機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)無(wú)碳重力勢(shì)能小車(chē)設(shè)計(jì)
機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)無(wú)碳重力勢(shì)能小車(chē)設(shè)計(jì),機(jī)械,畢業(yè)設(shè)計(jì),重力,勢(shì)能,小車(chē),設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
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任務(wù)下達(dá)日期：
設(shè)計(jì)開(kāi)題日期：
設(shè)計(jì)開(kāi)始日期：
中期檢查日期：
設(shè)計(jì)完成日期：
一、設(shè)計(jì)題目：無(wú)碳重力勢(shì)能小車(chē)設(shè)計(jì)
二、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：綜合運(yùn)用知識(shí)，全面考慮有關(guān)科學(xué)的、經(jīng)濟(jì)的及社會(huì)的情況，進(jìn)行多種方案比較，確定最優(yōu)方案。設(shè)計(jì)計(jì)算——這是設(shè)計(jì)過(guò)程中工作量最大的階段， 它包括設(shè)計(jì)計(jì)算與工程圖繪制和技術(shù)文件的編制，完成主動(dòng)軸加工工藝及主要工裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中1張圖必須徒手畫(huà)。按照工程技術(shù)規(guī)范要求，整理好技術(shù)資料，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
三、設(shè)計(jì)目標(biāo)：根據(jù)功能設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)一種可將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并可用來(lái)驅(qū)動(dòng)小車(chē)行走的裝置，小車(chē)前進(jìn)的路線(xiàn)以“s”周期性變化能夠自動(dòng)避開(kāi)路線(xiàn)上設(shè)置的障礙物。按照工程技術(shù)規(guī)范要求，整理好技術(shù)資料，編寫(xiě)出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
指 導(dǎo) 教 師：
院（系）主管領(lǐng)導(dǎo)：
年 12月19 日
摘 要
通過(guò)對(duì)第二屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練參賽作品“無(wú)碳重力勢(shì)能小車(chē)”的分析。發(fā)現(xiàn)小車(chē)在設(shè)計(jì)方面存在不足。為了改進(jìn)小車(chē)的不足之處，對(duì)小車(chē)的結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。通過(guò)每一階段的深入分析把設(shè)計(jì)盡可能向最優(yōu)設(shè)計(jì)靠攏。
根據(jù)小車(chē)功能要求，把小車(chē)分為車(chē)架 、原動(dòng)機(jī)構(gòu) 、傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 、行走機(jī)構(gòu) 、微調(diào)機(jī)構(gòu)六個(gè)模塊，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。首先針對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行多方案設(shè)計(jì)，通過(guò)綜合對(duì)比選擇出最優(yōu)的方案組合。確定的方案為：車(chē)架采用三角底板式、原動(dòng)機(jī)構(gòu)采用了錐形軸、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用齒輪、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用曲柄搖桿、行走機(jī)構(gòu)采用單輪驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)差速、微調(diào)機(jī)構(gòu)采用微調(diào)螺母。然后對(duì)方案進(jìn)行理論分析，綜合考慮零件材料性能、加工工藝等，進(jìn)而得出了小車(chē)的具體參數(shù)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
關(guān)鍵字：工程訓(xùn)練；參賽作品；重力勢(shì)能小車(chē)；
Abstract
Based on the second national college engineering training entries" carbon-free gravitational potential energy car" analysis. Find cart in the design deficiencies. In order to improve the deficiency of the trolley car, a portion of the structure redesign. Through each phase of the in-depth analysis of the design as possible to move closer to optimal design.
According to the functional requirements of the trolley car, divided into frame, driving mechanism, a transmission mechanism, a steering mechanism, a walking mechanism, a fine adjustment mechanism of six modules, modular design. First, for each module performs multiple design, through comprehensive comparison and choose the optimal scheme of combination. Determining the scheme are: frame with triangular bottom plate type, motive mechanism adopts a conical shaft, the drive mechanism adopts gear, steering mechanism with crank rocker, walking mechanism driven by a single wheel to achieve differential, fine tuning mechanism by fine adjustment nut. Then the scheme theory analysis, considering the parts and materials properties, processing technology, and then the specific parameters, and movement rules.
Keywords:engineering training; entries; gravitational potential energy;
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1小車(chē)功能設(shè)計(jì)要求 1
1.2小車(chē)的設(shè)計(jì)方法 1
第2章 方案設(shè)計(jì) 2
2.1重塊支架 3
2.2原動(dòng)機(jī)構(gòu) 3
2.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 4
2.4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 5
2.5行走機(jī)構(gòu) 6
2.6微調(diào)機(jī)構(gòu) 7
第3章 技術(shù)設(shè)計(jì) 8
3.1影響小車(chē)性能主要因素的分析 8
3.1.1能耗規(guī)律分析 8
3.1.2運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 10
3.1.3動(dòng)力學(xué)分析 14
第4章 典型零件的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 16
4.1 主動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì) 16
4.2 主動(dòng)齒輪的強(qiáng)度校核 17
4.2.1齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 17
第五章 典型零件加工工藝的分析及編寫(xiě) 20
5.1驅(qū)動(dòng)軸加工工藝分析 20
5.1.1零件結(jié)構(gòu)及其工藝性分析 20
5.1.2零件技術(shù)要求分析 20
5.2 驅(qū)動(dòng)軸加工工藝編寫(xiě) 21
結(jié)論 22
致謝 23
附錄 24
參考文獻(xiàn) 29
Catalog
Chinese abstract I
Abstract II
First chapter Introduction 4
1.1 Car functional design repuirements 4
1.2 Car design method 4
The second chapter Scheme design 2
2.1 A heavy block bracket 3
2.2 Driving mechanism 3
2.3 Transmission mechansim 4
2.4 Steering mechansim 5
2.5 Walking mechansim 6
The third chapter Technical design 7
3.1 Analysis of the factors affecting the performance car 8
3.1.1 Energy dissipation analysis 8
3.1.2 Kinematic analysis 8
3.1.3 Dynamics analysis 14
The fourth chapter Typical part desgin and strength check 16
4.1 Driving gear desgin 16
4.2 Driving gear strength 17
3.1.3 Dynamics analysis 17
The fifth chapter Typical part machining analysis preparationof 20
5.1 Drive shaft processing technology analysis 20
5.1.1 Parts of the structure and process analysis 20
5.1.2 Technical requirements of 20
5.2 Drive axle processingpreparation 21
Conclusion 22
Thank 23
Appendix 24
Reference 29
22
第1章 緒論
1.1小車(chē)功能設(shè)計(jì)要求
給定一重力勢(shì)能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)一種可將該重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并可用來(lái)驅(qū)動(dòng)小車(chē)行走的裝置。該自行小車(chē)在前行時(shí)能夠自動(dòng)避開(kāi)賽道上設(shè)置的障礙物（每間隔1米，放置一個(gè)直徑20mm、高200mm的彈性障礙圓棒）。以小車(chē)前行距離的遠(yuǎn)近、以及避開(kāi)障礙的多少來(lái)綜合評(píng)定成績(jī)。
給定重力勢(shì)能為5焦耳（取g=10m/s2），競(jìng)賽時(shí)統(tǒng)一用質(zhì)量為1kg的重塊（50×65 mm，普通碳鋼）鉛垂下降來(lái)獲得，落差500±2mm，重塊落下后，須被小車(chē)承載并同小車(chē)一起運(yùn)動(dòng)，不允許掉落。
要求小車(chē)前行過(guò)程中完成的所有動(dòng)作所需的能量均由此能量轉(zhuǎn)換獲得，不可使用任何其他的能量形式。
小車(chē)要求采用三輪結(jié)構(gòu)（1個(gè)轉(zhuǎn)向輪，2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪），具體結(jié)構(gòu)造型以及材料選用均由參賽者自主設(shè)計(jì)完成。要求滿(mǎn)足：①小車(chē)上面要裝載一件外形尺寸為60×20 mm的實(shí)心圓柱型鋼制質(zhì)量塊作為載荷，其質(zhì)量應(yīng)不小于750克；在小車(chē)行走過(guò)程中，載荷不允許掉落。②轉(zhuǎn)向輪最大外徑應(yīng)不小于30mm。
1.2小車(chē)的設(shè)計(jì)方法
小車(chē)的設(shè)計(jì)一定要做到目標(biāo)明確，通過(guò)對(duì)命題的分析得到了比較清晰開(kāi)闊的設(shè)計(jì)思路。設(shè)計(jì)需要有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性。設(shè)計(jì)過(guò)程中需要綜合考慮材料、加工、制造成本等給方面因素。
小車(chē)的設(shè)計(jì)是提高小車(chē)性能的關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)方法上考慮優(yōu)化設(shè)計(jì) 、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法。
第2章 方案設(shè)計(jì)
通過(guò)對(duì)小車(chē)的功能分析小車(chē)需要完成重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)自身行走、自動(dòng)避開(kāi)障礙物。為了方便設(shè)計(jì)這里根據(jù)小車(chē)所要完成的功能將小車(chē)劃分為五個(gè)部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)（車(chē)架 、原動(dòng)機(jī)構(gòu) 、傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 、行走機(jī)構(gòu) 、微調(diào)機(jī)構(gòu)）。為了得到令人滿(mǎn)意方案，采用擴(kuò)展性思維設(shè)計(jì)每一個(gè)模塊，尋求多種可行的方案和構(gòu)思。設(shè)計(jì)圖框如圖2-1
圖2-1 設(shè)計(jì)步驟
在選擇方案時(shí)應(yīng)綜合考慮功能、材料、加工、制造成本等各方面因素，同時(shí)盡量避免直接決策，減少?zèng)Q策時(shí)的主觀因素，使得選擇的方案能夠綜合最優(yōu)。
圖2-2 方案選擇
2.1重塊支架
車(chē)架不用承受很大的力，精度要求低。但考慮到重量以及小車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的離心力造成重塊晃動(dòng)從而使小車(chē)不穩(wěn)定等，重塊支架采用鋁合金制作成三角底板式。
2.2原動(dòng)機(jī)構(gòu)
原動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是將重塊的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車(chē)的驅(qū)動(dòng)力。能實(shí)現(xiàn)這一功能的方案有多種，就效率和簡(jiǎn)潔性來(lái)看繩輪最優(yōu)。小車(chē)對(duì)原動(dòng)機(jī)構(gòu)還有其它的具體要求。
1. 驅(qū)動(dòng)力適中，不至于小車(chē)拐彎時(shí)速度過(guò)大傾翻，或重塊晃動(dòng)厲害影響行走。
2. 到達(dá)終點(diǎn)前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對(duì)小車(chē)過(guò)大的沖擊。同時(shí)使重塊的動(dòng)能盡可能的轉(zhuǎn)化到驅(qū)動(dòng)小車(chē)前進(jìn)上，如果重塊豎直方向的速度較大，重塊本身還有較多動(dòng)能未釋放，能量利用率不高。
3. 由于不同的場(chǎng)地對(duì)輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場(chǎng)地小車(chē)是需要的動(dòng)力也不一樣。在調(diào)試時(shí)也不知道多大的驅(qū)動(dòng)力恰到好處。因此原動(dòng)機(jī)構(gòu)還需要能根據(jù)不同的需要調(diào)整其驅(qū)動(dòng)力。
4. 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高。
圖2-1-1 繞線(xiàn)軸
基于以上分析我們提出了輸出驅(qū)動(dòng)力可調(diào)的錐形螺旋槽原動(dòng)機(jī)構(gòu)。如上圖可以通過(guò)改變繩子繞在繞線(xiàn)軸上不同位置來(lái)改變其輸出的動(dòng)力。
2.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是把動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)輪上。要使小車(chē)行駛的更遠(yuǎn)及按設(shè)計(jì)的軌道精確地行駛，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必需傳遞效率高、傳動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕等。
1. 不用其它額外的傳動(dòng)裝置，直接由動(dòng)力軸驅(qū)動(dòng)輪子和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，此種方式效率最高、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單。在不考慮其它條件時(shí)這是最優(yōu)的方式。
2. 帶輪具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉、緩沖吸震等特點(diǎn)，但其效率及傳動(dòng)精度并不高。不適合本小車(chē)設(shè)計(jì)。
3. 齒輪具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動(dòng)比穩(wěn)定但價(jià)格較高。因此在第一種方式不能夠滿(mǎn)足要求的情況下優(yōu)先考慮使用齒輪傳動(dòng)。
2.4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)
轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本小車(chē)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，直接決定著小車(chē)的功能。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也同樣需要盡可能的減少摩擦耗能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)還需要有特殊的運(yùn)動(dòng)特性。能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滿(mǎn)足要求的周期回?cái)[動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)拐彎避障的功能。能實(shí)現(xiàn)該功能的機(jī)構(gòu)有：凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿、曲柄連桿+搖桿、曲柄滑塊等等。
凸輪：凸輪是具有一定曲線(xiàn)輪廓或凹槽的構(gòu)件，它運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)高副接觸可以使從動(dòng)件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
優(yōu)點(diǎn)：只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞憧墒箯膭?dòng)件得到任意的預(yù)期運(yùn)動(dòng)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。
缺點(diǎn)：凸輪輪廓加工比較困難。
在本小車(chē)設(shè)計(jì)中由于：凸輪輪廓加工比較困難、尺寸不能夠可逆的改變、精度也很難保證、重量較大、效率低能量損失大（滑動(dòng)摩擦）因此不采用
曲柄連桿+搖桿
優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤(rùn)滑，故磨損減小，制造方便，已獲得較高精度；兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來(lái)維系的，它不像凸輪機(jī)構(gòu)有時(shí)需利用彈簧等力封閉來(lái)保持接觸。
缺點(diǎn)：一般情況下只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡，且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜；當(dāng)給定的運(yùn)動(dòng)要求較多或較復(fù)雜時(shí)，需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)往往比較多，這樣就使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)制造、安裝誤差的敏感性增加；機(jī)構(gòu)中做平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件所長(zhǎng)生的慣性力難以平衡，在高速時(shí)將引起較大的振動(dòng)和動(dòng)載荷，故連桿機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場(chǎng)合。
在小車(chē)設(shè)計(jì)中由于小車(chē)轉(zhuǎn)向頻率和傳遞的力不大，故機(jī)構(gòu)可以做的比較輕，可以忽略慣性力，機(jī)構(gòu)并不復(fù)雜。對(duì)于安裝誤差的敏感性問(wèn)題我們可以增加微調(diào)機(jī)構(gòu)來(lái)解決。
曲柄搖桿
結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但和凸輪一樣有一個(gè)滑動(dòng)的摩擦副，其效率低且急回特性導(dǎo)致難以設(shè)計(jì)出較好的機(jī)構(gòu)。
綜合上面分析我們選擇曲柄連桿+搖桿作為小車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的方案。
2.5行走機(jī)構(gòu)
行走機(jī)構(gòu)即為三個(gè)輪子，輪子又厚薄之分，大小之別，材料之不同需要綜合考慮。
有摩擦理論知道摩擦力矩與正壓力的關(guān)系為
文獻(xiàn)[7]
對(duì)于相同的材料為一定值，滾動(dòng)摩擦阻力
文獻(xiàn)[7]
所以輪子越大小車(chē)受到的阻力越小，因此能夠走的更遠(yuǎn)。但由于加工問(wèn)題材料問(wèn)題安裝問(wèn)題等等具體尺寸需要進(jìn)一步分析確定。
由于小車(chē)是沿著曲線(xiàn)前進(jìn)的，后輪必定會(huì)產(chǎn)生差速。對(duì)于后輪可以采用雙輪同步驅(qū)動(dòng)，雙輪差速驅(qū)動(dòng)，單輪驅(qū)動(dòng)。
雙輪同步驅(qū)動(dòng)必定有輪子會(huì)與地面打滑，由于滑動(dòng)摩擦遠(yuǎn)比滾動(dòng)摩擦大會(huì)損失大量能量，同時(shí)小車(chē)前進(jìn)受到過(guò)多的約束，無(wú)法確定其軌跡，不能夠有效避免碰到障礙。
雙輪差速驅(qū)動(dòng)可以避免雙輪同步驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)的問(wèn)題，可以通過(guò)差速器或單向軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)差速。差速器涉及到最小能耗原理，能較好的減少摩擦損耗，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)滿(mǎn)足要運(yùn)動(dòng)。單向軸承實(shí)現(xiàn)差速的原理是其中一個(gè)輪子速度較大時(shí)便成為從動(dòng)輪，速度較慢的輪子成為主動(dòng)輪，這樣交替變換著。但由于單向軸承存在側(cè)隙，在主動(dòng)輪從動(dòng)輪切換過(guò)程中出現(xiàn)誤差導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)不準(zhǔn)確，但影響有多大會(huì)不會(huì)影響小車(chē)的功能還需進(jìn)一步分析。
單輪驅(qū)動(dòng)即只利用一個(gè)輪子作為驅(qū)動(dòng)輪，一個(gè)為主動(dòng)輪，另一個(gè)為從動(dòng)輪。就如一輛自行車(chē)外加一個(gè)車(chē)輪一樣。從動(dòng)輪與主動(dòng)輪間的差速依靠與地面的運(yùn)動(dòng)約束確定的。其效率比利用差速器高，但前進(jìn)速度不如差速器穩(wěn)定，傳動(dòng)精度比利用單向軸承高。
綜上所述行走機(jī)構(gòu)的輪子應(yīng)有恰當(dāng)?shù)某叽?，采用單輪?qū)動(dòng)。
2.6微調(diào)機(jī)構(gòu)
一臺(tái)完整的機(jī)器包括：原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制部分、輔助設(shè)備。微調(diào)機(jī)構(gòu)就屬于小車(chē)的控制部分。由于前面確定了轉(zhuǎn)向采用曲柄連桿+滑塊方案，并且曲柄連桿機(jī)構(gòu)對(duì)于加工誤差和裝配誤差很敏感，因此就必須加上微調(diào)機(jī)構(gòu)，對(duì)誤差進(jìn)行修正。這是采用微調(diào)機(jī)構(gòu)的原因之一，其二是為了調(diào)整小車(chē)的軌跡（幅值，周期，方向等），使小車(chē)走一條最優(yōu)的軌跡。
微調(diào)機(jī)構(gòu)可以采用微調(diào)螺母式如圖2-6-1
圖2-6-1 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)
第3章 技術(shù)設(shè)計(jì)
技術(shù)設(shè)計(jì)階段的目標(biāo)是完成詳細(xì)設(shè)計(jì)確定個(gè)零部件的的尺寸。設(shè)計(jì)的同時(shí)綜合考慮材料加工成本等各因素。
3.1影響小車(chē)性能主要因素的分析
通過(guò)對(duì)小車(chē)的能耗規(guī)律、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析，可以實(shí)現(xiàn)小車(chē)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的效率和得到較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。
3.1.1能耗規(guī)律分析
為了簡(jiǎn)化分析，先不考慮小車(chē)內(nèi)部的能耗機(jī)理。設(shè)小車(chē)內(nèi)部的能耗系數(shù)為，即小車(chē)能量的傳遞效率為。小車(chē)輪與地面的摩阻系數(shù)為，理想情況下認(rèn)為重塊的重力勢(shì)能都用在小車(chē)克服阻力前進(jìn)上。則有
文獻(xiàn)[1]
式中 ──為第i個(gè)輪子對(duì)地面的壓力
──為第i個(gè)輪子的半徑
──為第i個(gè)輪子行走的距離
──為小車(chē)總質(zhì)量
為了更全面的理解小車(chē)的各個(gè)參數(shù)變化對(duì)小車(chē)前進(jìn)距離的變化下面分別從1.輪子與地面的滾動(dòng)摩阻系數(shù)、2.輪子的半徑、3.小車(chē)的重量、4.小車(chē)能量轉(zhuǎn)換效率。四方面考慮。
由文獻(xiàn)[10]知道一般材料的滾動(dòng)摩阻系數(shù)為0.1-0.8間。圖3-1-1為當(dāng)車(chē)輪半徑分別為（222mm，70mm）摩阻系數(shù)分別為0.3，0.4，0.5.....mm時(shí)小車(chē)行走的距離與小車(chē)內(nèi)部轉(zhuǎn)換效率的坐標(biāo)圖。
由圖3-1-1可知滾動(dòng)摩阻系數(shù)對(duì)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)影響非常顯著，因此在設(shè)計(jì)小車(chē)時(shí)也特別注意考慮輪子的材料，輪子的剛度盡可能大，與地面的摩阻系數(shù)盡可能小。
同時(shí)可看到小車(chē)為輪子提供能量的效率提高一倍小車(chē)前進(jìn)的距離也提高一倍。因此應(yīng)盡可能減少小車(chē)內(nèi)部的摩擦損耗，簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，充分潤(rùn)滑。
圖3-1-2為當(dāng)摩阻系數(shù)為0.5mm，車(chē)輪半徑依次增加10mm時(shí)的小車(chē)行走的距離與小車(chē)內(nèi)部轉(zhuǎn)換效率的坐標(biāo)圖。
圖3-1-1
圖3-1-2
由圖3-1-2可知當(dāng)小車(chē)的半徑每增加1cm小車(chē)便可多前進(jìn)1m到2m。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮盡可能增大輪子的半徑。
圖3-1-3
3.1.2運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
涉及的物理量：
──驅(qū)動(dòng)輪半徑
──齒輪傳動(dòng)比
──驅(qū)動(dòng)輪A與轉(zhuǎn)向輪橫向偏距
──驅(qū)動(dòng)輪B與轉(zhuǎn)向輪橫向偏距
──驅(qū)動(dòng)軸（軸2）與轉(zhuǎn)向輪中心距離
──曲柄軸（軸1）與轉(zhuǎn)向輪中心距離
──曲柄的旋轉(zhuǎn)半徑
──搖桿長(zhǎng)
──連桿長(zhǎng)
──繞線(xiàn)軸的半徑
圖3-1-4
a、驅(qū)動(dòng)：
當(dāng)重物下降dh時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸（軸2）轉(zhuǎn)過(guò)的角度為d，
則有
文獻(xiàn)[1]
則曲柄軸（軸1）轉(zhuǎn)過(guò)的角度
文獻(xiàn)[1]
小車(chē)移動(dòng)的距離為（以A輪為參考）
文獻(xiàn)[1]
b、轉(zhuǎn)向：
當(dāng)轉(zhuǎn)向桿與驅(qū)動(dòng)軸間的夾角為時(shí)，曲柄轉(zhuǎn)過(guò)的角度為
則與滿(mǎn)足以下關(guān)：
文獻(xiàn)[1]
解上述方程可得與的函數(shù)關(guān)系式
文獻(xiàn)[1]
c、小車(chē)行走軌跡
只有A輪為驅(qū)動(dòng)輪，當(dāng)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)過(guò)角度時(shí)，
則小車(chē)轉(zhuǎn)彎的曲率半徑為
文獻(xiàn)[1]
小車(chē)行走ds過(guò)程中，小車(chē)整體轉(zhuǎn)過(guò)的角度
文獻(xiàn)[1]
當(dāng)小車(chē)轉(zhuǎn)過(guò)的角度為時(shí)，有
d、小車(chē)其他輪的軌跡
以輪A為參考，則在小車(chē)的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系中，B的坐標(biāo)、C的坐標(biāo)
在地面坐標(biāo)系中，有
整理上述表達(dá)式有：
求解方程，把上述微分方程改成差分方程求解，通過(guò)設(shè)定合理的參數(shù)的到了小車(chē)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖
圖3-1-5
3.1.3動(dòng)力學(xué)分析
a、驅(qū)動(dòng)
重物以加速度向下加速運(yùn)動(dòng)，繩子拉力為，有
文獻(xiàn)[11]
產(chǎn)生的扭矩
文獻(xiàn)[11]
式中 ──考慮到摩擦產(chǎn)生的影響而設(shè)置的系數(shù)。
驅(qū)動(dòng)輪受到的力矩，曲柄輪受到的扭矩，為驅(qū)動(dòng)輪A受到的壓力，為驅(qū)動(dòng)輪A提供的動(dòng)力，有
文獻(xiàn)[11]
式中 ──考慮到摩擦產(chǎn)生的影響而設(shè)置的系數(shù)
文獻(xiàn)[11]
b、轉(zhuǎn)向
假設(shè)小車(chē)在轉(zhuǎn)向過(guò)程中轉(zhuǎn)向輪受到的阻力矩恒為，其大小可由赫茲公式求得
文獻(xiàn)[9]
由于b比較小，故
對(duì)于連桿的拉力，有
c、小車(chē)行走受力分析
設(shè)小車(chē)慣量為，質(zhì)心在則此時(shí)對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心的慣量為
文獻(xiàn)[11]
小車(chē)的加速度為：
整理上述表達(dá)式得：
第4章 典型零件的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核
4.1 主動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)
主動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)如圖4-1-1
圖4-1-1
4.2 主動(dòng)齒輪的強(qiáng)度校核
4.2.1齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
1. 選定齒輪類(lèi)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）選用7級(jí)精度
（3）材料選擇。由參考文獻(xiàn)[9]表10—1選擇大齒輪材料為L(zhǎng)D6061鋁合金，硬度為280HBS，小齒輪材料為黃銅，硬度為280HBS
（4）選大齒輪齒數(shù)z1=120，小齒輪的齒數(shù)為z2=30
2． 按齒面強(qiáng)度設(shè)計(jì)
(1) 確定各式計(jì)算數(shù)字
試選載荷系數(shù)。
1） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。
大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
2） 由參考文獻(xiàn)[10]查得，大齒輪做懸臂布置，選取齒寬系數(shù)。
3） 由參考文獻(xiàn)[10]查得，鋁合金的彈性影響系數(shù)
4） 由參考文獻(xiàn)[10]查得，按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞極限；大齒輪的接觸疲勞極限。
5） 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
6） 由參考文獻(xiàn)[10]查得，接觸疲勞壽命系數(shù)；
7） 計(jì)算接觸疲勞需用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1
（2）計(jì)算
1）試算大齒輪分度圓直徑d1t，代入中較小的值。
2）計(jì)算圓周速度v
3）計(jì)算齒寬
4）計(jì)算齒寬與齒高之比。
模數(shù)
齒高
5）計(jì)算載荷系數(shù)。
根據(jù)，7級(jí)精度，查得動(dòng)載系數(shù)，直齒輪；
由參考文獻(xiàn)[9]查得使用系數(shù)；
由參考文獻(xiàn)[9]用插值法查得7級(jí)精度，大齒輪相對(duì)支撐為懸臂布置 。
由 ，，由參考文獻(xiàn)[10]查得；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
7）計(jì)算模數(shù)
3．幾何尺寸計(jì)算。
表3 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)計(jì)算結(jié)果
名稱(chēng)
符號(hào)
計(jì)算公式
小齒輪
大齒輪
模數(shù)
m
0.75
齒數(shù)
z
變位系數(shù)
x
嚙合角
分度圓直徑
d
中心距
a
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒輪寬度
B
B1=10
B2=4
第5章 典型零件加工工藝的分析及編寫(xiě)
5.1驅(qū)動(dòng)軸加工工藝分析
驅(qū)動(dòng)軸是無(wú)碳小車(chē)的一個(gè)典型零件，它主要用來(lái)支承傳動(dòng)零部件，傳遞扭矩和承受載荷。該軸按給定的生產(chǎn)綱領(lǐng)600件/年，則生產(chǎn)批量為50件/月，生產(chǎn)類(lèi)型屬于中批生產(chǎn)。而生產(chǎn)
類(lèi)型的不同，則其工藝特征也不同，則該驅(qū)動(dòng)軸的工藝應(yīng)結(jié)合中批生產(chǎn)的工藝特征來(lái)考慮。
5.1.1零件結(jié)構(gòu)及其工藝性分析
該軸為細(xì)長(zhǎng)小臺(tái)階軸，由外圓柱面、螺紋和鍵槽組成，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但長(zhǎng)徑比L/d>12屬撓性軸，剛性差，工藝性差，加工時(shí)極易造成彎曲變形，但可以使用中心架來(lái)防止其變形，能夠保證以高生產(chǎn)率和低成本制造。
5.1.2零件技術(shù)要求分析
1. 尺寸精度
該軸的主要尺寸精度要求在幾處臺(tái)階軸處，即安裝軸承和安裝齒輪的部位，精度較高，均是6級(jí)精度，過(guò)渡配合?？赏ㄟ^(guò)在MG1320E高精度磨床上磨削加工，均能保證其要求。
2. 形狀與位置精度分析
該軸沒(méi)有形狀精度要求，只有3處階梯軸段對(duì)兩處基準(zhǔn)的徑向圓跳動(dòng)的要求，屬位置精度要求，精度較高，最高值為0.008mm，且該軸長(zhǎng)徑比比較大，屬細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件，該徑向圓跳動(dòng)要求屬于加工關(guān)鍵，加工時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，可通過(guò)以?xún)啥酥行目诪楣に嚮鶞?zhǔn)（精基準(zhǔn)）和中心架來(lái)保證其圓跳動(dòng)的位置精度要求；兩處鍵槽的對(duì)稱(chēng)度要求較高，為0.01mm，在普通銑床上很難保證，應(yīng)使用數(shù)控銑床來(lái)完成，但必須以?xún)啥酥行目诪楣に嚮鶞?zhǔn)再輔以千斤頂做輔助支撐。
3. 表面粗糙度分析
表面粗糙度最低值為Ra 1.6μm，要求不高，通過(guò)磨削可以保證。
4. 零件選材及熱處理分析
該軸雖屬臺(tái)階軸，但外圓直徑尺寸相差不大，且強(qiáng)度要求不高，毛坯選用棒料即可。該軸選用了比較常用的45圓鋼，切削性能良好，加工時(shí)不需采取特殊工藝措施，刀具材料選擇范圍較大，高速鋼或YT類(lèi)硬質(zhì)合金均可。選材合理。熱處理調(diào)質(zhì)硬度170-230HBS，容易達(dá)到。
5.2 驅(qū)動(dòng)軸加工工藝編寫(xiě)
驅(qū)動(dòng)軸加工工藝卡片詳見(jiàn)附錄
結(jié)論
從對(duì)試制的樣品小車(chē)進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)來(lái)看小車(chē)的優(yōu)點(diǎn)：
（1）小車(chē)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，單級(jí)齒輪傳動(dòng)，損耗能量少。
（2）多處采用微調(diào)機(jī)構(gòu)，便于糾正軌跡，避開(kāi)障礙物。
（3）采用大的驅(qū)動(dòng)輪，滾阻系數(shù)小，行走距離遠(yuǎn)。
（4）采用磁阻尼，小車(chē)穩(wěn)定性提高，不致使車(chē)速過(guò)快。
小車(chē)的缺點(diǎn)：
（1） 小車(chē)精度要求高，使得加工零件成本高。
（2） 微調(diào)各個(gè)機(jī)構(gòu)都很費(fèi)時(shí)，避障穩(wěn)定性差，時(shí)而偏左，時(shí)而偏右。
小車(chē)需要的改進(jìn)方向：
（1） 小車(chē)最大的缺點(diǎn)是精度要求非常高，改進(jìn)小車(chē)的精度要求。
（2） 使調(diào)整簡(jiǎn)單，小車(chē)便能達(dá)到很好的行走效果。
致謝
為期近四個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，將近尾聲，大學(xué)生活也即將結(jié)束，畢業(yè)前的這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是對(duì)四年來(lái)所學(xué)知識(shí)的一次系統(tǒng)復(fù)習(xí)和綜合運(yùn)用。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，復(fù)習(xí)并運(yùn)用了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，是在老師的帶指導(dǎo)下接觸和學(xué)習(xí)新知識(shí)的過(guò)程，更是將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到生產(chǎn)生活具體實(shí)踐的一次練習(xí)。其實(shí)知識(shí)并不難學(xué)，也并不是最重要的；重要的是知識(shí)的運(yùn)用，也就是說(shuō)學(xué)會(huì)運(yùn)用知識(shí)遠(yuǎn)比知識(shí)本身更重要。只有通過(guò)不斷的練習(xí)，通過(guò)老師的指點(diǎn)和同學(xué)的幫助，才能將課本知識(shí)熟練的運(yùn)用到生產(chǎn)生活實(shí)踐中，為人類(lèi)社會(huì)造福。在這一過(guò)程中，老師的指導(dǎo)非常重要，沒(méi)有老師的細(xì)心指導(dǎo)我不可能順利完成設(shè)計(jì)。
尤其是李光輝導(dǎo)師的科學(xué)研究精神，惜時(shí)如金的工作態(tài)度深深地影響了我，使學(xué)生受益匪淺。在此表示衷心感謝，并致以崇高的敬意。同時(shí)也感謝所有關(guān)心、支持和幫助過(guò)我的各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)。由于學(xué)生水平有限，論文難免有不足和錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)各位專(zhuān)家、教授批評(píng)、指正，再次表示感謝。
附錄
后軸加工工藝卡
參考文獻(xiàn)
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附錄
翻譯部分
車(chē)床和車(chē)削
車(chē)床及它的結(jié)構(gòu)
車(chē)床是一個(gè)主要用來(lái)生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)表面和端面的機(jī)床。 基于他們的目的，結(jié)構(gòu)，能同時(shí)裝夾刀具的數(shù)量，自動(dòng)化的程度，車(chē)床， 或更正確的說(shuō)， 車(chē)床類(lèi)型的機(jī)床依下列各項(xiàng)被分類(lèi)為:
(1) 普通車(chē)床
(2) 刀剖車(chē)床
(3) 六角轉(zhuǎn)塔車(chē)床
(4) 立式的車(chē)削和鏜銑機(jī)床
(5) 自動(dòng)化車(chē)床
(6) 專(zhuān)用車(chē)床
盡管車(chē)床類(lèi)型機(jī)床的多種多樣，他們結(jié)構(gòu)和工作的原則都有很大程度上的相似性。通過(guò)具有代表性的普通車(chē)床這些特征能最好地被說(shuō)明。
床身 車(chē)床的床身是主要的框架，包括在二個(gè)垂直支撐架上的水平橫梁。它通常由鑄鐵或者球墨鑄鐵通過(guò)鑄造加工而成的用于減少振動(dòng)。車(chē)床上的導(dǎo)軌讓床鞍容易地沿縱長(zhǎng)滑動(dòng)。車(chē)床床身的高度應(yīng)該適中，這樣使操作人員能夠容易地而且舒適地做他或她的工作。
主軸箱 主軸箱安裝在車(chē)床床身的左手邊位置而且主軸與導(dǎo)軌(床的滑動(dòng)表面)平行。 主軸由齒輪箱驅(qū)動(dòng)，齒輪箱安裝在主軸箱中。齒輪箱的功能將提供一些不同的主軸轉(zhuǎn)速(通常由6到 18 速度)。一些現(xiàn)代的車(chē)床具有無(wú)級(jí)調(diào)速的功能，由摩擦力、電或液壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。
主軸箱通常為中空的，舉個(gè)例子而言，它在整個(gè)長(zhǎng)度方向上是空的。如果采取連續(xù)生產(chǎn)桿狀坯料可以通過(guò)這個(gè)洞進(jìn)給。當(dāng)然，這個(gè)洞有一個(gè)錐形表面用于安裝車(chē)床頂尖。這個(gè)外部表面由螺紋連接吸盤(pán)，尖盤(pán)以及類(lèi)似的東西。
尾座 尾座基本上三個(gè)部份組成，下部分的基礎(chǔ)，一個(gè)中間的部份和套筒。下部份的基礎(chǔ)是沿著機(jī)床床身導(dǎo)軌上滑動(dòng)的鑄件，而且它有一個(gè)夾緊裝置使其鎖定在整個(gè)尾座的任何需要的位置，根據(jù)工件的長(zhǎng)度。中間部分是一個(gè)能沿著橫向移動(dòng)用的鑄件。第三個(gè)部份套筒，是一個(gè)淬火處理的鋼管，它可以根據(jù)需要滑進(jìn)滑出中間部分。它可以通過(guò)手輪實(shí)現(xiàn)，在它的周?chē)菽腹潭ㄔ谔淄采希谔淄查_(kāi)放一端的洞中能夠固定車(chē)床中心線(xiàn)或者其他的像麻花鉆鏜桿一類(lèi)的東西，通過(guò)夾緊裝置套筒能夠加緊在任何位置。
刀架 刀架的主要功能是用在刀具的安裝和縱向和橫向的進(jìn)給。當(dāng)被機(jī)床V形導(dǎo)軌引導(dǎo)的時(shí)候，它實(shí)際上是在主軸箱和尾座之間滑動(dòng)的一個(gè) H 形塊。刀架可以用手動(dòng)或機(jī)械方式通過(guò)托板箱和絲杠或光杠移動(dòng)。
當(dāng)用于加工螺紋的時(shí)候，動(dòng)力是由托板箱的齒輪箱提供的。在所有的其他車(chē)削操作方面，它是由光杠提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)刀架的。絲杠通過(guò)一對(duì)半合螺母固定。這個(gè)螺母安裝在托板箱的后面，當(dāng)操作特定的杠桿時(shí)兩個(gè)半螺釘一起被夾緊而且與旋轉(zhuǎn)的絲杠構(gòu)成一個(gè)完整的螺釘，當(dāng)進(jìn)給時(shí)沿床身和刀架一起。當(dāng)杠桿脫離的時(shí)候，這兩個(gè)半螺釘離開(kāi)并且刀架停止運(yùn)動(dòng)。另一方面，當(dāng)使用光杠的時(shí)候，它經(jīng)過(guò)蝸輪提供力量給托板箱。后者對(duì)于光杠和沿著光杠移動(dòng)的絲杠是關(guān)鍵的，它在整個(gè)長(zhǎng)度是關(guān)鍵的一部分。一個(gè)現(xiàn)代的車(chē)床通常在主軸箱之下位于一個(gè)快速變速的齒輪箱和經(jīng)過(guò)一列齒輪傳動(dòng)的主軸。刀架被連接到絲杠和光杠而且能夠通過(guò)操作杠桿迅速簡(jiǎn)單地選擇一系列的進(jìn)給，變速齒輪箱應(yīng)用于普通的車(chē)削、平面和螺紋的切削操作。因?yàn)槟驱X輪箱被連接到主軸上的，對(duì)于托板箱移動(dòng)的距離可以被控制。。
車(chē)刀
車(chē)刀的形狀和幾何尺寸根據(jù)車(chē)床應(yīng)用的目的而決定。車(chē)削刀具可以分為兩種主要的類(lèi)型即外部的切削刀具和內(nèi)部的切削刀具，每一個(gè)這些小組包括刀具的有下列類(lèi)型:
車(chē)刀 車(chē)刀能用于精加工或者粗加工的工具。粗加工的車(chē)刀具有小的刀尖圓弧半徑用于大的切削用量。另一方面精加工的車(chē)刀具有大的刀尖圓弧半徑用于獲得最終需要的尺寸這個(gè)尺寸通過(guò)小的切削深度獲得高的表面質(zhì)量。粗車(chē)刀具有用右手或左手的兩種類(lèi)型，根據(jù)進(jìn)給的方向而定。它們能有直的，彎的，或偏置的刀柄。
端面刀 端面車(chē)刀用于待加工的表面或者端面的平面加工。這些刀具有用左手邊操作加工表面的和用右手邊操作加工表面的。這些表面通過(guò)刀具的橫向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)，和車(chē)削刀具相反的是，縱向進(jìn)給通常被應(yīng)用。
切斷刀 切斷刀具，有時(shí)叫做分離刀具，可用于切斷工件以及/或以機(jī)器制造外的凹槽。
螺紋車(chē)刀 螺紋車(chē)具有三角形的，正方形，或梯形的刃口，取決于需要的螺紋的橫截面的樣式。同時(shí)，這些刀具的面角度總是和那些螺紋現(xiàn)狀相同的。螺紋切削刀具的直刀柄用于外部的螺紋切削而偏置刀具用于外部螺紋的切削 。
成形車(chē)刀 成形車(chē)刀是特別用于加工特殊形式截面的加工刀具，與被加工的工件的形狀相反。高速鋼刀具通常是做成單獨(dú)的一塊整體，和硬質(zhì)合金刀具或陶瓷刀具相反的是 ， 它們是做成刀尖的形式。后者是由焊接的或者機(jī)械方式夾緊與刀柄構(gòu)成一個(gè)整體。圖一指出了一系列后者的類(lèi)型，這些包括碳化物頂尖、斷屑器、刀片，緊固螺絲釘 (一個(gè)墊圈和一個(gè)螺釘 ) 和刀柄。當(dāng)做名字所說(shuō)的那樣，斷屑器的功能是時(shí)不時(shí)的切斷切屑，如此避免長(zhǎng)的帶狀切屑形成這些帶狀切屑在操作時(shí)可能會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。 碳化物頂尖 ( 或陶瓷的頂尖 ) 可以有不同的形狀，根據(jù)他們應(yīng)用的機(jī)床操作。頂尖可以是一個(gè)整體或者是中央有一個(gè)洞，根據(jù)這個(gè)頂尖是焊接還是用機(jī)械夾緊方式使其安裝在刀柄上。
車(chē)床操作
在下列的部分中，我們將討論能在傳統(tǒng)的車(chē)床上被運(yùn)行的各種不同的機(jī)床操作。 這個(gè)必須銘記于心，然而，現(xiàn)代的數(shù)控車(chē)床具有更多的功能 并且能做其他的操作，舉例來(lái)說(shuō)，比如曲面仿型。下列各項(xiàng)是普通的車(chē)床操作。
外圓車(chē)削 外圓車(chē)削是最簡(jiǎn)單的和最通常的車(chē)床操作。工件每旋轉(zhuǎn)一周就在工件上產(chǎn)生一個(gè)圓心在車(chē)身軸線(xiàn)上的軌道; 這個(gè)動(dòng)作的多次產(chǎn)生才能實(shí)現(xiàn)切削加工。 加工的結(jié)果是一個(gè)具有很小螺距的螺旋線(xiàn)。結(jié)果，已加工表面是圓形的。
軸向進(jìn)給是由刀架或者是小刀架提供，可用手動(dòng)或自動(dòng)化方式實(shí)現(xiàn)，然而削減的深度由橫向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)。在粗車(chē)加工時(shí)，一般推薦大的切削深度 (從 0.25 到 6 毫米左右，取決于工件的材料) 并且會(huì)采取較小的進(jìn)給量。 另一方面，非常小的進(jìn)給量，非常小切削深度 (小于 0.05 或 0.4 毫米)，和高的切削速度應(yīng)用于精加工。
平面車(chē)削 平面加工的結(jié)果是一平表面這個(gè)表面既可以是整個(gè)端面或或者是軸間處的一個(gè)環(huán)形表面 。 在平面車(chē)削過(guò)程中，進(jìn)給量是由橫向進(jìn)給提供的，然而削減的深度是有刀架或者小刀架提供的。平面車(chē)削可以從工件的外圓向中心也可以從工件的中心向外圓。很明顯這兩種加工都產(chǎn)生螺旋形的加工軌跡。通常，在平面加工過(guò)程中最好要夾緊刀架，因?yàn)榍邢髁θ菀淄苿?dòng)刀具 ( 當(dāng)然 ， 整個(gè)的刀架 ) 遠(yuǎn)離工件。在大多數(shù)平面加工過(guò)程中，工件被夾緊在吸盤(pán)上或者工作臺(tái)上。
凹槽切削 在切斷和切槽的加工中，只應(yīng)用刀具的橫向進(jìn)給。那切斷和切槽工具，在先前已經(jīng)討論過(guò)了，用過(guò)了。
鉆孔和內(nèi)表面車(chē)削 鉆孔和內(nèi)表面車(chē)削是在工件內(nèi)表面上有鉆桿或者是適當(dāng)?shù)膬?nèi)表面切削刀具， 如果最初的工件是實(shí)心的，必須先進(jìn)行鉆孔加工。 鉆孔刀具安裝在刀架上， 而后刀架相對(duì)于工件進(jìn)行進(jìn)給。
圓錐面車(chē)削 圓錐面車(chē)削是通過(guò)驅(qū)動(dòng)刀具沿著與車(chē)床軸線(xiàn)方向不平行而是與軸線(xiàn)傾斜方向即想得到的圓錐角。下列各項(xiàng)是用圓錐面車(chē)削的不同的方法:
（1）旋轉(zhuǎn)小刀架上的刀盤(pán)使其達(dá)到半頂角的度數(shù)。進(jìn)給是通過(guò)手動(dòng)方式旋轉(zhuǎn)小刀架上的手柄方式完成的。這一個(gè)方法大多數(shù)應(yīng)用于較大的內(nèi)圓錐角和角大的外圓錐角切削。
（2）采用專(zhuān)用成形刀具 對(duì)非常短的錐形表面加工。工件的寬度一定要比刀具的稍微小一點(diǎn)，而且工件通常被安裝在吸盤(pán)上或者在工作臺(tái)上。在這種情形下，只有橫向進(jìn)給應(yīng)用于這種加工過(guò)程中而且刀架被夾緊到機(jī)器床身上。
（3）偏置尾座中心 這一個(gè)方法應(yīng)用于較長(zhǎng)的和錐角較?。ㄐ∮?度）的外圓錐面車(chē)削。工件被裝在兩個(gè)頂尖之間 ; 然后尾座在垂直于車(chē)床主軸線(xiàn)移動(dòng)距離 S。
（4）采用錐面切削裝置 這一個(gè)方法應(yīng)用于車(chē)削較長(zhǎng)的工件。當(dāng)長(zhǎng)度比小刀架長(zhǎng)度還要大時(shí) 在如此的情況橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)和刀架完全脫離，然后橫向進(jìn)給由附加裝置提供。 在這一個(gè)過(guò)程中，自動(dòng)的軸向進(jìn)給能像往常一樣使用。這一個(gè)方法是為非常長(zhǎng)的工件以及比較小的圓錐體角度，比如8 度到10度。
車(chē)削螺紋 當(dāng)進(jìn)行螺紋切削的時(shí)候，軸向進(jìn)給必須保持恒定的速度，速度大小取決于工件工件轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/每分)。兩者之間的關(guān)系主要有切削螺紋的螺距決定。
正如先前提到的那樣，通過(guò)絲杠切削螺紋自動(dòng)產(chǎn)生的，軸向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)刀架 。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)一周時(shí)刀架運(yùn)動(dòng)距離等于絲杠的螺距，因此，如果絲杠旋轉(zhuǎn)速度等于主軸旋轉(zhuǎn)速度（工件主軸）切削結(jié)果工件螺距等于絲杠螺距
= = 主軸和刀架的傳動(dòng)比
這個(gè)等式對(duì)于車(chē)床主軸和絲杠的傳動(dòng)鏈的決定很有用具體的說(shuō)也就是對(duì)傳動(dòng)鏈中齒輪的選擇很有幫助 。
在螺紋切削加工過(guò)程中 相對(duì)較長(zhǎng)的工件安裝在吸盤(pán)上或者在車(chē)床兩頂尖之間 。 使用的刀具的形狀必須與要切削螺紋輪廓非常精確，比如三角形的車(chē)刀必須用于切削三角形螺紋，以此類(lèi)推。
滾花加工 滾花加工主要是一種成形加工方式，這種加工沒(méi)有切屑的產(chǎn)生。這種加工方法是用兩個(gè)有粗銼式的表面的硬化滾軸壓在滾動(dòng)工件上在工件表面上產(chǎn)生塑性變形。
滾花加工應(yīng)用于比較粗糙的外圓柱面 ( 或者圓錐面)，通常用來(lái)做手柄。有時(shí)候，表面僅僅用來(lái)做裝飾用; 而且有不同式樣滾花可供選擇。
切削速度和進(jìn)給量
切削速度 通常由每分鐘表面的進(jìn)給量(SFM)表示，是在一分鐘內(nèi)在工件的表面 (正在削減 )沿切削方向移動(dòng)的數(shù)量。表面的切削速度和轉(zhuǎn)/每分之間的關(guān)系根據(jù)下列等式有 :
SMF=πDN
在這里：
D = 工件的直徑
N = 轉(zhuǎn)/每分
表面的切削速度主要取決于加工工件的材料，刀具的材料，和通過(guò)手冊(cè)獲得的關(guān)于切削刀具的信息。通常，SFM 指的是 100 當(dāng)切削冷壓鋼或低碳鋼時(shí)，當(dāng)較強(qiáng)硬的金屬時(shí)取50，當(dāng)較軟材料取200。對(duì)于鋁而言，通常要達(dá)到400 或更多。也有其他的變量影響表面切削速度的最佳值。這些包括刀具幾何現(xiàn)狀、潤(rùn)滑物的類(lèi)型或制冷劑，進(jìn)給量和削減深度 。 只要切削速度被選定，主軸的轉(zhuǎn)速度 (轉(zhuǎn)/每分) 能依下列等式獲得 :
N =
適當(dāng)進(jìn)給量的選擇取決于許多因素，像是最后加工的表面，削減深度和使用刀具的幾何形式。小的進(jìn)給量能產(chǎn)生好的加工表面質(zhì)量，然而較高的進(jìn)給量能減少切削加工時(shí)間。 因此，它通常進(jìn)給加工通常使用大的進(jìn)給量精加工使用小的進(jìn)給兩。 再進(jìn)給的最佳值可以從手冊(cè)和刀具生產(chǎn)商提供的信息中查取。
在這里我介紹一下鉆削加工:
鉆削是使用刀具生產(chǎn)通孔，或者盲孔，相對(duì)于工件刀具沿著主軸旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，沿著主軸切削的范圍和需要的孔的半徑相等。在實(shí)際加工過(guò)程中，兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的切削刃繞著同一個(gè)軸線(xiàn)切削。
鉆削可以通過(guò)手鉆或者鉆床來(lái)執(zhí)行。鉆床在尺寸和構(gòu)造上和手鉆不一樣。然而，當(dāng)工件被完全夾緊的時(shí)候，刀具總是在它的軸向旋轉(zhuǎn)。這個(gè)與車(chē)床上是相反的。
用于鉆削加工的切削刀具
在進(jìn)行鉆削加工時(shí)，一圓筒形的端面旋轉(zhuǎn)切削刀具被應(yīng)用，這個(gè)刀具叫做鉆頭。鉆頭有一個(gè)或者較多的刃口和對(duì)應(yīng)的容屑槽，可以是直或螺旋狀的。容屑槽的功能是在鉆削過(guò)程中將提供出口通道給切屑而且讓潤(rùn)滑劑和制冷劑到達(dá)切削刃口和被加工表面。下列各項(xiàng)是普通鉆頭的一個(gè)調(diào)查。
麻花鉆 麻花鉆是那最常用類(lèi)型的鉆頭。它有二個(gè)切削刃口和二個(gè)沿著整個(gè)鉆頭長(zhǎng)度的螺旋狀的容屑槽，鉆頭由頸部和直線(xiàn)形或錐形的柄部組成。在后者情況而言，被作為鍥塊安裝在鍥形孔中和一個(gè)柄角，進(jìn)入主軸的狹槽中，在傳輸旋轉(zhuǎn)的時(shí)候作為一個(gè)完整的部件。另一方面，直柄被直接安裝在鉆床吸盤(pán)上，依次，作為錐柄鉆以同樣的方式安裝在主軸的槽中。
正如上面說(shuō)的，這二個(gè)刃口被稱(chēng)為唇，而且一起被稱(chēng)為楔子，是像鑿子一樣的切削刃 。 麻花鉆有二個(gè)刃帶，在操作時(shí)能夠真確的引導(dǎo)和定位鉆頭。刀具頭角度 (TPA) 由兩個(gè)唇形成而且選擇要基于切割的材料。通常的頂角是 118度，這種適合鉆削的低碳鋼和鑄鐵。對(duì)于硬的和更強(qiáng)硬的金屬，像是熱處理的鋼，黃銅和青銅選取比較大的刀具頭角度(130 度或 140度) 提供較好的加工性能。普通的麻花鉆的容屑槽螺旋角度在 24度和 30度之間。當(dāng)鉆削銅或軟的塑料的時(shí)候，較高螺旋角度值被推薦 (在 35度和 45和之間)。
麻花鉆通常是用高速鋼做成的，雖然碳素鋼鉆頭也經(jīng)常被使用。被用于工業(yè)的范圍的麻花鉆的大小從 0.01到3.25 英寸。(也就是 0.25 到 80 毫米 )。
擴(kuò)孔鉆。擴(kuò)孔鉆由斜面、主體、頸部和柄組成。這類(lèi)型的鉆頭有三個(gè)或者四個(gè)容屑槽和相等數(shù)量的刃帶，確定好的指導(dǎo)，如此有高的準(zhǔn)確性。那樣擴(kuò)孔鉆有一個(gè)平的端面。這個(gè)斜面上有三或者四個(gè)刃口和唇，而且唇角度可能在 90和 120之間改變。擴(kuò)孔鉆應(yīng)用于擴(kuò)大先鉆的洞而且不是開(kāi)始鉆孔。這類(lèi)型的鉆孔機(jī)有較大的生產(chǎn)力，高的加工準(zhǔn)確性和高質(zhì)量的加工表面等特點(diǎn)。
槍鉆 槍鉆用來(lái)鉆削較深的孔。所有的槍鉆都是直的容屑槽，而且每個(gè)都有一個(gè)刃口。在主體上的洞擔(dān)任一個(gè)導(dǎo)管的作用在可以支持的壓力下傳遞冷卻液。
這里有兩種類(lèi)型的槍鉆，有時(shí)被稱(chēng)為中心切削槍鉆用于鉆削盲洞和套筒鉆。套筒鉆的中心有一個(gè)圓柱孔，鉆孔時(shí)可在工件上形成一個(gè)芯子，當(dāng)鉆頭連續(xù)進(jìn)給進(jìn)行鉆孔時(shí)，芯子對(duì)鉆頭起導(dǎo)向作用。
扁鉆 扁鉆用來(lái)鉆削大的孔 如3.5英寸 (90 毫米 ) 或更多。這種設(shè)計(jì)造成它的成本顯著降低并且使其質(zhì)量降低，有利于刀具的管理。而且，這種類(lèi)型的鉆頭很容易刃磨。
Lathe and Turning
The Lathe and Its Construction
A lathe is a machine tool used primarily for producing surfaces of revolution flat edges. Based on their purpose ,construction , number of tools that can simultaneously be mounted , and degree of automation ,lathes or, more accurately, lathe-type machine tools can be classified as follows:
(1) Engine lathes
(2) Toolroom lathes
(3) Turret lathes
(4) Vertical turning and boring mills
(5) Automatic lathes
(6) Special-purpose lathes
In spite of that diversity of lathe-type machine tools, they all have all have common features with respect to construction and principle of operation .These features can best be illustrated by considering the commonly used representative type, the engine lathe. Following is a description of each of the main elements of an engine lathe , which is shown in Fig.11.1.
Lathe bed . The lathe bed is the main frame , involving a horizontal beam on two vertical supporis. It is usually made of grey or nodular cast iron to damp vibrations and is made by casting . It has guideways to allow the carriage to slide easily lengthwise. The height of the lathe bed should be appropriate to enable the technician to do his or her jib easily and comfortably.
Headstock. The headstock is fixed at the left hand side of the lathe bed and includes the spindle whose axis is parallel to the guideways (the silde surface of the bed) . The spindle is driven through the gearbox , which is housed within the headstock. The function of the gearbox is to provide a number of different spindle speeds (usually 6 up to 18 speeds) . Some modern lathes have headstocks with infinitely variable spindle speeds, which employ frictional , electrical , or hydraulic drives.
The spindle is always hollow , I .e ,it has a through hole extending lengthwise. Bar stocks can be fed througth that hole if continous production is adopted . A lso , that hole has a tapered surface to allow mounting a plain lathe center . The outer surface of the spindle is threaded to allow mounting of a chuck , a face plate , or the like .
Tailstock . The tailstock assembly consists basically of three parts , its lower base, an intermediate part, and the quill . The lower base is a casting that can slide on the lathe bed along the guidewayes , and it has a clamping device to enable locking the entire tailstock at any desired location , depending upon the length of the workpiece . The intermediate part
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