【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 確定主軸圓錐孔莫氏號(hào)數(shù)為 4 5 主軸端面 到工作臺(tái)的最大距離 mm740?H 主軸端面到底座工作臺(tái)面的最大距離 mm13071 ?H 三 橫梁滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算 動(dòng)載強(qiáng)度計(jì)算 額定動(dòng)負(fù)荷 rF 是指當(dāng)一批規(guī)格相同的滾珠絲杠螺母副，在一負(fù)荷力的測(cè)試運(yùn)轉(zhuǎn)下，能通過r106 運(yùn)動(dòng)，而有 %90 不產(chǎn)生疲勞損傷時(shí)所能承受的最大軸向載荷。 當(dāng) r/min10?n 時(shí)，滾珠絲杠螺母的主要破壞形式是工作表面的疲勞點(diǎn)蝕，因此要進(jìn)行動(dòng)載荷強(qiáng)度計(jì)算，其計(jì)算動(dòng)載荷 )N(cC 應(yīng)小于或等于滾珠絲杠螺母副的額定動(dòng)負(fù)荷，有公式：reqHd3 /c FFffTC ?? 式中， df 動(dòng)載荷系數(shù)，從《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 [15]表 51 可查得： ?f Hf 硬度影響系數(shù)，同上，表 52 可查得： ?f eqF 當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷，單位 N rF 滾珠絲杠螺母副的額定動(dòng)負(fù)荷，單位 N /T 壽命，以 r610 為 1 個(gè)單位。 K101060 66eq/ ??? TnT 式中， T 使用壽命， h。 K 循環(huán)次數(shù)； eqn 滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn) 速， r/min 。 3221122231113eq ?? ???? ??? tntn tnFtnFF 式中， 1F 、 ??2F 滾珠絲杠螺母副所承受的軸向載荷， N； 1n 、 ??2n 與 1F 、 ??2F 相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速， r/min ； 1t 、 ??2t 相對(duì)應(yīng)的工作時(shí)間， min 6 滾珠絲杠軸向負(fù)荷 F 的計(jì)算 （ 1）摩擦力的計(jì)算 初估算主軸箱重量為 1000N， ?? 知； ???? NF ? （ 2）慣性力計(jì)算 有公式： aMm1G 30tTnTT ? ? ????? )mK()( 2g42mjjkm ?VJJJ 顯然慣性力很小 ，可忽略，所以。軸向負(fù)荷 N1001 ?? FF （ 3）絲杠螺母長(zhǎng)度估算 由公式： 6 h1060nLL? 查表得，使用推薦壽命 hL 15000h ? ， 初選絲杠螺距 mmt 5? 由此可以算出絲杠轉(zhuǎn)速： r/ m in10005 51000 ???n 所以： mm90010 150001000606 ????L （ 4）確定最大動(dòng)負(fù)荷： kahtw3 ffff fPLQ ? 式中， P 滾珠絲杠軸向負(fù)荷； wf 負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)；查《數(shù)控機(jī)床機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)》[6]中表 42 得 wf = 7 tf 溫度系數(shù)；同上書中在表 43 中可得： tf =1。 hf 硬度系數(shù)；同上書中表 44 中得到： hf =1。 af 精度系數(shù)；同上書中表 45 中得到： af =1。 kf 可靠性系數(shù)；同上在表 46 中可得： kf =1； 將查得數(shù)值： wf =。 tf =1。 hf =1。 af =1。 kf =1。代入公式得： w3 ????? ffff fPLQ 確定滾珠絲杠型號(hào) 額定動(dòng)負(fù)荷應(yīng)滿足的條件為： 額定動(dòng)負(fù)荷 ? 最大動(dòng)負(fù)荷 查書《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)實(shí)踐指南》 [7]表 F8 可得：取公稱直徑 mm320 ?D 滾珠絲杠螺母副的型號(hào)為： FF32043； 其基本額定動(dòng)負(fù)荷為 96000N，足夠用。 珠絲杠副的幾何 參數(shù) 公稱直徑 mm320 ?D 螺距 mm5?t 螺旋升角 /23??? 滾珠直徑 mm30 ?d 滾道半徑 ?R 偏心距 ?e 絲杠外徑 絲杠內(nèi)徑 螺母配合外徑 mm76?D 螺母裝配總長(zhǎng)度 mm47?L 傳動(dòng)效率計(jì)算 8 )1023t a n( 23tan)t a n(tan // / ??? ???? ?? ?? 式中， ? 為摩擦角； ? 為絲杠螺旋升角。 剛度檢驗(yàn) 滾珠絲杠受工作負(fù)載 F 引起的導(dǎo)程 L 的變化量 EAPLL ??? 1 P=100N； L=。 E= Pa10200 9? (材料為鋼 ) )m()2 ( 2622 ????? RA ? 所以 )um( 1041006931 ????? ????? ??L 絲杠因受扭矩而引起的導(dǎo)程變化量很小，可以忽略。所以導(dǎo)程總誤差為： )um( ?????? tLL 查標(biāo)志 B 級(jí)精度的絲杠允許誤差為 50μm 故剛度足夠。 四 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算 主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)計(jì)算 在主傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體機(jī)床進(jìn)行具體分析，一般應(yīng)滿足以下幾個(gè)基本要求： a) 滿足機(jī)床使用性能的要求 b) 滿足機(jī)床傳遞動(dòng)力的要求 c) 滿足機(jī)床工作性能的要求 d) 滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性的要求 e) 調(diào)整維修方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理、便于加工和裝配。防護(hù)性能好，使用壽命長(zhǎng)。 而且在設(shè)計(jì)過程中，還應(yīng)按照主變速傳動(dòng)系設(shè)計(jì)的一般原則來設(shè)計(jì)：即傳動(dòng)副前多后少原則；傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相致的原則；變速組的降速要前慢后快，中間軸的轉(zhuǎn)速不宜超過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 9 主運(yùn) 動(dòng)參數(shù)確定 鉆頭采用高速鋼鉆頭，同《切削加工手冊(cè)》查得：（ P516）頁(yè) 取切削速度 m/min21c ?V ，進(jìn)給量取 mm/?f 。 計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定 采用 ZK9350型龍門式數(shù)控鉆床主軸轉(zhuǎn)速范圍。取 r/m in2021~25?n 由《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》 [11]表 310（ P97）頁(yè)得： m inm axm inj ????????? nnnn r/ m in7525202125 ????????n 由《切削用量手冊(cè)》[10]查得：（ P61） 切削功率 KW4c ?p 由此可以選取主軸電動(dòng)機(jī)。 主軸電動(dòng)機(jī)型號(hào) 由切削功率 KW4c ?p 選取 Y 系列（ IP44）電動(dòng)機(jī)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》（ P167表 121）。其參數(shù)如下： Y132M16 電機(jī)：極數(shù)為 6 極，額定功率 4KW,滿載轉(zhuǎn)速 960r/min,額定轉(zhuǎn)矩 2，質(zhì)量 73kg，同步轉(zhuǎn)速為 60~2530r/min . 由上面可以確定 : 主軸 : r/m in2021主max ?n , r/min25min主 ?n , r/min75j ?n 電動(dòng)機(jī) : KW4額 ?p , min/960 rn ?額 ， ?額T ， kgm 73? ，r/m in2530電 max ?n , r/min60電 min ?n 通常，無級(jí)變速裝置作為傳動(dòng)系中的基本組，而分級(jí)變速作為擴(kuò)大組，其公比 f? 理論上應(yīng)等于無級(jí)變速裝置的變速 范圍 dR 。實(shí)際上，由于機(jī)械無級(jí)變速裝置屬于摩擦傳動(dòng)，有相對(duì)滑動(dòng)現(xiàn)象，可能得不到理論上的轉(zhuǎn)速。為了得到連續(xù)的無級(jí)變速，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使分級(jí)變速箱的公比 f? 略小于無級(jí)變速的變速范圍，即取 )~(f ?? dR 。使轉(zhuǎn)速之間有一小段重疊，保證轉(zhuǎn)速連續(xù)。 由上面的已知條件可以知道： 10 主軸要求的恒功率調(diào)速范圍為： 27752021nN ??R 電動(dòng)機(jī)可達(dá)到的恒功率調(diào)速范圍為： 10002530dN ??R 取 ??? ，由《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》 [11]中式（ 319） (P105)頁(yè)可算出變速箱的變速級(jí)數(shù) ? ? 583..3lg lglg1fdNnN ???? ? RRZ ，取 4?Z 。 由于主軸要求恒功率變速范圍 nNR 遠(yuǎn)大于電機(jī)恒功率變速范圍 dNR 。因此在電動(dòng)機(jī)與主軸間串聯(lián)一個(gè)分級(jí)變速箱 .其總體布局 如下圖 1： 圖 1 主軸箱總體布局 在設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免從動(dòng)輪尺寸過大而增加箱體的徑向尺寸，限制降速最小傳動(dòng)比4/1主min ?u ；為避免擴(kuò)大傳動(dòng)誤差，減少振動(dòng)噪聲，直齒圓柱齒輪最大升速比 2主max ?u ； 在滿足主軸恒功率輸出時(shí)的最大傳動(dòng)比為 ??i ?？梢詫⑵浞纸鉃? ??i 。 而另一組的最大傳動(dòng)比為 0 0 0/2 5 3 0 ??i ?？梢詫⑵浞纸鉃???i 。 所以。在軸 III間的變速組中的兩個(gè)傳動(dòng)副中的傳動(dòng)比為： 1a1?u ； ?u ； 在軸 IIIII間的變速組中的兩個(gè)傳動(dòng)副中的傳動(dòng)比為； ?u ?u 設(shè)計(jì)中，變速組中所有齒輪的模數(shù)相同，并是標(biāo)準(zhǔn) 齒輪，所以這 4對(duì)嚙合齒輪的齒數(shù)和相同。 查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》 [11]可得：表 39（ P94頁(yè)） 1a1?u . .. . ..74,72,70,68,66,64,62,60. .. . .. ,z ?s 11 ?u . .. . ..75,72,69,66,63,60. .. . .. ,z ?s 取 72z ?s 則： 36/36a1?u 48/24a2 ?u 同上面的方法可得到 IIIII軸傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)和： 92z ?s 67/25b1 ?u 76/16b2 ?u 各傳動(dòng)齒輪的參數(shù)如表 1： 表 1 主軸箱內(nèi)各傳動(dòng)齒輪參數(shù) 序號(hào) 齒數(shù) 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 模數(shù) 1 Z1 =36 144 152 134 4 2 Z2 =36 144 152 134 4 3 Z3 =24 96 104 86 4 4 Z4 =48 192 200 182 4 5 Z5 =25 100 108 90 4 6 Z6 =67 268 276 258 4 7 Z7 =16 64 72 54 4 8 Z8 =76 304 312 294 4 由上面的傳動(dòng)比和齒輪齒數(shù)可以得到轉(zhuǎn)速圖如圖 2： 圖 2 轉(zhuǎn)速圖 齒輪模數(shù)的估算 12 初步計(jì)算齒輪的模數(shù)，由于是初步估算，傳動(dòng)鏈中傳動(dòng)副的機(jī)械效率可以可以忽略，可用主電動(dòng)機(jī)的額功率直接代入。而且齒輪材料為 45 鋼，齒部高頻淬火 HRC45~40 ，當(dāng)計(jì)算轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)大于min/100r 時(shí)，所得模數(shù) m 值可能對(duì)于接觸疲勞強(qiáng)度是不夠的，可以按下公式計(jì)算： 在機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中推薦齒寬系數(shù) 10~6/ ??? mb 從中可以得到： 4?m 確定中心距： mm144)3636(24)(2 211 ????? zzma 同理可得： mm1842 ?a 由于在設(shè)計(jì)中采用的是滑移齒輪。從《現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》 [8]中可以查得： 齒寬： mm30?B 齒輪齒根 彎曲疲勞強(qiáng)度校核 校核主軸上的嚙合齒輪其 161?z ； 762?z ? ?FSaFan1 βε1F 2 ?? ?? YYmbd YYKT 21a??????? ?????? ????????? ???????? ??? zz? aε ????? ?Y 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》 [12]圖 61 620(P129 頁(yè) )可得： ?Y ， ?Y ?Y ， ?Y 從上面可得： ?Y ， ?Y 從圖 622c,按小齒輪齒面硬度均值 235HBS，在 ML 線上查得 aFlim1 MP340?? ；同理，在圖622b 上，查得： aFlim2 MP310?? ； ( m m )10012 j9j3 nnPm ?? 13 取 ?S ，得： ? ? aF m in N1F lim 1F1 MP236??? S Y?? ? ? ?F2? M P a223F limN2F lim 2 ??S Y? 將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入彎曲強(qiáng)度校核公式，得： aF1 MP184M P ????? ????? ??F1?? aS ααF αα S ααF αα1FF2 ?? ???? YY YY?? ??F2?? 所以齒輪齒根彎曲疲勞足夠。 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 ? ?H1εHEH12 ?? ???? uubdKTZZZ 從《機(jī)械設(shè)計(jì)》 [12]查表 65（ P122 頁(yè)）得： ?Z 由圖 614 查得： ?Z 由圖 613 查得： ?Z 由圖 615，按不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕 ,查得： ?Z , ?Z 由圖 616e,按齒面硬度均值 51HRC,在 MQ 和 ML 線中間查出 : M P a1 0 5 0H lim