基于PLC的回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計(jì)

1、湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題目 基于PLC控制的回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： xxx學(xué) 號： xxx所在系部： 機(jī)械工程系專業(yè)班級： xx指導(dǎo)教師： 周敬東 副教授日 期：二一五年五月湖北工業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院The Design of Rotary Table Based on PLC ControlByXxxJune 2015學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 年 月

2、日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)院有關(guān)保管、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)院保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于 1、保密 ，在 年解密后適用本授權(quán)書。 2、不保密 。 （請?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”） 作者簽名： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 年 月 日摘 要本畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是基于PLC的回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計(jì)。通過回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計(jì),我們不僅可以設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)工作臺,也能掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和步驟以及PL

3、C方面的知識。本研究的主要內(nèi)容包括:首先了解回轉(zhuǎn)工作臺的原理和應(yīng)用,包括回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計(jì)原則、主要技術(shù)參數(shù)和機(jī)械部分設(shè)計(jì),包括傳動方案設(shè)計(jì)的階段,計(jì)算,蝸輪和蝸桿計(jì)算和驗(yàn)證,齒輪的設(shè)計(jì),電動機(jī)的選擇、軸承的選擇和檢查,校準(zhǔn)軸和軸承,最終控制部分的設(shè)計(jì)。數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì),首先,總體方案設(shè)計(jì),傳動方案的齒輪傳動、蝸桿傳動，隨后的部分設(shè)計(jì)和檢查,蝸桿和整體，結(jié)構(gòu)，蝸輪和工作表采用螺釘連接。最后完成組裝。關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)工作臺；渦輪和蝸桿AbstractThis graduation design topic is based on the design of the PLC of the rotary t

4、able.Through the design of the rotary table, we can design the rotary table, not only can master the mechanical design methods and steps as well as PLC.The main content of this research include: first, understand the principles and applications of rotary table, including design principle, main techn

5、ical parameters of rotary table and the design of mechanical parts, including the transmission scheme design, calculation, calculation and verification worm gear and worm, gear design, the choice of motor, the choice of bearing and check, calibration shaft and bearing, and finally the design of the

6、control part.The design of the nc rotary table, first of all, the overall scheme design, the transmission scheme of gear transmission, worm drive, then part of the design and check, worm and overall structure, adopts the screw connection worm gear and the work table.The final assembly.Keywords：the r

7、otary table；worm gear and worm目 錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1 本課題研究的目的及意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11.3回轉(zhuǎn)工作臺的原理21.4 設(shè)計(jì)要求及主要參數(shù)31.4.1設(shè)計(jì)準(zhǔn)則31.4.2本次設(shè)計(jì)中的一些主要參數(shù)32 回轉(zhuǎn)工作臺機(jī)械部分的設(shè)計(jì)42.1設(shè)計(jì)工作臺的基本要求42.2數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動方案的選擇42.3電機(jī)的選擇52.3.1選擇步進(jìn)電機(jī)的注意事項(xiàng)52.3.2電機(jī)的參數(shù)計(jì)算52.4齒輪的設(shè)計(jì)82.4.1齒輪材料確定82.4.2齒輪強(qiáng)度計(jì)算82.4.3尺寸計(jì)算122.4.4齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)132.5蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)132.5.1蝸輪

8、蝸桿強(qiáng)度設(shè)計(jì)142.5.2 蝸桿與蝸輪的參數(shù)162.6聯(lián)軸器的選擇172.7 輸入軸的設(shè)計(jì)182.7.1 軸上參數(shù)計(jì)算182.7.2 輸入軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)222.8 蝸桿軸的設(shè)計(jì)232.8.1 軸參數(shù)設(shè)計(jì)232.8.1 軸強(qiáng)度的校核262.8.2渦輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)262.9軸承的選擇272.10箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)282.10.1箱體結(jié)構(gòu)282.10.2箱體參數(shù)設(shè)計(jì)283 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)303.1回轉(zhuǎn)工作臺的PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路303.2回轉(zhuǎn)工作臺的PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)30總結(jié)32參考文獻(xiàn)32致 謝33IIIII1 緒論1.1 本課題研究的目的及意義目的：通過畢業(yè)設(shè)計(jì)資料的搜集、整理、數(shù)據(jù)的查詢，方案的確

9、定，撰寫、電路的設(shè)計(jì)以及畢業(yè)答辯等活動，初步了解數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)的方式的種類何工作原理，接受初步的數(shù)控機(jī)床的訓(xùn)練和熏陶，深化和綜合基礎(chǔ)課、專業(yè)課的分析問題和解決問題的能力以及培養(yǎng)協(xié)作精神，樹立高度的工作責(zé)任感的能力，同時(shí)系統(tǒng)的對我們四年所學(xué)知識進(jìn)行總結(jié)，全面的復(fù)習(xí)整理，查缺補(bǔ)漏，以達(dá)到熟練掌握專業(yè)知識的目的，并綜合運(yùn)用和深化所學(xué)專業(yè)理論識培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決一般工作實(shí)際問題的能力，樹立高度的責(zé)任感，以便在日后工作中能得心應(yīng)手。能更好的適應(yīng)社會的需要，充分發(fā)揮自己的才華，貢獻(xiàn)自己的一份力量。意義：隨著教育改革的逐步深入，為落實(shí)增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，能力培養(yǎng)和素質(zhì)教育三大新的教育目標(biāo)打破以理論教學(xué)為主

10、，實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐為輔的傳統(tǒng)教育方法，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力及靈活運(yùn)用知識的能力，以便能最快的適應(yīng)工作的需求。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(gè)領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)車是數(shù)控技術(shù)最普遍的應(yīng)用。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(jì)。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進(jìn)入21世紀(jì)，我國機(jī)床制造業(yè)既面臨著提升機(jī)械制造業(yè)水平的需求而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入W

11、TO后激烈的市場競爭的壓力。從技術(shù)層面上來講，加速推進(jìn)數(shù)控技術(shù)將是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。而從國際上來說，代表機(jī)床制造業(yè)最高境界的是五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，從某種意義上來說，反映了一個(gè)國家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。長期以來，以美國為首的西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家，一直把五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)作為他們重要的戰(zhàn)略物資，由于五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)價(jià)格十分昂貴，加之NC程序制作較難，使五軸系統(tǒng)難以“平民”化的應(yīng)用。1.3回轉(zhuǎn)工作臺的原理PLC回轉(zhuǎn)工作臺應(yīng)用最多的還是在這三個(gè)機(jī)床中，它們分別是數(shù)控銑床、加工中心還有就是數(shù)控鏜床了。與一般的工作臺比較起來，在外形上我們很難發(fā)現(xiàn)它們會有怎樣的不同，它們使用著不同的驅(qū)動。

12、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺是可以跟其他的伺服結(jié)合一起運(yùn)動。圖1-1 閉環(huán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)1-步進(jìn)電機(jī)；2-主動齒輪；3-偏心環(huán)；4-從動齒輪；5-柱銷；6-壓塊；7-螺母；8-鎖緊螺釘、11-軸承蓋、套筒；9-蝸桿；10-蝸輪；12、13-加緊瓦；14-壓緊液壓缸；15-活塞；16-彈簧；17-鋼球；18-光柵見圖1 - 1顯示了圖結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)演示的是閉環(huán)數(shù)控轉(zhuǎn)臺,這個(gè)工作臺是由一個(gè)電動機(jī)功率組件,2、4齒輪減速電機(jī)的減速效果。開9蝸桿與齒輪傳動,9與蝸輪10可以驅(qū)動工作臺轉(zhuǎn)動了。有很多方法來消除反向間隙和傳輸缺口,利用偏心環(huán)3就可以達(dá)到消除2和4之間的嚙合間隙的目的。為了實(shí)現(xiàn)蝸桿齒輪4和9,圓柱銷的楔形應(yīng)變5

13、。這種連接的優(yōu)點(diǎn)也可以減少軸和套筒之間的間隙。轉(zhuǎn)盤的位置是由光柵18來測量的，測量的結(jié)果與指令信號互相比較。如果有偏差,就將偏見放大,然后通過控制電機(jī)使它對減少偏差的方位回轉(zhuǎn),所以為了達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的,設(shè)計(jì)表的鎖緊的均勻分布的小缸14來達(dá)到目的。1.4 設(shè)計(jì)要求及主要參數(shù) 1.4.1設(shè)計(jì)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

14、選擇；(11) 功能設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求； 1.4.2本次設(shè)計(jì)中的一些主要參數(shù)(1) 回轉(zhuǎn)精度：1º(2) 最大承載量：500kg2 回轉(zhuǎn)工作臺機(jī)械部分的設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)工作臺的基本要求數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺一般由三部分組成,一部分是傳動裝置,另一部分是原動機(jī)和工作臺。傳動裝置傳動運(yùn)動,這樣來帶動工作臺運(yùn)轉(zhuǎn)。合理的傳動方案主要滿足以下要求:（1）機(jī)械的功能需求: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：如工作環(huán)境、場地、工作系統(tǒng)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、方便維護(hù)、工藝性和經(jīng)濟(jì)性等。數(shù)控轉(zhuǎn)臺作為

15、數(shù)控銑床工具工件工件附件,它是非常大的對機(jī)床的影響?；剞D(zhuǎn)工作臺合理的傳動方案將直接影響數(shù)控轉(zhuǎn)臺的性能。所以選擇合適的傳動方案對于本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)有著極為重要的意義。2.2數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動方案的選擇設(shè)計(jì)前對數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行了詳細(xì)的分析，為了設(shè)計(jì)的產(chǎn)品達(dá)到預(yù)期的要求我們確定傳動方案為：電機(jī)帶動齒輪傳動帶動蝸桿蝸輪工作臺的方案。下圖2-1此次設(shè)計(jì)的工作臺傳動方案簡圖： 圖2-1 設(shè)計(jì)方案傳動方案分析： （1）第一齒輪傳動承載能力高，穩(wěn)定和精確的運(yùn)動傳動，傳動功率和轉(zhuǎn)速范圍，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)對蝸桿傳動的特點(diǎn)： （2）蝸輪蝸桿的傳動比高，并且結(jié)構(gòu)緊湊。同一般的齒輪傳動相比，如果方案中的傳輸速

16、度相同，對蝸輪蝸桿的尺寸要小很多，因此節(jié)省空間。 （3）傳動噪音小 并且蝸輪蝸桿齒輪嚙合是恒定的，它們在傳動過程中產(chǎn)生的噪音較小。 （4）自鎖 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)成角比齒輪當(dāng)量摩擦角小時(shí)，若蝸桿為主動，該機(jī)構(gòu)將能夠自動鎖定。 （5）高成本 將滑動速度，高成本和工作損失，功率也不高，并具有自鎖蝸桿傳動效率的功能的降低。為了解決這一不足，在蝸輪的一般設(shè)計(jì)過程中會使用稀有有色金屬材料。通過總結(jié)傳輸方案以上分析：將齒輪傳動作為一個(gè)高速級，把蝸輪蝸桿的傳動作為低速級，這個(gè)方案更加的合理。2.3電機(jī)的選擇根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求,我們初步選擇步進(jìn)電機(jī)作為動力源。主要考慮的是步進(jìn)電機(jī)需要加載驅(qū)動程序可以工作,而它的驅(qū)動信號

17、是脈沖信號。當(dāng)沒有脈沖時(shí),電機(jī)將停止,只要添加合理的脈沖信號,步進(jìn)電機(jī)將旋轉(zhuǎn)到一定角度。提高脈沖的頻率即可獲得較高的轉(zhuǎn)動速度。同時(shí),步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn),瞬時(shí)啟動和快速停止的時(shí)間。其過載性能也很好,它的速度不受負(fù)載大小,這也是選擇步進(jìn)電機(jī)的主要原因。除了步進(jìn)電機(jī)也可以改變脈沖信號來實(shí)現(xiàn)其控制和調(diào)整,非常方便快捷。因此,步進(jìn)電機(jī)的速度精度可以滿足要求。事實(shí)上,步進(jìn)電機(jī)和伺服都能滿足要求。但在仔細(xì)考慮之后,還是決定使用步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)。 2.3.1選擇步進(jìn)電機(jī)的注意事項(xiàng)必須保證：電機(jī)的功率必須大于工作所需的功率，這是前提。在保證功率滿足要求的前提下為了不浪費(fèi)，還是要用小功率的電機(jī)。各種的工作負(fù)載力矩要符合

18、步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性曲線之內(nèi)，只有這要才能保證工作臺運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。所選的步進(jìn)電機(jī)必須滿足數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)精度。 2.3.2電機(jī)的參數(shù)計(jì)算按照設(shè)計(jì)、工作對電機(jī)的綜合要求，本次設(shè)計(jì)采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)作為本數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的動力源。電機(jī)的選擇必須考慮到工作臺的負(fù)載及及其回轉(zhuǎn)臺自身的重量。（1）電機(jī)功率的計(jì)算回轉(zhuǎn)臺工作的功率的算法： （2-1） （2-2）其中， 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作效率 我們可以知道電機(jī)功率： （2-3） （2-4）式中：為步進(jìn)電機(jī)到工作臺之間的總效率 為齒輪傳動的傳動效率 為一對軸承效率 為蝸桿的效率查表可得：齒輪傳動的傳動效率： =軸承的效率： =蝸桿傳動的傳動效率： =因此由

19、2-4式得傳動總效率： 由2-3式可知道電機(jī)功率： 由此得出一般電機(jī)的額定功率的范圍： 取電機(jī)額定功率（2）確定電機(jī)轉(zhuǎn)速查參考文獻(xiàn)3表1-8，可?。糊X輪傳動比：3-5蝸桿傳動比：所以計(jì)算總傳動為：電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍： （3）傳遞轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩的范圍： 根據(jù)轉(zhuǎn)矩范圍，同時(shí)為了降低步進(jìn)電機(jī)的價(jià)格和重量，本次設(shè)計(jì)選取常用的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)型號為：56BYG250D-0241，其各項(xiàng)的參數(shù)如表2-2所示:表2-2 56BYG250D-0241型電機(jī)參數(shù)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)規(guī)格型號步距角相電流A保持轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)動慣量/重量外形尺寸56BYG250D-02410.9/1.82.41.72460156×56&#

20、215;76（4） 回轉(zhuǎn)精度校核在本次設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)中要求回轉(zhuǎn)精度： 回轉(zhuǎn)精度= 所計(jì)算的值符合回轉(zhuǎn)精度要求，所選的56BYG250D-0241型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求，故選用。2.4齒輪的設(shè)計(jì) 2.4.1齒輪材料確定根據(jù)GB/T100851988的推薦，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)齒輪傳動采用直齒圓柱齒輪傳動的形式如圖2-1所示。因?yàn)榛剞D(zhuǎn)工作臺的速度不高，所以齒輪傳動桿選用45號鋼，齒輪面的硬度為45-55HRC。齒輪材料如下：（1）齒輪7級精度；（2）小齒輪用40Gr（調(diào)質(zhì)處理），硬度為（3）大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，采用腹板式；選用傳動比為，其中小齒輪齒數(shù)為Z1=20，那么大齒輪齒數(shù)為Z2=

21、iZ1=60 2.4.2齒輪強(qiáng)度計(jì)算 （2-5）式中：K為載荷系數(shù) 為小齒輪轉(zhuǎn)矩 為齒寬系數(shù)為彈性系數(shù)為接觸疲勞許用應(yīng)力 （1）計(jì)算式中各參數(shù)1）本設(shè)計(jì)中試選取載荷系數(shù)為；2）算出小齒輪的轉(zhuǎn)矩由電機(jī)的轉(zhuǎn)距可知： 3）查參考文獻(xiàn)1表10-7，取齒寬系數(shù)為4）查參考文獻(xiàn)1表10-6可得齒輪材料的彈性影響系數(shù)為5）查參考文獻(xiàn)1圖10-21d通過齒面的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）小齒輪的轉(zhuǎn)速 （2-6）式中：為小齒輪轉(zhuǎn)速其大小等于電機(jī)的轉(zhuǎn)速，其余均為已知，固： 7) 查參考文獻(xiàn)1圖10-19本設(shè)計(jì)取接觸疲勞壽命系數(shù)為，8) 計(jì)算接觸許用應(yīng)力本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選取失效概率，安

22、全系數(shù)，則 取較小者： =522.5MPa將計(jì)算出來的各數(shù)值代入3-5式中小齒輪的分度圓直徑求得： （2）計(jì)算各參數(shù)1）周轉(zhuǎn)速度 2）齒寬b計(jì)算 3)齒寬與齒高之比模數(shù) 齒高 齒高比 4）載荷系數(shù)的計(jì)算根據(jù)，精度7級，查參考文獻(xiàn)1圖10-8可以知道動載荷系數(shù)，直齒輪； ；查參考文獻(xiàn)1表10-4用插值法查得在精度7級，齒輪不是對稱布置時(shí)，；由、，查參考文獻(xiàn)1圖10-13得；故載荷系數(shù)： 6） 7）計(jì)算模數(shù)m 8）查得參考文獻(xiàn)1式10-5 知道計(jì)算彎曲強(qiáng)度的公式如下: (2-7）（3）計(jì)算公式內(nèi)的各數(shù)值1）查參考文獻(xiàn)1圖10-2得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為2）查參考文獻(xiàn)1

23、圖10-18取小齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù)為大齒輪的彎曲壽命系數(shù)為3）設(shè)計(jì)采用彎曲疲勞安全系數(shù),查參考文獻(xiàn)1式10-12 (2-8）得： 4）計(jì)算載荷系數(shù)K 5)查參考文獻(xiàn)1表10-5得到齒形系數(shù)小齒輪： 大齒輪：6）查參考文獻(xiàn)1表10-5得應(yīng)力校正系數(shù)小齒輪： 大齒輪：7）求齒輪的 將所求的參數(shù)代上式3-7中得： （4）兩種強(qiáng)度設(shè)計(jì)就近用,分度圓直徑使用。通過這知道小齒輪齒數(shù)： 即小齒輪齒數(shù)為：大齒輪齒數(shù)： 即大齒輪齒數(shù)為：按照這種方法設(shè)計(jì)出的齒輪，既能滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又能滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并且做到了結(jié)構(gòu)的緊湊。 2.4.3尺寸計(jì)算（1）求分度圓直徑 （2）中心距 （3）齒輪寬度的計(jì)算

24、 本設(shè)計(jì)中取， 2.4.4齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2-3，2-4所示，分別為小齒輪、大齒輪的零件圖。兩齒輪都是采用實(shí)心結(jié)構(gòu)，采用單鍵連接齒輪與軸 。圖2-3 小齒輪圖圖2-4 大齒輪圖2.5蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)蝸桿直徑小、跨距大、多作主動件、硬齒面，所以選用的材料應(yīng)具有剛度大，熱處理、鍛造、機(jī)加工工藝性要好，應(yīng)有很高的齒面硬度（大于45HRC），同時(shí)芯部具有良好的韌性，綜合考慮選用45號鋼表面淬火蝸輪材料的選擇蝸輪材料應(yīng)具有摩擦、耐磨、耐高溫、熱膨脹系數(shù)小等性能，同時(shí)應(yīng)具有跑合性及工藝性良好，常用的蝸輪輪緣材料有：（1）鑄錫青銅 有良好的耐磨性和、減磨性、鑄造性能，及機(jī)加工工藝良好用于較高速度的場合，是理想的

25、蝸輪材料，常用的型號有 ZCuSn10P1、ZCuSnPb5Zn5；（2）鑄鋁鐵青銅 有良好的鑄造性，抗點(diǎn)蝕能力較強(qiáng)，抗膠合能力較差，多用于中低速蝸桿傳動；（3）灰鑄鐵及球鐵 用于不重要的蝸桿傳動。常用型號有HT200、HT250、HT300、QT70-2。 2.5.1蝸輪蝸桿強(qiáng)度設(shè)計(jì)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，由參考文獻(xiàn)1，得傳動中心距： (2-9) 式中：K為載荷系數(shù) 為蝸桿上的轉(zhuǎn)矩 為彈性影響系數(shù) 為接觸系數(shù) 為許用接觸用力 確定式中各參數(shù)（1）計(jì)算蝸輪上的轉(zhuǎn)矩按，估取效率，則 那么為 （2）載荷系數(shù)由于工作載荷較為穩(wěn)定，所以選取載荷分布不均勻系數(shù)，查參考文

26、獻(xiàn)1表11-5選取使用系數(shù)為，同時(shí)考慮到載荷系數(shù)不高，工作中對蝸輪蝸桿沖擊不大，故選取動載荷系數(shù)則 （3）彈性影響系數(shù)因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中蝸輪選用的材料為鑄錫磷青銅來和材料為45鋼的蝸桿相配，故選取。（4）接觸系數(shù)設(shè)計(jì)中先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和中心距a的比，查參考文獻(xiàn)1圖11-18中可得。（5）許用接觸應(yīng)力本設(shè)計(jì)中蝸輪為，并且鑄造用的是金屬模，蝸桿的螺齒面硬度，可查參考中可以基本許用應(yīng)力為。應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 壽命系數(shù) 則 將以上參數(shù)代入式3-9中計(jì)算中心距 取中心距，因，查參考文獻(xiàn)1表11-2本設(shè)計(jì)取模數(shù)為，設(shè)計(jì)中蝸桿分度圓直徑為。這時(shí)，查參考文獻(xiàn)1圖11-18中可以得到接觸系數(shù)為，因?yàn)椋砸陨系乃杏?jì)算

27、結(jié)果均符合要求。2.5.2 蝸桿與蝸輪的參數(shù)（1）蝸桿1）軸向齒距查參考文獻(xiàn)1表11-3得 2）查參考文獻(xiàn)1表11-2可知直徑系數(shù)，分度圓導(dǎo)程角，3）查參考文獻(xiàn)1表11-3得齒頂圓直徑 4）查參考文獻(xiàn)1表11-3得齒根圓直徑 5）查參考文獻(xiàn)1表11-3得蝸桿軸向齒厚 （2）蝸輪1）查參考文獻(xiàn)1表11-2可知蝸輪齒數(shù)，變位系數(shù)；驗(yàn)證傳動比 而設(shè)計(jì)中的傳動比誤差為，是允許的，符合設(shè)計(jì)要求。2）查參考文獻(xiàn)1表11-2可知蝸輪分度圓直徑 3）查參考可知蝸輪齒頂高 4）查參考文獻(xiàn)1表11-2可知蝸輪喉圓直徑 5）查參考蝸輪齒根高 6）查參考文獻(xiàn)1表11-2蝸輪齒根圓直徑 7）蝸輪咽喉圓半徑2.6聯(lián)軸器的

28、選擇目前市場上常用的聯(lián)軸器已標(biāo)準(zhǔn)化，在耦合的選擇過程中可以根據(jù)負(fù)載的特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鳁l件和要求。然后根據(jù)扭矩等參數(shù)來進(jìn)行選擇。作用在聯(lián)軸器上的轉(zhuǎn)矩： 式中：為聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩 P為驅(qū)動功率 n為工作轉(zhuǎn)速 K為工作系數(shù)，取K=2則： 再根據(jù)后面初步確定的軸1最小端直徑： dmin=6.32mm考慮到聯(lián)軸器連接的電機(jī)和軸1，在工作中或許有小小震動，并且電機(jī)啟動頻繁，所以選用彈性套柱銷聯(lián)軸器。又由于聯(lián)軸器應(yīng)該滿足轉(zhuǎn)矩小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的要求，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T4323-1984，選用TL1型彈性套柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為6300N·mm。其標(biāo)記為： 2.7 輸入軸的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中軸1材料采

29、用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，其結(jié)構(gòu)如圖2-5所示；圖2-5 軸1 2.7.1 軸上參數(shù)計(jì)算 （1）求輸入軸上的，設(shè)計(jì)中取軸承傳動效率 聯(lián)軸器傳動效率 （2）計(jì)算作用于齒輪上的力上面我們已經(jīng)求出了小齒輪分度圓直徑是40.5mm 軸上力情況分析如下圖2-6所示； 圖2-6 軸1受力圖 （3）求軸最小直徑因?yàn)樵O(shè)計(jì)選取軸是45鋼，而且是調(diào)質(zhì)處理，可知,于是得 用輸入軸的最小直徑端作為聯(lián)軸器安裝的地方，該段與聯(lián)軸器相配,根據(jù)聯(lián)軸器的型號故取。從動端半聯(lián)軸器L=22mm，為保證軸段的擋圈壓有空間安放，VI-VII段的長度要取比L略小一點(diǎn)，故取。因?yàn)閂I-VII左端需制出一軸肩，故取V-VI段的直徑 （4）軸的設(shè)計(jì)

30、1）本設(shè)計(jì)擬定軸1上零件的結(jié)構(gòu)情況如圖2-7所示；2）本設(shè)計(jì)中軸承初步為滾動軸承?？紤]到軸承在工作中同時(shí)受到了徑向力與軸向力的作用，所以設(shè)計(jì)中采用單列圓錐滾子軸承。根據(jù)工作的需求，并且，查參考文獻(xiàn)2表9-30初步選定圓錐滾子軸承30204。其尺寸為，所以，。3）按照軸向定位來確定軸的各段參數(shù)如圖2-7所示為軸1的結(jié)構(gòu) LvI-VII=18mm圖2-7 軸1結(jié)構(gòu)圖4)軸上周向定位半聯(lián)軸器、齒輪與軸三者的周向定位采用的都是平鍵連接方式。按由參考文獻(xiàn)1表6-1得mm。同時(shí)設(shè)計(jì)中為了確保齒輪與軸的配合有較好的對中性，故取齒輪與軸的配合為，同樣在半聯(lián)軸器與軸連接中，選取平鍵為，選取半聯(lián)軸器與軸的配合為。

31、同時(shí)滾動軸承與軸的周向定位設(shè)計(jì)中采用過度配合來，為。5）倒角、圓角查參考文獻(xiàn)1表15-2，選軸兩端的倒角，各軸肩處的圓角半徑在圖中可以看出。6）求軸的載荷如圖2-8所示，是軸1輸入軸所受的應(yīng)力分析圖；從設(shè)計(jì)中軸的工作環(huán)境和結(jié)構(gòu)圖可以得知截面B才是軸的危險(xiǎn)截面。下表為截面上的、及M，如表2-3所示；表2-3 軸1截面應(yīng)力各載荷水平面H垂直面V支反力F軸上彎矩M軸總彎矩軸上扭矩T 圖2-8 輸入軸應(yīng)力 7）根據(jù)彎扭合成應(yīng)力來計(jì)算校對輸入軸在對輸入軸校核時(shí)，一般只需校核輸入軸上承受最大扭矩、彎矩所在的截面的強(qiáng)度，即危險(xiǎn)截面A。查參考文獻(xiàn)1式15-5和上述表中的參數(shù)，再加上輸入軸單方向旋轉(zhuǎn)的，其扭矩切

32、應(yīng)力就是它的脈動循環(huán)變應(yīng)力，取。計(jì)算軸的應(yīng)力： 設(shè)計(jì)中已經(jīng)選取了軸1是45鋼，采用調(diào)質(zhì)處理，查參考文獻(xiàn)1表51-1可以知道，明顯滿足的條件，所以是安全。 2.7.2 輸入軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2-9所示，為設(shè)計(jì)的輸入軸的結(jié)構(gòu)，軸共分六段。各軸段的參數(shù)已經(jīng)列出，詳見CAD圖紙。 圖2-9軸1結(jié)構(gòu)圖2.8 蝸桿軸的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中蝸輪軸是45鋼，調(diào)質(zhì)處理。 2.8.1 軸參數(shù)設(shè)計(jì) （1）.蝸桿軸上、和的計(jì)算聯(lián)軸器 齒輪 （2）齒輪上力計(jì)算大齒輪分度圓直徑已經(jīng)在齒輪的設(shè)計(jì)中算出為而 （3）計(jì)算軸最小直徑查參考文獻(xiàn)1式15-2，查參考文獻(xiàn)1表15-3，選取，則 取由此取軸兩端的直徑是 （4）軸的結(jié)構(gòu)軸結(jié)構(gòu)如下圖2

33、-10所示。由于軸承同時(shí)受到了徑向力和軸向力，所以設(shè)計(jì)中選用單列圓錐滾子軸承。根據(jù)要求并因?yàn)?，所以選用單列圓錐滾子軸承，其尺寸為。圖2-10 蝸桿軸結(jié)構(gòu) （5）計(jì)算各軸長1）設(shè)計(jì)滿足最小軸要求 2）設(shè)計(jì)確保大齒輪合理裝配 3)設(shè)計(jì)確保蝸桿安裝 4）結(jié)合與渦輪的配合設(shè)計(jì) （4）渦輪軸各端倒角為，其軸肩的各圓角的半徑為R2圖2-11 軸2力圖對渦輪軸受力分析，如圖2-11為渦輪軸的受力分析圖 可以從圖中明顯得知截面A才是危險(xiǎn)的。下表2-4為截面A處的及M的 值：表2-4 截面應(yīng)力 軸載荷水平面H垂直面V支反力力F軸上彎矩M軸總彎矩軸上扭矩T 2.8.1 軸強(qiáng)度的校核設(shè)計(jì)中在對渦輪軸校核時(shí)，一般只需

34、校核渦輪軸受到最大扭矩、彎矩截面的強(qiáng)度，即截面A。參考文獻(xiàn)1式15-5和上述表中的參數(shù)，再加上軸是單向旋轉(zhuǎn)的，渦輪軸的扭矩切應(yīng)力就是脈動循環(huán)變應(yīng)力，選。那么計(jì)算軸的應(yīng)力： 設(shè)計(jì)中已經(jīng)選輸入軸是45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查參考文獻(xiàn)1表51-1可以知道，明顯滿足的條件，所以是安全。 2.8.2渦輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2-13所示，為渦輪軸7共六段。各部分的參數(shù)已完成計(jì)算。圖2-12軸2結(jié)構(gòu)圖2.9軸承的選擇本次設(shè)計(jì)需要用到兩對軸承,分別在輸入軸和蝸桿軸上。因?yàn)槎际艿捷S向力和圓周力效應(yīng),因此,設(shè)計(jì)用于滾動軸承。像機(jī),使用最廣泛的零件之一的滾柱軸承的滾動接觸元素支持的旋轉(zhuǎn)部分。在滑動軸承,滾動軸承具有摩擦少,容易啟

35、動,降低能耗等。和大多數(shù)當(dāng)前的滾動軸承已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,所以在滾動軸承的使用,只有根據(jù)軸承的工作條件,準(zhǔn)確地選擇模型。在圓錐滾子軸承的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)的不同的軸的誤差將直接導(dǎo)致加工錯(cuò)誤. .軸承不僅可以工作在同一時(shí)間在同一時(shí)間的力量兩個(gè)方向,分別為徑向和軸向。外圈可分離,安裝時(shí),間隙可調(diào)。軸承的代碼是3000,然后選擇軸承的模型根據(jù)安裝尺寸。輸入軸的采用,渦輪軸使用的。（1） 軸承游隙的選擇可以調(diào)整軸承間隙的設(shè)計(jì)。它可以通過端蓋下面的墊片調(diào)整,這種方法比較快。（2）軸承潤滑滾動軸承在工作時(shí),它應(yīng)該使用潤滑來避免軸承部件的磨損。潤滑可以達(dá)到盡可能減少摩擦和磨損,同時(shí)也起到了冷卻、減震、密封等作用?？梢哉f,合

36、理的潤滑對軸承性能的提升起著非常大的作用。有很多滾動軸承的潤滑方法：脂潤滑,油潤滑和固體潤滑?？紤]到回轉(zhuǎn)工作臺頻繁的啟動,工作時(shí)間長,溫度相對較高。所以油潤滑的設(shè)計(jì)。（3）軸承密封裝置軸承密封的設(shè)計(jì)的目的是分離水、灰塵等雜質(zhì),確保潤滑劑不會丟失。密封裝置可以分為兩類,它們是接觸、非接觸類型。在這個(gè)設(shè)計(jì)中,采用接觸式密封中的唇形密封圈。2.10箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.10.1箱體結(jié)構(gòu)見CAD圖紙 2.10.2箱體參數(shù)設(shè)計(jì)主要零件的質(zhì)量： 工作臺：21.05 Kg 渦輪：8.94 Kg 齒輪軸：0.788 Kg大齒輪：3.9 Kg蝸桿軸：4.15 Kg 輸出軸：5.7Kg表2-5 回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)

37、名稱參數(shù)符號尺寸（mm）箱座壁厚8箱蓋壁厚8箱蓋凸緣厚度箱體凸緣厚度箱座底部凸緣厚度20箱座地腳螺釘直徑16箱座地腳螺釘數(shù)4大齒輪頂圓與內(nèi)機(jī)壁距離10齒輪斷面與內(nèi)機(jī)壁距離8箱蓋、箱座肋厚6.8軸承端蓋外徑軸承端蓋的凸緣厚度t外箱壁至軸承斷面距離L定位銷的直徑d6.4軸承端蓋螺釘直徑連接螺栓D2的間距l(xiāng)60參數(shù)名稱參數(shù)符號尺寸（mm）箱蓋與箱座連接螺栓的直徑軸承旁連接螺栓的直徑3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1回轉(zhuǎn)工作臺的PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路(如圖3所示)設(shè)計(jì)思路：步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比，其速度與單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組的相序有關(guān)。所以只要用可編程控制器控制步進(jìn)電機(jī)輸出的指令脈沖的數(shù)量、頻率及繞組通電的相序，便可控制回轉(zhuǎn)工作臺的位移量、速度和方向，且可獲得較高的控制精度，從而完成回轉(zhuǎn)工作臺的控制功能。3.2回轉(zhuǎn)工作臺的PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是指根據(jù)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工藝要求，使用相應(yīng)編程語言(梯形圖設(shè)計(jì))，對實(shí)際控制進(jìn)行程序正反轉(zhuǎn)驅(qū)動器編制和調(diào)試過程，本控制系統(tǒng)需要完成的212作敘述如下。通過控制脈沖的發(fā)生個(gè)數(shù)來控制