雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)

雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)摘要在現(xiàn)有的三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)上再增加一個(gè)具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，將其安裝在原有的工作臺(tái)上，與原有的工作臺(tái)成為一個(gè)整體，成為一個(gè)多自由度的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，即雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。再通過對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的升級(jí)（不屬于此題范疇），使該機(jī)床成為五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床。這樣的雙回轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺(tái)不僅可以沿X、Y、Z方向作平行移動(dòng)，在A、B兩軸能同時(shí)運(yùn)動(dòng)，且能隨時(shí)停止，在A軸上能夠在一定角度內(nèi)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，在B軸上可以做360度的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。不僅可以加工簡(jiǎn)單的直線、斜線弧，還可適應(yīng)更復(fù)雜的曲面和球形零件的加工。關(guān)鍵詞：雙軸，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，設(shè)計(jì)，機(jī)床ThedoubleturnsroundrotaryworktableABSTRACTAtcurrentthreesitthemarkconnectthenumberthatmovetheworkonthestagecontrolsthemachinebedincreasesanumberforhavingtworevolvefreedegreecontrolstheturn-overworkset,willitsgearingisintheoriginalworkonthestage,withoriginallypossessedoftheworksetbecomesathewhole,becomingtheturn-overworksetofamanyfreedegrees,namelythedoubleturnsroundthenumbercontrolstheworkset.Passagainthegradecreep(donotbelongtothiscategory)thatlogarithmscontrolsystem,makethemachine'sbedbecomefivesitthemarkconnectthedynamicnumbercontrolsthemachinebed.Suchaturn-overnumbercontrolstheworksetcannotonlymaketheparallelambulationalongtheX,Y,thedirectionofZ,continuingtorevolveinA,Btwostalkscanatthesametimeexercise,andcanatanytimestop,ontheAstalkcaninthecertainangle,canningthe360degreesofrevolvingcontinuouslyontheBstalk.Cannotonlyprocessthesimplestraightline,obliqueline,arc,canbutalsoadapttothemorecomplicatedcurvedfacetoprocesseswiththespheroidspareparts.Keywords:Thedoubleturnsround,rotaryworktable,Fivesitthemark;Connecttomove,design,Machinebed第1章緒論11.1本課題的研究范圍及應(yīng)解決的主要問題11.2本課題的研究目的和現(xiàn)實(shí)意義.11.3國內(nèi)外現(xiàn)有數(shù)控發(fā)展?fàn)顩r21.4當(dāng)代數(shù)控發(fā)展的主要趨勢(shì)31.5數(shù)控機(jī)床的升級(jí)（五軸聯(lián)動(dòng)）11第2章電動(dòng)機(jī)的選擇122.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)與種類122.1.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)122.1.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類122.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇14第3章工作臺(tái)方案的選定243.1分度工作臺(tái)243.2數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)253.2.1開環(huán)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)263.2.2閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)273.3調(diào)隙結(jié)構(gòu)273.3.1雙螺距蝸桿傳動(dòng)3.3.2雙蝸桿傳動(dòng)3.4 閉環(huán)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)第4章雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)30第5章蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)計(jì)算345.1蝸桿傳動(dòng)輸入?yún)?shù)345.2接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算345.3確定蝸輪蝸桿主要尺寸365.4蝸桿的傳動(dòng)效率375.5蝸桿蝸輪的精度等級(jí)的選擇375.6蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算38第6章齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算396.1齒輪設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)396.2齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式和布置形式396.3材料及熱處理396.4初步確定齒輪基本參數(shù)406.5齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核436.6齒根彎曲強(qiáng)度的校核446.7齒輪基本參數(shù)第7章結(jié)論71參考文獻(xiàn)72英文原文：73中文譯文：78致謝82第1章緒論1.1本課題的研究范圍及應(yīng)解決的主要問題本課題內(nèi)容為雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，那么其研究范圍則包括:雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作原理、功能結(jié)構(gòu)及重要功能部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算。由此可知，本課題主要解決的問題有：1.熟悉并掌握雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作原理；2.初步定下其功能結(jié)構(gòu)；3.完成相關(guān)（傳動(dòng)、鎖緊、密封、潤(rùn)滑等）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；4.進(jìn)行尺寸計(jì)算和校核運(yùn)算；5.使用SOLIDEDGE完成雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的三維造型設(shè)計(jì)和工程圖。1.2本課題的研究目的和現(xiàn)實(shí)意義隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中心的需求也在增加，特別是四軸、五軸聯(lián)動(dòng)的加工中心。雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是五軸聯(lián)動(dòng)的重要功能部件，它能夠?qū)崿F(xiàn)回轉(zhuǎn)軸和擺動(dòng)軸的兩坐標(biāo)定位。通過第四軸、第五軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)或分度頭完成精密角度的等分、不等分或連續(xù)的回轉(zhuǎn)加工，完成復(fù)雜曲面加工，使機(jī)床的加工范圍得以擴(kuò)大。在三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床上增加了雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，并通過數(shù)控改造使之成為五軸數(shù)控銑床，是擴(kuò)展普通機(jī)床使用功能的簡(jiǎn)捷方式。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是一種科技含量高、精密度高專門用于加工復(fù)雜曲的機(jī)床，這種機(jī)床系統(tǒng)對(duì)一個(gè)國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等等行業(yè)，有著舉足輕重的影響力，堪稱“制造業(yè)之靈魂”。而提高五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的科技含量、精密度的重要手段之一就是提高雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的精密度。需要不斷提高雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工作性能，才能在實(shí)質(zhì)上提高我國五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的整體水平，使我國裝備制造業(yè)得到長(zhǎng)足發(fā)展。1.3國內(nèi)外現(xiàn)有數(shù)控發(fā)展?fàn)顩r五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是近幾年才發(fā)展起來的技術(shù)，標(biāo)志著一個(gè)國家的工業(yè)技術(shù)水平。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)是數(shù)控機(jī)床的重要功能部件之一，國內(nèi)外將對(duì)其的研發(fā)和改進(jìn)視為重中之重。只是國外研發(fā)步伐比較早，像美國，德國，日本這樣的發(fā)達(dá)國家在數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)方面已經(jīng)有了較為成熟的技術(shù)，其表現(xiàn)為：具有較好的可靠性，耐用度和精度保持性等。我國的數(shù)控研發(fā)企業(yè)雖然起步很晚，但也奮起直追，在研發(fā)層面上已與國外企業(yè)水平相持平，只是苦于國內(nèi)加工企業(yè)其持設(shè)施較差，無法完成較高精度零件的加工，使得國產(chǎn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)在可靠性，精度保持性上與國外有較大差距。1.4當(dāng)代數(shù)控發(fā)展的主要趨勢(shì)在規(guī)格上向兩頭延伸，即開發(fā)小規(guī)格和大規(guī)格的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)；在性能上進(jìn)一步提高剎緊力矩、提高主軸轉(zhuǎn)速及可靠性；在蝸桿副傳動(dòng)方面，大幅度提高工作臺(tái)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺(tái)的承載能力；在轉(zhuǎn)臺(tái)形式方面，繼續(xù)開發(fā)研制兩軸聯(lián)動(dòng)和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。在我國，數(shù)控機(jī)床與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視，近年來取得了相當(dāng)大的進(jìn)步，特別是在通用數(shù)控領(lǐng)域，以pc為平臺(tái)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)逐步縮短了與世界先進(jìn)水平的差距。作為機(jī)床的主要組成部分，分度類機(jī)床附件（轉(zhuǎn)臺(tái)、分度頭、刀架）對(duì)機(jī)床的性能、質(zhì)量、可靠性起著至關(guān)重要的作用，作為數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)，在近期的主要任務(wù)是進(jìn)一步開發(fā)研制高精度、高剛性、高回轉(zhuǎn)速度的多功能數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)。1.5數(shù)控機(jī)床的升級(jí)（五軸聯(lián)動(dòng)）數(shù)控機(jī)床加工某些零件時(shí)，除需要有沿X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之外，還需要有繞X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，分別稱為A、B、C軸。五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床也稱五坐標(biāo)機(jī)床，它是在三個(gè)平動(dòng)軸（沿X、Y、Z軸的直線運(yùn)動(dòng)）的基礎(chǔ)上增加了兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸（能實(shí)現(xiàn)繞X軸、Z軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即A軸和C軸）,不僅可使刀具相對(duì)于工件的位置任意可控,而且刀具軸線相對(duì)于工件的方向也在一定范圍內(nèi)任意可控，由此使五坐標(biāo)加工工具有以下特點(diǎn)：圖五坐標(biāo)加工的特點(diǎn)（1） .可避免刀具干涉,加工普通三坐標(biāo)機(jī)床難以加工的復(fù)雜零件，加工適應(yīng)性廣，如圖1（a）所示。（2） .對(duì)于直紋面類零件，可采用側(cè)銑方式一刀成型，加工質(zhì)量好、效率高，如圖1（b）所示。（3） .對(duì)一般立體型面特別是較為平坦的大型表面，可用大直徑端銑刀端面逼近表面進(jìn)行加工,走刀次數(shù)少,殘余高度小,可大大提高加工效率與表面質(zhì)量，如圖1（c）所示。（4） .對(duì)工件上的多個(gè)空間表面可一次裝夾進(jìn)行多面、多工序加工,加工效率高并有利于提高各表面的相互位置精度，如圖1（d）所示。（5） .五軸加工時(shí)，刀具相對(duì)于工件表面可處于最有效的切削狀態(tài)。例如使用球頭刀時(shí)可避免球頭底部切削，如圖1（e）所示，利于提高加工效率。同時(shí)，由于切削狀態(tài)可保持不變，刀具受力情況一致，變形一致,可使整個(gè)零件表面上的誤差分布比較均勻，這對(duì)于保證某些高速回轉(zhuǎn)零件的平衡性能具有重要作用。（6） .在某些加工場(chǎng)合，如空間受到限制的通道加工或組合曲面的過渡區(qū)域加工,可采用較大尺寸的刀具避開干涉,刀具剛性好,有利于提高加工效率與精度，如圖1（f）所示。現(xiàn)在,大家普遍認(rèn)為，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等加工的唯一手段。所以，每當(dāng)人們?cè)谠O(shè)計(jì)、研制復(fù)雜曲面遇到無法解決的難題時(shí)，往往轉(zhuǎn)向求助于五軸數(shù)控系統(tǒng)。因此在傳統(tǒng)的三軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床上安裝一個(gè)雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，即在X、Y、Z三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸之外增加了一個(gè)回轉(zhuǎn)軸和可傾軸，就完成了五周聯(lián)動(dòng)的硬件設(shè)計(jì)。雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是三軸聯(lián)動(dòng)與五軸聯(lián)動(dòng)的主要區(qū)別之一。第2章電動(dòng)機(jī)的選擇2.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)與種類2.1.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種同步電動(dòng)機(jī)，定子磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)。定子磁場(chǎng)的激磁磁勢(shì)為脈沖式，使磁場(chǎng)以一定頻率步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子也就一步一步旋轉(zhuǎn)?？梢?，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移（或直線位移）的執(zhí)行元件。給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)供電的電源是脈沖電源，而不是直流電源或正弦交流電源。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是：（1） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速主要取決于脈沖的頻率，轉(zhuǎn)子總的角位移取決于總的脈沖數(shù)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向取決于分配脈沖的相序。其步距值不受各種干擾因素的影響。（2） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每走一步所轉(zhuǎn)過的角度（實(shí)際步距值）與理論步距值之間總有一定的誤差。從某一步到任何一步，即走任意步數(shù)后，也總會(huì)有一定的累積誤差，但每轉(zhuǎn)一圈的累積誤差為零，亦即步距誤差不長(zhǎng)期積累。一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3%-5%。（3）步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。（4） 步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。（5） 步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動(dòng)，并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。2.1.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類（一） 按力矩產(chǎn)生的原理分反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：轉(zhuǎn)子無繞組；定子上有繞組，被激磁后產(chǎn)生反應(yīng)力矩，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。激磁式步進(jìn)電機(jī)：轉(zhuǎn)子有繞組（或用永久磁鋼）；定子上有繞組；繞組被激磁后產(chǎn)生電磁力矩，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。（二） 按輸出力矩大小分伺服式步進(jìn)電機(jī)：輸出力矩小，只能驅(qū)動(dòng)較小的負(fù)載；若要驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)等較大的負(fù)載,須和液壓扭矩放大器配合。功率式步進(jìn)電機(jī)：輸出力矩較大，能直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)等較大的負(fù)載。（三）按定子數(shù)分單定子式步進(jìn)電機(jī)；雙定子式步進(jìn)電機(jī)；三定子式步進(jìn)電機(jī)；多定子式步進(jìn)電機(jī)。（四）按各相繞組分布分：徑向分相式：電機(jī)各相按圓周依次排列；軸向分相式：電機(jī)各相按軸向依次排列。2.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)任務(wù)書中的要求：回轉(zhuǎn)軸和可傾軸的總傳動(dòng)比均為1：90，且工作臺(tái)臺(tái)面直徑為120mm,工作轉(zhuǎn)速2000rpm。我們選定電機(jī)為MINASA系列中MDMA系列（中慣量）電機(jī)：額定功率1KW，額定轉(zhuǎn)矩4.8NM，最大轉(zhuǎn)矩14.4NM,額定轉(zhuǎn)速2000rpm。第3章工作臺(tái)方案的選定3.1分度工作臺(tái)分度工作臺(tái)的分度、轉(zhuǎn)位和定位工作，是按照控制系統(tǒng)的指令自動(dòng)地進(jìn)行，每次轉(zhuǎn)位回轉(zhuǎn)一定角度（5°、10°、15°、30°、45°、90°、180°）,但實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)位的機(jī)構(gòu)都很難達(dá)到分度精度的要求，所以要有專門的定位元件來保證。因此定位元件往往是分度工作臺(tái)的關(guān)鍵。常用的定位元件有插銷定位、反靠定位、鋼球定位和齒盤定位等幾種。雙楔環(huán)-鋼球定位機(jī)構(gòu)只限制了工作臺(tái)體的3個(gè)自由度，工作臺(tái)體主定位面的3個(gè)自由度由工作臺(tái)底座環(huán)形滑動(dòng)導(dǎo)軌面限制，雙楔環(huán)V型溝槽及鋼球只承受夾緊力及一部分切削力，不承受夾具、工件的重量以及工作臺(tái)體自重和撞擊力，大部分切削力作用于導(dǎo)軌面上，承載剛性比多齒盤高得多。鋼球在內(nèi)外環(huán)的V型溝槽內(nèi)靈活運(yùn)動(dòng)，可以完全消除鋼球與內(nèi)外環(huán)V型溝槽斜面的間隙，夾環(huán)受力變形后仍然可以通過鋼球?qū)A緊力均勻地施加在內(nèi)外環(huán)上，夾緊剛性較好，并且使用時(shí)間越長(zhǎng)，鋼球與V型溝槽的接觸面積越大，接觸精度越好，雙楔環(huán)的精度保持性很好。齒盤定位的分度工作臺(tái)能達(dá)到很高的分度定位精度，一般為土3〃，最高可達(dá)±0.4〃。能承受很大的外載，定位剛度高，精度保持性好。實(shí)際上，由于齒盤嚙合、脫開相當(dāng)于兩齒盤對(duì)研過程，因此，隨著齒盤使用時(shí)間的延續(xù)，其定位精度還有不斷提高的趨勢(shì)。齒盤定位的分度工作臺(tái)廣泛用于數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床或其他專用機(jī)床。3.2數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)在數(shù)控機(jī)床上一般由數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)（簡(jiǎn)稱數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)）除了可以實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之外，還可以完成分度運(yùn)動(dòng)。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的外形和分度工作臺(tái)沒有多大差別，但在結(jié)構(gòu)上則具有一系列的特點(diǎn)。由于數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)能實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，所以它在結(jié)構(gòu)上和數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有許多共同之處。不同點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的是直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng),而數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)的是圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)可分為開環(huán)和閉環(huán)兩種。3.2.1開環(huán)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作是由步進(jìn)電機(jī)按指令脈沖的要求來確定數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)方向、回轉(zhuǎn)速度、回轉(zhuǎn)角度。數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的脈沖當(dāng)量是指數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)每個(gè)脈沖所回轉(zhuǎn)的角度（度/脈沖），有的小到0.001°/脈沖，有的大到2°/脈沖，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)加工精度的要求和數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)直徑大小來選定。一般加工精度愈高，脈沖當(dāng)量應(yīng)選得愈?。粩?shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)直徑愈大，脈沖當(dāng)量應(yīng)選得愈小。但也不能盲目追求過小的脈沖當(dāng)量。脈沖當(dāng)量^選定后，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的脈沖步距角e就可決定減速齒輪和渦輪副的傳動(dòng)比：8=氣x冬xOZ2Z4式中:Z1,Z2一分別為主動(dòng)、被動(dòng)齒輪齒數(shù)；Z3,Z4一分別為蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)。在確定Z1,Z2,Z3,Z4時(shí),一方面要滿足傳動(dòng)比的要求，同時(shí)也要考慮到結(jié)構(gòu)的限制。3.2.2閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)閉環(huán)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)與開環(huán)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)有轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量元件（圓光柵或圓感應(yīng)同步器）。所測(cè)量的結(jié)果反饋回去與指令值進(jìn)行比較，按閉環(huán)原理進(jìn)行工作，使轉(zhuǎn)臺(tái)定位精度更高。有一些數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)上，采用伺服電機(jī)軸端帶測(cè)速發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器，或帶脈沖編碼盤，直接反饋電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速和角位移，進(jìn)行半閉環(huán)控制。3.3調(diào)隙結(jié)構(gòu)在數(shù)控機(jī)床中，分度工作臺(tái)、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)都廣泛采用蝸桿渦輪傳動(dòng)。蝸輪副的嚙合側(cè)隙對(duì)其分度定位精度影響最大，因此消除蝸輪副的側(cè)隙就成為數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的關(guān)鍵問題。常見的蝸桿渦輪消隙方法有雙螺距蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和雙蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。3.3.1雙螺距蝸桿傳動(dòng)一般在要求連續(xù)精確分度的機(jī)構(gòu)中（如齒輪加工機(jī)床、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等）或?yàn)榱吮苊鈧鲃?dòng)機(jī)構(gòu)因承受脈動(dòng)載荷（如斷續(xù)銑削）而引起扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的場(chǎng)合往往采用雙螺距漸厚蝸桿，以便調(diào)整嚙合側(cè)隙到最小限度。圖雙螺距漸厚蝸桿調(diào)隙原理雙螺距漸厚蝸桿與普通蝸桿的區(qū)別是:雙螺距漸厚蝸桿齒的左、右兩側(cè)面具有不同的齒距（導(dǎo)程）；而同一側(cè)面的齒距（導(dǎo)程）則是相等的（圖4）。雙螺距漸厚蝸桿副的嚙合原理與一般蝸桿副嚙合原理相同，蝸桿的軸向截面仍相當(dāng)于基本齒條，渦輪則相當(dāng)于同它嚙合的齒輪。由于蝸桿齒左、右兩側(cè)面具有不同的齒距，即左、右兩側(cè)面具有不同的模數(shù)m（m=t/n）。因而同一側(cè)面的齒距相同，故沒有破壞嚙合條件。雙螺距漸厚蝸桿傳動(dòng)的公稱模數(shù)m可看成普通渦輪副的軸向模數(shù)，一般等于左、右齒面模數(shù)的平均值。此蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。但由于同一側(cè)的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的嚙合。因此，可用軸向移動(dòng)蝸桿的方法來消除蝸桿與渦輪的齒側(cè)隙。從圖5中知道，蝸桿左側(cè)的齒矩為t左，右側(cè)的齒距為t右，中間齒距為t中。當(dāng)t右〉t左時(shí)s1=t左-cls2=t右-cl相鄰兩齒厚的差值s=s2-s1=t右-t左不難看出，任意兩相鄰齒厚之差（沿同一軸向截面上）都是s=si+1-si=t右-t左，這樣的蝸桿從左到右齒厚漸厚，當(dāng)蝸桿向左移動(dòng)時(shí)，嚙合側(cè)隙將會(huì)逐漸減小。同理，當(dāng)t左〉t右時(shí)，從左到右齒厚漸薄，當(dāng)蝸桿向左移動(dòng)時(shí)，嚙合側(cè)隙將會(huì)逐漸變大。圖5是依靠改變調(diào)整環(huán)的厚度，即可使蝸桿軸向移動(dòng)，以便調(diào)整蝸桿渦輪嚙合側(cè)隙。圖雙螺距漸厚蝸桿調(diào)隙結(jié)構(gòu)圖3.3.2雙蝸桿傳動(dòng)另外一種辦法就是使用雙蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它在要求避免因承受脈動(dòng)載荷（如銑削加工）而引起扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的情況下完成連續(xù)精密傳動(dòng)的場(chǎng)合，使得齒側(cè)間隙調(diào)整到最小程度。圖雙蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖所示，我們把一個(gè)完整的蝸桿做成兩個(gè)部分（紅色為蝸桿1和金色部分為蝸桿2），它們沿著軸線可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在它們左端安裝了可調(diào)整的鎖緊裝置蝸桿固定座（銀色是固定座1、紫色是固定座2）。當(dāng)我們需要增大齒距時(shí)，向外旋轉(zhuǎn)蝸桿1，到達(dá)合適位置后，迅速擰緊固定座上的緊定螺釘直到鎖死。而減小齒距則往反方向旋轉(zhuǎn)即可。由于后者具有制造成本低、方便操作并能達(dá)到比較高的精度等特點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)方案中我們決定使用它作為該回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的渦輪蝸桿消隙機(jī)構(gòu)。3.4閉環(huán)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)考慮到機(jī)器性能要求的精密性以及加工的準(zhǔn)確性，還要與數(shù)控銑床相連成為精密的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床。因此要求系統(tǒng)為閉環(huán)，即設(shè)計(jì)一個(gè)閉環(huán)數(shù)

控回轉(zhuǎn)臺(tái)。所以選用FAGRO公司的兩個(gè)ENCODERH-90型旋轉(zhuǎn)編碼器分別安裝在與回轉(zhuǎn)臺(tái)連接的軸末端和擺動(dòng)支座軸末端。這樣即使在傳動(dòng)過程中有誤差或間隙也可在反饋后得到數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償。第4章雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)和原理通過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)和了解，整個(gè)工作臺(tái)由幾部分構(gòu)成：可傾軸部分和回轉(zhuǎn)軸部分。圖雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)視圖分和回轉(zhuǎn)軸部分。圖雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)視圖由于五軸聯(lián)動(dòng)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。現(xiàn)在很多的工廠使用的是三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，即能實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)軸方向的同時(shí)平動(dòng)。如果再配上一個(gè)雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，能實(shí)現(xiàn)繞X軸、Z軸旋轉(zhuǎn)（即A軸和C軸），再完成數(shù)控部分的改造,實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制即能實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)。這樣即可減少固定資產(chǎn)的無形磨損，又避免購置新機(jī)的大量資金投入。4.1雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的功用第一，使工作臺(tái)進(jìn)行圓周進(jìn)給完成切削工作；第二，使工作臺(tái)進(jìn)行分度工作。它按照控制系統(tǒng)的命令，在需要時(shí)完成上述務(wù)。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用無級(jí)變速方式工作，所以定位精度完全由控制系統(tǒng)決定。4.2雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)此處引用的工作臺(tái)屬于閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器分別位于與工作臺(tái)固接的軸端和支撐座的尾端，能將旋轉(zhuǎn)后的位置準(zhǔn)確的反饋回系統(tǒng)。這種數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在它的輸出軸接一級(jí)齒輪減速器。該數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)由圓柱齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)、渦輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)、間隙消除裝置及蝸輪軸夾緊裝置組成。因?yàn)槭菧u輪蝸桿傳動(dòng)與分度，所以停位不受限，并不像端齒分度盤一樣，只能分度固定的角度的整數(shù)倍（5°、10°、15°等），而且偏轉(zhuǎn)范圍較大（105°?5°）,能加工任何角度與傾斜度的孔與表面。齒的側(cè)隙是靠齒輪制造精度和安裝精度來保持。大齒輪的支撐軸與渦桿軸做成一個(gè)軸，這種聯(lián)結(jié)方式能增大連接的剛性和精度,更能減少功率的損耗。其工作原理簡(jiǎn)述如下：雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)由交流侍服電機(jī)驅(qū)動(dòng)圓柱齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)渦輪渦桿系統(tǒng)，使工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)接到數(shù)控系統(tǒng)的指令后，首先松開圓周運(yùn)動(dòng)部分的渦輪夾緊裝置，松開渦輪，然后啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī),按數(shù)控指令確定工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)方向、回轉(zhuǎn)速度及回轉(zhuǎn)角度大小等參數(shù)。擺動(dòng)部分的工作原理與此相同。需要說明的是，當(dāng)工作臺(tái)靜止時(shí)必須處于鎖緊狀態(tài)，工作臺(tái)在其傳動(dòng)軸端部安裝了夾緊液壓缸進(jìn)行夾緊。當(dāng)工作臺(tái)不回轉(zhuǎn)時(shí)，夾緊油缸在液壓油的作用下向外運(yùn)動(dòng)，通過剎車片緊緊頂在渦輪軸表面，從而鎖緊工作臺(tái)。當(dāng)工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)時(shí),數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，反向重復(fù)上述動(dòng)作，松開渦輪，使渦輪和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)按照控制系統(tǒng)的指令進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。4.3鎖緊裝置及鎖緊力計(jì)算4.3.1鎖緊的介紹與選用在雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)部分，渦輪軸端的剎車片采用的是液壓缸直接頂緊，用剎車活塞與渦輪軸端剎車片的摩擦力來鎖緊。鎖緊力計(jì)算過程舉例如下：4.4潤(rùn)滑與密封4.4.1回轉(zhuǎn)部分的潤(rùn)滑與密封因?yàn)榛剞D(zhuǎn)部分有較大的擺動(dòng)角度（105°-5°），所以雖然蝸輪蝸桿及齒輪傳動(dòng)都是在箱體內(nèi)，也不能采用常規(guī)的甩油潤(rùn)滑。再者箱蓋或工作臺(tái)與箱座或回轉(zhuǎn)下箱之間不可能有很好的密封，在傾斜時(shí)會(huì)將存于箱底的油倒出沒法再甩油。所以回轉(zhuǎn)部分都應(yīng)選用循環(huán)噴油潤(rùn)滑。但在裝配時(shí)軸承部分要先填好潤(rùn)滑脂，以免長(zhǎng)時(shí)間得不到潤(rùn)滑而降低使用壽命。噴油潤(rùn)滑的好處非常多，可以沖掉傳動(dòng)過程中齒輪嚙合區(qū)的磨粒、減少磨損、延長(zhǎng)使用壽命、對(duì)蝸輪蝸桿進(jìn)行很好的冷卻與潤(rùn)滑等。為防止工作過程中切屑與雜質(zhì)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)臺(tái)，回轉(zhuǎn)部分與下箱之間要用防塵圈密封好，這樣還能起到存油潤(rùn)滑軸承的作用。為防止傳動(dòng)過程中有雜質(zhì)存于箱體內(nèi)，隨油進(jìn)入軸承，影響軸承壽命，應(yīng)定期對(duì)箱體內(nèi)進(jìn)行清洗。4.4.2擺動(dòng)部分的潤(rùn)滑與密封擺動(dòng)部分是固定在平動(dòng)工作臺(tái)上的，只能隨X、Y、Z軸平動(dòng)，所以選擇甩油潤(rùn)滑，當(dāng)然也可以采用噴油潤(rùn)滑。由于回轉(zhuǎn)部分已采用噴油潤(rùn)滑，無非是多幾條支路而已。在左端回轉(zhuǎn)箱內(nèi)有蝸輪蝸桿，所以軸承能同時(shí)得到潤(rùn)滑。而在右端只是起支撐作用，只能用脂潤(rùn)滑。左支撐只需要采用常規(guī)的齒輪-蝸桿減速器中的密封方法即可。各軸承端則需采用橡膠密封圈密封。與回轉(zhuǎn)支架相連部分的軸承端用橡膠圈密封，因?yàn)樽蠖瞬捎昧擞蜐?rùn)滑。第5章蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)計(jì)算5.1蝸桿傳動(dòng)輸入?yún)?shù)根據(jù)GB/T10085-1988推薦，采用漸開線蝸桿(ZI)。轉(zhuǎn)速n=1000尸/min，扭矩T=0.97x4x2=7.76N-m功率p= =1000x7/76=0.812565KW9550 95505.5蝸桿蝸輪的材料和精度等級(jí)的選擇蝸桿選用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。蝸輪選用ZCuAl10Fe3，金屬模鑄造。加工精度6級(jí)。5.2確定蝸輪蝸桿主要尺寸初選幾何參數(shù)選z=1 z=iz=45x1=45計(jì)算蝸桿輸出轉(zhuǎn)矩T2粗算傳動(dòng)效率：門=（100-3.5打）/100=（100-3.^45）/100=0.765T=niT=0.765x45x7.76=267N-m確定許用接觸應(yīng)力cHP由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第五版?第三卷）（以下齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)參數(shù)均根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第五版?第三卷）查得）圖14-4-13查得滑動(dòng)速度u=2.65m/s由表14-4-14查得c =190N/mm2HP求載荷系數(shù)K由表14-4-12知：K=KKKKKK式中：%——?jiǎng)虞d系數(shù)K2 嚙合質(zhì)量系數(shù)K3——小時(shí)載荷率系數(shù)K4——環(huán)境溫度系數(shù)K5——工作情況系數(shù)K6 風(fēng)扇系數(shù)u<3m/s，按表14-4-12取K=1查表14-4-15,6級(jí)精度時(shí)K2=0.93由于JC=40/60=66.67%，由圖14-4-8得K3=0.92由表14-4-16查得K=1.08由表14-4-17查得K=1.0由圖14-4-9查得 K6=0.87所以K=1x0.93x0.92x1.08x1.0x0.87=0.804計(jì)算和m和q值m3q>■'(15150)2KT33HP2(15150)2乂0.804x267=5.1mm345x190查表14-4-5，取m=2q=17.75

主要幾何尺寸計(jì)算m, -、a=—(z+q+2x)=2(45+17.75+0)=62.75mm圓整中心距，取a=62.75mm導(dǎo)程角 r=arctanR/q)=arctan(1/17.75)=3。13'10〃分度圓直徑《=mq=2x17.75=35.5mmd=mz=2x45=90mm齒頂圓直徑d=d+2hd1=35.5+2x2=39.5mmd=90+2x2=94mma2齒根圓直徑d=d-2hd=35.5-2x1.2x2=30.7mmd=90-2x1.2x2=85.2mm2節(jié)圓直徑d=d=35.5mmd'=d=90mm2 25.3接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算1.齒面接觸強(qiáng)度核算驗(yàn)算由表14-4-12得14783KT—技二=165.5N/=165.5N/mm2= , 90V35.52.因?yàn)閎H<bHp，所以齒面接觸強(qiáng)度足夠。2.確定許用彎曲應(yīng)力bFP

根據(jù)表14-4-12 bFp=bfJn由表14-4-13查得b =80N/mmFbP 2應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60^t,10(20-=60x x50000=3.33x10790由圖14-4-7查得 丫廣0.68所以b =80x0.68=54.4N/mm23.齒根彎曲強(qiáng)度校核驗(yàn)算由圖14-4-6由圖14-4-6查得由表14-4-12得京°%00"b= 2Fd'dfmYcosr21 2=48.09N/mm22000x701.892x0.804=48.09N/mm2283.5x56x3.15x0.47xcos3°13'10〃因?yàn)閎Vb所以齒根彎曲強(qiáng)度足夠。5.6蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算蝸桿傳動(dòng)由于效率低，所以工作時(shí)發(fā)熱量大。在閉式傳動(dòng)中，如果產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散逸，將因油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂專瑥亩龃竽Σ翐p失，甚至發(fā)生膠合。所以，必須根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量等于同時(shí)間內(nèi)的散熱量的條件進(jìn)行熱平衡計(jì)算，以保證油溫穩(wěn)定地處于規(guī)定的范圍內(nèi)。由于摩擦損耗的功率，則產(chǎn)生的熱流量（單位為lW=lJ/s）為H1=1000P（1-nW式中P為蝸桿傳遞的功率，kW。兇=1000*1*（1-0.776）W=224W以自然冷卻方式，從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中去的熱流量為傳嚇（時(shí)）W式中S-箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，氣=（8.15?-C），空氣流通良好時(shí)，取大值；S--內(nèi)表面能被潤(rùn)滑油所飛濺到，而外表面又可為周圍空氣所冷卻的箱體表面面積，m'；&-油的工作溫度，一般限制在60?70°C,最高不應(yīng)超過80°C；&-周圍空氣的溫度，常溫情況可取為20C；S=150x225+150x124+225x124=80250mm2=0.08025m2按熱平衡條件H]=H2，可求得在既定工作條件下的油溫為t=t+1OOOP（1-叩）0a逐“1000x1x(1-.776)=20+ 17.45x0.08025=180°C在10>80C或有效的散熱面積不足時(shí)，則必須采取措施，以提高散熱能力。通常米?。杭由崞栽龃笊崦娣e。在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣的流通。由于在蝸桿軸端加裝風(fēng)扇這就增加了功率損耗為?？偟膿p率損耗為玲=(P-APf)(1f)kw式中為風(fēng)扇消耗的功率，可按下式計(jì)算：10kW此處：vF 風(fēng)扇葉輪的圓周速度， 60吊1000m/s，其中Df為風(fēng)扇葉輪外徑，mm；nF 風(fēng)扇葉輪轉(zhuǎn)速，r/min。由摩擦消耗的功率所產(chǎn)生的熱流量為H]=10CW-APQ(1f)w散發(fā)到空氣中的熱流量為

皿=（"&+%勺）（圮+\而

式中:S1,S2--分別為風(fēng)冷面積及自然冷卻面積，m"；%'--風(fēng)冷時(shí)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，按下表<風(fēng)冷時(shí)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)％'>選取。風(fēng)冷時(shí)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)”d'蝸桿轉(zhuǎn)速（r/min）750100012501550cd'[w/^2-r)]27313538從其結(jié)構(gòu)看，選裝散熱片來降溫更為合適。第6章齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算6.1齒輪設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)選擇齒輪材料6.2齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)形式和布置形式1.常用的齒輪結(jié)構(gòu)常見的圓柱齒輪結(jié)構(gòu)如圖所示。圖a為齒輪軸；圖b為腹板式齒輪；圖c為輪輻式齒輪。(a) (b) (c)圖常用齒輪結(jié)構(gòu)形式根據(jù)受力狀況和整體結(jié)構(gòu)形式，在此處我決定選用腹板式齒輪結(jié)構(gòu)比較合理。2.布置形式從前面工作臺(tái)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中我們知道：小齒輪是主動(dòng)輪，動(dòng)力來自電動(dòng)機(jī)；大齒輪是從動(dòng)輪，它帶動(dòng)了蝸桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。因而大小齒輪均采用懸臂布置。6.3材料及熱處理選擇齒輪材料小齒輪：50SiMn調(diào)質(zhì)，硬度260~290HB+大齒輪：42SiMn調(diào)質(zhì)，硬度200~230HB由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第五版?第三卷)(以下齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)參數(shù)均根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第五版?第三卷)查得)圖14-1-83和圖14-1-112按ML級(jí)質(zhì)量求取值，得b引.1=550N/mm2,b^2=460N/mm2和b=210N/mm2，b=190N/mm26.4初步確定齒輪基本參數(shù)「"2初步確定主要參數(shù)(1)接觸強(qiáng)度初步確定中心距按直齒輪從表14-1-65選取A/476，取載荷系數(shù)K=2.0按表14-1-69選。「0.6，則。=—t^——a0.5(U+1)0.6八/= =0.40.5x(2+1)齒數(shù)比u=i=2許用接觸應(yīng)力b bQ0.9q.=0.9X460=414N/mm2小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T=4N-m1

中心距3a'Aa(u+1)"KTi叫"b2

aHP3'二3'二476X(2+1)X:一2°^一=63.4mm0.4x2x4142取a=66mm(2)初步確定模數(shù)、齒數(shù)、齒寬等幾何參數(shù)m二(0.007?0.02)a=(0.007?0.02)X100=0.7?2mm取m=2mm由公式z2a—1—= 由公式cospm(1+u)x66=222x(1+2)取z=22z=iz=2X22=441 2 1齒寬b=4/=0.4X66=26.4mm 取b=24mm小齒輪分度圓直徑＜=mz1=2x22=44mm大齒輪分度圓直徑d2=mz2=2x44=88mm齒輪精度等級(jí)為6級(jí)6.5齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核(1)分度圓上名義切向力FtF=2000〈

td20冬=182N

44(2)使用系數(shù)KA原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，均勻平穩(wěn)，工作機(jī)有輕微沖擊，查表14-1-71,K廣1.25

(3)動(dòng)載系數(shù)(3)動(dòng)載系數(shù)KV齒輪線速度V=兀叩1齒輪線速度60x1000兀x44x2000 … / =4.61m/s60x1000由表14-1-80公式計(jì)算傳動(dòng)精度系數(shù)CC=—0.5048ln(z)-1.144ln(m)+2.852ln(f)+3.32小齒輪：z1=22 大齒輪：z2=44"查表14-1-40可得：f=7.5pmf=8.5pmC=—0.5048ln(22)—1.144ln(2)+2.852ln(7.5)+3.32=6.5091C=—0.5048ln(44)—1.144ln(2)+2.852ln(8.5)+3.32=6.5162取c=6.516，經(jīng)圓整后為C=72查圖14-1-74K=1.1(4)螺旋線載荷分布系數(shù)Kg由表14-1-88，齒輪裝配時(shí)對(duì)研跑合K=1.11+0.18x[1+6.7(b)2](b)2+1.5x10-4bH f2% 24=1.11+0.18x[1+6.7x(一)2]x(一)2+1.5x10-4x2444 44=1.337(5)(6)(7)齒間載荷分配系數(shù)KHa(5)(6)(7)齒間載荷分配系數(shù)KHaKF=L25x182=5.625N/mmb40查表14-1-92得：K=1.5節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZHx=0p=0。彈性系數(shù)ZEHa查圖14-1-762日二2.47由表14-1-95由表14-1-95查得Z=189.8物/mm2E(8)重合度系數(shù)(8)重合度系數(shù)Z￡縱向重合度、=竺也P 冗m_40炊in8。6'35"?？v向重合度、=竺也P 冗m_40炊in8。6'35"兀x2端面重合度z_331+x—1+0.24

zn1 66 2—_ 1-x 1-0.24n1由圖14-1-25_26.61_86.84e=0.800C18=0.90U28_(1+X)8 +(1-X)8a n1 a1 n1a2_(1+0.24)x0.80+(1-0.24)x0.90_1.676由圖14-1-79查得 Zg=0.79(9)螺旋角系數(shù)ZpZp=(cosp_tcos8°6'35〃=0.994（10）小齒輪、大齒輪的單對(duì)齒嚙合系數(shù)Z‘,Zd按表14-1-94的判定條件，由于8p_0.898<1.0，則Zb_M1-8p(M1-1)aftZd_M2-8p(M2-1)tan以、_a=arctan( 『),tan20°

_arctan( )_20.19°cos8°6'35"d_d+2h_d+2(h*+x)ma a annnda1=44+2x1x2_48mmd2_88+2x1x2_92mmd=dcosadb1=44xcos20.19。=41.297mm=88xcos20.19。=82.593db1tan以'.'482 2兀■922 2?！? 1-——][， 1-(1.676-1)——]七41.2972 22 82.5932 44=1=1-0.898x(1-1)=1tan以't2兀 d2 2k—][ 斗-1-(￡-1)—]z2\id]a氣482 2k482 2k-1-(1.676-1)——]22「二-1-竺卜82.5932 44 41.2972=0.9665ZD=0.9665-0.898x(0.9665-1)=0.997<1取Z°=1（11）計(jì)算接觸應(yīng)力aH由表14-1-70公式可得a=Z;KKKKZZZZEx^1H1 BAVH^HaHE￡P(guān)dbU=1x(1.25x1.1x1.337x1.5x2.47x189.8x0.79x0.994x0.79x0.994x x 66.667x40 2=194.52N/mm2由于氣二Z》二1，所以。H2=。H1=194.52N/mm2(12)壽命系數(shù)ZNT應(yīng)力循環(huán)系數(shù)Nl=60ntN=60x2000x5000=6.0x109L1 一2000一Nl2=60x2x5000=3.0x109由表14-1-96公式計(jì)算Z—( )0.0706L109 八…Z—( )0.0706=0.881NT1 6.0x109109 -Z=( )0.0706=0.925（13）潤(rùn)滑油膜影響系數(shù)ZZZ^由表14-1-98，經(jīng)展成法滾、插的齒輪副Rz10>4.0〃mZZZ=0.85齒面工作硬化系數(shù)ZW由圖14-1-90Z=1.12尺寸系數(shù)ZX由圖14-1-99Z1.0安全系數(shù)sHcbZZZZZZs——H4iffi_NT_L_V_R~W—XH bHZW2=1.16550x0.881x0.85x1.12x1.0194.52=2.37460x0.925x0.85x1.16x1.0194.52=2.16由于SH1,SH2均達(dá)到表14-1-100規(guī)定的高可靠度時(shí)，最小安全系數(shù)SHmin=1^50~1-60的要求，齒面接觸強(qiáng)度核算通過。6.6齒根彎曲強(qiáng)度的校核（1） 螺旋線載荷分布系數(shù)七邱K=（K）n鄧 HpN （b/h）2n= 1+b/h+（b/h）2b=40mmh=2.25m=2.25x2=4.5mmn(40/4.5)2N=1+40/4.5+(40/4.5)2=0.889K=（1.458）0.889=1.398鄧（2） 螺旋線載荷分配系數(shù)KFaK=K=1.5Fa Ha（3） 齒廓系數(shù)丫Fa當(dāng)量齒數(shù)zz= ncos3pzn133 =34.01cos38。6'35"（4）（5）由圖14-1-98Y=2.28應(yīng)力修正系數(shù)YaSa由圖14-1-103Y=1.74重合度系數(shù)Y￡Y^2=2.38Ya=1.66Y=0.25+0.75an8=匕頃C0S2P由表14-1-104知IP=arccos[J1—(sinPcosa)2]cosP=Jl—(sinPcosa)2=Ji—(sin8°6'35"cos20o)2=0.99128=1.676=1.706a0.991220.75七=0.25+1706=0.69螺旋角系數(shù)Yp由圖14-1-109，根據(jù)p，8p查得Yp=0.93計(jì)算齒根應(yīng)力aF因8a=1.676<2用表14-1-101中方法二Fa=-^YYYYKKKKFbmFaSa8PAVFPFan180a= x2.28x1.74x0.69x0.93x1.25x1.1x1.398x1.5=16.52N/mm2f140x2180a= x2.38x1.66x0.69x0.93x1.25x1.1x1.398x1.5=16.45N/mm2F240x2試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)YST見表14-1-101，Y=2.0壽命系數(shù)YNT由表14-1-108Y=(3x106)0.02NTNLYnt1=(茶■令)0.02=0.859Y=(3x106)0.02=0.871NT2 3.0x109

(9)相對(duì)齒根角敏感系數(shù)、OrelT由8.4.2(5)&齒根圓角參數(shù)q=SFnS 2pF用表14-1-98矢口：hp/m=1.25 p「m=0.38G=^L^-^p+x1mm=0.38-1.25+0.24=-0.63E=—m^-htana+七-(1-sina)「f4 fp n cosa ncosann=1^2-1.25x2xtan20。+0-(1-sin20。)°.38x2=0.1294 cos20。H=2(—-E)-—1z2m3H=上x(—-冬-—=-0.95934.01 2 2 3H0 1 1 1-2GJz1-0.959=0.925-0.9591-2x(-0.63)/34.01<-Fni=zsin(—-0)+13(氣-^^)mn1 3 1cos0m— —-063=34.01xsin(--0.925)+、3( 0.38)=1.674' cos(0.925)Sf1=1.674x2=3.348p玲］=—pfp+2G：mmcos0(zcos20-2G)

=0.38+=0.4772x(=0.38+=0.477cos(0.925)x[34.01xcos2(0.925)—2x(—0.63)]PF1=0.477PF1=0.477x2=0.954qS1—Fn12pF1經(jīng)=1.7550.9541.5<q<4同樣計(jì)算可知：1.5<qS2<4(10)Y=1.08relT(10)Y=1.08relT相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)YRrelT由圖14-1-118，齒根表面微觀不平度10點(diǎn)高度為（11）R =12.5pm（11）R =12.5pm時(shí)Y=1.0Z10RrelT尺寸系數(shù)Y由表14-1-109的公式Y(jié)=1.03—0.006m當(dāng)m當(dāng)m<5時(shí)，取m=5Y=1.03—0.006x5=1（12）彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)（12）彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)S16.5216.45由于S，S均達(dá)到表16.5216.45由于S，S均達(dá)到表14-1-100規(guī)定的高可靠度時(shí)最小安F2全系數(shù)SFmin=2.0的要求。輪齒彎曲強(qiáng)度通過。Flim-3廣NT~8reTRrelTJ210x2.0x0.859x1.0x1.0x1 °』 =21.84190x2.0x0.871x1.0x1.0x1c八s =20.12z=226.7齒輪基本參數(shù)z=22m=2mma=66mmd=44mmd=88mmd=48mm d=92mmal a2d=d-2h=d-2(h*+c*)md=44-2x(1+0.25)x2=39mmfid=88-2x(1+0.25)x2=83mm第7章結(jié)論這次設(shè)計(jì)我完成了雙軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。具體來說，我的工作如下：首先，查找各種相關(guān)資料理解課題，整理自己的思路及設(shè)計(jì)步驟；其次，選擇合適的三維設(shè)計(jì)軟件，接著就開始學(xué)習(xí)solidedge；然后，根據(jù)老師提出的設(shè)計(jì)要求，確定結(jié)構(gòu)方案并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)計(jì)算、校合；最后，完成整個(gè)結(jié)構(gòu)的三維造型和裝配，進(jìn)而完成工程圖。從最終的結(jié)果來看，本設(shè)計(jì)方案較好的滿足了所提出的設(shè)計(jì)要求，并且在一些部位有了改進(jìn)和創(chuàng)新。參考文獻(xiàn)【1】崔旭芳，周英.數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理和設(shè)計(jì)［J］.磚瓦，2008,No.6：25-27；【2】趙群，加工中心回轉(zhuǎn)工作臺(tái)部件的結(jié)構(gòu)分析［J］，設(shè)備設(shè)計(jì)與維修，2002，NO.5：35-36；【3】杜玉湘，陸啟建，劉明燈.五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用［J］.機(jī)械制造與自動(dòng)化,2008,No.3；【4】楊堅(jiān),劉湖蘭，用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行分度的經(jīng)驗(yàn)［J］，機(jī)械制造，1998,NO.7：6-6；【5】