FZY-300液壓式半球閥閥座裝配機(jī)工作裝置設(shè)計(jì)【含15張CAD圖紙】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請(qǐng)放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 機(jī)電工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目:FZY-300液壓式半球閥閥座裝配機(jī)設(shè)計(jì) —工作裝置設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 目 次 引言 1 1.FZY-300半球閥閥座裝配技術(shù)要求分析 2 1.1機(jī)床負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 2 1.1.1扭緊轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 2 1.1.2慣性轉(zhuǎn)矩計(jì)算 3 1.2裝配機(jī)技術(shù)參數(shù) 3 2.半球閥閥座裝配機(jī)方案設(shè)計(jì) 4 2.1設(shè)計(jì)思路 4 2.2機(jī)床總體布局方案設(shè)計(jì) 4 2.3機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 5 2.3.1執(zhí)行元件的確定 6 2.3.2減速裝置傳動(dòng)比的確定 6 2.4升降系統(tǒng)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 7 3.液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 3.1液壓系統(tǒng)介紹 8 3.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 3.2.1技術(shù)要求 8 3.3系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 8 3.3.1系統(tǒng)壓力的選定 8 3.3.2 確定液壓馬達(dá)的排量 9 3.3.3 選定液壓馬達(dá) 9 3.3.4 系統(tǒng)工作壓力及流量計(jì)算 9 3.3.5液壓其他元件的選擇 9 4.減速裝置的設(shè)計(jì) 11 4.1.運(yùn)動(dòng)參數(shù)就算 11 4.1.1總傳動(dòng)比和各級(jí)傳動(dòng)比的確定 11 4.1.2各軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩計(jì)算 11 4.2.齒輪設(shè)計(jì) 12 4.2.1高速級(jí)圓柱齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 12 4.2.2低速級(jí)圓柱齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 17 4.3軸的設(shè)計(jì) 21 4.3.1各齒輪受力分析 21 4.3.2軸的設(shè)計(jì) 22 5.升降系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 5.1 絲杠設(shè)計(jì) 30 5.1.1工況分析 30 5.1.2.總體方案設(shè)計(jì) 30 5.1.3設(shè)計(jì)絲杠 30 設(shè)計(jì)總結(jié) 36 致謝 38 參考文獻(xiàn) 39 39 引言 球閥是通過球閥閥芯的轉(zhuǎn)動(dòng)控制通道的開通和閉合。當(dāng)閥芯的軸線與通道的軸線相重合時(shí)，球閥處于開啟狀態(tài)；當(dāng)球閥閥芯與通道的軸線相重合的時(shí)候，球閥處于關(guān)閉狀態(tài)。所以閥芯與閥座配合程度決定了球閥工作的狀態(tài)。為了使球閥在較低的工作壓力下具有良好的密封性能，球體與閥座之間必須施加一定的預(yù)緊力，預(yù)緊力不足，不能保證密封，而過大的預(yù)緊力又會(huì)使摩擦轉(zhuǎn)矩增加，還可能導(dǎo)致閥座材料產(chǎn)生塑性變形而破壞密封性能。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)實(shí)際過程中球閥閥座的裝配主要還是依靠人力，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，而且還不能有效保證安裝的精度，且在安裝過程中容易損傷工件。因此需要設(shè)計(jì)一種專用裝配機(jī)械以實(shí)現(xiàn)裝配過程的自動(dòng)化。 根據(jù)資料顯示，工業(yè)生產(chǎn)過程中裝配作業(yè)的勞動(dòng)量、耗時(shí)時(shí)間等在產(chǎn)品生產(chǎn)周期中不僅占有很大比例，而且裝配質(zhì)量的高低對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量有至關(guān)重要的影響。目前實(shí)現(xiàn)裝配作業(yè)的方法主要有人工操作、專用裝配機(jī)械裝配和裝配機(jī)器人三種途徑。傳統(tǒng)的人工裝配不僅耗時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且裝配質(zhì)量也無法有效保證；工業(yè)機(jī)器人裝配式最新發(fā)展的裝配技術(shù)，利用機(jī)器人裝配不僅耗時(shí)時(shí)間短，經(jīng)濟(jì)效益高，而且裝配質(zhì)量有所保證，但主要應(yīng)用于多品種、小批量的生產(chǎn)線裝配作業(yè)；而專用裝配機(jī)械裝配不僅滿足裝配機(jī)器人裝配質(zhì)量的要求，而且主要適用于大批量生產(chǎn)情況下的裝配作業(yè)。目前我國(guó)閥類生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品種類比較單一，因此采用專用裝配機(jī)械裝配適合我國(guó)的國(guó)情。 因此針對(duì)FZY-300的閥專門設(shè)計(jì)了一種半球閥閥座裝配機(jī)，該裝配機(jī)主要是為了實(shí)現(xiàn)裝配過程中預(yù)緊力的自動(dòng)控制，從而保證裝配質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)裝配作業(yè)過程的自動(dòng)化。 1 FZY-300半球閥閥座裝配技術(shù)要求分析 1.1機(jī)床負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 球閥裝配中硬質(zhì)密封的實(shí)現(xiàn)是依靠如圖1所示的閥座2與閥芯1的緊密配合實(shí)現(xiàn)的。通過旋壓螺套3的旋緊提供密封過程中的預(yù)緊力，即把螺紋連接過程中的預(yù)緊扭矩轉(zhuǎn)換成預(yù)緊力。 圖1 球閥裝配圖 1.閥芯 2.閥座 3.旋壓螺套 1.1.1扭緊轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 為了保證密封要求，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取預(yù)緊壓力為工作壓力的2.6倍，即： (1) (2) 式中：P-系統(tǒng)工作壓力 S-密封狀態(tài)下接觸的面積 經(jīng)計(jì)算得： 裝配時(shí)預(yù)緊力的大小是通過扭緊力矩來控制的，查相關(guān)資料得扭緊力矩與預(yù)緊力之間的關(guān)系如公式（3）： （3） 式中：K-扭緊力系數(shù) F-預(yù)緊力 d-螺紋公稱直徑 查標(biāo)準(zhǔn)取K為0.2，得： 1.1.2慣性轉(zhuǎn)矩計(jì)算 液壓傳動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)矩除了裝配過程中需要的扭矩外還有慣性扭矩和摩擦扭矩兩部分。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取摩擦扭矩為工作扭矩的0.1，即 (4) 因?yàn)橐簤厚R大工作過程中的進(jìn)給速度比較慢，所以可以忽略慣性轉(zhuǎn)矩的影響，所以該液壓系統(tǒng)需要的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 (5) 根據(jù)公式（4）、（5）得總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： 1.2裝配機(jī)技術(shù)參數(shù) 根據(jù)閥門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，閥座裝配機(jī)的技術(shù)參數(shù)如下： 1）閥座直徑Φ300mm 2）閥座裝配需要的扭矩為11194.16 3）裝配機(jī)主軸轉(zhuǎn)速為： 快進(jìn)轉(zhuǎn)速 40rpm 工進(jìn)轉(zhuǎn)速 20rpm 2 半球閥閥座裝配機(jī)方案設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)思路 根據(jù)上述計(jì)算得知，F(xiàn)ZY-300半球閥裝配需要的轉(zhuǎn)矩為11194.16，該轉(zhuǎn)矩相對(duì)而言比較大，傳統(tǒng)的純機(jī)械傳動(dòng)輸出的扭矩比較小，而液壓式徑向柱塞馬達(dá)可以在低速的情況下輸出較大的扭矩，同時(shí)液壓馬達(dá)便于實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速、調(diào)速范圍大；與電氣裝置相配合可以實(shí)現(xiàn)加工過程的自動(dòng)化控制，因此在設(shè)計(jì)過程中選用液壓馬達(dá)作為該裝置的執(zhí)行元件，這樣就可以簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)。 查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)徑向柱塞馬達(dá)的質(zhì)量、尺寸一般比較大，尤其是大轉(zhuǎn)矩馬達(dá)的質(zhì)量，大多都是在100kg以上，這樣就會(huì)導(dǎo)致主軸箱的整體質(zhì)量、結(jié)構(gòu)變大，為了使主軸箱結(jié)構(gòu)緊湊，根據(jù)減速器減速增大扭矩的特性，因此需要把液壓馬達(dá)與減速器相連，這樣就可以選擇質(zhì)量輕、扭矩小的馬達(dá)，從而優(yōu)化主軸箱結(jié)構(gòu)，使工作裝置更為緊湊。 因?yàn)榘肭蜷y的整體尺寸比較大，為了安裝方便，所以選用立式機(jī)床結(jié)構(gòu)。 液壓馬達(dá)的扭矩比較大，所以導(dǎo)致減速器中齒輪的尺寸相對(duì)比較大，這樣即使通過減速裝置減速，主軸箱的整體質(zhì)量還是比較大的，為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)，保證裝配質(zhì)量，所以采用主軸箱整體升降的方式設(shè)計(jì)主軸箱軸向進(jìn)給。 根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路可以大概估計(jì)出機(jī)床的工作過程：主軸箱快速軸向進(jìn)給接近工件定位，然后液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)。裝配初期，液壓馬達(dá)以高速小扭矩快速進(jìn)給；在裝配后期通過蓄能器提高液壓馬達(dá)的工作壓力提高液壓馬達(dá)的的輸出扭矩，再通過減速裝置增大輸出扭矩，從而滿足裝配過程中預(yù)緊力的要求。 2.2機(jī)床總體布局方案設(shè)計(jì) 機(jī)床的總體布局是根據(jù)機(jī)床傳動(dòng)要求合理布局機(jī)床上各個(gè)傳動(dòng)部件、操作機(jī)構(gòu)。根據(jù)上面裝配機(jī)的設(shè)計(jì)思路，該裝配機(jī)主要有兩個(gè)主運(yùn)動(dòng)，一個(gè)是加載頭的軸向運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)是加載頭的轉(zhuǎn)動(dòng)。其中加載頭的轉(zhuǎn)動(dòng)的方案已經(jīng)確定，所以現(xiàn)在主要確定的是加載頭的軸向運(yùn)動(dòng)的方案，該方案影響到裝載機(jī)的總體布局格式。 本次設(shè)計(jì)中，根據(jù)運(yùn)動(dòng)分配方式的不同，可以有兩種不同的布局方案。 如圖2所示，工件固定于工作臺(tái)的固定位置，主軸箱安放在搖臂1上，搖臂可以沿著立柱2上下移動(dòng)，繞著立柱做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；主軸箱也可沿著搖臂左右移動(dòng)。這樣的布局因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的自由度比較多，所以適用性強(qiáng)，使用范圍廣，可以用于裝配重量的大工件。但是由于該結(jié)構(gòu)結(jié)合面比較多，所以機(jī)床的整體剛性不足，影響裝配的精度。 圖2 1.搖臂 2.立柱 另一種方案如圖3所示，該方案是把上述方案中主軸箱的運(yùn)動(dòng)分解，把主軸箱的左右移動(dòng)和分配給工件，這樣工件就可以沿著工作臺(tái)1水平左右移動(dòng)，主軸箱依然沿著立柱2上下移動(dòng)。這樣的布局由于缺少了轉(zhuǎn)動(dòng)而使得機(jī)床整體結(jié)構(gòu)變得更為緊湊，但同時(shí)也限制了機(jī)床的結(jié)構(gòu)尺寸，也就限制了該裝置裝配工件的類型。但是由于機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)緊湊，所以機(jī)床的整體剛性良好，能夠保證很好的加工精度。 圖3 1.工作臺(tái) 2.立柱 綜合上述分析，根據(jù)要求本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是專用機(jī)床的設(shè)計(jì)，機(jī)床加工范圍的大小只是一種參考，所以選擇第二種方案作為機(jī)床的總體布局格式。 2.3機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要是指動(dòng)力裝置、執(zhí)行裝置、變速裝置及操縱機(jī)構(gòu)等。機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)主要是指根據(jù)輸出需求，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)合理的擬定傳動(dòng)方案、系統(tǒng)傳動(dòng)比等。本次設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是執(zhí)行元件的確定和減速裝置傳動(dòng)比的確定。 2.3.1執(zhí)行元件的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)思路，本次設(shè)計(jì)中所用到的執(zhí)行元件是徑向柱塞液壓馬達(dá)。液壓馬達(dá)可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，且傳動(dòng)平穩(wěn)，換向沖擊小。但是由于液壓馬達(dá)的質(zhì)量、外觀尺寸比較大，為了得到需要的輸出扭矩，就需要更大、更重的液壓馬達(dá)，所以為了減小主軸箱的結(jié)構(gòu)尺寸，減小液壓馬達(dá)的重量，所以需要選擇減速裝置，以增大輸出扭矩。根據(jù)機(jī)床變速連續(xù)性的分類，機(jī)床分為無級(jí)變速和有級(jí)變速，那么該機(jī)床就屬于無級(jí)變速與有機(jī)變速結(jié)合的形式。 2.3.2減速裝置傳動(dòng)比的確定 減速裝置主要作用是降低輸出軸的速度，增大輸出扭矩。減速裝置有一級(jí)減速器、多級(jí)減速器等多種形式。合理的傳動(dòng)比不僅能得到需要的輸出，而且可以影響到整機(jī)的機(jī)構(gòu)尺寸、質(zhì)量大小等，對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)具有至關(guān)重要的作用。 減速器有圓柱齒輪減速器、渦輪蝸桿減速器等，其中渦輪蝸桿減速器的傳動(dòng)比大，主要用來傳遞空間交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，所以這次選擇圓柱齒輪減速器作為減速裝置。 圓柱齒輪減速器的一級(jí)傳動(dòng)一般小于8，工作裝置需要的扭矩是11194.16，假定減速器為一級(jí)減速器，則初步估計(jì)液壓馬達(dá)需要的輸出扭矩最低為，查有關(guān)液壓馬達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)，能夠輸出這樣大的扭矩的馬達(dá)的質(zhì)量一般都在75kg以上，同時(shí)根據(jù)以往減速器設(shè)計(jì)，液壓馬達(dá)輸出這么大的扭矩，齒輪的整體結(jié)構(gòu)增大，所以選擇二級(jí)減速器作為傳動(dòng)系統(tǒng)。假定每一級(jí)的傳動(dòng)比接近4左右，這樣總傳動(dòng)比就是16左右，這樣液壓馬達(dá)需要輸出的扭矩就是，馬達(dá)的質(zhì)量就在50kg左右，齒輪裝置因?yàn)檩敵雠ぞ氐臏p小，結(jié)構(gòu)也得到極大地優(yōu)化。所以本次設(shè)計(jì)中選取的傳動(dòng)比為15，馬達(dá)輸出扭矩約在700，轉(zhuǎn)速為300rpm。 2.4升降系統(tǒng)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 主軸箱的升降是實(shí)現(xiàn)裝配過程中的主要運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樵趥鲃?dòng)系統(tǒng)方案中，主軸箱是沿著立柱升降的，這樣必然導(dǎo)致機(jī)床的整體受到很大的傾覆力矩；同時(shí)由于主軸箱的垂直放置，所以在設(shè)計(jì)過程中必須考慮怎么防止主軸箱的自然下滑。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)在又兩種方案可供選擇： 方案一：主軸箱通過螺母副與螺紋絲杠連接，用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，該方案的優(yōu)點(diǎn)是定位精確，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。 目前螺紋絲杠傳動(dòng)有滑動(dòng)螺旋、滾動(dòng)螺旋、和靜壓螺旋傳動(dòng)三種形式?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，易于自鎖，缺點(diǎn)是傳動(dòng)效率低，磨損快；滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)效率高，低速不爬行，缺點(diǎn)是不能自鎖，這是在立式機(jī)床中應(yīng)該避免的；靜壓螺旋傳動(dòng)不僅傳動(dòng)效率高，工作平穩(wěn)，而且低速時(shí)不會(huì)出現(xiàn)爬行現(xiàn)相，但是需要一套壓力穩(wěn)定、溫度恒定、過濾要求較高的供油系統(tǒng)。綜合各方考慮，選擇滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)比較經(jīng)濟(jì)、可靠，但是為了避免螺旋傳動(dòng)受載后逆轉(zhuǎn)，應(yīng)該設(shè)置防逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 方案二是主軸箱通過液壓缸驅(qū)動(dòng)軸向進(jìn)給，該方案的優(yōu)點(diǎn)是可以與液壓馬達(dá)共用一套液壓系統(tǒng)，省去動(dòng)力源的選擇，同時(shí)液壓缸可以提供較大的壓緊力，保證加載頭與壓緊螺套始終接觸，但是液壓系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度不高，且在運(yùn)動(dòng)過程中，尤其在換向的過程中沖擊較大，同時(shí)存在泄漏，容易造成污染 綜合上述比較，用滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)是一種比較經(jīng)濟(jì)、可靠的傳動(dòng)系統(tǒng)，所以升級(jí)系統(tǒng)的傳動(dòng)就選擇方案一中的滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)作為傳動(dòng)方案。 通過上述各個(gè)系統(tǒng)的分析，現(xiàn)在可以確定半球閥閥座裝配機(jī)方案為：液壓馬達(dá)通過減速裝置驅(qū)動(dòng)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下帶到主軸箱沿立柱上下移動(dòng)。本方案不僅使得機(jī)床的機(jī)構(gòu)緊湊，同時(shí)傳動(dòng)效率較高，能夠滿足生產(chǎn)實(shí)踐的要求。3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1液壓系統(tǒng)介紹 液壓傳動(dòng)技術(shù)是從五六十年代興起的一門新的技術(shù)，液壓傳動(dòng)的功能是通過兩次能量轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，因此液壓傳動(dòng)的效率比較低，但是由于液壓系統(tǒng)使用的是液壓油等油壓介質(zhì)，因此液壓系統(tǒng)的布局非常靈活，可以通過各種管道控制介質(zhì)的方向，從而避免了普通機(jī)床的結(jié)構(gòu)限制。同時(shí)液壓傳動(dòng)在各種閥的控制下可以很容易的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，當(dāng)閥為電磁閥時(shí)，則可以與機(jī)電控制設(shè)備聯(lián)系到一起，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)控制的制動(dòng)化。所以雖然液壓系統(tǒng)發(fā)展的比較晚，但是隨著液壓元件的發(fā)展，液壓系統(tǒng)將得到更多的應(yīng)用。 3.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.2.1技術(shù)要求 機(jī)床設(shè)備技術(shù)要求是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的原始依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)的技術(shù)要求：1）閥座裝配需要的扭矩為11194.16 2）裝配機(jī)主軸轉(zhuǎn)速為： 快進(jìn)轉(zhuǎn)速 40rpm 工進(jìn)轉(zhuǎn)速 20rpm 3）根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)，液壓馬達(dá)的輸出扭矩為700，系統(tǒng)傳動(dòng)比大致為15左右 3.3系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 3.3.1系統(tǒng)壓力的選定 液壓系統(tǒng)的壓力可以通過壓力控制閥控制，每一套液壓系統(tǒng)的壓力原則上是可以自由選定的，但是過高的壓力系統(tǒng)的必然會(huì)要求性能更好的液壓元件，這樣就會(huì)提高液壓系統(tǒng)的成本，不利于液壓系統(tǒng)的推廣，所以在選取液壓系統(tǒng)的壓力時(shí)一般要參照其他同類型機(jī)床的壓力進(jìn)行選定。本次設(shè)計(jì)的主機(jī)類型為中型工程機(jī)械，所以選取的設(shè)計(jì)壓力一般在20～32MP之間，取本次設(shè)計(jì)中快進(jìn)的系統(tǒng)壓力20MP，最后工進(jìn)時(shí)的工作壓力為25MP,并忽略馬達(dá)的背壓力。 3.3.2 確定液壓馬達(dá)的排量 取液壓馬達(dá)的機(jī)械效率為92%，馬達(dá)輸出扭矩為=700，則馬達(dá)排量為： （1） 3.3.3 選定液壓馬達(dá) 因?yàn)轳R達(dá)的選取是由兩個(gè)因素決定的：排量和轉(zhuǎn)矩，根據(jù)上述計(jì)算液壓馬達(dá)需要的排量為0.24L/r，轉(zhuǎn)矩為700,所以選取排量為V=0.25L/r，額定轉(zhuǎn)矩為715、最大轉(zhuǎn)矩為894的JM10-F0.25F1的徑向柱塞馬達(dá)作為該裝置的執(zhí)行元件。 3.3.4 系統(tǒng)工作壓力及流量計(jì)算 查取有關(guān)資料，取液壓馬達(dá)的容積效率為0.95，則系統(tǒng)的工作壓力和流量為： （2） 3.3.5液壓其他元件的選擇 根據(jù)機(jī)床的技術(shù)參數(shù)可知該機(jī)床只需兩種轉(zhuǎn)速，所以可以通過流量閥控制液壓泵輸入到液壓馬達(dá)的流量，所以選擇的液壓泵為定量泵。 定量泵的最高壓力為20Mp，因?yàn)橐簤厚R達(dá)的最高工作壓力為25Mp，且在25Mp時(shí)液壓馬達(dá)的輸出扭矩比額定狀態(tài)下高，可以通過蓄能器提高在工進(jìn)階段的壓力，所以在裝置中還有蓄能器。 選用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為，則液壓泵的排量: 取液壓泵流量即可。 電動(dòng)機(jī)的功率,故取功率為30KW的Y200-L-4的電動(dòng)機(jī)。 4 減速裝置的設(shè)計(jì) 4.1.運(yùn)動(dòng)參數(shù)就算 4.1.1總傳動(dòng)比和各級(jí)傳動(dòng)比的確定 1.傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比 （1） 式中：-液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速 -輸出軸轉(zhuǎn)速 根據(jù)上面設(shè)定的參數(shù)得總傳動(dòng)比 2.分配傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比 因?yàn)樵诳傮w方案中設(shè)計(jì)的是兩級(jí)減速器，所以總傳動(dòng)比 （2） 式中 - 第一級(jí)減速器傳動(dòng)比 第二級(jí)減速器傳動(dòng)比 取第一級(jí)傳動(dòng)比為4 則由公式(1)得 4.1.2各軸轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩計(jì)算 1.各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算 I 軸 II軸 III軸 2.各軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算 I 軸 II軸 III軸 式中：—-齒輪傳動(dòng)效率 —軸承傳動(dòng)效率 根據(jù)上述計(jì)算可得下表1： 表1 各軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)統(tǒng)計(jì) 軸名 參數(shù) I軸 II軸 III軸 轉(zhuǎn)速 300 75 20 轉(zhuǎn)矩T(N.M) 867.18 3293 11541.12 4.2.齒輪設(shè)計(jì) 4.2.1高速級(jí)圓柱齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 1.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1）按傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪。 2）裝配機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，一般選用8級(jí)精度（GB 10095--88). 3) 材料選擇：查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)液壓馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)矩比較大，所以齒輪的材料的硬度應(yīng)該選的大一點(diǎn)，這樣可以提高選擇齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度，所以選擇的小齒輪的材料為45鋼（滲碳后淬火），硬度為350HBS，大齒輪材料為45鋼（滲碳后淬火），硬度為300HBS，二者材料硬度差為50HBS。 4）選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)。為了保證傳動(dòng)平穩(wěn)，一對(duì)嚙合齒輪一般互為質(zhì)數(shù)，故取。 2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 齒面接觸疲勞強(qiáng)度是根據(jù)公式（1）確定齒輪的分度圓直徑 （3） 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （1）初步估計(jì)系統(tǒng)的載荷系數(shù)，試選載荷系數(shù)。 （2）確定小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 根據(jù)上面計(jì)算得一軸的轉(zhuǎn)矩 （3）查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取齒寬系數(shù)。 （4）查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得材料的彈性影響系數(shù) （5）查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞極限；大齒輪的疲勞極限。 （6）計(jì)算大小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （7）根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)取各級(jí)齒輪的齒面接觸疲勞壽命系數(shù); （8）計(jì)算齒面接觸疲勞許用應(yīng)力。 取本次設(shè)計(jì)過程中齒輪的失效概率大約為1%，安全系數(shù),根據(jù)公式（4） (4) 得： （9）根據(jù)公式帶入上述數(shù)據(jù)計(jì)算小齒輪分度圓直徑，其中公式中的[]為[]中較小的值。 （10）計(jì)算圓周速度 （11）計(jì)算齒寬 （12）計(jì)算齒寬與尺高之比。 模數(shù) 齒高 （13）計(jì)算載荷系數(shù)。 根據(jù)，8級(jí)精度，查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)取動(dòng)載系數(shù)； 因?yàn)閭鲃?dòng)用的是直齒輪，故； 根據(jù)機(jī)器的使用情況，查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可知機(jī)器的使用系數(shù).10； 因?yàn)辇X輪運(yùn)動(dòng)的精度8級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承對(duì)稱布置，故取。 由，，查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得；故載荷系數(shù) （14）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑得 （15） 計(jì)算模數(shù)。 ， 3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪 齒輪按彎曲強(qiáng)度計(jì)算的計(jì)算公式為 （5） 1）確定公式內(nèi)各個(gè)計(jì)算數(shù)值 （1）由標(biāo)準(zhǔn)小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限； （2）根據(jù)齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)結(jié)合所選齒輪的材料，故取小齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù)；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度的壽命系數(shù) （3）取彎曲疲勞安全系數(shù)，由公式（6） (6) 得： （4）計(jì)算載荷系數(shù)。 （5）查取齒形系數(shù)。 根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)得小齒輪與大齒輪的齒形系數(shù)為： ；。 （6）查取應(yīng)力校正系數(shù)。 根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)得小齒輪與大齒輪的應(yīng)力校正系數(shù)分別： ；。 （7）根據(jù)公式計(jì)算大、小齒輪的并加以比較。 大齒輪的數(shù)值大。 （8）設(shè)計(jì)計(jì)算 由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，故可按彎曲強(qiáng)度算的的模數(shù)3.6并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，按接觸強(qiáng)度算的的分度圓直徑算出小齒輪齒數(shù) 大齒輪 ，取。 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，就可以滿足設(shè)計(jì)要求，避免浪費(fèi)。 4.幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算分度圓直徑 （2）計(jì)算中心距 （3）計(jì)算齒輪寬度 取，。 4.2.2低速級(jí)圓柱齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 1.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1）按傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪。 2）裝配機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，一般選用8級(jí)精度（GB 10095--88). 3) 材料選擇：查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)液壓馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)矩比較大，所以齒輪的材料的硬度應(yīng)該選的大一點(diǎn)，這樣可以提高選擇齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度，所以選擇的小齒輪的材料為45鋼（滲碳后淬火），硬度為350HBS，大齒輪材料為45鋼（滲碳后淬火），硬度為300HBS，二者材料硬度差為50HBS。 4）選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)。為了保證傳動(dòng)平穩(wěn)，一般互為質(zhì)數(shù)。 2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 齒面接觸疲勞強(qiáng)度是根據(jù)公式（3）確定齒輪的分度圓直徑，首先確定公式中的各個(gè)值的大小。 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （1）試選載荷系數(shù)。 （2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 （3）查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取齒寬系數(shù)。 （4）查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得材料的彈性影響系數(shù) （5）查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞極限；大齒輪的疲勞極限。 （6）計(jì)算大小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （7）根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)取各級(jí)齒輪的齒面接觸疲勞壽命系數(shù) 4; （8）計(jì)算齒面接觸疲勞許用應(yīng)力。 取本次設(shè)計(jì)過程中齒輪的失效概率大約為1%，安全系數(shù),根據(jù)公式（4）得： （9）根據(jù)公式帶入上述數(shù)據(jù)計(jì)算小齒輪分度得直徑，其中公式中的[]為[]中較小的值。 （10）計(jì)算圓周速度 （11）計(jì)算齒寬。 （12）計(jì)算齒寬與尺高之比。 模數(shù) 齒高 （13）計(jì)算載荷系數(shù)。 根據(jù)，8級(jí)精度，查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)取機(jī)床的動(dòng)載系數(shù)； 因?yàn)閭鲃?dòng)用的是直齒輪，所以取：； 根據(jù)機(jī)器的使用情況，查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可知機(jī)器的使用系數(shù).10； 因?yàn)辇X輪運(yùn)動(dòng)的精度8級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承對(duì)稱布置，故取。 由，查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得；故載荷系數(shù) 6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 計(jì)算模數(shù)。 ， 3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 齒輪按彎曲強(qiáng)度計(jì)算的計(jì)算公式為公式（5） 1）確定公式內(nèi)個(gè)計(jì)算數(shù)值 （1）由標(biāo)準(zhǔn)小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限； （2）根據(jù)齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)結(jié)合所選齒輪的材料，故取小齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù)，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度為。 （3）取彎曲疲勞安全系數(shù)，由公式（6） （4）計(jì)算載荷系數(shù)。 （5）查取齒形系數(shù)。 根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)得小齒輪與大齒輪的齒形系數(shù)為： ；。 （6）查取應(yīng)力校正系數(shù)。 根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)得小齒輪與大齒輪的應(yīng)力校正系數(shù)分別為為： ；。 （7）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較。 大齒輪的數(shù)值大。 （8）設(shè)計(jì)計(jì)算 由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，故可按彎曲強(qiáng)度算的的模數(shù)4.69并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，按接觸強(qiáng)度算的的分度圓直徑算出小齒輪齒數(shù)，這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，就可以滿足要求，避免浪費(fèi)。 大齒輪 ，取。 4.幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算分度圓直徑 （2）計(jì)算中心距 （3）計(jì)算齒輪寬度 取，。 4.3軸的設(shè)計(jì) 4.3.1各齒輪受力分析 1.根據(jù)上面齒輪參數(shù)，統(tǒng)計(jì)齒輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)于下表2： 表2 齒輪參數(shù) 級(jí)別 Z1 Z2 m/mm α 高速級(jí) 20 81 4 200 低速級(jí) 28 107 5 200 2.計(jì)算齒輪上的作用力： 根據(jù)上述公式計(jì)算得如下表3： 表3 受力分析 級(jí)別 齒輪1 Ft/N Fr/N Fn/N 高速級(jí) 小齒輪 21679.5 7890.7 23070.8 大齒輪 20327.2 7398.5 21631.8 低速級(jí) 小齒輪 47042.9 17122.2 50062.0 大齒輪 43144.4 15703.3 45913.3 4.3.2軸的設(shè)計(jì) 1. 軸I設(shè)計(jì) 1）確定軸的最小直徑 （1)一軸前端做成空心軸，用于安放馬達(dá)，根據(jù)所選馬達(dá)的軸伸處的直徑為40mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)空心軸內(nèi)徑d1 于外徑d2 之比通常為0.5～0.7，取0.7，估算得此處的軸頸為57.1mm。 （2)按公式估算軸的最小直徑 估算軸最小直徑的公式為： 其中A0取決于所選軸的材料，假設(shè)該軸的選用的材料為 45鋼,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取A0 =110，于是得 綜合上述比較，為了滿足設(shè)計(jì)要求，取兩者最大者，即軸的最小直徑為57.1mm。 因?yàn)樵撦S最小處是用于安放軸承的，查軸承標(biāo)準(zhǔn)，取代號(hào)為7012C的角接觸球軸承。該軸承的基本參數(shù)為：d=60mm,D=110mm,B=22mm。 2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）擬定軸上零件的裝配方案 軸上零件裝配方案就是合理的選擇軸上零件的定位、裝配方案，從而優(yōu)化軸的結(jié)構(gòu)，使軸的結(jié)構(gòu)更為合理。 如果液壓馬達(dá)通過聯(lián)軸器與軸實(shí)現(xiàn)連接的話，需要聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩為867.18，查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)這樣的聯(lián)軸器不僅質(zhì)量大而且尺寸也大，這就導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的偏大，所以需要液壓馬達(dá)與含有鍵槽空的軸相連，這樣就可以極大地優(yōu)化機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。 所以軸與液壓馬達(dá)的連接不需要聯(lián)軸器。 根據(jù)最小處軸頸的直徑為60mm，加上定位功能處的高度，決定安放齒輪處的尺寸至少大于65mm， 因?yàn)樾↓X輪的分度圓為80mm，根據(jù)公式 得齒根圓直徑為70mm，為安放齒輪，如果在軸上開鍵槽，則齒根圓到鍵槽底部的距離e=70-65=5< 所以該齒輪應(yīng)做成齒輪軸的形式。 該軸上的零件主要是軸承及密封裝置，所以為減少軸上零件，及合理安排軸上零件的定位問題，所以軸上零件的定位用軸肩定位。 （2）確定軸各段的直徑和長(zhǎng)度 ①根據(jù)所選軸承的，軸I-II的直徑為60mm 左端軸承用脂密封，選擇的密封裝置為油氈密封。根據(jù)軸承內(nèi)圈定位尺寸，確定油氈的尺寸為內(nèi)圈60mm，長(zhǎng)度為15mm。選擇的軸承為角接觸球軸承，一般成對(duì)使用，所以V-VI處的直徑也為60mm。 ②密封裝置的用軸肩定位，取軸肩的定位高度2.5mm，則II-III處、V-VI處軸頸的尺寸為65mm。 取齒輪距箱體內(nèi)壁之間的距離為大于13mm，同時(shí)為了保證后面設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)合理，所以去II-III處、V-VI處的分別為長(zhǎng)度為13.5mm、17.5mm。 ③I-II、V-VI處是安放軸承及軸端零件的。軸承的寬度為22mm，I-II主要和馬達(dá)接觸，加上密封裝置的長(zhǎng)度，所以取I-II的長(zhǎng)度為63mm V-VI主要安放軸承，為了便于軸承的拆分，所以軸的長(zhǎng)度應(yīng)比軸承的寬度小，所以取長(zhǎng)度為19mm。 （3）軸上零件的周向定位 齒輪與馬達(dá)之間的周向定位均采用平鍵連接，馬達(dá)伸出軸上的鍵為鍵 ，所以需要在軸上開鍵槽，鍵槽的銑處的長(zhǎng)度為82mm。軸與軸承的周向定位是由它們之間的過渡配合來確定的，此處選軸的直徑尺寸公差為f6。 V-VI處的軸承需要用螺母預(yù)緊，所以該軸VI-VII處需要有與螺母連接的螺紋和退刀槽，取其總長(zhǎng)度為22.5mm。 通過上述計(jì)算得出軸的總長(zhǎng)為L(zhǎng)=19.5+19+17.5+85+13.5+15+48=217.5mm。 （4）確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為軸上各圓角處半徑為2mm。 其結(jié)構(gòu)圖如下圖4所示： 圖4 軸I結(jié)構(gòu)圖 2. 軸II設(shè)計(jì) 1）確定軸的最小直徑 （1)一軸前端做成空心軸，用于安放馬達(dá)，根據(jù)所選馬達(dá)的軸伸處的直徑為40mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)空心軸內(nèi)徑d1 于外徑d2 之比通常為0.5～0.7，取0.7，估算得此處的軸頸為57.1mm。 （2)按公式估算軸的最小直徑 估算軸最小直徑的公式為： 其中A0取決于所選軸的材料，假設(shè)該軸的選用的材料為 45鋼,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取A0 =110，于是得 根據(jù)傳動(dòng)方案，該軸最小處是用來安裝高速級(jí)的大齒輪的，大齒輪的分度圓直徑為324mm，為了滿足大齒輪輪轂與齒寬之間的關(guān)系，取大齒輪輪轂的直徑為100mm,所以軸的最小處的直徑為100mm。 2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）擬定軸上零件的裝配方案 確定裝配方案需要了解本軸上需要安裝的零件。該軸上有兩個(gè)齒輪，高速級(jí)的大齒輪和低速級(jí)的小齒輪。大齒輪的定位可以用套筒、軸肩等，因?yàn)辇X輪的傳動(dòng)需要軸承，所以定位選用套筒定位。 該軸主要承受徑向力和軸向力，所以該軸的軸承選用代號(hào)為7022C的角接觸球軸承，該軸承的參數(shù)為：d=110mm,D=170mm,B=28mm。 （2）小齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 因?yàn)樾↓X輪的分度圓為140mm，根據(jù)公式 得齒根圓直徑為125mm，為安放齒輪，如果在軸上開鍵槽，則齒根圓到鍵槽底部的距離e=125-125=5< 所以該齒輪應(yīng)做成齒輪軸的形式。 （2）確定軸各段的直徑和長(zhǎng)度 ①根據(jù)輪轂的直徑為100mm，長(zhǎng)度為103mm，為了便于安裝齒輪，軸的長(zhǎng)度一般比輪轂的長(zhǎng)度短3～ 4mm，取4mm，所以II-III處的直徑為100mm，長(zhǎng)度為99mm。 該齒輪上端用鎖緊螺母鎖緊，下端用套筒定位，其中鎖緊螺母的公稱直徑為90mm，所以選擇I-II的公稱直徑為90mm，螺紋長(zhǎng)度加退刀槽的長(zhǎng)度總共為34mm。 ②根據(jù)所選軸承的徑為110mm，IV-V處的直徑為110mm, 該處軸承用脂密封，選擇的密封裝置為油氈密封。根據(jù)軸承內(nèi)圈定位尺寸，確定油氈的尺寸為內(nèi)圈110mm，長(zhǎng)度為15mm。選擇的軸承為角接觸球軸承，一般成對(duì)使用，所以VIII-IX處的直徑也為110mm。 ③密封裝置的用軸肩定位，取軸肩的定位高度5mm，則V-VI、VII-VIIII處軸頸的尺寸為120mm。 取齒輪距箱體內(nèi)壁之間的距離為大于13mm，同時(shí)為了保證后面設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)合理，所以去II-III處、V-VI處的分別為長(zhǎng)度為37.5mm、37.5mm。 ④VIII-IX處是安放軸承及定位套筒的，因?yàn)檩S承的寬度為28mm，定位套筒的長(zhǎng)度為15，所以取長(zhǎng)度為43mm。因?yàn)闉榱吮阌谳S承的拆分，所以軸的長(zhǎng)度應(yīng)比安放軸承處的長(zhǎng)度小，所以取長(zhǎng)度為40mm。 ⑤V-VI處是安放軸承，套筒及密封裝置的。軸承的寬度為28mm，密封裝置的厚度為15mm，為了使高速級(jí)大齒輪與上箱蓋內(nèi)壁有一定距離，所以該處的總長(zhǎng)度為84mm，其中套筒的長(zhǎng)度為41mm。 （3）軸上零件的周向定位 齒輪與軸的連接時(shí)依靠鍵連接，根據(jù)連接處軸頸的直徑為100mm,查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得應(yīng)該選的平鍵。軸與軸承的周向定位是由他們之間的過渡配合來確定的，此處選軸的直徑尺寸公差為f6。 通過上述計(jì)算得出軸的總長(zhǎng)為L(zhǎng)=40+37.5+145+37.5+84+99+34=477mm。 （4）確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為軸上各圓角處半徑為2mm。 其結(jié)構(gòu)圖如下圖6所示： 圖6 軸II結(jié)構(gòu)圖 3 軸III設(shè)計(jì) 1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主軸是機(jī)床上的輸出部件，主軸輸出精度的高低、主軸的剛度的大小對(duì)加工過程中有至關(guān)重要的影響。主軸的結(jié)構(gòu)類型主要取決于主軸上安裝的傳動(dòng)件、軸承、密封裝置的類型、數(shù)目、安裝定位方法等。為了滿足這些零件的安裝、定位的要求，所以主軸一般都是做成階梯軸，其主軸的軸頸一般是從前端到后端逐漸減小。 本次設(shè)計(jì)的主軸主要是用來傳動(dòng)扭矩的，所以通常在主軸上開有鍵槽，為了便于安裝夾緊刀具，一般在主軸上設(shè)有拉緊機(jī)構(gòu)，所以主軸一般做成空心的，同時(shí)空心主軸的剛度比同直徑的實(shí)心主軸的剛度大。所以本次設(shè)計(jì)的主軸是空心軸，同時(shí)在主軸的前端開有鍵槽孔。 2）材料選擇 機(jī)床主軸的材料主要根據(jù)主軸所受的載荷特點(diǎn)決定的，本次設(shè)計(jì)的機(jī)床的精度不高，所以按照一般機(jī)床的材料進(jìn)行類比選擇主軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)到220～250HBS,主軸前端的錐孔局部淬硬到HRC50～55。 3）支撐方式的選擇 合理選擇推力支撐的位置和類型，能夠極大地提高主軸的軸向精度。通常一對(duì)角接觸球球軸承成對(duì)安裝時(shí)，一個(gè)軸承相當(dāng)于徑向支撐，另一個(gè)軸承相當(dāng)于推力支撐。如果推力支撐安放在主軸后端，則軸向載荷是由后端支撐承受，但是當(dāng)主軸受熱膨脹，影響主軸的軸向精度。所以合理的選擇軸承及支撐方式對(duì)主軸傳動(dòng)精度有極大地影響。所以本次設(shè)計(jì)中主軸的前端用的是角接觸球軸承，中間用圓柱滾子軸承，后端用圓錐滾子軸承，圓錐滾子軸承與角接觸球軸承都能承受較大的軸向力，同時(shí)角接觸球軸承和圓柱滾子軸承能承受較大的徑向載荷。同時(shí)因?yàn)橹鬏S的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，所以圓柱滾子軸承還可以起到輔助支撐的作用。 4）主軸直徑的選擇 主軸直徑尺寸的增大能夠極大地提高主軸的剛度，但是過大的主軸軸頸會(huì)增大主軸軸上傳動(dòng)件和軸承的徑向尺寸，這樣不僅導(dǎo)致整個(gè)機(jī)床主軸箱尺寸的變大，同時(shí)還會(huì)增大系統(tǒng)的發(fā)熱量，從而影響主軸的精度。所以要合理的選擇主軸的軸頸尺寸，達(dá)到既滿足剛度要求，又能優(yōu)化機(jī)床的結(jié)構(gòu)尺寸。 確定主軸軸頸尺寸可以根據(jù)機(jī)床主參數(shù)確定。本次機(jī)床設(shè)計(jì)的主參數(shù)是機(jī)床裝配工件的大小即Dmax=300mm,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得D=90mm。 同時(shí)主軸的設(shè)計(jì)還應(yīng)該滿足主軸設(shè)計(jì)最小尺寸經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)公式 其中A0取決于所選軸的材料，假設(shè)該軸的選用的材料為 45鋼,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取A0 =100，于是得 綜合比較兩者結(jié)果，取兩者最大值即軸最小尺寸為110mm。 5）主軸內(nèi)孔直徑的選擇 由材料力學(xué)的知識(shí)軸的剛度K與截面慣性矩I成正比，與直徑之間有以下關(guān)系： 由上式可知，當(dāng)時(shí)，空心主軸的剛度與主軸的實(shí)心剛度相差不大,所以 取d空=60mm。 5 升降系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1 絲杠設(shè)計(jì) 5.1.1工況分析 根據(jù)機(jī)床工作過程，主軸進(jìn)給過程的進(jìn)給速度及所受力和占用時(shí)間比例如下表4所示： 表4 機(jī)床滾珠絲杠基本參數(shù) 切削方式 軸向載荷/N 進(jìn)給速度/(m/min) 時(shí)間比例/(%) 快進(jìn) 2250 0.8 0.25 工進(jìn) 2500 0.04 0.60 快退 3000 1 0.15 本次設(shè)計(jì)中選定絲杠螺母副材料硬度58~60HRC，工作溫度小于100℃，溫升3.5℃，可靠性要求為95%。工作臺(tái)的快速進(jìn)給的定位精度為25/300mm，工進(jìn)的定位精度為20/300mm；機(jī)床的工作壽命為15000h，工作裝置總重為WZ=2000N。機(jī)床采用主軸伺服電機(jī)，額定功率P=0.25KW。 5.1.2.總體方案設(shè)計(jì) 1）對(duì)滾珠絲杠螺母副采用預(yù)緊措施，并對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸。 2）采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 3）采用升降機(jī)與滾珠絲杠直連。 5.1.3設(shè)計(jì)絲杠 1.)確定滾珠絲杠的導(dǎo)程 根據(jù)已知條件，取電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，則由公式得： mm 取L0為4mm 2.計(jì)算滾珠絲杠螺母副在各種切削方式下的轉(zhuǎn)速。 3.按式（2-17）計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速ne。 %+%+%= 4.按式（2-18）計(jì)算滾珠絲杠螺母副的平均載荷Fe。 =1945.1 N 5.初選絲杠 取 Lh=15000 h 根據(jù)工作條件查得：ft=1，fa=1，fw=1.2，fh=1，fk=0.62 Caj= N 查有關(guān)插管埋入式雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲杠螺母副標(biāo)準(zhǔn)，查得型號(hào)為FYND3205-4的額定動(dòng)載荷Fa=16KN，額定靜載荷Fo=44.9KN，Kc=1340N/m，螺母長(zhǎng)度為l=92mm，導(dǎo)程 Tsp=4mm，余程為16mm。 螺紋長(zhǎng)度 lu=600+92+2×16=724mm，取750mm 絲杠全長(zhǎng) Ls=1mm F-O支撐方式的絲杠一般不會(huì)受壓縮力作用，所以可以不用校核壓桿的穩(wěn)定性。 絲杠彎曲振動(dòng)臨界轉(zhuǎn)速 查表得 f2=1.875 mm 取溫升為3.5℃ 螺紋伸長(zhǎng)量為 絲杠全長(zhǎng)伸長(zhǎng)量 取預(yù)拉伸量 滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊力Fp 預(yù)拉伸力為 N﹥﹥1000N 6.確定滾珠絲杠螺母副支撐用軸承的規(guī)格型號(hào) 1）按式2-33計(jì)算軸承所承受的最大軸向載荷。 2）計(jì)算軸承的預(yù)緊力。 3）計(jì)算軸承的當(dāng)量軸向載荷 4）按式2-15計(jì)算軸承的基本額定動(dòng)載荷C。 已知軸承的工作轉(zhuǎn)速，軸承所承受的當(dāng)量軸向載荷，軸承的基本額定壽命L=3000h。則軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值： 按軸承樣本或設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇C=31KN代號(hào)為7304c的軸承。其尺寸參數(shù)為d=20、D=47、B=14。技術(shù)參數(shù)為C=31KNN，C0=19.2N，極限轉(zhuǎn)速nmax=7500r/min。剛度按差值法算得：KB=2200。 7.校核絲杠 1)定位精度驗(yàn)算 （1）絲杠在拉壓負(fù)荷下的最大彈性變形δSfmax 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 (2) 絲杠螺母的接觸變形 查所選的滾珠絲杠副的 KC=1340/μm 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 (3)軸承的接觸變形 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 (4) 螺母座剛度 KH 取KH=1000 N/μm 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 (5)絲杠系統(tǒng)總位移 快進(jìn) 工進(jìn) 快退 (6) 定位精度 F-0支撐方式的在絲杠的末端，應(yīng)驗(yàn)算此處的定位精度。 1,2,3級(jí)精度的絲杠在任意300mm行程內(nèi)行程變動(dòng)量分別為6 、8 、12 若取1級(jí)精度，快進(jìn)的總誤差為（10.65+6）=16.65,滿足快進(jìn)要求。工進(jìn)的總誤差為（12.2+6）=18.28，滿足工進(jìn)的要求。- 2）拉壓振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率 （1）F-O型支撐方式的拉壓總剛度Ke按下式算 （2）軸向拉壓振動(dòng)的固有頻率 （3）扭轉(zhuǎn)剛度 拉壓總剛度KT按下式算 工作臺(tái)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 取絲杠中徑dm 計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （4）扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率 5.2導(dǎo)軌截面選擇 導(dǎo)軌主要用于導(dǎo)向和承載。導(dǎo)軌按截面形狀分有燕尾型導(dǎo)軌、矩形導(dǎo)軌、V型導(dǎo)軌等多種形式。V型導(dǎo)軌和矩形導(dǎo)軌依靠移動(dòng)部件本身的自重就可保證工作臺(tái)與導(dǎo)軌面的接觸，但這樣的導(dǎo)軌只能用于水平或傾斜配置的部件，而且也不能承受向上的載荷或傾覆力矩。選用燕尾型導(dǎo)軌因?yàn)閷?dǎo)軌面接觸形成一種閉式導(dǎo)軌，這樣的導(dǎo)軌可以承受傾覆力矩，所以選擇的導(dǎo)軌截面是燕尾型導(dǎo)軌。 設(shè)計(jì)總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)階段最后一次設(shè)計(jì)實(shí)踐工作，它不僅是對(duì)我們四年大學(xué)學(xué)習(xí)知識(shí)的總結(jié)，也是我們步入職場(chǎng)、走進(jìn)社會(huì)的一次預(yù)演，通過在設(shè)計(jì)過程中鍛煉自己查找資料、總結(jié)資料的能力、鍛煉自己與他人共同合作解決問題的能力。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我的題目是液壓式半球閥閥座裝配機(jī)設(shè)計(jì)，初步拿到這個(gè)設(shè)計(jì)題目的時(shí)候，我一直以為我所設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所以看了很多關(guān)于液壓系統(tǒng)的書，且在設(shè)計(jì)的初期也一直在做液壓方面的準(zhǔn)備，后來通過與老師的交流發(fā)現(xiàn)我設(shè)計(jì)的重點(diǎn)不是液壓系統(tǒng)方向，而是怎么實(shí)現(xiàn)機(jī)床工作需要?jiǎng)幼鞯?，液壓系統(tǒng)只是用于我設(shè)計(jì)初期選擇執(zhí)行元件的，至此我才明白我設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。所以以后遇到問題一定要明白設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，不然的話就會(huì)適得其反。 在設(shè)計(jì)過程中，機(jī)床的工作原理是很容易的，就是通過液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)減速器工作，實(shí)現(xiàn)減速增大扭矩的目的。但是在設(shè)計(jì)過程中遇到了各種各樣的問題。首先就是如何選擇液壓馬達(dá)，大學(xué)學(xué)過的教材都是介紹各種液壓元件的性能及參數(shù)，很少有提到如何選擇液壓馬達(dá)、怎么估算液壓系統(tǒng)的壓力的資料。我通過翻閱各種液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料終于找到了如何選擇液壓馬達(dá)的資料，就是根據(jù)機(jī)床的類型初步估計(jì)系統(tǒng)壓力，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取液壓馬達(dá)的排量和壓力，這是選擇液壓馬達(dá)的基本參數(shù)。但是本次設(shè)計(jì)過程中用到了減速裝置，我們可以通過不同傳動(dòng)比的減速裝置實(shí)現(xiàn)需要的輸出，那么那一種傳動(dòng)比是最合適的呢？通過查取有關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)徑向柱塞馬達(dá)的質(zhì)量隨著輸出轉(zhuǎn)矩的增大而增大，同時(shí)結(jié)構(gòu)尺寸也隨之增大，如果選擇的馬達(dá)的輸出扭矩太小的話就需要較大的傳動(dòng)比，如果選擇馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩太大的話減速裝置的整體結(jié)構(gòu)尺寸也會(huì)增大，如何在兩者之間找到一種平衡呢？通過各種實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)用傳動(dòng)為為15的二級(jí)減速裝置較合適，這時(shí)液壓馬達(dá)輸出扭矩、質(zhì)量、尺寸都比較合適，同時(shí)減速裝置的整體尺寸也在可控的范圍內(nèi)。還有一個(gè)問題就是怎么把液壓馬達(dá)與減速裝置連接起來，一種方法是通過聯(lián)軸器連接，但是因?yàn)橐簤厚R達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩太大，需要聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩比較大，但過大的公稱轉(zhuǎn)矩必然導(dǎo)致質(zhì)量、尺寸的增大，通過查閱各種資料發(fā)現(xiàn)液壓馬達(dá)可以與含有鍵槽孔的軸直接相連，這樣就省去了聯(lián)軸器的尺寸和質(zhì)量，機(jī)床的結(jié)構(gòu)就得到了極大地優(yōu)化。 本次設(shè)計(jì)中遇到的各種問題通過與老師的交流、同學(xué)的探討、自己的摸索都得到了很好的解決。這也告訴我們?cè)谝院蟮墓ぷ髦幸嗯c專業(yè)人士交流，多參照別人的設(shè)計(jì)，這樣才能豐富自己的視野，使自己在以后的工作中游刃有余。 本次設(shè)計(jì)中還有一個(gè)問題就是怎么實(shí)現(xiàn)在裝配出現(xiàn)誤差的情況下機(jī)床能夠快速停止并反轉(zhuǎn)，雖然液壓馬達(dá)能夠在方向控制閥的作用下實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，但是肯定存在各種誤差，所以能不能通過機(jī)械的方式實(shí)現(xiàn)呢，但是由于本人能力有限，所以沒有很好的解決這方面的問題。 但是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)還是讓我們學(xué)習(xí)到了很多原來學(xué)習(xí)過程沒有注意到的問題，鍛煉了自己分析問題、總結(jié)問題的能力，同時(shí)也規(guī)范了我們以后在設(shè)計(jì)工作中的設(shè)計(jì)思路，為我們以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 致謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在李鐵成老師的親切指導(dǎo)下逐步完成的，每當(dāng)設(shè)計(jì)遇到難題的時(shí)候李老師總能以循序漸進(jìn)的方法指導(dǎo)我們解決問題。在李老師的指導(dǎo)下，我們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過程、設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的事項(xiàng)等有了初步了解，這為我們以后步入工作打下了良好的基礎(chǔ)。 同時(shí)由于本次設(shè)計(jì)是和魯鵬我們兩個(gè)人一起設(shè)計(jì)的，所以在設(shè)計(jì)過程中我們需要兩個(gè)人一起討論、分析。在討論過程中難免會(huì)有一些分歧，我們都會(huì)努力消除分歧，從而完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在以后的工作中我們是和同事一起工作的，在工作中難免會(huì)有各種問題，通過本次設(shè)計(jì)我學(xué)會(huì)了在遇到問題時(shí)怎么處理分歧的方法，這對(duì)我們以后的職業(yè)發(fā)展有很大的幫助。 還有本次設(shè)計(jì)還要感謝黑馬實(shí)業(yè)有限公司，是該公司提供我們參觀的機(jī)會(huì)，使我們對(duì)本次設(shè)計(jì)的要點(diǎn)有了充分的認(rèn)識(shí)。還有就是要感謝何文平老師，是何老師教會(huì)我們?cè)趺凑{(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件，極大地簡(jiǎn)化了我們繪圖的工作量。 參考文獻(xiàn) 1 徐灝等主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999 2 實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組編.實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995 3 曲繼方，安子軍，曲志剛主編.機(jī)構(gòu)創(chuàng)新原理.北京.科學(xué)出版社.2001 4 朱張校主編．工程材料．北京：清華大學(xué)出版社，2001 5 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 6 陸慶主編．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)．北京：機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)出版社，1987 7 張紹甫主編．機(jī)械零件課程設(shè)計(jì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1996 8 李華主編．機(jī)械制造技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996 9 劉昆政主編．間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)．遼寧：大連理工出版社，1991 10 于華主編．?dāng)?shù)控機(jī)床的編程及實(shí)例．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998 11 鄧文英主編．金屬工藝學(xué)．北京：高等教育出版社，2004 12 黃邦彥主編．現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)．北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，2001 13 張紹甫，徐錦康主編．機(jī)械零件．第2版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995 14 張代東主編．機(jī)械工程材料應(yīng)用基礎(chǔ)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001 15 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