第章 绪
外表淬火热处理种工艺仅零件外表进行处理达零件外表性保持心部性变正确选择外表淬火工艺必须解工件工作情况服役条件零件结构形状材料等方面生产实角度考虑解决方案原实际出发济效
许情况采外表淬火处理够较理想解决外表心部性求致矛盾改善外表强度硬度耐磨性保持心部塑性韧性材料潜力充分发挥满足生产技术求
12国外研究现状
(1) 电源
国外IGBTMOSFETSIT全固态晶体电源技术逐步成熟已商品化系列化目前1200kW50kHz50~100kHz30~600kW100kW80kHz低频段取代晶闸电源趋势MOSFET采联振荡电路SIT采串联谐振电路功率高达1000 kW频率200kHz400kW400kHz电子式高频电源理想代产品输出功率电子电源相时节电35～40节省安装面积50节约冷水40～50着科技进步高频感应淬火领域MOSFET取代SIT
(2) 淬火机床
感应淬火机床更加趋动化CNC控制逐渐增动分检零件动识进机零件功机床增
1〕通淬火机床
通淬火机床柔性化方开展台淬火机床性求零件感应加热淬火德国研制种曲轴淬火机床法兰件感应淬火柔性加工系统略加调整处理尺寸相似工件轴类零件定直径范围〔30mm〕长度300～800 mm范围相似淬火求轴类零件淬火机动编制14种程序动识进机零件推出双轴立式淬火机紧凑工艺单元进行工件淬火回火处理轮轴三槽套万节件转换工件需2～5min计算机编程根工件号2 min调出关工艺数汽引进GH公司数控淬火设备通性强动化程度复杂零件实现段变功变速编程容易操作方便图1GH公司数控淬火机床
图1 GH公司数控淬火机床
2〕专淬火机床
专淬火机床更加专化采机械手零件加热淬火回火校直检查完全动进行先进计算机控制技术监控屏幕显示淬火程工艺参数踪全部操作程发现障工艺参数偏离定值便动修正动列出合格零件控制系统暂停工作报警时屏幕显示障性质修正动作更先进控制系统适应材料化学成分波动动调整功率加热时间保证感应淬火零件质量例日高周波热炼株式会社川崎工厂卧式半轴淬火机床尾厂时淬三根半轴群马厂时淬两根半轴机床实际感应热处理生产线全程校直荧光探伤检查需名工外余全部动进行
3〕机器应
日高周波热炼株式会社制造台立式通淬火机床配置台机器机器二匝感应器进行次面扫描块塑料板变色然电源功率3 kW出机器感应热处理中应趋势
4〕机电体化
电源淬火机床冷系统组成成套装置具占面积生产效率高次安装调试容易等优点国外问世曲轴固定加热淬火装置占面积仅组合式成套装置14
(3) 淬火工艺
1〕静止式曲轴感应淬火
采静止式曲轴感应淬火新技术初两台装置福特公司V6V8曲轴淬火回火工艺中应表现出良市场前景特点：加热时间短般仅～4s传统工艺7～12s电效率高钱低感应器工件间允许较间隙调整方便操作简单重复性易维护占面积仅原20左右
2〕低淬透性钢齿轮淬火
现俄罗斯许汽车工厂广泛采低淬透性钢进行整体感应加热外表淬火已量应汽车拖拉机桥齿轮挖掘机齿轮传动十字轴火车车厢滚动轴承汽车板簧铁路螺旋弹簧等取较济效益
3〕双频感应加热淬火
国外双频淬火齿轮20世纪90年代美国10kHz中频150kHz高频电源先齿轮中频感应器中加热然迅速降高频感应器中加热落入油中淬火进入21世纪工艺新进展GH公司采电力电子开关转换频率齿轮齿顶齿加热更加均匀更保证齿轮淬火质量
1 电源
电源感应加热关键设备着感应加热技术开展历机械式中频发电机组真空式高频电源晶闸中频电源全晶体电源三开展阶段20世纪80年代期工业兴旺国家晶闸中频电源已完全取代中频发电机组国90年代中期已逐步取代
机械式中频发电机组相晶闸〔SCR〕中频电源具优点：体积重量轻材料消耗少电效率高逆变停止时消耗电逆变效率达90机械运动噪音运行负载匹配容易根负载情况确定电源频率启动停止方便频率动踪保持正确运行状态产品设计简单制造周期短安装容易需特殊根底维修方便等
国晶闸中频电源特点全集成化控制线路数字化程度高90启动成功率达100 具常规水压缺乏快熔熔断流压等保护功外具限流限压等保护功功较齐全晶闸电源配置逆变失败水温监视等选功频率高作8kHz额定功率作1000kW左右果装配工艺进步改良话接世界先进水
着技术进步踪80年代国际感应加热技术水国90年代中期开发出第台电效率较高50kW50kHz IGBT电流型超音频感应加热电源(图2)目前做频率～50kHz功率达800 kW频率达100kHz时功率达100 kW
图2 IGBT电流型超音频感应加热电源
IGBT应期国成功研制出20 kW300kHz MOSFET高频电源缩国际先进水差距着功率MOSFET器件问世功率晶体高频电源年感应淬火中应
2 淬火工艺
着汽车工业迅速开展国采感应淬火零件种类品种断增加目前国汽车零件感应淬火材料包括：45#40Cr55MnVS40MnB42CrMo35#ZG45球铁合金铸铁等感应加热淬火介质包括：水聚乙烯醇聚迷水溶性淬火介质UCON豪富顿251等采加热方式应包括：横磁场静止次加热淬火〔销轴类零件凸轮轴〕横磁场连续加热淬火〔减振器杆变速叉轴扭杆等〕横磁场段连续加热淬火〔起动机轴空压机轴等〕磁场整体次加热淬火〔半轴等〕仿形感应器零件旋转加热淬火〔球头销〕感应接触加热淬火〔转齿条〕孔次连续加热淬火〔输出法兰钟型壳腔〕阶梯轴类零件旋转加热淬火〔红旗轮毂轴转节〕面类零件次连续加热淬火〔钢板弹簧横限位板〕薄壁类复杂零件次连续加热淬火〔前轮毂滑动轴叉〕复杂形状零件次加热淬火〔钟型壳变截面轴〕槽口次淬火〔变速叉〕复杂回线工件旋转次加热淬火〔曲轴〕等
3 淬火机床
适应品种批量生产汽车生产应中国引进感应淬火机床种类传统专设备逐步柔性化程度较高通设备专淬火动生产线开展
通淬火机床方面汽技术中心开发卧式数控淬火机床〔图3〕驱动采交流伺服电机拖动移动速度稳定均匀定位准确重复精度高零件旋转采变频调速适应方面工艺求采量数控技术性求零件感应加热淬火甚零件实现段变功变速编程容易操作性强
图3 通数控淬火机床
专淬火机床方面二汽天舒机电科技年努力攻克难关采功率脉分配技术尾座顶尖技术薄型淬火变压器技术独立悬挂技术悬挂衡技术等分研制成功曲轴全动淬火机床〔图4〕电源水冷系统组成成套淬火设备车燃机曲轴进行轴径圆角+轴径淬火轴径淬火回火采计算机控制通显示屏设备加热淬火工艺参数诸电压电流频率时间压力流量温度等进行监控显示目前国家采
第2章 汽车桥半轴淬火机机体结构确定
总体设计确定设计机床工艺方法运动分配传动控制结构性画出机床总体布局图等机床设计工作
221 工艺方案确实定
工艺方法种样机床结构性影响工艺方法改革常导致机床运动传动布局结构性济效果等方面系列变化机床加工汽车桥半轴淬火专组合机床具体工艺见工艺程卡片工序卡片机床设计专淬火组合机床
222 夹具方案拟定
机床夹具针某特定工件设计专机床重部件夹具方案拟定专机床总体方案设计组成局部机床夹具专液压夹具限位装置V 形块定位夹紧汽车桥半轴进行旋转淬火
223 机床运动确实定
运动确实定 确定机床运动数目运动类型运动执行件
说工艺方法决定机床运动述专组合机床工艺方法先未淬火汽车桥半轴V形块然升降台升起工件中心线传动顶尖中心线位置水线然尾座气缸工作尾座气缸驱动顶尖传动顶尖顶住汽车桥半轴然底座气缸工作导轮导轨滑动程工件利进入感应线圈中导轨定升角度导轨传动顶尖端法兰盘防止该法兰盘进入感应线圈中应选导轨
总体布局确定机床组成部件部件操机床包括传动机构工作台升降局部机床整体升降局部尾座气缸加紧机构V形块安装工作台工作台进气缸驱动床身导轨作进运动行程开关等分设机床中适部位
231 运动分配
工艺方法确定加工时相运动着规定机床运动合理分配方面素决定般旋转均完成拟方便提高加工孔中心线直线度须回转运动分配工件设计组合机床般情况
配置型式结构方案确实定
根述工艺方案确定机床型式总体布局选择机床配置型式时考虑实现工艺方案保证加工精度技术求生产率考虑机床操作维护修理排屑方便性注意加工零件生产批量
影响组合钻床配置型式结构方案素
①加工精度
根工件生产类型完全采单工位固定夹具机床型式加工件尺寸形状加工部位特征根加工零件特点适采卧式机床卧式机床定位基面设计基面重合
②操作方便性
合理确定装料高度操作方便现阶段设计组合机床时装料高度视具体情况850～1180mm 间选取加工件较装料高度稍高
③夹具形式机床方案影响
工件形状似采立式机床加工考虑装配结合面钻孔必性定位基面选装配结合面改相面样立式淬火夹具设计拟难采卧式加工方案
④ 厂技术力工作环境
钻床温度高时工作性稳定加工件需屡次进应选机械通部件配置专淬火机床
第3章 汽车桥半轴淬火机参数确定
31电动机选择
工作条件求送料电动机选择Y系列般途三相交流异步电动机控制回转台电动机选择伺服电动机泵站电动机选择Y系列三相交流异步电动机
电动机额定功率Ped电动机需功率Pd选择求Ped≥Pd：
式中：
Pw－工作机传动功率〔KW〕
η－电动机工作机总效率
F －工作机阻力〔N〕
V －工作机线速度〔ms〕
Tw－工作机阻力矩〔Nm〕
nw－工作机转速〔rmin〕
ηw－工作机效率
滚动轴承效率ηr097取7级精度齿轮传动〔稀油润滑〕效率ηg098联轴器效率ηv098总效率：
载荷稳电动机额定功率略者等Pd查机械设计中表102中Y系列电动机技术数选交流电动机额定功率Ped15kw
313 确定电动机转速
工作机转速机械设计课程设计中表24表25推荐级传动范围：二级展开式圆柱减速器传动范围总传动Y系列异步交流电动机符合范围步转速 三种伺服电动机选MHM502步转速额定转速三相交流异步电动机选步转速Y系列异步电动机Y90S2额定功率15KW满载转速2840rmin
电机选Y90S2型电机
联轴器机械传动中常部件连接轴轴回转部件传递运动转矩时作安装置
联轴器连接两轴制造安装误差承载变形温度变化影响等保证严格中存着某种程度相位移说设计联轴器时结构采取措施具适应定范围相位移功
根种相位移补偿力〔否发生相位移情况保持连接功〕联轴器分刚性联轴器挠性联轴器两类
绝数联轴器已标准化规格化般选补设计根传递载荷轴转速连接两部件安装精度等参考类联轴器特性选择种适宜联轴器类型具体选择时考虑点：
〔1〕需传递转矩性质缓减震功求例功率重载转矩传动选齿式联轴器严重击载荷求消轴系扭转震动传动选轮胎式联轴器等具高弹性联轴器
〔2〕联轴器工作转速引起离心力高速传动轴应选衡精度高联轴器例膜片联轴器等宜选存偏心滑块联轴器等等
〔3〕 两轴相位移方安装调整难保持两轴严格精确中工作程中两轴产生较附加相位移时应选挠性联轴器例径位移较时选滑块联轴器角位移较相交两轴连接选万联轴器
〔4〕 联轴器性工作环境通常金属原件制成需润滑联轴器拟需润滑联轴器性易受润滑完善程度影响污染环境含橡胶等非金属元件联轴器温度腐蚀性介质强光等拟敏感容易老化
(5) 联轴器制造安装维护钱满足性前提选拆装方便维护简单钱低联轴器例刚性联轴器结构简单拆装方便低速刚性传动轴般非金属弹性元件联轴器具良综合性广泛中功率传动
联轴器选择
根选择求条件选YL8型联轴器尺寸标准列图示：
联轴器参数
型号
公称扭矩
许转速
周孔直径(H7)
轴孔长度L
D
GYH2
63
10000
20
38
130
表续 联轴器标准
D1
螺栓
L0
重量
转动惯量
4O
数量4
直径 M8
86
33 计算传动装置运动动力参数
331 级传动确实定
式中：
nw 工作机转速
采级步带传动二级齿轮传动三级齿轮传动〔带传动传动般推荐值二级齿轮减速器传动范围8～40值超60〕
332 轴转速
伺服电动机轴转速：
轴转速
二轴转速
三轴〔输出轴〕转速：
333 轴功率
轴功率：
二轴功率：
三轴〔工作机轴〕
第四章导轨选择
41导轨功分类
导轨功承受载荷导承受安装导轨运动部件工件质量切削力运动部件着导轨运动运动导轨称动导轨动导轨称静导轨者支承导轨动导轨相静导轨作直线运动者回转运动保证运动轨迹调整部件间相位置者加工时没相运动动导轨相支承导轨度运动保证单方导性通常动导轨相支承导轨作直线运动圆周轨迹运动实现直线运动称直线运动导轨实现圆周运动称圆周运动导轨
导轨结构形式分开式导轨闭式导轨开式导轨指部件重载荷作运动导轨支承导轨工作面始终保持接触贴合特点结构简单承受较颠覆力矩作闭式导轨助压板导轨承受较颠覆力矩作设计中导轨必须承受较颠覆力矩作综合考虑选闭式导轨
根导轨面磨擦性质导轨分滑动导轨滚动导轨滑动导轨结构简单便制造精度刚度易保证通机床广泛应摩擦素较易磨损低速运动稳性较差滚动导轨优点摩擦系数动静摩擦系数摩擦阻力运动轻便灵活灵敏度高运动需功率摩擦生热少磨损精度保持性高低速运动稳性易产生爬行移动精度定位精度较高滚动导轨润滑简单高速运动时会滑动导轨样动压效应导轨浮起等优点滚动体导轨面间接触面积较易形成油膜阻尼刚度较低抗振性较差果进行预紧原刚度根底提高数倍滚动导轨结构拟复杂需淬火镶钢导轨加滚动导轨直度粗糙度拟敏感导轨脏物拟敏感制造精度求较高需较导轨防护装置制造钱较高选滑动导轨实现斜线运动设计中选带定弧度导轨
42 导轨应满足求
机床导轨质量程度决定机床加工精度工作力寿命导轨般情况应满足精度高承载力刚度摩擦阻力运动稳精度保持性寿命长结构简单工艺性便加工装配调整维修钱低等求面3求更突出：
导轨空载运动切削条件运动应具足够导精度保证导轨运动准确度保证导轨工作质量前提影响导精度素：导轨结构形式导轨精度接触精度导轨根底件刚度导轨油膜厚度油膜刚度导轨根底件热变形等
考虑面种种素选择导轨
导轨图41
第5章 机床升降局部设计计算
机床升降局部气缸〔动力源〕两根导柱〔起导作〕升降台V形块组成
中工件重量约14KG工作台重量约26KG工厂气压站提供气压06~08MPa
升降台气缸
气缸非标准件需新校核设计
1 气缸采单作气缸单活塞杆单作气缸广泛种普通气缸见图
活塞侧活塞杆压缩空气作活塞两侧效面积等活塞左行时活塞杆产生推力F1活塞右行时活塞杆产生拉力F2
F1D²pFz 〔51〕
F2(D²d²)PFz 〔52〕
式中F1—— ——活塞杆推力〔N〕
F2—— ——活塞杆拉力〔N〕
D—— ——活塞直径〔m〕
d—— ——活塞杆直径〔m〕
p—— ——气缸工作压力〔Pa〕
Fz—— ——气缸工作时总阻力〔N〕
气缸工作时总阻力Fz众素关运动部件惯性力背压阻力密封处摩擦力等素载荷率记入公式气缸静推力F1静拉力F2
F1D²p 〔53〕
F2(D²d²)p 〔54〕
计入载荷率保证气缸工作时动态特性假设气缸动态参数求较高工作频率高载荷率般取速度高时取值速度低时取值假设气缸动态参数求般工作频率低根匀速载荷率取η
式〔1〕〔2〕求气缸直径D
推力作时
D D98 (55)
拉力作功时
D D97 (56)
式〔56〕计算时活塞杆直径d根气缸拉力预先固定详细计算见活塞杆计算估定活塞杆直径代入式〔6〕
D〔101~109〕 D98 (57)
式中系数缸径较时取值缸径较时取值
公式计算出气缸径D应圆整标准值〔1〕
综合值D取整100mm
〔2〕活塞杆计算
1 强度条件计算活塞杆长度L较时〔L10d〕强度条件计算活塞杆直径d
d d30 (58)
综合考虑d取42
式中 F1——气缸推力〔N〕
——活塞杆材料许应力〔pa〕S
——材料抗拉强度〔pa〕
S— —安系数S14
2 弯曲极限力计算气缸承受压力会产生轴弯曲力达极限力F1活塞杆会产生永久性弯曲变形出现稳定现象该极限力缸安装方式活塞杆直径行程关
长细85时
Fi 〔59〕
长细85时
Fi 〔510〕
式中 L——活塞杆计算长度〔m〕见表
i——活塞杆横截面惯性半径
实心杆i
空心杆i (511)
I——活塞杆横截面惯性距
实心杆I
空心杆I (512)
——空心活塞杆孔直径〔m〕
A1——活塞杆截面积
实心杆A1d²
空心杆A1〔d²d²0〕 (513)
n——系数见表
E——材料弹性模量钢取E1011Pa
f——材料强度实验值钢取f49107Pa
a——系数钢取a15000
假设推力载荷〔总载荷〕超极限力Fi应采取相应措施条件变前提加活塞杆直径d解决
〔3〕缸筒壁厚计算
缸筒直接承受压力需定厚度般气缸缸筒壁厚径δ／D≤1／10通常薄壁筒公式计算
8 (514)
综合考虑壁厚取10mm
式中 ——气缸筒壁厚
D——气缸筒径〔缸径〕〔m〕
通常计算出缸筒壁厚相薄考虑机械加工缸筒两端安装缸盖等需气缸气缸壁筒作适加厚量选标准径壁厚钢铝合金详情见表
气缸D100mmd43mm壁厚10mm
工件长度1070mm采V形块支承工作台选600mm长材料选铸铁
第6章 尾座局部设计
尾座卧式淬火机床重附件作轴类零件定心时具辅助支撑夹紧功汽车桥半轴淬火机床尾座采整体式结构整体式结构尾座尾座体芯轴结构套筒气压测力装置尾座套筒移动机构尾座气压装置等组成芯轴结构选高精度进口轴承支承动静刚度精度高套筒尾座移动均机动套筒尾座夹紧气压放松机动夹紧放松结构夹紧力足够安工操作简单方便效率高优点：(1)刚度高抗震性精度高精度保持性整体式尾座分体式尾座体合尾座整体采整体式箱形结构设计限元分析计算通尾座部筋板合理布置提高尾座刚度固频率尾座采高强度低应力铸铁铸造良时效处理热变形承受工件重量额定切削力情况尾座整体变形抗振性满足汽车桥半轴淬火机床精度检验标准求(2)结构更加简单优化合理整体式尾座分体式尾座体合尾座整体取消分体式尾座联结定位键合螺钉总零件数标准件数更少取消分体式尾座体配合加工面取消分体式尾座体装配环节加工装配工艺性更节约加工装配总费降低尾座总重量总钱
汽车桥半轴淬火机尾座套筒尺寸根尾座体尺寸选择套筒作安装尾座活塞轴顶尖利气压缸提供压力莫氏锥度身结构特性顶紧顶尖顶尖顶着工件加工时会工件起转动套筒工件起转动套筒部设计滑键槽尾座体设计滑键尾座工作时滑键滑键槽中滑动样套筒会着转时顶尖顶着工件加工时会工件起转动提高套筒寿命顶尖利氏锥度身结构特性卡紧工作中需拆卸顶尖需尾座套筒设计顶尖退套孔拆卸顶尖需拆卸顶尖时退套楔插入顶尖退套孔锤敲击退套楔顶尖松动取出退套楔规格S791 4
汽车桥半轴淬火机尾座体尾座机械局部设计时参机床尾座体根制造业生产中积累验稍加改造成尾座体壁厚量均匀拐角处设计成圆角减少集中应力尾座体材料采HT250铸造加工成尾座体设计程中考虑加工工艺需设计出工艺凸台工艺孔
机床位元件帮助轴起限制工件度起定心作求具较高精度中尾座轴心线机床轴轴心线保证较高轴度进行工件加工程中采前顶尖支承工件确定工件旋转中心承受作工件扭转力顶尖机械加工中机床重部件端面复杂零件允许中心孔零件进行支承顶尖端顶中心孔料孔端放入尾座套筒顶尖锁紧顶紧力气压缸提供压力加工时般紧缩尾座套筒顶尖般专门工厂生产根需买产品汽车桥半轴淬火机中型机械加工设备尾座总体尺寸选择莫氏4号顶尖莫氏锥度锥度国际标准静配合精确定位锥度传递定扭距锥度便拆卸利摩擦力原理定锥度范围工件拆装时工作时会影响效果方钻孔锥柄钻锥柄钻头工件钻出需孔锥柄处会出现转动现象方钻孔锥柄钻果中需拆卸钻头磨削拆卸重新装会影响钻头中心位置
尾座气缸气缸非标准件需新校核设计
气缸类型选择
气缸需提供支撑力气缸采单作气缸单活塞杆单作气缸广泛种普通气缸见图
活塞侧活塞杆压缩空气作活塞两侧效面积等活塞左行时活塞杆产生推力F1活塞右行时活塞杆产生拉力F2
F1D²pFz 〔61〕
F2(D²d²)PFz 〔62〕
式中F1—— ——活塞杆推力〔N〕
F2—— ——活塞杆拉力〔N〕
D—— ——活塞直径〔m〕
d—— ——活塞杆直径〔m〕
p—— ——气缸工作压力〔Pa〕
Fz—— ——气缸工作时总阻力〔N〕
气缸工作时总阻力Fz众素关运动部件惯性力背压阻力密封处摩擦力等素载荷率记入公式气缸静推力F1静拉力F2
F1D²p 〔63〕
F2(D²d²)p 〔64〕
计入载荷率保证气缸工作时动态特性假设气缸动态参数求较高工作频率高载荷率般取速度高时取值速度低时取值假设气缸动态参数求般工作频率低根匀速载荷率取
式〔61〕〔62〕求气缸直径D
推力作时
D D76 (65)
拉力作功时
D D77 (66)
式〔66〕计算时活塞杆直径d根气缸拉力预先固定详细计算见活塞杆计算估定活塞杆直径dD016~04代入式〔66〕
D〔101~109〕 D76 (67)
式中系数缸径较时取值缸径较时取值
公式计算出气缸径D应圆整标准值〔61〕
综合值D取整80mm
〔2〕活塞杆计算
1 强度条件计算活塞杆长度L较时〔L10d〕强度条件计算活塞杆直径d
d d26 (68)
综合考虑d取34
式中 F1——气缸推力〔N〕
——活塞杆材料许应力〔pa〕S
——材料抗拉强度〔pa〕
S——安系数S
1 弯曲极限力计算气缸承受压力会产生轴弯曲力达极限力F1活塞杆会产生永久性弯曲变形出现稳定现象该极限力缸安装方式活塞杆直径行程关
长细85时
Fi 〔69〕
长细85时
Fi 〔610〕
式中 L——活塞杆计算长度〔m〕见表
i——活塞杆横截面惯性半径
实心杆i
空心杆i (611)
I——活塞杆横截面惯性距
实心杆I
空心杆I (612)
——空心活塞杆孔直径〔m〕
A1——活塞杆截面积
实心杆A1d²
空心杆A1〔d²d²0〕 (613)
n——系数见表
E——材料弹性模量钢取1011Pa
f——材料强度实验值钢取f49107Pa
a——系数钢取a15000
假设推力载荷〔总载荷〕超极限力Fi应采取相应措施条件变前提加活塞杆直径d解决
〔3〕缸筒壁厚计算
缸筒直接承受压力需定厚度般气缸缸筒壁厚径δ／D≤1／10通常薄壁筒公式计算
(614)
综合考虑壁厚取8mm
式中 ——气缸筒壁厚
D——气缸筒径〔缸径〕〔m〕
通常计算出缸筒壁厚相薄考虑机械加工缸筒两端安装缸盖等需气缸气缸壁筒作适加厚量选标准径壁厚钢铝合金详情见表
气缸D80mmd34mm壁厚8mm
挠度转角锁紧力计算校核
机床尾座尾座受力简图
图6 尾座受力图
根工件长度旋转外径假设工件重量 Q2760N
顶尖三爪卡盘支撑工件简化简支梁尾座负重 Q21380N
尾座轴伸出尾座体长度 130mm
尾座套筒直径 80mm
钢弹性模量 E 21×106kgfcm2
断面惯性矩 I201×104mm4
顶尖伸出套筒长 109mm
根公式
(615)
查表知单位切削力 2305Nmm2 r
切削力 2370N
机床加工重工件时尾座轴般紧缩尾座体现假设尾座轴伸出尾座轴伸出尾座体长度12伸出65mm悬臂65mm+109mm174mm
1挠度计算
(616)
许挠度［］～[] 范围
652转角计算
(617)
许转角[] ～[]范围
653压板处螺栓直径校核
机床尾座通组两相螺栓连接尾座导轨压板固定压板作连接尾座导轨通连接螺栓紧固松开确定尾座导轨位置面确定连接螺栓直径
选螺栓材料35号钢许抗拉强度〔σ〕540Mpa作力反作力定理知尾座部部间摩擦力等通顶尖作尾座轴力旋转时产生轴分力
~06)满足加工工件精度求工件重量较扭转力较情况机床发生振取轴力
取摩擦系数
知作箱体压力
(618)
作螺栓力
(619)
压板导轨间连接形式松连接公式 ：
(620)
：
现螺栓直径螺栓选择合理长度根尾座体螺栓尾座体确定取
6尾座锁紧力验算
尾座芯轴顶紧力20压板床身摩擦力F20取：
公式
(621)
：
—— 摩擦系数导轨材料铸铁活塞材料铜取015
—— 尾座重量取250
尾座轴力尾座顶杆承锁紧压板承受倾覆力矩应完全够满足求
第七章机床底座设计
机床底座材料设计
机床底座整体采方钢结构列图
活塞侧活塞杆压缩空气作活塞两侧效面积等活塞左行时活塞杆产生推力F1活塞右行时活塞杆产生拉力F2
F1D²pFz 〔71〕
F2(D²d²)PFz 〔72〕
式中F1—— ——活塞杆推力〔N〕
F2—— ——活塞杆拉力〔N〕
D—— ——活塞直径〔m〕
d—— ——活塞杆直径〔m〕
p—— ——气缸工作压力〔Pa〕
Fz—— ——气缸工作时总阻力〔N〕
气缸工作时总阻力Fz众素关运动部件惯性力背压阻力密封处摩擦力等素载荷率记入公式气缸静推力F1静拉力F2
F1D²p 〔73〕
F2(D²d²)p 〔74〕
计入载荷率保证气缸工作时动态特性假设气缸动态参数求较高工作频率高载荷率般取速度高时取值速度低时取值假设气缸动态参数求般工作频率低根匀速载荷率取
式〔1〕〔2〕求气缸直径D
推力作时
D D98 (75)
拉力作功时
D D105 (76)
式〔6〕计算时活塞杆直径d根气缸拉力预先固定详细计算见活塞杆计算估定活塞杆直径代入式〔6〕
D〔101~109〕 D98 (77)
式中系数缸径较时取值缸径较时取值
公式计算出气缸径D应圆整标准值〔1〕
综合值D取整110mm
〔2〕活塞杆计算
1 强度条件计算活塞杆长度L较时〔L10d〕强度条件计算活塞杆直径d
d d30 (78)
综合考虑d取40
式中 F1——气缸推力〔N〕
——活塞杆材料许应力〔pa〕S
——材料抗拉强度〔pa〕
S——安系数S14
2 弯曲极限力计算气缸承受压力会产生轴弯曲力达极限力F1活塞杆会产生永久性弯曲变形出现稳定现象该极限力缸安装方式活塞杆直径行程关
长细85时
Fi 〔79〕
长细85时
Fi 〔710〕
式中 L——活塞杆计算长度〔m〕见表
i——活塞杆横截面惯性半径
实心杆i
空心杆i
I——活塞杆横截面惯性距
实心杆I
空心杆I
——空心活塞杆孔直径〔m〕
A1——活塞杆截面积
实心杆A1d²
空心杆A1〔d²d²0〕
n——系数见表
E——材料弹性模量钢取1011Pa
f——材料强度实验值钢取f49107Pa
a——系数钢取a15000
假设推力载荷〔总载荷〕超极限力Fi应采取相应措施条件变前提加活塞杆直径d解决
〔3〕缸筒壁厚计算
缸筒直接承受压力需定厚度般气缸缸筒壁厚径δ／D≤1／10通常薄壁筒公式计算
10 (711)
综合考虑壁厚取10mm
式中 ——气缸筒壁厚
D——气缸筒径〔缸径〕〔m〕
通常计算出缸筒壁厚相薄考虑机械加工缸筒两端安装缸盖等需气缸气缸壁筒作适加厚量选标准径壁厚钢铝合金详情见表
气缸D110mmd40mm壁厚10mm
结
汽车桥半轴淬火机设计具广泛应前景社会需求仅加工汽车半轴加工圆柱形外外表文介绍汽车桥半轴淬火机升降局部尾座局部设计结构应特点加工工件长度600mm~1070mm淬火机结构做出相机设计计算送结构仿真结构改良机床局部零件合理尺寸汽车桥半轴淬火机机械性高系统安性
致谢
次毕业设计前学知识总结次设计研究工作导师曲守教授悉心指导完成科学设计研究期间导师严谨治学态度细致工作作风深刻洞察力忘科研精神学生高标准严求学术思想等方面锻炼提高终生难忘毕业设计文完成际谨导师表示崇高敬意感谢
次毕业设计撰写课题研究中诸帮助特感谢龚秀亮学帮助位老师学学期间学生活予帮助领导老师学朋友表示真挚谢意
感谢父母亲年学业默默鼓励生活微关心够利完成学业里衷心祝愿身体健康万事意
谨文献家老师学朋友
感谢评审文位老师百忙中抽出珍贵时间翻阅文
参考文献
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第章 绪
外表淬火热处理种工艺仅零件外表进行处理达零件外表性保持心部性变正确选择外表淬火工艺必须解工件工作情况服役条件零件结构形状材料等方面生产实角度考虑解决方案原实际出发济效
许情况采外表淬火处理够较理想解决外表心部性求致矛盾改善外表强度硬度耐磨性保持心部塑性韧性材料潜力充分发挥满足生产技术求
12国外研究现状
(1) 电源
国外IGBTMOSFETSIT全固态晶体电源技术逐步成熟已商品化系列化目前1200kW50kHz50~100kHz30~600kW100kW80kHz低频段取代晶闸电源趋势MOSFET采联振荡电路SIT采串联谐振电路功率高达1000 kW频率200kHz400kW400kHz电子式高频电源理想代产品输出功率电子电源相时节电35～40节省安装面积50节约冷水40～50着科技进步高频感应淬火领域MOSFET取代SIT
(2) 淬火机床
感应淬火机床更加趋动化CNC控制逐渐增动分检零件动识进机零件功机床增
1〕通淬火机床
通淬火机床柔性化方开展台淬火机床性求零件感应加热淬火德国研制种曲轴淬火机床法兰件感应淬火柔性加工系统略加调整处理尺寸相似工件轴类零件定直径范围〔30mm〕长度300～800 mm范围相似淬火求轴类零件淬火机动编制14种程序动识进机零件推出双轴立式淬火机紧凑工艺单元进行工件淬火回火处理轮轴三槽套万节件转换工件需2～5min计算机编程根工件号2 min调出关工艺数汽引进GH公司数控淬火设备通性强动化程度复杂零件实现段变功变速编程容易操作方便图1GH公司数控淬火机床
图1 GH公司数控淬火机床
2〕专淬火机床
专淬火机床更加专化采机械手零件加热淬火回火校直检查完全动进行先进计算机控制技术监控屏幕显示淬火程工艺参数踪全部操作程发现障工艺参数偏离定值便动修正动列出合格零件控制系统暂停工作报警时屏幕显示障性质修正动作更先进控制系统适应材料化学成分波动动调整功率加热时间保证感应淬火零件质量例日高周波热炼株式会社川崎工厂卧式半轴淬火机床尾厂时淬三根半轴群马厂时淬两根半轴机床实际感应热处理生产线全程校直荧光探伤检查需名工外余全部动进行
3〕机器应
日高周波热炼株式会社制造台立式通淬火机床配置台机器机器二匝感应器进行次面扫描块塑料板变色然电源功率3 kW出机器感应热处理中应趋势
4〕机电体化
电源淬火机床冷系统组成成套装置具占面积生产效率高次安装调试容易等优点国外问世曲轴固定加热淬火装置占面积仅组合式成套装置14
(3) 淬火工艺
1〕静止式曲轴感应淬火
采静止式曲轴感应淬火新技术初两台装置福特公司V6V8曲轴淬火回火工艺中应表现出良市场前景特点：加热时间短般仅～4s传统工艺7～12s电效率高钱低感应器工件间允许较间隙调整方便操作简单重复性易维护占面积仅原20左右
2〕低淬透性钢齿轮淬火
现俄罗斯许汽车工厂广泛采低淬透性钢进行整体感应加热外表淬火已量应汽车拖拉机桥齿轮挖掘机齿轮传动十字轴火车车厢滚动轴承汽车板簧铁路螺旋弹簧等取较济效益
3〕双频感应加热淬火
国外双频淬火齿轮20世纪90年代美国10kHz中频150kHz高频电源先齿轮中频感应器中加热然迅速降高频感应器中加热落入油中淬火进入21世纪工艺新进展GH公司采电力电子开关转换频率齿轮齿顶齿加热更加均匀更保证齿轮淬火质量
1 电源
电源感应加热关键设备着感应加热技术开展历机械式中频发电机组真空式高频电源晶闸中频电源全晶体电源三开展阶段20世纪80年代期工业兴旺国家晶闸中频电源已完全取代中频发电机组国90年代中期已逐步取代
机械式中频发电机组相晶闸〔SCR〕中频电源具优点：体积重量轻材料消耗少电效率高逆变停止时消耗电逆变效率达90机械运动噪音运行负载匹配容易根负载情况确定电源频率启动停止方便频率动踪保持正确运行状态产品设计简单制造周期短安装容易需特殊根底维修方便等
国晶闸中频电源特点全集成化控制线路数字化程度高90启动成功率达100 具常规水压缺乏快熔熔断流压等保护功外具限流限压等保护功功较齐全晶闸电源配置逆变失败水温监视等选功频率高作8kHz额定功率作1000kW左右果装配工艺进步改良话接世界先进水
着技术进步踪80年代国际感应加热技术水国90年代中期开发出第台电效率较高50kW50kHz IGBT电流型超音频感应加热电源(图2)目前做频率～50kHz功率达800 kW频率达100kHz时功率达100 kW
图2 IGBT电流型超音频感应加热电源
IGBT应期国成功研制出20 kW300kHz MOSFET高频电源缩国际先进水差距着功率MOSFET器件问世功率晶体高频电源年感应淬火中应
2 淬火工艺
着汽车工业迅速开展国采感应淬火零件种类品种断增加目前国汽车零件感应淬火材料包括：45#40Cr55MnVS40MnB42CrMo35#ZG45球铁合金铸铁等感应加热淬火介质包括：水聚乙烯醇聚迷水溶性淬火介质UCON豪富顿251等采加热方式应包括：横磁场静止次加热淬火〔销轴类零件凸轮轴〕横磁场连续加热淬火〔减振器杆变速叉轴扭杆等〕横磁场段连续加热淬火〔起动机轴空压机轴等〕磁场整体次加热淬火〔半轴等〕仿形感应器零件旋转加热淬火〔球头销〕感应接触加热淬火〔转齿条〕孔次连续加热淬火〔输出法兰钟型壳腔〕阶梯轴类零件旋转加热淬火〔红旗轮毂轴转节〕面类零件次连续加热淬火〔钢板弹簧横限位板〕薄壁类复杂零件次连续加热淬火〔前轮毂滑动轴叉〕复杂形状零件次加热淬火〔钟型壳变截面轴〕槽口次淬火〔变速叉〕复杂回线工件旋转次加热淬火〔曲轴〕等
3 淬火机床
适应品种批量生产汽车生产应中国引进感应淬火机床种类传统专设备逐步柔性化程度较高通设备专淬火动生产线开展
通淬火机床方面汽技术中心开发卧式数控淬火机床〔图3〕驱动采交流伺服电机拖动移动速度稳定均匀定位准确重复精度高零件旋转采变频调速适应方面工艺求采量数控技术性求零件感应加热淬火甚零件实现段变功变速编程容易操作性强
图3 通数控淬火机床
专淬火机床方面二汽天舒机电科技年努力攻克难关采功率脉分配技术尾座顶尖技术薄型淬火变压器技术独立悬挂技术悬挂衡技术等分研制成功曲轴全动淬火机床〔图4〕电源水冷系统组成成套淬火设备车燃机曲轴进行轴径圆角+轴径淬火轴径淬火回火采计算机控制通显示屏设备加热淬火工艺参数诸电压电流频率时间压力流量温度等进行监控显示目前国家采
第2章 汽车桥半轴淬火机机体结构确定
总体设计确定设计机床工艺方法运动分配传动控制结构性画出机床总体布局图等机床设计工作
221 工艺方案确实定
工艺方法种样机床结构性影响工艺方法改革常导致机床运动传动布局结构性济效果等方面系列变化机床加工汽车桥半轴淬火专组合机床具体工艺见工艺程卡片工序卡片机床设计专淬火组合机床
222 夹具方案拟定
机床夹具针某特定工件设计专机床重部件夹具方案拟定专机床总体方案设计组成局部机床夹具专液压夹具限位装置V 形块定位夹紧汽车桥半轴进行旋转淬火
223 机床运动确实定
运动确实定 确定机床运动数目运动类型运动执行件
说工艺方法决定机床运动述专组合机床工艺方法先未淬火汽车桥半轴V形块然升降台升起工件中心线传动顶尖中心线位置水线然尾座气缸工作尾座气缸驱动顶尖传动顶尖顶住汽车桥半轴然底座气缸工作导轮导轨滑动程工件利进入感应线圈中导轨定升角度导轨传动顶尖端法兰盘防止该法兰盘进入感应线圈中应选导轨
总体布局确定机床组成部件部件操机床包括传动机构工作台升降局部机床整体升降局部尾座气缸加紧机构V形块安装工作台工作台进气缸驱动床身导轨作进运动行程开关等分设机床中适部位
231 运动分配
工艺方法确定加工时相运动着规定机床运动合理分配方面素决定般旋转均完成拟方便提高加工孔中心线直线度须回转运动分配工件设计组合机床般情况
配置型式结构方案确实定
根述工艺方案确定机床型式总体布局选择机床配置型式时考虑实现工艺方案保证加工精度技术求生产率考虑机床操作维护修理排屑方便性注意加工零件生产批量
影响组合钻床配置型式结构方案素
①加工精度
根工件生产类型完全采单工位固定夹具机床型式加工件尺寸形状加工部位特征根加工零件特点适采卧式机床卧式机床定位基面设计基面重合
②操作方便性
合理确定装料高度操作方便现阶段设计组合机床时装料高度视具体情况850～1180mm 间选取加工件较装料高度稍高
③夹具形式机床方案影响
工件形状似采立式机床加工考虑装配结合面钻孔必性定位基面选装配结合面改相面样立式淬火夹具设计拟难采卧式加工方案
④ 厂技术力工作环境
钻床温度高时工作性稳定加工件需屡次进应选机械通部件配置专淬火机床
第3章 汽车桥半轴淬火机参数确定
31电动机选择
工作条件求送料电动机选择Y系列般途三相交流异步电动机控制回转台电动机选择伺服电动机泵站电动机选择Y系列三相交流异步电动机
电动机额定功率Ped电动机需功率Pd选择求Ped≥Pd：
式中：
Pw－工作机传动功率〔KW〕
η－电动机工作机总效率
F －工作机阻力〔N〕
V －工作机线速度〔ms〕
Tw－工作机阻力矩〔Nm〕
nw－工作机转速〔rmin〕
ηw－工作机效率
滚动轴承效率ηr097取7级精度齿轮传动〔稀油润滑〕效率ηg098联轴器效率ηv098总效率：
载荷稳电动机额定功率略者等Pd查机械设计中表102中Y系列电动机技术数选交流电动机额定功率Ped15kw
313 确定电动机转速
工作机转速机械设计课程设计中表24表25推荐级传动范围：二级展开式圆柱减速器传动范围总传动Y系列异步交流电动机符合范围步转速 三种伺服电动机选MHM502步转速额定转速三相交流异步电动机选步转速Y系列异步电动机Y90S2额定功率15KW满载转速2840rmin
电机选Y90S2型电机
联轴器机械传动中常部件连接轴轴回转部件传递运动转矩时作安装置
联轴器连接两轴制造安装误差承载变形温度变化影响等保证严格中存着某种程度相位移说设计联轴器时结构采取措施具适应定范围相位移功
根种相位移补偿力〔否发生相位移情况保持连接功〕联轴器分刚性联轴器挠性联轴器两类
绝数联轴器已标准化规格化般选补设计根传递载荷轴转速连接两部件安装精度等参考类联轴器特性选择种适宜联轴器类型具体选择时考虑点：
〔1〕需传递转矩性质缓减震功求例功率重载转矩传动选齿式联轴器严重击载荷求消轴系扭转震动传动选轮胎式联轴器等具高弹性联轴器
〔2〕联轴器工作转速引起离心力高速传动轴应选衡精度高联轴器例膜片联轴器等宜选存偏心滑块联轴器等等
〔3〕 两轴相位移方安装调整难保持两轴严格精确中工作程中两轴产生较附加相位移时应选挠性联轴器例径位移较时选滑块联轴器角位移较相交两轴连接选万联轴器
〔4〕 联轴器性工作环境通常金属原件制成需润滑联轴器拟需润滑联轴器性易受润滑完善程度影响污染环境含橡胶等非金属元件联轴器温度腐蚀性介质强光等拟敏感容易老化
(5) 联轴器制造安装维护钱满足性前提选拆装方便维护简单钱低联轴器例刚性联轴器结构简单拆装方便低速刚性传动轴般非金属弹性元件联轴器具良综合性广泛中功率传动
联轴器选择
根选择求条件选YL8型联轴器尺寸标准列图示：
联轴器参数
型号
公称扭矩
许转速
周孔直径(H7)
轴孔长度L
D
GYH2
63
10000
20
38
130
表续 联轴器标准
D1
螺栓
L0
重量
转动惯量
4O
数量4
直径 M8
86
33 计算传动装置运动动力参数
331 级传动确实定
式中：
nw 工作机转速
采级步带传动二级齿轮传动三级齿轮传动〔带传动传动般推荐值二级齿轮减速器传动范围8～40值超60〕
332 轴转速
伺服电动机轴转速：
轴转速
二轴转速
三轴〔输出轴〕转速：
333 轴功率
轴功率：
二轴功率：
三轴〔工作机轴〕
第四章导轨选择
41导轨功分类
导轨功承受载荷导承受安装导轨运动部件工件质量切削力运动部件着导轨运动运动导轨称动导轨动导轨称静导轨者支承导轨动导轨相静导轨作直线运动者回转运动保证运动轨迹调整部件间相位置者加工时没相运动动导轨相支承导轨度运动保证单方导性通常动导轨相支承导轨作直线运动圆周轨迹运动实现直线运动称直线运动导轨实现圆周运动称圆周运动导轨
导轨结构形式分开式导轨闭式导轨开式导轨指部件重载荷作运动导轨支承导轨工作面始终保持接触贴合特点结构简单承受较颠覆力矩作闭式导轨助压板导轨承受较颠覆力矩作设计中导轨必须承受较颠覆力矩作综合考虑选闭式导轨
根导轨面磨擦性质导轨分滑动导轨滚动导轨滑动导轨结构简单便制造精度刚度易保证通机床广泛应摩擦素较易磨损低速运动稳性较差滚动导轨优点摩擦系数动静摩擦系数摩擦阻力运动轻便灵活灵敏度高运动需功率摩擦生热少磨损精度保持性高低速运动稳性易产生爬行移动精度定位精度较高滚动导轨润滑简单高速运动时会滑动导轨样动压效应导轨浮起等优点滚动体导轨面间接触面积较易形成油膜阻尼刚度较低抗振性较差果进行预紧原刚度根底提高数倍滚动导轨结构拟复杂需淬火镶钢导轨加滚动导轨直度粗糙度拟敏感导轨脏物拟敏感制造精度求较高需较导轨防护装置制造钱较高选滑动导轨实现斜线运动设计中选带定弧度导轨
42 导轨应满足求
机床导轨质量程度决定机床加工精度工作力寿命导轨般情况应满足精度高承载力刚度摩擦阻力运动稳精度保持性寿命长结构简单工艺性便加工装配调整维修钱低等求面3求更突出：
导轨空载运动切削条件运动应具足够导精度保证导轨运动准确度保证导轨工作质量前提影响导精度素：导轨结构形式导轨精度接触精度导轨根底件刚度导轨油膜厚度油膜刚度导轨根底件热变形等
考虑面种种素选择导轨
导轨图41
第5章 机床升降局部设计计算
机床升降局部气缸〔动力源〕两根导柱〔起导作〕升降台V形块组成
中工件重量约14KG工作台重量约26KG工厂气压站提供气压06~08MPa
升降台气缸
气缸非标准件需新校核设计
1 气缸采单作气缸单活塞杆单作气缸广泛种普通气缸见图
活塞侧活塞杆压缩空气作活塞两侧效面积等活塞左行时活塞杆产生推力F1活塞右行时活塞杆产生拉力F2
F1D²pFz 〔51〕
F2(D²d²)PFz 〔52〕
式中F1—— ——活塞杆推力〔N〕
F2—— ——活塞杆拉力〔N〕
D—— ——活塞直径〔m〕
d—— ——活塞杆直径〔m〕
p—— ——气缸工作压力〔Pa〕
Fz—— ——气缸工作时总阻力〔N〕
气缸工作时总阻力Fz众素关运动部件惯性力背压阻力密封处摩擦力等素载荷率记入公式气缸静推力F1静拉力F2
F1D²p 〔53〕
F2(D²d²)p 〔54〕
计入载荷率保证气缸工作时动态特性假设气缸动态参数求较高工作频率高载荷率般取速度高时取值速度低时取值假设气缸动态参数求般工作频率低根匀速载荷率取η
式〔1〕〔2〕求气缸直径D
推力作时
D D98 (55)
拉力作功时
D D97 (56)
式〔56〕计算时活塞杆直径d根气缸拉力预先固定详细计算见活塞杆计算估定活塞杆直径代入式〔6〕
D〔101~109〕 D98 (57)
式中系数缸径较时取值缸径较时取值
公式计算出气缸径D应圆整标准值〔1〕
综合值D取整100mm
〔2〕活塞杆计算
1 强度条件计算活塞杆长度L较时〔L10d〕强度条件计算活塞杆直径d
d d30 (58)
综合考虑d取42
式中 F1——气缸推力〔N〕
——活塞杆材料许应力〔pa〕S
——材料抗拉强度〔pa〕
S— —安系数S14
2 弯曲极限力计算气缸承受压力会产生轴弯曲力达极限力F1活塞杆会产生永久性弯曲变形出现稳定现象该极限力缸安装方式活塞杆直径行程关
长细85时
Fi 〔59〕
长细85时
Fi 〔510〕
式中 L——活塞杆计算长度〔m〕见表
i——活塞杆横截面惯性半径
实心杆i
空心杆i (511)
I——活塞杆横截面惯性距
实心杆I
空心杆I (512)
——空心活塞杆孔直径〔m〕
A1——活塞杆截面积
实心杆A1d²
空心杆A1〔d²d²0〕 (513)
n——系数见表
E——材料弹性模量钢取E1011Pa
f——材料强度实验值钢取f49107Pa
a——系数钢取a15000
假设推力载荷〔总载荷〕超极限力Fi应采取相应措施条件变前提加活塞杆直径d解决
〔3〕缸筒壁厚计算
缸筒直接承受压力需定厚度般气缸缸筒壁厚径δ／D≤1／10通常薄壁筒公式计算
8 (514)
综合考虑壁厚取10mm
式中 ——气缸筒壁厚
D——气缸筒径〔缸径〕〔m〕
通常计算出缸筒壁厚相薄考虑机械加工缸筒两端安装缸盖等需气缸气缸壁筒作适加厚量选标准径壁厚钢铝合金详情见表
气缸D100mmd43mm壁厚10mm
工件长度1070mm采V形块支承工作台选600mm长材料选铸铁
第6章 尾座局部设计
尾座卧式淬火机床重附件作轴类零件定心时具辅助支撑夹紧功汽车桥半轴淬火机床尾座采整体式结构整体式结构尾座尾座体芯轴结构套筒气压测力装置尾座套筒移动机构尾座气压装置等组成芯轴结构选高精度进口轴承支承动静刚度精度高套筒尾座移动均机动套筒尾座夹紧气压放松机动夹紧放松结构夹紧力足够安工操作简单方便效率高优点：(1)刚度高抗震性精度高精度保持性整体式尾座分体式尾座体合尾座整体采整体式箱形结构设计限元分析计算通尾座部筋板合理布置提高尾座刚度固频率尾座采高强度低应力铸铁铸造良时效处理热变形承受工件重量额定切削力情况尾座整体变形抗振性满足汽车桥半轴淬火机床精度检验标准求(2)结构更加简单优化合理整体式尾座分体式尾座体合尾座整体取消分体式尾座联结定位键合螺钉总零件数标准件数更少取消分体式尾座体配合加工面取消分体式尾座体装配环节加工装配工艺性更节约加工装配总费降低尾座总重量总钱
汽车桥半轴淬火机尾座套筒尺寸根尾座体尺寸选择套筒作安装尾座活塞轴顶尖利气压缸提供压力莫氏锥度身结构特性顶紧顶尖顶尖顶着工件加工时会工件起转动套筒工件起转动套筒部设计滑键槽尾座体设计滑键尾座工作时滑键滑键槽中滑动样套筒会着转时顶尖顶着工件加工时会工件起转动提高套筒寿命顶尖利氏锥度身结构特性卡紧工作中需拆卸顶尖需尾座套筒设计顶尖退套孔拆卸顶尖需拆卸顶尖时退套楔插入顶尖退套孔锤敲击退套楔顶尖松动取出退套楔规格S791 4
汽车桥半轴淬火机尾座体尾座机械局部设计时参机床尾座体根制造业生产中积累验稍加改造成尾座体壁厚量均匀拐角处设计成圆角减少集中应力尾座体材料采HT250铸造加工成尾座体设计程中考虑加工工艺需设计出工艺凸台工艺孔
机床位元件帮助轴起限制工件度起定心作求具较高精度中尾座轴心线机床轴轴心线保证较高轴度进行工件加工程中采前顶尖支承工件确定工件旋转中心承受作工件扭转力顶尖机械加工中机床重部件端面复杂零件允许中心孔零件进行支承顶尖端顶中心孔料孔端放入尾座套筒顶尖锁紧顶紧力气压缸提供压力加工时般紧缩尾座套筒顶尖般专门工厂生产根需买产品汽车桥半轴淬火机中型机械加工设备尾座总体尺寸选择莫氏4号顶尖莫氏锥度锥度国际标准静配合精确定位锥度传递定扭距锥度便拆卸利摩擦力原理定锥度范围工件拆装时工作时会影响效果方钻孔锥柄钻锥柄钻头工件钻出需孔锥柄处会出现转动现象方钻孔锥柄钻果中需拆卸钻头磨削拆卸重新装会影响钻头中心位置
尾座气缸气缸非标准件需新校核设计
气缸类型选择
气缸需提供支撑力气缸采单作气缸单活塞杆单作气缸广泛种普通气缸见图
活塞侧活塞杆压缩空气作活塞两侧效面积等活塞左行时活塞杆产生推力F1活塞右行时活塞杆产生拉力F2
F1D²pFz 〔61〕
F2(D²d²)PFz 〔62〕
式中F1—— ——活塞杆推力〔N〕
F2—— ——活塞杆拉力〔N〕
D—— ——活塞直径〔m〕
d—— ——活塞杆直径〔m〕
p—— ——气缸工作压力〔Pa〕
Fz—— ——气缸工作时总阻力〔N〕
气缸工作时总阻力Fz众素关运动部件惯性力背压阻力密封处摩擦力等素载荷率记入公式气缸静推力F1静拉力F2
F1D²p 〔63〕
F2(D²d²)p 〔64〕
计入载荷率保证气缸工作时动态特性假设气缸动态参数求较高工作频率高载荷率般取速度高时取值速度低时取值假设气缸动态参数求般工作频率低根匀速载荷率取
式〔61〕〔62〕求气缸直径D
推力作时
D D76 (65)
拉力作功时
D D77 (66)
式〔66〕计算时活塞杆直径d根气缸拉力预先固定详细计算见活塞杆计算估定活塞杆直径dD016~04代入式〔66〕
D〔101~109〕 D76 (67)
式中系数缸径较时取值缸径较时取值
公式计算出气缸径D应圆整标准值〔61〕
综合值D取整80mm
〔2〕活塞杆计算
1 强度条件计算活塞杆长度L较时〔L10d〕强度条件计算活塞杆直径d
d d26 (68)
综合考虑d取34
式中 F1——气缸推力〔N〕
——活塞杆材料许应力〔pa〕S
——材料抗拉强度〔pa〕
S——安系数S
1 弯曲极限力计算气缸承受压力会产生轴弯曲力达极限力F1活塞杆会产生永久性弯曲变形出现稳定现象该极限力缸安装方式活塞杆直径行程关
长细85时
Fi 〔69〕
长细85时
Fi 〔610〕
式中 L——活塞杆计算长度〔m〕见表
i——活塞杆横截面惯性半径
实心杆i
空心杆i (611)
I——活塞杆横截面惯性距
实心杆I
空心杆I (612)
——空心活塞杆孔直径〔m〕
A1——活塞杆截面积
实心杆A1d²
空心杆A1〔d²d²0〕 (613)
n——系数见表
E——材料弹性模量钢取1011Pa
f——材料强度实验值钢取f49107Pa
a——系数钢取a15000
假设推力载荷〔总载荷〕超极限力Fi应采取相应措施条件变前提加活塞杆直径d解决
〔3〕缸筒壁厚计算
缸筒直接承受压力需定厚度般气缸缸筒壁厚径δ／D≤1／10通常薄壁筒公式计算
(614)
综合考虑壁厚取8mm
式中 ——气缸筒壁厚
D——气缸筒径〔缸径〕〔m〕
通常计算出缸筒壁厚相薄考虑机械加工缸筒两端安装缸盖等需气缸气缸壁筒作适加厚量选标准径壁厚钢铝合金详情见表
气缸D80mmd34mm壁厚8mm
挠度转角锁紧力计算校核
机床尾座尾座受力简图
图6 尾座受力图
根工件长度旋转外径假设工件重量 Q2760N
顶尖三爪卡盘支撑工件简化简支梁尾座负重 Q21380N
尾座轴伸出尾座体长度 130mm
尾座套筒直径 80mm
钢弹性模量 E 21×106kgfcm2
断面惯性矩 I201×104mm4
顶尖伸出套筒长 109mm
根公式
(615)
查表知单位切削力 2305Nmm2 r
切削力 2370N
机床加工重工件时尾座轴般紧缩尾座体现假设尾座轴伸出尾座轴伸出尾座体长度12伸出65mm悬臂65mm+109mm174mm
1挠度计算
(616)
许挠度［］～[] 范围
652转角计算
(617)
许转角[] ～[]范围
653压板处螺栓直径校核
机床尾座通组两相螺栓连接尾座导轨压板固定压板作连接尾座导轨通连接螺栓紧固松开确定尾座导轨位置面确定连接螺栓直径
选螺栓材料35号钢许抗拉强度〔σ〕540Mpa作力反作力定理知尾座部部间摩擦力等通顶尖作尾座轴力旋转时产生轴分力
~06)满足加工工件精度求工件重量较扭转力较情况机床发生振取轴力
取摩擦系数
知作箱体压力
(618)
作螺栓力
(619)
压板导轨间连接形式松连接公式 ：
(620)
：
现螺栓直径螺栓选择合理长度根尾座体螺栓尾座体确定取
6尾座锁紧力验算
尾座芯轴顶紧力20压板床身摩擦力F20取：
公式
(621)
：
—— 摩擦系数导轨材料铸铁活塞材料铜取015
—— 尾座重量取250
尾座轴力尾座顶杆承锁紧压板承受倾覆力矩应完全够满足求
第七章机床底座设计
机床底座材料设计
机床底座整体采方钢结构列图
活塞侧活塞杆压缩空气作活塞两侧效面积等活塞左行时活塞杆产生推力F1活塞右行时活塞杆产生拉力F2
F1D²pFz 〔71〕
F2(D²d²)PFz 〔72〕
式中F1—— ——活塞杆推力〔N〕
F2—— ——活塞杆拉力〔N〕
D—— ——活塞直径〔m〕
d—— ——活塞杆直径〔m〕
p—— ——气缸工作压力〔Pa〕
Fz—— ——气缸工作时总阻力〔N〕
气缸工作时总阻力Fz众素关运动部件惯性力背压阻力密封处摩擦力等素载荷率记入公式气缸静推力F1静拉力F2
F1D²p 〔73〕
F2(D²d²)p 〔74〕
计入载荷率保证气缸工作时动态特性假设气缸动态参数求较高工作频率高载荷率般取速度高时取值速度低时取值假设气缸动态参数求般工作频率低根匀速载荷率取
式〔1〕〔2〕求气缸直径D
推力作时
D D98 (75)
拉力作功时
D D105 (76)
式〔6〕计算时活塞杆直径d根气缸拉力预先固定详细计算见活塞杆计算估定活塞杆直径代入式〔6〕
D〔101~109〕 D98 (77)
式中系数缸径较时取值缸径较时取值
公式计算出气缸径D应圆整标准值〔1〕
综合值D取整110mm
〔2〕活塞杆计算
1 强度条件计算活塞杆长度L较时〔L10d〕强度条件计算活塞杆直径d
d d30 (78)
综合考虑d取40
式中 F1——气缸推力〔N〕
——活塞杆材料许应力〔pa〕S
——材料抗拉强度〔pa〕
S——安系数S14
2 弯曲极限力计算气缸承受压力会产生轴弯曲力达极限力F1活塞杆会产生永久性弯曲变形出现稳定现象该极限力缸安装方式活塞杆直径行程关
长细85时
Fi 〔79〕
长细85时
Fi 〔710〕
式中 L——活塞杆计算长度〔m〕见表
i——活塞杆横截面惯性半径
实心杆i
空心杆i
I——活塞杆横截面惯性距
实心杆I
空心杆I
——空心活塞杆孔直径〔m〕
A1——活塞杆截面积
实心杆A1d²
空心杆A1〔d²d²0〕
n——系数见表
E——材料弹性模量钢取1011Pa
f——材料强度实验值钢取f49107Pa
a——系数钢取a15000
假设推力载荷〔总载荷〕超极限力Fi应采取相应措施条件变前提加活塞杆直径d解决
〔3〕缸筒壁厚计算
缸筒直接承受压力需定厚度般气缸缸筒壁厚径δ／D≤1／10通常薄壁筒公式计算
10 (711)
综合考虑壁厚取10mm
式中 ——气缸筒壁厚
D——气缸筒径〔缸径〕〔m〕
通常计算出缸筒壁厚相薄考虑机械加工缸筒两端安装缸盖等需气缸气缸壁筒作适加厚量选标准径壁厚钢铝合金详情见表
气缸D110mmd40mm壁厚10mm
结
汽车桥半轴淬火机设计具广泛应前景社会需求仅加工汽车半轴加工圆柱形外外表文介绍汽车桥半轴淬火机升降局部尾座局部设计结构应特点加工工件长度600mm~1070mm淬火机结构做出相机设计计算送结构仿真结构改良机床局部零件合理尺寸汽车桥半轴淬火机机械性高系统安性
致谢
次毕业设计前学知识总结次设计研究工作导师曲守教授悉心指导完成科学设计研究期间导师严谨治学态度细致工作作风深刻洞察力忘科研精神学生高标准严求学术思想等方面锻炼提高终生难忘毕业设计文完成际谨导师表示崇高敬意感谢
次毕业设计撰写课题研究中诸帮助特感谢龚秀亮学帮助位老师学学期间学生活予帮助领导老师学朋友表示真挚谢意
感谢父母亲年学业默默鼓励生活微关心够利完成学业里衷心祝愿身体健康万事意
谨文献家老师学朋友
感谢评审文位老师百忙中抽出珍贵时间翻阅文
参考文献
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[8] 刘贵富 苗忠 编著 机械设计课程设计 北京 蓝天出版社 1999年
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[11] 张利 张沛 石亚维 全液压淬火机液压系统 液压气动 2002年第期：24~25
[12] 高兰兰 赖玉活 罗晓龙 液压气动 实现数控车床尾座动化 2021年第7期：42~44
[13] 俊 李健 赖玉活 黄艳 机床液压 新型数控车床液压尾座设计 2021年12月第39卷24期
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