四工位專用機床刀具進給機構(gòu)和工作臺轉(zhuǎn)位機構(gòu)

1、四工位專用機床工作臺轉(zhuǎn)位機構(gòu)和刀具進給機構(gòu)設計The Design of Four Station Dedicated Machine Tool Feed Mechanism And Indexing Mechanism學生姓名學號所在學院班級所在專業(yè)機械設計制造及其自動化申請學位工程學士指導教師職稱副指導教師職稱答辯時間2015 年 6 月 5 日目 錄目目 錄錄設計總說明.IINTRODUCTIONINTRODUCTION.II1緒論 .11.1專用機床的發(fā)展與現(xiàn)狀.11.2研究的目的及其意義.22課題內(nèi)容及其要求 .32.1設計要求.32.2設計相關(guān)參數(shù).43機構(gòu)運動循環(huán)圖的繪制 .43

2、.1工藝動作分解數(shù)據(jù)的計算.43.2機構(gòu)運動循環(huán)圖.54機械總體結(jié)構(gòu)的設計 .64.1系統(tǒng)傳動簡圖.64.2原動機的選用.64.3減速機構(gòu).64.4執(zhí)行部分總體部局.75主要零部件的設計計算 .85.1減速機構(gòu)設計.85.2齒輪的設計：.85.2.1齒輪 1 的設計 .85.2.2齒輪 2 設計 .145.3單銷四槽槽輪機構(gòu)設計.215.4凸輪機構(gòu)的設計.225.4.1進給凸輪機構(gòu)的設計 .225.5軸的設計計算.235.5.1軸的結(jié)構(gòu)設計 .235.5.2軸的結(jié)構(gòu)設計 .265.5.3軸的結(jié)構(gòu)設計 .265.5.4軸的結(jié)構(gòu)設計 .275.6鍵聯(lián)接強度校核.285.6.1軸上布置的鍵聯(lián)接強度校

3、核 .285.6.2其余軸上鍵的強度校核 .28目 錄5.7滾動軸承壽命驗算.28鳴 謝.30參考文獻.31設計總說明I設計總說明 機床是把毛坯加工成機器零件的機器，它是制造機器的機器，因此，又被稱作為“工作母機” ，是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中不可或缺的重要組成部分。而四工位專用機床由于其結(jié)構(gòu)簡單，加工效率較高，操作簡便，一次可完成裝夾工件、鉆孔、擴孔、鉸孔、卸載工件的工序。而本設計是對四工位專用機床的刀具進給機構(gòu)及工作臺轉(zhuǎn)位機構(gòu)這兩大關(guān)鍵機構(gòu)進行設計。本設計主要完成以下的具體工作：1、 簡要的介紹國內(nèi)外關(guān)于四工位機床的研究背景及相關(guān)的發(fā)展狀況，闡述設計目的及意義。2、對給出的設計要求及參數(shù)進行分析，參

4、考相關(guān)資料，整理資料，為做好設計做準備。3、對工藝動作分解相關(guān)數(shù)據(jù)進行計算， 繪制機構(gòu)運動循環(huán)圖。4、 對四工位專用機床的刀具進給機構(gòu)及其工作臺轉(zhuǎn)位機構(gòu)進行總體設計，對比相關(guān)方案，選取最適合的設計方案，并繪制出系統(tǒng)傳動簡圖。5、 對機床刀具進給機構(gòu)及工作臺轉(zhuǎn)位機構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)進行設計計算，如：齒輪、槽輪、凸輪、軸、鍵等進行設計計算。6、 根據(jù)計算結(jié)果及數(shù)據(jù)畫出裝配圖及各具體的零件圖。通過以上設計，最終完成對四工位專用機床工作臺轉(zhuǎn)位機構(gòu)及其刀具進給機構(gòu)的相關(guān)設計。關(guān)鍵詞：四工位；工作臺轉(zhuǎn)位；刀具進給ABSTRACTIIINTRODUCTIONMachine tool is the blank in

5、to a machine parts processing machine, which is used in making machines, therefore, also referred to as workhorses of modern industrial development is an indispensable part of. The four-station-specific machine tool because of its simple structure, high working efficiency, easy operation, one can co

6、mplete the workpiece clamping, drilling, reaming, the workpiece unloading process. And this design is a four-station-specific machine tool table feeding mechanism and indexing mechanism design these two key institutions.This design implements the following specific tasks:1, a brief introduction and

7、abroad about four-station machine tool research background and related developments, describes the purpose and significance of design.2, the design requirements and parameters given in the analysis, refer to the relevant information, organize information, prepare to make the design.3, the operation

8、of the decomposition process related data is calculated, the movement cycle diagram drawing mechanism.4, four-station-specific machine tool table feeding mechanism and indexing mechanism overall design, contrast-related programs, to select the most suitable design, and draw the diagram of the system

9、 drive.5, the machine tool feed mechanism and the table indexing mechanism of concrete structure design calculations, such as: gears, sheaves, cams, shafts, and other key design calculations.6, according to the results and data to draw assembly drawings and various specific parts diagram.By the abov

10、e design, the final completion of the four-station dedicated machine table indexing mechanism and tool feed related design institutions.KEYWORDS: FOUR-STATION; WORKTABLE TRANSLOCATION; TOOL FEED廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 1 四工位專用機床工作臺轉(zhuǎn)位機構(gòu)和刀具進給機構(gòu)的設計四工位專用機床工作臺轉(zhuǎn)位機構(gòu)和刀具進給機構(gòu)的設計（機械設計制造及其自動化，201111411613，賴劍超）指導教師：

11、（劉峰）畢業(yè)設計說明書1緒論1.1專用機床的發(fā)展與現(xiàn)狀專用機床是一種適用于特定零件及其相關(guān)一個或多個工序加工地機床，是組成自動化生產(chǎn)線制造系統(tǒng)不可缺少的機床品種。1911 年美國制成了專用機床最早組合機床，當時最主要用途是汽車的零件。剛剛開始，各個機床制造廠都有自己的通用部件標準，但是廠與廠之間卻沒有一個相同的通用部件標準，為了提高通用部件的互換性，同時也為了方便用戶的使用和維修，于1953 年，通用汽車公司和美國福特汽車公司經(jīng)過協(xié)商與美國機床制造廠正式地確定了組合機床的相關(guān)通用部件標準化的原則，嚴格地規(guī)定了部件與部件之間的聯(lián)系尺寸，但是對部件結(jié)構(gòu)的標準化卻未作任何規(guī)定，但依舊對組合機床的發(fā)展

12、做出了不可磨滅的貢獻。 通用部件按功能可以分為以下這五大部分：動力部件、控制部件、輸送部件、支承部件及其輔助部件。1) 動力部件主要包括以下部分三部分動力箱、切削頭和動力滑臺，其主要作用是為組合機床提供主運動以及進給運動，就猶如人體內(nèi)的心臟，隨時隨地為機床提供動力。 2) 控制部件主要包括有這些部分電氣柜、液壓站和操縱臺等，它的主要作用是控制機床的工作循環(huán)，以方便于機床連續(xù)加工，能夠有效地提高機床的加工效率。3) 輸送部件主要有以下幾個工作部分組成：環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺、分度回轉(zhuǎn)工作臺、往復移動工作臺及其分度鼓輪等，它的主要作用是將主軸箱及其要加工的工件輸送到特定的加工工位，是機床加工不可缺少的

13、重要組成部分。4) 支承部件則主要有以下部分組成：支架、底座、可調(diào)支架、立柱，其主要作用是使動力滑臺、切削頭及其夾具等相關(guān)部件能夠安裝到正確的位置，相當于是機床的骨架，支撐起整個機床的部件，并使有關(guān)部件能保持較為精確的相對位置。5) 輔助部件主要有潤滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等，其主要作用是對機床的部件進廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 2 行潤滑，減少部件與部件之間的摩擦；冷卻機床部件，防止機床與工件溫度過高；把切削出來的碎屑集中于一處，并排出。同時為了加大組合機床的應用范圍，可以把結(jié)構(gòu)及其工藝相似的零件集中到一臺組合機床上進行加工（即成組技術(shù)） ，以提高機床的利用率，使其也能夠在中

14、小批量生產(chǎn)中也能夠得到廣泛的使用，而不僅僅是使用于大批量的生產(chǎn)中。這類增大使用范圍的機床較為常見的有這兩種轉(zhuǎn)塔式組合機床及其可換主軸箱式組合機床。 為了極大的簡化組合機床的結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)更為緊湊，提高其精度，組合機床的未來發(fā)展方向主要是采用滾珠絲杠及其調(diào)速電動機等進行傳動；采用數(shù)控系統(tǒng)、夾具自動更換系統(tǒng)，以提高組合機床的生產(chǎn)效率及工藝可調(diào)性，同時也大大的減少人們的工作量；同時其未來的發(fā)展還可納入柔性制造系統(tǒng)，使生產(chǎn)更加的自動化，大大地節(jié)省人力資源。專用機床是采用多軸、多把刀具、多工序、多處工位同時進行加工,生產(chǎn)效率得到極大的提高，是通用機床效率高幾倍至幾十倍。經(jīng)過一系列的改善，現(xiàn)在專用機床的通

15、用部件已經(jīng)進行了一系列的標準化和系列化,可根據(jù)工廠自身的需要進行靈活配置,極大地縮短了機床的設計與制造周期。因此專用機床具有效率高、制造成本低等優(yōu)點，由于這些優(yōu)點，其在中、大批量生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應用。專用機床主要用于箱體類零件及其特殊形狀零件的加工，一般組合機床的工件不旋轉(zhuǎn)，刀具旋轉(zhuǎn)，來實現(xiàn)孔的加工、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋、加工外圓和端面等。1.2研究的目的及其意義由于專用機床是一種針對性較強的產(chǎn)品，具有高效自動化、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，是需要大批量生產(chǎn)的企業(yè)的理想裝備。隨著制造技術(shù)逐步發(fā)展及其數(shù)控技術(shù)的快速普及，專用機床也逐步朝數(shù)控化方向發(fā)展，并且發(fā)展與普及速度也在逐步加快，因此，專用機床

16、在制造業(yè)中占有較大的比重，并且比重還在不停增長當中，以適應社會生產(chǎn)效率的快速增長。 專用機床具有以下兩個極為鮮明的特征：（1）集成性：用戶訂購專用機床的最基本要求就是現(xiàn)買現(xiàn)用，它集機床開發(fā)設計，夾具與刀具的開發(fā)設計及其選擇，加工工藝的設計，檢驗測量機床是否符合精度要求，切屑的處理與排出，冷卻液的防護與處理等于一體。它所解決的不是單一的一個問題，而是涉及多領(lǐng)域、寬領(lǐng)域的多個問題。（2）單一性：專用機床由于針對性比較強，一般只適合特定零件的加工制造，因此，幾乎所有的專用機床都是單一性生產(chǎn)，根據(jù)用戶所提出的各種針對機床的要求（如：精度、效率、針對何種零件的加工等） ，進行一次性研究及其開發(fā)，然后再進

17、行一次性制造，并且還要求一次性成功，以節(jié)省成本及加快生產(chǎn)效率。專用機床制造有以下八個特點：（1）技術(shù)難度大：由于它集成性非常的高，所涉及的領(lǐng)域極為的寬，而且要求一廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 3 次性開發(fā)研究，一次性制造，一次性成功，這種種要求大大地加大了專用機床的技術(shù)難度。（2）經(jīng)營風險高：專用機床是按照用戶要求進行量身定制的，只能是加工一種零件，而不像通用機床一樣，可進行多種零件的加工制造，因此開發(fā)出來的專用機床就只能適合于某一用戶。而且專用機床的技術(shù)難度大，而要解決這種種難題并不是一件容易的事，需要耗費大量的時間與金錢，這不僅加大了專用機床的制造成本，而且還可能在用戶所要求的

18、期限當中，無法完成機床的制造。這些都導致了專用機床的經(jīng)營風險大大的提高。（3）協(xié)作困難大：由于是一次性的制造生產(chǎn)，不會像標準零件、通用機床等可進行大批量生產(chǎn)，所以較少廠家會從事專用機床的零件的開發(fā)生產(chǎn)，因此找協(xié)作廠家會十分不易，一般的廠家的制造水平又不夠高，可能無法滿足用戶的要求，而大廠家又太少，而且零件會供不應求。（4）技術(shù)依賴性強：專用機床和其生產(chǎn)的自動線的設計，工藝的設計，機床的生產(chǎn)制造，機床的檢測研究都需要大量的有經(jīng)驗的技術(shù)人員，而當前中國制造業(yè)所面臨的一個問題就是有經(jīng)驗的技術(shù)人員太少。（5）利潤空間?。捍笈可a(chǎn)，中批量生產(chǎn)，小批量生產(chǎn)這些不同的生產(chǎn)模式所獲得的利潤差別很大，在國外不

19、同模式下的利潤相差不大，而在在中國卻相差太遠。（6）技術(shù)成長期長：專用機床的設計所涉及的知識面要求十分的廣泛，且對專業(yè)知識的要求十分高。而許多廠都都缺乏這方面的人才，而要培養(yǎng)一名合格的技術(shù)研發(fā)人員，需要幾年的時間。（7）人員流動困難：由于訂單不能夠平衡，因此生產(chǎn)量也無法平均，導致不同時期需要的勞動生產(chǎn)力也不同，許多企業(yè)為了節(jié)省成本，在旺季便大量的招聘一些臨時工，在淡季，則裁掉大量臨時工，導致人員流動十分頻繁，這就導致這些臨時工所學技術(shù)多而不專，導致了企業(yè)缺乏大量的有經(jīng)驗，有技術(shù)的技工人員。（8）技術(shù)引進困難，與國外合作難：由于專用機床的針對性較強，只能加工特定零件，這就導致專用機床一次性使用。

20、而現(xiàn)如今，國外為了保持其技術(shù)領(lǐng)先的優(yōu)勢，因此其不愿與國內(nèi)廠家進行合資，只愿意談具體項目的合作事宜，導致技術(shù)的引進變得困難重重。八個特點，即各有關(guān)聯(lián)，又各具特點，但卻極大的反應了現(xiàn)在我國專用機床設計制造所存在的種種問題，這些問題都值得我們?nèi)ニ伎寂c解決。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，對生產(chǎn)效率的要求越來越高，因此專用機床的開發(fā)與研究便變得十分的有意義。2課題內(nèi)容及其要求廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 4 2.1設計要求專用機床工作臺總共有四個工作位置，主軸箱安裝有三把刀具。當主軸箱每進給一次的時候，在四個工位分別完成裝、卸工件，鉆、擴、鉸孔的工作；當?shù)毒咄顺龉ぜr，工作臺便回轉(zhuǎn) 90，工作臺回

21、轉(zhuǎn)完后，主軸箱將再次進給。由此依次循環(huán)四次，一個工件就會完成安裝、鉆孔、擴孔、鉸孔、卸載五個工序。工作臺轉(zhuǎn)位機構(gòu)及其刀具進給機構(gòu)具有嚴格的時間順序要求，因此采用電動機帶動分支并列兩套機構(gòu)的集中驅(qū)動方式，并且由凸輪、齒輪、槽輪等封閉，組成一個組合機構(gòu)系統(tǒng)。主要研究的內(nèi)容是確定機床傳動方案，以便于設計刀具的進給機構(gòu)及其工作臺的轉(zhuǎn)位機構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)。圖 2-1 四工位示意圖2.2設計相關(guān)參數(shù)設計參數(shù)各數(shù)據(jù)如表 2-1：表 2-1 參數(shù)數(shù)據(jù)表刀具頂端距工件表面距離/mm快進距離/mm等速進給距離/mm刀具接近工件切入量/mm工件孔深/mm刀具切出量/mm刀具等距進給速度/(mm/s)行程速度變化系數(shù) k

22、工件裝卸時間/s生產(chǎn)率/(件/h)656055540102210603機構(gòu)運動循環(huán)圖的繪制3.1工藝動作分解數(shù)據(jù)的計算根據(jù)相關(guān)參數(shù)可計算出各過程所用時間表 2-2 各過程所用時間列表廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 5 單件加工時間/s快速進給時間/s快速退回時間/s等速進給時間/s刀具切入時間/s切割工件時間/s刀具切出時間/s6011.121.427.52.52053.2機構(gòu)運動循環(huán)圖根據(jù)專用機床的相關(guān)參數(shù)及運動過程可畫出機構(gòu)運動循環(huán)圖如圖 3-1 所示：圖 3-1 機構(gòu)運動循環(huán)圖該專用機床要求刀架進給與退回、工作臺的旋轉(zhuǎn)和工作臺的定位這三個動作協(xié)調(diào)運行，其工作過程如圖 3-2：

23、圖 3-2 機床工作運動模型為防止工件與刀具接觸時卡盤旋轉(zhuǎn)，導致工件損壞，因此要求在工件與刀具接觸廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 6 時工作臺固定不動，刀具退出工件到下次接觸工件這段時間必須完成工作臺的旋轉(zhuǎn)動作，以防止工件與刀具接觸時，工作臺旋轉(zhuǎn)，導致工件被破壞。幾個動作必須得相互協(xié)調(diào)，并且按一定規(guī)律來回的往復進行運動。4機械總體結(jié)構(gòu)的設計4.1系統(tǒng)傳動簡圖專用自動機床機構(gòu)簡圖如圖 4-1：圖 4-1 系統(tǒng)傳動簡圖1、擺線針輪減速器 2、電動機 3、進刀圓柱凸輪 4、刀具專用電機 5、主軸箱 6、刀具 7、工件 8、單銷四槽槽輪機構(gòu) 9、齒輪 2 10、齒輪 14.2原動機的選用 原

24、動機選擇 A02 系列電機 A02-5022 三相異步電動機，其電動機額定功率P=0.06KW,而額定轉(zhuǎn)速 n=1400r/min。廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 7 4.3減速機構(gòu)經(jīng)前面的計算，系統(tǒng)的總傳動比為 i=n/n5,其中 n5 便是圓柱凸輪所在軸的轉(zhuǎn)速，其中圓柱凸輪的轉(zhuǎn)速為 1r/min，則總傳動比為 i=n/n6=1400/1。由于總傳動較大，所以可選用漸開線行星齒輪減速器、擺線針輪減速器、諧波傳動減速器及蝸桿減速器等具有較大傳動比的減速器。但由于行星齒輪減速器尺寸過大，因此會加大機床尺寸；蝸桿減速器傳動效率低、發(fā)熱量大；諧波傳動減速器傳動功率較低，因此不太適合，而擺線

25、針輪減速器具有傳動比高和效率高、結(jié)構(gòu)較為緊湊、體積較小、運轉(zhuǎn)時較為平穩(wěn)、噪聲低、壽命長及其容易分解安裝等優(yōu)點，可選擇擺線針輪減速器。綜上，減速器型號選擇二級直聯(lián)型臥式擺線針輪減速器：ZWE 0.06-20A-473，電機輸入功率為 0.06kw,機型號：20A，傳動比 i=4734.4執(zhí)行部分總體部局執(zhí)行機構(gòu)主要由旋轉(zhuǎn)工件的卡盤與移動刀架這兩大部分組成，這兩個兩大部分的運動在機床加工零件時，要保持一定的相對精度，以保證加工出來的零件滿足要求。所以，在執(zhí)行機構(gòu)設計過程中可分為以下三個部分：進、退刀機構(gòu)設計、工作臺旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和減速機構(gòu)設計。進退刀機構(gòu)的主要設計部分為圓柱凸輪的設計，而圓柱凸輪的設計最

26、主要的還是圓柱凸輪輪廓線的設計；工作臺的設計主要是間歇機構(gòu)（槽輪機構(gòu)）的設計及其計算。在執(zhí)行的過程中，由于原動機所傳動出來的速度并非執(zhí)行機構(gòu)所需要的速度，因此，需要具有一定傳動比的減速機構(gòu)對電動機轉(zhuǎn)速進行減速，以達到執(zhí)行機構(gòu)所要求的速度。下面我們將先大概計算一下減速機構(gòu)總傳動比的確定：刀具位于距離工件65mm 處然后快速進給 60mm，于距離工件表面 5mm 開始勻速推進 55mm（其中刀具切入量：5mm，工件孔深：40mm，刀具切出量：10mm） ，然后再快速返回到距離工件表面 65mm 處，然后再快速進給，依次循環(huán)下去。要求每個小時加工 60 件產(chǎn)品，而一個產(chǎn)品加工出來剛好是刀具進給與退回

27、的一個來回（即 1 分鐘） ，而每加工一個產(chǎn)品，工作臺旋轉(zhuǎn) 90。廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 8 圖 4-2 刀具行程根據(jù)此運動規(guī)律，由此可以計算出凸輪所在軸的轉(zhuǎn)速為 1r/min，所以減速機構(gòu)的總傳動比為 i=電動機轉(zhuǎn)速/凸輪所在軸轉(zhuǎn)速=1400/1。執(zhí)行機構(gòu)運動相關(guān)協(xié)調(diào)問題的討論：由上面運動循環(huán)圖可知，在工件安裝好之后，刀具進給機構(gòu)快速的完成快速進給、勻速進給、快速返回等這一系列的動作，而退刀后，即工件與刀具不接觸的這一段時間，工作臺必須旋轉(zhuǎn)到下一個工作位置。而且還需要滿足間歇以及固定這兩個工作，因此選用單銷四槽輪機構(gòu)解決協(xié)調(diào)問題，具體的實現(xiàn)步驟參考“槽輪機構(gòu)設計” 。由于進

28、刀機構(gòu)運動較復雜，所以需要滿足工作地幾個狀態(tài)，用凸輪輪廓線設計的辦法較容易滿足。輪廓線的設計參考“主要零部件設計計算”。5主要零部件的設計計算5.1減速機構(gòu)設計傳動比分配：總傳動比: ；其中：，取 473 2.961400111niiin電機減齒主軸473,2.96ii減齒3i齒5.2齒輪的設計：5.2.1 齒輪 1 的設計已知：輸入功率；小齒輪轉(zhuǎn)速；0.06 0.90.054PPkwkw電減3 / minnr小齒數(shù)比 u=3;工作壽命 10 年，每年工作 300 天，兩班制。廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 9 設計計算：1. 選齒輪類別、精度、材料及其齒數(shù)（1） 選用直齒圓柱齒輪，

29、壓力角選為 20。（2） 專用機床為金屬切割機床，參考表 10-1（機械設計） ，選用 6 級精度（3） 材料的選擇：小齒輪的材料硬度要求相對比大齒輪要高，因此，可選用40Cr（調(diào)質(zhì)） ，經(jīng)查其齒面的硬度為 280HBS，而大齒輪的材料選常用材料 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，齒面的硬度為 240HBS。（4） 選擇小齒輪的齒數(shù)，則大齒輪的齒數(shù)，取121z 2121 363zuz 262z 2. 按照齒面接觸疲勞強度進行設計（1） 試算小齒輪的分度圓直徑，即213121HtHEtdHK TZ Z Zudu1) 確定公式中的各參數(shù)：試選。11.3HtK計算小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。2665119.55 10/9.5

30、5 100.054/31.719 10TP nNmmNmm由機械設計 （以下齒輪計算皆是出自于本書）表 10-7 選齒寬系數(shù)31d由圖 10-20 查得的區(qū)域系數(shù)42.5HZ由表 10-5 查得的材料彈性影響系數(shù)為51/2189.8EZMPa由式（10-9）計算小齒輪的接觸疲勞強度用重合度系數(shù)。6Z*111arccoscos/(2)arccos21 cos20 /(212 1)30.909aazzh *222arccoscos/(2)arccos62 cos20 /(622 1)22.449aazzh 1122 (tantan)(tantan)/ 21.270aazz40.9543Z計算接觸疲

31、勞許用應力7H由圖 10-25d 查得小，大齒輪的接觸疲勞極限分別為：lim1lim2700,650HHMpaMpa廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 10 由式（10-15）計算齒輪的應力循環(huán)次數(shù)：6116048.64 10hNn jL621/2.926 10NNu通過圖 10-23 查取其接觸疲勞壽命系數(shù)121.16,1.22HNHNKK暫取失效概率為 1%、安全系數(shù) S=1，由式 10-14 得：1lim11812HNHHKMPaS2lim22793HNHHKMPaS取和中值較小者作為齒輪副接觸疲勞許用應力，即1H2H2793HHMPa2) 算小齒輪分度圓直徑=57.988mm21

32、3121HtHEtdHK TZ Z Zudu（2） 調(diào)整小齒輪的分度圓直徑1) 計算實際載荷系數(shù)前數(shù)據(jù)。圓周速度 v。1m/s3119.11 1060 1000td nv齒寬 b。2157.988dtbdmm2) 算實際載荷系數(shù)。HK通過表 10-2 查得使用系數(shù)。11AK 根據(jù)、6 級精度及圖 10-8 查得動載系數(shù)為。239.11 10/vm s1.01vK 齒輪的圓周力。331112/5.929 10ttFTdN1/102.2/100/AtK FbN mmN mm查表 10-3 得到齒間載荷分配系數(shù)為。1HK廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 11 由表 10-4 使用插值法查得

33、6 級精度、小齒輪相對軸承成非對稱分布時，得到齒向載4荷分配系數(shù)位。由此得到實際載荷系數(shù)為1.407HK1.421HAVHHKK K KK3) 由式（10-12）可得按實際載荷系數(shù)計算得分度圓直徑31159.734HtHtKddK及相應齒輪模數(shù)11/2.844mdzmm3. 按照齒根彎曲疲勞強度進行設計（1） 由式（10-7）算模數(shù)，即13212FtFasatdFK TYY Ymz1）確定公式中各參數(shù)值試選。11.3FtK由式（10-5）算彎曲疲勞強度用重合系數(shù)如下。20.750.250.84Y計算。3FasaFY Y由圖 10-17 可查得齒形系數(shù)。122.78,2.28FaFaYY由圖 1

34、0-18 可查得應力修正系數(shù)。121.56,1.74sasaYY由圖 10-24c 可查得小齒輪及大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為：lim1lim2500,380FFMPaMPa由圖 10-22 查得其彎曲疲勞壽命系數(shù)為。120.98,0.99FNFNKK選取彎曲疲勞安全系數(shù)為 S=1.4，由式（10-14）得：1lim11350FNFFKMPaS2lim22268.71FNFFKMPaS廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 12 1110.0124FasaFYY2220.0149FasaFYY因為大齒輪大于小齒輪的，所以取FasaFY Y=FasaFY Y2220.0149FasaFYY2

35、）試算模數(shù)132122.333FtFasatdFK TYY Ymmmz（2） 調(diào)整齒輪的模數(shù)1）算實際載荷系數(shù)前的參數(shù)準備。圓周速度 v。111 12.333 2148.995dm zmm31 148.995 3/7.70 1060 100060 1000d nvm s齒寬 b。211 48.99548.995dbdmmmm 寬高比 b/h。3*22 1 0.252.3335.249athhcmmmmm /48.995/5.2499.33b h 2）算實際載荷系數(shù)。FK根據(jù)，6 級精度與圖 10-8 查得動載系數(shù)。137.7 10/vm s1.01VK 由，2154112/2 1.719 10

36、 / 48.9951.684 10tFTdN，查表 10-3 查得齒間載荷分配系數(shù)。1/343.7/100/AtK FbN mmN mm1FK由表 10-4 使用插值法查得,結(jié)合 b/h=9.33 查圖 10-13，得。31.405HK1.32FK則載荷系數(shù)為1 1.01 1 1.321.333FAvFFKK K KK 廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 13 3）由式（10-13） ，可以得到按實際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)32.353FtFtKmmmmK對比計算結(jié)果，按齒面接觸疲勞強度所計算的模數(shù) m 大于按齒根彎曲疲勞強度所計算的模數(shù)，因為齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于由彎曲疲勞強度決

37、定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度決定的承載能力，僅和齒輪直徑有關(guān)，可以取由彎曲疲勞強度計得的模數(shù) 2.353mm，并就近圓整成標準值 m=2.5mm，按照接觸疲勞強度計得的分度圓直徑，算出的小齒輪齒數(shù)為，取，大齒輪齒數(shù)為159.734dmm11/23.894zdm124z ，取，與互為質(zhì)數(shù)。21 13 2472zu z 271z 1z2z4. 幾何尺寸的計算（1） 計算分度圓直徑如下1124 2.560dz mmmmm2271 2.5177.5dz mmmmm（2） 計算中心距12/ 260 177.5 / 2118.75addmmmm（3） 計算齒輪寬度11 6060dbdmmmm 考慮不可

38、避免安裝誤差及為了保護設計齒寬 b 和減少材料，一般要將小齒輪略微加寬（510）mm，即15 10605 1065 70bbmmmmmm取，而讓大齒輪齒寬與設計齒寬相等，即。167bmm260bbmm5. 中心距圓整后的強度校核上述齒輪副中心距不便于相關(guān)零件設計和制造。為此，可以通過調(diào)整齒輪傳動比、改變齒輪或者變位法進行圓整。本例用變位法對中心距圓整至 a=120mm。圓整時，以變位系數(shù)及不超出圖 10-21a 中推薦合理工作范圍為宜。其它幾何參數(shù)，如等保持不變。12, ,z z mb齒輪變位后，齒輪副相關(guān)幾何尺寸發(fā)生了變化。應重新對齒輪強度進行校核，以明確齒輪工作能力。（1） 算變位系數(shù)和計

39、嚙合角、變位系數(shù)和、齒數(shù)和、齒頂高降低系數(shù)及中心距變動系數(shù)。1廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 14 arccoscos/21.580aa12247195zzz12/ 20.649xxxinvinvztan/120 118.5 / 20.625yaam0.6490.6250.024yxy 由圖 10-21a 可知，當前變位系數(shù)和提高了齒輪的強度，但是重合度有所下降。確定分配變位系數(shù)。212,x x由圖 10-21a 知，坐標點=（47.5,0.325）位于 L12 線和 L13 線之間。/ 2,/ 2zx于這兩條線之間做射線，在從橫坐標為處作垂直線，可查得與射線交點的縱坐標1,2z z

40、分別為。120.385,0,264xx（2） 齒面接觸疲勞強度的校核 按前述相類似的做法，先計算式（10-10）中各參數(shù)。為了節(jié)省篇幅，此處僅給出計算結(jié)果：51/2111.421,1.719 10,1,60,3,2.36,189.8HdHEKTNmmdmm uZZMPa。將它們代入式（10-10） ，得到0.874Z13121679.8793HHHEHdK TuZ Z ZMPaMPadu綜上，齒面接觸疲勞強度滿足相關(guān)要求，且齒面接觸應力比標準齒輪略微下降。（3） 齒根彎曲疲勞強度的校核按前述相類似做法，先計算式（10-6）中的各參數(shù)。為了節(jié)省篇幅，這里僅給出相關(guān)計算結(jié)果51111.35,1.7

41、19 10,2.25,1.77FFaSaKTNmm YY22,2.16,1.84FaSaYY。將它們代入式（10-6） ，可得到10.690,1,2.5,24dYmmm z111132112141.7FFaSaFFdK TYY YMPam z廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 15 122132212141.4FFaSaFFdK TYYYMPam z齒根彎曲疲勞強度滿足設計要求，且小齒輪抵抗彎曲疲勞破壞能力大于大齒輪。6. 主要設計結(jié)論小齒輪選用材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，大齒輪選用材料 45 鋼（調(diào)質(zhì)） 。齒輪按 6 級精度設計。表 5-1 齒輪 1 各參數(shù)表小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù)模數(shù)/

42、mm壓力角小齒輪變位系數(shù)大齒輪變位系數(shù)中心距/mm小齒輪齒寬/mm大齒輪齒寬/mm24712.52003850.26412067605.2.2 齒輪 2 設計已知：輸入功率；小齒輪轉(zhuǎn)速0.06 0.9 0.980.053PPkwkw電減；齒數(shù)比 u=1;工作壽命 10 年，每年工作 300 天，兩班制。1 / minnr小設計計算：1. 選齒輪類別、精度等級、材料和齒數(shù)。（1） 選直齒圓柱齒輪，壓力角選為 20。（2） 專用機床為金屬切割機床，參考表 10-1（機械設計） ，選用 6 級精度。（3） 材料的選擇：由于小齒輪與大齒輪的傳動比為 1，因此，要求小齒輪與大齒輪的硬度要求差不多，小齒輪

43、與大齒輪的材料都選為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，齒面的硬度為280HBS。（4） 選小齒輪的齒數(shù)為，則大齒輪的齒數(shù)，取124z 2124 124zuz 224z 2. 按照齒面接觸疲勞強度進行設計（1） 試算小齒輪的分度圓直徑，即213121HtHEtdHK TZ Z Zudu1) 確定公式中的各參數(shù)：試選。11.3HtK計算小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。2廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 16 665119.55 10/9.55 100.053/15.060 10TP nNmmNmm由機械設計 （以下齒輪計算皆是出自于本書）表 10-7 選齒寬系數(shù)30.8d由圖 10-20 查得的區(qū)域系數(shù)42.5HZ由

44、表 10-5 查得的材料彈性影響系數(shù)為51/2189.8EZMPa由式（10-9）計算小齒輪的接觸疲勞強度用重合度系數(shù)。6Z*111arccoscos/(2)arccos24 cos20 /(242 1)29.841aazzh *111arccoscos/(2)arccos24 cos20 /(242 1)29.841aazzh 1122 (tantan)(tantan)/ 21.602aazz44-1.602=0.89433Z計算接觸疲勞許用應力7H由圖 10-25d 查得小，大齒輪的接觸疲勞極限分別為：lim1lim2700,700HHMPaMPa由式（10-15）計算齒輪的應力循環(huán)次數(shù)：

45、6116060 1 12 8 300 102.88 10hNn jL 6621/2.88 10 /12.88 10NNu通過圖 10-23 查取其接觸疲勞壽命系數(shù)121.23,1.23HNHNKK暫取失效概率為 1%、安全系數(shù) S=1，由式 10-14 得：1lim111.23 7008611HNHHKMPaMPaS2lim221.23 7008611HNHHKMPaMPaS取和中值較小者作為齒輪副接觸疲勞許用應力，即1H2H2861HHMPa2) 算小齒輪分度圓直徑廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 17 =92.769mm213121HtHEtdHK TZ Z Zudu（2） 調(diào)整小

46、齒輪的分度圓直徑1）計算實際載荷系數(shù)前數(shù)據(jù)準備。圓周速度 v。1-31192.769 14.86 10 m/s60 100060 1000td nv齒寬 b。210.8 92.76974.215dtbdmmmm2）算實際載荷系數(shù)HK通過表 10-2 查得使用系數(shù)11AK 根據(jù)、6 級精度及圖 10-8 查得動載系數(shù)為。239.11 10/vm s1.01vK 齒輪的圓周力。3541112/2 5.06 10 /92.7691.091 10ttFTdNN1/117.6/100/AtK FbN mmN mm查表 10-3 得到齒間載荷分配系數(shù)為1HK由表 10-4 使用插值法查得 6 級精度、小齒

47、輪相對軸承成非對稱分布時，得到齒向載4荷分配系數(shù)位。由此得到實際載荷系數(shù)為1.412HK1 1.01 1 1.4121.43HAVHHKK K KK 3）由式（10-12）可得按實際載荷系數(shù)計算得分度圓直徑33111.4392.76995.7641.3HtHtKddmmmmK及相應齒輪模數(shù)： 11/95.764/ 243.990mdzmmmm3. 按照齒根彎曲疲勞強度進行設計（1） 由式（10-7）算模數(shù)，即13212FtFasatdFK TYY Ymz1）確定公式中各參數(shù)值廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 18 試選11.3FtK由式（10-5）算彎曲疲勞強度用重合系數(shù)如下。20.7

48、50.750.250.250.7181.602Y計算。3FasaFY Y由圖 10-17 可查得齒形系數(shù)122.68,2.68FaFaYY由圖 10-18 可查得應力修正系數(shù)121.58,1.58sasaYY由圖 10-24c 可查得小齒輪及大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為：lim1lim2500,500FFMPaMPa由圖 10-22 查得其彎曲疲勞壽命系數(shù)為121.01,1.01FNFNKK選取彎曲疲勞安全系數(shù)為 S=1.4，由式（10-14）得：1lim111.01 500=360.711.4FNFFKMPaMPaS2lim221.01 500=360.711.4FNFFKMPaMPaS1

49、112.68 1.58=0.0117360.71FasaFYY2222.68 1.58=0.0117360.71FasaFYY因為大齒輪大于小齒輪的，所以取FasaFY Y= FasaFY Y2220.0117FasaFYY2）試算模數(shù)132122.884FtFasatdFK TYY Ymmmz（2） 調(diào)整齒輪的模數(shù)1）算實際載荷系數(shù)前的參數(shù)準備。圓周速度 v。1廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 19 11 12.884 2469.213dm zmmmm31 169.213 1/3.62 10/60 100060 1000d nvm sm s齒寬 b。210.8 69.21355.37

50、0dbdmmmm寬高比 b/h。3*22 1 0.252.8846.489athhcmmmmm /55.370/6.4898.53b h 2）算實際載荷系數(shù)FK根據(jù)，6 級精度與圖 10-8 查得動載系數(shù)133.62 10/vm s1.01VK 由，2154112/2 5.06 10 /69.2131.462 10tFTdNN，查表 10-3 查得齒間載荷分配系數(shù)。1/264.04/100/AtK FbN mmN mm1FK由表 10-4 使用插值法查得,結(jié)合 b/h=8.53 查圖 10-13，得。31.408HK1.32FK則載荷系數(shù)為1 1.01 1 1.32=1.33FAVFFKK K

51、 KK 3）由式（10-13） ，可以得到按實際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)331.332.8842.9061.3FtFtKmmmmmmK對比上述的計算結(jié)果，按齒面接觸疲勞強度所計算的模數(shù) m 比按齒根彎曲疲勞強度所計算的模數(shù)要大，所以齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于由彎曲疲勞強度決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度決定的承載能力，僅和齒輪直徑有關(guān)，可以取由彎曲疲勞強度計得的模數(shù) 2.906mm，并就近圓整成標準值 m=3mm，按照接觸疲勞強度計得的分度圓直徑，算出的小齒輪齒數(shù)為，取，195.764dmm11/95.764/331.92zdm132z 大齒輪齒數(shù)為=32 1，取，與互為質(zhì)數(shù)。21 1zu

52、 z233z 1z2z4. 幾何尺寸的計算（1） 計算分度圓直徑如下1132 396dz mmmmm2233 399dz mmmmm廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 20 （2） 計算中心距12/ 29699 / 297.5addmmmm（3） 計算齒輪寬度10.8 9676.8dbdmmmm考慮不可避免安裝誤差及為了保護設計齒寬 b 和減少材料，一般要將小齒輪略微加寬（510）mm，即15 1076.85 1081.8 86.8bbmmmmmm取，而讓大齒輪齒寬與設計齒寬相等，即。185bmm277bbmm5. 中心距圓整后的強度校核上述齒輪副中心距不便于相關(guān)零件設計和制造。為此，可

53、以通過調(diào)整齒輪傳動比、改變齒輪或者變位法進行圓整。本例用變位法對中心距圓整至 a=100mm。圓整時，以變位系數(shù)及不超出圖 10-21a 中推薦合理工作范圍為宜。其它幾何參數(shù)，如等保持不變。齒輪變位后，齒輪副相關(guān)幾何尺寸發(fā)生了變化。應重新對齒12, ,z z mb輪強度進行校核，以明確齒輪工作能力。（1） 算變位系數(shù)和計嚙合角、變位系數(shù)和、齒數(shù)和、齒頂高降低系數(shù)及中心距變動系數(shù)。1arccoscos/arccos97.5 cos20/10023.623aa12323365zzz12/ 20.908xxxinvinvztan/10097.5 / 21.25yaam0.908 1.250.342y

54、xy 由圖 10-21a 可知，當前變位系數(shù)和提高了齒輪的強度，但是重合度有所下降。確定分配變位系數(shù)。212,x x由圖 10-21a 知，坐標點=（32.5,0.454）位于 L13 線和 L14 線之間。/ 2,/ 2zx于這兩條線之間做射線，在從橫坐標為處作垂直線，可查得與射線交點的縱坐標1,2z z分別為。120.455,0.453xx經(jīng)校核其滿足齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度要求。廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 21 6. 主要設計結(jié)論小齒輪選用材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，大齒輪選用材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） 。齒輪按照 6 級精度設計。表 5-2 齒輪 2 各參數(shù)表小齒

55、輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù)模數(shù)/mm壓力角小齒輪變位系數(shù)大齒輪變位系數(shù)中心距/mm小齒輪齒寬/mm大齒輪齒寬/mm323332004550.45310085775.3單銷四槽槽輪機構(gòu)設計圖 5-1 單銷四槽槽輪機構(gòu)由機床整體安裝高度 540mm 和其他傳動的中心距可得：槽輪機構(gòu)的中心距為a=200mm。由機床換位機構(gòu)的運動要求（每分鐘轉(zhuǎn) 90）可知，槽輪的槽數(shù)為 Z=4，而主動撥盤的圓銷數(shù) n=1。由機械零件設計手冊表 2.3-5 查得，主動輪運動角，從動輪運動角12=90，槽輪其他相關(guān)參數(shù)的計算如下：22=90a) 主動曲柄長度：廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 22 ,取12sin200 s

56、in45141.42Rammmm1=141Rmmb) 槽輪半徑：，取22cos200 cos45141.42Rammmm2=141Rmmc) 滾子（圓銷）半徑：，為了方便加工，取 r=20mm1/6141/623.5rRmmmmd) 槽底高：，取 b=35mm 13 5200141203 5(34 36)baRrmmmmmme) 槽深：2(141 35)106hRbmmmmf) 鎖住弧半徑：（其中 1141 20200.6 0.8105 109xRRre ） ，取0.6 0.8er105xRmmg) 鎖住弧張開角：2705.4凸輪機構(gòu)的設計5.4.1 進給凸輪機構(gòu)的設計通常直動從動件的圓柱凸輪

57、機構(gòu)的許用壓力角。機構(gòu)采用幾何形狀 25 35鎖合方式時，回程許用壓力角和推程相同。理論輪廓曲線上的任意一點做法線 nn，nn和 y 軸軸線夾角即為機構(gòu)的壓力角。因此，基圓柱半徑必須滿足：bR maxtandsdRb由此計算得出其半徑為 65.43mm。由于主軸箱的總位移為 115mm，所以圓柱凸輪的行程為 115mm。經(jīng)過考慮取半徑為 80mm，長度取 150mm?？爝M行程（） ，選用五次多項式曲線，既無柔性沖擊也無剛性沖擊；0 66.634523422223382.02492.88169.653 382.024 492.88169.656 382.0212 492.8820 169.65s

58、va 廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 23 工進行程，一次多項式曲線；66.6 231.637.81 19.1019.100sva快回行程，正弦加速度曲線，既無柔性沖擊也無剛性沖擊；231.6 360 22115 1193 /150 / 107/150sin 2193 /150 / 107/150/ 2115cos 2193 /150 / 107/1501 / 107/150115 2sin 2193 /150 / 107/150/ 107/150sva 圖 5-2 凸輪廓線分析圖5.5軸的設計計算5.5.1 軸的結(jié)構(gòu)設計圖 5-3 軸1）軸的功率 P、轉(zhuǎn)速 n、轉(zhuǎn)矩 T廣東海洋大學

59、 2015 屆本科生畢業(yè)設計 24 P=0.053kw ; n=3r/min ; 659.55 101.69 10PTNmmN計算齒輪上的力：已知軸齒輪分度圓直徑,，則：60dmm 2025633tTFNdtan2050rtFFN2)估算軸的最小直徑軸選用材料：40Cr，調(diào)質(zhì)處理。 由1表 15-3 得 , 取=100,則：0112 97A 0A3min026.00pdAmmn由于需要考慮軸上的鍵槽放大,所以：mm，取0min(1 6%)27.56ddmm，028dmm查表選用 GY4 彈性柱銷聯(lián)軸器, 公稱扭矩，1125 44/5843200330 60JGB TJ224aTN m為保證軸和

60、軸端擋圈間有間隙，取軸端長 L=62mm。初選深溝球軸承 6207 GB/T276 其尺寸為半聯(lián)軸器用平鍵35 72 17dD TGB/T1096 鍵連接。10 8 50 3) 計算軸上的載荷載荷分析圖水平,垂直面由裝配圖正視受力視角決定，軸彎矩扭矩分析圖如圖 5-4：（1）水平面支反力和彎矩: 3123237.55633=4467237.5+62tNHFLFNNLL215633-4467=1166NHtNHFFFNN5124467 622.77 10HNHMFLN mN m（2）垂直面支反力和彎矩廣東海洋大學 2015 屆本科生畢業(yè)設計 25 1121237.520501626237.562