【正文】 本設計的加工流程是石球毛坯安裝于可旋轉的工作臺上，兩維方向的進給運動由橫梁的水平運動和沿立柱的垂直運動實現，可使安裝于橫梁上的鋸片完成球面的加工運動。 此次設計蝸輪蝸桿傳動為開式，不用熱平衡核算。 YB≤ [δF] 其中 ： δF為蝸輪齒根彎曲應力，單位為 Mpa； K 載荷系數， K=KAK BK V， KA 為使用系數； KB為齒向載荷分布系數，當蝸桿傳動在平穩(wěn)的載荷下工作時，載荷分布不均現象將由于工作表面良好的磨合而得到改善，此時可取 1； KV為動載系數，由于蝸桿傳動一般較平穩(wěn)，動載荷比齒輪傳動的小得多，故 KV可選值為 1。蝸輪齒根的彎曲應力滿足： δF=mdd 21 ?? ??179。 蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算 蝸輪輪齒因彎曲強度不足而失效的情況，多發(fā)生在蝸輪齒數較多或開式傳青島科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 45 動中。因此，蝸桿傳動的承載能力往往受到抗膠合能力的限制。因此，一般只對蝸輪輪齒進行承載能力的計算。 25 2542 3022 23 232930 121481442564721412079345圖 55蝸桿軸 Worm shaft 蝸桿傳動承載能力的的計算 和齒輪傳動一樣，蝸桿傳動的失效形式也有點蝕（齒面接觸疲勞破壞），齒根折斷，齒面膠合及過度磨損等。 =； 蝸輪齒厚 St： St 取值 8mm； 蝸桿節(jié)圓直徑 d1＇： d1＇ = m(q+2X2)= (+20)=； 蝸輪節(jié)圓直徑 d2＇： d2＇ = d2=； 小型石柱石球數控加工機機床部分的設計 44 蝸輪頂圓直徑 de2： de2≤ da2＋ 2m＝ ＋ 2＝ 取值 470mm； 蝸輪寬度 B： Be2≤ =。 確定蝸桿齒數： Z2=iZ1=1461=146 ⑥蝸桿傳動的標準中心距 a： 蝸桿傳動的標準中心距為： a=21（ d1+ d2） =21 （ q+ Z2） m=21（ + 219） = 圓柱蝸桿傳動的基本尺寸和參數 蝸輪軸向齒距 pa： pa=πm=＝ ； 蝸輪導程 pz： pz=πmZ1=1＝ ； 蝸桿分度圓直徑 d1： d1=mq==； 蝸桿齒頂圓直徑 da1： da1=d1+2ha1=d1+2ham＝ +21=； 蝸桿齒根圓直徑 df1 ： df1=d1 － 2hf1= d1 － 2（ h*am+c ） =d1 － 2（ h*am+mc*） =－ 2（ 1+） =； 頂隙： c= mc*==； 蝸桿齒寬 b1： b1≥（ 11+Z2） =（ 11+146） = 80mm； 變位系數 X2： X2= 21 ?? ????m dd－ ； 蝸輪齒頂高 ha2： ha2=m（ h*a+ X2） =（ 1+0） =； 蝸輪喉圓直徑 da2： da2=d2+2ha2=+=； 蝸輪齒根高 hf2： h=m（ h*a－ X2+ c*） = （ 1－ 0+） =； 蝸輪齒根圓直徑 df2： df2= d－ 2hf2=－ 2＝ ； 蝸輪咽喉母圓半徑 rg2： rg2=a－ 21 d a2=－ 21 =； 蝸輪齒寬 b2： b2選取 20mm； 蝸輪齒寬角 θ： θ=2arcsin（12db ） =2arcsin（12db ） =176。 ⑤蝸桿齒數 Z2： 蝸輪齒數主要根據傳動比來確定。單頭蝸桿效率低，但是傳動比相對大，因此，我們選用單頭蝸桿。 d1 和 q 已有了標準值，選取d1=， q=。 ②蝸桿分度圓直徑 d1： 在蝸桿傳動中，為了保證蝸桿與配對蝸桿的正確嚙合，常用與蝸桿具有同樣尺寸的蝸輪滾刀來加工與其 配對的蝸輪。 選擇材料：此次設計中，蝸桿采用 45 鋼，調質處理，其硬度為 220～ 300HBS，由于傳動速度很慢，則蝸輪材料用鋁青銅，砂模鑄造， [δF]=80 Mpa。故在設計蝸桿傳動時，均取中間平面上的參數（如模數，壓力角等）和尺寸（如齒頂圓，分度圓等）為基準，并沿用齒輪傳動的計算關系。 10=80mm ??? a2d2a2 2hdd 450+= 輪槽角α 取 38176。 f2=（ 51）179。 圖 54 從 動 輪 Drived wheel bd2=10mm； ha2=； hf2=； e2=15mm； f2= 10mm B2=(Z－ 1)179。 =； 輪槽角α取值： 38176。 10=80mm； 青島科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 41 da1=dd1+2179。 f 1=（ 5－ 1）179。 圖 53 主動 輪 Driving wheel bd1=； ha1= mm； hf1= mm； e1=15 mm； f1=10mm (表 12110) [21] B1=（ Z－ 1）179。 主動輪 的設計 由于小帶輪直徑較小，所以，采用實心式結構，材料選用 HT150。 179。 sin21α =2179。 Z179。如果不考慮帶的兩邊的拉力差，則壓軸力可以近似的按代的兩邊的預緊力 Fo 的合力來計算。 ⑥ 確定帶的根數 Z： 10 )( KKPPPZaca ????? 其中： Po— 單根帶的基本額定功率取值： ； ΔP— 計入傳動比的影響時，單根帶額定功率的增量取值： kW； Ka— 考慮包角不同使得影響系數取值： ； Kl— 考慮帶的長度不同時的影響系數取值： ； 則： Z= 9 ).0(0 .4 2 ???= 所以選定 Z=5 根 確定 Z=5 根；小于 10 根，可以使得 V 帶受力相對均勻，所以所選帶參數合理。 1800=417mm amax=a+=444+179。 根據帶傳動的幾何關系，按下式計算所需帶的基準長度 L`d， 0212120 4 )()(22 aDDDDaL ddddd、 ???????? ? 4004 )75450()75450( 2? ??????? = 根據計算 L`d，選取和 L`d 相近的 V帶基準長度 Ld Ld=1800mm。 75=450mm 按 V帶輪的基準直徑系列表 8— 7[24]， Dd2取值 450mm。 ②驗算帶速 V： smnDv d /1 0 0060 111 ?? ??????＜ 30m/s 所以 ,可以 ③計算從動輪的基準直徑 Dd2： Dd2=i179。 = ㈡ 選帶型： 根據計算功率 Pca= 及小帶輪轉速 n=710m/min，選 A 型帶。即 Pca=Ka178。此設計計算可以參考前面主軸上帶傳動的設計。 帶傳動的設計 由于帶傳動的主要失效形式即為打滑和疲勞破壞。 Po Po=， So 取 3 ， Co*=3 179。 ②推力求軸承的校核： 由于小車載著石球荒料，其轉速很慢，在這些情況下，如果滾動接觸面上的接觸應力過大，將產生永久性的過大的凹坑（即材料表面發(fā)生了不允許的永久變形）才是軸承的失效形式。 ①由于此軸為傳動軸，只受扭矩作用，則 22 )(4 δ τα ????ca? （其中τ=WT ） 青島科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 37 22 )(4 δ τα ????ca? = 22 )w2 7801833.(040 ????? = 2)w2 7 8 01 8 33.(04 ???? =2.9MPa＜ [δ1]=275MPa 石球重量通過小車直接傳到地面，軸并不承受載荷，因此不用對此軸進行校核。 3 33600 0 0 3 1010301 8 3 ? ?????= 小型石柱石球數控加工機機床部分的設計 36 d 1d 2d 3d 4d 5L1L2L3L4L5 圖 52主軸 Axis 選用一個推力球軸承 ， 支承被加工石料 ， 所以應選用承載能力大的 ， 選取型號為 ： 51420 GB/T30195 基本尺寸 ： d=100mm T=85mm， D=210mm，Cr=400kN， C0a=1080kN， 因此 ， 取 d1=100mm， L1應小于 85mm， 取 L1=80mm，取 d2=150mm， L2=50mm， d3=130mm， L3=50mm。 Ao=3nvF?179。選取該軸材料為 45 鋼，經過調質處理。 =。 179。 103kg/m3， 則 ： G=m179。 = 一般石料密度在 ～ 179。 179。 +16179。 21 179。 179。 (4)蝸輪蝸桿減速傳動：蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動機構，當使用單頭蝸桿（相當于單線 螺紋）時，蝸桿旋轉一周，蝸輪只轉過一個齒距，因而能實現大的傳動比，在動力傳動中，一般傳動比為 i=5～80，在分度機構或手動機構的傳動中，傳動比可達 300，若只傳遞運動，傳動比可以達到 1000，由于傳動比大，零件數目又少，因而結構很緊湊。 (2)根據文獻《機械設計手冊》所顯示常用傳動機構的性能及適用范圍，其中我們選帶傳動傳動比 為 i 帶 =6 (3)對于減速器：由于現在國內有許多家單位所生產的產品已經很成熟，基本型號已經趨于系列化，價格也相對便宜，可以直接選用標準件，由《機械設計手冊》，查到可以選用的減速器型號為 ZLY 型外嚙合漸開線斜齒輪圓柱減速器，可以用于冶金，礦山，起重運輸，水泥，建筑等行業(yè)，減速器高速不大于青島科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 35 1500r/min。因此，變頻器降低 4 倍速度。近年來國內外許多廠家的變頻器已經很成熟。 由于工作中所加工的石球或石柱尺寸不定，（ 500～ 1500mm 之間），因此，該載球小車的實際工作轉速也應該隨之而變化，其由電動機到載球小車之間的傳動比范圍為 3340～ 34705 之間，并用調速裝置。 載球小車傳動部分的設計計算 （ 1）當加工直徑為最大時 已知金剛石圓鋸片鋸切深度與轉速關系：切深為 5mm，進給速度是1800mm/min[24]，切深和進給速度成反比關系， 此時 ,加工半徑為 780mm，最大切深是 ，則金剛石鋸片進給速度小型石柱石球數控加工機機床部分的設計 34 v=?=87mm/min=，鋸片的進給速度即是石料在切割點的線速度，切割點的半徑 r==， 由 srrvn /0 0 03 7 0 0 14 ????? ?，則傳動比 34705 ??i，這個傳動比即是最大的傳動比。 η 承 =179。 179。 179。η 蝸 179。η 減 179。 當切割石料體積最大時，最大切深是 ，則金剛石鋸片進給速度v= ? =87mm/min=，鋸片的進給速度即是石料在切割點的線速度，切割點的半徑 r==。但同時石球重量很大，其所受的重力應該直接傳到地面上，而傳動裝置進傳遞轉動，不承受重力，同時要求石球相對轉速很低。具體的結 構如圖 43 所示 。由于十字滑塊偏心回轉會產生離心力，滑塊滑動為往復運動，所以不宜用于高速場合。聯軸器工作時，十字滑塊隨兩軸轉動，同時又相對于兩軸移動以補償兩軸的徑向位移。 十字滑塊聯軸器可補償軸線高度 Y 方向和角度的誤差，它 由兩個半聯軸器與十字滑塊組成。同時，橫梁及主軸箱由橫梁導架通過另一步進電機帶動滾珠絲杠實現上下移動。 =250mm/min。 1=3000r/min, 已知電動機轉動 圈的時間里，絲杠移動距離為 ，已知轉速為3000r/min，則絲杠的移動速度為 v=3000179。 60247。 T360 179。 步進電機轉速 = 頻率179。的電機轉 圈的同時，絲杠也是轉過 圈，而絲杠螺距為 12mm，所以他所能達到的精度為 ，由于設計標準是 ，所以符合設計要求。所以它的精度要求為 與 360176。cm 48 Kg 表 41 步進電機參數 Stepper motor parameters 型號 步距角 相數 電壓 電流 電感 靜轉矩 轉動慣量 運行頻率 130BYG2502 176。 青島科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 29 2900 圖 42立柱 Frame 絲杠及步進電機的選擇 對于兩個滾珠絲杠的選擇，根據經驗及實際應用，選擇 濟寧博特精密絲杠制造有限公司生產的型號為 ： CDM40055 型，公稱直徑為 40mm， 螺距為 12mm。 橫向進給系統(tǒng)的設計 縱向進給系統(tǒng)的設計主要是橫梁的設計， 考慮到橫向進給長度為 1500mm，設計 橫梁總長為 2021mm，在橫梁的左端有一個沿橫梁圓柱表面的突起，這樣做的目的是為了固定與步進電動機相連的絲杠的另外一端，并且在橫梁上開了一個鍵槽，以 使得 橫梁的 橫 向進給運動，具體尺寸如圖 41 所示 。 機頭的結構設計 考慮采用 圖 310 結構 ： 青島科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 27 87654321???? 圖 310電機及傳動主軸 1鋸片 2墊片 3槽鋼 4角接觸球軸承 5鍵 6主軸 7橫梁 8絲杠 Electric motor and Transmission axis 1swa bit 2filler piece 3box iron 4angular contact ball bearing 5key 6shaft 7