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畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目 長齒條加工專用車床設(shè)計 系 別 機械工程系 　 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名 　 學(xué) 號 年級 2011級 指導(dǎo)教師 　 二0一五 年 四月 七 日 長齒條加工專用車床設(shè)計 專業(yè):機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生: 指導(dǎo)老師: 摘 要 隨著現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是隨著它在自動化領(lǐng)域內(nèi)的快速發(fā)展，專用機床的研究已經(jīng)成為當(dāng)今機器制造界的一個重要方向，在現(xiàn)代工業(yè)運用中，大多數(shù)機器的設(shè)計和制造都是用機床大批量完成的?，F(xiàn)代大型工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，降低了專用機床的實現(xiàn)成本，軟件支持機制也使得實現(xiàn)變得更為簡單，因此，研究專用機床的設(shè)計具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實意義。 本次設(shè)計的題目是長齒條加工專用車床的設(shè)計，包括傳動裝置、進(jìn)給機構(gòu)、車削齒條夾具、車床床體的各個零部件的設(shè)計，并通過SolidWorks軟件對長齒條加工專用車床進(jìn)行三維建模，并設(shè)計出該專用車床的具體結(jié)構(gòu)。通過本次的創(chuàng)新設(shè)計，對后續(xù)的專用車床的研發(fā)和設(shè)計將會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響和具有現(xiàn)實的意義。 關(guān)鍵詞:專用機床 制造 傳動裝置 設(shè)計 Design of lathe machining long rack Major:Mechanical Manufacturing and Automation Student: Supervisor: Abstract This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, This paper is reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required.aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors. Keywords:Point-to-point comparison method;interpolation simulation software; 目 錄 第1章 緒 論 1 1.1 課題來源及研究目的和意義 1 1.2 本課題的國內(nèi)外概況 1 1.3 長齒條加工專用車床的組成 5 第2章 機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計 10 2.1 圓柱齒輪減速器的設(shè)計計算 10 2.2 電機的選型計算 10 2.3 V帶傳動的設(shè)計計算 10 2.4 滾珠絲杠的設(shè)計 5 2.5 滾珠絲杠副絲杠副傳動法面截形，循環(huán)方式等的確定 5 2.6 滾珠絲杠的預(yù)緊 5 第3章 車床平移裝置的設(shè)計計算…………………………………………...15 3.1傳動齒輪的選擇計算與校核................................................................................20 3.1.1齒輪的選擇.....................................................................................................21 3.1.2按齒面接觸強度設(shè)計.....................................................................................22 3.1.3齒輪的校核.....................................................................................................23 3.2 齒條的設(shè)計...........................................................................................................23 第4章 專用車床進(jìn)給系統(tǒng)各部件的選取及校核………………………..24 4.1 聯(lián)軸器的選取…………………………………………………………………...25 4.2滾珠絲杠選取與校核……………………………………………………………26 4.3滾動軸承的選取與計算……………………………………………………........24 結(jié) 論 35 參 考 文 獻(xiàn) 36 致 謝 37 第1章 緒 論 1.1 課題來源及研究的背景和意義 隨著現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是隨著它在自動化領(lǐng)域內(nèi)的快速發(fā)展，專用機床的研究已經(jīng)成為當(dāng)今機器制造界的一個重要方向，在現(xiàn)代工業(yè)運用中，大多數(shù)機器的設(shè)計和制造都是用機床大批量完成的。現(xiàn)代大型工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，降低了專用機床的實現(xiàn)成本，軟件支持機制也使得實現(xiàn)變得更為簡單，因此，研究專用機床的設(shè)計具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實意義。 在工業(yè)高速發(fā)展的現(xiàn)代化浪潮中，各種機械設(shè)計和制造業(yè)中，專用機床的應(yīng)用越來越廣泛，越來越轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，從這個意義上講，對專用機床的研究具有重要的現(xiàn)實意義。專用機床是根據(jù)工件加工需要，以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。專用機床是按系列化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的通用部件和按被加工零件的形狀及加工工藝要求設(shè)計的專用部件組成的專用機床。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，從而縮短了設(shè)計和制造的周期，因此，專用機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，在大批、大量生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，并可用以組成自動生產(chǎn)線。 總體方案的設(shè)計主要包括制定工藝方案（確定零件在專用機床上完成工藝內(nèi)容及加工方法，選擇定位基準(zhǔn)和夾緊部位，決定工步和刀具種類及其結(jié)構(gòu)形式，選擇切削用量等）、確定機床配置形式、制訂影響機床總體布局和技術(shù)性能的主要部件的結(jié)構(gòu)方案?？傮w方案的擬定是設(shè)計專用機床最關(guān)鍵的一步。方案制定得正確與否，將直接影響機床能否達(dá)到合同要求，保證加工精度和生產(chǎn)率，并且結(jié)構(gòu)簡單、成本較低和使用方便。對于同一加工內(nèi)容，有各種不同的工藝方案和機床配置方案，在最后決定采用哪種方案時，必須對各種可行的方案作全面分析比較，根據(jù)工件的加工要求和特點，按一定的原則、結(jié)合專用機床常用工藝方法、充分考慮各種影響因素，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟分析后擬訂出先進(jìn)、合理、經(jīng)濟、可靠的工藝方案。 在專用機床諸多零件中，多軸箱和夾具與專用機床密切相關(guān)，是專用機床的重要組成部件。它是選用通用零件"按專用要求設(shè)計的，所以是專用機床設(shè)計過程中工作量較大的零部件，就多軸箱設(shè)計來說，工作量主要集中在傳動系統(tǒng)的設(shè)計上，軸的設(shè)計必須保證各軸的轉(zhuǎn)速、旋向、強度和剛度，而且應(yīng)當(dāng)考慮有無讓刀，有無調(diào)位機構(gòu)等。 夾具是專用機床的重要組成部件，是根據(jù)機床的工藝和結(jié)構(gòu)方案的具體要求而專門設(shè)計的。它是用于實現(xiàn)被加工零件的準(zhǔn)確定位，夾壓，刀具的導(dǎo)向，以及裝卸工件時的限位等作用的。專用機床夾具和一般夾具所起的作用看起來好象很接近，但是其結(jié)構(gòu)和設(shè)計要求卻有著很顯著的甚至是很根本的區(qū)別。專用機床夾具的結(jié)構(gòu)和性能，對專用機床配置方案的選擇，有很大的影響。 因此，本課題基于使設(shè)計出的機床結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、效率高、質(zhì)量好提出的要求，著重選擇最佳的工藝方案，合適地確定機床工序集中程度，合理地選擇專用機床的通用部件，恰當(dāng)?shù)膶Ｓ脵C床的配置型式，合理地選擇切削用量，以及設(shè)計高效率的夾具、工具、刀具及主軸箱就是本次設(shè)計主要內(nèi)容。具體的工作就是要制定工藝方案，進(jìn)行機床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定，進(jìn)行專用機床總體設(shè)計，專用機床的部件設(shè)計和施工設(shè)計，使其具有工程意義，實現(xiàn)其在實際應(yīng)用中的價值。 1.2 本課題的國內(nèi)外概況 由于機械工程的知識總量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越個人掌握所有，一些專業(yè)知識是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識分割，使視野狹隘，可以多多參加技術(shù)交流，和參加科研項目，縮小范圍，提升新技術(shù)的進(jìn)步和整個塊的技術(shù)，提高外部條件變化的適應(yīng)能力。封閉的專業(yè)知識的太狹隘，考慮的問題太特殊，在工作中協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對專業(yè)合并的分化。機械工程可以增加產(chǎn)量，提高勞動生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟效益為目標(biāo)，并研制和發(fā)展新的機械產(chǎn)品。在未來，新產(chǎn)品的開發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環(huán)境污染作為一個超級經(jīng)濟目標(biāo)和任務(wù)。機器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務(wù)?，F(xiàn)代機械工程機械和機械設(shè)備創(chuàng)造出更多、更精美的越來越復(fù)雜，很多幻想成為過去的現(xiàn)實。人類現(xiàn)在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數(shù)十億光年的密切觀察，細(xì)胞和分子。電子計算機硬件和軟件，人類的新興科學(xué)已經(jīng)開始加強，并部分代替人腦科學(xué)，這是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的作用，但在未來幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類智慧的增長并沒有減少手的效果，而是要求越來越精致，手工制作，更復(fù)雜的工作，從而促進(jìn)手功能。又一方面實踐促進(jìn)人腦智力。在人類的進(jìn)化過程中，以及在每個人的成長過程中，大腦和手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化。 近20年來，專用機床自動線技術(shù)取得長足進(jìn)步，自動線在加工精度、生產(chǎn)效率、利用率、柔性化和綜合自動化等方面的巨大進(jìn)步，標(biāo)志著專用機床自動線技術(shù)發(fā)展達(dá)到了高水平。自動線的技術(shù)發(fā)展，刀具、控制和其他相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，特別是CNC控制技術(shù)發(fā)展對自動線結(jié)構(gòu)的變革及其柔性化起著決定性的作用。隨著市場需求的變化，柔性將愈來愈成為抉擇設(shè)備的重要因素。因此，專用機床自動線將面臨由高速加工中心組成的FMS的激烈競爭。 專用機床是一種專用高效自動化技術(shù)裝備，目前，由于它仍是大批量機械產(chǎn)品實現(xiàn)高效、高質(zhì)量和經(jīng)濟性生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備，因而被廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機、內(nèi)燃機和壓縮機等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。其中，特別是汽車工業(yè)，是專用機床最大的用戶。如德國大眾汽車廠在Salzgitter的發(fā)動機工廠，在大批量生產(chǎn)的機械工業(yè)部門，大量采用的設(shè)備是專用機床。因此，專用機床的技術(shù)性能和綜合自動化水平，在很大程度上決定了這些工業(yè)部門產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的結(jié)構(gòu)，也在很大程度上決定了企業(yè)產(chǎn)品的競爭力。 　　 現(xiàn)代專用機床和自動線作為機電一體化產(chǎn)品，它是控制、驅(qū)動、測量、監(jiān)控、刀具和機械組件等技術(shù)的綜合反映。近20年來，這些技術(shù)有長足進(jìn)步，同時作為專用機床主要用戶的汽車和內(nèi)燃機等行業(yè)也有很大的變化，其產(chǎn)品市場壽命不斷縮短，品種日益增多且質(zhì)量不斷提高。這些因素有力地推動和激勵了專用機床的不斷發(fā)展。 專用機床是由大量的通用部件和少量的專用部件組成且工序集中的高效專用機床.由萬能機床和專用機床發(fā)展而來.由于專用機床工序的高度集中，即在一臺機床上可同時完成一種或幾種不同工序加工，因此適應(yīng)了產(chǎn)量大、精度高的生產(chǎn)要求，并且克服了萬能機床結(jié)構(gòu)復(fù)雜、勞動強度大、生產(chǎn)效率低、精度不易保證的缺點，以及專用機床通用性差、不適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)迅速發(fā)展、產(chǎn)品經(jīng)常更新的要求.所以，專用機床及其自動線已廣泛應(yīng)用到汽車、柴油機、電動機、儀器儀表以及軍工產(chǎn)品等的生產(chǎn)上，并顯示出巨大的優(yōu)越性。 1.3 長齒條加工專用車床的組成 本課題是設(shè)計一種長齒條加工專用車床，此設(shè)備的工作臺可以在X,Y軸兩個方向自由移動，由人工控制，人們只需要搖動手輪，即可實現(xiàn)車床在任意位置的停止，可以實現(xiàn)將工件移動到指定的位置，為加工提供方便。 此次設(shè)計的專用機床主要由傳動裝置、進(jìn)給機構(gòu)、車削齒條夾具、車床床體的各個零部件組成，具體方案結(jié)構(gòu)圖如下圖1-1所示： 第2章 機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計 2.1圓柱齒輪減速器的設(shè)計計算 2.1.1確定總傳動比和分配各級傳動比 由給定的齒數(shù)和速比范圍以及電機的最高轉(zhuǎn)速可知： A 一級齒輪傳動的傳動比為： i=n1/n2=z2/z1,已知,在這里我們選擇z1=18z, 根據(jù)《機械設(shè)計手冊》可知，齒輪傳動的傳動比一般在i=3~3.5之間合適，所以有：假設(shè)電機轉(zhuǎn)速n1=940r/m，那么就有i=940/n2,n2=940/3.5=268.5r/m.根據(jù)公式: n1/n2=z2/z1可知，z2= n1/n2xz1=63z.反之，則有：速比i=3.5。 2.1.2傳動裝置的運動和動力設(shè)計 1、運動參數(shù)及動力參數(shù)的計算 （1）計算各軸的轉(zhuǎn)數(shù)： 高速軸：nⅠ=n1 =940（r/min） 低速軸：nⅡ=n1/ i =940/3.5=268.5（r/min） 2.2 電機的選型計算 已知整個專用車床上面齒條夾具和軸以及傳感器的總重量，我們?nèi)】傊亓繛?0Kg，轉(zhuǎn)動速度為1~2r/min。即： 具體的電機設(shè)計計算如下: N=＝0.37(KW) －傳動效率，取0.75 所以根據(jù)N＝0.37kw，n＝1500r/min，查B1表10-4-1選用Y112M-4，再查B1表10-4-2得Y112M-4電機的結(jié)構(gòu)。 2.3 V帶傳動的設(shè)計計算 1）設(shè)計功率 －工況系數(shù)，查B1表8－1－22 ，?。?.2 P－傳遞的功率 2）選定帶型 根據(jù)和查B1圖8－1－2選取普通V帶B型，－小帶輪轉(zhuǎn)速，為1440r/min 3）傳動比 1.76 ＝＝ 4）小帶輪基準(zhǔn)直徑（mm） 由B1表8－1－12和表8－1－14選定 ＝100mm>＝75r/min 5）大帶輪基準(zhǔn)直徑（mm） 由B3表8－7得=150mm 6）帶速驗算 7）初定軸間距（mm） 8）所需帶的基準(zhǔn)長度（mm） ＝ ＝650mm 依B1表8－1－8取＝900mm，即帶型為A－900 9）實際軸間距 10）小帶輪包角 = = 11）單根V帶的基本額定功率 根據(jù)帶型號、和普通V帶查B1表8－1－27（c） 取0.37kw 12）時單根V帶型額定功率增量 根據(jù)帶型號、和查B1表8－1－27（c） 取0.15kw 13）V帶的根數(shù)Z Z = －小帶輪包角修正系數(shù)查B1表8－1－23,取0.96 －帶長修正系數(shù)查B1表8－1－8，取0.87 14） 單根V帶的預(yù)緊力 = =134（N） m－V帶每米長的質(zhì)量（kg/m）查B1表8－1－24，取0.1k/gm 15）作用在軸上的力 －考慮新帶初預(yù)緊力為正常預(yù)緊力的1.5倍 16）帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 帶輪應(yīng)既有足夠的強度，又應(yīng)使其結(jié)構(gòu)工藝性好，質(zhì)量分布均勻，重量輕，并避免由于鑄造而產(chǎn)生過大的應(yīng)力。 輪槽工作表面應(yīng)光滑（表面粗糙度）以減輕帶的磨損。 帶輪的材料為HT200。查B1表8－1－10得基準(zhǔn)寬度制V帶輪輪槽尺寸，根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑查B1，帶輪的零件圖如下圖所示： 2.4滾珠絲杠的設(shè)計 （1）傳動效率高 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的傳動效率高達(dá)90%～98%，為傳統(tǒng)的滑動絲杠系統(tǒng)的2～4倍，能以較小的扭矩得到較大的推力，亦可由直線運動轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運動（運動可逆）。 （2）運動平穩(wěn)滾珠絲杠傳動系統(tǒng)為點接觸滾動運動，工作中摩擦阻力小、靈敏度高、動時無顫動、低速時無爬行現(xiàn)象，因此可精密地控制微量進(jìn)給。 （3）高精度 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)運動中溫升較小，并可預(yù)緊消除軸向間隙和對絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸以補償熱伸長，因此可以獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。 （4）高耐用性鋼球滾動接觸處均經(jīng)硬化（HRC58～63）處理，并經(jīng)精密磨削，循環(huán)體系過程純屬滾動，相對對磨損甚微，故具有較高的使用壽命和精度保持性。 （5）同步性好由于運動平穩(wěn)、反應(yīng)靈敏、無阻滯、無滑移，用幾套相同的滾珠絲杠傳動系統(tǒng)同時傳動幾個相同的部件或裝置，可以獲得很好的同步效果。 （6）高可靠性與其它傳動機械，液壓傳動相比，滾珠絲杠傳動系統(tǒng)故障率很低，維修保養(yǎng)也較簡單，只需進(jìn)行一般的潤滑和防塵。在特殊場合可在無潤滑狀態(tài)下工作。 一般來說滾珠絲杠在工作中應(yīng)該預(yù)緊以提高絲杠的剛度，從而提高傳動精度，但在本機械系統(tǒng)中由于絲杠所承受的彎矩很小，所以我覺得沒必要進(jìn)行預(yù)緊，所以安裝方式是一端固定一端游動的形式。X軸向的工作臺與其上面所安裝的機械結(jié)構(gòu)重力約10N，焊槍在焊接時由于電流作用與工件之間的相互吸引力約2N。 2.5滾珠絲杠副絲杠副傳動法面截形，循環(huán)方式等的確定 查《機械傳動設(shè)計手冊》，根據(jù)滾珠絲杠副螺紋滾道法面截形、參數(shù)和特點的比較選擇如下： （1）確定選擇螺紋滾道法面截形為單圓弧，參數(shù)公式見表8.2-11，接觸角為=45。其特點是：磨削滾道的砂輪成形簡便，可得到較高的加工精度。有較高的接觸強度，但比值/小，運行時摩擦損失增大。接觸角α隨初始間隙和軸向載荷的大小變化，為保證α=，必須嚴(yán)格控制徑向間隙。圖示如圖2 圖2 單圓弧法面截形 （2）單圓弧法面截形要求消除間隙和調(diào)整預(yù)緊必須采用雙螺母結(jié)構(gòu)。 （3）根據(jù)機床的特點，選用內(nèi)循環(huán)浮動式反向器，其特點是徑向尺寸小，循環(huán)通道短，摩擦損失小，傳動效率高。 2.6 滾珠絲杠的預(yù)緊 滾珠絲杠副除了對本身單一方向的傳動精度有要求外，對其軸向間隙也有要求，以保證其反向傳動的精度。我們通常采用雙螺母結(jié)構(gòu)預(yù)緊方式（圖3） 圖3 雙螺母結(jié)構(gòu)預(yù)緊示意圖 雙螺母預(yù)緊的結(jié)構(gòu)通常有三種： 1.墊片調(diào)隙式(圖4) 圖4 墊片調(diào)隙式 調(diào)整方法：調(diào)整墊片厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移。為便于調(diào)整，墊片常制成剖分式。 特點：結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，剛度高；但調(diào)整不便，滾道有磨損時，不能隨時消除間隙和預(yù)緊。適用于高剛度重載傳動。 2.螺紋調(diào)隙式(圖5) 圖5 螺紋調(diào)隙式 調(diào)整方式：調(diào)整端部的圓螺母，使螺母產(chǎn)生軸向位移。 特點：結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便；但準(zhǔn)確性差，且易于松動。用于剛度要求不高或需隨時調(diào)節(jié)預(yù)緊力的傳動。 3.齒差調(diào)隙式(圖6) 圖6 齒差調(diào)隙式 調(diào)整方式：螺母1、2的凸緣上有外齒，分別與緊固在螺母座兩端的內(nèi)齒圈3、4嚙合，其齒數(shù)風(fēng)別為Z1和Z2，且Z2=Z1+1。兩個螺母向相同方向同時轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)過一個齒，調(diào)整軸向位移量為：(Ph—導(dǎo)程)。 特點：能夠精確地調(diào)整預(yù)緊力，但結(jié)構(gòu)尺寸較大，裝配調(diào)整比較復(fù)雜，宜用于高精度的傳動機構(gòu)。 本設(shè)計中將采用的是雙螺母內(nèi)循環(huán)墊片調(diào)整式滾動螺旋副來消除間隙。 墊片調(diào)整式有結(jié)構(gòu)比較簡單，裝卸方便，剛度高的特點。 第3章 車床平移裝置的設(shè)計計算 3.1傳動齒輪的選擇計算與校核 3.1.1齒輪的選擇 1）選擇小齒輪材料為45（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。 2） 精度等級選用7級精度； 3）小齒輪齒數(shù)z1＝41，大齒輪齒數(shù)z2＝74的； 4） 齒輪模數(shù)都為3的直齒輪 3.1.2按齒面接觸強度設(shè)計 因為低速級的載荷大于高速級的載荷，所以通過低速級的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算 1） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 （1） 試選Kt＝1.6 （2）選取區(qū)域系數(shù)ZH＝2.433 （3）選取尺寬系數(shù)φd＝1 （4）查得εα1＝0.75，εα2＝0.87，則εα＝εα1＋εα2＝1.62 （5）查得材料的彈性影響系數(shù)ZE＝189.8Mpa （6）按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim1＝600MPa；大齒輪的解除疲勞強度極限σHlim2＝550MPa； （7）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1＝60n1jLh＝601921（283005）＝3.3210e8 N2＝N1/5＝6.64107； （8） 查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1＝0.95； KHN2＝0.98 （9） 計算接觸疲勞許用應(yīng)力； 取失效概率為1％，安全系數(shù)S＝1，由得 [σH]1＝＝0.95600MPa＝570MPa [σH]2＝＝0.98550MPa＝539MPa [σH]＝[σH]1＋[σH]2/2＝554.5MPa 3.1.3齒輪的校核 根據(jù)以上所得：m=2,Z1=65 兩齒輪材料均選用45,表面淬火，48~55HRC。查得： 預(yù)期齒輪壽命5年，每天工作12小時，工作載荷為輕微沖擊，則 查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》圖，得： 驗算齒面接觸疲勞強度 載荷系數(shù)，取K=1.5 查得： 接觸應(yīng)力為： (2)驗算齒根彎曲疲勞強度 取 K=1.5 查表：許用彎曲應(yīng)力： 彎曲疲勞強度的最小安全系數(shù)，取 則： 由上述計算可知，均滿足要求。 3.2齒條的設(shè)計 齒輪作回轉(zhuǎn)運動，齒條作直線運動，齒條可以看作一個齒數(shù)無窮多的齒輪的一部分，這時齒輪的各圓均變?yōu)橹本€，作為齒廓曲線的漸開線也變?yōu)橹本€。齒條直線的速度與齒輪分度圓直徑、轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為： 本次設(shè)計中V=50mm/s 式中 d——齒輪分度圓直徑，；小齒輪分度圓直徑為130mm ——齒輪轉(zhuǎn)速，。齒輪轉(zhuǎn)速為37.5r/min 其嚙合線與齒輪的基圓相切，由于齒條的基圓為無窮大，所以嚙合線與齒條基圓的切點在無窮遠(yuǎn)處。齒輪與齒條嚙合時，不論是否標(biāo)準(zhǔn)安裝（齒輪與齒條標(biāo)準(zhǔn)安裝即為齒輪的分度圓與齒條的分度圓相切），其嚙合角恒等于齒輪分度圓壓力角，也等于齒條的齒形角；齒輪的節(jié)圓也恒與分度圓重合。只是在非標(biāo)準(zhǔn)安裝時，齒條的節(jié)線與分度線不再重合。齒輪與齒條正確嚙合條件是基圓齒距相等，齒條的基圓齒距是其兩相鄰齒廓同側(cè)直線的垂直距離，即。齒輪與齒條的實際嚙合線為，即齒條頂線及齒輪齒頂圓與嚙合線的交點及之間的長度。 齒輪齒條傳動的幾何尺寸計算見下表： 齒輪齒條傳動的幾何尺寸計算 項目名稱 計算公式及代號 齒輪齒條數(shù)值 齒輪齒數(shù) 65 模數(shù) 2 螺旋角 基本齒廓 壓力角 齒頂高系數(shù) 1 頂隙系數(shù) 0.25 齒輪變位系數(shù) 0 尺寬 齒輪 40 齒條 40 齒條長度 1650 項目名稱 計算公式及代號 轉(zhuǎn)齒輪齒條數(shù)值 齒輪分度圓直徑 130 齒頂高 齒輪 1.5 齒條 1.5 齒根高 齒輪 1.88 齒條 1.88 齒高 齒輪 3.38 齒條 齒輪中心到齒條中心距 65 齒距 4.71 齒條齒數(shù) 262 第4章 專用車床進(jìn)給系統(tǒng)各部件的選取及校核 4.1 聯(lián)軸器的選取 由以上條件可知，系統(tǒng)的工況在一定的條件，有以下公式： mm 輸入軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸器的直徑，為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩，查《機械設(shè)計（第八版）》表14-1，由于轉(zhuǎn)矩變化很小，故取，則: =1.3X49.24=64012N.Mm 查《機械設(shè)計課程設(shè)計》表14-4，選Lx3型彈性柱銷聯(lián)軸器其工稱轉(zhuǎn)矩為1250N.m，而電動機軸的直徑為19mm所以聯(lián)軸器的孔徑不能太小。取=19mm，半聯(lián)軸器長度L=82mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度為60mm。 軸向滾動絲杠副絲杠軸，選HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為1250000，半聯(lián)軸器的孔徑19mm，半聯(lián)軸器長度42mm。 徑向滾動絲杠副絲杠軸選Lx3型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為1250000，半聯(lián)軸器的孔徑19mm，半聯(lián)軸器長度42mm。 4.2滾珠絲桿的選取與校核 （1） 初始條件 本設(shè)計的橫向進(jìn)給長度大于縱向進(jìn)給結(jié)構(gòu)，只校核軸向進(jìn)給結(jié)構(gòu)用的絲杠如下： 由本設(shè)計要求可知，估算工作臺的重量和安裝在工作臺上面的電磁夾具給絲杠的平均工作載荷Fm=4000N，最大軸向行程420 mm，取用絲杠的工作長度為672mm，有效滾道長度是500mm。 兩支承間最大距離為：575mm平均轉(zhuǎn)速100r/m使用壽命Lh=15000h,Ra為58-62HRC,要求傳動精度0.03mm，螺桿材料為：50Mn， 高、中頻加熱,表面淬火。螺母材料為：CrWMn ，整體淬火、低溫回火。返向器材料為：40Cr，離子滲氮處理螺紋滾道法面截形為半圓弧，螺母采用雙螺母墊片式預(yù)緊方式。 （2） 計算載荷 （公式摘自《機械零件設(shè)計手冊》第二版中冊滾動螺旋傳動設(shè)計計算部分，下同） = （式1） 式中為載荷系數(shù)，K為硬度系數(shù)，為短行程系數(shù)。參考《機械零件設(shè)計手冊》表18-18，表18-19，表18-20取=1.2，K=1，=1 （3） 計算額定動載荷 計算額定動載荷公式 （式2） 其中n為平均轉(zhuǎn)速，其中Lh=15000h，取n=100r/min,代入上式后計算得C=21496.42N （4）根據(jù)必須的額定動載荷C選擇螺旋尺寸 根據(jù)內(nèi)循環(huán)滾動螺旋副結(jié)構(gòu)，查表8.2-18《機械傳動設(shè)計手冊》，使選擇規(guī)格的螺旋副C接近 C 或者稍大于C，如下表1， 表1 螺旋尺寸表 結(jié)合公稱直徑和公稱導(dǎo)程的優(yōu)先配合，綜合考慮選擇參數(shù)如下： 查特征代號確定型號為 FD406-3-3/全長螺紋長度，其尺寸參數(shù)如下： 額定動載荷 公稱直徑 公稱導(dǎo)程 鋼球直徑 mm 圈數(shù)列數(shù)=13, 螺紋升角 = 基本額定靜載荷 =70650N 滾道半徑R = 0.52 =2.064mm 偏心距e = 0.707x（R-/2）=0.0562mm 絲杠螺紋內(nèi)徑d==35.984mm （5）穩(wěn)定性驗算 因為絲杠采用一端固定一端鉸支的安裝方式，查表18-7《機械零件設(shè)計手冊》長度系數(shù)， 參照《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)》表2-10取安全系數(shù)[S]=3，因為螺桿較長，絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷成為臨界載荷F（N）按下式計算： F= （式3） 式中E為絲杠材料的彈性模量，對于鋼，E=206GP；l為絲杠工作長度（m），l=672mm；為絲杠危險截面軸慣性矩（m）; == （式4） =8.14910m 又 可得： 安全系數(shù)S= F/= （式5） 絲杠安全,不會失穩(wěn). （6） 剛度驗算 按最不利的情況考慮，螺紋螺距因受軸向力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起的彈性變形方向是一致的。 滾珠絲杠在工作載荷F(N)和轉(zhuǎn)矩T(Nm)共同作用下引起每個導(dǎo)程變形量 (m)為 = （式6） 式中,A為絲杠截面積,A=1/4;為絲杠的極慣性矩,=/32(m);G為絲杠的切變模量,對鋼G=83.3GP;T（Nm）為轉(zhuǎn)矩。 又T=F （式7） 式中，為摩擦角，其正切值為摩擦系數(shù)；為平均工作載荷；可以查出螺旋副運動由旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動時取參數(shù)摩擦系數(shù)tan=0.0025，又=，所以樣有下式： T=F 按最不利的情況計算，F(xiàn)=F有 則每米螺紋距離上彈性變形量為 （式8） 而每米螺紋距離上彈性變形量的許用值見《機械零件設(shè)計手冊》第二版中冊表18-17. 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差應(yīng)小于其傳動精度的1/2，即 =3.02μm/m<1/2()=1/2 10μm/m 所以絲杠的剛度是完全滿足要求的。 （7） 效率驗算 合格 （式9） 綜上所校核，該絲杠是符合要求的。 同理，徑向傳動的滾珠絲杠也好似符合要求的。 4.3滾動軸承的選取與計算 根據(jù)以上工況，如圖所示： 根據(jù)如圖選取深溝球軸承6006求當(dāng)量載荷P。 FA=309.6N 查表12-5得，6306軸承的Cr=27kN，C0r=15.2kN；輕微沖擊，取fP=1.1 因，查表可得，e=0.21； 因，故P1=fp=1834.8N； P2=fp=2305.8N； 3.2計算軸承壽命Lh 已知球軸承ε=3，因工作溫度小于120℃，取ft=1。 滿足壽命要求。 另一端受力如圖所示，根據(jù)圖所選取深溝球軸承6206。 3.3求當(dāng)量載荷P。 查表12-5可得，6210軸承的C0r=19.8kN，Cr=27kN；輕微沖擊，取fP=1.2 P1=fp=2135.2N P2=fp=1277.7N (2)計算軸承壽命Lh。 已知球軸承ε=3，因工作溫度小于120℃，取ft=1。 （3）因轉(zhuǎn)速較低，此處還需進(jìn)行靜強度計算 查表得X0=0.6，Y0=0.5，S0=1.2 P01= [0.6，]max＝=1779.3N C0r/P01=11.13＞S0=1.2 滿足壽命要求。 軸向滾珠絲杠副絲杠軸的滾動軸承電機傳動部分，初步選擇的滾動軸承為0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的推力球軸承51206。 軸向力 ， ，Y=1.9，X=0.4 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F 則 則 則 則 則 則故合格。 徑向滾珠絲杠副絲杠軸的滾動軸承電機傳動部分，初步選擇的滾動軸承為0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的推力球軸承52207。 軸向力 ， ，Y=1.7，X=0.4 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F 則 則 則 則 ， 則 結(jié) 論 在最近的一段時間的畢業(yè)設(shè)計，使我們充分把握的設(shè)計方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設(shè)計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時的指導(dǎo)，確保設(shè)計進(jìn)度，本文所設(shè)計的是長齒條加工專用車床的設(shè)計，通過初期的定稿，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可要做的好，總之，本設(shè)計完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最后，感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 參 考 文 獻(xiàn) [1]張福學(xué)編著.長齒條加工專用車床的應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2000。 [2]何發(fā)昌著，邵遠(yuǎn)編著.長齒條加工專用車床的工作原理.北京：高等教育出版社，1996。 [3]宋學(xué)義著. 專用車床設(shè)計速查手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1995.3。 [4]陳奎生著. 氣與氣壓傳動. 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2008.5。 [5]SMC（中國）有限公司. 普通車床實用技術(shù). 北京：機械工業(yè)出版社，2003.10 [6]徐文燦著. 專用車床結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，1995。 [7]曾孔庚.數(shù)控車床的發(fā)展趨勢. 機器人技術(shù)與應(yīng)用論壇。 [8]壽慶豐 機械設(shè)計1999年第3期，第3卷。 [9]高微,楊中平,趙榮飛等.長齒條加工專用車床結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計. 機械設(shè)計與制造2006.1。 [10]孫兵,趙斌,施永輝.長齒條加工專用車床的研制. 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫。 [11]馬光,申桂英.工業(yè)機器人的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢. 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫2002年。 [12]李如松.長齒條加工專用車床的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望. 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫1994年第4期。 [13]李明.長齒條加工專用車床設(shè)計.制造技術(shù)與機床2005年第7期。 [14]李杜莉，武洪恩，劉志海.長齒條加工專用車床的運動學(xué)分析. 煤礦機械2007年2月 [15]成大先主編.機械設(shè)計手冊（第三版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994。 [16]Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space. 致 謝 直到今天，論文總算完成了，我的心里感到特別高興和激動，在這里，我打心里向我的導(dǎo)師和同學(xué)們表示衷心的感謝！因為有了老師的諄諄教導(dǎo)，才讓我學(xué)到了很多知識和做人的道理，由衷地感謝我親愛的老師，您不僅在學(xué)術(shù)上對我精心指導(dǎo)，在生活上面也給予我無微不至的關(guān)懷支持和理解，在我的生命中給予的靈感，所以我才能順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)，也學(xué)到了很多有用的知識，同時我的生活中的也有了一個明確的目標(biāo)。知道想要什么，不再是過去的那個愛玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，創(chuàng)新的學(xué)術(shù)風(fēng)格，認(rèn)真負(fù)責(zé)，無私奉獻(xiàn)，寬容豁達(dá)的教學(xué)態(tài)度都是我們應(yīng)該學(xué)習(xí)和提倡的。通過近半年的設(shè)計計算，查找各類長齒條加工專用車床的相關(guān)資料，論文終于完成了，我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的，是不是最好的，但在我心中，它是我最珍惜的，因為我是怎么想的，這是我付出的汗水獲得的成果，是我在大學(xué)四年的知識和反映。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的個人能力，更重要的是來自老師和同學(xué)的潛移默化讓我學(xué)到很多有用的知識，在這里，謝謝老師以及所有關(guān)心我和幫助我的人，謝謝大家。