三代轮毂轴承内圈法兰孔组合钻床主轴箱设计
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摘 要：以提高三代轮毂轴承内圈法兰孔的加工效率为主要目的，根据加工孔直径大小、材料以及工作情况，计算相关的切削用量进而计算轴向力、扭矩和切削功率，确定主轴的形式与直径以及所需动力，选择合理的动力部件，依据三图一卡绘制原始依据图，确定主轴和驱动轴的位置，合理布置传动轴的位置，来完成整个主轴箱传动系统的设计，使主轴获得所需转速从而进行钻孔。此次设计的主轴箱传动系统可以同时加工三代轮毂轴承内圈法兰孔，因此可以提高法兰孔的加工效率和加工精度。
关键词：组合钻床 主轴箱 三代轮毂轴承
中图分类号：TH132.41 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）12（a）-0085-02
1 组合钻床设计概述
轮毂轴承是汽车承重及为转向系统提供精确导向的重要部件，近年来，随着科技进步和汽车设计开发水平的不断提高，国内汽车轮毂轴承的开发已经到了第四代、广泛应用已经到了第三代[1]，目前国内三代汽车轮毂轴承法兰孔的加工还不能实现同时加工，这样就降低了内圈法兰孔的加工效率和加工精度。
2 法兰孔技术要求
此次设计的工况为要求加工5个Φ14的孔，孔的表面粗糙度为Ra3.2，该孔的材料为65Mn，HB240～270，要求生产纲领为年产量为40000件，采用单班制的生产方式。
3 组合钻床主轴箱设计
下面以通用多轴箱的设计为例进行分析如下。
3.1 主轴箱所需进给力、功率及动力部件选择
（1）所需进给力和功率。
根据钻孔的直径是Φ14，5个同心圆分布，材料是65Mn。
σb=100MPa，查《机械设计简明手册》[2]选v=9.4m/min，
s=0.17mm/r;根据公式可得：
P=3.3DS00.7 σb0.75=422.63 （1）
Mkp=1.65D2S0.8 σb0.7=1968.33 （2）
=0.432kW （3）
（2）动力部件的选择。
动力箱主要是根据主轴所需要的电动机功率选取的，电动机所需要的功率P主=P切+P空+P附。
∑P切=Ne×5=0.432×5=2.16kW。
P空、P附无法确定，η=0.9，估算P主=2.4kW;由P主=2.4kW，查《组合机床设计简明手册》[3]选择动力箱1TD32-Ⅱ型，电动机型号Y100L2-4，电动机功率P=3.0kW，电动机转速1430r/min，输出轴转速n=715r/min。
3.2 主轴形式和直径的确定
根据《组合机床设计简明手册》[3]，该组合机床主要用来钻孔，因此采用球轴承的主轴。
主轴直径可根据公式（4）进行估算：
=2.322cm （4）
根据《组合机床讲义》表5-26选取主轴直径d=2.5cm=25mm。
3.3 确定多轴箱的轮廓尺寸
标准的多轴箱厚度是一定的，因此主要是确定多轴箱的高度H、宽度B和最低主轴高度h1，根据《组合机床设计简明手册》[3]。
根据加工零件图可知，b=114mm，h=103mm;根据书上推荐值取b1=100mm。根据推荐范围取h1=100mm。则可根据尺寸和公式计算出箱体轮廓尺寸为B=314mm。H=303mm。
查取轮廓尺寸的标准，确定组合机床的多轴箱的轮廓尺寸为B×H=400×400。
3.4 多轴箱的传动设计
根据所选的电动机查表确定驱动轴位置和转速，然后通过绘图、试凑确定传动链。
（1）根据原始依据图计算驱动轴、主轴坐标。
驱动轴0（140，94.5）主轴1（140，200）
主轴2（216.57，151.63）主轴3（201.14，83.37）
主轴4（98.86，83.37）主轴5（83.43，151.63）
（2）齿轮模数的选择。
齿轮模数可以按照《组合機床设计简明手册》公式（5）来进行估算[3]：
（5）
取传动比为1.444，则n=715/1.444=495（r/min），最小齿数为2124，取z=21，则m=2.04;
根据取驱动轴模数m1=3，主轴模数m2=2.5。
3.5 确定传动轴的位置及齿轮齿数
（1）最小齿数的确定。
为了保证齿轮的齿根强度，应使齿根到键槽厚度a>2mm。
主轴直径d=25mm，根据《机械工程图学》附表查出：齿轮t=28.3mm，当m2=2.5时，主轴上的齿轮最小齿数为Zmin≥24.8;所以主轴上的齿轮齿数要大于等于25。
当驱动轴的直径是d=30mm时，查表得：
齿轮t=33.3mm，当m1=3时，驱动轴上的齿轮最小齿数为Zmin≥18.9;所以驱动轴上的齿轮齿数要大于等于19。
（2）传动轴位置及模数的确定。
传动轴位置及齿轮齿数计算公式如下：
（6）
A=m×（Z主+Z从）/2=m×s （7）
（8）
（9）
根据主轴箱坐标图得传动轴与主轴1之间距离A11’=70，主轴1的模数m2=2.5，齿数取Z1=30，得Z1'=26，n1'=571.75r/min，Z0=20.76则取整数Z0=21;取传动轴的模数m3=2。
根据加工工艺及传动系统设计，5根主轴上的齿轮模数和齿数均可以相等。由此可得出此次设计的主轴箱传动系统图，如图1所示。
4 结语
依据传动系统设计相关原理设计出此传动系统，可以有效的改善三代汽车轮毂轴承的加工条件，提高三代汽车轮毂轴承加工效率和加工精度。
参考文献
[1] 宋祥峰.轮毂轴承的定义、分类和技术发展趋势[J].汽车实用技术，2018（12）：178-180.
[2] 杨黎明，杨志勤.机械设计简明手册[M].北京：国防工业出版社，2008.
[3] 谢家瀛.组合机床设计简明手册[M].北京：机械工业出版社，2002.
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