鋸片刀具工具磨床分度工作臺的設(shè)計【M7130磨床分度工作臺】,M7130磨床分度工作臺,鋸片刀具工具磨床分度工作臺的設(shè)計【M7130磨床分度工作臺】,刀具,工具,磨床,分度,工作臺,設(shè)計,m7130 XXXXXXXX 說明書 題 目：鋸片刀具工具磨床分度工作臺的設(shè)計 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號： XXXXXXXX 姓 名： XXXXXXXX 指導(dǎo)教師： XXXXXXXX（副教授） 完成日期： 2012年5月25日 目 錄 第1章 緒 論 1 1.1 回轉(zhuǎn)工作臺的主要種類及特點(diǎn)概述 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1.3 分度工作臺的發(fā)展趨勢 3 1.3.1市場前景 3 1.3.2發(fā)展趨勢 3 1.4本課題研究的內(nèi)容 3 第2章 分度工作臺總體方案設(shè)計 5 2.1 分度工作臺原理設(shè)計 5 2.2 分度工作臺的主要組成結(jié)構(gòu) 6 2.3 分度工作臺的控制系統(tǒng)方案 6 第3章 分度工作臺部件設(shè)計 8 3.1工作臺的設(shè)計 8 3.2工作臺的設(shè)計 9 3.2.1 傳動比設(shè)定 9 3.2.3 分度精度 10 3.3 步進(jìn)電機(jī)選擇 10 3.3.1 步進(jìn)電機(jī)啟動力矩計算 11 3.3.2步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 12 3.2.3步進(jìn)電機(jī)最大頻率 12 3.3.4 步進(jìn)電機(jī)型號 12 3.4 齒輪傳動設(shè)計 12 3.4.1 齒輪的材料及類型 13 3.4.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計尺寸 13 3.4.3 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸 14 3.4.4 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 15 3.5 蝸桿傳動設(shè)計 16 3.5.1 蝸桿傳動類型 16 3.5.2 蝸輪蝸桿的材料 17 3.5.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計 17 3.5.4 蝸輪蝸桿主要參數(shù)與幾何尺寸 18 3.5.5 校核蝸輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度 19 3.5.6 蝸桿傳動溫度計算 20 3.6 軸的設(shè)計 21 3.6.1 蝸桿軸的設(shè)計 21 3.6.2 蝸桿軸的計算 21 3.7 鍵聯(lián)接的選擇 24 3.7.1 鍵聯(lián)接的類型 24 3.7.2 鍵聯(lián)接的尺寸 25 3.7.3 鍵聯(lián)接的強(qiáng)度驗(yàn)算 25 3.8 軸承的選擇 26 3.8.1 軸承的類型 27 3.8.2 軸承的尺寸 27 3.8.3 軸承的密封裝置 27 3.9 聯(lián)軸器的選擇 27 3.9.1 聯(lián)軸器的類型 28 3.9.2 聯(lián)軸器的尺寸 29 第4章 總 結(jié) 30 致 謝 31 參考文獻(xiàn) 32 鋸片刀具工具磨床分度工作臺設(shè)計 摘要：分度回轉(zhuǎn)工作臺是機(jī)械加工中常用的機(jī)床附件，用于鏜床，銑床，鉆床等需要多面轉(zhuǎn)位加工的工件。傳統(tǒng)分度回轉(zhuǎn)工作臺操作不便，而且分度只限于某些規(guī)定的角度,難以滿足一些特殊分度工件的加工要求。本課題利用單片機(jī)控制技術(shù)、步進(jìn)電動機(jī)控制技術(shù)對分度回轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行了數(shù)控化改造，設(shè)計了一種自動分度回轉(zhuǎn)工作臺。它以單片機(jī)為控制核心，通過控制脈沖分配器向步進(jìn)電機(jī) 發(fā)送脈沖, 驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)帶動蝸輪蝸桿實(shí)現(xiàn)對工件的回轉(zhuǎn)分度，相對于傳統(tǒng)機(jī)械分度頭，操作方便，分度精度高。 關(guān)鍵詞：鋸片刀具工具磨床；分度工作臺；液壓驅(qū)動；齒輪 Dividing Workplace of Surface Grinder’s design Abstract：In this paper, Indexing rotary table is commonly used in machining machine tool accessories, for boring, milling, drilling, etc. need more processing of the workpiece surface translocation. Traditional indexing rotary table to maneuver, but only some of the provisions of sub-degree angle, it is difficult to meet some special requirements indexing workpieces. Control technology for the use of this topic, stepper motor control technology to sub-degree rotary table for the NC transformation, design of an automatic indexing rotary table. It MCU to control the core, by controlling the pulse distributor to send pulses to the stepper motor, stepper motor drives the worm gear drive to achieve sub-degree rotation of the workpiece, as opposed to traditional mechanical dividing head, easy operation, high precision indexing. Key Words: Flexible connecting structure of planetary reducer-box; the Impact Dynamics; the Optimization Design; the Finite Element Analysis. 第1章 緒 論 1.1 回轉(zhuǎn)工作臺的主要種類及特點(diǎn)概述 帶有可轉(zhuǎn)動的臺面、用以裝夾工件并實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)和分度定位的機(jī)床附件，簡稱轉(zhuǎn)臺或第四軸。轉(zhuǎn)臺按功能的不同可分為通用轉(zhuǎn)臺和精密轉(zhuǎn)臺兩類。 （1）通用轉(zhuǎn)臺 通用轉(zhuǎn)臺是鏜床、鉆床、銑床和插床等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工時轉(zhuǎn)動工作臺，則可加工圓弧面和圓弧槽等。通用轉(zhuǎn)臺按結(jié)構(gòu)不同又分為水平轉(zhuǎn)臺、立臥轉(zhuǎn)臺和萬能轉(zhuǎn)臺。 1）水平轉(zhuǎn)臺： 在圓臺面上有工件定位用的中心孔和夾緊用的T型槽 。臺面外圓周上刻有360°的等分刻線。臺面與底座之間設(shè)有蝸桿-蝸輪副（見蝸桿傳動）,速比為90:1或120:1，用以傳動和分度,蝸桿從底座伸出的一端裝有細(xì)分刻度盤和手輪。轉(zhuǎn)動手輪即可驅(qū)動臺面，并由臺面外圓周上的刻度（以度為單位）與細(xì)分刻度盤讀出旋轉(zhuǎn)角度。分度精度一般為±60″。水平轉(zhuǎn)臺的蝸桿伸出端也可用聯(lián)軸器與機(jī)床傳動裝置聯(lián)接，以實(shí)現(xiàn)動力驅(qū)動。 　　2）立臥轉(zhuǎn)臺： 底座有兩個相互垂直的安裝基面，使臺面既可水平也可垂直放置。 　 3）萬能轉(zhuǎn)臺： 臺面可以在0°～90°范圍內(nèi)傾斜任意角度, 使工件在空間的任何角度都能準(zhǔn)確調(diào)整?；剞D(zhuǎn)工作臺。 （2）精密回轉(zhuǎn)工作臺（rotary table） 精密轉(zhuǎn)臺用于在精密機(jī)床上加工或角度計量。常見的有光學(xué)轉(zhuǎn)臺、數(shù)顯轉(zhuǎn)臺和超精密端面齒盤轉(zhuǎn)臺。 1）光學(xué)轉(zhuǎn)臺： 主軸上裝有玻璃或金屬精密刻度盤，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)將刻度細(xì)分、放大，通過目鏡或光屏讀出角度值。 2）數(shù)顯轉(zhuǎn)臺： 轉(zhuǎn)臺主軸上裝有精密圓光柵或圓感應(yīng)同步器，由數(shù)字顯示裝置讀出角度值。上述兩種精密轉(zhuǎn)臺的分度精度最高可達(dá)±1″。 3）超精密端面齒盤轉(zhuǎn)臺： 利用一對經(jīng)過精密對研的1440齒、720齒或360齒的端面齒盤分度定位,其分度精度最高可達(dá)±0.01″，作精密角度計量用。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國外相同品種、不同結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品也在不斷出現(xiàn)。例如轉(zhuǎn)軸直接驅(qū)動的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺已經(jīng)出現(xiàn)，完全改變了傳統(tǒng)的工作臺的結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)速度及精度要比傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)高得多，伺服電動機(jī)驅(qū)動數(shù)控刀架也已出現(xiàn)兩年多時間，當(dāng)然，真正普及應(yīng)用還要有一個過程。 我國生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品應(yīng)該說滿足中低擋數(shù)控機(jī)床的配套需求沒問題，但在為高檔數(shù)控機(jī)床配套的附件產(chǎn)品方面與國外比較差距較大，產(chǎn)品設(shè)計能力方面有差距，但不是很大主要差距在于整個行業(yè)的裝備制造能力和協(xié)作配套能力。因此對整個數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品水平影響較大，這是目前國內(nèi)產(chǎn)品水平較國外產(chǎn)品水平低的主要原因。 我國數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品水平較國外低主要表現(xiàn)在: 1）速度 基于材料、檢測能力、裝備制造能力等方面的條件限制，我過附件產(chǎn)品在速度方面較國外同類產(chǎn)品要差。例如數(shù)控銑床、加工中心配套的各類數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，日本日研公司直徑200mm數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺最高轉(zhuǎn)速可達(dá)88r/min,而國內(nèi)的只有12～16r/min.主要差別在于材料的選用。 2）可靠性 國外數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用比較早，經(jīng)驗(yàn)豐富，再由于技術(shù)進(jìn)步，新材料、新結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)與應(yīng)用，使得其產(chǎn)品可靠性非常好。如日本日研公司部分規(guī)格的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的核心部件蝸桿副，齒輪采用氮化鋼，齒部表面氮化處理，硬度高；蝸桿為硬質(zhì)合金蝸桿；整個蝸桿副為硬齒面接觸，耐磨。既實(shí)現(xiàn)了高速，又保證了可靠性。而國內(nèi)基本上均采用傳統(tǒng)材料和傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，加上外購配套件的可靠性差造成產(chǎn)品的整體可靠性較外國產(chǎn)品的差距?？梢哉f數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品的整體可靠性與我國目前整個工業(yè)發(fā)展水平有相當(dāng)密切的關(guān)系，隨著配套件水平的提高，整體狀況將有所改善。 3）精度 我國數(shù)控機(jī)床附件的精度及穩(wěn)定性應(yīng)該說還是比較好的，基本上能滿足主機(jī)的配套要求。較日本、德國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品有一定差距，但不大，與臺灣地區(qū)產(chǎn)品相當(dāng)。這與行業(yè)企業(yè)近幾年抓質(zhì)量、提高質(zhì)量意識有密切的關(guān)系。 我國數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品可以說還處在一個發(fā)展階段，品種、規(guī)格、可靠性等方面還需要有一個完善的過程，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到成熟的程度。因此作為國家應(yīng)該給予一定的扶持，作為企業(yè)應(yīng)在適應(yīng)市場需要、加大產(chǎn)品的開發(fā)力度、提高裝備水平、采用新材料、新工藝、新技術(shù)方面多下工夫。我國高檔數(shù)控制造水平達(dá)到或接近國際水平，在制造手段上已逐步完善并已有頗具實(shí)力的開發(fā)生產(chǎn)能力，建立起不同程度的擁有一定規(guī)模的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)基地。數(shù)控機(jī)床正朝著高精度、高效率、高自動化、全功能的機(jī)電一體化方向發(fā)展。 1.3 分度工作臺的發(fā)展趨勢 1.3.1市場前景 隨著我們制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控轉(zhuǎn)臺將會越來越多的被應(yīng)用，以擴(kuò)大加工范圍，提高生產(chǎn)率。估計近幾年要求轉(zhuǎn)配數(shù)控轉(zhuǎn)臺的機(jī)床將會大幅度增長。預(yù)計未來幾年，雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過剩，受到宏觀調(diào)控的影響而繼續(xù)保持著較低的行業(yè)景氣度外，部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長率，特別是那些國家行業(yè)政策鼓勵振興和發(fā)展的裝備行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機(jī)，普通加工機(jī)床將獲得年均15%----20%左右的穩(wěn)定增長。 1.3.2發(fā)展趨勢 目前回轉(zhuǎn)工作臺已廣泛應(yīng)用于組合機(jī)床、數(shù)控機(jī)床和加工中心上，它的總發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)為： 1）在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺； 2）在性能上將研制以鋼為材料的渦輪，大幅度提高工作臺轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺的承載能力； 3）在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺。 1.4本課題研究的內(nèi)容 隨著數(shù)控技術(shù)不斷發(fā)展與提高，使機(jī)床主機(jī)對配件要求與依賴都越來越高。機(jī)床配件技術(shù)發(fā)展間接決定了機(jī)床主機(jī)發(fā)展水平，專業(yè)化發(fā)展方向成為我國機(jī)床配件業(yè)總體發(fā)展趨勢。為了縮小與國外工業(yè)大國差距，我們各大機(jī)床廠應(yīng)全力配合，企業(yè)本身要加快技術(shù)改革步伐，積極自主創(chuàng)新，并且勇于與國外企業(yè)多多學(xué)習(xí)。企業(yè)應(yīng)該努力學(xué)習(xí)國際先進(jìn)機(jī)床技術(shù)，全面開展創(chuàng)新工作，企業(yè)高層也應(yīng)該鼓勵并且大力支持機(jī)床配件創(chuàng)新，從而使我們機(jī)床配件業(yè)越做越強(qiáng)。 本設(shè)計研究M7130磨床分度工作臺，以端齒盤作為分度定位機(jī)構(gòu)的液壓式數(shù)控分度工作臺的工作原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和計算部分，設(shè)計思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部。 目前端齒盤為分度定位機(jī)構(gòu)的液壓式數(shù)控分度工作臺廣泛運(yùn)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心上。它的總發(fā)展趨勢是： 1）在規(guī)格上向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型分度工作臺。 2）在性能上研制以鋼為主的齒輪、齒盤，大幅度提高分度工作臺的承載能力。 3）分度定位裝置不斷提高分度工作臺分度時的定位精度。 在各種數(shù)控機(jī)床和其他機(jī)械的制造中，數(shù)控端齒盤分度工作臺等分度裝置的應(yīng)用十分廣泛。近些年來，隨著數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步、自動化程度的普遍提高，組合機(jī)床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床的生產(chǎn)和應(yīng)用日益廣泛，對高精度、高效率的分度裝置的需求也越來越大。隨著我們制造業(yè)的發(fā)展，為了適應(yīng)不同的產(chǎn)品加工要求，擴(kuò)大加工范圍，分度工作臺也將在一定范圍內(nèi)得到運(yùn)用。 第2章 分度工作臺總體方案設(shè)計 隨著人類生活的物質(zhì)要求不斷提高和人類社會的不斷發(fā)展，越來越復(fù)雜的零件被設(shè)計運(yùn)動到各個領(lǐng)域。所以對加工它們的機(jī)床提出了更高的要求，同樣對分度工作臺能實(shí)現(xiàn)工件的多工位加工功能提出了較高的要求，以滿足工件的加工要求。本設(shè)計的分度工作臺為液壓式數(shù)控式，作為M7130磨床的重要部件，其功能與磨床加工功能密切相關(guān)。 在分度工作臺總體設(shè)計關(guān)鍵是要確定工作臺的參數(shù)，回轉(zhuǎn)工作臺最主要的參數(shù)為工作臺尺寸等，根據(jù)確定的零件的典型零件進(jìn)行選擇。工作臺尺寸是回轉(zhuǎn)工作臺的主參數(shù)，主要取決于典型零件的外廓尺寸、裝夾方式等。應(yīng)選比典型零件稍大一些的工作臺，以便留出安裝夾具所需的空間，還應(yīng)考慮工作臺的承載能力，承載能力不足時應(yīng)考慮加大工作臺尺寸，以提高承載能力。 2.1 分度工作臺原理設(shè)計 工作臺工作原理是采用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)帶動工作臺回轉(zhuǎn)，通過鍵盤和顯示屏幕發(fā)送指令給單片機(jī)，控制脈沖分配器向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖，步進(jìn)電機(jī)直接帶小齒輪，大齒輪在蝸輪軸上，經(jīng)過蝸輪輪桿運(yùn)動傳動后，將工作臺分度到設(shè)定好的角度。 自動回轉(zhuǎn)分度主要由兩部分組成，工作臺傳動系統(tǒng)部分和控制系統(tǒng)部分。傳動系統(tǒng)部分主要由步進(jìn)電機(jī)、齒輪副傳動和蝸桿傳動組成；工作臺控制系統(tǒng)部分主要由單片機(jī)、鍵盤顯示屏、I/O接口芯片和驅(qū)動器組成。工作臺總體框圖見圖2-1。 圖2.1 工作臺總體框 2.2 分度工作臺的主要組成結(jié)構(gòu) 分度回轉(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺幾乎一樣，但它的驅(qū)動是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動方式。它可以與其他伺服進(jìn)給軸聯(lián)動。整個傳動系統(tǒng)由，步進(jìn)電機(jī)、軸、齒輪副、蝸輪蝸桿和工作臺組成。 圖2-2為自動分度回轉(zhuǎn)工作臺。它的回轉(zhuǎn)、分度轉(zhuǎn)位和定位鎖緊都是由給定的指令進(jìn)行控制的。工作臺的運(yùn)動是由伺服電動機(jī)，經(jīng)齒輪減速后由蝸輪蝸桿帶動工作臺回轉(zhuǎn)分度。 圖2.2自動分度回轉(zhuǎn)工作臺 1）工作臺箱體；2）回轉(zhuǎn)工作臺；3）步進(jìn)電機(jī)；4）齒輪傳動；5）調(diào)整套；6）圓錐滾子軸承；7）深溝球軸承；8）蝸輪軸；9）蝸桿傳動。 工作臺回轉(zhuǎn)分度工作時候，由控制系統(tǒng)發(fā)送指令給步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)帶動齒輪副轉(zhuǎn)動，由大齒輪帶動蝸輪軸回轉(zhuǎn)，并由蝸輪帶動工作臺回轉(zhuǎn)分度；工作臺停止時，通過蝸輪蝸桿的自鎖和步進(jìn)電機(jī)的自鎖保證工作臺的自鎖。 2.3 分度工作臺的控制系統(tǒng)方案 工作臺控制系統(tǒng)電路由單片機(jī)主控電路、I/O擴(kuò)展電路、步進(jìn)電機(jī)接口電路和鍵盤顯示電路組成。工作臺控制系統(tǒng)元件主要單片機(jī)，外部RAM，ROM，I/O接口，光電隔離，功率放大，鍵盤，顯示屏和驅(qū)動器等組成。由鍵盤輸入?yún)?shù)，通過I/O接口芯片到進(jìn)行單片機(jī)處理，然后一面通過I/O芯片輸出到顯示屏，另一面輸出通過光電隔離與功率放大到驅(qū)動器，再由驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)?？刂葡到y(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2.3。 圖 2-3 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 第3章 分度工作臺部件設(shè)計 3.1工作臺的設(shè)計 分度回轉(zhuǎn)工作臺箱體起著支承并包容各種傳動零件，如齒輪、軸、軸承等，使它們能夠保持正常的運(yùn)動關(guān)系和運(yùn)動精度。箱體還可以儲存潤滑劑，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動零件的潤滑。安全保護(hù)和密封作用，使箱體內(nèi)的零件不受外界環(huán)境的影響，又保護(hù)機(jī)器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔熱和隔音作用。使機(jī)器各部分分別由獨(dú)立的箱體組成，各成單元，便于加工、裝配、調(diào)整和修理。改善機(jī)器造型，協(xié)調(diào)機(jī)器各部分比例，使整機(jī)造型美觀。 自動分度回轉(zhuǎn)工作臺主要用于磨床等需要多面轉(zhuǎn)位加工的工件，是機(jī)械加工中常用的機(jī)床附件，因此尺寸不易過大，要能配合機(jī)床的使用?？紤]箱體內(nèi)零件的布置及與機(jī)床上的工件關(guān)系，設(shè)計尺寸圖3.1所示： 自動分度回轉(zhuǎn)工作臺尺寸：長 × 寬 × 高 550mm ×500mm × 160mm 工作臺右端蓋部分尺寸：長 × 寬 × 高 240mm × 50mm × 160mm 圖3.1 工作臺尺寸 分度回轉(zhuǎn)工作臺的箱體蝸輪設(shè)計，考慮到蝸桿傳動的裝卸，設(shè)計成上端放置蝸輪，在蝸輪上面放置回轉(zhuǎn)工作臺，而蝸輪由蝸輪上的軸與箱體用軸承固定。蝸輪箱體布置如3.2圖所示。 圖3.2 自動分度回轉(zhuǎn)工作臺箱體圖 自動分度回轉(zhuǎn)工作臺的蝸桿及軸的設(shè)計，考慮蝸桿軸的拆卸不便，將箱體后方和右邊放置蝸桿軸與蝸輪配對。蝸桿箱體布置如圖3.3所示。 圖3.3 自動分度回轉(zhuǎn)工作臺箱體圖 3.2工作臺的設(shè)計 3.2.1 傳動比設(shè)定 系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的參數(shù)：工作臺回轉(zhuǎn)速度最大為20度/秒，工作臺分度精度為0.25度。 總傳動比為各級傳動比、的乘積，即 分配總傳動比，即各級傳動如何取值，是設(shè)計中的重要問題。傳動比分配得合理，可使傳動裝置得到較小的外廓尺寸或較輕的重量，以實(shí)現(xiàn)降低成本和結(jié)構(gòu)緊湊的目的；也可以使傳動零件獲得較低的圓周速度以減小動載荷或降低傳動精度等級；還可以得到較好的潤滑條件。要同時達(dá)到這幾方面的要求比較困難，因此應(yīng)按設(shè)計要求考慮傳動比分配方案，以滿足某些主要要求。 為了保證工作臺分度精度，傳動比需要很大，同時為了保證結(jié)構(gòu)尺寸，將蝸桿傳動比設(shè)定在120，齒輪傳動比設(shè)定為3，即傳動系統(tǒng)的總傳動比為360。 3.2.2 最大回轉(zhuǎn)速度 工作臺最大回轉(zhuǎn)速度為20度/秒；即： 根據(jù)系統(tǒng)總傳動比為360，可得 3.2.3 分度精度 工作臺的分度精度保證主要靠步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)的總傳動比來確定，工作臺分度精度為0.25度，既蝸輪最小的轉(zhuǎn)動單位為0.25度，系統(tǒng)的總傳動比為360，即 可得步進(jìn)電機(jī)最小分度精度為90度，即步進(jìn)電機(jī)每次回轉(zhuǎn)的度數(shù)為90度的倍數(shù)。 3.3 步進(jìn)電機(jī)選擇 步進(jìn)電動機(jī)是專門工廠批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)部件，設(shè)計時要選出具體型號以購置。選擇步進(jìn)電動機(jī)包括確定型號、結(jié)構(gòu)、步距角、功率和轉(zhuǎn)速，并在產(chǎn)品目錄中查出其尺寸和型號。 步進(jìn)電動機(jī)又稱脈沖電動機(jī)或?yàn)殡A躍電動機(jī)，步進(jìn)電機(jī)有三大部分組成：步進(jìn)電動機(jī)本體，步進(jìn)電動機(jī)控制器及步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器。如圖3.4所示。 選擇步進(jìn)電機(jī)時，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，首先要計算機(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)。應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到工作臺所需的脈沖當(dāng)量。 圖3.4 步進(jìn)電機(jī) 3.3.1 步進(jìn)電機(jī)啟動力矩計算 步進(jìn)電機(jī)選用三相步進(jìn)電動機(jī)，初選步進(jìn)電機(jī)步距角θb=3°。 設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載力矩為T，負(fù)載力為P，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)做的功與負(fù)載力做的功有如式（3.1）關(guān)系： 式（3.1） 式中 φ — 電機(jī)轉(zhuǎn)角； S — 轉(zhuǎn)動部件的相應(yīng)位移； η — 機(jī)械傳動效率。 若取φ=θb，則S=δb，且P= Pz +μ（G+ W2），所以 式（3.2） 式中 G——轉(zhuǎn)動部件負(fù)載，N； W——轉(zhuǎn)動部件重量，N； Pz——與中立方向一致的作用在轉(zhuǎn)動部件上的負(fù)載力，N； μ——摩擦系數(shù)； θb——步進(jìn)電機(jī)步距角，rad； T——電機(jī)軸負(fù)載力矩，N·cm。 取μ=0.03，η=0.96，Pz=500N。 可求得 不考慮啟動時運(yùn)動部件的慣性影響，啟動力矩為 Tm=T/（0.3~0.5）=10N·m（取安全系數(shù)0.5） 步進(jìn)電機(jī)為三相六拍的電機(jī) 3.3.2步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 根據(jù)工作臺最大轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)總傳動比i=360，可得 所以，步進(jìn)電機(jī)的選擇的最大轉(zhuǎn)速 3.2.3步進(jìn)電機(jī)最大頻率 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的步距角，可得 所以步進(jìn)電機(jī)選擇最高的頻率 3.3.4 步進(jìn)電機(jī)型號 由于步進(jìn)電機(jī)步距角，步進(jìn)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，步進(jìn)電機(jī)最高頻率，步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，選擇的步進(jìn)電機(jī)型號參數(shù)如表3.1所示。 表3.1步進(jìn)電機(jī)參數(shù) 型號 主要技術(shù)參數(shù) 外形尺寸/mm 重量/(KN) 步距角/(°) 保持轉(zhuǎn)矩/ N·cm 相數(shù) 電壓/V 電流/A 外徑 長度 軸徑 130BC3100 3 12 3 27 3 100 168 22 10 3.4 齒輪傳動設(shè)計 齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運(yùn)動的機(jī)械傳動。按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動、相交軸圓錐齒輪傳動和交錯軸螺旋齒輪傳動。具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長等特點(diǎn)。齒輪傳動是指用主、從動輪輪齒直接、傳遞運(yùn)動和動力的裝置。在所有的機(jī)械傳動中，齒輪傳動應(yīng)用最廣，可用來傳遞相對位置不遠(yuǎn)的兩軸之間的運(yùn)動和動力。 齒輪傳動的特點(diǎn)是：齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大。例如傳遞功率可以從很小至幾十萬千瓦；速度最高可達(dá)300m/s；齒輪直徑可以從幾毫米至二十多米。但是制造齒輪需要有專門的設(shè)備，嚙合傳動會產(chǎn)生噪聲。 根據(jù)兩軸的相對位置和輪齒的方向，可分為以下類型：圓柱齒輪傳動；錐齒輪傳動和交錯軸斜齒輪傳動。根據(jù)齒輪的工作條件，可分為：開式齒輪傳動式齒輪傳動，齒輪暴露在外，不能保證良好的潤滑；半開式齒輪傳動，齒輪浸入油池，有護(hù)罩，但不封閉；閉式齒輪傳動，齒輪、軸和軸承等都裝在封閉箱體內(nèi)，潤滑條件良好，灰沙不易進(jìn)入，安裝精確，齒輪傳動有良好的工作條件，是應(yīng)用最廣泛的齒輪傳動。 3.4.1 齒輪的材料及類型 由于前述所選電機(jī)可知:T=5N·m，齒輪傳動比設(shè)定為i=3，效率η=0.97工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。 根據(jù)整體傳動的要求，傳動效率不大、速度中等和使用壽命長，需要在封閉條件下工作，因此設(shè)計為閉式齒輪傳動，采用圓柱直齒輪傳動的形式。 齒輪材料應(yīng)具備下列條件：1）齒面具有舉個的硬度，以獲得較高的抗點(diǎn)蝕、抗磨粒磨損、抗膠合和抗塑性流動的能力；2）在變載荷和沖擊載荷下有足夠的彎曲疲勞強(qiáng)度；3）具有良好的加工和熱處理工藝性；4）價格較低。 考慮到齒輪傳動效率不大，速度只是中等，故齒輪用45號鋼；為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，進(jìn)行整體淬火后再低溫回火，使齒輪面硬度達(dá)到45-55HRC。 3.4.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計尺寸 先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，在校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計公式如式（3.3）。 式（3.3） 式中 d1——小齒輪直徑； K ——載荷系數(shù) T1——小齒輪轉(zhuǎn)矩； [σH]——許用接觸應(yīng)力； Ψd——齒寬系數(shù)； ZE——彈性系數(shù)； ZH——節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)； Zε——重合度系數(shù)。 ?。盒↓X輪轉(zhuǎn)矩 ； 載荷系數(shù) 因載荷平穩(wěn)，?。? 齒寬系數(shù) ； 摩擦系數(shù) ； 許用接觸壓力 ； 查圖表得試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限； 接觸強(qiáng)度的最小安全系數(shù)； 接觸疲勞強(qiáng)度計算的壽命系數(shù)； 彈性系數(shù) 查表得； 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 查表得； 重合度系數(shù) ； 將以上參數(shù)代入公式 3.4.3 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸 齒數(shù) 取，則。 模數(shù) 取標(biāo)準(zhǔn)值。 中心距 標(biāo)準(zhǔn)中心距 其他主要尺寸 分度圓直徑： 齒頂圓直徑： 齒寬：取齒寬系數(shù)， 3.4.4 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核公式如式(3.4)所示。 式(3.4) 式中 ——載荷系數(shù)； ——小齒輪轉(zhuǎn)矩； ——齒輪齒寬； ——齒形系數(shù)； ——應(yīng)力修正系數(shù)； ——重合度系數(shù)。 ?。狠d荷系數(shù) ； 小齒輪轉(zhuǎn)矩 ； 齒輪齒寬 重合度系數(shù) 齒形系數(shù) 應(yīng)力修正系數(shù) 所以 許用彎曲應(yīng)力計算公式如式（3.5）所示。 式（3.5） 式中 σFlim——齒輪的齒根彎曲疲勞極限； SFmin——彎曲疲勞強(qiáng)度的最小安全極限； YN——彎曲疲勞強(qiáng)度計算的壽命系數(shù) YX——尺寸系數(shù)。 ?。糊X輪的齒根彎曲疲勞極限σFlim =400MPa 彎曲疲勞強(qiáng)度的最小安全極限SFmin=1.4 彎曲疲勞強(qiáng)度計算的壽命系數(shù)YN=1 尺寸系數(shù)YX=0.8 所以 根據(jù)計算，σF≤[σF] 所以齒輪齒根彎曲強(qiáng)度足夠。 3.5 蝸桿傳動設(shè)計 蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運(yùn)動和動力的一種傳動，兩軸線間的夾角可為任意值，常用的為90°。蝸桿傳動用于在交錯軸間傳遞運(yùn)動和動力。蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，一般蝸桿為主動件。蝸桿和螺紋一樣有右旋和左旋之分蝸桿傳動，分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿。蝸桿上只有一條螺旋線的稱為單頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，蝸輪轉(zhuǎn)過一齒，若蝸桿上有兩條螺旋線，就稱為雙頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，蝸輪轉(zhuǎn)過兩個齒。按蝸桿形狀的不同可分：圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動和錐蝸桿傳動。 蝸桿傳動特點(diǎn)：傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊。蝸桿頭數(shù)用Z1表示（一般Z1=1~4），蝸輪齒數(shù)用Z2表示。從傳動比公式I=Z2/Z1可以看出，當(dāng)Z1=1，即蝸桿為單頭，蝸桿須轉(zhuǎn)Z2轉(zhuǎn)蝸輪才轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，因而可得到很大傳動比，一般在動力傳動中，取傳動比I=10-80；在分度機(jī)構(gòu)中，I可達(dá)1000。這樣大的傳動比如用齒輪傳動，則需要采取多級傳動才行，所以蝸桿傳動結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、重量輕。 傳動平穩(wěn)，無噪音。因?yàn)槲仐U齒是連續(xù)不間斷的螺旋齒，它與蝸輪齒嚙合時是連續(xù)不斷的，蝸桿齒沒有進(jìn)入和退出嚙合的過程，因此工作平穩(wěn)，沖擊、震動、噪音小。蝸桿傳動。具有自鎖性。蝸桿的螺旋升角很小時，蝸桿只能帶動蝸輪傳動，而蝸輪不能帶動蝸桿轉(zhuǎn)動。蝸桿傳動效率低，一般認(rèn)為蝸桿傳動效率比齒輪傳動低。尤其是具有自鎖性的蝸桿傳動，其效率在0.5以下，一般效率只有0.7～0.9。發(fā)熱量大，齒面容易磨損，成本高。 3.5.1 蝸桿傳動類型 由于前述所選電機(jī)可知T=5N·m，蝸桿傳動比設(shè)定為i=120，效率η=0.8，工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。 根據(jù)本次傳動場合用于機(jī)床上的工作臺，整體傳動要求傳動精度高，所以蝸桿采用漸開線蝸桿；根據(jù)整體傳動比需要設(shè)計比較大，蝸輪蝸桿的傳動比也需比較大，而且工作臺的在工作中需要有自鎖功能，蝸桿采用單頭蝸桿；為了工作臺在工作中需要受力平衡與工作平穩(wěn)，蝸桿的旋向采用右旋。 3.5.2 蝸輪蝸桿的材料 考慮到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫青銅ZCuSn10Zn2，金屬鑄造。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HT100制造。 3.5.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，在校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動中心距公式如式（3.6）： 式（3.6） 式中 T2——蝸輪轉(zhuǎn)矩； k ——使用系數(shù)； ZE——彈性系數(shù)； Zρ——接觸系數(shù)； [δH]——許用應(yīng)力。 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2 按Z1=1，估取效率η=0.9，則 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)Kβ=1；見表3.2查得使用系數(shù)KA而選取KA=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)KV=1.2；則 表3.2 使用系數(shù) KA 動力機(jī)工作特性 動力機(jī)工作特性 均勻平穩(wěn) 輕微沖擊 中等沖擊 嚴(yán)重沖擊 均勻平穩(wěn) 1.00 1.25 1.50 1.75 輕微沖擊 1.10 1.35 1.60 1.85 中等沖擊 1.25 1.50 1.75 2.0 嚴(yán)重沖擊 1.50 1.75 2.0 ≥2.25 確定彈性影響系數(shù)ZE 選用的鑄錫青銅蝸輪和蝸桿相配，見表3.3可查得ZE=152 表3.3 蝸輪材料的力學(xué)性能 蝸輪材料 力學(xué)性能 ZE σHlim σFlim MPa MPa ZCuSn10Zn2 152 350 165 確定接觸系數(shù)Zρ 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值d1/a=1：11，從而可算出Zρ=3.6。 確定許用應(yīng)力[σH] 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫青銅ZCuSn10Zn2，砂型鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞45HRC，從而可查得蝸輪的基本許用應(yīng)力[σH]‘=260MPA。 因?yàn)殡妱拥都苤形佪單仐U的傳動為間隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為KHN=0.85，則 [σH]= KHN[σH]‘=0.85×260=221MPa 計算中心距 根據(jù)d1/a=1：11，取蝸輪齒數(shù)Z2=120， m取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，，所以中心距。 3.5.4 蝸輪蝸桿主要參數(shù)與幾何尺寸 傳動比： 蝸輪齒數(shù)：，變位系數(shù)； 蝸輪分度圓直徑： ； 蝸輪喉圓直徑： ； 蝸輪喉母圓直徑 蝸桿直徑系數(shù)；分度圓直徑，蝸桿頭數(shù)；分度圓導(dǎo)程角，齒形角； 蝸桿軸向齒距： 蝸桿齒頂圓直徑： 蝸桿軸向齒厚： 3.5.5 校核蝸輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度 蝸輪輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度取決于輪齒模數(shù)的大小，由于輪齒齒形比較復(fù)雜，且在距中間平面的不同平面上的齒厚也不同，都相當(dāng)于具有不同變?yōu)橄禂?shù)的正變位齒。距中間平面愈遠(yuǎn)，齒愈厚，變位系數(shù)也愈大。因此蝸輪輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度難于精確計算，只好進(jìn)行條件性的概略估算。 蝸輪輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度條件公式為式（3.5） 式（3.7） 式中 KA——齒形系數(shù)； T2——蝸輪轉(zhuǎn)矩； b2——蝸輪齒寬； d2——蝸輪直徑； 取齒形系數(shù)KA=1.15； 蝸輪轉(zhuǎn)矩T2=1440N·m， 蝸輪齒寬； 所以 許用應(yīng)力計算公式如式（3.8）所示。 式（3.8） 式中 σFlim——齒根彎曲疲勞極限； SFmin——彎曲疲勞強(qiáng)度的最小安全極限。 取：彎曲疲勞強(qiáng)度的最小安全極限SFmin=1.4； 根據(jù)蝸輪材料鑄錫青銅ZCuSn10Zn2，查得齒根彎曲疲勞極限σFlim =165MPa。 所以 根據(jù)以上結(jié)果得出， 所以彎曲強(qiáng)度是滿足要求的。 3.5.6 蝸桿傳動溫度計算 蝸桿傳動的效率一般比齒輪傳動和其他幾種機(jī)械傳動都要低，工作時會產(chǎn)生較多的熱量。閉式箱體若散熱條件不足，則易于造成潤滑油工作溫度過高而導(dǎo)致使用壽命降低，甚至有使蝸輪蝸桿副發(fā)生膠合的危險，因此對蝸桿傳動有必要進(jìn)行溫度計算。箱體工作溫度計算公式如（3.8）所示。 式（3.9） 式中 P——蝸輪蝸桿效率； A——箱體的散熱面積，； t1——箱體工作溫度； t0——工作環(huán)境溫度，通常取20℃； αw=表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，系單位箱體面積、單位溫度差時由箱體傳給大氣的熱量。 ?。簜鲃訃Ш闲? 攪油效率 軸承效率 總效率 散熱面積 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 在中等通風(fēng)環(huán)境， 所以 故郵箱工作溫度合格 3.6 軸的設(shè)計 軸是支承轉(zhuǎn)動零件并與之一起回轉(zhuǎn)以傳遞運(yùn)動、扭矩或彎矩的機(jī)械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機(jī)器中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的零件就裝在軸上。根據(jù)軸線形狀的不同，軸可以分為曲軸和直軸兩類。根據(jù)軸的承載情況，又可分為：轉(zhuǎn)軸，工作時既承受彎矩又承受扭矩，是機(jī)械中最常見的軸，如各種減速器中的軸等。心軸，用來支承轉(zhuǎn)動零件只承受彎矩而不傳遞扭矩，有些心軸轉(zhuǎn)動，如鐵路車輛的軸等，有些心軸則不轉(zhuǎn)動，如支承滑輪的軸等。傳動軸，主要用來傳遞扭矩而不承受彎矩，如起重機(jī)移動機(jī)構(gòu)中的長光軸、汽車的驅(qū)動軸等。軸的材料主要采用碳素鋼或合金鋼，也可采用球墨鑄鐵或合金鑄鐵等。軸的工作能力一般取決于強(qiáng)度和剛度，轉(zhuǎn)速高時還取決于振動穩(wěn)定性。 功用相同的軸卻有各不相同的結(jié)構(gòu)形狀。因?yàn)?，影響軸的結(jié)構(gòu)形狀因素很多，這些因素是：載荷的大小、方向、性質(zhì)及其分布狀態(tài)，軸上零件的數(shù)量及安裝位置、定位方法。軸的制造工藝和生產(chǎn)規(guī)模等。 3.6.1 蝸桿軸的設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，為軸設(shè)計的重要步驟。它由軸上安裝零件類型、尺寸及其位置、零件的固定方式，載荷的性質(zhì)、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運(yùn)輸，對軸的變形等因素有關(guān)。設(shè)計者可根據(jù)軸的具體要求進(jìn)行設(shè)計，必要時可做幾個方案進(jìn)行比較，以便選出最佳設(shè)計方案，以下是一般軸結(jié)構(gòu)設(shè)計原則： 1）節(jié)約材料，減輕重量，盡量采用等強(qiáng)度外形尺寸或大的截面系數(shù)的截面形狀； 2）易于軸上零件精確定位、穩(wěn)固、裝配、拆卸和調(diào)整； 3）采用各種減少應(yīng)力集中和提高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施； 4）便于加工制造和保證精度。 本次設(shè)計的軸用于傳遞扭矩，通過齒輪副到蝸輪蝸桿，不需要承受彎矩，所以用到的為傳動軸。軸的材料的選擇，考慮到軸的材料的經(jīng)濟(jì)性，一般使用45碳素鋼，碳素鋼對應(yīng)力集中的敏感性較小，而且使用廣泛；為保證其力學(xué)性能，會進(jìn)行調(diào)制或正火處理。本次設(shè)計選用軸的材料為正火處理的45鋼。 3.6.2 蝸桿軸的計算 蝸桿上軸受力： 軸向力 徑向力 圓周力 大齒輪上軸受力：圓周力 徑向力 根據(jù)結(jié)構(gòu)上的考慮及軸上零件的布置給出支承間跨距l(xiāng)=181mm，蝸桿中央截面至左支承的距離l1=110mm，大齒輪中央截面距離右支承的距離l2=90mm，如圖3.5所示。 圖3.5 軸的受力圖 由圖3-5可知，F(xiàn)a1產(chǎn)生的力矩為： 根據(jù)給定條件作軸在xoy平面的受力圖，如圖3.6 a所示，支反力及彎矩圖如圖3.6 b所示。 分別對支承點(diǎn)1及2取矩可求得xoy平面的支反力 做xoz平面的受力圖，如圖3-6 c所示，求支反力，做彎矩圖，如圖3-6 d所示，分別向兩支點(diǎn)取矩得： 作合成彎矩圖，如圖3-6 e所示；合成彎矩的計算結(jié)果示于圖3-6 f所示，其中截面1和2的合彎矩為 軸的最小直徑計算公式如下式(3.10) 式(3.10) 式中 M’——當(dāng)量彎矩 [σ-1b] ——對稱循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力。 ?。簩ΨQ循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力[σ-1b]=90MPa； 當(dāng)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力對稱循環(huán)變化時，a=1 當(dāng)量彎矩 所以 蝸桿軸最小直徑 圖3.6 蝸桿軸的彎矩、扭矩圖 3.7 鍵聯(lián)接的選擇 設(shè)計鍵聯(lián)接時，通常被聯(lián)接件的材料、構(gòu)造和尺寸已初步?jīng)Q定，聯(lián)接的載荷也已求得。因此可根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件來選出鍵的類型，再根據(jù)軸徑從標(biāo)準(zhǔn)中選出鍵的截面尺寸，并參考輪轂長選出鍵的長度，然后用適當(dāng)?shù)男：擞嬎愎阶鲝?qiáng)度驗(yàn)算。 3.7.1 鍵聯(lián)接的類型 鍵主要用于軸和帶轂零件（如齒輪、蝸輪等），實(shí)現(xiàn)周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩的軸轂連接。其中，有些還能實(shí)現(xiàn)軸向固定以傳遞軸向力；有些則能構(gòu)成軸向動聯(lián)接。鍵的類型有平鍵、半圓鍵、斜鍵和花鍵，其各有特點(diǎn)。因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，并且要求一定的定心性，因此應(yīng)用平鍵連接就可以了。 3.7.2 鍵聯(lián)接的尺寸 根據(jù)小齒輪上軸徑，小齒輪輪轂長度為，見表3.4表可查得當(dāng)時，鍵截面尺寸為：寬，高。參考轂長選鍵長。則鍵的接觸長度 表 3.4 平鍵尺寸表 軸徑 鍵 鍵　　　　　槽 d b×h 寬　　度 深　　度 半徑 b 偏　　差 軸 轂 較松 一般 較緊 軸H9 轂D10 軸N8 轂JS9 軸轂P9 t 偏差 t1 偏差 最大 最小 6~8 2×2 2 +0.025 0 +0.060 +0.020 -0.004 -0.029 ±0.0125 -0.006 -0.031 1.2 +0.1 0 1 +0.1 0 0.08 0.16 ＞8~10 3×3 3 1.8 1.4 ＞10~12 4×4 4 +0.030 0 +0.078 +0.030 0 -0.030 ±0.015 -0.012 -0.042 2.5 1.8 ＞12~17 5×5 5 3.0 2.3 0.16 0.25 ＞17~22 6×6 6 3.5 2.8 3.7.3 鍵聯(lián)接的強(qiáng)度驗(yàn)算 對于平鍵聯(lián)接，如果忽略摩擦，則當(dāng)聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩時鍵軸一體的受力時，可能的實(shí)效有：較弱零件（通常為輪轂）的工作面被壓潰（靜聯(lián)接）或磨損（動聯(lián)接，特別是在載荷作用下移動）和鍵的剪斷等。因此在要驗(yàn)算鍵的強(qiáng)度。 鍵標(biāo)準(zhǔn)考慮了聯(lián)接中各零件的強(qiáng)度，按照等強(qiáng)度設(shè)計的觀點(diǎn)，視轂材料的不同，規(guī)定鍵在軸和輪轂中的高度也不同。但一般來說，轂常是較弱零件，所以按輪轂計算公式 (3.10)所示。 式(3.11) 式中：d——小齒輪軸的直徑； h——鍵的高度 l’ ——鍵的接觸長度 [σp] ——許用擠壓應(yīng)力 Tmax——傳遞的最大轉(zhuǎn)矩 ?。盒↓X輪軸的直徑： 鍵的高度： 鍵的接觸長度： 許用擠壓應(yīng)力：鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，聯(lián)接工作方式為靜聯(lián)接，在輕微沖擊載荷下，因而由表3.5可查得許用擠壓力[σp]= 100～120MPa，取其平均值[σp]=110MPa。 帶入公式 所以平鍵的強(qiáng)度滿足條件。 表 3.5 鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力[σp] 或壓強(qiáng)[p] 聯(lián)接的工作方式 聯(lián)接中較弱零件的材料 [σp]或[p] 靜載荷 輕微沖擊載荷 沖擊載荷 靜聯(lián)接用[σp] 鍛鋼、鑄鋼 125-150 100-120 60-90 鑄鐵 70-80 50-60 30-45 動聯(lián)接用[p] 鍛鋼、鑄鋼 50 40 30 3.8 軸承的選擇 滾動軸承是現(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接觸來支撐轉(zhuǎn)動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點(diǎn)。并且常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此使用滾動軸承時，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、潤滑、密封等有關(guān)的“軸承裝置設(shè)計”問題。 3.8.1 軸承的類型 軸承是支承軸頸的部件，有時也用來支承軸上的回轉(zhuǎn)零件。按照承受載荷的方向，軸承可分為徑向軸承和推力軸承兩類。軸承上的反作用力與軸中心線垂直的稱為徑向軸承；與軸中心線方向一致的稱為推力軸承。根據(jù)軸承工作的摩擦性質(zhì)，又分為滾動軸承和滑動軸承兩類。本次設(shè)計中要采用的是滾動軸承。 滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，應(yīng)用廣泛，安裝、維修方便，價格也比較便宜。滾動軸承主要由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架組成，內(nèi)圈和外圈分別與軸頸及軸承座孔裝配在一起。 本次設(shè)計中齒輪傳動采用的是直齒圓柱齒輪傳動，無軸向力存在，所以軸承選用主要考慮的是蝸桿傳動。蝸桿與大齒輪在同一軸上，整個軸存在軸向力，所以在選用廉價的深溝球軸承支持蝸桿回轉(zhuǎn)的同時，應(yīng)在大齒輪處采用角接觸球軸承承受軸向力；蝸輪所在的軸需要承受蝸輪、工作臺和工件的重力，軸上所受軸向力方向應(yīng)該與重力方向相反，承受較大的軸向載荷，而且需要對中精度高，因此選擇有調(diào)心性能好的推力調(diào)心滾子軸承。 考慮到電動刀架工作時轉(zhuǎn)速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤滑，轉(zhuǎn)速越高，應(yīng)采用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應(yīng)選用粘度越高的。 3.8.2 軸承的尺寸 軸承的基本代號包括三項(xiàng)內(nèi)容：類型代號、尺寸系列代號和內(nèi)徑代號。支持蝸桿回轉(zhuǎn)的軸徑分別為30mm和35mm，滾動軸承為深溝球軸承，因此軸承的代號為62206和62207；大齒輪上軸的直徑為35，滾動軸承為角接觸球軸承，因此軸承的代號為72207；蝸輪上軸的直徑為40mm，滾動軸承為推力調(diào)心滾子軸承，軸承的代號為22208。 3.8.3 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ФO(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。 3.9 聯(lián)軸器的選擇 用來聯(lián)接不同機(jī)構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機(jī)械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機(jī)大都借助于聯(lián)軸器與工作機(jī)相聯(lián)接。 聯(lián)軸器的用途很廣泛，一般情況下只要有電機(jī)或減速機(jī)就要用聯(lián)軸器，大型聯(lián)軸器在冶金機(jī)械上用的比較多。不同的聯(lián)軸器有不同的作用，綜合各種聯(lián)軸器的作用如下: 1）是把原動機(jī)和工作機(jī)械的軸聯(lián)接起來并傳遞扭矩。2）是可以適當(dāng)補(bǔ)償兩根軸因制造、安裝等因素造成的徑向軸向和角向誤差。3）安全聯(lián)軸器當(dāng)發(fā)生過載時，聯(lián)軸器打滑或銷子斷開以保護(hù)工作機(jī)械。4）彈性聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用 聯(lián)軸器有些已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。選擇時先應(yīng)根據(jù)工作要求選定合適的類型，然后按照軸的直徑計算扭矩和轉(zhuǎn)速，再從有關(guān)手冊中查出適用的型號，最后對某些關(guān)鍵零件作必要的驗(yàn)算。 3.9.1 聯(lián)軸器的類型 聯(lián)軸器種類繁多，按照被聯(lián)接兩軸的相對位置和位置的變動情況，可以分為：1)固定式聯(lián)軸器。主要用于兩軸要求嚴(yán)格對中并在工作中不發(fā)生相對位移的地方，結(jié)構(gòu)一般較簡單，容易制造，且兩軸瞬時轉(zhuǎn)速相同，主要有凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等。2)可移式聯(lián)軸器。主要用于兩軸有偏斜或在工作中有相對位移的地方，根據(jù)補(bǔ)償位移的方法又可分為剛性可移式聯(lián)軸器和彈性可移式聯(lián)軸器。剛性可移式聯(lián)軸器利用聯(lián)軸器工作零件間構(gòu)成的動聯(lián)接具有某一方向或幾個方向的活動度來補(bǔ)償，如牙嵌聯(lián)軸器（允許軸向位移）、萬向聯(lián)軸器（用于兩軸有較大偏斜角或在工作中有較大角位移的地方）等，彈性可移式聯(lián)軸器（簡稱彈性聯(lián)軸器）利用彈性元件的彈性變形來補(bǔ)償兩軸的偏斜和位移，同時彈性元件也具有緩沖和減振性能，如彈性圈栓銷聯(lián)軸器、尼龍栓銷聯(lián)軸器等。 本次聯(lián)軸器使用在小齒輪所在的軸與電機(jī)的聯(lián)接?？紤]到兩軸能嚴(yán)格對中并在工作中不發(fā)生相對唯一，聯(lián)軸器可選用剛性聯(lián)軸器中的有凸緣聯(lián)軸器，由鉸制孔和受剪螺栓對中如圖3.7所示。 凸緣聯(lián)軸器可以分為基本型凸緣聯(lián)軸器GY、有對中摔凸緣聯(lián)軸器GYS和有對中環(huán)凸緣聯(lián)軸器GYH三類?？紤]到電機(jī)與軸的對中精度要可靠，所在軸受到的轉(zhuǎn)矩不是很大，同時電機(jī)轉(zhuǎn)速不大，選用有對中環(huán)凸緣聯(lián)軸器GYH，凸緣聯(lián)軸器的材料使用中等強(qiáng)度的鑄鐵HT200。 圖 3.7 有對中環(huán)凸緣聯(lián)軸器 3.9.2 聯(lián)軸器的尺寸 聯(lián)軸器類型為有對中環(huán)凸緣聯(lián)軸器GYH。根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，而小齒輪所在的軸，電機(jī)軸徑，根據(jù)凸緣聯(lián)軸器參數(shù)表3.6所示選得對中環(huán)凸緣聯(lián)軸器型號為。 表3.6 凸緣聯(lián)軸器參數(shù)表 型號 公稱轉(zhuǎn)矩(Nm) 許用轉(zhuǎn)速（r/min） 軸孔直徑d1、d2 軸孔長度L D D1 b bs S 轉(zhuǎn)動慣量J（kgm2） 質(zhì)量（m/kg） Y型 J1型 GY1 GYS1 GYH1 25 12000 12 32 27 80 30 26 42 6 0.0008 1.16 14 16 42 30 18 19 GY2 GYS2 GYH2 63 10000 16 42 30 90 40 28 44 6 0.0015 1.72 18 19 20 52 38 22 24 25 62 44 第4章 總 結(jié) 經(jīng)過幾個多月的努力，我順利完成了畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)，對磨床的設(shè)計過程有了一個基本的認(rèn)識，特別對液壓數(shù)控磨床的分度工作臺設(shè)計過程有了深刻和清晰的了解。這次畢業(yè)設(shè)計是對我大學(xué)所學(xué)知識的一次綜合應(yīng)用，它涉及到機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械裝備設(shè)計、液壓系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)控技術(shù)、互換性和測量技術(shù)、單片機(jī)、電子信息技術(shù)等多門課程的內(nèi)容，使我對知識的綜合知識的運(yùn)用有了很大的提高。 數(shù)控磨床的分度工作臺可以同時加工帶軸肩類零件的外圓和端面，從而提高了磨削效率，減少加工時間，節(jié)省工件的生產(chǎn)成本。 本課題設(shè)計了磨床分度回轉(zhuǎn)工作臺，按照以下面方案步驟進(jìn)行設(shè)計。 1.分度回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計方案。主要由工作臺的機(jī)械傳動設(shè)計方案和控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。工作臺的機(jī)械傳動設(shè)計方案主要是根據(jù)工作臺的功能選擇傳動的方式，有齒輪傳動和蝸桿傳動等選擇?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計方案主要是根據(jù)工作的功能選擇單片機(jī)，鍵盤顯示控制芯片，數(shù)據(jù)儲存器等元件。 2.分度回轉(zhuǎn)工作臺機(jī)械設(shè)計，主要包括工作臺總體參數(shù)的設(shè)計和部分機(jī)械參數(shù)設(shè)計。工作臺總體參數(shù)的設(shè)計主要為系統(tǒng)傳動比，工作回轉(zhuǎn)速度等參數(shù)的設(shè)計，而工作臺部分機(jī)械參數(shù)包括工作臺外形尺寸設(shè)計，步進(jìn)電機(jī)的選擇，齒輪傳動尺寸參數(shù)設(shè)計，蝸桿傳動尺寸參數(shù)設(shè)計，蝸桿軸的尺寸參數(shù)設(shè)計，軸承的選擇，鍵選擇和聯(lián)軸器的選擇等。 3.自動分度回轉(zhuǎn)工作臺控制系統(tǒng)設(shè)計。主要包括單片機(jī)主控電路設(shè)計，I/0擴(kuò)展電路設(shè)計，步進(jìn)電機(jī)接口電路設(shè)計和鍵盤顯示電路設(shè)計四大部分。 4. 自動分度回轉(zhuǎn)工作臺的圖紙設(shè)計。機(jī)械傳動方面圖紙設(shè)計包括自動分度回轉(zhuǎn)工作臺裝配圖設(shè)計，蝸桿軸和定心軸零件圖設(shè)計，齒輪傳動零件圖設(shè)計和蝸輪蝸桿的零件圖設(shè)計；控制部分圖紙設(shè)計主要為控制系統(tǒng)的總體電氣控制圖。 致 謝 首先，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師XXXXXXXX，他對我畢業(yè)設(shè)計給予了很多的指導(dǎo)，花費(fèi)了很多的心血，使我最后圓滿完成了畢業(yè)設(shè)計。在張老師的悉心教導(dǎo)下的這段時間里，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的知識，正直的人格，給我留下了極深的印象，為我今后的工作、生活樹立了良好的榜樣。 其次，我還要感謝我的同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計過程給予我很大的幫助，在我不懂的時候，他們總是耐心的給我講解，同樣使我受益匪淺。 最后，我要感謝所有幫助過我的人，在這里真誠的