【正文】 Y面受 力圖T=44665N mme: 合彎距圖d:YZ平面 彎矩圖b:XY面彎 矩圖6719887YZX A B C DF 0F NV1F NH1F NV2 F NH2F NV1F NV2F ZF ZF 0FNH1F NH2M H = Nm mM=2559 8N mmM V =20532N mmM HM v 圖 38軸的載荷分布 Axis load distribution 按彎矩扭矩合成力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí) ， 通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面 （ 即危險(xiǎn)截面 B）的強(qiáng)度 ， 并取α =， 軸的計(jì)算應(yīng)力 ： 小型石柱石球數(shù)控加工機(jī)機(jī)床部分的設(shè)計(jì) 24 caδ = ? ?W TM 22 α? = ? ?322 446 82 ? ?? = 前已經(jīng)選定軸的材料為 45鋼，調(diào)質(zhì)處理， [δ1]=60MPa ，因此， δca [δ1] 所以安全合理。 預(yù)期計(jì)算壽命： 36000h 基本額定動(dòng)載 荷 Cr： ； 基本額定靜載荷 Cor： 軸承2主軸軸承1鋸片F(xiàn) d1F d2F r2F r1F ae 圖 39主軸 軸承 的受力 分析圖 Fig 39 Axis pillow stress distribution 具體計(jì)算過(guò)程如下，分布圖如 39 所示； ① 求兩軸承受到的徑向載荷 Fr1和 Fr2 Fr1= NV12NH12 FF ? = 22 ? =447N 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 Fr2= NV22NH22 FF ? = 22 ? = ② 求兩軸承的計(jì)算軸向力 Fa1 和 Fa2 對(duì)于 7009C 型軸承，軸承派生軸 向力 Fd=e Fr； 其中 e 為的判斷系數(shù)，其值由 Fa/Co 的大小來(lái)確定，但現(xiàn)軸承軸向力 Fa未知，故先初取 e=，因此可以估算 [20]： Fd1=179。 = 其中： Fae為軸及軸上零部件的重力 ,經(jīng)計(jì)算， Fae約為 400N。 Fr2＝ 179。 Fa1） =179。（ X2179。 +0179。 機(jī)頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 考慮采用 圖 310 結(jié)構(gòu) ： 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 87654321???? 圖 310電機(jī)及傳動(dòng)主軸 1鋸片 2墊片 3槽鋼 4角接觸球軸承 5鍵 6主軸 7橫梁 8絲杠 Electric motor and Transmission axis 1swa bit 2filler piece 3box iron 4angular contact ball bearing 5key 6shaft 7beam 8lead screw 這里不用對(duì)主軸箱中各零部件進(jìn)行校核。 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 2900 圖 42立柱 Frame 絲杠及步進(jìn)電機(jī)的選擇 對(duì)于兩個(gè)滾珠絲杠的選擇，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際應(yīng)用，選擇 濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為 ： CDM40055 型，公稱直徑為 40mm， 螺距為 12mm。cm 48 Kg的電機(jī)轉(zhuǎn) 圈的同時(shí)，絲杠也是轉(zhuǎn)過(guò) 圈，而絲杠螺距為 12mm，所以他所能達(dá)到的精度為 ，由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是 ，所以符合設(shè)計(jì)要求。 T360 179。 1=3000r/min, 已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 圈的時(shí)間里，絲杠移動(dòng)距離為 ，已知轉(zhuǎn)速為3000r/min，則絲杠的移動(dòng)速度為 v=3000179。同時(shí)，橫梁及主軸箱由橫梁導(dǎo)架通過(guò)另一步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)。聯(lián)軸器工作時(shí)，十字滑塊隨兩軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)又相對(duì)于兩軸移動(dòng)以補(bǔ)償兩軸的徑向位移。具體的結(jié) 構(gòu)如圖 43 所示 。 當(dāng)切割石料體積最大時(shí)，最大切深是 ，則金剛石鋸片進(jìn)給速度v= ? =87mm/min=，鋸片的進(jìn)給速度即是石料在切割點(diǎn)的線速度，切割點(diǎn)的半徑 r==。η 蝸 179。 179。 載球小車(chē)傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 1）當(dāng)加工直徑為最大時(shí) 已知金剛石圓鋸片鋸切深度與轉(zhuǎn)速關(guān)系：切深為 5mm，進(jìn)給速度是1800mm/min[24]，切深和進(jìn)給速度成反比關(guān)系， 此時(shí) ,加工半徑為 780mm，最大切深是 ，則金剛石鋸片進(jìn)給速度小型石柱石球數(shù)控加工機(jī)機(jī)床部分的設(shè)計(jì) 34 v=?=87mm/min=，鋸片的進(jìn)給速度即是石料在切割點(diǎn)的線速度，切割點(diǎn)的半徑 r==， 由 srrvn /0 0 03 7 0 0 14 ????? ?，則傳動(dòng)比 34705 ??i，這個(gè)傳動(dòng)比即是最大的傳動(dòng)比。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多廠家的變頻器已經(jīng)很成熟。 (2)根據(jù)文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》所顯示常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能及適用范圍，其中我們選帶傳動(dòng)傳動(dòng)比 為 i 帶 =6 (3)對(duì)于減速器：由于現(xiàn)在國(guó)內(nèi)有許多家單位所生產(chǎn)的產(chǎn)品已經(jīng)很成熟，基本型號(hào)已經(jīng)趨于系列化，價(jià)格也相對(duì)便宜，可以直接選用標(biāo)準(zhǔn)件，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，查到可以選用的減速器型號(hào)為 ZLY 型外嚙合漸開(kāi)線斜齒輪圓柱減速器，可以用于冶金，礦山，起重運(yùn)輸，水泥，建筑等行業(yè)，減速器高速不大于青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 1500r/min。 179。 +16179。 = 一般石料密度在 ～ 179。 179。選取該軸材料為 45 鋼，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理。 3 33600 0 0 3 1010301 8 3 ? ?????= 小型石柱石球數(shù)控加工機(jī)機(jī)床部分的設(shè)計(jì) 36 d 1d 2d 3d 4d 5L1L2L3L4L5 圖 52主軸 Axis 選用一個(gè)推力球軸承 ， 支承被加工石料 ， 所以應(yīng)選用承載能力大的 ， 選取型號(hào)為 ： 51420 GB/T30195 基本尺寸 ： d=100mm T=85mm， D=210mm，Cr=400kN， C0a=1080kN， 因此 ， 取 d1=100mm， L1應(yīng)小于 85mm， 取 L1=80mm，取 d2=150mm， L2=50mm， d3=130mm， L3=50mm。 ②推力求軸承的校核： 由于小車(chē)載著石球荒料，其轉(zhuǎn)速很慢，在這些情況下，如果滾動(dòng)接觸面上的接觸應(yīng)力過(guò)大，將產(chǎn)生永久性的過(guò)大的凹坑（即材料表面發(fā)生了不允許的永久變形）才是軸承的失效形式。 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 由于帶傳動(dòng)的主要失效形式即為打滑和疲勞破壞。即 Pca=Ka178。 ②驗(yàn)算帶速 V： smnDv d /1 0 0060 111 ?? ??????＜ 30m/s 所以 ,可以 ③計(jì)算從動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑 Dd2： Dd2=i179。 根據(jù)帶傳動(dòng)的幾何關(guān)系，按下式計(jì)算所需帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 L`d， 0212120 4 )()(22 aDDDDaL ddddd、 ???????? ? 4004 )75450()75450( 2? ??????? = 根據(jù)計(jì)算 L`d，選取和 L`d 相近的 V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld Ld=1800mm。 ⑥ 確定帶的根數(shù) Z： 10 )( KKPPPZaca ????? 其中： Po— 單根帶的基本額定功率取值： ； ΔP— 計(jì)入傳動(dòng)比的影響時(shí)，單根帶額定功率的增量取值： kW； Ka— 考慮包角不同使得影響系數(shù)取值： ； Kl— 考慮帶的長(zhǎng)度不同時(shí)的影響系數(shù)取值： ； 則： Z= 9 ).0(0 .4 2 ???= 所以選定 Z=5 根 確定 Z=5 根；小于 10 根，可以使得 V 帶受力相對(duì)均勻，所以所選帶參數(shù)合理。 Z179。 179。 圖 53 主動(dòng) 輪 Driving wheel bd1=； ha1= mm； hf1= mm； e1=15 mm； f1=10mm (表 12110) [21] B1=（ Z－ 1）179。 10=80mm； 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 da1=dd1+2179。 圖 54 從 動(dòng) 輪 Drived wheel bd2=10mm； ha2=； hf2=； e2=15mm； f2= 10mm B2=(Z－ 1)179。 10=80mm ??? a2d2a2 2hdd 450+= 輪槽角α 取 38176。 選擇材料：此次設(shè)計(jì)中，蝸桿采用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，其硬度為 220～ 300HBS，由于傳動(dòng)速度很慢，則蝸輪材料用鋁青銅，砂模鑄造， [δF]=80 Mpa。 d1 和 q 已有了標(biāo)準(zhǔn)值，選取d1=， q=。 ⑤蝸桿齒數(shù) Z2： 蝸輪齒數(shù)主要根據(jù)傳動(dòng)比來(lái)確定。 =； 蝸輪齒厚 St： St 取值 8mm； 蝸桿節(jié)圓直徑 d1＇： d1＇ = m(q+2X2)= (+20)=； 蝸輪節(jié)圓直徑 d2＇： d2＇ = d2=； 小型石柱石球數(shù)控加工機(jī)機(jī)床部分的設(shè)計(jì) 44 蝸輪頂圓直徑 de2： de2≤ da2＋ 2m＝ ＋ 2＝ 取值 470mm； 蝸輪寬度 B： Be2≤ =。因此，一般只對(duì)蝸輪輪齒進(jìn)行承載能力的計(jì)算。 蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 蝸輪輪齒因彎曲強(qiáng)度不足而失效的情況，多發(fā)生在蝸輪齒數(shù)較多或開(kāi)式傳青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 45 動(dòng)中。 YB≤ [δF] 其中 ： δF為蝸輪齒根彎曲應(yīng)力，單位為 Mpa； K 載荷系數(shù)， K=KAK BK V， KA 為使用系數(shù)； KB為齒向載荷分布系數(shù)，當(dāng)蝸桿傳動(dòng)在平穩(wěn)的載荷下工作時(shí)，載荷分布不均現(xiàn)象將由于工作表面良好的磨合而得到改善，此時(shí)可取 1； KV為動(dòng)載系數(shù)，由于蝸桿傳動(dòng)一般較平穩(wěn)，動(dòng)載荷比齒輪傳動(dòng)的小得多，故 KV可選值為 1。 本設(shè)計(jì)的加工流程是石球毛坯安裝于可旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)上，兩維方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由橫梁的水平運(yùn)動(dòng)和沿立柱的垂直運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，可使安裝于橫梁上的鋸片完成球面的加工運(yùn)動(dòng)。 此次設(shè)計(jì)蝸輪蝸桿傳動(dòng)為開(kāi)式，不用熱平衡核算。蝸輪齒根的彎曲應(yīng)力滿足： δF=mdd 21 ?? ??179。因此，蝸桿傳動(dòng)的承載能力往往受到抗膠合能力的限制。 25 2542 3022 23 232930 121481442564721412079345圖 55蝸桿軸 Worm shaft 蝸桿傳動(dòng)承載能力的的計(jì)算 和齒輪傳動(dòng)一樣，蝸桿傳動(dòng)的失效形式也有點(diǎn)蝕（齒面接觸疲勞破壞），齒根折斷，齒面膠合及過(guò)度磨損等。 確定蝸桿齒數(shù)： Z2=iZ1=1461=146 ⑥蝸桿傳動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)中心距 a： 蝸桿傳動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)中心距為： a=21（ d1+ d2） =21 （ q+ Z2） m=21（ + 219） = 圓柱蝸桿傳動(dòng)的基本尺寸和參數(shù) 蝸輪軸向齒距 pa： pa=πm=＝ ； 蝸輪導(dǎo)程 pz： pz=πmZ1=1＝ ； 蝸桿分度圓直徑 d1： d1=mq==； 蝸桿齒頂圓直徑 da1： da1=d1+2ha1=d1+2ham＝ +21=； 蝸桿齒根圓直徑 df1 ： df1=d1 － 2hf1= d1 － 2（ h*am+c ） =d1 － 2（ h*am+mc*） =－ 2（ 1+） =； 頂隙： c= mc*==； 蝸桿齒寬 b1： b1≥（ 11+Z2） =（ 11+146） = 80mm； 變位系數(shù) X2： X2= 21 ?? ????m dd－ ； 蝸輪齒頂高 ha2： ha2=m（ h*a+ X2） =（ 1+0） =； 蝸輪喉圓直徑 da2： da2=d2+2ha2=+=； 蝸輪齒根高 hf2： h=m（ h*a－ X2+ c*） = （ 1－ 0+） =； 蝸輪齒根圓直徑 df2： df2= d－ 2hf2=－ 2＝ ； 蝸輪咽喉母圓半徑 rg2： rg2=a－ 21 d a2=－ 21 =； 蝸輪齒寬 b2： b2選取 20mm； 蝸輪齒寬角 θ： θ=2arcsin（12db ） =2arcsin（12db ） =176。單頭蝸桿效率低，但是傳動(dòng)比相對(duì)大，因此，我們選用單頭蝸桿。 ②蝸桿分度圓直徑 d1： 在蝸桿傳動(dòng)中，為了保證蝸桿與配對(duì)蝸桿的正確嚙合，常用與蝸桿具有同樣尺寸的蝸輪滾刀來(lái)加工與其 配對(duì)的蝸輪。故在設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)時(shí)，均取中間平面上的參數(shù)（如模數(shù)，壓力角等）和尺寸（如齒頂圓，分度圓等）為基準(zhǔn)，并沿用齒輪傳動(dòng)的計(jì)算關(guān)系。 f2=（ 51）179。 =； 輪槽角α取值： 38176。 f 1=（ 5－ 1）179。 主動(dòng)輪 的設(shè)計(jì) 由于小帶輪直徑較小，所以，采用實(shí)心式結(jié)構(gòu)，材料選用 HT150。 sin21α =2179。如果不考慮帶的兩邊的拉力差，則壓軸力可以近似的按代的兩邊的預(yù)緊力 Fo 的合力來(lái)計(jì)算。 1800=417mm amax=a+=444+179。 75=450mm 按 V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列表 8— 7[24]， Dd2取值 450mm。 = ㈡ 選帶型： 根據(jù)計(jì)算功率 Pca= 及小帶輪轉(zhuǎn)速 n=710m/min，選 A 型帶。此設(shè)計(jì)計(jì)算可以參考前面主軸上帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)。 Po Po=， So 取 3 ， Co*=3 179。 ①由于此軸為傳動(dòng)軸，只受扭矩作用，則 22 )(4 δ τα ????ca? （其中τ=WT ） 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37