【正文】 應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)，因此取ασ=1，ατ=1查圖可得軸的材料的敏性系數(shù)為 qσ=，qτ=故有效的應(yīng)力集中系數(shù)為按圖查得尺寸及截面形狀系數(shù)εσ=，圓截面鋼材的扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)ετ=1。52=其中MVD=0，量非常小，可以忽略。作彎矩圖豎直彎矩MV圖，如圖84(c)所示。+Fa3八、1軸的設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1） 擬定軸上零件裝配方案圖 81 可以看到齒輪2由軸肩、螺釘擋板1進(jìn)行軸向定位，由A型鍵進(jìn)行周向定位；軸承3由減速器箱體及甩油杯4進(jìn)行軸向定位；軸承4由甩油杯5及軸承端蓋7進(jìn)行軸向定位，這里由于蝸輪蝸桿傳動(dòng)加潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，因而，在蝸桿兩頭加甩油杯防止?jié)櫥退Τ龃擞颓弧? 計(jì)算：6） 求兩軸承受到的徑向載荷Fr3和Fr4空間力系分解到鉛垂面（圖53）和水平面（圖52）兩個(gè)平面力系。 設(shè)計(jì)：硬度低于320HBS的閉式齒輪傳動(dòng)，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)1） 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 （1）試選Kt= （2）區(qū)域系數(shù)ZH=（由β=176。蝸桿傳動(dòng)的總效率為所需的散熱面積為在減速器箱體設(shè)計(jì)時(shí)需考慮這一點(diǎn)。KFN查ZCuSn10Pl制造的蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力[σF]39。P1/n34=9550)= 查得fpt1=，故Ess1=Ess2=4fpt1=，齒輪上偏差代號(hào)為F。按標(biāo)準(zhǔn)中心距安裝，a39。由于重要參數(shù)都作了保守設(shè)計(jì)，與原設(shè)計(jì)相差很多，所以重新計(jì)算齒輪參數(shù)。η5 SDQ3000(CNC300P)型數(shù)控等離子切割機(jī)驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算： 縱向（x軸）驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算已知切割機(jī)沿縱向運(yùn)動(dòng)，可運(yùn)動(dòng)部分的重量為：G=mg=1200=11760N 切割機(jī)沿縱向運(yùn)動(dòng)的最大速度： V=6000mm/min 鋼軌與滾輪之間的摩擦系數(shù)： f= 切割機(jī)橫梁下的滾輪與鋼軌之間的摩擦力： F=G其結(jié)構(gòu)原理圖如圖示所示。 等離子切割機(jī)總圖1 導(dǎo)軌墊板 2 導(dǎo)軌 3 輔輪架 4 橫梁 5 鏈帶 6 水槽7 鋼板支架 8 橫梁行車 9 割炬升降機(jī)構(gòu) 10 橫向機(jī)構(gòu) 11步進(jìn)電機(jī)12 導(dǎo)軌接頭墊板 13 操縱臺(tái) 14 風(fēng)水管電纜 15風(fēng)水管電纜骨架 16 電源柜17 主輪架 18 主傳動(dòng)系統(tǒng) 19步進(jìn)電機(jī) 20 傳動(dòng)系統(tǒng) 21 步進(jìn)電機(jī) 橫梁是切割機(jī)的主梁，是鏈帶、橫梁行車、操縱臺(tái)等部件的安裝的基礎(chǔ)，為了減輕梁的重量、增加梁的剛度，橫梁采用薄鋼板焊接的箱形結(jié)構(gòu)，橫梁座在主輪架上。在滿足國(guó)內(nèi)用戶的基礎(chǔ)上，積極尋找出口機(jī)會(huì)，將產(chǎn)品推向世界。是我國(guó)一般的中小廠家無(wú)力購(gòu)買(mǎi)。爾后，日本小池酸素株式會(huì)社、美國(guó)林特公司、瑞典伊薩公司等，也相繼從事氣體切割機(jī)的研制和生產(chǎn)。2 主傳動(dòng)系統(tǒng)概要設(shè)計(jì) 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況 1948年，美國(guó)帕森斯公司，承擔(dān)了一項(xiàng)加工直升飛機(jī)螺旋槳葉輪輪廓用的檢查樣板的加工設(shè)備。根據(jù)冷卻電極的方式冷卻水路通常有兩種。由于等離子弧割炬在極高的溫度下工作，割炬上的零件是易損件。水在壓縮等離子弧切割的噴嘴通常由上部銅噴嘴和下部陶瓷噴嘴（也有其他絕緣材料）組合而成，以防止產(chǎn)生“雙弧”。手工割炬的操作因割炬的樣式而有所不同，有的手工割炬需操作者保持噴嘴至工件的距離，而有的割炬噴嘴至工件的距離是固定的。這種電源的輸出電流是不可調(diào)節(jié)的，但有的電源采用抽頭式變壓器，用切換開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)二檔或三檔的輸出電流。2）電極和噴嘴易損耗，使用壽命短，需經(jīng)常更換。充分電離了的空氣等離子弧的熱焓值高，因而電弧的能量大，切割速度高，切割質(zhì)量好，特別適宜于切割厚30mm以下的碳鋼，也可以切割銅、不銹鋼、鋁及其他材料。水再壓縮等離子弧切割與其他等離子弧切割相比具有以下特點(diǎn)：1）切割速度快。水再壓縮等離子弧切割的水噴濺嚴(yán)重，一般在水槽中進(jìn)行，工件位于水下面200mm左右。切割性能尚好，切割速度很快、易獲得無(wú)粘渣的切割面，切口較窄、熱變形小缺點(diǎn)：切割面較粗糙，可能切割的厚度有限，煙塵量多，電極和噴嘴損耗快。切割性能優(yōu)良，切口質(zhì)量好，上緣呈銳角，下緣無(wú)粘渣，切割面傾斜角小，能獲得垂直面、熱影響區(qū)小，熱變形小，能抑制弧光，有害氣體和煙塵。按等離子弧的類型可分為轉(zhuǎn)移型等離子切割和非轉(zhuǎn)移型切割。這種方法誕生于20世紀(jì)50年代，最初用與切割氧乙炔火焰無(wú)法切割的金屬材料，如鋁合金及不銹鋼等。通常使用氬或氮及氫的混合氣體，割炬必須用水冷卻。為了保證切口的側(cè)面平行，需要專門(mén)的割嘴。從國(guó)外數(shù)控等離子切割行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，智能化精密切割將成為切割行業(yè)今后發(fā)展的方向。我國(guó)數(shù)控切割機(jī)每年市場(chǎng)需求量約在400~500臺(tái)之間，產(chǎn)品主要以數(shù)控等離子切割機(jī)為主。半自動(dòng)切割機(jī)雖然降低了工勞動(dòng)強(qiáng)度，但其功能簡(jiǎn)單，只適合一種形狀的切割。這促使等離子切割技術(shù)從手工或半自動(dòng)逐步向數(shù)控方向發(fā)展，并成為數(shù)控切割技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。我國(guó)生產(chǎn)的數(shù)控等離子切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)多是在引進(jìn)國(guó)外數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，加以自主開(kāi)發(fā)而成，并逐步形成了更能適應(yīng)國(guó)內(nèi)用戶的數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)抗干擾設(shè)計(jì)，改善了數(shù)控等離子切割系統(tǒng)的可靠性，其故障率也降低。根據(jù)等離子弧的再約束方式，主要分為水再壓縮等離子弧切割、磁場(chǎng)再約束等離子弧切割等。而本項(xiàng)目主要任務(wù)是將等離子切割機(jī)的機(jī)械部分的導(dǎo)軌組、橫梁、主輪架以及主輪架中的行星減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)。等離子切割速度快，沒(méi)有氧乙炔切割時(shí)對(duì)工件產(chǎn)生的燃燒，因此工件獲得的熱量相對(duì)較小，工件變形小，適合于切割各種金屬材料。等離子切割種類介紹1） 普通等離子弧切割。等離子弧電流密度很高，通常是普通等離子弧電流密度的數(shù)倍，由于引進(jìn)了諸如旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)等技術(shù)，其電弧的穩(wěn)定性也得以提高，因此，其切割精度相當(dāng)高。 開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。其中等離子切割與氣割相比，其切割范圍更廣、效率更高。但近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些高校、科研單位、制造廠商對(duì)數(shù)控等離子切割技術(shù)進(jìn)行了研究，并逐步開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了各種規(guī)格的數(shù)控等離子切割設(shè)備，縮小了與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距。數(shù)控切割不僅使板材利用率大幅度提高，產(chǎn)品質(zhì)量得到改進(jìn)，而且改善了工人的勞動(dòng)環(huán)境，勞動(dòng)效率進(jìn)一步提高。數(shù)控等離子切割技術(shù)國(guó)外狀況國(guó)外數(shù)控切割機(jī)的生產(chǎn)廠家主要集中在德國(guó)、美國(guó)和日本。國(guó)內(nèi)各企業(yè)、科研單位應(yīng)加大科研力度，重視企業(yè)間的橫向合作，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，并在以下方面爭(zhēng)取進(jìn)一步提高：1．應(yīng)加強(qiáng)等離子理論研究與生產(chǎn)的相關(guān)轉(zhuǎn)換；2．等離子電源應(yīng)進(jìn)一步提高穩(wěn)定性；3．積極開(kāi)發(fā)適合我國(guó)國(guó)情、經(jīng)濟(jì)可靠的數(shù)控等離子切割設(shè)備；4．人機(jī)對(duì)話界面友好，適合切割下料工人操作；5．網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能。與氧乙炔相比，等離子弧切割設(shè)備貴，切割用電源空載電壓高，不僅耗電量大，而且在割槍絕緣條件不好的情況下易對(duì)造作人員造成電擊。割炬的移動(dòng)機(jī)構(gòu)與氧乙炔切割時(shí)所用的相似，但要求有較高的移動(dòng)速度。切割用離子氣焰流速度及強(qiáng)度取決于離子氣體種類，氣體壓力、電流、噴嘴孔道比及噴嘴至工件的距離等參數(shù)。： 各種等離子切割方法的特點(diǎn)切割方法氬氫等離子弧氮等離子弧空氣等離子弧氧等離子弧水再壓縮等離子弧切割碳鋼和低合金鋼切割性能差，粘渣多、切割速度慢氣體成本高，一般不采用。缺點(diǎn)：易產(chǎn)生粘渣，尤其在切割厚度10mm以下薄板時(shí)；切割速度比氮等離子弧慢20%~30%；氬氣較貴，操作成本高。引弧時(shí)，噴出小氣流的離子氣體作為電離介質(zhì)。高壓水從槍體徑向通入，由噴嘴孔道噴出，與等離子弧直接接觸。4）噴嘴的壽命長(zhǎng)，這是由于水對(duì)噴嘴的冷卻作用強(qiáng)，而且絕緣外噴嘴避免了“雙弧”的發(fā)生。為提高電極的工作壽命，電極一般做成水冷的鑲嵌式形狀，小電流切割時(shí)，也可不用水冷。與等離子弧焊電源相比，切割電源的空載電壓更高，為了獲得滿意的引弧和穩(wěn)弧效果，電源空載電壓一般為切割時(shí)電弧電壓的兩倍，常用切割電源空載電壓為150~400V。割炬的主要組件有割炬本體、電極組件、噴嘴和壓帽等，手工割炬則帶有把手。（3）噴嘴和電極 1）噴嘴 噴嘴是壓縮電弧并形成等離子體的重要元件，對(duì)切割效率和切割質(zhì)量（尤其是切割寬度）具有一定的影響。）~2~30~45~~30~452)電極電極是等離子弧切割的一個(gè)關(guān)鍵元件，他直接影響切割效率、切口質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)工作氣體是使用單一氣體還是混合氣體，供氣系統(tǒng)有單一氣體氣路和混合氣體氣路兩種，氣路中設(shè)置出氣筒是為了在開(kāi)始切割前減小氣流的沖擊作用，便于引??；而在切割結(jié)束時(shí)能滯后斷氣，保證鎢極不受氧化。有的切割設(shè)備采用循環(huán)冷卻水冷卻，水路中需配置冷卻器和循環(huán)水泵。1959年，數(shù)控機(jī)裝置有電子管元件過(guò)渡到晶體管元件和印刷電路板元件，進(jìn)入第二代產(chǎn)品。80年代，北京機(jī)床研究所，開(kāi)發(fā)出了BSO3A經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控系統(tǒng)，取得了廣泛的使用。 為了滿足國(guó)內(nèi)大、中、小各類工廠的要求，我們將開(kāi)發(fā)高、中、低三檔數(shù)控等離子切割機(jī)，低檔將以步進(jìn)電機(jī)、小型計(jì)算機(jī)、精密的機(jī)械傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)組成，面向中小企業(yè)，甚至鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)。有返回原點(diǎn)的功能；有切縫修正功能；用戶編程語(yǔ)言應(yīng)用Z80匯編語(yǔ)言。 橫梁行車，它靠齒輪齒條沿著橫向?qū)к壸鳈M向運(yùn)動(dòng)，在橫向?qū)к壍纳厦嬗袃蓚€(gè)承重輪，在側(cè)面有6個(gè)導(dǎo)向輪，在行車的上面，安裝有橫向運(yùn)行的減速箱、步進(jìn)電機(jī)、在行車的前側(cè)面裝有割炬升降機(jī)構(gòu)和切割槍。 1操縱臺(tái)，它是由計(jì)算機(jī)、鍵盤(pán)按鈕、顯示器、功能鍵、箱型殼體等組成，控制x、y、z三個(gè)坐標(biāo)軸的步進(jìn)電機(jī)按計(jì)算機(jī)所編制的程序運(yùn)行。日本切割機(jī)，起始時(shí)的切口導(dǎo)入段長(zhǎng)度為20mm，切速可達(dá)6000mm/min，按照此對(duì)比，我們切割機(jī)加速所需要的時(shí)間應(yīng)該是1s:100mm=xs:20mm，則x=201/100=。η22） 分度圓直徑d1=72mm d2=45mm3） 齒頂高h(yuǎn)a1=ha2=ha*m=1=4） 齒根高h(yuǎn)f1=hf2=（ha*+c*）m=(1+)*=5） 齒全高h(yuǎn)1=h2=(2ha*+c*)m=6） 齒頂圓直徑da1=(Z1+2ha*)m=75mm da2=(Z2+2ha*)m=48mm7） 齒根直徑df1= df2=8） 基圓直徑db1=d1cosa= db2=d2cosa=9） 齒距p=πm=10） 基圓齒距(法向齒距)pb=pcosa=11） 齒厚s=πm/2=12） 齒槽寬e=πm/2=13） 齒寬b1=22mm b2=25mm14） 標(biāo)準(zhǔn)中心距a=m(Z1+Z2)/2=15） 傳動(dòng)比 i12=16） 重合度 εa=[Z1(tanαa1tanα39。tan20176。取ES1= ES2= EI1=0 EI2=0頂圓直徑公差Tda1= Tda2=大齒輪基準(zhǔn)面得徑向圓跳動(dòng)誤差和端面圓跳動(dòng)誤差為（+25）= 齒輪結(jié)構(gòu)的確定由于齒頂圓直徑均小于160mm，均做成實(shí)心式結(jié)構(gòu)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)提供得一些結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。蝸桿得傳動(dòng)工作壽命Lh=1528300=72000h蝸輪輪齒的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60jn2Lh=60272000=107壽命系數(shù)為蝸輪齒面的許用接觸應(yīng)力為[σH]=KHN[σH]39。軸向齒距pa=πm=3π=齒頂圓直徑da3=d3+2ha*m=312+213=42mm齒根圓直徑df3=d32m(ha*+c*)=31223=蝸桿軸向齒厚Sa==2）蝸輪蝸輪齒數(shù)Z4=28 變位系數(shù)x4=0驗(yàn)算傳動(dòng)比i34=28/2=14，符合要求蝸輪分度圓直徑d4=mZ4=338=84mm蝸輪喉圓直徑da4=d4+2m(ha*+x4)=84+231=90mm蝸輪當(dāng)量齒數(shù)Zv4=Z4/cos3γ=蝸輪齒根圓直徑df4=d42m(ha*x4+c*)=8423(1+)=蝸輪咽喉母圓半徑rg4==90=15mm蝸輪頂圓直徑de4≤90+=，取de4=94mm蝸輪寬度b≤=42=，取b=29mm蝸輪分度圓齒厚S=Sa= 熱平衡計(jì)算取潤(rùn)滑油的最高工作溫度t0=80℃，周圍空氣溫度取ta=20℃，箱體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)取ad=15W/(m2fa=。圖41圖42圖43 查角接觸球軸承7005C的基本額定動(dòng)載荷C=11500N，基本額定靜載荷C0=7450N。 鍵的工作長(zhǎng)度l=Lb=144=10mm 鍵與齒輪鍵槽的接觸高度k==4=2mm 可見(jiàn)連接的擠壓強(qiáng)度已夠。最左端軸段長(zhǎng)略小于齒輪2齒寬即可，取23mm長(zhǎng)，最后由得到軸的各段的軸徑及長(zhǎng)度如圖82。(+52)Fr2H52+Fa3=MVC=Ft2該軸為雙向工作，轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，取a=1。九、2軸的設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1）擬定軸上零件裝配方案圖 91 可以看到蝸輪2由套筒螺釘擋板1進(jìn)行軸向定位，由A型鍵進(jìn)行周向定位；軸承4由套筒3及密封套5進(jìn)行軸向定位；密封套5由軸肩進(jìn)行軸向定位；軸承6由軸肩及軸承端蓋7進(jìn)行軸向定位；軸承9由套筒8及套筒10進(jìn)行軸向定位；斜齒輪11由套筒10和螺釘擋圈12進(jìn)行軸向定位，由A型鍵進(jìn)行周向定位。63=MHC=Ft4MVA1=0NmmMVA2=Fa4(63+158+100)Fr4v作彎矩圖總彎矩M圖，如圖84(d)所示。因r/d=2/40=,D/d=45/40=,經(jīng)插值后可查得ασ=，ατ=查圖可得軸的材料的敏性系數(shù)為 qσ=，qτ=故有效的應(yīng)力集中系數(shù)為按圖查得尺寸及截面形狀系數(shù)εσ=，圓截面鋼材的扭轉(zhuǎn)剪切尺寸系數(shù)ετ=。64 / 64