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榆林學院畢業(yè)設計 論文 任務書 院 系 能源工程學院 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 08 機械本二 課題名稱 傾斜式焊接回轉臺設計 畢業(yè)設計 論文 起止時 間 2011 年 12 月 7 日 2012 年 5 月 18 日 指導教師 丁芝琴 職稱 副教授 所在教研室 機械教研室 學生姓名 王斌 學號 0805250229 任務下達日期 2011 年 12 月 07 日 課題主要內容 本設計包括傾斜式焊接的結構設計 回轉臺的選擇 支撐裝置的設計等 通過設計過程 說明傾斜式焊接回轉臺的工作原理 同時鋼格經過拋丸處理 能有效提高焊接質量和油漆 附著力 課題任務的具體要求 1 明確設計目的 熟悉傾斜式焊接回轉臺工作原理 2 運用軟件繪制 CAD 裝配圖 回轉臺圖及各個零件圖 3 對其各組成部件進行設計 保證運作過程的連貫順暢 4 從設計結構出發(fā) 說明工作過程的可行性 擬定的工作進度及要求 以周為單位 1 1 5 周 搜集材料 2 6 7 周 寫出可行性開題報告 3 8 13 周 分析課題資料內容 完善方案措施 4 14 17 周 寫出畢業(yè)設計說明書 申請結題 5 18 周 結題驗收 畢業(yè)設計答辯 主要參考文獻 1 毛振揚 機械零件課程設計 M 杭州 浙江大學出版社 1985 75 86 2 陳立德 機械制造技術基礎課程設計 M 北京 高等教育出版社 2009 5 36 37 3 張鵬 以內孔表面作為定位基準的夾具設計原理 J 機械科學與技術 1996 11 54 55 4 董玉明 楊洪玉 夾具設計中常見的問題 J 機械工人 2005 5 59 60 5 謝驥 機床夾具中的設計技巧 J 機械工程學報 1998 3 24 25 指導教師 簽字 日期 年 月 日 教研室主任 簽字 日期 年 月 日 任務接受人 簽字 日期 年 月 日 寧 榆林學院 畢 業(yè) 設 計 論 文 傾斜式焊接回轉臺設計 所 在 學 院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指 導 老 師 年 月 日 II 摘 要 本次畢業(yè)設計的題目是傾斜式焊接回轉工作臺設計 通過對數(shù)控回轉工作臺的設 計 使大學生在步入社會之前 不僅能夠設計出數(shù)控回轉工作臺 而且能夠掌握機械 設計的方法和步驟 本課題研究的主要內容包括 確定數(shù)控回轉工作臺的傳動方案 驅動力計算及其他相關計算 零件設計與校核 零件圖的繪制和繪制裝配圖 對于數(shù)控回轉工作臺的設計 首先 進行總體方案設計 傳動方案采用齒輪傳動 和蝸桿傳動 然后進行各零件的設計與校核 蝸桿與軸采用整體式結構 蝸輪與工作 臺采用螺釘連接 工作臺的平衡通過止推軸承來保證 箱體由箱座 箱蓋和頂蓋組成 其中箱體上設計了圓臺和加強筋 最后 對各零件進行裝配 關鍵詞 回轉工作臺 齒輪 蝸桿 箱體 建模 Abstract The graduation design topic is inclined welding rotary work table design By the NC rotary table design make the students step into the society before not only to design NC rotary table and can master the mechanical design methods and steps The main contents of the research include identification of NC rotary table transmission scheme driving force calculation and other related calculation component design and verification parts drawing and assembly drawing For NC rotary table design first of all for the overall program design transmission scheme adopts gear transmission and worm drive and parts of the design and verification the worm and worm gear shaft adopts an integral structure and the work table adopts screw connection working table balance through the thrust bearing to ensure the box body comprises a box seat a box cover and a top cover wherein the box body on the design of the round table and the stiffener finally the parts are assembled Key Words Rotary table gear worm box modeling 榆林學院畢業(yè)設計 論文 IV 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 第 1 章 緒 論 6 1 1 回轉工作臺概況 6 1 2 數(shù)控回轉工作臺 6 1 3 設計準則 7 1 4 主要技術參數(shù) 7 第 2 章 傾斜式焊接回轉臺總體方案設計 8 2 1 傳動方案的確定 8 2 1 1 傳動方案傳動時應滿足的要求 8 2 1 2 傳動方案及其分析 8 2 1 1 步進電機的原理 10 2 1 3 傳動方案及其分析 11 2 1 1 伺服電動機的原理 12 2 1 3 傳動方案及其分析 12 第 3 章 數(shù)控回轉工作臺的結構設計 14 2 2 齒輪的設計 14 2 3 蝸桿傳動 17 2 4 直流伺服電機的選擇及運動參數(shù)的計算 20 2 5 軸承的選用 21 2 5 1 軸承的類型 21 2 5 2 軸承的游隙及軸上零件的調配 22 2 5 3 滾動軸承的配合 22 2 5 4 滾動軸承的潤滑 22 2 5 5 滾動軸承的密封裝置 22 2 6 本章小結 22 總 結 23 致 謝 24 參考文獻 25 榆林學院畢業(yè)設計 論文 6 第 1 章 緒 論 1 1 回轉工作臺概況 隨著生產力水平的發(fā)展 回轉工作臺越來越廣泛的應用于各個領域 數(shù)控回轉工 作臺是一種可以實現(xiàn)圓周進給和分度運動的工作臺 它常被使用于各類設備上 可提 高加工效率 完成更多的工藝 它主要由原動力 齒輪傳動 蝸桿傳動 工作臺等部 分組成 并可進行間隙消除和蝸輪加緊 是一種很實用的加工工具 本次畢業(yè)設計主要是解決傾斜式焊接回轉臺回轉工作臺的工作原理和機械機構的 設計與計算部分 設計思路是先原理后結構 先整體后局部 目前數(shù)控回轉工作臺已廣泛應用于數(shù)控機床和加工中心上 它的總的發(fā)展趨勢是 1 在規(guī)格上將向兩頭延伸 即開發(fā)小型和大型轉臺 2 在性能上將研制以鋼為材料的蝸輪 大幅度提高工作臺轉速和轉臺的承 載能力 3 在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉的數(shù)控轉臺 數(shù)控轉臺的市場分析 隨著我國制造業(yè)的發(fā)展 加工中心將會越來越多地被要求 配備第四軸或第五軸 以擴大加工范圍 估計近幾年要求配備數(shù)控轉臺的加工中心將 會達到每年 600 臺左右 1 2 數(shù)控回轉工作臺 數(shù)控回轉工作臺主要用于各類設備中 但它的驅動是伺服系統(tǒng)的驅動方式 它可 以與其他伺服進給軸聯(lián)動 它的進給 分度轉位和定位鎖緊都是由給定的指令進行控制的 工作臺的運動是 由伺服電動機 經齒輪減速后由蝸桿傳給蝸輪 為了消除蝸桿副的傳動間隙 采用了雙螺距漸厚蝸桿 通過移動蝸桿的軸向位置 調整間隙 這種蝸桿的左右兩側面具有不同的螺距 因此蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚 但由于同一側的螺距是相同的 所以仍然可以保持正常的嚙合 當工作臺靜止時必須處于鎖緊狀態(tài) 為此 在蝸輪底部的輻射方向有 8 對夾緊瓦 并在底座上均布同樣數(shù)量的小液壓缸 當小液壓缸的上腔接通壓力油時 活塞便壓向 榆林學院畢業(yè)設計 論文 鋼球 撐開夾緊瓦 并夾緊蝸輪 在工作臺需要回轉時 先使小液壓缸的上腔接通回 油路 在彈簧的作用下 鋼球抬起 夾緊瓦將蝸輪松開 回轉工作臺的導軌面由大型滾動軸承支承 并由深溝球軸承及雙列向心圓柱滾子 軸承保持準確的回轉中心 數(shù)控回轉工作臺的定位精度主要取決于蝸桿副的傳動精度 因而必須采用高精度蝸桿副 在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中 可以在實際測量工作臺靜態(tài)定位 誤差之后 確定需要補償角度的位置和補償?shù)闹?記憶在補償回路中 由數(shù)控裝置進 行誤差補償 在全閉環(huán)控制系統(tǒng)中 由高精度的圓光柵發(fā)出工作臺精確到位信號 反 饋給數(shù)控裝置進行控制 回轉工作臺設有零點 當它作回轉運動時 先用擋鐵壓下限位開關 使工作臺降 速 然后由圓光柵或編碼器發(fā)出零位信號 使工作臺準確地停在零位 數(shù)控回轉工作 臺可以作任意角度的回轉和分度 也可以作連續(xù)回轉進給運動 1 3 設計準則 我們的設計過程中 本著以下幾條設計準則 1 創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能 2 分析原理和性能 3 判別功能載荷及其意義 4 預測意外載荷 5 創(chuàng)造有利的載荷條件 6 提高合理的應力分布和剛度 7 重量要適宜 8 應用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸 9 根據性能組合選擇材料 10 零件與整體零件之間精度的進行選擇 11 功能設計應適應制造工藝和降低成本的要求 1 4 主要技術參數(shù) 1 工作臺直徑 350 mm 2 分辨率 5分 step 3 工作臺轉速范圍 2 62 5 rpm 榆林學院畢業(yè)設計 論文 8 4 直流伺服電機最高轉速2000rpm 5 總傳動比 20 6 軸向最大載荷 60N M 第 2 章 傾斜式焊接回轉臺總體方案設計 2 1 傳動方案的確定 2 1 1 傳動方案傳動時應滿足的要求 回轉工作臺一般由原動機 傳動裝置和工作臺組成 傳動裝置在原動機和工作臺 之間傳遞運動和動力 并可實現(xiàn)分度運動 在本課題中 原動機采用電液脈沖馬達 工作臺為 T 形槽工作臺 傳動裝置由齒輪傳動和蝸桿傳動組成 合理的傳動方案主要滿足以下要求 1 機械的功能要求 應滿足工作臺的功率 轉速和運動形式的要求 2 工作條件的要求 例如工作環(huán)境 場地 工作制度等 3 工作性能要求 保證工作可靠 傳動效率高等 4 結構工藝性要求 如結構簡單 尺寸緊湊 使用維護便利 工藝性和經濟 合理等 2 1 2 傳動方案及其分析 由圖所示 回轉工作臺的傳動方案有兩種 方案一為一級和二級都是齒輪傳 動 方案二為一級齒輪傳動 二級蝸桿傳動 榆林學院畢業(yè)設計 論文 圖 3 1 傳動方案 方案一的最大缺陷是 1 總傳動比小 2 占用空間大 3 只能使工作臺完成回轉功能 無法使工作臺完成自鎖 而方案二雖然傳動效率低 但以上三個功能全部都能完成自鎖 所以數(shù)控回轉工作臺傳動方案為方案二 步進電機 齒輪傳動 蝸桿傳動 工作臺 該傳動方案分析如下 齒輪傳動承受載能力較高 傳遞運動準確 平穩(wěn) 傳遞 功率和圓周速度范圍 很大 傳動效率高 結構緊湊 蝸桿傳動有以下特點 1 傳動比大 在分度機構中可達 1000 以上 與其他傳動形式相比 傳動比相 同時 機構尺寸小 因而結構緊湊 2 傳動平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒 與蝸輪的嚙合是連續(xù)的 因此 傳動平 穩(wěn) 噪聲低 3 可以自鎖 當蝸桿的導程角小于齒輪間的當量摩擦角時 若蝸桿為主動件 機構將自鎖 這種蝸桿傳動常用于起重裝置中 榆林學院畢業(yè)設計 論文 10 4 效率低 制造成本較高 蝸桿傳動方面 齒面上具有較大的滑動速度 摩 擦磨損大 故效率約為 0 7 0 8 具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為 0 4 左右 為了提高 減摩擦性和耐磨性 蝸輪通常采用價格較貴的有色金屬制造 由以上分析可得 將齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級 蝸桿傳動放在傳動系統(tǒng) 的低速級 傳動方案較合理 如圖 采用電機帶減速動齒輪傳動 帶動蝸輪蝸桿轉動 從而使工作臺轉動 2 1 1 步進電機的原理 步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件 每輸入一個脈沖電機轉軸步進一個步距角增量 電機總的回轉角與輸入脈沖數(shù)成正比 例 相應的轉速取決于輸入脈沖頻率 步進電機是機電一體化產品中關鍵部件之一 通常被用作定位控制和定速控制 步 進電機慣量低 定位精度高 無累積誤差 控制簡單等特點 廣泛應用于機電一體化 產品中 如 數(shù)控機床 包裝機械 計算機外圍設備 復印機 傳真機等 選擇步進電機時 首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率 而在選 用功率步進電機時 首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉矩 電機的矩頻特性能滿足機械負 載并有一定的余量保證其運行可靠 在實際工作過程中 各種頻率下的負載力矩必須 在矩頻特性曲線的范圍內 一般地說最大靜力矩 Mjmax 大的電機 負載力矩大 選擇步進電機時 應使步距角和機械系統(tǒng)匹配 這樣可以得到機床所需的脈沖當 量 在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當量 一是可以改變絲桿的導程 二是 可以通過步進電機的細分驅動來完成 但細分只能改變其分辨率 不改變其精度 精 度是由電機的固有特性所決定 選擇功率步進電機時 應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率 使之 榆林學院畢業(yè)設計 論文 與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量 使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足 機床快速移動的需要 2 1 3 傳動方案及其分析 數(shù)控回轉工作臺傳動方案為 電液脈沖馬達 齒輪傳動 蝸桿傳動 工作 該傳動方案分析如下 齒輪傳動承受載能力較高 傳遞運動準確 平穩(wěn) 傳遞 功率和圓周速度范圍很 大 傳動效率高 結構緊湊 蝸桿傳動有以下特點 1 傳動比大在分度機構中可達 1000 以上 與其他傳動形式相比 傳動比相同時 機構尺寸小 因而結構緊湊 2 傳動平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒 與蝸輪的嚙合是連續(xù)的 因此 傳動平穩(wěn) 噪聲低 3 可以自鎖 當蝸桿的導程角小于齒輪間的當量摩擦角時 若蝸桿為主動件 機 構將自鎖 這種蝸桿傳動常用于起重裝置中 4 效率低 制造成本較高 蝸桿傳動是 齒面上具有較大的滑動速度 摩擦磨損 大 故效率約為 0 7 0 8 具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為 0 4 左右 為了提高減摩擦性 和耐磨性 蝸輪通常采用價格較貴的有色金屬制造 由以上分析可得 將齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級 蝸桿傳動放在傳動系統(tǒng)的 低速級 傳動方案較合理 同時 對于數(shù)控回轉工作臺 結構簡單 它有兩種型式 開環(huán)回轉工作臺 閉環(huán) 回轉工作臺 兩種型式各有特點 開環(huán)回轉工作臺 開環(huán)回轉工作臺和開環(huán)直線進給機構一樣 都可以用點液脈沖 馬達 功率步進電機來驅動 閉環(huán)回轉工作臺 閉環(huán)回轉工作臺和開環(huán)回轉工作臺大致相同 其區(qū)別在于 閉 環(huán)回轉工作臺有轉動角度的測量元件 圓光柵 所測量的結果經反饋與指令值進行比 較 按閉環(huán)原理進行工作 使轉臺分度定位精度更高 榆林學院畢業(yè)設計 論文 12 2 1 1 伺服電動機的原理 伺服電動機 servomotor 用作自動控制裝置中執(zhí)行元件的微特電機 又稱執(zhí)行電動機 其功能是將電信號 轉換成轉軸的角位移或角速度 伺服電動機分交 直流兩類 交流伺服電動機的工作原理與交流感應電動機相同 在定子上有兩個相空間位移90 電角度的勵磁繞組Wf和控制繞組WcoWf接一恒定交流電 壓 利用施加到Wc上的交流電壓或相位的變化 達到控制電動機運行的目的 交流伺 服電動機具有運行穩(wěn)定 可控性好 響應快速 靈敏度高以及機械特性和調節(jié)特性的 非線性度指標嚴格 要求分別小于10 15 和小于15 25 等特點 直流伺服 電動機的工作原理與一般直流電動機相同 電動機轉速n為 n E K1j Ua IaRa K1j 式中E為電樞反電動勢 K為常數(shù) j為每極磁通 Ua Ia為電樞電壓和電樞電流 Ra為電樞電阻 改變Ua或改變 均可控制直流伺服電動機的轉速 但一般采用控制 電樞電壓的方法 在永磁式直流伺服電動機中 勵磁繞組被永久磁鐵所取代 磁通 恒定 直流伺服電動機具有良好的線性調節(jié)特性及快速的時間響應 2 1 3 傳動方案及其分析 數(shù)控回轉工作臺傳動方案為 直流伺服電機 齒輪傳動 蝸桿傳動 工作 該傳動方案分析如下 齒輪傳動承受載能力較高 傳遞運動準確 平穩(wěn) 傳遞 功率和圓周速度范 圍很大 傳動效率高 結構緊湊 蝸桿傳動有以下特點 1 傳動比大 在分度機構中可達1000以上 與其他傳動形式相比 傳動比 相同時 機構尺寸小 因而結構緊湊 2 傳動平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒 與蝸輪的嚙合是連續(xù)的 因此 傳 動平穩(wěn) 噪聲低 3 可以自鎖 當蝸桿的導程角小于齒輪間的當量摩擦角時 若蝸桿為主動 榆林學院畢業(yè)設計 論文 件 機構將自鎖 這種蝸桿傳動常用于起重裝置中 4 效率低 制造成本較高 蝸桿傳動是 齒面上具有較大的滑動速度 摩 擦磨損大 故效率約為0 7 0 8 具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為0 4左右 為了提 高減摩擦性和耐磨性 蝸輪通常采用價格較貴的有色金屬制造 由以上分析可得 將齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級 蝸桿傳動放在傳動系 統(tǒng)的低速級 傳動方案較合理 同時 對于數(shù)控回轉工作臺 結構簡單 它有兩種型式 開環(huán)回轉工作臺 閉環(huán)回轉工作臺 兩種型式各有特點 開環(huán)回轉工作臺 開環(huán)回轉工作臺和開環(huán)直線進給機構一樣 都可以用步進 電機來驅動 閉環(huán)回轉工作臺 閉環(huán)回轉工作臺和開環(huán)回轉工作臺大致相同 其區(qū)別在于 閉環(huán)回轉工作臺有轉動角度的測量元件 圓光柵 所測量的結果經反饋與指令 值進行比較 按閉環(huán)原理進行工作 使轉臺分度定位精度更高 榆林學院畢業(yè)設計 論文 14 第 3 章 數(shù)控回轉工作臺的結構設計 2 2 齒輪的設計 1 選用傳動比 先選為 2 1 選用直齒圓柱齒輪傳動 2 數(shù)控機床速度高 要求精度高 故選 6 級精度 3 材料選擇 小齒輪材料選 35CRALA 調質后氮化 硬度為 65HRC 大齒輪材料 18CRMNTI 滲碳后淬火 硬度為 60HRC 4 選小齒輪齒數(shù) Z1 20 大齒輪齒數(shù)為 40 2 按齒面接觸強度設計 d1t 2 32 32 1HdUZEKT 1 確定公式內的各計算數(shù)值 1 試選載荷系數(shù) Kt1 1 2 2 計算小齒輪傳遞的轉矩 T1 3 37N m21maxniT98 06 3 選取齒寬系數(shù) 小齒輪做懸臂布置 0 4 d 4 材料的彈性影響系數(shù) ZE 189 8Mpa 2 1 5 按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強度極限 Hlim1 1200Mpa 大齒輪的接觸疲 勞強度極限 Hlim1 800Mpa 6 接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1 1 KHN2 1 7 計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為 1 安全系數(shù)為 S 1 H 1 1200Mpa H 2 800Mpa 2 計算 1 算小齒輪分度圓直徑 d1t 代入 H 中較小的值 代入各數(shù)值的 d1t 2 32 22mm 32 1HdUZEKT 2 計算圓周速度 V V 1 382m s106 tn 3 計算齒寬 b b d1t 0 4 22 8 8mmd 4 計算齒寬與齒高之比 hb 模數(shù) mt 1 1mm 20 齒高 h 2 25mt 2 25 1 1 2 475mm 3 5hb475 8 5 計算載荷系數(shù) 根據 V 1 382m s 6 級精度 查的動載系數(shù) Kv 1 02 直齒輪 KH KF 1 0 查表的使用系數(shù) KA 1 用插值法查得 6 級精度 小齒輪相對支撐懸臂布置時 KH 1 139 由 3 556 KH 1 139 得 KF 1 09 故載荷系數(shù)hb K KA KV KH KH 1 1 05 1 1 139 1 197 6 按實際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑 d1 d1t 21 98mm332 197 Kt 7 計算模數(shù) m m 1 099mmzd08 3 按齒根彎曲強度設計 榆林學院畢業(yè)設計 論文 16 彎曲強度的設計公式為 M 32 1FdZYaSKT 1 確定公式內的各計算數(shù)值 1 查表得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 FE1 800Mpa 大齒輪的彎曲疲勞強度極 限 FE2 700Mpa 2 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1 0 9 KFN2 0 95 3 計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S 1 8 F 1 Mpa 400Mpa8 109 SFEKN F 2 Mpa 369 44Mpa 752 4 計算載荷系數(shù) K K KA KV KF KF 1 1 05 1 1 09 1 146 5 查取齒形系數(shù) 查表的 YFa1 2 80 YFa2 2 40 6 應力校正系數(shù) Ysa1 1 55 Ysa2 1 67 7 計算大 小齒輪的 并加以比較 FYaS 0 010851 FYSa 405 82 0 01085 3697 2 設計計算 m mm 0 806mm3204 185 31 2 對比計算結果 齒面接觸疲勞強度計算模數(shù) m 大于齒根彎曲疲勞強度計算模數(shù) 齒輪模數(shù) m 大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力 可取彎曲強度算得的模 數(shù) 0 806 并就近圓整為標準值 m 1 按接觸強度算得的分度圓直徑 d1 22mm 算出 小齒輪齒數(shù) Z1 22md1 大齒輪齒數(shù) Z2 22 2 44 4 幾何尺寸計算 1 計算分度圓直徑 d1 Z1 m 22 1 22mm d2 Z2 m 44 1 44mm 2 計算中心距 a 33mm241 d 2 計算齒輪寬度 3 b d1 0 4 22 8 8mm 取 B1 15mm B2 10mm 2 3 蝸桿傳動 1 選擇蝸桿傳動類型 采用漸開線蝸桿 2 選擇材料 考慮到蝸桿傳動速度中等 蝸桿用 45 鋼 并淬火 硬度為 45 55HRC 蝸輪用鑄 錫磷青銅 ZCUSn10P1 金屬模鑄造 為了節(jié)約貴重有色金屬 僅齒圈用青銅制造 而輪芯用灰鑄鐵 HT100 制造 3 按齒面接觸疲勞強度進行設計 根據閉式齒輪傳動的設計準則 先按齒面接觸疲勞強度進行設計 再校核齒根 彎曲疲勞強度 傳動中心距 a 32 HZEPKT 1 確定在蝸輪上的轉矩 T2 按 Z1 4 取消率為 0 9 T2 60000N mm 2 確定載荷系數(shù) K 因工作載荷較穩(wěn)定 故取載荷分布不均系數(shù) K 1 由表選取使用系數(shù) KA 1 15 由于轉速不高 沖擊不大 可取動載系數(shù) Kv 1 05 則 榆林學院畢業(yè)設計 論文 18 K KA KF Kv 1 15 1 1 05 1 21 3 確定彈性影響系數(shù) ZE 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配 故 ZE 160 Mpa 2 1 4 確定接觸系數(shù) Zp 先假設蝸桿分度圓直徑 d1 和傳動中心距 a 的比值 0 4 可查圖得d1 Zp 2 75 5 確定許用接觸應力 H 根據蝸輪材料為鑄錫磷青銅 ZCUSn10P1 金屬模鑄造 蝸桿螺旋齒面硬度 45HRC 可從表中查的蝸輪的基本許用應力 H 268Mpa N 60jn2Lh 60 1 100 15000 1 05 10 8 壽命系數(shù) KHN 0 745388 7105 則 H KHN H 0 7453 268Mpa 200Mpa 6 計算中心距 a 70 56mm3 2 075 16 2 取其中心距 a 80mm 因 i 102 故從表中去模數(shù) m 3 15mm 蝸桿分度圓直徑 d1 35 5mm 這時 0 44 從圖中可查的接觸系數(shù) Zp 2 65 因為ad185 Zp Zp 因此以上計算可用 4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 1 蝸桿 軸向齒距 Pa m 9 891mm 直徑系數(shù) q 11 27 齒頂圓直徑 da1 d1 2ha1 35 5 2 1 3 15 41 8mm 齒根圓直徑 df1 d1 2 ha m c 35 5 2 3 15 0 2 3 15 27 94mm 分度圓導程角 r 19 45 蝸桿軸向齒厚 Sa 0 5 m 0 5 3 14 3 15 4 9455mm 2 蝸輪 蝸輪齒數(shù) Z2 39 變位系數(shù) X2 0 2619 驗算傳動比 i 9 75 這時傳動比誤差為 2 5 是允許的 43912 z 1075 9 蝸輪分度圓直徑 d2 mZ2 3 15 39 123mm 蝸輪喉圓直徑 da2 d2 2ha2 123 2 3 15 1 0 2619 130 95mm 蝸輪齒根圓直徑 df2 d2 2hf2 123 2 3 15 1 0 2619 0 2 117 09mm 蝸輪咽喉母圓半徑 ra2 a 0 5da2 80 0 5 130 95 14 525mm 5 校核齒根彎曲疲勞強度 F 2153 FYamdkT 當量齒數(shù) Zv2 41 387 9cos33 rZ 根據 X2 0 2619 Zv2 41 38 查的齒形系數(shù) YFa2 2 24 螺旋角系數(shù) Y 1 1 0 8604 140 5 許用彎曲應力 F F KFN 查的 ZCUSn10P1 制造的蝸輪基本許用彎曲應力 F 56Mpa 壽命系數(shù) KFN 0 59698 6105 F 56 0 596 33 376 F 2 24 0 8604Mpa 15 56Mpa15 32 560 6 驗算效率 0 95 0 96 tan vr 已知 r 19 45 arctanfv fv 與相對滑動速度 Vs 有關 v Vs 2 76m s 54 19cos06 3cos106 rnd 從表中用插值法查的 fv 0 0238 1 759 代入式中得v 0 89 0 90 間 不用重算 榆林學院畢業(yè)設計 論文 20 2 4 直流伺服電機的選擇及運動參數(shù)的計算 許多機械加工需要微量進給 要實現(xiàn)微量進給 步進電機 直流伺服交流伺服 電機都可作為驅動元件 對于后兩者 必須使用精密的傳感器并構成閉環(huán)系統(tǒng) 才 能實現(xiàn)微量進給 在閉環(huán)系統(tǒng)中 廣泛采用直流伺服電機作為執(zhí)行單元 這是因為 它具有以下優(yōu)點 響應特性高 響應速度快 轉動慣量小 啟動 停止方便 高功率密度 體積小 重量輕 可實現(xiàn)高精度數(shù)字控制 停電制動 調速范圍較寬 采用直流伺服電機為驅動單元 其機構也比較簡單 主要是變速齒輪副 渦輪 蝸桿 通常步進電機每加一個脈沖轉過一個脈沖當量 但由于其脈沖當量一般較大 如0 01mm 在數(shù)控系統(tǒng)中為了保證加工精度 廣泛采用直流伺服電機的閉環(huán)反饋控 制 1 選擇直流伺服電機的額定功率 電機的額定轉矩應等于或稍大于工作要求的轉矩 額定功率小于工作要求 則不 能保證工作機器正常工作 或使馬達長期過載 發(fā)熱大而過早損壞 額定功率過大 則馬達價格高 并且由于效率和功率因素低而造成浪費 折算到電機軸上的轉矩為 MNiTd 475 026max 則選擇電機的額定轉矩應該大于4 N 2 電機與工作臺的慣量匹配計算 回轉體的慣量 3224kgLDrJ 則各回轉部件的轉動慣量為 27141095 32mkggBdJZ 26 25mkg108 9 蝸 桿J4蝸 輪 2 工 作 臺 折算到電機軸上的轉矩為 222121 mkg05 1 iJiJJZL 工 作 臺蝸 輪蝸 桿 電機轉子慣量為 08 mkgM 25 0 LJ 滿足慣量匹配要求 3 定位加速時的最大轉矩計算 LMamJtn 602 取時間常數(shù) s 計算得到定位最大轉矩為M 3 37NM 1 4max 綜上 選擇電機為法納克5L直流伺服電機 2 5 軸承的選用 滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一 它是依靠主要元件的滾動接 觸來支撐轉動零件的 與滑動軸承相比 滾動軸承摩擦力小 功率消耗少 啟動 容易等優(yōu)點 并且常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經標準化 因此使用滾動軸承時 只要根據具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸 驗算軸承的承載能力 以及 與軸承的安裝 調整 潤滑 密封等有關的 軸承裝置設計 問題 2 5 1 軸承的類型 考慮到軸各個方面的誤差會直接傳遞給加工工件時的加工誤差 因此選用 調心性能比較好的圓錐滾子軸承 此類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷 外圈可分離 安裝時可調整軸承的游隙 其機構代碼為3000 然后根據安裝尺寸 和使用壽命選出軸承的型號為 30208 榆林學院畢業(yè)設計 論文 22 2 5 2 軸承的游隙及軸上零件的調配 軸承的游隙和欲緊時靠端蓋下的墊片來調整的 這樣比較方便 2 5 3 滾動軸承的配合 滾動軸承是標準件 為使軸承便于互換和大量生產 軸承內孔于軸的配合采 用基孔制 即以軸承內孔的尺寸為基準 軸承外徑與外殼的配合采用基軸制 即 以軸承的外徑尺寸為基準 2 5 4 滾動軸承的潤滑 考慮到電動刀架工作時轉速很高 并且是不間斷工作 溫度也很高 故采用 油潤滑 轉速越高 應采用粘度越低的潤滑油 載荷越大 應選用粘度越高的 2 5 5 滾動軸承的密封裝置 軸承的密封裝置是為了阻止灰塵 水 酸氣和其他雜物進入軸承 并阻止?jié)?滑劑流失而設置的 密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類 此處 采用接觸 式密封 唇形密封圈 唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在 軸上 以便起密封作用 唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位 即如果是為了 油封 密封唇應朝內 如果主要是為了防止外物浸入 蜜蜂唇應朝外 2 6 本章小結 對數(shù)控回轉工作臺的主要零件及傳動系統(tǒng)的零件進行設計 選型 零件校核 按照 機械設計一書進行設計 完成機械部分 總 結 在這幾個月的畢業(yè)設計的過程中 我認真分析了指導老師提供的基本設計數(shù)據和 要求 之后在查閱了大量工具書和期刊資料 對現(xiàn)在我國的數(shù)控工作臺總體趨勢進行 分析 在網上和圖書館搜集了大量的第一手的資料 首先初步確定了本次設計的基本 方案 然后設計出了具體的方案 畢業(yè)設計是我們在學完四年教學計劃所規(guī)定的全部課之后 綜合運用所學過的全 部理論知識與實踐相結合的實踐性數(shù)學環(huán)節(jié) 它培養(yǎng)我們進行綜合分析和提高解決實 際問題的能力 從而達到鞏固 擴大 深化所學知識的目的 它培養(yǎng)我們調查研究熟 悉有關技術政策 運用國家標準 規(guī)范 手冊 圖冊等工具書 進行設計計算 數(shù)據 處理 編寫技術文件的獨立工作能力 通過我學到了很多 初步的讓我認識到理論和實踐相結合的重要 除了鞏固 了所學的理論知識外 還學到不少的新知識和新方法 例如在 CAD 畫圖中要標注極限 偏差時 要先做好標注樣式 在標注時只要選種再右擊選出你做好的樣式 在公差欄 里寫入你要的上 下偏差值 這是我以前所不會的 通過本次的設計使我對 AUTCAD 操作更熟練 能夠完整的畫出簡單零件的設計圖紙 剛開始做這個作業(yè)的時候 我?guī)缀跏菬o從下手的 讓人深感煩燥 幸好在同學的 指導和自己不斷的錯誤和摸索下找到了一定的方法 不過在做這個設計的時候還是遇到 了很多問題 如在機械設計的時候對蝸輪蝸桿的設計處理不當 使計算結果偏大等等 有計剪力和彎矩時 沒有進行校核 又出現(xiàn)錯誤 這些錯誤我用了很長的時長的時間才做好 幸 好還是完成了這次設計 使自己對數(shù)控機床的工作臺有了一定的認識 但我對它里面的很 多電器控制還是不太清楚 因而 要學好它 必須掌握不少的其他領域學科的知識 因 此還要更多的時間和努力 由于本次設計時間短和水平有限 做的不夠精細 難免有 點錯誤懇請各位讀者批評指正 同時很多謝老師您對我們的教導 榆林學院畢業(yè)設計 論文 24 致 謝 首先 要感謝我的畢業(yè)設計指導 XX 老師 在畢業(yè)設計中 給了我許多指導性的 建議和改進方法 使我在設計過程中少走彎路 在生活上也給與了一定的關心和支持 其次 也要感謝 XX 老師 他對我的設計提出了許多改進的建議 并且對我的設計方 案 圖形繪制等提出了許多寶貴的建議 對我的方案改進和圖形的修改有了非常大的 幫助 我也非常感謝我的父母 是他們在生活上和學習上給我關心和幫助 讓我能全身 心的投入到學習中 再次 也非常感謝學校能給我這次機會來進行我的畢業(yè)設計 讓我把書本上的知 識運用的實踐中去 讓我深刻的體會到了 學以致用 的道理 讓我在實踐中豐富和充 實了自己 最后 要感謝所有曾經幫助我的同學 我的舍友 使他們的鼓勵和幫助 讓我的 設計圓滿結束 這次畢業(yè)設計不僅給我?guī)砹酥R上的收獲 在做人方面也教會了我許多許多 在對待事情方面 尤其是有選擇的時候自己該放棄什么 該抓住什么 什么是該自己 作的 什么時候做 我明白了好多 在論文即將完成之際 我的心情無法平靜 從開始進入課題到論文的順利完成 有多少可敬的師長 同學 朋友給了我無言的幫助 在這里請接受我誠摯的謝意 參考文獻 1 華楚生 機械制造技術基礎 M 重慶 重慶大學出版社 2003 2 吳宗澤 羅圣國 機械設計課程設計手冊 M 北京 高等教育出版社 2000 3 文懷興 夏田 數(shù)控機床系統(tǒng)設計 M 北京 化學工業(yè)出版社 2005 5 4 夏田 數(shù)控加工中心設計 M 北京 化學工業(yè)出版社 2006 4 5 陳立德 機械制造裝備設計 M 北京 高等教育出版社 2006 4 6 王愛玲 現(xiàn)代數(shù)控機床結構與設計 M 北京 兵器工業(yè)出版社 1999 9 7 甘永立 幾何量公差與檢測 M 上海 上?？茖W技術出版社 2005 8 濮良貴 紀名剛 機械設計 第七版 M 北京 高等教育出版社 2001 9 William Orthwein Machine Component Design West Publishing Company St Paul MN USA 1990 10 T A Harris etc Rolling Element Bearings Dynamics J Journal of Basic Engineering 1959 11 機械設計基礎 隋明陽 編著 機械工業(yè)出版社 2005 2 12 機電類專業(yè)畢業(yè)設計指南 張桂香 主編 機械工業(yè)出版社 2005 11 張 建綱 胡大澤主編 數(shù)控技術 武漢 華中科技大學出版社 2000 年 13 全國數(shù)控培訓網絡天津分中心編 數(shù)控機床 北京 機械工業(yè)出版社 1997 26 榆林學院畢業(yè)設計 論文 任務書 院 系 能源工程學院 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 08 機械本二 課題名稱 傾斜式焊接回轉臺設計 畢業(yè)設計 論文 起止時 間 2011 年 12 月 7 日 2012 年 5 月 18 日 指導教師 丁芝琴 職稱 副教授 所在教研室 機械教研室 學生姓名 王斌 學號 0805250229 任務下達日期 2011 年 12 月 07 日 課題主要內容 本設計包括傾斜式焊接的結構設計 回轉臺的選擇 支撐裝置的設計等 通過設計過程 說明傾斜式焊接回轉臺的工作原理 同時鋼格經過拋丸處理 能有效提高焊接質量和油漆 附著力 課題任務的具體要求 1 明確設計目的 熟悉傾斜式焊接回轉臺工作原理 2 運用軟件繪制 CAD 裝配圖 回轉臺圖及各個零件圖 3 對其各組成部件進行設計 保證運作過程的連貫順暢 4 從設計結構出發(fā) 說明工作過程的可行性 擬定的工作進度及要求 以周為單位 1 1 5 周 搜集材料 2 6 7 周 寫出可行性開題報告 3 8 13 周 分析課題資料內容 完善方案措施 4 14 17 周 寫出畢業(yè)設計說明書 申請結題 5 18 周 結題驗收 畢業(yè)設計答辯 主要參考文獻 1 毛振揚 機械零件課程設計 M 杭州 浙江大學出版社 1985 75 86 2 陳立德 機械制造技術基礎課程設計 M 北京 高等教育出版社 2009 5 36 37 3 張鵬 以內孔表面作為定位基準的夾具設計原理 J 機械科學與技術 1996 11 54 55 4 董玉明 楊洪玉 夾具設計中常見的問題 J 機械工人 2005 5 59 60 5 謝驥 機床夾具中的設計技巧 J 機械工程學報 1998 3 24 25 指導教師 簽字 日期 年 月 日 教研室主任 簽字 日期 年 月 日 任務接受人 簽字 日期 年 月 日 榆 林學院 畢 業(yè) 設 計 論 文 傾斜式焊接回轉臺設計 所 在 學 院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指 導 老 師 年 月 日 II 摘 要 本次畢業(yè)設計的題目是傾斜式焊接回轉工作臺設計 通過對數(shù)控回轉工作臺的設 計 使大學生在步入社會之前 不僅能夠設計出數(shù)控回轉工作臺 而且能夠掌握機械 設計的方法和步驟 本課題研究的主要內容包括 確定數(shù)控回轉工作臺的傳動方案 驅動力計算及其他相關計算 零件設計與校核 零件圖的繪制和繪制裝配圖 對于數(shù)控回轉工作臺的設計 首先 進行總體方案設計 傳動方案采用齒輪傳動 和蝸桿傳動 然后進行各零件的設計與校核 蝸桿與軸采用整體式結構 蝸輪與工作 臺采用螺釘連接 工作臺的平衡通過止推軸承來保證 箱體由箱座 箱蓋和頂蓋組成 其中箱體上設計了圓臺和加強筋 最后 對各零件進行裝配 關鍵詞 回轉工作臺 齒輪 蝸桿 箱體 建模 Abstract The graduation design topic is inclined welding rotary work table design By the NC rotary table design make the students step into the society before not only to design NC rotary table and can master the mechanical design methods and steps The main contents of the research include identification of NC rotary table transmission scheme driving force calculation and other related calculation component design and verification parts drawing and assembly drawing For NC rotary table design first of all for the overall program design transmission scheme adopts gear transmission and worm drive and parts of the design and verification the worm and worm gear shaft adopts an integral structure and the work table adopts screw connection working table balance through the thrust bearing to ensure the box body comprises a box seat a box cover and a top cover wherein the box body on the design of the round table and the stiffener finally the parts are assembled Key Words Rotary table gear worm box modeling 4 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 第 1 章 緒 論 6 1 1 回轉工作臺概況 6 1 2 數(shù)控回轉工作臺 6 1 3 設計準則 7 1 4 主要技術參數(shù) 7 第 2 章 傾斜式焊接回轉臺總體方案設計 8 2 1 傳動方案的確定 8 2 1 1 傳動方案傳動時應滿足的要求 8 2 1 2 傳動方案及其分析 8 2 1 1 步進電機的原理 10 2 1 3 傳動方案及其分析 11 2 1 1 伺服電動機的原理 12 2 1 3 傳動方案及其分析 12 第 3 章 數(shù)控回轉工作臺的結構設計 14 2 2 齒輪的設計 14 2 3 蝸桿傳動 17 2 4 直流伺服電機的選擇及運動參數(shù)的計算 20 2 5 軸承的選用 21 2 5 1 軸承的類型 21 2 5 2 軸承的游隙及軸上零件的調配 22 2 5 3 滾動軸承的配合 22 2 5 4 滾動軸承的潤滑 22 2 5 5 滾動軸承的密封裝置 22 附 錄 2 6 本章小結 22 總 結 23 致 謝 24 參考文獻 25