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附 錄:英文文獻翻譯 翻譯譯文 泊松比對赫茲壓痕試驗中斷裂標度律的影響 劉靜 ?王旭躍 摘要 研究了材料泊松比對赫茲壓痕斷裂試驗中斷裂標度律的影響。首先,在基于斷裂力學分析模型的數(shù)值模擬中獲得了與經(jīng)驗奧耶巴赫標度律一致的斷裂標度律。其次,發(fā)現(xiàn)了泊松比對斷裂標度律的影響很大,表現(xiàn)在:一方面,奧耶巴赫常數(shù)隨泊松比增大呈現(xiàn)很快的增長;另一方面,有效奧耶巴赫區(qū)域隨泊松比的增長而減小。 關(guān)鍵詞：斷裂標度律 赫茲壓痕斷裂 泊松比 I. 引言 隨著材料科學與工藝的發(fā)展，赫茲壓劃痕試驗以其易于操作的特征成為一個重要的研究課題，很多相應(yīng)的實驗方法與物理模型被發(fā)展出來，以測量材料參數(shù)如硬度、韌度。就斷裂韌度研究而言 Frank 與 Lawn[1] 首先應(yīng)用斷裂力學方法，獲得了經(jīng)驗奧耶巴赫斷裂標度律[2]的定量描述他們得到了一種斷裂尺度法來估計表面能量的物質(zhì)。他們工作的主要缺點在于以下兩個方面：一方面，他們用了一個Griffith裂紋的格林函數(shù)近似的圓錐圓柱裂紋或裂紋的初步方案，但這種近似可能不準確; 另一方面，他們也沒有給一個標準來確定一個初始裂紋的情況。Mouginot和Maugis[3]研究了同樣的問題在一個無限的空間使用一個幣形裂紋的修訂制定。通過引入最大應(yīng)變能量釋放確定軸對稱裂紋起始半徑率準則，他們由于奧爾巴赫的法律之間在表面裂紋尺寸的增加和應(yīng)力場沿裂紋深度減少競爭。其數(shù)值模擬表明，在一個奧爾巴赫范圍的淺裂紋形成環(huán)存在。他們也給了奧爾巴赫的光學玻璃常數(shù)。然而，他們的模型無法描述環(huán)之間的淺裂紋和錐形裂紋的差異。后來，曾，Breder和羅克利夫[4]利用類似的方法來推導之間的應(yīng)力強度因子和貫切力近似關(guān)系。此外，華倫等人[5]描述的表面缺陷增長是由于本征應(yīng)變。有限元與邊界元方法也被開發(fā)研究的赫茲壓痕問題的不同方面[6-9]。然而，泊松比對赫茲斷裂的影響仍不清楚。在這個文件中，注意集中評價中的泊松對斷裂的比例標度律的影響?；谖覀円郧暗墓ぷ鱗10]，Somigliana環(huán)錯位將被用來模擬在這個意義上說，Somigliana環(huán)錯位的解決方案是相當于對通訊員軸對稱問題的基本解決方案最初裂紋開裂行為。 II. 模型與方法 考慮一個半無限體軸對稱赫茲斷裂問題，如在圖1， 其中R和Z是圓柱坐標，C為接觸半徑，A是預先存 在的環(huán)裂半徑所示，和H是裂紋深度。一個半徑為 R的球形壓頭與被應(yīng)用到了半無限空間，一個正常 負荷，P。該材料被假定為各向同性和線彈性與彈 性模量E和泊松比ν，而壓頭被假定為剛性。 相對正常和剪切位移沿環(huán)形斷裂表面可定量描述的Somigliana環(huán)差排堆[10]。因此,斷裂問題求解徑向邊緣減少脫位的單位強度和環(huán)的軸向滑動環(huán)脫位的單位,如圖所示圖1中強度。首先,我們定義了位錯密度函數(shù)在任何時候z = z沿裂紋面，比如 沿環(huán)裂紋面的應(yīng)力場，可整理為 其中和是應(yīng)力場[10]是：（a，z）的原因是軸向滑動環(huán)環(huán)脫位和徑向錯位，單位Burgers矢量為（一，z）的分別。考慮在表面裂紋環(huán)牽引自由邊界條件，方程的應(yīng)力場。（3）及（4）需要平衡的應(yīng)力場在r=a 一個由壓痕力P引起的缺席環(huán)裂紋[11]。因此，一個有 當 方程（5）及（6）可進一步轉(zhuǎn)化為下面的柯西型奇異積分方程： 其中的Fredholm積分方程的核Qij（）給出了參考。[10] 利用埃爾多安[12]的數(shù)值方法開發(fā)的,應(yīng)力強度因子KI和KII與應(yīng)變能量釋放率G可以獲得 在赫茲斷裂試驗，裂紋開始總是發(fā)生以外的接觸面積，以及裂紋開始半徑的表面上都明顯缺陷大小與近邊壓頭接觸引起的應(yīng)力分布的依賴。在我們的模型,并對一個給定的初始環(huán)形斷裂與尺寸h,確定相應(yīng)的裂紋半徑的標準,一個采用最大應(yīng)變能量釋放率g .為了方便起見,我們規(guī)范了應(yīng)力強度因子和應(yīng)變能量釋放率如下： 平均應(yīng)力具有較高的地方點是在接觸面積并表現(xiàn)于： 使用關(guān)系[11] 歸應(yīng)變能量釋放率式。（19）可以簡化為 對于一個臨界縮進力PC的裂紋開始生長,另一個 其中γ是縮進的材料的表面能。 III. 數(shù)值結(jié)果與討論 例如，數(shù)值計算已經(jīng)具有以下彈性常數(shù)光學玻璃進行[3]：E = 8.0 × 1010 Pa ，ν = 0.22. 在計算中，我們采取ν = 0.26, 0.32 和0.36來計算泊松對斷裂的標度律縮進料比的影響。由于ν = 0.22, 我們已經(jīng)獲得了之前的斷裂標度律[10]，如圖2，其中奧爾巴赫常數(shù)為a =4.65×103γ. 相應(yīng)的標度律，PC = 4.65 × 103Rγ, 被證明是有效的范圍是0.02 < h/c < 0.1. 相對于Mouginot標度律[3]，PC = 6.7 × 103Rγ, 我們認為他們低估了大約30％的表面能。對于泊松比的代表值，我們得到了標度律，奧爾巴赫常數(shù)，以及相應(yīng)的驗證范圍，有 PC = 4.65 × 103Rγ, A = 4.65 × 103γ, 0.02 < h/c < 0.10 for ν = 0.22, PC = 7.28 × 103Rγ, A = 7.28 × 103γ, 0.02 < h/c < 0.08 for ν = 0.26, PC = 18.7 × 103Rγ, A = 18.7 × 103γ, 0.02 < h/c < 0.06 for ν = 0.32, PC = 36.3 × 103Rγ, A = 36.3 × 103γ, 0.02 < h/c < 0.04 for ν = 0.36, 于圖2-5所示，分別為。以上結(jié)果表明，始終存在一個有效的奧爾巴赫為給定的泊松比的領(lǐng)域。表面能量是可以測量的,由于斷裂尺度法是一致的,與實證奧爾巴赫的規(guī)律作為泊松比的影響而言,可以發(fā)現(xiàn),在很大程度上取決于斷裂尺度法泊松比的大小,這一趨勢也被發(fā)現(xiàn)在Mouginot的工作[3]。另一方面，有效減少與奧爾巴赫域名將在泊松比的增加，所測材料?？傊?，關(guān)于泊松比的標度律的關(guān)系表明一個更大的泊松比增強了可容納較大的彈性變形的材料破壞抗能力。 IV. 結(jié)論 泊松分布的關(guān)于在脆性材料斷裂尺度壓痕法比對已審查通過的奇異積分方程方法。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在指定的泊松縮進固比，斷裂尺度法一般在奧爾巴赫的經(jīng)驗關(guān)系的形式。我們表明，隨著泊松比的增加，奧爾巴赫不斷顯著增加，相應(yīng)地，有效奧爾巴赫范圍減小。這一結(jié)論表明，在奧爾巴赫的法律的作用將是衡量與一個更大的泊松比材料的韌性降低。但是，為了了解在赫茲接觸失效的物理機制，重要的是要發(fā)展出可以用來形容在赫茲斷裂試驗衡量關(guān)系的新方法。 參考文獻 [1] Lawn,B., Fracture of Brittle Solids. Cambridge: Cambridge University Press, 1993. [2] Auerbach,F., Measurement of hardness. Annual Physical Chemistry, 1891, 43: 61-100. [3] Mouginot,R. and Maugis,D., Fracture indentation beneath ?at and spherical punches. Journal of Material Science, 1985, 20: 4354-4376. [4] Zeng,K., Breder,K. and Rowcli?e,D., The Hertzian stress ?eld and formation of cone cracks – I: Theoretical approach. Acta Metallurgy Materials, 1992, 40: 2595-2600. [5] Warren,P., Hills,D. and Dai,D., Mechanics of Hertzian cracking. Tribology International, 1995, 28: 357-362. [6] Chen,S.Y., Farris,T.N. and Chandrasekar,S., Contact mechanics of Hertzian cone cracking. International Journal of Solids and Structures, 1995, 32: 329-340. [7] Anderson,M., Stress distribution and crack initiation for an elastic contact including friction. International Journal of Solids and Structures, 1996, 33: 3673-3696. [8] Kocer,C. and Collins,R., Angle of Hertzian cone cracks. Journal of American Ceramic Society, 1998, 81: 1736-1742. 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New York: Academic Press, 1975. 大學 畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 論文（設(shè)計）題目： 立式銑床橫向工作臺設(shè)計 學號： 姓名： 專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 指導教師： 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求 主要內(nèi)容：1、調(diào)研分析銑床的加工特點，確定新設(shè)計的銑床工作臺的主要參數(shù)。 2、進行銑床的橫向進給系統(tǒng)的總體布局。 3、完成銑床橫向進給運動的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 4、主體數(shù)據(jù)計算，校核驗證。 5、畫出裝配圖及主要零件圖，共計兩張半A0圖紙。 6、設(shè)計說明書的編寫。 基本要求：要求銑床橫向移動工作臺的結(jié)構(gòu)合理，性能優(yōu)越，能方便的拆卸和安裝。橫 向工作臺能實現(xiàn)手動和機動兩種運動方式。橫向與升降臺之間由操作機構(gòu)中的機械動作 獲得互鎖。 二、重點研究的問題 1.了解機床工作臺的機械結(jié)構(gòu)，及其工作原理。 2.傳動部分的設(shè)計與計算，校核，包括絲桿，螺母等裝置設(shè)計 3.設(shè)計橫向工作臺機動操作機構(gòu)及了解其工作原理。 4.熟悉CAD制圖。 三、進度安排 序號 各階段完成的內(nèi)容 舉例： 完成時間 1 查閱資料、熟悉了解課題 第1周——第2周 2 文獻與資料的查詢 第3周——第4周 3 進行最終方案的敲定 第5周——第6周 4 進行相關(guān)數(shù)據(jù)的計算 第6周——第8周 5 完成圖紙的繪制 第9周——第13周 6 整理資料寫說明書 第14周 7 英語翻譯、準備畢業(yè)答辯 第15周 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻 [1] 濮良貴.紀名剛. 機械設(shè)計[M]. 北京:高等教育出版社，2006 [2] 技工學校機械類通用教材編審委員會.銑工工藝學[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,1980. [3] 陳宏鈞. 實用機械加工工藝手冊[M].機械工業(yè)出版社,1996. [4] 趙家奇. 機械制造工藝學課程設(shè)計指導書[M].2版.北京:機械工業(yè)出版，1998. [5] 機械加工工藝裝備設(shè)計手冊編委會.機械加工工藝裝備設(shè)計手冊[M].機械工業(yè)出版 社.1998. [6] 徐圣群.簡明機械加工工藝手冊[M]. 上?？茖W技術(shù)出版社. 1991. [7] 孟少農(nóng).機械加工工藝手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社。1991 [8] 周增文.張亮峰. 機械加工工藝基礎(chǔ)[M].長沙:中南大學出版社，2003 [9] 浦林祥. 金屬切削機床夾具設(shè)計手冊機械工業(yè)出版社[M].1995. [10] 李云主.機械制造及設(shè)備指導手冊[M]. 北京:機械工業(yè)出版社.1997. 大學 畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目： 立式銑床橫向工作臺設(shè)計 學 院： 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學 號： 姓 名： 指導教師： 完成日期： 2012年5月 30 日 0 目 錄 摘 要 3 Abstract 3 第一章 緒 論 4 1.1 金屬切削機床的簡介 4 1.2中國機床行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 4 1.3中國數(shù)控機床行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 7 1.4 設(shè)計的主要參數(shù) 10 第二章 橫向進給主要設(shè)計計算 11 2.1絲桿和螺母的選擇 11 2.2 絲杠的計算 11 2.3 直齒輪的設(shè)計 14 2.4 直齒輪的計算 17 2.5 錐齒輪的計算 21 第三章 工作臺主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 23 3.1 工作臺的設(shè)計 23 3.2 離合器的設(shè)計 24 3.3 操縱機構(gòu)的設(shè)計 24 致 謝 26 參考文獻 27 附 錄:英文文獻翻譯 28 摘 要 銑床，這是目前我國使用較廣泛的通用機床。這種機床可以安裝各種類型的銑刀，適宜于對中小型零件進行各種銑削工作，如銑平面、階臺、溝槽、螺旋槽和成型面等等。在同類型銑床中，它的轉(zhuǎn)速高、剛度好、功率大，故可做高速銑削和強力銑削；工作臺縱向絲杠有間隙調(diào)整裝置，因此它既能逆銑又能順銑。主要設(shè)計內(nèi)容為銑床橫向進給工作臺的設(shè)計與計算。 關(guān)鍵詞 銑床 工作臺 橫向 Abstract The design of the milling machine for vertical milling machine, which is widely used as the general machines. This machine can be installed with various types of cutters, suitable for small parts of various jobs, such as milling machine, milling, planar slot and molding, spiral groove surface etc. In the same type of milling machine, it's high speed, good stiffness, the power can be done, high speed milling and strong milling, Workbench longitudinal ball screw gap adjusting device, so is it to the inverse milling and milling. Main design content for milling transverse into the design and calculation for table. Keywords Milling Workbench Transverse 第一章 緒 論 1.1 金屬切削機床的簡介 金屬切削機床（習慣上簡稱為“機床”）是用刀具切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器，它是制造機器的機器，所以又稱為“工作母機”或“工具機”。一切工具都是人手的現(xiàn)延伸，機床延生也是這樣。它的發(fā)展把人們從繁重的手工勞動中解放出來，大大的提高了勞動生產(chǎn)效率，大大的促進了生產(chǎn)力的發(fā)展?，F(xiàn)代機械制造中加工機械零件的方法很多：除切削加工外，還有鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓等，但凡屬精度要求較高和表面粗糙度要求較細的零件，一般都需在機床上用切削的方法進行最終加工。在一般的機器制造中，機床所擔負的加工工作量占機器總制造工作量的40％-60％，機床在國民經(jīng)濟現(xiàn)代化的建設(shè)中起著重大作用。 各種機床分類中，金屬切削機床是使用最廣泛、數(shù)量最多的機床類別，因此通常狹義的機床僅指金屬切削機床類產(chǎn)品。金屬切削機床分類方法很多，最常用的分類方法是按機床的加工性質(zhì)和所用刀具來分類；此外還可以根據(jù)車床萬能性程度、機床工作精度、重量和尺寸、機床主要器官數(shù)目、自動化程度不同等進行分類。 1.2中國機床行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 金屬切削機床行業(yè)資產(chǎn)規(guī)模在機床各子行業(yè)中居第一位，遠高于其他各類子行業(yè)。 截止2008年底，中國金屬切削機床制造業(yè)擁有646家企業(yè)，比2007年增加133家；資產(chǎn)總額978.72億元，比2007年增長了17.66%。2008年中國金屬切削機床和數(shù)控機床產(chǎn)量較2007年有所下滑，全年金屬切削機床總產(chǎn)量61.69萬臺，其中數(shù)控機床12.2萬臺，同比分別降低2.4%和3.3%。2008年，金屬切削機床制造業(yè)實現(xiàn)銷售收入783.19億元，增長18.32%，但增速比2007年下滑9.92個百分點。2009年我國首次成為世界機床第一大生產(chǎn)國，但我國機床行業(yè)大而不強的局面依然沒有改變，產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)、服務(wù)較國際先進水平仍然差距很大。目前國內(nèi)所需的高檔數(shù)控機床主要依賴進口，發(fā)展中高檔數(shù)控機床所需的數(shù)控系統(tǒng)和功能部件主要來自海外。2010年10月，國務(wù)院出臺的《加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》指出，積極發(fā)展以數(shù)字化、柔性化及系統(tǒng)集成技術(shù)為核心的智能制造裝備，其中以高檔數(shù)控機床為重中之重?！∧壳爸袊幱诠I(yè)化中期，即從解決短缺為主的階段逐步向建設(shè)經(jīng)濟強國轉(zhuǎn)變，煤炭、汽車、鋼鐵、房地產(chǎn)、建材、機械、電子、化工等一批以重工業(yè)為基礎(chǔ)的高增長行業(yè)發(fā)展勢頭強勁。中國目前是世界第一大機床消費國，其中數(shù)控機床逐漸成為機床消費的主流。2010年，中國金切機床行業(yè)會有更大的需求，尤其是中高檔數(shù)控機床產(chǎn)品。預計2010年中，中國數(shù)控機床消費有望超過60億美元，臺數(shù)超過10萬臺，中高檔數(shù)控機床比例大幅增加。 整個“十二五”期間，高端裝備制造業(yè)的發(fā)展將在很大程度上推動機床行業(yè)快速增長。以重型機床為例，雖然經(jīng)過近幾年技術(shù)改造和產(chǎn)品自主研發(fā)的鍛煉，無論是生產(chǎn)能力還是產(chǎn)品技術(shù)水平都有長足進步，但是與國外產(chǎn)品相比還有很大不足。最大的差距體現(xiàn)在核心運行部件的技術(shù)水平和運行速度、產(chǎn)品精度保持性、機床可靠性，以及整體機床制造工藝水平與質(zhì)量等幾個方面?？煽啃允歉邫n重型機床質(zhì)量的一個關(guān)鍵指標。目前，國產(chǎn)數(shù)控重型機床的平均無故障工作時間在300小時左右，而進口的高檔重型機床平均無故障工作時間在2000小時以上。 隨著中國機床工具行業(yè)產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度的增強，數(shù)控機床、高端機床占比明顯增強，低端產(chǎn)品占比持續(xù)降低，目前機床工業(yè)國產(chǎn)化率已提升到70%。業(yè)內(nèi)普遍認為，機床行業(yè)高速增長的同時，進一步加快行業(yè)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進產(chǎn)業(yè)升級，仍是我國機床工業(yè)首要而迫切的任務(wù)。除了傳統(tǒng)的發(fā)電、石化設(shè)備外，風電、核電等新能源裝備也正成為推動機床業(yè)快速增長和技術(shù)進步的一大動力。業(yè)內(nèi)人士透露，“新能源裝備的加工將成為機床需求的主力，這需要多種精密、大型數(shù)控、專用機床與之配套。先進的裝備制造工藝，尤其是先進的機床設(shè)備是新能源裝備制造產(chǎn)業(yè)升級的根本保障”。有風電專家表示，大型風力機組的總體設(shè)計和載荷計算能力差，控制系統(tǒng)、發(fā)電機、齒輪箱、軸承的設(shè)計和生產(chǎn)能力差，風機的軸承、控制系統(tǒng)等零部件還需要從國外進口。我國風電設(shè)備制造業(yè)雖然發(fā)展速度快，但真正擁有核心技術(shù)的企業(yè)不多，關(guān)鍵零部件基本依賴進口。而制約其提升的關(guān)鍵就是國內(nèi)的制造工藝和加工裝備相對落后。核電設(shè)備制造也面臨著類似的情況。據(jù)介紹，一座核電站需要200多臺各種類型的泵。其中主泵是位于核島心臟部位的關(guān)鍵部件，是核電運轉(zhuǎn)控制水循環(huán)的關(guān)鍵，雖然核島主泵的結(jié)構(gòu)并不比其他泵復雜，但是要求極高，必須具有絕對的可靠性。主泵承壓部件和功能部件的加工都需要高精度性能可靠的機床設(shè)備。正是由于沒有相應(yīng)的機床加工設(shè)備，核島主泵曾長期受制于人。此外，生產(chǎn)百萬千瓦級核電站壓力容器等，需要萬噸壓力機鍛壓成型。后續(xù)切削加工需要超重型數(shù)控立式車床、超重型數(shù)控臥式車床、大鏜桿多軸聯(lián)動數(shù)控鏜銑床等加工設(shè)備。這些工件的價格昂貴，而且沒有備件，要求成品率必須100%，因此對機床的可靠性和穩(wěn)定性都有很高的要求。 中國機床產(chǎn)業(yè)未來5至10年的發(fā)展趨勢如果同樣用一句話進行概括的話，就是要“實現(xiàn)由大而不強，向既強又大的轉(zhuǎn)變”.途徑是：轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、調(diào)整產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級，表現(xiàn)在以下三個方面： 1.市場變化趨勢 （1）國內(nèi)市場需求將繼續(xù)保持快速增長2009年，中國機床市場消費額194.4億美元，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和市場需求提高，特別是來自汽車制造、高速鐵路建設(shè)、高速公路建設(shè)、綠色能源建設(shè)（太陽能綜合利用、核電、風電、水電；石油天然氣的開采和輸送）、工程機械、大型飛機、支線飛機以及船舶制造等行業(yè)快速發(fā)展的拉動，國內(nèi)機床消費量還會有巨大的上升空間，預計年平均仍將保持兩位數(shù)增長，在國際市場方面，中國機床產(chǎn)品的主要出口市場仍然是歐美和東南亞，同時新興經(jīng)濟體的需求將呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢。出口產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將以中低檔產(chǎn)品為主向中高檔數(shù)控機床、高檔刃量具和成套設(shè)備為主轉(zhuǎn)變。預計今后十年，中國機床出口排名有望進入世界前三名之列。 （2）市場需求水平提高，市場細分加劇在中國從“制造大國”向“制造強國”轉(zhuǎn)變的過程中，國民經(jīng)濟重點行業(yè)核心制造領(lǐng)域?qū)?shù)控機床產(chǎn)品的需求結(jié)構(gòu)和水平將發(fā)生較大變化，主要表現(xiàn)在：陸路交通及交通工具制造業(yè)將成為國民經(jīng)濟的發(fā)展重點，其中汽車制造業(yè)將快速發(fā)展，預計2020年產(chǎn)量達到1500萬輛以上，排名將躍居世界第一。為滿足節(jié)能、環(huán)保、安全的需要，所需設(shè)備的精度、效率和自動化要求將大幅度提高。高速鐵路建設(shè)也將全面展開，貨運專線網(wǎng)絡(luò)初具規(guī)模，最高時速將達到300公里以上。在以上建設(shè)中，不僅需要大量通用數(shù)控機床，而且還需要大量專用數(shù)控加工設(shè)備，尤其是成套生產(chǎn)線。這些都將提升中國機床市場的需求水平。航空制造業(yè)將以發(fā)展支線飛機為重點，同時啟動大飛機的研制，重視發(fā)展通用飛機、民用直升機和轉(zhuǎn)包生產(chǎn)，初步實現(xiàn)民用飛機產(chǎn)業(yè)化；航天制造業(yè)以發(fā)展載人航天與探月工程、大容量通信衛(wèi)星、新一代大推力無毒無污染運載火箭、高分辨率對地觀測系統(tǒng)為重點。 從以上幾個領(lǐng)域的需求可以預見，未來十年中國機床市場需求將向更高的水平發(fā)展，同時市場細分也將越來越明顯。 2.產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢 （1）產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間巨大，產(chǎn)業(yè)整體技術(shù)水平提升趨勢明顯。中國機床行業(yè)目前產(chǎn)品門類比較齊全、具備一定的技術(shù)基礎(chǔ)和制造能力，在強勁市場需求拉動下，產(chǎn)業(yè)的上升空間很大。在政府主管部門的合理規(guī)劃和支持下，中國機床行業(yè)的整體技術(shù)水平提升趨勢十分明顯。 （2）高中低需求將長期存在，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與產(chǎn)能將逐步優(yōu)化中國機床產(chǎn)品目前數(shù)控化率還比較低，地區(qū)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展也不平衡，多種經(jīng)濟形式將長期存在，這些因素都決定未來中國機床市場的高中低需求將長期存在。但經(jīng)歷本次國際金融危機后，隨著市場需求的提升，裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整也成為行業(yè)共識，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將進一步優(yōu)化?？梢灶A見未來中低檔產(chǎn)品市場需求將逐步下降，高檔產(chǎn)品需求將快速增長。 （3）行業(yè)內(nèi)將會涌現(xiàn)出一批大而強、小而精或小而專的企業(yè)以研制重型機床、加工中心、數(shù)控車床、精密磨床、齒輪加工機床、電加工機床和鍛壓機床為代表的大型企業(yè)集團或?qū)I(yè)化企業(yè)將逐漸形成并得到快速發(fā)展。產(chǎn)業(yè)的國際化水平將進一步提升，預計未來十年內(nèi)進入世界機床百強的企業(yè)將增至十家以上。 （4）產(chǎn)業(yè)地域分布更趨合理，產(chǎn)業(yè)聚集度將進一步提高隨著國家區(qū)域經(jīng)濟規(guī)劃的逐步落實，特別是市場配置資源手段在地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展中作用的顯現(xiàn)，機床行業(yè)的產(chǎn)業(yè)布局將呈現(xiàn)地域分布的特點。未來將形成以東北、西北、華東、西南、江浙等地區(qū)為代表的機床產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，在集聚區(qū)內(nèi)圍繞特色產(chǎn)品或機床產(chǎn)業(yè)集團將形成支撐產(chǎn)業(yè)群 3.技術(shù)發(fā)展趨勢 （1）技術(shù)研究模式轉(zhuǎn)變，市場需求拉動成為主導中國機床行業(yè)技術(shù)研究模式將從跟隨式向探索式、從被動式到自主創(chuàng)新轉(zhuǎn)變，研究主體從單一向多元轉(zhuǎn)變，市場需求成為研究的主要動力。如超重型龍門車銑復合機床、加工直徑28米立式車床等產(chǎn)品都是在國內(nèi)不斷提高的市場需求下研制成功的。因此，在市場需求拉動下，中國機床行業(yè)的研究模式將發(fā)生重大轉(zhuǎn)變。 （2）技術(shù)投入多元化，技術(shù)創(chuàng)新平臺和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟將發(fā)揮主導作用在國家投資繼續(xù)發(fā)揮導向性作用的同時，企業(yè)自籌資金、社會化融資、外資將成為技術(shù)投入的重要組成部分。以企業(yè)為龍頭、高校和科研院所參與形成的技術(shù)創(chuàng)新平臺和同行業(yè)企業(yè)組成的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟將發(fā)揮主導作用。 （3）技術(shù)研究的國際化程度提高，人才全球化配置趨勢明顯由于研究模式的轉(zhuǎn)變和研究投入的多元化，中國機床行業(yè)的技術(shù)研究國際化參與度將顯著提升。這將主要體現(xiàn)在兩個方面：一是更多的企業(yè)開始與國際領(lǐng)先的研究機構(gòu)或公司合作研究；二是更多的企業(yè)有能力為國際機床用戶提供技術(shù)服務(wù)。 1.3中國數(shù)控機床行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 數(shù)字控制機床是用數(shù)字代碼形式的信息（程序指令），控制刀具按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床，簡稱數(shù)控機床。加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量，可進行多坐標的聯(lián)動，能加工形狀復雜的零件，加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準備時間，機床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機床的3~5倍），機床自動化程度高，可以減輕勞動強度，對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高。 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前的數(shù)控機床已實現(xiàn)了計算機控制并在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用，在模具制造行業(yè)的應(yīng)用尤為普及。 針對車削、銑削、磨削、鉆削和刨削等金屬切削加工工藝及電加工、激光加工等特種加工工藝的需求，開發(fā)了各種門類的數(shù)控加工機床。數(shù)控機床種類繁多，一般將數(shù)控機床分為16大類： 數(shù)控車床(含有銑削功能的車削中心) 數(shù)控銑床(含銑削中心) 數(shù)控鏗床 以銑程削為主的加工中心． 數(shù)控磨床(含磨削中心) 數(shù)控鉆床(含鉆削中心) 數(shù)控拉床 數(shù)控刨床 數(shù)控切斷機床 數(shù)控齒輪加工機床 數(shù)控激光加工機床 數(shù)控電火花線切割機床 數(shù)控電火花成型機床(含電加工中心) 數(shù)控板村成型加工機床 數(shù)控管料成型加工機床 其他數(shù)控機床 中國于1958年研制出第一臺數(shù)控機床，發(fā)展過程大致可分為兩大階段。在1958～1979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對數(shù)控機床特點、發(fā)展條件缺乏認識，在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套件不過關(guān)的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現(xiàn)欠佳，無法用于生產(chǎn)而停頓。主要存在的問題是盲目性大，缺乏實事求是的科學精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國、臺灣省共11國(地區(qū))引進數(shù)控機床先進技術(shù)和合作、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問題，數(shù)控機床開始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。在20余年間，數(shù)控機床的設(shè)計和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓一批設(shè)計、制造、使用和維護的人才；通過合作生產(chǎn)先進數(shù)控機床，使設(shè)計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術(shù)的差距；通過利用國外先進元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設(shè)計及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動加工的數(shù)控機床，供應(yīng)國內(nèi)市場的需求，但對關(guān)鍵技術(shù)的試驗、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國外技術(shù)支撐，不能獨立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開發(fā)階段，與日本數(shù)控機床的水平差距很大。存在的主要問題包括：缺乏像日本“機電法”、“機信法”那樣的指引；嚴重缺乏各方面專家人才和熟練技術(shù)工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作；元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；企業(yè)和專業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然廠多人眾，但形成不了合力。 中國今后要加速發(fā)展數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)，既要深入總結(jié)過往的經(jīng)驗教訓，切實改善存在的問題，又要認真學習國外的先進經(jīng)驗，沿正確的道路前進。中國廠多人眾，極需正確的方針、政策對數(shù)控機床的發(fā)展進行有力的指引。應(yīng)學習美、德、日經(jīng)驗，政府高度重視、正確決策、大力扶植。在方針政策上，應(yīng)講究科學精神、經(jīng)濟實效，以切實提高生產(chǎn)率、勞動生產(chǎn)率為原則。在方法上，深入用戶，精通工藝，低中高檔并舉，學習日本，首先解決量大而廣的中檔數(shù)控機床，批量生產(chǎn)，占領(lǐng)市場，減少進口，擴大出口。在步驟措施上，必須使國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)先進、可靠，狠抓產(chǎn)品質(zhì)量與配套件過關(guān)，打好技術(shù)基礎(chǔ)。近期重在打基礎(chǔ)，建立信譽，擴大國產(chǎn)數(shù)控機床的國內(nèi)市場份額，遠期謀求趕超世界先進水平，大步走向世界市場； 必須狠抓根本，堅持“以人為本”，加速提高人員素質(zhì)、培養(yǎng)各種專家人才，從根本上改變目前低效、落后的狀態(tài)。人是一切事業(yè)成敗的根本，層層都要重視“培才、選才、用才”，建立學習型企業(yè)，樹立企業(yè)文化，加速培育新人，培訓在職人員，建立師徒相傳制度，舉辦各種技術(shù)講座、訓練班和專題討論會，甚至聘請外國專家、顧問等，盡力提高數(shù)控技術(shù)。 當今世界，工業(yè)發(fā)達國家對機床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機電一體化、高精、高效、高自動化先進機床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，已形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計算機技術(shù)的進步，數(shù)控機床在20世紀80年代以後加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早已成為四大國際機床展上各國機床制造商競相展示先進技術(shù)、爭奪用戶、擴大市場的焦點。中國加入WTO后，正式參與世界市場激烈競爭，今后如何加強機床工業(yè)實力、加速數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實是緊迫而又艱巨的任務(wù)。? 1.4 設(shè)計的主要參數(shù) 本次設(shè)計的機床的主要技術(shù)規(guī)格如下： （1） 工作臺工作面積（寬長） 3201250 mm （2） 工作臺最大行程（手動/機動） 縱向 700\680 mm 橫向 255 \240 mm 垂向 320 \300 mm （3） 工作臺最大回轉(zhuǎn)角度 45° （4） 工作臺T型槽 （寬度×距離×條數(shù)） 18 mm×70 mm×3 （5） 主軸孔錐度 7：24 （6） 主軸軸心線至橫梁的距離 30 mm （7） 床身垂直導軌至工作臺中心的距離 最大 470 mm 最小 215 mm （8） 主軸轉(zhuǎn)速 18級 30~1750 r \min （9） 工作臺工作進給量 18級 縱向、橫向 23.5~1500 mm \min 垂向 8~400 mm \min （10） 主電動機（功率×轉(zhuǎn)速） 7.5KW×1410 r \min （11） 進給電動機（功率×轉(zhuǎn)速） 1.5KW×1410 r \min （12）最大載重量 500Kg 第二章 橫向進給主要設(shè)計計算 2.1絲桿和螺母的選擇 絲桿主要用于傳導，且使用頻繁，要求耐用并且精確高，所以根據(jù)以上要求選擇40Cr為絲桿材料。 螺母比絲桿的要求略低，選用錫青銅ZQSn10-1 進行絲桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是確定軸的合理外形和全部的結(jié)構(gòu)尺寸。 決定絲桿結(jié)構(gòu)的主要因素：1.軸在機器中的安裝位置及形式；2.軸上零件的安裝尺寸、數(shù)量、連接方式等；3.載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；4.軸的加工工藝等。由于對軸加工的影響因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式有要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標準的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計時，必須針對不同情況進行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)該滿足：軸和安裝在軸上的零件要有準確的工作位置；而且軸應(yīng)該進行強度疲勞計算和校核，同時軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。 2.2 絲杠的計算 電機傳動到絲桿則經(jīng)過了十對齒輪的傳動，則設(shè)經(jīng)過每對齒輪的傳動效率=0.99而經(jīng) 過每對齒輪的傳動比分別為:i1=26/44；i2=24/64；i3=18/36；i4=18/40；i5=13/45；i6=40/40；i7=28/35；i8=18/33；i9=33/37；i10=37/33。 而橫向絲桿的最小進給量 Smin=1410r/minX26/44X24/64X18/36X18/40X13/45X40/40X28/35X18/33 X33/37X37/33X6 =23.5 r/min （2-1） 由此可知： N絲 =N電X I總 = 3.92 r/min （2-2） P絲=P電 X=1.5X0.895 =1.3425  （2-3） 則可計算處絲杠的扭矩為： （2-4） 查<<機械零件設(shè)計手冊》有絲桿的螺紋的牙型角 a=300 (2-5) 查《機械設(shè)計》對于梯形螺紋有h=0.5P d=0.8 (2-6 ) 式中：在傳動精度較高，載荷較大，壽命長時，取 為材料的許用壓力，查《機械設(shè)計》可得=22Mpa (2-7) 可以取d=39 mm，滿足d的要求。 根據(jù)國家標準選取其公稱直徑d=42 mm 查《機械設(shè)計》 外螺紋 d1 =42 mm 中徑 d=39 mm 內(nèi)螺紋大徑 D=43mm 內(nèi)螺紋小徑 D=36mm （3）絲桿強度計算 由扭矩 T=Ftan（） （2-8） 查《機械設(shè)計》得，對于M10~M16普通螺紋取tan=0.17 cos= （2-9） 已知D=100mm t=25mm cos==0.5 所以 tan=1.732 查《機械設(shè)計》得，=900Mpa （2-10） T=Ftan（）=831353.77=54346955.41(Pa) （2-11） 危險截面 == （2-12） 式中：A---是絲桿的最小截面積 A= （2-13） = 所以 結(jié)論是之前取的絲桿數(shù)據(jù)符合強度要求 （4）絲桿強度計算 由于螺母的材料強度小于絲桿，故只需要校核螺母螺紋牙的強度 螺紋牙危險截面a—a的彎曲強度條件為 （2-14） 式中：b---螺紋牙根部的厚度，mm，對于梯形螺紋，b=0.65P l---彎曲力臂，mm，l= []---螺母材料的許用切應(yīng)力 []---螺母材料的許用彎曲應(yīng)力 所以 =6.045 取=30 所以 l=P=830=240mm 所以左螺母和右螺母分別為120mm 調(diào)整螺母定為 20mm （5）絲桿的穩(wěn)定性計算 臨界載荷Fcr可以按歐拉公式計算 Fcr= （2-15） 式中：E---絲桿材料的拉壓彈性模量，Mpa，E=2.06Mpa I---絲桿危險截面的慣性矩，I=，mm 所以： Fcr==1400（KN） Fcr/F=1400/340=4.2S=2.5~4.0 所以得出結(jié)論：絲桿的穩(wěn)定性可靠。 2.3 直齒輪的設(shè)計 （1）車床齒輪的設(shè)計目的和方法 在主軸箱的傳動中用到齒輪，齒輪在傳動中起到關(guān)鍵的橋梁作用，也就是說齒輪設(shè)計的好壞關(guān)系到主傳動的成敗。在齒輪的設(shè)計中，首先應(yīng)該了解到齒輪的主要失效形式以及設(shè)計齒輪的準則，使其滿足工作條件的要求而且要經(jīng)久耐用，然后要選擇齒輪材料以及各種材料的性能和硬度剛度等性質(zhì)，以及所要采取的熱處理方法，因為合適的熱處理能夠提高材料的各種特性，而且簡要了解齒輪的各種加工方法，以便為主軸箱齒輪選擇合適的加工方法。齒輪最容易發(fā)生齒根折斷和疲勞失效，故推導出兩種失效的計算方法，以便為后面齒輪的設(shè)計找出理論依據(jù)。在最后具體設(shè)計主軸箱的齒輪，使設(shè)計的齒輪既滿足要求，又不浪費材料，方面合理。 （2） 齒輪傳動的優(yōu)點 齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一,型式很多,應(yīng)用廣泛,傳動的功率可達近十萬千瓦,圓周速度可達200m/s。 齒輪傳動的主要特點有: 1） 效率高,在常用的機械傳動中,以齒輪傳動的效率為最高。如一級圓柱齒輪傳動的效率可達99%.這對大功率傳動十分重要,因為即使效率只提高1%,也有很大的經(jīng)濟意義。 2） 結(jié)構(gòu)緊湊,在同樣的使用條件下,齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。 3） 工作可靠,壽命長。設(shè)計制造正確合理,使用維護良好的齒輪傳動,工作十分可靠,壽命可達一、二十年,這也是其它機械傳動所不能比擬的。這對車輛及礦井內(nèi)工作的機器尤為重要。 4） 傳動比穩(wěn)定。 傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的最基本的要求。齒輪傳動獲得廣泛應(yīng)用,也就是由于這一基本原因。 根據(jù)以上齒輪傳動的優(yōu)點，結(jié)合銑床主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，故本次設(shè)計采用齒輪傳動，結(jié)構(gòu)緊湊而且傳動效率高。 （3） 齒輪的失效形式 1） 輪齒折斷 齒輪工作時；若輪齒危險截面的應(yīng)力超過材料所允許的極限值，輪齒將發(fā)生折斷。具體如下圖所示。 圖2-1 齒面折斷 2） 齒面磨損 互相嚙合的兩齒廓表面間有相對滑動，在載荷作用下會引起齒面的磨損。尤其是在開式齒輪傳動中，由于灰塵、砂粒等硬顆粒容易進入齒面間而發(fā)生磨損.齒面嚴重磨損后，輪齒將失去正確的齒形，會導致嚴重噪音和振動，影響輪齒正常工作，最終使傳動失效。采用閉式傳動，減小齒面粗糙度值和保持良好的潤滑可以減少齒面磨損。 3） 齒面點蝕 在潤滑良好的閉式齒輪傳動中，當齒輪工作了一定時間后，在輪齒工作表面上會產(chǎn)生一些細小的凹坑，稱為點蝕.點蝕的產(chǎn)生主要是由于輪齒嚙合時，齒面的接觸應(yīng)力按脈動循環(huán)變化，在這種脈動循環(huán)變化接觸應(yīng)力的多次重復作用下，由于疲勞，在輪齒表面層會產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋的擴展使金屬微粒剝落下來而形成疲勞點蝕，具體如下圖所示。 圖2-2 齒面點蝕 4）齒面膠合 在高速重載傳動中，由于齒面嚙合區(qū)的壓力很大，潤滑油膜因溫度升高容易破裂，造成齒面金屬直接接觸，其接觸區(qū)產(chǎn)生瞬時高溫，致使兩輪齒表面焊粘在一起，當兩齒面相對運動時，使較軟的齒面金屬被撕下，在輪齒工作表面形成與滑動方向一致的溝痕，這種現(xiàn)象稱為齒面膠合.具體如下圖所示。 圖2-3 齒面膠合 5）塑性變形 在重載的條件下，較軟的齒面上表層金屬可能沿滑動方向滑移，出現(xiàn)局部金屬流動現(xiàn)象，使齒面產(chǎn)生塑性變形，齒廓失去正確的齒形.在起動和過載頻繁的傳動中較易產(chǎn)生這種失效形式。 （4）齒輪的設(shè)計準則 所設(shè)計的齒輪傳動在具體的工作情況下,必須具有足夠的、相應(yīng)的工作能力,以保證在整個工作壽命期間不致失效。針對上述各種工作情況及失效形式,都應(yīng)分別確定相應(yīng)的設(shè)計準則。但是對于齒面磨損、塑性變形等,由于尚未建立起廣為工程使用而且行之有效的計算方法及設(shè)計數(shù)據(jù),所以目前設(shè)計一般使用的齒輪傳動時,通常只按保證只按齒根彎曲疲勞強度及保證齒面接觸疲勞強度兩準則進行計算。 由實踐得知,在閉式齒輪傳動中,通常以保證齒面接觸疲勞強度為主。但對于齒面硬度很高,齒芯強度又低的齒輪(如用20、20Cr鋼經(jīng)滲碳后淬火的齒輪)或材質(zhì)較脆的齒輪,通常則以保證齒根彎曲疲勞強度為主。如果兩齒輪均為硬齒面且齒面硬度一樣高時,則視具體情況而定。 開式（半開式)齒輪傳動,按理應(yīng)根據(jù)保證齒面抗磨損及齒根抗折斷能力兩準則進行計算,但如前所述,對齒面抗磨損能力的計算迄今尚不夠完善,故對開式(半開式)齒輪傳動,目前僅以保證齒根彎曲疲勞強度作為設(shè)計準則。為了延長開式(半開式)齒輪傳動的壽命,可視具體需要而將所求得的模數(shù)適當增加。 2.4 直齒輪的計算 （1）選定精度等級、材料及齒數(shù)： 1）確定齒輪類型 兩齒輪均為標準直齒圓柱齒輪。 2）材料選擇 采用硬齒面?zhèn)鲃?，大、小齒輪材料都為20CrMnTi調(diào)質(zhì)后表面淬火，齒面硬度為55~60HRC。銑床為一般工作機器，速度不高，選用7級制造精度。 小齒輪齒數(shù)為33，大齒輪齒數(shù)為37，傳動比為i =37/33=1.12 因為速度低時轉(zhuǎn)矩更大，所以在設(shè)計此對齒輪傳動時以低轉(zhuǎn)速時的參數(shù)來設(shè)計。 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計： 由設(shè)計計算公式10-9a進行試算即： d≥2.32 （2-16） 確定公式中的各計算數(shù)值： a、 由設(shè)計對象知外嚙合時公式中的正負號取正號 b、 對于直齒圓柱齒輪，試選K=1.3 c、 計算小齒輪的轉(zhuǎn)矩： T= 其中P=P=1.5 Kw××=1.343 Kw；； n===3.92 r/min 代入數(shù)據(jù)得： T==3.27 N·mm （2-17） d、 根據(jù)齒輪的裝置狀況，查教材表10-7中選取齒寬系數(shù)=0.3 --3)金屬切削機床齒輪傳動，若傳遞功率不大時可取到0.2 e、 根據(jù)配對齒輪的材料類型為鍛鋼-鍛鋼，由教材表10-6查得的彈性影響系數(shù)Z=189.8 MPa f、 由教材圖10-21e中并按齒面硬度查得大、小齒輪的接觸疲勞強度極限均為==1500 Mpa g、 由教材式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)得:(已知銑床為兩班制，工作壽命為15年) N=60 njL=60×3.92×1×2×8×300×15=1.690 （2-18） N==1.508× h、根據(jù)齒輪的材料，熱處理方法及應(yīng)力循環(huán)次數(shù)查教材中圖10-19取大、小齒輪的接觸疲勞系數(shù)K=1.13 K=1.14 i、計算接觸疲勞許用應(yīng)力： 取失效概率為1%，對接觸疲勞強度計算，由于點蝕破壞發(fā)生后只引起噪聲、振動增大，并不立即導致不能繼續(xù)工作的后果，故安全系數(shù)S=1. 由教材中式10-12得： ==1.13×1500=1695 Mpa ==1.14×1500=1710 Mpa ① 計算： a、試算小齒輪分度圓直徑，代入與中較小的值： ≥2.32= 2.32= 148.6mm（2-19） b、計算圓周速度為V： V== =0.031m/s c、計算齒寬： b=·d=0.3×148.6=44.58mm d、計算齒寬與齒高的比： 模數(shù) ===4.5mm 齒高 h=2.25=2.25×4.5mm=10.125mm ==4.403 e、計算載荷系數(shù)： 根據(jù)齒輪V=0.031m/s,且齒輪精度等級為7級，由教材圖10-8查得動載系數(shù)K=1.0015； 對直齒輪有==1； 由教材表10-2查得使用系數(shù)K=1； 由教材表10-4并且運用插值法查得對于7級精度，且兩支承相對于齒輪做非對稱布置時，取=1.169； 由=7.336，=1.169查教材圖10-13得=1.15； 故載荷系數(shù)K= KK=1×1.0015×1×1.169=1.17 f、按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑： 由教材式10-10a得： d= d=148.6=143.4 mm g、 計算模數(shù)m： ===4.345 mm 1、 按齒根彎曲強度設(shè)計： 由教材式10-5得彎曲強度的設(shè)計公式為： m≥ （2-20） ① 確定公式中的各個計算數(shù)值： a、由教材圖10-20c查得兩個齒輪的彎曲疲勞強度極限均為==920 Mpa b、根據(jù)齒輪材料類型、熱處理方法及應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由教材圖10-18中取彎曲疲勞強度壽命系數(shù)=0.95 =0.96 c、計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 對于彎曲疲勞強度來說，一旦發(fā)生斷齒就會引起嚴重的事故，故取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 由教材式10-12得： ===624.29 Mpa ===630.86 Mpa d、計算載荷系數(shù)K 由前面查得的數(shù)據(jù)并代入表達式得： K= KK=1×1.0015×1×1.15=1.152 e、查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)： 查教材表10-5取=2.47 =2.43 查教材表10-5取=1.64 =1.66 f、計算大小齒輪的，并加以比較： ==0.0065 ==0.0064 由上述計算值知大齒輪的數(shù)值更大 ② 設(shè)計計算： m≥= mm=4.14 mm （2-21） 對比以上兩種設(shè)計方案的計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲疲勞強度所決定的承載能力，可取由彎曲疲勞強度所算得的模數(shù)4.345mm并就近圓整為標準值為4.5mm 4、幾何尺寸的計算： ①計算分度圓直徑： d= m×Z=4.5×32=144 mm d= m×Z=4.5×36=162 mm ②計算中心距： a===153 mm ③ 齒輪寬度B=·=0.3144=43.2mm 為了防止齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯位導致嚙合齒寬減小而增大輪齒單位齒寬的工作載荷，所以將小齒輪齒寬在圓整的基礎(chǔ)上人為地加寬5mm，取B=45mm，B=40mm。 2.5 錐齒輪的計算 1.選定齒輪精度等級、材料熱處理方式及齒數(shù) 本機床工作速度、功率都不高，故選用8級精度。 選擇小齒輪材料為40Gr，調(diào)質(zhì)處理，硬度270HBS，大齒輪材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為230HBS，二者硬度差為40HBS。 選取小齒輪齒數(shù)Z1=16，Z2=18 2.錐齒輪的選擇和校核 已知錐齒輪的齒數(shù) Z=18 輸入功率在經(jīng)過傳導以后 P=P=1.5 Kw××=1.156Kw 查《機械設(shè)計》可得錐齒輪設(shè)計計算公式 m （2-22） 載荷系數(shù)K=KKKK=11.11.51.1=1.815 查《機械設(shè)計》得，=0.333 []==314.3Mpa 查《機械設(shè)計》由Z=16，得Y=2.91 Y=1.53 帶入原式 m=7.4 所以取m=8 再使用校核公式進行校核 = （2-23） 帶入m=8及其他已知條件 ==197.28=314.3 校核得此設(shè)計可用 再使用齒面接觸疲勞強度計算公式進行計算和校核 d （2-24） 將以上的已知條件帶入上式 d=73 所以，Z1=16，Z2=18 m=8的錐齒輪選擇成立。 第三章 工作臺主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 工作臺的設(shè)計 銑床的進給運動有工作臺的縱向進給、橫向進給和垂向進給，由進給電動機單獨驅(qū)動，與主軸傳動無直接聯(lián)系。這是銑床傳動的一大特點。 此次電動機的功率為1.5KW，轉(zhuǎn)速為1500r/min,經(jīng)過傳動比為×兩對齒輪的 減速傳動，使軸Ⅲ以1500××=320 r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。再經(jīng)軸Ⅲ和軸Ⅴ上的兩個三聯(lián)滑移齒輪，分別與軸Ⅳ上的固定齒輪齒合，使軸Ⅴ有3×3=9種轉(zhuǎn)速。當軸Ⅴ上的空套齒輪（Z=40）右移時，其右側(cè)齒狀離合器與離合器結(jié)合，將軸Ⅴ的9種轉(zhuǎn)速，經(jīng)傳動比為1的一對齒輪及離合器傳至軸Ⅵ，使軸Ⅵ獲得與軸Ⅴ相同的9種較快的轉(zhuǎn)速。當軸Ⅴ上的空套齒輪（Z=40）左移時（其右側(cè)離合器脫開），與軸Ⅳ上的雙聯(lián)空套齒輪中Z=18的齒輪齒合，同時仍與軸Ⅳ上的Z=40的寬齒輪齒合。則軸Ⅴ上的9種傳速 經(jīng)傳動比為××的三對齒輪傳動，再經(jīng)離合器傳至Ⅵ，其中因有兩次減速 ×使軸Ⅵ又獲得9種較慢的轉(zhuǎn)速。因此軸Ⅵ共有9+9=18種轉(zhuǎn)速。在經(jīng)過傳動比 為的一對齒輪傳至軸Ⅶ，最后經(jīng)過若干齒輪、軸和離合器縱、橫和垂分別傳給縱向、橫向和垂向的絲杠，使工作臺獲得三個方向18種工作進給量。 本次設(shè)計的為橫向工作臺，在整個工作臺中起到連接的作用。縱向工作臺在工作臺底座的燕尾槽內(nèi)做直線運動，橫向滑板由橫向進給絲桿帶動螺母做橫向進給。在工作臺上部用燕尾塊與縱向工作臺相連接，在工作臺用螺母與垂向工作臺相連接。 3.2 離合器的設(shè)計 離合器在機器運轉(zhuǎn)中可將傳動系統(tǒng)隨時分離或接合。對離合器的基本要求有：接合平穩(wěn)，分離迅速而徹底；調(diào)節(jié)和休息方便；外廓尺寸?。毁|(zhì)量?。荒湍バ院煤妥銐虻纳崮芰?；操縱方便省力。離合器的類型很多，常用的可分為牙嵌式和摩擦式兩大類。 牙嵌式離合器由兩個端面上有牙的半離合器組成。其中一個半離合器固定在主動軸上；另一個半離合器用導向平鍵（或花鍵）與從動軸連接，并可由操縱機構(gòu)使其座軸向移動，以實現(xiàn)離合器的分離與結(jié)合。牙嵌離合器是借牙的相互嵌合來傳遞運動和轉(zhuǎn)矩的。為使兩半離合器能夠?qū)χ校谥鲃虞S端的半離合器上固定一個對中環(huán)，從動軸可在對中環(huán)內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。 本次設(shè)計采用牙嵌式離合器，具體如下圖 圖3-1 離合器 3.3 操縱機構(gòu)的設(shè)計 銑床的縱向進給與橫向、升降進給之間的互鎖是由電器保證的。而橫向與升降之間的互鎖是由操作機構(gòu)中的機械動作獲得的（見部裝圖）。需要工作臺橫向進給時，可將手柄向前推或向后拉。向前推時鼓輪便向后移動鼓輪水平截面的廓形，是根據(jù)移動橫向離合器M橫的要求而設(shè)計成凹凸相間形的。這時搖臂2的一大個支點m落入鼓輪的凹陷部分，而另一個支點n則在凸處。于是，推桿3；便推動撥叉4使它按逆時針方向擺動，接通橫向離合器M橫工作臺便可做橫行運動。 在鼓輪做軸向運動的同時，其相應(yīng)部位的斜面將觸桿7壓下，接通行程開關(guān)8，電動機通電，工作臺開始橫向進給。 相反，若將手柄向后拉，鼓輪1則向前移動。但這時搖臂2和撥叉4的擺動方向仍是逆時針的，也即離合器M橫仍處在接通狀態(tài)，所不同的只是鼓輪相應(yīng)部位的斜面壓下觸桿5,接通了另一個行程開關(guān)6,使進給電動機反轉(zhuǎn)，工作臺作相反方向的橫向進給。若要工作臺作上下移動，可將手柄向上提或向下壓，使得鼓輪轉(zhuǎn)動一個角度。鼓輪的兩周有一個斜面，其能夠滿足方向的調(diào)節(jié)。因此手柄向上或向下移動時，搖臂上的觸點n和m便做順時針方向旋轉(zhuǎn)使得搖臂2和撥叉4作順時針方向轉(zhuǎn)動，接通垂直進給離合器M垂，而另外一方則斷開使得橫向不能夠移動，達到運動自鎖的效果。 手柄上下移動的同時，鼓輪使得電動機獲得正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，工作臺就上下移動。用單手柄操縱機構(gòu)能夠減少失誤，達到安全的效果。 圖3-2 操縱機構(gòu) 1- 鼓輪；2-搖臂；3-推桿；4-撥叉 致 謝 隨著畢業(yè)的臨近，本次畢業(yè)設(shè)計也基本上結(jié)束。在這次設(shè)計中我感觸良多，首先是感到自己所學的不足，如果沒有指導老師和同學的幫助，要完成此次設(shè)計我會有較大的困難。其次是覺的自己的動手能力較差，所以在設(shè)計中經(jīng)常會出現(xiàn)錯誤。 在這里首先要感謝的是我的指導老師教授，馮教授是個治學嚴謹?shù)睦辖淌?，平常工作特別繁忙，但從我拿到畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書的那天，到設(shè)計草案的擬定再到圖紙的成型以及最后的工作結(jié)束，每一步都得到了他的悉心指導，最令我感動的是他好多次指導我們設(shè)計連飯也沒顧上吃。您的教學精神將永遠是我的學習榜樣。 其次要感謝這四年來所有領(lǐng)導和老師，他們的辛勤教育不但讓我們打下了專業(yè)基礎(chǔ)還讓我們學會了做人的基本東西。 感謝我的同學，有了你們我的大學生活才變的美好，我的設(shè)計才順利完成。 最后，我想要感謝的是這個偉大的校園：師者激情演講、人文氣息的熏陶、同學們風華正茂，條條綠蔭、處處泛香。我明白，正是在他那溫潤寬厚的胸懷上，我成長起來的，我心我思永系長大。 再次對所有關(guān)心、幫助我的人說一聲“謝謝”。 參考文獻 [1] 濮良貴.紀名剛. 機械設(shè)計[M]. 北京:高等教育出版社，2006 [2] 技工學校機械類通用教材編審委員會.銑工工藝學[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,1980. 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