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附錄I 外文原文 附錄II 外文翻譯 非圓齒輪與機械壓力機運動學優(yōu)化 1997年1月8日研制 摘 要：使用金屬成形方法來加工生產(chǎn)零件的質(zhì)量很大取決于壓力桿。在機械壓力傳動時，有一種依賴于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)角度速度比的非圓齒輪，提供了一種獲得這么動作時間的新途徑，我們致力于為不同的優(yōu)化金屬成型運作的制造。本文闡述了由漢諾威的大學研究所建成的金屬成形和金屬成形加工機床的使用原型原則，它就是目前運動學以及在原型產(chǎn)生的力和力矩。此外，本文展示了如何使用拉深和鍛造的一個例子，幾乎所有的金屬成形操作可有利用于機械傳動機構的非圓齒輪。 關鍵詞：壓力，齒輪，運動學。 1. 簡介 提高質(zhì)量的要求在生產(chǎn)工程制造，所有的金屬成形以及在鍛造，有必要去攜手制定生產(chǎn)經(jīng)濟。日益增長的市場定位要求技術和經(jīng)濟條件都得到滿足。提高質(zhì)量、生產(chǎn)力、生產(chǎn)手段的創(chuàng)新解決方案,是一種用來維持和擴大的市場地位的關鍵所在。 所生產(chǎn)的金屬部件,我們需要分清期間所需的形成過程和處理零件所需的時間。隨著我們必須添加一些必要的額外工作，例如冷卻或潤滑的模具一次成型過程。根據(jù)質(zhì)量和產(chǎn)量兩個方面，產(chǎn)生了兩個最優(yōu)化方法。為了滿足這兩個方面，我們的任務是設計運動學形成過程中考慮到該進程的要求，也考慮到的是改變部分以及與一個優(yōu)先線輔助運作所需的時間短周期的時間。 2. 壓力機的要求 　 一個生產(chǎn)周期,這相當于一個沖程來回壓的過程,大致經(jīng)歷了三個階段:加載、成型和移除零件。相反,在加載和移除零件階段，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)送料的薄板,尤其是在純粹的切割時候。為此，壓力泵必須要一個確定時間的最小高度。成型周期中桿應該有一個特別速度曲線,它將會降到最低。這個轉(zhuǎn)變期之間應盡快來確保短周期時間。 短周期的要求是事件的原因,以確保通過高產(chǎn)量低成本的部分。基于這個原因，關于對大型汽車車身沖壓片機和自動1200/min、拉深24/min的沖程數(shù)是標準的做法。增加沖程數(shù)是為了減少設計的周期變化導致增加的壓實機械應變率, 然而，這對成形過程有很明顯影響,使它必須考慮參數(shù)確定過程和被它所影響。 　在拉深成形過程中,當敲打板塊時的撞擊速度應盡量避免產(chǎn)生了深遠影響。一方面,速度成形時必須充分潤滑。另一方面,我們必須要考慮提高產(chǎn)量的相應的壓力來增加造成更大的應變速率力,這可能導致沖床半徑一側(cè)的一部分過渡疲勞而導致斷裂。在鍛造時，停留時間短的壓力是可取的。隨著停留時間的壓力下降了模具的表面溫度將降低，其結(jié)果是熱磨損。這是提高抵消了由于機械磨損形成更大的力量，但由于增加的應變率是較低的，因為較低的部分冷卻屈服應力補償。目前，最佳短住壓力可以用有限元分析 法萊分析。此外,避免由于成本降低磨損、短壓住時間也是一個重要的技術要求的精密鍛造，近凈形部分有一個光明的未來?！? 高質(zhì)量的要求和高產(chǎn)量將只能通過一個機技術,考慮到金屬成形過程的考察要求等同于減少工作的目標成本。以前按設計已經(jīng)不能同時滿足這些技術要求和經(jīng)濟的充分程度，或他們是非常昂貴的設計和制造，例如鏈接驅(qū)動壓力機。這就需要尋找對泵創(chuàng)新設計的解決方案，它的設計應主要標準化，模塊化，以降低成本。 3．非圓齒輪的壓力傳動 3.1 原則 使用非圓齒輪傳動機械曲柄壓力機，它提供了一種新方式的技術和經(jīng)濟需求的壓力桿運動。一對非圓齒輪有不變的中心距, 因此采用了電動馬達，或由飛輪、曲柄和驅(qū)動機制本身。制服驅(qū)動器的速度傳送是通過一對非圓齒輪傳遞給非均勻的偏心軸。如果非圓齒輪的適當設計，從動齒輪的非均勻驅(qū)動器會導致泵所需的行程時間行為。調(diào)查中心的金屬成形和金屬成型機床(IFUM)漢諾威的大學已經(jīng)表明,在這個簡單的方式所有相關的壓力桿的連續(xù)運動，可以達到各種成形過程。 此外從運動學和縮短生產(chǎn)周期，驅(qū)動概念導致新的驅(qū)動器的優(yōu)點被以下的良好性能所區(qū)分。因為它是一個機械壓力機，它具有高可靠性、低維護性和可預期性。對連桿壓力機的數(shù)量和軸承零件顯然是減少。首先，一個基本泵類型可以通過安裝不同的齒輪而進一步改變設計，它根據(jù)客戶的要求而設計。不同環(huán)節(jié)的驅(qū)動器，軸承的安裝位置不會隨著單一載荷方向的不同運動而改變。因此，上述要求的模塊化和標準化是考慮到時間和成本，它降低了設計和沖壓生產(chǎn)成本。 3.2 原型 在金屬成型和金屬成型工具機（IFUM）1架的c型泵，它已經(jīng)進行了修整和安裝了非圓齒輪副。為達到這種目的，先前的背輪背一個行星齒輪組做取代。這項工作表明了存在的新型傳動印刷機是可能的，在最后對標準壓力泵的改造在Fig. 2中進行說明。 圖表1 壓力機設計是為了所受1000KN的柱塞力和200KN的沖壓模具緩沖力?！∵@一對非圓齒輪傳動比平均為1，每個齒輪輪齒有59，直齒，模數(shù)10mm（圖2）齒面寬是150mm，這些齒輪有漸開線輪齒。我假設了非圓曲線設計是以側(cè)面幾何設計為基礎。因此，一個非圓齒輪的齒形沿齒輪圓周而改變。盡管如此,它可以來自知名的梯形齒條. 然而[4.5],提出了一種計算方法，它精確地把齒頂高和齒根高考慮在內(nèi)，進行相應的調(diào)整。 壓力機是為了在單一沖程模式下對零件進行深拉而設計的。最高滑塊行程為180mm，行程數(shù)32/min。在140毫米的沖壓速度幾乎保持71mm/s不變，它是靜點中心線到靜點中心線之前的速度。見圖3。這種速度就相當于液壓機工作的速度。這個速度影響到曲柄機構，使其與擊打具有相同的數(shù)目相比較，速度都是220m/。為了跟一個曲柄壓力機具有相同的平均速度擊打的數(shù)目不得不將減少一半。短周期內(nèi)的機械改造將導致最后的向上運動。由于壓力機是運行在單一的操作模式,在設計時對其做相關的處理沒有提出特別的要求。 驅(qū)動機制的原型與非圓齒輪有另外一個有利的影響及其驅(qū)動力矩（圖4）。對于一個曲柄壓力機的公稱力通常可以降低靜點之前把曲柄軸按正常方式旋轉(zhuǎn)。這對應于公稱力作用下相對于擊打力的75%。若要達到1000kN標準力，該驅(qū)動器已提供45 kNm 的曲柄軸扭矩。該原型只要求對非圓齒輪傳動增加額外的30kNm力矩。他們被傳送一個循環(huán)，非均勻的曲柄轉(zhuǎn)矩，將導致一個標準力在靜點范圍內(nèi)變化。這相當于27.5%的行程。如果非圓齒輪副是在壓力機的工作范圍，我們總能找到類似的條件。這幾乎總是與板料成形及沖壓件有關。這樣可以設計一些較弱的機器零件弱，而且節(jié)約成本。 4. 進一步的設計實例 利用二沖程時間行為的設計實例說明了以下幾點。假設一系列的零件時通過壓力機來加工的。為了達到這一目的，壓力桿所需的速度和擊打成形速度要求假設成立必須量化。再者，處理零件所需的時間必須確定，而且必須假設在處理時壓力桿的最小高度。由此，我們設計動作的順序，我們用數(shù)學含義來描述它。在IFUM中，由該研究所開發(fā)使用軟件程序。從這個數(shù)學描述的沖程運動,我們可以計算出所需要的非圓齒輪速度比，從這我們可以得到齒輪的圓周曲線[1.2.7]。 在第一個例子，在深拉伸沖壓速度應該是在靜止點前，金屬板材成形保持在至少超過100mm，它的速度應該是約400m/s。讓行程數(shù)定為30/min。第450mm以上擊打的地方，讓處理零件時間和曲柄壓力機在25min/n的擊打時間相同。圖5表明了沖程運動情況，這是由一對齒輪的描繪所獲得。該齒輪是通過他們的圓周率所描繪。在25/min傳統(tǒng)的余弦曲線作為比較。除了生產(chǎn)周期時間減少了20％，應把桿速度的影響也大大減少。下靜點前110mm，當使用曲柄機構時，沖擊速度為700mm/s，而當使用非圓齒輪時僅僅只有410mm/s。 第二個例子顯示了驅(qū)動裝置是用于鍛造。在圖6中，常規(guī)鍛造曲軸的行程時間是相對于在圖片中說明非圓齒輪壓力運動學。曲柄壓力機的周期時間是0.7s、行程數(shù)是85/min和標準力是20mn。它的保壓時間為86ms與50mm的成形部份時間。非圓齒輪壓力機描繪的保壓描繪時間67%減少至28ms。因此，它達到了和錘子一樣的幅度。通過增加1.5倍的沖程數(shù)，周期時間縮短至46mm。盡管如此,處理時間依舊與常規(guī)非圓齒輪曲柄壓力機的運動學相同。在這種情況下為了實現(xiàn)這些運動,傳統(tǒng)的圓弧齒輪可以作為驅(qū)動裝置，安排偏心。這為齒輪制造降低了成本。 這些例子表明，不同的運動可以通過使用非圓齒輪驅(qū)動裝置實現(xiàn)。在同一時間內(nèi)，這個驅(qū)動器的實用潛力用實現(xiàn)理想的運動學變得清晰，而且生產(chǎn)周期時間減少。例如，通過不同的例子，如果運動的順序?qū)σ幌盗袎毫C生產(chǎn)零件有利，可能增加拉深成形后的速度。 5．總結(jié) 高生產(chǎn)率，降低成本和保證產(chǎn)品質(zhì)量的高要求，這時所有制造公司所期望的，特別適用于公司的金屬加工領域。這種情況導致我們重新考慮壓力傳動機的使用。 對曲柄與非圓齒輪傳動壓力機的描述，使我們能夠優(yōu)化簡單的機械壓力機運動學。這意味著周期時間縮短,以達到高生產(chǎn)率和運動學的成形工藝的要求。這個設計工作需要很低。相對于多連桿壓力機驅(qū)動器，可以實現(xiàn)其他運動學在其他齒輪軸承位置不改變 時的壓力機構建使用。這使壓力機模塊化和標準化。 6．致謝 作者想表達他們的謝意，感謝德國機床制造商協(xié)會(VDW),位于德國法蘭克福，其經(jīng)濟援助以及一些成員，感謝他們的支持。 44 大 學 XXXX 畢業(yè)論文（設計）任務書 論文（設計）題目： 立式銑床升降工作臺設計 姓名 學號：XXXX 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求: 1. 本論文題目為《立式銑床升降工作臺設計》設計主要針對立式銑床升降工作臺部分。 其工作具體內(nèi)容包括：①查詢收集相關資料，做準備工作；②雙層升降絲杠的設計，③手動換向手柄設計，④燕尾槽導軌的設計，⑤直齒輪設計，⑥錐齒輪設計，⑦直齒-錐齒輪組合設計，⑧升降工作臺總體設計。最后就是將上述設計結(jié)果寫成設計說明書并繪出圖。 二、重點研究的問題 其工作內(nèi)容具體為：①雙層升降絲杠的設計，②手動換向手柄設計，③燕尾槽導軌的設計，④直齒輪設計，⑤錐齒輪設計，⑥直齒-錐齒輪組合設計，⑦鎖緊機構的設計。 該部分所具有的特點:雙層絲杠的設計是考慮到升降行程的原因，可以將升降的距離增大 ，手動換向手柄的設計中， 其包括了垂直方向的移動和橫向的移動 ， 用一個手柄操作，可以形成互鎖，避免兩個方向的移動干涉，起到安全的效果。導軌的組合形式有多種，采用燕尾槽導軌其特點是多向受力，一般多有帶塞鐵，可調(diào)間隙。齒輪的設計主要是考慮到齒輪的傳動特點，其具有效率高，結(jié)構緊湊，工作可靠，傳動比穩(wěn)定，設計目的是保證齒輪的壽命，設計準則是齒根彎曲疲勞強度及齒面接觸疲勞強度。并且考慮到機床的載荷情況，對齒輪的材料進行選擇，設計齒輪的尺寸，考慮其熱處理方式等。錐齒輪的設計同樣考慮齒輪設計的方面。設計直齒-錐齒組合齒輪，主要考慮工作的需要，并且此零件的設計也使得安裝簡易，所要考慮的問題是如何設計其結(jié)構尺寸，以使得零件的加工簡易，強度可靠，生產(chǎn)成本在經(jīng)濟允許范圍內(nèi)。鎖緊機構的設計是應機床加工精度的要求而出現(xiàn)的，為了使機床在垂直方向能夠有足夠的加工精度，故需要在此方向?qū)ぷ髋_進行鎖緊固定，鎖緊機構設計要求結(jié)構簡單，操作容易。 三、進度安排 序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間 1 收集論文資料，填寫課題申報表 三月初 2 撰寫開題報告 三月中旬 3 方案設計，論證 三月底 4 總體設計，機械設計計算 四月初 5 繪制主要零件圖和裝配圖紙 四月中 6 撰寫說明書翻譯資料 五月初 7 參加答辯 五月底 四、應收集的資料及主要參考文獻： [1]孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理[M].七版.高等教育出版社，2006.第5、10、11章. [2]姜繼海.液壓傳動[M].四版.哈爾濱工業(yè)大學出版社，2007. [3]濮良貴，紀名剛.機械設計[M].高等教育出版社，2008.第五章，第十章，第十二章，第十五章. [4]成大先.機械設計手冊[M].化學工業(yè)出版社，2002.第一卷第2篇，第三卷第11篇、第14篇 [5]周良德，朱泗芳.現(xiàn)代工程圖學[M]湖南科學技術出版社.第9、10、11、12章. [6]吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊[M]高等教育出版社.第三、四、五、九章. [7]周增文.機械加工工藝基礎[M].中南大學出版社.第4章. [8]銑工工藝學（初級本）．北京：科學普及出版社．1982.12 [10]趙家齊．機械制造工藝學課程設計指導書（第二版）．北京：機械工業(yè)出版社，2000.10 [11]牛錫傳、王文生編．軸的設計．北京：機械工業(yè)出版社．1993.3 XXXX大學XXXX 畢業(yè)設計說明書 學 院： XXXX 題 目： 立式銑床升降工作臺設計 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 姓 名： 學 號： XXXX 指導教師： 馮 建 軍 完成日期： 2012-05-27 目錄 第一章 緒論 1 1.1 概述 2 1.2 簡史 2 1.3銑床的簡介 3 1.4 數(shù)控銑床現(xiàn)狀與發(fā)展 3 1.5 數(shù)控銑床發(fā)展動態(tài) 4 1.6 原理 5 1.7設計的主要參數(shù) 6 第二章 升降臺總體設計 7 2.1 布局設計 7 2.2升降臺的結(jié)構和操縱 8 第三章 機床零件設計 12 3.1 操縱機構設計 12 3.2 雙層絲杠設計 13 3.3 燕尾槽導軌設計 16 3.4 手輪的設計 19 第四章 傳動部分設計 21 4.1 直齒輪設計 21 4.2 錐齒輪設計 25 4.3 直齒-錐齒組合齒輪 32 第五章 軸的設計與強度校核 37 5.1 軸的尺寸設計 37 5.2 軸的強度校核 38 總結(jié) 40 參考文獻 41 附 錄:翻譯 42 立式銑床工作臺升降機構設計 摘要 本論文設計主要針對機床的升降機構部分，其中包括以下幾個部分：(1)雙層升降絲杠的設計，(2)手動換向手柄設計，（3）燕尾槽導軌的設計，（4）直齒輪設計，（5）錐齒輪設計，（6）直齒-錐齒輪組合設計，（7）鎖緊機構的設計。 部分所具有的特點，雙層絲杠的設計是考慮到升降行程的原因，可以將升降的距離大大的增加，手動換向手柄的設計中，其包括了垂直方向的移動和橫向的移動，用一個手柄操作，可以形成互鎖，避免兩個方向的移動干涉，起到安全的效果。導軌的組合形式有多種，采用燕尾槽導軌其特點是多向受力，一般多有帶塞鐵，可調(diào)間隙。齒輪的設計主要是考慮到齒輪的傳動特點，其具有效率高，結(jié)構緊湊，工作可靠，傳動比穩(wěn)定，設計目的是保證齒輪的壽命，設計準則是齒根彎曲疲勞強度及齒面接觸疲勞強度。并且考慮到機床的載荷情況，對齒輪的材料進行選擇，設計齒輪的尺寸，考慮其熱處理方式等。錐齒輪的設計同樣考慮齒輪設計的方面。設計直齒-錐齒組合齒輪，主要考慮工作的需要，并且此零件的設計也使得安裝簡易，所要考慮的問題是如何設計其結(jié)構尺寸，以使得零件的加工簡易，強度可靠，生產(chǎn)成本在經(jīng)濟允許范圍內(nèi)。鎖緊機構的設計是應機床加工精度的要求而出現(xiàn)的，為了使機床在垂直方向能夠有足夠的加工精度，故需要在此方向?qū)ぷ髋_進行鎖緊固定，鎖緊機構設計要求結(jié)構簡單，操作容易。 關鍵詞 導軌，換向手柄，直齒輪，鎖緊機構，塞鐵，齒根彎曲疲勞強度，齒面接觸疲勞強度。 第一章 緒論 1.1 概述 　 為了便于機床的工件加工，機床安裝工件的工作臺必須做成活動式的，可以在橫向、縱向、垂直方向移動。本說明書主要涉及垂直方向（即升降臺）的工作原理、工作方式及相關的方面。　 升降臺是一種垂直運送人或物的起重機械。也指在工廠、自動倉庫等物流系統(tǒng)中進行垂直輸送的設備，升降臺上往往還裝有各種平面輸送設備，作為不同高度輸送線的連接裝置。一般采用液壓驅(qū)動，故稱液壓升降臺。除作為不同高度的貨物輸送外，廣泛應用于高空的安裝、維修等作業(yè)。升降臺自由升降的特點目前已經(jīng)廣泛運用于市政維修，碼頭、物流中心貨物運輸，建筑裝潢等，安裝了汽車底盤、電瓶車底盤等能自由行走，工作高度空間也有所改變，具有重量輕、自行走、電啟動、自支腿、操作簡單、作業(yè)面大，特別是能夠跨越障礙進行高空作業(yè)等360度自由旋轉(zhuǎn)優(yōu)點。 最近升降機產(chǎn)品改為柴油機、電動兩用旋轉(zhuǎn)式升降機，又研制、生產(chǎn)出電瓶車載高空作業(yè)平臺升降臺，它的特點是利用電瓶驅(qū)動、電瓶升降、無級變速，使用戶的高空作業(yè)更安全、更方便，噪音大大降低且環(huán)保節(jié)能。 1.2 簡史 　　對垂直運送的需求與人類的文明一樣久遠，最早的升降機使用人力、畜力和水力來提升重量。升降裝置直到工業(yè)革命前都一直依靠這些基本的動力方式。 　 阿基米德開發(fā)了經(jīng)過改進的用繩子和滑輪操作的升降裝置，它用絞盤和杠桿把提升繩纏繞在繞線柱上。 　　角斗士和野生動物乘坐原始的升降機到達羅馬大劇場中競技場的高度。中世紀的紀錄包括無數(shù)拉升升降裝置的人和為孤立地點進行供給的圖案。其中最著名的是位于希臘的圣巴拉姆修道院的升降機。這個修道院位于距離地面大約61米高的山頂上，提升機使用籃子或者貨物網(wǎng)，運送人員與貨物上下。 　　18世紀，機械力開始被用于升降機的發(fā)展。1743年，法國路易十五授權在凡爾賽的私人宮殿安裝使用平衡物的人員升降機。 　　1833年，一種使用往復桿的系統(tǒng)在德國哈爾茨山脈地區(qū)升降礦工。 　　1835年，一種被稱為“絞盤機”的用皮帶牽引的升降機安裝在英國的一家工廠。 　　1846年，第一部工業(yè)用水壓式升降機出現(xiàn)。然后其他動力的升降裝置緊跟著很快出現(xiàn)了。 　　1854年，美國技工奧蒂斯發(fā)明了一個棘輪機械裝置，在紐約貿(mào)易展覽會上展示了安全升降機?！? 　　1889年，埃菲爾鐵塔建塔時安裝了以蒸汽為動力的升降機，后改用電梯。 　　1892年，智利阿斯蒂列羅山的升降設備建成，直到現(xiàn)在，15臺升降機仍然使用著110多年前的機械設備。 目前，瑞士格勞賓登州正在興建的“圣哥達隧道”是一條從阿爾卑斯山滑雪勝地通往歐洲其他國家的地下鐵路隧道，全長57公里，預計2016年建成通車。在距地面大約800米的“阿爾卑斯”高速列車站，將興建一個直接抵達地面的升降機。建成后，它將是世界上升降距離最長的一部升降機了。旅客通過升降機抵達地面后，便可搭乘阿爾卑斯冰河觀光快速列車，兩個小時后就能到達山上的度假村了。 　　 1.3銑床的簡介 銑床一種用途廣泛的機床，在銑床上可以加工平面（水平面、垂直面）、溝槽（鍵槽、T形槽、燕尾槽等）、分齒零件（齒輪、花鍵軸、鏈輪乖、螺旋形表面（螺紋、螺旋槽）及各種曲面。此外，還可用于對回轉(zhuǎn)體表面、內(nèi)孔加工及進行切斷工作等。銑床在工作時，工件裝在工作臺上或分度頭等附件上，銑刀旋轉(zhuǎn)為主運動，輔以工作臺或銑頭的進給運動，工件即可獲得所需的加工表面。由于是多刀斷續(xù)切削，因而銑床的生產(chǎn)率較高。 1.4 數(shù)控銑床現(xiàn)狀與發(fā)展 在工業(yè)生產(chǎn)中，金屬熱切割一般有氣割、等離子切割、數(shù)控銑床等。其中數(shù)控銑床與氣割相比，其切割范圍更廣、效率更高。而精細等離子切割技術在材料的切割表面質(zhì)量方面已接近了激光切割的質(zhì)量，但成本卻遠低于激光切割。因此，數(shù)控銑床自20世紀50年代中期在美國研制成功以來，得到迅速發(fā)展。 （1）、國外數(shù)控銑床現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 國外數(shù)控銑床的生產(chǎn)廠家主要集中在德國、美國和日本。從機械結(jié)構上看，其發(fā)展經(jīng)歷了十字架型（輕型）、門型（小型）、龍門型（大型）3個階段，相應的型號種類繁多。能夠代表數(shù)控銑床技術最高水平的廠家主要集中在德國，目前，國外已有廠家在龍門式切割機上安裝一個專用切割機械手，開發(fā)出五軸控制系統(tǒng)的龍門式專用切割工具，該系統(tǒng)可以在空間切割出各種軌跡，利用特殊的跟蹤探頭，在切割過程中控制切割運行軌跡。相比之下，國內(nèi)雖然十字架型、門型、龍門型都有所生產(chǎn)，但廣度不夠，生產(chǎn)廠家產(chǎn)品型號較為單一，尚無龍門式專用型材切割機產(chǎn)品。 （2）、國內(nèi)數(shù)控銑床現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 我國工廠的板材下料中應用最為普遍的是數(shù)控銑床和等離子切割，所用的設備包括手工下料、仿形機下料、半自動切割機下料及數(shù)控切割機下料等。與其他切割方式比較而言，手工下料隨意性大、靈活方便，并且不需要專用配套下料設備。但手工切割下料的缺點也是顯而易見的，其割縫質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費大、后道加工工序的工作量大，同時勞動條件惡劣。用仿形機下料，雖可大大提高下料工件的質(zhì)量，但必須預先加工與工件相適應的靠模，不適于單件、小批量和大工件下料。半自動切割機雖然降低了工人勞動強度，但其功能簡單，只適合一種形狀的切割。上述3種切割方式，相對于數(shù)控切割來說由于設備成本較低、操作簡單，所以在我國的中小企業(yè)甚至在一些大型企業(yè)中仍在廣泛使用。 隨著國內(nèi)經(jīng)濟形勢的蓬勃發(fā)展以及“以焊代鑄趨勢的加速，數(shù)控銑床的優(yōu)勢正在逐漸為人們所認識。數(shù)控銑床不僅使板材利用率大幅度提高，產(chǎn)品質(zhì)量得到改進，而且改善了工人的勞動環(huán)境，勞動效率進一步提高。目前，我國金屬加工行業(yè)使用的數(shù)控銑床是以火焰和普通等離子切割機為主，但純火焰切割，已不能適應現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，該類切割機可滿足不同材料、不同厚度的金屬板材的下料以及金屬零件的加工的需要，因此需求量將會越來越大，但與國外的差距仍極為明顯，主要表現(xiàn)為：發(fā)達國家金屬加工行業(yè)90%為數(shù)控切割機下料，僅10%為手工下料；而我國數(shù)控切割機下料僅占下料總量的10%，其中數(shù)控銑床下料所占比例更小。 我國數(shù)控銑床每年市場需求量約在400~500臺之間。相較而言，仿形切割機每年銷售幾千臺，半自動切割機每年銷售達上萬臺。由此可見，我國數(shù)控切割市場，尤其是數(shù)控銑床市場的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮摹? 計算機技術的飛速發(fā)展推動了數(shù)控技術的更新?lián)Q代，而這也日益完善了數(shù)控銑床的高精、高速、高效功能。代表世界先進水平的歐洲、美國、日本的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商利用工控機豐富的軟硬件資源開發(fā)的新一代數(shù)控系統(tǒng)具有開放式體系結(jié)構，即數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次產(chǎn)品的開發(fā)。 開放式體系結(jié)構使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性，并向智能化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展。 近幾年來，由于對切割質(zhì)量、勞動環(huán)境等的要求越來越高，其相應產(chǎn)品在我國的市場需求量也逐年上升。在我國的數(shù)控銑床設備生產(chǎn)行業(yè)中，由于缺乏切割理論研究與生產(chǎn)實踐相轉(zhuǎn)換的機制，因此新技術運用不廣、新產(chǎn)品開發(fā)速度不快，制約了數(shù)控銑床技術的進一步發(fā)展和運用。 1.5數(shù)控銑床發(fā)展動態(tài) 中國數(shù)控銑床雖說價格便宜，但在性能方面還存在不足之處。未來數(shù)控銑床技術將朝數(shù)字化、高速 高精化、復合化、智能化等方向發(fā)展。 1、高速高精與多軸加工成為數(shù)控銑床的主流，納米控制成為高速高精加工的潮流。 2、多任務和多軸加工數(shù)控銑床越來越多地應用到能源、航空航天等行業(yè)。 3、機床與機器人的集成應用日趨普及，且結(jié)構形式多樣化，應用范圍擴大化，運動速度高速化，多傳感器融合技術實用化，控制功能智能化，多機器人協(xié)同普及化。 4、智能化加工與監(jiān)測功能不斷擴充，車間的加工監(jiān)測與管理可實時獲取機床本身的狀態(tài)信息，分析相關數(shù)據(jù)，預測機床的狀態(tài)，提前進行相關的維護，避免事故的發(fā)生，減少機床的故障率，提高機床的利用率。 5、最新的機床誤差檢測與補償技術能夠在較短的時間內(nèi)完成對機床的補償測量，與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對機床誤差的補償精度能夠提高3～4倍，同時效率得到大幅度提升。 6、CAD/CAM技術為多軸多任務數(shù)控銑床的加工提供強有力的支持，可以大幅度提高加工效率。 7、刀具技術發(fā)展迅速，眾多刀具的設計涵蓋了整個加工過程，并且新型刀具能夠滿足平穩(wěn)加工以及抗振性能的要求。 1.6 原理 升降臺工作原理: 　　操縱手柄運動，帶動主動軸和直齒輪轉(zhuǎn)動。與之嚙合的直齒錐齒組合齒輪轉(zhuǎn)動。從而帶動錐齒輪和雙層絲桿轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了升降工作臺的上下運動。 雙層絲杠升降原理 工作臺升降絲杠是采用雙層絲杠，這是因為升降臺內(nèi)安裝絲杠的距離限制，用單根絲杠又不能滿足工作臺行程的要求.當絲杠1在絲杠套筒2內(nèi)旋至末端時，由于階臺螺母3的限制而不能再向上旋轉(zhuǎn)，此時就帶動絲杠套筒2向上旋。絲杠套筒內(nèi)孔的上部是與絲杠1配合的螺母，其外圓是絲杠，在螺母4內(nèi)旋上或旋下。螺母4就固定在安裝底座上的套筒內(nèi)。 圖1-3-1 升降臺原理 1.7 設計的主要參數(shù) 本次設計的機床的主要技術規(guī)格如下： （1） 工作臺工作面積（寬長） 3201250 mm （2） 工作臺最大行程（手動/機動） 縱向 700\680 mm 橫向 255 \240 mm 垂向 320 \300 mm （3） 工作臺最大回轉(zhuǎn)角度 45° （4） 工作臺T型槽 （寬度×距離×條數(shù)） 18 mm×70 mm×3 （5） 主軸孔錐度 7：24 （6） 主軸軸心線至橫梁的距離 30 mm （7） 床身垂直導軌至工作臺中心的距離 最大 470 mm 最小 215 mm （8） 主軸轉(zhuǎn)速 18級 30～1500 r \min （9） 工作臺工作進給量 18級 縱向、橫向 23.5～1500 mm \min （10）主電動機（功率×轉(zhuǎn)速） 7.5KW×1450 r \min （11）進給電動機（功率×轉(zhuǎn)速） 1.5KW×1450r \min （12）最大載重量 500Kg （13）工作精度 加工表面平行度 150：0.02 加工表面平面度 150：0.02 加工表面垂直度 150：0.02 第二章 升降臺總體設計 2.1 布局設計 布局設計如下: 圖2-1 升降臺結(jié)構 主要部件：絲杠底座，雙層絲杠，工作箱，錐齒輪，直齒輪，推力滾子軸承, 手動操作手柄，滑動手柄，工作臺，連接螺栓，垂直方向?qū)к?，T形槽. 2.2升降臺的結(jié)構和操縱 圖2-2所示是升降臺的的展開圖。運動從進給變速箱中的軸XI，通過Z=28的齒輪帶動軸Z=35的齒輪，傳如升降臺內(nèi)。軸XII上Z=18的齒輪1帶動齒輪2、3、4旋轉(zhuǎn)，把運動傳給縱向，橫向和升降系統(tǒng)。齒輪2和軸XIII是空套的，所以必須把離合器M與齒輪2嚙合后，才能把運動傳給傳給垂直進給系統(tǒng)。齒輪3通過鞘10帶動軸XIV，再把運動傳給縱向進給系統(tǒng)。齒輪4也像2一樣，必須與離合器M嚙合后才能把運動傳給橫向進給絲杠。 圖2-2升降臺傳動系統(tǒng)展開圖 當工作臺做橫向或升降運動時，尤其做快速運動時，為了防止因手柄旋轉(zhuǎn)而造成工傷事故，進給結(jié)構特設有安全裝置，即在機動進給時，手柄一定脫開而空套在軸上，就是使機動與手動產(chǎn)生的聯(lián)鎖作用。即當撥叉把離合器M撥向里而與齒輪2嚙合時，是作垂直機動進給。此時由于離合器M向里移動而帶動絲桿6，絲杠6繞鞘5移動時，下端向外擺而把柱鞘7向外推，柱鞘7通過套圈8把手柄連同作手動進給的離合器向外頂，讓手柄上的離合器脫開而使手柄不跟軸轉(zhuǎn)。橫向進給手柄處的聯(lián)鎖裝置也是如此，而縱向手柄在彈簧力的的作用下，經(jīng)常處于脫開狀態(tài)。 圖2-3是升降臺的橫截圖。運動從軸XIII上的齒輪9（見圖2-2）帶動短軸上的齒輪1，在通過錐齒輪2和3使絲杠4旋轉(zhuǎn)，以達到工作臺垂直進給的目的。 由于升降臺的行程比較大，升降臺內(nèi)裝絲杠處到底座之間的最大距離小于行程的2倍，用單根絲杠就不能滿足要求。因此采用雙層絲杠，雙層絲杠的結(jié)構如圖2-4。當絲杠4在絲杠套筒5內(nèi)旋至末端時，由于階臺螺母6的限制面不能再向上旋。此時就帶動絲杠套筒5向上旋。絲杠套筒內(nèi)孔的上部是與絲杠4配合的螺母，其外圓是絲杠，在螺母7內(nèi)旋上或旋下。螺母7就固定在安裝于底座上的套筒內(nèi)。 軸XIV通過兩對錐齒輪把運動傳給縱向絲杠。 X62W型銑床的縱向進給與橫向、升降進給之間的互鎖，是由電器保證的。而橫向與升降之間的互鎖是由操縱機構中的機械動作獲得的。圖2-5是橫向和升降的結(jié)構圖，這兩個進給運動時由一個操縱手柄控制的。 當需要時工作臺作垂直方向進給時，可將手柄向上提或向下壓。向上提時，手柄以中間球運動。 圖2-3升降臺布局圖 圖2-5升降操縱機構圖 第三章 機床零件設計 3.1 操縱機構設計 工作原理 銑床的縱向進給與橫向、升降進給之間的互鎖是由電器保證的。而橫向與升降之間的互鎖是由操作機構中的機械動作獲得的（見部裝圖）。需要工作臺橫向進給時，可將手柄向前推或向后拉。向前推時鼓輪便向后移動鼓輪水平截面的廓形，是根據(jù)移動橫向離合器,M橫的要求而設計成凹凸相間形的。這時搖臂2的一大個支點m落入鼓輪的凹陷部分，而另一個支點n則在凸處。于是，推桿3；便推動撥叉4使它按反時針方向擺動，接通橫向離合器M橫工作臺便可做橫行運動。 在鼓輪做軸向運動的同時，其相應部位的斜面將觸桿7壓下，接通行程開關8，電動機通電，工作臺開始橫向進給。 相反，若將手柄向后拉，鼓輪1則向前移動。但這時搖臂2和撥叉4的擺動方向仍是反時針的，也即離合器M橫仍處在接通狀態(tài)，所不同的只是鼓輪相應部位的斜面壓下觸桿5,接通了另一個行程開關6,使進給電動機反轉(zhuǎn)，工作臺作相反方向的橫向進給。若要工作臺作上下移動，可將手柄向上提或向下壓，使得鼓輪轉(zhuǎn)動一個角度。鼓輪的兩周有一個斜面，其能夠滿足方向的調(diào)節(jié)。因此手柄向上或向下移動時，搖臂上的觸電n和m便做順時針方向旋轉(zhuǎn)使得搖臂2和撥叉4作順時針方向轉(zhuǎn)動，接通垂直進給離合器M垂，而另外一方則斷開使得橫向不能夠移動，達到運動自鎖的效果。 手柄上下移動的同時，鼓輪使得電動機獲得正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，工作臺就上下移動。用單手柄操縱機構能夠減少失誤，達到安全的效果。 圖3-1-1 操作機構 1-鼓輪；2-搖臂；3-推桿；4-撥叉 3.2 雙層絲杠設計 工作原理: 工作臺升降絲杠是采用雙層絲杠，見圖紙（3-1）這是因為升降臺內(nèi)安裝絲杠的距離限制，用單根絲杠又不能滿足工作臺行程的要求. 當絲杠1在絲杠套筒2內(nèi)旋至末端時，由于階臺螺母3的限制而不能再向上旋轉(zhuǎn)，此時就帶動絲杠套筒2向上旋。絲杠套筒內(nèi)孔的上部是與絲杠1配合的螺母，其外圓是絲杠，在螺母4內(nèi)旋上或旋下。螺母4就固定在安裝底座上的套筒內(nèi)。 材料 其中1-垂直進給絲杠；2-絲杠套筒；3-螺母；4-圓錐銷；均用45鋼制作，5-階臺螺母用HT250鑄造成型后加工而來。圓錐銷具有1：50的錐度，在受到豎直方向的載荷時能夠產(chǎn)生自鎖。安裝方便，定位準確，多次折裝而不影響精度。垂直進給絲杠上升到一定高度時，其底部與絲杠套筒互鎖帶動其轉(zhuǎn)動，達到足夠的上升行程. 圖3-2-1 工作臺升降雙層絲杠 1-垂直進給絲杠；2-絲杠套筒；3-螺母；4-圓錐銷；5-階臺螺母. 雙層絲桿設計計算 已知條件： 工作臺重量： W=890Kg F=8892N 滾珠絲杠基本導程： Lo=6mm 行程： S=375mm 快速進給速度： 450mm/min 由《機床設計手冊》可知，切削功率 (3-1) 式中： N---電機功率，查機床說明書，N=7.5 KW； ---主傳動系統(tǒng)總效率，一般為0.7～0.85取=0.7； K---進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96。 則有： Nc=7.5×0.7×0.96=5.04 kw 切向銑削力： F=×10 N (3-2) 式中： V---主軸傳遞全部功率時的最底切削速度（m/s） 則有： V=D×95/60000=1.7m/s=102m/min (3-3) F==2964（N） 進給工作臺工作載荷計算 從《數(shù)控銑床》中表2-1可得知，在一般立式銑削時， 工作臺縱向進給方向載荷： F=1.0Fz=5294 N (3-4) 工作臺橫向進給方向載荷： F=0.4Fz=0.4×2964=1185 N (3-5) 工作臺橫向進給方向載荷： F=0.2Fz=0.2×2964=592 N (3-6) 由《簡明機械加工工藝手冊》可知，如用燕尾導軌，導軌銑床絲杠的軸向力： 采用燕尾導軌 (3-7) 式中K=1.1 =0.15 則有： 3.3 燕尾槽導軌設計 絲杠中徑在扭矩推力關系中沒有直接聯(lián)系，僅通過影響螺旋升角間接影響（但在校驗時，須在計算推力與對應中徑的絲杠的軸向額定負載中取小值）；當量摩擦角僅影響滾道受力狀態(tài)（參與絲杠副受力分析），但對推力扭矩的關系不產(chǎn)生影響；上例為：F=2πM/P=18692 N；（相同扭矩下，推力僅是導程的函數(shù)）轉(zhuǎn)速對推力沒有影響，但對于運動過程表征其與機械效率的函數(shù)，功率校驗時建議取η=0.85核定。 注：目前業(yè)內(nèi)常常將機械效率在受力分析中體現(xiàn)，實為誤區(qū)，效率是一個過程量，力則是點量，好比電壓與電流分別跟電阻的關系。 導軌的作用和設計要求： 當運動件沿著承導件作直線運動時，承導件上的導軌起支承和導向的作用，即支承運動件和保證運動件在外力（載荷及運動件本身的重量）的作用下，沿給定的方向進行直線運動。 對導軌的要求如下： 1.一定的導向精度。導向精度是指運動件沿導軌移動的直線性，以及它與有關基面間的相互位置的準確性。 2.運動輕便平穩(wěn)。工作時，應輕便省力，速度均勻，低速時應無爬行現(xiàn)象。 3.良好的耐磨性。導軌的耐磨性是指導軌長期使用后，能保持一定的使用精度。導軌在使用過程中要磨損，但應使磨損量小，且磨損后能自動補償或便于調(diào)整。 4. 4.足夠的剛度。運動件所受的外力，是由導軌面承受的，故導軌應有足夠的接觸剛度。為此，常用加大導軌面寬度，以降低導軌面比壓；設置輔助導軌，以承受外載 5.溫度變化影響小。應保證導軌在工作溫度變化的條件下，仍能正常工作。 6.結(jié)構工藝性好。在保證導軌其它要求的前提下，應使導軌結(jié)構簡單，便于加工、測量、裝配和調(diào)整，降低成本。不同設備的導軌，必須作具體分析，對其提出相應的設計要求。必須指出，上述六點要求是相互影響的。 2 導軌設計的主要內(nèi)容 設計導軌應包括下列幾方面內(nèi)容： 1.根據(jù)工作條件，選擇合適的導軌類型。 2.選擇導軌的截面形狀，以保證導向精度。 3.選擇適當?shù)膶к壗Y(jié)構及尺寸，使其在給定的載荷及工作溫度范圍內(nèi)，有足夠的剛度，良好的耐磨性，以及運動輕便和平穩(wěn)。 4.選擇導軌的補償及調(diào)整裝置，經(jīng)長期使用后，通過調(diào)整能保持需要的導向精度 5.選擇合理的潤滑方法和防護裝置，使導軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損。 6. 6.制訂保證導軌所必須的技術條件，如選擇適當?shù)牟牧?，以及熱處理、精加工和測量方法等。 3 導軌的結(jié)構設計 1. 滑動導軌 (1) 基本形式 三角形導軌：該導軌磨損后能自動補償，故導向精度高。它的截面角度由載荷大小及導向要求而定，一般為90°。為增加承載面積，減小比壓，在導軌高度不變的條件下，采用較大的頂角（110°～120°）；為提高導向性，采用較小的頂角（60°）。如果導軌上所受的力，在兩個方向上的分力相差很大，應采用不對稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導軌面。 矩形導軌：優(yōu)點是結(jié)構簡單，制造、檢驗和修理方便；導軌面較寬，承載力較大，剛度高，故應用廣泛。但它的導向精度沒有三角形導軌高；導軌間隙需用壓板或鑲條調(diào)整，且磨損后需重新調(diào)整。 圓形導軌：制造方便，外圓采用磨削，內(nèi)孔珩磨可達精密的配合，但磨損后不能調(diào)整間隙。為防止轉(zhuǎn)動，可在圓柱表面開鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受軸向載荷的場合。 燕尾形導軌：燕尾形導軌的調(diào)整及夾緊較簡便，用一根鑲條可調(diào)節(jié)各面的間隙，且高度小，結(jié)構緊湊；但制造檢驗不方便，摩擦力較大，剛度較差。用于運動速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的場合，本設計采用燕尾槽導軌。 (2)常用導軌組合形式 三角形和矩形組合：這種組合形式以三角導軌為導向面，導向精度較高，而平導軌的工藝性好，因此應用最廣。 這種組合有V-平組合、棱-平組合兩種形式。V-平組合導軌易儲存潤滑油，低、高速都能采用；棱-平組合導軌不能儲存潤滑油，只用于低速移動。 為使導軌移動輕便省力和兩導軌磨損均勻，驅(qū)動元件應設在三角形導軌之下，或 偏向三角形導軌。 矩形和矩形組合：承載面和導向面分開，因而制造和調(diào)整簡單。導向面的間隙用鑲條調(diào)整，接觸剛度低。雙三角形導軌：由于采用對稱結(jié)構，兩條導軌磨損均勻，磨損后對稱位置位置不變，故加工精度影響小。接觸剛度好，導向精度高，但工藝性差，四個表面刮削或磨削也難以完全接觸，如果運動部件熱變形不同，也不能保證四個面同時接觸，故不宜用在溫度變化大的場合。 (3）間隙調(diào)整 為保證導軌正常工作，導軌滑動表面之間應保持適當?shù)拈g隙。間隙過小，會增加摩擦阻力；間隙過大，會降低導向精度。導軌的間隙如依靠刮研來保證，要廢很大的勞動量，而且導軌經(jīng)過長期使用后，會因磨損而增大間隙，需要及時調(diào)整，故導軌應有間隙調(diào)整裝置。 矩形導軌需要在垂直和水平兩個方向上調(diào)整間隙。在垂直方向上，一般采用下壓板調(diào)整它的低面間隙，其方法有：1.刮研或配磨下壓板的結(jié)合面；2.用螺釘調(diào)整鑲條位置；3.改變墊片的片數(shù)或厚度； 在水平方向上，常用平鑲條或斜鑲條調(diào)整它的側(cè)面間隙。 圓形導軌的間隙不能調(diào)整。 （4）夾緊裝置 有些導軌（如非水平放置的導軌）在移動之后要求將它的位置固定，因而要用專用的鎖（夾）緊裝置。常用的鎖緊方式有機械鎖緊和液壓鎖緊。 （5）提高耐磨性措施 導軌的使用壽命取決于導軌的結(jié)構、材料、制造質(zhì)量、熱處理方法，以及使用與維護。 提高導軌的耐磨性，使其在較長的時間內(nèi)保持一定的導向精度。 螺釘連接，應使螺釘不受剪切；為避免導軌上有孔（孔內(nèi)積存贓物而加速磨損），一般采用倒裝螺釘。結(jié)構上不便于從下面伸入螺釘固定時，可采用如圖21-16所示的方法。螺釘固緊后，將六角頭磨平，使導軌上的螺釘孔和螺釘頭之間沒有間隙。 用環(huán)氧樹脂膠接，膠接面之間的間隙不超過0.25毫米。膠粘導軌具有一定的膠接剛度和強度，尚有一定的抗沖擊性能，工藝簡單，成本較低。 塑料-用聚四氟乙烯為基材，添加不同的填充劑作為導軌材料。它具有耐磨、抗振以及動、靜摩擦系數(shù)低（0.04），可消除低速爬行現(xiàn)象，在實際應用中取得良好的效果。 3)熱處理 為提高鑄鐵導軌的耐磨性，常對導軌表面進行淬火處理。表面淬火方法有：火焰淬火、高頻淬火和電接觸淬火。 2)選擇合適材料 目前常采用的導軌材料有以下幾種： 鑄鐵- 導軌與承導件或運動件鑄成一體，其材料常用灰口鑄鐵。它具有成本低，工藝性好，熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點。在潤滑和防護良好的情況下，具有一定的耐磨性。常用的是HT200～HT400，硬度以HB=180～200較為合適。適當增加鑄鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可提高導軌的耐磨性。若灰口鑄鐵不能滿足耐磨性要求，可使用耐磨鑄鐵，如高磷鑄鐵，硬度為HB=180～220，耐磨性能比灰口鑄鐵高一倍左右。若加入一定量的銅和鈦，成為磷銅鈦鑄鐵，其耐磨性比灰口鑄鐵高兩倍左右。但高磷系鑄鐵的脆性和鑄造應力較大，易產(chǎn)生裂紋，應采用適當?shù)蔫T造工藝。 此外，還可使用低合金鑄鐵及稀土鑄鐵。 鋼-要求較高的或焊接機架上的導軌，常用淬火的合金鋼制造。淬硬的鋼導軌的耐磨性比普通灰鑄鐵高5～10倍。常用的有20Cr鋼滲碳淬火和40Cr高頻淬火。 本設計采用燕尾槽導軌圖形3-3-1：由鎖緊螺母、鎖緊塊、燕尾槽導軌。 圖3-3-1 燕尾槽導軌， 1- 鎖緊螺母2-鎖緊塊3-燕尾槽 3.4 手輪的設計 如圖所示，手輪向里面移動，當手輪轉(zhuǎn)動時通過離合器帶動齒輪傳動機構，齒輪傳動機構連接絲杠機構，絲杠機構通過離合器連接升降工作臺，從而實現(xiàn)升降工作臺通過手輪實現(xiàn)手動控制而調(diào)節(jié)升降工作臺的位置。如圖所示 3-4-1手輪操縱機構的俯視圖 3-4-2手輪操縱機構的正視圖 3-4-3手輪操縱機構的左視圖 第四章 傳動部分設計 4.1 直齒輪設計 圖 4-1-1 直齒輪 1、選定精度等級、材料及齒數(shù)： ① 確定齒輪類型 兩齒輪均為標準直齒圓柱齒輪。 ② 材料選擇 采用硬齒面?zhèn)鲃?，大、小齒輪材料都為20CrMnTi調(diào)質(zhì)后表面淬火，齒面硬度為55~60HRC ③ 銑床為一般工作機器，速度不高，選用7級制造精度 ③ 小齒輪齒數(shù)為22，大齒輪齒數(shù)為33，傳動比為i=33/22=1.5 ④ 因為速度速度低時轉(zhuǎn)矩更大，所以在設計此對齒輪傳動時以低轉(zhuǎn)速時的參數(shù)來設計。 1、 按齒面接觸疲勞強度設計： 由設計計算公式10-9a進行試算即： d≥2.32 (4-1) ① 確定公式中的各計算數(shù)值： A、由設計對象知外嚙合時公式中的正負號取正號 B、對于直齒圓柱齒輪，試選K=1.3 C、計算小齒輪的轉(zhuǎn)矩： T= (4-2) 其中P=P=1.5 Kw×0.99×××=1.132 Kw；； n===3.99 r/min (3-11) 代入數(shù)據(jù)得： T==2708394 N·mm D、根據(jù)齒輪的裝置狀況，查教材表10-7中選取齒寬系數(shù)=0.5 E、根據(jù)配對齒輪的材料類型為鍛鋼-鍛鋼，由教材表10-6查得的彈性影響系數(shù)Z=189.8 MPa F、由教材圖10-21e中并按齒面硬度查得大、小齒輪的接觸疲勞強度極限均為==1500 Mpa (4-3) G、由教材式10-13計算應力循環(huán)次數(shù)得:(已知銑床為兩班制，工作壽命為15年) N=60 njL=60×3.99×1×2×8×300×15=0.0173×10 (4-4) N==0.0115×10 h、根據(jù)齒輪的材料，熱處理方法及應力循環(huán)次數(shù)查教材中圖10-19取大、小齒輪的接觸疲勞系數(shù)K= 1.10，K=1.12 i、計算接觸疲勞許用應力： 取失效概率為1%，對接觸疲勞強度計算，由于點蝕破壞發(fā)生后只引起噪聲、振動增大，并不立即導致不能繼續(xù)工作的后果，故安全系數(shù)S=1. 由教材中式10-12得： ==1.10×1500=1650 Mpa (4-5) ==1.12×1500=1680 Mpa (4-6) ② 計算： a、試算小齒輪分度圓直徑，代入與中較小的值： ≥2.32 (4-7) = 2.32 = 2.32=54.12×2.32=125.56 mm b、計算圓周速度為V： V===0.047m/s (4-8) c、計算齒寬： b=·d=0.5×125.56=62.78 mm (4-9) d、計算齒寬與齒高的比： 模數(shù) ===5.707 mm (4-10) 齒高 h=2.25=2.25×5.707 mm=12.841 mm (4-11) ==4.889 e、計算載荷系數(shù)： 根據(jù)齒輪V=0.047m/s,且齒輪精度等級為7級，由教材圖10-8查得動載系數(shù)K=1.002； 對直齒輪有==1； 由教材表10-2查得使用系數(shù)K=1； 由教材表10-4并且運用插值法查得對于7級精度，且兩支承相對于齒輪做懸臂布置時，取=1.382； 由=4.889，=1.382查教材圖10-13得=1.295； 故載荷系數(shù)K= KK=1×1.002×1×1.382=1.385 f、按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑： 由教材式10-10a得： d= d (4-12) =125.56 =125.56×1.021=128.23 mm g、 計算模數(shù)m： ===5.829 mm 2、 按齒根彎曲強度設計： 由教材式10-5得彎曲強度的設計公式為： m≥ (4-13) ① 確定公式中的各個計算數(shù)值： a、由教材圖10-20c查得兩個齒輪的彎曲疲勞強度極限均為==920 Mpa b、根據(jù)齒輪材料類型、熱處理方法及應力循環(huán)次數(shù)由教材圖10-18中取彎曲疲勞強度壽命系數(shù)=0.95，=0.96 c、計算彎曲疲勞許用應力 對于彎曲疲勞強度來說，一旦發(fā)生斷齒就會引起嚴重的事故，故取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 由教材式10-12得： ====624.29 Mpa (4-14) ===630.86 Mpa (4-15) d、計算載荷系數(shù)K 由前面查得的數(shù)據(jù)并代入表達式得： K= KK=1×1.002×1×1.295=1.298 (4-16) e、查取齒形系數(shù)和應力校正系數(shù)： 查教材表10-5取=2.72，=2.47 查教材表10-5取=1.57，=1.64 f、計算大小齒輪的，并加以比較： ==0.0068 (4-17) ==0.0064 (4-18) 由上述計算值知大齒輪的數(shù)值更大 ② 設計計算： m≥ (4-19) = mm =5.864 mm 對比以上兩種設計方案的計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲疲勞強度所決定的承載能力，可取由彎曲疲勞強度所算得的模數(shù)5.864 mm并就近圓整為標準值為6mm，由此模數(shù)算得的d=m×Z=6×22=132 mm大于接觸疲勞強度所算得的d=128.23 mm，因而能滿足接觸疲勞強度。 4、幾何尺寸的計算： ① 計算分度圓直徑： d= m×Z=6×22=132 mm d= m×Z=6×33=198 mm ② 計算中心距： a===165 mm ③ 齒輪寬度B=65 mm。為了防止齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯位導致嚙合齒寬減小而增大輪齒單位齒寬的工作載荷，所以將小齒輪齒寬在圓整的基礎上人為地加寬5mm，取B=70mm，B=65mm。 4.2 錐齒輪設計 4.2.1已知條件 1) 工作條件：兩班制，連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)，室內(nèi)工作，有粉塵，環(huán)境最高溫度35℃。 2) 使用折舊期：8年，每年工作350天，每天工作16小時。 3) 檢修間隔期：2年一次大修，每年一次中修，半年一次小修。 4) 動力來源：電力，三相交流，電壓380/220V。 5) 運輸帶速度允許誤差：≤5% 6) 制造條件及生產(chǎn)批量：中型機械廠，單件小批生產(chǎn)。 7) 滾筒效率：=0.96 4.2.2對軸承的效率統(tǒng)計 1) 滾筒球軸承效率：=0.99（脂潤滑） 2) 開式齒輪軸承效率：=0.99（脂潤滑） 3) 減速器內(nèi)滾柱軸承效率（2對）：=0.98（油潤滑）； =0.98（油潤滑） 4) 開式齒輪轉(zhuǎn)動：=0.95（8級精度，脂潤滑） 5) 錐齒轉(zhuǎn)動嚙合效率：=0.96（8級精度，油潤滑） 1) 電機—錐齒輪間，使用彈性套柱聯(lián)軸器：=0.993 2) 錐齒輪—開式齒輪間，使用滑塊聯(lián)軸器：=0.98 4.2.3選定齒輪精度等級、材料熱處理方式及齒數(shù) 本運輸機工作速度、功率都不高，故選用8級精度。 1) 選擇小齒輪材料為40Gr，調(diào)質(zhì)處理，硬度270HBS，大齒輪材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為230HBS，二者硬度差為40HBS。 2) 選取小齒輪齒數(shù)Z1=22，初步確定傳動比為U1=2.0則大齒輪齒數(shù)Z2= U1 Z1=2.0×22≈44此時傳動比 4.2.4按齒面接觸疲勞強度計算 錐齒輪以大端面參數(shù)為標準值，取齒寬中點處的當量齒輪作為強度計算依據(jù)進行計算。 4.2.4.1設計齒輪 (4-20) 1) 初擬載荷系數(shù)，取齒寬系數(shù) 2) 彈性影響系數(shù) 查得 3) 應力循環(huán)次數(shù) 使用期： (4-21) (4-22) 4) 按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度極限為： 小齒輪：；大齒輪： 5) 接觸疲勞強度壽命系數(shù) 選用線型1（允許少量點蝕）查得： ； 6) 計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由課本式10-12得 (4-23) (4-24) 4.2.4.2 參數(shù)計算 1) 試計算小齒輪（大端）分度圓直徑，代入較小的有： (4-25) 2) 計算平均圓周速度 求平均分度圓直徑 (4-26) (4-27) 3) 計算載荷系數(shù) 使用系數(shù)：取 動載系數(shù)：按9級精度查取， 齒間載荷分布系數(shù)：取1 齒向載荷分布系數(shù)： 綜上，載荷系數(shù) (4-28) 4) 校正分度圓直徑， (4-29) 模數(shù) 取標準值m=5.5 4.2.5 齒輪部分相關參數(shù) 大錐齒輪如圖4-1： 圖4-2-1 斜齒輪 1) 由分度圓直徑計算齒輪 2) 最終傳動比 3) 由齒數(shù)球分度圓直徑 l 錐距R， (4-30) 齒寬 圓整取 4) 計算 則 (4-31) 5) 當量齒數(shù) (4-32) (4-33) 4.2.6 校核齒根彎曲疲勞強度 1) 確定彎曲強度載荷系數(shù)，與接觸強度載荷系數(shù)相同 (4-34) 2) 確定齒形系數(shù)，應力校正系數(shù)， 3) 確定彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù)，壽命系數(shù)查 查得： 疲勞極限應力， 查得： 可求出許用應力 (4-35) (4-36) 4) 校核彎曲強度 輪齒所受切向力，有 (4-37) 校核 (4-38) 彎曲強度滿足要求。 以上所選參數(shù)合適，至此錐齒輪轉(zhuǎn)動設計完畢。 4.2.7錐齒輪轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)匯總 取齒頂高系數(shù),頂隙系數(shù) 名 稱 代 號 小錐齒輪 大錐齒輪 齒數(shù) Z 22 44 模數(shù) m 5.5mm 公錐角 δ 分度圓直徑(mm) d 121 242 齒頂高(mm) ha 5.5 齒根高(mm) hf 6.6 齒頂圓直徑(mm) da 132 253 齒根圓直徑(mm) df 114.4 235.4 錐距(mm) R 157.5 頂隙(mm) c 0.2mm 分度圓齒厚(mm) S 3.927 當量齒數(shù) ZV 29.05 184.36 齒寬(mm) β 47 40 齒寬系數(shù) 0.3 平均分度圓直徑（mm） 57.375 144.5 表3-1 錐齒輪數(shù)據(jù)匯總表 傳動比。 4.2.8核算轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩 參 數(shù) 轉(zhuǎn)速n（r/min） 功率p(KW) 轉(zhuǎn)矩（） 電動機 1440 1.5 19.5 軸8 3.99 1.132 2708394 軸 87.60 2.687 293.02 4.3直齒-錐齒組合齒輪 4.3.1設計模型如圖4-3-1 圖4-3-1 組合齒輪 其中小錐齒端在上節(jié)已經(jīng)設計過，此處僅設計大端直齒圓柱齒輪。設計的大齒輪與4.1節(jié)所設計的小直齒輪進行嚙合，設計過程如下： 1、 選定精度等級、材料及齒數(shù)： ① 確定齒輪類型 兩齒輪均為標準直齒圓柱齒輪。 ② 材料選擇 兩個齒輪的齒數(shù)、大小一樣，兩者都采用45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為240HBS。 ③ 銑床為一般工作機器，速度不高，選用7級制造精度 ④ 小齒輪齒數(shù)為22，大齒輪齒數(shù)為33，傳動比為i=33/22=1.5 2、 按齒面接觸疲勞強度設計： 由設計計算公式10-9a進行試算即： d≥2.32 (4-39) ① 確定公式中的各計算數(shù)值： a、 由設計對象知外嚙合時公式中的正負號取正號 b、 對于直齒圓柱齒輪，試選K=1.3 c、 計算小齒輪的轉(zhuǎn)矩： T= 其中P=P=1.5 Kw××=1.36Kw；；n===70 r/min (4-40) 代入數(shù)據(jù)得： T==185543 N·mm d、 根據(jù)齒輪的裝置狀況，查教材表10-7中選取齒寬系數(shù)=0.8 e、 根據(jù)配對齒輪的材料類型為鍛鋼-鍛鋼，由教材表10-6查得的彈性影響系數(shù)Z=189.8 MPa f、 由教材圖10-21d中并按齒面硬度查得兩個齒輪的接觸疲勞強度極限= =600 Mpa g、 由教材式10-13計算應力循環(huán)次數(shù)得:(已知銑床為兩班制，工作壽命為15年) N=60 njL=60×70×1×2×8×300×15=0.303×10 N==0.303×10 h、根據(jù)齒輪的材料、熱處理方法及應力循環(huán)次數(shù)查教材中圖10-19兩個齒輪的接觸疲勞系數(shù)均為K=K=0.975 i、計算接觸疲勞許用應力： 取失效概率為1%，對接觸疲勞強度計算，由于點蝕破壞發(fā)生后只引起噪聲、振動增大，并不立即導致不能繼續(xù)工作的后果，故安全系數(shù)S=1 由教材中式10-12得： ==0.975×600=585 Mpa (4-41) ==0.975×600=585 Mpa ② 計算： a、試算小齒輪分度圓直徑，代入與中較小的值： ≥2.32= 2.32= 2.32=39.89×2.32=92.546 mm (4-42) b、計算圓周速度為V： V===0.339 m/s c、計算齒寬： b=·d=0.8×92.546=74.037 mm d、計算齒寬與齒高的比： 模數(shù) ===2.314 mm 齒高 h=2.25=2.25×2.314 mm=5.206 mm ==14.221 e、計算載荷系數(shù)： 根據(jù)齒輪V=0.339 m/s,且齒輪精度等級為7級，由教材圖10-8查得動載系數(shù)K=1.01； 對直齒輪有==1； 由教材表10-2查得使用系數(shù)K=1； 由教材表10-4并且運用插值法查得對于7級精度，且兩支承相對于齒輪做非對稱布置時，取=1.299； 由=14.221，=1.299查教材圖10-13得=1.29； 故載荷系數(shù)K= KK=1×1.01×1×1.299=1.312 f、按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑： 由教材式10-10a得： d= d=92.546=92.546×1.003=92.824 mm (4-43) g、 計算模數(shù)m： ===2.321 mm 3、 按齒根彎曲強度設計： 由教材式10-5得彎曲強度的設計公式為： m≥ (4-44) ① 確定公式中的各個計算數(shù)值： a、由教材圖10-20c查得兩個齒輪的彎曲疲勞強度極限均為==450 Mpa b、根據(jù)齒輪材料類型、熱處理方法及應力循環(huán)次數(shù)由教材圖10-18中取彎曲疲勞強度壽命系數(shù)==0.89 c、計算彎曲疲勞許用應力 對于彎曲疲勞強度來說，一旦發(fā)生斷齒就會引起嚴重的事故，故取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 由教材式10-12得： ===286.07 Mpa (4-45) ===286.07 Mpa d、計算載荷系數(shù)K 由前面查得的數(shù)據(jù)并代入表達式得： K= KK=1×1.01×1×1.29=1.303 (4-46) e、查取齒形系數(shù)和應力校正系數(shù)： 查教材表10-5取==2.40 查教材表10-5取==1.67 f、計算大小齒輪的，并加以比較： ===0.014 (4-47) 由上述計算值知大齒輪的數(shù)值更大 ② 設計計算： m≥= mm=1.742 mm (4-48) 對比以上兩種設計方案的計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根