【正文】 現(xiàn)將計(jì)算出的截面處的 HM VM 及 M 值列于下表 ，如表 31 所示； 表 31 蝸桿 軸危險(xiǎn)截面應(yīng)力 35 載荷 水平面 H 垂直面 V 力 F NFNF NHNH 4 0, 0 5 21 ?? NFNF NVNV 5 2, 8 6 21 ?? 彎矩 M ?? NM H ?? NM V 總彎矩 322 ???? NMMMVH 扭矩 T mm5736 ?? NT 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面 A）的強(qiáng)度。 32 F aF tF rF tF r21）為了滿足最小直徑要求 mm30d 21 ?? mmd cb 30?? mml 6321 ?? mml cb 32?? 2）為了滿足 軸承 的裝配要求 mm40d 76 ?? mmd 3598 ?? mml 8276 ?? mml 3098 ?? 3) 為了滿足渦輪蝸桿的裝配要求 mmd 4043 ?? mml 7243 ?? （ 3） 確定 軸上的圓角和倒角尺寸 軸端倒角為 45? ，各軸肩處的圓角半徑為 R2 （ 4）求軸上的載荷 對(duì)軸受力分析，受力圖如圖所示： 33 圖 38 蝸桿軸受力分析 受力為： NTF 109 0420 3221a ????? NdTF t 33035573622 131 ???? NFF tr 3 97tan21 ?? ? 如前所算： NFt ? NFr ? 根據(jù)計(jì)算做出軸的彎矩圖和扭矩圖為： 34 F aF tF rF tF r2F HN1 F HN2F t1F t2M HF NV1 F NV2F r1F a1FNV139。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 31 因已知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為 mmd 992 ? 故 NdTF t 622 23 ???? NFa 0? NFF ntr an ?? ? 初步確定軸的最小直徑。 軸的 設(shè)計(jì)與 校 核 計(jì)算 求輸出軸上的功率 3P 、轉(zhuǎn)速 3n 和轉(zhuǎn)矩 3T 。 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計(jì)的 蝸桿傳動(dòng)是分度傳動(dòng)，從 GB/T 10089— 1988圓柱蝸桿蝸輪精度中選擇 7級(jí)精度，側(cè)隙種類(lèi)為 f，標(biāo)注為 7f GB/T 10089— 1988。 當(dāng)量齒數(shù) ?322 cosZZV ? 30 2 2)138111( c o s 1 2 0 3 ?????? 根據(jù) 22 ?? VZ， ,從圖 1119中查得 ?FY 。 蝸桿與 蝸輪 的主要尺寸與參數(shù) （ 1） 蝸桿 軸向齒距 ???? ??P 直徑系數(shù) ??? mdq 齒頂圓直徑 mmmhdd aa ??????? ? 齒根圓直徑 )(211 cmhdd af ??? ? )(235 ??????? 分度圓導(dǎo)程角 39。[ ] 268H MPa? ? 。 （ 4）確定接觸系數(shù) Z? 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 1d 和傳動(dòng)中心距 a 的比值 ? ，從 [1]圖 1118 28 中可查得 ??Z 。 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(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)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，由文獻(xiàn) [1， 254~254]式（ 1112），傳動(dòng)中心距 27 23 2 ()[]EPHZZa KT ?? 式中 T2—— 蝸輪轉(zhuǎn)矩； k —— 使用系數(shù)； ZE—— 彈性系數(shù)； Zρ —— 接觸系數(shù)； [ H? ]—— 許用應(yīng)力。蝸桿用鑄錫磷青銅 ZcuSn10P1,金屬模鑄造。 如下圖所示 ： 圖 35 小齒輪 26 大齒輪采用腹板式齒輪 ，如下圖所示： 圖 36 大齒輪 蝸輪及蝸桿的選用與校核 選擇蝸 桿傳動(dòng)類(lèi)型 根據(jù) GB/T100851988 的推薦，采用漸開(kāi)線蝸桿（ ZI） ,根據(jù)整體傳動(dòng)比需要設(shè)計(jì)比較大，蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比也需比較大，而且工作臺(tái)的在工作中需要有自鎖功能，蝸桿采用單頭蝸桿；為了工作臺(tái)在工作中需要受力平衡與工作平穩(wěn)，蝸桿的旋向采用右旋。 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 由文獻(xiàn) [1， 196~197]表 104 用插值法查的 7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱(chēng)布置時(shí) ， ??HK ； 由 ?hb , ??HK 由文獻(xiàn) [1， 210~210]查圖 1013得 ??FK 故載荷系數(shù) ?????? ?? HHVA KKKKK 6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由文獻(xiàn) [1,204~204]式（ 1010a）得 mmKKddtt 3311 ???? 7）計(jì)算模數(shù) m ??? zdm 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由文獻(xiàn) [1， 201~201]式（ 105）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 a13 212 ()[]Fa SdFYYKTm Z??? 式中 K —— 載荷系數(shù)； 1T —— 小齒輪轉(zhuǎn)矩； d? —— 齒寬系數(shù)； 1Z —— 小齒輪齒數(shù)； FaY —— 齒形系數(shù)； 24 aYs —— 應(yīng)力修正系數(shù)； ? ?F? —— 彎曲疲勞許用應(yīng)力 。 直齒輪 1HFKK????。 1） 試選載荷系數(shù) ? ； 2） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 1151 n pT ?? = m?N 3） 由文獻(xiàn) [1,205~205]表 107，齒寬系數(shù) 1d?? 4） 由文獻(xiàn) [1,201~201]表 106查的材料的彈性影響系數(shù) MP? 22 5） 由文獻(xiàn) [1,209~209]圖 1021d 按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限lim 1 600H MPa? ? ；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度 lim 2 550H MPa? ? ； 6） 由文獻(xiàn) [1， 206~206]]式 1013 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 9h11 0 0 060jn60 ?????????? ）（LN 912 103 0 ??? NN 7) 由文獻(xiàn) [1， 206~206]圖 1019取接觸疲勞壽命系數(shù) 120. 90 。 圖 34 一級(jí)齒輪 傳動(dòng) 選擇齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型與材料 1） 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)； 2） 選用 7 級(jí)精度； 3） 選擇小齒輪材料為 40Gr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS,大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)）； 4） 選小齒輪齒數(shù) Z1=22，大齒輪齒數(shù)取 Z2=66 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 2131 12 .3 2 ( )[]EtHK T Zud du???? 式中 d1t—— 小齒輪 分度圓 直徑； K —— 載荷系數(shù) T1—— 小齒輪轉(zhuǎn)矩； [σ H]—— 許用接觸應(yīng)力； d? —— 齒寬系數(shù)； u—— 齒數(shù)比； ZE—— 彈性系數(shù) 。 確定電機(jī)轉(zhuǎn)速 為降低電機(jī)的重量和價(jià)格，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 mn =3000r/min。 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=。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(guò)載、發(fā)熱大而過(guò)早損壞；額定功率過(guò)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)。 電液脈沖馬達(dá)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 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)。要同時(shí)達(dá)到這幾方面的要求比較困難，因 20 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。 圖 33 工作臺(tái)箱體圖 2 傳動(dòng)比的確定 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(wèn)題。 19 圖 32 工作臺(tái)箱體圖 1 數(shù)控回轉(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)。 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) 寬 高 555mm 720mm 160mm 工作臺(tái)右端蓋部分尺寸：長(zhǎng) 寬 高 240mm 50mm 160mm 圖 31 工作臺(tái)尺寸 數(shù)控 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，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。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。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。 機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 綜合以上分析 機(jī)械部分的總體設(shè)計(jì) 原理圖 如下圖： 圖 27 總體設(shè)計(jì)原理圖 與之對(duì)應(yīng)的 工作臺(tái)實(shí)體參照為 ： 圖 28 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 18 第三章 各 零件的 設(shè)計(jì) 分析計(jì)算 工作臺(tái)箱體設(shè)計(jì) 數(shù)控 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。但是可以獲得比開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo)。 17 閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開(kāi)環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜，相對(duì)成本也高，對(duì)使用環(huán)境要求嚴(yán)。所測(cè)量的結(jié)果經(jīng)反饋與指令值進(jìn)行比較，將兩者的差值放大和變換，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以給定的速度向著減少偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直到指令給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值為零。但該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試維修方便、工作可靠度高、成本價(jià)格低，易改裝成功等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度，齒輪等傳動(dòng)元件的精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。步進(jìn)電機(jī)只要改變指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量、速度和運(yùn)動(dòng)方向。 開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是不帶檢測(cè)反饋裝置，該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、電液 脈沖馬達(dá)等。 回轉(zhuǎn)臺(tái) 類(lèi)型 的選擇 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有兩種型式：開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。通常步進(jìn)電機(jī)每加一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)過(guò)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 15 度，廣泛采用電液脈沖馬達(dá)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)。缺點(diǎn)為：液壓系統(tǒng)需要供油，體積大，噪聲，漏油等。電液脈沖馬達(dá)廣泛應(yīng)用在自動(dòng)控制、同步控制和各種數(shù)控機(jī)床上。經(jīng)液壓隨動(dòng)閥和油馬達(dá)組成的伺服機(jī)構(gòu)做功率放大后，驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)或刀架，使之進(jìn)行精確定或作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 電液脈沖馬達(dá) ： 電液脈沖馬達(dá)由步進(jìn)電機(jī)和液壓伺服機(jī)構(gòu)（即扭矩放大器）所組成。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。 交流伺服電機(jī)也是無(wú)刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī) ，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長(zhǎng)壽命，可用于各種環(huán)境。 無(wú)刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定。 有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)環(huán)境有要求。 (8)控制性能： 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過(guò)沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。適用于有高速響應(yīng)要求的場(chǎng)合； (5)及時(shí)性：電機(jī)加減速的動(dòng)態(tài)相應(yīng)時(shí)間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)； (6)舒適性：發(fā)熱和噪音明顯降低。 伺服 電機(jī) 13 圖 23 伺服電機(jī) 伺服 電機(jī) 與 步進(jìn)電機(jī) 相比優(yōu)點(diǎn)： (1)精度：實(shí)現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進(jìn)電機(jī)失步的問(wèn) 題； (2)轉(zhuǎn)速：高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到 2020～ 3000 轉(zhuǎn)；在其額定轉(zhuǎn)速以?xún)?nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。 （ 15） 步進(jìn)電機(jī)存在振