【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 率放大到驅(qū)動(dòng)器，再由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)?？刂葡到y(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖 23。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 圖 23 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 3 工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工作臺(tái) 箱體 設(shè)計(jì) 自動(dòng)分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 箱體起著支承并包容各種傳動(dòng)零件，如齒輪、軸、軸承等，使它們能夠保持正常的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和運(yùn)動(dòng)精度。箱體還可以儲(chǔ)存潤(rùn)滑劑，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)零件的潤(rùn)滑。安全保護(hù)和密封作用，使箱體內(nèi)的零件不受外界環(huán)境的影響，又保護(hù)機(jī)器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔熱和隔音作用。使機(jī)器各部分分別由獨(dú)立的箱體組成，各成單元，便于加工、裝配、調(diào)整和修理。改善機(jī)器造型，協(xié)調(diào)機(jī)器各部分比例，使整機(jī)造型美觀。 自動(dòng) 分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要 用于鏜床，銑床，鉆床等需要多面轉(zhuǎn)位加工的工件 ，是機(jī)械加工中常用的機(jī)床附件，因此尺寸不易過大，要能配合機(jī)床的使用。 考 慮箱體內(nèi)零件的布置及與 機(jī)床上的工件關(guān)系，設(shè)計(jì)尺寸圖 31所示： 自動(dòng) 分度 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)尺寸：長(zhǎng) 179。 寬 179。 高 550mm 179。 500mm 179。 160mm 工作臺(tái)右端蓋部分尺寸：長(zhǎng) 179。 寬 179。 高 240mm 179。 50mm 179。 160mm 圖 31 工作臺(tái)尺寸 自動(dòng)分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 的箱體蝸輪 設(shè)計(jì)，考慮到 蝸桿傳動(dòng) 的裝卸，設(shè)計(jì)成上端放置蝸輪，徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 在蝸輪上面放置回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，而蝸輪由蝸輪上的軸與箱體用軸承固定。蝸輪箱體布置如 32圖所示。 圖 32 自動(dòng)分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 箱體圖 1 自動(dòng)分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 的蝸桿及軸的設(shè)計(jì)，考慮蝸桿軸的拆卸不便，將箱體后方和右邊放置蝸桿軸與蝸輪配對(duì)。蝸桿箱體布置如圖 33所示。 圖 33 自動(dòng)分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 箱體圖 2 傳動(dòng)比及參數(shù)確定 傳動(dòng)比設(shè)定 系統(tǒng) 要實(shí)現(xiàn) 的參數(shù)： 工作臺(tái)回轉(zhuǎn)速度最大為 20 度 /秒，工作臺(tái)分度精度為 度。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 總傳動(dòng)比為各級(jí)傳動(dòng)比 1i 、 2i 的乘積，即 21i ii ?? 分配總傳動(dòng)比，即各級(jí)傳動(dòng)如何取值，是設(shè)計(jì)中的重要問題 。傳動(dòng)比分配得合理，可使傳動(dòng)裝置得到較小的外廓尺寸或較輕的重量，以實(shí)現(xiàn)降低成本和結(jié)構(gòu)緊湊的目的； 也可以使傳動(dòng)零件獲得較低的圓周速度以減小動(dòng)載荷或降低傳動(dòng)精度等級(jí)；還可以得到較好的潤(rùn)滑條件。要同時(shí)達(dá)到這幾方面的要求比較困難，因此應(yīng)按設(shè)計(jì)要求考慮傳動(dòng)比分配方案，以滿足某些主要要求。 為了保證工作臺(tái)分度精度，傳動(dòng)比需要很大，同時(shí)為了保證結(jié)構(gòu)尺寸，將 蝸桿傳動(dòng) 比設(shè)定在 120，齒輪傳動(dòng)比設(shè)定為 3，即傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比為 360。 最大回轉(zhuǎn)速度 工作臺(tái)最大回轉(zhuǎn)速度為 20 度 /秒；即： r a d /s20?工作臺(tái)蝸輪 ?? r/ s18136020360n ???? 蝸輪蝸輪 ? 根據(jù)系統(tǒng)總傳動(dòng)比為 360，可 得 r/ s20360181360n ????? 蝸輪電機(jī) n 分度精度 工作臺(tái)的分度精度保證主要靠步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)的總傳動(dòng)比來確定， 工作臺(tái)分度精度為 度，既蝸輪最小的轉(zhuǎn)動(dòng)單位為 度 ，系統(tǒng)的總傳動(dòng)比為 360，即 可得步進(jìn)電機(jī)最小分度精度為 90 度，即步進(jìn)電機(jī)每次回轉(zhuǎn)的度數(shù)為 90度的倍數(shù)。 步進(jìn)電機(jī)選擇 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是專門工廠批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)部件，設(shè)計(jì)時(shí)要選出具體型號(hào)以購(gòu)置。選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)包括確定型號(hào)、結(jié)構(gòu)、步距角、功率和轉(zhuǎn)速，并在產(chǎn)品目錄中查出其尺寸和型號(hào)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)或?yàn)殡A 躍電動(dòng)機(jī) ， 步進(jìn)電機(jī)有三大部分組成：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)本體，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。如圖 34所示。 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 線的范圍內(nèi)。應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到工作臺(tái)所需的脈沖當(dāng)量。 圖 34 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩計(jì)算 步進(jìn)電機(jī)選用三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，初選步進(jìn)電 機(jī)步距角θ b=3176。 設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載力矩為 T，負(fù)載力為 P，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)做的功與負(fù)載力做的功有如式（ ）關(guān)系： PST ??? 式（ ） 式中 φ — 電機(jī)轉(zhuǎn)角； S — 轉(zhuǎn)動(dòng)部件的相應(yīng)位移； η — 機(jī)械傳動(dòng)效率。 若取φ =θ b，則 S=δ b，且 P= Pz +μ（ G+ W2），所以 ?? ?? ????? b b]WGPz[T ）（ 式（ ） 式中 G—— 轉(zhuǎn)動(dòng)部件負(fù)載， N； W—— 轉(zhuǎn)動(dòng)部件重量， N； Pz—— 與中立方向一致的作用在轉(zhuǎn)動(dòng)部件上的負(fù)載力， N； μ —— 摩擦系數(shù)； θ b—— 步進(jìn)電機(jī)步距角， rad； T—— 電機(jī)軸負(fù)載力矩， N178。 cm。 取μ =，η =， Pz=500N。 3 2 5 N107 . 81030RW 232 ?????? ? 1 0 7 5 N107 . 81070RG 232 ?????? ? 可求得 m5Ncm4963 .81N3 ???????? ）（ 不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件的慣性影響，啟動(dòng)力矩為 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 Tm=T/（ ~） =10N178。 m（取安全系數(shù) ） 步進(jìn)電機(jī)為三相六拍的電機(jī) TT mm a x ??? 步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 根據(jù)工作臺(tái)最大轉(zhuǎn)速 r/s181n ?工作臺(tái)與系統(tǒng)總傳動(dòng)比 i=360，可得 1 2 0 0 r /m inr /s20n ??電機(jī) 所以，步進(jìn)電機(jī)的選擇的最大轉(zhuǎn)速 1 2 0 0 r /m innn m a x ?? 電機(jī)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)最大頻率 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的步距角 ??3b? 與步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 s/r20n ?電機(jī) ，可得 s t e p / s4 0 0220210 ???電機(jī)f 所以步進(jìn)電機(jī)選擇最高的頻率 s t e p / s4 0 02m a x ?? 電機(jī)電機(jī) ff 步進(jìn)電機(jī) 型號(hào) 由于步進(jìn)電機(jī)步距角 ??3b? ，步進(jìn)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 1 2 0 0 r/m inm a xn ?電機(jī) ，步進(jìn)電機(jī)最高頻率 ste p /s4 0 02m a x ?電機(jī)f ，步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 NT m ax ?? ，選擇的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)參數(shù)如表 31所示。 表 31步進(jìn)電機(jī)參數(shù) 型號(hào) 主要技術(shù)參數(shù) 外形尺寸 /mm 重量/(KN) 步 距 角/(176。 ) 保持轉(zhuǎn)矩 / N178。 cm 相數(shù) 電壓/V 電流/A 外徑 長(zhǎng)度 軸徑 130BC3100 3 12 3 27 3 100 168 22 10 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng)是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)。按齒輪軸線的相徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 對(duì)位置分平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)、相交軸圓錐齒輪傳動(dòng)和交錯(cuò)軸螺旋齒輪傳動(dòng)。具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。齒輪傳動(dòng)是指用主、從動(dòng)輪輪齒直接、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的裝置。在所有的機(jī)械傳動(dòng)中，齒輪傳動(dòng)應(yīng)用最廣，可用來傳遞相對(duì)位置不遠(yuǎn)的兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是：齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)比精確，工作可靠、效率高、壽命長(zhǎng)，使用的功率、速度和尺寸范圍大。例如傳遞功率可以從很小至幾十萬千瓦； 速度最高可達(dá)300m/s；齒輪直徑可以從幾毫米至二十多米。但是制造齒輪需要有專門的設(shè)備，嚙合傳動(dòng)會(huì)產(chǎn)生噪聲。 根據(jù)兩軸的相對(duì)位置和輪齒的方向，可分為以下類型：圓柱齒輪傳動(dòng)；錐齒輪傳動(dòng)和交錯(cuò)軸斜齒輪傳動(dòng)。根據(jù)齒輪的工作條件，可分為：開式齒輪傳動(dòng)式齒輪傳動(dòng)，齒輪暴露在外，不能保證良好的潤(rùn)滑；半開式齒輪傳動(dòng)，齒輪浸入油池，有護(hù)罩，但不封閉；閉式齒輪傳動(dòng)，齒輪、軸和軸承等都裝在封閉箱體內(nèi)，潤(rùn)滑條件良好，灰沙不易進(jìn)入，安裝精確，齒輪傳動(dòng)有良好的工作條件，是應(yīng)用最廣泛的齒輪傳動(dòng)。 齒輪的材料及類型 由于前述 所選電機(jī)可知 :T=5N178。 m，齒輪傳動(dòng)比設(shè)定為 i=3，效率η =年 300工作日計(jì)，壽命為 10年。 根據(jù)整體傳動(dòng)的要求，傳動(dòng)效率不大、速度中等和使用壽命長(zhǎng)， 需要在封閉條件下工作，因此 設(shè)計(jì) 為閉式 齒輪傳動(dòng) ， 采用圓柱直齒輪傳動(dòng)的形式。 齒輪材料應(yīng)具備下列條件： 1）齒面具有舉個(gè)的硬度，以獲得較高的抗點(diǎn)蝕、抗磨粒磨損、抗膠合和抗塑性流動(dòng)的能力； 2）在變載荷和沖擊載荷下有足夠的彎曲疲勞強(qiáng)度； 3）具有良好的加工和熱處理工藝性； 4）價(jià)格較低。 考慮到齒輪傳動(dòng)效率不大，速度只是中等，故齒輪用 45號(hào)鋼；為達(dá)到更高 的效率和更好的耐磨性，進(jìn)行整體淬火后再低溫回火，使齒輪面硬度達(dá)到 4555HRC。 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)尺寸 先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，在校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式如式（ ）。 3 2]11 )[(12K Td HHEd ZZZuu ?? ????? 式（ ） 式中 d1—— 小齒輪直徑； K —— 載荷系數(shù) T1—— 小齒輪轉(zhuǎn)矩； 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 [σ H]—— 許用接觸應(yīng)力； Ψ d—— 齒寬系數(shù)； ZE—— 彈性系數(shù)； ZH—— 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)； Zε —— 重合度系數(shù)。 ?。盒↓X輪轉(zhuǎn)矩 mNT ??51 ； 載荷系數(shù) 因載荷平穩(wěn)，取 ?K ； 齒寬系數(shù) ?? ； 摩擦系數(shù) ?u ； 許用接觸壓力 HlimnHlimS ZH][ ?? ?? ； 查圖表得試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限 MPaH 300lim ?? ； 接觸強(qiáng)度的最小安全系數(shù) ?HS ； 接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù) 1?NZ ； MP 1300S ZH][ H lim nH lim ????? ?? 彈性系數(shù) 查表得 M PaEZE /? ； 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 查表得 ?HZ ； 重合度系數(shù) ??Z ； 將以上參數(shù)代入公式 ) ( 3 2 ???????? 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸 齒數(shù) 取 301?Z ，則 9012 ??? ZiZ 。 模數(shù) mmZdm ??? 取標(biāo)準(zhǔn)值 mmm 1? 。 中心距 標(biāo)準(zhǔn)中心距 mm60120211Z 2)Z1m21a ?????? （ 其他主要尺寸 分度圓直徑： mmmZD 3030111 ???? mmmZD 9090122 ???? 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 齒頂圓直徑： mmmDDa 32230211 ????? mmmDDa 92290211 ????? 齒寬：取齒寬系數(shù) ?d? ， mmdb d ???? ? 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核公式如式 ()所示。 ][YYSYmbdKT2 aFa1 1F F?? ? ?? 式 () 式中 K —— 載荷系數(shù)； 1T —— 小齒輪轉(zhuǎn)矩； b —— 齒輪齒寬； FaY —— 齒形系數(shù)； aYs —— 應(yīng)力修正系數(shù)； 5?Y —— 重合度系數(shù)。 ?。狠d荷系數(shù) ?K ； 小齒輪轉(zhuǎn)矩 mNT ??51 ； 齒輪齒寬 mmb 18? 重合度系數(shù) ??Y 齒形系數(shù) ?FaY 應(yīng)力修正系數(shù) ?aYs 所以 M P 3F ?????? ????? 許用彎曲應(yīng)力計(jì)算公式如式（ ） 所示。 m inlimF][FXNF S YY?? ? 式（ ） 式中 σ Flim—— 齒輪的齒根彎曲疲勞極限； SFmin—— 彎曲疲勞強(qiáng)度的最小安全極限； YN—— 彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù) YX—— 尺寸系數(shù)。 ?。?齒輪的齒根彎曲疲勞極限 σ Flim =400MPa 彎曲疲勞強(qiáng)度的最小安全極限 SFmin= 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù) YN=1 尺寸系數(shù) YX= 所以 M P ][ F ????? 根據(jù)計(jì)算， σ F≤ [σ F] 所以齒輪齒根 彎曲強(qiáng)度足夠。 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 蝸桿傳動(dòng)是在空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)，兩軸線間的夾角可為任意值，常用的為 90