【文章內(nèi)容簡介】 m； n ──卡盤的轉(zhuǎn)速， r/min。 由于機(jī)床工件變化，卡盤所需功率不定，但大工件轉(zhuǎn)速較小工件小 5倍，由小工件參數(shù)計(jì)算即可滿足要求。如圖（ 22）當(dāng) r=， 密度 ，由以上數(shù)據(jù)可計(jì)算出管道的重量 G。 已 知管道為一個環(huán)形 外環(huán)形的面積為 8 個小三角形的面積 為： S1=60 60 ta n 22 .5 8? ? ? ? cm （ 2— 4） 設(shè)內(nèi)環(huán)中心到邊的垂線的長度為 ： 1r =60 ? 內(nèi)環(huán)的面積 S2= 11 ??? rr ? = （ 2— 5） 體積 V=Sh=[ cm ]? 2022= 3cm （ 2— 6） G= vg? ? ≈ （ 2— 7） 由式（ 2— 8）可得到工件受扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 =? QA = （ 2— 8） 該類工件屬于閉口薄壁件的扭轉(zhuǎn)，扭矩計(jì)算見式（ 2— 9） T=2tw （ 2— 9） 式中： t —— t=?? ； ? —— 截面中線所圍面積， 2m ； ? —— 工件壁厚， m； 經(jīng)計(jì)算 T=178。 m， wp=。 根據(jù)三相異步電機(jī)選用要點(diǎn)，例如要求，條件，環(huán)境等，選用 Y系列。 9 確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速 已知 minn = r/min， maxn = r/min。 查二級擺線針輪減速機(jī)傳動比0i =121— 841，齒輪傳動比初選 1i =。因?yàn)樽冾l器恒 轉(zhuǎn)矩降速調(diào)速范圍為 1—30，故電機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍 dn =i178。 n=20~ r/min。符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有 750、 1000、 1500、 3000 r/min，為方便調(diào)速，減少傳動比，電機(jī)同步轉(zhuǎn)速選 dn =750r/min。 確定傳動裝置總傳動比和分配傳動比 （ 1） 分配傳動比 為了 制造 安裝方便， 避免在此設(shè)計(jì)減速機(jī)，選取 0i =731， 1i =。 （ 2）確定總傳動比 ia = 0i 178。 1i =2909，對應(yīng)變頻器調(diào)速后電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)定116~582r/min。這里列出一系列工件對應(yīng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速表，見表（ 2— 1）。 選擇電動機(jī)容量 電動機(jī)至工件的傳動總效率為 2 1 1 1 11 2 3 4 5? ? ? ? ? ??a （ 2— 10） 式中， 1 2 3 4 5????? 分別 為聯(lián)軸器、斜齒圓柱齒輪傳動、單列圓錐滾子軸承、回轉(zhuǎn)軸承、二級擺線針輪減速機(jī)的效率。取 1? =， 2? =， 3? =， 4? =，表 2— 1 輸出轉(zhuǎn)速表 工件直徑（m ） 對應(yīng)周長（c m ） 工件對應(yīng)最大轉(zhuǎn)速（r / m i n ） 對應(yīng)變頻后電機(jī)速度（r / m i n ） 工件對應(yīng)最小轉(zhuǎn)速（r / m i n ） 對應(yīng)變頻后電機(jī)速度（r / m i n ） 10 5? =。 則 2 1 1 1 11 2 3 4 5? ? ? ? ? ??a =， 故有 wda= = 0 .7 6 7 k W??PP 。 但方案選擇電機(jī)經(jīng)變頻器調(diào)速，由于采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)輸出功率也要下降，為了保證調(diào)速后電機(jī)功率大于負(fù)載，故應(yīng)按式 （ 2— 11）計(jì)算電機(jī)功率 P， nmn= nPP （ 2— 11） 式中： P —— 電機(jī)實(shí)際輸出功率， kW； nP —— 電機(jī)額定功率， kW； n —— 電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速， r/min； mn —— 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速， r/min； 低速時功率大，則 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，選擇電動機(jī)型號為 Y160M28，其主要性能如 表（ 2— 2）所示， 表 22 電機(jī)參數(shù)表 型號 額定功率 額定電流 額定轉(zhuǎn)速 效率 功率因素 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 最大堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù) 重量 Y160M28 720r/min 85% 115Kg 至此可以算出工件最大扭矩 5maxmin9550 1 . 4 5 6 1 0wPT N mn? ? ? 等效到電機(jī)軸上 max eL TM i??? N178。 m。 |ddd n= = 4 .9 6 kPPWn11 電動機(jī)的校核 校核啟動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩 ： 電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 dd9550nNPM ? =178。 m （ 2— 12） 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) maxmax nMMT ? =＜ 2，所以滿足要求。 變頻器的選擇 西門子變頻器的全稱是“西門子交流變頻調(diào)速器”，是由德國西門子公司研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的知名變頻器品牌，主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電機(jī)的速度。主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。通過改變電源的頻率來達(dá)到改變電源電壓的 目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，西門子變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。 根據(jù) 電機(jī)額定功率以及電流，選擇型號為 MicroMaster440 西門子變頻器 。MicroMaster440 是全新一代可以廣泛應(yīng)用的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器 ， 它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動態(tài)特性，同時具備超強(qiáng)的過載能力，以滿足廣泛的應(yīng)用場合 。 主要特征 ： 200V240V 177。10% ，單相 / 三相，交流， ； 380V480V177。10%，三相，交流， ； 保護(hù)功能：過載能力為 200%額定負(fù)載電流，持續(xù)時間 3 秒和 150%額定負(fù)載電流，持續(xù)時間 60 秒；過電壓、欠電壓保護(hù) 。 減速機(jī)的選擇 二級擺線針輪減速機(jī)工作原理 擺線減速機(jī)全部傳動裝置可分為三部分：輸入部分、減速部分、輸出部分。 在輸入軸上裝有一個錯位 180 度的雙偏心套，在偏心套上裝有兩個滾柱軸承，形成H 機(jī)構(gòu)，兩個擺線輪的中心孔即為 行星 套上轉(zhuǎn)臂軸承的滾道，并由擺線輪與針齒殼12 上一組環(huán)行排列的針齒銷相嚙哈，以組成少齒差內(nèi)嚙合減速機(jī)構(gòu)，（為了減少摩擦 ，在速比小的減速機(jī)中，針齒銷上帶有針齒套）。當(dāng)輸入軸帶著偏心套轉(zhuǎn)動一周時，由于擺線輪上齒廊曲線的特點(diǎn)及其受針齒殼上針齒銷限制之故，擺線輪的運(yùn)動成為即有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)的平面運(yùn)動，在輸入軸正轉(zhuǎn)一周時，偏心套亦轉(zhuǎn)動一周，擺線輪于相反方向轉(zhuǎn)過一個齒差從而得到減速，再借助 W 輸出機(jī)構(gòu)，將擺線輪的低速自轉(zhuǎn)動通過銷軸，傳遞給輸出軸，從而獲得較低的輸出轉(zhuǎn)速。 二級擺線針輪減速機(jī)特點(diǎn) 擺線針輪減速器具有減速比大，傳動效率高，體積小，重量輕，故障少，壽命長，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，噪音小，拆裝方便，容易維修，結(jié)構(gòu)簡單，過載能力強(qiáng)， 耐沖擊，慣性力矩小，等特點(diǎn) 。 本次設(shè)計(jì)選取型號為 BWE271543179。 17—— 的產(chǎn)品。 聯(lián)軸器的選擇 主軸系統(tǒng)用到兩個聯(lián)軸器，分別是聯(lián)接電機(jī)與減速機(jī)以及減速機(jī)與軸。 其中電機(jī)與減速機(jī)的聯(lián)接采用安全聯(lián)軸器， 在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是，存在一個保險(xiǎn)環(huán)節(jié)（如銷釘可動聯(lián)接等），其只能承受限定載荷。當(dāng)實(shí)際載荷超過事前限定的載荷時，保險(xiǎn)環(huán)節(jié)就發(fā)生變化，截?cái)噙\(yùn)動和動力的傳遞，從而保護(hù)機(jī)器的其余部分不致?lián)p壞，即起安全保護(hù)作用。除了具有過載保護(hù)作用外，還有將機(jī)器電動機(jī)的帶載起動轉(zhuǎn)變?yōu)榻瓶蛰d起動的作用。 根據(jù)電機(jī)軸的尺寸，選 取型號為 AMN2 型。 減速機(jī)與主軸聯(lián)接所用聯(lián)軸器應(yīng)保證同軸性，所以選擇鼓式齒形聯(lián)軸器 ，根據(jù)聯(lián)軸器選用規(guī)則，需按式（ 2— 13）計(jì)算聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩： ca 1AT K T? （ 2— 13） 《查機(jī)械設(shè)計(jì)》表 141，考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取 AK =，則 ca 1AT K T? = N178。 m 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查手冊，選用 GICL8 型鼓式齒形聯(lián)軸器 ，其公稱轉(zhuǎn)矩為 14000N178。 m。半聯(lián)軸器的孔徑 d=100mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 L=212mm。 見圖（ 23）。 13 圖 23 GICL8 聯(lián)軸器 傳動裝置運(yùn)動及動力參數(shù)計(jì)算 計(jì)算各軸（零件）轉(zhuǎn)速 主軸： 1n = 582/731=卡盤： 2n = 1n /1i = 計(jì)算各軸（零件）輸入功率 主軸： 1P = 卡盤： 2P = 1P 179。 2? = 計(jì)算各軸（零件）輸入轉(zhuǎn)矩 電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩： |dd 9550 PT n?=178。 m 主軸： 21 d 1 5 0 iTT ??? = N m 卡盤： 2T = 1T 179。 2? 179。 1i =178。 m 各軸的輸出功率和轉(zhuǎn)矩則分別為輸入功率和轉(zhuǎn)矩乘以軸承效率 ，整理以上數(shù)據(jù)，見表（ 2— 3） 。 14 表 23 運(yùn)動參數(shù)表 輸入功率P（ kW） 輸出功率P(kW) 輸入轉(zhuǎn)矩T(N178。 m) 輸出轉(zhuǎn)矩T(N178。 m) 轉(zhuǎn)速n(r/min) 電機(jī)軸 582 主軸 卡盤 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 高速齒輪設(shè)計(jì) 選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數(shù) ： 選用斜齒圓柱齒輪傳動，自動焊機(jī)速度不高，精度適中，選用 7 級精度（ GB1009588）。 材料選擇：查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 101 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。 試 選小齒輪齒數(shù) z1＝ 40，大齒輪齒數(shù) z2＝ 40179。 =； 按經(jīng)驗(yàn) ， 初選螺旋角 β ＝ 14176。 。 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) ： 由式（ 2— 14）進(jìn)行計(jì)算，即 2t131d2 u1 ()u [ ]HEt HK T z zd?? ? ??? （ 2— 14） 1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （ 1） 試選 tK ＝ 。 （ 2） 由 [1]圖 10－ 30 選取區(qū)域系數(shù) Hz ＝ 。 （ 3） 由 [1]表 10－ 7 選取尺寬系數(shù) d? ＝ 。 （ 4） 由 [1]圖 10－ 26 查得 1?? ＝ ， 2?? ＝ ， 則 ?? ＝ 1?? ＋ 2?? ＝ 。 （ 5） 由 [1]表 10－ 6 查得材料的彈性影響系數(shù) EZ ＝ 。 （ 6） 由 [1]圖 10－ 21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 lim1H? ＝ 600MPa；大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限 lim2H? ＝ 550MPa。 15 （ 7） 已知按八小時工作制，兩班制生產(chǎn)， 由 [1]式 10－ 13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) ： 1N ＝ 60 1 hnjL ＝ 601（ 2830015）＝ 179。 610 2N ＝ 1N /＝ 179。 510 （ 8） 由 [1]圖 10－ 19 查得接觸疲勞壽命系數(shù) 1HNK ＝ ； 2HNK ＝ 。 （ 9） 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 [1]式（ 10－ 12）得 1 lim 11 HNH K S???? ??? ＝ 930MPa 1 lim 11 HNH K S???? ??? ＝ H?????＝ 122HH??? ? ? ??? ? ? ?＝ 2） 計(jì)算 。 （ 1） 試算小齒輪分度圓直徑 1td? 3 231 2 1 . 6 7 8 4 4 . 8 2 1 0 4 . 9 8 2 . 4 3 3 1 8 9 . 8()0 . 2 4 1 . 7 1 3 . 9 8 8 3 6 . 2 5td ? ? ? ?? ? ? = 因?yàn)橐c回轉(zhuǎn)支承配合，回轉(zhuǎn)支承孔徑要大，則需放大齒輪分度 圓直徑，故取 1td =600mm。 （ 2） 計(jì)算圓周速度 1160 1000tdnv ?? ? =（ 3） 計(jì)算齒寬 b 及模數(shù) ntm b= 1dtd? =144mm 11costnt dm z ?? = h= ntm = 16 b/h= （ 4） 計(jì)算縱向重合度?? tand z?? ? ?? = （ 5）