【正文】 =[ ( + )]cosβ???1Z2=[ ] =????????????????? .860.???? 0tantan2rcrc9osos1t??? /bnt? ??第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)21 由此得 2/cosHFbK????? .?齒間載荷分布系數(shù) 查表 =HK?H?231dABCb????????? = ????載荷系數(shù) K K= = =?? 彈性系數(shù) = 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) = 重合度系數(shù) 由式得因 得 故? 1???? ??43Z?? ???? ??? 螺旋角系數(shù) Z?cos9Z? 接觸最小安全系數(shù) = 總工作時(shí)間 =10 300 8 =4800hht ht? 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 估計(jì) ,則查表指數(shù) m= =1Lmniihi1ax6tT????????? =60 1 625 4800 ( +??+ )==接觸壽命系數(shù) 查圖 =, =第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)22許用接觸應(yīng)力 = = =798MPa??H???1Hlim1NHZS??= = =690MPa2FaY58.驗(yàn)算 = H?EZ?21(i+)bdKT= ? (.4+)96=640MPa 698MPa 滿足要求.3).確定傳動(dòng)主要尺寸 分度圓直徑 由以上運(yùn)算知道 =32, =76,模數(shù) =3。見零件圖 齒輪副( )各齒輪設(shè)計(jì)與校核541因生產(chǎn)批量較小，故小齒輪用 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度 241HB~286HB,平均取為260HB,與之嚙合的大齒輪用 40Cr 合金鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度 241HB~286HB,平均取為 。根據(jù)軸及軸上零件作用，完成軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ,： 在水平面內(nèi)與豎直平面內(nèi)對軸進(jìn)行受力分析計(jì)算如下： a）.計(jì)算齒輪受力 =9550 =?1nPmN?第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)35 圓周力 = =?0739 徑向力 = N，r????? 軸向力 aF0t3t46b）.計(jì)算支撐反力 水平面內(nèi)支撐反力 =2895N, 107258194R??=360N1254097182RF??? 垂直面支撐反力 , 136042rFN?236r N 畫水平面內(nèi) xy 和垂直面內(nèi) xz 受力圖,見附圖 1.c).畫水平面彎矩圖 見附圖 畫垂直面彎矩圖 Mxz 畫合成彎矩圖 2xyzM??d).畫軸轉(zhuǎn)矩圖 見附圖 1.e)許用應(yīng)力 39。22g).校核軸頸齒輪中間處軸直徑 d= = =27mm35mm。85rN?39。第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)39附圖 2第五章 主軸驅(qū)動(dòng)與控制40第四章 主軸組件的設(shè)計(jì)與校核 主軸的要求1 旋轉(zhuǎn)精度 主軸的旋轉(zhuǎn)精度上是指裝配后，在無載荷，低轉(zhuǎn)速的條件下，主軸前端工件或刀具部位的徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)。2 靜剛度 主軸組件的靜剛度（簡稱剛度）反映組件抵抗靜態(tài)外載荷變形的能力。振動(dòng)表現(xiàn)為強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩種形式。主軸組件受熱伸長，使軸承間隙發(fā)生變化。由于受熱膨脹是材料固有的性質(zhì)，因此高精度機(jī)床要進(jìn)一步提高加工精度，往往受熱變形的限制。為了提高耐磨性，一般機(jī)床主軸上的上述部分應(yīng)淬硬至 HRC60 左右，深約1mm.6 材料和熱處理主軸承載后允許的彈性變形很小，引起的應(yīng)力通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼的強(qiáng)度極限。主軸材料的選擇主要根據(jù)耐磨性和熱處理變形來考慮。為了便于裝配，主軸通常作成階梯形的，主軸的結(jié)構(gòu)和形狀與主軸上所安裝的傳動(dòng)件，軸承等零件的類型，數(shù)量，位置和安裝方法有直接的關(guān)系。它常用于高速主軸，接觸角越大軸向剛度越大，徑向剛度和允許轉(zhuǎn)速越低。雙列向心短圓柱滾子軸承，內(nèi)圈有錐度為 1：12 的錐孔與主軸的錐形軸頸相配。因前軸承鐜主軸組件的精第五章 主軸驅(qū)動(dòng)與控制42度影響較大，后軸承精度等級采用 P5 級。3．前錐孔尺寸前錐孔用來裝頂尖或其它工具錐柄，要求能夠自鎖，目前采用莫氏錐孔。5．頭部尺寸的選擇第五章 主軸驅(qū)動(dòng)與控制43 目前頭部尺寸廣泛采用短圓錐式的頭部結(jié)構(gòu)，懸伸短，剛度好。238r N? 畫水平面內(nèi) xy 和垂直面內(nèi) xz 受力圖,見附圖 1.c).畫水平面彎矩圖 見附圖 畫垂直面彎矩圖 Mxz 畫合成彎矩圖 2xyzM??d).畫軸轉(zhuǎn)矩圖 見附圖e)許用應(yīng)力 用查入法查表 =, =60MPa0b?????1b????? 應(yīng)力校正系數(shù) = =???????f).畫出當(dāng)量彎矩圖 見附圖 當(dāng)量彎矩 =260305 ? 齒輪中間截面處當(dāng)量彎矩 =39?；究刂剖侵鬏S的正、反轉(zhuǎn)和停止，可自動(dòng)換檔和無級調(diào)速。(4)過載能力強(qiáng)。而且，籠型交流變頻電機(jī)不限制六電動(dòng)機(jī)那樣有機(jī)械換向帶來的麻煩和高速大功率的限制，并且體積小、重量輕、采用全封閉式罩殼、對灰塵和油有較好的防護(hù)優(yōu)點(diǎn)。變速過程如下：讀入控制系統(tǒng)主軸轉(zhuǎn)速的代碼，判斷速度對應(yīng)哪一擋、是否需要換擋。圖中 SB5 為正轉(zhuǎn)按鈕，SB7 為反轉(zhuǎn)按鈕；利用復(fù)合按鈕 SB5 與 SB7 就可以直接實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)由正轉(zhuǎn)成反轉(zhuǎn)，中間不需要停車；按鈕 SB6 與 SB8 為點(diǎn)動(dòng)按鈕，用于機(jī)床的調(diào)整對刀等；STSTST3 為行程開關(guān)，對齒輪換擋進(jìn)行檢測，如齒輪不到位，則開關(guān)不發(fā)訊主軸無法啟動(dòng)。參看液壓變檔控制原理圖：高速擋時(shí)電磁閥 CT1 得電，液壓缸 P 通油，液壓缸 N 回油滑移齒輪處于最左端；空擋時(shí)電磁閥 CTCT3 得電液壓缸P、M 進(jìn)油，液壓缸 N 回油，滑移齒輪處于中位；低速檔時(shí)液壓缸 P、M 回油，液壓缸 N 進(jìn)油。 采用光電脈沖編碼器作為主軸的脈沖發(fā)生器，并將其裝在主軸上，與主軸一起旋轉(zhuǎn)，檢測主軸的轉(zhuǎn)角、相位、零位等信號。脈沖編碼器還輸出一個(gè)零位脈沖信號，對應(yīng)主軸旋轉(zhuǎn)的每一轉(zhuǎn)，可以用于主軸絕對位置的定位。由于在車削端面時(shí)，刀具要不斷的作徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而使刀具的切削直徑逐漸減小。數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)包括主軸電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)與主軸組件，與普通機(jī)床相比，變速功能絕大部分由主軸電機(jī)的無級調(diào)速來承擔(dān)，省去了繁雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，有些只有兩極或三級齒輪變速機(jī)構(gòu)系統(tǒng)用以擴(kuò)大電機(jī)無級調(diào)速的范圍設(shè)計(jì)過程中存在的主要問題：起初對于數(shù)控車床傳動(dòng)系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu)沒有十分明確的概念，未能在最短的時(shí)間內(nèi)初步設(shè)計(jì)出機(jī)器的零部件草圖，耽誤了很多不必要的時(shí)間。設(shè)計(jì)中著重考慮問題與解決的問題：1. 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪多級變速的情況變?yōu)榉謾n無級變速，電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速后，通過帶輪輸送到輸入軸上，再經(jīng)過齒輪有級變速擴(kuò)大變速范圍，滿足變速范圍的要求，使輸入軸帶輪處只受轉(zhuǎn)矩，將軸上的徑向力傳動(dòng)到車床機(jī)體上改善了輸入軸的受力情況。，變頻器的使用了解不多，查閱了大量資料后才弄明白。因此，數(shù)控裝置必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件來完成主軸的調(diào)整。 主軸旋轉(zhuǎn)與徑向進(jìn)給的同步控制數(shù)控車床在切削端面時(shí)為了保證端面的光潔度，就必須是該表面的粗糙度小于或等于某值。 主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)編碼器即發(fā)出脈沖，這些脈沖送給數(shù)控裝置作為坐標(biāo)軸進(jìn)給的脈沖源，經(jīng)過對節(jié)距計(jì)算后，發(fā)給坐標(biāo)軸位置私服系統(tǒng)，使進(jìn)給量與主軸轉(zhuǎn)數(shù)保持所要求的比率。螺紋螺距多數(shù)為常數(shù)，但為有規(guī)律的遞增或遞減的變螺距螺紋的使用也越來越多。齒輪在低速進(jìn)行強(qiáng)力切削時(shí)，應(yīng)使用低速檔；在進(jìn)行精密切削時(shí)使用高速擋；在裝卸工件時(shí)，主軸可以停在空擋上。如需換擋，發(fā)出降速指令，換擋時(shí)使頻率降到最低，經(jīng)延時(shí)速度穩(wěn)定后，發(fā)換擋請求信號，換擋繼電器動(dòng)作，熱愛背后檢測判斷換擋結(jié)束信號，及等齒輪到位后，在新檔位內(nèi)根據(jù)讀入的轉(zhuǎn)速代碼按插值法求新的轉(zhuǎn)速并輸出至電動(dòng)機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)裝置。 主傳動(dòng)采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無級變速，主軸的正反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)與停止是直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，主軸電動(dòng)機(jī)調(diào)速與分檔變速機(jī)構(gòu)的配合來實(shí)現(xiàn)的。隨著微電子技術(shù)、交流調(diào)速理論和大功率半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)進(jìn)入實(shí)用階段。(2) 在斷續(xù)負(fù)載下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)要小。??31b0.???所以該軸設(shè)計(jì)得合理第五章 主軸驅(qū)動(dòng)與控制44 第五章 主軸驅(qū)動(dòng)與控制數(shù)控車床是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，是集機(jī)床、計(jì)算機(jī)、電機(jī)及其拖動(dòng)、自動(dòng)控制、檢測等技術(shù)為一身的自動(dòng)化設(shè)備。詳細(xì)結(jié)構(gòu)件零件在水平面內(nèi)與豎直平面內(nèi)對軸進(jìn)行受力分析計(jì)算如下： a）.計(jì)算齒輪受力 =9550 =4411961T?3PnmN? 圓周力 = = 徑向力 = N，r0tan38tan2147coscos????? 軸向力 aF0tt69b）.計(jì)算支撐反力 垂直面內(nèi)支撐反力 =488N, =919N15476r??51496270rF?? 水平面支撐反力 , 39。一般推薦取：L\a=3~ L\a 盡量大，提高主軸剛度。 主軸的設(shè)計(jì)與校核：主軸的主要參數(shù)是：主軸前端直徑 D1，主軸內(nèi)徑 d,主軸懸伸量 a 和主軸支撐跨距 L。這種軸承徑向剛度和承載能力較大，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高，徑向結(jié)構(gòu)緊湊。主軸前軸承采用三個(gè)接觸角向里；軸承由圓螺母進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊量在軸承制造時(shí)配好。為了能夠通過更大的棒料，車床的中空希望大些，但受剛度條件的影響和限制，孔徑一般不宜超過外徑的70%。7 主軸的結(jié)構(gòu)為了提高剛度，主軸的直徑應(yīng)該大些。主軸的形狀，尺寸確定之后，剛度主要取決于材料的彈性模量。5 耐磨性主軸組件的耐磨性是指長期保持原始精度的能力，即精度保持性。主軸箱因溫升而變形，使主軸偏離正確位置。目前，尚未制定出抗振性的指標(biāo)，只有一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。各類機(jī)床主軸組件的剛度目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。還決定于主軸轉(zhuǎn)速，支撐的設(shè)計(jì)和性能，潤滑劑及主軸組件的平衡。()MT???g).校核軸頸齒輪中間處軸直徑 d= = =35mm。31b.?第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)36附圖 1第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)37 II 的設(shè)計(jì)與校核1）.估算軸頸 d假設(shè)軸材料為 45鋼，則由公式 ，查表 C=118, 3pdCn??=25mm，??2)軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該軸兼有傳動(dòng)軸和液壓變檔滑移作用，畫出 Z=26 的齒輪輪廓,齒輪分度圓直徑較大,不需要采用齒輪軸結(jié)構(gòu)。()MT???軸頸處當(dāng)量彎矩 = =39。1Z2nm /costnm??03/?分度圓直徑 = = 30=? = 54=? 中心距 a = =165mm12)m(za?3(54+)齒寬 b 大齒輪 ,小齒輪2b?12bm?6. 齒面彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算齒形系數(shù) FaY 1330??? 2330. 查表得 ?第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)33應(yīng)力重合修正系數(shù) 查表得 ?重合系數(shù) ? ?? ????????????????? = 01. . ==+ =+ =??.13螺旋角系數(shù) Y? ??????minY?齒間載荷分配系數(shù) 由上面知 =?FK?齒間載荷分布系數(shù) b/h=25/ ( )=4 查相關(guān)圖知 =? FK?載荷系數(shù) K K= =1..25 =???彎曲疲勞極限 查試驗(yàn)齒輪的彎曲極限表 =600MPa,minF?min1F?=45