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2014年機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃表
學(xué)生姓名:呂強(qiáng) 學(xué)號(hào):1000110125
序號(hào)
起止日期
計(jì)劃完成內(nèi)容
實(shí)際完成內(nèi)容
檢查日期
檢查人簽名
1
2013.12.17—12.23
指導(dǎo)教師指導(dǎo)學(xué)生對(duì)所選擇的課題進(jìn)行調(diào)研、查閱資料、方案設(shè)計(jì)。
2
2013.12.24—12.30
查閱資料,明確設(shè)計(jì)目的,完成開(kāi)題報(bào)告。
3
2013.12.31-2014.1.6
收集與課題相關(guān)的資料及參考文獻(xiàn)。
4
2014.1.7-1.13
確定畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)大致方案。
5
3.4-3.10
完善并確定最終方案,選擇電機(jī)。
6
3.11-3.17
初步設(shè)計(jì)工作臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)以及傳動(dòng)方式。
7
3.18-3.24
完成齒輪參數(shù)的設(shè)計(jì)及選擇、間歇機(jī)構(gòu)的方式的選擇控制、傳動(dòng)軸等的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核。
(本表同時(shí)作為指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生的16次考勤記錄)
2014年機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃表(續(xù))
學(xué)生姓名:呂強(qiáng) 學(xué)號(hào):100110125
序號(hào)
起止日期
計(jì)劃完成內(nèi)容
實(shí)際完成內(nèi)容
檢查日期
檢查人簽名
8
3.25-3.31
繪制各個(gè)主要零件的工程圖紙。
9
4.01-4.07
根據(jù)指導(dǎo)教師意見(jiàn),對(duì)所作的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整及修改
10
4.08-4.14
根據(jù)所作的設(shè)計(jì)進(jìn)行撰寫(xiě)畢業(yè)論文說(shuō)明書(shū)。
11
4.15-4.21
完成畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))初稿
12
4.22-4.28
根據(jù)指導(dǎo)教師意見(jiàn)進(jìn)行修改,并最后定稿。
13
4.29-5.05
完成計(jì)算機(jī)繪制圖和外文翻譯。
14
5.06-5.12
核查多工位工作臺(tái)的相關(guān)圖。
15
5.13-5.19
調(diào)整畢業(yè)設(shè)計(jì)論文格式。
(本表同時(shí)作為指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生的16次考勤記錄)
2014年機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃表(續(xù))
學(xué)生姓名:呂強(qiáng) 學(xué)號(hào):1000110125
16
5.20-5.26
完成畢業(yè)設(shè)計(jì),提交論文和圖紙
任務(wù)下達(dá)時(shí)間:2013年12月17日 (本表同時(shí)作為指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生的16次考勤記錄)
第 3 頁(yè) 共 3 頁(yè)
編號(hào):
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
題 目: 發(fā)動(dòng)機(jī)配件生產(chǎn)線(xiàn)
多工位工作臺(tái)設(shè)計(jì)
院 (系): 機(jī)電工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名: 呂 強(qiáng)
學(xué) 號(hào): 1000110125
指導(dǎo)教師單位: 機(jī)械制造工程
姓 名: 唐 焱
職 稱(chēng): 副教授
題目類(lèi)型:¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 t工程設(shè)計(jì) ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開(kāi)發(fā)
2013年12月27日
1.畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)等
內(nèi)容:
本畢業(yè)設(shè)計(jì)是根據(jù)企業(yè)指定產(chǎn)品的加工需求,設(shè)計(jì)一種與生產(chǎn)線(xiàn)匹配,符合加工技術(shù)要求的六工位工作臺(tái),主要內(nèi)容包括:
1. 調(diào)查、了解常用多工位工作臺(tái)結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)原理,根據(jù)生產(chǎn)線(xiàn)總體要求完成總體方案設(shè)計(jì);
2. 綜合考慮企業(yè)現(xiàn)有條件,包括實(shí)際需求、現(xiàn)有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)成本等方面的影響因素,制訂、設(shè)計(jì)總體方案;
3.工件為內(nèi)空?qǐng)A柱外形,能適應(yīng)尺寸范圍:φ(50-75)×(60-90),工件輸出狀態(tài)為軸線(xiàn)鉛垂;
4.工作臺(tái)同時(shí)完成四道加工工序,另備有進(jìn)、出料工位;單件生產(chǎn)周期12s,工藝時(shí)間不低于2s,加工過(guò)程配備定位夾緊機(jī)構(gòu);
5. 完成系統(tǒng)裝配圖及主要零件零件圖。
重點(diǎn):
1.了解工作臺(tái)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。
2.了解各種多工位工作臺(tái)動(dòng)停的控制方式種類(lèi)。
3.相關(guān)控制符合整線(xiàn)柔性控制方式。
4.提交的所有圖紙應(yīng)表達(dá)完整、清晰、規(guī)范。
5.既要滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性,也要考慮各個(gè)部件的性能壽命。
6.保證工作臺(tái)的抗震性好,不會(huì)因摩擦自震而使工件發(fā)生偏移。
難點(diǎn):
1. 多工位加工作臺(tái)主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
2. 系統(tǒng)裝配圖及主要零件零件圖的繪制。
3. 齒輪與傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)、計(jì)算、校核或選擇。
4. 間歇機(jī)構(gòu)的選擇及工作周期的控制。
2.準(zhǔn)備情況(查閱過(guò)的文獻(xiàn)資料及調(diào)研情況、現(xiàn)有設(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件等)
多工位工作臺(tái)適合復(fù)雜機(jī)械零件流水作業(yè)的加工需求,具有運(yùn)行平穩(wěn)、高效率高等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各類(lèi)批量生產(chǎn),尤其在鐘表、裝配、灌裝、汽車(chē)零件等大批量生產(chǎn)領(lǐng)域。與自動(dòng)線(xiàn)相比多工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)具有諸多的優(yōu)點(diǎn)。其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。多工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式機(jī)床同時(shí)具備柔性、生產(chǎn)率和精密的特點(diǎn)并能提供高度的技術(shù)效能技術(shù)與精巧的機(jī)械設(shè)備想結(jié)合使其能高效加工某零件族。零件的整個(gè)加工過(guò)程越來(lái)越多地是用單一零件夾具進(jìn)行的。與在若干臺(tái)機(jī)床上加工的“老式”加工方法相比這不僅簡(jiǎn)化了生產(chǎn)的后勤工作而且大大地提高了加工精度。特別是當(dāng)零件在不同加工平面和不同的加工軸之間具有相互制約的公差時(shí)。集成有若干個(gè)加工工位的多工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式機(jī)床更具特別優(yōu)勢(shì)。
查閱的參考文獻(xiàn):
[1] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)聯(lián)合編寫(xiě)組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社2006.(以近五年內(nèi)新版、實(shí)用為目的,不局限具體編者、版本)
[2] 劉會(huì)霞,金屬工藝學(xué)[M].北京:中國(guó)機(jī)械教育協(xié)會(huì)機(jī)械工業(yè)出版社,2011.06
[3] 陳長(zhǎng)生,機(jī)械基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.11
[4] 周文玲,互換性與測(cè)量技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)工業(yè)出版社,2011.06
[5] 孫靖民,現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法[M].黑龍江:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2013
[6] 李念奎等,鋁合金材料及熱處理技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2012.
[7] 萬(wàn)曉航等,CAXA制造工程師2008實(shí)用教程[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2010.07
[8] 韓志軍等,工程力學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社2011.07
[9] 鄭雪梅等,機(jī)械零部件測(cè)繪造型[M].北京:清華大學(xué)出版社2010.07
[10] 萬(wàn)蘇文等,典型零件工藝分析與加工[M].北京:清華大學(xué)出版社2010.08
[11] David G.Ullman,The Mechanical Desige Procss[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2010.04.(原書(shū)第四版)
現(xiàn)有設(shè)備及實(shí)驗(yàn)條件:
計(jì)算機(jī)一臺(tái)
CAD設(shè)計(jì)軟件
3、實(shí)施方案、進(jìn)度實(shí)施計(jì)劃及預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料
實(shí)施方案:
首先,指導(dǎo)教師指導(dǎo)學(xué)生對(duì)所選擇的課題進(jìn)行調(diào)研、查閱資料、方案設(shè)計(jì)。查閱資料,明確設(shè)計(jì)目的,完成開(kāi)題報(bào)告,收集與課題相關(guān)的資料及參考文獻(xiàn),確定畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)大致方案。然后完善并確定最終方案,選擇電機(jī),初步設(shè)計(jì)工作臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)以及傳動(dòng)方式。完成齒輪參數(shù)的設(shè)計(jì)及選擇、間歇機(jī)構(gòu)的方式的選擇及控制、傳動(dòng)軸等的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核,并對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行三維建模并繪制各個(gè)主要零件的工程圖紙。根據(jù)指導(dǎo)教師意見(jiàn),對(duì)之前的所作的設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整及修改。進(jìn)行畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))初稿。根據(jù)指導(dǎo)教師意見(jiàn)進(jìn)行修改,并最后定稿,并且完成計(jì)算機(jī)繪制圖和外文翻譯。核查多工位工作臺(tái)的相關(guān)圖、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文格式。最后完成畢業(yè)設(shè)計(jì),提交論文和答辯。
進(jìn)度計(jì)劃:
1)2014-12-17—2013-12-25指導(dǎo)教師指導(dǎo)學(xué)生對(duì)所選擇的課題進(jìn)行調(diào)研、查閱資料、方案設(shè)計(jì)。
2)2013-12-25—2014-01-10查閱資料,明確設(shè)計(jì)目的,完成開(kāi)題報(bào)告,收集與課題相關(guān)的資料及參考文獻(xiàn),確定畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)大致方案。
3)2014-3-01—2014-03-30完善并確定最終方案,選擇電機(jī),初步設(shè)計(jì)工作臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)以及傳動(dòng)方式。
4)2014-4-01—2014-04-28完成齒輪參數(shù)的設(shè)計(jì)及選擇、間歇機(jī)構(gòu)的方式的選擇及控制、傳動(dòng)軸等的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核,并對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行三維建模并繪制各個(gè)主要零件的工程圖紙。根據(jù)指導(dǎo)教師意見(jiàn),對(duì)之前的所作的設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整及修改。進(jìn)行畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))初稿。
5)2014-04-29—2014-05-15根據(jù)指導(dǎo)教師意見(jiàn)進(jìn)行修改,并最后定稿,并且完成計(jì)算機(jī)繪制圖和外文翻譯。
6)2014-05-16—2014-05-24核查多工位工作臺(tái)的相關(guān)圖、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文格式。
7)2014-05-25—2014-05-26完成畢業(yè)設(shè)計(jì),提交論文和答辯。
預(yù)期提交:
1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū);
2、英文資料翻譯(附英文原文);
3、多工位工作臺(tái)主要結(jié)構(gòu)的工程圖紙(工作量繪圖折合A0圖紙3張以上,其中必須包含兩張A3以上的計(jì)算機(jī)繪圖工程圖紙);
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
指導(dǎo)教師(簽字):
2013年12月 日
開(kāi)題小組意見(jiàn)
開(kāi)題小組組長(zhǎng)(簽字):
2014年1 月 日
院(系、部)意見(jiàn)
主管院長(zhǎng)(系、部主任)簽字:
2014年1月 日
- 4 -
編號(hào):
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)
題 目: 發(fā)動(dòng)機(jī)配件生產(chǎn)線(xiàn)
多工位工作臺(tái)設(shè)計(jì)
院 (系): 機(jī)電工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名: 呂 強(qiáng)
學(xué) 號(hào): 1000110125
指導(dǎo)教師單位: 機(jī)械制造工程
姓 名: 唐 焱
職 稱(chēng): 副教授
題目類(lèi)型:¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 t工程設(shè)計(jì) ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開(kāi)發(fā)
2013年12月13日
一、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的內(nèi)容
多工位工作臺(tái)適合復(fù)雜機(jī)械零件流水作業(yè)的加工需求,具有運(yùn)行平穩(wěn)、高效率高等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各類(lèi)批量生產(chǎn),尤其在鐘表、裝配、灌裝、汽車(chē)零件等大批量生產(chǎn)領(lǐng)域。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)是根據(jù)企業(yè)指定產(chǎn)品的加工需求,設(shè)計(jì)一種與生產(chǎn)線(xiàn)匹配,符合加工技術(shù)要求的六工位工作臺(tái),主要內(nèi)容包括:
1. 調(diào)查、了解常用多工位工作臺(tái)結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)原理,根據(jù)生產(chǎn)線(xiàn)總體要求完成總體方案設(shè)計(jì);
2. 綜合考慮企業(yè)現(xiàn)有條件,包括實(shí)際需求、現(xiàn)有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)成本等方面的影響因素,制訂、設(shè)計(jì)總體方案;
3. 完成系統(tǒng)裝配圖及主要零件零件圖。
二、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的要求與數(shù)據(jù)
1.設(shè)計(jì)過(guò)程采用的所有專(zhuān)用件、通用件、標(biāo)準(zhǔn)件等皆符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),裝置運(yùn)行達(dá)到生產(chǎn)線(xiàn)、零件技術(shù)要求;
2.工件為內(nèi)空?qǐng)A柱外形,能適應(yīng)尺寸范圍:φ(50-75)×(60-90),工件輸出狀態(tài)為軸線(xiàn)鉛垂;
3.工作臺(tái)同時(shí)完成四道加工工序,另備有進(jìn)、出料工位;單件生產(chǎn)周期12s,工藝時(shí)間不低于2s,加工過(guò)程配備定位夾緊機(jī)構(gòu);
4.相關(guān)控制符合整線(xiàn)柔性控制方式。
5.提交的所有圖紙應(yīng)表達(dá)完整、清晰、規(guī)范。
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)應(yīng)完成的工作
1.完成二萬(wàn)字左右的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū);在畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)摘要中必須包括詳細(xì)的300-500個(gè)單詞的英文摘要;
2.獨(dú)立完成與專(zhuān)業(yè)相關(guān),不少于四萬(wàn)字符的科技英文資料翻譯(附英文原文);
3.完成主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);
4.提交的成果工作量繪圖折合A0圖紙3張以上,其中必須包含兩張A3以上的計(jì)算機(jī)繪圖工程圖紙。
四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
[1] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)聯(lián)合編寫(xiě)組.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社2006.(以近五年內(nèi)新版、實(shí)用為目的,不局限具體編者、版本)
[2] 劉會(huì)霞,金屬工藝學(xué)[M].北京:中國(guó)機(jī)械教育協(xié)會(huì)機(jī)械工業(yè)出版社,2011.06
[3] 陳長(zhǎng)生,機(jī)械基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.11
[4] 周文玲,互換性與測(cè)量技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)工業(yè)出版社,2011.06
[5] 孫靖民,現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法[M].黑龍江:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2013
[6] 李念奎等,鋁合金材料及熱處理技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2012.
[7] 萬(wàn)曉航等,CAXA制造工程師2008實(shí)用教程[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2010.07
[8] 韓志軍等,工程力學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社2011.07
[9] 鄭雪梅等,機(jī)械零部件測(cè)繪造型[M].北京:清華大學(xué)出版社2010.07
[10] 萬(wàn)蘇文等,典型零件工藝分析與加工[M].北京:清華大學(xué)出版社2010.08
[11] David G.Ullman,The Mechanical Desige Procss[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2010.04.(原書(shū)第四版)
五、試驗(yàn)、測(cè)試、試制加工所需主要儀器設(shè)備及條件
計(jì)算機(jī)一臺(tái)
CAD設(shè)計(jì)軟件
任務(wù)下達(dá)時(shí)間:
2013年12月17日
畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)始與完成時(shí)間:
2013年12月17日至 2014年05 月26日
組織實(shí)施單位:
教研室主任意見(jiàn):
簽字: 2013年12月14日
院領(lǐng)導(dǎo)小組意見(jiàn):
簽字: 2013 年12月16日
編號(hào):
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
題 目: 發(fā)動(dòng)機(jī)配件生產(chǎn)線(xiàn)
多工位工作臺(tái)設(shè)計(jì)
學(xué) 院: 機(jī)電工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名: 呂 強(qiáng)
學(xué) 號(hào): 1000110125
指導(dǎo)教師: 唐 焱
職 稱(chēng): 副教授
題目類(lèi)型: ¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 t工程設(shè)計(jì) ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開(kāi)發(fā)
2014年 5月26日
摘 要
本畢業(yè)設(shè)計(jì)是根據(jù)企業(yè)指定產(chǎn)品的加工需求,來(lái)設(shè)計(jì)一種與生產(chǎn)線(xiàn)匹配,符合加工技術(shù)要求的六工位工作臺(tái)。本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是選擇并設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)構(gòu),對(duì)多工位工作臺(tái)作總體布局設(shè)計(jì),編制工作循環(huán)圖。該工作臺(tái)主要任務(wù)是要完成工件的上料、注液涂敷、吹干、下料等六道工序,吹干過(guò)程占用了三道工序。本設(shè)計(jì)要求單件工件生產(chǎn)周期為12s,工藝加工的時(shí)間不低于2s。該六工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)采用通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)停動(dòng)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)位和定位,通過(guò)控制輸入電脈沖的數(shù)量和頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的角位移與轉(zhuǎn)速,由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)來(lái)移動(dòng)工件,將工件夾持轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的工位進(jìn)行加工。而步進(jìn)電機(jī)本身就帶有很好的自鎖的功能,對(duì)工件進(jìn)行加工的期間轉(zhuǎn)盤(pán)就不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),保證整個(gè)加工過(guò)程中定位準(zhǔn)確,從而使整個(gè)工件加工的質(zhì)量更好。
關(guān)鍵詞:六工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái);步進(jìn)電機(jī);定位;自鎖;
Abstract
The graduation project base on the demand for the product processing enterprises designs a six processing stations workbench which designated to match the design of a production line and fit the technical requirement. The design of the main content is to select and design the appropriate agency, design a multi-position bench for the overall layout and draw the cycle diagram. The main task is to complete draw up the material on table of the work-piece, injection fluid coating, drying, cutting and other six processes, drying process takes three processes. The design requirements for cycle of single-piece production is 12s, craft processing time is not less than 2s. The six-station rotary table with stepper motor by controlling the stopping method to achieve transposition table and positioning, by controlling the input number and frequency of electrical pulses to achieve the angular displacement and speed table, by a stepping motor drive wheel to move the work-piece, the work-piece holder is rotated to the corresponding processing station. Because the stepper motor itself has a good self-locking function during machining of the work-piece, so the turntable occur rotated to ensure accurate positioning during the entire process, and so the process for the work-piece has a better quality.
Keyword: Six-station rotary table; Stepper motors; positioning; self-locking;
目 錄
1 緒論 1
1.1 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的研究背景及意義 1
1.2 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的歷史、現(xiàn)狀及應(yīng)用 1
1.3 課題的主要任務(wù) 3
2 總體方案設(shè)計(jì) 3
2.1 原理方案的設(shè)計(jì) 3
2.2 動(dòng)力的選擇 5
2.3動(dòng)力傳動(dòng)方式的選擇 5
2.4軸承的選用 7
3 計(jì)算分析 8
3.1工作臺(tái)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 8
3.2步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算 9
3.3直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 10
3.3.1、選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 10
3.3.2、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 10
3.3.3、根據(jù)齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算 11
3.3.4、齒輪幾何尺寸 13
3.3.5、齒輪驗(yàn)算 13
3.3.6、齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸 13
3.3.7、第二對(duì)齒輪的設(shè)計(jì) 15
3.4支撐軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 17
3.4.1、選擇軸的材料和熱處理 17
3.4.2、初步估算軸的直徑 17
3.4.3、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
3.5滾動(dòng)軸承的計(jì)算分析 23
4 其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24
4.1 精密轉(zhuǎn)盤(pán)的設(shè)計(jì) 24
4.2底座的設(shè)計(jì) 25
4.3機(jī)架的設(shè)計(jì) 25
4.3.1 機(jī)架設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 25
4.3.2 機(jī)架設(shè)計(jì)的要求 26
4.3.3機(jī)架材料的選擇 26
4.3.4 機(jī)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 27
5 結(jié)論 28
謝 辭 29
參考文獻(xiàn) 30
IV
桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(說(shuō)明書(shū))用紙 第31頁(yè) 共30頁(yè)
1 緒論
1.1 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的研究背景及意義
隨著我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展,特別是隨著回轉(zhuǎn)工作臺(tái)在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)的迅速發(fā)展,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床的研究已經(jīng)成為當(dāng)今機(jī)械制造行業(yè)的一個(gè)重要方向,在現(xiàn)代工業(yè)運(yùn)用中,大多數(shù)機(jī)械的設(shè)計(jì)和制造都是用機(jī)床大批量完成的?,F(xiàn)代大型工業(yè)技術(shù)的飛快發(fā)展,降低了回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床的實(shí)現(xiàn)成本,軟件支持機(jī)械也使得實(shí)現(xiàn)變得更為簡(jiǎn)單,因此,研究回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床的設(shè)計(jì)具有非常重要的理論意義及現(xiàn)實(shí)意義。
在工業(yè)快速發(fā)展的現(xiàn)代化浪潮中,各種機(jī)械設(shè)計(jì)和制造業(yè)中,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,越來(lái)越轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,從這個(gè)意義上講,對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要,以通用部件為基礎(chǔ),配以少量專(zhuān)用部件組成的一種高效專(zhuān)用機(jī)床?;剞D(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床是按系列化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的通用部件和按被加工零件的形狀及加工工藝要求設(shè)計(jì)的專(zhuān)用部件組成的專(zhuān)用機(jī)床。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化,可根據(jù)需要靈活配置,從而縮短了設(shè)計(jì)和制造的周期,因此,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn),在大批、大量生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用,并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)[6]。
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是組合機(jī)床的一種輸送部件,它將被加工工件從一個(gè)工位轉(zhuǎn)換到另一個(gè)工位。常常一個(gè)工位用作裝夾工件,而其他幾個(gè)工位同時(shí)對(duì)工件進(jìn)行加工,因此,機(jī)床的生產(chǎn)率較高,一臺(tái)組合機(jī)床相當(dāng)于一條圓形自動(dòng)線(xiàn),而且占地面積較小,其結(jié)構(gòu)比自動(dòng)線(xiàn)簡(jiǎn)單。多工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)適合復(fù)雜機(jī)械零件流水作業(yè)的加工需求,具有運(yùn)行平穩(wěn)、高效率高等特點(diǎn)。與自動(dòng)線(xiàn)相比多工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)具有諸多的優(yōu)點(diǎn)。其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。多工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式機(jī)床同時(shí)具備柔性、生產(chǎn)率和精密的特點(diǎn)并能提供高度的技術(shù)效能技術(shù)與精巧的機(jī)械設(shè)備想結(jié)合使其能高效加工某零件族。零件的整個(gè)加工過(guò)程越來(lái)越多地是用單一零件夾具進(jìn)行的。與在若干臺(tái)機(jī)床上加工的“老式”加工方法相比這不僅簡(jiǎn)化了生產(chǎn)的后勤工作而且大大地提高了加工精度。特別是當(dāng)零件在不同加工平面和不同的加工軸之間具有相互制約的公差時(shí)。集成有若干個(gè)加工工位的多工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式機(jī)床更具特別優(yōu)勢(shì)[11]。
1.2 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的歷史、現(xiàn)狀及應(yīng)用
60 年代以來(lái),跨國(guó)公司推動(dòng)的產(chǎn)業(yè)全球化發(fā)展使得國(guó)際分工和國(guó)際貿(mào)易格局發(fā)生了改變,加工貿(mào)易成為全球化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的本質(zhì)要求。在全球化背景下,對(duì)于發(fā)展中國(guó)家而言,產(chǎn)業(yè)升級(jí)成為在全球化產(chǎn)業(yè)鏈條中由勞動(dòng)密集環(huán)節(jié)向資本和技術(shù)密集環(huán)節(jié)逐步提升的過(guò)程。由跨國(guó)公司推動(dòng)的加工貿(mào)易的發(fā)展,為發(fā)展中國(guó)家切入全球高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈條,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供了便捷路徑。其中回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)用得到了廣泛推廣,各種新型工作臺(tái)不斷被引進(jìn),同時(shí)我國(guó)也自主研制和開(kāi)發(fā)了一批適用、高效性的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。加工工件在一個(gè)工位上裝加后,工件可繞著工作臺(tái)軸線(xiàn)作圓周方向輸送,輸送到各工位后,根據(jù)工藝要求,在工作臺(tái)分度轉(zhuǎn)位的過(guò)程中,使工件繞夾具軸線(xiàn)回轉(zhuǎn),被加工工件的各面可以依次朝外接受各工位上的動(dòng)力部件加工。這樣的一臺(tái)多工位組合機(jī)床,除了可以從被加工工件的頂面和朝向動(dòng)力部件面進(jìn)行加工外,還可對(duì)多達(dá)五個(gè)面進(jìn)行加工,擴(kuò)大了組合機(jī)床的應(yīng)用范圍。
近20年來(lái),回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)技術(shù)取得長(zhǎng)足進(jìn)步,自動(dòng)線(xiàn)在加工精度、生產(chǎn)效率、利用率、柔性化和綜合自動(dòng)化等方面的巨大進(jìn)步,標(biāo)志著回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)技術(shù)發(fā)展達(dá)到了高水平。自動(dòng)線(xiàn)的技術(shù)發(fā)展,刀具、控制和其他相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步,特別是CNC控制技術(shù)發(fā)展對(duì)自動(dòng)線(xiàn)結(jié)構(gòu)的變革及其柔性化起著決定性的作用。隨著市場(chǎng)需求的變化,柔性將愈來(lái)愈成為抉擇設(shè)備的重要因素。因此,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)將面臨由高速加工中心組成的FMS的激烈競(jìng)爭(zhēng)[10]。
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是一種專(zhuān)用高效自動(dòng)化技術(shù)裝備,目前,由于它仍是大批量機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備,因而被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和壓縮機(jī)等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。其中,特別是汽車(chē)工業(yè),是回轉(zhuǎn)工作臺(tái)最大的用戶(hù)。如德國(guó)大眾汽車(chē)廠(chǎng)在Salzgitter的發(fā)動(dòng)機(jī)工廠(chǎng),在大批量生產(chǎn)的機(jī)械工業(yè)部門(mén),大量采用的設(shè)備是回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床。因此,組合機(jī)床的技術(shù)性能和綜合自動(dòng)化水平,在很大程度上決定了這些工業(yè)部門(mén)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的結(jié)構(gòu),也在很大程度上決定了企業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。
現(xiàn)代回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床和自動(dòng)線(xiàn)作為機(jī)電一體化產(chǎn)品,它是控制、驅(qū)動(dòng)、測(cè)量、監(jiān)控、刀具和機(jī)械組件等技術(shù)的綜合反映。近20年來(lái),這些技術(shù)有長(zhǎng)足進(jìn)步,同時(shí)作為組合機(jī)床主要用戶(hù)的汽車(chē)和內(nèi)燃機(jī)等行業(yè)也有很大的變化,其產(chǎn)品市場(chǎng)壽命不斷縮短,品種日益增多且質(zhì)量不斷提高。這些因素有力地推動(dòng)和激勵(lì)了回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床的不斷發(fā)展。
由于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工序的高度集中,即在同一個(gè)工作臺(tái)上可同時(shí)完成一種或幾種不同工序加工,因此適應(yīng)了產(chǎn)量大、精度高的生產(chǎn)要求,并且克服了萬(wàn)能機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、精度不易保證的缺點(diǎn),以及專(zhuān)用機(jī)床通用性差、不適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)迅速發(fā)展、產(chǎn)品經(jīng)常更新的要求.所以,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)已廣泛應(yīng)用到汽車(chē)、柴油機(jī)、電動(dòng)機(jī)、儀器儀表以及軍工產(chǎn)品等的生產(chǎn)上,并顯示出巨大的優(yōu)越性。
回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床,特別適合于加工輪廓尺寸在250mm以?xún)?nèi)的中小零件。這類(lèi)機(jī)床的應(yīng)用主要集中于汽車(chē)、閥門(mén)、氣動(dòng)、液壓、制鎖、輕工儀表和電氣等工業(yè)部門(mén)。市場(chǎng)銷(xiāo)量大,因此在國(guó)內(nèi)外有許多從事其設(shè)計(jì)和制造的廠(chǎng)家。如歐美的rons-hoffen、Diedeoheim、witzig&Frank、Riello、IMAS、AugustWenzler、wiest、Haaf、RinoBerard和Posalux,日本的三協(xié)精機(jī)、巖田工機(jī),前蘇聯(lián)的哈爾科夫小型組合機(jī)床廠(chǎng)(X3MAC)和我國(guó)的大連組合機(jī)床研究所、大連機(jī)床廠(chǎng)、常州機(jī)床廠(chǎng)和北方精密機(jī)械廠(chǎng)等。其中,北方精密機(jī)械廠(chǎng)是我國(guó)唯一專(zhuān)門(mén)從事回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床生產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)廠(chǎng),目前的生產(chǎn)能力為年產(chǎn)約30臺(tái)。 據(jù)估計(jì)目前我國(guó)回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床約占整個(gè)組合機(jī)床的4%,與機(jī)床工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比,無(wú)論在數(shù)量上還是在技術(shù)上均存在一定差距。因此,加速發(fā)展這類(lèi)機(jī)床,是我國(guó)機(jī)械加工行業(yè)面臨的一項(xiàng)任務(wù)[6]。
1.3 課題的主要任務(wù)
本畢業(yè)設(shè)計(jì)是根據(jù)企業(yè)指定產(chǎn)品的加工需求,該產(chǎn)品是一種尾氣處理裝置。設(shè)計(jì)一種與生產(chǎn)線(xiàn)匹配,符合加工技術(shù)要求的六工位工作臺(tái),選擇并設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)構(gòu),對(duì)多工位工作臺(tái)作總體布局設(shè)計(jì),編制工作循環(huán)圖。該工作臺(tái)要完成工件的注液涂敷,吹干等四道工序,單件生產(chǎn)周期12s,工藝時(shí)間不低于2s。該工作臺(tái)的停動(dòng)時(shí)間控制上要求比較高,加工工藝時(shí)間較長(zhǎng),工件由一個(gè)工位移動(dòng)到下一個(gè)工位的時(shí)間較短,故轉(zhuǎn)臺(tái)由靜止到轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)瞬間的加速度沖擊很大,需要比較大的一個(gè)扭矩來(lái)實(shí)現(xiàn)停動(dòng)轉(zhuǎn)換。對(duì)間歇機(jī)構(gòu)的選擇上需要嚴(yán)格考慮。
2 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 原理方案的設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)位及定位機(jī)構(gòu)的類(lèi)型較多,常見(jiàn)的有:棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、蝸形凸輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)、桿機(jī)構(gòu)以及與液壓電組合的機(jī)構(gòu),他們有各自的特點(diǎn)及適用范圍。
方案1:槽輪撥銷(xiāo)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)(簡(jiǎn)稱(chēng)槽輪機(jī)構(gòu)):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊且容易制造,但從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)柔性沖擊,當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)速度較高或槽輪軸系慣性力較大的情況下就顯得更為突出,可用于提速輕載場(chǎng)合。槽輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一次和停歇一次構(gòu)成一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán),為了避免或減輕槽輪在啟動(dòng)和停止時(shí)的碰撞或沖擊,圓銷(xiāo)在進(jìn)入槽和退出槽的瞬時(shí),圓銷(xiāo)中心的線(xiàn)速度方向必須沿著槽輪徑向槽的中心線(xiàn)方向,以使槽輪在啟動(dòng)和停止時(shí)的瞬時(shí)速度為零,如圖所示。在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中,槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2與撥盤(pán)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1之比可用來(lái)衡量槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間在一個(gè)間歇周期中所占的比例,稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)系數(shù),用來(lái)表示。
為了避免或減輕槽輪在啟動(dòng)和停止時(shí)的碰撞或沖擊,圓銷(xiāo)在進(jìn)入槽和退出槽的瞬時(shí),圓銷(xiāo)中心的線(xiàn)速度方向必須沿著槽輪徑向槽的中心線(xiàn)方向,以使槽輪在啟動(dòng)和停止時(shí)的瞬時(shí)速度為零,如圖2-1所示。
圖2-1槽輪撥盤(pán)工作圖
圖中撥盤(pán)有K=1個(gè)圓銷(xiāo),槽輪槽數(shù)為z=6,因此有
=t2/t1=K(z-2)/2z=4/12=1/3
而槽輪一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間與停歇時(shí)間之比為
t2:(t1-t2)=t2:(3t2-t2)=1:2。
意味著槽輪一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間與停歇時(shí)間之比為1:2,即分配軸轉(zhuǎn)一周工序盤(pán)有120°處于運(yùn)動(dòng)中,有240°處于停歇中。
方案2:采用步進(jìn)電機(jī),通過(guò)PLC控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn),通過(guò)鍵盤(pán)和顯示屏幕發(fā)出指令給單片機(jī),控制脈沖分配器向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖。而輸入電脈沖的數(shù)量和頻率便可實(shí)現(xiàn)控制工作臺(tái)的角位移與轉(zhuǎn)速以及停動(dòng)。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)為脈沖電動(dòng)機(jī)。它是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。其輸入一個(gè)電脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一步,既每當(dāng)電動(dòng)機(jī)的繞組接受一個(gè)電脈沖,轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)與頻率成正比,并在時(shí)間上與輸入脈沖同步,只要控制輸入電脈沖的數(shù)量,頻率以及電動(dòng)機(jī)繞組的通電順序,電動(dòng)機(jī)即可獲得所需的轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向,很容易用微機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有以下主要特點(diǎn):
1)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素(如電源電壓的波動(dòng),電流的大小與波形的變化,溫度等的影響,只要在他們的大小未引起步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生“丟失”現(xiàn)象 之前,就不會(huì)影響其正常工作;
2)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角有誤差,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定的步數(shù)以后也會(huì)出現(xiàn)累計(jì)誤差,但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)之后,其累計(jì)誤差就會(huì)變?yōu)椤傲恪?,因此不會(huì)長(zhǎng)期積累;
3)控制性能好,在啟動(dòng),停止,反轉(zhuǎn)時(shí)不易“丟失” 。因此,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用于開(kāi)環(huán)控制的機(jī)電一體化系統(tǒng),使系統(tǒng)簡(jiǎn)化,并可靠的獲得較高的位置精度;
方案1繁瑣復(fù)雜且定位精度不高,容易產(chǎn)生累積誤差,而且槽輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)停不能滿(mǎn)足該工件的生產(chǎn)周期和加工工藝時(shí)間比。方案2結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于簡(jiǎn)化整個(gè)多工位工作臺(tái)的體系,調(diào)正起來(lái)比較方便,且該工作臺(tái)工作時(shí)負(fù)載并不是很大。綜合考慮本設(shè)計(jì)應(yīng)選用了方案2。
2.2 動(dòng)力的選擇
方案1:采用液壓,其優(yōu)點(diǎn)是:
1) 同其他傳動(dòng)方式相比,窗洞功率相同,液壓傳動(dòng)裝置的重量輕,結(jié)構(gòu)緊湊。
2) 可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速,調(diào)整范圍大。
3) 運(yùn)動(dòng)間的慣性小,能夠頻繁迅速換向,船東工作平穩(wěn);系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)緩沖吸 震,并能自動(dòng)防止過(guò)載。
4) 與電氣石配合,容易實(shí)現(xiàn)動(dòng)作和操作和自動(dòng)化;與微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)能實(shí) 現(xiàn)各種自動(dòng)控制工作。
5) 原件已基本上系列化,通用化和標(biāo)準(zhǔn)化,適于CAD 技術(shù)的應(yīng)用,提高工效,降低成本。
其缺點(diǎn):
1) 容易產(chǎn)生泄露,污染環(huán)境。反映速度慢。
2) 引有泄露和彈性變形大,不易做精確的定比傳動(dòng)。
3) 系統(tǒng)內(nèi)混入空氣,會(huì)引起爬行,噪音和振動(dòng)。
4) 使用的環(huán)境溫度比機(jī)械傳動(dòng)小。
5) 故障診斷與排除要求較高技術(shù)。
方案2: 采用步進(jìn)電機(jī),其優(yōu)點(diǎn)是:步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素的影響,只要在他們的大小未引起步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生“丟失”現(xiàn)象 之前,就不會(huì)影響其正常工作,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角有誤差,但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)之后,其累計(jì)誤差就會(huì)變?yōu)椤傲恪?,因此不會(huì)長(zhǎng)期積累;控制性能好,在啟動(dòng),停止,反轉(zhuǎn)時(shí)不易“丟失”。通過(guò)控制電機(jī)的啟停來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的間歇。一個(gè)步進(jìn)電機(jī)既能解決電機(jī)問(wèn)題又能解決間歇機(jī)構(gòu)的問(wèn)題,故本工作臺(tái)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)。
2.3動(dòng)力傳動(dòng)方式的選擇
該工作臺(tái)工作的過(guò)程中的控制系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)控制的,無(wú)反饋系統(tǒng),所以該動(dòng)力系統(tǒng)必須具備有傳動(dòng)精準(zhǔn),效率較高,不能在傳動(dòng)的過(guò)程中有打滑或者卡滯等情況出現(xiàn)。并且該工作臺(tái)動(dòng)力部分與執(zhí)行部分之間的距離并不遠(yuǎn)。根據(jù)上面所述的情況進(jìn)行選擇傳動(dòng)方式。
方案1帶傳動(dòng)
帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn):
1)用于中心距較大的;
2)傳動(dòng)帶具有良好的彈性,能緩沖吸振,尤其是V帶沒(méi)有接頭,傳動(dòng)較平穩(wěn),噪聲??;
3)過(guò)載時(shí)帶在帶輪上打滑,可以防止其它器件損壞;
4) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造和維護(hù)方便,成本低 。 u
帶傳動(dòng)的缺點(diǎn) :
1)動(dòng)的外廓尺寸較大;
2) 由于需要張緊,使軸上受力較大;
3) 工作中有彈性滑動(dòng),不能準(zhǔn)確地保持主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速比關(guān)系;
4)帶的壽命短;
5)傳動(dòng)效率降低;
6)帶傳動(dòng)可能因摩擦起電,產(chǎn)生火花,故不能用于易燃易爆的場(chǎng)合。
方案2 齒輪傳動(dòng)
齒輪傳動(dòng)是近代機(jī)器中最常見(jiàn)的一種機(jī)械傳動(dòng),是傳遞機(jī)器動(dòng)力和運(yùn)動(dòng) 的一種主要形式,是機(jī)械產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)零部件。它與帶、鏈、摩擦、液壓等機(jī)械傳動(dòng)相比,具有功率范圍大、傳動(dòng)效率高、圓周速度高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、使用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)尺寸長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)尺寸小等一系列特點(diǎn)。因此,它已成為許多機(jī)械產(chǎn)品不可缺少的傳動(dòng)部件,也是機(jī)器中所占比重最大的傳動(dòng)形式。近幾年來(lái),雖然其他機(jī)械部件的制造技術(shù)與電傳動(dòng)技術(shù)有了較大的發(fā)展,但在生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位的傳動(dòng)形式仍為各種齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)有以下優(yōu)缺點(diǎn):
優(yōu)點(diǎn)包括:
1) 瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定,工作平穩(wěn)性較高;
2) 采用非圓齒輪,瞬時(shí)傳動(dòng)比可按所需變化規(guī)律設(shè)計(jì);
3) 傳動(dòng)比變化范圍大,適用于減速或增速傳動(dòng);
4)齒輪的圓周速度范圍大。
5) 傳遞功率范圍大,承載能力高。
6) 傳動(dòng)效率高,特別是精度較高的圓柱齒輪副。
7) 結(jié)構(gòu)緊湊,如使用行星傳動(dòng)、諧波齒輪傳動(dòng),可使部件更為縮小,成為同軸線(xiàn)傳動(dòng);
8) 維護(hù)簡(jiǎn)便。
缺點(diǎn)包括:
1) 運(yùn)轉(zhuǎn)中振動(dòng)、沖擊和噪聲,并產(chǎn)生動(dòng)載荷;
2) 無(wú)過(guò)載保護(hù)作用;
3) 要求齒輪的切齒精度較高或具有特殊齒形時(shí),需要高精度機(jī)床、特殊刀具和測(cè)量?jī)x器來(lái)保證,制造工藝復(fù)雜,成本較高
綜合上述以及考慮到該工作臺(tái)需要傳動(dòng)平穩(wěn),定位精確。工作臺(tái)工作過(guò)程中需要反復(fù)的停動(dòng),沖擊較大,且?guī)鲃?dòng)容易打滑影響工作臺(tái)的定位精準(zhǔn),而齒輪瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定,工作穩(wěn)定性較高,傳遞功率范圍大,能承載本大的沖擊,故本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)采用齒輪傳動(dòng)。
2.4軸承的選用
選擇滾動(dòng)軸承類(lèi)型時(shí),必須了解軸承的工作載荷大小、性質(zhì)、方向、轉(zhuǎn)速及其他使用要求,以下是選用滾動(dòng)軸承的基本原理:
(1)轉(zhuǎn)速較高、載荷較小、要求旋轉(zhuǎn)精度高時(shí)宜選用球軸承:轉(zhuǎn)速較低、載荷較大有沖擊載荷時(shí)則選用滾子軸承。
(2)軸承上同時(shí)受徑向和軸向載荷,一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承;若精細(xì)那個(gè)載荷大,軸向載荷小,可選用深溝球軸承的組合結(jié)構(gòu)。
方案1:選用圓錐滾子軸承
圓錐滾子軸承的特點(diǎn):圓錐滾子軸承可以分離,由內(nèi)圈與滾子、保持架一起組成的組件和外圈可以分別 圓錐滾子軸承安裝。滾子和滾道接觸處修正的接觸線(xiàn)可以減少應(yīng)力集中。圓錐滾子軸承可以承受大的徑向載荷和軸向載荷。由于圓錐滾子軸承只能傳遞單向軸向載荷,因此,為傳遞相反方向的軸向載荷就需要另一個(gè)與之對(duì)稱(chēng)安裝的圓錐滾子軸承。帶傾斜角的滾道能使圓錐滾子軸承承受徑向和軸向的聯(lián)合負(fù)荷。外滾道和軸承中心線(xiàn)之間的角度越大,承受軸向和徑向負(fù)荷比的能力就越大。滾子與滾道的線(xiàn)性接觸使圓錐滾子軸承具有很大的承載能力。這一特點(diǎn)和對(duì)徑向負(fù)荷、軸向負(fù)荷以及對(duì)這兩種聯(lián)合負(fù)荷的承受能力,使圓錐滾子軸承在許多應(yīng)用場(chǎng)合成為理想的選擇。對(duì)給定的內(nèi)徑,可以選用特輕活特重的截面以滿(mǎn)足不同負(fù)荷的要求。圓錐滾子軸承中用量最多的是單列圓錐滾子軸承。在轎車(chē)的前輪輪轂中,近年來(lái)也用上了小尺寸的雙列圓錐滾子軸承。四列圓錐滾子軸承用在大型冷、熱軋機(jī)等重型機(jī)器中。
圓錐滾子軸承主要承受以徑向?yàn)橹鞯膹?、軸向聯(lián)合載荷。軸承承載能力取決于外圈的滾道角度,角度越大承載能力越大。該類(lèi)軸承屬分離型軸承,根據(jù)軸承中滾動(dòng)體的列數(shù)分為單列、雙列和四列圓錐滾子軸承。單列圓錐滾子軸承游隙需用戶(hù)在安裝時(shí)調(diào)整;雙列和四列圓錐滾子軸承游隙已在產(chǎn)品出廠(chǎng)時(shí)依據(jù)用戶(hù)要求給定,不須用戶(hù)調(diào)整。圓錐滾子軸承有圓錐形內(nèi)圈和外圈滾道,圓錐滾子排列在兩者之間。所有圓錐表面的投影線(xiàn)都在軸承軸線(xiàn)的同一點(diǎn)相聚。這種設(shè)計(jì)使圓錐滾子軸承特別適合承受復(fù)合(徑向與軸向)負(fù)荷。軸承的軸向負(fù)荷能力大部分是由接觸角α決定的;α角度越大,軸向負(fù)荷能力就越高。角度大小用計(jì)算系數(shù)e來(lái)表示;e值越大,接觸角度越大,軸承承受軸向負(fù)荷的適用性就越大。
方案2,選用推力球軸承
推力球軸承是一種分離型軸承,軸圈、座圈可以和保持架、鋼球的組件分離。軸圈是與軸相配合的套圈,座圈是與軸承座孔相配合的套圈,和軸之間有間隙;推力球軸承只能夠承受軸向負(fù)荷,單向推力球軸承是只能承受一個(gè)方向的軸向負(fù)荷,雙向推力球軸承可以承受兩個(gè)方向的軸向負(fù)荷;推力球軸承不能限制軸的徑向位移,極限轉(zhuǎn)速很低,單向推力球軸承可以限制軸和殼體的一個(gè)方向的軸向位移,雙向軸承可以限制兩個(gè)方向的軸向位移。
推力軸承是用來(lái)專(zhuān)門(mén)承受軸向力的專(zhuān)用軸承,就是軸垂直的方向的力的軸承. 推力軸承也稱(chēng)作止推軸承. 止推軸承一般是由兩個(gè)止推墊片或更多止推墊片和若干滾動(dòng)體組成,一般止推墊片分為軸片和座片,滾動(dòng)體一般最常見(jiàn)型式是由鐵質(zhì)或銅質(zhì)保持架組合成整體.該類(lèi)型軸承最常見(jiàn)是鋼球式推力軸承. 用于支撐旋轉(zhuǎn)設(shè)備沿軸向的推力。旋轉(zhuǎn)設(shè)備是水平安裝的,則推力軸承只承擔(dān)設(shè)備沿軸向產(chǎn)生的推力;設(shè)備是垂直安裝的,則除推力外還需要支撐設(shè)備旋轉(zhuǎn)部分的重量。
將方案1和方案2進(jìn)行對(duì)比,由中軸,中軸上零件及工作臺(tái)上負(fù)載的重力作用,使中軸產(chǎn)生較大的軸向力,軸向力的全部由軸承支承,在眾多的軸承中,推力球軸承能支承較大的軸向力,而此工作臺(tái)并無(wú)太大的徑向力,故選用推力球軸承。
3 計(jì)算分析
3.1工作臺(tái)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析
工作臺(tái)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 按照工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)要求,工作臺(tái)每回轉(zhuǎn)π/3 時(shí),工作停下來(lái)工作一次,在這π/3時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下:0~0.2s圓盤(pán)以恒定加速度旋,0.2~0.6s 恒角速度旋轉(zhuǎn),0.6~0.8s圓盤(pán)以恒角加速度減速,直到停止。所以運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)的角速度在π/3 內(nèi)隨時(shí)間變化規(guī)律如圖3-1:
0 0.2 0.6 0.8 (t/s)
圖3-1 轉(zhuǎn)盤(pán)速度變化規(guī)律
因?yàn)樵?s 內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的角度為π/3。所以:
(0.4+0.8)Wmax /2=π/3
得出:Wmax=5π/9
顯然 0~0.2s和0.6~0.8s間的角加速度β大小都等于 25π/9 rad/s2
3.2步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算
步進(jìn)電機(jī)選用三相步進(jìn)電機(jī):
設(shè)三相步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)載扭矩為T(mén),J為工作圓盤(pán)及工件機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,M1為轉(zhuǎn)盤(pán)質(zhì)量,M2為機(jī)械手和工件的質(zhì)量,運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)的半徑為140mm:
J=12M1(R/1000)2+6M2(R/1000)2
=0.5×7×(140/1000)2+6×3×(225/1000)2=0.98kg·m2
T=J×β=0.98×25π9=8.55 N·m
由于在計(jì)算這些扭矩過(guò)程中沒(méi)有將外部阻力矩考慮進(jìn)去,所以需要設(shè)定一個(gè)安全系數(shù),便于選擇電機(jī)的扭矩能足夠大:
T電=1.5T=1.5×8.55=12.82 N·m
通過(guò)查找資料獲得如下三相步進(jìn)電機(jī)型號(hào)表:
表3-1 三相混合式步進(jìn)電機(jī)型號(hào)
根據(jù)T電==12.82N·m,選與此數(shù)值接近的步進(jìn)電機(jī),所以選擇三相步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為110BYG350DH-0501,此步進(jìn)電機(jī)的扭矩為16 N·m。
3.3直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì)
3.3.1、選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
1)選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)
2)選用7級(jí)精度(GB10095-88)
3)材料選擇。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-1選擇大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì))硬度為240HBS,小齒輪材料為40Gr(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBS,二者材料硬度差為40HBS。
4)初選小齒輪齒數(shù)為Z1=21,大齒輪齒數(shù)Z2=3×21=63。
3.3.2、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版公式(10-9a)進(jìn)行計(jì)算,即
(3-1)
(1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1)試選載荷系數(shù)為Kt =1.3
2)根據(jù)預(yù)選電機(jī)可得小齒輪傳遞的扭矩
T1=16N·m
3)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-7選取齒寬系數(shù)為
4)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)
5)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限;大齒輪的按接觸疲勞強(qiáng)度極限。
6)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù),由于工作臺(tái)轉(zhuǎn)速不高,故循環(huán)次數(shù)也較低。
7)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-19去接觸疲勞壽命系數(shù),。
8)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版式(10-12)得
(2)計(jì)算
1) 試算小齒輪輪分度圓直徑,代入中較小值
=33.27mm
2) 計(jì)算齒寬
b=mm
3) 計(jì)算齒寬與齒高之比
模數(shù) mm
齒高 h=2.25mt=2.25×1.58mm=3.565mm
==4.668
4) 計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)v和7級(jí)精度,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1.1;
直齒輪,假設(shè)<,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-3查得
=1.2;
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-2查得使用系數(shù)=1;
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-4用插值法查得7級(jí)精度、小齒輪懸臂布置時(shí)=1.182。
由=4.668,=1.182查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-13得=1.145,故動(dòng)載荷系數(shù)
K==1×1.1×1.2×1.182=1.56
5) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版式(10-10a)得
=33.27×=36.445mm
6) 計(jì)算模數(shù)
m==36.445÷21=1.73
3.3.3、根據(jù)齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算
彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版式(10-5)為
m (3-2)
(1) 公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值確定如下:
1) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=500MPa;
大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=380MPa;
2) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)為=2.5,=2.5;
3) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版式(10-12)得
==MPa=893MPa
==MPa=679MPa
4) 計(jì)算載荷系數(shù)K
K==1×1.1×1.2×1.145=1.5114
5) 齒形系數(shù)查取如下:
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-5查得=2.76,=2.3;
6) 應(yīng)力校正系數(shù)查得如下:
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-5查得=1.56,=1.71;
7) 計(jì)算大、小齒輪的并比較其大小
==0.0048
==0.0056
大齒輪的數(shù)值大
(2)設(shè)計(jì)計(jì)算
m=1.15
根據(jù)計(jì)算結(jié)果,由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)小于由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算模數(shù)m,因?yàn)閺澢鷱?qiáng)度所決定的承載能力是由齒輪模數(shù)m的大小所決定,而僅齒輪直徑(即齒數(shù)與模數(shù)的乘積)影響齒面接觸疲勞強(qiáng)度的承載能力,故由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.15并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=1.5mm,按接觸強(qiáng)度計(jì)算算分度圓直徑為d1 =36.445mm,計(jì)算小齒輪齒數(shù)為
=24
故大齒輪齒數(shù)為 =3×24=72 .
這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng),既滿(mǎn)足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度,又滿(mǎn)足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度,并避免浪費(fèi),結(jié)構(gòu)緊湊。
3.3.4、齒輪幾何尺寸
1)分度圓直徑計(jì)算
m=24×1.5mm=36mm
m=72×1.5mm=108mm
2)中心距離計(jì)算
a==mm=72mm
3)齒輪寬度計(jì)算
b==0.4×36mm=14.4mm
取=14mm, B2取12mm.
3.3.5、齒輪驗(yàn)算
==3×N=444.45N
==37.2<100
由此可知合適
3.3.6、齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸
由于齒輪的齒數(shù)和模數(shù)已經(jīng)確定,則齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸如表3-2所示:
表3—2 齒輪結(jié)構(gòu)尺寸
名稱(chēng)
代號(hào)
備注(mm)
模數(shù)
m
m=1.5
壓力角
20
分度圓直徑
d
=1.5×24=36
=1.5×72=108
齒頂高
==m=1.5
齒根高
==(+c)m=1.25×1.5=1.875
齒全高
h
h=h=(2+c)m=2.25×1.5=3.375
齒頂圓直徑
d
d=(+2)m=26×1.5=39
d=(+2)m=74×1.5=111
齒根圓直徑
d
d=(-2-2c)m=(24-2.5)×1.5=32.25
d=(-2-2c)m=(72-2.5)×1.5=104.25
基圓直徑
d
d=dcos=33.83 d=dcos=101.49
齒距
p
P=π m=4.712
基圓齒距
p
p=pcos=4.712×cos20=4.428
齒厚
s
S=π m/2=2.356
齒槽寬
e
e=π m/2=2.356
頂隙
C
C=Cm=0.25×1.5=0.375
節(jié)圓直徑
d′
d′=d
傳動(dòng)比
i
i==72/24=3
那么這對(duì)齒輪結(jié)構(gòu)如下圖3-2所示:
圖3-2 齒輪結(jié)構(gòu)
3.3.7、第二對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)
初選小齒輪齒數(shù)為Z3=18,大齒輪齒數(shù)Z4=4×18=72。
按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì):
(3-1)
代入數(shù)據(jù)算的d2t≥22.78mm
=24.90mm
m==1.38
按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì):
m (3-2)
查表代入數(shù)據(jù)得:m≥1.43
綜上所述m取最近的標(biāo)準(zhǔn)值,所以m=1.5
Z3=d3m≈18
則大齒輪的齒數(shù)Z3=18×4=72
由于齒輪的齒數(shù)和模數(shù)已經(jīng)確定,則齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸如表3-2所示:
表3—3 齒輪結(jié)構(gòu)尺寸
名稱(chēng)
代號(hào)
備注(mm)
模數(shù)
m
m=1.5
壓力角
20
分度圓直徑
d
=1.5×18=27
=1.5×72=108
齒頂高
==m=1.5
齒根高
==(+c)m=1.25×1.5=1.875
齒全高
h
h=h=(2+c)m=2.25×1.5=3.375
齒頂圓直徑
d
d=(+2)m=20×1.5=30
d=(+2)m=74×1.5=111
齒根圓直徑
d
d=(-2-2c)m=(18-2.5)×1.5=23.25
d=(-2-2c)m=(72-2.5)×1.5=104.25
基圓直徑
d
d=dcos=25.37 d=d2cos=101.49
齒距
p
P=π m=4.712
基圓齒距
p
p=pcos=4.712×cos20=4.428
齒厚
s
S=π m/2=2.356
齒槽寬
e
e=π m/2=2.356
頂隙
C
C=Cm=0.25×1.5=0.375
節(jié)圓直徑
d′
d′=d
傳動(dòng)比
i
i==72/18=4
3.4支撐軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.4.1、選擇軸的材料和熱處理
對(duì)此回轉(zhuǎn)工作臺(tái)未提出特殊要求,對(duì)其重量計(jì)尺寸也無(wú)特殊要求,故選用常用的材料45鋼,調(diào)質(zhì)處理。由機(jī)械設(shè)計(jì)(第八版)表15-1查得=640MP,=275MP,=155MP。
3.4.2、初步估算軸的直徑
由機(jī)械設(shè)計(jì)(第八版)表15-4查得WT=πd3/16≈02d3,安裝大齒輪處的軸頭直徑
τT=TWT≤[τT]
由機(jī)械設(shè)計(jì)(第八版)表15-3查得[τT]=30MPa,故
d≥35TτT=35×16×10330=13mm (3-3)
式中
WT——軸的抗扭界面系數(shù),mm3;
τT ——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,MPa;
T ——軸所受的扭矩,N?mm;
在這里取d=22mm
3.4.3、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為了裝拆齒輪軸承方便,將軸設(shè)計(jì)成階梯狀。對(duì)于同一軸上的軸承,一般選用同一型號(hào),現(xiàn)暫取深溝球軸承6006內(nèi)徑為30.000 mm?,外徑為55.000 mm?,厚度為13.000 mm,推力球軸承51306內(nèi)徑為30.00mm,外徑為60.00mm,厚度為21.00mm,與軸承相配合的軸段直徑取30.00mm,由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查的推力球軸承的軸肩直徑可取為38.00mm,在這里軸承與軸之間采用過(guò)盈配合,同時(shí)采用軸承套筒或孔用彈性擋圈對(duì)軸承進(jìn)行軸向固定,而齒輪輪轂與軸和轉(zhuǎn)盤(pán)與軸均在軸兩端采用間隙配合,其周向定位都采用單平鍵,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表6-1查得選平鍵截面b×h×L=8mm×5mm×20mm,同時(shí)在軸端處加擋板及螺釘進(jìn)行軸向定位固定。
根據(jù)以上所述,現(xiàn)畫(huà)出軸的結(jié)構(gòu)圖3-3如下:
圖3-3軸圓截面受力分析圖
1、疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)校核
(1)作軸的受力簡(jiǎn)圖如下:
(2)求作用在軸上的力
軸傳遞的轉(zhuǎn)矩T=40000N/mm
齒輪上圓周力為: F==2×40000/108=740.7N
輪上的徑向力: F= Ftan=740.7×tan20=269.6N
齒輪上軸向力:Fa=Ft/cosα=740.7/cos20°=788.5N
(3)求軸承上支反力:
Fr=FNV1+FNV2
Fr×(l1+l2)=FNV1×l2
有上述的公式代入數(shù)據(jù)可求得:
FNV1=450N FNV2=-270N
Ft=FNH1+FNH2
Ft×(l1+l2)=FNH1×l2
有上述的公式代入數(shù)據(jù)可求得:
FNH1=1233.5N FNH2=-492N
(4)畫(huà)彎矩圖M 和 M及合成彎矩圖M=
截面所受最大彎矩M=65.5N·m
(5)畫(huà)出扭矩圖T
(6)確定其危險(xiǎn)截面,并計(jì)算其應(yīng)力
由圖軸受扭矩為常數(shù)的作用,雖然有鍵槽、軸肩及過(guò)渡配合所引起的應(yīng)力集中中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度,但由軸的最小軸徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來(lái)確定的,所以軸上CD段各截面不用校核。對(duì)截面I,C處,在截面I處從彎矩較小,截面II處應(yīng)力集中最為嚴(yán)重,從受載來(lái)看截面B所受的彎矩和轉(zhuǎn)矩較大,但應(yīng)力不集中且軸徑較大,因此對(duì)截面C也不必校核.因而該軸只需校核截面II左右兩則即可。
校核截面II左側(cè)
由截面II左側(cè)的彎矩M為 M=(26-5.3)×=21.12MPa
截面上彎曲應(yīng)力為 =20.2MPa
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 =19.13MPa
軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表15-1查得=640MPa,=275MPa,=155MPa。
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附表3-2查取。因==0.09,==1.36,經(jīng)插值法查得
=1.65 , = 1.47
又有《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為
=0.82 , =0.85
所以有效應(yīng)力集中系數(shù)按《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版(附表3-4)為
=1+0.82×(1.65-1)=1.533
=1+0.85×(1.47-1)=1.40
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附圖3-2的尺寸系數(shù)=1;由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)=0.94。
軸按磨削加工,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為
=0.92
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理,取=1,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版式(3-12)及式(3-12a)得綜合系數(shù)為
==1.62
==1.58
又由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版3-1及3-2的碳鋼系數(shù)的特性系數(shù)
=0.1—0.2,取=0.1
=0.055—0.1,取=0.05
故計(jì)算安全系數(shù)值,按《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版式(15-6)—(15-8)則得
==8.4
===9.94
===6.42>>S=1.5
顯然安全。
校核截面II的右側(cè)
彎曲應(yīng)力
===7.96MPa
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
==7.5MPa
在過(guò)盈配合處,根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附表3-8用插值法求出,取值=0.8,
故得 =2.82 =0.8×2.82=2.256
按磨削加工軸,表面質(zhì)量系數(shù)根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附圖3-4查為
=0.92
所以,計(jì)算綜合系數(shù)
=2.82+-1=2.91
=2.256+-1=2.34
故軸在截面II右側(cè)的安全系數(shù)為
==11.87
===17.29
===9.78>>S=1.5
所以此軸在截面II處右側(cè)的強(qiáng)度也滿(mǎn)足安全設(shè)計(jì)要求。
根據(jù)以上所述,現(xiàn)畫(huà)出軸的結(jié)構(gòu)圖3-4如下
圖3-4軸的結(jié)構(gòu)尺寸圖
3.4.4 軸的剛度校核計(jì)算
由于該軸是豎直安置的,精密轉(zhuǎn)盤(pán)及其機(jī)械手工件的重量主要是由支座來(lái)承受的。該軸只是一個(gè)傳動(dòng)軸,只要是將將輸入的扭矩傳到精密轉(zhuǎn)盤(pán),故該軸并沒(méi)有收到太大的彎曲應(yīng)力。所以對(duì)該軸進(jìn)行剛度校核時(shí),只需對(duì)其進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算就可以了。
軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角φ來(lái)表示。圓軸扭轉(zhuǎn)角φ[單位為(°)/m]的計(jì)算公式為:
φ=5.73×1041LGi=1ZTiliIpi (3-4)
式中: T——軸所受的扭矩,N·mm;
????? G——軸的材料的剪切彈性模量,MPa,對(duì)于鋼材,G=8.1*104MPa;
????? Ip——軸截面的極慣性矩,mm4,對(duì)于圓軸,Ip=pd4/32
????? L——階梯軸受扭矩作用的長(zhǎng)度,mm;
????? Ti、li、Ipi——分別代表階梯軸第i段上所受的扭矩、長(zhǎng)度和極慣性矩,單位同前;
????? z——階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。
由上述公式帶入數(shù)值可算得,
φ=0.386≤[φ]
式中,[φ]為每米長(zhǎng)的允許扭轉(zhuǎn)角,與軸的使用場(chǎng)合有關(guān)。而該軸是作為精密裝盤(pán)下的一個(gè)傳動(dòng)軸,對(duì)傳動(dòng)的精密度還是有一點(diǎn)的要求的。對(duì)于精密傳動(dòng)軸,可取[φ]=0.25~0.5°/m;由于φ=0.386°/m處于精密傳動(dòng)軸取值范圍之間,所以該軸的扭轉(zhuǎn)剛度合格。
3.5滾動(dòng)軸承的計(jì)算分析
由于一般的傳動(dòng)軸的滾動(dòng)軸承失效形式主要是疲勞破壞。故對(duì)疲勞壽命進(jìn)行計(jì)算。
由于轉(zhuǎn)盤(pán)重量不大,軸向力約為F=150N,查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》推力球軸承51306最小負(fù)荷常數(shù)A=4.51×10,由《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》推力球軸承最小軸上負(fù)荷的計(jì)算公式為F>A,又傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速取n=20r/min.,
F>4.51×10×=1.8×N
顯然可安全使用。
故只需對(duì)對(duì)深溝球軸承6006進(jìn)行壽命計(jì)算
軸承尺寸內(nèi)徑d=30.000 mm?,外徑D=55.000 mm?,厚度T=13.000 mm
載荷容量 C=13.3 KN C=8.36KN
滾動(dòng)軸承壽命驗(yàn)算
C=
式中:
C 基本額定動(dòng)載荷,單位N
壽命系數(shù)
載荷系數(shù)
速度系數(shù)
溫度系數(shù)
P 當(dāng)量動(dòng)載荷,單位N
得 P=
已知 C=13300N,預(yù)期壽命取L=20000 h
查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得
= 3.42 =1.4 =1.166 =1
故
P===3238.89N
由
L′=
其中: L′ 軸承的壽命,單位h;
n 軸承轉(zhuǎn)速,單位r/min ;
P 軸承所受當(dāng)量動(dòng)載荷,單位N;
C 基本額定動(dòng)載荷,單位N;
已知:預(yù)取傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n=20r/min,P=3238.89N,C=13300N
L′===94915h> L=20000h
故這對(duì)軸承滿(mǎn)足要求。
4 其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.1 精密轉(zhuǎn)盤(pán)的設(shè)計(jì)
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工作半徑R主要是由完成每道工序所需機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)確定的,通常在200~600mm。待加工的工件為內(nèi)空?qǐng)A柱外形,尺寸范圍為:φ(50-75)×(60-90),且該工件并不是被固定于轉(zhuǎn)盤(pán)上,而是被夾持于機(jī)械手上,考慮加工的環(huán)境,以及加工機(jī)構(gòu)的選擇,此工作臺(tái)的精密轉(zhuǎn)盤(pán)的尺寸便選用直徑為280mm,結(jié)構(gòu)如圖4-1所示:
圖4-1 機(jī)密轉(zhuǎn)盤(pán)剖視圖
4.2底座的設(shè)計(jì)
底座主要是銜接與旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤(pán)于面板之間,承受了精密轉(zhuǎn)盤(pán)及機(jī)械手的重量,并且對(duì)軸承和軸都起到定位的作用。由于該底座并不用承受太大的質(zhì)量,更多的是固定定位的作用,定位要求比較精確,所以對(duì)該底座的壁厚就沒(méi)有太多的計(jì)算與校核,更多的是要求加工工藝高,尺寸誤差不能太大。故本設(shè)計(jì)的底座結(jié)構(gòu)如圖4-2所示:
圖4-2 底座結(jié)構(gòu)圖
4.3機(jī)架的設(shè)計(jì)
4.3.1 機(jī)架設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則
(1)工況要求 任何機(jī)架的設(shè)計(jì)首先必須保證機(jī)器的特定工作要求。例如,保證機(jī)架上安裝的零部件能順利運(yùn)轉(zhuǎn),機(jī)架的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)不致有阻礙運(yùn)動(dòng)件通過(guò)的突起;設(shè)置執(zhí)行某一工況所必需的平臺(tái);保證上下料的要求、人工操作的方便及安全等。
(2)剛度要求 在必須保證特定外形條件下,對(duì)機(jī)架的主要要求是剛度。例如機(jī)床的零部 件中,床身的剛度則決定了機(jī)床的生產(chǎn)率和加工產(chǎn)品的精度;在齒輪減速器中,箱殼的剛度決定了齒輪的嚙合性及運(yùn)轉(zhuǎn)性能。
(3)強(qiáng)度要求 對(duì)于一般設(shè)備的機(jī)架,剛度達(dá)到要求,同時(shí)也能滿(mǎn)足強(qiáng)度的要求。但對(duì)于重載設(shè)備的強(qiáng)度要求必須引起足夠的重視。其準(zhǔn)則是在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中可能發(fā)生的最大載荷情況下,機(jī)架上任何點(diǎn)的應(yīng)力都不得大于允許權(quán)力。此外,還要滿(mǎn)足疲勞強(qiáng)度的要求。對(duì)于某些機(jī)器的機(jī)架尚需滿(mǎn)足振動(dòng)或坑振的要求。例如振動(dòng)機(jī)械的機(jī)架;受沖擊的機(jī)架;考慮地震影響的高架等。
(4)穩(wěn)定性要求 對(duì)于細(xì)長(zhǎng)的或薄璧的受壓結(jié)構(gòu)及受彎—壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問(wèn)題,某些板殼結(jié)構(gòu)也存在失穩(wěn)問(wèn)題或局部失穩(wěn)問(wèn)題。失穩(wěn)對(duì)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大的破壞,設(shè)計(jì)時(shí)必須校核。
(5)美觀 目前對(duì)機(jī)器的要求不僅要能完成特定的工作,還要使外形美觀。
(6)其他 如散熱的要求;防腐蝕及特定環(huán)境的要求;對(duì)于精密機(jī)械、儀表等熱變形小的要求等。
特別提出注意的是,設(shè)計(jì)和工藝是相輔相成的,設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是工藝。所以設(shè)計(jì)要遵循工藝的規(guī)范,要考慮工藝的可能性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性。
4.3.2 機(jī)架設(shè)計(jì)的要求
在滿(mǎn)足機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的前提下,必須根據(jù)機(jī)架的不同用途和所處環(huán)境,考慮下列各項(xiàng)要求,并有所偏重:
1.機(jī)架的重量輕,材料選擇合適,成本低。
2.結(jié)構(gòu)合理,便于制造。
3.結(jié)構(gòu)應(yīng)使機(jī)架上的零部件安裝、調(diào)整、修理和更換都方便。
4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,工藝性好,還應(yīng)使機(jī)架本身的內(nèi)應(yīng)力小,由溫度變化引起的變形應(yīng)力小。
5.抗振性能好。
6.耐腐蝕,使機(jī)架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少修理。
7.有導(dǎo)軌的機(jī)架要求導(dǎo)軌面受力合理,耐磨性良好。
4.3.3機(jī)架材料的選擇
通過(guò)查找資料和估算,且機(jī)架不用太過(guò)于復(fù)雜,負(fù)重不是很大。本設(shè)計(jì)直接采用不銹鋼方鋼焊接來(lái)做機(jī)架。選擇方鋼管作機(jī)架材料的理由有幾個(gè)方面:
(1)方鋼管受力性能好,它的截面慣性矩與截面抵抗矩以及回轉(zhuǎn)半徑等截面特性均比等截面積的角鋼、其他型鋼或角鋼組合T形截面等構(gòu)件的大。
(2)由于方鋼管桁架構(gòu)件間采用直接焊接,節(jié)省了節(jié)點(diǎn)板和角鋼組合墊板的材料,從而節(jié)約鋼材20%~30%。同時(shí)也可以避免角鋼與墊板電焊不當(dāng)對(duì)桿件造成的損傷。而且省去節(jié)點(diǎn)板,可使桿件直接傳力,提高了桁架受力性能。
(3)方鋼管桁架整體性能好,制作安裝時(shí)翻身、起吊都比較容易,不易變形。
(4)在承載力相同的情況下,管截面的表面積較開(kāi)口截面的表面積小,從而減少了防火、防腐涂層的面積及其費(fèi)用。
4.3.4 機(jī)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
綜合考慮到機(jī)架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和要求以及實(shí)用性,本設(shè)計(jì)便采用簡(jiǎn)單的四角支架結(jié)構(gòu),為了增強(qiáng)該支架的使用壽命和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,在立桿上增加了4根橫梁,這樣又能顯得更美觀。其大概結(jié)構(gòu)圖如下:
圖4-3 主視圖 4-4 側(cè)視圖 4-5 俯視圖
5 結(jié)論
本畢業(yè)設(shè)計(jì)是根據(jù)企業(yè)指定產(chǎn)品的加工需求,來(lái)設(shè)計(jì)一種與生產(chǎn)線(xiàn)匹配,符合加工技術(shù)要求的六工位工作臺(tái),主要是選擇并設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)構(gòu),對(duì)多工位工作臺(tái)作總體布局設(shè)計(jì),編制工作循環(huán)圖。在設(shè)計(jì)六工位回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的過(guò)程中,有三個(gè)因素是必須關(guān)注的,而且他們之間相互聯(lián)系,即工作臺(tái)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)需要執(zhí)行的任務(wù)和工作臺(tái)的間歇機(jī)構(gòu),不應(yīng)該把他們彼此孤立起來(lái)考慮。改變其中的一個(gè)因素而維持其它的兩個(gè)不變,那么將導(dǎo)致工作臺(tái)不能按預(yù)定的工作方式去運(yùn)行。該工作臺(tái)要完成工件的上料、注液涂敷、