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寧榆林學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
傾斜式焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘 要
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是傾斜式焊接回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，使大學(xué)生在步入社會(huì)之前，不僅能夠設(shè)計(jì)出數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，而且能夠掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和步驟。本課題研究的主要內(nèi)容包括：確定數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)方案；驅(qū)動(dòng)力計(jì)算及其他相關(guān)計(jì)算；零件設(shè)計(jì)與校核；零件圖的繪制和繪制裝配圖。
對(duì)于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，首先，進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，傳動(dòng)方案采用齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)；然后進(jìn)行各零件的設(shè)計(jì)與校核，蝸桿與軸采用整體式結(jié)構(gòu)；蝸輪與工作臺(tái)采用螺釘連接；工作臺(tái)的平衡通過(guò)止推軸承來(lái)保證；箱體由箱座、箱蓋和頂蓋組成，其中箱體上設(shè)計(jì)了圓臺(tái)和加強(qiáng)筋；最后，對(duì)各零件進(jìn)行裝配。
關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；齒輪；蝸桿；箱體；建模
Abstract
The graduation design topic is inclined welding rotary work table design. By the NC rotary table design, make the students step into the society before, not only to design NC rotary table, and can master the mechanical design methods and steps. The main contents of the research include : identification of NC rotary table transmission scheme; driving force calculation and other related calculation; component design and verification; parts drawing and assembly drawing.
For NC rotary table design, first of all, for the overall program design, transmission scheme adopts gear transmission and worm drive; and parts of the design and verification, the worm and worm gear shaft adopts an integral structure; and the work table adopts screw connection; working table balance through the thrust bearing to ensure the box body comprises a box seat;, a box cover and a top cover, wherein the box body on the design of the round table and the stiffener; finally, the parts are assembled.
Key Words: Rotary table; gear; worm; box; modeling
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒 論 6
1.1 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)概況 6
1.2數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 6
1.3 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 7
1.4 主要技術(shù)參數(shù) 7
第2章 傾斜式焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)總體方案設(shè)計(jì) 8
2.1 傳動(dòng)方案的確定 8
2.1.1傳動(dòng)方案?jìng)鲃?dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求 8
2.1.2 傳動(dòng)方案及其分析 8
2.1.1步進(jìn)電機(jī)的原理 10
2.1.3.傳動(dòng)方案及其分析 11
2.1.1伺服電動(dòng)機(jī)的原理 12
2.1.3.傳動(dòng)方案及其分析 12
第3章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
2.2 齒輪的設(shè)計(jì) 14
2.3蝸桿傳動(dòng) 17
2.4 直流伺服電機(jī)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 20
2.5 軸承的選用 21
2. 5. 1 軸承的類型 21
2. 5. 2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 22
2. 5. 3 滾動(dòng)軸承的配合 22
2.5.4 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 22
2. 5. 5 滾動(dòng)軸承的密封裝置 22
2.6 本章小結(jié) 22
總 結(jié) 23
致 謝 24
參考文獻(xiàn) 25
榆林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第1章 緒 論
1.1 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)概況
隨著生產(chǎn)力水平的發(fā)展，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是一種可以實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給和分度運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，它常被使用于各類設(shè)備上，可提高加工效率，完成更多的工藝，它主要由原動(dòng)力、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、工作臺(tái)等部分組成，并可進(jìn)行間隙消除和蝸輪加緊，是一種很實(shí)用的加工工具。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是解決傾斜式焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作原理和機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算部分，設(shè)計(jì)思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部。
目前數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心上，它的總的發(fā)展趨勢(shì)是：
1．在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開(kāi)發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺(tái)；
2．在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪，大幅度提高工作臺(tái)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺(tái)的承 載能力；
3．在形式上繼續(xù)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)。
數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的市場(chǎng)分析：隨著我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展，加工中心將會(huì)越來(lái)越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴(kuò)大加工范圍。估計(jì)近幾年要求配備數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的加工中心將會(huì)達(dá)到每年600臺(tái)左右。
1.2數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)
數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要用于各類設(shè)備中，但它的驅(qū)動(dòng)是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式。它可以與其他伺服進(jìn)給軸聯(lián)動(dòng)。
它的進(jìn)給、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進(jìn)行控制的。工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)是由伺服電動(dòng)機(jī)，經(jīng)齒輪減速后由蝸桿傳給蝸輪。
為了消除蝸桿副的傳動(dòng)間隙，采用了雙螺距漸厚蝸桿，通過(guò)移動(dòng)蝸桿的軸向位置調(diào)整間隙。這種蝸桿的左右兩側(cè)面具有不同的螺距，因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。
當(dāng)工作臺(tái)靜止時(shí)必須處于鎖緊狀態(tài)。為此，在蝸輪底部的輻射方向有8對(duì)夾緊瓦，并在底座上均布同樣數(shù)量的小液壓缸。當(dāng)小液壓缸的上腔接通壓力油時(shí)，活塞便壓向鋼球，撐開(kāi)夾緊瓦，并夾緊蝸輪。在工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)時(shí)，先使小液壓缸的上腔接通回油路，在彈簧的作用下，鋼球抬起，夾緊瓦將蝸輪松開(kāi)。
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的導(dǎo)軌面由大型滾動(dòng)軸承支承，并由深溝球軸承及雙列向心圓柱滾子軸承保持準(zhǔn)確的回轉(zhuǎn)中心。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動(dòng)精度，因而必須采用高精度蝸桿副。在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，可以在實(shí)際測(cè)量工作臺(tái)靜態(tài)定位誤差之后，確定需要補(bǔ)償角度的位置和補(bǔ)償?shù)闹?，記憶在補(bǔ)償回路中，由數(shù)控裝置進(jìn)行誤差補(bǔ)償。在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中，由高精度的圓光柵發(fā)出工作臺(tái)精確到位信號(hào)，反饋給數(shù)控裝置進(jìn)行控制。
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)有零點(diǎn)，當(dāng)它作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，先用擋鐵壓下限位開(kāi)關(guān)，使工作臺(tái)降速，然后由圓光柵或編碼器發(fā)出零位信號(hào)，使工作臺(tái)準(zhǔn)確地停在零位。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以作任意角度的回轉(zhuǎn)和分度，也可以作連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
1.3 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
我們的設(shè)計(jì)過(guò)程中，本著以下幾條設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：
1） 創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能
2） 分析原理和性能
3） 判別功能載荷及其意義
4） 預(yù)測(cè)意外載荷
5） 創(chuàng)造有利的載荷條件
6） 提高合理的應(yīng)力分布和剛度
7） 重量要適宜
8） 應(yīng)用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸
9） 根據(jù)性能組合選擇材料
10） 零件與整體零件之間精度的進(jìn)行選擇
11） 功能設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求
1.4 主要技術(shù)參數(shù)
（1）工作臺(tái)直徑：350 mm；
（2）分辨率：5分/step；
（3）工作臺(tái)轉(zhuǎn)速范圍：2～62.5 rpm；
（4）直流伺服電機(jī)最高轉(zhuǎn)速2000rpm；
（5）總傳動(dòng)比：20；
（6）軸向最大載荷：60N·M
第2章 傾斜式焊接回轉(zhuǎn)臺(tái)總體方案設(shè)計(jì)
2.1 傳動(dòng)方案的確定
2.1.1傳動(dòng)方案?jìng)鲃?dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)一般由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作臺(tái)組成，傳動(dòng)裝置在原動(dòng)機(jī)和工作臺(tái)之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可實(shí)現(xiàn)分度運(yùn)動(dòng)。在本課題中，原動(dòng)機(jī)采用電液脈沖馬達(dá)，工作臺(tái)為T形槽工作臺(tái)，傳動(dòng)裝置由齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)組成。
合理的傳動(dòng)方案主要滿足以下要求：
（1）機(jī)械的功能要求：應(yīng)滿足工作臺(tái)的功率、轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)形式的要求。
（2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場(chǎng)地、工作制度等。
（3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動(dòng)效率高等。
（4）結(jié)構(gòu)工藝性要求；如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)合理等。
2.1.2 傳動(dòng)方案及其分析
由圖所示，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)方案有兩種：方案一為一級(jí)和二級(jí)都是齒輪傳動(dòng)；方案二為一級(jí)齒輪傳動(dòng)，二級(jí)蝸桿傳動(dòng)。
圖3-1 傳動(dòng)方案
方案一的最大缺陷是：
1.總傳動(dòng)比??；
2.占用空間大；
3.只能使工作臺(tái)完成回轉(zhuǎn)功能，無(wú)法使工作臺(tái)完成自鎖。
而方案二雖然傳動(dòng)效率低，但以上三個(gè)功能全部都能完成自鎖。
所以數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)方案為方案二：步進(jìn)電機(jī)——齒輪傳動(dòng)——蝸桿傳動(dòng)——工作臺(tái)。
該傳動(dòng)方案分析如下：
齒輪傳動(dòng)承受載能力較高 ，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。
蝸桿傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：
1．傳動(dòng)比大，在分度機(jī)構(gòu)中可達(dá)1000以上。與其他傳動(dòng)形式相比，傳動(dòng)比相同時(shí)，機(jī)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。
2．傳動(dòng)平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。
3．可以自鎖 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，若蝸桿為主動(dòng)件，機(jī)構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動(dòng)常用于起重裝置中。
4．效率低、制造成本較高 蝸桿傳動(dòng)方面：齒面上具有較大的滑動(dòng)速度，摩擦磨損大，故效率約為0.7-0.8，具有自鎖的蝸桿傳動(dòng)效率僅為0.4左右。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價(jià)格較貴的有色金屬制造。
由以上分析可得：將齒輪傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級(jí)，蝸桿傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的低速級(jí)，傳動(dòng)方案較合理。
如圖，采用電機(jī)帶減速動(dòng)齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.1.1步進(jìn)電機(jī)的原理
步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。?
? 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。?
???? 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過(guò)程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說(shuō)最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。?
???? 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來(lái)完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。?
? 選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。?
2.1.3.傳動(dòng)方案及其分析
數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)方案為：電液脈沖馬達(dá)——齒輪傳動(dòng)——蝸桿傳動(dòng)——工作
該傳動(dòng)方案分析如下：
齒輪傳動(dòng)承受載能力較高 ，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。
蝸桿傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：
1．傳動(dòng)比大在分度機(jī)構(gòu)中可達(dá)1000以上。與其他傳動(dòng)形式相比，傳動(dòng)比相同時(shí)，機(jī)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。
2．傳動(dòng)平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。
3．可以自鎖 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，若蝸桿為主動(dòng)件，機(jī)構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動(dòng)常用于起重裝置中。
4．效率低、制造成本較高 蝸桿傳動(dòng)是，齒面上具有較大的滑動(dòng)速度，摩擦磨損大，故效率約為0.7-0.8，具有自鎖的蝸桿傳動(dòng)效率僅為0.4左右。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價(jià)格較貴的有色金屬制造。
由以上分析可得：將齒輪傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級(jí)，蝸桿傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的低速級(jí)，傳動(dòng)方案較合理。
同時(shí)，對(duì)于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它有兩種型式：開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。
兩種型式各有特點(diǎn)：
開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開(kāi)環(huán)直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)一樣，都可以用點(diǎn)液脈沖馬達(dá)、功率步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。
閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量元件（圓光柵）。所測(cè)量的結(jié)果經(jīng)反饋與指令值進(jìn)行比較，按閉環(huán)原理進(jìn)行工作，使轉(zhuǎn)臺(tái)分度定位精度更高。
2.1.1伺服電動(dòng)機(jī)的原理
伺服電動(dòng)機(jī)（servomotor）
用作自動(dòng)控制裝置中執(zhí)行元件的微特電機(jī)。又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。其功能是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度。
伺服電動(dòng)機(jī)分交、直流兩類。交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同。在定子上有兩個(gè)相空間位移90°電角度的勵(lì)磁繞組Wf和控制繞組WcoWf接一恒定交流電壓，利用施加到Wc上的交流電壓或相位的變化，達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的目的。交流伺服電動(dòng)機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定、可控性好、響應(yīng)快速、靈敏度高以及機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性度指標(biāo)嚴(yán)格（要求分別小于10％～15％和小于15％～25％）等特點(diǎn)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與一般直流電動(dòng)機(jī)相同。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n為
n＝E／K1j＝（Ua－IaRa）／K1j
式中E為電樞反電動(dòng)勢(shì)；K為常數(shù)；j為每極磁通；Ua，Ia為電樞電壓和電樞電流；Ra為電樞電阻。改變Ua或改變?chǔ)?，均可控制直流伺服電?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，但一般采用控制電樞電壓的方法。在永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)中，勵(lì)磁繞組被永久磁鐵所取代，磁通φ恒定。
直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的線性調(diào)節(jié)特性及快速的時(shí)間響應(yīng)。
2.1.3.傳動(dòng)方案及其分析
數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)方案為：直流伺服電機(jī)——齒輪傳動(dòng)——蝸桿傳動(dòng)——工作
該傳動(dòng)方案分析如下：
齒輪傳動(dòng)承受載能力較高 ，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。
蝸桿傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：
1．傳動(dòng)比大 在分度機(jī)構(gòu)中可達(dá)1000以上。與其他傳動(dòng)形式相比，傳動(dòng)比相同時(shí)，機(jī)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。
2．傳動(dòng)平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。
3．可以自鎖 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，若蝸桿為主動(dòng)件，機(jī)構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動(dòng)常用于起重裝置中。
4．效率低、制造成本較高 蝸桿傳動(dòng)是，齒面上具有較大的滑動(dòng)速度，摩擦磨損大，故效率約為0.7-0.8，具有自鎖的蝸桿傳動(dòng)效率僅為0.4左右。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價(jià)格較貴的有色金屬制造。
由以上分析可得：將齒輪傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級(jí)，蝸桿傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的低速級(jí)，傳動(dòng)方案較合理。
同時(shí)，對(duì)于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它有兩種型式：開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。
兩種型式各有特點(diǎn)：
開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開(kāi)環(huán)直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)一樣，都可以用步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。
閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量元件（圓光柵）。所測(cè)量的結(jié)果經(jīng)反饋與指令值進(jìn)行比較，按閉環(huán)原理進(jìn)行工作，使轉(zhuǎn)臺(tái)分度定位精度更高。
第3章 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2 齒輪的設(shè)計(jì)
1、選用傳動(dòng)比：先選為2
1）選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)；
2）數(shù)控機(jī)床速度高，要求精度高，故選6級(jí)精度；
3) 材料選擇，小齒輪材料選35CRALA(調(diào)質(zhì)后氮化)，硬度為65HRC,大齒輪材料18CRMNTI(滲碳后淬火)硬度為60HRC；
4) 選小齒輪齒數(shù)Z1=20，大齒輪齒數(shù)為40。
2、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
d1t2.32
(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）試選載荷系數(shù)Kt1=1.2；
2) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
T1===3.37N.m
3）選取齒寬系數(shù)，小齒輪做懸臂布置，=0.4；
4）材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8Mpa；
5）按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim1=1200Mpa,大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim1=800Mpa；
6）接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=1,KHN2=1；
7） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%,安全系數(shù)為S=1
[H]1=1200Mpa, [H]2=800Mpa.
(2)計(jì)算
1）算小齒輪分度圓直徑d1t,代入[H]中較小的值
代入各數(shù)值的
d1t2.32=22mm
2）計(jì)算圓周速度V
V==1.382m/s
3)計(jì)算齒寬b
b=d1t=0.422=8.8mm
4)計(jì)算齒寬與齒高之比.
模數(shù) mt=1.1mm
齒高 h=2.25mt=2.25×1.1=2.475mm
==3.5
5）計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)V=1.382m/s，6級(jí)精度，查的動(dòng)載系數(shù)Kv=1.02.
直齒輪 KH=KF=1.0.
查表的使用系數(shù)KA=1；
用插值法查得6級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支撐懸臂布置時(shí) KH=1.139.
由=3.556 KH=1.139得KF=1.09. 故載荷系數(shù)
K=KA×KV×KH×KH=1×1.05×1×1.139=1.197
6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑
d1=d1t=21.98mm
7)計(jì)算模數(shù)m
m===1.099mm
3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
M≥
（1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1） 查表得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE1=800Mpa;大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE2=700Mpa；
2） 查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.9, KFN2=0.95;
3） 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)。S=1.8.
[F]1=Mpa=400Mpa
[F]2=Mpa=369.44Mpa
4)計(jì)算載荷系數(shù)K
K= KA×KV×KF×KF=1×1.05×1×1.09=1.146
5)查取齒形系數(shù)
查表的 YFa1=2.80 YFa2=2.40
6)應(yīng)力校正系數(shù)
Ysa1=1.55 Ysa2=1.67
7）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較
==0.01085
==0.01085
（2） 設(shè)計(jì)計(jì)算
m=mm=0.806mm
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算模數(shù)m大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算模數(shù)，齒輪模數(shù)m大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，可取彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)0.806并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=1，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=22mm，算出小齒輪齒數(shù)
Z1==22
大齒輪齒數(shù) Z2=22×2=44
4幾何尺寸計(jì)算
（1） 計(jì)算分度圓直徑
d1=Z1×m=22×1=22mm
d2=Z2×m=44×1=44mm
(2)計(jì)算中心距
a==33mm
（2） 計(jì)算齒輪寬度
（3） b=×d1=0.4×22=8.8mm
取B1=15mm B2=10mm
2.3蝸桿傳動(dòng)
1選擇蝸桿傳動(dòng)類型
采用漸開(kāi)線蝸桿
2選擇材料
考慮到蝸桿傳動(dòng)速度中等，蝸桿用45鋼，并淬火，硬度為45～55HRC,蝸輪用鑄錫磷青銅ZCUSn10P1，金屬模鑄造，為了節(jié)約貴重有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。
3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)
根據(jù)閉式齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動(dòng)中心距
a≥
(1) 確定在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2
按Z1=4，取消率為=0.9
T2=60000N.mm
(2) 確定載荷系數(shù)K
因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)K=1,由表選取使用系數(shù)KA=1.15，由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù)Kv=1.05；則
K=KA×KF×Kv=1.15×1×1.05=1.21
(3)確定彈性影響系數(shù)ZE
因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配，故ZE=160 Mpa
(4)確定接觸系數(shù)Zp
先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值=0.4，可查圖得Zp=2.75.
(5)確定許用接觸應(yīng)力[H]
根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCUSn10P1。金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞45HRC.可從表中查的蝸輪的基本許用應(yīng)力 [H]′=268Mpa.
N=60jn2Lh=60×1×100×15000=1.05×
壽命系數(shù)
KHN==0.7453
則 [H]=KHN·[H]′=0.7453×268Mpa=200Mpa
（6）計(jì)算中心距
a≥=70.56mm
取其中心距a=80mm.因i=102,故從表中去模數(shù)m=3.15mm,蝸桿分度圓直徑d1=35.5mm,這時(shí)==0.44，從圖中可查的接觸系數(shù)Zp′=2.65,因?yàn)閆p′＜Zp，因此以上計(jì)算可用。
4、蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸
（1）蝸桿
軸向齒距Pa=m=9.891mm;直徑系數(shù)q=11.27;齒頂圓直徑da1=d1+2ha1=35.5+2×1×3.15=41.8mm.齒根圓直徑df1=d1-2(ham+c)=35.5-2(3.15+0.2×3.15)=27.94mm，分度圓導(dǎo)程角r=19.45°，蝸桿軸向齒厚Sa=0.5m=0.5×3.14×3.15=4.9455mm.
（2）蝸輪
蝸輪齒數(shù)Z2=39;變位系數(shù)X2=+0.2619;
驗(yàn)算傳動(dòng)比i==9.75,這時(shí)傳動(dòng)比誤差為=2.5﹪，是允許的。
蝸輪分度圓直徑 d2=mZ2=3.15×39=123mm.
蝸輪喉圓直徑 da2=d2+2ha2=123+2×3.15(1+0.2619)=130.95mm;
蝸輪齒根圓直徑df2=d2-2hf2=123-2×3.15(1-0.2619+0.2)=117.09mm;
蝸輪咽喉母圓半徑 ra2=a-0.5da2=80-0.5×130.95=14.525mm.
5校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
F=
當(dāng)量齒數(shù) Zv2==41.38
根據(jù)X2=+0.2619, Zv2=41.38.查的齒形系數(shù)YFa2=2.24.
螺旋角系數(shù)Y=1-=1-=0.8604
許用彎曲應(yīng)力 [F]= [F]‵KFN
查的ZCUSn10P1制造的蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力[F]‵=56Mpa.
壽命系數(shù)KFN==0.596
[F]=56×0.596=33.376
F=2.24×0.8604Mpa=15.56Mpa
6驗(yàn)算效率
=（0.95～0.96）
已知r=19.45°=arctanfv;fv與相對(duì)滑動(dòng)速度Vs有關(guān)。
Vs==2.76m/s
從表中用插值法查的fv=0.0238; =1.759°,代入式中得
=0.89～0.90間，不用重算。
2.4 直流伺服電機(jī)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算
許多機(jī)械加工需要微量進(jìn)給。要實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給，步進(jìn)電機(jī)、直流伺服交流伺服電機(jī)都可作為驅(qū)動(dòng)元件。對(duì)于后兩者，必須使用精密的傳感器并構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給。在閉環(huán)系統(tǒng)中，廣泛采用直流伺服電機(jī)作為執(zhí)行單元。這是因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：
●響應(yīng)特性高，響應(yīng)速度快;
●轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，啟動(dòng)、停止方便；
●高功率密度（體積小、重量輕）；
●可實(shí)現(xiàn)高精度數(shù)字控制；
●停電制動(dòng)；
●調(diào)速范圍較寬；
采用直流伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)單元，其機(jī)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，主要是變速齒輪副、渦輪蝸桿。通常步進(jìn)電機(jī)每加一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)脈沖當(dāng)量；但由于其脈沖當(dāng)量一般較大，如0.01mm，在數(shù)控系統(tǒng)中為了保證加工精度，廣泛采用直流伺服電機(jī)的閉環(huán)反饋控制。
1）選擇直流伺服電機(jī)的額定功率
電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)等于或稍大于工作要求的轉(zhuǎn)矩。額定功率小于工作要求，則不能保證工作機(jī)器正常工作，或使馬達(dá)長(zhǎng)期過(guò)載、發(fā)熱大而過(guò)早損壞；額定功率過(guò)大，則馬達(dá)價(jià)格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費(fèi)。
折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩為：
則選擇電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于4
2）電機(jī)與工作臺(tái)的慣量匹配計(jì)算
回轉(zhuǎn)體的慣量：
則各回轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為:
折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩為
電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量為
滿足慣量匹配要求
3）定位加速時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算
取時(shí)間常數(shù)
計(jì)算得到定位最大轉(zhuǎn)矩為M=3.37NM
綜上，選擇電機(jī)為法納克5L直流伺服電機(jī)。
2.5 軸承的選用
滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動(dòng)接觸來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)。并且常用的滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此使用滾動(dòng)軸承時(shí)，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗(yàn)算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑、密封等有關(guān)的“軸承裝置設(shè)計(jì)”問(wèn)題。
2. 5. 1 軸承的類型
考慮到軸各個(gè)方面的誤差會(huì)直接傳遞給加工工件時(shí)的加工誤差，因此選用調(diào)心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類軸承可以同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷，外圈可分離，安裝時(shí)可調(diào)整軸承的游隙。其機(jī)構(gòu)代碼為3000，然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號(hào)為：30208。
2. 5. 2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配
軸承的游隙和欲緊時(shí)靠端蓋下的墊片來(lái)調(diào)整的，這樣比較方便。
2. 5. 3 滾動(dòng)軸承的配合
滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準(zhǔn)；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準(zhǔn)。
2.5.4 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑
考慮到電動(dòng)刀架工作時(shí)轉(zhuǎn)速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤(rùn)滑，轉(zhuǎn)速越高，應(yīng)采用粘度越低的潤(rùn)滑油；載荷越大，應(yīng)選用粘度越高的。
2. 5. 5 滾動(dòng)軸承的密封裝置
軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，酸氣和其他雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(shè)置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。此處，采用接觸式密封，唇形密封圈。
唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應(yīng)朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，蜜蜂唇應(yīng)朝外。
2.6 本章小結(jié)
對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的主要零件及傳動(dòng)系統(tǒng)的零件進(jìn)行設(shè)計(jì) 選型 零件校核，按照機(jī)械設(shè)計(jì)一書進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成機(jī)械部分。
總 結(jié)
在這幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我認(rèn)真分析了指導(dǎo)老師提供的基本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和要求，之后在查閱了大量工具書和期刊資料；對(duì)現(xiàn)在我國(guó)的數(shù)控工作臺(tái)總體趨勢(shì)進(jìn)行分析，在網(wǎng)上和圖書館搜集了大量的第一手的資料，首先初步確定了本次設(shè)計(jì)的基本方案，然后設(shè)計(jì)出了具體的方案。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們?cè)趯W(xué)完四年教學(xué)計(jì)劃所規(guī)定的全部課之后，綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的全部理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)踐性數(shù)學(xué)環(huán)節(jié)。它培養(yǎng)我們進(jìn)行綜合分析和提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力，從而達(dá)到鞏固，擴(kuò)大，深化所學(xué)知識(shí)的目的，它培養(yǎng)我們調(diào)查研究熟悉有關(guān)技術(shù)政策，運(yùn)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范，手冊(cè)，圖冊(cè)等工具書，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件的獨(dú)立工作能力。
通過(guò)我學(xué)到了很多，初步的讓我認(rèn)識(shí)到理論和實(shí)踐相結(jié)合的重要。除了鞏固了所學(xué)的理論知識(shí)外，還學(xué)到不少的新知識(shí)和新方法。例如在CAD畫圖中要標(biāo)注極限偏差時(shí)，要先做好標(biāo)注樣式，在標(biāo)注時(shí)只要選種再右擊選出你做好的樣式，在公差欄里寫入你要的上、下偏差值。這是我以前所不會(huì)的。通過(guò)本次的設(shè)計(jì)使我對(duì)AUTCAD操作更熟練，能夠完整的畫出簡(jiǎn)單零件的設(shè)計(jì)圖紙。
剛開(kāi)始做這個(gè)作業(yè)的時(shí)候，我?guī)缀跏菬o(wú)從下手的.讓人深感煩燥.幸好在同學(xué)的指導(dǎo)和自己不斷的錯(cuò)誤和摸索下找到了一定的方法. 不過(guò)在做這個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)候還是遇到了很多問(wèn)題，如在機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)ξ佪單仐U的設(shè)計(jì)處理不當(dāng)，使計(jì)算結(jié)果偏大等等。有計(jì)剪力和彎矩時(shí),沒(méi)有進(jìn)行校核,又出現(xiàn)錯(cuò)誤,這些錯(cuò)誤我用了很長(zhǎng)的時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間才做好,幸好還是完成了這次設(shè)計(jì),使自己對(duì)數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)有了一定的認(rèn)識(shí),但我對(duì)它里面的很多電器控制還是不太清楚。因而,要學(xué)好它，必須掌握不少的其他領(lǐng)域?qū)W科的知識(shí)，因此還要更多的時(shí)間和努力。由于本次設(shè)計(jì)時(shí)間短和水平有限，做的不夠精細(xì)，難免有點(diǎn)錯(cuò)誤懇請(qǐng)各位讀者批評(píng)指正。
同時(shí)很多謝老師您對(duì)我們的教導(dǎo)!
致 謝
首先，要感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)XX老師。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，給了我許多指導(dǎo)性的建議和改進(jìn)方法，使我在設(shè)計(jì)過(guò)程中少走彎路，在生活上也給與了一定的關(guān)心和支持。其次，也要感謝XX老師，他對(duì)我的設(shè)計(jì)提出了許多改進(jìn)的建議，并且對(duì)我的設(shè)計(jì)方案，圖形繪制等提出了許多寶貴的建議。對(duì)我的方案改進(jìn)和圖形的修改有了非常大的幫助。
我也非常感謝我的父母，是他們?cè)谏钌虾蛯W(xué)習(xí)上給我關(guān)心和幫助，讓我能全身心的投入到學(xué)習(xí)中。
再次，也非常感謝學(xué)校能給我這次機(jī)會(huì)來(lái)進(jìn)行我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我把書本上的知識(shí)運(yùn)用的實(shí)踐中去，讓我深刻的體會(huì)到了“學(xué)以致用”的道理。讓我在實(shí)踐中豐富和充實(shí)了自己。
最后，要感謝所有曾經(jīng)幫助我的同學(xué)，我的舍友，使他們的鼓勵(lì)和幫助，讓我的設(shè)計(jì)圓滿結(jié)束。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅給我?guī)?lái)了知識(shí)上的收獲，在做人方面也教會(huì)了我許多許多，在對(duì)待事情方面，尤其是有選擇的時(shí)候自己該放棄什么，該抓住什么。什么是該自己作的，什么時(shí)候做，我明白了好多。
在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！
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附 錄