【正文】 轉(zhuǎn)矩 3T .......................... 33 求作用在齒輪上的力 .......................................... 33 初步確定軸的最小直徑 ........................................ 33 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................ 34 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 .................................. 37 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................... 37 鍵聯(lián)接的選擇 ..................................................... 38 鍵聯(lián)接的 類(lèi)型 ................................................ 38 鍵聯(lián)接的尺寸 ................................................ 38 鍵聯(lián)接的強(qiáng)度驗(yàn)算 ............................................ 38 軸承的選擇 ....................................................... 39 軸承的類(lèi)型 .................................................. 39 軸承的尺寸 .................................................. 40 第四章 結(jié)論與展望 ................................................... 40 致謝 ................................................................. 42 V 參考文獻(xiàn) ............................................................. 43 附錄 A 附加圖、表 ..................................................... 44 插圖清單 圖 11 中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) ..........................................1 圖 12 數(shù)控可傾回轉(zhuǎn)工作臺(tái) ..................................................2 圖 21 傳動(dòng)方案 ...........................................................11 圖 22 步進(jìn)電機(jī) ...........................................................12 圖 23 伺服電機(jī) ...........................................................14 圖 24 電液脈沖馬達(dá) .......................................................16 圖 25 開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) .....................................................17 圖 26 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) .....................................................18 圖 27 總體設(shè)計(jì) 原理圖 .....................................................19 圖 28 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) ....................................................19 圖 31 工作臺(tái)尺寸 .........................................................20 圖 32 工作臺(tái)箱體圖 1.....................................................21 圖 33 工作臺(tái)箱體圖 2.....................................................21 圖 34 一級(jí)齒輪傳動(dòng) .......................................................23 圖 35 小齒輪 ............................................................ 28 圖 36 大齒輪 ............................................................ 28 圖 37 蝸桿軸裝配方案 .................................................... 34 圖 38 蝸桿軸受力分析 .................................................... 35 圖 39 蝸桿軸的應(yīng)力分析圖 ................................................ 36 圖 310 蝸桿軸 ............................................................37 插表清單 表 31 蝸桿軸危險(xiǎn)截面應(yīng)力 ................................................ 37 表 32 鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力 [σ p] 或 壓強(qiáng) [p] ............................... 39 長(zhǎng)安大學(xué) 1 第一章 前言 本課題的學(xué)術(shù)背景及理論與實(shí)際意義 2020 年在北京舉辦的第 11屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，數(shù)控機(jī)床、加工中心、復(fù)合機(jī)床在裝備制造業(yè)內(nèi)已呈現(xiàn)出量大面廣態(tài)勢(shì)，這類(lèi)工作母機(jī)在各類(lèi)制造業(yè)已經(jīng)普及應(yīng)用，并清晰地表達(dá)出時(shí)代特征與發(fā)展潮流。 目前，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要用于 臥式的鏜 銑 床和加工中心上 。通過(guò)對(duì)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 的 設(shè)計(jì)， 使大學(xué)生在步入社會(huì)之前，不僅能夠設(shè)計(jì)出數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，而且能夠掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和步驟。 part drawing and assembly drawing drawing, and so on. the design of NC rotary worktable, first of all, is the overall design, transmission scheme using a gear drive and worm drive。因此在現(xiàn)代加工中心的 開(kāi)發(fā)中，數(shù)控回轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)與制造，成為研制機(jī)床的核心任務(wù)之一，而數(shù)控回轉(zhuǎn)軸，同時(shí)也起著承載工作重量、夾持工件的功能，故要重視其創(chuàng)新設(shè)計(jì)。因此我國(guó)與國(guó)外相比，還是有一定的差距，因此我們要借助時(shí)代的步伐，與時(shí)俱進(jìn)，開(kāi)拓創(chuàng)新，使我國(guó)成為具有領(lǐng)先技術(shù)的綜合性強(qiáng)國(guó)。 隨著數(shù)控功能部件的發(fā)展， 精密回轉(zhuǎn) 工作臺(tái) 對(duì)功能部件的依賴(lài)性越來(lái)越大。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩 個(gè)階段和六代的發(fā)展。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺(tái)機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺(tái)機(jī)床， 稱(chēng)之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。 還要指出的是，雖然國(guó)外早已改稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即 CNC）了，而我國(guó)仍習(xí)慣稱(chēng)數(shù)控（ NC）。 （ 1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過(guò)程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。 3） 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要 修配 。但是受到原來(lái)機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺(tái)幾乎一樣，但它的驅(qū)動(dòng)是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式。轉(zhuǎn)臺(tái)按功能的不同可分為通用轉(zhuǎn)臺(tái)和精密轉(zhuǎn)臺(tái)兩類(lèi)。因此，對(duì)開(kāi)環(huán) 7 數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的傳動(dòng)精度要求高比較、傳動(dòng)間隙還盡量要小。 等分回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與擺頭是多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)的采用高精度蝸桿蝸輪等傳動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)與擺頭不僅制造難度大、成本高，而且難以達(dá)到高速加工所需的速度和精度。 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 我 們的設(shè)計(jì)過(guò)程中，本著以下幾條設(shè)計(jì)準(zhǔn)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(yù)測(cè)意外載荷 5） 創(chuàng)造有利的載荷條件 6） 提高合理的應(yīng)力分布和剛度 7） 重量要適宜 8） 應(yīng)用基本公式求相稱(chēng)尺寸和最佳尺寸 9） 根據(jù)性能組合選擇材料 10） 零件與整體零件之間精度的進(jìn)行選擇 11） 功能設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求 主要技術(shù)參數(shù) （ 1）最大回轉(zhuǎn)半徑： 500 mm （ 2） 回轉(zhuǎn)角度： 0～ 360176。 傳動(dòng)方式特點(diǎn) 蝸桿傳動(dòng) 特點(diǎn) ： 1)由于蝸桿相當(dāng)于一個(gè)螺桿，當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)帶有自鎖性，這時(shí)渦輪副只能由蝸桿驅(qū)動(dòng)渦輪，不能由渦輪驅(qū)動(dòng)蝸桿。 3）外廓尺寸小， 結(jié)構(gòu)緊湊、效率高。與其他傳動(dòng)形式相比，傳動(dòng)比相同時(shí)，機(jī)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。 (2) 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 35%，角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，沒(méi)有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性 ， 可以組成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單而 又具有 —定精度的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，也可在要求更高招度時(shí)組成閑環(huán)控制系統(tǒng)。 (9)由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的加減速方法根據(jù)利用狀態(tài)的不向而復(fù)雜化。 （ 14） 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 避免了 力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象 。 但現(xiàn)在價(jià)格高。是當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)中特別是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中比較理想的伺服元件。 兩種型式各有特點(diǎn)： （ 1） 開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開(kāi)環(huán)直線(xiàn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)一樣，都可以用步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。 （ 2） 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量元件（圓光柵）。箱體還可以?xún)?chǔ)存潤(rùn)滑劑，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)零件的潤(rùn)滑。蝸桿箱體布置如圖 33所示。 工作所需功率為：ww 1000?WWVFP ? ww 9550n?wTP ? 式中 T=150 mN? , wn =36r/min,電機(jī)工作效率 η w=，代入上式得 Pw=150 36/（ 9950 ） = KW 電機(jī)所需的輸出功率為： P0= Pw/η 式中：η為電機(jī)至工作臺(tái)主動(dòng)軸之間的總效率。 0. 95H N H NKK?? 8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效 概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由式（ 1012）得 ? ?? ? 2l i m221l i m11MPSKMPSKHNHHNH???????????? （ 2）計(jì)算 1）試算小齒輪的分度圓直徑 1td ，代入 []H? 中較小的值 2131 12 .3 2 ( )[]EtHK T Zud du???? 8,189341 3 23 ???????????? 2）計(jì)算周轉(zhuǎn)速度 v smndv / 0 0 060 3 0 0 0 0 060 11 ?? ????? ?? 3）計(jì)算齒寬 b mmdb td ????? ? 4)計(jì)算齒寬與齒高之比 bh 模數(shù) ??? zdm tt 齒高 ???? tmh 23 ??hb 5） 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) smv /? 7 級(jí)精度，由文獻(xiàn) [1， 206~206]圖 108 查的動(dòng)載荷系數(shù)?VK 。 選 擇材料 考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大，速度只是中等，故蝸桿用 45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故 蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 4555HRC。 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) h21 jn60 LN ? ）（ 83 0 08211 2 03 0 0 060 ??????? ?? 壽命系數(shù) 803 108 77 ???HNK 則 ? ? ? ? MPK HHNH ?????? ?? （ 6）計(jì)算中心距 mma 3 ??????? ????? 根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，取中心距 mma 225? ，模數(shù) mmm ? ，蝸桿分度圓直徑 mm35d1 ? 。 KWPP ???? ? m in/1 0 0 033 0 0 013 rinn ??? mmNnPT ???? 3363 求作用在齒輪上的力。 =F a1F r2M aM VT5736 圖 39 蝸桿軸的應(yīng)力分析圖 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 A 是軸的危險(xiǎn)截面