畢業(yè)論文定稿-立式車床刀具伺服刀庫結(jié)構(gòu)設計

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原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763寧XX 大學畢 業(yè) 設 計 (論 文 )立式車床刀具伺服刀庫結(jié)構(gòu)設計所 在 學 院專 業(yè)班 級姓 名學 號指 導 老 師年 月 日II摘 要90 年 代 以 來 ， 數(shù) 控 加 工 技 術(shù) 得 到 迅 速 的 普 及 發(fā) 展 ， 高 速 加 工 中 心 作 為 新時 代 數(shù) 控 機 床 的 代 表 ， 已 在 機 床 領 域 廣 泛 。 自 動 換 刀 刀 庫 的 發(fā) 展 儼 然 已 超 越為 數(shù) 控 加 工 中 心 配 套 的 角 色 ， 在 其 特 有 的 技 術(shù) 領 域 發(fā) 展 出 符 合 機 床 高 精 度 、高 效 率 、 高 可 靠 度 及 多 任 務 復 合 等 概 念 的 獨 特 產(chǎn) 品 。 本 課 題 是 鏈 式 刀 庫 的 總體 設 計 、 傳 動 設 計 、 結(jié) 構(gòu) 設 計 以 及 傳 動 部 分 的 運 動 和 動 力 設 計 。 這 種 刀 庫 在數(shù) 控 加 工 中 心 上 應 用 非 常 廣 泛 ,其換刀過程簡單，換刀時間短；總體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，動作準確可靠；維護方便，成本低。本 課 題 的 目 的 就 是 要 通 過 對 立式車床刀庫的 優(yōu) 化 設 計 以 提 高 換 刀 速 度 ， 減 少 助 助 時 間 。在進行設計時，采用了系統(tǒng)化設計方法，將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設計系統(tǒng)所需完成的任務。在借鑒和參考大量有關(guān)刀庫的機械結(jié)構(gòu)后，結(jié)合實際情況，決定采用鏈式刀庫雙手式機械手換刀方案，根據(jù)機械設計與機械原理等有關(guān)知識對立式車床刀庫進行設計，采用 AutoCAD 2004 中文版對刀庫及關(guān)鍵零件進行繪制。關(guān)鍵詞：加工中心；刀庫；數(shù)控加工詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763AbstractSince the 1990s,CNC machine technology has made the rapid and universial development, as a new era of the representatives of NC machine tools. High-speed processing center has been widely used in the field of machine tools. The development of automatic Tool Chane, tool house in recent years seems to have gone beyond the NC Center for supporting the role of technology in their unique areas of development to meet the high-precision machine tools, high efficiency and reliability, and more complex tasks, such as the concept of unique products. The tool house as a processing center one of the most important part, it has a direct bearing on the development of the processing centers development. This paper completed the overall design, transmission design, structure design and the transmission parts movement and dynamic design of the sword library. Such a tool house in the CNC Machine Center is widely used, the tool change is simple, tool change time is short; overall structure is simple and compact. Action is accurate and reliable; convenient maintenance and low cost.The purpose of this project is to improve the speed of the tools change and reduce auxiliary time through the optimization design of the JCS-013 type NC horizontal boring and milling machine tool store. In developing the design, I have adopted the systematic design method. The design is regarded as a system which is consisted of several design elements. Each design elements is in depend , but there is the organic relation between them and they are of different levels. The system can realize the required task after that all the design elements combined.According to actual condition, I introduce the chain knife library of robot hands cutter replacement plan after referencing to the vast library mechanical structure of the sword. According to the Mechanical Design, the Mechanical Principle and other relevant knowledge, there are some designs about JCS-013 type nc horizontal boring and milling machine tool store and I have drew the key parts of library using AutoCAD 2004.Keywords: machining center; Tool house; NCIV目 錄摘 要 IIAbstract.III目 錄 IV第 1 章 緒 言.11.1 本課題在國內(nèi)外的研究動態(tài) .11.1.1 刀庫產(chǎn)品目前的水平 21.1.2 刀庫系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 21.1.3 刀庫系統(tǒng)的發(fā)展方向 31.2 課題的目的、意義和開展研究工作的設想 .31.2.1 課題的目的 31.2.2 開展研究工作的設想 31.2.3 課題設計方案的選擇和設計手段 4第 2 章 刀庫傳動系統(tǒng)設計.62.1 刀庫主要設計參數(shù) .62.2 刀庫驅(qū)動馬達的選擇 .62.2.1 刀庫負載轉(zhuǎn)矩 TF 計算 .62.2.2 確定馬達轉(zhuǎn)數(shù) 82.3 齒輪設計參數(shù) .92.3.1 選擇齒輪材料、熱處理方法及精度等級 .92.3.2 按齒面接觸疲勞強度設計齒輪 .92.3.3 主要參數(shù)選擇和幾何尺寸計算 112.3.4 齒根校核 .122.3.5 軸的設計 .132.3.6 滾動軸承的選擇與校核計算 182.3.7 鍵聯(lián)接的選擇及其校核計算 .19第 3 章 鏈參數(shù)計算.223.1 傳送鏈的設計 .22詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 13041397633.2 鏈式軸的設計 .233.2.1 驅(qū)動軸的設計 .233.3 軸承的選型及校核 .253.4 鏈強度計算 .273.4.1 鏈傳動的運動特性 .273.4.2 鏈傳動的動載荷 .283.4.3 鏈傳動的受力分析 .293.4.4 滾輪接觸強度的計算 .30第 4 章 刀庫準停系統(tǒng)的設計.31結(jié) 論.33參考文獻.34致 謝.35詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763第 1 章 緒 言1.1 本課題在國內(nèi)外的研究動態(tài)隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，進入 21 世紀，我國機床制造業(yè)既面臨著提 升機械制造業(yè)水平的需求而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機，也面臨著加入 WTO 后激烈的市場競爭的壓力。從技術(shù)層面上講，加速推進數(shù)控技術(shù)將是解決機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵。數(shù)控機床及由數(shù)控機床組成的制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎裝備，它的發(fā)展一直備受人們關(guān)注。數(shù)控機床以其卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，它開創(chuàng)了機械產(chǎn)品機電一體化發(fā)展的先河，因此數(shù)控技術(shù)成為先進制造技術(shù)中的一項核心技術(shù)。另一方面，通過持續(xù)的研究，信息技術(shù)的深化應用促進了數(shù)控機床的進一步提升【1】 。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進行多工序加工的加工中心、車削中心等。數(shù)控機床主要由數(shù)控裝置、伺服機構(gòu)和機床主體組成，輸入數(shù)控裝置的程序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或由數(shù)控裝置的鍵盤直接手動輸入 2。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能，可靠性也大大提高，數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實現(xiàn)自動編程。未來數(shù)控機床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機床品種越來越多；激光加工等技術(shù)將應用在切削加工機床上，從而擴大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控機床的自動化程度更加提高，并具多種監(jiān)控功能，從而形成一個柔性制造單元，更加便于納入高度自動化的柔性制造系統(tǒng)中 3。數(shù)控機床為了進一步提高生產(chǎn)率，進一步壓縮非切削時間，現(xiàn)代的機床逐步發(fā)展為在一臺機床上一次裝夾中完成多工序或全部工序的加工。數(shù)控機床為了能在工件一次裝夾中完成多個工步，以縮減輔助時間和減少多次安裝工件引起的誤差，通常帶有自動換刀系統(tǒng)。對工件的多工序加工而設置的存儲及更換刀具的裝置稱為自動換刀裝置（Automatic Tool Changer，ATC） ；自動換刀（Automatic Tool Change 簡稱 ATC）系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和換刀裝置組成 。在數(shù)控鏜銑床的基6礎上，如果再配以刀具和自動換刀系統(tǒng)，就構(gòu)成加工中心（Machining center 簡稱2MC） 。在這類數(shù)控機床上，自動換刀裝置（ATC）是必不可少的 4。例如加工中心機床又稱多工序自動換刀數(shù)控機床，它主要是指具有自動換刀及自動改變工件加工位置功能的數(shù)控機床，具有自動換刀裝置是加工中心機床的典型特征，是多工序加工的必要條件。自動換刀裝置的功能，對整機的加工效率有很大的影響 5。數(shù)控機床的自動換刀裝置的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，選擇何種形式，主要取決于機床的種類、工藝范圍以及刀具的種類和數(shù)量等。本課題中的數(shù)控臥式鏜銑床將采用的是帶刀庫的自動換刀形式。1.1.1 刀庫產(chǎn)品目前的水平在此概念基礎下，刀庫產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)況為：（1） 超重刀庫的發(fā)展：發(fā)展出刀鏈系統(tǒng)能承載重量 70kg 以上之超重刀具，擁有強力鎖刀裝置的穩(wěn)定刀鏈架構(gòu)，可防止重型刀具于運轉(zhuǎn)中墜落。（2） 高效率且定位精度的驅(qū)動及選刀系統(tǒng)的發(fā)展：發(fā)展出高精度系統(tǒng)配置以及高質(zhì)量、高定位精度的伺服電動機及減速器，以符合選刀迅速、換刀精確的主要性能需求。（3） 多型式刀具容載刀庫的發(fā)展：發(fā)展出同時可容納多種型式刀具（如 ISO50 及ISO60）的刀鏈系統(tǒng)，也被視為是必須時常變換使用多種主軸的加工中心的必備裝置。（4） 不同型式刀及其任意點換刀系統(tǒng)的發(fā)展：可以同時夾取不同型式刀具（如ISO50 及 ISO60） ，因應需求必須有不同的刀具。為了縮短換刀時間，多點式或任意點式換刀系統(tǒng)是有必要的。（5） 輕量化、低成本架構(gòu)刀庫的發(fā)展：發(fā)展出輕量化的塑鋼射出刀套架構(gòu)，整體重量較傳統(tǒng)刀庫減輕 100kg 以上，成本大幅降低的刀庫。（6） 大型及高容量刀庫的發(fā)展：在機床多功能趨勢演化下，大量的刀具被使用在同一臺機床上，刀庫的架構(gòu)必須兼顧換刀效率及儲刀效能，多變的刀庫型體（可容納 120/180/200 把以上刀具）及多樣精密的換刀系統(tǒng)（如各種立式、臥式、立臥單點及多點式換刀系統(tǒng)） ，是其主要的特色 6。1.1.2 刀庫系統(tǒng)的發(fā)展趨勢近年來刀庫的發(fā)展儼然已超越其為裝備的角色，在特有的技術(shù)領域中發(fā)展出符合工具機高精度、高效能、高可靠度及多任務復合等概念產(chǎn)品，多樣化產(chǎn)品，左右工具機在生產(chǎn)效能及產(chǎn)品精度的表現(xiàn)。刀庫的容量、布局，針對不同的工具機，形式也有所不同。根據(jù)刀庫的容量、外型和取刀的方式可大概分為斗笠式刀庫、圓盤式刀庫、鏈條式刀庫 7。其發(fā)展趨勢為：（1）高效能的產(chǎn)品詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763發(fā)展符合高荷重、高容量、高速化概念的刀庫產(chǎn)品。（2）輕量化、低成本的產(chǎn)品發(fā)展符合重量輕、成本低概念的刀庫產(chǎn)品。1.1.3 刀庫系統(tǒng)的發(fā)展方向刀庫系統(tǒng)作為自動化加工過程中所需的儲刀及換刀需求的一種裝置，為數(shù)控機床縮短機床非切削時間，降低勞動強度提供了必要條件，是數(shù)控機床的重要的功能部件，必將向以下幾個方向發(fā)展。一方面隨著主機的“單機多任務復合化”發(fā)展，刀庫也必將向容量大、結(jié)構(gòu)精、速度快、效率高的方向發(fā)展，以適應主機的高轉(zhuǎn)速、高精度和強力切削的機械特性。此類刀庫大部分為臥式刀庫，有下面幾個特點：（1） 可遠距離傳輸。（2） 換刀時可同步打刀，縮短換刀時間。（3） 大容量且可擴充。（4） 高效且精準的驅(qū)動和選刀系統(tǒng)。（5） 控制系統(tǒng)復雜（6） 刀具重量大。比如適合五軸聯(lián)動的立臥轉(zhuǎn)換伺服刀庫。而另一方面，刀庫僅作為單純的儲刀倉功能存在，主軸主動抓刀的“固定地址換刀”刀庫也是發(fā)展的方向之一，此時刀庫好比數(shù)控系統(tǒng)的一個控制軸，僅有旋轉(zhuǎn)定位功能，如立車刀庫、轉(zhuǎn)盤刀庫等 8。尤其以 40 盤式刀庫為代表，換刀速度和刀庫重量已經(jīng)成為衡量刀庫性能的主要參數(shù)之一，比如，吉輔 40 盤式刀庫的換刀速度 1.1s，重量已經(jīng)降到 295kg。在選材上更環(huán)保，在制作過程中減少消耗，使用過程智能、安全等也是刀庫發(fā)展的方向之一。1.2 課題的目的、意義和開展研究工作的設想1.2.1 課題的目的未 來 工 具 機 產(chǎn) 業(yè) 的 發(fā) 展 ， 均 以 追 求 高 速 、 高 精 度 、 高 效 率 為 目 標 。 隨 著 切削 速 度 的 提 高 ， 切 削 時 間 的 不 斷 縮 短 ， 對 換 刀 時 間 的 要 求 也 在 逐 步 提 高 ； 換 刀的 速 度 已 成 為 高 等 級 工 具 機 的 一 項 重 要 指 標 。 本 課 題 的 目 的 就 是 要 通 過 對 刀庫 的 優(yōu) 化 設 計 以 提 高 換 刀 速 度 ， 減 少 助 助 時 間 。1.2.2 開展研究工作的設想為了達到減少輔助加工時間目的，綜合考慮工具機的各方面因素，在盡可能短的時間內(nèi)完成刀具交換一般強調(diào)換刀速度快的臥式機臺，皆有幾個特點：1.刀臂4短 2.刀臂不一定成直線 3.兩刀可能互相垂直 4.凸輪箱小且可移動。其主要目的是要讓換刀時，可動件之轉(zhuǎn)動慣量小，以達到快速換刀之目的。該技術(shù)包括刀庫的設置、換刀方式、換刀執(zhí)行機構(gòu)和適應高速工具機的結(jié)構(gòu)特點等。（1）提高換刀速度的基本原則工具機的換刀裝置，通常由刀庫和換刀機構(gòu)組成，有些應用機械手臂換刀，有些換刀方式并不需要機械手臂，刀庫的形式和擺放位置也不一樣。為了適合高速運動的需要，高速工具機在結(jié)構(gòu)上已和傳統(tǒng)的工具機不同。以刀具運動進給為主，減小運動工件的質(zhì)量，已成為高速工具機設計的主流。因此，設計換刀裝置時，要充分考慮到高速工具機的結(jié)構(gòu)特征 9。（2）提高換刀速度的主要技術(shù)方法適合于工具機的快速自動換刀技術(shù)主要有以下幾個方面：在傳統(tǒng)自動換刀裝置的基礎上提高動作速度，或采用動作速度更快的機構(gòu)和驅(qū)動元件。例如，機械凸輪結(jié)構(gòu)的換刀速度高于液壓和氣動結(jié)構(gòu)。根據(jù)高速工具機的結(jié)構(gòu)特點設計刀庫和換刀裝置的形式和位置。例如，傳統(tǒng)工具機的刀庫和換刀裝置多裝在立柱一側(cè)，在高速工具機則多為立柱移動的進給方式，為減輕運動件質(zhì)量，刀庫和換刀裝置不宜再裝在立柱上。采用新方法進行刀具快速交換，不用刀庫和機械手方式，而改用其它方式換刀。例如不用換刀，用換主軸的方法。使用適合于高速工具機的刀柄。如 HSK 刀柄質(zhì)量輕，裝卸刀具的行程短，可以使自動換刀裝置的速度提高。快速自動換刀裝置采用 HSK 空心短錐柄刀是發(fā)展的趨勢。1.2.3 課題設計方案的選擇和設計手段I 設計方案選擇刀庫是刀具交換系統(tǒng)的一部分，加工中心的刀具交換系統(tǒng)也稱為自動換刀裝置（ATC）,它通常是由刀庫和機械手組成。自動換刀裝置是加工中心不可缺少的組成部分，也是加工中心的象征，又是加工中心成敗的關(guān)鍵。加工中心有立式、臥式、龍門式幾種，所以這些機床的刀庫和自動換刀裝置也是各種各樣。加工中心上的刀庫類型有鼓輪式刀庫，鏈式刀庫，格子箱式刀庫和直線刀庫等。（1）鼓輪式刀庫：應用較廣，這種刀庫的結(jié)構(gòu)緊湊，但因刀具單環(huán)排列、定向利用率低，大容量刀庫的外徑較大，轉(zhuǎn)動慣量大，選刀時運動時間長。因此這種刀庫的容量較小，一般不超過 32 把刀具。（2）鏈式刀具容量較大，當采用多環(huán)鏈式刀庫時，刀庫的外形較緊湊，占用空間小，適合詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763用于做大容量刀庫。在增加存儲刀具數(shù)目時，可增加鏈條的長度，而不增加鏈輪直徑，因此，鏈輪的圓周速度不會增加，且刀庫的運動慣量不像鼓輪式刀庫增加的那么多。（3）格子箱式刀庫刀庫容量大，結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高，但布局不靈活，通常將刀庫安放于工作臺上。有時甚至在使用一側(cè)的刀具時，必須更換另一側(cè)的刀座板。（4）直線式刀庫結(jié)構(gòu)簡單，刀庫容量較小，一般用于數(shù)控車床，數(shù)控鉆床，個別加工中心也有采用。換刀機械手分為單臂單手式，單臂雙手式和雙手式機械手。單臂單手式結(jié)構(gòu)簡單，換刀時間較長，適用于刀具主軸與刀庫刀套平行，刀庫刀套軸線與主軸軸線平行，以及刀庫刀套軸線與主軸軸線垂直的場合。單臂雙手機械手可同時抓住主軸和刀庫中的刀具，并進行拔出、插入，換刀時間短，廣泛應用于加工中心上的刀庫刀套軸線與主軸平行的場合。雙手式機械手結(jié)構(gòu)較復雜，換刀時間短，這種機械手除了完成拔刀、插刀外，還起運輸?shù)毒叩淖饔?。結(jié)合所給題目，初步?jīng)Q定采用鏈式刀庫雙手式機械手換刀方案。II 設計手段采用系統(tǒng)化設計方法，將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設計系統(tǒng)所需完成的任務。結(jié)合本課題實際，根據(jù)機械設計與機械原理等有關(guān)知識對立式車床刀庫進行設計，采用 AutoCAD 2004 中文版對刀庫及關(guān)鍵零件進行繪制。6第 2 章 刀庫傳動系統(tǒng)設計2.1 刀庫主要設計參數(shù)安裝形式：鏈式刀庫刀庫容量：60 把送刀方式：任意擬定的設計參數(shù)刀具尺寸（最大）：長 400 毫米，直徑 120 毫米刀具重量（Mj）：約 10 千克鏈條快速移動速度為 8 米/分，慢速移動速度為 0.2 米/ 分。2.2 刀庫驅(qū)動液壓馬達的選擇刀庫驅(qū)動液壓馬達的選擇應同時滿足刀庫運轉(zhuǎn)時的負載轉(zhuǎn)矩 TF， 和起動時的加速轉(zhuǎn)矩 TJ 的要求。由于鏈條轉(zhuǎn)速很低和液壓馬達慣性小、起動轉(zhuǎn)矩小的特點，為了計算簡便，在計算時，忽略起動加速轉(zhuǎn)矩 TJ，在最后結(jié)果上乘以一個工作系數(shù)。2.2.1 刀庫負載轉(zhuǎn)矩 TF 計算鏈式刀庫負載轉(zhuǎn)矩 TF 用來克服刀具不平衡重力 FWmax 和導向面的摩擦力 F，如圖 2-1 所示。FWmax ：不平衡重力；F 3：摩擦力圖 2-1 鏈條受力分析圖F1 和 F3 是支承面的摩擦力;F 2 和 F4 則是導向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。不平衡重力可按刀庫一側(cè)裝滿刀、一側(cè)不裝刀時的最大重力差值來計算。（1）確定不平衡重力 FWmax詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763由圖 2-1 知,不平衡重力 3maxgFWN10M-刀具的質(zhì)量g-重力加速度（2）確定摩擦力 F3(2-1)N3 鋼與銅之間的摩擦系數(shù)，約取 0.2；N垂直作用在導向面上的壓力，包括刀具、刀柄和刀座產(chǎn)生的重力，分別為Wj，W b，W t。N645N10)108.72.3()LRMd92.03FR刀座外半徑，取 50mm；L刀座長度，取 210mm。（3）確定每排刀具負載轉(zhuǎn)矩 TfmN6.8)130(02ax3WLFR（4）確定每排刀具作用在主動輪上的負載轉(zhuǎn)矩 Tz(2-2)231/fzTN98.06.2zm51 1圓柱齒輪傳動效率，取 0.98； 2鏈傳動效率,取 0.96； 3深溝球軸承傳動效率，取 0.98。8（5）確定作用在液壓馬達上的負載轉(zhuǎn)矩 Ty(2-3)4321ifymN25.698.04yTi液壓馬達軸至刀庫軸的速比，取 9； 傳動效率?？紤]到實際情況比計算時所設定的條件復雜，液壓馬達額定轉(zhuǎn)矩 Ts 應為負載轉(zhuǎn)矩 Ty 的 1.5 倍，即ysT5.126mN8.92.2.2 確定液壓馬達轉(zhuǎn)數(shù)由刀庫設計參數(shù)知，鏈條快速移動速度為 8 米/分，即 8000mm/min，慢速移動速度為 0.2 米/分，即 200mm/min。（1）確定鏈輪周長 Sm502714.3dsd=272mm（結(jié)構(gòu)參數(shù)，自己設定，圖紙表達了）（2）確定液壓馬達的轉(zhuǎn)速范圍 /in.r/i8509maxn/mi18.2/i2in詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763根據(jù)參數(shù)，選型為 BM-R802.3 齒輪設計參數(shù)2.3.1 選擇齒輪材料、熱處理方法及精度等級 齒輪材料、熱處理方法及齒面硬度因為載荷中有輕微振動，傳動速度不高，傳動尺寸無特殊要求，屬于一般的齒輪傳動，故兩齒輪均可用軟齒面齒輪。查機械基礎P 322 表 1410，小齒輪選用 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度 260HBS；大齒輪選用 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為 220HBS。 精度等級初選減速器為一般齒輪傳動，圓周速度不會太大，根據(jù)機械設計學基礎P 145 表57，初選 8 級精度。102.3.2 按齒面接觸疲勞強度設計齒輪由于本設計中的減速器是軟齒面的閉式齒輪傳動，齒輪承載能力主要由齒輪接觸疲勞強度決定，其設計公式為： 1231.5()EHdKMuZd 確定載荷系數(shù) K因為該齒輪傳動是軟齒面的齒輪，圓周速度也不大，精度也不高，而且齒輪相對軸承是對稱布置，根據(jù)電動機和載荷的性質(zhì)查機械設計學基礎P 147 表58，得 K 的范圍為 1.41.6， 取 K1.5。 小齒輪的轉(zhuǎn)矩112.0990/9542.758427584678/minkWMPn Nmmr接觸疲勞許用應力limiHNPZS）接觸疲勞極限應力由機械設計學基礎P 150 圖 530 中的 MQ 取值線，根據(jù)兩齒輪的齒面硬度，查得 45 鋼的調(diào)質(zhì)處理后的極限應力為=600MPa ， =560MPa lim1Hlim2H）接觸疲勞壽命系數(shù) ZN 應力循環(huán)次數(shù)公式為 N=60 n jth 工作壽命每年按 300 天，每天工作 8 小時，故th=(300108)=24000hN1=60466.798124000=6.722108826.7210= .610i4查機械設計學基礎P 151 圖 531，且允許齒輪表面有一定的點蝕ZN1=1.02 ZN2=1.15) 接觸疲勞強度的最小安全系數(shù) SHmin查機械設計學基礎P 151 表 510，得 SHmin1 詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763）計算接觸疲勞許用應力 。HP將以上各數(shù)值代入許用接觸應力計算公式得lim11n60.261HNpZMaSli22mn5.4pHP）齒數(shù)比因為 Z2=i Z1，所以 214Z）齒寬系數(shù)由于本設計的齒輪傳動中的齒輪為對稱布置，且為軟齒面?zhèn)鲃樱闄C械基礎P326 表 1412 ，得到齒寬系數(shù)的范圍為 0.81.1。取 。1d）計算小齒輪直徑 d1由于 ，故應將 代入齒面接觸疲勞設計公式，得2pp21331.5.589.1.54781() 45.80m6EHdZKMud 圓周速度 v1146.7985.01.2/60nv ms查機械設計學基礎P 145 表 57，v 1 和 N2= ，查機械設計學基礎P 156 圖8638.6310534 得，YN1=1 , YN2=1 )彎曲疲勞強度的最小安全系數(shù) SFmin本傳動要求一般的可靠性，查機械設計學基礎P 151 表 510，取 SFmin1.2。）彎曲疲勞許用應力 將以上各參數(shù)代入彎曲疲勞許用應力公式得Flim1PNn80=YMPa=15S.2Fli2Pmn74.67a.）齒根彎曲疲勞強度校核11 1.528=.1Pa=3.7M603FF FPKTYbd 122 2.47.26.0am因此，齒輪齒根的抗彎強度是安全的。2.3.5 軸的設計（1） 高速軸的設計 選擇軸的材料和熱處理采用 45 鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，查機械基礎P 369 表 161，得其許用彎曲應力， 。160Ma1806A: 初步計算軸的直徑由前計算可知：P 1=2.09KW,n1=466.798r/min其中，A 取 112。141332.09.108m467PdAn主考慮到有一個鍵槽，將該軸徑加大 5%，則=20.185%=21.m2.查機械基礎P 458 附錄 1，取 d=25mm 軸的結(jié)構(gòu)設計高速軸初步確定采用齒輪軸，即將齒輪與軸制為一體。根據(jù)軸上零件的安裝和固定要求，初步確定軸的結(jié)構(gòu)。設有 7 個軸段。1 段：該段是小齒輪的左軸端與帶輪連接，該軸段直徑為 25mm，查機械基礎P475附錄 23，取該軸伸 L160mm。 2 段： 參考機械基礎P 373，取軸肩高度 h 為 1.5mm，則 d2=d1+2h=28mm。此軸段一部分用于裝軸承蓋，一部分伸出箱體外。3 段：此段裝軸承，取軸肩高度 h 為 1mm，則 d3=d2+2h=30mm。選用深溝球軸承。查機械基礎P 476 附錄 24，此處選用的軸承代號為 6306，其內(nèi)徑為 30mm，寬度為 19 mm。為了起固定作用，此段的寬度比軸承寬度小12mm。取此段長 L3=17mm。4 段與 6 段：為了使齒輪與軸承不發(fā)生相互沖撞以及加工方便，齒輪與軸承之間要有一定距離，取軸肩高度為 2mm，則 d4=d6=d3+2h=33mm，長度取 5mm，則 L4= L65mm。5 段：此段為齒輪軸段。由小齒輪分度圓直徑 d =60mm 可知，d 6=60mm。因為小齒輪1的寬度為 70mm，則 L5=70mm。7 段：此段裝軸承，選用的軸承與右邊的軸承一致，即 d7=30mm，L 717mm。由上可算出，兩軸承的跨度 L mm15209 按彎矩復合強度計算A、圓周力： 1247582.360tMFNdB、徑向力： 01tan.tan518.r）繪制軸受力簡圖詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763）繪制垂直面彎矩圖軸承支反力： 158.29.42AYBFrN1.371.65zt由兩邊對稱，知截面 C 的彎矩也對稱。截面 C 在垂直面彎矩為19725.4280.9cAYMFNm如圖）繪制水平面彎矩圖1629712.65346.5cAZLMFNm）繪制合彎矩圖 222211()580.9346.578.01CVHMc Nm）繪制扭轉(zhuǎn)圖轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪力按脈動循環(huán)變化，取 =0.6，10.64275864.8aMNm）繪制當量彎矩圖截面 C 處的當量彎矩： 22221()3678.01(.64758)4.1ce Nm)校核危險截面 C 的強度軸上合成彎矩最大的截面在位于齒輪輪緣的 C 處，W0.1d 4313485.12.48600CeMcMPaPaW所以 軸強度足夠。（2）低速軸的設計 選擇軸的材料和熱處理采用 45 鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，查機械基礎P 369 表 161，得其許用彎曲應力詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763， 。160MPa1806A: 初步計算軸的直徑由前計算可知：P 2=2.007KW,n2=116.700r/min計算軸徑公式： 32Pdn即：其中，A 取 106。2332.07162.36Pdmn考慮到有一個鍵槽，將該軸徑加大 5%，則27.058.7查機械基礎P 458 附錄 1，取 d=30mm 軸的結(jié)構(gòu)設計根據(jù)軸上零件得安裝和固定要求，并考慮配合高速軸的結(jié)構(gòu)，初步確定低速軸的結(jié)構(gòu)。設有 6 個軸段。1 段： 此段裝聯(lián)軸器。裝聯(lián)軸器處選用最小直徑 d1=32mm，根據(jù)機械基礎P 482 附錄 32，選用 彈性套柱銷聯(lián)軸器，其軸孔直徑為 32mm，軸孔長8231BJLT度為 60mm。根據(jù)聯(lián)軸器的軸孔長度，又由機械基礎P 475 附錄 23，取軸伸段（即段）長度 L158mm。2 段：查機械基礎P 373，取軸肩高度 h 為 1.5mm，則 d2=d1+2h= mm35.123此軸段一部分長度用于裝軸承蓋，一部分伸出箱體外。3 段：取軸肩高度 h 為 2.5mm，則 d3=d2+2h=35+2 mm。此段裝軸承與套筒。405.選用深溝球軸承。查機械基礎 P476 附錄 24，此處選用的軸承代號為 6208，其內(nèi)徑為 40mm，寬度為 18mm。為了起固定作用，此段的寬度比軸承寬度小12mm。取套筒長度為 10mm，則此段長 L3=（18-2）+10+2=28mm。4 段：此段裝齒輪，取軸肩高度 h 為 2.5mm，則 d4=d3+2h= mm。因為45.20大齒輪的寬度為 60mm，則 L4=60-2=58mm5 段：取軸肩高度 h 為 2.5mm，則 d5=d4+2h=50mm，長度與右面的套筒相同，即L5=10mm。186 段：此段裝軸承，選用的軸承與右邊的軸承一致，即 d6=40mm，L 617mm。由上可算出，兩軸承的跨度 L 。1820698m 低速軸的軸段示意圖如下： 按彎矩復合強度計算A、圓周力： 2M1640351.7tFNdB、徑向力： 02an.tan249rt）求支反力 FAX、F BY、 FAZ、F BZ2496rAYBN2135.70.85tz)由兩邊對稱，知截面 C 的彎矩也對稱。截面 C 在垂直面彎矩為受力圖： 1982461054cAYLMFNm）截面 C 在水平面上彎矩為：275.838.62cAz ）合成彎矩為： 2221(1041.534.79cccMNm）轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪力按脈動循環(huán)變化，取 =0.6，截面 C 處的當量彎矩：2222()36(.0)165.8ecca)校核危險截面 C 的強度軸上合成彎矩最大的截面在位于齒輪輪緣的 C 處，W0.1d 431310465.8.paCe bMcMW所以軸強度足夠。詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 13041397632.3.6 滾動軸承的選擇與校核計算根據(jù)機械基礎P 437 推薦的軸承壽命最好與減速器壽命相同，取 10 年，一年按 300天計算， T h=(300108)=24000h（1）高速軸承的校核選用的軸承是 6306 深溝型球軸承。軸承的當量動負荷為 )(ardYFXfP由機械基礎P 407 表 186 查得，f d1.21.8，取 fd=1.2。因為 Fa1=0N，F(xiàn) r1= 518.8N，則 查機械基礎P 407 表 185 得，X= 1，Y= 0 。1.28.62625drfXNK查機械基礎p406 表 18-3 得：f t=1 ，查機械基礎p405 得：深溝球軸承的壽命指數(shù)為 3 ，Cr= 20.8KN；則 663102 610280()()1.2404.79.56trhfCL hnP所以預期壽命足夠，軸承符合要求。（2）低速軸承的校核選用 6208 型深溝型球軸承。軸承的當量動負荷為 )(ardYFXfP由機械基礎P 407 表 186 查得，f d1.21.8，取 fd=1.2。因為 Fa2=0N，F(xiàn) r2=492N，則 查機械基礎P 407 表 185 得，X=1 ，Y=0 。1.274.09.dfXrN查機械基礎p406 表 18-3 得：f t=1 ，查機械基礎p405 得：深溝球軸承的壽命指數(shù)為 3 ，Cr=22.8KN；則66310 610280()()240.1.759.4thfCL hnP所以預期壽命足夠,軸承符合要求。202.3.7 鍵聯(lián)接的選擇及其校核計算（1）選擇鍵的類型和規(guī)格軸上零件的周向固定選用 A 形普通平鍵，聯(lián)軸器選用 B 形普通平鍵。 高速軸（參考機械基礎p471、附錄 17， 袖珍機械設計師手冊p835、表 15-12a）：根據(jù)帶輪與軸連接處的軸徑 25mm，軸長為 60mm，查得鍵的截面尺寸b8mm ，h7mm 根據(jù)輪轂寬取鍵長 L40mm高速齒輪是與軸共同制造，屬于齒輪軸。 低速軸：根據(jù)安裝齒輪處軸徑 ，查得鍵的截面尺寸 ，根據(jù)輪md45 mhb914轂寬取鍵長 。L084根據(jù)安裝聯(lián)軸器處軸徑 ，查得鍵的截面尺寸 ，取鍵321 80長 L=50mm。根據(jù)輪轂寬取鍵長 L72mm（長度比輪轂的長度小 10mm）（2）校核鍵的強度 高速軸軸端處的鍵的校核：鍵上所受作用力： 21042.75830.64MFNd）鍵的剪切強度 (0.68)6Pa342.10.760F PaAbl 鍵的剪切強度足夠。）鍵聯(lián)接的擠壓強度25179.6e4.1MPa903Feahl (0.9)0 24.624.(17.20)61207e ea MPaAhl 鍵聯(lián)接的擠壓強度足夠。詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763 低速軸兩鍵的校核A、 低速軸裝齒輪軸段的鍵的校核：鍵上所受作用力： 21064.279.565MFNd）鍵的剪切強度 79.5613.0014PaMPaAbl 鍵的剪切強度足夠。）鍵聯(lián)接的擠壓強度鍵聯(lián)279.5640.(17.20)612040e eFMPa MPaAhl 接的擠壓強度足夠。B、低速軸軸端處的鍵的校核：鍵上所受作用力 ： 21064.21053FNd）鍵的剪切強度106520.6FMPaMPaAbl 鍵的剪切強度足夠。）鍵聯(lián)接的擠壓強度鍵聯(lián)210651.3(17.20)61208e eFPa MPaAhl接的擠壓強度足夠。22第 3 章 鏈參數(shù)計算3.1 傳送鏈的設計鏈傳動是一種撓性運動，它由鏈條和鏈輪組成。通過鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力。鏈傳動按用途不同可以分為傳動鏈、輸送鏈和起重鏈。圖 3-1 鏈傳動滾子鏈的結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示：它是由內(nèi)鏈板 1、外鏈板 2、銷軸 3、套筒 4 和滾子5 組成。內(nèi)鏈板與套筒之間、外鏈板與銷軸之間為過盈配合，滾子與套筒之間、套筒與銷軸之間為間隙配合。當內(nèi)、外鏈板相對撓曲時，套筒可繞銷軸自由轉(zhuǎn)動。滾子是活套在套筒上的，工作時，滾子沿鏈輪齒廓滾動，這樣就可減少齒廓的磨損。鏈的磨損主要發(fā)生在銷軸與套筒的接觸面上。因此，內(nèi)、外鏈板間應留少許間隙，以便潤滑油滲入銷軸和套筒的摩擦面間。詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763鏈板一般制成 8 字形，以使它的各個橫截面具有接近相等的抗拉強度，同時也減少了鏈的質(zhì)量和運動時的慣性力。圖 3-2 滾子鏈的結(jié)構(gòu)當傳遞大功率時，可采用雙排鏈或多排鏈。多排鏈的承載能力與排數(shù)成正比。但由于精度的影響，各排鏈承受的載荷不易均勻，故排數(shù)不宜過多。滾子鏈的鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時，接頭處可用開口銷或彈簧卡片來固定，一般前者用于大節(jié)距，后者用于小節(jié)距；當鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，需采用過渡鏈節(jié)。由于過渡鏈節(jié)的鏈板要受附加彎矩的作用，所以在一般情況下最好不用奇數(shù)鏈節(jié)。3.2 鏈式軸的設計3.2.1 驅(qū)動軸的設計24圖 3-4 驅(qū)動軸受力分析圖由靜力平衡方程0Fb0MBlRA，aA，