【正文】 n1j kJkiiK 21 nVFnnTT j? 式中： iT 為轉(zhuǎn)動件所受力矩（ Nm） in , kn 轉(zhuǎn)動件的速度 )r/min( iF 為移動件所受力（ N） jV 移動件的速度 )m/min( iT 轉(zhuǎn)動件所受力矩為蝸桿磨擦力距，潤滑良好可忽略。 iF 移動件所受力，無切削力，可忽略。 故工作臺旋轉(zhuǎn)所克服的轉(zhuǎn)矩很小，但考慮到工件較大，故取電機轉(zhuǎn)矩 Nm5?T 。 確定蝸輪蝸桿的傳動比 蝸桿為 ? 工作臺為 00 002 ?? 則蝸輪蝸桿的傳動比為 83000 002 ?? 確定傳動比為 83I? 確定電機型號 由《數(shù)控機床設(shè)計實踐指南》 [7]表 F9（ P154）可以查得： 110BF003 型步進電動機。相數(shù)為三相，最大靜轉(zhuǎn)矩 ，最大 啟動頻率 1500Hz,最大 23 運行頻率 7000Hz。步距角 )(? 。外形尺寸：外徑 mm110? ，長度 mm160 軸徑 mm11? ，質(zhì)量 kg6?M 。 工作臺蝸輪蝸桿的設(shè)計計算 根據(jù)一般的龍門鉆床中回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)速為 r/min20?n 。蝸輪蝸桿傳動比 83?i ，由于傳動比過大，蝸桿頭數(shù)取 11?Z ，則蝸輪齒數(shù) 8312 ??? ZiZ 。蝸桿材料選為 40Cr,表面淬火，硬度 HRC50~45 ；蝸輪齒圈材料為 110PbZCuSn ，金屬模鑄造。 確定蝸輪蝸桿模數(shù) m 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計： ? ? 2H2 E212 )(9 ?Z ZKTdm ? 從《機械設(shè)計》 [12]表 78查得 ?K ； 由于 2n 較低，估計 m/s32 ?v ，取 ?K ； 因載荷平穩(wěn)，通過跑合可以改善偏載程度，取 1β?K ； 載荷系數(shù) ?? KKKK ； N .m 661 ???????? ?nPT N .m m6 4 6 4 1 5 1 9 8 012 ????? ?iTT 由表 77 查得 aE MP155?Z 將以上數(shù)值代入接觸強度設(shè)計公式，有： ? ? 32H2 E212 mm817 5)(9 ?? ?Z ZKTdm 按接觸強度要求， ?dm ，查表 71，選出 mm10?m ， mm1601 ?d ， 16?q ， ///35343??? 中心距： mm495)(22 ??? zqma mm83022 ?? mzd 由 于工作臺結(jié)構(gòu)要求，取中心距： mm650?a 24 檢驗初設(shè)參數(shù) 蝸輪圓周速度 2v m / 222 ?? ????? ndv ? 原估計 m/s32 ?v ，選 ?K 值，相符。 滑動速度 sv ： m / i n i n ///2s ????? ?vv 。 sv 較大，選用錫青銅為蝸輪材料合適。 蝸桿傳動效率 1)~( ?? ? 根據(jù) smv / ? ，查表 79，得 /V 170??? ， )ta n(tan V1 ??? ?? ?? ~)~( 1 ?? ?? ，初選 ?? 與之相符。 驗算齒根彎曲疲勞強度 ? ?F212βF a 22F ?? ?? zdm YYKT 蝸輪當(dāng)量齒數(shù) 83co s/ 32V2 ?? ?zz ，由圖 619 查得 83V2?z 時，齒形系數(shù) ?Y ； β ???? ?Y a2212 βF a 22F ??? ?????? zdm YYKT? ? ?FF ?? ? ，滿足彎曲強度。 蝸桿軸的剛度驗算 因為工作臺在回轉(zhuǎn)時不克服任何切削力，只克服極小的滾動摩擦與慣性力。因此可以忽略。 蝸桿蝸輪幾何尺寸計算 25 蝸桿軸向齒距 ???? mp ? 蝸桿軸向齒厚 2121 ax1 ???? Ps 蝸桿法向齒厚 o o s ///x1n1 ?????? ?ss 蝸桿齒頂圓直徑 mm180mm)1012160(22 a1a11a1 ????????? ? mhdhdd 1)( a ??h 蝸桿齒根圓直徑 )(22 a1f11f1 ?????????? ?? chdhdd )( ??c 蝸桿齒寬 21 ??????? zmb 取 mm2301 ?b 蝸輪喉圓直徑： mm850mm1028302 a22a2 ?????? hdd mm02 ?x 蝸輪齒根圓直徑： mm806mm)(2 f22f2 ??????? hdd 蝸輪咽喉母圓半徑： mm75mm)2850500(2a2g2 ????? dar 蝸輪齒寬 i n1602s i n12 ??? ?db 取 )100( ??? 選蝸輪輪齒端面為錐面結(jié)構(gòu)。 蝸輪輪緣寬度 i n)( i n)2( a1 ??????????? ? mmcdB ? 取 mm148?B 為切去頂圓齒尖，蝸輪頂圓直徑： ))50c os1(752850()2c os1(2 g2a2e2 ????????? ?rdd 為不損傷齒 2b ，蝸輪頂圓直徑： 26 2tan22 2g2a2e2 ??????? ??????????????????? ?brdd 取 mmde 9002 ? 注：為了消除蝸輪副的傳動隙，采用雙螺距漸厚蝸桿，通過移動蝸 桿的軸向位置來調(diào)整間隙。蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。 由上面的數(shù)據(jù)可以得到蝸桿蝸輪參數(shù)見表 2： 表 2 蝸輪蝸桿各參數(shù) 名稱 符號 結(jié)論 )mm( 中心距 a 650 蝸桿頭數(shù) 1z 1 蝸輪齒數(shù) 2z 83 壓力角 ? ?20 模數(shù) m 10 傳動比 i 83 蝸桿直徑系數(shù) q 10 蝸桿軸向齒距 ap 蝸桿導(dǎo)程 zp 蝸桿分度圓直徑 1d 160 蝸桿齒頂圓直徑 a1d 180 蝸桿齒根圓直徑 f1d 136 頂隙 c 蝸桿齒頂高 a1h 10 27 蝸桿齒根高 f1h 12 蝸桿齒高 1h 22 蝸桿導(dǎo)程角 ? ///35343? 蝸桿齒寬 1b 230 蝸輪分度圓直徑 2d 830 蝸輪喉圓直徑 a2d 850 蝸輪齒根圓直徑 f2d 806 蝸輪齒頂高 a2h 20 蝸輪齒根高 f2h 24 蝸輪咽喉母圓半徑 g2r 75 蝸輪齒寬 2b 210 蝸桿軸向齒距 ap 蝸桿法向齒厚 n1s 蝸輪軸向齒厚 x1s 蝸桿傳動的效率和散熱計算 傳動效率： 嚙合效率 %83) a n( a n1 ??? ??? 攪油效率 ?? 軸承效率 ?? 所以 ????? ? 散熱計算：由《現(xiàn)代機床實用設(shè)計手冊》 [8]公式（ 3614）可得： 28 )W()(15)1(1s ?????? ?PP 自然冷卻 )W()W(750)2070()( 211 ???????? ttKAH 滿足要求。 工作臺彈簧的設(shè)計計算 設(shè)計彈簧時的方法很多，通常有三個方法。一是公式計算法；二是已知彈簧直徑時的設(shè)計方法；三是查表法。 因彈簧直徑已知，故采用第二種設(shè)計方法。 查表可知，確定彈簧中徑為 mm22?D 由公式： 322p8 KCDFA ?? ?? 式中 ： p? 為許用應(yīng)力； 2F 為最大工作負(fù)荷； D 為彈簧直徑。 最大工作負(fù)荷計算：因彈簧工作時只需克服活塞，少量油液，圓柱體，與托柱體的自重：則由公式 )Kg( ????? VVVVM ???? 所以： ( N ) ???? MgF 查表可知： MPa340p ?? 所以， 542221198 340 2 ????? ?A 查表對應(yīng) A 值的 C 值為 。所以 ??? CDd 。查表 mm3?d ， mm22?D 工作極限負(fù)荷 324＞ 116N。滿足要求。有效圈數(shù) n 的選取范圍為 ~ ，取 4?n 圈。 則最大心軸直徑 mm16max ?D ，最小套筒直徑 mm28min ?D 。 驗算彈簧剛度：由公式： 34 ?? nDGdk 。 故為保證彈簧彈開 116N 重量，應(yīng)使彈簧至少預(yù)先壓縮 mm7 。自由高度 0H 的選取范圍為mm125~25 取 mm450 ?H 彈簧壓縮狀態(tài)高度為 mm32 。足夠用。 工作臺滾動導(dǎo)軌設(shè)計計算 29 在機床設(shè)計中，導(dǎo)軌設(shè)計應(yīng)該滿足導(dǎo)軌的基本要求，即導(dǎo)向性 ，耐磨性，剛度，低速運動平穩(wěn)等要求。其按摩擦性質(zhì)分類可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。由于滾動導(dǎo)軌摩擦小，允許轉(zhuǎn)速高，壽命長，潤滑簡單，維護容易，故選用滾動導(dǎo)軌。而在導(dǎo)軌之間的滾動體又分為滾珠、滾針、滾柱三種。其材料一般為滾動軸承鋼，淬火后硬度可達到 60HRC 以上。由于本設(shè)計的工作臺為大型回轉(zhuǎn)工作臺，加工大型零件，為提高其承載能力，故選用滾動體為滾柱的導(dǎo)軌。 滾動體的尺寸要求及確定 滾動體的直徑越大，摩擦系數(shù)越小，故在結(jié)構(gòu)允許的情況下，盡量選用較大直徑的滾 動體，取 mm48?d ，由 于滾子長度增加，可提高剛度，但過長會使?jié)L子在長度上的壓力分布不均。 查《現(xiàn)代機床實用設(shè)計手冊》 [8]可知：選圓柱滾子的尺寸為： mm48?d ， mm48?l 。 滾動體數(shù)目確定 對于滾動導(dǎo)軌有公式： lGz 4? 式中 G 為導(dǎo)軌上的載荷； l 為滾子長度； z 為導(dǎo)軌上的滾動體數(shù)目。 導(dǎo)軌上載荷 估算： K g )(100 6 1 3 423 ???????? ?? VM 所以，載荷估算值為： )N(100 6 1 3 6 1 3 54 ?????G 則 553484 100613 5 ?? ??? lGz 取 550?z 保持架樣式 采用整體注射式保持架，它具有以下特點： a) 滾動體不會掉出，保管容易； b) 裝配使用方便； c) 摩擦小； d) 節(jié)約有色金屬，成本低。 30 總 結(jié) 這一次的畢業(yè)設(shè)計題目是龍門式數(shù)控鉆床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計的內(nèi)容主要包括工作臺的設(shè)計、機械部分的設(shè)計、橫梁滾珠絲杠的設(shè)計。 工作臺 的設(shè)計包括工作臺電機的選擇、工作臺的蝸輪蝸桿的設(shè)計計算、工作臺的滾動導(dǎo)軌設(shè)計計算。工作臺 的作用是按照控制裝置的信號或指令作回轉(zhuǎn)分度或連續(xù)回轉(zhuǎn)進給運動，以使數(shù)控機床能完成指定的加工工序。常用的回轉(zhuǎn)工作臺有分度工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。 本次設(shè)計采用的是數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，此工作臺采用了液壓裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖等一些功能。 機械部分的設(shè)計主要包括主傳動系的設(shè)計計算、主軸的設(shè)計計算、軸承的選擇和校核以及主軸上鍵的選擇和校核。主軸箱的作用主要是完成鉆床的變速功能，主軸箱中包含了三個軸，由于變速的范圍較大，所以對軸承的選擇有較 高的要求，轉(zhuǎn)速較高，從而產(chǎn)生的熱量也隨之增加，這樣對軸承的要求較高。 橫梁滾珠絲杠的設(shè)計包含了動載強度的計算、如何確定滾珠絲杠型號和幾何參數(shù)、傳動效率以及剛度的校驗。 此次設(shè)計的龍門式數(shù)控鉆床經(jīng)濟型性價比較高，各個部件的選擇也是標(biāo)準(zhǔn)件，材料的選擇也是在滿足要求后選擇的低價材料，為機床的總體性價提高了較多。 31 致 謝 此次設(shè)計的完成，是在我的指導(dǎo)老師杜華老師的指導(dǎo)下完成的，在每次遇到難的問題時，我都要前去請教杜老師，杜老師以她特有的教學(xué)氣質(zhì)來解答問題，杜老師曾經(jīng)教過我們機械 工程控制，為此，我對杜老師的印象非常的深刻，再次的感謝老師不耐煩的悉心教導(dǎo)，杜華老師的和藹可親讓我銘記心中，老師的幫助讓我少走了很多的彎路。 最后，感謝機電學(xué)院的老師們，沒有你們的栽培，我無法完成此次畢業(yè)設(shè)計，忠心的感謝你們，老師辛苦了！ 32 參考文獻 [1] 現(xiàn)代實用機床設(shè)計手冊編委會編 . 現(xiàn)代機床實用設(shè)計手冊下 . 北京 : 機械工業(yè)出版社 , 2021