【文章內(nèi)容簡介】 ................................................................................................. 58 致謝 .......................................................................................................................................... 60 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1 章 緒論 課題背景 在社會主義市場經(jīng)濟的今天，產(chǎn)品的市場競爭日趨激烈，在 保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，如何擴大產(chǎn)品的加工范圍和降低制造成本是提高產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵所在，產(chǎn)品成本一般包括原材料、工具損耗、機床折舊、工人工資和各項管理等費用，他們與勞動生產(chǎn)率密切相關(guān)，因此擴大機床加工范圍，提高產(chǎn)品加工效率是降低產(chǎn)品成本最有效的途徑。 回轉(zhuǎn)工作臺是鏜床、銑床、鉆床和插床等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工時轉(zhuǎn)動工作臺，則可加工圓弧面和圓弧槽等，回轉(zhuǎn)工作臺可分為分度工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，目前常用的立式一自由度回轉(zhuǎn)工作平臺，只能實現(xiàn)水平方向旋轉(zhuǎn)，不易加工有特殊要求的零件，不能一次性完成 多工序加工，應(yīng)用范圍比較窄，而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺成本非常高，鑒于此種情況，兩自由度回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計不僅可以滿足水平回轉(zhuǎn)，也可以側(cè)向旋轉(zhuǎn)以滿足零件側(cè)面加工，此裝置在滿足精度要求的基礎(chǔ)上操作更加簡單，應(yīng)用范圍更加廣泛，此裝置的設(shè)計能夠滿足市場和客戶的要求，會被廣泛認(rèn)可。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前，回轉(zhuǎn)工作臺在國內(nèi)外研究狀況多為普通機床所用的手動 立 式一自由度回轉(zhuǎn)工作平臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，手動 立 式一自由度回轉(zhuǎn)工作平臺，一次裝卡無法完成多個面的加工需要，只能逐個裝夾，這樣不但影響了加工效率也影響加工精度；數(shù)控轉(zhuǎn)臺， 像美國、德國、日本這樣的發(fā)達國家在數(shù)控轉(zhuǎn)臺方面已經(jīng)有了成熟的技術(shù)，其表現(xiàn)為：具有較好的可靠性，耐用度和精度保持性等。而手動兩自由度回轉(zhuǎn)工作平臺的設(shè)計彌補了普通平臺的不足，繼承了數(shù)控轉(zhuǎn)臺的優(yōu)點，大大地節(jié)約了多次調(diào)整和裝夾的輔助時間，在提高加工零件尺寸精度的同時，提高了勞動生產(chǎn)率，從而降低了產(chǎn)品的制造成本，增強了產(chǎn)品在市場上的競爭能力，然而數(shù)控轉(zhuǎn)臺市場價格非常昂貴，普通機床所用的一自由度回轉(zhuǎn)工作臺應(yīng)用范圍受限，因此作為回轉(zhuǎn)工作臺的研發(fā)與生產(chǎn)企業(yè)，在近期應(yīng)該進一步開發(fā)研制高精度的多功能手動回轉(zhuǎn)工作平臺。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 課題研究的內(nèi)容以及采取的方法 設(shè)計內(nèi)容： 本課題主要完成 手動兩自由度回轉(zhuǎn)工作平臺 整個裝置 系統(tǒng) 設(shè)計，包括： 第一自由度回轉(zhuǎn)工作平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計； 第一自由度回轉(zhuǎn)工作平臺的回轉(zhuǎn)精度及蝸桿傳動設(shè)計； 第二自由度回轉(zhuǎn)工作平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計； 第二自由度回轉(zhuǎn)工作平臺的回轉(zhuǎn)精度及蝸桿傳動設(shè)計； 鎖緊裝置設(shè)計。 采用方法： 先收集資料，確定方案，確定選材； 再擬定結(jié)構(gòu)方案，進行設(shè)計計算并校核； 繪制裝配草圖，校核有關(guān)技術(shù)參數(shù)； 運用 AUTOCAD、 等軟件繪制裝配圖和相關(guān)零件 圖，并通過模具設(shè)計、運動仿真、數(shù)控編程及有限元分析對有關(guān)零件進一步分析。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第 2 章 設(shè)計 方案的確定 及性能分析 傳動方案的確定 在手動兩自由度回轉(zhuǎn)工作平臺的設(shè)計中，依照結(jié)構(gòu)簡單，制造容易、操作、維護方便、安全的要求來選擇回轉(zhuǎn)工作臺的工作方式，所以選擇機械傳動，并要充分考慮各種傳動形式的特點，選擇適當(dāng)?shù)膫鲃有问?。常用的傳動形式可分為：帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動。 帶傳動的主要特點：結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)，能吸振緩沖 ， 價格低廉 。但 帶傳動的承載能力小，傳遞相同轉(zhuǎn)矩時 ，機構(gòu)尺寸較其它傳動形式大，由于 手動兩自由度回轉(zhuǎn)工作平臺各工作部件 的距離較小，若用帶傳動，其中心距會較小，包角較小，帶傳動會發(fā)生打滑 現(xiàn)象 ， 固 不選用帶傳動。 齒輪傳動的主要特點：傳動比穩(wěn)定、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長。 但是其 制造及安裝精度要求較高，且價格昂貴 。 鏈傳動 主要的特點： 鏈傳動 和 帶傳動相比，鏈傳動無整體打滑和 彈性 打滑現(xiàn)象，能保持準(zhǔn)確的傳動比， 相對 傳動效率較高 ，能在高溫 、 潮濕的情況下工作 ；因 為 鏈條不需像帶那樣 繃 的很緊，所以軸的徑向力較小 ； 鏈傳動與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造 和 安裝精度要求較低，成本 也低 。但是由于鏈傳動不能保持恒定的瞬時傳動比，工作時有噪聲，主要應(yīng)用在兩軸相距較遠，低速重載，工作環(huán)境惡劣的場合中，故不選用鏈傳動。 蝸輪蝸桿傳動用于兩軸 交錯 成 90 度，通常在蝸 桿 傳動中，蝸桿是主動件，蝸輪是從 動件。 蝸輪蝸桿傳動有 以 下特點： 1) 結(jié)構(gòu)緊湊、能獲得大的傳動比； 2) 工作平穩(wěn)無噪音； 3) 傳動功率范圍 較 大； 4) 可以自鎖 。 綜合以上的 比較， 根據(jù)傳動形式的需要， 在 本 次畢業(yè)設(shè)計中選用蝸輪蝸桿傳動最為合適。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 性能分析 使用性能的要求 正確選擇機器的工作原理和精確的設(shè)計，機器 要 具備能夠全面實現(xiàn) 功能要求的執(zhí)行機構(gòu) 及 傳動裝置， 并且 進行合理的配置、安裝必要的輔助系統(tǒng)。 這樣才能 使機器具備預(yù)定的使用功能 。 經(jīng)濟性的要求 在設(shè)計和制造使用的過程中進行綜合的分析。設(shè)計的經(jīng)濟性表現(xiàn)為低成本，而使用經(jīng)濟性表現(xiàn)為高生產(chǎn)率，高效率，少耗能及維修管理費用低等方面。所以，提高設(shè)計機器的經(jīng)濟性的主要途徑有： 1. 運用現(xiàn)代設(shè)計方 法，加快設(shè)計速度，盡可能的采用 CAD 技術(shù)， 以 降低設(shè)計 的 成本。 、新結(jié)構(gòu) ，并且 最大限度的采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化 以 及通用化的零件、零部件機構(gòu)， 并且在允許的情況下多運用 新材料 ， 盡可 能采用標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)及尺寸。 ， 力求改變零件的結(jié)構(gòu)工藝性， 使零件的 使用量少，易加工，易裝配。 ，考慮實際情況使其具有合理性 。 而 提高 機器 使用經(jīng)濟性指標(biāo)的主要途徑有： 提高機器自動化 和 機械化 的 水平，以提高 產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。 ， 在不影響傳遞效果的情況下， 盡可能減少傳動 和 中間環(huán)節(jié)， 以減少機械效率的降低， 能源 的 消耗和生產(chǎn)成本。 、使用維修方便 ， 經(jīng)常進行正確的維護和保養(yǎng) ， 適當(dāng)?shù)牟捎梅雷o及潤滑，以 延長機器的使用壽命 ，減少機 器出現(xiàn)故障。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第 3 章 第一自由度回轉(zhuǎn)工作平臺 系統(tǒng)設(shè)計 分度精度劃分 由于手動兩自由度回轉(zhuǎn)工作平臺的設(shè)計，要求第一自由度回轉(zhuǎn)工作平臺的回轉(zhuǎn)精度及回轉(zhuǎn)角度范圍為： 2′、 0176?！?360176。，故可采用在回轉(zhuǎn)平臺外表面進行 360176。的等刻度劃分，以便于讀取整刻度值，在手柄處安放刻度輪進行刻度劃分，以便于讀取小數(shù)部分。 確定傳動比 由于手動兩自由度回轉(zhuǎn)工作平臺的設(shè)計，要求第一自由度回轉(zhuǎn)工作平臺的回轉(zhuǎn)精度及回轉(zhuǎn)角度范圍為： 2′、 0176?！?360176。，采用將刻度輪進行 90 個格的等刻度劃分，每兩個格之間度 數(shù)為 2′，則刻度輪轉(zhuǎn)動一周，回轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動 180′(3176。)，若取蝸桿頭數(shù)為 1，則蝸輪齒數(shù)可取為 :360/3=120,因此第一自由度回轉(zhuǎn)工作臺的蝸桿蝸輪傳動比可取為 1:120。 承載力分析 摩擦力計算 在手動兩自由度回轉(zhuǎn)工作平臺的設(shè)計中，摩擦力主要考慮工作臺在負載回轉(zhuǎn)工作情況下與底盤的摩擦力，根據(jù)設(shè)計要求手動兩自由度回轉(zhuǎn) 工作臺直徑 Ф400mm，最大承載量為 300Kg，取工作臺質(zhì)量 10Kg，由于 手動兩自由度回轉(zhuǎn)工作平臺材料選擇 鋼質(zhì)材料，與底盤之間進行噴砂處理可取摩擦系數(shù) μ =， g=,則手 動兩自由度回轉(zhuǎn)工作平臺在工作過程中，產(chǎn)生的摩擦力為： F=μN = （ 10+300） 則由摩擦力產(chǎn)生的摩擦力矩為： T=FR=1519 m 切削力計算 由以往計算可知，銑削加工消耗功率最大，故以銑削加工為例，計算切向銑削力的齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 計算公式為： F 切 =F0 apaefzz/(πD) 式中： F0 為單位銑削力，根據(jù)鑄鐵試件（ HT200），由手冊查得 F0=2059N/mm2，ae 為銑削寬度， ae=100mm， ap 為銑削深度， ap=5mm， fz 為每齒進給量， fz=， z為銑刀刀數(shù)， z=8， D 為銑刀直徑， D=160mm，因此： NF ?? ?????切 切削力矩 M=F 切 R= m 蝸桿傳動的設(shè)計計算 選擇蝸桿的傳動類形 根據(jù) GB/100851988 的推薦，采用漸開線蝸桿 ZI。 材料的選擇 考慮到蝸桿傳 動功率不大 ，因傳動速度較低，是較重要傳動，所以蝸桿選用 45 鋼；齒面要求淬火，硬度為 45~55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅（ ZCuSn10P1） ,金屬模鑄造。 為了節(jié)約較貴重金屬，以及工作臺主要承受軸向力，故采用僅 齒圈用青銅制造，輪芯用 灰鑄鐵 HT100 制造。 按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計 根據(jù)閉式蝸桿傳動設(shè)計準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，再校齒根彎曲疲勞強度。由式（ 1112），傳動中心距： ? ?23 2 ()EPHZZa KT ?? 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 （ 1）計算作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 2T 由表 111[7]取蝸桿頭數(shù) 1 1z? ，由表 [6]取 ZI 傳動效率 80.?? 。 蝸輪承受主要力矩為摩擦力矩及切削力矩，則 T2=145130N mm。 4 （ 2）確定載荷系數(shù) 因工作載荷較穩(wěn)定，取分布不均勻系數(shù) Kβ=1；查表 115[7]選取使用系數(shù) KA=1；蝸輪圓周速度 2 3v? m/s 時， 取 KV=~，取 KV =。則 .. ????? VA KKKK ? （ 31） （ 3）確定彈性影響系數(shù) ZE 因為是鋼蝸桿與鑄錫磷青銅蝸輪相配，所以 ZE=160MPa1/2 。 （ 4）確定接觸系數(shù) Zρ 從圖 1118[7]查，先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 1d 和轉(zhuǎn)動中心距 a 的比值 ?ad ，得Zρ=。 （ 5）確定許用接觸應(yīng)力 [ H? ] 根據(jù)蝸輪材料為 鑄錫磷青銅（ ZCuSn10P1） ，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞ 45HRC，可從表 117[7]查 得蝸輪的基本許用應(yīng)力 ? ?39。H? =268MPa。 其中取 n2=50r/min， Lh=43800h。 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=60jn2L=60 1 50 43800= 107 壽命系數(shù) 108 77 ???HNK 則 ??H? =KHN ? ?39。H? = 268MPa=218MPa （ 6）計算中心距 a ? ? 2233 2 1 6 0 2 . 9( ) 1 . 0 5 1 4 5 1 3 0 ( ) 1 1 0 . 4 6218EPHZZa K T ? ?? ? ? ? ?mm （ 32） 取中心距 110?a mm，查閱表 112[6]，取模數(shù) 1?m ，蝸桿分度圓直徑 401?d mm。此時 ??ad 。 從圖 1118[7]得出 39。 ? ? ，即 ?? ZZ ?39。 ，以上計算結(jié)果符合要求。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 （ 1） 蝸桿 由表 [6]查得，表 31 蝸桿尺寸 表 31 蝸桿尺寸 名稱 代號 尺寸 軸向齒距 xPm?? 直徑系數(shù) q 40 分度圓柱導(dǎo)程角 ? ? 蝸桿軸向齒厚 12xSm?? 齒頂圓直徑 aLd 42mm 齒根圓直徑 1 2fL fLd d h?? （ 2）蝸輪 由表 112[7]查得 蝸輪齒數(shù)： 2 118z ? 。 驗算傳動比 : 21118 1181zi z? ? ? 。 傳動比誤差為 : 1 2 0 1 1 8 1 0 0 % 1 .6 %120? ??，是允許的 。 蝸輪分度圓直徑： 22 2 1 1 8 2 3 6d m z? ? ? ?mm； 蝸輪喉圓直徑： 222 2 aa hdd ?? = 236 2 1?? =238 mm； 蝸輪齒根圓直徑： 222 2 ff hdd ?? = 236 2 1? ? ? = mm； 蝸輪變位系數(shù)： 2 ? ； 蝸輪咽喉母半徑：22 21 ag dar ??= 1110 2382?? =9mm。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）