【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)一般由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作臺(tái)組成，傳動(dòng)裝置在原動(dòng)機(jī)和工作臺(tái)之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可實(shí)現(xiàn)分度運(yùn)動(dòng)。在本課題中，原動(dòng)機(jī)采用電液脈沖馬達(dá)，工作臺(tái)為 T形槽工作臺(tái)，傳動(dòng)裝置由齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)組成。 合理的傳動(dòng)方案主要滿足以下要求： （ 1）機(jī)械的功能要求：應(yīng)滿足工作臺(tái)的功率、轉(zhuǎn)速 和運(yùn)動(dòng)形式的要求。 8 （ 2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場(chǎng)地、工作制度等。 （ 3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動(dòng)效率高等。 （ 4）結(jié)構(gòu)工藝性要求；如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)合理等。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)方案為：電液脈沖馬達(dá) —— 齒輪傳動(dòng) —— 蝸桿傳動(dòng) —— 工作 該傳動(dòng)方案分析如下： 齒輪傳動(dòng)承受載能力較高 ，傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。 蝸桿傳動(dòng)有以下特點(diǎn)： 1．傳 動(dòng)比大在分度機(jī)構(gòu)中可達(dá) 1000以上。與其他傳動(dòng)形式相比，傳動(dòng)比相同時(shí)，機(jī)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。 2．傳動(dòng)平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。 3．可以自鎖 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，若蝸桿為主動(dòng)件，機(jī)構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動(dòng)常用于起重裝置中。 4．效率低、制造成本較高 蝸桿傳動(dòng)是，齒面上具有較大的滑動(dòng)速度，摩擦磨損大，故效率約為 ，具有自鎖的蝸桿傳動(dòng)效率僅為 。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價(jià)格較貴的有色金屬制造。 由以上分析 可得：將齒輪傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級(jí)，蝸桿傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的低速級(jí)，傳動(dòng)方案較合理。 同時(shí)，對(duì)于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它有兩種型式：開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。 兩種型式各有特點(diǎn)： 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開環(huán)直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)一樣，都可以用點(diǎn)液脈沖馬達(dá)、功率步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)。 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量元件（圓光柵）。所測(cè)量的結(jié)果經(jīng)反饋與指令值進(jìn)行比較，按閉環(huán)原理進(jìn)行工作，使轉(zhuǎn)臺(tái)分度定位精度更高。 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 根據(jù) 前述所選電機(jī)可知 T=， 傳動(dòng)比設(shè)定為 i=3，效率η =， 9 工作日安排每年 300工作日計(jì)，壽命為 10年。 選擇齒輪傳動(dòng)的類型 根據(jù) GB/T10085— 1988的推薦，采用直齒輪傳動(dòng)的形式。 選擇材料 考慮到齒輪傳動(dòng)效率不大，速度只是中等，故蝸桿用 45號(hào)鋼；為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，要求齒輪面，硬度為 4555HRC。 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 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。 傳遞轉(zhuǎn)矩 T1= 106P1/N1=（ ） = 載荷系數(shù) K：因載荷平穩(wěn)，由 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 表 113取 K= 齒寬系數(shù)ψ d:由 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 表 116取ψ d=1 許用接觸壓力［δ H］：［δ H］ =［δ H2］ =220Mpa 傳動(dòng)比 i:i=3 將以上參數(shù)代入公式 D13≥ （ 671/[δ h]） 2（ 621） KT1(i+1)/ψ di D1≥ 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸 1）齒數(shù) 取 Z1=22，則 Z2=i Z1=3 22=66,取 Z2=66。 2）模數(shù) m=d1/Z1=,取標(biāo)準(zhǔn)值 m=。 3）中心距 標(biāo)準(zhǔn)中心距 α =m/2(Z1+Z2)= 4）其他主要尺寸 分度圓直徑： d1=mZ1==33mm, d2=mZ2==99mm 齒頂圓直徑： da1=d1+2m=33+=36mm, da2=d2+2m=99+=102mm 齒寬： b= ψ dd1==, 取 b2=b1+(510)=2530mm,取 b1=30mm。 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 δ F=22KT1YFS/bmd1≤［ δ F］ 10 復(fù)合齒形系數(shù) Ys：由 x=0（標(biāo)準(zhǔn)齒輪）及 Z1 Z2查 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 圖 118得 YFS1=， YFS2= δ f1=2kT1YFS1/bmd1=()=＜［ δ F1］δ f2=δ f1YFS2/YFS1=()Mpa=＜［ δ F2］ 彎曲強(qiáng)度足夠。 確定齒輪傳動(dòng)精度 齒輪圓周速度 v=d1nπ /(60x1000)=(600x1000)=由 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 表 112確定第Ⅱ公差組為 8級(jí)。第Ⅰ、Ⅱ公差組也定為 8級(jí)，齒厚偏差選 HK 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 小齒輪 da1 =33mm 采用實(shí)心式齒輪 大齒輪 da2 =99mm 采用腹板式齒輪 電液脈沖馬達(dá)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 許多機(jī)械加工需要微量進(jìn)給。要實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給，步進(jìn)電機(jī)、直流伺服交流伺服電機(jī)都可作為驅(qū)動(dòng)元件。對(duì)于后兩者，必須使用精密的傳感器并構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給。在閉環(huán)系統(tǒng)中，廣泛采用電液 脈沖馬達(dá)作為執(zhí)行單元。這是因?yàn)殡娨好}沖馬達(dá)具有以下優(yōu)點(diǎn)： ● 直接采用數(shù)字量進(jìn)行控制 。 ● 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，啟動(dòng)、停止方便； ● 成本低； ● 無誤差積累； ● 定位準(zhǔn)確； ● 低頻率特性比較好； ● 調(diào)速范圍較寬； 采用電液脈沖馬達(dá)為驅(qū)動(dòng)單元，其機(jī)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，主要是變速齒輪副、滾珠絲杠副，以克服爬行和間隙等不足。通常步進(jìn)電機(jī)每加一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)過一個(gè)脈沖當(dāng)量；但由于其脈沖當(dāng)量一般較大，如 ，在數(shù)控系統(tǒng)中為了保證加工精度，廣泛采用電液脈沖馬達(dá)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)。 1）電液脈沖馬達(dá)電機(jī)的選擇 按照工作要求和條件選 Y系列一 般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電機(jī)。 11 2）選擇電液脈沖馬達(dá)的額定功率 馬達(dá)的額定功率應(yīng)等于或稍大于工作要求的功率。額定功率小于工作要求，則不能保證工作機(jī)器正常工作，或使馬達(dá)長(zhǎng)期過載、發(fā)熱大而過早損壞；額定功率過大，則馬達(dá)價(jià)格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪費(fèi)。 工作所需功率為： Pw=FwVw/1000η w KW Pw=Tnw/9950η w KW 式中 T=, nw=36r/min,電機(jī)工作效率 η w=，代入上式得 Pw=150 36/（ 9950 ） = KW 電機(jī)所需的輸出功率為： P0= Pw/η 式中：η為電機(jī)至工作臺(tái)主動(dòng)軸之間的總效率。 由 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 表 119查得：齒輪傳動(dòng)的效率為η w=；一對(duì)滾動(dòng)軸承的效率為η w=；蝸桿傳動(dòng)的效率為η w=。因此， η =η 1η 23η 3= = P0= Pw/η =一般電機(jī)的額定功率 Pm=()P0=()= KW 則由 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 表 161取電機(jī)額定功率為： Pm= KW。 確定 電機(jī)轉(zhuǎn)速 按 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 表 23推薦的各種機(jī)構(gòu)傳動(dòng)范圍為，?。? 齒輪傳動(dòng)比： 35， 蝸桿傳動(dòng)比： 1532， 則總的傳動(dòng)范圍為： i=i1 i2=3 155 32=45160 電機(jī)轉(zhuǎn)速的范圍為 N= i nw=(45160) 36=16205760 r/min 為降低電機(jī)的重量和價(jià)格，由 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 表 161中選取常用的同步轉(zhuǎn)速為 3000r/min的 Y系列電機(jī)，型號(hào)為 Y8012，其滿載轉(zhuǎn)速 nm=3000r/min,此外，電機(jī)的安裝和外形尺寸可查 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表 162。 蝸輪及 蝸桿的選用與校核 由于前述所選電機(jī)可知 T=， 傳動(dòng)比設(shè)定為 i=，效率η=， 工作日安排每年 300工作日計(jì)，壽命為 10年。 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 根據(jù) GB/T10085— 1988的推薦，采用漸開線蝸桿。 12 2. 4. 2 選擇材料 考慮 到蝸桿傳動(dòng)效率不大，速度只是中等，故蝸桿用 45號(hào)鋼；為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為 4555HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅 Zcusn10p1，金屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100制造。 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，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。傳動(dòng)中心距： ? ? 23 2 ()E HZZa kT ??? (32) （ 1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距 T2 按 Z1=2，估取效率η =，則 T2=T*η*i= (33) （ 2）確定載荷系數(shù) K 因工作載荷較穩(wěn)定，故