【正文】 =F a1F r2M aM VT5736 圖 39 蝸桿軸的應(yīng)力分析圖 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 A 是軸的危險(xiǎn)截面。根據(jù)表 153，取 0 112A? ，于是得 3330min nPAd ? 3?? ? 取 mmd 30min ? 取軸的兩端直徑為 30mm。 KWPP ???? ? m in/1 0 0 033 0 0 013 rinn ??? mmNnPT ???? 3363 求作用在齒輪上的力。 螺旋系數(shù) ?? 1401 ??Y 1381111 ?? ?????? 許 用彎曲應(yīng)力 ? ? ? ? FNFF K??? ?? 從表 118 中 查得 由 ZcuSn10P1 制造 的 蝸 輪的 基 本 許用 彎 曲 應(yīng) 力? ? a56MPF ??? 壽命系數(shù) 109 76 ???FNK ? ? ? ? MPK FNFF ?????? ?? 1 8 2 035 2 3 MPF ????? ????? ? ? MPMP FF ???? ?? 故 彎曲強(qiáng)度是滿足的。 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) h21 jn60 LN ? ）（ 83 0 08211 2 03 0 0 060 ??????? ?? 壽命系數(shù) 803 108 77 ???HNK 則 ? ? ? ? MPK HHNH ?????? ?? （ 6）計(jì)算中心距 mma 3 ??????? ????? 根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，取中心距 mma 225? ，模數(shù) mmm ? ，蝸桿分度圓直徑 mm35d1 ? 。 (1)確定作用在蝸輪 上的轉(zhuǎn)矩 2T 取 11?Z ，估取效率 ?? ， 為了保證工作臺分度精度，將蝸桿傳動比設(shè)定在 120i12? 則 121162262 / iPPT ????? 121 i?T? ??? mN?? （ 2）確定載荷系數(shù) 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù) 1K?? ； 由文獻(xiàn) [1， 253~253]表 115選取使用系數(shù) ? ； 由于載荷系數(shù)不高，沖擊不大，可取動載荷系數(shù) ?? ； 則 K K K? ??? (3)確定彈性影響系數(shù) EZ 因選用的是鑄錫磷青銅渦輪和鋼蝸桿相配，故 12160EZ MPa? 。 選 擇材料 考慮到蝸桿傳動功率不大，速度只是中等，故蝸桿用 45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故 蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 4555HRC。 （ 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1）由文獻(xiàn) [1， 207~208]圖 1020 查得小 齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 1 500FE MPa? ? ；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 2 380FE MPa? ? 2）由文獻(xiàn) [1， 206~206]圖 1018，取彎曲疲勞壽命系數(shù) 1 ? 2 ? 3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) ? ,由式（ 1012）得 1112220 . 8 5 5 0 0[ ] 3 0 3 . 5 71 . 40 . 8 8 3 8 0[ ] 2 3 8 . 8 61 . 4F N F EFF N F EFK M P a M P aSK M P a M P aS?????? ? ??? ? ? 4）計(jì)算載荷系數(shù) K ?????? ?? FFVA KKKKK 5)查取齒形系數(shù) 由文獻(xiàn) [1， 200~200]表 105 查的 1 ? ?FY 6）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由文獻(xiàn) [1， 200~200]表 105 查得 1 ? ?SY 7） 計(jì)算大小齒輪的 Fa saYY?F[]并加以比較 ? ?? ? 222111??????FSaFaFSaFaYYYY?? （ 2）設(shè)計(jì)計(jì)算 2 3 ??? ????m 對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而 25 齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得到模數(shù) ,并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=,按接觸強(qiáng)度算的的分度圓直徑mmd ? ，算出小齒輪齒數(shù) ??? mdZ 取 221?Z ,大齒輪齒數(shù) 662232 ???Z 。 0. 95H N H NKK?? 8) 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，由式（ 1012）得 ? ?? ? 2l i m221l i m11MPSKMPSKHNHHNH???????????? （ 2）計(jì)算 1）試算小齒輪的分度圓直徑 1td ，代入 []H? 中較小的值 2131 12 .3 2 ( )[]EtHK T Zud du???? 8,189341 3 23 ???????????? 2）計(jì)算周轉(zhuǎn)速度 v smndv / 0 0 060 3 0 0 0 0 060 11 ?? ????? ?? 3）計(jì)算齒寬 b mmdb td ????? ? 4)計(jì)算齒寬與齒高之比 bh 模數(shù) ??? zdm tt 齒高 ???? tmh 23 ??hb 5） 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) smv /? 7 級精度，由文獻(xiàn) [1， 206~206]圖 108 查的動載荷系數(shù)?VK 。 齒輪傳動的設(shè)計(jì) 如圖 31所示，一級傳動為齒輪傳動，其中 1為小齒輪， 2 為大齒輪，傳動 21 比為 3。 工作所需功率為：ww 1000?WWVFP ? ww 9550n?wTP ? 式中 T=150 mN? , wn =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)至工作臺主動軸之間的總效率。 為了保證工作臺分度精度，傳動比需要很大，同時(shí)為了保證結(jié)構(gòu)尺寸，將蝸桿傳動比設(shè)定在 120，齒輪傳動比設(shè)定為 3，即傳動系統(tǒng)的總傳動比為 360。蝸桿箱體布置如圖 33所示。 數(shù)控 回轉(zhuǎn)工作臺主要 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。箱體還可以儲存潤滑劑，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動零件的潤滑。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難度在。 （ 2） 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺有轉(zhuǎn)動角度的測量元件（圓光柵）。這種系統(tǒng)不將所測得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環(huán)系統(tǒng)。 兩種型式各有特點(diǎn)： （ 1） 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)一樣，都可以用步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動。 圖 24 電液脈沖馬達(dá) 采用電液脈沖馬達(dá)為驅(qū)動單元，其機(jī)構(gòu)也比較簡單，主要是變速齒輪副、滾珠絲杠副，以克服爬行和間隙等不足。是當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)中特別是開環(huán)系統(tǒng)中比較理想的伺服元件。 免維護(hù)，性價(jià)比高。 但現(xiàn)在價(jià)格高。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。 避免了 力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象 。 (3)適應(yīng)性：抗過載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對有瞬間負(fù)載波動和要求快速起動的場合特別適用； (4)穩(wěn)定：低速運(yùn)行平穩(wěn)，低速運(yùn)行時(shí) 不會產(chǎn)生類似于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行現(xiàn)象。 （ 14） 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負(fù)載。 （ 12） 步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 (9)由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電動機(jī)的加減速方法根據(jù)利用狀態(tài)的不向而復(fù)雜化。在小步距情況下通常 可以在超低速下高轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行、通?？梢圆唤?jīng)減速器直接驅(qū)動負(fù)載。 (2) 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 35%，角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，沒有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性 ， 可以組成結(jié)構(gòu)較為簡單而 又具有 —定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可在要求更高招度時(shí)組成閑環(huán)控制系統(tǒng)。 4．效率低、制造成本較高 蝸桿傳動方面：齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大，故效率約為 ，具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為 。與其他傳動形式相比，傳動比相同時(shí)，機(jī)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。 而方案二雖然傳動 效率低，但以上三個(gè)功能全部都能完成自鎖。 3）外廓尺寸小， 結(jié)構(gòu)緊湊、效率高。 5)由于蝸桿傳動時(shí)，蝸桿和蝸輪輪齒間的運(yùn)動速度較大，摩擦也大，為了提高蝸輪副傳動的壽命，一般蝸桿采用鋼材制造，而蝸輪采用耐磨的材料如青銅等制造。 傳動方式特點(diǎn) 蝸桿傳動 特點(diǎn) ： 1)由于蝸桿相當(dāng)于一個(gè)螺桿，當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于摩擦角時(shí)，蝸桿傳動帶有自鎖性，這時(shí)渦輪副只能由蝸桿驅(qū)動渦輪，不能由渦輪驅(qū)動蝸桿。 合理的傳動方案主要滿足以下要求： （ 1） 機(jī)械的功能要求：應(yīng)滿足工作臺的功率、轉(zhuǎn)速和運(yùn)動形式的要求。 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 我 們的設(shè)計(jì)過程中，本著以下幾條設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： 1） 創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能 2） 分析原理和性能 3） 判別功能載荷及其意義 4） 預(yù)測意外載荷 5） 創(chuàng)造有利的載荷條件 6） 提高合理的應(yīng)力分布和剛度 7） 重量要適宜 8） 應(yīng)用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸 9） 根據(jù)性能組合選擇材料 10） 零件與整體零件之間精度的進(jìn)行選擇 11） 功能設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求 主要技術(shù)參數(shù) （ 1）最大回轉(zhuǎn)半徑： 500 mm （ 2） 回轉(zhuǎn)角度： 0～ 360176。畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是教學(xué)計(jì)劃中綜合性最強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對培養(yǎng)學(xué)生的思 想、工作作風(fēng)及實(shí)際能力、提高畢業(yè)生全面素質(zhì)具有很重要的意義。 等分回轉(zhuǎn)工作臺與擺頭是多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)的采用高精度蝸桿蝸輪等傳動的轉(zhuǎn)臺與擺頭不僅制造難度大、成本高，而且難以達(dá)到高速加工所需的速度和精度。搖臂鉆床用來調(diào)整軸承的預(yù)緊力，可以消除回轉(zhuǎn)軸的徑向間隙。因此，對開環(huán) 7 數(shù)控轉(zhuǎn)臺的傳動精度要求高比較、傳動間隙還盡量要小。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 的工作原理 為了擴(kuò)大工藝范圍，提高生產(chǎn)率， 數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺 除具有沿 X、 r、 z三個(gè)坐標(biāo)軸的直線進(jìn)給運(yùn)動功能外，搖臂鉆床往往還具有繞 X、 r、 Z坐標(biāo)軸的圓周進(jìn)給運(yùn)動。轉(zhuǎn)臺按功能的不同可分為通用轉(zhuǎn)臺和精密轉(zhuǎn)臺兩類。而且回轉(zhuǎn)工作臺的導(dǎo)軌面由大型滾動軸承支承，并由圓錐滾柱軸承及雙列向心圓柱滾子軸承保持準(zhǔn)確的回轉(zhuǎn)中心。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用工作臺幾乎一樣，但它的驅(qū)動是伺服系統(tǒng)的驅(qū)動方式。 (3)可充分利用現(xiàn)有的條件 可以充分利用現(xiàn)有地基，不必像購入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基。但是受到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，不宜做突破性的改造。特 別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯。 3） 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要 修配 。 1） 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。 （ 1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息，并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。 PC 機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。 還要指出的是，雖然國外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（即 CNC）了，而我國仍習(xí)慣稱數(shù)控（ NC）。 到了 1990 年， PC機(jī)（個(gè)人計(jì)算機(jī)，國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng)，控制一臺機(jī)床能力有富裕（故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺機(jī)床， 稱之為群控），不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。 2） 計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC）階段（ 1970 年～現(xiàn)在） 到 1970 年，通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。近半個(gè)世紀(jì)以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩 個(gè)階段和六代的發(fā)展。 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史 1946 年誕生了世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)，這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動的工具。 隨著數(shù)控功能部件的發(fā)展， 精密回轉(zhuǎn) 工作臺 對功能部件的依賴性越來越大。 數(shù)控轉(zhuǎn)臺的市場分析 隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，加工中 心將會越來越多地被要求配備第四軸或第五軸，以擴(kuò)大加工范圍。因此我國與國外相比，還是有一定的差距，因此我們要借助時(shí)代的步伐，與時(shí)俱進(jìn)，開拓創(chuàng)新，使我國成為具有領(lǐng)先技術(shù)的綜合性強(qiáng)國。例如：我國生產(chǎn)機(jī)床工作臺的公司之一的煙臺恒力數(shù)控機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的 HLTK14 系列數(shù)控可傾回轉(zhuǎn)工作臺 (如下圖所示 )， 它可以實(shí)現(xiàn)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心機(jī)床上，可利用