本科毕业论文---立式钻床用轴均布多轴头设计说明书.doc

桂 林 航 天 工 业 学 院

毕业设计（论文）任务书

系 别 机械工程系
专 业 机械制造及自动化
学生班级 2011038201
姓 名 马 礼 学
指导老师 谢云峰
职 称 副教授
设计题目 立式钻床用轴均布多轴头设计

目 录
目 录 - 2 -
摘 要 - 3 -
1.概述 - 4 -
1.1 问题的提出 - 4 -
1.2同行业概况 - 4 -
1.3课题的意义 - 4 -
2.总体方案设计 - 5 -
2.1对工件进行工艺分析 - 5 -
2.1.1 检查图纸的完整性和正确性 - 5 -
2.1.2 分析工件的结构特点 - 6 -
2.1.3 分析工件的材料及加工性能 - 6 -
2.1.4 工件的生产批量 - 7 -
2.2 确定工件的加工方法 - 7 -
2.3 对被改装钻床的分析 - 7 -
2.4 总体布局 - 8 -
2.5其他问题分析 - 9 -
3.齿轮可调式三轴头架的设计 - 10 -
3.1 齿轮可调式三轴头架的传动原理及调整方法 - 10 -
3.2方案的工艺设计参数 - 11 -
3.2.1 Z535钻床动力所允许的工况条件 - 11 -
3.3三轴头架的传动设计 - 18 -
3.3.1齿轮的设计演算（参考《机械设计工程学I》） - 18 -
3.3.2轴的设计与校核 - 23 -
3.3.3 轴承的校核计算 - 38 -
3.3.4 键的校核计算 - 39 -
3.3.5螺栓的设计校核计算（参考〈〈机械设计工程学Ⅱ〉〉） - 40 -
3.3.6 夹头夹紧力的计算校核 - 42 -
4.润滑与密封 - 45 -
5.结束语 - 46 -
6.谢辞 - 47 -
7.参考文献 - 48 -

立式钻床用轴均布多轴头设计
摘 要
本文是立式钻床用轴均布多轴头设计，可调式多轴头各轴在圆周方向均布且方向可方便地沿直径方向同步调整，以适应多种小批量生产条件下法兰盘类零件的螺孔加工。
多轴头架的设计参数来源于一般的加工工艺条件，以适应更广阔的加工范围。针对工厂里多孔钻削时，孔径一般较小，多在10cm左右，而且大部分是箱体、法兰盘等，箱体、法兰盘多为铸造件，材料是铸铁，也有个别的被加工零件的材料是低碳钢。根据这些工件的切削条件，可以确定多轴头架的工艺主参数。
主参数确定后便可以进行多轴头架的总体设计。多轴头架的传动原理是通过齿轮啮合增加钻削轴的轴数，以满足多孔加工的要求。通过二级齿轮啮合，输入轴和输出轴的转向没变，但由于齿轮分支传动，变成多根输出轴。
工艺范围可以满足一般加工情况的孔类钻削要求。可调多轴头架可以起到提高生产效率、降低成本、提高孔系加工精度等作用。参照该调节原理可进行其他任意孔系加工装置的设计，还可以用于攻丝、扩、锪孔等加工装置。此外该装置具有结构简单、操作方便、应用范围广等特点，值得推广。
1.概述
1.1 问题的提出
本次毕业设计任务的提出，是为适应目前我国大部分制造厂的实际生产状况。当前制造业设备更新特别快，大部分企业遇到同一端面的多孔钻削的零件时，为此购置专用设备又往往不经济的条件下，可以通过改造现有普通单轴钻床使之具有多轴钻削的能力。既解决了加工要求与现有设备的矛盾，又有效的利用了闲置机床，极大的提高了设备利用率，给企业带来了巨大的经济效益。
1.2同行业概况
在国内的相关企业中已经有一部分企业开始原有设备的改造以适应新的加工生产。其中有一些结构相对比较复杂，当然这与白加工零件的相关工艺参数有关。在法兰盘周向均布孔的加工上应用已经相当广泛。比如在郑州的一个汽车制造车间上，运用了改造后的钻床进行加工，取得了良好的经济效果。由于这些厂家的生产对象的特殊性，他们加工的孔径一般较大，改造后的钻床，除了加装多轴头架外，还需设计额外的夹具以减轻头架的重量对钻床的作用力影响及保证头架进给的精度。
1.3课题的意义
为了使广大的一般小型生产厂家具有同一端面的多孔加工能力，我设计了重量较轻，钻削轴均布的三轴头架。可以实现同时三孔位的加工，而且如果孔之间的距离有变化，可以随时进行孔距的调节，使它能够实现多孔位的加工，那样不仅可以节省时间、改善工人的劳动强度、提高劳动效率，而且对于机械行业也是一种革新。
齿轮可调式三轴头架，因为它是一种可换的，而且是可以调节孔距的设备，所以适应生产过程中的小批量的生产。
根据多孔的加工要求，确定机床的主要参数如下：
最大钻孔深度（单侧钻） 50mm
主轴数目 3
主轴中心线至工作台面高 750mm
主轴转速 1000r/min左右

2.总体方案设计
总体方案是部件和零件的设计依据，对整个机床的设计影响较大。因此，在拟定总体方案的过程中，必须综合的考虑，使所定方案技术上先进，经济效果好。确定总体方案，包括下列内容：
2.1对工件进行工艺分析
2.1.1 检查图纸的完整性和正确性
工件的图纸应能清晰的表达工件的形状结构，标注全部尺寸及技术要求，说明工件的材料和所需要的工件数量等。加工零件为典型的盘类零件，砂轮机端盖，如图：
图1 砂轮机端盖
2.1.2 分析工件的结构特点
工件的结构决定了它的安装方式和加工厂方法。要求用多轴头架加工的孔为精度要求不甚高的螺栓孔，在加工时，以大端面为基准装夹，根据批量的要求需另外设计专用夹具，以适应中批量的生产要求。
2.1.3 分析工件的材料及加工性能
工件的材料对加工方法有很大的影响。如材料的软硬对刀具进给量、走刀量都有较大的影响。砂轮机端盖的毛坯为铸件，材料是球墨铸铁，可根据相关手册计算加工时的加工参数，以此来确定多轴头架的设计参数。
2.1.4 工件的生产批量
被加工工件的生产批量的大小对改装方案的制定也有较大的影响。工件的批量大，改装后的机床的生产效率则要求高，若工件的批量小，则对机床的效率要求不高。工件批量大时要求要考虑机床的专用性，工件批量小时要求要考虑机床的通用性。砂轮机端盖的生产为中批量生产，设计周期短、经济的三轴头架十分适合它的生产批量加工条件。

2.2 确定工件的加工方法

不同的加工方法可带来不同的经济效益，故工件加工工厂方法选择的是否合适，对钻床改装来说是非常重要的，他不仅关系到改装形式，还直接影响改装后机床加工质量的优劣、生产效率的高低等。所以确定工件加工方法时，应考虑以下主要问题：（1）加工表面要求的精度和粗糙度；（2）工件的生产批量；（3）工件的结构形状和尺寸（4）钻床改装的实际可能性。

2.3 对被改装钻床的分析

分析被改装钻床时包括的主要内容有：（1）分析机床能否适应改装要求；（2）调查和了解机床的使用情况；（3）考虑机床的动力情况；（4）分析改装后机床的强度和刚度问题。
Z535型立式钻床是一种传统的立式钻床，在机械制造和维修中的单件、小批量生产中，对中小型零件进行钻孔、扩孔、铰孔、锪孔及攻螺纹等加工工艺上得到了普遍的应用。但由于其为单孔钻床，对多孔钻削的加工比较麻烦，很费工时，给操作者增加了劳动强度。为此，为了挖掘设备潜力，将其改装成多头钻床，根据在实际加工中的要求，同一加工平面三孔或四孔加工比较常见，设计了齿轮十多轴头架，以便于更高效的使用Z535立式钻床。在完成一批生产任务后，三轴头架可以从钻床上拆下来，立式钻床恢复原貌，不会影响钻床原来的参数。当参数发生改变、被加工工件尺寸发生变化时，可调式头架的钻削主轴轴距可以调节，适应被加工工件上孔距在一范围内的变化，从而扩大了三轴头架的使用范围。
有关Z535钻床的动力参数将在以下内容进行详尽的分析计算。

2.4 总体布局

一般包括：分配运动、选择传动形式和支承形式的位置、拟定从布局上改善机床性能和技术经济指标的措施等。最后，绘制多轴头架与机床的总联系尺寸图，以表达所才用的总体布局，规定联系尺寸，并确定主要的技术参数。
查相关的机床手册，得到Z535的相关联系尺寸，列于下表（单位：mm）
最大钻孔直径d
35
最大钻孔深度h
175
从主轴端面到工作台端面H
0~750
从主轴中心到导轨距离A
175
从工作台T型槽中心到凸肩距离B
160
凸肩高度h0
-3
工作台最大升高
325
主轴箱最大垂直移动量
200
主轴最大行程
225
主轴外径尺寸
40d4
锥孔莫式号数
4号

2.5其他问题分析

在制定改装方案时，除了以上各因素外，还要注意维护要方便、制造和装陪要简单、结构要紧凑、通用化程度要高、外型要平整协调等，同时也要考虑因地制宜的改装问题。考虑到在钻床上安装了三轴头架之后，再装上钻头，钻头前端到被加工工件之间必须留有一定的高度用于进刀用，在加上工件孔的深度，钻头架的垂直尺寸必须满足一定的范围。根据钻床外的联系尺寸、钻头长度和一般被加工工件的尺寸，钻头架的垂直尺寸应在400mm左右。
3.齿轮可调式三轴头架的设计
3.1 齿轮可调式三轴头架的传动原理及调整方法
可调式三轴头架的传动原理如图1所示。主轴1由钻床主轴来带动旋转，经齿轮副2与3和3与5，使小轴4（即钻削主轴）得到动力旋转，于是带动钻头进行钻削。
钻削孔径的调整通过改变两小轴4的中心距来实现，即使两小轴4的中心距等于被加工孔的孔径。在调整时（参见图1），首先松开六角螺母，然后转动支架使之带动介轮轴一起在本体中转动，直至三小轴的中心距调整到所要求的尺寸为止，再将六角螺母拧紧。
图1 三轴头架传动原理图
图2 传动原理简图
1.主轴 2.中心轮 3.介轮 4.小轴 5.小齿轮
3.2方案的工艺设计参数
3.2.1 Z535钻床动力所允许的工况条件
多轴头架是根据加工工件的需要进行设计的，与之相配套的立钻动力是否够用，设计前必须验证。常用的验证方法有两种：一是类比法，即加工同类零件机床动力进行比较，以此决定所选用的动力是否能满足要求，另一种是计算法，将计算所得的切削功率与配套机床的动力进行比较，以此决定配套机床的动力是否够用。
应用公式计算切削速度、切削力和切削功率，根据设计儿女物说明书的要求，最大孔径为，此时在各种工况条件下的V、F、P。考虑到齿轮传动有功率损失，单根钻削轴能承受的最大功率（Z535的额定功率围4.5kw）
=1.33kw
(1) 用高速钻头钻孔时
查《机械加工工艺师手册》（以下简称《工艺师》）表28-14高速钢钻头钻削结构钢（），当d=10mm时，最大进给速度为f=0.25mm/r，对应的
切削速度 V=15m/min
轴向力 F=3010N
转矩 T=10.03N·m
功率 P=0.51KW<=1.33KW
查《工艺师》表28-15高速钢钻头钻削灰铸铁（190HBS），当d=10mm时，最大的进给速度为f=0.60mm/r，对应的
切削速度 V=12m/min
轴向力 F=3765N
转矩 T=13.93N·m
功率 P=0.52KW<=1.33KW
由于Z535钻床没有0.6mm/r的进给速度，采用与之相近的f=0.57mm/r，再用公式重新对所选公式进行核算
相关公式查《工艺师》表28-2钻、扩、铰孔时切削速度的计算公式

（注：T为刀具的寿命）
表28-4钻孔时轴向力、转矩、功率的计算公式

式中的为修正参数，在这里的计算采用的材料为其实验用的，故都按计算。
（1） 钻削结构碳钢（）时的切削速度V、轴向力F、转矩T、功率P
查表得

有

满足功率要求。
（2） 钻削灰铸铁（190HBS）时的切削速度V、轴向力F、转矩T、功率P

查表得

有

满足功率要求。
综上所述，高速钢钻头加工碳素钢（）时，高速钢钻头加工灰铸铁（190HBS）时，
（3） 用硬质合金钻头（YG8）钻孔时
一般，用硬质合金钻头用于加工灰铸铁，这里按HBS=190HBS计算
据表28-11硬质合金钻头加工灰铸铁的进给量（HBS>170HBS）,这里按f=0.25mm/r计算
查表得

有

满足功率要求。
则用硬质合金钻头YG8钻削时，
3.2.2 确定用于钻削计算的极限值
由于以上所计算的进给量是在机床功率允许的最大值，此时转速为最小值，而在多轴头架中从主轴到钻削主轴是升速运动，可以充分发挥Z535的各级转速对比各种工况下的钻削速度，小轴钻削速度为：
（1） 高速钢钻头钻削加工碳素结构钢（）时
v=16.1m/min
n=v/D=16.1/×0.010=512.7r/min
(2) 高速钢钻头加工灰铸铁（190HBS）时
v=13.4m/min
n=v/D=13.4/×0.010=426.8r/min
(3) 用硬质合金钻头YG8加工灰铸铁（190HBS）时

v=47.4m/min
n=v/D=47.4/×0.010=1509.6r/min
对比可以看出在钻床所允许的功率下，工作最低转速为426.8 r/min，根据有关手册查得Z535钻床的各级转速为：68、100、140、190、275、400、530、750、1100r/min 为了减小轴头架的尺寸，防止头架过重，应尽量缩小头架的传动比，取主轴最低转速为140r/min进行升速，此时钻削轴转速为426.8r/min
则总的传动比为：
考虑钻头都有一定的转向，一般为右旋，为了使钻削主轴与机床主轴的转动方向一致（都为右旋），采用两级齿轮传动。如果把传动比分配的合理，传动系统结构紧凑、重量轻、对机床的作用力就小，润滑条件也好。若分配不合理，可能会造成种种不便，因此分配传动比时要考虑以下原则：
（1） 各级传动比应在每一级传动的范围内，各类传动比允许的推荐值可参见《实用机械设计手册》（以下简称《实用手册》）表1-3：
（2） 各级传动尺寸要协调合理。
取
总传动比

为保证头架总体尺寸不至于过大，取小齿轮的齿数取Z3=20，根据有关资料的设计经验，取模数m=2
则个齿轮的尺寸为：
小齿轮 Z3=20
mm
介轮 mm

中心轮
齿轮齿数确定后，算得传动比误差，总齿数比为：

传动比误差为：

误差在内，满足误差要求。

图3 三轴头架的俯视图
则轴头架的工艺尺寸（见图3）

（1） 进行正式的三孔加工时

但由于支架的尺寸影响，不可能达到理论最小均布直径，根据支架的外型尺寸，头架能够加工的最小均布直径为50mm.
(20) 作双轴头架使用，钻削双孔时

但是，作用轴头架使用时算的是达不到的，因为钻削主轴支架的厚度限制，具体尺寸在装配图完全确定后才能确定。（约为50mm）

3.3三轴头架的传动设计
3.3.1齿轮的设计演算（参考《机械设计工程学I》）
（1）选择齿轮的材料
查表8—17 小齿轮选用40Cr调制处理
介轮选用45调质处理
中心轮选用45正火处理
（2） 对中心轮进行齿根弯曲强度校核计算
由式（8—66）

确定齿轮传动精度等级，小齿轮的转速算得为426.8r/min以上，最高达1000r/min左右，小齿轮的圆周速度

参考表8—14，8—15选取
齿宽系数 查表8—23按齿轮相对轴承为悬臂布置
小齿轮转矩，按最大值计算为T3=13.1Nm(高速钢钻头钻削灰铸铁时)，根据介轮受力分析

载荷系数K 由式（8—54）得

使用系数 查表8-20
动载荷系数 查表8-57
齿向载荷分布系数 查表8-60
齿间载荷分布系数 查表8-55及=0得

查表8-21并查值
则动载荷系数K=1.25×1.07×1.11×1.15=1.71
齿型动载荷系数 查图8-67得
中心轮
介轮
应力修正系数 查图8-68
中心轮
介轮
重合度系数 由式8-67
=0.25+0.75/=0.25+0.75/1.72=0.69
许用弯曲应力 由式8-71
==/
弯曲疲劳极限 查图8-72
应力循环次数由式8-70 得
）
=
弯曲寿命系数 查图8-73
尺寸系数 查图8-74
安全系数 查图8-27
则
=390×1×1/1.3=300N/mm
=460×1×1/1.3=354N/mm
又因为中心轮齿宽

介轮齿宽较大，在计算时按

（已经取得比实际值大，若校核安全，则肯定安全）
故

（3） 对小齿轮进行齿面接触疲劳强度校核计算 由式8-63得

齿宽系数查表8-23，按齿轮相对轴承为悬臂布置，取齿宽

介轮齿宽暂取，实际不止这尺寸，则按照他校核安全，则介轮肯定安全。
小齿齿宽
小齿轮转矩 （注：为极大值）
载荷系数K 由式（8—54）得

使用系数 查表8-20
动载荷系数 查表8-57
齿向载荷分布系数 查表8-60
齿间载荷分布系数 查表8-55及=0得

查表8-21并查值
则载荷系数

弹性系数 查表8-22
节点影响系数 查表8-64
重合度系数 查表8-65（）
许用接触应力 式8-69得

接触疲劳极限应力、查图8-69
应力循环次数由式8-70 得
（已算得）

则查图8-70得接触强度的寿命系数、（不允许有点蚀）
硬化系数 查图8-71及说明
接触强度安全系数 查表8-27，按一般可靠度查得
取
=570×1×1/1.1=518N/mm
=1480×1×1/1.1=1345N/mm
齿数比 故

3.3.2轴的设计与校核
（1）小轴的设计校核
1）小轴最大转矩

2）作用在齿轮的力
圆周力
径向力
3）确定轴的最小直径
选取轴的材料为45钢调质处理，按式4-2初估轴的最小直径，查表4-2取A=115，可得
高速钢钻头钻削碳素钢时

高速钢钻头钻削灰铸铁时

硬质合金钻头钻削灰铸铁时

当轴上开有键槽时会削弱轴的强度，要适当增大轴的直径。轴段上有一个键槽时，轴径增大3～5%，故

4）轴的结构设计
A 拟定轴上零件的装配方案（见图4）
B 按轴向定位要求确定各轴段直径和长度
轴段1 齿轮左端用弹簧挡圈定位，按轴段1的直径，取挡圈直径D=18.5mm(GB894.1-86).取.
轴段2 该轴段安装滚动轴承。此轴承主要承受切削力，即轴向力，选用单向推力轴承，取轴段直径，选用8205型单向推力轴承，尺寸d×D×T=25×47×15.取齿轮垫圈的厚度为2mm,铜套的长度取为45mm,
轴段3 该轴段为夹头，起加紧钻头的作用，其具体尺寸有相关标准，此处不再详细分析。
图4 小轴的装配简图
5）轴上零件的周向定位
齿轮与轴的周向定位采用A型普通平键，尺寸为，为了保证齿轮与轴有良好的对中性，取齿轮与轴的配合为。
滚动轴承与轴的周向定位是采用过渡配合保证的，此轴段公差取为。
6）确定轴上零件圆角和倒角尺寸
各轴肩处的圆角半径见图3，轴端倒角取。
7）轴的强度校核
A）求轴的载荷
首先根据轴的结构图作出计算简图，在确定轴承支点位置时，因其只承受轴向力，对轴的强度无影响，而铜套与轴的配合段可视为墙壁。
根据轴的计算简图作出轴的弯矩图、扭矩图和当量弯矩图。从轴的结构图和弯矩图可以看出，A截面的当量弯矩最大，是轴的危险截面。
A截面处的、、及的数值如下
弯矩 和
水平面
垂直面
合成弯矩

扭矩

当量弯矩

B）校核轴的强度
轴的材料为45钢，调质处理，由表4-1查得 ，则，即58～65N/mm,取，轴的计算应力为

根据计算结果可知，该轴满足强度要求。
小轴的受力分析简图
（3） 介轮轴的设计校核
1） 求轴上的转矩

2） 求作用在齿轮上的力
圆周力
径向力
3） 确定轴的最小直径
选取轴的材料为45钢调质处理，按式4-2初估轴的最小直径，查表4-2取A=115，可得

4） 轴的结构设计
拟定轴上零件的装配繁方案（见图5）
A 按轴向定位要求确定各轴段直径和长度
轴段1左端用螺母定位，螺纹选用M20，配合螺母选用M20，规格为GB6172-86，m=10,螺纹长度为l=18mm,L=18+4=22mm.
轴段2 固定介轮轴用，为保证其垂直度、同轴度不受影响齿轮齿轮啮合，选L=24mm,d=22mm.
轴肩3 与螺母拧紧相互作用，另外，由于2、4段的表面粗糙度有要求，留有退刀槽，轴肩取L=4mm,则L=4+2+2=8mm,d=38mm.
轴段4 轴段长度为齿轮长度与小轴铜套长度及垫圈之和L=66+2=2+39+6=111mm,直径取d=22mm。
图5介轮轴的装配简图
B 轴上零件的周向定位
与小轴架用的销联接，选取d=4mm,L=22+2×20=62mm。而铜套与轴之间用间隙配合，功能相当于滑动轴承，配合取H7/h6,轴段2取H7/g6
C 确定轴上零件圆角和倒角尺寸
各轴肩处的圆角半径见图3，轴端倒角取。
5） 轴的强度校核
A 求轴的载荷
首先根据轴的结构图作出计算简图，因为各力均是由齿轮上传递过来的，所以对只论受力分析时，，。根据轴的计算简图作出弯矩图，不承受扭矩，从结构图和弯矩图中看出在退刀槽处的弯矩最大，是轴的危险截面。
水平面
垂直面
合成弯矩

B）校核轴的强度
轴的材料为45钢，调质处理，由表4-1查得 ，则，即58～65N/mm,取，轴的计算应力为

根据计算结果可知，该轴满足强度要求。 介轮轴的受力分析简图

（4） 中心轴的设计校核
1） 求轴上的转矩

2）求作用在齿轮上的力
圆周力
径向力
3）确定轴的最小直径
选取轴的材料为45钢调质处理，按式4-2初估轴的最小直径，查表4-2取A=115，可得

当轴上开有键槽时会削弱轴的强度，要适当增大轴的直径。轴上有一个键槽时，轴径增大3～5%，故

4） A拟定轴上零件的装配繁方案（见图6）
B按轴向定位要求确定各轴段直径和长度
轴段1跟机床主轴的4号莫氏锥度配合，锥度长103mm,加上过渡部分总长L=103+7=120mm,大端直径为31.926mm。
轴段2 对轴承进行密封防尘，选用毡圈55JB/ZQ4606-86，，，取，即L=16mm,,比轴承外圈略小，，比毡圈内径略大，有助于紧固零件。
轴段3 该轴段安装滚动轴承，考虑轴承承受径向力之外还要承受头架的重量，选择角接触球轴承。取轴段直径d=35mm,选用36207型角接触球轴承，尺寸。为了安装轴承，左端用轴肩定位，取m=3mm,则L=3+17+20+17+4=61mm.
轴段4 该轴段安装齿轮，左端用轴肩定位，右端用弹性挡圈定位，取轴段直径d=32mm，已知齿宽20mm,为了更好地压紧齿轮，按挡圈的配合要求，l=19.9mm,L=20+1+3=24mm。
图6 中心轴的装配简图

C 轴上零件的周向定位
齿轮与轴的周向定位采用A型普通平键，尺寸为，为了保证齿轮与轴有良好的对中性，取齿轮与轴的配合为。
滚动轴承与轴的周向定位是采用过渡配合保证的，因此轴段直径尺寸公差取为。
D 确定轴上圆角和倒角尺寸
各轴肩处的圆角半径见图3，轴端倒角取
5）轴的强度校核
A 求轴的载荷
首先根据轴的结构图作出计算简图，在确定轴承支点位置时，从手册中查取a值（轴承的支反力作用点与轴承的距离）。对于36207型角接触球轴承，查得,因此
轴的支承跨矩 L=15.7+20+15.7=51.4mm
轴的悬臂距 L=（17-15.7）+4+10=15.3mm
中心轮与三个介轮啮合，而且介轮均布。

水平面 以A为支点

以B为支点

垂直面 以A为支点

以B为支点

根据轴的计算简图作出轴的弯矩图、扭矩图和当量弯矩图。从轴的结构图和弯矩图可以看出，右轴承右侧的当量弯矩较大，虽然B处弯矩最大，但在轴承内孔内，应力集中不明显，故校核C处。
B 计算危险截面应力
C处弯矩

扭矩
抗弯截面系数
抗扭截面系数
截面上的弯曲应力
截面上的弯曲应力
弯曲应力幅
弯曲平均应力
扭转剪应力的应力幅与平均应力幅相等

C 确定影响系数
轴的材料围45钢，调质处理，由表4-1查得

配合边缘有效应力集中系数、查表得、
尺寸系数、，根据轴截面为圆截面查图4-18得、
表面质量系数、，据，表面的加工反复法为磨削，查图4-19
材料弯曲、扭转的特性系数 、 取，
由上面结果可知

有

查表4-4中许用安全系数值，则可知该轴安全。
三根轴的工作图见零件图。
中心轴的受力简图

3.3.3 轴承的校核计算
（1）中心轴上36207型角接触球轴承的校核
1） 计算轴承支反力
合成支反力

2） 轴承的派生轴向力
由式5-8，估计A（轴向力即头架重力）为200N，，取e=0.38 得

3） 轴承所承受的轴向载荷
因 由式5-10

4）轴承当量动载荷
（1） 因 ，查表5-12
， 式5-7

（2） 查表5-12
式5-7

5） 轴承的动载荷要求
，接受力要求轴承应当具有的当量动载荷，由表5-9、表5-10得，，按式5-6

=8912.5<Cr=23500
36207型角接触球轴承校核安全
（2） 小轴上8205型单向推力轴承的校核
由于单向推力轴承只承受轴向力，在钻削时，（硬质合金YG8钻削灰铸铁时）则

（查表5-16，旋转轴承的安全系数取1.2），合格。

3.3.4 键的校核计算

（1）小轴上的平键校核
选用的是6×6×16，A型平键。由式2-49，得

查表2-21（轴联接的许用挤压应力）按有轻微冲击载荷取，校核合格。
（3） 中心轴上的平键校核
选用的是10×8×18A型平键，有

稍微有些危险，改为采用双键，成对称布置，考虑到制造误差使键上载荷分布不均，按1.5个键计算，安全。

3.3.5螺栓的设计校核计算（参考〈〈机械设计工程学Ⅱ〉〉）
在多轴头架中，只有介轮周上的螺纹比较重要，需要进行校核。
（1） 螺栓材料及其性能等级
螺栓材料 45钢
性能等级 查表2—7选6.8级
，
（2） 螺栓受力分析计算
螺栓在头架中只承受介轮轴往下的零件（介轮轴、介轮、支架、小齿轮、小轴及钻头）的重力，经过估算，承受的重量约为5.5kg。受力为
P=5.5×9.8=53.9N
螺栓工作拉力 由式2-15 F=P/Z=53.9/1=53.9N
残余预紧力 查表2-5选
螺栓总拉力 由式 2-26

相对刚度系数 查表2-6
螺栓预紧力 由式2-27
/=86.24-53.9×0.3=70.07N
（3）初定螺栓直径
选安全系数 查表2-11
许用拉应力 由式2-33

所需螺栓小径 由式2-29
cm
螺栓大径 查有关手册并根据轴的直径 取 d=20mm,其d1=17.294mm
（4）螺栓疲劳强度校核
螺栓尺寸系数 查表2-9
螺栓材料的疲劳极限

应力幅安全系数 查表2-11
应力集中系数 查表2-10
螺栓许用应力幅 由式2-36

螺栓应力幅 由式 2-30

3.3.6 夹头夹紧力的计算校核
在小轴上的夹头必须能够夹紧转头，避免钻削时打滑二无法进行加工。满足的条件的是弹簧夹头与钻头柄部产生的磨檫力能与钻削时的扭矩平衡。由于螺母的拧紧力是夹紧的主要作用力，通过反向计算螺母的拧紧力来校核螺母的疲劳强度。
（1） 弹簧夹头夹紧力的计算
查相关手册，弹簧夹头的夹紧力W在无轴向定位时

式中 W 总的径向夹紧力
P 轴向作用力，这里是由螺母产生的拧紧力
弹簧夹爪锥角之半
夹爪与工件之间的磨檫角

R 夹爪的变形阻力

K 系数（当夹爪的瓣数为4时，K=200）