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XXXX大學(xué)XXXX
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
學(xué) 院： XXXX
題 目： 立式銑床升降工作臺(tái)設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
姓 名：
學(xué) 號： XXXX
指導(dǎo)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(dòng)態(tài) 4
1.6 原理 5
1.7設(shè)計(jì)的主要參數(shù) 6
第二章 升降臺(tái)總體設(shè)計(jì) 7
2.1 布局設(shè)計(jì) 7
2.2升降臺(tái)的結(jié)構(gòu)和操縱 8
第三章 機(jī)床零件設(shè)計(jì) 12
3.1 操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
3.2 雙層絲杠設(shè)計(jì) 13
3.3 燕尾槽導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 16
3.4 手輪的設(shè)計(jì) 19
第四章 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 21
4.1 直齒輪設(shè)計(jì) 21
4.2 錐齒輪設(shè)計(jì) 25
4.3 直齒-錐齒組合齒輪 32
第五章 軸的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 37
5.1 軸的尺寸設(shè)計(jì) 37
5.2 軸的強(qiáng)度校核 38
總結(jié) 40
參考文獻(xiàn) 41
附 錄:翻譯 42
立式銑床工作臺(tái)升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘要
本論文設(shè)計(jì)主要針對機(jī)床的升降機(jī)構(gòu)部分，其中包括以下幾個(gè)部分：(1)雙層升降絲杠的設(shè)計(jì)，(2)手動(dòng)換向手柄設(shè)計(jì)，（3）燕尾槽導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)，（4）直齒輪設(shè)計(jì)，（5）錐齒輪設(shè)計(jì)，（6）直齒-錐齒輪組合設(shè)計(jì)，（7）鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
部分所具有的特點(diǎn)，雙層絲杠的設(shè)計(jì)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(dòng)換向手柄的設(shè)計(jì)中，其包括了垂直方向的移動(dòng)和橫向的移動(dòng)，用一個(gè)手柄操作，可以形成互鎖，避免兩個(gè)方向的移動(dòng)干涉，起到安全的效果。導(dǎo)軌的組合形式有多種，采用燕尾槽導(dǎo)軌其特點(diǎn)是多向受力，一般多有帶塞鐵，可調(diào)間隙。齒輪的設(shè)計(jì)主要是考慮到齒輪的傳動(dòng)特點(diǎn)，其具有效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，傳動(dòng)比穩(wěn)定，設(shè)計(jì)目的是保證齒輪的壽命，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及齒面接觸疲勞強(qiáng)度。并且考慮到機(jī)床的載荷情況，對齒輪的材料進(jìn)行選擇，設(shè)計(jì)齒輪的尺寸，考慮其熱處理方式等。錐齒輪的設(shè)計(jì)同樣考慮齒輪設(shè)計(jì)的方面。設(shè)計(jì)直齒-錐齒組合齒輪，主要考慮工作的需要，并且此零件的設(shè)計(jì)也使得安裝簡易，所要考慮的問題是如何設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)尺寸，以使得零件的加工簡易，強(qiáng)度可靠，生產(chǎn)成本在經(jīng)濟(jì)允許范圍內(nèi)。鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是應(yīng)機(jī)床加工精度的要求而出現(xiàn)的，為了使機(jī)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_(tái)進(jìn)行鎖緊固定，鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)簡單，操作容易。
關(guān)鍵詞
導(dǎo)軌，換向手柄，直齒輪，鎖緊機(jī)構(gòu)，塞鐵，齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，齒面接觸疲勞強(qiáng)度。
第一章 緒論
1.1 概述
為了便于機(jī)床的工件加工，機(jī)床安裝工件的工作臺(tái)必須做成活動(dòng)式的，可以在橫向、縱向、垂直方向移動(dòng)。本說明書主要涉及垂直方向（即升降臺(tái)）的工作原理、工作方式及相關(guān)的方面。
升降臺(tái)是一種垂直運(yùn)送人或物的起重機(jī)械。也指在工廠、自動(dòng)倉庫等物流系統(tǒng)中進(jìn)行垂直輸送的設(shè)備，升降臺(tái)上往往還裝有各種平面輸送設(shè)備，作為不同高度輸送線的連接裝置。一般采用液壓驅(qū)動(dòng)，故稱液壓升降臺(tái)。除作為不同高度的貨物輸送外，廣泛應(yīng)用于高空的安裝、維修等作業(yè)。升降臺(tái)自由升降的特點(diǎn)目前已經(jīng)廣泛運(yùn)用于市政維修，碼頭、物流中心貨物運(yùn)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(dòng)、自支腿、操作簡單、作業(yè)面大，特別是能夠跨越障礙進(jìn)行高空作業(yè)等360度自由旋轉(zhuǎn)優(yōu)點(diǎn)。 最近升降機(jī)產(chǎn)品改為柴油機(jī)、電動(dòng)兩用旋轉(zhuǎn)式升降機(jī)，又研制、生產(chǎn)出電瓶車載高空作業(yè)平臺(tái)升降臺(tái)，它的特點(diǎn)是利用電瓶驅(qū)動(dòng)、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(yùn)送的需求與人類的文明一樣久遠(yuǎn)，最早的升降機(jī)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(dòng)力方式。
阿基米德開發(fā)了經(jīng)過改進(jìn)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(dòng)物乘坐原始的升降機(jī)到達(dá)羅馬大劇場中競技場的高度。中世紀(jì)的紀(jì)錄包括無數(shù)拉升升降裝置的人和為孤立地點(diǎn)進(jìn)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(jī)。這個(gè)修道院位于距離地面大約61米高的山頂上，提升機(jī)使用籃子或者貨物網(wǎng)，運(yùn)送人員與貨物上下。
18世紀(jì)，機(jī)械力開始被用于升降機(jī)的發(fā)展。1743年，法國路易十五授權(quán)在凡爾賽的私人宮殿安裝使用平衡物的人員升降機(jī)。
1833年，一種使用往復(fù)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(jī)”的用皮帶牽引的升降機(jī)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(jī)出現(xiàn)。然后其他動(dòng)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(gè)棘輪機(jī)械裝置，在紐約貿(mào)易展覽會(huì)上展示了安全升降機(jī)?！?
1889年，埃菲爾鐵塔建塔時(shí)安裝了以蒸汽為動(dòng)力的升降機(jī)，后改用電梯。
1892年，智利阿斯蒂列羅山的升降設(shè)備建成，直到現(xiàn)在，15臺(tái)升降機(jī)仍然使用著110多年前的機(jī)械設(shè)備。
目前，瑞士格勞賓登州正在興建的“圣哥達(dá)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(yù)計(jì)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(gè)直接抵達(dá)地面的升降機(jī)。建成后，它將是世界上升降距離最長的一部升降機(jī)了。旅客通過升降機(jī)抵達(dá)地面后，便可搭乘阿爾卑斯冰河觀光快速列車，兩個(gè)小時(shí)后就能到達(dá)山上的度假村了。
1.3銑床的簡介
銑床一種用途廣泛的機(jī)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(jìn)行切斷工作等。銑床在工作時(shí)，工件裝在工作臺(tái)上或分度頭等附件上，銑刀旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，輔以工作臺(tái)或銑頭的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，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(xì)等離子切割技術(shù)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(yuǎn)低于激光切割。因此，數(shù)控銑床自20世紀(jì)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(jī)械結(jié)構(gòu)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(gè)階段，相應(yīng)的型號種類繁多。能夠代表數(shù)控銑床技術(shù)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(jī)上安裝一個(gè)專用切割機(jī)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(yùn)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(jī)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(yīng)用最為普遍的是數(shù)控銑床和等離子切割，所用的設(shè)備包括手工下料、仿形機(jī)下料、半自動(dòng)切割機(jī)下料及數(shù)控切割機(jī)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(shè)備。但手工切割下料的缺點(diǎn)也是顯而易見的，其割縫質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費(fèi)大、后道加工工序的工作量大，同時(shí)勞動(dòng)條件惡劣。用仿形機(jī)下料，雖可大大提高下料工件的質(zhì)量，但必須預(yù)先加工與工件相適應(yīng)的靠模，不適于單件、小批量和大工件下料。半自動(dòng)切割機(jī)雖然降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)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(shè)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(jì)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(rèn)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(jìn)，而且改善了工人的勞動(dòng)環(huán)境，勞動(dòng)效率進(jìn)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(jī)為主，但純火焰切割，已不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，該類切割機(jī)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(huì)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(dá)國家金屬加工行業(yè)90%為數(shù)控切割機(jī)下料，僅10%為手工下料；而我國數(shù)控切割機(jī)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(tái)之間。相較而言，仿形切割機(jī)每年銷售幾千臺(tái)，半自動(dòng)切割機(jī)每年銷售達(dá)上萬臺(tái)。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(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)了數(shù)控技術(shù)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(jìn)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(jī)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(gòu)，即數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上，面向最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實(shí)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(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
近幾年來，由于對切割質(zhì)量、勞動(dòng)環(huán)境等的要求越來越高，其相應(yīng)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(shè)備生產(chǎn)行業(yè)中，由于缺乏切割理論研究與生產(chǎn)實(shí)踐相轉(zhuǎn)換的機(jī)制，因此新技術(shù)運(yùn)用不廣、新產(chǎn)品開發(fā)速度不快，制約了數(shù)控銑床技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和運(yùn)用。
1.5數(shù)控銑床發(fā)展動(dòng)態(tài)
中國數(shù)控銑床雖說價(jià)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(shù)將朝數(shù)字化、高速 高精化、復(fù)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(wù)和多軸加工數(shù)控銑床越來越多地應(yīng)用到能源、航空航天等行業(yè)。
3、機(jī)床與機(jī)器人的集成應(yīng)用日趨普及，且結(jié)構(gòu)形式多樣化，應(yīng)用范圍擴(kuò)大化，運(yùn)動(dòng)速度高速化，多傳感器融合技術(shù)實(shí)用化，控制功能智能化，多機(jī)器人協(xié)同普及化。
4、智能化加工與監(jiān)測功能不斷擴(kuò)充，車間的加工監(jiān)測與管理可實(shí)時(shí)獲取機(jī)床本身的狀態(tài)信息，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)測機(jī)床的狀態(tài)，提前進(jìn)行相關(guān)的維護(hù)，避免事故的發(fā)生，減少機(jī)床的故障率，提高機(jī)床的利用率。
5、最新的機(jī)床誤差檢測與補(bǔ)償技術(shù)能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成對機(jī)床的補(bǔ)償測量，與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對機(jī)床誤差的補(bǔ)償精度能夠提高3～4倍，同時(shí)效率得到大幅度提升。
6、CAD/CAM技術(shù)為多軸多任務(wù)數(shù)控銑床的加工提供強(qiáng)有力的支持，可以大幅度提高加工效率。
7、刀具技術(shù)發(fā)展迅速，眾多刀具的設(shè)計(jì)涵蓋了整個(gè)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(tái)工作原理:
操縱手柄運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)主動(dòng)軸和直齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。與之嚙合的直齒錐齒組合齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。從而帶動(dòng)錐齒輪和雙層絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了升降工作臺(tái)的上下運(yùn)動(dòng)。
雙層絲杠升降原理
工作臺(tái)升降絲杠是采用雙層絲杠，這是因?yàn)樯蹬_(tái)內(nèi)安裝絲杠的距離限制，用單根絲杠又不能滿足工作臺(tái)行程的要求.當(dāng)絲杠1在絲杠套筒2內(nèi)旋至末端時(shí)，由于階臺(tái)螺母3的限制而不能再向上旋轉(zhuǎn)，此時(shí)就帶動(dòng)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(tái)原理
1.7 設(shè)計(jì)的主要參數(shù)
本次設(shè)計(jì)的機(jī)床的主要技術(shù)規(guī)格如下：
（1） 工作臺(tái)工作面積（寬長） 3201250 mm
（2） 工作臺(tái)最大行程（手動(dòng)/機(jī)動(dòng)）
縱向 700\680 mm
橫向 255 \240 mm
垂向 320 \300 mm
（3） 工作臺(tái)最大回轉(zhuǎn)角度 45°
（4） 工作臺(tái)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(dǎo)軌至工作臺(tái)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(tái)工作進(jìn)給量 18級
縱向、橫向 23.5～1500 mm \min
（10）主電動(dòng)機(jī)（功率×轉(zhuǎn)速） 7.5KW×1450 r \min
（11）進(jìn)給電動(dòng)機(jī)（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(tái)總體設(shè)計(jì)
2.1 布局設(shè)計(jì)
布局設(shè)計(jì)如下:
圖2-1 升降臺(tái)結(jié)構(gòu)
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(dòng)操作手柄，滑動(dòng)手柄，工作臺(tái)，連接螺栓，垂直方向?qū)к墸琓形槽.
2.2升降臺(tái)的結(jié)構(gòu)和操縱
圖2-2所示是升降臺(tái)的的展開圖。運(yùn)動(dòng)從進(jìn)給變速箱中的軸XI，通過Z=28的齒輪帶動(dòng)軸Z=35的齒輪，傳如升降臺(tái)內(nèi)。軸XII上Z=18的齒輪1帶動(dòng)齒輪2、3、4旋轉(zhuǎn)，把運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)傳給傳給垂直進(jìn)給系統(tǒng)。齒輪3通過鞘10帶動(dòng)軸XIV，再把運(yùn)動(dòng)傳給縱向進(jìn)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(yùn)動(dòng)傳給橫向進(jìn)給絲杠。
圖2-2升降臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)展開圖
當(dāng)工作臺(tái)做橫向或升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，尤其做快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止因手柄旋轉(zhuǎn)而造成工傷事故，進(jìn)給結(jié)構(gòu)特設(shè)有安全裝置，即在機(jī)動(dòng)進(jìn)給時(shí)，手柄一定脫開而空套在軸上，就是使機(jī)動(dòng)與手動(dòng)產(chǎn)生的聯(lián)鎖作用。即當(dāng)撥叉把離合器M撥向里而與齒輪2嚙合時(shí)，是作垂直機(jī)動(dòng)進(jìn)給。此時(shí)由于離合器M向里移動(dòng)而帶動(dòng)絲桿6，絲杠6繞鞘5移動(dòng)時(shí)，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(dòng)進(jìn)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(jìn)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(tái)的橫截圖。運(yùn)動(dòng)從軸XIII上的齒輪9（見圖2-2）帶動(dòng)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(dá)到工作臺(tái)垂直進(jìn)給的目的。
由于升降臺(tái)的行程比較大，升降臺(tái)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(gòu)如圖2-4。當(dāng)絲杠4在絲杠套筒5內(nèi)旋至末端時(shí)，由于階臺(tái)螺母6的限制面不能再向上旋。此時(shí)就帶動(dòng)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(yùn)動(dòng)傳給縱向絲杠。
X62W型銑床的縱向進(jìn)給與橫向、升降進(jìn)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(jī)構(gòu)中的機(jī)械動(dòng)作獲得的。圖2-5是橫向和升降的結(jié)構(gòu)圖，這兩個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)由一個(gè)操縱手柄控制的。
當(dāng)需要時(shí)工作臺(tái)作垂直方向進(jìn)給時(shí)，可將手柄向上提或向下壓。向上提時(shí)，手柄以中間球運(yùn)動(dòng)。
圖2-3升降臺(tái)布局圖
圖2-5升降操縱機(jī)構(gòu)圖
第三章 機(jī)床零件設(shè)計(jì)
3.1 操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
工作原理
銑床的縱向進(jìn)給與橫向、升降進(jìn)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(jī)構(gòu)中的機(jī)械動(dòng)作獲得的（見部裝圖）。需要工作臺(tái)橫向進(jìn)給時(shí)，可將手柄向前推或向后拉。向前推時(shí)鼓輪便向后移動(dòng)鼓輪水平截面的廓形，是根據(jù)移動(dòng)橫向離合器,M橫的要求而設(shè)計(jì)成凹凸相間形的。這時(shí)搖臂2的一大個(gè)支點(diǎn)m落入鼓輪的凹陷部分，而另一個(gè)支點(diǎn)n則在凸處。于是，推桿3；便推動(dòng)撥叉4使它按反時(shí)針方向擺動(dòng)，接通橫向離合器M橫工作臺(tái)便可做橫行運(yùn)動(dòng)。
在鼓輪做軸向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，其相應(yīng)部位的斜面將觸桿7壓下，接通行程開關(guān)8，電動(dòng)機(jī)通電，工作臺(tái)開始橫向進(jìn)給。
相反，若將手柄向后拉，鼓輪1則向前移動(dòng)。但這時(shí)搖臂2和撥叉4的擺動(dòng)方向仍是反時(shí)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(yīng)部位的斜面壓下觸桿5,接通了另一個(gè)行程開關(guān)6,使進(jìn)給電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，工作臺(tái)作相反方向的橫向進(jìn)給。若要工作臺(tái)作上下移動(dòng)，可將手柄向上提或向下壓，使得鼓輪轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。鼓輪的兩周有一個(gè)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(dòng)時(shí)，搖臂上的觸電n和m便做順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)使得搖臂2和撥叉4作順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，接通垂直進(jìn)給離合器M垂，而另外一方則斷開使得橫向不能夠移動(dòng)，達(dá)到運(yùn)動(dòng)自鎖的效果。
手柄上下移動(dòng)的同時(shí)，鼓輪使得電動(dòng)機(jī)獲得正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，工作臺(tái)就上下移動(dòng)。用單手柄操縱機(jī)構(gòu)能夠減少失誤，達(dá)到安全的效果。
圖3-1-1 操作機(jī)構(gòu)
1-鼓輪；2-搖臂；3-推桿；4-撥叉
3.2 雙層絲杠設(shè)計(jì)
工作原理:
工作臺(tái)升降絲杠是采用雙層絲杠，見圖紙（3-1）這是因?yàn)樯蹬_(tái)內(nèi)安裝絲杠的距離限制，用單根絲杠又不能滿足工作臺(tái)行程的要求.
當(dāng)絲杠1在絲杠套筒2內(nèi)旋至末端時(shí)，由于階臺(tái)螺母3的限制而不能再向上旋轉(zhuǎn)，此時(shí)就帶動(dòng)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(jìn)給絲杠；2-絲杠套筒；3-螺母；4-圓錐銷；均用45鋼制作，5-階臺(tái)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(shí)能夠產(chǎn)生自鎖。安裝方便，定位準(zhǔn)確，多次折裝而不影響精度。垂直進(jìn)給絲杠上升到一定高度時(shí)，其底部與絲杠套筒互鎖帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到足夠的上升行程.
圖3-2-1 工作臺(tái)升降雙層絲杠
1-垂直進(jìn)給絲杠；2-絲杠套筒；3-螺母；4-圓錐銷；5-階臺(tái)螺母.
雙層絲桿設(shè)計(jì)計(jì)算
已知條件：
工作臺(tái)重量： W=890Kg F=8892N
滾珠絲杠基本導(dǎo)程： Lo=6mm
行程： S=375mm
快速進(jìn)給速度： 450mm/min
由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》可知，切削功率
(3-1)
式中： N---電機(jī)功率，查機(jī)床說明書，N=7.5 KW；
---主傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，一般為0.7～0.85取=0.7；
K---進(jìn)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(shí)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(jìn)給工作臺(tái)工作載荷計(jì)算
從《數(shù)控銑床》中表2-1可得知，在一般立式銑削時(shí)，
工作臺(tái)縱向進(jìn)給方向載荷：
F=1.0Fz=5294 N (3-4)
工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷：
F=0.4Fz=0.4×2964=1185 N (3-5)
工作臺(tái)橫向進(jìn)給方向載荷：
F=0.2Fz=0.2×2964=592 N (3-6)
由《簡明機(jī)械加工工藝手冊》可知，如用燕尾導(dǎo)軌，導(dǎo)軌銑床絲杠的軸向力：
采用燕尾導(dǎo)軌
(3-7)
式中K=1.1 =0.15
則有：
3.3 燕尾槽導(dǎo)軌設(shè)計(jì)
絲杠中徑在扭矩推力關(guān)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(yàn)時(shí)，須在計(jì)算推力與對應(yīng)中徑的絲杠的軸向額定負(fù)載中取小值）；當(dāng)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(guān)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(dǎo)程的函數(shù)）轉(zhuǎn)速對推力沒有影響，但對于運(yùn)動(dòng)過程表征其與機(jī)械效率的函數(shù)，功率校驗(yàn)時(shí)建議取η=0.85核定。
注：目前業(yè)內(nèi)常常將機(jī)械效率在受力分析中體現(xiàn)，實(shí)為誤區(qū)，效率是一個(gè)過程量，力則是點(diǎn)量，好比電壓與電流分別跟電阻的關(guān)系。
導(dǎo)軌的作用和設(shè)計(jì)要求：
當(dāng)運(yùn)動(dòng)件沿著承導(dǎo)件作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，承導(dǎo)件上的導(dǎo)軌起支承和導(dǎo)向的作用，即支承運(yùn)動(dòng)件和保證運(yùn)動(dòng)件在外力（載荷及運(yùn)動(dòng)件本身的重量）的作用下，沿給定的方向進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。
對導(dǎo)軌的要求如下：
1.一定的導(dǎo)向精度。導(dǎo)向精度是指運(yùn)動(dòng)件沿導(dǎo)軌移動(dòng)的直線性，以及它與有關(guān)基面間的相互位置的準(zhǔn)確性。
2.運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)。工作時(shí)，應(yīng)輕便省力，速度均勻，低速時(shí)應(yīng)無爬行現(xiàn)象。
3.良好的耐磨性。導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌長期使用后，能保持一定的使用精度。導(dǎo)軌在使用過程中要磨損，但應(yīng)使磨損量小，且磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整。 4. 4.足夠的剛度。運(yùn)動(dòng)件所受的外力，是由導(dǎo)軌面承受的，故導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的接觸剛度。為此，常用加大導(dǎo)軌面寬度，以降低導(dǎo)軌面比壓；設(shè)置輔助導(dǎo)軌，以承受外載
5.溫度變化影響小。應(yīng)保證導(dǎo)軌在工作溫度變化的條件下，仍能正常工作。
6.結(jié)構(gòu)工藝性好。在保證導(dǎo)軌其它要求的前提下，應(yīng)使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單，便于加工、測量、裝配和調(diào)整，降低成本。不同設(shè)備的導(dǎo)軌，必須作具體分析，對其提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。必須指出，上述六點(diǎn)要求是相互影響的。
2 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
設(shè)計(jì)導(dǎo)軌應(yīng)包括下列幾方面內(nèi)容：
1.根據(jù)工作條件，選擇合適的導(dǎo)軌類型。
2.選擇導(dǎo)軌的截面形狀，以保證導(dǎo)向精度。
3.選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)輕便和平穩(wěn)。
4.選擇導(dǎo)軌的補(bǔ)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(dǎo)向精度
5.選擇合理的潤滑方法和防護(hù)裝置，使導(dǎo)軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損。 6. 6.制訂保證導(dǎo)軌所必須的技術(shù)條件，如選擇適當(dāng)?shù)牟牧希约盁崽幚?、精加工和測量方法等。
3 導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1. 滑動(dòng)導(dǎo)軌
(1) 基本形式
三角形導(dǎo)軌：該導(dǎo)軌磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，故導(dǎo)向精度高。它的截面角度由載荷大小及導(dǎo)向要求而定，一般為90°。為增加承載面積，減小比壓，在導(dǎo)軌高度不變的條件下，采用較大的頂角（110°～120°）；為提高導(dǎo)向性，采用較小的頂角（60°）。如果導(dǎo)軌上所受的力，在兩個(gè)方向上的分力相差很大，應(yīng)采用不對稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導(dǎo)軌面。
矩形導(dǎo)軌：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗(yàn)和修理方便；導(dǎo)軌面較寬，承載力較大，剛度高，故應(yīng)用廣泛。但它的導(dǎo)向精度沒有三角形導(dǎo)軌高；導(dǎo)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(dǎo)軌：制造方便，外圓采用磨削，內(nèi)孔珩磨可達(dá)精密的配合，但磨損后不能調(diào)整間隙。為防止轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dǎo)軌：燕尾形導(dǎo)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(gòu)緊湊；但制造檢驗(yàn)不方便，摩擦力較大，剛度較差。用于運(yùn)動(dòng)速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的場合，本設(shè)計(jì)采用燕尾槽導(dǎo)軌。
(2)常用導(dǎo)軌組合形式
三角形和矩形組合：這種組合形式以三角導(dǎo)軌為導(dǎo)向面，導(dǎo)向精度較高，而平導(dǎo)軌的工藝性好，因此應(yīng)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(dǎo)軌易儲(chǔ)存潤滑油，低、高速都能采用；棱-平組合導(dǎo)軌不能儲(chǔ)存潤滑油，只用于低速移動(dòng)。
為使導(dǎo)軌移動(dòng)輕便省力和兩導(dǎo)軌磨損均勻，驅(qū)動(dòng)元件應(yīng)設(shè)在三角形導(dǎo)軌之下，或
偏向三角形導(dǎo)軌。
矩形和矩形組合：承載面和導(dǎo)向面分開，因而制造和調(diào)整簡單。導(dǎo)向面的間隙用鑲條調(diào)整，接觸剛度低。雙三角形導(dǎo)軌：由于采用對稱結(jié)構(gòu)，兩條導(dǎo)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(dǎo)向精度高，但工藝性差，四個(gè)表面刮削或磨削也難以完全接觸，如果運(yùn)動(dòng)部件熱變形不同，也不能保證四個(gè)面同時(shí)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(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動(dòng)表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。間隙過小，會(huì)增加摩擦阻力；間隙過大，會(huì)降低導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌的間隙如依靠刮研來保證，要廢很大的勞動(dòng)量，而且導(dǎo)軌經(jīng)過長期使用后，會(huì)因磨損而增大間隙，需要及時(shí)調(diào)整，故導(dǎo)軌應(yīng)有間隙調(diào)整裝置。
矩形導(dǎo)軌需要在垂直和水平兩個(gè)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(dǎo)軌的間隙不能調(diào)整。
（4）夾緊裝置
有些導(dǎo)軌（如非水平放置的導(dǎo)軌）在移動(dòng)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(jī)械鎖緊和液壓鎖緊。
（5）提高耐磨性措施
導(dǎo)軌的使用壽命取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、制造質(zhì)量、熱處理方法，以及使用與維護(hù)。 提高導(dǎo)軌的耐磨性，使其在較長的時(shí)間內(nèi)保持一定的導(dǎo)向精度。
螺釘連接，應(yīng)使螺釘不受剪切；為避免導(dǎo)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(gòu)上不便于從下面伸入螺釘固定時(shí)，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(dǎo)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(dǎo)軌具有一定的膠接剛度和強(qiáng)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(dǎo)軌材料。它具有耐磨、抗振以及動(dòng)、靜摩擦系數(shù)低（0.04），可消除低速爬行現(xiàn)象，在實(shí)際應(yīng)用中取得良好的效果。
3)熱處理 為提高鑄鐵導(dǎo)軌的耐磨性，常對導(dǎo)軌表面進(jìn)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(dǎo)軌材料有以下幾種：
鑄鐵- 導(dǎo)軌與承導(dǎo)件或運(yùn)動(dòng)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(diǎn)。在潤滑和防護(hù)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(dāng)增加鑄鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可提高導(dǎo)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(yīng)力較大，易產(chǎn)生裂紋，應(yīng)采用適當(dāng)?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(jī)架上的導(dǎo)軌，常用淬火的合金鋼制造。淬硬的鋼導(dǎo)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(shè)計(jì)采用燕尾槽導(dǎo)軌圖形3-3-1：由鎖緊螺母、鎖緊塊、燕尾槽導(dǎo)軌。
圖3-3-1 燕尾槽導(dǎo)軌，
1- 鎖緊螺母2-鎖緊塊3-燕尾槽
3.4 手輪的設(shè)計(jì)
如圖所示，手輪向里面移動(dòng)，當(dāng)手輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過離合器帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接絲杠機(jī)構(gòu)，絲杠機(jī)構(gòu)通過離合器連接升降工作臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)升降工作臺(tái)通過手輪實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制而調(diào)節(jié)升降工作臺(tái)的位置。如圖所示
3-4-1手輪操縱機(jī)構(gòu)的俯視圖
3-4-2手輪操縱機(jī)構(gòu)的正視圖
3-4-3手輪操縱機(jī)構(gòu)的左視圖
第四章 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)
4.1 直齒輪設(shè)計(jì)
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(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪。
② 材料選擇
采用硬齒面?zhèn)鲃?dòng)，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(jī)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(dòng)比為i=33/22=1.5
④ 因?yàn)樗俣人俣鹊蜁r(shí)轉(zhuǎn)矩更大，所以在設(shè)計(jì)此對齒輪傳動(dòng)時(shí)以低轉(zhuǎn)速時(shí)的參數(shù)來設(shè)計(jì)。
1、 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式10-9a進(jìn)行試算即：
d≥2.32 (4-1)
① 確定公式中的各計(jì)算數(shù)值：
A、由設(shè)計(jì)對象知外嚙合時(shí)公式中的正負(fù)號取正號
B、對于直齒圓柱齒輪，試選K=1.3
C、計(jì)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(qiáng)度極限均為==1500 Mpa (4-3)
G、由教材式10-13計(jì)算應(yīng)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(yīng)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(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：
取失效概率為1%，對接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，由于點(diǎn)蝕破壞發(fā)生后只引起噪聲、振動(dòng)增大，并不立即導(dǎo)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(jì)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(jì)算圓周速度為V：
V===0.047m/s (4-8)
c、計(jì)算齒寬：
b=·d=0.5×125.56=62.78 mm (4-9)
d、計(jì)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(jì)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(dòng)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(yùn)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(shí)，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(shí)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(jì)算模數(shù)m：
===5.829 mm
2、 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)：
由教材式10-5得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為：
m≥ (4-13)
① 確定公式中的各個(gè)計(jì)算數(shù)值：
a、由教材圖10-20c查得兩個(gè)齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限均為==920 Mpa
b、根據(jù)齒輪材料類型、熱處理方法及應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由教材圖10-18中取彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)=0.95，=0.96
c、計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
對于彎曲疲勞強(qiáng)度來說，一旦發(fā)生斷齒就會(huì)引起嚴(yán)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(jì)算載荷系數(shù)K
由前面查得的數(shù)據(jù)并代入表達(dá)式得：
K= KK=1×1.002×1×1.295=1.298 (4-16)
e、查取齒形系數(shù)和應(yīng)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(jì)算大小齒輪的，并加以比較：
==0.0068 (4-17)
==0.0064 (4-18)
由上述計(jì)算值知大齒輪的數(shù)值更大
② 設(shè)計(jì)計(jì)算：
m≥ (4-19)
= mm
=5.864 mm
對比以上兩種設(shè)計(jì)方案的計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)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(qiáng)度所決定的承載能力，可取由彎曲疲勞強(qiáng)度所算得的模數(shù)5.864 mm并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度所算得的d=128.23 mm，因而能滿足接觸疲勞強(qiáng)度。
4、幾何尺寸的計(jì)算：
① 計(jì)算分度圓直徑：
d= m×Z=6×22=132 mm
d= m×Z=6×33=198 mm
② 計(jì)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(cuò)位導(dǎo)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(chǔ)上人為地加寬5mm，取B=70mm，B=65mm。
4.2 錐齒輪設(shè)計(jì)
4.2.1已知條件
1) 工作條件：兩班制，連續(xù)單向運(yùn)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(shí)。
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(dòng)力來源：電力，三相交流，電壓380/220V。
5) 運(yùn)輸帶速度允許誤差：≤5%
6) 制造條件及生產(chǎn)批量：中型機(jī)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(jì)
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(dòng)：=0.95（8級精度，脂潤滑）
5) 錐齒轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合效率：=0.96（8級精度，油潤滑）
1) 電機(jī)—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(yùn)輸機(jī)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(dòng)比為U1=2.0則大齒輪齒數(shù)Z2= U1 Z1=2.0×22≈44此時(shí)傳動(dòng)比
4.2.4按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
錐齒輪以大端面參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，取齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量齒輪作為強(qiáng)度計(jì)算依據(jù)進(jìn)行計(jì)算。
4.2.4.1設(shè)計(jì)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(yīng)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(qiáng)度極限為：
小齒輪：；大齒輪：
5) 接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)
選用線型1（允許少量點(diǎn)蝕）查得：
；
6) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)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(jì)算
1) 試計(jì)算小齒輪（大端）分度圓直徑，代入較小的有： (4-25)
2) 計(jì)算平均圓周速度
求平均分度圓直徑
(4-26)
(4-27)
3) 計(jì)算載荷系數(shù)
使用系數(shù)：取
動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)值m=5.5
4.2.5 齒輪部分相關(guān)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(jì)算齒輪
2) 最終傳動(dòng)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(jì)算
則 (4-31)
5) 當(dāng)量齒數(shù)
(4-32)
(4-33)
4.2.6 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
1) 確定彎曲強(qiáng)度載荷系數(shù)，與接觸強(qiáng)度載荷系數(shù)相同
(4-34)
2) 確定齒形系數(shù)，應(yīng)力校正系數(shù)，
3) 確定彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)，壽命系數(shù)查
查得：
疲勞極限應(yīng)力，
查得：
可求出許用應(yīng)力
(4-35)
(4-36)
4) 校核彎曲強(qiáng)度
輪齒所受切向力，有
(4-37)
校核
(4-38)
彎曲強(qiáng)度滿足要求。
以上所選參數(shù)合適，至此錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)完畢。
4.2.7錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)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(dāng)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(dòng)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(dòng)機(jī)
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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)過，此處僅設(shè)計(jì)大端直齒圓柱齒輪。設(shè)計(jì)的大齒輪與4.1節(jié)所設(shè)計(jì)的小直齒輪進(jìn)行嚙合，設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪。
② 材料選擇
兩個(gè)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(jī)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(dòng)比為i=33/22=1.5
2、 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式10-9a進(jìn)行試算即：
d≥2.32 (4-39)
① 確定公式中的各計(jì)算數(shù)值：
a、 由設(shè)計(jì)對象知外嚙合時(shí)公式中的正負(fù)號取正號
b、 對于直齒圓柱齒輪，試選K=1.3
c、 計(jì)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(gè)齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限= =600 Mpa
g、 由教材式10-13計(jì)算應(yīng)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(yīng)力循環(huán)次數(shù)查教材中圖10-19兩個(gè)齒輪的接觸疲勞系數(shù)均為K=K=0.975
i、計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：
取失效概率為1%，對接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，由于點(diǎn)蝕破壞發(fā)生后只引起噪聲、振動(dòng)增大，并不立即導(dǎo)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(jì)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(jì)算圓周速度為V：
V===0.339 m/s
c、計(jì)算齒寬：
b=·d=0.8×92.546=74.037 mm
d、計(jì)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(jì)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(dòng)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(yùn)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(shí)，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(shí)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(jì)算模數(shù)m：
===2.321 mm
3、 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)：
由教材式10-5得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為：
m≥ (4-44)
① 確定公式中的各個(gè)計(jì)算數(shù)值：
a、由教材圖10-20c查得兩個(gè)齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限均為==450 Mpa
b、根據(jù)齒輪材料類型、熱處理方法及應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由教材圖10-18中取彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)==0.89
c、計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
對于彎曲疲勞強(qiáng)度來說，一旦發(fā)生斷齒就會(huì)引起嚴(yán)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(jì)算載荷系數(shù)K
由前面查得的數(shù)據(jù)并代入表達(dá)式得：
K= KK=1×1.01×1×1.29=1.303 (4-46)
e、查取齒形系數(shù)和應(yīng)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(jì)算大小齒輪的，并加以比較：
===0.014 (4-47)
由上述計(jì)算值知大齒輪的數(shù)值更大
② 設(shè)計(jì)計(jì)算：
m≥= mm=1.742 mm (4-48)
對比以上兩種設(shè)計(jì)方案的計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根