【正文】 消耗少，起動(dòng)容易等。代入數(shù)據(jù)可以求出軸徑 d=，所以將軸 2 的最小軸徑取為 12mm，滿足使用要求。將 d=17mm 和其他物理量代入式 33 3310955 0d npWTT???? ? ???? ，滿足使用要求。n=30r/min 為軸的轉(zhuǎn)速。??? 為軸的許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力； TW 為該軸的抗 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 21 頁 截面模量，單位 mm3 ,對(duì)于圓截面軸 TW = 。 2）估算該軸的軸徑 根據(jù)軸 1的受力情況只受扭矩，我就按該軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算。軸肩主要用于定位角接觸球軸承和機(jī)械手在軸上的位置，軸頭的螺紋用來固定機(jī)械手。一般情況下，為了保證零件在軸 上具有固定的工作位置，需從軸向和周向加以固定。對(duì)于要求剛度大的軸，還應(yīng)在結(jié)構(gòu)上考慮減小軸的變形。 軸的結(jié)構(gòu)決定于受載情況、軸上零件的布置和固定方式、軸承的類型和尺寸、軸的毛坯、制造和裝配工藝及安裝、運(yùn)輸?shù)葪l件。為節(jié)約金屬和提高工藝性，直徑大的軸還可以制成空心的，并且?guī)в泻附拥幕蛘咤懺斓耐咕墶? 軸一般由軋制圓鋼或鍛件經(jīng)切削加工制造。對(duì)于受力較大，軸的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的軸，可采用合金鋼。 二、軸的常用材料 軸的材料種類很多，設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)對(duì)軸的強(qiáng)度、 剛度、耐磨性等要求，以及為實(shí)現(xiàn)這些要求而采用的熱處理方式，同時(shí)考慮制造工藝問題加以選用，力求經(jīng)濟(jì)合理。 設(shè)計(jì)軸時(shí)應(yīng)考慮多方面的因素和要求，其中主要問題是軸的選材、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和 剛度。 按結(jié)構(gòu)形狀分為：光軸、階梯軸、實(shí)心軸、空心軸等。所有軸上零件都圍繞軸心線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成了一個(gè)以軸為基準(zhǔn)的組合體 — 軸系部件。 軸是組成機(jī)械的一個(gè)重要零件。組成軸系的主要零件有軸、軸承、聯(lián)軸器等稱為軸系零件。 ?計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力 Z YYTbmK SalF alF 12 1111 2??= 28MP ＜ ? ?1?F，安全。 取實(shí)驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) YST =2。 查彎曲強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù) YN1 =。 由應(yīng) 力修正系數(shù)圖查得 YSa1 =。 查直齒輪齒間載荷分配系數(shù)表，得 k? =。 齒寬： b= da??==。初選 K=； 取齒寬系數(shù) ?a=； 由齒輪副材料查彈性系數(shù)表得彈性系數(shù) zE =； 傳動(dòng)比 i=1； 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH =. 7）按齒面接觸強(qiáng)度確定分度圓直徑： ? ?3 21112 ??????????? ??HHEdZZT iiKd ? 79mm。 取工作硬化系數(shù) zw =；潤滑系數(shù) zl =； 4）計(jì)算許用接觸應(yīng)力【 ?H 】： 按齒面強(qiáng)度 185HBS，由所選材料及熱處理方式查齒面接觸疲勞極限應(yīng)力 zHlim 圖，得 1HLim? =307MPa。但是齒輪 1比較薄，彎曲強(qiáng)度不如齒輪2高，所以齒輪 1的齒面硬度比齒輪 2高 30HBS。 圖 36 齒面塑性變形 四 選定齒輪 2類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1) 選擇齒輪材料和確定許用應(yīng)力 齒輪 1： 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理 ，齒面硬度 197~286HBS； 齒輪 2： 45 鋼，正火處理，齒面硬度 156~217HBS。在從動(dòng)輪 2齒面節(jié)線處出現(xiàn)凸棱， 主動(dòng)輪 1齒面節(jié)線處出現(xiàn)凹溝，從而破壞齒廓形狀，影響齒輪正常嚙合。采用 閉式傳動(dòng)，保持潤滑油的清潔，提高齒面硬度，減小齒面粗糙度，均可有效地減 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 16 頁 少齒面磨損。 圖 34 齒面膠合 齒面磨損：在載荷作用下，齒面會(huì)產(chǎn)生磨損，使齒側(cè)間隙增大，齒根厚度減小，從而產(chǎn)生沖擊和噪聲。為防止產(chǎn)生膠合現(xiàn)象，低速傳動(dòng)選用粘度大的潤滑油，高速傳動(dòng)選用含抗膠合劑的潤滑油。低速重載的齒輪，油膜遭破壞也發(fā)生膠合現(xiàn)象。 圖 33 齒面疲勞點(diǎn)蝕 齒面膠合：當(dāng)齒面所受的壓力很大且潤滑效果差，或壓力很大而速度很高時(shí)，由于發(fā)熱大，瞬時(shí)溫度高，相嚙合的齒面發(fā)生粘聯(lián)現(xiàn)象，此時(shí)兩齒面有相對(duì)滑動(dòng)，粘接的地方被撕裂。齒面硬度越高，抗點(diǎn)蝕能力越強(qiáng)。疲勞點(diǎn)蝕一般出現(xiàn)在齒根表面靠近節(jié)線處。 齒面疲勞點(diǎn)蝕：輪齒工作時(shí)，當(dāng)齒面接觸應(yīng)力超過材料的接觸疲勞極限時(shí)，在載荷的多次重復(fù)作用下，齒面的表層會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的疲勞裂 紋，裂紋的蔓延、擴(kuò)展，造成許多微粒從工作表面上脫落下來，在表面出現(xiàn)許多月牙形的淺坑，這使齒輪不能 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 15 頁 正常工作而失效。增大齒根處過渡圓角半徑，提高齒面加工精度，可以降低應(yīng)力集中。輪齒受到短時(shí)意外的嚴(yán)重過載或沖擊載荷作用也易造成突然折斷。 三 、 失效形式 輪齒折斷：當(dāng)彎曲應(yīng)力超過彎曲疲勞極限，輪齒重復(fù)受載后，齒根處就會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，并逐漸擴(kuò)展，致使輪齒折斷。因此，對(duì)齒輪材料性能的基本要求 為：齒面要硬，齒芯要韌。目前設(shè)計(jì)一般使用的齒輪傳動(dòng)時(shí)，通常按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩準(zhǔn)則進(jìn)行算。它與開式或半開式相比，潤滑及防護(hù)等條件最好，多用于重要的場合。它的工作條件雖有改善，但仍不能做到防止外界雜物侵入，潤滑條件也不算最好。這種傳動(dòng)外界雜物極易侵入，而且潤滑不良，因此工作條件不好，輪齒也極易磨損，故只宜用于低速傳動(dòng)。 齒輪傳動(dòng)可做成開式、半開式及閉式。齒輪傳動(dòng)獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于這一特點(diǎn)。這對(duì)車輛及礦井內(nèi)工作 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 14 頁 的機(jī)器尤為重要。 ②結(jié)構(gòu)緊湊 在相同的使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需的空間尺寸一般較小。如一級(jí)圓柱齒輪的效率可達(dá) 99%。 齒形標(biāo)準(zhǔn)：（摘自 JB10060， JB30462） 齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率近十萬千瓦，圓周速度可達(dá) 200m/s。 用與交錯(cuò)軸 傳動(dòng)的有：螺旋齒輪、蝸輪蝸桿和軸線偏置的錐齒輪（雙曲線齒輪）這些齒輪又稱空間齒輪。 用與平行軸傳動(dòng)的有：直齒、斜齒、圓柱齒輪、直齒、斜齒內(nèi)齒輪、直齒、斜齒緣，這些齒輪有稱為平面齒輪。實(shí)際傳動(dòng)比為 i=1,所以根據(jù)： dtdJTTL ??? （ 31） T= ?? JiTg ?? （ 32） 將數(shù)據(jù)代入式 32 可以求出 T= MN? 。當(dāng)機(jī)械手夾持刀具后。軸 1 的質(zhì)量 m=，所以 1J =。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)由機(jī)械手、軸、齒輪組成，可以分開來求各旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J. 齒輪 4 的 質(zhì) 量 m= ，所以4J = =。 根據(jù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的牛頓第二定律： dtdJTTL ???，其中 T 為電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，LT 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，其單位都是 MN? ， J為旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， ? 為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的角速度。這里我們要求機(jī)械手 n=30r/時(shí)間為 1s，代入數(shù)值 30n??? =*30/30=(rad/s)。所以我們可以通過剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)來求機(jī)械手由靜止到運(yùn)動(dòng)這段過程中的加速度。齒輪 1 通過彈性擋圈固定在軸 1 上，軸頭通過螺栓連接機(jī)械手，一旦電機(jī)通電并控制其轉(zhuǎn)速就能帶動(dòng)軸 2 旋轉(zhuǎn)，就能實(shí)現(xiàn)機(jī)械手 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。帶 V 形槽圓柱右端，按所裝刀具（例如鉆頭、銑刀、鉸刀及鏜桿等）不同，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可設(shè)計(jì)成不同形式。 在 這里，我們采用第一種夾持方式，刀柄型號(hào)為 BT40,錐度為 7： 24。 這種夾持方式，在刀具夾頭的前端，有供機(jī)械手用的發(fā)蘭盤。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 9 頁 刀具的夾持及刀柄 在刀具自動(dòng)交換裝置上，機(jī)械手抓刀具的方法大體上可以分為下列兩類： (1)柄式夾持（軸向夾持）。手爪的結(jié)構(gòu)簡單，鎖刀驅(qū)動(dòng)裝置簡，而且能滿足工作要求。用這種形式的夾持機(jī)構(gòu)時(shí)，刀具需經(jīng)特殊補(bǔ)充加工，不能使用標(biāo)準(zhǔn)刀具，所以 使用者較少。 虎鉗形指。這種機(jī)械手手爪的張合需要?jiǎng)恿鬟f裝置，傳動(dòng)較復(fù)雜，但手爪的結(jié)構(gòu)可較簡單。但在機(jī)械手有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為避免刀具甩脫，手爪就必須有自鎖夾持機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。整個(gè)機(jī)械手可沿導(dǎo)軌或絲杠作直線移動(dòng)或繞某個(gè)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)刀庫與主軸之間的運(yùn)送刀具工作。兩個(gè)手臂分別稱作裝刀手和卸刀手。 圖 23 雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 這種機(jī)械手在有的設(shè)計(jì)中還采用了可伸縮的臂，如圖 24 所示： 圖 24 雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 7 頁 ⑷雙機(jī)械手 這種機(jī)械手相當(dāng)與兩個(gè)單臂單爪機(jī)械手，相互配合起來進(jìn)行自動(dòng)換刀。 ⑶雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手（俗稱扁擔(dān)式） 這種機(jī)械手的兩臂各有一個(gè)卡爪，可同時(shí)抓取刀庫及主軸上的刀具，在回轉(zhuǎn)180176。常見的機(jī)械手有： ⑴單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 機(jī)械 手?jǐn)[動(dòng)的軸線與刀具主軸平行，機(jī)械手的手臂可以回轉(zhuǎn)不同的角度來進(jìn)行自動(dòng)換刀，換刀具的所花費(fèi)的時(shí)間長，用于刀庫換刀位置的刀座的軸線相平行的場合。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 5 頁 機(jī)械手種類簡介 加工中心換刀機(jī)械手的種類繁多，可以說每個(gè)廠家都推出自己的獨(dú)特的換刀機(jī)械手，在加工中心的自動(dòng)換刀系統(tǒng)中，是機(jī)械手具體執(zhí)行刀具的自動(dòng)更換，對(duì)其要求是迅速可靠、準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。 無機(jī)械手換刀方式中特別需要注意的是刀庫轉(zhuǎn)位定位的準(zhǔn)確度。 加工中心的自動(dòng)換刀裝置，通常是由刀庫和機(jī)械手組成，它是加工中心的象征，又是加工中心成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。直線排列式刀庫可設(shè)在工作臺(tái)上方，也可設(shè)在工 作臺(tái)的一端或兩端，由主軸箱或工作臺(tái)配合運(yùn)動(dòng)完成自動(dòng)換刀動(dòng)作。無機(jī)械手換刀方式中特別需要注意的是刀庫轉(zhuǎn)位定位的準(zhǔn)確度，為保證轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確，就要盡力消除刀庫驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)鏈的間隙，為此可采用雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪副，或采用可以相互錯(cuò)位的兩片齒輪結(jié)構(gòu)形式，或采用插銷定位、反靠定位等方法來準(zhǔn)確定位。因此， 雖然刀庫設(shè)置在立柱頂面，卻免去了刀庫回轉(zhuǎn)時(shí)的震動(dòng)對(duì)加工精度的影響。無機(jī)械手換刀方式，適用于采用 40 號(hào)以下刀柄的小型加工中心或換刀次數(shù)少的用量型刀具的重型機(jī)床，這種換刀方式?jīng)]有機(jī)械手，因而結(jié)構(gòu)簡單。 機(jī)械手是自動(dòng)換刀裝置中交換刀具的主要工具，它擔(dān)負(fù)著把刀庫上的刀具送到主軸上，再把主軸上已用過的刀具返回刀庫上的任務(wù)。 本次設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容要求包括 2張 0號(hào)裝配圖 (圖 11）、 6張 3號(hào)零件圖及 15000字論文，并且 設(shè)計(jì)內(nèi)容能完成機(jī)械手旋轉(zhuǎn)、升降、鎖刀運(yùn)動(dòng)。 設(shè)計(jì)此機(jī)械手的目的是為了使加工中心能夠更快的的工作，使加工中心能夠得到更加充分的利用，以實(shí)現(xiàn)其價(jià)值所在；再者，由于使用了機(jī)械手，減少由于人工換刀帶來的低生產(chǎn)效率和容易出事故的弊端。 (圖 11） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 3 頁 本次設(shè)計(jì)方法及要求 本次設(shè)計(jì)的 題目是加工中心的自動(dòng)換刀裝置中的核心部件 機(jī)械手的設(shè)計(jì)。 立式加工中心的主軸是垂直設(shè)置的，立式加工中心刀庫容量一般較大，有的刀庫可存放幾百把刀具，部分立式加工中心的結(jié)構(gòu)較臥式加工中心復(fù)雜，占地面積大，價(jià)格也較高，立式加工中心較適用于加工零件的頂部和四周側(cè)面、箱體、盤類之類的零件，特別對(duì)箱體零件上的一些孔系和頂部平面及頂面的其他工序，容易得到保證，適合于批量加工。 正面導(dǎo)軌型立柱多采用門式結(jié)構(gòu)，有較好的熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)和受力條件，多數(shù)加工中心采用這種立柱形式。 （ 2）立柱 立柱有側(cè)面導(dǎo)軌型與正面導(dǎo)軌型。主軸軸承多采用高精度，高剛度，高速滾動(dòng)軸承。改變角度，因而可在工件一次裝夾中實(shí)現(xiàn)五個(gè)面的加工 。臥式加工中心的主軸軸線與工作臺(tái)臺(tái)面平行，它的工作臺(tái)大多為由伺服電動(dòng)機(jī)控制的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)，在工件一次裝夾中，通過工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)加工面的加工，適用于箱體類工件加工。 加工中心從外觀上可分為立式、臥式和復(fù)合加工中心等。 加工中心 能實(shí)現(xiàn)三軸或三軸以上的聯(lián)動(dòng)控制，以保證刀具進(jìn)行復(fù)雜表面的加工。 加工中心是從數(shù)控銑床發(fā)展而來的。增加了刀具自動(dòng)換刀裝置和刀庫，以滿足加工需要，主要體現(xiàn)在銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸、攻螺紋、車螺紋車內(nèi)槽等工序的加工，構(gòu)成了以工件為中心的多工序復(fù)合加工。 Key word： machine hand ； central machining； electromagic induction ；