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商 丘
工學(xué)院
2015-JXLW
專業(yè)代碼-編號(hào)
本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
一種采用四桿機(jī)構(gòu)的電動(dòng)欄桿的設(shè)計(jì)
學(xué) 院
小三號(hào)黑體居中（下同）
專 業(yè)
學(xué) 號(hào)
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
提交日期
年 月 日
誠(chéng) 信 承 諾 書
本人鄭重承諾和聲明:
我承諾在畢業(yè)論文撰寫過(guò)程中遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定,恪守學(xué)術(shù)規(guī)范,此畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))中均系本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成,沒(méi)有剽竊、抄襲他人的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)、思想和成果,沒(méi)有篡改研究數(shù)據(jù),凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料,均作了注釋,如有違規(guī)行為發(fā)生,我愿承擔(dān)一切責(zé)任,接受學(xué)校的處理,并承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者簽名：
年 月 日
41
摘 要
本文對(duì)電動(dòng)欄桿的設(shè)計(jì)研究進(jìn)行了深入的介紹和分析，設(shè)計(jì)了一種采用四桿機(jī)構(gòu)的。對(duì)該機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行了詳盡的說(shuō)明，主要零部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和理論設(shè)計(jì)計(jì)算。電動(dòng)欄桿機(jī)在小區(qū)，道路，碼頭，隧道，港口，商場(chǎng)的禁行管理大規(guī)模使用的設(shè)備小型機(jī)電一體化的有機(jī)結(jié)合，機(jī)械，電氣，控制。其被設(shè)計(jì)為產(chǎn)品倍的壽命的功率消耗的技術(shù)水平電動(dòng)欄桿系統(tǒng)，可靠性很大的影響，這樣的設(shè)計(jì)和時(shí)代的發(fā)展，所討論的測(cè)試，必須具有足夠的技術(shù)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。
采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)作為欄桿機(jī)的末級(jí)傳動(dòng)，利用了曲柄連桿機(jī)構(gòu)系統(tǒng)在欄桿啟閉時(shí)速度為零的速度特性，并將欄桿啟閉運(yùn)動(dòng)慣性力沖擊作用在機(jī)座內(nèi)部， 有效改 善欄桿在末位的沖擊震顫。 但是整體指標(biāo)不穩(wěn)定將會(huì) 導(dǎo)致工作效率低、 終點(diǎn)抖動(dòng)、調(diào)整困難以及壽命短、電機(jī)過(guò)熱等一系列問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：優(yōu)化設(shè)計(jì);減速器;四桿機(jī)構(gòu);電動(dòng)欄桿
ABSTRACT
In this paper, electric fence design study conducted in-depth description and analysis, designed a four-bar mechanism. The main parameters of the machine for a detailed description of the main components were designed institutional, structural optimization and theoretical design calculations. Combine compact mechatronic device electric barrier in the district, roads, docks, tunnels, ports, shopping malls and large-scale use of forbidden line management, mechanical, electrical, control. Technical level electric fence system which is designed for the product life times of power consumption, reliability, greatly affected the development of this design and the times, the test in question must have sufficient theoretical basis for the technical design.
Uses crank linkage as a barrier final drive, use the speed characteristics when the crank rod system railing opening and closing speed is zero, and the opening and closing movement railing impact inertial force base in the interior, effectively improve the railing impact in the bottom of the tremor. However, the overall index of instability will lead to low efficiency, the end jitter, adjustment difficulties and short-lived, motor overheating and other issues.
Keywords: Optimal design; reducer; four bodies; electric fence
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 選題背景與意義 1
1.2 電動(dòng)欄桿的使用現(xiàn)狀及發(fā)展前景 1
1.3 主要內(nèi)容 2
1.4 擬解決的主要問(wèn)題 3
第2章 一種采用四桿機(jī)構(gòu)的電動(dòng)欄桿總體設(shè)計(jì) 4
2.1 系統(tǒng)方案分析 4
2.2結(jié)構(gòu)方案 4
2.3估算功率 4
2.4 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
2.4.1確定設(shè)計(jì)變量 11
2.4.2建立目標(biāo)函數(shù) 11
2.4.3確定約束條件 12
2.4.4寫出優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 13
2.5 機(jī)構(gòu)受力分析 14
第3章 傳動(dòng)部分的計(jì)算 16
3.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 16
3.2選擇帶型 17
3.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速 17
3.4確定中心距離、帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度并驗(yàn)算小輪包角 18
3.5確定帶的根數(shù)z 19
3.6確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 19
3.7確定帶的張緊裝置 19
3.8計(jì)算壓軸力 19
第4章 主軸組件要求與設(shè)計(jì)計(jì)算 21
4.1 主軸的基本要求 21
4.1.1 旋轉(zhuǎn)精度 21
4.1.2 剛度 21
4.1.3 抗振性 22
4.1.4 溫升和熱變形 22
4.1.5 耐磨性 22
4.2 主軸組件的布局 22
4.3 主軸結(jié)構(gòu)的初步擬定 23
4.4 主軸的材料與熱處理 23
4.5 主軸的技術(shù)要求 23
4.6 主軸直徑的選擇 23
4.7 主軸前后軸承的選擇 24
4.8 軸承的選型及校核 25
4.9 主軸前端懸伸量 26
4.10 主軸支承跨距 27
4.11 主軸結(jié)構(gòu)圖 27
4.12 主軸組件的驗(yàn)算 27
4.12.1 支承的簡(jiǎn)化 27
4.12.2 主軸的撓度 28
4.12.3 主軸傾角 29
第5章 鍵的選擇與校核 36
5.1 帶輪1上鍵的選擇與校核 36
5.1.1鍵的選擇 36
5.1.2 鍵的校核 36
5.2 帶輪2上鍵的選擇與校核 37
5.2.1 鍵的選擇 37
5.2.2 鍵的校核 38
第6章 控制電路的設(shè)計(jì) 39
6.1 引言 39
6.2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 39
6.2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器L298控制直流減速電機(jī)部分 39
6.2.2 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 40
6.2.3 顯示單元的設(shè)計(jì) 40
6.2.4 數(shù)字鐘電路 41
6.3 軟件設(shè)計(jì) 41
6.3.1 顯示模塊子程序 42
6.3.2 按鍵識(shí)別報(bào)警子程序 43
總結(jié)與展望 44
致 謝 45
參 考 文 獻(xiàn) 46
第1章 緒論
第1章 緒論
1.1 選題背景與意義
這幾年來(lái)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展很快，中國(guó)的城市化水平也加大步伐發(fā)展，以提高人民生活水平的提高，汽車的數(shù)量正在增加。截至2003年底，中國(guó)的個(gè)人汽車的所有權(quán)是12427672。在這些中，對(duì)于比一個(gè)個(gè)人汽車4890387,2002更增加了1462441，增加了42.7％。汽車數(shù)量是由于整體經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，同時(shí)顯著在停車場(chǎng)的設(shè)計(jì)，合理的解決城市交通量，不僅給城市的充電，安全，必須加強(qiáng)正常運(yùn)作的重要組成部分，提高了停車場(chǎng)的小區(qū)。技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)的文明和人民的進(jìn)步，已經(jīng)不能滿足傳統(tǒng)停車場(chǎng)管理，更安全，更高效的停車場(chǎng)門系統(tǒng)和工作人員，小區(qū)物業(yè)的阻隔居民的它是為了確保安全。通過(guò)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)控制，然后，在垂直和水平擺動(dòng)的欄桿系統(tǒng)中，為了減速的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)到循環(huán)的欄桿上，是依賴于系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)上：電動(dòng)欄桿作品。電動(dòng)欄桿，自鎖，反饋，有保護(hù)等功能，你需要有一個(gè)具有大量外圍設(shè)備的接口。
1.2 電動(dòng)欄桿的使用現(xiàn)狀及發(fā)展前景
在收費(fèi)站的入口處并由此可以看出同樣的事情化合物的道路，這是電動(dòng)欄桿。電動(dòng)欄桿的發(fā)明，來(lái)緩解顯著的收費(fèi)站工作人員的任務(wù)，沒(méi)有他們需要人工唯一的障礙，你以同樣的方式和以前一樣自由，吊裝，它是由車輛控制下降后，就可以控制電動(dòng)?xùn)艡冢阈枰磿r(shí)間和稅收開關(guān)浪費(fèi)。城市化速度加快，在中國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施和住房建設(shè)，越來(lái)越多的需求是通過(guò)增加停車欄桿的數(shù)量相匹配。
車禍功能電動(dòng)?xùn)艡冢很囕v感應(yīng)線圈面積，如果你能防止汽車爆炸欄桿臂自動(dòng)抬起欄桿將在比水平臂角度15°以下的范圍。
需要：自動(dòng)泊車極，因?yàn)槟憬?jīng)常使用，這樣一來(lái)，影響到自己的生活，你會(huì)被不同程度的損壞。該碰撞要求，您將需要越來(lái)越多地處理。不管怎么樣的停車場(chǎng)的具有電動(dòng)欄桿的入口，電動(dòng)欄桿是，不僅是有可能，有門的公寓，不適合停車門的各種細(xì)胞。其中，為了提高它，以改善自己的生活，為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期我們，您將需要處理的影響的問(wèn)題日益嚴(yán)重。
發(fā)展前景：
電動(dòng)欄桿是為了解決停車問(wèn)題，大城市的有效途徑。土地資源的限制，在全市亞洲特別顯示，因?yàn)樵诖蟪鞘械臓顟B(tài)下，更廣泛的機(jī)械式停車設(shè)備在亞洲使用，亞洲大部分地區(qū)顯示當(dāng)前的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，日本，韓國(guó)，中國(guó)停車市場(chǎng)，和其他地點(diǎn)。
該技術(shù)在亞洲的電動(dòng)欄桿，從20世紀(jì)60年代機(jī)電動(dòng)欄桿的研發(fā)，生產(chǎn)，銷售，開始從事服務(wù)，已通過(guò)40多年的歷史日本發(fā)源地。日本目前，該公司生產(chǎn)的200家企業(yè)，約生產(chǎn)，一直從事機(jī)械車庫(kù)和設(shè)備的開發(fā)約100或更多的機(jī)器電動(dòng)欄桿，和大型企業(yè)的新，你有IHI，日精，三菱重工。今年以來(lái)日本的作業(yè)機(jī)停車場(chǎng)，90年超過(guò)10萬(wàn)輛。目前日本3000000，傳送主提升和電動(dòng)欄桿已放置待上面使用一個(gè)機(jī)械式停車。日本，多級(jí)提升和垂直升降型，循環(huán)型，垂直循環(huán)類，其它產(chǎn)品級(jí)便于升降的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械電動(dòng)欄桿技術(shù)的韓國(guó)協(xié)會(huì)是日本技術(shù)的衍生物。自從開始在20世紀(jì)80年代到70年代中期，在行業(yè)內(nèi)，消化和本地化生產(chǎn)后，在上世紀(jì)90年代，它開始推出開始進(jìn)入使用階段，日本技術(shù)。這些階段為了得到政府近年來(lái)非常重要的，各種機(jī)械和電子圍欄普遍發(fā)展和使用，因?yàn)樗尤氲巾n國(guó)，增速在30％左右。目前，韓國(guó)是電動(dòng)欄桿行業(yè)已進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展階段。
此前歐洲，德國(guó)，從事意大利電網(wǎng)和其他歐洲國(guó)家的開發(fā)和生產(chǎn)。好公司：我喜歡意大利Sotefin，國(guó)際米蘭，巴黎德國(guó)。對(duì)于歐洲的土地資源相對(duì)豐富，但表現(xiàn)并不在停車場(chǎng)的問(wèn)題十分突出，電動(dòng)?xùn)艡诘膽?yīng)用量不是很大。此外，通路，是非常好的大多數(shù)應(yīng)用程序的多個(gè)產(chǎn)品被轉(zhuǎn)移到解除堆疊產(chǎn)物。德國(guó)，歐洲國(guó)家如意大利，胡同的主要產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。中國(guó)在80年代初的發(fā)展，它開始使用機(jī)器電動(dòng)欄桿。在80年代初的階段，尤其是汽車的家庭后，逐步擴(kuò)大電動(dòng)欄桿的應(yīng)用，在汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和建筑行業(yè)，90年代以來(lái)，有，??形成了引進(jìn)，開發(fā)，一個(gè)新的電動(dòng)欄桿行業(yè)在制造業(yè)利用有電動(dòng)欄桿相結(jié)合，開發(fā)的初始階段，已涉及約100號(hào)，生產(chǎn)承載目前超過(guò)50家制造商的公司。
目前，逐漸重視國(guó)內(nèi)研究電動(dòng)欄桿，技術(shù)研究機(jī)構(gòu)和眾多domestic've高校進(jìn)行投資的工作，它已成為電動(dòng)欄桿的各個(gè)方面。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)，訪問(wèn)策略，可靠性分析，研究和生產(chǎn)技術(shù)，我們已經(jīng)設(shè)出得了一系列的成果。與此同時(shí)，國(guó)家也提高了，這是關(guān)系到進(jìn)一步發(fā)展和停車法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)劃指導(dǎo)，加強(qiáng)技術(shù)開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化，我們已經(jīng)制定了一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的電動(dòng)欄桿。在另一方面，中央政府和地方政府，法律的規(guī)定，出臺(tái)了一系列停車場(chǎng)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃管理的發(fā)展。自2004年以來(lái)，國(guó)家工商總局檢疫質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)和許可審核工作的電動(dòng)欄桿的公司，而不是在2005年3月31日，規(guī)定，不得從事生產(chǎn)的企業(yè)的電動(dòng)欄桿工作生產(chǎn)許可證被收購(gòu)。
從1980年代末，中國(guó)的停車產(chǎn)業(yè)在城市地區(qū)后，經(jīng)過(guò)10多年的發(fā)展，已形成了現(xiàn)在了一定的規(guī)模，在發(fā)展的初期階段，車庫(kù)建設(shè)剛剛開始，在一些在車庫(kù)中的機(jī)器的城市它仍是空白。停車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也有一些問(wèn)題還是：第一，大部分電動(dòng)欄桿公司其他都是中小型企業(yè)，具有一定規(guī)模，發(fā)展不平衡，以及有關(guān)大型20大中型骨干企業(yè)弱形成的，技術(shù)，缺乏自主開發(fā)能力，依靠引進(jìn)國(guó)外技術(shù)圖紙，。第二，產(chǎn)品的范圍內(nèi)增加，是質(zhì)量，可靠性，安全性，耐久性是一個(gè)很大的問(wèn)題，有一種技術(shù)水平，很難保證產(chǎn)品的質(zhì)量。三，停車產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)開始發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)是殘酷的，目前整體產(chǎn)能過(guò)剩，價(jià)格低，且部分產(chǎn)品，已經(jīng)跌破行業(yè)平均成本你。
1.3 主要內(nèi)容
當(dāng)提起欄桿，使總的時(shí)刻是哪里接近零系統(tǒng)，以利用運(yùn)動(dòng)和勢(shì)能的全額，通過(guò)電阻的動(dòng)態(tài)平衡時(shí)刻的內(nèi)部平衡機(jī)構(gòu)，輸出軸彈簧能量?jī)?chǔ)存機(jī)構(gòu)的房子被設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換，以延長(zhǎng)和填充系統(tǒng)的抗干擾加負(fù)荷壽命的主體的驅(qū)動(dòng)力最小化。由于角度的旋轉(zhuǎn)成比例的垂直欄桿阻力矩和正弦變化，彈簧平衡系統(tǒng)，所以將需要產(chǎn)生一個(gè)近正弦波跟蹤扭矩的百分比。欄桿的角度被改變，因?yàn)樵搹埩妥兓谋鄣姆较虻拇笮?，因?yàn)楹?jiǎn)單的規(guī)則和張力彈簧必須遵循轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)變化。因此，設(shè)計(jì)一種理論認(rèn)為存在著必須采設(shè)出有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)的想法連續(xù)變量的計(jì)算一個(gè)以上的。
在本設(shè)計(jì)中，包括可以成為第一個(gè)機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計(jì)類，機(jī)械拉絲級(jí)，機(jī)械工程控制，機(jī)械工程材料和機(jī)械，以及彈簧配重電動(dòng)欄桿在這些材料的設(shè)計(jì)過(guò)程中的信息它會(huì)在我們了解了整個(gè)春天重電動(dòng)欄桿相關(guān)技術(shù)，發(fā)展趨勢(shì)，現(xiàn)在的文學(xué)被應(yīng)用，一些國(guó)內(nèi)外;第二，利用這一信息是合理的，你設(shè)計(jì)過(guò)程初步結(jié)構(gòu)分析，并能夠開發(fā)一種設(shè)計(jì)方案;在最后，電機(jī)選擇設(shè)計(jì)，計(jì)算和動(dòng)作控制，根據(jù)需要在臂設(shè)計(jì)處理材料以檢查欄桿的其它注釋，我們，你可以得到一些相關(guān)文獻(xiàn)的指導(dǎo)和幫助。
1.4 擬解決的主要問(wèn)題
在早期的日子里做準(zhǔn)備跟很多文獻(xiàn)，以了解重電動(dòng)欄桿的彈簧結(jié)構(gòu)，在CAD，將需要一些工具，比如自己喜歡的書，精心繪制上部分機(jī)器手冊(cè)理解它的結(jié)構(gòu)，以及相關(guān)的材料和引用，而且，當(dāng)有必要能夠選擇的植物的研究，最后，在上述條件下，該項(xiàng)目它已經(jīng)以完成必要的操作條件得到滿足。
第2章 一種采用四桿機(jī)構(gòu)的電動(dòng)欄桿總體設(shè)計(jì)
第2章 一種采用四桿機(jī)構(gòu)的電動(dòng)欄桿總體設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)方案分析
通常情況下，電動(dòng)欄桿是具有機(jī)械傳動(dòng)，電機(jī)，皮帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，減速曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)小皮帶通過(guò)皮帶傳動(dòng)的工作，通過(guò)一個(gè)曲柄機(jī)構(gòu)，用于驅(qū)動(dòng)該電動(dòng)欄桿減速齒輪的輸出軸。因?yàn)樵谝粋€(gè)水平或垂直位置的連桿。一些電動(dòng)欄桿低速電機(jī)，直驅(qū)電機(jī)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。
2.2結(jié)構(gòu)方案
示意圖如圖2.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)表示，整個(gè)主體結(jié)構(gòu)和工作原理如下。曲軸由一整周的一個(gè)點(diǎn)減速齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)A的中心，以搖擺驅(qū)動(dòng),;，繞點(diǎn)D，齒條4 3欄桿90度角;連桿2連接到硬盤搖桿5欄桿臂; 6通常欄桿的平衡的平衡驅(qū)動(dòng)臂后，已經(jīng)由生產(chǎn)商，張力彈簧，以便采設(shè)出平衡指定的欄桿臂的重量是不大于幾個(gè)5N?米的時(shí)刻。曲柄下限位置的AC'，升高至豎直位置逆時(shí)針帳戶欄桿臂，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)以定位光盤搖桿擺動(dòng)，
曲柄移動(dòng)水平位置，順時(shí)針打開上的按鈕，將繼續(xù)在欄桿位置旋轉(zhuǎn)到“逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
圖2.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的示意圖
2.3估算功率
因運(yùn)行中帶傳動(dòng)的損耗，找出相關(guān)引用書目可以設(shè)出，
=V帶的效率,=第一、二對(duì)軸承的效率， =聯(lián)軸器的效率。
電機(jī)所需預(yù)估需要是2.2KW：
找出相關(guān)引用書目得：
參數(shù)表2-1：
表2-1 Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率 KW
滿載轉(zhuǎn)速 r/min
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩
質(zhì)量 Kg
Y132M-4
2.2
同步轉(zhuǎn)速1500 r/min,4級(jí)
1440
2.2
22
81
（a）
（b）
圖2-3 電動(dòng)機(jī)的安裝及外形尺寸示意圖
表2-2 電動(dòng)機(jī)的安裝技術(shù)參數(shù)
中心高/mm
外型尺寸/mm
L×（AC/2+AD）×HD
底腳安裝 尺寸A×B
地腳螺栓 孔直徑K
軸伸尺 寸D×E
裝鍵部位
尺寸F×GD
132
515× 345× 315
216 ×178
12
38× 80
10 ×43
2.4 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖2-4 四連桿機(jī)構(gòu)
結(jié)合，這樣的連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是在機(jī)械設(shè)計(jì)非常重要的，最優(yōu)化，最常見(jiàn)的機(jī)制，實(shí)施研究活動(dòng)也被最廣泛使用的。許多文獻(xiàn)，如何為一個(gè)四桿連接，平五具尸體，靈活的連桿機(jī)構(gòu)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)，滑輪連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化，有凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)和齒輪聯(lián)動(dòng)等機(jī)構(gòu)的描述。典型的四桿連接，融合提供再現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)和部分四連桿機(jī)構(gòu)的職能，連桿機(jī)構(gòu)通常是手冊(cè)中包含的優(yōu)化方法和過(guò)程。
的二次鏈接參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化是優(yōu)化四連桿調(diào)整機(jī)構(gòu)，以使所述運(yùn)動(dòng)并以達(dá)到最小的運(yùn)動(dòng)提供的發(fā)動(dòng)機(jī)之間的誤差。因此，四桿連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，就是以這種方式找到的最小集合的四桿連桿運(yùn)動(dòng)誤差的機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)。確定所述四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)后，可能的是，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳設(shè)計(jì)。
四連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化模型和優(yōu)化模型來(lái)解決兩個(gè)主要過(guò)程。以確定優(yōu)化程序來(lái)確定給定的設(shè)計(jì)變量，目標(biāo)函數(shù)，和在相應(yīng)的約束寫入諸如棒長(zhǎng)度的條件下，傳輸角度的條件下，在設(shè)計(jì)上的機(jī)構(gòu)的限制，諸如由四桿連桿機(jī)構(gòu)的分析，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)模型將創(chuàng)建一個(gè)機(jī)制。
以下描述了四連桿功能以再現(xiàn)設(shè)計(jì)模型的優(yōu)化。聯(lián)動(dòng)主要是確定使用圖形方法或機(jī)制分析的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，選擇對(duì)應(yīng)于輸入構(gòu)件的輸出構(gòu)件和多個(gè)位置和設(shè)計(jì)，以播放。圖2-4是平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，、、和表示四個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度，桿AB是輸入構(gòu)件。假設(shè)圖1所示的平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)再現(xiàn)給定函數(shù)為，即，則機(jī)構(gòu)位置設(shè)出決于、、、鉸鏈A的位置、AD與機(jī)架x軸夾角以及輸人構(gòu)件轉(zhuǎn)角等七個(gè)變量。
為簡(jiǎn)化問(wèn)題，可令A(yù)的位置為，，構(gòu)件的長(zhǎng)度為1(參考構(gòu)件)，由此可將問(wèn)題維數(shù)降為四維，并不影響構(gòu)件輸入、輸出的函數(shù)關(guān)系。由此可以得到輸出構(gòu)件轉(zhuǎn)角外與輸入構(gòu)件轉(zhuǎn)角之間的函數(shù)關(guān)系式：
1.
機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)就是使得輸出構(gòu)件轉(zhuǎn)角與給定值在，所有位置上的誤差最小。因此機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)可用下式表示
2.
當(dāng)輸入構(gòu)件轉(zhuǎn)角為時(shí)，輸出構(gòu)件轉(zhuǎn)角外可由下式求得，
3.
式子里，
所以
4.
將上式代入式3.，并令代表設(shè)計(jì)變量、、及，機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)可寫是，
5.
??機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件應(yīng)根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況確定。例如曲柄搖桿式四連桿機(jī)構(gòu)必須滿足如下關(guān)系式：
或
6.
????如果機(jī)構(gòu)要求傳動(dòng)靈活可靠，則傳動(dòng)角應(yīng)滿足：
或
其中
從上式可知，傳動(dòng)角隨的變化而變化，當(dāng)為最大值時(shí)，為最小，為最小值時(shí)，為最大。要滿足上式條件，約束方程應(yīng)是，
曲柄搖桿機(jī)構(gòu)有，因此，約束方程為
7.
? 當(dāng)所選定的設(shè)計(jì)變量為構(gòu)件長(zhǎng)度時(shí)，則構(gòu)件長(zhǎng)度必須是正數(shù)，即約束方程為
式中是為了使構(gòu)件長(zhǎng)度不小于而設(shè)的。
??此外，由于具體結(jié)構(gòu)尺寸的限制，往往對(duì)某些構(gòu)件的長(zhǎng)度限定在某一范圍內(nèi)選設(shè)出，例如連桿BC的長(zhǎng)度最短為的倍，最長(zhǎng)為的倍，即
則約束方程為：
8.
下面介紹再現(xiàn)函數(shù)為的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
先變換給定函數(shù)為，并設(shè)輸人構(gòu)件初始角為，輸出構(gòu)件初始角為，選設(shè)出輸入構(gòu)件的轉(zhuǎn)角為,輸出構(gòu)件的轉(zhuǎn)角為。當(dāng)輸入構(gòu)件從轉(zhuǎn)到時(shí)，輸出構(gòu)件從轉(zhuǎn)到，輸入構(gòu)件從轉(zhuǎn)到時(shí)，輸出構(gòu)件則從回到。顯然有及，即及。代入函數(shù)式得：
設(shè)將輸入構(gòu)件的轉(zhuǎn)角均分成20等分，則，設(shè)出權(quán)因子，再令代表設(shè)計(jì)變量、、及，則由式5.得曲柄連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為
????曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)約束條件如下：
????由式6.得：
要求傳動(dòng)角滿足，由式7.得：
根據(jù)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸，要求各構(gòu)件長(zhǎng)度相對(duì)機(jī)架的尺寸在給定的范圍內(nèi)，由式(8)得
因此曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型如下：
Min.
s.t.
采用內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)法和POWELL法求解曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。選擇初始懲罰參數(shù)，遞減函數(shù)e = 0.01，初始點(diǎn)，設(shè)出懲罰函數(shù)法收斂精度，POWELL法目標(biāo)函數(shù)值收斂精度，一維搜索精度。
2.4.1確定設(shè)計(jì)變量
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，由機(jī)械原理知識(shí)可知，設(shè)計(jì)變量有L1、L2、L3、L4、。將曲柄的長(zhǎng)度設(shè)出為一個(gè)單位長(zhǎng)度1，其余三桿長(zhǎng)可表示為L(zhǎng)1的倍數(shù)。由圖1所示的幾何關(guān)系可知
為桿長(zhǎng)的函數(shù)。另外，根據(jù)機(jī)構(gòu)在機(jī)器中的許可空間，可以適當(dāng)預(yù)選機(jī)架L4的長(zhǎng)度，設(shè)出L4=100，經(jīng)以上分析，只剩下L2、L3兩個(gè)獨(dú)立變量，所以，該優(yōu)化問(wèn)題的設(shè)計(jì)變量為
因此。本優(yōu)化設(shè)計(jì)為一個(gè)二維優(yōu)化問(wèn)題。
2.4.2建立目標(biāo)函數(shù)
按軌跡的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以將連桿上M點(diǎn)與預(yù)期軌跡點(diǎn)坐標(biāo)偏差最小為尋優(yōu)目標(biāo)，其偏差為和，如圖2-5。為此，把搖桿運(yùn)動(dòng)區(qū)間2到5分成S等分，M點(diǎn)坐標(biāo)有相應(yīng)分點(diǎn)與之對(duì)應(yīng)。將各分點(diǎn)標(biāo)號(hào)記作，根據(jù)均方根差可建立其目標(biāo)函數(shù)，即
，S為運(yùn)動(dòng)區(qū)間的分段數(shù)
于是由以上表達(dá)式便構(gòu)成了一個(gè)目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案（即給定），即可計(jì)算出均方根差。
圖 2-5 軌跡的優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.4.3確定約束條件
根據(jù)設(shè)計(jì)條件，該機(jī)構(gòu)的約束條件有兩個(gè)方面：一是傳遞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最小傳動(dòng)角應(yīng)大于50度；二是保證四桿機(jī)構(gòu)滿足曲柄存在的條件。以此為基礎(chǔ)建立優(yōu)化線束條件。
①保證傳動(dòng)角
圖 2-6 位置圖
按傳動(dòng)條件，根據(jù)圖2-6可能發(fā)生傳動(dòng)角最小值的位置圖，由余弦定理
（見(jiàn)圖3.9（a））
所以
（a）
（見(jiàn)圖2-6（b））
所以
（b）
式（a）、（b）為兩個(gè)約束條件，將，，，代入式（a）、（b），得
②曲柄存在的條件
按曲柄存在條件，由機(jī)械原理知識(shí)可知
，，
，
把它們寫成不等式約束條件（將，，，代入上式），得
經(jīng)過(guò)分析，上述七個(gè)約束條件式中，和為緊約束條件，為松約束條件，即滿足和的，必滿足不等式，所以本優(yōu)化問(wèn)題實(shí)際起作用的只有和兩個(gè)不等式約束條件。
2.4.4寫出優(yōu)化數(shù)學(xué)模型
綜上所述，可得本優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型為
即本優(yōu)化問(wèn)題具有兩個(gè)不等式約束的二維約束優(yōu)化問(wèn)題。
圖2-7 主要結(jié)構(gòu)圖
2.5 機(jī)構(gòu)受力分析
該步行機(jī)構(gòu)的受力情況如圖3.10所示。由于該機(jī)構(gòu)中所有連桿均為二力桿，即只受軸向力作用。設(shè)圖中所有連桿所受的拉力為正，壓力為負(fù)。Ⅳ為地面對(duì)車輪的支撐力，月川為11個(gè)連桿的內(nèi)力，矽】、汐2分別為連桿9和連桿5與水平線的夾角， y1、r2分別為連桿10和連桿6與水平線的夾角，妒為曲軸11與水平線的夾角。由力的平衡條件可得方程組：
上面的等式5.的聯(lián)立方程式3.1和3-6，相應(yīng)的力Ⅳ的時(shí)間支持水平，能夠解決從腿行走機(jī)構(gòu)的曲軸11的角度在內(nèi)部力的大小的每一個(gè)環(huán)節(jié)。它假定恒定的車輪支撐力，當(dāng)曲軸11旋轉(zhuǎn)的面貌，也會(huì)改變各環(huán)節(jié)的內(nèi)部力量。模擬曲柄軸的旋轉(zhuǎn)?？梢缘玫焦β是€的內(nèi)側(cè)，曲柄軸的一轉(zhuǎn)的腿的一個(gè)連桿。每個(gè)鏈路，以便優(yōu)化機(jī)制，其可以是橫截面面積的設(shè)計(jì)合理，根據(jù)每個(gè)環(huán)節(jié)的狀況的力的大小。
第3章 傳動(dòng)部分的計(jì)算
第3章 傳動(dòng)部分的計(jì)算
3.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
輸入功率P=2.2kW,轉(zhuǎn)速n1=1440r/min,n2=500r/min
表3-1 工作情況系數(shù)
工作機(jī)
原動(dòng)機(jī)
ⅰ類
ⅱ類
一天工作時(shí)間/h
10~16
10~16
載荷
平穩(wěn)
液體攪拌機(jī)；離心式水泵；通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)（）；離心式壓縮機(jī)；輕型運(yùn)輸機(jī)
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷
變動(dòng)小
帶式運(yùn)輸機(jī)（運(yùn)送砂石、谷物），通風(fēng)機(jī)（）；發(fā)電機(jī)；旋轉(zhuǎn)式水泵；金屬切削機(jī)床；剪床；壓力機(jī)；印刷機(jī)；振動(dòng)篩
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷
變動(dòng)較大
螺旋式運(yùn)輸機(jī)；斗式上料機(jī)；往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)；鍛錘；磨粉機(jī)；鋸木機(jī)和木工機(jī)械；紡織機(jī)械
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.6
載荷
變動(dòng)很大
破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式、顎式等）；球磨機(jī)；棒磨機(jī)；起重機(jī)；挖掘機(jī)；橡膠輥壓機(jī)
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
按以上載荷平穩(wěn)，找出相關(guān)引用書目表格，
設(shè)KA＝1.1。即PA=1.1X2.2=2.42KW
3.2選擇帶型
往往來(lái)說(shuō)，我們是要按照功率以及小帶輪的轉(zhuǎn)速這二個(gè)方面來(lái)設(shè)定整形類型的，看圖3-1。
圖3-1 帶型圖
憑算出的結(jié)果Pd值2.42kW再加上知道小帶輪的轉(zhuǎn)速1440r每分鐘，從圖中就可看到：dd=80～100，我們選A型V帶。
3.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速
從相關(guān)引用書目第頁(yè)表格中13－7找到，小帶輪基準(zhǔn)尺寸，
設(shè)得dd1=280mm> ddmin.=75 mm
表3-2 V帶帶輪最小基準(zhǔn)直徑
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
20
50
75
125
200
355
500
從相關(guān)引用書目表格13-4找出“V帶輪的基準(zhǔn)直徑”，設(shè)=250mm
① 誤差驗(yàn)算傳動(dòng)比： （為彈性滑動(dòng)率）
誤差 滿足條件
② 帶速
滿足5m/s
300mm，應(yīng)該用E型輪輻式帶輪。
所以，小帶輪用H型孔板式，大帶輪用E型輪輻式的構(gòu)造。
帶輪的材料：灰鑄鐵，HT200。
3.7確定帶的張緊裝置
選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便的定期調(diào)整中心距的張緊裝置。
3.8計(jì)算壓軸力
從相關(guān)引用書目從找到，初拉力是，上面已得到=153.36o，z=4，因此計(jì)算得
表3-5 普通V帶輪的輪槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92）
項(xiàng)目
符號(hào)
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
基準(zhǔn)寬度
b p
5.3
8.5
11.0
14.0
19.0
27.0
32.0
基準(zhǔn)線上槽深
h amin
1.6
2.0
2.75
3.5
4.8
8.1
9.6
基準(zhǔn)線下槽深
h fmin
4.7
7.0
8.7
10.8
14.3
19.9
23.4
槽間距
e
8 ± 0.3
12 ± 0.3
15 ± 0.3
19 ± 0.4
25.5 ± 0.5
37 ± 0.6
44.5 ± 0.7
第一槽對(duì)稱面至端面的距離
f min
6
7
9
11.5
16
23
28
最小輪緣厚
5
5.5
6
2.2
10
12
15
帶輪寬
B
B =( z -1) e + 2 f ? z —輪槽數(shù)
外徑
d a
輪 槽 角
32°
對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)直徑 d d
≤ 60
-
-
-
-
-
-
34°
-
≤ 80
≤ 118
≤ 190
≤ 315
-
-
36°
60
-
-
-
-
≤ 475
≤ 600
38°
-
＞ 80
＞ 118
＞ 190
＞ 315
＞ 475
＞ 600
極限偏差
± 1
± 0.5
V帶輪按腹板[輪輻]結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式：
[1] 實(shí)心帶輪：用于尺寸較小的帶輪，見(jiàn)下圖。
[2] 腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪，見(jiàn)下圖。
[3] 孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪，見(jiàn)下圖 。
[4] 橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪，見(jiàn)下圖。
（a） （b） （c） （d）
圖3-2 帶輪結(jié)構(gòu)類型
現(xiàn)在我們可以得出結(jié)果：小帶輪用實(shí)心帶輪A,大帶輪選孔板帶輪C。
第4章 主軸組件要求與設(shè)計(jì)計(jì)算
第4章 主軸組件要求與設(shè)計(jì)計(jì)算
主軸部件是機(jī)器的一個(gè)特殊的成員，它的功能是支撐表面形成的運(yùn)動(dòng)，而且運(yùn)動(dòng)和傳遞扭矩的旋轉(zhuǎn)截?cái)嗟挚跪?qū)動(dòng)力負(fù)載。通過(guò)主軸單元上的一個(gè)特殊的加工質(zhì)量和生產(chǎn)力有直接影響的執(zhí)行，所以它是特別重要的組成部分。
主軸和相同的一般的一點(diǎn)是，施加力都傳遞運(yùn)動(dòng)和扭矩傳遞，應(yīng)確保致動(dòng)器的正常運(yùn)行和被支撐工件，但攜帶灰燼直接切削力，還能獲得工件或工具表面浮子運(yùn)動(dòng)的形式，使主軸更高的要求。
4.1 主軸的基本要求
4.1.1 旋轉(zhuǎn)精度
精度是指主軸手動(dòng)或低速的旋轉(zhuǎn)軸無(wú)負(fù)載，主軸間隙和軸向間隙面的徑向定位表面和搖擺值。圖4-1：用實(shí)線的曲線表示旋轉(zhuǎn)的理想軸線，虛線，有效樞軸軸線。當(dāng)工作軸旋轉(zhuǎn)速度，主軸旋轉(zhuǎn)軸在空間中的漂移是運(yùn)動(dòng)精度。
回轉(zhuǎn)精度主軸單元取決于主要部件（軸，軸承和軸承座等），制造精度和組裝精度的調(diào)整，設(shè)計(jì)精度還依賴于速度，性能和軸承的潤(rùn)滑和主軸動(dòng)力學(xué)的軸組件。各類常見(jiàn)的特殊主軸的旋轉(zhuǎn)精度是準(zhǔn)確的特殊標(biāo)準(zhǔn)，特別是主軸精度的特定成員的工件精度決定。
圖4-1 主軸的旋轉(zhuǎn)誤差
4.1.2 剛度
主軸剛度大會(huì)?指的是能力，當(dāng)受到外部負(fù)載，如圖4-2所示在K = F / Y，剛度相互Y /?F簡(jiǎn)稱為符合抗變形。軸組件的剛性，是軸，軸承和軸承座的剛性，這直接影響旋轉(zhuǎn)組件的軸線的精確度的擴(kuò)展圖。顯然，心軸組件的較高的剛度，因?yàn)檩^小的后變形力，缺乏剛性的必須是在操作中精確地，前部軸的彈性變形直接影響工件的精度，在傳輸質(zhì)量，主軸驅(qū)動(dòng)裝置的變形劣化接合條件軸承和側(cè)壓，造成遠(yuǎn)這些部件的磨損，壽命短，在光滑工件主軸方面將根據(jù)功率和功率傳輸?shù)刃Ч淖兓?，由于過(guò)度的強(qiáng)迫振動(dòng)，而且容易自切削振動(dòng)，使得工件的穩(wěn)定性。
圖4-2 主軸組件靜剛度
軸組件的剛度是綜合剛度，影響主軸組件剛度的因素很多，主要有：主軸的結(jié)構(gòu)尺寸、軸承的類型及其配置型式、軸承的間隙大小、傳動(dòng)件的布置方式、主軸組件的制造與裝配質(zhì)量等。
4.1.3 抗振性
主軸單元集成剛度，許多因素軸的剛性組件包括：主軸大小，類型和制造和裝配構(gòu)造型軸承間隙尺寸，傳動(dòng)齒輪，主軸組件等的安置質(zhì)量的結(jié)構(gòu)。
主軸單元的振動(dòng)是指對(duì)受迫振動(dòng)和通過(guò)自振動(dòng)的阻力，并保持穩(wěn)定的操作的能力。在切割過(guò)程中，主軸組件不僅靜載荷的效果，而且還受到?jīng)_擊應(yīng)力和交流負(fù)載的動(dòng)作，從而使振動(dòng)的軸線。如果主軸總成的振動(dòng)性較差，在工作中振動(dòng)非常敏感，從而影響降低表面質(zhì)量，耐用性和機(jī)床主軸軸承的壽命，同時(shí)也生產(chǎn)聲環(huán)境。隨著特殊精度高，效率高對(duì)抗的要求越來(lái)越高的振動(dòng)方向發(fā)展。
振動(dòng)的主軸單元時(shí)，主要考慮通過(guò)對(duì)強(qiáng)迫振動(dòng)和自振能力電阻的大小的評(píng)價(jià)。
4.1.4 溫升和熱變形
主軸組件工作時(shí)因各種相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生了溫升，溫升使主軸組件的形狀和位置發(fā)生畸變，稱為熱變形。熱變形應(yīng)以主軸組件運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后各部分位置的變化來(lái)度量。
4.1.5 耐磨性
主軸組件的耐磨損性是保留其原始長(zhǎng)期精確度，即保留的精度的能力。因此每個(gè)主軸單元滑動(dòng)面，包括主軸支撐表面的端部，錐孔，與軸頸表面的滑動(dòng)軸承，移動(dòng)主軸套筒外表面具有很高的硬度，以提供性耐磨性。
4.2 主軸組件的布局
主軸組件的設(shè)計(jì)中，我們必須確保的基本要求，如上所述，并且因此保持全球，并考慮到軸組件的布局。
與前部和后部以及兩個(gè)支持之前，中，后三個(gè)支持兩個(gè)經(jīng)過(guò)特殊主軸，第一個(gè)是更頻繁。兩個(gè)軸承主軸軸承類型的配置包括的主軸轉(zhuǎn)速，載荷能力，剛度和精度要求設(shè)計(jì)主要是基于主軸軸承的選擇，組合和配置，并考慮設(shè)置較低的供應(yīng)，經(jīng)濟(jì)等具體情況。
4.3 主軸結(jié)構(gòu)的初步擬定
主軸結(jié)構(gòu)主要由主軸工具，夾具，傳動(dòng)件，如軸承和密封件，數(shù)量，位置和安裝定位方法的類型來(lái)確定，同時(shí)還考慮到加工和裝配過(guò)程，通常安裝在特殊與在軸多種組分，以滿足硬度和足夠的壓力水平的要求，并便于組裝的，主軸設(shè)計(jì)往往臺(tái)階從前面雜志降序順序播放車軸直徑。主軸中空或?qū)嵭?，這取決于特定的類型。主軸的設(shè)計(jì)，也被設(shè)計(jì)為在同一時(shí)間的前提下的剛度要求，設(shè)計(jì)成空心軸滿足畢業(yè)，為了固定工具手柄。
這意味著，在主軸端。它的形狀將取決于在夾具或工具的形狀的特定類型的安裝，并保證裝置或工具進(jìn)行安裝，可靠，準(zhǔn)確定位，操作簡(jiǎn)單，并可以通過(guò)一定的轉(zhuǎn)矩。
4.4 主軸的材料與熱處理
主軸材料主要取決于剛度，負(fù)荷特性，耐磨損性和熱變形，以及其他因素。
當(dāng)主軸軸承，滾動(dòng)軸承，軸頸無(wú)法淬硬，而是提高接觸剛度，敲防止碰撞損壞雜志配合面，鋼軸頸45仍然是很多的高頻淬火處理（HRC48?54）的。表4-1中關(guān)于45鋼主軸熱處理如下：
表4-1 使用滾動(dòng)軸承的45鋼主軸熱處理等參數(shù)
工 作 條 件
使 用 機(jī) 床
材 料 牌 號(hào)
熱 處 理
硬 度
常 用
代 用
輕中負(fù)載
車、鉆、銑、磨床主軸
45
50
調(diào)質(zhì)
HB220～250
輕中負(fù)載局部要求高硬度
磨床的截?cái)嗟毒咻S
45
50
高頻淬火
HRC52～58
輕中負(fù)載PV≤40（N·m/cm·s）
車、鉆、銑、磨床的主軸
45
50
淬火回火高頻淬火
HRC42～50
HRC52～58
設(shè)計(jì)碳鋼的選擇（45鋼）。作為光的結(jié)果，穿適中的工作量，并且它需要局部高硬度，因此，利用高頻的淬火熱處理，HRC52?58。
4.5 主軸的技術(shù)要求
精密主軸直接影響主軸組件的旋轉(zhuǎn)精度。主軸和軸承，齒輪和相連的其它部件相關(guān)的剛性接觸，所述接觸表面部分的形狀更精確地說(shuō)，下表面粗糙度，接觸變形由力較小的后，這是接觸剛度越高表面幾何形狀和表面粗糙度的錯(cuò)誤。因此，主軸的設(shè)計(jì)必須作出一定的技術(shù)要求。
4.6 主軸直徑的選擇
軸徑在主軸單元的剛性的顯著影響，前軸變形和位移主軸變形的直徑較大的較小的自支撐，即，所述軸組件的剛度越高。
情況特殊，查上表，預(yù)設(shè)D1= D2=30。
表4-2 主軸前軸頸直徑D1的選擇
機(jī)床
機(jī)床功率 （千瓦）
1.47～2.5
2.6～3.6
3.7～5.5
5.6～7.3
7.4～11
11～14.7
車床
60～80
70～90
70～105
95～130
110～145
140～165
銑床
50～90
60～90
60～95
75～100
90～105
100～115
外圓磨床
—
50～90
55～70
70～80
75～90
75～100
4.7 主軸前后軸承的選擇
按選擇原則，預(yù)設(shè)主軸前支承新型號(hào)是7206C， 接觸角是 15°的角接觸球軸承。
圖4-3 角接觸球軸承
圖4-4 軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝尺寸
4.8 軸承的選型及校核
當(dāng)選擇軸承的類型，我們必須先看看負(fù)載軸的規(guī)模，方向和速度。在一般情況下，廉價(jià)的球軸承中，當(dāng)負(fù)載為低，是優(yōu)選的。滾子軸承的承載能力比滾珠軸承大，并能承受沖擊負(fù)荷，因而重載或振動(dòng)載荷，當(dāng)沖擊載荷，你應(yīng)該考慮的課題軸承的選擇。但要注意輥對(duì)角線斜敏感。
C—額定動(dòng)載荷值，N；
P—當(dāng)量動(dòng)載荷，N；
fh—壽命因數(shù)；1
fn—速度因數(shù)；0.822
fm—力矩載荷因數(shù)，該值若小就選1.5，右大就選2；
fd—沖擊載荷因數(shù)；1.5
fT—溫度因數(shù)；1
CT—軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動(dòng)載荷，N；
找出相關(guān)引用書目中表格6-2-8至6-2-12，設(shè)值，fh=1；fn=0.822；fm=1.5；fd=1.5；fT=1。
假設(shè)軸承僅承徑向載荷，當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算式子就是：
P=XFr+YFa
找出相關(guān)引用書目中表格6-2-18，取，X=1，Y=0；
所以，P=Fr=1128N。公式：
校對(duì)軸承的額定靜載荷。額定靜載荷的式子是：
式子里，：
—基本額定靜載荷計(jì)算值，N;
—當(dāng)量靜載荷，N；
—安全因數(shù)
—軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定靜載荷，N。
找出相關(guān)引用書目中表格6-2-14了解到，對(duì)于深溝球軸承，其當(dāng)量靜載荷等值徑向載荷。
找出相關(guān)引用書目中表格6-2-14了解到，安全系數(shù)是
則軸承的基本額定靜載荷為：
從以上式子看出，預(yù)設(shè)的軸承符合要求。
4.9 主軸前端懸伸量
為了提高主軸組件的剛度，選擇時(shí)可以的減少懸伸量a。
初算時(shí)，見(jiàn)表4-3所示：
表4-3 主軸的懸伸量與直徑之比
類型
機(jī) 床 和 主 軸 的 類 型
a/ D1
Ⅰ
通用和精密車床，自動(dòng)車床和短主軸端銑床，用滾動(dòng)軸承支承，適用于高精度和普通精度要求
0.6～1.5
Ⅱ
中等長(zhǎng)度和較長(zhǎng)主軸端的車床和銑床，懸伸量不太長(zhǎng)（不是細(xì)長(zhǎng)）的精密鏜床和內(nèi)圓磨，用滾動(dòng)和滑動(dòng)軸承支承，適用于絕大部分普通生產(chǎn)的要求
1.25～2.5
Ⅲ
孔加工特殊，專用加工細(xì)長(zhǎng)深孔的特殊，由加工技術(shù)決定需要有長(zhǎng)的懸伸刀桿或主軸可移動(dòng)，由于切削較重而不適用于有高精度要求的特殊
>2.5
根據(jù)上表，設(shè)計(jì)是Ⅱ型，因此設(shè)值a/ D1為1.25～2.5，就是：
a=（1.25～2.5）D1=（1.25～2.5）×30=32.2～75
預(yù)設(shè)a=45。
4.10 主軸支承跨距
本節(jié)是說(shuō)主軸前后支承反力作用點(diǎn)的距離。
設(shè)L≤2.5a為宜。合理跨距式子如下：
L≤2.5a=2.5×120=300
初取L=280。
4.11 主軸結(jié)構(gòu)圖
按所有上面的式子分析出，主軸結(jié)構(gòu)可初做如圖4-5所示：
圖4-5 主軸結(jié)構(gòu)圖
4.12 主軸組件的驗(yàn)算
主軸在受力情況嚴(yán)重，而變形是很小的，它確定該區(qū)域的大小是允許的變形大小的基本元素，所以該時(shí)間的計(jì)算是與軸尤其剛度檢查涉及的整體強(qiáng)度不一樣的東西。它通常是足夠剛性的主軸要求可滿足強(qiáng)度要求。
但負(fù)載的剛度和彈性變形率。當(dāng)負(fù)載是恒定的，僵硬，并且反比于彈性變形。因此，它被計(jì)算的彈性變形量，容易控制靜剛度。主軸的彈性變形的計(jì)算包括：計(jì)算主軸鼻角和偏轉(zhuǎn)軸線。
4.12.1 支承的簡(jiǎn)化
兩個(gè)軸承軸，只有一個(gè)單一的或雙列球軸承或滾子和兩個(gè)軸組件可以被簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的支梁，如圖4-6每個(gè)支撐，首先支持兩個(gè)或更多的軸承，可以被看作是前軸滾時(shí)彎曲，可以簡(jiǎn)化為梁的固定端在圖4-7：
圖4-6 主軸組件簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁
圖4-7 主軸組件簡(jiǎn)化為固定端梁
軸設(shè)計(jì)，一個(gè)雙列圓柱滾子軸承和兩個(gè)滾珠軸承作為載體前支撐的選擇，它可以被認(rèn)為是在前面的主軸線無(wú)彎曲變形，這可在圖4-7被簡(jiǎn)化。
4.12.2 主軸的撓度
從相關(guān)引用書目的表6.1，進(jìn)一步的分析圖4-7，如下圖4-8所示：
按圖2-10，得出結(jié)論是此時(shí)的最大撓度
=
其中，
F—主軸前端受力。此處，F(xiàn)=F=1213.1N
l—A、B之間的距離。此處，l=a=12cm
圖4-8 固定端梁在載荷作用下的變形
E—主軸材料的彈性模量。45鋼的E=2.1×10N/cm
I—主軸截面的平均慣性矩。當(dāng)主軸平均直徑為D，內(nèi)孔直徑為d時(shí)，
I=。此處，D=35
所以計(jì)算出，主軸端部的最大撓度結(jié)果算出來(lái)就是：
=-1.87×10 mm
4.12.3 主軸傾角
主軸上安裝主軸和齒輪部安裝角度的安裝，稱為外傾角。最重要的彎度來(lái)考慮設(shè)計(jì)，支持前橋。如果安裝程序角度過(guò)大，它會(huì)破壞正常操作的軸承，縮短軸承的壽命。
從圖4-10，算出最大傾角式子是：
=
式子里，
F—主軸前端受力。此處，F(xiàn)=F·z=1213.1N
l—A、B之間的距離。此處，l=a=12cm
E—主軸材料的彈性模量。45鋼的E=2.1×10N/cm
I—主軸截面的平均慣性矩。當(dāng)主軸平均直徑為D，內(nèi)孔直徑為d時(shí)，
I=。此處，D==133
所以主軸傾角算出來(lái)為：
=-2.3×10 rad
找出相關(guān)引用書目，知道：
當(dāng)
x≤0.0002L mm
≤0.001 rad
時(shí)，剛性主軸的剛度被證明是符合所需的。
此處的x，即為最大撓度和最大傾角，L為主軸支承跨距。
將已知數(shù)據(jù)和代進(jìn)去，算出：
初步設(shè)計(jì)的主軸滿足剛度要求。
1 求作用在帶輪上的力
因?yàn)榈退偌?jí)帶輪的直徑是：
＝500
而 F＝＝＝8926.93 N
F＝F＝＝3356.64 N
F＝Ftan＝4348.16×＝2315.31 N
圓周力，徑向力及軸向力的方向圖見(jiàn)圖4-9。
圖4-9 軸的載荷分布圖
2 設(shè)出軸的最小直徑
（1）根據(jù)相關(guān)教科書預(yù)算軸的最小直徑。確定軸用45鋼,調(diào)質(zhì)。根據(jù)課本，取，于是得
＝112×＝60.36
3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）定義按照第直徑和長(zhǎng)度的要求的軸的軸向定位
②預(yù)選的滾動(dòng)軸承。談到工作要求，并按照＝80 mm，80毫米，軸承目錄在第一次安裝0基本通關(guān)組，單列圓錐滾子軸承的精度標(biāo)準(zhǔn)（ GB/ T297-1994）30217型，尺寸d×D×T＝85 mm×150 mm×30.5 mm，所以＝＝85 mm；圓錐滾子軸承采用套筒進(jìn)行軸向定位，設(shè)出套筒寬尺寸是14 mm，那么＝44.5 mm。
③ 設(shè)出安裝帶輪處的軸段＝90 mm；已知為90mm帶輪寬度，從而使插座的端面被按壓到可靠滑輪，軸段應(yīng)比輪的寬度稍短，從而使他們選擇＝86 mm。帶輪的右端用正確的姿勢(shì)，肩部高度，軸肩高h(yuǎn)＞0.07d，所以取h＝7 mm，那么＝104 mm。軸環(huán)寬度,設(shè)出b＝12 mm。
④ 軸承端蓋的總寬度為32.2 mm軸承蓋（接頭設(shè)計(jì)和下眼瞼而定）的總寬度。該組輥，并從外端蓋添加蓋和拆卸容易潤(rùn)滑脂向軸承的要求與之間的耦合部的右側(cè)的面,所以設(shè)62.2mm。
在這一點(diǎn)上，這是原始直徑和慢軸的各段的長(zhǎng)度。
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ
圖4-10 低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖
表4-4 低速軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)
段名
參數(shù)
Ⅰ-Ⅱ
Ⅱ-Ⅲ
Ⅲ-Ⅳ
Ⅳ-Ⅴ
Ⅴ-Ⅵ
Ⅵ-Ⅶ
直徑/mm
65 H7/k6
80
85 m6
90 H7/n6
104
85 m6
長(zhǎng)度/mm
105
62.2
46
86
12
44.5
鍵b×h×L/mm
20 ×12 ×90
25×14×70
C或R/mm
Ⅰ處
2×45o
Ⅱ處
R2
Ⅲ處R2.5
Ⅳ處R2.5
Ⅴ處R2.5
Ⅵ處R2.5
Ⅶ處
2.5×45o
（2） 軸上的零件的周向定位
皮帶輪，聯(lián)軸器半和軸從周邊定位平鍵連接的。壓力=從表手冊(cè)90毫米6-1理查德?平鍵部分寬×高=25毫米×14毫米帶鍵槽銑床鍵槽螺旋槳葉片，長(zhǎng)70毫米，并保證滑輪和很好的結(jié)合中性軸，所以選擇與輪轂的軸和滑輪連接相同的條件下與離合器半軸，為20毫米×12平方毫米×90毫米的選擇平鍵，與連接和軸。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
確定軸上圓周和倒角尺寸
參考表15-2的教科書，取左側(cè)軸錐2×2.5×權(quán)倒角。各軸肩半徑：R2的Ⅱ系，其余為R2.5。
4 求軸上的載荷
首先，計(jì)算圖表軸結(jié)構(gòu)（圖7.1）（圖7.2）。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí),應(yīng)從手冊(cè)中查得a值。關(guān)于30217型圓錐滾子軸承，從相關(guān)書本找出a為 mm。因此，如果簡(jiǎn)支梁支撐軸跨度= 57.1 71.6 =128.7毫米。根據(jù)軸的軸線彎矩圖和扭矩圖表（圖7.1）的計(jì)算中。
如可以從該圖和彎矩和該軸的軸線C危險(xiǎn)部分的橫截面的轉(zhuǎn)矩可以看到。計(jì)算公式如下：：
＝57.1+71.6＝128.7 mm
＝＝＝4 966.34 N
＝＝＝3 960.59 N
＝＝＝2 676.96 N
＝＝3 356.64-2 676.96＝679.68 N
＝＝4 966.34×57.1＝283 578.014
＝＝2 676.96×57.1＝152 854.416
＝＝679.68×71.6＝486 65.09
＝＝＝322 150.53
＝＝＝287 723.45
表4-5 低速軸設(shè)計(jì)受力參數(shù)
載 荷
水平面H
垂直面V
支反力
＝4 966.34 N，＝3 960.59 N
＝2 676.96 N，＝679.68 N
彎矩M
＝283 578.014
＝152 854.416
＝486 65.09
總彎矩
＝322 150.53 ,＝287 723.45
扭矩T
1 410 990
5 按彎曲扭轉(zhuǎn)合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
如果選中，通常只檢查最大彎矩和扭矩截面（即危險(xiǎn)的C部分）抵抗軸的強(qiáng)度。根據(jù)教科書式（15-5）和表7.2，以及單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力脈動(dòng)周期交替壓力的，取= 0.6計(jì)算的應(yīng)力軸公式如下，＝0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力：
＝＝ MPa＝12.4 MPa
驗(yàn)證此軸安全。
6 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
（1）判斷危險(xiǎn)截面
雖然電壓花鍵軸引起的過(guò)渡適合軸的兩個(gè)集中疲勞強(qiáng)度，但是因?yàn)樵撦S的最小直徑由削弱多了，所以橫截面A的抗扭強(qiáng)度確定，ⅱ，ⅲ，B，無(wú)需檢查。
在軸上，橫截面Ⅳ和Ⅴ壓配合截面C.剖視圖相似的應(yīng)力集中和橫截面Ⅳ的Ⅴ影響的最大載荷的載荷下所造成的最嚴(yán)重的應(yīng)