刀具移動(dòng)式木板切割機(jī)設(shè)計(jì)含proe三維及8張CAD圖,刀具,移動(dòng)式,木板,切割機(jī),設(shè)計(jì),proe,三維,cad 設(shè)計(jì)（XX）任務(wù)書 系 專業(yè) 班 姓名： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間： 20XX 年 03 月 14 日 至 20XX 年 06 月 7 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：刀具移動(dòng)式木板切割機(jī)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù) 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的和意義 目的： 運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論及方法對(duì)刀具移動(dòng)式木板切割機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。 意義： 切割在人們的生產(chǎn)、生活中有著重要的作用，木材的切割就更為重要。在建筑和裝修中，木板是比較常見的一種建材。隨著現(xiàn)代機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展，對(duì)木材切割質(zhì)量、精度、生產(chǎn)效率以及切割功能的要求不斷的提高。 現(xiàn)有木材切割機(jī)只能切出固定尺寸的木板，適用范圍小，且對(duì)整塊木料的不同方向的切割，需要用到各類對(duì)應(yīng)的切割機(jī)，適用范圍小，成本高。 本課題運(yùn)用工程軟件對(duì)刀具移動(dòng)式木板切割機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、三維造型、虛擬裝配，最終完成二維工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。 2.題目要求： 通過本設(shè)計(jì)，使學(xué)生熟悉機(jī)械設(shè)計(jì)的一般步驟，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行工程分析和機(jī)械設(shè)計(jì)的能力，使學(xué)生能熟練使用現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具，從而提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)能力，科研創(chuàng)新意識(shí)，工程實(shí)踐能力和科技寫作水平。 3.畢業(yè)設(shè)計(jì)課題任務(wù)的內(nèi)容和要求 課題任務(wù)內(nèi)容： 本課題的內(nèi)容為分析市場(chǎng)現(xiàn)有木板切割機(jī)的不足，完成刀具移動(dòng)式木板切割機(jī)總體方案設(shè)計(jì)、零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 主要技術(shù)參數(shù)：切割方向數(shù)2個(gè)，分別是垂直方向和水平方向。 課題任務(wù)要求： （1）機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)合理，參數(shù)計(jì)算正確； （2）系統(tǒng)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、材料選擇及主要零件強(qiáng)度設(shè)計(jì)； （3）系統(tǒng)三維造型，虛擬裝配； （4）按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)繪制系統(tǒng)裝配圖、非標(biāo)零件圖（折合不少于三張零號(hào)圖）； （5）設(shè)計(jì)說明書不少于18000字。 4.畢業(yè)設(shè)計(jì)成果的要求 （1）開題報(bào)告； （2）裝配圖、非標(biāo)件零件圖（圖紙折合零號(hào)圖不少于3張）； （3）設(shè)計(jì)說明書一份（符合學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范）； （4）設(shè)計(jì)資料光盤； （5）根據(jù)設(shè)計(jì)成果撰寫科技論文一篇（可選）。 畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃安排 階段 應(yīng)完成的主要工作 計(jì)劃起止時(shí)間 1 深入企業(yè)調(diào)研有關(guān)設(shè)備特點(diǎn)及工作狀況，搜集設(shè)備工作狀況及運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析課題內(nèi)容，提交設(shè)計(jì)方案和開題報(bào)告。 第5-6周 2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 第7-8周 3 零部件設(shè)計(jì)。 第9-10周 4 三維造型、虛擬裝配。 第11-12周 5 繪制二維工程圖。 第13-14周 5 整理、書寫設(shè)計(jì)說明書、撰寫科技論文。 第15周 6 準(zhǔn)備答辯、畢業(yè)答辯。 第16周 主要參考文獻(xiàn) [1] 陶霞，楊恢先，任志昂.自動(dòng)循環(huán)翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)的應(yīng)用[J]湘潭大學(xué)物理系，2002.6 :02~03 [2] 李建勇. 機(jī)電一體化技術(shù)[M]北京: 科學(xué)出版社, 2004 [3] 王孫安, 杜海峰, 任華. 機(jī)械電子工程[M]北京: 科學(xué)出版社,2003 [4] 沈興全, 吳秀玲. 液壓傳動(dòng)與控制[M]北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2005. 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Firstly, based on the comprehensive investigation of the wood cutting machine, the overall scheme of the cutter movable wood cutting machine is put forward. Then, the structural dimensions of the main components are designed and checked. Finally, the assembly drawings and main parts drawings of the cutter movable wood cutting machine are drawn by AutoCAD drawing software. Pro/E software is used for three-dimensional design. Through this design, we have consolidated our professional knowledge, such as mechanical principle, mechanical design, material mechanics, tolerance and interchangeability theory, mechanical drawing, etc. We have mastered the design method of hoisting machinery products and can skillfully use AutoCAD drawing software, which is of great significance to our future work and life. Key words: Board, Cutting Machine, Screw, Slider 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 第2章 總體方案設(shè)計(jì) 2 2.1 設(shè)計(jì)要求 2 2.2方案擬定 2 2.2.1驅(qū)動(dòng)方案的選擇 2 2.2.2 擬定方案 2 第3章 主要構(gòu)件的設(shè)計(jì) 4 3.1電動(dòng)機(jī)的選擇 4 3.1.1參數(shù)計(jì)算 4 3.1.2電機(jī)型號(hào)的選擇 5 3.2絲桿螺母副的選型與計(jì)算 7 3.2.1受力分析 7 3.2.2設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 8 3.2.3絲杠的有限元分析 11 3.3導(dǎo)軌的選型與計(jì)算 15 3.3.1導(dǎo)軌的選型 15 3.3.2直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 16 3.3.3導(dǎo)軌副精度分析 18 3.4鋸條齒輪設(shè)計(jì) 19 3.4.1齒輪的材料選擇 19 3.4.2齒輪的設(shè)計(jì)與校核 19 3.5軸及軸上零件的設(shè)計(jì) 23 3.5.1尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 23 3.5.2強(qiáng)度校核計(jì)算 24 3.5.3鍵的校核 26 3.5.4軸承的校核 26 3.6橫梁的設(shè)計(jì) 27 3.6.1橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 3.6.2橫梁的有限元分析 27 3.7平臺(tái)升降液壓缸的選擇 32 3.8支架的設(shè)計(jì) 35 3.8.1結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì) 35 3.8.2支架的校核 36 3.8.3機(jī)架連接螺栓的校核 37 第4章 基于Pro/E的三維設(shè)計(jì) 39 4.1 Pro/E三維設(shè)計(jì)軟件概述 39 4.2三維設(shè)計(jì) 40 4.2.1機(jī)架 40 4.2.2絲杠螺母 41 4.2.3鋸條滑塊 41 4.2.4鋸片滑塊 42 4.3三維裝配 42 4.3.1絲杠螺母副分總成 42 4.3.2鋸條箱分總成 43 4.3.3鋸片箱分總成 43 4.3.4總成 43 總 結(jié) 45 參考文獻(xiàn) 46 致 謝 47 47 第1章 緒論 當(dāng)今時(shí)代正是中國(guó)發(fā)展的黃金時(shí)代，中國(guó)又是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，要想謀求更大的發(fā)展，行業(yè)的轉(zhuǎn)型是一定的，所以輕工業(yè)的轉(zhuǎn)型，重工業(yè)與機(jī)械制造的行業(yè)的重視是必然的。就這一點(diǎn)來看，讓我們清晰看到機(jī)械行業(yè)的發(fā)展前景有著如此大的潛力。它與其他行業(yè)有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，越來越多的產(chǎn)品智能化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化，單純的機(jī)械已經(jīng)不能適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的需要，漸漸地就出現(xiàn)了機(jī)電一體化?，F(xiàn)代機(jī)械的機(jī)電一體化的目標(biāo)是綜合利用機(jī)、電、信息、控制等各方面的相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)[1]，揚(yáng)長(zhǎng)避短以達(dá)到系統(tǒng)優(yōu)化的效果，取得顯著地社會(huì)效益和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。 機(jī)電一體化產(chǎn)品廣泛應(yīng)用各種加工業(yè)，切割技術(shù)也有了飛速的發(fā)展，手工切割已經(jīng)適應(yīng)不了現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。如今已進(jìn)入以通用機(jī)械時(shí)代。幾十年來，切割技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)在不斷的修改，品種也在不斷的增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大。而目前市面上有很多型號(hào)的木板切割機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)節(jié)，維修不方便，生產(chǎn)效率低，智能化低等不足。 本木板切割機(jī)的切割機(jī)構(gòu)屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，它解決了現(xiàn)有的自動(dòng)切割機(jī)所存在的精度不高，操作復(fù)雜，智能化低等問題。本課題針對(duì)目前市場(chǎng)上的切割機(jī)設(shè)計(jì)的不足，對(duì)木板切割機(jī)進(jìn)行改造創(chuàng)新，增加智能化程度，設(shè)計(jì)出具有控制方便，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)、維修方便，安全可靠，低能耗，在切割過程中能使木板位置穩(wěn)定、切割長(zhǎng)度準(zhǔn)確，生產(chǎn)率高，運(yùn)行平穩(wěn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率等優(yōu)點(diǎn)的具有廣泛應(yīng)用前景的方案。 切割在人們的生產(chǎn)、生活中有著重要的作用，木材的切割就更為重要。在建筑和裝修中，木板是比較常見的一種建材。隨著現(xiàn)代機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展，對(duì)木材切割質(zhì)量、精度、生產(chǎn)效率以及切割功能的要求不斷的提高。 現(xiàn)有木材切割機(jī)只能切出固定尺寸的木板，適用范圍小，且對(duì)整塊木料的不同方向的切割，需要用到各類對(duì)應(yīng)的切割機(jī)，適用范圍小，成本高。 本課題運(yùn)用工程軟件對(duì)刀具移動(dòng)式木板切割機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、三維造型、虛擬裝配，最終完成二維工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。 第2章 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)要求 通過本設(shè)計(jì)，使學(xué)生熟悉機(jī)械設(shè)計(jì)的一般步驟，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行工程分析和機(jī)械設(shè)計(jì)的能力，使學(xué)生能熟練使用現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具，從而提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)能力，科研創(chuàng)新意識(shí)，工程實(shí)踐能力和科技寫作水平。 課題任務(wù)內(nèi)容： 本課題的內(nèi)容為分析市場(chǎng)現(xiàn)有木板切割機(jī)的不足，完成刀具移動(dòng)式木板切割機(jī)總體方案設(shè)計(jì)、零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 主要技術(shù)參數(shù)：切割方向數(shù)2個(gè)，分別是垂直方向和水平方向。 課題任務(wù)要求： （1）機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)合理，參數(shù)計(jì)算正確； （2）系統(tǒng)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、材料選擇及主要零件強(qiáng)度設(shè)計(jì)； （3）系統(tǒng)三維造型，虛擬裝配； （4）按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)繪制系統(tǒng)裝配圖、非標(biāo)零件圖（折合不少于三張零號(hào)圖）。 2.2方案擬定 2.2.1驅(qū)動(dòng)方案的選擇 目前，這類機(jī)械手的主要驅(qū)動(dòng)源有氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。 （1） 氣動(dòng)壓是一種壓縮空氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，通常用空氣壓縮機(jī)作為動(dòng)力源。氣動(dòng)傳動(dòng)有很多優(yōu)點(diǎn)，如過載安全，比較簡(jiǎn)單，幾乎不會(huì)污染環(huán)境，花錢少，能夠變速，也有缺點(diǎn)，就是在大的設(shè)備上工作不是很穩(wěn)定，定位會(huì)有些誤差。 (2) 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它具有固有的效率高、響應(yīng)速度快、速度簡(jiǎn)單的特點(diǎn)?？稍诖蠓秶鷥?nèi)無級(jí)調(diào)速。適應(yīng)性比較強(qiáng)，能夠在許多種環(huán)境下工作。它能吸收沖擊力，實(shí)現(xiàn)更頻繁、穩(wěn)定的換相，但對(duì)漏油、污染、成本高。定位精度比氣動(dòng)低、電機(jī)高。流體溫度和粘度的變化影響傳動(dòng)性能。 (3) 電驅(qū)動(dòng)方式有很多種，有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、力矩電機(jī)等驅(qū)動(dòng)方式。伺服電機(jī)動(dòng)態(tài)特性比較好，運(yùn)行精度比較高，速度可以非常大，也可以非常小，非常穩(wěn)定，非常可靠，控制方面也比較容易。 所以，我們這次選步進(jìn)電機(jī)。 2.2.2 擬定方案 本次設(shè)計(jì)的刀具移動(dòng)式木板切割機(jī)，切割方向數(shù)2個(gè)，分別是垂直方向和水平方向。移動(dòng)裝置分別為： （1）鋸條 鋸片采用兩段布置絲杠螺母副驅(qū)動(dòng)鋸片箱底部的滑塊沿直線導(dǎo)軌滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鋸片的水平移動(dòng)。 （2）鋸片 鋸片可沿橫向、縱向兩個(gè)方向移動(dòng)，同樣采用絲杠螺母副驅(qū)動(dòng)橫梁底部滑塊及鋸片箱沿直線導(dǎo)軌水平移動(dòng)。 （3）工作平臺(tái) 工作平臺(tái)采用液壓驅(qū)動(dòng)的形式使得置于上方的木板上下升降實(shí)現(xiàn)切斷。 1-底板；2-橫向支架；3-縱向支架；4-導(dǎo)軌A；5-鋸條箱；6-鋸條；7-液壓缸，8-導(dǎo)軌；9-鋸片箱；10-鋸片；11 控制器；12-支座；13-電機(jī)； 14-絲杠；15-支座；16-電機(jī)；17螺紋管桿；18滑槽；19-支座；20-電機(jī)；21-螺桿；22-電機(jī)；23齒輪；24電機(jī)；25木料。 圖2-1刀具移動(dòng)式木板切割機(jī)方案簡(jiǎn)圖 第3章 主要構(gòu)件的設(shè)計(jì) 3.1電動(dòng)機(jī)的選擇 3.1.1參數(shù)計(jì)算 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(vR)、永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM)等。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.50或150；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為0.750或1.50，但有一定的噪聲和振動(dòng)。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 綜合考慮技術(shù)難度、精度和資金等因素，結(jié)合所改造機(jī)床的負(fù)載較小，負(fù)載變化不大又是經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)易型的自動(dòng)控制設(shè)備，故采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)作為鋸片座磨削進(jìn)給的驅(qū)動(dòng)源。 (1)旋轉(zhuǎn)力的計(jì)算 旋臂式機(jī)械手夾持工件時(shí)，很明顯承受著一定的旋臂力矩。由文獻(xiàn)1查得旋轉(zhuǎn)力的計(jì)算公式為： 一旋轉(zhuǎn)阻抗力(N)，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，取其值為1989.9。 由文獻(xiàn)1查得： 取 ，則 (N) ，則(N) (2)步進(jìn)電機(jī)的選用 步進(jìn)電機(jī)總的位移量是嚴(yán)格等于輸入的指令脈沖數(shù)，或其平均轉(zhuǎn)速嚴(yán)格正比于輸入指令脈沖的頻率，因此能實(shí)現(xiàn)精確定位、精確位移。而且同時(shí)可在其工作頻段內(nèi)，從一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換到另一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。步進(jìn)電機(jī)有下列工作特點(diǎn)： ①變扭矩傳動(dòng)，扭矩受脈沖頻率的限制。頻率高，扭矩則小。能雙向轉(zhuǎn)動(dòng)，有適量的阻尼。 ②只要避開步進(jìn)電機(jī)本身的低頻振蕩區(qū)，就可能獲得平穩(wěn)的低速進(jìn)給。 ③改變指令脈沖頻率就能使步進(jìn)電機(jī)變速，從而改變進(jìn)給速度，可省去一部分機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)。 ④進(jìn)給速度變化范圍寬，從每秒幾個(gè)脈沖到幾千個(gè)脈沖。即能使進(jìn)給系統(tǒng)正調(diào)整時(shí)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，又能保證由粗加工到精加工的各項(xiàng)要求。 ⑤快速響應(yīng)性很強(qiáng)，只要有脈沖輸入或停止輸入，步進(jìn)電機(jī)就立即轉(zhuǎn)動(dòng)或停轉(zhuǎn)。 ⑥不通電時(shí)無定位力矩，轉(zhuǎn)子能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，每步有振蕩和過沖，但在使用中失步和過沖完全在零件的尺寸誤差之內(nèi)，對(duì)加工精度影響甚小。 (3)脈沖當(dāng)量和步距角 脈沖當(dāng)量小可提高加工精度，但使系統(tǒng)復(fù)雜。一般加工精度的自動(dòng)控制機(jī)床，脈沖當(dāng)量可選為0.01mm／step，初步確定步距角=0.75／step。 (4)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上啟動(dòng)力矩的計(jì)算 由文獻(xiàn)9查得啟動(dòng)力矩的計(jì)算公式為： 式中： 一電機(jī)啟動(dòng)力矩 ——旋轉(zhuǎn)進(jìn)給抗力(N)，= =1989.9(N) 一垂直分力，==795.9(N) ——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，選用淬火鋼滾動(dòng)導(dǎo)軌，取=0.01 G-機(jī)器重量(N)，按圖紙粗估G=480N ——總機(jī)械效率，取=0.85 則 (5)確定步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩和最高工作頻率 為滿足最小步距要求，電機(jī)選用三相六拍工作方式，由文獻(xiàn)9查得： =0．866 (3—6) 則步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為： =180／0.866=207.8(Ncm) 最高工作頻率為： 3.1.2電機(jī)型號(hào)的選擇 （1）SL系列伺服電機(jī) 表3-1 SL系列交流伺服電動(dòng)機(jī)型號(hào)和主要技術(shù)數(shù)據(jù) 型號(hào) 勵(lì)磁電壓V 控制電壓V 頻率 Hz 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩N·m 空載轉(zhuǎn)速r/min 輸出功率W 機(jī)電時(shí)間常數(shù)m·s 外形尺寸 mm 總長(zhǎng) 機(jī)殼外徑 軸徑 36SL5E2 36 36/18 50 110 2700 1 8 62 36 4 90SL55 220 220 50 3000 2700 25 30 140 90 14 圖3.1 36SL5E2伺服電動(dòng)機(jī) 圖3.2 90SL55伺服電動(dòng)機(jī) 交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是非線性的；不需要電刷和換向器，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、沒有無線電干擾等優(yōu)點(diǎn)。 SL系列交流伺服電動(dòng)機(jī)是由籠子轉(zhuǎn)子和隱極式定子兩部分組成。定子槽內(nèi)嵌以二相繞組，一相為勵(lì)磁繞組，一相為控制繞組，控制繞組分為兩半，分別引出四根線，可接成串聯(lián)或并聯(lián)，以適用于兩種電壓。 （2）70BF1-3步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 表3-2 BF系列反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)和主要技術(shù)數(shù)據(jù) 型號(hào) 相數(shù) 步距 （o） 電壓 V 靜態(tài) 電流 A 額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩μN(yùn)·m 靜態(tài)力矩μN(yùn)·m 空載起動(dòng)頻率步/s 額定負(fù)載起動(dòng)頻率 步/s 外形尺寸 mm 總長(zhǎng) 機(jī)殼外徑 軸徑 70BF1-3 3 3/1.5 27 3 1000 --- --- 1000 112 70 8 BF系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它是將脈沖指令轉(zhuǎn)換為角位移或轉(zhuǎn)速的控制電動(dòng)機(jī)，其角位移與脈沖數(shù)量嚴(yán)格成正比，改變脈沖頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速。它具有定位精度高，同步運(yùn)行特性好，調(diào)速范圍寬、能快速起動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)等特點(diǎn)。廣泛用于開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)作執(zhí)行元件和驅(qū)動(dòng)元件。 圖3.3 70BF1-3步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 查表選用110BF003型步進(jìn)電機(jī)，其參數(shù)如下：步距角，選用三相六拍工作時(shí)取，最大靜轉(zhuǎn)距800N.cm，最高空載啟動(dòng)頻率1500Step／s，運(yùn)行頻率7000 Step／s，相數(shù)3，電壓80V，相電流6A，滿足需要。 3.2絲桿螺母副的選型與計(jì)算 3.2.1受力分析 由于導(dǎo)向輪的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不需要高精度和高效率的傳動(dòng)，因此本次設(shè)計(jì)采用一對(duì)梯形螺桿、螺母的滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)。梯形螺紋具有牙根強(qiáng)度高，工藝性好，螺紋對(duì)中性好等優(yōu)點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是效率低，但并不影響工作。螺桿采用45號(hào)鋼制造，，螺母采用35號(hào)鋼整體車制。 根據(jù)導(dǎo)向輪的使用情況，導(dǎo)向輪主要在兩種情況下受力：導(dǎo)向輪和輪胎同時(shí)工作時(shí)的受力；導(dǎo)向輪作為千斤頂時(shí)的受力。 B F A C G 根據(jù)力的平衡： 式1 根據(jù)力矩的平衡，對(duì)B點(diǎn)取矩： 式2 又 式3 由1、2、3式可得 F = 12743 N 3.2.2設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 （1）螺紋副耐磨性計(jì)算 滑動(dòng)螺旋的磨損多發(fā)生在螺母并且與螺紋工作面上的壓力、滑動(dòng)速度、螺紋表面粗糙度以及潤(rùn)滑狀態(tài)等因素有關(guān)。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大螺旋副間越容易形成過度磨損。因此，滑動(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)算，主要是限制螺紋工作面上的壓力p，使其小于材料的許用壓力[p]。 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)用梯形、矩形或鋸齒形螺紋，其失效形式多為螺紋磨損，而螺桿的直徑和螺母的高度也常由耐磨性要求決定。傳力較大時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算有螺紋部分的螺桿或其他危險(xiǎn)部位以及螺母或螺桿螺紋牙強(qiáng)度。要求自鎖時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算螺紋副的自鎖條件。對(duì)于長(zhǎng)徑比很大的受壓螺旋，應(yīng)驗(yàn)算其穩(wěn)定性，其直徑也常由穩(wěn)定性要求決定。 螺母為整體式并且磨損后間隙不能調(diào)整，因此??；該螺旋機(jī)構(gòu)為人力驅(qū)動(dòng)，因此[P]提高20%，[P]=13MPa。 取，因此選用的螺桿，其參數(shù)為： 公稱直徑 d 螺距 P 中徑 大徑 小徑 25 6 22 29 25 26 表：滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓力[ P] 螺桿—螺母的材料 滑動(dòng)速度 許用壓力 鋼—青銅 低速 18~25 ≤3.0 11~18 6~12 7~10 >15 1~2 鋼—鋼 低速 10~13 鋼—鑄鐵 <2.4 13~18 6~12 4~7 注：當(dāng)ф＜2.5或人力驅(qū)動(dòng)時(shí)，[p]值可提高20％；若為剖分螺母時(shí)則[p]值應(yīng)降低15～20％。 （2）螺紋牙強(qiáng)度計(jì)算 螺紋牙的剪切和彎曲破壞多發(fā)生在螺母。 螺紋牙底寬 許用壓應(yīng)力 許用切應(yīng)力 許用彎曲應(yīng)力 相旋合螺紋圈數(shù) 剪切強(qiáng)度條件 彎曲強(qiáng)度條件 滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力 螺旋副材料 許用應(yīng)力(MPa) [σ] [σ]b [τ] 螺桿 鋼 σs/(3~5) ? ? 螺母 青銅 ? 40~60 30~40 鑄鐵 ? 40~55 40 鋼 ? (1.0~1.2) [σ] 0..6[σ] （3）螺紋副自鎖條件 梯形螺紋的牙型斜角，其當(dāng)量摩擦角 對(duì)于螺旋傳動(dòng)，為保證自鎖可靠，實(shí)際應(yīng)取。本設(shè)計(jì)滿足這一條件，因此能夠自鎖。 上式中：為螺紋升角；fV為螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)；f為摩擦系數(shù)．見下表。 表1滑動(dòng)螺旋副的摩擦系數(shù)f 螺桿—螺母的材料 摩擦系數(shù)f 鋼—青銅 0.08~0.10 淬火鋼—青銅 0.06~0.08 鋼—鋼 0.11~0.17 鋼—鑄鐵 0.12~0.15 （4）螺桿穩(wěn)定性計(jì)算 對(duì)于長(zhǎng)徑比大的受壓螺桿，當(dāng)軸向壓力Q大于某一臨界值時(shí)，螺桿就會(huì)突然發(fā)生側(cè)向彎曲而喪失其穩(wěn)定性。因此，在正常情況下，螺桿承受的軸向力Q必須小于臨界載荷Q。。則螺桿的穩(wěn)定性條件為 表:螺桿的長(zhǎng)度系數(shù)： 端部支撐情況 長(zhǎng)度系數(shù)μ 兩端固定 0.50 一端固定，一端不完全固定 0.60 一端鉸支，一端不完全固定 0.70 兩端不完全固定 0.75 兩端鉸支 1.00 一端固定，一端自由 2.00 所以，該螺桿是穩(wěn)定的。 3.2.3絲杠的有限元分析 主要步驟為：建立幾何零件—添加材料屬性—網(wǎng)格劃分—添加約束—添加載荷---計(jì)算---結(jié)果查看 （1）打開luogan2.CATPart.文件 （2）添加材料屬性 點(diǎn)擊選擇對(duì)應(yīng)材料，并根據(jù)實(shí)際設(shè)置材料參數(shù)。 （3）進(jìn)入結(jié)構(gòu)分析模塊 開始---分析與模擬---Generative Structural Analysis （4）網(wǎng)格劃分 進(jìn)入靜力學(xué)有限元分析模塊厚實(shí)體零件會(huì)自動(dòng)生成網(wǎng)格，但為確保分析精確性，對(duì)自動(dòng)網(wǎng)格參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，參數(shù)如下： （5）添加約束 1）創(chuàng)建面固定約束 2）點(diǎn)擊 3）選擇圖示面約束 4）點(diǎn)擊ok，完成約束建立 （6）創(chuàng)建分布力 1）點(diǎn)擊，并輸入力X方向，-500N 2）選擇圖示面加載 3）點(diǎn)擊確認(rèn) （7）計(jì)算 1）點(diǎn)擊計(jì)算 2）點(diǎn)擊確定開始計(jì)算，如下計(jì)算進(jìn)行中： 3）計(jì)算完成后點(diǎn)擊yes （8）結(jié)果查看（后處理） 1）查看應(yīng)力云圖，應(yīng)力分布如下圖： 結(jié)論：從有限元結(jié)果可以看出，本絲桿在最大負(fù)載情況下局部最大應(yīng)力為8.88MPa，而我們選擇的材料屈服強(qiáng)度為250MPa，抗拉強(qiáng)度為340MPa，因此滿足強(qiáng)度要求。 2）應(yīng)變?cè)茍D，應(yīng)變分布如下圖： 結(jié)論：從有限元結(jié)果可以看出，本絲桿在最大負(fù)載情況下局部最大應(yīng)變?yōu)?.403mm，而我們選擇的材料延伸率為23%，因此0.403mm的變形不會(huì)造成零件失效，故滿足強(qiáng)度要求。 3.3導(dǎo)軌的選型與計(jì)算 3.3.1導(dǎo)軌的選型 導(dǎo)軌主要分為滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)導(dǎo)軌兩種， 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床中有廣泛的應(yīng)用。相對(duì)普通機(jī)床所用的滑動(dòng)導(dǎo)軌而言，它有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)： ①定位精度高 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動(dòng)導(dǎo)軌的1/50。由于動(dòng)摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小，運(yùn)動(dòng)靈活，可使驅(qū)動(dòng)扭矩減少90%，因此，可將機(jī)床定位精度設(shè)定到超微米級(jí)。 ②降低機(jī)床造價(jià)并大幅度節(jié)約電力 采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的機(jī)床由于摩擦阻力小，特別適用于反復(fù)進(jìn)行起動(dòng)、停止的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可使所需的動(dòng)力源及動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)小型化，減輕了重量，使機(jī)床所需電力降低90%，具有大幅度節(jié)能的效果。 ③可提高機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高速運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)床的工作效率20～30%。 ④可長(zhǎng)期維持機(jī)床的高精度 對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌面的流體潤(rùn)滑，由于油膜的浮動(dòng)，產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)精度的誤差是無法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤(rùn)滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費(fèi)掉了。與之相反，滾動(dòng)接觸由于摩擦耗能?。疂L動(dòng)面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使直線滾動(dòng)導(dǎo)軌系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高精度狀態(tài)。同時(shí)，由于使用潤(rùn)滑油也很少，大多數(shù)情況下只需脂潤(rùn)滑就足夠了，這使得在機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用維護(hù)方面都變的非常容易了。所以在結(jié)構(gòu)上選用：開式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。參照南京工藝裝備廠的產(chǎn)品系列。 3.3.2直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運(yùn)行狀況)，3.0~5.0（運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌： 因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取 根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌: 選擇漢江機(jī)床廠BGX系列滾動(dòng)直線導(dǎo)軌,其型號(hào)為: BGXH25BE 基本結(jié)構(gòu)及參數(shù)如下: 導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷N 依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽命Ln： 額定行程長(zhǎng)度壽命: 導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命: 導(dǎo)軌的工作壽命足夠. 導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)： ：靜安全系數(shù)；：基本靜額定負(fù)載；：工作載荷 導(dǎo)軌壽命計(jì)算： 3.3.3導(dǎo)軌副精度分析 3.4鋸條齒輪設(shè)計(jì) 3.4.1齒輪的材料選擇 齒輪材料的種類很多，在選擇過程中應(yīng)考慮的因素也很多，主要以以下幾點(diǎn)作為參考原則： 齒輪的材料必須滿足工作條件的要求。 應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成形方法及熱處理和制造工藝。 正火碳鋼，不論毛坯制作方法如何，只能用于制作載荷平穩(wěn)或輕度沖擊工作下的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)制碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。 合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪。 飛行器中的齒輪傳動(dòng)，要求齒輪尺寸盡可能小，應(yīng)采用表面硬化處理的高強(qiáng)度合金鋼。金屬制的軟齒面齒輪，配對(duì)兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持為30～50HBS或者更多。 鋼材的韌性好，耐沖擊，還可通過熱處理或化學(xué)熱處理改善其力學(xué)性能及提高齒面硬度，故適用于來制造齒輪。由于該齒輪承受載荷比較大，應(yīng)采用硬齒面（硬度≥350HBS），故選取合金鋼，以滿足強(qiáng)度要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 3.4.2齒輪的設(shè)計(jì)與校核 （1）起升系統(tǒng)的功率 設(shè)V為最低起鉆速度（米/秒），F(xiàn)為以V起升時(shí)游動(dòng)系統(tǒng)起重量（理論起重量，公斤）。 起升功率 F= 取0.8（米/秒） 由于整個(gè)俯仰機(jī)構(gòu)由兩個(gè)齒輪所帶動(dòng)，所以每部分的平均功率為 轉(zhuǎn)矩公式： N.mm 所以轉(zhuǎn)矩 T= 式中n為轉(zhuǎn)速（單位r/min） （2）各系數(shù)的選定 計(jì)算齒輪強(qiáng)度用的載荷系數(shù)K，包括使用系數(shù)、動(dòng)載系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù)及齒向載荷分配系數(shù)，即 K= 1）使用系數(shù) 是考慮齒輪嚙合時(shí)外部因素引起的附加載荷影響的系數(shù)。 該齒輪傳動(dòng)的載荷狀態(tài)為輕微沖擊，工作機(jī)器為重型升降機(jī)，原動(dòng)機(jī)為液壓裝置，所以使用系數(shù)取1.35。 2）動(dòng)載系數(shù) 齒輪傳動(dòng)不可避免地會(huì)有制造及裝配誤差，輪齒受載后還要產(chǎn)生彈性變形，對(duì)于直齒輪傳動(dòng)，輪齒在嚙合過程中，不論是有雙對(duì)齒嚙合過渡到單對(duì)齒嚙合，或是有單對(duì)吃嚙合過渡到雙對(duì)齒嚙合的期間，由于嚙合齒對(duì)的剛度變化，也要引起動(dòng)載荷。為了計(jì)及動(dòng)載荷的影響，引入了動(dòng)載系數(shù)，如圖2-1所示。 圖2-1動(dòng)載系數(shù) 由于速度v很小，根據(jù)上圖查得，取1.0。 3）齒間載荷分配系數(shù) 一對(duì)相互嚙合的斜齒（或直齒）圓柱齒輪，有兩對(duì)（或多對(duì)）齒同時(shí)工作時(shí)，則載荷應(yīng)分配在這兩對(duì)（或多對(duì)）齒上。 對(duì)于直齒輪及修形齒輪，取。 4）齒輪載荷分布系數(shù) 當(dāng)軸承相對(duì)于齒輪做不對(duì)稱配置時(shí)，受災(zāi)前，軸無彎曲變形，齒輪嚙合正常，兩個(gè)節(jié)圓柱恰好相切;受載后，軸產(chǎn)生彎曲變形，軸上的齒輪也就隨之偏斜，這就使作用在齒面上的載荷沿接觸線分布不均勻。 計(jì)算齒輪強(qiáng)度時(shí)，為了計(jì)及齒面上載荷沿接觸線分布不均勻的現(xiàn)象，通常以系數(shù)來表征齒面上載荷分布不均勻的程度對(duì)齒輪強(qiáng)度的影響。 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-4取=1.37。 綜上所述，最終確定齒輪系數(shù)K==1.35111.37=1.8 （3）齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力的選擇 1）壓力角α的選擇 我國(guó)對(duì)一般用途的齒輪傳動(dòng)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為α=20°。 2）齒數(shù)z的選擇 為使齒輪免于根切，對(duì)于α=20°的標(biāo)準(zhǔn)直齒輪，應(yīng)取z≥17，這里取z=20。 17 3）齒寬系數(shù)的選擇 由于齒輪做懸臂布置，取=0.6 4）預(yù)計(jì)工作壽命 10年，每年250個(gè)工作日，每個(gè)工作日10個(gè)小時(shí) =1025010=25000h 5）齒輪的許用應(yīng)力 按下式計(jì)算 式中：S——疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)。對(duì)于接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，取S=1；進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，取S=1.25~1.5。 ——考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)影響的系數(shù)，稱為壽命系數(shù)。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N的計(jì)算方法是：設(shè)n為齒輪的轉(zhuǎn)速（單位為r/min）；j為齒輪每轉(zhuǎn)一圈時(shí)，同一齒面嚙合次數(shù)；為齒輪工作壽命（單位為h），則齒輪工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N按下式計(jì)算： N=60nj n暫取10，則N=601025000=1.5。 查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-18可得=1.3。 ——齒輪疲勞極限。彎曲疲勞極限用代入；接觸疲勞極限用代入，查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21得=980。1500 =1.3 S=1 1950 850 S=1.4 607.1 （雙向工作乘以0.7）424.97 當(dāng)齒數(shù)z=20 17 時(shí)，齒形系數(shù)=2.8 2.97 應(yīng)力校正系數(shù)=1.55 1.52 基本參數(shù)選擇完畢 （4）齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算公式： ……………Km—開式齒輪磨損系數(shù)，Km=1.25（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（3卷）14-134） 轉(zhuǎn)矩 N.mm （1式） 所以 v=0.8 n=899.2/m （2式） 將1式、2式及各參數(shù)代入計(jì)算公式得： 解得：；20 取m=2 那么n=17.5，取n=18 N.m 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式： 式中的單位為Mpa，d的單位為mm，其余各符號(hào)的意義和單位同前。 由于本傳動(dòng)為齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比近似無窮大，所以=1 為彈性影響系數(shù)，單位，其數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)表，取=189.8，如表2-1所示： 表2-1 材料特性系數(shù) 計(jì)算，試求齒輪分度圓直徑： =456.75mm 通過模數(shù)計(jì)算得：m=2，z=18 所以分度圓直徑d=218=36mm 所以取兩者偏大值d=36mm 計(jì)算齒寬 b==0.636=21.6mm 齒高 h=2.25m=2.252=4.5mm 最終確定齒輪數(shù)據(jù)： 模數(shù)m=2 齒數(shù)z=18 分度圓直徑d=36mm 齒高h(yuǎn)=4.5mm 齒寬b=25mm 轉(zhuǎn)速n=90r/min 3.5軸及軸上零件的設(shè)計(jì) 3.5.1尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 1）軸上的功率P1,轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1 ，， 2）初步確定軸的最小直徑 先按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表11.3，取，于是得： 該處開有鍵槽故軸徑加大5％～10％，且高速軸的最小直徑顯然是安裝齒輪處的直徑。??；。 3）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 （a）為了滿足大帶輪的軸向定位的要求2軸段左端需制出軸肩，軸肩高度軸肩高度，取故取2段的直徑，長(zhǎng)度。 （b）初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。根據(jù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的深溝球軸承6203，故，軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位，軸肩高度軸肩高度，取，因此，取。 （c）齒輪處由于齒輪分度圓直徑，故采用齒輪軸形式，齒輪寬度B=20mm。另考慮到齒輪端面與箱體間距10mm以及兩級(jí)齒輪間位置配比，取，。 4）軸上零件的周向定位 查機(jī)械設(shè)計(jì)表，聯(lián)接齒輪的平鍵截面。 3.5.2強(qiáng)度校核計(jì)算 1）求作用在軸上的力 已知高速級(jí)齒輪的分度圓直徑為，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》（軸的設(shè)計(jì)計(jì)算部分未作說明皆查此書）式(10-14)，則 2）求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承支點(diǎn)位置時(shí)，從手冊(cè)中查取a值。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面。先計(jì)算出截面C處的MH、MV及M的值列于下表。 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F ， ， C截面彎矩M 總彎矩 扭矩 3）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力 已選定軸的材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查得。因此，故安全。 4）鍵的選擇 采用圓頭普通平鍵A型（GB/T 1096—1979）連接，聯(lián)接齒輪的平鍵截面，。齒輪與軸的配合為，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是過渡配合保證的，此外選軸的直徑尺寸公差為。 3.5.3鍵的校核 （1）選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸 齒輪處選用單圓頭平鍵，尺寸為 （2）校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度 鍵、軸材料都是鋼，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為 鍵的工作長(zhǎng)度 ，合適 3.5.4軸承的校核 （1）選擇的圓錐滾子軸承30204，尺寸為，基本額定動(dòng)載荷。 （2） 當(dāng)量動(dòng)載荷 　　　前面已求得 ，，， 軸承　1、2受到的徑向載荷為： 　　　　 　　　　 　　　　軸承　1、2受到的軸向載荷為： 　　　　　查簡(jiǎn)明機(jī)械工程手冊(cè)-表7.7-39得 　　　　 　　　　 　　　　　　　　 　　　　軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷為： 　　　　按機(jī)械設(shè)計(jì)查得 （3）驗(yàn)算軸承壽命 因?yàn)椋园摧S承1的受力驗(yàn)算。 　　　對(duì)于滾子軸承，。 　　　 　　　減速器的預(yù)定壽命 　　 ，合適。 3.6橫梁的設(shè)計(jì) 3.6.1橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 橫梁用于固定支撐鋸片箱對(duì)木板進(jìn)行縱向切割，因此，橫梁兩端徐設(shè)置滑塊，且應(yīng)設(shè)置安裝絲杠螺母的位置，中間應(yīng)設(shè)置鋸片箱橫向移動(dòng)的滑槽。詳解結(jié)構(gòu)尺寸如下圖示： 3.6.2橫梁的有限元分析 主要步驟為：建立幾何零件—添加材料屬性—網(wǎng)格劃分—添加約束—添加載荷---計(jì)算---結(jié)果查看 （1）打開jupianhk1.CATPart.文件 （2）添加材料屬性 點(diǎn)擊選擇對(duì)應(yīng)材料，并根據(jù)實(shí)際設(shè)置材料參數(shù)。 （3）進(jìn)入結(jié)構(gòu)分析模塊 開始---分析與模擬---Generative Structural Analysis （4）網(wǎng)格劃分 進(jìn)入靜力學(xué)有限元分析模塊厚實(shí)體零件會(huì)自動(dòng)生成網(wǎng)格，但為確保分析精確性，對(duì)自動(dòng)網(wǎng)格參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，參數(shù)如下： （5）添加約束 1）創(chuàng)建面固定約束 2）點(diǎn)擊 3）選擇圖示面約束 4）點(diǎn)擊ok，完成約束建立 （6）創(chuàng)建分布力 1）點(diǎn)擊，并輸入力Y方向，1000N 2）選擇圖示面加載 3）點(diǎn)擊確認(rèn) （7）計(jì)算 1）點(diǎn)擊計(jì)算 2）點(diǎn)擊確定開始計(jì)算，如下計(jì)算進(jìn)行中： 3）計(jì)算完成后點(diǎn)擊yes （8）結(jié)果查看（后處理） 1）查看應(yīng)力云圖，應(yīng)力分布如下圖： 結(jié)論：從有限元結(jié)果可以看出，本橫梁在最大負(fù)載情況下局部最大應(yīng)力為13.7MPa，而我們選擇的材料屈服強(qiáng)度為250MPa，抗拉強(qiáng)度為340MPa，因此滿足強(qiáng)度要求。 2）應(yīng)變?cè)茍D，應(yīng)變分布如下圖： 結(jié)論：從有限元結(jié)果可以看出，本橫梁在最大負(fù)載情況下局部最大應(yīng)變?yōu)?.0405mm，而我們選擇的材料延伸率為23%，因此0.0405mm的變形不會(huì)造成零件失效，故滿足強(qiáng)度要求。 3.7平臺(tái)升降液壓缸的選擇 （1）液壓缸設(shè)計(jì)要求 根據(jù)主機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，應(yīng)考慮液壓系統(tǒng)的執(zhí)行件的數(shù)量、運(yùn)動(dòng)形式、工作循環(huán)、行程范圍、各執(zhí)行件的運(yùn)作順序、液壓元件承受的負(fù)載、運(yùn)動(dòng)速度、變化范圍。對(duì)液壓系統(tǒng)的性能要求有調(diào)速性能，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性能、轉(zhuǎn)換精度、可靠性程度、使用與維修的方便性等 （2）選擇安裝方式 根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，要實(shí)現(xiàn)鋸片片的上下移動(dòng)完成切割，要求液壓缸在上下伸縮。 （3）負(fù)載大小 F=300N 估算得鋸片片的支反力為。 由于鋸片所受的支反力相同，算得液壓缸所承受的力即理論推力為 （4）工作壓力 當(dāng)前所用的液壓缸的負(fù)載小于的工作壓力一般在左右，所以選取其正常工作壓力為[5]。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)時(shí)一般要求安全系數(shù)比較高，所以在選取液壓缸的時(shí)候一般要求有較大余量，所以在缸徑選擇時(shí)，其工作壓力一般按計(jì)算。 （5）缸徑選擇 理論推力為時(shí)，需選擇其缸徑為?？紤]到安全系數(shù)，初選缸徑為。（6）行程大小 在初始位置時(shí)測(cè)得液壓缸的總長(zhǎng)度為，在終了位置時(shí)測(cè)得液壓缸的總長(zhǎng)為，所以在此過程中氣缸的行程 （2-15）即升降液壓缸的行程為 （7）液壓缸穩(wěn)定性校核 1) 液壓缸直徑校核 液壓工作壓力,則液壓缸直徑 = (2-16) 取。考慮到安全系數(shù)，選缸徑為合理。 2)液壓缸活塞桿選擇及校核 (2-17) = 故設(shè)計(jì)符合要求。 由，可計(jì)算出活塞桿直徑 (2-18) 可取活塞桿直徑。 通過公式 (2-19) 對(duì)進(jìn)行校核， 其中 ； ； 則 選活塞桿直徑為的液壓缸符合要求。 在所需要的的前提下，須進(jìn)行穩(wěn)定校核，應(yīng)使活塞桿承 受的力F不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界壓力,但考慮到安全性，安全因數(shù)應(yīng)大于規(guī)定的許用安全因數(shù)，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。（為液壓缸桿工作負(fù)載；=4[6]）關(guān)于穩(wěn)定安全因數(shù)可在設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到。 兩端鉸支鏈接的、細(xì)長(zhǎng)壓桿的臨界力的歐拉公式[6] 其中: 截面的慣性矩： ； 桿件的兩端都是鉸鏈連接：； 則所選取的桿長(zhǎng)不超過，且大于行程，所以選取液壓缸活塞桿的長(zhǎng)度 3) 缸筒壁厚的計(jì)算 缸筒壁厚可按薄壁筒公式計(jì)算: 式中： ——缸筒壁厚； ——液壓缸內(nèi)徑； ——實(shí)驗(yàn)壓力，?。? 材料為：ZQ的許用應(yīng)力[6] 可計(jì)算出壁厚 因此，液壓缸外徑 (8)確定液壓缸型號(hào) 綜上所述，根據(jù)《液壓與氣壓傳動(dòng)》，選用型的標(biāo)準(zhǔn)液壓缸ZQ-70/40×200-F2[7]合適，缸徑為，活塞桿直徑為，液壓缸行程為 。 3.8支架的設(shè)計(jì) 在機(jī)器中支承或容納零部件稱為支架。如支承罐的塔架、容納傳動(dòng)齒輪的減速器的殼體，機(jī)床的床身等等統(tǒng)稱為支架。 3.8.1結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì) 經(jīng)過多方面的考慮后，決定選用焊接式的金屬支架。支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)考慮到軸的安裝，故機(jī)體壁的一邊從和軸中心上下分成兩半，軸裝上以后，用一個(gè)端蓋通過螺 栓連接再連接到一起。為減少機(jī)體的重量，故只在與軸配合的地方，增加厚度，其他的地方用薄壁 板進(jìn)行加工。 支架安裝在分選機(jī)右側(cè)， 滾子處于懸起狀態(tài)。 支架尺寸為： 1000 mm×900mm×800mm。 支架材料的選擇，HT150進(jìn)行制造，這樣也能保證機(jī)體有足夠的強(qiáng)度和硬度 3.8.2支架的校核 機(jī)架的剛度決定了機(jī)架在工作過程中變形的大小，其實(shí)對(duì)于機(jī)架的設(shè)計(jì)而言，剛度的研究比強(qiáng)度更有意義，因?yàn)闄C(jī)架由于壓力的作用而被破壞的情況是比較少的。但機(jī)架隨著工作時(shí)間的增加會(huì)慢慢的變形，這就要求機(jī)架有足夠的剛度，否則隨著機(jī)架的變形而導(dǎo)致傳動(dòng)件位置的變動(dòng)，機(jī)器的工作能力就會(huì)降低。根據(jù)壓桿保持平衡能力的最小臨界力公式 ——臨界力 單位N； E ——材料的彈性模量 單位Gpa，對(duì)槽鋼材料為205GPa； I ——慣性矩 單位，對(duì)18號(hào)槽鋼為1369.9； ——機(jī)架高度 單位m。 在實(shí)際工作機(jī)架只受到支撐力的作用，因此只要校核機(jī)架的支撐應(yīng)力即可。機(jī)架在連接處的面積最小，即屬于危險(xiǎn)截面。 右端連接處最大應(yīng)力 左端連接處的最大應(yīng)力 根據(jù)機(jī)架一的設(shè)計(jì)高度為0.46m，再由公式（3-4）及已知數(shù)據(jù)得13.1，比較可知機(jī)架一受到的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于，也就是機(jī)架具有足夠的強(qiáng)度，滿足要求。機(jī)架二、機(jī)架三所受的力較機(jī)架一而言要小，幾何尺寸也相差無幾，根據(jù)機(jī)架一校核所的數(shù)據(jù)知道，無論是強(qiáng)度還是剛度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足，所以據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷肯定滿足。反而是機(jī)架一與二之間的連接螺栓由于皮帶對(duì)軸拉力作用產(chǎn)生彎矩，受拉一邊的螺栓受力比較大需要進(jìn)行校核。 3.8.3機(jī)架連接螺栓的校核 在校核之前我們必須算出皮帶通過帶輪作用于軸上的力，因?yàn)檫@個(gè)力是直接通過機(jī)架傳遞給螺栓的。下面是求對(duì)軸作用力的公式： ——軸所受的拉力 單位N： z ——皮帶根數(shù)，從同組人員那得到的數(shù)據(jù)為5根； ——單根皮帶初拉力 單位N； ——小帶輪的包角； ——計(jì)算功率=，工況系數(shù)，P實(shí)際功率； ——帶輪的圓周速度 單位m/s； ——小帶輪的包角系數(shù)； q——每米帶長(zhǎng)的質(zhì)量 單位kg/m。 根據(jù)機(jī)架的受力位置我們得到這樣一個(gè)力學(xué)模型如圖3-6： 圖3-6 機(jī)架的受力模型 ——螺栓對(duì)機(jī)架的作用力 單位 。 由于是四個(gè)螺栓作用我們根據(jù)關(guān)系可以得到： 由公式及已知的數(shù)據(jù)我們可以得到。再參照選粉機(jī)電機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)時(shí)螺栓連接處預(yù)緊力一般取以上，所以螺栓的總受力為安全起見下面就可以根據(jù)公式求拉應(yīng)力： ——螺栓受到的拉應(yīng)力 單位； S ——螺栓的截面積 單位。 由于我們選的是M16的螺栓，危險(xiǎn)截面對(duì)應(yīng)螺紋小徑處的面積約為140，根據(jù)公式（3-8）得43，除拉應(yīng)力外，在螺栓受拉的過程中還受到螺紋副間摩擦阻矩的作用產(chǎn)生切應(yīng)力，對(duì)于M10～M64的螺栓=0.5，再根據(jù)第四強(qiáng)度理論：57Mpa 螺栓的抗拉伸強(qiáng)度極限為，動(dòng)載情況下許用應(yīng)力安全系數(shù)為S=2.5～4，我們?nèi)?計(jì)算得到許用應(yīng)力[]==82.5Mpa，由于，所以滿足要求。 第4章 基于Pro/E的三維設(shè)計(jì) 4.1 Pro/E三維設(shè)計(jì)軟件概述 Pro/Engineer操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。 Pro/Engineer和WildFire是PTC官方使用的軟件名稱，但在中國(guó)用戶所使用的名稱中，并存著多個(gè)說法，比如ProE、Pro/E、破衣、野火等等都是指Pro/Engineer軟件，proe2001、proe2.0、proe3.0、proe4.0、proe5.0、creo1.0\creo2.0等等都是指軟件的版本。 Pro/E第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來解決特征的相關(guān)性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上。Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。 （1）參數(shù)化設(shè)計(jì) 相對(duì)于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。但是無法在零件模塊下隱藏實(shí)體特征。 （2）基于特征建模 Pro/E是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過的簡(jiǎn)易和靈活。 （3）單一數(shù)據(jù)庫(kù)（全相關(guān)） Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有任何變動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)，價(jià)格也更便宜。 Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實(shí)體零件及組裝造型，三維上色，實(shí)體或線框造型，完整工程圖的產(chǎn)生及不同視圖展示（三維造型還可移動(dòng)，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/Engineer是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來實(shí)現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽殼（Shells）等，采用這種手段來建立形體，對(duì)于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號(hào)式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個(gè)參數(shù)改變，其他相關(guān)的特征也會(huì)自動(dòng)修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機(jī)上或一些支持Postscript格式的彩色打印機(jī)。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來實(shí)現(xiàn)，用戶更可配上 Pro/Engineer軟件的其它模塊或自行利用 C語(yǔ)言編程，以增強(qiáng)軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下（沒有任何附加模塊）具有大部分的設(shè)計(jì)能力，組裝能力（運(yùn)動(dòng)分析、人機(jī)工程分析）和工程制圖能力（不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS標(biāo)準(zhǔn)），并且支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀（HP，HPGL）和黑白及彩色打印機(jī)的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer功能如下： （1）特征驅(qū)動(dòng)（例如：凸臺(tái)、槽、倒角、腔、殼等）； （2）參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）； （3）通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來進(jìn)行設(shè)計(jì)； （4）支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì)（規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro/PROGRAM的各種能用零件設(shè)計(jì)的程序化方法等）。 （5）貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性（任何一個(gè)地方的變動(dòng)都將引起與之有關(guān)的每個(gè)地方變動(dòng)）。其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展 Pro/ENGINEER的基本功能。 4.2三維設(shè)計(jì) 4.2.1機(jī)架 機(jī)架如下圖示： 圖4-1機(jī)架 4.2.2絲杠螺母 絲杠螺母設(shè)計(jì)結(jié)果如下圖示： 圖4-2絲杠螺母 4.2.3鋸條滑塊 鋸條滑塊設(shè)計(jì)結(jié)果如下圖示： 圖4-3鋸條滑塊 4.2.4鋸片滑塊 鋸片滑塊設(shè)計(jì)結(jié)果如下圖示： 圖4-4 鋸片滑塊 4.3三維裝配 4.3.1絲杠螺母副分總成 絲杠螺母副分總成裝配結(jié)果如下圖示： 圖4-5 絲杠螺母副分總成裝配 4.3.2鋸條箱分總成 鋸條箱分總成裝配結(jié)果如下圖示： 圖4-6 鋸條箱分總成裝配 4.3.3鋸片箱分總成 鋸片箱分總成裝配結(jié)果如下圖示： 圖4-7 鋸片箱分總成裝配 4.3.4總成 總成裝配結(jié)果如下圖示： 圖4-7總成裝配 總 結(jié) 隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提