【正文】 準確、反應迅速、調(diào)整范圍廣 ，在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時間常數(shù)小，反應快，速度平穩(wěn)等。 圖 24 電液脈沖馬達 采用電液脈沖馬達為驅(qū)動單元，其機構(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。 原動機選擇 由 于步進電機輸出扭矩現(xiàn)在還不能做得太大，且隨著輸出扭矩的增大，其慣量亦增大，使它的起停頓率受到限制，且相比較之下電液脈沖馬達在數(shù)控機床上的經(jīng)濟性和實用性都較伺服電機好， 而且電液脈沖馬達已經(jīng)廣泛應用在數(shù)控機床上，各方 面都比較成熟，故綜合比較之下選擇電液脈沖馬達。 兩種型式各有特點： （ 1） 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)直線進給機構(gòu)一樣，都可以用步進電機來驅(qū)動。數(shù)控裝置將工件加工程序處理后，輸出指令脈沖信號，由 圖 25 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 16 數(shù)控系統(tǒng)送出的進給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使 步進電機轉(zhuǎn)動，驅(qū)動執(zhí)行部件。這種系統(tǒng)不將所測得的實際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開環(huán)系統(tǒng)。 開環(huán)控制系統(tǒng)因為沒有檢測裝置，也就沒有糾正偏差的能力，因此它的控制精度較低。 （ 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）。同此可見閉環(huán)控制數(shù)控系 圖 26 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 統(tǒng)可以消除機械傳動的各種誤差及在加工過程中產(chǎn)生干擾的影響，使加工精度大大提高。系統(tǒng)的設計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難度在。 由以上分析， 選擇 采用閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺。箱體還可以儲存潤滑劑，實現(xiàn)各種運動零件的潤滑。使機器各部分分別由獨立的箱體組成，各成單元，便于加工、裝配、調(diào)整和修理。 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 ，是機械加工中常用的機床附件，因此尺寸不易過大，要能配合機床的使用。 蝸輪箱體布置如 32圖所示。蝸桿箱體布置如圖 33所示。傳動比分配得合理，可使傳動裝置得到較小的外廓尺寸或較輕 的重量，以實現(xiàn)降低成本和結(jié)構(gòu)緊湊的目的；也可以使傳動零件獲得較低的圓周速度以減小動載荷或降低傳動精度等級；還可以得到較好的潤滑條件。 為了保證工作臺分度精度，傳動比需要很大，同時為了保證結(jié)構(gòu)尺寸，將蝸桿傳動比設定在 120，齒輪傳動比設定為 3，即傳動系統(tǒng)的總傳動比為 360。 選擇電液脈沖馬達的額定功率 馬達的額定功率應等于或稍大于工作要求的功率。 工作所需功率為：ww 1000?WWVFP ? ww 9550n?wTP ? 式中 T=150 mN? , wn =36r/min,電機工作效率 η w=， 代入上式得 Pw=150 36/（ 9950 ） = KW 電機所需的輸出功率為： P0= Pw/η 式中：η為電機至工作臺主動軸之間的總效率。 因此， 33321 ????? ???? P0= Pw/η =一般電機的額定功率 Pm=()P0=()= KW 則取電機額定功率為： Pm= KW。 齒輪傳動的設計 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。 (1)確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值。 5H N H NKK?? 8) 計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由式（ 1012）得 ? ?? ? 2lim221lim11MPSKMPSKHNHHNH???????????? （ 2）計算 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）計算周轉(zhuǎn)速度 v smndv / 11 ?? ????? ?? 3）計算齒寬 b mmdb td ????? ? 4)計算齒寬與齒高之比 bh 模數(shù) ??? zdm tt 齒高 ???? tmh 23 ??hb 5） 計算載荷系數(shù) 根據(jù) smv /? 7 級精度，由文獻 [1， 206~206]圖 108 查的動載荷系數(shù)?VK 。 由文獻 [1， 193~193]表 102查得使用系數(shù) 1AK? 。 （ 1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1）由文獻 [1， 207~208]圖 1020查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 1 500FE MPa? ? ；大齒輪的彎曲疲勞強度極限 2 380FE MPa? ? 2）由文獻 [1， 206~206]圖 1018，取彎曲疲勞壽命系數(shù) 1 ? 2 ? 3)計算彎曲疲勞許用應力 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）計算載荷系數(shù) K ?????? ?? FFVA KKKKK 5)查取齒形系數(shù) 由文獻 [1， 200~200]表 105查的 1 ? ?FY 6）查取應力校正系數(shù) 由文獻 [1， 200~200]表 105查得 1 ? ?SY 7） 計算大小齒輪的 Fa saYY?F[]并加以比較 ? ?? ? 222111??????FSaFaFSaFaYYYY?? （ 2）設計計算 2 3 ??? ????m 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m的大小主 要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而 25 齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強度算得到模數(shù) ,并就近圓整為標準值 m=,按接觸強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 。 幾何尺寸計算 1）計算分度圓直徑 mmmZd mmmZd 11 ???? ???? 2）中心距 mmdda 662 99332 21 ????? 3）計算齒輪寬度 mmdb d 333311 ???? ? 取 mmB 332 ? ， mmB 381 ? 結(jié)構(gòu)設計 小齒輪采用實心式齒輪 ， 齒輪與軸采用單鍵連接。 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。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100 制造。 (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 [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? 。 （ 5）確定許用接觸應力 []H? 根據(jù)渦輪材料為鑄錫磷青銅 ZcuSnP1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度 45HRC，可從文獻 [1， 254~254]表 117 中查得渦輪的基本許用應力39。 應力循環(huán)次數(shù) h21 jn60 LN ? ）（ 8300821120300060 ??????? ?? 壽命系數(shù) 108 77 ???HNK 則 ? ? ? ? 1 52 6 88 0 3 MPK HHNH ?????? ?? （ 6）計算中心距 mma 3 ??????? ????? 根據(jù)結(jié)構(gòu)設計要求，取中心距 mma 225? ，模數(shù) mmm ? ，蝸桿分度圓直徑 mm35d1 ? 。111836? ? 29 蝸桿軸向齒厚 21m21s a ????? ?? （ 2） 蝸輪 蝸輪齒數(shù) 1202 ?Z 變位系數(shù) 0x? 驗算傳動比 120112020 ??? ZZi 這時傳動比誤差為 0% ,是允許的 蝸輪分度圓直徑 mmmZd ???? 蝸輪喉圓直徑 mmhdd aa 427)(24202 222 ??????? 蝸輪齒根圓直徑 )(222 ?? ??? chmdd af ????? 蝸輪咽喉圓半徑 mmdarag 22 ?????? 校核齒根彎曲疲勞強度 ? ?FFaF YYmdd KT ?? ? ?? 221 式中 F? —— 蝸輪齒根彎曲應力； 2FaY —— 蝸輪齒形系數(shù)； ? ?F? — — 蝸輪的許用彎曲應力； 2T —— 蝸輪轉(zhuǎn)矩； k —— 使用系數(shù)； ?Y —— 螺旋系數(shù)； 1d —— 蝸桿分度圓直徑； 2d —— 蝸輪分度圓直徑； m —— 模數(shù)。 螺旋系數(shù) ?? 1401 ??Y 918 1381111 ?? ?????? 許用彎曲應力 ? ? ? ? FNFF K??? ?? 從表 118 中 查得 由 ZcuSn10P1 制造 的 蝸 輪的 基 本 許用 彎 曲 應 力? ? a56MPF ??? 壽命系數(shù) 109 76 ???FNK ? ? ? ? MPK FNFF ?????? ?? 3 MPF ????? ????? ? ? MPMP FF ???? ?? 故 彎曲強度是滿足的。然后由有關(guān)手冊中查得要求的公差項目及表面粗 糙度。 KWPP ???? ? m i n/1 0 0 033 0 0 013 rinn ??? mmNnPT ???? 3363 求作用在齒輪上的力。 先按照 [1]式（ 152）初步估軸的最小直徑。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。 （ 1）擬定軸上零件的裝配方案 分析可得裝配方案，如圖 37 所示 圖 37 蝸桿軸裝配方案 （ 2）根據(jù)軸的定位的要求，確定軸的各段直徑和長度。 =F a1F r2M aM VT5736 圖 39 蝸桿軸的應力分析圖 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 A 是軸的危險截面。根據(jù)式 [1]（ 1155）及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭矩切應力為脈動循環(huán)變應力，取 ?? 軸的計算應力 W TM2321ca )(?? ?? 322 )( 3 ? ??? MP? 前已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由 [1]表 511 查得 1[ ] 60MPa?? ? ，因此1[]ca???? ，故安全。因此可根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點、使用要求和工作條件來選出鍵 36 的類型，再根據(jù)軸徑從標準中選出鍵的截面尺寸，并參考輪轂長選出鍵的長度 ，然后用適當?shù)男：擞嬎愎阶鲝姸闰炈?。其中 ，有些還能實現(xiàn)軸向固定以傳遞軸向力；有些則能構(gòu)成軸向動聯(lián)接。 因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，并且要求一定的定心性，因此應用平鍵連接就可以了。 參考齒輪 輪轂長度 選鍵長 mmL 36? 。 鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，聯(lián)接工作方式為靜 聯(lián)接，在輕微沖擊載荷下，因而由表 35可查得許用擠壓力 [σ p]= 100～ 120MPa，取其平均值 [σ p]=110MPa。 鍵的標記為 GB/T 1096 鍵 36810 ?? 軸承的選擇 軸承的類型 軸承是支承軸頸的部件，有時也用來支承軸上的回轉(zhuǎn)零件。軸承上的反作用力與軸中心線垂