數(shù)控回轉工作臺論文

1、數(shù)控回轉工作臺設計目 錄1 緒論11.1本課題研究的目的與意義11.2本課題的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢11.3數(shù)控回轉工作臺設計原理及優(yōu)缺點22 數(shù)控回轉工作臺的功能與應用42.1數(shù)控回轉工作臺的功用及部件組成52.2設計準則62.3主要技術參數(shù)63數(shù)控回轉工作臺的設計83.1 傳動方案的選擇83.1.1 傳動方案傳動時應滿足的要求83.1.2 傳動方案及其分析83.2伺服電機的選擇及運動參數(shù)的計算93.3 傳動件的設計113.3.1 選擇齒輪傳動的類型和材料113.3.2 按齒面接觸疲勞強度設計113.3.3 按齒根彎曲強度設計133.3.4幾何尺寸計算133.2 蝸輪及蝸桿的設計與校核153.4.1

2、 選擇材料153.4.2按齒面接觸疲勞設計153.4.3蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸173.4.4 校核齒根的疲勞強度183.5 軸承的選用193.6定心軸的校核與計算193.7蝸桿軸的設計與計算213.8鍵的選擇及校核233.9 夾緊機構的設計244結論25致 謝26參考文獻27 數(shù)控回轉工作臺設計 271 緒論1.1本課題研究的目的與意義畢業(yè)設計主要是培養(yǎng)我們綜合應用所學專業(yè)的基礎理論、基本技能和專業(yè)知識的能力，培養(yǎng)我們建立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序、規(guī)范和方法。培養(yǎng)我們的設計計算、工程繪圖、實驗研究、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻、外文資料的閱讀與翻譯、計算機應用、文字表達等基本工作實

3、踐能力，使我們初步掌握科學研究的基本方法和思路。對數(shù)控回轉工作臺的設計主要是培養(yǎng)學生綜合應用所學專業(yè)的基礎理論、基本技能和專業(yè)知識的能力，培養(yǎng)學生建立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序。規(guī)范和方法。而工科類學生更應側重于從生產的第一線獲得生產實際知識和技能，獲得工程技術經用性崗位的基本訓練，通過畢業(yè)設計，可樹立正確的生產觀點、經濟觀點和全局觀點，實現(xiàn)由學生向工程技術人員的過渡。本次畢業(yè)設計的主要培養(yǎng)了一下幾方面的技能：（1）使我們進一步鞏固和加深對所學的知識，使之系統(tǒng)化，綜合化。（2）培養(yǎng)我們獨立工作。獨立思考和綜合運用所學知識的能力，提高解決本專業(yè)范圍內的一般技術問題的能力，從而擴大、深

4、化所學的專業(yè)知識和技能。（3）培養(yǎng)我們的設計計算、工程測繪、實驗研究、數(shù)據(jù)處理、查閱文獻、外文資料的閱讀與翻譯、計算機應用、文字表達等基本工作實踐能力，使我們初步掌握科學研究的基本方法和思路。（4）使我們學會初步掌握解決工程技術問題的正確指導思想、方法手段，樹立做事嚴謹、嚴肅認真、一絲不茍、實事求是、刻苦專研、勇于探索、具有創(chuàng)新意識和團結協(xié)作的工作作風。本次畢業(yè)設計主要是解決臥式加工中心數(shù)控回轉工作臺的工作原理和機械機構的設計與計算部分，設計思路是先原理后結構，先整體后局部。1.2本課題的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢目前數(shù)控回轉工作臺已廣泛應用于數(shù)控機床和加工中心上，它的總的發(fā)展趨勢是： 1在規(guī)格上將向兩頭

5、延伸，即開發(fā)小型和大型轉臺； 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速和轉臺的承載能力； 3在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉的數(shù)控轉臺。 數(shù)控轉臺的市場分析：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，以擴大加工范圍。估計近幾年要求配備數(shù)控轉臺的加工中心將會達到每年600臺左右。預計未來幾年，雖然某些行業(yè)由于產能過剩、受到宏觀調控的影響而繼續(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，普通加工機床將獲得年均1520左右的穩(wěn)定增長。2010年在北京舉辦的第11

6、屆中國國際機床展覽會上，數(shù)控機床、加工中心、復合機床在裝備制造業(yè)內已呈現(xiàn)出量大面廣態(tài)勢，這類工作母機在各類制造業(yè)已經普及應用，并清晰地表達出時代特征與發(fā)展潮流。機床運動無論是并聯(lián)運動機床，還是運動疊加串聯(lián)機床，對大多數(shù)金屬加工機床來說，數(shù)控進給復合運動的加工，是以直線軸加上回轉軸的聯(lián)動來實現(xiàn)。為了應對日益增多的復雜零件加工、提高加工精度和效率，多軸機床和復合機床將會進一步創(chuàng)新發(fā)展。因此在現(xiàn)代加工中心的開發(fā)中，數(shù)控回轉軸的設計與制造，成為研制機床的核心任務之一，而數(shù)控回轉軸，同時也起著承載工作重量、夾持工件的功能，故要重視其創(chuàng)新設計。由圖1-1所示，2010年中國國際機床展覽會無論是在人數(shù)上，還

7、是在交易額上，都是逐年上升。圖1.1 中國國際機床展覽會數(shù)據(jù)統(tǒng)計1.3數(shù)控回轉工作臺設計原理及優(yōu)缺點數(shù)控轉臺和數(shù)控分度頭的使用，為加工中心和數(shù)控銑床提供了回轉坐標，通過第四軸、第五軸驅動轉臺或分度頭完成等分、不等分或連續(xù)的回轉加工，完成復雜曲面加工，使機床原有的加工范圍得以擴大。數(shù)控分度頭未來的發(fā)展趨勢是：在規(guī)格上向兩頭延伸，即開發(fā)小規(guī)格和大規(guī)格的分度頭及相關制造技術；在性能方面將向進一步提高剎緊力矩、提高主軸轉速及可靠性方面發(fā)展。數(shù)控機床的圓周進給由回轉工作臺完成，稱為數(shù)控機床的第四軸：回轉工作臺可以與X、Y、Z三個坐標軸聯(lián)動，從而加工出各種球、圓弧曲線等?；剞D工作臺可以實現(xiàn)精確的自動分度，

8、擴大了數(shù)控機床加工范圍。數(shù)控回轉工作臺主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺幾乎一樣，但它的驅動是伺服系統(tǒng)的驅動方式。它可以與其他伺服進給軸聯(lián)動。為自動換刀數(shù)控鏜床的回轉工作臺。它的進給、分度轉位和定位鎖緊都是由給定的指令進行控制的。機床工具行業(yè)的發(fā)展，依賴于行業(yè)技術水平和創(chuàng)新能力的提高，依賴于機床的數(shù)控化和產品快速的升級換代，依賴于制造業(yè)從剛性自動化向柔性自動化方向轉變這一社會需求，由于我國機床附件廠資金緊張，造成技術創(chuàng)新和技術改造的力度不大，使附件水平的發(fā)展嚴重滯后，成為制約民族機床工業(yè)發(fā)展的瓶頸。國產配套件在產品質量、性能、結構創(chuàng)新、品牌信譽、外觀造型、精度穩(wěn)定性等方面與發(fā)達國家相比

9、都存在一定的差距，但在產品的價格、交貨期和售后服務上占有較大的優(yōu)勢。另外，近幾年臺灣地區(qū)的數(shù)控附件產品明顯加大了對大陸市場的開發(fā)力度，使國內市場競爭態(tài)勢更加激烈。在今后幾年中，我國機床附件廠要發(fā)展中檔次品種，在提高產品質量、性能水平和可靠性的同時，跟蹤學習發(fā)達國家的先進技術，并在產品創(chuàng)新，提高工藝水平上多下功夫；總結經驗，加強產、學、研的結合，走專業(yè)化生產的路子，面向市場，參與競爭，滿足主機發(fā)展的需要。2 數(shù)控回轉工作臺的功能與應用回轉工作臺(以下稱轉臺)根據(jù)其精度的不同分別是銑床、鉆床和坐標鏜床、坐標磨床的主要附件，高精度的轉臺還是計量檢驗工作中的測量儀器。（1） 國內轉臺簡介工作臺直徑是轉

10、臺主參數(shù)，目前我國專業(yè)生產廠制造的轉臺有手動和手動機動(即通過萬向節(jié)傳動)兩種，全是水平式，規(guī)格有200, 250, 320, 400和500五種，分度精度按部標為3。去年獲得一機部質量信得過產品獎的武漢機床附件廠生產的400mm轉臺。（2） 國外轉臺簡介國外轉臺品種繁多，按驅動控制方式可分電動、氣動、濃壓和數(shù)控。按分度方式可分機械、光學、數(shù)顯、端齒盤、鋼球、電感和多面體。工業(yè)水平發(fā)達國家生產的轉臺品種多、規(guī)格全、精度高。沒有單一的轉臺生產廠，如西德霍夫曼公司生產七十多個品種規(guī)格的轉臺，日本津田駒工業(yè)株式會社也有四十多種，這兩家還生產多種分度頭，有的產品既是轉臺又是分度頭，而機床附件又都僅是這

11、兩家公司的一個分部。在分度精度上，首推美國莫爾公司的1440齒機械分度轉臺，其精度高達±0.1。瑞士的西浦公司生產200-450 mm八種規(guī)格的轉臺，分度精度在4"-18"之間。以前的產品采用蝸輪副分度，近年則多采用光學分度。在鎖緊機構上采用鋼盤機構，不致使工作臺面受力而產生變形。英國OMT光學測量工具公司生產的轉臺與其座標銼床配套，它采用圓柱銷鎖緊，.工作臺面不受力、結構簡單、工藝性也好，但操作不集中，它有12個品種規(guī)格，自203一914mm，分度精度在4 "-30之間，全是光學轉臺。:日本工業(yè)株式會社以生產鋼球分度超精密轉臺而著稱，有手動和電氣液壓驅

12、動兩類11個規(guī)格，自200-1250mm,分度精度高達±1。國外轉臺制造廠，據(jù)不完全統(tǒng)計約一百余家，以美、法、英、西德、日本、瑞士最多數(shù)控回轉工作臺主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺幾乎一樣，但它的驅動是伺服系統(tǒng)的驅動方式。它可以與其他伺服進給軸聯(lián)動。 它的進給、分度轉位和定位鎖緊都是由給定的指令進行控制的。工作臺的運動是由伺服電動機，經齒輪減速后由蝸桿傳給蝸輪。圖2. 11工作臺  2滾柱導軌  3、4夾緊瓦  5小液壓缸  6活塞  7彈簧8鋼球  9圓光柵 10雙列圓柱滾子軸承 11圓錐滾子軸承為了消

13、除蝸桿副的傳動間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過移動蝸桿的軸向位置調整間隙。這種蝸桿的左右兩側面具有不同的螺距，因此蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。但由于同一側的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的嚙合。當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8對夾緊瓦，并在底座上均布同樣數(shù)量的小液壓缸。當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工作臺的導軌面由大型滾動軸承支承，并由圓錐滾子軸承及雙列向心圓柱滾子軸承保持準確的回轉中心。數(shù)控回轉工作臺的定位精度主要取決于蝸桿

14、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，可以在實際測量工作臺靜態(tài)定位誤差之后，確定需要補償角度的位置和補償?shù)闹?，記憶在補償回路中，由數(shù)控裝置進行誤差補償。在全閉環(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)控裝置進行控制。回轉工作臺設有零點，當它作回轉運動時，先用擋鐵壓下限位開關，使工作臺降速，然后由圓光柵或編碼器發(fā)出零位信號，使工作臺準確地停在零位。數(shù)控回轉工作臺可以作任意角度的回轉和分度，也可以作連續(xù)回轉進給運動。2.1數(shù)控回轉工作臺的功用及部件組成1.功用數(shù)控回轉工作臺按照功用可以分為以下幾種：1）數(shù)控進給回轉工作臺（蝸輪蝸桿傳動）2）數(shù)控分度工作臺（

15、定位銷式和鼠盤式）前者可以實現(xiàn)在回轉過程中進給加工的要求，后者只能起到分度功能。本課題要求設計具有進給加工功能的數(shù)控回轉工作臺。2.組成1) 工作臺的回轉系統(tǒng)本論文采用的回轉工作臺回轉系統(tǒng)是通過齒輪傳動和蝸輪蝸桿傳動將動力傳遞到回轉工作臺的。在回轉系統(tǒng)中，重點在于傳動件之間的間隙消除裝置，以確?；剞D精度，在間隙消除裝置上，采用偏心套消除齒輪間隙，用調整套軸向移動消除蝸輪蝸桿的齒側間隙。2) 工作臺的定位夾緊裝置本論文設計的數(shù)控回轉工作臺要求是在回轉過程中可以加工的類型，在回轉停止后，要有夾緊裝置來對蝸輪進行定位夾緊。本課題設計八個小液壓缸附帶八個定位夾緊塊來進行定位夾緊。3)工作臺的反饋裝置本

16、論文設計的反饋裝置為閉環(huán)控制的反饋裝置，在定心軸下方安裝了圓光柵，對工作臺旋轉的精度進行反饋和調整。2.2設計準則我們的設計過程中，本著以下幾條設計準則：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）預測意外載荷5）創(chuàng)造有利的載荷條件6）提高合理的應力分布和剛度7）重量要適宜8）應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行選擇11） 功能設計應適應制造工藝和降低成本的要求2.3主要技術參數(shù)有關技術要求：工作臺尺寸：400×400cm；平置總高度380mm；最小分度：1度；工作臺最大轉速：16r.p.m；定

17、位精度：±5arc-sec；鎖緊力50kg/c；耐切削力2000kg-m；容許載重400kg；凈重不超過520kg。要求該部件分度回轉運動平穩(wěn)，結構緊湊，占地面積小，動作可靠、確保安全。3 數(shù)控回轉工作臺的設計3.1 傳動方案的選擇3.1.1 傳動方案傳動時應滿足的要求數(shù)控回轉工作臺一般由原動機、傳動裝置和工作臺組成，傳動裝置在原動機和工作臺之間傳遞運動和動力，并可實現(xiàn)分度運動。在本課題中，原動機采用應采用伺服電機，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）機械的功能要求：應滿足工作臺的功率、轉速和運動形式的要求。（2）工作條件的要

18、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）結構工藝性要求；如結構簡單、尺寸緊湊、使用維護便利、工藝性和經濟合理等。3.1.2 傳動方案及其分析數(shù)控回轉工作臺傳動方案為：伺服電機齒輪傳動蝸桿傳動工作臺圖3.1 傳動系統(tǒng)圖該傳動方案分析如下：齒輪傳動承受載能力較高 ，傳遞運動準確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動效率高，結構緊湊。蝸桿傳動有以下特點：1傳動比大在分度機構中可達1000以上。與其他傳動形式相比，傳動比相同時，機構尺寸小，因而結構緊湊。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 當蝸

19、桿的導程角小于齒輪間的當量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機構將自鎖。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。4效率低、制造成本較高 蝸桿傳動是，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 伺服電機的選擇及運動參數(shù)的計算由于數(shù)控回轉工作臺的控制精度要求較高且工作功率不大，動力源應選擇微特電機。可選步進電機或伺服電機。由于本工作臺設計為閉環(huán)控制，故開環(huán)的步進電機不合適，選用用于閉環(huán)控制中的，廣

20、泛使用的交流伺服電動機： 交流伺服電動機定子的構造基本上與電容分相式單相異步電動機相似.其定子上裝有兩個位置互差90°的繞組，一個是勵磁繞組，它始終接在交流電壓上；另一個是控制繞組L，聯(lián)接控制信號電壓。所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機。交流伺服電動機的轉子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機具有較寬的調速范圍、線性的機械特性，無“自轉”現(xiàn)象和快速響應的性能，它與普通電動機相比，應具有轉子電阻大和轉動慣量小這兩個特點。目前應用較多的轉子結構有兩種形式：一種是采用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的鼠籠轉子，為了減小轉子的轉動慣量，轉子做得細長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉子，

21、杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉子內放置固定的內定子.空心杯形轉子的轉動慣量很小，反應迅速，而且運轉平穩(wěn)，因此被廣泛采用。交流伺服電動機在沒有控制電壓時，定子內只有勵磁繞組產生的脈動磁場，轉子靜止不動。當有控制電壓時，定子內便產生一個旋轉磁場，轉子沿旋轉磁場的方向旋轉，在負載恒定的情況下，電動機的轉速隨控制電壓的大小而變化，當控制電壓的相位相反時，伺服電動機將反轉。交流伺服電動機的工作原理與分相式單相異步電動機雖然相似，但前者的轉子電阻比后者大得多，所以伺服電動機與單機異步電動機相比，有三個顯著特點： 1、起動轉矩大：由于轉子電阻大，其轉矩特性曲線與普通異步電

22、動機的轉矩特性曲線相比，有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉差率S01，這樣不僅使轉矩特性（機械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動轉矩。因此，當定子一有控制電壓，轉子立即轉動，即具有起動快、靈敏度高的特點。2、 運行范圍較廣3、 無自轉現(xiàn)象：正常運轉的伺服電動機，只要失去控制電壓，電機立即停止運轉。當伺服電動機失去控制電壓后，它處于單相運行狀態(tài)，由于轉子電阻大，定子中兩個相反方向旋轉的旋轉磁場與轉子作用所產生的兩個轉矩特性（T1S1、T2S2曲線）以及合成轉矩特性（TS曲線）交流伺服電動機的輸出功率一般是0.1-100W。當電源頻率為50Hz，電壓有36V、110V、220、380V；當電源頻率為4

23、00Hz，電壓有20V、26V、36V、115V等多種。交流伺服電動機運行平穩(wěn)、噪音小。但控制特性是非線性，并且由于轉子電阻大，損耗大，效率低，因此與同容量直流伺服電動機相比，體積大、重量重，所以只適用于0.5-100W的小功率控制系統(tǒng)。許多機械加工需要微量進給。要實現(xiàn)微量進給，步進電機、直流伺服交流伺服電機都可作為驅動元件。對于后兩者，必須使用精密的傳感器并構成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實現(xiàn)微量進給。在閉環(huán)系統(tǒng)中，廣泛采用伺服電機作為執(zhí)行單元。這是因為伺服電機具有以下優(yōu)點：直接采用數(shù)字量進行控制;轉動慣量小，啟動、停止方便；成本低；無誤差積累；定位準確；低頻率特性比較好；調速范圍較寬；采用伺服電機為驅動

24、單元，其機構也比較簡單，主要是變速齒輪副、滾珠絲杠副，以克服爬行和間隙等不足。通常步進電機每加一個脈沖轉過一個脈沖當量；但由于其脈沖當量一般較大，如0.01mm，在數(shù)控系統(tǒng)中為了保證加工精度，廣泛采用伺服電機的細分驅動技術。馬達的額定功率應等于或稍大于工作要求的功率。額定功率小于工作要求，則不能保證工作機器正常工作，或使馬達長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定功率過大，則馬達價格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費。Pe= 式中 P= （3.1）M為負載轉矩 n為負載轉速計算M M=Fo×f ×r （3.2）Fo=mg=(400+520) ×9.8=9016NM=F

25、o×f×r=9016×0.2×0.15=270.48N·mP=齒輪傳動的效率為w=0.98；一對滾動軸承的效率為w=0.99；蝸桿傳動的效率為w=0.8。轉速3000 r/min 額定轉矩 5Nm 3.3 傳動件的設計3.3.1 選擇齒輪傳動的類型和材料根據(jù)整體傳動的要求，傳動效率不大、速度中等和使用壽命長，需要在封閉條件下工作，因此設計為閉式齒輪傳動，采用圓柱直齒輪傳動的形式齒輪材料應具備下列條件：1）齒面具有舉個的硬度，以獲得較高的抗點蝕、抗磨粒磨損、抗膠合和抗塑性流動的能力；2）在變載荷和沖擊載荷下有足夠的彎曲疲勞強度；3）具有良好的加工

26、和熱處理工藝性；4）價格較低?？紤]到齒輪傳動效率不大，速度只是中等，故齒輪用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，進行整體淬火后再低溫回火，使齒輪面硬度達到45-55HRC。3.3.2 按齒面接觸疲勞強度設計 d （3.3）試選載荷系數(shù)K=1.2計算小齒輪傳遞的轉矩 T=N·mm （3.4）選取齒寬系數(shù) =0.6材料的彈性影響系數(shù)=189.8M/Pa按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限=600MPa大齒輪的接觸疲勞強度極限=550MPa接觸疲勞壽命系數(shù) =0.90 =0.95計算接觸疲勞許用應力安全系數(shù)=1計算小齒輪分度圓直徑 代入最小值d=27.79mm計算圓周速度V V=

27、（3.5）計算齒寬系數(shù)b b= （3.6）計算齒寬與齒高之比模數(shù)m=齒高h=2.25m=2.25×1.26=2.84計算載荷系數(shù)K=按實際的載荷系數(shù)校正可算得的分度圓直徑 d= （3.7）計算模數(shù)m=3.3.3 按齒根彎曲強度設計 m （3.8）小齒輪彎曲疲勞強度極限=440MPa大齒輪彎曲疲勞強度極限 =420MPa彎曲疲勞系數(shù)取K=0.84 K=0.88計算彎曲疲勞許用應力 彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.3計算載荷系數(shù)KK=KK查取齒形系數(shù)Y Y=2.216取應力校正系數(shù)Y Y計算大，小齒輪 加以比較=0.015故小齒輪數(shù)值大 3.3.4幾何尺寸計算 m= （3.9）對比計算結果，由

28、齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取彎曲強度算得的模數(shù)0.95，圓整標準值1.25d=27.5mm i=3Z=Z=3×22=66幾何尺寸計算計算分度圓直徑d=Z22×1.25=27.5mmd=66×1.25=82.5mm計算中心距 a= （3.10）計算齒根b=0.6×27.5=16.5mm取b b=25mm計算齒頂圓和齒底圓直徑 d (3.11) d (3.12) d (3.13) d (3.14)小齒輪 da1

29、=27.5mm 采用實心式齒輪大齒輪 da2 =82.5mm 采用腹板式齒輪3.2 蝸輪及蝸桿的設計與校核蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動，兩軸線間的夾角可為任意值，常用的為90°。蝸桿傳動用于在交錯軸間傳遞運動和動力。蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，一般蝸桿為主動件。蝸桿和螺紋一樣有右旋和左旋之分蝸桿傳動，分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿。蝸桿上只有一條螺旋線的稱為單頭蝸桿，即蝸桿轉一周，蝸輪轉過一齒，若蝸桿上有兩條螺旋線，就稱為雙頭蝸桿，即蝸桿轉一周，蝸輪轉過兩個齒。按蝸桿形狀的不同可分：圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動和錐蝸桿傳動。蝸桿傳動特點：傳動比大，結構緊湊。蝸桿頭數(shù)用

30、Z1表示（一般Z1=14），蝸輪齒數(shù)用Z2表示。從傳動比公式I=Z2/Z1可以看出，當Z1=1，即蝸桿為單頭，蝸桿須轉Z2轉蝸輪才轉一轉，因而可得到很大傳動比，一般在動力傳動中，取傳動比I=10-80；在分度機構中，I可達1000。這樣大的傳動比如用齒輪傳動，則需要采取多級傳動才行，所以蝸桿傳動結構緊湊，體積小、重量輕。 傳動平穩(wěn)，無噪音。因為蝸桿齒是連續(xù)不間斷的螺旋齒，它與蝸輪齒嚙合時是連續(xù)不斷的，蝸桿齒沒有進入和退出嚙合的過程，因此工作平穩(wěn)，沖擊、震動、噪音小。蝸桿傳動。具有自鎖性。蝸桿的螺旋升角很小時，蝸桿只能帶動蝸輪傳動，而蝸輪不能帶動蝸桿轉動。蝸桿傳動效率低，一般認為蝸桿傳動效率比齒

31、輪傳動低。尤其是具有自鎖性的蝸桿傳動，其效率在0.5以下，一般效率只有0.70.9。發(fā)熱量大，齒面容易磨損，成本高。3.4.1 選擇材料根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI）考慮到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅Zcusn10p1，金屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。3.4.2按齒面接觸疲勞設計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距： (3.14)式中 T2蝸輪

32、轉矩； k 使用系數(shù)； ZE彈性系數(shù)； Z接觸系數(shù)；H許用應力。（1）確定作用在蝸輪上的轉距T2按Z1=2，估取效率=0.9，則 (3.15)（2）確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)K=1；由使用系數(shù)KA表從而選取KA=1.15；由于轉速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)KV=1.1；則K=KA*K*KV=1*1.15*1.1=1.2651.27 表3. 1使用系數(shù) KA動力機工作特性動力機工作特性均勻平穩(wěn)輕微沖擊中等沖擊嚴重沖擊均勻平穩(wěn)1.001.251.501.75輕微沖擊1.101.351.601.85中等沖擊1.251.501.752.0嚴重沖擊1.501.752.02.2

33、5（3）確定彈性影響系數(shù)ZE選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配，見表3.2可查得ZE=152表3. 2 蝸輪材料的力學性能蝸輪材料力學性能ZEHlimFlimMPaMPaZCuSn10Zn2152350165 （4）確定接觸系數(shù)Z先假設蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值d1/a=0.30，從而可查出Z=3.12。（5）確定許用應力H根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅zcusn10p1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC，從而可查得蝸輪的基本許用應力H=268MPA。因為電動刀架中蝸輪蝸桿的傳動為間隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為KHN=0.92，則H= KHNH=0.92×268=246.

34、56247MPA （6）計算中心距 (3.16)i=63 取模數(shù) m=3.53.4.3蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 蝸桿分度圓直徑d=40 蝸桿頭數(shù)Z=2蝸輪齒數(shù)Z 蝸桿的直徑系數(shù) q=中心距 a=+)=240.5mm蝸桿軸向齒距 Pmm蝸桿導程 l=Z蝸桿渦輪壓力角 蝸桿齒頂高 hmm蝸桿齒頂高 hmm蝸桿齒頂圓直徑 dmm蝸桿齒根圓直徑 dmm蝸輪分度圓直徑 dmm蝸輪齒頂高 hmm蝸輪齒根高 hmm蝸輪齒頂圓直徑 dmm蝸輪齒根圓直徑 d蝸輪喉圓直徑 蝸輪喉母圓直徑 3.4.4 校核齒根的疲勞強度蝸輪輪齒的彎曲疲勞強度取決于輪齒模數(shù)的大小，由于輪齒齒形比較復雜，且在距中間平面的不同平面

35、上的齒厚也不同，都相當于具有不同變?yōu)橄禂?shù)的正變位齒。距中間平面愈遠，齒愈厚，變位系數(shù)也愈大。因此蝸輪輪齒的彎曲疲勞強度難于精確計算，只好進行條件性的概略估算。蝸輪輪齒彎曲疲勞強度條件公式為式 (3.17)式中 KA齒形系數(shù)；T2蝸輪轉矩；b2蝸輪齒寬；d2蝸輪直徑；取齒形系數(shù)KA=1.15；蝸輪轉矩T2=1440N·m，蝸輪齒寬； (3.18)所以 (3.19)許用應力計算公式 式中 齒根彎曲疲勞極限；彎曲疲勞強度的最小安全極限。?。簭澢趶姸鹊淖钚“踩珮O限=1.4；根據(jù)蝸輪材料鑄錫青銅ZCuSn10Zn2，查得齒根彎曲疲勞極限 =165MPa。所以 (3.20)根據(jù)以上結果得出，

36、 所以彎曲強度是滿足要求的。3.5 軸承的選用滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐轉動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點。并且常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經標準化，因此使用滾動軸承時，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調整、潤滑、密封等有關的“軸承裝置設計”問題。滾動軸承是標準件，應用廣泛，安裝、維修方便，價格也比較便宜。滾動軸承主要由內圈、外圈、滾動體和保持架組成，內圈和外圈分別與軸頸及軸承座孔裝配在一起。本次設計中齒輪傳動采用的是直齒圓柱齒輪傳動，無軸向力存在，所以軸承選用主

37、要考慮的是蝸桿傳動。蝸桿左右兩端有雙列滾針軸承支承，左端為自由端可伸縮消除溫度變化的影響，右端裝有推力球軸承軸向定位。蝸輪所在的軸需要承受蝸輪、工作臺和工件的重力，軸上所受軸向力方向應該與重力方向相反，承受較大的軸向載荷，而且需要對中精度高，因此選擇有調心性能好的圓錐滾子軸承。考慮到軸各個方面的誤差會直接傳遞給加工工件時的加工誤差，因此選用調心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，外圈可分離，安裝時可調整軸承的游隙。其機構代碼為3000，然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號為：302083.6定心軸的校核與計算1.受力簡圖圖3.2 受力簡圖計算出：R1=46.6

38、N R2=26.2N 2.扭矩圖圖3. 3扭矩圖3.彎矩圖圖3. 4彎矩圖4.彎矩組合圖由此可知軸的最大危險截面所在。組合彎矩 （3. 21）根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑 （3.22）扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取=0.6抗彎截面系數(shù)W=0.1d3根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀3.7蝸桿軸的設計與計算軸的結構設計是確定軸的合理外形和全部結構尺寸，為軸設計的重要步驟。它由軸上安裝零件類型、尺寸及其位置、零件的固定方式，載荷的性質、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運輸，對軸的變形等因素有關。設計者可根據(jù)軸的具體要求進行設計，必要時可做

39、幾個方案進行比較，以便選出最佳設計方案，以下是一般軸結構設計原則： 1）節(jié)約材料，減輕重量，盡量采用等強度外形尺寸或大的截面系數(shù)的截面形狀； 2）易于軸上零件精確定位、穩(wěn)固、裝配、拆卸和調整； 3）采用各種減少應力集中和提高強度的結構措施； 4）便于加工制造和保證精度。本次設計的軸用于傳遞扭矩，通過齒輪副到蝸輪蝸桿，不需要承受彎矩，所以用到的為傳動軸。軸的材料的選擇，考慮到軸的材料的經濟性，一般使用45碳素鋼，碳素鋼對應力集中的敏感性較小，而且使用廣泛；為保證其力學性能，會進行調制或正火處理。本次設計選用軸的材料為正火處理的45鋼。蝸桿上軸受力： 軸向力徑向力圓周力 大齒輪上軸受力：圓周力徑向

40、力 根據(jù)結構上的考慮及軸上零件的布置給出支承間跨距l(xiāng)=181mm，蝸桿中央截面至左支承的距離l1=110mm，大齒輪中央截面距離右支承的距離l2=90mm，如圖3-5所示。圖3. 5 軸的受力圖由圖3.5可知，F(xiàn)a1產生的力矩為：分別對支承點1及2取矩可求得xoy平面的支反力 做xoz平面的受力圖，求支反力，做彎矩圖，分別向兩支點取矩得： 作合成彎矩圖；合成彎矩的計算結果，其中截面1和2的合彎矩為軸的最小直徑計算公式如下式 (3.23)式中 M當量彎矩 -1b 對稱循環(huán)應力狀態(tài)下的許用彎曲應力。?。簩ΨQ循環(huán)應力狀態(tài)下的許用彎曲應力-1b=90MPa； 當扭轉應力對稱循環(huán)變化時，a=1 當量彎矩

41、所以蝸桿軸最小直徑3.8鍵的選擇及校核（1）取鍵連接的類型好尺寸因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，應用平鍵連接就可以了。在此用平鍵。由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度b=5mm，高度h=5mm，由連軸器的寬度并參考鍵的長度系列，從而取鍵長L=10mm。（2）鍵連接的強度鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用擠壓力p= 5060MPa，取其平均值p=135MPa。鍵的工作長度l=L-b=10-5=5mm，鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度k=0.5h=2.5mm，從而可得：p=2000T/(kld)=127p 可見滿足要求。 此鍵的標記為：鍵B5×10 GB/T 10961979。3.9 夾緊機構

42、的設計工作臺面用沿其圓周方向分布的8個夾緊液壓缸進行夾緊。當工作臺不回轉時，夾緊液壓缸的上腔進壓力油，使活塞向下運動，通過鋼球、夾緊瓦將蝸輪夾緊。當工作臺需要回轉時，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，使夾緊液壓缸上腔的油流回油箱，在彈簧的作用下，鋼球抬起，夾緊瓦松開蝸輪，然后由驅動電機通過傳動裝置，使蝸輪和工作臺按指令進行回轉運動。4 結論 本課題設計了數(shù)控回轉工作臺，按照以下面方案步驟進行設計。1. 數(shù)控回轉工作臺的設計方案。主要由工作臺的機械傳動設計方案。工作臺的機械傳動設計方案主要是根據(jù)工作臺的功能選擇傳動的方式，有齒輪傳動和蝸桿傳動等選擇。2. 數(shù)控回轉工作臺機械設計，主要包括工作臺總體參數(shù)的設計和部分機械參數(shù)設計。工作臺總體參數(shù)的設計主要為系統(tǒng)傳動比，工作回轉速度等參數(shù)的設計，而工作臺部分機械參數(shù)包括工作臺外形尺寸設計，步進電機的選擇，齒輪傳動尺寸參數(shù)設計，蝸桿傳動尺寸參數(shù)設計，蝸桿軸的尺寸參數(shù)設計，軸承的選擇