【正文】 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)按表查取。7） 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 （1）判斷危險(xiǎn)截面從彎扭合成應(yīng)力的結(jié)果看，C截面處應(yīng)力大出其他截面較多，C截面的軸承為過渡配合，且靠近軸肩處，存在一定的應(yīng)力集中系數(shù)，而總的軸的軸徑均遠(yuǎn)大于理論的最小軸徑，均無過盈配合，且在軸肩等處均有圓角過渡，鍵的應(yīng)力集中系數(shù)較小（小于過盈配合），沒有顯著的應(yīng)力集中，如果設(shè)另一C1截面剛好位于C截面處的軸肩上，那么C1截面為危險(xiǎn)截面。(63+158+100)Fr4v84/2+Fr4(158+100)+Fr3H圖 92 求軸上的載荷 1）首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡圖，在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，從手冊(cè)差得角接觸球軸承支點(diǎn)因?yàn)檩S承寬度的一半，根據(jù)圖92及相關(guān)零件的尺寸最終得到軸的計(jì)算簡圖為圖93。 （2）截面C左側(cè)抗彎截面系數(shù) W==363=抗扭截面系數(shù) WT==363=截面6左側(cè)的彎矩M為M=截面6上的扭矩T為 T1=2936Nmm截面上的彎曲應(yīng)力 σb=M/W=13940/=截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 τT=T1/WT=2936/=軸的材料為45號(hào)鋼，查得，σB=640MPa，σ1=275MPa，τ1=155MPa。(52+52)Ft336/2=其中MHD=0，量非常小，可以忽略。MHA=0NmmMHB=Fr2 鍵的工作長度l=Lb=4010=30mm 鍵與齒輪鍵槽的接觸高度k==8=4mm 可見連接的擠壓強(qiáng)度已夠。圖51圖52圖53 查角接觸球軸承7007C的基本額定動(dòng)載荷C=18500N，基本額定靜載荷C0=13500N，角接觸球軸承7008C的基本額定動(dòng)載荷C=19000N，基本額定靜載荷C0=14500N。 選地齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1） 選用斜齒圓柱齒輪和齒條2） 選8級(jí)精度3） 斜齒輪用45號(hào)鋼，調(diào)制處理，硬度為270HBS 斜齒條用45號(hào)鋼，?；?，硬度200HBS4） 選取斜齒輪齒數(shù)Z5=42，斜齒條齒數(shù)Z6=∞（任意多）5） 已計(jì)算螺旋角β=176。9′=176。3） 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)（1） 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，按Z3=效率η=T1=9550（+）/(2cos20176。/24)=176。但為了熟悉一下設(shè)計(jì)步驟，這里仍然校核一下。η4 上述兩項(xiàng)設(shè)備，主要是為了保證等離子切割機(jī)風(fēng)壓和水壓的要求。 主傳動(dòng)系統(tǒng)，為了保證割炬縱向運(yùn)行的速度要求，而專門設(shè)計(jì)了主傳動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的齒輪與主傳動(dòng)導(dǎo)軌的齒條相嚙合，保證了切割機(jī)沿縱向往返運(yùn)動(dòng)。 。 在做發(fā)上，我們先易后難，先搞用戶多、銷路廣的中低檔機(jī)，取得經(jīng)驗(yàn)后，再搞難度較大的高檔機(jī)。 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 目前，在我國各大廠使用的氣體切割機(jī)，多是國外進(jìn)口機(jī)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到1986年底，僅日本小池酸素株式會(huì)社一家，就在我國銷售了72臺(tái)，西德梅塞爾公司、美國林特公司、瑞典伊薩公司等，也各在我國銷售了10多臺(tái)；這些國外進(jìn)口的氣體切割機(jī)，有的是光電跟蹤、有的是數(shù)控，它們主要以氧乙炔切割為主，但也有少數(shù)的帶等離子切割槍的，這些國外進(jìn)口機(jī)，總的來說，性能不錯(cuò)，但價(jià)格昂貴，以日本機(jī)為例，每臺(tái)需28萬美元，再加上其他費(fèi)用，折合人民幣整150萬元/臺(tái)。 早在20年前，西德的梅塞爾公司，就從事氣體切割機(jī)的研制和生產(chǎn)。水冷電阻用于限制小弧電流防止燒化噴嘴，對(duì)大電流的切割電纜也需通水冷卻。 （5）冷卻水（氣）系統(tǒng)冷卻水主要用于冷卻噴嘴和電極以保證割炬能穩(wěn)定的持續(xù)工作。等離子弧切割電極材料優(yōu)先選用鈰鎢，但空氣等離子弧切割時(shí)，空氣對(duì)電極氧化作用極大，因此不能選作鎢做電極，只能選用鑲嵌式Hf或Zr及其合金作電極。等離子弧切割法的種類很多，噴嘴的結(jié)構(gòu)也不盡相同。割炬噴嘴至工件間的距離對(duì)切割質(zhì)量有影響。最簡單的電源是硅整流電源、整流器，所以電源具有陡降外特性。因此用于焊接坡口的切割時(shí)，需用砂輪打磨，較耗費(fèi)工時(shí)。這種方法將空氣壓縮后直接通入噴嘴，經(jīng)電弧加熱分解出氧，未分解的空氣以高速?zèng)_刷割口，分解出的氧與切割金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈化學(xué)反應(yīng)，加快了切割速度。槍體下部可用陶瓷加工，減少雙弧危險(xiǎn)。： 水再壓縮等離子弧切割原理由于工作氣體形成等離子弧，并在紫銅噴嘴與陶瓷噴嘴之間的小孔中噴出經(jīng)過處理的高壓水，對(duì)等離子弧再次加以壓縮（故稱水再壓縮等離子?。Ｈ秉c(diǎn)：切割面稍粗糙，且粘有氮化物層，可能切割的厚度有限，煙塵量多，電極和噴嘴損耗快。缺點(diǎn)：切割時(shí)煙塵多，切割面傾斜角度大，電極和噴嘴損耗快。 等離子弧切割方法分類等離子弧切割方法可從幾個(gè)方面進(jìn)行分類。因此能夠切割絕大多數(shù)的金屬和非金屬材料。切割電流的范圍為30~1000 A。與氧乙炔焰切割比較，等離子弧能量集中、切割變形小、起始切割時(shí)不用加熱，能切割幾乎所有金屬，而且切割碳鋼的速度比氧乙炔切割快，但是由于切割較寬，所以被溶化掉的金屬較多，板材較厚時(shí)切口不如氧乙炔切割的那樣光滑平整。在我國的等離子切割設(shè)備生產(chǎn)行業(yè)中，由于缺乏等離子切割理論研究與生產(chǎn)實(shí)踐相轉(zhuǎn)換的機(jī)制，因此新技術(shù)運(yùn)用不廣、新產(chǎn)品開發(fā)速度不快，制約了等離子切割技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和運(yùn)用。某些廠家開發(fā)生產(chǎn)的專用數(shù)控切割設(shè)備，在技術(shù)上已經(jīng)達(dá)到或超過了國外同類產(chǎn)品。用仿形機(jī)下料，雖可大大提高下料工件的質(zhì)量，但必須預(yù)先加工與工件相適應(yīng)的靠模，不適于單件、小批量和大工件下料。節(jié)約材料、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等方面顯示出巨大優(yōu)勢(shì)。將運(yùn)動(dòng)控制板插入工控機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)插槽中作實(shí)時(shí)控制用，而工控機(jī)主要作非實(shí)時(shí)控制。數(shù)控等離子切割系統(tǒng)的抗干擾措施切割電源具有強(qiáng)烈的電磁干擾，這就要求計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)必須具有很高的抗干擾能力，既能抵抗等離子引弧時(shí)的高頻干擾，也能抵抗工作時(shí)大電流等離子弧的干擾，還能抵抗工作現(xiàn)場的其他干擾源。2） 再約束等離子弧切割。數(shù)控等離子切割機(jī)是技術(shù)密集度及自動(dòng)化程度很高的一種機(jī)電一體化切割設(shè)備，它是按國際或國家規(guī)定的數(shù)字和文字編碼方式，將各種機(jī)械位移量、運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、輔助功能用數(shù)字、文字符號(hào)表示出來，通過能識(shí)別并處理這些符號(hào)的控制系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)）變成電信號(hào)，利用電氣元件將電信號(hào)變位機(jī)械能，而機(jī)械動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)則依靠切割機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)達(dá)到需要的動(dòng)作。但因?yàn)榈入x子弧流速高，噪音，煙氣和煙塵重，工作衛(wèi)生條件較差。根據(jù)所使用的主要工作氣體，主要分為氬等離子弧切割、氧等離子弧切割。國外的精細(xì)等離子切割表面質(zhì)量已達(dá)激光切割的下限，而其成本只有激光切割的三分之一。目前，開放系統(tǒng)具體有2種基本結(jié)構(gòu)：1） CNC+工控機(jī)主板。而精細(xì)等離子切割技術(shù)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(yuǎn)低于激光切割。數(shù)控等離子切割技術(shù)國內(nèi)現(xiàn)狀我國工廠的板材下料中應(yīng)用最為普遍的是火焰切割和等離子切割，所用的設(shè)備包括手工下料、仿形機(jī)下料、半自動(dòng)切割機(jī)下料及數(shù)控切割機(jī)下料等。目前，我國金屬加工行業(yè)使用的數(shù)控切割機(jī)是以火焰和普通等離子切割機(jī)為主，但純火焰切割，已不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，而目前市場需求的數(shù)控切割機(jī)多為數(shù)控等離子切割機(jī)，該類切割機(jī)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(huì)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(dá)國家金屬加工行業(yè)90%為數(shù)控切割機(jī)下料，僅10%為手工下料；而我國數(shù)控切割機(jī)下料僅占下料總量的10%，其中數(shù)控等離子切割下料所占比例更小。從機(jī)械結(jié)構(gòu)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(gè)階段，相應(yīng)的型號(hào)種類繁多。1 等離子切割原理介紹 等離子弧切割的特點(diǎn)等離子弧是利用等離子槍將陰極和陽極之間的自由弧壓縮成高溫，高電離度，高能量密度及高焰流速的電弧，等離子弧切割是用非常熱的高速射流來進(jìn)行的，將電弧和惰性氣體強(qiáng)行穿過小直徑孔以產(chǎn)生這種高速射流。切割用的等離子弧是利用特種割炬對(duì)電弧進(jìn)行壓縮形成的。多割炬設(shè)備需要為每個(gè)割炬附加電源和控制箱。： 等離子切割槍的基本構(gòu)造； ； ； 嘴到工件的距離； ； ； ；用等離子弧切割時(shí)只采用直流正接的電流極性，即工件接電源正極。切割性能差，切割面有氮化物層、氣體成本稍高，一般不采用。切割性能尚好，切割速度快、不易沾渣，切割工藝參數(shù)易設(shè)定，氣體價(jià)格較氬氣便宜，操作成本較低。切割時(shí)同時(shí)噴出大氣流的氣體排除溶化金屬。一方面強(qiáng)烈壓縮等離子弧，使其能量密度提高；另一方面，由于等離子弧高溫而分解成氫和氧，構(gòu)成切割氣體的一部分，分解成氧氣對(duì)切割碳鋼更有利，加強(qiáng)了碳鋼的燃燒。5）煙塵量和噪音低，弧光輻射少。采用銅鋯鑲嵌電極時(shí)，陰面斷面的直徑應(yīng)大于陰極鑲嵌件直徑的25倍，而鑲嵌件的直徑應(yīng)小于噴嘴的孔徑。國產(chǎn)電源的空載電壓都在200V以上，水壓縮等離子切割弧切割電源的空載電壓為400V。割炬的具體結(jié)構(gòu)形式取決于切割電流的等級(jí)，一般60A以下的割炬多采用風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，即利用高壓對(duì)噴嘴及槍體冷卻及對(duì)等離子弧進(jìn)行壓縮，切割電流為60A以上的割炬多采用水冷結(jié)構(gòu)。噴嘴的結(jié)構(gòu)形式同工作氣體的種類及其在割炬腔體內(nèi)的流動(dòng)方式、電極材料和形狀有關(guān)。等離子弧切割用的電極符合下列基本要求：具有足夠的電子發(fā)射能力，逸出功要?。粚?dǎo)電、導(dǎo)熱性良好；熔點(diǎn)高，在高溫下耐燒損。氣體混合筒用于使兩種氣體混合均勻，如果采用三種氣體做工作氣體，則應(yīng)先將兩種氣體混合均勻后，在同第三中氣體混合。冷卻水流量Q同常可按下述公式計(jì)算，即：式中 P——等離子弧電功率，kw； ——冷卻水的許可溫度升高值，176。1965年，出現(xiàn)了商品化集成電路數(shù)控裝置，縮小了體積，減少了功耗，可靠性提高了，進(jìn)入了第三代產(chǎn)品。近年來，北京機(jī)床研究所引進(jìn)了日本FANUC直流伺服控制系統(tǒng)，上海機(jī)床研究所引進(jìn)了美國的GE交流伺服控制系統(tǒng)，遼寧精密儀器廠引進(jìn)了美國的DYNAPATH系統(tǒng)，是我國的數(shù)控技術(shù)前進(jìn)了一步，但價(jià)格都比較昂貴。中檔機(jī)將以步進(jìn)電機(jī)、中型計(jì)算機(jī)、較精密的機(jī)械傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)組成，面向中等企業(yè)。 該機(jī)的用途：主要是用于劃線和切割不銹鋼、鋁、銅、鉻鎳合金、鑄鐵和碳鋼等板材。 割炬升降機(jī)構(gòu)，主要通過步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來調(diào)整割炬的高低，保證割炬與被切金屬面間合理的距離，其結(jié)構(gòu)原理如圖 。 1等離子電源柜，是由變壓器、整流器、接線板、電器元件、水電阻等組成，與等離子切割槍一起形成等離子切割裝置。則橫梁在鋼軌上的直線加速度為：1. 切割機(jī)橫梁在鋼軌上加速運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的慣性力：Q=ma=1200kg2. 直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其額定驅(qū)動(dòng)力P和電機(jī)啟動(dòng)功率、啟動(dòng)扭矩的計(jì)算： 公式中P直線運(yùn)動(dòng)額定力（N）Nd縱向驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率（kW）η在計(jì)算速度下，從電機(jī)至直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率（不計(jì)入直線運(yùn)動(dòng) 零件的導(dǎo)軌摩擦可消耗的功率）Vi計(jì)算速度（m/min），該機(jī)定為6m/min 在啟動(dòng)的初期，主傳動(dòng)斜齒輪、齒條在節(jié)徑上所受的切向力P，應(yīng)該大于或等于滾輪與鋼軌之間的摩擦力F，滾輪在鋼軌上啟動(dòng)時(shí)的起始摩擦力T0、橫梁在鋼軌上加速運(yùn)行時(shí)的慣性力Q之和。η3==3 各軸轉(zhuǎn)速 T1=9550P1/n1=9550 T2=9550P2/n2=9550 主傳動(dòng)系統(tǒng)的受力分析1 結(jié)構(gòu)簡圖3 主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第一級(jí)齒輪計(jì)算 需求分析 配總減速比i=，所以此級(jí)減速比i12=i/i34=按照啟動(dòng)受力分析有傳遞功率P1=P電=，轉(zhuǎn)速n1=n電=，按照工作機(jī)設(shè)計(jì)壽命，15年，雙班制，大小齒輪均懸臂布置。)]/(2π)r1=d1/2=72/2=36mm ra1=da1/2=75/2=r2=d2/2=45/2= ra2=da2/2=48/2=24mmaa1=arccos(r1cosa/ra1)=arccos(36cos20176。)/(2π) = 齒輪形位公差、尺寸公差、公差組的確定 1）已選定齒輪精度為8級(jí)，現(xiàn)在選擇第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ公差組均選用8級(jí)精度，設(shè)齒輪溫升50176。 工程圖圖11 步進(jìn)電機(jī)輸出軸端齒輪圖12 小齒輪 第二級(jí)蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì) 需求分析：閉式油潤滑的蝸輪蝸桿傳動(dòng)，傳遞功率P1=，轉(zhuǎn)速n1=，齒數(shù)比i34=14，蝸桿為兩端支撐布置，雙班制工作15年。=268=247MPa（6） 計(jì)算中心距取中心距a=60mm，試取q=12，故可計(jì)算模數(shù)m蝸桿分度圓直徑d3=312=36mm此時(shí)d3/a=36/60=，與原設(shè)計(jì)值相近，故可采用上述結(jié)果?！?蝸輪蝸桿的相對(duì)滑動(dòng)速度為：按插值法查表計(jì)算得：當(dāng)量摩擦角φv=(2176。2）3） 蝸桿副結(jié)構(gòu)的確定蝸桿做成整體，開有退刀槽，便于車制，適合于單件生產(chǎn)；在蝸輪中取背壁厚C=4mm，則C/m=4/3≈，故蝸輪做成整體澆注式。 計(jì)算：1） 求兩軸承受到的徑向載荷Fr1和Fr2空間力系分解到鉛垂面（圖43）和水平面（圖42）兩個(gè)平面力系。七、2軸鍵的選擇與驗(yàn)算 選擇鍵 根據(jù)鍵所在軸段的直徑與長度進(jìn)行選擇 蝸輪端的軸徑d=35mm，臺(tái)階面長度L=74mm，選取bhL=10840的A型鍵，斜齒圓柱齒輪端的軸徑d=35mm，臺(tái)階面長度L=43mm，選取bhL=10840的A型鍵。圖 82 求軸上的載荷 1）首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡圖，在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，從手冊(cè)差得角接觸球軸承支點(diǎn)因?yàn)檩S承寬度的一半，作為簡支梁的兩軸承支點(diǎn)