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任務(wù)書
學(xué)院 專業(yè)
姓名 學(xué)號
設(shè)計題目： 臥式數(shù)控加工中心回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計
一、設(shè)計的內(nèi)容
隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，客戶需求日益多樣化，對制造企業(yè)的生產(chǎn)模式提出了更高的要求，大批量的生產(chǎn)方式將逐漸被模塊化、柔性化的生產(chǎn)方式所取代。因此，企業(yè)對制造裝備提出了更高的要求，柔性化的數(shù)控加工設(shè)備將成為裝備制造業(yè)發(fā)展的主流。因此，將臥式數(shù)控加工中心的設(shè)計作為設(shè)計題目，迎合了裝備制造業(yè)發(fā)展趨勢。
臥式加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺可以有效減少裝夾次數(shù)，提高加工中心的工序集中程度和加工效率。要求有較高的回轉(zhuǎn)定位精度。
二、設(shè)計的要求與數(shù)據(jù)
要求：收集加工中心設(shè)計資料，了解數(shù)控加工中心的工作原理，對典型立式數(shù)控加工中心的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，提出本次設(shè)計的總體方案。了解加工中心進(jìn)給機(jī)構(gòu)的類型及工作原理，并對主軸箱部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。
設(shè)計參數(shù)如下：
加工中心的加工范圍為800×500×600，
主軸輸出功率10KW，
采用BT40標(biāo)準(zhǔn)刀柄。
三、設(shè)計應(yīng)完成的工作
1 設(shè)計說明書1份（12000字）；
2 手工繪制圖、計算機(jī)打印圖紙若干張（折合A0圖紙3.0張以上）；其中，手工繪制圖或計算機(jī)打印圖紙不少于（折合A0圖一張）；
3 外文翻譯，漢字不少于5000字；
4 參考文獻(xiàn)：中文15篇，英文2篇。
四 設(shè)計進(jìn)程安排
序 號
設(shè)計各階段名稱
日 期
1
參考文獻(xiàn)查閱（綜述）、外文資料翻譯
寒假期間
2
畢業(yè)實(shí)習(xí)，資料收集
20XX.2.24-20XX.3.31
3
方案論證，繪制裝配圖
20XX.4.1-20XX.4.30
4
繪制零件圖
20XX.5.1-20XX.5.16
5
整理設(shè)計說明書
20XX.5.17-20XX.6.4
五、參考資料及文獻(xiàn)查詢方向、范圍
1、 收集相關(guān)的機(jī)床設(shè)計資料，加工中心結(jié)構(gòu)、特別換刀機(jī)械手設(shè)計的資料。
2、 參考設(shè)計文獻(xiàn)有《機(jī)械制造裝備技術(shù)》、《數(shù)控機(jī)床》等。
3、 《機(jī)械設(shè)計手冊》。
設(shè)計開始日期 20XX年2月24 日 指導(dǎo)教師：
設(shè)計完成日期 20XX年6月 4 日 系 主 任：
院 長：
20XX年2月24 日
題 目 臥式數(shù)控加工中心 —回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級 學(xué) 生 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 - I - 摘 要 隨著無數(shù)科學(xué)家們努力的科學(xué)研究，科學(xué)技術(shù)在二十一世紀(jì)的今天可以說是在 日新月異的發(fā)生這變化。數(shù)控技術(shù)更是慢慢的登上了世界的舞臺，在制造業(yè)領(lǐng)域發(fā) 揮了巨大的作用。而工作臺正是數(shù)控加工中心的一部分，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新， 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺已經(jīng)得到普及。 本次設(shè)計的課題恰是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，經(jīng)過對該課題的設(shè)計，使我們靈活的運(yùn) 用大學(xué)所學(xué)的知識，以及可以掌握一些機(jī)械設(shè)計的方法和步驟。該課題的主要內(nèi)容 包括：確定設(shè)計方案、零件的設(shè)計計算與校核、繪制裝配圖和零件圖、寫設(shè)計說明 書。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺實(shí)在普通工作臺的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的，在里面增加了渦輪蝸桿等傳 動機(jī)構(gòu)，使工作臺不僅能在 X、Y、Z 三個方向上進(jìn)行平面移動，而且還能在繞著 Z 軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，大提高了工作效率，節(jié)省了時間。 [8]-[10] 關(guān)鍵詞：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺；渦輪；蝸桿 - II - ABSTRACT Along with the science and research of countless scientists work, science and technology in twenty-first Century, today it can be said that this change change rapidly. Numerical control technology is more slowly on to the world stage, play a great role in the field of manufacturing industry. And the working table is part of a CNC machining center, with the continuous innovation of science and technology,NC rotary table has been popular. The graduation design topic is NC rotary table, through the design of the project,make us flexible use of university knowledge, and be able to grasp some of the methods and steps of mechanical design. The main contents of the paperinclude: to determine the design, parts design and checking, assembly drawing and parts, write design specification. Based on NC rotary table is really ordinary working table is modified, the worm and gear to increase on the inside, the table can not only move in a plane in X, Y,Z three directions, but also around the Z axis for rotary motion, greatly improves the work efficiency, saving time. Key words：NC rotary table； turbine；worm - III - 目 錄 摘要………………………........................………………………..…….….…………….. .I ABSTRACT……..................................................…….……………………..…………….II 1 前言……….…………………………………………….….…….......................………..1 1.1 選題的背景和意義...................................................…… …….………….………..1 1.1.1 國內(nèi)外現(xiàn)狀................................................……… …….………….………..1 1.1.2 選題的目的及意義......….....………....……………….…....……..………2 1.2 設(shè)計內(nèi)容...................................................………………………….…....……….2 1.3 設(shè)計方案.................................................................................................................2 2 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計..........................….………………………….…..….………….5 2.1 電動機(jī)的選擇及運(yùn)動參數(shù)的計算… ……..................……………………………..5 2.1.1 電動機(jī)類型的選擇......................................................................................5 2.1.2 電動機(jī)功率的選擇......................................................................................5 2.2 齒輪傳動的設(shè)計....…………………………….……… ………...………………..6 2.2.1 選擇齒輪傳動的類型和材料……............…….… ………………………...6 2.2.2 按齒輪接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計………….................… ………………………...6 2.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計..................................................................................8 2.2.4 幾何尺寸計算..............................................................................................9 2.3 渦輪及蝸桿的選用與校核...................................................................................10 2.3.1 選用蝸桿傳動類型....................................................................................10 2.3.2 選擇材料....................................................................................................10 2.3.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計................................................................10 2.3.4 蝸桿與渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸........................................................11 2.3.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度............................................................................12 2.3.6 驗(yàn)算效率....................................................................................................12 2.4 軸的計算與校核...................................................................................................13 2.4.1 齒輪軸的設(shè)計與校核................................................................................13 2.4.2 蝸桿軸的設(shè)計與校核................................................................................17 2.5 軸承的計算與選用………...………………………………...………………….21 2.5.1 軸承受到的載荷........................................................................................22 2.5.2 驗(yàn)算軸承壽命............................................................................................23 5 結(jié)論......................……….………….……………………..….…….....…..….………...24 參考文獻(xiàn)......................…………….…………………..….…..……………….………….25 - IV - 致謝......................………………….……………………..…….…………...…………….26 - 1 - 1 前言 二十一世紀(jì)的今天，社會在進(jìn)步，科技在創(chuàng)新，生產(chǎn)力水平也隨之快速發(fā) 展。因而數(shù)控技術(shù)也隨之越來越廣泛的應(yīng)用于社會的各個領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)上， 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用最為普遍。而工作臺又是數(shù)控機(jī)床上必不可少的一部分，隨著 科技的發(fā)展，科學(xué)家的研究，能夠?qū)崿F(xiàn)圓周進(jìn)給和分度運(yùn)動的工作臺漸漸被使 用于臥式的鏜床和數(shù)控加工中心上。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺不僅提高了機(jī)床加工的工 作效率，完成更多的加工工藝，主要的是它由伺服電機(jī)、齒輪、渦輪蝸桿以及 工作臺等部分組成，里面還設(shè)計了鎖緊裝置，可以實(shí)現(xiàn)渦輪的加緊，所以說數(shù) 控回轉(zhuǎn)工作臺是一種很實(shí)用的加工工具，慢慢取代普通工作臺，已成為數(shù)控機(jī) 床和數(shù)控加工中心上不可缺少的一部分。本次畢業(yè)課題的主要要求就是通過數(shù) 控回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理來進(jìn)行機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計與各零部件的數(shù)據(jù)計算。設(shè)計 思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部。 [8][11][13] 1.1 選題的背景和意義 1.1.1. 國內(nèi)外現(xiàn)狀 目前，我國在數(shù)控機(jī)床行業(yè)飛速發(fā)展。其中，許多加工中心在加工精度上都已 達(dá)到了一定的標(biāo)準(zhǔn)水平，可與許多發(fā)達(dá)國家的數(shù)控機(jī)床想媲美。而工作臺卻是機(jī)床 上必不可少的一部分，隨著經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺慢慢背普及， 已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)床和和數(shù)控中心上。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺是在普通工作臺 的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的，但是由于我國機(jī)床附件廠的資金匱乏，造成了一些機(jī)床附件 在技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)改造方面的力度不大，致使一些機(jī)床附件的發(fā)展水平停滯不前， 成為了制約我國機(jī)床工業(yè)發(fā)展的瓶頸。 [12] 然而，國外的數(shù)控機(jī)床已經(jīng)達(dá)到了很高的發(fā)展水平。能夠加工許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的 零件，從而完成更多的工藝。 [9]而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的應(yīng)用更是大大提高了數(shù)控機(jī)床 或數(shù)控加工中心的工作效率，節(jié)省了更多的人力物力。 1.1.2 選題目的及意義 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和國防建設(shè)的需要，對高檔數(shù)控機(jī)床提出了急迫 的大需求。機(jī)床制造業(yè)是一國工業(yè)之基石，他為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和現(xiàn)代工業(yè) 生產(chǎn)提供重要的手段，是不可或缺的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。即使是發(fā)達(dá)工業(yè)化國家，也無不 高度重視。機(jī)床是一個國家制造業(yè)水平的象征。 [12] 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺不僅可以在 X、Y、Z 三個坐標(biāo)平面內(nèi)進(jìn)行水平移動，還可以繞 著 Z軸做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而提高了機(jī)械加工效率，完成更多的加工工藝。數(shù)控回轉(zhuǎn)工 - 2 - 作臺有伺服電機(jī)帶動，通過齒輪傳動，渦輪蝸桿的傳動，進(jìn)而帶動工作臺做回轉(zhuǎn)運(yùn) 動 [10]。 1.2 設(shè)計內(nèi)容 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺是各種數(shù)控機(jī)床及數(shù)控加工中心的重要附件，它是由普通的工 作臺改造而來，雖說其外形與普通工作臺一樣，但它是由伺服系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動，再通 過齒輪傳動系統(tǒng)將動力傳遞給渦輪蝸桿，再有渦輪帶動工作臺轉(zhuǎn)動。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)：伺服電動機(jī)、齒輪、渦輪蝸桿、工作臺等。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的功能；通過工作臺的繞 Z軸的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行加工一些形狀復(fù)雜的 零件。 1.3 設(shè)計方案 方案一：采用皮帶傳動加渦輪蝸桿的傳動方案。此方案缺點(diǎn)： 1. 滑動損失：皮帶工作時，由于帶輪兩邊的拉力差以及相應(yīng)的變形經(jīng)差形成 彈性滑動，導(dǎo)致帶輪與從動輪速度損失。打滑使運(yùn)動處于不穩(wěn)定狀態(tài)，效率下降， 摩擦加劇，影響皮帶壽命。 [1] 2. 滯后損失：皮帶運(yùn)行時會產(chǎn)生反復(fù)伸縮，皮帶與帶輪的摩擦引起功率損失 [1]。 3. 軸承的摩擦損失：皮帶工作時軸承受到皮帶的拉力，也引起轉(zhuǎn)矩。 [1] 圖 1.1 皮帶傳動加渦輪蝸桿傳動結(jié)構(gòu)簡圖 - 3 - 方案二：采用的是渦輪蝸桿加齒輪組的傳動方案 齒輪傳動承載能力高，傳動運(yùn)動正確、平穩(wěn)，傳遞功率和圓周速度范圍很大，傳動 速率高，結(jié)構(gòu)緊湊。 [1][5][6] 特點(diǎn)：1.尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊。 2.傳動平穩(wěn)，噪聲低。 3.可以自鎖。 4.效率低、制造成本。 圖 1.2 渦輪蝸桿加齒輪傳動結(jié)構(gòu)簡圖 方案三：采用的是齒輪傳動和錐齒輪的傳動方案 錐齒輪傳動不具備自鎖功能。 [5] - 4 - 圖 1.3 齒輪和錐齒輪傳動結(jié)構(gòu)簡圖 設(shè)計中應(yīng)選最優(yōu)方案，故選擇方案二，其結(jié)構(gòu)圖如下： - 5 - 圖1.4 齒輪傳動與渦輪蝸桿傳動結(jié)構(gòu)圖 2 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計 2.1 電動機(jī)的選擇及運(yùn)動參數(shù)的計算 在數(shù)控加工加工中心的許多機(jī)械加工都需要原動力來進(jìn)行微量進(jìn)給，而要實(shí)現(xiàn) 這些微量進(jìn)給的原動力可以由步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、或交流伺服電機(jī)這些可以 作為驅(qū)動元件來提供。 [2] 2.1.1 電動機(jī)類型的選擇 - 6 - 選擇電動機(jī)的類型主要根據(jù)工作機(jī)械的工作載荷特性，有無沖擊，過載情況， 調(diào)速范圍，起動、制動的頻繁程度以及電網(wǎng)供電狀況等。 [2] 對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的機(jī)械，應(yīng)選用機(jī)械特性為硬特性的電動機(jī)；對恒功率負(fù)載 特性的機(jī)械，應(yīng)選用變速直流電動機(jī)或帶機(jī)械變速的交流異步電動機(jī)。 [2][4] 由于直流電動機(jī)需要直流電源，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴。因此，當(dāng)交流電動機(jī)能 滿足工作機(jī)械要求時，一般不采用直流電動機(jī)?，F(xiàn)場一般采用三相交流電源如無特 性要求均應(yīng)采用三相交流電動機(jī)。當(dāng)電動機(jī)需經(jīng)常起動、制動和正反轉(zhuǎn)時（例如起 重機(jī)） ，要求電動機(jī)有較小的轉(zhuǎn)動慣量和較大的過載能力因此應(yīng)選用起重及冶金用三 相異步電動機(jī)，常用的為 YZ或 YZR系列。 [2][4] 此外，根據(jù)電動機(jī)的工作環(huán)境條件，如環(huán)境濕度、溫度、通風(fēng)及有無防塵、防 爆等特殊要求，選擇不同的防護(hù)性能的外殼結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)電動機(jī)與被驅(qū)動機(jī)械的 連接形式，決定其安裝方式，一般采用臥式。所以按照工作要求和工作環(huán)境條件選 用交流伺服電動機(jī)。 [2] 2.1.2 電動機(jī)功率的選擇 標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)的容量由額定功率表示。所選電動機(jī)的額定功率應(yīng)等于或稍大于工 作要求的功率。容量小于工作要求則不能保證工作機(jī)正常工作，或電動機(jī)長期過載、 發(fā)熱大而過早損壞；容量大則增加成本，并且由于功率和功率因數(shù)低而造成浪費(fèi)。 [2][7] 電動機(jī)的容量主要有運(yùn)行時發(fā)熱條件限定，在不變或變化很小的載荷下長期連 續(xù)運(yùn)行的機(jī)械，只要其電動機(jī)的負(fù)載不超過額定值，電動機(jī)便不會過熱，通常不必 校驗(yàn)發(fā)熱和發(fā)起力矩。 [2][7] （1）電動機(jī)的選擇 按照以上工作要求和條件選用交流伺服電動機(jī)。初步定電機(jī)轉(zhuǎn)速為 960r/min。 （2）功率的計算 T=FS=2000×9.8×200×10 =3920N.3? 回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)速為： n=960/40×3=8r/min. 電動機(jī)的工作效率為： =0.97w? 工作所需功率： p =Tn/9950 =3920×8/(9950×0.97)=3.3kw (3.17)ww? 電機(jī)所需的輸出功率為： p =p /0w - 7 - 式中： 為電機(jī)至工作臺之間的總效率。齒輪： =0.97 軸承： =0.99?1?2? 蝸桿： =0.8 聯(lián)軸器： =0.96 34? 因此，總效率 = =0.97×0.99 ×0.8×0.96=0.69.12636 p =p / =3.3/0.69=4.8kw.0w 則取電機(jī)額定功率為：p =5.5kw 電機(jī)轉(zhuǎn)速為：n=960r/min.m 2.2 齒輪傳動的設(shè)計 一級傳動為齒輪傳動，其傳動比為：i=3 2.2.1 選擇齒輪傳動的類型和材料 1）選用直齒圓柱齒輪傳動； 2）工作臺的轉(zhuǎn)速不高，故選用 7 級精度； 3）材料選擇。由《機(jī)械設(shè)計》中表(10-1)選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬 度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS。 [1] 4）選小齒輪齒數(shù) Z =24，大齒輪齒數(shù)取 Z =72。1 2 2.2.2 按齒輪接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計 由《機(jī)械設(shè)計》中設(shè)計計算公式（10.9a）進(jìn)行計算，即 d ≥2.32 t1 23)][.(1HEdZuKT??? （10.9a） （1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值。 1）試選載荷系數(shù) K =1.3。t 2）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 T = =95.5×10 ×5.5/960 (3.17)1nPm50.9?5 =5.457×10 N·mm 4 3）由《機(jī)械設(shè)計》中表(10-7)選取齒寬系數(shù) =1。d? 4）由《機(jī)械設(shè)計》中表(10-6)查的材料的彈性影響系數(shù) Z =189.8MPa 。 [1]E2 1 5）由圖(10-21d) 按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 =600MPa。1limH? - 8 - 大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 =550MPa。 [1]2limH? 6）由式（10.13）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 N =60n j =60×960×1×(12×8×250×8)=1.84×10 1hL9 （10.13） N =N /3=0.614×10219 7) 由圖(10-19) 取接觸疲勞壽命系數(shù) =0.90； =0.95。HNK2HN 8) 計算接觸疲勞需用應(yīng)力。 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由式（10.12）得 [ ] = =0.9×600=540MPa H?1SN1lim （10.12） [ ] = =0.95×550=522.5MPa 2KN2li （10.12） （2） 計算 1) 試算小齒輪分度圓直徑 d ，代入[ ]中較小值。t1H? d ≥2.32 =2.32 =53.86mmt1 23)][.(HEdZuKT???3 2 4)5.819(307.5?? 2）計算圓周速度 。? = = =2.7m/s106?nt?10698. 3）計算齒寬 b. b= =1×53.86=53.86mmtd1? 4）計算齒寬與齒高之比 。hb 模數(shù) = = =2.24mmtm1zt2486.53 齒高 =2.25 =2.25×2.24=5.05mmht = =10.67b05.863 5）計算載荷系數(shù)。 - 9 - 根據(jù) =2.7m/s，7 級精度，由《機(jī)械設(shè)計》中圖( 10-8)查的動載荷系數(shù) =1.12；? ?K 直齒輪， ； [1]1?FaHK 由《機(jī)械設(shè)計》中表(10-2)查的使用系數(shù) =1；AK 小齒輪選用 7級精度， =1.423。?H 由 =10.67， =1.423 查圖(10-13)得 =1.35；故載荷系數(shù) [1]hb?K?F =1×1.12×1×1.423=1.594 ?HVAK? （10.13） 6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式（ ）得a10. mm 6573.9486.531??ttKd （10.10a） 7）計算模數(shù) m mm，4.265.71?zd 2.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 由《機(jī)械設(shè)計》中式（10.5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式為 321)][(FSadYzKTm??? （10.5） （1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1）由《機(jī)械設(shè)計》中圖(10-20c)查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 =500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 =380MPa； [1]FE? 2FE? 2）由圖(10-18) 取彎曲疲勞壽命系數(shù) =0.85， =0.88； [1]1NK2FN 3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由式（10.12）得 MPaSFENF 57.304.1850][1???? （10.12） - 10 - MPaSKFEF 86.234.108][22 ???? 4）計算載荷系數(shù) 。 =??FVA 51.. 5）查取齒形系數(shù)。 由表 10-5 查得 ； 。65.21?FaY26.Fa 6）查取應(yīng)力校正系數(shù)。 由表 10-5 查得 ； 。8.1Sa74.12Sa 7）計算大、小齒輪的 并加以比較。][FY? 01379.5.3862][1??FSa （10.4） 064.8.2376][2?FSaY? 大齒輪的數(shù)值大。 (2)設(shè)計計算 mm68.104.2417.5.34???? 取模數(shù) = mm,分度圓直徑 mm，算出小齒輪齒數(shù)5.26.?d245.71?z 大齒輪齒數(shù) 32? 2.2.4 幾何尺寸計算 （1）計算分度圓直徑 由《機(jī)械原理》中表(5-1)得 mm605.241???mzd mm1872 （2）計算中心距 - 11 - mm1208621???da （3）計算齒輪寬度 mm1?bd? 取 mm。6021?B 2.3 渦輪及蝸桿的選用與校核 2.3.1 選用蝸桿傳動類型 根據(jù) GB/T10085-1988 的推薦，采用漸開線蝸桿（ ZI） 。 [1] 蝸桿轉(zhuǎn)速 ，其傳動比 ，輸入功率為 。min/3201rn?40?i kwP5? 2.3.2 選擇材料 因蝸桿的傳動功率和速度不大，故蝸桿用 鋼；因希望功率高些，耐磨性高 些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 。蝸桿用鑄錫磷青銅 ，HRC54?10PZCuSn 金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 HT 制造。 [1]10 2.3.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計 由《機(jī)械設(shè)計》中式（11.12） ，傳動中心距 322)][(HEZKTa??? （11.12） （1）確定作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩 2T 按 ，估計效率 ，則2?z8.0?? (3.17)[4]mNinPnT ????? 4750/328.510.9/15.9105.9 66262 （2）確定載荷系數(shù) K 取載荷系數(shù) ； ； ；則??.A5.??21.01??v? （3）確定彈性影響系數(shù) EZ - 12 - 因選用的是鑄錫磷青銅渦輪和鋼蝸桿相配，故 。 [1]2 160MPaZE? （4）確定接觸系數(shù) ?Z 由 與 的比值 = ，從圖( )中可查得 。 [1]1dad135.018?9.? （5）確定許用接觸應(yīng)力[ ]H? 從《機(jī)械設(shè)計》中表( )查得渦輪的基本許用應(yīng)力 。71?MPaH268]['?? 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 72 1053.08160???hLjnN （10.13） 壽命系數(shù) ???8710536.HNK95. 則 MPa6.248][]['?? （6）計算中心距 (11.12)ma97)218.60(47521.3 ???? 取中心距 ，因 ，故從文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計》中表( )[1]取模數(shù)m50??i 21? ，蝸桿分度圓直徑 。這時 ，從圖( )中可查得接觸m8?d1 .01ad8 系數(shù) ，因此 ，因此以上計算結(jié)果可用。 [1]74.2'?Z?Z?' 2.3.4 蝸桿與渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 （1）蝸桿 軸向齒距 ；直徑系數(shù) ；齒頂圓直徑 ；齒根圓mpa13.25?10?qmda851? 直徑 ；分度圓導(dǎo)程角 ；蝸桿軸向齒厚 。 [1]df601 "'368?? 64.2s （2）渦輪 渦輪齒數(shù) ；變位系數(shù) ；82?Z5.02??x 驗(yàn)算傳動比 ，這時傳動比誤差為 ，是允許的。411i %5.2401?? - 13 - 渦輪分度圓直徑 65822???mZdm 渦輪的喉圓直徑 72?aah 渦輪齒根圓直徑 ff 8.63.122 ??? 渦輪咽喉母圓半徑 mdrag3501? 2.3.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 ][.12FFaFYmdKT???? 當(dāng)量齒數(shù) 96.8)31.(cos32????zv 根據(jù) ，從文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計》中圖( )中可查的齒形系96.8,5.022??vzx 1? 數(shù) 。87.?FaY 螺旋角系數(shù) 912.043.10???????Y 許用彎曲應(yīng)力 FNFK?'][? 從表( ）中查得由 制造的渦輪的基本許用彎曲應(yīng)力81?1PZCuSn 。 [1]MPaF56]['?? 壽命系數(shù) 64.012.597 6??FNKMPaa8.340][??4.9207.86571.3?F 彎曲強(qiáng)度是滿足的。 2.3.6 驗(yàn)算效率 ? )tan()96.05(v?????? （11.20a) - 14 - 已知 ； ； 與相對滑動速度 有關(guān)。?31.??vvfarctn?sv smds /45.231.co067cos106????????? （11.12） 從《機(jī)械設(shè)計》中表( )用插值法查得 、 ；代入式8?.vf687.v? 中得 ，大于原估計值，因此，符合要求。 [1]84.0?? 軸的計算與校核.2 齒輪軸的設(shè)計與校核1.4 . 求輸入軸上的功率 ，轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩1P1n1T 取軸承效率 = ，聯(lián)軸器效率 則1?9.096.02??1 2.55?kwmin/rn (3.17)NPT ???2.517960.9595011 . 求作用在齒輪上的力2 已知高速小齒輪的分度圓直徑為 1dm 齒輪軸所受的力如下圖所示： - 15 - 圖 齒輪軸受力圖1.2NdTFt 31.72460.5891???tr 6.tan.2an??? 初步確定齒輪軸的最小直徑.3 齒輪軸的結(jié)構(gòu)如下圖： 圖 齒輪軸的結(jié)構(gòu)圖2. 選取軸的材料為 鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計》中表( )，45 315? - 16 - 取 ，于是得120?A (15.2)mnPAd2096.51330min ??? 輸入軸的最小 處安裝聯(lián)軸器，為了使所選軸直徑 與聯(lián)軸器的孔徑相Ⅰ- Ⅰ-d 適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器的型號。 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 ，查《機(jī)械設(shè)計》中表 ( )，取 ,則：1TKAca?14?3.?AKmNAca ???96.27.53.1 查標(biāo)準(zhǔn) ，選用 型凸緣聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為205843/?TGB4GYH 。半聯(lián)軸器的孔徑 ，故取 ，半聯(lián)軸器長度mN?240mdⅠ-d30 ，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 。 [1]L8?L51? . 軸的機(jī)構(gòu)設(shè)計 (1) 擬定軸上零件的裝配方案 (2) 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 m40Ⅰ-?dmL52Ⅰ-? 8- 38- 6-Ⅰ-Ⅰ md4-?mL2-? 0Ⅰ- 56Ⅰ- 3- 4- （3）軸上零件的周向定位 齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按 由文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計》Ⅰ-d 中表( )[1]得 。同時為了保證齒輪與軸的配合有良好的對中16?mlhb28914?? 性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 ，同樣半聯(lián)軸器與軸連接，選用平鍵為67nH ，半聯(lián)軸器與軸的配合為 。滾動軸承與軸的周向定位是由lhb3278??k - 17 - 過度配合來保證的，為 。 [1]67mH （4）確定軸的倒角尺寸 參照《機(jī)械設(shè)計》表( )，取軸端倒角為 。215??45.1? 5. 求軸上的載荷 齒輪軸上的應(yīng)力分析圖如下 - 18 - 圖 齒輪軸應(yīng)力分析3.2 從軸的受力情況可以看出截面 是軸的危險截面。現(xiàn)將計算出截面上的 、BHM 及 的值列于下表VM 表 齒輪軸危險截面應(yīng)力1.2 載荷 水平面 H垂直面 力 F，NNH.801?NF7.42?，NFV5.61?NFV45.1732? 彎矩 mM?.6 mM?.0 總彎矩 VH??.382 扭矩 TT??1746 6. 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 只需校核軸的危險截面，故取 ，軸的計算用力.0? (15.5) MPaWTMca 6.3351.)7846(8)( 2222 ??????? 前已選定軸的材料為 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計》軸表( )查的45 15? 。因此 ，故安全。 [1]P60][1? ][1??ca 2.4.2 蝸桿軸的設(shè)計與校核 1. 求輸出軸上的功率 、轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩 。2P2n2T 齒輪的傳動效率為 ，軸承為 ，則97.01??9.0??kw0.5.75212?min/36rin mNPT ???75.149280.9595022 （3.17） 2. 求作用在齒輪上的力 大齒輪的分度圓直徑為 md1802? - 19 - NdTFt 1658807.4922???tr .3tanan??? 3. 初步確定軸的最小直徑 先估計軸的最小直徑。選取軸的材料為 鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。 [1]根據(jù)表（45 )，取 ,于是得315?120?A (15.2)mnPAd2830.1320min ??? 取 d40min? 取軸兩端直徑為 5 4. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 (1) 擬定軸的結(jié)構(gòu)圖 圖 蝸桿軸結(jié)構(gòu)圖4.2 (2). 確定軸的各段直徑和長度 Ⅰ-Ⅱ Ⅰ-Ⅱdm40?lm132? Ⅱ-Ⅲ Ⅱ-Ⅲ590 Ⅲ-Ⅳ Ⅲ-Ⅳdl8 Ⅳ-Ⅴ Ⅳ-Ⅴm8?m24? Ⅴ-Ⅵ Ⅴ-Ⅵ54l0 Ⅵ-Ⅶ Ⅵ-Ⅶd1 - 20 - Ⅶ-Ⅷ Ⅶ-Ⅷdm40?lm73? (3). 軸端倒角為 。?5.1? 5. 軸的受力分析 蝸桿軸的受力分析如下圖: 圖 蝸桿軸受力圖5.2 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計》中式（11.7)、 （11.8）和（11.9）得 （11.7）12dTFt? [1] 2dTFa? （11.8） ?tn2r （11.9） 代入數(shù)值計算得： NFt6.123?a75r9.42 蝸桿軸的應(yīng)力分析如下圖: - 21 - 圖 2.6 蝸桿軸應(yīng)力分析圖 從軸的受力情況可以看出截面 是軸的危險截面?，F(xiàn)將計算出的截面處的B - 22 - 、 及 值列于下表，如下表所示：HMV 表 蝸桿軸的危險截面應(yīng)力2. 載荷 水平面 H垂直面 V 力 F，NNH8.951?NF8.7362?，NFV73.51?NF17.234? 彎矩 1M.4M8.90 總彎矩 VH4221? 扭矩 TT5063? . 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度5 只需校核危險截面，故取 ，軸的計算應(yīng)力6.0?? MPaWTMca 0.6)8.60(1.543342)( 2221 ????? （15.5） 前已選定軸的材料為 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計》中表（ ）查的45 1? ，因此， ，故安全。 [1]Pa60][1???][1??ca 2.5 軸承的計算與選用 以蝸桿為例，蝸桿軸選用圓錐滾子軸承 30309 其基本額定動載荷 Cr=130KN，基本額定靜載荷 C0r=158KN 蝸桿軸所受到的軸向力，切向力，徑向力如下圖： - 23 - 圖 2.7 蝸桿軸受力圖 2.5.1 軸承受到的載荷 1）由軸的計算結(jié)果得，軸承受到載荷 FNH1=995.8N FNH2=736.8N FNV1=55.73N FV2=234.17N Fr1=FN1= N 7.93.58.92221????NVH （13.3） Fr2=FN2= N 7.4.736222NV 軸承所受的力如下圖： 圖 2.8 軸承受力圖 FA=6357N Fr1=997N Fr2=773N Fd1=eFr1=0.4×997=398.8N Fd2=eFr2=0.4×773=309.2N FA+Fd2>Fd1 所以：1.壓緊 2.放松 Fa1=FA+Fd2=6357+309.2=6666.2N （13.11a) Fa2=Fd2=309.2N (13.12b) 3）球軸承當(dāng)量動載荷 P1和 P2 era??69.71 - 24 - eFra??2.3092 由《機(jī)械設(shè)計》中表(13-5)分別進(jìn)行查表或插值計算得徑向載荷系數(shù)和軸向 載荷系數(shù)為 對軸承 1 對軸承 2 4.0?x5.1y4.0?x5.12y 按表(13-6) ，取 fp=1.5 P1=fp(x1Fr1+y1Fa1)=1.5×(0.4×997+1.5×6666.2)=15597.2N (13.8a) P2=fp(x2Fr2+y2Fa2)=1.5×(0.4×773+1.5×309.2)=1159.5N 2.5.2 驗(yàn)算軸承壽命 P1>P2，所以按軸承 1 的受力大小驗(yàn)算 (13.5)hh LPCnL ????1562).159703(260)( 31 6? 故選用軸承滿足壽命要求。 - 25 - 5 結(jié) 論 經(jīng)過此次長達(dá)幾個月的設(shè)計，讓我體會到了那些設(shè)計師們的艱辛。僅僅一次的 設(shè)計，我就感到有一些力不從心。雖然再設(shè)計過程中出現(xiàn)了很多問題，但通過老師 的細(xì)心講解與自己的不懈努力，最終完成了這次可以說是一個人生轉(zhuǎn)折點(diǎn)的設(shè)計。 這次的設(shè)計，讓我將這大學(xué)四年來所學(xué)的只是得到了很好的運(yùn)用，并將其進(jìn)行 了一個系統(tǒng)化的整理，高興的是我還沒有將這些知識忘掉，而這次的設(shè)計又將我所 學(xué)的知識進(jìn)行了鞏固，我想這是學(xué)校讓我們做設(shè)計的一個重要的目的吧。讓即將進(jìn) 入社會的我們可以有一個對所學(xué)專業(yè)的重新認(rèn)識，給我們以后的工作打下堅實(shí)的基 礎(chǔ)。 我所設(shè)計的課題（數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺）聽起來很簡單，但當(dāng)我拿到這個課題的時 候，有種無從下手的感覺，但在導(dǎo)師的講解下和和通過自己對資料的查找，明白了 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理，通過自己的設(shè)計，時期在通用工作臺的基礎(chǔ)上增加了 齒輪傳動與渦輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)，再在原動力（伺服電機(jī)）的驅(qū)動下使工作臺進(jìn)行了 旋轉(zhuǎn)，從而有普通的工作臺變成了回轉(zhuǎn)工作臺。 通過此次設(shè)計，我明白了所有的東西并不都是很完美，都是通過不斷地改進(jìn)和 完善才能使其做到盡量的完美。使其性能越來越好，更能體現(xiàn)他的價值。 - 26 - 參 考 文 獻(xiàn) [1] 濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計[M], 第八版.北京: 高等教育出版社,2006:186-383 [2] 吳宗澤,高志.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊[M], 第四版.北京:高等教育出版社,2006:58-102 [3] 羅良武,趙勤,王嫦娟.畫法幾何及工程制圖[M], 第二版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2008:80-257 [4] 馮清秀,鄧星鐘.機(jī)電傳動控制[M], 第五版.武漢: 華中科技大學(xué)出版社,2011:11-50 [5] 鄭文偉,吳克堅.機(jī)械原理[M], 第七版.北京: 高等教育出版社,2005:52-152 [6] 鄭金星.機(jī)械制造裝備設(shè)計[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué)出版社,2006:14-152 [7] 薛蒲昌.基于 PID 的數(shù)控機(jī)床工作臺電液位置伺服系統(tǒng)分析[J].信息技術(shù),2009,(6):107-109 [8] 崔旭芳.數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的原理與設(shè)計[J]. 技術(shù)交流,2008,(3):102-103 [9] 顧華鋒.數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺動態(tài)性能分析與仿真[J]. 機(jī)床與液壓 ,2008,(36):216-220 [10] 王友林.數(shù)控雙轉(zhuǎn)軸式回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)與工作原理[J]. 煤礦機(jī)械,2009,(30):102-103 [11] 張立瑩.數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺加緊機(jī)械淺析[J]. 制造技術(shù),2001,(3):102-103 [12] 鐘雯.機(jī)械類設(shè)計課題精選[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2010:10-45 [13] 楊萍.數(shù)控工作臺設(shè)計[J]. 組合機(jī)床自動化加工技術(shù),1996,(8):18-42 [14] Duke K. Improving Gear Pump Relief Groove Design[J].Prec. Natl. Conf. Fluid Power,2007:7-30 [15] Xiaojin Fu,Guohua Yan.The Fuzzy Optimization Design of the Gear Pump[J].Interational Conference on Agile Manufacturing(ICAM 2003),2003:337-341 - 27 - 致 謝 四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，在大學(xué)的最后一段時間里，我們完成了設(shè)計。在這 里，我非常感謝我的導(dǎo)師和陪我在一起做設(shè)計的同學(xué)們，是你們陪我度過了大學(xué)的 最后一段時光。我很感謝我的導(dǎo)師，你不辭辛苦為我們精心的講解，在此次設(shè)計中， 由于所學(xué)知識不系統(tǒng)，無法運(yùn)用到實(shí)際中，因此遇到了很多的問題，使我感到很迷 茫。而您總是耐心的給我們講解，講解其中的設(shè)計原理，當(dāng)你發(fā)現(xiàn)我們的錯誤時， 及時為我們糾正，讓我們少走了很多彎路。再就是我也感謝我的同學(xué)們，你們的幫 助也是我解決了不少設(shè)計中的技術(shù)難題。最后感謝學(xué)校在我們即將離校，步入社會 時給了我們這次實(shí)踐機(jī)會，還給我們提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，同時感謝評閱老師們， 在炎熱的夏季抽出寶貴的時間來評閱這片設(shè)計。