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目錄 緒論 1 第一章 數(shù)控加工技術概論 3 1.1 數(shù)控技術及數(shù)控加工的基本概念 3 1.2 數(shù)控機床的組成與分類 4 1.3數(shù)控機床的特點與數(shù)控機床的發(fā)展方向 6 第二章 數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng) 7 2.1 數(shù)控機床對主傳動的要求 7 2.2 數(shù)控銑床主傳動的配置方式 7 第三章 主軸電動機的選取 10 第四章 同步帶傳動 11 4.1 材料選擇 11 4.2 參數(shù)計算 11 第五章 主軸組件的設計 14 5.1 主軸組件的設計要求 14 5.2 主軸材料的選擇及尺寸、參數(shù)的計算 16 5.3 主軸傳動裝置箱體的作用 20 5.4 主軸箱體的截面形狀和壁厚計算 20 第六章 主軸軸承的選擇 21 6.1 軸承的選擇和軸承的精度 21 6.2 軸承預緊力的要求 22 6.3 主軸軸承的潤滑與密封 23 6.4 軸承壽命校核 24 第七章 聯(lián)接鍵的選擇和碟形彈簧的選擇與計算 25 7.1聯(lián)接鍵的選擇 25 7.2碟形彈簧的選擇與計算 25 7.3碟形彈簧材料及熱處理、厚度和脫碳 26 7.4碟形彈簧的強壓處理、表面強化處理和防腐處理 26 第八章 螺釘聯(lián)接的設計 28 第九章 液壓缸與密封件的設計 30 9.1液壓缸安裝時應注意的問題 31 9.2液壓缸各部分的結構及主要尺寸的確定 31 9.3強度校核 31 9.4 密封件的作用及其意義 32 9.5 密封的分類及密封件的材料要求 32 9.6防塵圈設計要求 33 結 論 34 致 謝 35 參考文獻 36 附錄 37 緒論 在工業(yè)生產(chǎn)中，金屬熱切割一般有氣割、等離子切割、數(shù)控銑床等。其中數(shù)控銑床與氣割相比，其切割范圍更廣、效率更高。而精細等離子切割技術在材料的切割表面質(zhì)量方面已接近了激光切割的質(zhì)量，但成本卻遠低于激光切割。因此，數(shù)控銑床自20世紀50年代中期在美國研制成功以來，得到迅速發(fā)展。 1 國外數(shù)控銑床現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 國外數(shù)控銑床的生產(chǎn)廠家主要集中在德國、美國和日本。從機械結構上看，其發(fā)展經(jīng)歷了十字架型（輕型）、門型（小型）、龍門型（大型）3個階段，相應的型號種類繁多。能夠代表數(shù)控銑床技術最高水平的廠家主要集中在德國，目前，國外已有廠家在龍門式切割機上安裝一個專用切割機械手，開發(fā)出五軸控制系統(tǒng)的龍門式專用切割工具，該系統(tǒng)可以在空間切割出各種軌跡，利用特殊的跟蹤探頭，在切割過程中控制切割運行軌跡。 我國工廠的板材下料中應用最為普遍的是數(shù)控銑床和等離子切割，所用的設備包括手工下料、仿形機下料、半自動切割機下料及數(shù)控切割機下料等。與其他切割方式比較而言，手工下料隨意性大、靈活方便，并且不需要專用配套下料設備。但手工切割下料的缺點也是顯而易見的，其割縫質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費大、后道加工工序的工作量大，同時勞動條件惡劣。用仿形機下料，雖可大大提高下料工件的質(zhì)量，但必須預先加工與工件相適應的靠模，不適于單件、小批量和大工件下料。半自動切割機雖然降低了工人勞動強度，但其功能簡單，只適合一種形狀的切割。上述3種切割方式，相對于數(shù)控切割來說由于設備成本較低、操作簡單，所以在我國的中小企業(yè)甚至在一些大型企業(yè)中仍在廣泛使用。 隨著國內(nèi)經(jīng)濟形勢的蓬勃發(fā)展以及以焊代鑄趨勢的加速，數(shù)控銑床的優(yōu)勢正在逐漸為人們所認識。數(shù)控銑床不僅使板材利用率大幅度提高，產(chǎn)品質(zhì)量得到改進，而且改善了工人的勞動環(huán)境，勞動效率進一步提高。目前，我國金屬加工行業(yè)使用的數(shù)控銑床是以火焰和普通等離子切割機為主，但純火焰切割，已不能適應現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，該類切割機可滿足不同材料、不同厚度的金屬板材的下料以及金屬零件的加工的需要，因此需求量將會越來越大，但與國外的差距仍極為明顯，主要表現(xiàn)為：發(fā)達國家金屬加工行業(yè)90%為數(shù)控切割機下料，僅10%為手工下料；而我國數(shù)控切割機下料僅占下料總量的10%，其中數(shù)控銑床下料所占比例更小。 我國數(shù)控銑床每年市場需求量約在400~500臺之間。相較而言，仿形切割機每年銷售幾千臺，半自動切割機每年銷售達上萬臺。由此可見，我國數(shù)控切割市場，尤其是數(shù)控銑床市場的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮摹? 2 數(shù)控技術的現(xiàn)狀與發(fā)展 計算機技術的飛速發(fā)展推動了數(shù)控技術的更新?lián)Q代，而這也日益完善了數(shù)控銑床的高精、高速、高效功能。代表世界先進水平的歐洲、美國、日本的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商利用工控機豐富的軟硬件資源開發(fā)的新一代數(shù)控系統(tǒng)具有開放式體系結構，即數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向最終用戶，通過改變、增加或剪裁結構對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次產(chǎn)品的開發(fā)。 開放式體系結構使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性，并向智能化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展。 近幾年來，由于對切割質(zhì)量、勞動環(huán)境等的要求越來越高，其相應產(chǎn)品在我國的市場需求量也逐年上升。在我國的數(shù)控銑床設備生產(chǎn)行業(yè)中，由于缺乏切割理論研究與生產(chǎn)實踐相轉換的機制，因此新技術運用不廣、新產(chǎn)品開發(fā)速度不快，制約了數(shù)控銑床技術的進一步發(fā)展和運用。 第一章 數(shù)控加工技術概論 1.1 數(shù)控技術及數(shù)控加工的基本概念 一 數(shù)控技術 數(shù)控技術是本世紀中期發(fā)展起來的機床控制技術，是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術。數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透行程的機電一體化鏟平，即所謂的數(shù)字化裝備。 (1)數(shù)控與數(shù)控機床 數(shù)字控制 （Numerical Control，簡稱NC）,國家標準定義為：“是用數(shù)字化信號對機床的運動及其加工過程進行控制的一種方法”。定義中的“機床”，不僅指金屬切削機床，還包括其他各類機床，如線切割機床等。 數(shù)控機床 （Numerical Control Machine Tools）是技術密集度及自動化程度很高的機電一體化加工裝備。簡單地說就是采用了數(shù)控技術的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。國際信息處理聯(lián)盟 （Internaional Federation of Information Proceccing，簡稱 IFIP）第五技術委員會對數(shù)控機床作了如下定義：數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能邏輯地處理具有特定代碼和其他符號編碼指令規(guī)定的程序。 （2） 數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng) （NC System）就是上訴定義中所指的那種程序控制系統(tǒng)，它是邏輯地處理駛入到系統(tǒng)中具有特定代碼的程序，并將其譯碼，從而使機床運行并加工零件。 數(shù)控系統(tǒng)在本質(zhì)上是一臺計算機。在硬件方面，它經(jīng)歷了電子管、晶體管、小規(guī)模集成電路、微處理機到當前PC結構的五代發(fā)展；在體系結構上，經(jīng)歷了硬件數(shù)控系統(tǒng)（NC）、計算機數(shù)控（CNC）、到目前的PC數(shù)控（PC-NC）三個階段。[9] 二 數(shù)控加工 數(shù)控加工技術是20世紀40年代后期為適應加工復雜外形零件而發(fā)展起來的一種自動化加工技術。數(shù)控加工就是用數(shù)控機床加工零件的方法。數(shù)控加工是伴隨數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來的一種應用技術，它是人們長期從事數(shù)控加工實踐的經(jīng)驗總結。 1.2 數(shù)控機床的組成與分類 一 數(shù)控機床的組成 數(shù)控機床的種類很多，但是任何一種數(shù)控機床都主要由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機械系統(tǒng)組成。 1 數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，是數(shù)控機床的“指揮系統(tǒng)”。 數(shù)控系統(tǒng)通常是一臺帶有專門系統(tǒng)軟件的專用微型計算機。 2 伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)（或稱驅動系統(tǒng)）是數(shù)控機床的執(zhí)行機構，是由驅動和執(zhí)行兩大部分組成。用于實現(xiàn)數(shù)控機床的進給伺服控制和株洲伺服控制。它接受數(shù)控裝置的指令信息，并按指令信息的要求控制執(zhí)行部件的進給熟讀、方向和位移。 3 機械系統(tǒng) 數(shù)控機床的機械系統(tǒng)，除機床基礎件意外，有下列各部分組成: (1)主軸部件：包括主軸電動機和主軸傳動系統(tǒng)。 (2)進給系統(tǒng)：包括進給執(zhí)行電動機和進給傳動系統(tǒng)。 (3)實現(xiàn)共建回轉、定位的裝置和附件。 (4)實現(xiàn)某些部件動作和輔助功能的系統(tǒng)和裝置。 (5)刀庫和自動換刀裝置(Autormatic Tools Changer, 簡稱 ATC) (6)自動托盤交換裝置（Autormatic Pallet Changer，簡稱 APC） 機床基礎件或稱機床大件，通常是指床身(或底座)、立柱、滑座和工作臺等，它是整臺機床的基礎和框架。[9] 二 數(shù)控機床的分類 1 按工藝用途分 按照工藝的不同，數(shù)控機床可分為數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控齒輪加工機床、數(shù)控電火花加工機床、數(shù)控線切割機床、數(shù)控沖床、數(shù)控剪床、數(shù)控液壓機等各種工藝用途的數(shù)控機床。 2 按運動方式劃分 按運動方式即刀具與工件相對運動方式，數(shù)控機床可分為：點位控制、直線控制和輪廓控制。 3 按伺服系統(tǒng)類型劃分 按伺服系統(tǒng)類型的不同，數(shù)控機床可分為：開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床、閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)時空機床。 （1） 開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床 開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床是一種不叫原始的數(shù)控機床。這類機床的數(shù)控系統(tǒng)將零件的程序處理后，輸出數(shù)據(jù)指令給伺服系統(tǒng)，驅動機床運動，沒有來自位置傳感器的反饋信號。最典型的系統(tǒng)就是采用步進電動機的伺服系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的信息流是單向的，即進給脈沖發(fā)出去以后，實際移動值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制。這類機床較為經(jīng)濟，但加工速度和加工精度較低。 （2） 閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床 閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床帶有檢測裝置，直接對工作臺的位移量進行檢測。這類控制系統(tǒng)，因為把機床工作臺納入位置控制環(huán)，故稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以消除包括工作臺傳動鏈在內(nèi)的運動誤差，因而定位精度高、調(diào)節(jié)速度快。但由于該系統(tǒng)受進給絲杠的拉壓剛度、扭轉剛度、摩擦阻尼特性和間隙等非線性因素的影響，給調(diào)試工作造成較大的困難。由于閉環(huán)伺服系統(tǒng)復雜和成本高，故適用于精度要求很高的數(shù)控機床，如精密鏜銑床、超精密數(shù)控機床等。 （3） 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床 大多數(shù)數(shù)控機床是半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，這類系統(tǒng)介于開環(huán)和閉環(huán)之間，精度沒有閉環(huán)高，調(diào)試卻比閉環(huán)方便，因而得到了廣泛的應用。 4 按數(shù)控機床系統(tǒng)的功能水平劃分 按數(shù)控機床系統(tǒng)的功能水平可分為：低檔、中檔和高檔。按控制軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)可分為幾軸聯(lián)動等多種數(shù)控機床；按數(shù)控機床功能多少可分為經(jīng)濟型數(shù)控機床和全功能型數(shù)控機床等。[9] 1.3數(shù)控機床的特點與數(shù)控機床的發(fā)展方向 1 數(shù)控機床的特點 數(shù)控機床與普通機床比較具有以下特點。 （1） 自動化程度高。 （2） 進給傳動機構簡單。 （3） 工藝復合化和功能集成化。 （4） 具有加工復雜形狀兩件的能力。 （5） 具有高度柔性，適用性強。 （6） 加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定。 （7） 生產(chǎn)效率高。 2 數(shù)控機床的發(fā)展方向 當今數(shù)控機床正朝著以下幾個方向發(fā)展。 （1） 高速度、高精度。 （2） 多功能化。 （3） 智能化。 （4） 目前CAD/CAM圖形交互式自動變成已得到較多的應用，是數(shù)控技術發(fā)展的新趨勢。 （5） 可靠性最大化數(shù)控機床的可靠性一直是用戶最關心的主要指標。 （6） 控制系統(tǒng)小型化和時空系統(tǒng)小型化便于將機、電裝置結合為一體。[20] 第二章 數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng) 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)包括主軸電動機，傳動系統(tǒng)和主軸組件。與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比數(shù)控機床在結構上比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調(diào)速來承擔。省去了繁雜的齒輪變速機構，還有一些數(shù)控機床設計中還存在二級或三級齒輪變速機構用以擴大主軸電動機無級變速的范圍。 2.1 數(shù)控機床對主傳動的要求 1. 范圍： 各種不同的機床對調(diào)速范圍的要求不同，多用途，通用性比較大的機床，要求主軸的調(diào)速范圍大，不但有低速大轉距的功能，而且還要有比較高的速度。 2. 熱變形：電動機、主軸及傳動件都有熱源。降低溫升，減少熱變形是對主傳動系統(tǒng)要求的重要指標。 3. 旋轉精度和運動精度 （1）主軸的旋轉精度:是指裝配后，在無載荷，低速轉動條件下，測量主軸前端和300mm處的徑向和軸向跳動值。 （2）主軸在以工作速度旋轉時，測量上述兩項精度稱為運動精度。 4. 主軸的靜剛度和抗振性 由于數(shù)控機床的加工精度比較高，主軸的轉速又很高。因此，主軸組件的質(zhì)量分布是否均勻以及主軸組件的阻尼等，對主軸組件的靜剛度和抗振性都會產(chǎn)生影響。 5. 主軸組件的耐磨性 主軸組件必須有足夠的耐磨性，使之能夠長期保持要求的準確精度。凡是有機械摩擦的部位，軸承，錐孔等都要有足夠的硬度，軸承還應具有良好的潤滑。[6] 2.2 數(shù)控銑床主傳動的配置方式 數(shù)控銑床的主傳動系統(tǒng)要求有較大的調(diào)速范圍，以保證進行加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)效率、加工精度和表面質(zhì)量。數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此機構必須適應自動操作的要求。大多數(shù)的數(shù)控銑床是用無級變速系統(tǒng)控制的。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要有以下三種配置方式： 1. 帶有變速齒輪的主傳動 這種配置方式在大中型數(shù)控機床中采用比較普遍。它通過少數(shù)幾對齒輪進行降速，使之能夠分段變速，確保低速時擁有足夠的扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性。但也有一部分小型數(shù)控機床也采用這種傳動方式，以獲得強力切削時所需要的扭矩。 2. 通過帶傳動的主傳動 主要應用在中小數(shù)控機床上，可以避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，但它只能適用于低扭矩特性要求的主軸。同步帶有多楔帶，齒形帶，圓弧帶等，是一種綜合了帶傳動和鏈傳動優(yōu)點的新型傳動。帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒形，通過帶輪與輪齒相嵌合，做無滑動的嚙合傳動。帶內(nèi)采用了承載后無彈性伸長的材料作強力層，以保持帶的節(jié)距不變，使主動和從動帶輪可做無相對滑動的同步傳動。與一般帶傳動相比，同步帶傳動具有以下優(yōu)點： （1）無滑動，傳動比準確。 （2）傳動效率高，可達98%以上。 （3） 傳動平穩(wěn)可靠，噪聲小。 （4） 使用范圍廣，速度要達到50m/s，速比可達10左右，傳動功率由幾瓦到數(shù)千瓦。 （5） 修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。 但是同步帶也有不足之處，其安裝時中心距要求嚴格，帶與帶輪制造工藝較復雜，成本高。 3. 由調(diào)速電動機直接驅動的主傳動 這種主傳動方式大大簡化了主軸箱與主軸的結構，有效地提高了主軸部件的剛度。但主軸輸出扭矩小，電動機轉動時發(fā)出的熱量對主軸的精度影響比較大。在低于額定轉速時為恒轉矩輸出，高于額定轉矩時為恒功率輸出。使用這種電動機可實現(xiàn)電氣定向。我們把機床主軸驅動與一般工業(yè)的驅動相比較，便可知機床要求其驅動系統(tǒng)有較高的速度精度和動態(tài)剛度，而且要求具有能連續(xù)輸出的高轉距能力和非常寬的恒功率運動范圍。隨著功率電子，計算機技術，控制理論，新材料和電動機設計的進一步發(fā)展和完善，矢量控制交流主軸電動機驅動系統(tǒng)的性能已經(jīng)達到甚至超過了直流電動機驅動系統(tǒng)，交流主軸驅動系統(tǒng)正在逐步取代直流系統(tǒng)。[4] 第三章 主軸電動機的選取 正確選擇電動機的類型、型號及容量是機床設計的重要問題之一，它直接影響著機床的結構和壽命，選擇時要根據(jù)機床的功能要求，所設計的結構，工作狀況等全面考慮，然后選擇適宜的結構型式及容量。 圖3-1主軸電動機 電動機功率的選擇，工作機所需的有效功率為：Pw=Fv/1000=17.5kw[1],為了計算電動機所需的功率，先要確定從電動機到工作部件的總效率η，設η1、η2、分別為同步帶輪和同步帶的傳動效率，查表所得η1和η2都等于0.97。則傳動的總效率為η=η1η2=0.94[1]， 所以電動機所需的功率為Pd=Pw/η=18.5KW[1] 電動機傳速的選擇:此次設計要求電動機必須有額定轉速1500r/min,最高轉速必須達到4000r/min. 電動機型號的選?。焊鶕?jù)設計要求，本次設計中選取蘭州電機廠生產(chǎn)的1PH5167-4CF4型號交流主軸電動機。 其主要參數(shù)如下表： 額定轉速（r/min） 最高轉速(r/min) 額定轉矩 慣性矩(N.M) 電機功率(KW) 恒功率范圍 1500 6000 117.7 0.046 18.5 1:90 表3-1 1PH5167-4CF4型號交流主軸電動機的主要參數(shù)[11] 第四章 同步帶傳動 同步帶傳動綜合了帶傳動和鏈傳動的特點，同步帶傳動的優(yōu)點是: （1）無相對滑動，帶長不變，傳動比穩(wěn)定； （2）帶薄而輕，強力層強度高，適用于高速傳動，速度可達40 m/s； （3）帶的柔性好，課用直徑較小的帶輪，傳動結構緊湊，能獲得較大的傳動比； （4）傳動效率高，可達0.98-0.99，因而應用日益廣泛； （5）初拉力較小，故軸和軸承上所受的載荷小。 主要缺點是制造、安裝精度要求較高、成本高。 同步帶主要用于要求傳動比準確的中、小功率傳動中，如計算機、錄音機、磨床和紡織機等。[13] 4.1 材料選擇 根據(jù)設計要求，選用聚氨酯同步帶，由帶背、帶齒、抗拉層三部分組成。帶背和帶齒材料為聚氨酯，抗拉層采用鋼絲繩，適用于中小功率的高速運轉部分。[13] 4.2 參數(shù)計算 設計計算的內(nèi)容主要是：齒形帶的模數(shù)、齒數(shù)、和寬度的結構和尺寸，傳動中心距，作用在軸上載荷以及結構設計。 1. 模數(shù)的選取 模數(shù)主要根據(jù)齒形帶所傳遞的計算功率Pd和小帶輪轉速n1確定的，通過查《現(xiàn)代數(shù)控機床》表4-33查得Pd=KA*P, 式中P———傳動功率 表4-1 工作情況系數(shù)KA 載荷性質(zhì) 一天運轉時間/h ≤10 10～16 16以上 載荷平穩(wěn) 1.0 1.1 1.2 載荷變化小 1.2 1.4 1.6 載荷變化大 1.4 1.7 2.0 選取KA=1.7，所以PC=5.51.7=9.35KW 由齒形帶模數(shù)選用圖可選m=4 2. 小帶輪齒數(shù)Z1:由《機械傳動裝置設計手冊》表8-38 得Zmin=22,所以取Z1=24 3. 同步帶節(jié)距Pb:由 PD=9.35KW n1=1500r/min, 查表選取節(jié)距Pb=12.566mm, 齒形角2β=40?！↓X根厚S=5.75mm。齒頂厚St=4mm, 齒高hg=ht+e=2.4+2.7=5.1mm, 齒根圓半徑Rr=齒頂圓半徑Ra=0.40mm, 帶高hs=4.4mm, 節(jié)頂距δ=1.000mm, 帶bs=35～40mm。 4. 節(jié)圓直徑d1:d1==96㎜ 5. 大帶輪齒數(shù)z2與直徑：z2=iz1=36 6. 大帶輪直徑d2=id1=1.596=144㎜ 7. 帶的速度V:V==7.536， (式4-1) 由表查得[13] Vmax=35～40 VT 因為軸承使用壽命遠大于軸承預期的壽命所以軸承合格的。 第七章 聯(lián)接鍵的選擇和碟形彈簧的選擇與計算 7.1聯(lián)接鍵的選擇 鍵的類型可根據(jù)聯(lián)接的結構特點，使用要求和工作條件選擇，鍵截面尺寸通常根據(jù)軸的直徑，從標準中選取，對于某些特殊情況（如階梯軸）在保證傳遞所需的轉矩的條件下，允許選用較標準規(guī)定小一擋的截面尺寸，有時候由于工藝和強度原因，也可以選用較標準規(guī)定尺寸大一擋的鍵，鍵的長度按輪轂長度而定，即鍵的長度等于略短于輪轂的長度，而導向平鍵就得按輪轂的長度及滑動距離而定，鍵的長度應該符合標準規(guī)定的長度系列。 根據(jù)設計尺寸和GB/T1096-1979選普通平鍵聯(lián)接，鍵的公稱尺寸是bhL=108(28～36)，材料選取45號鋼。 7.2碟形彈簧的選擇與計算 碟形彈簧它是一種用鋼板沖壓的截面錐形壓縮彈簧，其特點是： 圖7-1碟形彈簧 （1）剛度大，用于負荷大，軸向空間要求小的地方。 （2）具有變剛度特性，適應范圍廣，根據(jù)其極限變形量h0和彈簧板厚度t不同，可有各種不同的特性曲線和承載能力。 （3）在工作過程中，碟片之間有摩擦損失，加載和卸載時的特性曲線不重合，吸振能力強，制造維修方便。 根據(jù)設計要求，選用A系列碟形彈簧。采用對合組合方式安裝。[17] 7.3碟形彈簧材料及熱處理、厚度和脫碳 碟形彈簧材料為60Si2MnA，碟簧成型后，進行淬火，回火后的硬度必須在HRC42～45范圍內(nèi)單面脫碳層深度，對于厚度小于1.25mm的第一類碟形彈簧，不得超過其厚度的5%，對于厚度不小于1.25mm的碟形彈簧，不超過其厚度的3%（其最小值允許為0.06㎜）。 7.4碟形彈簧的強壓處理、表面強化處理和防腐處理 碟形彈簧應全部進行強壓處理，處理方法為：一次壓平，持續(xù)時間不少于12h，或者進行短時壓平，壓平次數(shù)不小于5次，壓平力不小于二倍的Pf=0.75h0,強化處理后自由高度應穩(wěn)定。 對于受變負荷的碟形彈簧，內(nèi)錐面推薦表面作強化處理，例如噴丸處理等，根據(jù)需要，碟形彈簧表面進行防腐處理（如磷化、氧化、鍍鋅等），經(jīng)電鍍后的碟形彈簧，必須進行去氫處理，不過對受變負載的碟形彈簧應該避免采用電鍍方法處理。[6] 其主要設計參數(shù)如下：D=50 d=25.4 t=3 h0=1.1 H0=4.1 P=12000N f=0.83 H0-f=3.27 σM=-1250N/㎜2 σⅡ =1430 N/㎜2 Q=34.30kg/1000件 D/t≈18 h0=0.4 E=206000N/㎜2 μ=0.3 K4=1 C=2 壓平彈簧的負載： PC= （式7-1） K1==0.69， （式7-2） P/Pc=5000/8410=0.59 因為h0/t=0.4 (查表所得) 所以 f=0.57h0=0.51 所以對合組合的片數(shù)為I= 取12片. 未受負載的高度是HZ=i.H0=223.15=69.3 受負載時的高度H1=HZ-if=69.3-220.51=58.08 壓平彈簧時(f=h0)M點的應力 σM= （式7-3） 此數(shù)據(jù)與60Si2MnA的屈服極限1400接近 碟形彈簧的剛度 P==9015.53N （式7-4） 第八章 螺釘聯(lián)接的設計 設計要求： 1.螺釘?shù)牟贾靡话銓ΨQ形式，并應該根據(jù)結構和力流方向使螺釘受力合理，加工與安裝方便。 2.形心與結合面的形心應該重合。 3.用鉸制孔螺釘（受剪切螺釘）承受橫向載荷時，沿力流方向的螺釘應不多于6個。 4.一組螺釘?shù)闹睆胶烷L度應該盡量相同。 5.一組螺釘中每個螺釘?shù)念A緊力應該相同。 6.釘中心線間的最小距離t=（1.5～2.0）s，s為六角螺母的對邊寬度，最大距離與聯(lián)接用途有關。 7.該滿足擰螺釘時需要的最小扳手空間。 8.校核計算時只計算受力最大的螺釘。 六角頭頭部帶槽螺釘： 圖8-1六角頭頭部帶槽螺釘 根據(jù)要求計算： 選用M6和M8兩種螺釘，其中M6型號螺釘主要尺寸參數(shù)為：b=24, dk=9.78～10, K=3.9, t=2, B=4.15, l=10～60,精度等級為8.8級。 M8型號螺釘主要尺寸參數(shù)為：b=28, dk=12.73～13, K=5, t=2.6, B=5, l=12～80， 精度等級為8.8級。 螺釘?shù)膹姸扔嬎闩c校核： 承受橫向載荷和軸向載荷的普通螺釘?shù)男：薓6螺釘 校核公式：41.3F0/(πd1)2≤[б], 96.32≤[б]=106.2所以合格。 設計公式：d1≥[41.3F0/π[б]1/2 =5.96 式中 (d1是螺釘?shù)穆菁y小徑，[б]是螺釘?shù)脑S用拉應力) [12] 第九章 液壓缸與密封件的設計 設計液壓缸時，要在對液壓系統(tǒng)工作情況分析的基礎上，根據(jù)液壓缸在機構中所要完成的任務來選擇液壓缸的結構形式，然后按負載、運動要求、運動要求、最大行程等確定主要尺寸，進行強度、穩(wěn)定性和緩沖驗算，最后進行具體的結構設計。 此次設計選用的是雙桿活塞式液壓缸，這種液壓缸是缸筒固定的雙桿活塞缸，活塞的兩側的活塞桿直徑相等，它的進油口和出油口位于缸筒的兩端，當工作壓力和輸入流量向同時，兩個方向上的推力和速度是相等的。 圖9-1液壓缸 9.1液壓缸安裝時應注意的問題 （1）液壓缸的基座必須有足夠的剛度，如果按裝基座不夠堅固，加壓時，缸筒將會呈弓形和向上翹起，致使活塞桿彎曲或折損，還有得就是盡量使活塞桿在受拉力狀態(tài)下能夠承受最大負載，或在受壓狀態(tài)下活塞桿具有良好的縱向穩(wěn)定性。 （2）液壓缸軸向兩端不要固定死， 因為液壓缸熱膨脹等因素，會在軸向伸縮，假若兩端固定死，將會使液壓缸的整體向上彎曲，而導致個部分變形，當活塞移動時，會產(chǎn)生阻滯現(xiàn)象，活塞和活塞桿的導向套等表面產(chǎn)生不均勻的磨損等不良現(xiàn)象，所以必須避免這種安裝方法。 （3）安裝前，先要檢查加工零件上有無毛刺或銳角；裝入密封件時，要用高熔點潤滑油；正確安裝，搞清安裝方向；注意密封件的擠出和擰扭； 密封圈要順利的通過螺紋或孔口。[12] 9.2液壓缸各部分的結構及主要尺寸的確定 盡可能按推薦的結構形式和設計標準進行設計，盡量做到結構簡單、緊湊、加工、裝配和維修方便。 正確確定液壓缸的安裝和固定方式。考慮液壓缸的熱變形，它只能一端固定。 缸筒內(nèi)徑D： 根據(jù)負載大小和選定的工作壓力，或運動速度和輸入流量計算，再參考GB2348-80標準選取缸筒內(nèi)徑D=78.5mm 活塞桿直徑d： 按工作時受力情況，參考GB3458-80標準確定d=27mm 鋼筒長度L: 根據(jù)最大工作行程確定L=126mm 9.3強度校核 對于液壓缸的缸筒壁厚δ活塞桿直徑d缸蓋處固定螺釘?shù)闹睆?，在高壓系統(tǒng)中，必須進行強度校核。 筒壁厚δ，在中、低壓液壓系統(tǒng)中，缸筒壁厚往往由結構工藝要求決定，一般不要校核。在高壓系統(tǒng)中，須按下列情況進行校核。 當D/δ>10時為薄壁，δ可按下式校核，δ = 23mm 式中 D----缸筒的內(nèi)徑 py----試驗壓力，當缸的額定壓力pn≤16Mpa時，取 py=1.5pn；pn>16Mpa時，取py=1.25 [σ]----缸筒材料的許用應力, [σ]=σb/n, σb為材料抗拉強度,n為安全系數(shù),一般取n=5。 活塞桿直徑d的校核 =26.66mm （式9-1） 式中F----活塞桿上的作用力。 [σ]----活塞桿上的許用應力，[σ]= σb/1. 9.4 密封件的作用及其意義 在液壓與氣壓系統(tǒng)及其元件中，安置密封裝置和密封的作用，在于防止工作介質(zhì)的泄漏及外界塵埃和異物的侵入。設置于密封裝置中、起密封作用的元件稱為密封件。 液壓與氣壓傳動工作介質(zhì)，在系統(tǒng)及元件的容腔內(nèi)流動或暫存時，由于壓力、間隙、黏度等因素的變化，而導致少量工作介質(zhì)越過容腔邊界，由高壓腔或外界流出，這種“越界流出”現(xiàn)象就叫做泄漏。泄漏分為內(nèi)泄漏和外泄漏兩類。內(nèi)泄漏指在系統(tǒng)或元件內(nèi)部工作介質(zhì)由高壓腔向低壓腔的泄漏；外泄漏則是由系統(tǒng)或元件內(nèi)部向外界的泄漏。單位時間內(nèi)泄漏的工作介質(zhì)的體積稱為泄漏量。 對于液壓傳動系統(tǒng)，內(nèi)泄漏會引起系統(tǒng)容積效率的急劇下降，達不到所需的工作壓力，使設備無法正常運轉；外泄漏則造成工作介質(zhì)的浪費和環(huán)境的污染，甚至引發(fā)設備操作失靈和人身事故。 因此，正確和合理的使用密封件事液壓系統(tǒng)正常運轉的重要保證。 9.5 密封的分類及密封件的材料要求 密封的作用是阻止泄漏。造成泄漏的原因主要有兩方面：一是密封面上有間隙；二是密封部位兩側存在較大壓力差。消去或減少任一因素都可以阻止或減少泄漏。因此，密封的方法通常有：封住結合面的間隙；切斷泄漏通道；增加泄漏通道中的阻力；設置做功元件，