ZH1105柴油机气缸体三面粗镗组合机床设计(右主轴箱设计)

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毕业设计说明书 2007

1前言

组合机床是一种高效的专用机床。它一般用于加工一种或一类零件,是根据工件加工需要,以大量通用部件为基础,配以少量专用部件组成的机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方法,其生产效率比通用机床高几倍至几十倍。而且组合机床的成本低廉、效率高。这是由于通用部件已经标准化和系列化,可根据需要灵活选用。这样能降低加工成本,缩短设计和制造周期。因此组合机床在大批、大量生产中得到了广泛应用。

本次毕业设计是根据具体加工对象的具体情况进行专门设计,主要设计内容是左右以及后主轴箱设计和夹具的设计。在对组合机床的主轴箱设计之前,需对被加工零件孔的分布情况及所要达到的要求进行分析,如各部件尺寸、材料、形状、硬度及加工精度和表面粗糙度等内容。然后还必须深入基层进行实地考察,摸索主轴箱的工作原理。接下来是总体方案的设计,总体方案设计的具体工作是编制“三图一卡”,即绘制被加工零件图,加工示意图,机床联系尺寸图,编制生产率计算卡。最后,就是技术设计和工作设计。技术设计就是根据总体设计已经确定的“三图一卡”,设计主轴箱等专用部件的正式总图;工作设计即绘制各个专用部件的施工图样,编制各零部件明细表。

本次毕业设计的课题是ZH1105柴油机气缸体三面粗镗孔组合机床总体及右主轴箱设计,来源于江淮动力集团。主轴箱设计是组合机床设计中的一个重要传动部分,首先根据已知条件和被加工零件的具体结构特征,确定各轴的排布方案、结构、材料、转向、配合关系等,保证各轴互不干涉。轴的排布方案是多种多样的,通过比较选择最佳的一种,然后选择传动箱的规格、型号。确定好轴的排布方案及各种技术参数后,再选择其它各种零件,尽可能选用标准件,降低制造成本。

在设计过程中,通过大量的参观实习和相关资料的查阅,考虑到实际生产条件,并从机床的合理性、经济性、工艺性、实用性及对被加工零件的具体要求出发,确定了这个设计方案。在指导老师和同学的帮助下,最终完成了这一课题的设计。

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2 组合机床总体设计

2.1 总体方案论证

本设计的加工对象为R180柴油机气缸体,材料是HT250,硬度HB190-240,重量36.5Kg。柴油机气缸体如图2-1所示:

YHGCCEEBFHCCY6.3FBG

图2-1 柴油机气缸体

2.1.1 工艺路线的确立

根据先粗后精、先基准面后其它表面、先主要表面后次要表面的机械加工工序安排的设计原则,对柴油机气缸体的工艺路线作如下设计:

工序1 粗铣底、顶端面; 工序2 粗铣左、右端面; 工序3 粗铣前、后端面; 工序4 半精铣底、顶端面; 工序5 半精铣左、右端面; 工序6 半精铣前、后端面; 工序7 粗镗孔; 工序8 半精镗孔;

工序9 精镗孔;

工序10 钻左面、右面、后面的孔; 工序11 攻丝;

工序12 钻上面、下面、前面的孔; 工序13 攻丝; 工序14 最终检验。

2

毕业设计说明书 2007

2.1.2 机床配置型式的选择

机床的配置型式主要有卧式和立式两种。卧式组合机床床身由滑座、侧底座及中间底座组合而成。其优点是加工和装配工艺性好,无漏油现象;同时,安装、调试与运输也都比较方便;而且,机床重心较低,有利于减小振动。其缺点是削弱了床身的刚性,占地面积大。立式组合机床床身由滑座、立柱及立柱底座组成。其优点是占地面积小,自由度大,操作方便。其缺点是机床重心高,振动大。

柴油机气缸体的结构为卧式长方体,从装夹的角度来看,卧式平放比较方便,也减轻了工人的劳动强度。考虑到机床运行的平稳性,选用卧式组合机床。 2.1.3 定位基准的选择

组合机床是针对某种零件或零件某道工序设计的。正确选择定位基准,是确保加工精度的重要条件,同时也有利于实现最大限度的工序集中。本机床加工时采用三面定位,底面为主要定位基准面,限制3个自由度;右侧面以两个支承钉限制两个自由度;后侧面有一个支承钉,限制剩下的一个自由度。

2.1.4 滑台型式的选择

本组合机床采用的是液压滑台。与机械滑台相比较,液压滑台具有如下结构特点:1)采用双矩型导轨结构型式,以单导轨两侧面导向,导向的长宽比较大,导向性好。2)滑座体为箱形框架结构,滑座底面中间增加了结合面,结构刚度高。3)导轨淬火,硬度高,使用寿命长。4)液压缸活塞和后盖上分别装有双向单向阀和缓冲装置,可减轻滑台换向和退至终点时的冲击。5)滑台分普通级、精密级和高精度级三个精度等级,可按要求选用,提高经济性。 2.2 确定切削用量及选择刀具

2.2.1 选择切削用量

16个被加工孔中,由于既有钻孔加工又有镗孔加工,所以选择切削用量时应综合考虑,钻孔切削用量从文献[9]的130页表6-11中选取,镗孔切削用量从文献[9]的130页表6-15中选取。由于钻孔的切削用量与钻孔深度有关,随孔深的增加而逐渐递减,其递减值按文献[9]的131页表6-12选取。钻孔时,降低进给量的目的是为了减小轴向切削力,以避免钻头折断,降低切削速度主要是为了提高刀具寿命。

A. 对右侧面上5个孔的切削用量的选择:保证进给速度相等 a.钻孔4:Φ36.4,通孔.

由d>22-50,硬度大于190-240HBS,选择v=10-18m/min,f>0.25-0.4mm/r,又d=36.4mm,取定v=17.6m/min,f=0.3mm/r,则由文献[5]的43页知

1000v n? (2-1)

?d 得: n=1000×17.6/36.4π=154r/min

b.钻孔5: Φ24.4,通孔

由d>22-50,硬度大于190-240HBS,选择v=10-18m/min,f> 0.25-0.4mm/r,又d=24.4mm,取定v=17.7m/min,f=0.45mm/r,则由

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1000v ?d得: n=1000×17.7/24.4π=230r/min

n?c.镗孔1、2: Φ61.4

由于刀具采用硬质合金,加工材料为铸铁,v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中选择,考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性,取v=35m/mim,f=0.38mm/r,则

1000v n?=1000×35/61.4π=181.5r/min

?dd.镗孔6: Φ56.6

由于刀具采用硬质合金,加工材料为铸铁,v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中选择,考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性,取v=40m/min,f=0.3mm/r,则

1000v=1000×40/56.6π=225r/min n??dB. 对左侧面上4个孔的切削用量的选择:由于分两次进给,要同时考虑进给速度和转速,两次进给转速要相同,同次进给保证进给速度相同

a.镗孔3: Φ194.4/Φ124.4

由于刀具采用硬质合金,加工材料为铸铁,v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中选择,考虑到刀具寿命,加工余量应取小一点,故加工Φ193.8孔采用分层切削。

第一次进给主要加工Φ194.4孔,取定v=50m/min,f1=0.60mm/r,则

1000v=1000×50/194.4π=82r/min n??d第二次进给要同时镗Φ124.4孔,考虑到轴向切削力,进给量应选小一点,取定v=37.3m/min,f2=0.49mm/r,则

1000v=1000×37.3/124.4π=95r/min n??db.镗孔1、2: 2×Φ61.4

由于刀具采用硬质合金,加工材料为铸铁,v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中选择,考虑到刀具寿命以及进给速度的一致性,取定v1=35m/mim,f1=0.26mm/r,则

1000v=1000×35/61.4π=181.5r/min n??d 同轴转速相同,进给速度一致,取定v2=35m/min,f2=0.60mm/r

c.钻孔: Φ36.4,通孔

由d>22-50,硬度大于190-240HBS,选择v=10-18m/min,f>0.25-0.4mm/r,又d=35.8mm,取定第一次进给v1=17.9m/min,f1=0.3mm/r,则

n?1000v=1000×17.9/36.4π=157r/min ?d 同轴转速相同,进给速度一致,取定v2=17.9m/min,f2=0.3mm/r

C.对后面上1个孔的切削用量的选择 镗孔: Φ114.4/Φ115/Φ122.4

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由于刀具采用硬质合金,加工材料为铸铁,在v=35-50m/min,f>0.4-1.5mm/r中选择,考虑转速和进给速度的一直性,取定v=36/40/45m/min。

第一次进给,取定f1=0.36mm/r;第二次进给,取定f2=0.5mm/r,则

1000v=1000×55.7/114.4π=155r/min n??d(孔的编号见被加工零件工序图)

2.2.2 计算切削力、切削扭矩及切削功率

根据文献[9]的134页表6-20中公式计算钻孔

F?26Df0.8HB0.6 (2-2)

T?10D1.9f0.8HB0.6 (2-3)

Tv (2-4)

9740?D根据文献[9]的134页表6-20中公式计算镗孔

P?FZ?51.4apf0.75HB0.55 (2-5)

.20.651.1FX?0.51a1fHB (2-6) pT?25.7Dapf0.75HB0.55 (2-7)

FZv (2-8) 61200 式中, F、Fz-切削力(N);T-切削转矩(N·㎜);P-切削功率(Kw);v-切削

P?速度(m/min);f-进给量(mm/r);ap-切削深度(mm); D-加工(或钻头)直径(mm); HB-布氏硬度, 得HB=223。 由以上公式可得:

右面 1、2轴 FZ?51.4apf0.75HB0.55

?51.4?3?0.30.75?2230.55?1659.6N.20.651.1fHB FX?0.51a1 p

?0.51?31?.2?0.30.65?2231.1

?336N

T?25.7Dapf0.75HB0.55

?25.7?61.4?3?0.450.75?2230.55

?63149N?mm

5

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FZv 612002054.7?35 ?

61200 ?1.175kw

P?4轴 F?26Df0.8HB0.6?26?36.4?0.160.8?2230.6 ?5581N

T?10D1.9f0.8HB0.6 ?10?36.41.9?0.30.8?2230.6?90128N?mm

Tv

9740?D90128?17.6 ?

9740?3.14?36.4 P? ?1.425kw 5轴 F?26Df0.8HB0.6

0.6 ?26?24.4?0.30.8?223

?618N1 T?10D1.9f0.8HB0.6

0.6 ?10?24.41.9?0.30.8?223

?42335.4N?mm

Tv P?

9740?D42335.4?17.7 ?

9740?3.14?24.4 ?1.004kw

6 轴 FZ?51.4apf0.75HB0.55

0.55?51.4?3?0.50.75?223?179.42N

.20.65HB1.1 FX?0.51a1pf?0.51?31.2?0.30.65?2231.1

?336N

T?25.7Dapf0.75HB0.55

?25.7?56.6?3?0.50.75?2230.55

?50776.94N?mm

Fv P?Z

61200

6

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1794.2?40

61200 ?1.173kw

?左面 1、2轴 FZ?51.4apf0.75HB0.55 =51.43?0.30.75?2230.55 =1222.1N

.20.65FX?0.51a1HB1.1 pf =0.51?31.2?0.30.65?2231.1 =336N

T?25.7Dapf0.75HB0.55

?25.7?60.8?3?0.40.75?2230.55

?46139.3N?mm

Fv P?Z

612001517.7?29 ?

61200 ?0.719kw

3轴 孔径194.4mm

T3?25.7D3apf30.75HB0.550.75

?25.7?194.4?1.5?0.5FZ3?51.4apf30.75?2230.55?87198.5N?mmHB0.55?2230.55

?896.26N?51.4?1.5?0.5.2FX3?0.51a1pf31.20.750.65HB1.1?2231.1

?146N?0.51?1.5?0.30.65P3?FZ3V896.26?50??0.732KW 6120061200孔径124.4mm

T3?25.7D3apf30.75HB0.550.75

?25.7?124.4?3.5?0.45FZ3?51.4apf30.75?2230.55?120434.78N?mmHB0.55?2230.55

?2.93.3N?51.4?3.5?0.50.75 7

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.2FX3?0.51a1pf31.20.65HB1.10.65

1.1?0.51?3.5?0.45?223?522.52NP3?FZ3V1936.35?37.318??1.18KW 61200612000.756轴

FZ?51.4apf?3309.6NHB0.55

FX?0.51a1.2pf?333.7N

0.65HB1.1

P?FZV3309.6?17.9??0.968KW 61200612000.75后面 孔径为114.4mm

T?25.7D3apf3HB0.550.75

?25.7?114.4?3.5?0.45FZ?51.4apf0.75?2230.55?110637.99N?mmHB0.550.75

0.55?51.4?3.5?0.45.2FX?0.51a1pf?223?1934.2N0.65HB1.10.65

1.1?0.51?3.51.2?0.45?223?523NP?FZV1934.2?55.7??1.76KW 6120061200孔径为115mm

T?25.7D3apf30.75HB0.55

?111334.4N?mm

FZ?51.4apf0.75HB0.550.75

0.55?51.4?3.5?0.45.2FX?0.51a1pf1.2?223?1936N0.65HB1.10.65

1.1?0.51?3.5?0.36?223?452NP?FZV1936?50??1.58KW 6120061200孔径为122.4mm

T?25.7D3apf3

0.75HB0.55

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?111334.4N?mm

FZ?51.4apf0.75HB0.550.75

0.55?51.4?3.5?0.45.2FX?0.51a1pf1.2?223?1936N0.65HB1.10.65

1.1?0.51?3.5?0.36?223?452NP?FZV1936?50??1.58KW 61200612002.2.3选择刀具结构

根据加工精度、工件材料、工件条件、技术要求等进行分析,按照经济地满足

加工要求的原则,合理地选择刀具。只要所选工艺方案可以采用刚性较好的镗杆,还是采用镗削方法,这是因为镗刀制造简单,刃磨方便。

当被加工孔直径在Φ40mm以上时,组合机床上多采用镗削加工,其加工精度可高达1-2级。

直径小于Φ40mm时,选用钻削方法,钻头选用高速钢修磨棱带及横刃钻头。镗孔选用合金镗刀头。

直径大于Φ40mm时,选用镗削方法,刀具材料为硬质合金。当加工阶梯孔时,选用阶梯杆,由于多刀加工,扭矩较大,所以要选用强度较好的刀杆材料:41Gr。 2.3组合机床总体设计—三图一卡

2.3.1被加工零件工序图

A.被加工零件工序图的作用和内容

被加工零件工序图是根据制定的工艺方案,表示所设计的组合机床上完成的工艺内容,加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求,加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样。除了设计研制合同外,它是组合机床设计的重要依据,也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件的基础上,突出本机床或自动线的加工内容,并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括: a.被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。

b.本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。

c.本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。

d.注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。 B. 绘制被加工零件工序图的规定及注意事项

a.绘制被加工零件工序图的规定 应按一定的比例,绘制足够的视图以及剖

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B. 实际生产率Q1(单位为件/h)是指所设计机床每小时实际可生产的零件数

Q1?60 T单式中:T单——生产一个零件所需时间(min),可按下式计算: T单?t切?t辅??L1??L快进?L快退L2??????t停??t移?t装?

?V???Vfk?f1Vf2???式中:L1、L2——分别为刀具工作进给长度,单位为mm;

Vf1、Vf2——分别为刀具工作进给量,单位为mm/min;

t停——当加工沉孔、止口、锪窝、倒角、光整表面时,滑台在死挡铁上的停留

时间,通常指刀具在加工终了时无进给状态下旋转 转所需的时间,单位min;

L快进、L快退——分别为动力部件快进、快退行程长度,单位为mm; Vfk——动力部件快速行程速度。用机械动力部件时取5~6m/min;用液压动力部件时取3~10m/min;

t移——直线移动或回转工作台进行一次工位转换时间,一般取0.1min;

t装卸——工件装、卸(包括定位或撤销定位、夹紧或松开、清理基面或切屑及吊运工件)时间。它取决于装卸自动化程度、工件重量大小、装卸是否方便及工人的熟练程度。通常取0.5~1.5min。

如果计算出的机床实际生产率不能满足理想生产率要求,即Q1?Q,则必须重新选择切削用量或修改机床设计方案。

已知: 粗镗左面孔 L1?55mm;Vf?69mm/min

L快进?215mm L快退?270mm

粗镗右面L1?95mm;Vf?47mm/min;L2?25mm;Vf2?24mm/min

L快进?255mmL快退?350mm

粗镗后面孔L1?128mm;Vf1?55.4mm/min;L2?10mm;Vf2?24mm/min

L快退?253mm L快进?125mm

左面孔

t机?右面孔

t机? 后面孔

L工进Vf?95?2.02min 47L工进Vf?55?0.79min 69 15

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t机?

L工进Vf?128?2.3min 55.4 共计所用时间如下: T总?t机?t辅?2.3?1.5?3.8min

实际生产率: Q1?6060??15.7件/h T总3.8C. 机床负荷率?

当Q1>Q时候,机床负荷率为二者之比。

组合机床负荷率一般为0.75~0.90,自动线负荷率为0.6~0.7。典型的钻、镗、攻螺纹类组合机床,按其复杂程度确定;对于精度较高、自动化程度高或加工多品种组合机床,宜适当降低负荷率。

由文献[9]的51页公式得机床负荷率:

??Q13.04??82.61% Q115.7

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3组合机床主轴箱设计

本人的设计任务是ZH1105柴油机气缸体三面粗镗卧式组合机床左右主轴箱部分

的设计。由总体设计部分可知,需设计的主轴箱轮廓尺寸都为500×500,属于大型通用主轴箱,结构典型,能利用通用的箱体和传动件;采用通用主轴,借助导向套引导刀具来保证被加工孔的位置精度。

大型通用主轴箱由通用零件如箱体、主轴、传动轴、齿轮和附加机构等组成。

标准通用卧式钻孔类主轴箱的厚度是一定的,为325mm,本课题中主轴箱由箱体、前盖和后盖三个部分组成。箱体材料为HT200,前、后盖等材料为HT150;箱体的标准厚度为180mm,前盖厚度为55mm,后盖厚度为90mm。

主轴材料采用40Cr钢,热处理C42。 通用传动轴一般用45钢,调质T235。

通用齿轮有传动齿轮、动力箱齿轮和电动机齿轮三种。

通用主轴箱设计的顺序是:绘制主轴箱设计原始依据图;确定主轴结构、轴径及齿轮 模数;拟订传动系统;计算主轴、传动轴坐标,绘制坐标检查图;绘制主轴箱总图,零件图及编制组件明细表。具体内容如下: 3.1绘制主轴箱原始依据图

主轴箱依据图是根据“三图一卡”绘制的。

图3-1所示为三面卧式镗孔组合机床右主轴箱设计原始依据图,表3-1所示为各主轴外伸尺寸及各孔的切削用量。

图3-1右主轴箱设计原始依据图

注:1.被加工零件编号及名称:ZH1105

材料及硬度:HT250 190-240HBS。 2.主轴外伸尺寸及切削用量:

3.动力部件1TD40V,1HJ40IIIA,P主=5.5Kw,n=960r/min。

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表3-1 主轴外伸尺寸及孔的切削用量

轴 号 D/d L 1、2 67/48 75 3 6 90/60 75 工序内容 镗Φ60.8 镗 n(r/min) v(m/min) f1(mm/r) f2(mm/r) 120 96 160 29 28.3/37.3/58.4 17.9 0.40 0.50 0.30 0.20 0.25 0.15 Φ193.8/123.8/93.8 67/48 135 钻Φ35.8 3.2主轴结构型式的选择和动力计算

3.2.1 主轴结构型式的选择

主轴结构的选择包括轴承型式的选择和轴头结构的选择。轴承型式是主轴部件结构的主要特征,主轴进行钻削加工,轴向切削力较大,用推力球轴承承受轴向力,用深沟球轴承承受径向力,又因钻削时轴向力是单向的,因此推力球轴承应安排在主轴前端,主轴采用滚珠主轴,前支承为推力球轴承、深沟球轴承,后支承滚锥轴承;主轴进行镗削时,前后支承均为滚锥轴承。

钻孔采用滚珠轴承长主轴是因为长主轴其轴头内孔较长,可增大与刀具尾部连接的接触面,因而增强刀具与主轴的连接刚度,减少刀具前端下垂。

3.2.2 主轴直径和齿轮模数的确定

主轴直径已在总体设计部分初步确定,见2.3.2。

按同一多轴箱中的模数规格最好不多于两种的原则,用类比法确定齿轮模数,在次之前可先由文献[9]的P62页下式估算:

m?(30~32)3式中,P—齿轮所传递的功率,单位为Kw;

z—一对啮合齿轮中的小齿轮齿数; n—小齿轮的转速,单位为r/min。

主轴箱中的齿轮模数常用2、2.5、3、3.5、4几种。为了便于生产,同一主轴箱中的模数规格不要多于两种,确定本次设计的左、右内齿数均为3、4。 3.3 主轴箱传动系统的设计与计算

多轴箱传动设计,是根据动力箱驱动轴位置和转速、各主轴位置及其转速要求,设计传动链,把驱动轴和各主轴连接起来,使各主轴获得预定的转速和转向。

多轴箱传动设计,是根据动力箱驱动轴位置和转速、各主轴位置及其转速要求,设计传动链,把驱动轴和各主轴连接起来,使各主轴获得预定的转速和转向。

多轴箱传动系统的一般要求:

a.在保证主轴的强度、刚度、转速和转向的条件下,力求使传动轴和齿轮的规格、数量为最少。应尽量用一根传动轴带动多根主轴;当齿轮啮合中心距不符合标准时可采用齿轮变位的方法来凑中心距;

P (3-1) zn 18

毕业设计说明书 2007

通常应避免主轴带动主轴,否则将增加主动主轴的负荷;

b.为使结构紧凑,多轴箱内齿轮副的传动比一般要大于后盖内传动比允许取至

11(最佳传动比1?),21.511,避免用升速传动。 ~~33.5c.用于粗加工主轴上的齿轮,应尽可能设置在第Ⅰ排,以减少主轴的扭转变形;

精加工主轴上的齿轮,应设在第Ⅲ排,以减少主轴端的弯曲变形。

d.多轴箱内具有粗加工主轴时,最好从动力箱驱动轴齿轮传动开始,就分两条传动路线,以免影响加工精度。

e.刚性镗孔主轴上的齿轮,其分度圆直径应尽可能大于被加工孔的孔径,以减少振动,提高运动平稳性。

f.驱动轴直接带动的转动轴数不能超过两根,以免给装配带来困难。 3.3.1 根据原始依据图计算坐标尺寸

根据原始依据图3-1,计算驱动轴、主轴的坐标尺寸,如下表3-2所示:

表 3-2 右主轴箱驱动轴、主轴坐标值

右主轴箱坐标 X Y 销O1 驱动轴0 主 轴 1 主 轴 2 主 轴 3 主 轴 6 272.2 213.89 486.11 205.56 372.2 126.94 281.39 297.5

0.000 247.22 0.000 129.17 3.3.2 拟订主轴箱传动路线

右主轴箱有4根主轴,这4根主轴分别为:1,2、3、6,传动轴分别为4、5、7、,液压泵轴7由传动轴6传动,0轴是动力头输入轴。具体传动路线见下图。

图3-2右主轴箱传动树形图

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本文来源:https://www.bwwdw.com/article/nb97.html

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