AC軸數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺畢業(yè)設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書（2012屆）設(shè)計（論文）題目 a、c軸回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計（偏c軸） 學(xué)院名稱 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 專 業(yè) （班 級） 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化（083班） 姓 名 （學(xué) 號） 楊超（20080409） 指 導(dǎo) 教 師 余道洋 2012年5月19日目 錄中文摘要1英文摘要21 緒論32 引言4 2.1課題來源與研究意義4 2.2回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應(yīng)用4 2.3設(shè)計準(zhǔn)則5 2.4 主要技術(shù)參數(shù)53 c軸回轉(zhuǎn)工作臺的傳動設(shè)計及其校核計算7 3.1傳動方案的選擇7 3.2電機(jī)的選擇9 3.3傳動裝置運(yùn)動與動力參數(shù)的計算11 3.4齒輪傳動設(shè)計12 3.5 蝸桿與蝸輪的選用及校核16

2、 3.6 軸承的選用與校核19 3.7軸的校核234 c軸回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計29 4.1 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計29 4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計31 4.3 蝸輪、蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 37 4.4 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計38 4.5 c軸回轉(zhuǎn)工作臺的總裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計 41 4.6 三維建模435 結(jié)論與展望 466 致謝 47參考文獻(xiàn)資料48附錄a 49a，c軸回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計（偏c軸）摘 要：數(shù)控車床今后將向中高擋發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預(yù)計近年來對數(shù)控刀架需求量將大大增加。但是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺更有發(fā)展前途,它是一種可以實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給和分度運(yùn)動的工作臺

3、，它常被使用于臥式的鏜床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工藝，它主要由原動力、齒輪傳動、蝸桿傳動、工作臺等部分組成，并可進(jìn)行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實(shí)用的加工工具。本課題主要介紹了它的原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并對以上部分運(yùn)用autocad做圖,最后是對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺提出的一點(diǎn)建議。 關(guān)鍵詞：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 齒輪傳動 蝸桿傳動 蝸輪傳動abstract：the development of cnc lathes will be in the middle and high block in the future. the middle range cnc lathes would us

4、e the popular cnc turret supporting. the high grade type would use the power turret, which have the hydraulic turret, the servo turret and the vertical turret. in recent years , the demand of cnc turret is be expected to increase greatly. however , the nc rotary table is more promising, it could ach

5、ieve the circumference feed and the dividing movement and it is often used in the horizontal boring machines and the machining centers in order to improve the processing efficiency and accomplish more technology. it mainly consists of the motor, the gear drive, the worm drive and the worktable. besi

6、des , it also can elimination the gap and press the worm. in general, it is a very useful processing tool. this issue mainly introduces the principles of the nc rotary table and the design of the mechanical structure,and uses the autocad to prensent them. in the end this issue provides some suggesti

7、ons for the the nc rotary table.keywords： nc rotary table gear drive worm drive worm gear 1 緒論畢業(yè)設(shè)計主要是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識的能力，培養(yǎng)學(xué)生建立正確的設(shè)計思想，掌握工程設(shè)計的一般程序、規(guī)范和方法。通過畢業(yè)設(shè)計，可樹立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)由學(xué)生向工程技術(shù)人員的過渡。使學(xué)生進(jìn)一步鞏固和加深對所學(xué)的知識，使之系統(tǒng)化、綜合化。培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作、獨(dú)立思考和綜合運(yùn)用所學(xué)知識的技能，提高解決本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題的能力，從而擴(kuò)大、深化所學(xué)的專業(yè)知識和

8、技能。 培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計計算、工程繪圖、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻(xiàn)、外文資料的閱讀與翻譯、計算機(jī)應(yīng)用、文字表達(dá)等基本工作實(shí)踐能力，使學(xué)生初步掌握科學(xué)研究的基本方法和思路。使學(xué)生學(xué)會初步掌握解決工程技術(shù)問題的正確指導(dǎo)思想、方法手段，樹立做事嚴(yán)謹(jǐn)、嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是、刻苦鉆研、勇于探索、具有創(chuàng)新意識和團(tuán)結(jié)協(xié)作的工作作風(fēng)。2 引言2.1 課題來源與研究意義隨著生產(chǎn)力水平的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)床是數(shù)控技術(shù)最普遍的應(yīng)用。而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺是一種可以實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給和分度運(yùn)動的工作臺，它常被使用于臥式的鏜床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工藝，它主要由原動力、齒輪傳

9、動、蝸桿傳動、工作臺等部分組成，并可進(jìn)行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實(shí)用的加工工具。本次畢業(yè)設(shè)計主要是解決c軸回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理和機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計與計算部分，設(shè)計思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部。目前數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心上，它的總的發(fā)展趨勢是：（1）在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺；（2）在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺的承載能力；（3）在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺。 數(shù)控轉(zhuǎn)臺的市場分析：隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會越來越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴(kuò)大加工范圍。估計近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺的加工中心將會達(dá)

10、到每年600臺左右。預(yù)計未來5年，雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過剩、受到宏觀調(diào)控的影響而繼續(xù)保持著較低的行業(yè)景氣度外，部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長率，特別是那些國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵振興和發(fā)展的裝備子行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機(jī)，普通加工機(jī)床將獲得年均1520左右的穩(wěn)定增長。2.2 回轉(zhuǎn)工作臺的原理與應(yīng)用數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給由回轉(zhuǎn)工作臺完成，稱為數(shù)控機(jī)床的第四軸：回轉(zhuǎn)工作臺可以與x、y、z三個坐標(biāo)軸聯(lián)動，從而加工出各種球、圓弧曲面等。回轉(zhuǎn)工作臺可以實(shí)現(xiàn)精確的自動分度，擴(kuò)大了數(shù)控機(jī)床加工范圍?；剞D(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺幾乎一樣，但它的驅(qū)動是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動方式。它可以與其他伺服進(jìn)給軸

11、聯(lián)動。它的進(jìn)給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進(jìn)行控制的。工作臺的運(yùn)動是由伺服電動機(jī)，經(jīng)齒輪減速后由蝸桿傳給蝸輪。當(dāng)工作臺靜止時必須處于鎖緊狀態(tài)。為此，在蝸輪底部的輻射方向有4對夾緊瓦，并在底座上均布同樣數(shù)量的小液壓缸。當(dāng)小液壓缸的上腔接通壓力油時，活塞便壓向鋼球，撐開夾緊瓦，并夾緊蝸輪。在工作臺需要回轉(zhuǎn)時，先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧的作用下，鋼球抬起，夾緊瓦將蝸輪松開?；剞D(zhuǎn)工作臺的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動精度，因而必須采用高精度蝸桿副。在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，可以在實(shí)際測量工作臺靜態(tài)定位誤差之后，確定需要補(bǔ)償角度的位置和補(bǔ)償?shù)闹担洃浽谘a(bǔ)償回路中，由數(shù)控裝置進(jìn)行誤差補(bǔ)償。在全

12、閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由高精度的圓光柵發(fā)出工作臺精確到位信號，反饋給數(shù)控裝置進(jìn)行控制。2.3 設(shè)計準(zhǔn)則我們的設(shè)計過程中，本著以下幾條設(shè)計準(zhǔn)則：（1）創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能（2）分析原理和性能（3）判別功能載荷及其意義（4）預(yù)測意外載荷（5）創(chuàng)造有利的載荷條件（6）提高合理的應(yīng)力分布和剛度（7）重量要適宜（8）應(yīng)用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸（9）根據(jù)性能組合選擇材料(10） 零件與整體零件之間精度的進(jìn)行選擇(11） 功能設(shè)計應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求2.4主要技術(shù)參數(shù)（1）最大回轉(zhuǎn)半徑：300 mm（2）回轉(zhuǎn)角度：0360°（3）回轉(zhuǎn)精度：003°（4）最大承載重量10

13、0（5）傳動比：120 3 回轉(zhuǎn)工作臺的傳動設(shè)計及其校核計算3.1 傳動方案的選擇3.1.1 傳動方案傳動時應(yīng)滿足的要求回轉(zhuǎn)工作臺一般由原動機(jī)、傳動裝置和工作臺組成，傳動裝置在原動機(jī)和工作臺之間傳遞運(yùn)動和動力，并可實(shí)現(xiàn)分度運(yùn)動。在本課題中，原動機(jī)采用應(yīng)采用伺服電機(jī)，工作臺為t形槽工作臺，傳動裝置由齒輪傳動和蝸桿傳動組成。合理的傳動方案主要滿足以下要求：（1）機(jī)械的功能要求：應(yīng)滿足工作臺的功率、轉(zhuǎn)速和運(yùn)動形式的要求。（2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。（3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動效率高等。（4）結(jié)構(gòu)工藝性要求；如結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)合理等。3

14、.1.2 傳動方案及其分析由圖3.1所示，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的傳動方案有兩種：方案一為一級和二級都是齒輪傳動；方案二為一級齒輪傳動，二級蝸桿傳動。圖3.1 傳動方案圖 方案一的最大缺陷是：1.總傳動比??；2.占用空間大；3.只能使工作臺完成回轉(zhuǎn)功能，無法使工作臺完成自鎖。而方案二雖然傳動效率低，但以上三個功能全部都能完成。所以數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動方案為方案二：步進(jìn)電機(jī)齒輪傳動蝸桿傳動工作臺。如圖3.2所示圖3.2 傳動方案三維圖該傳動方案分析如下：齒輪傳動承受載能力較高 ，傳遞運(yùn)動準(zhǔn)確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。蝸桿傳動有以下特點(diǎn)：1傳動比大，與其他傳動形式相比，傳動

15、比相同時，機(jī)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。2傳動平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動平穩(wěn)，噪聲低。3可以自鎖 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機(jī)構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。4效率低、制造成本較高 蝸桿傳動方面：齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大，故效率約為0.7-0.8，具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為0.4左右。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價格較貴的有色金屬制造。由以上分析可得：將齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級，蝸桿傳動放在傳動系統(tǒng)的低速級，傳動方案較合理。3.2 電機(jī)的選擇 3.2.1伺服電機(jī)的原理1、伺服系統(tǒng)（servomecha

16、nism）是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機(jī)接收到1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因?yàn)椋欧姍C(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm。直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)

17、，但維護(hù)不方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。 無刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。 2、交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。 3、伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的u/v/w三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子

18、在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。 交流伺服電機(jī)和無刷直流伺服電機(jī)在功能上的區(qū)別：交流伺服要好一些，因?yàn)槭钦也刂疲D(zhuǎn)矩脈動小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡單，便宜。3.2.2 選取伺服電機(jī)許多機(jī)械加工需要微量進(jìn)給。要實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給，步進(jìn)電機(jī)、直流伺服交流伺服電機(jī)都可作為驅(qū)動元件。伺服電機(jī)的特點(diǎn):一是過載性好，步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。；二是控制方便，交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)

19、和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。；三是整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單。傳統(tǒng)的機(jī)械速度和位置控制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整困難，使用伺服電機(jī)后，使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)變得簡單和緊湊。1、電機(jī)型號的選擇按照工作要求和條件選擇松下msme系列伺服電機(jī)。2、電機(jī)參數(shù)：型號功率(kw)額定轉(zhuǎn)矩（）額定轉(zhuǎn)速（rpm）最大轉(zhuǎn)速(rpm)變壓器容量(kva)mddht55401.57.16300050002.3表3.1 電機(jī)參數(shù)表 3、如圖3.3所示：電機(jī)三維圖。圖3.3 電機(jī)三維圖3.3 傳動裝置運(yùn)動和動力參數(shù)計算3.3.1 各軸轉(zhuǎn)速1、確定各級傳動比：根據(jù)所選的傳動方案，查閱文獻(xiàn)【1】，可得：齒輪的傳動

20、比選取的范圍為46；渦輪蝸桿傳動比選取的范圍為840。綜合考慮選?。糊X輪傳動比=4.5；渦輪蝸桿傳動比=28.2、計算轉(zhuǎn)速：由所選的電機(jī)參數(shù)可知： ； 。式中：電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，； 分別為軸，軸，軸的轉(zhuǎn)速，； 依次為由電機(jī)軸（軸）到軸，軸到軸間的傳動比。3.3.2 各軸輸入、輸出功率1、確定各級傳動效率查閱文獻(xiàn)【1】可得：電機(jī)的傳動效率；聯(lián)軸器的傳動效率；軸承的傳動效率；齒輪的傳動效率；渦輪蝸桿的傳動效率。2、 計算輸入功率已知電機(jī)的額定功率為，所以； 式中：電機(jī)的額定功率，； 軸，軸，軸輸入功率，；依次為電動機(jī)與軸，軸與軸，軸與軸間的傳動效率。3、 計算輸出功率各軸的輸出功率為輸入功率乘軸承

21、效率0.99.分別為：式中:軸，軸，軸的輸出功率，。3.3.3 計算各軸輸入、輸出轉(zhuǎn)矩1、計算輸入轉(zhuǎn)矩已知電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為。所以由此可得出： 式中：電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩， 電機(jī)到軸的傳動比，且；分別為軸，軸，軸的輸入轉(zhuǎn)矩，。2、計算輸出轉(zhuǎn)矩各軸的輸出轉(zhuǎn)矩分別為各軸的輸入轉(zhuǎn)矩乘軸承效率0.99。式中：分別為軸，軸，軸的輸出轉(zhuǎn)矩，。3.3.4 運(yùn)動和動力參數(shù)計算結(jié)果：軸名功率p（）轉(zhuǎn)矩t（）轉(zhuǎn)速n傳動比i效率輸入輸出輸入輸出電動機(jī)1.514.3300010.9511.431.4213.613.530004.50.971.31.2959.458.8667280.7410.991233.81211.523.8

22、0.99表3.2 動力參數(shù)表3.4 齒輪傳動的設(shè)計3.4.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1、根據(jù)所選的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。2、旋轉(zhuǎn)工作臺為一般工作機(jī)器，故選用7級精度（gb 10095-88）。3、材料選擇。由機(jī)械設(shè)計表10-1選擇小齒輪材料為40cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280hbs，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240hbs，二者材料硬度差為410hbs。4、選小齒輪齒數(shù)；大齒輪齒數(shù)3.4.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計由文獻(xiàn)【1】中設(shè)計計算公式（10-9）進(jìn)行計算，即： 1、確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值1） 試選載荷系數(shù)2） 計算小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩3） 由文獻(xiàn)【1】表10-7選取齒寬系數(shù)

23、。4） 由文獻(xiàn)【1】表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。5） 由文獻(xiàn)【1】表10-21按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。6） 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 7） 由文獻(xiàn)【1】圖10-19取接觸疲壽命系數(shù);。8） 計算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效率為1，安全系數(shù)，由此可得： 2、計算1）計算小齒輪分度圓直徑，帶入中較小的值。 =2） 計算圓周速度。3） 計算齒寬b。4） 計算齒寬與齒高之比。模數(shù)： 齒高： 5） 計算載荷系數(shù)。根據(jù)7級精度、由文獻(xiàn)【1】圖10-8查得動載荷系數(shù)；直齒輪，；由文獻(xiàn)【1】表10-2查得使用系數(shù)；由文獻(xiàn)【1】表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支

24、撐非對稱布置時，。由查文獻(xiàn)【1】圖10-13得；故載荷系數(shù)6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由文獻(xiàn)【1】公式（10-10a）得：7）計算模數(shù)m。3.4.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計由文獻(xiàn)【1】中彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式（10-5）：1、確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值：1）由文獻(xiàn)【1】圖10-20查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大 齒輪的彎曲強(qiáng)度極限；2） 由文獻(xiàn)【1】圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù),;3） 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)，由文獻(xiàn)【1】公式（10-12）得：4） 計算載荷系數(shù)。5） 查取齒形系數(shù)。由文獻(xiàn)【1】表10-5查得 ;。6） 查取應(yīng)力校正系數(shù)。由文獻(xiàn)【1】表10-5查得 ;

25、。7） 計算大、小齒輪的并加以比較。 大齒輪數(shù)值大。2、 設(shè)計計算：對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取彎曲強(qiáng)度算得得模數(shù)1.16并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，按接觸強(qiáng)度算得得分度圓直徑，算出小齒輪的齒數(shù)：大齒輪齒數(shù)： 取這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。3、幾何尺寸計算1）計算分度圓直徑2）計算中心距3）計算齒輪寬度取,。3.5 渦輪與蝸桿的選用及校核3.5.1 選擇蝸桿傳動類型根據(jù)gb

26、/t 10085-1988 的推薦，采用漸開線蝸桿。1、 選擇材料考慮到蝸桿的傳動功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45-55hrc。渦輪用鑄錫磷青銅zcusn10p1,金屬模鑄造。3.5.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。由文獻(xiàn)【1】公式（11-12），傳動中心距：1、確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩按，估取效率，則由運(yùn)動參數(shù)的計算可知：作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩2、確定載荷系數(shù)因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù);由表11-5選取使用系數(shù);由于載荷系數(shù)不高，沖擊不

27、大，可取動載荷系數(shù)；則3、確定彈性影響系數(shù)因選用的是鑄錫磷青銅渦輪和鋼蝸桿相配，故。4、確定接觸系數(shù)先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動中心距a的比值，從文獻(xiàn)【1】圖11-18中可查得。5、確定許用接觸應(yīng)力根據(jù)渦輪材料為鑄錫磷青銅zcusnp1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度大于45hrc，可從文獻(xiàn)【1】表11-7中查得渦輪的基本許用應(yīng)力。應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 壽命系數(shù) 則 6、計算中心距取中心距,因，從文獻(xiàn)【1】表11-2中取模數(shù),蝸桿分度圓直徑。這時，從文獻(xiàn)【1】圖11-18中可查得接觸系數(shù),因?yàn)?因此以上計算結(jié)果可用。3.5.3 蝸桿與渦輪的主要參數(shù)和幾何尺寸1、蝸桿軸向齒距；直徑系數(shù)；齒頂圓直徑；齒根圓直

28、徑；分度圓導(dǎo)程角；蝸桿軸向齒厚 。2、蝸輪蝸輪齒數(shù);變位系數(shù)；驗(yàn)算傳動比,這時傳動比誤差為，是允許的。蝸輪分度圓直徑蝸輪喉圓直徑蝸輪齒根圓直徑3.5.4 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 當(dāng)量齒數(shù)： 根據(jù)；，從圖11-19中查得齒形系數(shù)。螺旋角系數(shù)： 許用彎曲應(yīng)力： 從表11-18中查得由zcusn10p1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力壽命系數(shù) 彎曲強(qiáng)度是滿足的3.5.5 驗(yàn)算效率已知；與相對滑動速度有關(guān)。從文獻(xiàn)【1】表11-18中插值法查得；，帶入式中得到大于估算值，因此不用重算。3.5.6 精度等級公差和表面粗糙度的確定考慮到所設(shè)計的蝸桿傳動的動力傳動，屬于通用機(jī)械減速器，從gb/t 10089-198

29、8圓柱蝸桿，渦輪精度中選擇8級精度，側(cè)隙種類為f，標(biāo)注為8f gb/t 10089-1988.3.6 軸承的選用與校核如圖3.4所示；軸選用圓錐滾子軸承30310圖3.4 軸承三維圖由文獻(xiàn)【5】表17-5查得基本額定動載荷,基本額定靜載荷。軸所受的軸向力，周向力，徑向力如圖3.5所示：圖3.5 受力圖1、對齒輪進(jìn)行受力分析，由文獻(xiàn)【1】公式10-3：式中：小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，； 小齒輪的分度圓直徑，； 齒合角，對標(biāo)準(zhǔn)齒輪，。將已知數(shù)據(jù)代入公式得：2、對渦輪蝸桿進(jìn)行受力分析，由文獻(xiàn)【1】公式11-7式中：分別為蝸桿及渦輪上的公稱轉(zhuǎn)矩，； 分別為蝸桿及渦輪的分度圓直徑，。將已知數(shù)據(jù)代入公式得：3、求

30、兩軸承所受到的徑向載荷由受力分析圖3.6可以看出:圖3.6 軸承受力分析圖該軸近似于一個超靜定梁，所以利用文獻(xiàn)【5】中超靜定梁的計算方法來計算支撐所受到的力。由軸的受力分析可知：式中： 抗彎剛度。將已知數(shù)據(jù)代入式中可得：同理：將已知數(shù)據(jù)代入：4、兩軸承的計算軸向力對于30000b型軸承，按表13-7，軸承的派生軸向力，其中為文獻(xiàn)【8】表13-5中的判斷系數(shù)，先取=0.35，因此可得：所以 ：1.壓緊 2.放松5、軸承當(dāng)量動載荷因?yàn)椋河晌墨I(xiàn)【8】表13-5查得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為：對軸承1 對軸承2 因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按表13-6取則：6、計算軸承壽命因?yàn)?，所以按軸承1的受力大

31、小驗(yàn)算：式中：軸承的預(yù)期壽命，。故選軸承滿足要求。3.7 軸的校核3.7.1 軸的校核軸的結(jié)構(gòu)如圖3.7所示：圖 3.7 軸結(jié)構(gòu)圖1、求輸入軸上的，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩由已知的運(yùn)動參數(shù)計算結(jié)果可得：；2、 求作用在齒輪上的力已知高速級小齒輪的分度圓直徑為40.5mm；齒輪所受的力如圖3.8所示圖 3.8 軸受力圖由已知公式可得：式中：小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，； 小齒輪的分度圓直徑，； 齒合角，對標(biāo)準(zhǔn)齒輪，。將已知數(shù)據(jù)代入公式得：3、 求軸的載荷如圖3.9所示為軸所受的應(yīng)力圖圖3.9 軸應(yīng)力圖從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出軸的危險截面，根據(jù)已知條件進(jìn)行計算：綜上：總彎矩4、 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)

32、行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度。根據(jù)已得出的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭矩切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，??；則軸的計算應(yīng)力為：前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)【5】中表5-1查得，因此；故安全。3.7.2 軸的校核軸結(jié)構(gòu)如圖3.10所示圖3.10 軸結(jié)構(gòu)圖1、求輸入軸上的，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩由已知的運(yùn)動參數(shù)計算結(jié)果可得：； 2、求作用在軸上的力已知低速級大齒輪的分度圓直徑為183mm；蝸桿的分度圓直徑為80mm；蝸桿軸所受的力如圖3.11所示；圖3.11 軸受力分析圖1）對齒輪進(jìn)行受力分析：式中：小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，； 小齒輪的分度圓直徑，； 齒合角，對標(biāo)準(zhǔn)齒輪，。將已知數(shù)據(jù)代入

33、公式得：2）對渦輪蝸桿進(jìn)行受力分析： 式中：分別為蝸桿及渦輪上的公稱轉(zhuǎn)矩，；分別為蝸桿及渦輪的分度圓直徑，。將已知數(shù)據(jù)代入公式得：1、 求軸的載荷如圖3.12所示為軸所受的應(yīng)力圖：圖3.12 軸應(yīng)力圖從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出軸的危險截面，根據(jù)已知條件進(jìn)行計算：2、按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面）的強(qiáng)度。由于垂直和水平平面內(nèi)的危險截面并不重合，所以分別進(jìn)行校核， 根據(jù)已算出的數(shù)據(jù)，扭矩切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取。則軸的計算應(yīng)力：前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)【5】表5-1查得，因此，故安全。4 回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)設(shè)

34、計4.1齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計對于直徑很小的鋼制齒輪，當(dāng)為圓柱齒輪時，若齒根圓到鍵槽底部的距離（為端面模數(shù)）；應(yīng)將齒輪和軸做成一體。如圖4.1、4.2所示；由于尺寸的限制，小齒輪采用齒輪軸結(jié)構(gòu)。圖4.1 小齒輪零件圖圖4.2 小齒輪的三維結(jié)構(gòu)圖對于大齒輪由于齒頂圓直徑，所以做成腹板式的，以便節(jié)省材料。如圖4.3、4.4所示大齒輪采用腹板式結(jié)構(gòu)，齒輪與軸采用單鍵聯(lián)接。圖4.3 大齒輪零件圖圖4.4 大齒輪三維結(jié)構(gòu)圖4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.2.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1、初步計算軸的直徑；由文獻(xiàn)【8】公式5-3可得：式中：p軸所傳遞的功率，； n軸的轉(zhuǎn)速，； a由軸的許用切應(yīng)力所確定的系數(shù)。由軸的材料為45鋼，調(diào)

35、制處理，根據(jù)文獻(xiàn)【1】表15-3，取。并且由運(yùn)動參數(shù)的計算結(jié)果可知：；所以帶入公式： 暫取為軸的最小直徑。2、 選取聯(lián)軸器根據(jù)所計算的最小軸徑，選取聯(lián)軸器型號；聯(lián)軸器計算轉(zhuǎn)矩公式：由文獻(xiàn)【8】表14-1，考慮轉(zhuǎn)矩變化很小，故選取，則：根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩，由gb/t5843-1986推薦選用yl4型聯(lián)軸器。3、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計由于軸上裝有齒輪；聯(lián)軸器；軸承如圖4.5所示：圖4.5 軸裝配圖根據(jù)選取原則：1） 當(dāng)直徑變化的端面是為了固定軸上零件或承受軸向力時，則直徑變化應(yīng)大些，一般去。2） 當(dāng)直徑變化只是為了拆裝零件方便時，直徑差可選。3） 軸上裝有齒輪、帶輪和聯(lián)軸器處的直徑應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值，裝有密封元件的滾動軸

36、承處的直徑則應(yīng)與密封元件和軸承的內(nèi)徑尺寸一致。4） 為了降低集中應(yīng)力，軸肩處的過渡圓角不宜過小。5） 需要磨削加工的軸段常設(shè)置砂輪越程槽；車制螺紋的軸端應(yīng)有退刀槽。6） 為了便于加工，直徑相近的軸段，其過渡圓角、越程槽、退刀槽等尺寸應(yīng)一致。綜上：軸的結(jié)構(gòu)及軸向和徑向尺寸如圖4.6所示圖4.6 軸零件圖4、為了滿足最小直徑要求和與聯(lián)軸器裝配要求：5、為了滿足與軸承裝配要求：6、為了滿足小齒輪的裝配要求要求：4.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1、初步計算軸的直徑；由已知公式可得：式中：p軸所傳遞的功率，； n軸的轉(zhuǎn)速，； a由軸的許用切應(yīng)力所確定的系數(shù)。由軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，根據(jù)表文獻(xiàn)【1】15-3

37、，取。并且由運(yùn)動參數(shù)的計算結(jié)果可知：；所以帶入公式： 暫取為軸的最小直徑。2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計由于軸上裝有齒輪、軸承如圖4.7所示：圖4.7 軸裝配圖蝸桿的螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個整體，在有退刀槽的情況下，螺旋部分可以車制，也可以銑制。根據(jù)選取原則：1）當(dāng)直徑變化的端面是為了固定軸上零件或承受軸向力時，則直徑變化應(yīng)大些，一般去。2）當(dāng)直徑變化只是為了拆裝零件方便時，直徑差可選。3）軸上裝有齒輪、帶輪和聯(lián)軸器處的直徑應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值，裝有密封元件的滾動軸承處的直徑則應(yīng)與密封元件和軸承的內(nèi)徑尺寸一致。4）為了降低集中應(yīng)力，軸肩處的過渡圓角不宜過小。5）需要磨削加工的軸段常設(shè)置砂輪越程槽；車制螺

38、紋的軸端應(yīng)有退刀槽。6）為了便于加工，直徑相近的軸段，其過渡圓角、越程槽、退刀槽等尺寸應(yīng)一致。綜上：軸的結(jié)構(gòu)及軸向和徑向尺寸如圖4.8所示圖4.8 軸結(jié)構(gòu)圖3、為了滿足最小直徑和與大齒輪、角接觸球軸承配合的要求要求：4、為了滿足圓錐滾子軸承的裝配要求5、為了滿足渦輪蝸桿的裝配要求4.2.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1、初步計算軸的直徑；由已知公式可得：式中：p軸所傳遞的功率，； n軸的轉(zhuǎn)速，； a由軸的許用切應(yīng)力所確定的系數(shù)。由軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，根據(jù)文獻(xiàn)【1】表15-3，取。并且由運(yùn)動參數(shù)的計算結(jié)果可知：；所以帶入公式： 暫取為軸的最小直徑。2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計由于軸上裝有軸承，以及與臺面聯(lián)接，如圖

39、4.9所示：圖4.9 軸裝配圖根據(jù)選取原則：1）當(dāng)直徑變化的端面是為了固定軸上零件或承受軸向力時，則直徑變化應(yīng)大些，一般取。2）當(dāng)直徑變化只是為了拆裝零件方便時，直徑差可選。3）軸上裝有齒輪、帶輪和聯(lián)軸器處的直徑應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值，裝有密封元件的滾動軸承處的直徑則應(yīng)與密封元件和軸承的內(nèi)徑尺寸一致。4）為了降低集中應(yīng)力，軸肩處的過渡圓角不宜過小。5）需要磨削加工的軸段常設(shè)置砂輪越程槽；車制螺紋的軸端應(yīng)有退刀槽。6）為了便于加工，直徑相近的軸段，其過渡圓角、越程槽、退刀槽等尺寸應(yīng)一致。綜上：軸的結(jié)構(gòu)及軸向和徑向尺寸如圖4.10所示圖4.10 軸結(jié)構(gòu)圖3、為了滿足最小直徑和軸承裝配要求：4、為了滿足臺面裝配

40、要求：5、為了滿足圓錐滾子軸承裝配要求：6、為了滿足安裝尺寸的要求：4.3 蝸輪和蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.3.1 蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計可參照4.2.2蝸桿軸的設(shè)計。4.3.2 蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計常用的渦輪結(jié)構(gòu)形式有齒圈式、螺栓連接式、整體澆鑄式以及拼鑄式。整體澆鑄式多用于尺寸很小的青銅渦輪或者鑄鐵渦輪，拼鑄式多用于成批制造渦輪。而根據(jù)我們得使用條件來看應(yīng)選用整體澆鑄式蝸輪，而且節(jié)約材料。因此我們選擇整體澆鑄式渦輪。如圖4.11、4.12所示圖4.11 蝸輪三維圖圖4.12 蝸輪結(jié)構(gòu)圖4.4 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計箱體的主要作用是支撐軸系，保證傳動件和軸系運(yùn)轉(zhuǎn)。在已確定的箱體結(jié)構(gòu)型式和箱體毛坯的鑄造方法，

41、以及之前已進(jìn)行的裝配圖草圖設(shè)計的基礎(chǔ)上，可全面進(jìn)行箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。4.4.1 箱體的高度對于采用浸油潤滑的回轉(zhuǎn)工作臺，箱體的高度除了應(yīng)滿足齒頂圓到油池底面的距離不小于30-50mm外，還應(yīng)使箱體能容納一定量的潤滑油，以保證潤滑與散熱。4.4.2 箱體要有足夠的剛度箱體的剛度不夠，會在加工和工作過程中產(chǎn)生較大的變形，引起軸承座孔中心線歪斜，影響工作臺的正常工作。箱體的剛度主要取決于箱體的壁厚、軸承座螺栓聯(lián)接剛度和肋板尺寸。1、箱體要有合理的壁厚。軸承座、箱體底座等處承受較大的載荷，其壁厚應(yīng)相應(yīng)的加厚些。對于鑄造箱體，壁厚還行滿足鑄造壁厚最小值的要求，同時壁厚要盡可能一致，并采取圓弧過渡。2、為了

42、提高軸承座處的聯(lián)接剛度，座孔兩側(cè)的聯(lián)接螺栓距離應(yīng)盡可能靠近，為此軸承座孔附近應(yīng)作出凸臺，其高度應(yīng)保證安裝時有足夠的扳手空間。3、為了提高軸承座附近箱體的剛度，在平壁式箱體上可適當(dāng)設(shè)置加強(qiáng)肋板。4.4.3 箱體外輪廓設(shè)計箱蓋頂部外輪廓常以圓弧和直線組成。大齒輪所在一側(cè)的箱蓋外表面圓弧，一般與大齒輪成同心圓。通常軸承座旁螺栓凸臺應(yīng)處于箱蓋圓弧的內(nèi)側(cè)。由于高速軸上齒輪較小，所以高速軸一側(cè)的箱蓋外表面不能按齒頂?shù)较潴w內(nèi)壁距離和壁厚確定，通常是根據(jù)軸承座凸臺的結(jié)構(gòu)尺寸來確定。一般可使高速齒輪的軸承座旁螺栓凸臺位于箱蓋圓弧內(nèi)側(cè)。4.4.5 箱體凸緣與底座結(jié)構(gòu)設(shè)計箱蓋與箱座聯(lián)接凸緣、箱底座凸緣要有一定寬度。

43、箱座底凸緣的寬度應(yīng)超過箱體內(nèi)壁。軸承座外端面應(yīng)向外凸出5-10mm，以便切削加工。箱體凸緣聯(lián)接螺栓應(yīng)合理布置，螺栓間距不宜過大，一般減速器不大于150-200mm。綜上所述：根據(jù)第三章所設(shè)計的傳動方案和之前軸、齒輪、蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以確定箱體的結(jié)構(gòu)如圖4.13、4.14所示圖4.13 箱座三維圖圖4.14 上箱體三維圖根據(jù)箱體的三維圖可轉(zhuǎn)化為箱體的零件圖如圖4.15所示：圖4.15 箱座結(jié)構(gòu)圖4.5 回轉(zhuǎn)工作臺的總裝配結(jié)構(gòu)將上述所設(shè)計的齒輪、蝸輪、蝸桿、軸以及箱體等零件根據(jù)傳動方案進(jìn)行裝配，便可得到三維裝配圖如圖4.16所示：圖4.16 總裝配三維圖根據(jù)所得的三維裝配圖可畫出cad裝配圖，如

44、圖4.17a、4.17b所示：圖4.17a 總裝配主視圖 圖4.17b 總裝配俯視圖傳動原理：從裝配圖可以看出，電機(jī)通過螺栓、螺母固定在箱體上，并通過聯(lián)軸器將動力傳給一級齒輪傳動機(jī)構(gòu)并且進(jìn)行減速，小齒輪采用齒輪軸結(jié)構(gòu)，通過角接觸球軸承固定在箱體上；大齒輪采用腹板結(jié)構(gòu)，通過單鍵與蝸桿軸聯(lián)接。動力再由大齒輪傳遞給二級蝸輪、蝸桿機(jī)構(gòu)，進(jìn)行二次減速，蝸桿通過圓錐滾子軸承固定在箱體上，蝸輪通過螺釘與臺面聯(lián)接，所以蝸桿帶著蝸輪轉(zhuǎn)動，蝸輪帶著臺面繞著軸轉(zhuǎn)動。這樣就滿了工作需要?？偟难b配圖如圖4.18所示圖4.18 總裝配三維圖4.6三維建模4.6.1 繪制零件圖首先，利用solidworks軟件進(jìn)行草圖編輯；然后利用特征菜單中的功能選項(xiàng)將平面圖形轉(zhuǎn)化三維圖形，最終得到箱體、箱蓋等六十多個零件。各菜單如圖4.19、4.20所示：圖4.19 草圖工具欄圖4.20 三維造型工具欄作圖過程如圖4.21所示： 圖 4.21 作圖流程所得到的零件圖如圖4.22、4.23所示：圖4.22 大齒輪三維圖圖4.23 上箱體三維圖4.6.2 裝配零件繪制完之后，利用裝配工具欄先裝配出若干個組件，然后以箱座為基礎(chǔ)進(jìn)行裝配。如圖4.24所示，裝配工具欄：圖4.24 裝配工具欄作圖過程如圖4.25所示：圖4.25 裝配流程得到的的裝配圖如圖4.26所示：圖4.26 總裝配三維圖5 結(jié)論與展