【正文】 機(jī)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)。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。 工作臺的設(shè)計包括工作臺電機(jī)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。 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(diǎn) ： a) 滾動體不會掉出，保管容易； b) 裝配使用方便； c) 摩擦??； d) 節(jié)約有色金屬，成本低。 查《現(xiàn)代機(jī)床實(shí)用設(shè)計手冊》 [8]可知：選圓柱滾子的尺寸為： mm48?d ， mm48?l 。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。而在導(dǎo)軌之間的滾動體又分為滾珠、滾針、滾柱三種。其按摩擦性質(zhì)分類可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。足夠用。 故為保證彈簧彈開 116N 重量，應(yīng)使彈簧至少預(yù)先壓縮 mm7 。 則最大心軸直徑 mm16max ?D ，最小套筒直徑 mm28min ?D 。滿足要求。所以 ??? CDd 。 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。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。 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(jī)床實(shí)用設(shè)計手冊》 [8]公式（ 3614）可得： 28 )W()(15)1(1s ?????? ?PP 自然冷卻 )W()W(7 5 0)2070()( 211 ???????? ttKAH 滿足要求。 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。因此可以忽略。 驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)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(qiáng)度。 sv 較大，選用錫青銅為蝸輪材料合適。 確定蝸輪蝸桿模數(shù) m 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計： ? ? 2H2 E212 )(9 ?Z ZKTdm ? 從《機(jī)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(qiáng)度設(shè)計公式，有： ? ? 32H2 E212 mm817 5)(9 ?? ?Z ZKTdm 按接觸強(qiáng)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(yàn)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。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 。外形尺寸：外徑 mm110? ，長度 mm160 軸徑 mm11? ，質(zhì)量 kg6?M 。相數(shù)為三相，最大靜轉(zhuǎn)矩 ，最大啟 動頻率 1500Hz,最大 23 運(yùn)行頻率 7000Hz。 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(jī)轉(zhuǎn)矩 Nm5?T 。 初取 ?? ? 等效力矩計算 由公式： ? ? ? ?? ???m1in1j 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。通常 ~jm ax ?MM 。步距角越小，數(shù)控機(jī)床的控制精度越高。但是實(shí)際的步距角與理論值有誤差。 初取 ?? 滿足加工要發(fā)求。 在步進(jìn)電機(jī)數(shù)控開環(huán)系統(tǒng)中的脈沖當(dāng)量一般取為 或 ? ，也有選用~ 或者 ?? ~ 。它決定了數(shù)控機(jī)床的加工精度和驅(qū)動系統(tǒng)的最高工作頻率。與蝸桿相連接的齒輪是靠楔形拉緊圓柱銷來聯(lián)接的，這種聯(lián)接方式可以消除軸與套的配合間隙。在彈簧的作用下，鋼球抬起，夾緊瓦松開蝸輪，然后由電液脈沖馬達(dá)通過傳動裝置，使蝸輪和回轉(zhuǎn)工作臺按照控制系統(tǒng)的指令作回轉(zhuǎn)運(yùn)動。工作臺面圓周方向分布八個夾緊液壓缸進(jìn)行夾緊。工作臺的運(yùn)動由電液脈沖馬達(dá)驅(qū)動，經(jīng)齒輪和帶動蝸桿，通過蝸輪使工作臺回轉(zhuǎn)。采用蝸輪 蝸桿傳動副的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，減速比大，可以提高電機(jī)扭矩，并且具有“自鎖”功能，可以在電機(jī)失電后保持工件的位置，因此，在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用。 耐磨條件校核 ? ?pkldTp ??? 3102 代入數(shù)值可得： ? ?a3 MP1503670)1032( ??????? ??? pp （說明：與鍵有相對滑動的被連接件表面經(jīng)過淬火處理） 21 五 工作臺設(shè)計與計算 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要有兩個功能：一是實(shí)現(xiàn)工作臺的進(jìn)給分度運(yùn)動，即在非切削時 裝有工件的工作臺在整個圓周進(jìn)行分度旋轉(zhuǎn)；二是實(shí)現(xiàn)工作臺圓周方向上的進(jìn)給運(yùn)動，即在運(yùn)動切削時，與 X， Y， Z 三個坐標(biāo)軸進(jìn)行聯(lián)動，加式復(fù)雜空間曲面。 擠壓強(qiáng)度校核 ? ?p3p 102 ?? ??? kldT 式中： hk ? 表示鍵與輪轂的接觸高度。 由于平鍵連接的可能失效形式有：較弱零件工作面被壓潰（靜連接）、磨損（動連接）、鍵的剪斷（一般極少出現(xiàn)）。取鍵為 A 型普通平鍵。 由于安裝鍵處的軸徑為 mm70?d 。鍵的截面尺寸（鍵寬 b 和鍵高 h ）按軸的直徑d 由標(biāo)準(zhǔn)中選定；鍵的長度 L 可根據(jù)輪轂的長度確定，可使鍵長等于或略短于輪 轂的寬度；導(dǎo)向平鍵應(yīng)按輪轂的長度及滑動距離而定。其余也可以按上述方法進(jìn)行校核。 r1s1 ???? FF r2s2 ???? FF 因?yàn)?s1As2 0 8 4 0N1 0 4 2 2 0 ????? FF 所以，軸承的軸向載荷為： ?F ?F 計算軸承的當(dāng)量載荷 1P 和 2P ，由于在該結(jié)構(gòu)中，用的是 3 個軸承支承則受力按均分計算，各力除以 3 得： 3/ ???? eFF eFF ??? 3/ 由表 97 可查得徑向動載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù) 對于軸承 1 ?X ?Y 對于軸承 2 12?X 02?Y 由于載荷平穩(wěn)，查《機(jī)械設(shè)計》 [12]表 98， ~ ?f ，取 ?f 則 N4830)3 ()( a11r11p1 ??????? FYFXfP N927)()( a22r22p2 ??????? FYFXfP 由于 21 PP? 按 1P 計算軸承應(yīng)具有的額定動載荷 /C 根據(jù)公式（ 95） 610h/εt/ 1060 nLfPC ? 由于機(jī)床在一般工作條件下工作，取 1t ?f ， 3?? 則 KNNC 272727110 240001256014830 63/ ????? 20 它比所選軸承的額定動載荷 KNC ? 小。軸向外載荷 N10420A ?F （《切削用量簡明手冊》 [10]表 219 查得） 試選角接觸球軸承 7211AC，查《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊》可知： ?C ， ?C 。在此不在展開。 只考慮彎矩作用的安全系數(shù)，由式（ 87）得： 275mσaσ 1σ ?????? ? ?? ?KS 只考慮轉(zhuǎn)矩作用的安全系數(shù)，由式（ 88）得： 155mτaτ 1τ ???????? ? ?? ?KS 同式（ 86）計算安全系數(shù)： 22τ2σ2τσca ?????? SS SSS 取 ? ? ~?S ? ? ?? SS ，所以截面安全。附圖 1a、附圖 2a 可以查得，有效應(yīng)力集中系數(shù)： ?k ?k 由 ab MP640?? ， mmd 55? ，按附表 5 查得尺寸系數(shù) ?? ?? 同軸精車加工， ab MP640?? 按附圖 8 查得表面質(zhì)量系數(shù) ?? 按《機(jī)械設(shè)計》 [12]書中公式（ 27a）和式（ 27b）計算可得綜合影響系數(shù)值為： σσ ????? ??k ττ ????? ??k 截面附近由于鍵槽引起的有效應(yīng)力集中系數(shù)是 ?k 和 ?k ，按附表 附表 4 查得： ?k ?k 故得綜合影響系數(shù)值為： σσ ???? ??kK ττ ????K 截面上由于齒輪輪轂與軸的過盈配合 67rH 產(chǎn)生的有效應(yīng)力集中系數(shù)與尺寸系數(shù)之比值由附圖 6b、附圖 7b 查得： 18 ??k ??k 故得綜合影響系數(shù)值為： σσ ??? ??kK ττ ??? ??kK 取上面綜合影響系數(shù) σK 、 τK 中的較大值，故取 ?K ， ?K 。所以按此處截面進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)計 算。當(dāng)在同一截面處有幾個應(yīng)力集中源時，取各源所引起的應(yīng)力集中的最大值。 計算軸上的外力： 齒輪的圓周力 ????? dTF 齒輪的徑向力： 0 220t a n1 1 0 6t a ntr ?????? ?FF 軸上的支反力： 水平面內(nèi)支反力： )( 32H13t LLFLF ???? N525143158 143110632 3tH1 ??????? LL LFF 1 0 5H1tH2 ????? FFF 垂直面內(nèi)的支反力： 3ra32V1 )( LFMLLF ????? 14340332 3rV1 ??????? LL LFF