………………………………………………5
中文摘要………………………………………………………………………………………………….6
ABSTRACT………………………………………………………………………………………………….6
第1章 绪纶-------------------------------------------------------------7
1.1多轴加工应-----------------------------------------------------------------7
1.2多轴加工的设备------------------------------------------------------------7
1.3多轴加工的趋势------------------------------------------------------------9
第2章 普通钻床改为多轴钻床-----------------------------------------------10
2.1生产任务-----------------------------------------------------------------10
2．2普通立式钻的选型----------------------------------------------------------10
第3章 多轴齿轮传动箱的设计-----------------------------------------------12
3.1设计前的准备---------------------------------------------------------------12
3.2传动系统的设计与计算-----------------------------------------------------13
第4章 多轴箱的结构设计与零部件图的绘制------------------------19
4.1箱盖、箱体和中间板结构---------------------------------------------------19
4.2多轴箱轴的设计-----------------------------------------------------------19
第5章 导向装置的设计----------------------------------------------36
第6章 接杆刀具------------------------------------------------------37
总结-------------------------------------------------------------------38
致谢------------------------------------------------------------------------------39
参考文献------------------------------------------------------------------------40
普通钻床改为多轴钻床
专业班级：机电一体化（专科） 学生姓名：马亮权
指导教师：沈冬萍、李春梅 职称：讲师

文中摘要 本设计是关于普通钻床改造为多轴钻床的设计。普通钻床为单轴机床，但安装上多轴箱就会成为多轴的钻床，改造成多轴钻床后，能大大地缩短加工时间，提高生产效率。因此本设计的重点是多轴箱的设计，设计内容包括齿轮分布与选用、轴的设计、多轴箱的选用、导向装置设计等。
关键词： 多轴钻床；生产效率；多轴箱
Ordinary drill assembled a multiple drill

Abstract The design is about reconstructing the ordinary drill to a multiple drill. The ordinary drill is a single drill. It will improve its productive efficiency, shorten its processing time if assembled a multiple spindle case on. That so calls a multiple drill. Hereby, the keystone of this design paper is how to design a multiple spindle heads. The design subjects include the selection and distribution of gear wheel, the design of spindle, and the guiding equipment and selection of the multiple spindle heads, etc.

Key words: multiple drill; productive efficiency; multiple spindle heads

- 41 -
第1章　 绪论
1.1多轴加工应用
据统计，一般在车间中普通机床的平均切削时间很少超过全部工作时间的15%。其余时间是看图、装卸工件、调换刀具、操作机床、测量　以及清除铁屑等等。使用数控机床虽然能提高85%，但购置费用大。某些情况下，即使生产率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通机床低。故必须更多地缩短加工时间。不同的加工方法有不同的特点，就钻削加工而言，多轴加工是一种通过少量投资来提高生产率的有效措施。
1.1.1多轴加工优势
虽然不可调式多轴头在自动线中早有应用，但只局限于大批量生产。即使采用可调式多轴头扩大了使用范围，仍然远不能满足批量小、孔型复杂的要求。尤其随着工业的发展，大型复杂的多轴加工更是引人注目。例如原子能发电站中大型冷凝器水冷壁管板有15000个ψ20孔，若以摇臂钻床加工，单单钻孔与锪沉头孔就要842.5小时，另外还要划线工时151.1小时。但若以数控八轴落地钻床加工，钻锪孔只要171.6小时，划线也简单，只要1.9小时。因此，利用数控控制的二个坐标轴，使刀具正确地对准加工位置，结合多轴加工不但可以扩大加工范围，而且在提高精度的基础上还能大大地提高工效，迅速地制造出原来不易加工的零件。有人分析大型高速柴油机30种箱形与杆形零件的2000多个钻孔操作中，有40%可以在自动更换主轴箱机床中用二轴、三轴或四轴多轴头加工，平均可减少20%的加工时间。1975年法国巴黎机床展览会也反映了多轴加工的使用愈来愈多这一趋势。
1.2 多轴加工的设备
多轴加工是在一次进给中同时加工许多孔或同时在许多相同或不同工件上各加工一个孔。这不仅缩短切削时间，提高精度，减少装夹或定位时间，并且在数控机床中不必计算坐标，减少字块数而简化编程。它可以采用以下一些设备进行加工：立钻或摇臂钻上装多轴头、多轴钻床、多轴组合机床心及自动更换主轴箱机床。甚至可以通过二个能自动调节轴距的主轴或多轴箱，结合数控工作台纵横二个方向的运动，加工各种圆形或椭圆形孔组的一个或几个工序。现在就这方面的现状作一简介。
1.2.1多轴头
从传动方式来说主要有齿轮传动与万向联轴节传动二种。这是大家所熟悉的。前者效率较高，结构简单，后者易于调整轴距。从结构来说有不可调式与可调式二种。前者轴距　不能改变，多采用齿轮传动，仅适用于大批量生产。为了扩大其赞许适应性，发展了可调式多轴头，在一定范围内可调整轴距。它主要装在有万向.二种。（1）万向轴式也有二种:具有对准装置的主轴。主轴装在可调支架中，而可调支架能在壳体的T形槽中移动，并能在对准的位置以螺栓固定。（2）具有公差的圆柱形主轴套。主轴套固定在与式件孔型相同的模板中。前一种适用于批量小且孔组是规则分布的工件（如孔组分布在不同直径的圆周上）。后一种适用于批量较大式中小批量的轮番生产中，刚性较好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。
多轴头可以装在立钻式摇臂钻床上，按钻床本身所具有的各种功能进行工作。这种多轴加工方法，由于钻孔效率、加工范围及精度的关系，使用范围有限。
1.2.2 多轴箱
也象多轴头那样作为标准部件生产。美国Secto公司标准齿轮箱、多轴箱等设计的不可调式多轴箱。有32种规格，加工面积从300Ｘ300毫米到600Ｘ1050毫米，工作轴达60根，动力达22.5千瓦。Romai工厂生产的可调多轴箱调整方便，只要先把齿轮调整到接近孔型的位置，然后把与它联接的可调轴移动到正确的位置。因此，这种结构只要改变模板，就能在一定范围内容易地改变孔型，并且可以达到比普通多轴箱更小的孔距。
根据成组加工原理使用多轴箱或多轴头的组合机床很适用于大中批量生产。为了在加工中获得良好的效果，必需考虑以下数点：（1）工件装夹简单，有足够的冷却液冲走铁屑。（2）夹具刚性好，加工时不形变，分度定位正确。（3）使用二组刀具的可能性，以便一组使用，另一组刃磨与调整，从而缩短换刀停机时间。（4）使用优质刀具，监视刀具是否变钝，钻头要机磨。（5）尺寸超差时能立即发现。
1.2.3多轴钻床
这是一种能满足多轴加工要求的钻床。诸如导向、功率、进给、转速与加工范围等。巴黎展览会中展出的多轴钻床多具液压进给。其整个工作循坏如快进、工进与清除铁屑等都是自动进行。值得注意的是，多数具有单独的变速机构，这样可以适应某一组孔中不同孔径的加工需要。1.2.4 自动更换主轴箱机床　
为了中小批量生产合理化的需要，最近几年发展了自动更换主轴箱组合机床。
(1) 自动更换主轴机床　　
自动更换主轴机床顶部是回转式主轴箱库，挂有多个不可调主轴箱。纵横配线盘予先编好工作程序，使相应的主轴箱进入加工工位，定位紧并与动力联接，然后装有工件的工作台转动到主轴箱下面，向上移动进行加工。当变更加工对象时，只要调换悬挂的主轴箱，就能适应不同孔型与不同工序的需要。
(2) 多轴转塔机床　
转塔上装置多个不可调或万向联轴节主轴箱，转塔能自动转位，并对夹紧在回转工作台的工件作进给运动。通过工作台回转，可以加工工件的多个面。因为转塔不宜过大，故它的工位数一般不超过4—6个。且主轴箱也不宜过大。当加工对象的工序较多、尺寸较大时，就不如自动更换主轴箱机床合适，但它的结构简单。
(3) 自动更换主轴箱组合机床
它由自动线或组合机床中的标准部件组成。不可调多轴箱与动力箱按置在水平底座上，主轴箱库转动时整个装置紧固在进给系统的溜板上。主轴箱库转动与进给动作都按标准子程序工作。换主轴箱时间为几秒钟。工件夹紧于液压分度回转工作台，以便加工工件的各个面。好果回转工作台配以卸料装置，就能合流水生产自动化。在可变生产系统中采用这种装置，并配以相应的控制器可以获得完整的加工系统。
(4) 数控八轴落地钻床
大型冷凝器的水冷壁管板的孔多达15000个，它与支撑板联接在一起加工。孔径为20毫米，孔深180毫米。采用具有内冷却管道的麻花钻，5－7巴压力的冷却液可直接进入切削区，有利于排屑。钻尖磨成90°供自动　定心。它比普通麻花钻耐用，且进给量大。为了缩短加工时间，以8轴数控落地加工。
1． 3 多轴加工趋势
多轴加工生产效率高，投资少，生产准备周期短，产品改型时设备损失少。而且随着我国数控技术的发展，多轴加工的范围一定会愈来愈广，加工效率也会不断提高。
第2章 普通钻床改为多轴钻床
2.1生产任务
在一批铸铁连接件上有同一个面上有多个孔加工。在普通立式钻床上进行孔加工，通常是一个孔一个孔的钻削，生产效率低，用非标设备，即组合机床加工，生产效率高，但设备投资大。
但把一批普通立式普通单轴钻床改造为立式多轴钻床，改造后的多轴钻床，可以同时完成多个孔的钻、扩、铰、等工序。设计程序介绍如下：
2.2 普通立式钻床的选型
2.2.1 计算所需电机功率
零件图如图1所示：

图1为工件零件图，材料：铸铁HT200；料厚：5mm；硬度：HBS170-240HBS；年产量：1000万件；4-6.7尺寸精度IT13.
(1) 确定四个孔同时加工的轴向力，公式：

式中：=365.9,=,=0.661,=1.217,=0.361,=1.1,
=0.35m/s（表15-37）[文献1

则
所需电机功率：
2.2.2 立式钻床的确定
根据上面计算所需电机的功率，现选用Z525立式钻床，其主要技术参数如表1所示：
表1 Z525立式钻床主要技术参数
技术规格
型号
Z525
最大钻孔直径（mm）
25
主轴端面至工作台距离(mm)
0-700
主轴端面至底面距离(mm)
750-110
主轴中心至导轨距离(mm)
250
主轴行距(mm)
175
主轴孔莫氏解锥度
3号
主轴最大扭转力矩(N‧m)
245.25
主轴进给力(N)
8829
主轴转速(r/mm)
97-1360
主轴箱行程(mm)
200
进给量(mm/r)
0.1-0.8
工作台行程(mm)
325
工作台工作面积(mm2)
500Ｘ375
主电动机功率(kw)
2.8

第3章 多轴齿轮传动箱的设计
3.1　设计前的准备
（1）大致了解工件上被加工孔为4个Ф10的孔。毛坯种类为灰铸铁的铸件，由于石墨的润滑及割裂作用，使灰铸铁很易切削加工，屑片易断，刀具磨损少，故可选用硬质合金锥柄麻花钻（GB10946-89）[文献2]
（2）切削用量的确定　
根据表2－7[文献？]，切削速度,进给量.
则切削转速
根据Z525机床说明书，取
故实际切削速度为：
（3）确定加工时的单件工时
一般为5-10mm,取10mm
[文献3]

加工一个孔所需时间：
单件时工时：
3.2 传动系统的设计与计算
(1) 选定齿轮的传动方式：初定为外啮合。
(2) 齿轮分布方案确定：
根据分析零件图，多轴箱齿轮分布初定有以下图3，图4两种形式

根据通常采用的经济而又有效的传动是：用一根传动轴带支多根主轴。因此，本设计中采用了图3所示的齿轮分布方案。
（3）明确主动轴、工作轴和惰轮轴的旋转方向，并计算或选定其轴径大小。
因为所选定的Z535立式钻床主轴是左旋，所以工作轴也为左旋，而惰轮轴则为右旋。
根据表2确定工作轴直径《机械制造》.8/97：43
表2　加工孔径与工作轴直径对应表（mm）
加工孔径
＜12
12－16
16－20
工作轴直径
15
20
25

因为加工孔径为Ф10mm,所以工作轴直径选15mm.
主动轴和惰轮轴的直径在以后的轴设计中确定。
（4） 排出齿轮传动的层次，设计各个齿轮。
① 本设计的齿轮传动为单层次的齿轮外啮合传动，传动分布图如图4所示。
② 在设计各个齿轮前首先明确已知条件：电机输入功率,齿轮Ⅰ转速, 齿轮Ⅲ转速,假设齿轮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的传动比均为i=0.84,即齿轮比u=1.2,工作寿命15年（每年工作300天），两班制。
③ 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数
ⓐ选用直齿轮圆柱齿轮传动；
ⓑ多轴箱为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）;
Ⓒ材料选择
由表10-1[文献4]选择齿轮Ⅰ材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，齿轮Ⅱ材料为45（调质），硬度为240HBS，齿轮Ⅲ材料为45（常化），硬度210HBS;
Ⓓ选齿轮Ⅰ齿数,齿轮Ⅱ齿数,取.
④ 按齿面接触强度设计　
由设计计算公式进行试算，‧
ⓐ 确定公式内的各计算数值
1)试选载荷系数;
2)计算齿轮Ⅰ传递的转矩

3)由表 10-7[文献4]选取齿宽系数=0.5
4)由表10-6[文献4] 查得材料的弹性影响系数
5)由表10-21d[文献4] 按齿面硬度查得齿轮Ⅰ的接触疲劳强度极限？;齿轮Ⅱ的接触疲劳强度极限？;
6)由表10-13[文献4] 计算应力循环次数：

7)由表10-19[文献4] 查得接触疲劳寿命系数,;
8)计算接触疲劳许用应力:
取失效概率为1%，安全系数,由式(10-12) [文献4] 得：

;
ⓑ计算
1)试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值:

2)计算圆周速度V:

3)计算齿

4)计算齿宽与齿高之比
模数：
齿高：

5)计算载荷系数
根据v=3.81m/s,7级精度，由图10-8[文献4] 查得动载系数Kv=1.14,
直齿轮，假设,由表10-3[文献4] 查得;
由表10-2[文献4] 查得使用系数;
由表10-4[文献4] 查得7级精度齿轮Ⅰ相对支承非对称布置时，

将数据代入后得：
;
由,查图10-13[文献4]得，;
故载荷系数
6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）[文献4] 得，
=53.649x=57.18mm
7)计算模数m
m=d1/Z1=57.18/24=2.4mm,圆整为m=25mm.

⑤按齿根弯曲强度设计
由式（10-5）[文献4] 得弯曲强度的设计公式为m≥
ⓐ确定公式内的各计算数值
1） 由图10-20[文献4] 查得齿轮Ⅰ的弯曲疲劳极限=500Mpa;
齿轮Ⅱ的弯曲疲劳强度极限=380Mpa;
2)由图10-18[文献4] 查得弯曲疲劳寿命系数;
3)计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式（10-12）[文献4] 得：
[]1===303.57Mpa
==238.86MPa
4)计算载荷系数

5) 查取齿形系数
由表10-5[文献4] 查得
6)查取应力校正系数
由表10-5[文献4] 查得
7）计算齿轮Ⅰ、Ⅱ的并加以比较
==0.01379
==0.01716
齿轮Ⅱ的数值大。

ⓑ设计计算
m≥
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.5。在零件图中可知，主动轴与惰轮轴的中心距为51mm，即齿轮Ⅰ、Ⅱ完全啮合的中心距，得：
m()=51
1.5x()=51
Z1=31, Z2=37
惰轮轴与工作轴的中心距为61.5mm，即齿轮Ⅱ与齿轮Ⅲ完全啮合时中心距，即
m()=61.5
1. 5()=61.5
Z3=45
⑥几何尺寸计算
ⓐ计算分度圆直径：
d1=Z1٠m=31x1.5=46.5mm
d2=Z2٠m=37x1.5=55.5mm
d3=Z3٠m=45x1.5=67.5mm
ⓑ计算中心中距
aⅠⅡ=51mm,aⅡⅢ=61.5mm
ⓒ计算齿轮齿宽

取
⑦验算
Ft===819.2N
==35.66N/mm<100N/mm 合格

第4章 多轴箱的结构设计与零部件的绘制
多轴箱的传动方式为外啮合，齿轮传动的排列层次为一层。
4.1箱盖、箱体和中间板结构
(1)箱体选用240mmx200mm长方形箱体，箱盖与之匹配。箱体材料为HT20-40, 箱盖为HT15-33.
(2)中间板的作用：箱内部分是轴承的支承座，伸出箱外的部分是导向装置中的滑套支承座，为便于设计人员选用，已将中间板规范为23mm和28mm两种厚度的标准，现选用23mm厚的中间板，材料为HT15-33。
4.2多轴箱轴的设计
(1)主动轴的设计
①轴材料的选择
表15-3[文献4] 轴材料选用45钢，调质处理。
②轴径的确定
根据公式d≥A0(15-2) [文献4]
式中A0=,查表15-3[文献4] ，A0取110
d≥110x=13.9mm,取d=25mm
③轴结构设计

ⓐ选择滚动轴承
因为轴承同时受有径向载荷及轴向载荷，故前、后端均选用单列向心球轴承，由表1-14
[文献3] ，选用7204c轴承。
ⓑ轴上各段直径，长度如图5所示。
ⓒ键的确定
因为齿轮宽为35mm,所以选用8x7x22平键，表6-1[文献4]
ⓓ确定轴上圆角和倒角尺寸
参考表15-2[文献4] ，取轴端倒角2x450,各轴肩的圆角半径为R=1.0mm.
ⓔ按弯扭合成校核轴的强度
作出轴的计算简图

轴上扭转力矩为
M=9549x=9549x=19.7
周向力为
Py===1970N
径向力为
Pz=0.48 Py=0.48x1970=945.6N

根据轴的计算简图，分别作出轴的扭矩图、垂直图的弯矩My图和水平平面内的弯矩Mz图，如图7所示。从图中可知，截面E为危险截面，在截面E上，扭矩T和合成弯矩M分别为
T=19.7;
M===39.3
轴材料选用45钢，=355Mpa,许用应力[]=[文献5],为许用应力安全系数，取=1.5,则[]==237Mpa
按第三强度理论进行强度校核
公式，
W为轴的抗弯截面系数，W=-(表15-4) [文献4]
W==1533.2-105.8=1427.4
=
=30.8Mpa<[]
即轴的强度足够。
ⓕ精确校核轴的疲劳强度
在上面的分析中已判定E截面为危险截面，所以现在校校E面左右两侧即可，其他截面均无需校核。
截面E左侧面校核：
抗弯截面系数W为：W=0.1d3=0.1x303=2700mm3
抗扭截面系数WT为：WT=0.2d3=0.2x303=5400mm3
弯矩M及弯曲应力为:M=39300x=35496.8
===13.1Mpa
扭矩T3及扭转应力为：T3=19700
===3.6Mpa
轴的材料为45钢，调质处理， =640Mpa,=275Mpa,=155Mpa。
过盈配合处的值，由附表3-8[文献4] 用插入法求出，并取=0.8,
于是得=2.85, =0.8x2.85=2.28
轴按磨削加工，由附图3-4[文献4] 得表面质量系数为==0.92
故得综合系数为：K=--1=2.85+=2.94
K=+-1=2.28+=2.37
计算安全系数：
S===7.1
S===35.6
Sca===6.9>S=1.5 故安全
截面E右侧面校核：
抗弯截面系数W为：W=0.1d3=0.1x203=800mm3
抗扭截面系数WT为：WT=0.2d3=0.2x203=1600mm3
弯矩M及弯曲应力为:M=39300x=35496.8
===44.4Mpa
扭矩T3及扭转应力为：T3=19700
===12.3Mpa
截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数a及a按附表3-2查取[文献4] ，因==0.05,==1.25,经插值后可查得:a,a
又由附图3-1[文献？]可得轴提材料的敏性系数为：q,q
故有效应力集中系数按式（附3-4）[文献4] 为：
k
k
由附图3-2[文献4] 得尺寸系数
由附图3-3[文献4] 得扭转尺寸系数
轴按磨削加工，由附图3-4[文献4] 得表面质量系数为==0.92
轴未经表面强化处理，即，则按式（3-12）及（3-12）[文献4] ，得综合系数值为：
K=--1=+=2.09
K=+-1=+=1.67
计算安全系数：
S===2.96
S===14.7
Sca===2.9>S=1.5
故该轴在截面右侧面是安全的，又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。
ⓖ轴承的校核
机床一般传动轴的滚动轴承失效形式，主要是疲劳破坏，故应进行疲劳寿命计算。
滚动轴承疲劳寿命计算公式：
（10-5）[文献4]
式中：

，表3.8-50[文献6]

因为所受的轴向力太小，所以忽略不计,Fa=0
所受径向力Fr=945.6/2=472.8N表3.8-50[文献6]
P=0.41Fr+0.87Pa=0.41x472.8=193.8
>=30000h(表13-3) [文献6]
轴承安全
(2)惰轴的设计
①轴材料的选择
表15-3[文献4] 轴材料选用45钢，调质处理。
②轴径的确定
根据公式d≥A0(15-2) [文献4]
=110，取d=20mm
③轴的结构设计：

ⓐ选择滚动轴承
因为轴承同时受有径向载荷及轴向载荷，选用单列向心球轴承，由表1-14[文献3],选用7002c轴承。
ⓑ轴上各段直径，长度如图8所示。
ⓒ键的确定
因为齿轮宽为30mm,所以选用6x6x18平键，表6-1[文献4]
ⓓ轴上圆角和倒角尺寸
参考表15-2[文献4] ，取轴端倒角2x450,各轴肩的圆角半径为R=1.0mm.
ⓔ扭合成校核轴的强度
作出轴的计算简图

轴上扭转力矩为
M=9549x=9549x=23.2
周向力为
Py===2320N
径向力为Pz=0.48 Py=0.48x2320=1113.6N

根据轴的计算简图，分别作出轴的扭矩图、垂直图的弯矩My图和水平平面内的弯矩Mz图，如图10所示。从图中可知，截面E为危险截面，在截面E上，扭矩T和合成弯矩M分别为
T=23.2;
M===32.8
按第三强度理论进行强度校核[文献5]:
公式，
W为轴的抗弯截面系数，W=-(表15-4) [文献4]
W==785-81=704
=
=70Mpa<[]=237Mpa
即轴的强度足够。
ⓕ校核轴的疲劳强度
在上面的分析中已判定E截面为危险截面，所以现在校校E面左右两侧即可，其他截面均无需校核。
截面E左侧面校核：
抗弯截面系数W为：W=0.1d3=0.1x253=1562.5mm3
抗扭截面系数WT为：WT=0.2d3=0.2x253=312.5mm3
弯矩M及弯曲应力为:M=32800x=22707.7
===14.5Mpa
扭矩T3及扭转应力为：T3=23200
===74.2Mpa
轴的材料为45钢，调质处理， =640Mpa,=275Mpa,=155Mpa。
过盈配合处的值，由附表3-8[文献4] 用插入法求出，并取=0.8,
于是得=2.69, =0.8x2.69=2.15
轴按磨削加工，由附图3-4[文献4] 得表面质量系数为==0.92
故得综合系数为：K=--1=2.69+=2.8
K=+-1=2.15+=2.24
计算安全系数：
S===6.8
S===1.8
Sca===1.55>S=1.5 故安全
截面E右侧面校核：
抗弯截面系数W为：W=0.1d3=0.1x153=337.5mm3
抗扭截面系数WT为：WT=0.2d3=0.2x153=675mm3
弯矩M及弯曲应力为:M=32800x=22707.7
===67.3Mpa
扭矩T3及扭转应力为：T3=23200
===34.4Mpa
截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数a及a按附表3-2查取[文献4] ，因==0.07,==1.33,经插值后可查得:a,a
又由附图3-1[文献？]可得轴提材料的敏性系数为：q,q
故有效应力集中系数按式（附3-4）[文献4] 为：
k
k
由附图3-2[文献4] 得尺寸系数
由附图3-3[文献4] 得扭转尺寸系数
轴按磨削加工，由附图3-4[文献4] 得表面质量系数为==0.92
轴未经表面强化处理，即，则按式（3-12）及（3-12）[文献4] ，得综合系数值为：
K=--1=+=1.93
K=+-1=+=1.58
计算安全系数：
S===2.12
S===5.53
Sca===1.99>S=1.5
故该轴在截面右侧面是安全的，又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。
ⓖ轴承的校核
因为所受的轴向力太小，所以忽略不计,Fa=0
所受径向力Fr=1113.6/2=556.8n
P=0.41Fr+0.87Pa=0.41x556.8=228.3N
7002c向心球轴承校核
>=30000h(表13-3) [文献6]
轴承安全
（3）工作轴的设计
①轴材料的选择
表15-3[文献4] 轴材料选用45钢，调质处理。
②轴径的确定
在传动系统的设计与计算中已的工作轴的直径定为d=15mm。
③轴的结构设计：

ⓐ择滚动轴承
因为轴承同时受有径向载荷及轴向载荷，故前、后端均选用单列向心球轴承，又因工作轴用于钻削，在后端加单向推力球轴承。由表1-14[文献3]，单列向心球轴承选用102轴承，后端单向推力球轴承选用8102轴承。
ⓑ各段直径，长度如图11所示。
ⓒ键的确定
因为齿轮宽为25mm,所以选用5x5x20平键，表6-1[文献4]
ⓓ轴上圆角和倒角尺寸
参考表15-2[文献4] ，取轴端倒角2x450,各轴肩的圆角半径为R=0.8mm.
ⓔ扭合成校核轴的强度
作出轴的计算简图

轴上扭转力矩为
M=9549x=9549x=27.3
周向力为
Py===3640N
径向力为
Pz=0.48 Py=0.48x3640=1754.5N
根据轴的计算简图，分别作出轴的扭矩图、垂直图的弯矩My图和水平平面内的弯矩Mz图，如图13所示。从图中可知，截面E为危险截面，在截面E上，扭矩T和合成弯矩M分别为
T=27.3;
M===54.6
按第三强度理论进行强度校核[文献5]:
公式，
W为轴的抗弯截面系数，W=-(表15-4) [文献4]
W==331.2-56.3=274.9
=
=222Mpa<[]=237Mpa
即轴的强度足够。

ⓕ校核轴的疲劳强度
在上面的分析中已判定E截面为危险截面，所以现在校校E面左右两侧即可，其他截面均无需校核。
截面E右侧面校核：
抗弯截面系数W为：W=0.1d3=0.1x173=491.3mm3
抗扭截面系数WT为：WT=0.2d3=0.2x173=982.6.5mm3
弯矩M及弯曲应力为:M=54600x=24125.6
===49.1Mpa
扭矩T3及扭转应力为：T3=27300
===27.8Mpa
轴的材料为45钢，调质处理， =640Mpa,=275Mpa,=155Mpa。
过盈配合处的值，由附表3-8[文献4] 用插入法求出，并取=0.8,
于是得=2.93, =0.8x2.93=2.35
轴按磨削加工，由附图3-4[文献4] 得表面质量系数为==0.92
故得综合系数为：K=--1=2.93+=3.02
K=+-1=2.35+=2.44
计算安全系数：
S===1.85
S===4.48
Sca===1.7>S=1.5 故安全
截面E左侧面校核：
抗弯截面系数W为：W=0.1d3=0.1x153=337.5mm3
抗扭截面系数WT为：WT=0.2d3=0.2x153=675mm3
弯矩M及弯曲应力为:M=54600
===161。8Mpa
扭矩T3及扭转应力为：T3=27300
===40.4Mpa
在附表3-4[文献4] 用插入法求得轴上键槽处的有效应力集中系数：k,k
由附图3-2[文献4] 得尺寸系数
由附图3-3[文献4] 得扭转尺寸
轴按磨削加工，由附图3-4[文献4] 得表面质量系数为==0.92
轴未经表面强化处理，即，则按式（3-12）及（3-12）[文献4] ，得综合系数值为：
K=--1=0+=0.09
K=+-1=+=1.63
计算安全系数：
S===18.89
S===4.57
Sca===4.4>S=1.5
故该轴在截面右侧面是安全的，又因为轴无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去
静强度校核。
ⓖ轴承的校