南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)作 者 :學(xué) 號(hào)：教 學(xué) 點(diǎn) :專(zhuān) 業(yè) :題 目 : 加工中心 40 刀刀庫(kù)設(shè)計(jì)(鏈?zhǔn)降稁?kù))指導(dǎo)者： (姓 名) (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù))評(píng)閱者： (姓 名) (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù))年 月畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 中 文 摘 要以加工中心自動(dòng)換刀裝置中的刀庫(kù)的設(shè)計(jì)與控制為背景，根據(jù)使用的場(chǎng)合和實(shí)際運(yùn)用的要求，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的 40 刀的鏈?zhǔn)降稁?kù)，并且對(duì)它的控制進(jìn)行了一定的研究。論文首先對(duì) 40 刀刀庫(kù)總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述，闡述其各部件的工作原理，然后就刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制分章節(jié)對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行計(jì)算與設(shè)計(jì)。刀庫(kù)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是研究的重點(diǎn)，傳動(dòng)部分為蝸桿蝸輪的減速裝置，控制部分為刀庫(kù)送刀機(jī)構(gòu)，由 PLC 控制刀庫(kù)的正反轉(zhuǎn)。關(guān)鍵詞：加工中心，刀庫(kù)，蝸桿蝸輪， PLC。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 外 文 摘 要Title 40 Machining Center Design Magazine (Chain Magazine) AbstractTake the machining center automatically trades in the knife installment the Tool magazine design and the control as a background, according to the use situation and the actual utilization's request, has designed the corresponding forty tool's chain Tool magazine, and has conducted certain research to its control.The paper first carries on the elaboration to forty Tool magazine overall project design, elaborated that its various parts' principle of work, is divided the chapter on the Tool magazine 's structural design and the control to carry on the computation and the design to each part.The Tool magazine's organization design is the research key point, the transmission part for the worm bearing adjuster worm gear's decelerating device, the control section delivers the knife organization for the Tool magazine, controls the Tool magazine by PLC the reverse.Key words: Machining center, Tool magazine , worm bearing adjuster worm gear, PLC.本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 4 頁(yè) 共 49 頁(yè)目 錄1 緒論 61.1 引言 .61.2 加工中心簡(jiǎn)介 .61.2.1 加工中心的發(fā)展簡(jiǎn)史 61.2.2 加工中心的結(jié)構(gòu)組成 71.2.3 加工中心的分類(lèi) 81.2.4 加工中心的主要優(yōu)點(diǎn) 91.2.5 加工中心的發(fā)展趨勢(shì) 101.3 刀庫(kù) .111.3.1 刀庫(kù)簡(jiǎn)介 111.3.2 刀庫(kù)的類(lèi)型 122 刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選定 162.1 刀套線(xiàn)速度 .162.2 鏈輪參數(shù)確定 .162.3 負(fù)載轉(zhuǎn)矩選電機(jī) .162.4 傳動(dòng)比分配 .182.4.1 各軸轉(zhuǎn)速 182.4.2 各軸功率 182.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩 193 刀庫(kù)傳動(dòng)方式 203.1 蝸桿蝸輪傳動(dòng) .203.2 鏈傳動(dòng) .264 軸的設(shè)計(jì) 294.1 軸材料選定 .294.2 蝸桿軸設(shè)計(jì) .294.2.1 初步估算軸的最小直徑 294.2.2 聯(lián)軸器選定 294.2.3 確定軸承類(lèi)型 304.2.4 初步估算蝸桿軸各段尺寸 304.2.5 蝸桿軸校核 304.3 蝸輪軸的設(shè)計(jì) .334.3.1 初步估算軸的最小直徑 334.3.2 初步估算蝸輪軸各段尺寸 334.3.3 蝸輪軸校核 34本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 5 頁(yè) 共 49 頁(yè)5 軸承校核 385.1 蝸桿軸承效核 .385.2 蝸輪軸效核 .386 刀庫(kù)控制系統(tǒng) 406.1 刀具的選擇方式 .406.1.1 順序選擇 406.1.2 任意選擇 406.2 刀具識(shí)別裝置 416.3 刀庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .427 其它零部件設(shè)計(jì) 45結(jié)論 47參 考 文 獻(xiàn) 48致 謝 49本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 6 頁(yè) 共 49 頁(yè)1 緒論本章首先從數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程引出加工中心的發(fā)展趨勢(shì)，再具體到本次設(shè)計(jì)針對(duì)的刀庫(kù)的任務(wù)要求，明確了本設(shè)計(jì)任務(wù)的主要內(nèi)容。1.1 引言1952 年世界上出現(xiàn)了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，使多品種、中小批量的機(jī)械加工設(shè)備在柔性、自動(dòng)化和效率上產(chǎn)生了巨大變革。1958 年第一臺(tái)加工中心問(wèn)世，它將多工序（銑、鉆、鏜、鉸、攻絲等）加工集于一身；適應(yīng)加工多品種和大批量的工件；增加機(jī)床功能（自動(dòng)換刀、自動(dòng)換工件、自動(dòng)檢測(cè)等） ，使自動(dòng)化程度和加工效率上了一個(gè)新臺(tái)階；使無(wú)人化（或長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人操作）加工成為現(xiàn)實(shí)。90 年代以來(lái)，數(shù)控加工技術(shù)得到迅速的普及及發(fā)展，數(shù)控加工中心在制造業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)制造的加工中心主要是面向生產(chǎn)領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高、封閉性強(qiáng)，價(jià)格昂貴。加工中心已成為柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)和自動(dòng)化工廠的基本單元。加工中心是數(shù)控機(jī)床的代表，是高新技術(shù)集成度高的典型機(jī)電一體化機(jī)械加工設(shè)備，受到世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視，技術(shù)迅速發(fā)展，品種和數(shù)量大幅度增加，成為當(dāng)今世界機(jī)械加工設(shè)備中最引人注目的一類(lèi)產(chǎn)品。1.2 加工中心簡(jiǎn)介1.2.1 加工中心的發(fā)展簡(jiǎn)史1952 年世界上出現(xiàn)第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，使多品種、中小批量的機(jī)械加工設(shè)備在柔性、自動(dòng)化和效率上產(chǎn)生了巨大變革。它用易于修改的數(shù)控加工程序進(jìn)行控制，因而比大批量生產(chǎn)重使用組合機(jī)床生產(chǎn)線(xiàn)和凸輪、開(kāi)關(guān)控制的專(zhuān)用機(jī)床有更大的柔性，容易適應(yīng)加工件品種的變化，進(jìn)行多品種加工。它用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的工藝功能、幾何圖形運(yùn)動(dòng)功能和輔助功能實(shí)行全自動(dòng)的數(shù)字控制，因?yàn)橛懈叩淖詣?dòng)化程度和加工效率，大大改變了中小批量生產(chǎn)中普通機(jī)床占整個(gè)機(jī)械加工 的狀況。70%~8數(shù)控機(jī)床能實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)以上聯(lián)動(dòng)的功能，其效率和精度比用手工和樣板控制加工復(fù)雜零件要高得多。1958 年第一臺(tái)加工中心在美國(guó)卡尼、特雷克（Kearney刀具不平衡重量 Wmax=800N。法向約束力FN=1700N，摩擦系數(shù) fs=0.11。摩擦力 F=fsFN=0.11×1700=187N mN 2185.07214 ????PDT .32p 8.9415.082maxa ????PWT所以 mN .2max431?WT負(fù)載所需功率 k 4.095.n取傳動(dòng)比 i=40。傳動(dòng)總效率為：1F234Wmax： 最 大 偏 重 ￡?o摩 擦 力圖 2-1 鏈?zhǔn)降稁?kù)力的分布本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 18 頁(yè) 共 49 頁(yè)0.73 96.08.925421???式中：η 1——聯(lián)軸器的功率； η2——蝸桿的功率；η3——軸承的功率；η4——鏈傳動(dòng)效率。把如上計(jì)算的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)換為電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩 TL 為：mN 09.673.4812?????iTL考慮到實(shí)際情況比計(jì)算時(shí)所設(shè)定條件復(fù)雜，電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 Ts 應(yīng)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩的1.2～1.5 倍，亦即：??LST～5.12?mN 93.706???根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，所選電機(jī)型號(hào)如下：表 2-1 所選電機(jī)型號(hào)型 號(hào)輸出功率 ??PkW額定轉(zhuǎn)矩 ??NTS?最大轉(zhuǎn)矩 ??T?max最高轉(zhuǎn)速 ??maxnr/i工作轉(zhuǎn)速 ??min/rFB25 0.52 10 309 1000 5002.4 傳動(dòng)比分配刀庫(kù)選刀需要低速轉(zhuǎn)動(dòng)，就要求降低傳動(dòng)的速度，傳動(dòng)比選為 i=40。2.4.1 各軸轉(zhuǎn)速Ⅰ軸 r/min 501?inⅡ軸 /i .124??i2.4.2 各軸功率Ⅰ軸 kW 5.09.01?????dPⅡ軸 4182??本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 19 頁(yè) 共 49 頁(yè)2.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 Td 為:電機(jī)輸出軸 mN 1052.950????mnPⅠ軸 9101?idⅡ軸 83160492 ??T表 2-2 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)表軸 功率??PkW轉(zhuǎn)矩T(N·mm)轉(zhuǎn)速n(r/min)傳動(dòng)比i效率η電機(jī)軸 0.52 10 500 1 1Ⅰ軸 0.51 9.9 500 1 0.99Ⅱ軸 0.41 316.8 12.5 40 0.8本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 20 頁(yè) 共 49 頁(yè)3 刀庫(kù)傳動(dòng)方式為使伺服電機(jī)在最佳狀態(tài)下工作，一般不采用伺服電機(jī)的低速段。刀庫(kù)需要在伺服電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩下運(yùn)轉(zhuǎn)工作，并且減速比不能過(guò)大，否則不能達(dá)到刀庫(kù)需要的轉(zhuǎn)矩，這就要求減速裝置既要很大的減速比，又要保證電機(jī)工作在恒轉(zhuǎn)矩下，選用蝸桿減速裝置。3.1 蝸桿蝸輪傳動(dòng)㈠ 特點(diǎn)和應(yīng)用蝸桿傳動(dòng)用于傳遞交錯(cuò)軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在絕大多數(shù)情況下，兩軸在空間是互相垂直的，軸交角為 90°。它廣泛應(yīng)用在機(jī)床、汽車(chē)、儀器、起重運(yùn)輸機(jī)械、冶金機(jī)械以及其他機(jī)械制造部門(mén)中，最大傳動(dòng)功率可達(dá) 750 kW，通常用在 50 kW 以下；最高滑動(dòng)速度 可達(dá) 35 m/s,通常用在 15 m/s 以下。sv蝸桿傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)、無(wú)噪聲、沖擊振動(dòng)小以及能得到很大的單級(jí)傳動(dòng)比。在傳遞動(dòng)力時(shí)，傳動(dòng)比一般為 8～100，常用的為 15～50。在機(jī)床工作臺(tái)中，傳動(dòng)比可達(dá)幾百，甚至到 1000。這時(shí)，需采用導(dǎo)程角很小的單頭蝸桿，但傳動(dòng)效率很低，只能用在功率小的場(chǎng)合。在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中正力求提高蝸桿傳動(dòng)的效率，多頭蝸桿的傳動(dòng)效率已可達(dá)到 98%。與多級(jí)齒輪傳動(dòng)相比，蝸桿傳動(dòng)零件數(shù)目少，結(jié)構(gòu)尺寸小，重量輕。缺點(diǎn)是在制造精度和傳動(dòng)比相同的條件下，蝸桿傳動(dòng)的效率比齒輪傳動(dòng)低，同時(shí)蝸桿一般需用貴重的減摩材料（如青銅）制造。蝸桿傳動(dòng)多用于減速，以蝸桿為原動(dòng)件。也可用于增速，齒數(shù)比單級(jí)為5～15，但應(yīng)用很少。㈡ 精度等級(jí)的選擇蝸桿可以在車(chē)床上切制，也可以在特種銑床上用圓盤(pán)銑刀或指形銑刀銑制。由于蝸桿傳動(dòng)的軸間距離必須與蝸桿滾刀在切制蝸輪時(shí)的軸間定位距離相等才能得到正確的嚙合，所以蝸輪要用與它相捏合的蝸桿同樣大小的滾刀來(lái)切制。由于蝸桿傳動(dòng)嚙合輪齒的剛度較齒輪傳動(dòng)大，所以制造精度對(duì)傳動(dòng)的影響比齒輪傳動(dòng)更顯著。蝸桿傳動(dòng)規(guī)定了 12 個(gè)精度等級(jí)，對(duì)于動(dòng)力傳動(dòng)，要按照 6～9 級(jí)精度制造。㈢ 材料選擇考慮到蝸桿傳動(dòng)難于保證高的接觸精度，滑動(dòng)速度有較大，以及蝸桿變形等因本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 21 頁(yè) 共 49 頁(yè)素，故蝸桿，蝸輪不能都用硬材料制造，其中之一（通常為蝸輪）應(yīng)該用減摩性良好的軟材料來(lái)制造。——蝸輪材料。通常是指蝸輪齒冠部分的材料。主要有以下幾種：⑴鑄錫青銅 是適用于 和持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的工況，離心鑄造的可得到致密的細(xì)晶粒組m/s 26~/1?sv織，可取大值，砂型鑄造的取小值。⑵鑄鋁青銅 適用于 的工況，抗膠m/s 10?sv合能力差，蝸桿硬度應(yīng)不低于 45 HRC。⑶鑄鋁黃銅 點(diǎn)蝕強(qiáng)度高，但磨損性能差，宜用于低滑動(dòng)速度場(chǎng)合。⑷灰鑄鐵和球墨鑄鐵 使用于 的工況，前者表/ 2s面經(jīng)硫化處理有利于減輕磨損，后者若與淬火蝸桿配對(duì)能用于重載場(chǎng)合。直徑較大的蝸輪常用鑄鐵。——蝸桿材料。蝸輪直徑很大時(shí)，可以采用青銅蝸桿，蝸輪則用鑄鐵。在要求持久性高的動(dòng)力傳動(dòng)中，可選用滲碳鋼淬火，也可選用中碳鋼表面或整體淬火以得到必要的硬度，制造時(shí)必須磨削。用氮化鋼氮處理的蝸桿可以不磨削，但需要拋光。只有在缺乏磨削設(shè)備是才選用調(diào)質(zhì)蝸桿。受短時(shí)沖擊載荷的蝸桿，不宜用滲碳鋼淬火，最好用調(diào)質(zhì)鋼。鑄鐵蝸輪與鍍鉻蝸桿配對(duì)時(shí)，有利于提高傳動(dòng)的承載能力和滑動(dòng)速度。㈣ 蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸桿通常與軸做成整體很少做成裝配式的。蝸輪可指成整體的或組合的。組合蝸輪的齒冠可以鑄在或用過(guò)盈配合裝在鑄鐵或鑄鋼的輪心上，常用的配合為 H7/r6。為了增加過(guò)盈配合的可靠性，沿著接合縫還要擰上螺釘，螺釘孔中心線(xiàn)偏向輪轂一側(cè)。當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，可采用螺栓聯(lián)接，最好采用受剪螺栓聯(lián)接。㈤ 蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算：ZA 型蝸桿減速器，輸入功率 P1=0.52kW，轉(zhuǎn)速 n1=500r/min,傳動(dòng)比 i=40。工作機(jī)載荷平穩(wěn)，動(dòng)力機(jī)有輕微振動(dòng)。預(yù)期壽命 12000h。蝸桿采用 45 鋼，表面硬度45HRC ，蝸輪材料采用 ZCuSn10P1，砂型鑄造，計(jì)算步驟如下表：———————————————————————————————————計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果———————————————————————————————————本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 22 頁(yè) 共 49 頁(yè)初選[d 1/a]值當(dāng)量摩擦系數(shù) 設(shè) vs=1m/s～1.5m/s ，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》 μv=0.05表 13.6，取大值 ρv=3°選[d 1/a]值 在《 機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 13.11 的 i=40 線(xiàn)上選一點(diǎn)，查得[d 1/a]=0.4，γ=6°（z 1=1） ，η 1=0.8中心距計(jì)算蝸輪轉(zhuǎn)矩 161205.9??inPiT??8.426 mN 3178242??T使用系數(shù) 按題意查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 12.9 .AK轉(zhuǎn)速系數(shù) 8/12?????????nZ8/150? 6.0?nZ彈性系數(shù) 根據(jù)蝸輪輻材料查表 13.2 得 MPaE147壽命系數(shù) 6250hhLZ?616.13??hZ接觸系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 13.12Ⅰ線(xiàn)查出 7.2??Z接觸疲勞極限 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 13.2 得 σHlim=265MPa接觸疲勞最小安全系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得 SHmin=1.3中心距 32limn2???????HhnEAZSTKa??本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 23 頁(yè) 共 49 頁(yè)取 a=160mm142653.107243178. ??????????傳動(dòng)基本尺寸蝸桿頭數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 13.11 查得 γ=6°，z 1=1;也可用式 13.22 計(jì)算取 z1 = 1????934.0/164.27/4.271 ?????uaz蝸輪齒數(shù) z2=iz1=40×1 取 z2 = 40模數(shù) m =(1.4～1.7)a/z 2=(1.4～1.7)160/40=5.6～6.8 取 m = 6.3 mm蝸桿分度圓直徑 d1 = [d1/a]a=0.4×160=64 查表 13.4d1=0.68a0.875=0.68×1600.875=58 取 d1 = 63 mm蝸輪分度圓直徑 d2=mz2=6.3×40 d2 = 252 mm蝸桿導(dǎo)程角 tanγ=z1m/d1=1×6.3/63 γ=5.7°蝸輪寬度 ????????5.021mdb取 b2=50 089.43.6.??mm蝸桿圓周速度 ??10/1?ndv?653?m/s 65.1?v相對(duì)滑動(dòng)速度 ?cos/1s?7? /s .s當(dāng)量摩擦系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 13.6 查得 μv = 0.0408ρv=2.17°齒面解除疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算許用接觸應(yīng)力 ??minlHhnHSZ??本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 24 頁(yè) 共 49 頁(yè)3.1265.0????MPa138?H?最大接觸應(yīng)力 2aTKZAEH??316078415??合 格 MPa138a20??H?輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算齒根彎曲疲勞極限 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 13.2 查出 σFlim = 115MPa彎曲疲勞最小安全系 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查出 SFmin=1.4許用彎曲疲勞應(yīng)力 limn[]FS??15.4??MPa 82?F?輪齒最大彎曲應(yīng)力 2dmbTKAF??503.6178?合 格 Pa 82.??F蝸桿軸擾度驗(yàn)算軸慣性矩 64/34/1??dI 46m 108.?I允許蝸桿擾度 ??.0?m? ??25??蝸桿軸擾度 ??EIlFvtt /an322????63223108.064875tatn 517?????? m 02.??（此處取 ） 合格 2lD?溫度計(jì)算傳動(dòng)嚙合效率 ?????17.25tan/7.t 1??v??? 723.01??攪油效率 根據(jù)蝸桿的潤(rùn)滑條件，查本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 25 頁(yè) 共 49 頁(yè)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得： 20.9??軸承效率 根據(jù)蝸桿傳動(dòng)要求，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得： 30.98??總效率 98.0723.0321???71散熱面積估算 8.15-.69 ??aA 2m 5.A箱體工作溫度 ??201.537-02 01 ???tPtW?合 格 Ct?401???中 等 通 風(fēng) 環(huán) 境此 處 取 ,m /C??潤(rùn)滑油粘度和潤(rùn)滑方法潤(rùn)滑油粘度: 選 取由 表根 據(jù) 13.7/s 6.1?sv svC/m 68024??潤(rùn)滑方法:由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 13.7，可采用浸油—— ——————————————————————————————————所有計(jì)算結(jié)果如表 2-3 所示：表 2-3 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)幾何尺寸計(jì)算名 稱(chēng) 代 號(hào) 公 式 及 說(shuō) 明中心距 a a=(d1+d2+2x2m)/2=160mm蝸桿頭數(shù) z1 Z1=1蝸輪齒數(shù) z2 Z2=i Z1=40齒形角 α ZA 型 αX=20°，其余 αn=20°模數(shù) m m=6.3mm蝸輪變位系數(shù) x2 m 4.0212???dax蝸桿軸向間距 px px=πm=20 mm蝸桿分度圓直徑 d1 d1=mz1/tanγ=63mm 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》與 m 匹配蝸桿齒頂圓直徑 da1 da1= d1+2ha*m=75.6mm蝸桿齒根圓直徑 df1 df1= d1-2m(ha*+c*)=47.88mm蝸桿齒頂高 ha1 ha1= ha*m=6.3 齒頂隙系數(shù)一般 ha*=1頂隙 c c= c*m=1.26 一般頂隙系數(shù) c*=0.2本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 26 頁(yè) 共 49 頁(yè)名 稱(chēng) 代 號(hào) 公 式 及 說(shuō) 明蝸桿齒根高 hf1 hf1=( ha*+c*)m=7.56mm蝸桿齒高 h1 h1= ha1+ hf1=13.86mm漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿基圓直徑 db1 db1=z1m/tanγb=16.7mm漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿基圓導(dǎo)程角 γb cosγb=cosγ·cosαn γb=20.7°蝸桿齒寬 b1 b1(12+0.1z2)m b1=102mm蝸輪分度圓直徑 d2 d2=m z2=252mm蝸輪喉圓直徑 da2 da2= d2+2 ha2=269.64mm蝸輪齒根圓直徑 df2 df2= d2－2 h f2=241.92mm蝸輪齒頂高 ha2 ha2=m(ha*+x2)=8.82mm蝸輪齒根高 hf2 hf2=m(ha*－x 2+c*)=5.04mm蝸輪齒高 h2 h2= ha2 +hf2=13.86mm蝸輪頂圓直徑 de2 de2= da2+2m=382.24mm蝸輪齒寬 b2 b2≤0.75 da1=56.7mm蝸輪齒頂圓弧半徑 Ra2 m .5??a蝸輪齒根圓弧半徑 Rf2 06.3921??cdf蝸桿軸向齒厚 sx1 sx1=mπ/2=9.9mm蝸桿法向齒厚 sn1 sn1= sx1 cosγ=9.85mm蝸桿分度圓齒厚 s2 s2=(0.5π+2x2tanαx)m=1.86mm蝸桿節(jié)圓直徑 d′1 d′1=d1+2x2m=68.04 mm蝸輪節(jié)圓直徑 d′2 d′2= d2=252mm注：取齒頂高 ，徑向間隙 ， 。ahm?0.cm?'ax?3.2 鏈傳動(dòng)㈠ 概述鏈傳動(dòng)是在兩個(gè)或多個(gè)鏈輪之間用鏈作為撓性拉曳元件的一種嚙合傳動(dòng)，因其經(jīng)濟(jì)、可靠，故廣泛用于農(nóng)業(yè)、采礦、冶金、起重、運(yùn)輸、石油、化工、紡織等各種機(jī)械的動(dòng)力傳動(dòng)中。鏈傳動(dòng)在傳遞功率、速度、傳動(dòng)比、中心距等方面都有很廣的應(yīng)用范圍。目前，最大傳遞功率達(dá)到 5000 kW，最高速度達(dá)到 40 m/s,最大傳動(dòng)比達(dá)到 15，最大中心距達(dá)到 8 m。由于經(jīng)濟(jì)及其他原因，鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)功率一般小于 100 kW，速度小于 15 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 27 頁(yè) 共 49 頁(yè)m/s，傳動(dòng)比小于 8。㈡ 鏈輪鏈輪輪齒的齒形應(yīng)保證鏈節(jié)能自由地進(jìn)入和退出嚙合，在嚙合是應(yīng)保證良好的接觸，同時(shí)它的形狀應(yīng)盡可能地簡(jiǎn)單。1.滾子鏈鏈輪標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定鏈輪的最大齒槽形狀和最小齒槽形狀。實(shí)際齒槽形狀在最大、最小范圍內(nèi)都可以用，因而鏈輪齒廓曲線(xiàn)的幾何形狀可以有很大的靈活性。常用的齒廓為三圓弧一直線(xiàn)齒形。2.鏈輪結(jié)構(gòu)小直徑鏈輪可采用實(shí)心式，腹板式，或?qū)㈡溳喤c軸做成一體。鏈輪損壞主要由于齒的磨損。㈢鏈輪的材料鏈輪材料應(yīng)能滿(mǎn)足強(qiáng)度和耐磨性的要求。在低速、輕載、平穩(wěn)傳動(dòng)中，鏈輪可采用中碳鋼制造；中速、中載時(shí)，采用中碳鋼淬火處理，其硬度40HRC～45HRC;高速、重載、連續(xù)工作的傳動(dòng)，采用低碳鋼、低碳合金鋼表面滲碳淬火或中碳鋼、中碳合金鋼表面淬火。載荷平穩(wěn)、速度較低、齒數(shù)較多時(shí)，也允許采用 的鑄鐵制造MPaB 20??鏈輪。在工作環(huán)境較差、鏈輪容易磨損的場(chǎng)合，鑄鐵最好經(jīng)過(guò)等溫淬火處理或采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵。㈣ 鏈輪主要尺寸名稱(chēng) 符號(hào) 公式及計(jì)算分度圓直徑 d m 237180sin?zp?齒頂圓直徑 a 6cot54.???????zpda?齒根圓直徑 f 滾 子 外 徑???rd 19rf齒側(cè)凸緣 g m 12576.04.8cot??hzpdg?h——內(nèi)鏈板高度 查套筒滾子鏈相關(guān)參數(shù)本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 28 頁(yè) 共 49 頁(yè)齒寬（單排） 1fb m8.560930b 7.21f1????pb1——內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬倒角寬 a m 9.a倒角半徑 xr0?prz倒角深 1h 45.5.1???齒側(cè)凸緣圓角半徑 a 634a鏈輪齒總寬 fmb??排 數(shù)— 8.1??ftf bp注：表中相關(guān)參數(shù)查 HP 型套筒滾子鏈。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 29 頁(yè) 共 49 頁(yè)4 軸的設(shè)計(jì)軸是機(jī)器中的重要零件，在設(shè)計(jì)匯總，蝸桿渦輪是作為一種減速裝置，在減速裝置中軸是既要收彎矩又要受扭矩的轉(zhuǎn)軸。在一般情況下，軸的工作能力決定與它的強(qiáng)度和剛度，對(duì)與機(jī)床主軸，后者尤為重要。高速轉(zhuǎn)軸則決定于它的振動(dòng)穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)軸是，除應(yīng)按工作能力準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算或校核計(jì)算外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還須滿(mǎn)足其他一系列的要求。軸的設(shè)計(jì)，共包括如下內(nèi)容：軸的材料選擇，軸徑的初步估算，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核，按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行軸的精確交合，軸的公差與配合的確定，軸的工作圖的繪制。4.1 軸材料選定軸的材料用碳鋼及合金鋼，減速裝置的軸以 45 號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理應(yīng)用最為廣泛，硬度 217HB~255HB， ， ， ， 。650BMPa??360sPa??130MPa???15Pa???4.2 蝸桿軸設(shè)計(jì)4.2.1 初步估算軸的最小直徑軸的直徑，可根據(jù)軸所傳遞的功率 及軸的轉(zhuǎn)速 ,按下式進(jìn)行估算：()Pkw(/min)rmnPCd 1502.133????該段軸上有一鍵槽將計(jì)算值加大 3%， 應(yīng)為 16mind式中：C ——與軸材料有關(guān)的系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 16.2 查得，根據(jù)軸的材料取 112。4.2.2 聯(lián)軸器選定根據(jù)傳動(dòng)裝置的工作條件擬選用 YL,YLD 型凸緣聯(lián)軸器（ GB5843-86 摘錄） 。計(jì)算轉(zhuǎn)矩為： mNKTc ???? 15378245.1式中：T——許用名義轉(zhuǎn)矩；k——工作情況系數(shù)， ；.k根據(jù) Tc=15 N·m，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》 YL8,YLD8 型凸緣聯(lián)軸器就能本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 30 頁(yè) 共 49 頁(yè)滿(mǎn)足傳遞轉(zhuǎn)矩的要求 Tn=250 N·m,其軸孔直徑范圍為 d=32~45mm。最后確定蝸桿軸軸伸處的直徑為 dmin=40mm， 型軸孔長(zhǎng)度1,JL=84mm,D=130mm,D1=105mm,，螺栓數(shù)量為 4，直徑 M10， 型 L0=173mm。1,J4.2.3 確定軸承類(lèi)型由于采用的是蝸桿傳動(dòng)，既受徑向力，也受軸向力，鏈?zhǔn)降稁?kù)傳動(dòng)主要承受徑向力，選用角接觸球軸承（GB/T 292-94）4.2.4 初步估算蝸桿軸各段尺寸根據(jù)軸上零件的受力情況，固定和定位的要求，初步確定軸的階梯段，該軸有8 段。初步估計(jì)各段尺寸如圖 4—1 所示4.2.5 蝸桿軸校核圖 4-1 蝸桿軸 南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)( 論文)作 者 :學(xué) 號(hào)：教 學(xué) 點(diǎn) :專(zhuān) 業(yè) :題 目 : 加工中心 40 刀刀庫(kù)設(shè)計(jì)(鏈?zhǔn)降稁?kù))指導(dǎo)者： (姓 名) (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù))評(píng)閱者： (姓 名) (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù))年 月 南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)作 者 :學(xué) 號(hào)：教 學(xué) 點(diǎn) :專(zhuān) 業(yè) :題 目 : 加工中心 40 刀刀庫(kù)設(shè)計(jì)(鏈?zhǔn)降稁?kù))指導(dǎo)者： (姓 名) (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù))評(píng)閱者： (姓 名) (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù))年 月畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 中 文 摘 要以加工中心自動(dòng)換刀裝置中的刀庫(kù)的設(shè)計(jì)與控制為背景，根據(jù)使用的場(chǎng)合和實(shí)際運(yùn)用的要求，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的 40 刀的鏈?zhǔn)降稁?kù)，并且對(duì)它的控制進(jìn)行了一定的研究。論文首先對(duì) 40 刀刀庫(kù)總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行闡述，闡述其各部件的工作原理，然后就刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制分章節(jié)對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行計(jì)算與設(shè)計(jì)。刀庫(kù)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是研究的重點(diǎn)，傳動(dòng)部分為蝸桿蝸輪的減速裝置，控制部分為刀庫(kù)送刀機(jī)構(gòu)，由 PLC 控制刀庫(kù)的正反轉(zhuǎn)。關(guān)鍵詞：加工中心，刀庫(kù)，蝸桿蝸輪， PLC。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 外 文 摘 要Title 40 Machining Center Design Magazine (Chain Magazine) AbstractTake the machining center automatically trades in the knife installment the Tool magazine design and the control as a background, according to the use situation and the actual utilization's request, has designed the corresponding forty tool's chain Tool magazine, and has conducted certain research to its control.The paper first carries on the elaboration to forty Tool magazine overall project design, elaborated that its various parts' principle of work, is divided the chapter on the Tool magazine 's structural design and the control to carry on the computation and the design to each part.The Tool magazine's organization design is the research key point, the transmission part for the worm bearing adjuster worm gear's decelerating device, the control section delivers the knife organization for the Tool magazine, controls the Tool magazine by PLC the reverse.Key words: Machining center, Tool magazine , worm bearing adjuster worm gear, PLC.本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 4 頁(yè) 共 49 頁(yè)目 錄1 緒論 61.1 引言 .61.2 加工中心簡(jiǎn)介 .61.2.1 加工中心的發(fā)展簡(jiǎn)史 61.2.2 加工中心的結(jié)構(gòu)組成 71.2.3 加工中心的分類(lèi) 81.2.4 加工中心的主要優(yōu)點(diǎn) 91.2.5 加工中心的發(fā)展趨勢(shì) 101.3 刀庫(kù) .111.3.1 刀庫(kù)簡(jiǎn)介 111.3.2 刀庫(kù)的類(lèi)型 122 刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選定 162.1 刀套線(xiàn)速度 .162.2 鏈輪參數(shù)確定 .162.3 負(fù)載轉(zhuǎn)矩選電機(jī) .162.4 傳動(dòng)比分配 .182.4.1 各軸轉(zhuǎn)速 182.4.2 各軸功率 182.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩 193 刀庫(kù)傳動(dòng)方式 203.1 蝸桿蝸輪傳動(dòng) .203.2 鏈傳動(dòng) .264 軸的設(shè)計(jì) 294.1 軸材料選定 .294.2 蝸桿軸設(shè)計(jì) .294.2.1 初步估算軸的最小直徑 294.2.2 聯(lián)軸器選定 294.2.3 確定軸承類(lèi)型 304.2.4 初步估算蝸桿軸各段尺寸 304.2.5 蝸桿軸校核 304.3 蝸輪軸的設(shè)計(jì) .334.3.1 初步估算軸的最小直徑 334.3.2 初步估算蝸輪軸各段尺寸 334.3.3 蝸輪軸校核 34本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 5 頁(yè) 共 49 頁(yè)5 軸承校核 385.1 蝸桿軸承效核 .385.2 蝸輪軸效核 .386 刀庫(kù)控制系統(tǒng) 406.1 刀具的選擇方式 .406.1.1 順序選擇 406.1.2 任意選擇 406.2 刀具識(shí)別裝置 416.3 刀庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .427 其它零部件設(shè)計(jì) 45結(jié)論 47參 考 文 獻(xiàn) 48致 謝 49本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 6 頁(yè) 共 49 頁(yè)1 緒論本章首先從數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程引出加工中心的發(fā)展趨勢(shì)，再具體到本次設(shè)計(jì)針對(duì)的刀庫(kù)的任務(wù)要求，明確了本設(shè)計(jì)任務(wù)的主要內(nèi)容。1.1 引言1952 年世界上出現(xiàn)了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，使多品種、中小批量的機(jī)械加工設(shè)備在柔性、自動(dòng)化和效率上產(chǎn)生了巨大變革。1958 年第一臺(tái)加工中心問(wèn)世，它將多工序（銑、鉆、鏜、鉸、攻絲等）加工集于一身；適應(yīng)加工多品種和大批量的工件；增加機(jī)床功能（自動(dòng)換刀、自動(dòng)換工件、自動(dòng)檢測(cè)等） ，使自動(dòng)化程度和加工效率上了一個(gè)新臺(tái)階；使無(wú)人化（或長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人操作）加工成為現(xiàn)實(shí)。90 年代以來(lái)，數(shù)控加工技術(shù)得到迅速的普及及發(fā)展，數(shù)控加工中心在制造業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)制造的加工中心主要是面向生產(chǎn)領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高、封閉性強(qiáng)，價(jià)格昂貴。加工中心已成為柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)和自動(dòng)化工廠的基本單元。加工中心是數(shù)控機(jī)床的代表，是高新技術(shù)集成度高的典型機(jī)電一體化機(jī)械加工設(shè)備，受到世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視，技術(shù)迅速發(fā)展，品種和數(shù)量大幅度增加，成為當(dāng)今世界機(jī)械加工設(shè)備中最引人注目的一類(lèi)產(chǎn)品。1.2 加工中心簡(jiǎn)介1.2.1 加工中心的發(fā)展簡(jiǎn)史1952 年世界上出現(xiàn)第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，使多品種、中小批量的機(jī)械加工設(shè)備在柔性、自動(dòng)化和效率上產(chǎn)生了巨大變革。它用易于修改的數(shù)控加工程序進(jìn)行控制，因而比大批量生產(chǎn)重使用組合機(jī)床生產(chǎn)線(xiàn)和凸輪、開(kāi)關(guān)控制的專(zhuān)用機(jī)床有更大的柔性，容易適應(yīng)加工件品種的變化，進(jìn)行多品種加工。它用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的工藝功能、幾何圖形運(yùn)動(dòng)功能和輔助功能實(shí)行全自動(dòng)的數(shù)字控制，因?yàn)橛懈叩淖詣?dòng)化程度和加工效率，大大改變了中小批量生產(chǎn)中普通機(jī)床占整個(gè)機(jī)械加工 的狀況。70%~8數(shù)控機(jī)床能實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)以上聯(lián)動(dòng)的功能，其效率和精度比用手工和樣板控制加工復(fù)雜零件要高得多。1958 年第一臺(tái)加工中心在美國(guó)卡尼、特雷克（Kearney刀具不平衡重量 Wmax=800N。法向約束力FN=1700N，摩擦系數(shù) fs=0.11。摩擦力 F=fsFN=0.11×1700=187N mN 2185.07214 ????PDT .32p 8.9415.082maxa ????PWT所以 mN .2max431?WT負(fù)載所需功率 k 4.095.n取傳動(dòng)比 i=40。傳動(dòng)總效率為：1F234Wmax： 最 大 偏 重 ￡?o摩 擦 力圖 2-1 鏈?zhǔn)降稁?kù)力的分布本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 18 頁(yè) 共 49 頁(yè)0.73 96.08.925421???式中：η 1——聯(lián)軸器的功率； η2——蝸桿的功率；η3——軸承的功率；η4——鏈傳動(dòng)效率。把如上計(jì)算的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)換為電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩 TL 為：mN 09.673.4812?????iTL考慮到實(shí)際情況比計(jì)算時(shí)所設(shè)定條件復(fù)雜，電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 Ts 應(yīng)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩的1.2～1.5 倍，亦即：??LST～5.12?mN 93.706???根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，所選電機(jī)型號(hào)如下：表 2-1 所選電機(jī)型號(hào)型 號(hào)輸出功率 ??PkW額定轉(zhuǎn)矩 ??NTS?最大轉(zhuǎn)矩 ??T?max最高轉(zhuǎn)速 ??maxnr/i工作轉(zhuǎn)速 ??min/rFB25 0.52 10 309 1000 5002.4 傳動(dòng)比分配刀庫(kù)選刀需要低速轉(zhuǎn)動(dòng)，就要求降低傳動(dòng)的速度，傳動(dòng)比選為 i=40。2.4.1 各軸轉(zhuǎn)速Ⅰ軸 r/min 501?inⅡ軸 /i .124??i2.4.2 各軸功率Ⅰ軸 kW 5.09.01?????dPⅡ軸 4182??本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 19 頁(yè) 共 49 頁(yè)2.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 Td 為:電機(jī)輸出軸 mN 1052.950????mnPⅠ軸 9101?idⅡ軸 83160492 ??T表 2-2 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)表軸 功率??PkW轉(zhuǎn)矩T(N·mm)轉(zhuǎn)速n(r/min)傳動(dòng)比i效率η電機(jī)軸 0.52 10 500 1 1Ⅰ軸 0.51 9.9 500 1 0.99Ⅱ軸 0.41 316.8 12.5 40 0.8本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 20 頁(yè) 共 49 頁(yè)3 刀庫(kù)傳動(dòng)方式為使伺服電機(jī)在最佳狀態(tài)下工作，一般不采用伺服電機(jī)的低速段。刀庫(kù)需要在伺服電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩下運(yùn)轉(zhuǎn)工作，并且減速比不能過(guò)大，否則不能達(dá)到刀庫(kù)需要的轉(zhuǎn)矩，這就要求減速裝置既要很大的減速比，又要保證電機(jī)工作在恒轉(zhuǎn)矩下，選用蝸桿減速裝置。3.1 蝸桿蝸輪傳動(dòng)㈠ 特點(diǎn)和應(yīng)用蝸桿傳動(dòng)用于傳遞交錯(cuò)軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在絕大多數(shù)情況下，兩軸在空間是互相垂直的，軸交角為 90°。它廣泛應(yīng)用在機(jī)床、汽車(chē)、儀器、起重運(yùn)輸機(jī)械、冶金機(jī)械以及其他機(jī)械制造部門(mén)中，最大傳動(dòng)功率可達(dá) 750 kW，通常用在 50 kW 以下；最高滑動(dòng)速度 可達(dá) 35 m/s,通常用在 15 m/s 以下。sv蝸桿傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)、無(wú)噪聲、沖擊振動(dòng)小以及能得到很大的單級(jí)傳動(dòng)比。在傳遞動(dòng)力時(shí)，傳動(dòng)比一般為 8～100，常用的為 15～50。在機(jī)床工作臺(tái)中，傳動(dòng)比可達(dá)幾百，甚至到 1000。這時(shí)，需采用導(dǎo)程角很小的單頭蝸桿，但傳動(dòng)效率很低，只能用在功率小的場(chǎng)合。在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中正力求提高蝸桿傳動(dòng)的效率，多頭蝸桿的傳動(dòng)效率已可達(dá)到 98%。與多級(jí)齒輪傳動(dòng)相比，蝸桿傳動(dòng)零件數(shù)目少，結(jié)構(gòu)尺寸小，重量輕。缺點(diǎn)是在制造精度和傳動(dòng)比相同的條件下，蝸桿傳動(dòng)的效率比齒輪傳動(dòng)低，同時(shí)蝸桿一般需用貴重的減摩材料（如青銅）制造。蝸桿傳動(dòng)多用于減速，以蝸桿為原動(dòng)件。也可用于增速，齒數(shù)比單級(jí)為5～15，但應(yīng)用很少。㈡ 精度等級(jí)的選擇蝸桿可以在車(chē)床上切制，也可以在特種銑床上用圓盤(pán)銑刀或指形銑刀銑制。由于蝸桿傳動(dòng)的軸間距離必須與蝸桿滾刀在切制蝸輪時(shí)的軸間定位距離相等才能得到正確的嚙合，所以蝸輪要用與它相捏合的蝸桿同樣大小的滾刀來(lái)切制。由于蝸桿傳動(dòng)嚙合輪齒的剛度較齒輪傳動(dòng)大，所以制造精度對(duì)傳動(dòng)的影響比齒輪傳動(dòng)更顯著。蝸桿傳動(dòng)規(guī)定了 12 個(gè)精度等級(jí)，對(duì)于動(dòng)力傳動(dòng)，要按照 6～9 級(jí)精度制造。㈢ 材料選擇考慮到蝸桿傳動(dòng)難于保證高的接觸精度，滑動(dòng)速度有較大，以及蝸桿變形等因本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 21 頁(yè) 共 49 頁(yè)素，故蝸桿，蝸輪不能都用硬材料制造，其中之一（通常為蝸輪）應(yīng)該用減摩性良好的軟材料來(lái)制造?！佪啿牧?。通常是指蝸輪齒冠部分的材料。主要有以下幾種：⑴鑄錫青銅 是適用于 和持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的工況，離心鑄造的可得到致密的細(xì)晶粒組m/s 26~/1?sv織，可取大值，砂型鑄造的取小值。⑵鑄鋁青銅 適用于 的工況，抗膠m/s 10?sv合能力差，蝸桿硬度應(yīng)不低于 45 HRC。⑶鑄鋁黃銅 點(diǎn)蝕強(qiáng)度高，但磨損性能差，宜用于低滑動(dòng)速度場(chǎng)合。⑷灰鑄鐵和球墨鑄鐵 使用于 的工況，前者表/ 2s面經(jīng)硫化處理有利于減輕磨損，后者若與淬火蝸桿配對(duì)能用于重載場(chǎng)合。直徑較大的蝸輪常用鑄鐵?！仐U材料。蝸輪直徑很大時(shí)，可以采用青銅蝸桿，蝸輪則用鑄鐵。在要求持久性高的動(dòng)力傳動(dòng)中，可選用滲碳鋼淬火，也可選用中碳鋼表面或整體淬火以得到必要的硬度，制造時(shí)必須磨削。用氮化鋼氮處理的蝸桿可以不磨削，但需要拋光。只有在缺乏磨削設(shè)備是才選用調(diào)質(zhì)蝸桿。受短時(shí)沖擊載荷的蝸桿，不宜用滲碳鋼淬火，最好用調(diào)質(zhì)鋼。鑄鐵蝸輪與鍍鉻蝸桿配對(duì)時(shí)，有利于提高傳動(dòng)的承載能力和滑動(dòng)速度。㈣ 蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)蝸桿通常與軸做成整體很少做成裝配式的。蝸輪可指成整體的或組合的。組合蝸輪的齒冠可以鑄在或用過(guò)盈配合裝在鑄鐵或鑄鋼的輪心上，常用的配合為 H7/r6。為了增加過(guò)盈配合的可靠性，沿著接合縫還要擰上螺釘，螺釘孔中心線(xiàn)偏向輪轂一側(cè)。當(dāng)蝸輪直徑較大時(shí)，可采用螺栓聯(lián)接，最好采用受剪螺栓聯(lián)接。㈤ 蝸桿蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算：ZA 型蝸桿減速器，輸入功率 P1=0.52kW，轉(zhuǎn)速 n1=500r/min,傳動(dòng)比 i=40。工作機(jī)載荷平穩(wěn)，動(dòng)力機(jī)有輕微振動(dòng)。預(yù)期壽命 12000h。蝸桿采用 45 鋼，表面硬度45HRC ，蝸輪材料采用 ZCuSn10P1，砂型鑄造，計(jì)算步驟如下表：———————————————————————————————————計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果———————————————————————————————————本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 22 頁(yè) 共 49 頁(yè)初選[d 1/a]值當(dāng)量摩擦系數(shù) 設(shè) vs=1m/s～1.5m/s ，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》 μv=0.05表 13.6，取大值 ρv=3°選[d 1/a]值 在《 機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 13.11 的 i=40 線(xiàn)上選一點(diǎn)，查得[d 1/a]=0.4，γ=6°（z 1=1） ，η 1=0.8中心距計(jì)算蝸輪轉(zhuǎn)矩 161205.9??inPiT??8.426 mN 3178242??T使用系數(shù) 按題意查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 12.9 .AK轉(zhuǎn)速系數(shù) 8/12?????????nZ8/150? 6.0?nZ彈性系數(shù) 根據(jù)蝸輪輻材料查表 13.2 得 MPaE147壽命系數(shù) 6250hhLZ?616.13??hZ接觸系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 13.12Ⅰ線(xiàn)查出 7.2??Z接觸疲勞極限 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 13.2 得 σHlim=265MPa接觸疲勞最小安全系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得 SHmin=1.3中心距 32limn2???????HhnEAZSTKa??本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 23 頁(yè) 共 49 頁(yè)取 a=160mm142653.107243178. ??????????傳動(dòng)基本尺寸蝸桿頭數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖 13.11 查得 γ=6°，z 1=1;也可用式 13.22 計(jì)算取 z1 = 1????934.0/164.27/4.271 ?????uaz蝸輪齒數(shù) z2=iz1=40×1 取 z2 = 40模數(shù) m =(1.4～1.7)a/z 2=(1.4～1.7)160/40=5.6～6.8 取 m = 6.3 mm蝸桿分度圓直徑 d1 = [d1/a]a=0.4×160=64 查表 13.4d1=0.68a0.875=0.68×1600.875=58 取 d1 = 63 mm蝸輪分度圓直徑 d2=mz2=6.3×40 d2 = 252 mm蝸桿導(dǎo)程角 tanγ=z1m/d1=1×6.3/63 γ=5.7°蝸輪寬度 ????????5.021mdb取 b2=50 089.43.6.??mm蝸桿圓周速度 ??10/1?ndv?653?m/s 65.1?v相對(duì)滑動(dòng)速度 ?cos/1s?7? /s .s當(dāng)量摩擦系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 13.6 查得 μv = 0.0408ρv=2.17°齒面解除疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算許用接觸應(yīng)力 ??minlHhnHSZ??本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 24 頁(yè) 共 49 頁(yè)3.1265.0????MPa138?H?最大接觸應(yīng)力 2aTKZAEH??316078415??合 格 MPa138a20??H?輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算齒根彎曲疲勞極限 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 13.2 查出 σFlim = 115MPa彎曲疲勞最小安全系 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查出 SFmin=1.4許用彎曲疲勞應(yīng)力 limn[]FS??15.4??MPa 82?F?輪齒最大彎曲應(yīng)力 2dmbTKAF??503.6178?合 格 Pa 82.??F蝸桿軸擾度驗(yàn)算軸慣性矩 64/34/1??dI 46m 108.?I允許蝸桿擾度 ??.0?m? ??25??蝸桿軸擾度 ??EIlFvtt /an322????63223108.064875tatn 517?????? m 02.??（此處取 ） 合格 2lD?溫度計(jì)算傳動(dòng)嚙合效率 ?????17.25tan/7.t 1??v??? 723.01??攪油效率 根據(jù)蝸桿的潤(rùn)滑條件，查本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 25 頁(yè) 共 49 頁(yè)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得： 20.9??軸承效率 根據(jù)蝸桿傳動(dòng)要求，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得： 30.98??總效率 98.0723.0321???71散熱面積估算 8.15-.69 ??aA 2m 5.A箱體工作溫度 ??201.537-02 01 ???tPtW?合 格 Ct?401???中 等 通 風(fēng) 環(huán) 境此 處 取 ,m /C??潤(rùn)滑油粘度和潤(rùn)滑方法潤(rùn)滑油粘度: 選 取由 表根 據(jù) 13.7/s 6.1?sv svC/m 68024??潤(rùn)滑方法:由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 13.7，可采用浸油—— ——————————————————————————————————所有計(jì)算結(jié)果如表 2-3 所示：表 2-3 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)幾何尺寸計(jì)算名 稱(chēng) 代 號(hào) 公 式 及 說(shuō) 明中心距 a a=(d1+d2+2x2m)/2=160mm蝸桿頭數(shù) z1 Z1=1蝸輪齒數(shù) z2 Z2=i Z1=40齒形角 α ZA 型 αX=20°，其余 αn=20°模數(shù) m m=6.3mm蝸輪變位系數(shù) x2 m 4.0212???dax蝸桿軸向間距 px px=πm=20 mm蝸桿分度圓直徑 d1 d1=mz1/tanγ=63mm 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》與 m 匹配蝸桿齒頂圓直徑 da1 da1= d1+2ha*m=75.6mm蝸桿齒根圓直徑 df1 df1= d1-2m(ha*+c*)=47.88mm蝸桿齒頂高 ha1 ha1= ha*m=6.3 齒頂隙系數(shù)一般 ha*=1頂隙 c c= c*m=1.26 一般頂隙系數(shù) c*=0.2本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 26 頁(yè) 共 49 頁(yè)名 稱(chēng) 代 號(hào) 公 式 及 說(shuō) 明蝸桿齒根高 hf1 hf1=( ha*+c*)m=7.56mm蝸桿齒高 h1 h1= ha1+ hf1=13.86mm漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿基圓直徑 db1 db1=z1m/tanγb=16.7mm漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿基圓導(dǎo)程角 γb cosγb=cosγ·cosαn γb=20.7°蝸桿齒寬 b1 b1(12+0.1z2)m b1=102mm蝸輪分度圓直徑 d2 d2=m z2=252mm蝸輪喉圓直徑 da2 da2= d2+2 ha2=269.64mm蝸輪齒根圓直徑 df2 df2= d2－2 h f2=241.92mm蝸輪齒頂高 ha2 ha2=m(ha*+x2)=8.82mm蝸輪齒根高 hf2 hf2=m(ha*－x 2+c*)=5.04mm蝸輪齒高 h2 h2= ha2 +hf2=13.86mm蝸輪頂圓直徑 de2 de2= da2+2m=382.24mm蝸輪齒寬 b2 b2≤0.75 da1=56.7mm蝸輪齒頂圓弧半徑 Ra2 m .5??a蝸輪齒根圓弧半徑 Rf2 06.3921??cdf蝸桿軸向齒厚 sx1 sx1=mπ/2=9.9mm蝸桿法向齒厚 sn1 sn1= sx1 cosγ=9.85mm蝸桿分度圓齒厚 s2 s2=(0.5π+2x2tanαx)m=1.86mm蝸桿節(jié)圓直徑 d′1 d′1=d1+2x2m=68.04 mm蝸輪節(jié)圓直徑 d′2 d′2= d2=252mm注：取齒頂高 ，徑向間隙 ， 。ahm?0.cm?'ax?3.2 鏈傳動(dòng)㈠ 概述鏈傳動(dòng)是在兩個(gè)或多個(gè)鏈輪之間用鏈作為撓性拉曳元件的一種嚙合傳動(dòng)，因其經(jīng)濟(jì)、可靠，故廣泛用于農(nóng)業(yè)、采礦、冶金、起重、運(yùn)輸、石油、化工、紡織等各種機(jī)械的動(dòng)力傳動(dòng)中。鏈傳動(dòng)在傳遞功率、速度、傳動(dòng)比、中心距等方面都有很廣的應(yīng)用范圍。目前，最大傳遞功率達(dá)到 5000 kW，最高速度達(dá)到 40 m/s,最大傳動(dòng)比達(dá)到 15，最大中心距達(dá)到 8 m。由于經(jīng)濟(jì)及其他原因，鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)功率一般小于 100 kW，速度小于 15 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 27 頁(yè) 共 49 頁(yè)m/s，傳動(dòng)比小于 8。㈡ 鏈輪鏈輪輪齒的齒形應(yīng)保證鏈節(jié)能自由地進(jìn)入和退出嚙合，在嚙合是應(yīng)保證良好的接觸，同時(shí)它的形狀應(yīng)盡可能地簡(jiǎn)單。1.滾子鏈鏈輪標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定鏈輪的最大齒槽形狀和最小齒槽形狀。實(shí)際齒槽形狀在最大、最小范圍內(nèi)都可以用，因而鏈輪齒廓曲線(xiàn)的幾何形狀可以有很大的靈活性。常用的齒廓為三圓弧一直線(xiàn)齒形。2.鏈輪結(jié)構(gòu)小直徑鏈輪可采用實(shí)心式，腹板式，或?qū)㈡溳喤c軸做成一體。鏈輪損壞主要由于齒的磨損。㈢鏈輪的材料鏈輪材料應(yīng)能滿(mǎn)足強(qiáng)度和耐磨性的要求。在低速、輕載、平穩(wěn)傳動(dòng)中，鏈輪可采用中碳鋼制造；中速、中載時(shí)，采用中碳鋼淬火處理，其硬度40HRC～45HRC;高速、重載、連續(xù)工作的傳動(dòng)，采用低碳鋼、低碳合金鋼表面滲碳淬火或中碳鋼、中碳合金鋼表面淬火。載荷平穩(wěn)、速度較低、齒數(shù)較多時(shí)，也允許采用 的鑄鐵制造MPaB 20??鏈輪。在工作環(huán)境較差、鏈輪容易磨損的場(chǎng)合，鑄鐵最好經(jīng)過(guò)等溫淬火處理或采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵。㈣ 鏈輪主要尺寸名稱(chēng) 符號(hào) 公式及計(jì)算分度圓直徑 d m 237180sin?zp?齒頂圓直徑 a 6cot54.???????zpda?齒根圓直徑 f 滾 子 外 徑???rd 19rf齒側(cè)凸緣 g m 12576.04.8cot??hzpdg?h——內(nèi)鏈板高度 查套筒滾子鏈相關(guān)參數(shù)本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 28 頁(yè) 共 49 頁(yè)齒寬（單排） 1fb m8.560930b 7.21f1????pb1——內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬倒角寬 a m 9.a倒角半徑 xr0?prz倒角深 1h 45.5.1???齒側(cè)凸緣圓角半徑 a 634a鏈輪齒總寬 fmb??排 數(shù)— 8.1??ftf bp注：表中相關(guān)參數(shù)查 HP 型套筒滾子鏈。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 29 頁(yè) 共 49 頁(yè)4 軸的設(shè)計(jì)軸是機(jī)器中的重要零件，在設(shè)計(jì)匯總，蝸桿渦輪是作為一種減速裝置，在減速裝置中軸是既要收彎矩又要受扭矩的轉(zhuǎn)軸。在一般情況下，軸的工作能力決定與它的強(qiáng)度和剛度，對(duì)與機(jī)床主軸，后者尤為重要。高速轉(zhuǎn)軸則決定于它的振動(dòng)穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)軸是，除應(yīng)按工作能力準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算或校核計(jì)算外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還須滿(mǎn)足其他一系列的要求。軸的設(shè)計(jì)，共包括如下內(nèi)容：軸的材料選擇，軸徑的初步估算，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，按彎扭合成進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核，按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行軸的精確交合，軸的公差與配合的確定，軸的工作圖的繪制。4.1 軸材料選定軸的材料用碳鋼及合金鋼，減速裝置的軸以 45 號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理應(yīng)用最為廣泛，硬度 217HB~255HB， ， ， ， 。650BMPa??360sPa??130MPa???15Pa???4.2 蝸桿軸設(shè)計(jì)4.2.1 初步估算軸的最小直徑軸的直徑，可根據(jù)軸所傳遞的功率 及軸的轉(zhuǎn)速 ,按下式進(jìn)行估算：()Pkw(/min)rmnPCd 1502.133????該段軸上有一鍵槽將計(jì)算值加大 3%， 應(yīng)為 16mind式中：C ——與軸材料有關(guān)的系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 16.2 查得，根據(jù)軸的材料取 112。4.2.2 聯(lián)軸器選定根據(jù)傳動(dòng)裝置的工作條件擬選用 YL,YLD 型凸緣聯(lián)軸器（ GB5843-86 摘錄） 。計(jì)算轉(zhuǎn)矩為： mNKTc ???? 15378245.1式中：T——許用名義轉(zhuǎn)矩；k——工作情況系數(shù)， ；.k根據(jù) Tc=15 N·m，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》 YL8,YLD8 型凸緣聯(lián)軸器就能本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) （ 論 文 ） 第 30 頁(yè) 共 49 頁(yè)滿(mǎn)足傳遞轉(zhuǎn)矩的要求 Tn=250 N·m,其軸孔直徑范圍為 d=32~45mm。最后確定蝸桿軸軸伸處的直徑為 dmin=40mm， 型軸孔長(zhǎng)度1,JL=84mm,D=130mm,D1=105mm,，螺栓數(shù)量為 4，直徑 M10， 型 L0=173mm。1,J4.2.3 確定軸承類(lèi)型由于采用的是蝸桿傳動(dòng)，既受徑向力，也受軸向力，鏈?zhǔn)降稁?kù)傳動(dòng)主要承受徑向力，選用角接觸球軸承（GB/T 292-94）4.2.4 初步估算蝸桿軸各段尺寸根據(jù)軸上零件的受力情況，固定和定位的要求，初步確定軸的階梯段，該軸有8 段。初步估計(jì)各段尺寸如圖 4—1 所示4.2.5 蝸桿軸校核圖 4-1 蝸桿軸