【文章內(nèi)容簡介】 級變速器的相關(guān)數(shù)據(jù)和主軸所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)，無級變速器提供的轉(zhuǎn)矩已經(jīng)可以達(dá)到主軸要求的轉(zhuǎn)矩，同時轉(zhuǎn)速也能達(dá)到要求。故在接下來設(shè)計的齒輪組中，主要達(dá)到的目的為將電動機(jī)的轉(zhuǎn)動傳遞給主軸使主軸完成轉(zhuǎn)動，并不影響軸向的進(jìn)給運(yùn)動。 對于齒輪組的設(shè)計就是要完成傳動。為了設(shè)計需要，可以僅設(shè)計一組齒輪即可。又因為轉(zhuǎn)矩完全達(dá)到要求，轉(zhuǎn)矩要求 的差又不是太大，從對主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計入手（對主軸箱的總體布局和結(jié)構(gòu)合理、比例合適），可將這對齒輪設(shè)計成一組惰輪，即不改變變速器傳遞出來的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，僅將轉(zhuǎn)動傳給主軸，達(dá)到了設(shè)計要求和目的。 齒輪設(shè)計 設(shè)計齒輪的時候，選取轉(zhuǎn)矩最大時用到的最大轉(zhuǎn)矩 ,切削速度 nⅠ =631r/min。首先小齒輪（主動齒輪）用 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度 241HB∽ 286HB，平均取為 260HB，大齒輪（從動齒輪）用 45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度 229HB∽ 286HB，平均取為 240HB。關(guān)于主軸傳動中的第一組齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算如下所示： 小輪直徑的初步計算： d1≥ = ,（《機(jī)械設(shè)計》表 ） 取 =1 = （式 ） =85 （表 ） 接觸疲勞極限 =710Mpa； =580Mpa （由圖 取得） = ==5490Nmm d1≥ d1=90mm （沒特別說明本章所指均是《機(jī)械設(shè)計》一書） =b/d1 b=90mm （ 2） 校核計算 圓周速度： smndV / 0 0 060 6 3 0 0 060 11 ?? ????? ? 等級精度為 8 級（由表 選?。? 選取齒數(shù) =60， =i =1 60=60 m= =90/60=，由表 取 m= 使用系數(shù) :由表 取 ＝ ，動載系數(shù) :由表 取 ＝ 10 齒間載荷系數(shù) 由表 可計算 =1/ =2 =122 （ =5490， =90） /b=斷面重合度 =[（ 1/ +1/ ） ]cos = (式 ) （直齒圓柱齒輪 =0） 由式 可計算重合度系數(shù) == 所以齒間載荷系數(shù) =1/ = 齒向載荷分布系數(shù) =A+B +C. b （由表 所得） =109+ + 90= 彈性系數(shù) =（表 ） 節(jié)點區(qū)域系數(shù) = （圖 ） 最小安全系數(shù) = （表 ） 工作總時間： =10 300 8 20%=4800h 應(yīng)力循環(huán)系數(shù) 由表 估計 那么指數(shù) m= = =60 （ （式 ） =60 1 631 4800 ( + + ) = 原 估計應(yīng)力系數(shù)正確 7712 ????? iNN LL 接觸壽命系數(shù) =， =；（由圖 ） 11 許用接觸應(yīng)力 [ ] ? ? M P aS ZH NHH i n 1l i m1 ???? ?? ? ? M P aS ZH NHH 6 5 1 0m i n 2l i m2 ???? ?? 驗算：б H=ZEZHZε ubduKT 12/)1(12 ? ＝1 113030 5 49 89 2 ??? ????? ＝ 計算結(jié)果正確，接觸疲勞強(qiáng)度合適，不需要作相應(yīng)的調(diào)整。 （ 3） 傳動主要尺寸的計算與確定 實際分度圓直徑 d 在模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值時齒數(shù)不用調(diào)整，所以分度圓直徑不變。 即 m =90mm， m =90mm 則中心距 =m （ + ） /2=60mm 齒寬 b= =90mm （ 4） 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗算 重合度系數(shù) =++齒間載荷分配系數(shù) 由表 可知 =1/ = 齒向載荷分布系數(shù) ： b/h=90/（ 3） = 所以由圖 可得 = 所以載荷系數(shù) K= = = 齒形系數(shù) 由圖 可得 =， = 12 應(yīng)力修正系數(shù) 由圖 可得 =， = 彎曲疲勞極限 由圖 可得 =60Mpa， =450Mpa 最小安全系數(shù) 由表 可得 = 應(yīng)力循環(huán)系數(shù) 由表 可估計 3 106NL1010 ，則指數(shù) m= NL1= NV= ?? ????????ni hhiih ttTTtrn1m a x160 =60 1 631 4800 ( + + ) = 107 原估計應(yīng)力循環(huán)正確 = /Ⅰ = 107/1= 107 彎曲壽命系數(shù) NL=,（圖 ） 許用彎曲應(yīng)力 [ ]= 則 ? ? M P aSF YYF XNF i n 11l i m1 ????? ?? ? ? M P aSF YYF XNF i n 22l i m2 ????? ?? 驗算： mbd YYYK SaFaTF 1 1111 2 ?? ? ? ? 0090 49 FM P a ??????????? M P aYY YY FaFa SaFaFF 2212 ?? ???? ?? 傳動沒有過載，所以不作強(qiáng)度核算 13 主軸的設(shè)計及計算 主軸材料 45鋼，調(diào)質(zhì)到 HB220～ 250 主軸的最小軸徑 d 11 （《現(xiàn)代實用機(jī)床設(shè)計手冊》式 382） P= nj=2840r/min 所以 d 14mm，又求得的軸徑應(yīng)加以圓整至標(biāo)準(zhǔn)值，所以 d=20mm 根據(jù)最小軸徑確定各段主軸軸徑，主軸如 圖 32 所示 a b 圖 3主軸示意圖 a段取長設(shè)計為 35， b 段取長設(shè)計為 50 彎曲應(yīng)力計算及驗算 許用彎曲應(yīng)力 = = 由《機(jī)械設(shè)計手冊》圖 381 3818c、表 3815 可得 = = = =2 =500MP 14 所以 = == 所以彎曲應(yīng)力合適 軸承的選擇 根據(jù)主軸示意圖，可選用深溝球軸承和推力球軸承，具體選擇如下表： 型號 外徑 /D 內(nèi)徑 /d 承寬 /b 軸承類型 a 6206 62 30 16 深溝球軸承 51206 52 30 16 推力球軸承 b 6206 62 30 16 深溝球軸承（ 2 個） 51206 52 30 16 推力球軸承 系統(tǒng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計 軸向進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計 主 軸外設(shè)計一個套筒：先用一級減速器接步進(jìn)電機(jī)使主軸產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動，設(shè)計長度為80mm 齒條，并由齒輪帶動齒條，具體示意圖如圖 33所示： 15 圖 3齒輪、齒條 傳動 由《機(jī)電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書》可知： I=α t0/360δ α為步距角（ deg） δ為脈沖當(dāng)量（取 ） t0為齒距（ t0=Л m） 根據(jù)《機(jī)電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書》選步進(jìn)電機(jī) 取α = m= I= = α = 時： I= = 當(dāng) I=，α = 時 Z1=20 Z2=64 m= b=20mm α =200 d f1=mZ1=25mm df2=mZ2=80mm de1=28 de2=83 設(shè)計齒輪為直齒圓柱齒輪，齒輪材料為 45 鋼，則大、小齒輪轉(zhuǎn)動慣量分別為： J= d4 b 104Kgm2 25441 KgmJ Z ?? ?????? 25442 K g mJ Z ?? ?????? 由《機(jī)電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書》表 1，初選步進(jìn)電機(jī)為 200BF001，得電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動慣量為： KgmJ m ??? 折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量為： ? ? 202122121 2 ?????????????????????????????? ?tZZmZZJJJJJ SZZm Z1=20 Z2=64 所以電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量 ?J = 16 計算等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tm，取 V=2m/min Tm=（ F 軸 +F 摩 ） V 主軸進(jìn)給 /2 nm nm=V /3600=1100r/min NmT m 1 1 02 3 6 3 52 ???? ? （ 1） 啟動慣量的計算 當(dāng)系統(tǒng)在最不利的情況下啟動為例，設(shè)啟動加速時間為△ t= 步進(jìn)電機(jī)的角速度 Wm=2 nm/60=所以加速度 a=Wm/△ t=T 慣 = ?J a=，則 T∑ =Tm+T 慣 =+= （ 2）步進(jìn)電機(jī)的選擇 傳動效率 n=，安全系數(shù) K= NmTnKT 39。 ???? ?? 初選的進(jìn)電機(jī)型號 200BF001，五相十步，步距角 %Step，最大靜轉(zhuǎn)矩 Tymax=，為保證能夠正常起動或停止，步電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩 Tg TΣ ˊ，由表可知 Tg/Tymax=， 則 Tg= =，故選擇合適。 縱向進(jìn)給運(yùn)動 摩擦力 F 摩 =F 正 μ = 設(shè)工作臺重量為 400Kg，縱向軌道重量為 400Kg，又 F 軸向 =1175N 所以 F 摩 =F 正 =[（ 400+400） 10+1175] = （ 1） 計算等效轉(zhuǎn)動慣量 粗選：α = t0=5 δ = 所以?? 0 0360ti ??= 所以取 1Z =25 , Z2=52 m= b=25mm ? =20o df1=mZ1= 25= df2=mZ2= 52=78mm de1＝ de2=81mm 齒輪材料為 45鋼，大、小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量分別為 JZ JZ2 J= d4 b 104 (kgm2) 所以 JZ1= 104= 105Kgm2 17 JZ2= 104= 104Kgm2 選擇滾珠絲桿直徑 d0=25mm, L=700mm,材料為 45 鋼，則絲桿的轉(zhuǎn)動慣量近似的計算為： JS= 70 104= 104Kgm2 步進(jìn)電機(jī) 110BF004 電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)動慣量 ： Jm= 104Kgm2 疊加到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為 ? ?? ?221221 41???????????????????????? mnSZZmnVmmiJJJJJ m=m1=400Kg 由上節(jié)可知 i= 所以 = 104Kgm2 由于用的是滾珠絲杠，摩擦阻力很小，所以摩擦阻力矩可以忽略不計 （ 2） 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算： Tm=(F 縱 +F 摩 ) V 工作 /2π nm ? ? NmT m 3 32 1 702 ?? ??? ? 由 m in/ 3 30 0 6 0 6 000 rVn nm ????? ?? （ 3） 計算啟動慣性阻力矩 在最不利條件下的快速起動，設(shè)起動加速式制動減速的時間為Δ t Δ t 1s，取中間值 Δ t= 步進(jìn)電機(jī)的角速度 ????? SnW mm ?? 角加速度 a=Wm/Δ t=所以啟動慣性阻力矩 T 慣 ＝ J∑ a= 104 = 所以步進(jìn)電機(jī)輸出軸總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： J∑ =Tm +T 慣 =+= （ 4） 縱向進(jìn)給 步進(jìn)電機(jī)加工匹配選擇 機(jī) 械 傳 動 系 統(tǒng) 效 率 為 η , 安 全 系 數(shù) 為 K, 則 此 時 的 負(fù) 載 總 轉(zhuǎn) 矩 為NmTKT 39。 ???? ?? ? 而預(yù)選的步進(jìn)電機(jī)型號為 110BF004，三相六拍，步距角 %Tymax=，為保證正常的起動與停止，滿足步進(jìn)電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩的條件，即 Tg TΣ 39。,由表查出 Tg/TΣ 39。= 18 所以 Tg= = ，所以選擇的電機(jī)合適 縱向進(jìn)給滾珠絲杠的核算