数控回转工作台设计--本科毕业设计说明书

数控回转工作台设计--本科毕业设计说明书 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 学校代码: 10128 学 号:201220102052 ( 目:数控回转工作台设计 学生姓名:张英智 学 院:机械学院 系 别:机械系 专 业:机械电子工程 班 级:机电12-1 指导教师:张兰挺 副教授 二 〇 一 六 年 六 月 摘 要 本次设计的数控回转工作台主要是与立式铣床配套使用，其精度直接影响到机床的性能。本次设计选择由步进电动机作为动力源，一级圆柱直齿轮减速器进行减速及传递转矩和转速，将其传递给蜗轮蜗杆机构来带动工作台进行回转加工工作。数控回转工作台与数控立式铣床结合使用可进行工件的分度和切削旋转，配合机床X、Y、Z三轴的直线运动可以扩大机床的加工范围，来提高机床的工作效率。配合数控系统的控制，数控回转工作台可以有效提高生产效率，消除人为误差，提高加工精度。本次主要设计方向是数控铣床中的数控回转工作台，我们对主要的零件进行了结构功能设计。装配图、零件图用CAXA软件绘制。 关键词: 立式铣床 数控回转工作台 齿轮 蜗轮蜗杆 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 Abstract The design of the NC rotary table is mainly with vertical milling machine , Its precision directly affects the performance of the machine. The design choices the stepping motor as a power source. Level of cylindrical spur gear reduce of reduction and transmission torque and rotational speed, pass it to worm and worm wheel mechanism to drive the workbench rotary processing work. NC rotary table with NC vertical milling machine combined with the use of artifacts can be dividing and cutting rotation, cooperate with X,Y,Z three axis machine tool can expand the linear motion of the machine tool processing range, to improve the working efficiency of the machine tool. With NC system, the control of NC rotary table can effectively improve the production efficiency, eliminating human error, and improve the machining accuracy. The main design direction is the NC rotary table in CNC milling machine, structure and function of main parts of our design. Assembly drawing and part drawing drawn using CAXA software. Key Words: Vertical milling machine;NC rotary table;Worm and worm gear; 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 目录 绪论 ........................................................................ 1 第一章 数控回转工作台的发展方向 ............................................. 2 1.1数控回转工作台的发展及展望 ........................................... 2 1.2数控回转工作台的原理 ................................................. 2 1.3 设计要求及主要参数 .................................................. 4 1.3.1设计准则 ....................................................... 4 1.3.2此次设计中的一些主要参数 ....................................... 4 第二章 工作台设计和零部件的选用 ............................................. 5 2.1设计工作台的基本要求 ................................................. 5 2.2数控回转工作台传动的确定 ......................................... 5 2.3电机的选择 ........................................................... 6 2.3.1脉冲电动机在选择时需要注意的事项 ............................... 6 2.3.2电机的参数计算 ................................................. 7 2.4齿轮的设计 ........................................................... 9 2.4.1齿轮材料确定 ................................................... 9 2.4.2齿轮强度计算 ................................................... 9 2.4.3尺寸计算 ...................................................... 13 2.5蜗轮蜗杆设计 ........................................................ 14 2.5.1蜗轮蜗杆强度设计 .............................................. 14 2.5.2 蜗杆与蜗轮的参数 .............................................. 16 2.6联轴器的选择 ........................................................ 17 2.7 输入轴的设计 ....................................................... 17 2.7.1 轴上参数计算 .................................................. 17 2.8 蜗杆轴的设计 ....................................................... 21 2.8.1 蜗杆轴参数设计 ................................................ 21 2.8.1 轴强度的校核 .................................................. 23 总结 ....................................................................... 24 参考文献 ................................................................... 25 致 谢 ...................................................................... 26 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 绪论 近年来社会的快速进步表现于机械行业是一个国家发展的最重要的决策，它不仅可以为新的科学技术和新产物的研发和机械制造带来了十分必要的前提，还是不可替代的经济快速发展行业。在当下数字控制回转工作台作为一种高效率、高精度、应用广泛的机床配备部件，在机械行业当中的使用频率已经完全取代了手动回转工作台。当加工毛坯料或大型机械部件时，将待加工零件装在工作台上，用卡盘卡住固定。因为零件要做到多个外表面加工，由于过去的老式机床只能进行X、Y、Z三个方向进行直线进给运动，考虑到机械零件的精度和多表面的加工需求，我们需要使用数控回转台来进行圆周加工。数字控制作为当前和未来机械行业的发展方向，我们可以应用它来满足我们对于精度和减轻人力的多种需求，数控用于回转加工，同时和三轴一起进行方向进给，来满足我们对于机械零件复杂加工的需求。由于回转台加入了圆光栅，这样可以在保持了精度的原则下，来进行多角度、微量进给的回转加工。常用伺服电机来带动回转台运动，一级减速器来减缓速度，蜗杆和蜗轮机构带动工作台进行回转。 由于社会发展的快速进步与机械制造生产行业的飞速发展，数控回转台的供需量也越来越大。但总体来说在结构上我们可以用两类来概括，数控回转工作台和分度台。回转台既能进行直线进给运动，还能进行圆周加工。在结构上和普通机床的工作台相类似。 1 内蒙古工业大学毕业设计说明书 第一章 数控回转工作台的发展方向 1.1数控回转工作台的发展及展望 随着国家的发展社会的进步，机械行业内机床发展前景良好，数字控制类机床的发展迅速，而且取得了巨大的成就。特别是在我们国家，数字控制技术得到了快速的发展，从无到有，越来越成功，技术层面不断的追赶世界发达国家的发展脚步，这让我们不断的前进、创造、创新。而数控回转工作台为机床制造业带来了新领域的高度，不但提高了精度，还减少了人为操作的时间，更能小范围加工零件，这是非常重要的发展过程。 目前看来，未来的机电一体化发展有两个发展方向，其一是大型数控回转工作台，其二是小型的数控回转工作台。而且重要的是蜗轮蜗杆机构要提高强度，所以要选用性能好的钢材，蜗轮带动工作台运转。这样就可以将回转速度大大提高，就可以加工大型零件能承担更大的载荷。未来的回转工作台的发展趋势也一定是向着更多轴联动的结构方面演变。在机械行业当中，机床是其中一种最主要的生产设备。工作台作为数控类机床的配备部件不仅仅在加工精度上有所提高，在稳定性方面也比以前更加优异。 时代在进步，节奏在加快，在经济快速增长的大趋势下，我国机械行业的发展将会飞跃上更高的台阶。我想不论是在机床的稳定性能还是产品的质量和精度方面，都会不断的与世界上其他的发达国家的脚步逐渐接近，并伴随着长时间的摸索与进展我们会逐渐赶超他们。随着时间的推移，创新和改变在一步一步地推动着我国机床行业的发展，我们国家机械行业的发展不仅要有自己的特色，而且要将产品、学术、科研相结合。面向市场，抓住机遇，要不停地进行创新革命，实现我国独有的产品创意。 1.2数控回转工作台的原理 在目前的机械行业当中只有数控铣床、加工中心和数控镗床都应用回转工作台，并且这三种机床的使用最普遍。与其他的普通回转台相比起来，在外形上看来他们并没有什么区别，只是他们有不同的驱动，一种是手动回转，而数控回转工作台是与其他的数字控制驱动结合。 2 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 图1-1 闭环内部结构 1-进电机;2-主动齿轮;3-偏心环;4-从动齿轮;5-柱销;6-压块;7-螺母;8-锁紧螺钉、11-轴承盖、套筒;9-蜗杆;10-蜗轮;12、13-加紧瓦;14-压紧液压缸;15-活塞;16-弹簧;17-钢球;18-光栅; 上图表达的就是数控回转工作台的内部零件结构和装配图，如图所示数控回转工作台由步进电动机1传递转矩和转速，经过2和4两个齿轮构成的一级减速器降低转速增大转矩。再由减速器大齿轮代工蜗杆轴9传递转速和转矩，蜗轮10和工作台通过螺钉连接，蜗杆带动蜗轮转动从而带动工作台进行回转工作。为了消除减速器结构中大小齿轮啮合之间的侧隙，在这里我们选用了偏心环3来消除齿轮齿侧间隙。在此次设计过程中为了连接齿轮和轴，设计蜗轮轴一端定位轴间，另一端端盖定位，圆周方向用平键连接。这样既能准确定位还能减少零件装配复杂程度，同时可以减少轴和零件之间的配合间隙。在这里选用圆光栅18来测量回转工作台的转角精度达到精度加工的目的。圆光栅的测量数据会反馈回数控系统来控制步进电机旋转方向来减小转角偏差，这样会导致回转台进行精确定位。为了使其具有定位锁紧功能，在设计过程中加入了小液压缸14。 在不需要锁紧时，只需要数控系统将液压缸注入压力油推动活塞纵向移动，将压力传导至小钢球17下压弹簧，来推开下边安装的夹紧瓦12，来松开处于夹紧状态下的蜗轮结 3 内蒙古工业大学毕业设计说明书 构，使工作台进行到工作状态。当需要锁紧时，只需要控制数控系统使液压缸中的液压油返回到液压缸的油箱中，压力消失从而使弹簧恢复原位，这样夹紧瓦恢复原位夹紧蜗轮，使得工作台不能进行回转，达到锁紧的目的。 设计回转工作台环着心轴进行回转运动，用螺钉将工作台与心轴进行紧固达到共同回转的目的。并选用圆柱滚子轴承来进行心轴的支撑，在工作中为了保证工作台回转中心线偏差尽量小，这里采用圆锥滚子轴承来减小偏差，使得加工精度得到提高，并且使工作台可以平稳的进行圆周运动。 1.3 设计要求及主要参数 1.3.1设计准则 此次设计完全按照下列需求所进行: 1) 创造性的利用所需要的物理性能 2) 分析原理和性能 3) 判别功能载荷及其意义 4) 预测意外载荷 5) 创造有利的载荷条件 6) 提高合理的应力分布和刚度 7) 重量要适宜 8) 查找文献资料里面的公式进行数据计算 9) 根据性能组合选择材料 10)选择高精度的零件进行装配 11)设计要降低成本并选用合适的工艺进行加工 1.3.2此次设计中的一些主要参数 ,1、回转精度: ,0.1 2、回转工作台直径255mm 3、电机脉冲当量0.9度/脉冲 4、配套主机为通用立式铣床，机械结构要保证与主机的组合关系 4 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 第二章 工作台设计和零部件的选用 2.1设计工作台的基本要求 目前市场上的数控回转工作台大多数都是由以下三大结构构成。首先是动力源，由步进电动机和联轴器构成的驱动装置也就是动力源。第二是由一级齿轮减速器和蜗轮蜗杆构成的减速传动装置，来传递转矩和转速使工作台正常进行回转工作。第三是工作台，安装待加工工件并确保定位精度。 以下是对设计传动方案提出的大致要求: (1)机械的功能要求:应该要满足工作台的载荷、工作精度、工作速度和运动形式。 (2)工作条件的要求:确保可以在恶劣环境下工作，满足场地、工作等要求。 3)工作性能要求:确保传递转矩时有效度高、工作稳定性高。 ( (4)结构工艺性要求;确保设计的机构要合理、加工工艺不繁杂、维修简洁、经济适用等等。 在机床设备当中，工作时的机床切削速度和加工精度尤为重要，在当下的数控机床中回转工作台作为其装配零件对机床的加工精度改变巨大，稳定性也大大提高。在选择了好的合理的传递方案过后，设计的工作台就能直接的影响到机床的性能和机构的合理性。所以我们要查阅参考文献选择更加合理的传动方案。 2.2数控回转工作台传动方案的确定 经过前期的调研、文献检索、综合分析，我对传动方案进行了多次设计和选取，最终确定为:经步进电机传递转矩和转速到一级减速器再到蜗轮蜗杆结构，最后传递到工作台使其进行回转工作。如图2-1就是这一次选取的数控回转工作台的传动方案简介图: 图2-1 设计方案 5 内蒙古工业大学毕业设计说明书 此次传动方案分析简介: 齿轮传动特点: 齿轮传动是当前机械制造业所有传动种类中最重要的传动一中传动方式，在大部分机械传动中，它有着传动有效率最高、结构紧凑所需占地小、工作可靠度高、寿命最长、传动比稳定等优势。 蜗杆传动的特点: 1(结构紧凑 蜗杆每旋转一周，蜗轮转过一个齿距，所以可以实现大的传动比。传动比比其他传动方式的大，所需零件数目少，不占用空间，所以结构相对紧凑。 2(冲击载荷小、传动平稳、噪声低 因为蜗轮蜗杆在传动过程中是很缓慢的进入啮合然后慢慢地退出啮合的，而且齿对相对来说较多。 3(自锁 由于蜗杆的螺旋线升角与当量摩擦角相比较小，所以当蜗杆传动时具有自锁功能。 4(摩擦损失大、效率低 由于啮合处有相对滑动，当滑动速度大时，工作环境不够优秀时，会产生严重的摩擦和磨损。 考虑到以上齿轮和蜗杆蜗轮各自的特点后，选用相对合理的传动方案。选择步进电动机直接带动一级齿轮减速传动，而低速级用于蜗轮蜗杆带动工作台。 2.3电机的选择 步进电动机也叫作脉冲电动机，这是一种实用而且易购买的电机，它可以将脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。由于步进电动机输出的角位移与脉冲信号个数成正比，而且与脉冲信号同步。所以只要控制了脉冲信号的输出还有脉冲电动机的绕组的通电顺序，就能得到想要的改变角度、旋转速度、还有回转方向。同时步进电机在无脉冲信号时还可以锁相。作为此次设计的工作台的转速转矩来源，我们选择的步进电动机总体结构组成相对简单、购买简单容易、价格低廉。而且它的转子转动惯量相对小、动态响应快、启动和停止方便快捷、很容易实施正反转和无级变速。步进电动机种类多，目前于机械传动系统当中应用范围最为普遍。其缺点是低频时有震荡，高速时转矩不够。 在考虑过上述当中的优缺点之后，此次设计最终决定选用简洁、易购买、适用范围广的步进电动机。 2.3.1脉冲电动机在选择时需要注意的事项 务必确保: 6 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 1) 选择适当的步距角。 2) 所选择电动机的额定功率要大于工作台负载回转工作所必要的功率，在考虑到经济适 用性的前提下选择较小功率的步进电机。 3) 要确保工作台进行回转工作的可靠性，保证电机的所有频特曲线符合条件。在校核过 程中确保矩频特性符合要求。 ,4) 需要保证回转工作台的回转精度,0.1。 2.3.2电机的参数计算 1)电机功率的计算 回转台工作的功率的算法: (2-1) P,FV/1000ηwwww P,Tn/9550η (2-2) www T,150N,m其中，n,36r/min 步进电机的工作效率 η,0.97 ww ，，P,150，36/9550，0.97,0.58w 所以电机功率: P,P/η (2-3) 0w 3 η,ηηη (2-4) 123 式中:结构总传动的总效率 , ,为齿轮传动的传动效率 1 ,为一对轴承效率 2 ,为蜗杆传动的效率 3 由表2-1列出的传动效率可得: 表2-1各种传动效率 序号 类别 方式 效率 圆柱齿轮传动 0.971 一般的齿轮传动 0.992 滚动轴承 球轴承 7 内蒙古工业大学毕业设计说明书 3 蜗杆传动 双头蜗杆 0.75~0.82 4 蜗杆传动 圆弧面蜗杆 0.85,0.95 齿轮传动的传动效率: = 0.97,1 轴承的效率: = 0.99,2 蜗杆传动的传动效率: = 0.82,3 因此由3-4式得传动总效率: 33 ,,,,,,，，,0.970.990.820.77123 由3-3式可知道电机功率: P,P/η,0.56/0.77,0.76kw0w 由此得出一般电机的额定功率的范围: ，，P,1,3P,0.76,0.98kwm0 P,0.76kw 取电机额定功率m 2)确定电机转速 查参考文献[3]表1-8，可取: 齿轮传动比:3-5 蜗杆传动比:15-32 所以计算总传动为:iii,，,，,，,,31553245160 12 电机的转速范围: Nin,,,，,,(45160)361620/min5760/minrr w )传递转矩 3 转矩的范围: T,9550P/N,9550，0.76/1620,4.3N,m 0 由计算得出的电机转矩转速数据得知，此次设计选择的动力源步进电机的型号是: 90BYG2502，其各项的参数如表2-2所示: 8 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 表2-2 90BYG2502型电机参数 规格型号 相电最大转矩转动惯量重量外形尺寸,步距角 /流A /mm2 gcm,Nm,/kg/ / 90BYG2502 0.9/1.8 4 6 4 1 92×92 2.4齿轮的设计 2.4.1齿轮材料确定 查询文献[2]GB/T10085—1988可知，此次一级减速器设计选择直齿圆柱吃苦你作为传 动部件。下图2-2所示。其中?为小齿轮，?为大齿轮。 此次工作台设计对于速度要求不大，所以输入轴选用材料为45钢。为了减小各齿面 的摩擦消耗，确保各齿轮齿面的硬度为45-55HRC。齿轮材料如下: 1)齿轮7级精度; 2)小齿轮用40Cr调质处理， 齿面硬度为280HBS，选用实心式; 3)大齿轮用45钢，淬火处理， 齿面硬度为240HBS，采用腹板式; 4)选用传动比为i,3，其中取小齿轮齿 Z,23Z,i,Z,3，23,69数为，那么大齿轮齿数为 121 图2-2 一级齿轮传动 2.4.2齿轮强度计算 1、按齿面接触疲劳强度计算 32,,KTZZZ2u，1HtHE,1 (2-5) ,,d,,,t1,,,,,,udH,, K式中:为载荷系数 Ht T 为小齿轮转矩 1 为齿宽系数 ,d Z 为弹性影响系数 E 9 内蒙古工业大学毕业设计说明书 为接触疲劳许用应力 [],H 为区域系数 ZH (1)计算式中各参数 1)本设计中试选取载荷系数为; K,1.3Ht 2)算出小齿轮的转矩 由电机的转距可知: (2-6) T,9550P/N,9550，0.76/1800,4.0N,m111 3)经查询文献[1]中的表10-7得出，齿轮的宽度系数为 ,d,1 12Z,189.8MP4)经查询文献[1]中的表10-5可以得到齿轮材料的弹性影响系数为 Ea 5)经查询文献[1]中的图10-20可以知道齿轮的区域系数 Z,2.5H6)经查询文献[1]中可以计算得出重合度系数Z,0.82 ,7)经浏览文献[1]查得图10-25d小齿轮和大齿轮的接触疲劳强度极限分别为 ,,600MPa,,550MPa; Hlim1Hlim2 K,0.90K,0.958) 阅读文献[1]查图10-23得到齿轮接触疲劳寿命系数分别为， HN1HN2 9) 计算接触许用应力 1%选取失效概率为，安全系数s,1，则 K,HN1lim1[]0.9600540a,,，,MP ,H1S K,HN2lim2[]0.95550522.5a,,，,MP ,H2S [],取较小者: H [], =522.5MPa H 10)试算小齿轮分度圆直径: 33224,,2，12，1.3，4，103，12.5，189.8，0.82KTZZZu,,HtHE,1,, ,,,,，，d,,t1,,,,,,13523u,,dH,, ,42.49mm (2)调整小齿轮分度圆直径 10 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 1)周转速度 v dn，42.49，1800,,1t1 ,,,4.0m/s,60，100060，1000 2)齿宽b计算 b,,d,1，42.49,42.49mmd1t 3) 计算实际载荷系数 KH 查参考文献[1]表10-2得使用系数 K,1A ,,4.0m/s 根据、7级精度，图10-8得动载系数 K,1.12V 寻找文献[1]中表10-3可以知道齿间载荷分配系数为 K,1.2H, 经文献[1]中表10-4可知使用插值法能得到齿轮7级精度、对称布置时的齿向载荷分 K,1.42布系数为。实际载荷系数为 K,KKKK,1，1.12，1.2，1.42,1.91H,HAVH,H,4)查询文献[1]中式子10-12按实际载荷系数算得的齿轮分度圆直径是 33K1.91Hd,d,42.49，,48.3mm t11K1.3Ht 5)计算模数m m,d/z,48.3/23,2.1mm11 2、按齿根弯曲疲劳强度设计 查得参考文献[1]式10-7试算模数: 3 ,,2KTYYYFtFasa1,,, (2-7) ,,mt2,,,,,,zdF1,, (1)确定式中各参数值 K,1.31)试选 Ft Y,0.6882)查参考文献[1]式10-5计算得 , Y,2.65Y,2.233)查参考文献[1]得齿形系数、 Fa1Fa2 Y,1.58Y,1.764)查参考文献[1]中图10-18可以找到齿轮应力修正系数分别为、 sa1sa2 5)查询文献[1]中图10-24可以知道小齿轮和大齿轮的弯曲疲劳强度极限分别为 ,,500MPa,,380MPa ; Flim1Flim2 11 内蒙古工业大学毕业设计说明书 6)查询文献[1]中图10-22可以得到小齿轮和大齿轮的弯曲疲劳寿命系数分别为 ; K,0.85K,0.88FN1FN2 7)计算弯曲疲劳许用应力 经计算和查询文献后选取弯曲疲劳安全系数为 S,1.4 K,FNFlim (2-8) ,,,,FS 计算得: K,0.85500，FNFE11 []303.57,,,MPaMPa,F1S1.4 K,0.88380，FNFE22 []238.86,,,MPaMPa,F2S1.4 2.65，1.58YYFa1sa1 ,,0.0138,,,303.57F1 2.23，1.76YY22Fasa ,,0.0164,,,238.86F2 YYFasa因为大齿轮的大于小齿轮，所以取 ,,,F YYFasa,0.0164 ,,,F 经上述计算后，将所有参数代入式子2-7中可以得到: 334,,2KTYYY2，1.3，4，10，0.688FtFasa1,,, m,,,，0.0164,1.30mmt22,,,,,,z1，23dF1,, (2)调整齿轮模数 计算实际载荷系数前的数据准备 v1)圆周速度 d,mz,1.3，23,29.9mm 111 dn，29.9，1800,,11v,,,2.82m/s 60，100060，1000 2)齿宽b b,,d,1，29.9,29.9mm d1 b/h3)宽高比 12 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 ,, ，，，，h,2h，cm,2，1，0.25，1.30,2.925mmat b/h,29.9/2.925,10.22 载荷系数为 K,KKKK,1，1.08，1，1.34,1.45FAvF,F, 4)经过查询参考文献[1]中式子10-13，可以得到按实际载荷系数算得的齿轮模数 33K1.45Fm,m,1.30，,1.348mm tK1.3Ft 查看上述所有的计算成果后发现，齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳计算出来的齿轮模数m不相同，而且基于后者的承载能力仅仅是决定齿轮模数的大小。再加上齿轮齿面接触疲劳强度承担载荷的能力只是和齿轮的直径大小有联系，所以将齿轮齿根弯曲疲劳强度计算出来的模数1.348mm取为1.5mm,所以可以得到小齿轮的分度圆直径为，d,48.3mm1由此得到小齿轮的齿数为 z,d/m,32.2111 可以取z,32，则大齿轮齿数，取z,97，和互为质数。 z,iz,3，32,96zz1221122.4.3尺寸计算 1)计算分度圆直径 d,zm,32，1.5,48mm11 d,zm,97，1.5,145.5mm22 2)计算中心距 d，d48，145.512a,,,96.75mm 22 3)计算齿轮宽度 b,,d,1，48,48mm d1 b,48mmb,58mm取， 21 a,97mm中心距圆整取 d,d，2m,48，2，1.5,51mm齿顶圆直径 a11 d,d，2m,145.5，2，1.5,148.5mm a22 ,,，，，，d,d,2h，cm,48,21，0.25，1.5,44.25mm齿根圆直径 f11a ,,，，，，d,d,2h，cm,145.5,21，0.25，1.5,141.75mm f22a 13 内蒙古工业大学毕业设计说明书 2.5蜗轮蜗杆设计 经查询参考文献可以得到根据GB/T10085-1988的推荐，此次设计蜗轮蜗杆传动选择选渐开线蜗杆()，它的传动比为。而且在蜗轮蜗杆的材料的选取上，由于其传ZIi,20 动的速度不高，转矩较小。所以: 1)蜗杆选45钢; 2)为了降低磨损度，提高工作效率，此次设计选择的蜗轮蜗杆的螺旋齿面要经过淬火处理，要求齿面硬度达到45-55HRC; 3)此次设计蜗轮将选择铸锡磷青铜ZCuSn10P1材料,金属模铸造。为了减小经济使用额尽量减少使用有色金属，所以只有蜗轮的齿圈用青铜制造，而蜗轮的轮芯用灰铸铁HT100制造。 2.5.1蜗轮蜗杆强度设计 首先蜗轮蜗杆强度要按照齿面接触疲劳强度来进行设计: 查询文献可以知道蜗杆设计的要求是首先应该按照蜗杆齿面强度进行设计，然后再校正蜗杆齿根的弯曲疲劳强度，经查询文献[1]知，可以求得传动中心距: 3 ZZ,,,E,,aKT, (2-9) 2,,,,,H,, 式中:K为载荷系数 为蜗杆上的转矩 T2 为弹性影响系数 ZE Z 为接触系数 , 为许用接触用力 [],H 确定式中各参数 1)计算蜗轮上的转矩 T2 Z,2,,0.75按，估取效率，则 1 595.510，P2T, (2-10) 2n2 iii,,，,32060 1212 14 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 n,n/i,1800/60,30r/min2112 P,P,,0.76，0.9,0.68kw21 那么为 T2 9550P9550，0.682 T,,,216.5N,m2n302 2)确定载荷系数 K K,1 因为蜗轮蜗杆在加工时载荷比较固定，于是选用载荷分布不均匀系数为，经浏览,参考书[1]中表11-5后知道蜗轮使用系数为K,1.15，考虑到工作所需转速低，冲击载荷A 小，所以取动载荷系数为K,1.05则 , KKKK,,1.21 A,, 3)确定弹性影响系数 ZE 12ZMPa,160 由于蜗轮的材料是铸锡磷青铜，蜗杆的材料是钢，所以。 E4)确定接触系数 Z, d1 在此次数据计算里先预设蜗杆分度圆直径和蜗杆蜗轮的中心距a的比为，查d,0.351a Z,2.9阅参考资料[1]图11-18中可得。 , [],5)确定许用接触应力 H 由于此次设计蜗轮将选择铸锡磷青铜ZCuSn10P1材料,金属模铸造，要求齿面硬度达到 '[]268,,MPa45-55HRC，所以查的中得蜗轮的基本许用应力为。 H 7应力循环次数 N,60jnL,60，1，30，12000,2.16，10h2 8710K,,0.958寿命系数 HN72.16，10 ',,,,则 ,,K,,,0.958，268,256MPa HHNH 将上面所有设计和查阅资料所得到的参数全都代入式2-9中得到中心距 33,,,ZZ160，2.9,,E,, a,KT,1.21，216.5，,7.8mm ,,2,,,,,256,,H,, 15 内蒙古工业大学毕业设计说明书 为了设计需求选择中心距，由于，经查询参考文献[3]中可以知道此次设i,20amm,100 d401计选择模数为，蜗杆分度圆直径为。由于，查询参考资料[3]dmm,40m,4,,0.41a100 ''Z,2.72ZZ,图11-18中知道接触系数为，因为，所以符合要求。 ,,,2.5.2 蜗杆与蜗轮的参数 (1)蜗杆 1)轴向齿距 查参考文献[3]表11-3得 Pmmm,,，,,3.14412.56a ,'"2)通过查询参考资料[3]表11-2可以得到直径系数，分度圆导程角 ,,214805q,103)通过查询参考资料[3]表11-3得到齿顶圆直径和齿根圆直径 * ddhmmm,，,，，，,24021448aa11 ***ddhmcdhmcmmm,,，,,，,,，，，，,2()2()402(140.254)30 faa111 4)通过查询参考资料[3]表11-3得蜗杆轴向齿厚 11Smmm,,，，,, 3.1446.28 a22 (2)蜗轮 Z,51x,0.751)通过查询参考资料[3]表11-2可以得到蜗轮齿数，变位系数; 22 验证传动比 Z512i,,,25.5 Z21 2)通过查询参考资料[3]计算可知分度圆直径 d,mZ,4，51,204mm 22 3)通过查询参考资料[3]知道蜗轮齿顶高和喉圆直径 ,，， h,m，，h，x,41，0.75,7mm a2a2 d,d，2h,204，2，7,218mm a22a2 4)通过查询参考资料[3]知道蜗轮齿根高和齿根圆直径是 ,,，，，，h,mh，c,41，0.25,5mm f2a 16 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 d,d,2h,204,2，5,194mmf22f2 2.6联轴器的选择 联轴器的转矩 595.510，PK T,nn 式中:为联轴器公称转矩 Tn P为驱动功率 n为工作转速 K为工作系数，取K=2 则: 9550，0.76 T,，2,8.06N,m n1800 故选用弹性套柱销联轴器SRJ-40C型号尺寸如下图2-3 图2-3 联轴器参数 2.7 输入轴的设计 2.7.1 轴上参数计算 T(1)求输入轴上的， P11 ,,0.98联轴器传动效率 1 P,P,,0.76，0.99，0.98,0.74kw 10 n,1800r/min 1 P0.741T,9550,9550，,3926N,mm 1n18001 (2)计算作用于齿轮上的力 17 内蒙古工业大学毕业设计说明书 经上面计算可以知道小齿轮的节圆直径是48mm 2T2，39261 F,,,163.58Ntd481 , F,Ftan20,163.58，0.364,59.54Nrt F,0Na 轴上力情况分析如下图2-4所示; 图2-4 输入轴受力图 (3)求轴最小直径 A,112 因为选择的输入轴的材料是45钢，进行淬火处理，所以得到,则 0 33P0.741d,A,112，,8.32mm min0n18001 联轴器的选用考虑到输入轴所计算得出的最小直,上文查询文献得出了联轴器的选用型 d,15mm号图，所以选取。考虑到半联轴器长度L=22mm，为了使轴的挡圈有空间，1-21,2 L,18mm段轴长选取比L小，所以。因为轴1-2段右端需制出轴肩定位，所以2-3段轴1,2 d,17mm直径为。 2,3 (4)轴的设计 1)输入轴如图2-5所示; 2)轴承选定为球轴承。因为在工作台进行回转运动时轴承受到了径向力与轴向力的共同 d,20mm作用，所以此次设计选择角接触球轴承。轴3-4段，查参考文献[2]表9-303,4 d,24mm初步选定角接触球轴承7204。设计定位轴间，所以 4,53)按照轴向定位来确定轴的各段参数 如图2-5所示为输入轴的结构。 18 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 图2-5 输入轴结构图 d,15mmL,18mm1,21,2 L,26mm d,17mm2,32,3 d,20mm L,13mm3,43,4 d,24mmL,25mm 4,54,5 d,20mmL,90.5mm 5,65,6 4) 轴上周向定位 d 考虑到联轴器、齿轮与轴互相之间的圆周方向的定位均选择了圆键连接。按由查询参56 b，h,6，6mm考资料[1]表6-1得。经查询后知道在联轴器与轴连接中，采用圆键 b，h,5，5mm。 5)求轴的载荷 如下图2-6所示，输入轴承受的载荷分析图; 危险截面上的、M及M，如表2-3所示; MVH 表2-3 输入轴截面应力 各载荷水平面H垂直面V 19 内蒙古工业大学毕业设计说明书 F,68.7NF,94.8NF,25NF,34.5N支反力F NH1NH2NV1NV2 M,1362.5N,mmM,3744.6N,mm轴上弯矩M VH 22 轴总弯矩 M,M，M,3984.7N,mm HV T,3926N,mm 轴上扭矩T 图2-6 输入轴应力图 6) 对输入轴进行校核 浏览查询参考资料[1]中式15-5和表2-3中的数据，取。 ,,0.6计算轴的应力: 2222M，T3984.7，0.6，3926，，，，, ,,,5.78MPa,ca3W0.1，20 20 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 此次设计输入轴材料为45钢，进行调质处理，查询参考资料[1]表15-1得到 ，满足的条件，校核安全。 []60,,MPa,,,[],1ca,1 2.8 蜗杆轴的设计 2.8.1 蜗杆轴参数设计 1.蜗杆轴上、和的计算 PnT333 轴承 齿轮 ,,0.97,,0.9921 33 P,P,,,0.74，0.99，0.97,0.70kw3112 n,n/i,1800/3,600r/min31 P0.7043 T,9550,9550，,1.1，10N,mm3n6003 2.齿轮上力计算 由上计算可以知道大齿轮的节圆直径为 d,145.5mm2 2T3F,,151.2Ntd2 F,0N a ,F,Ftan20,55.03Nrt 3.计算轴最小直径 A,112 查询参考资料[1]式15-2,表15-3，选取，则 0 33P0.703d,A,112，,11.8mm min0n6003 dmm,30取 min 4.轴的结构 轴结构如下图2-7所示。因为在工作台进行回转运动时轴承受到了径向力与轴向力的 dmm,30共同作用，所以此次设计选择角接触球轴承。根据要求并因为，所以选用角III, 接触球轴承7207。 21 内蒙古工业大学毕业设计说明书 图2-7 蜗杆轴结构 (1)计算各轴长 1)设计满足最小轴要求 dmm,30 d,35mm12,2,3 d,35mml,37mm8,98,9 l,15.5mml,24mm2,31,2 2)保证大齿轮合理装配 d,30mm10,11 d,36mm9,10 l,34mm10,11 l,69.7mm9,10 3) 设计确保蜗杆安装 d,40mm3,4 d,48mm4,5 l,62.5mm3,4 l,68.4mm4,5 4)计算蜗杆轴危险截面应力 下表2-4为截面处的及的值: MMMVH 表2-4 截面应力 水平面H垂直面V轴载荷 M,5778.2N,mmM,15876N,mm 轴上弯矩M VH 22M,M，M,15877N,mm轴总弯矩 HV 4轴上扭矩T T,1.1，10N,mm 22 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 2.8.1 轴强度的校核 蜗轮轴的危险截面所受应力，选。则: ,,0.6 22224，，M，,T，，15876，0.6，1.1，103 ,,,6.7MPa,ca3W0.1，30 此次设计中蜗杆轴材料选用45钢，进行调质处理。查询参考资料[1]得到 ，满足的条件，此次校核安全。 []60,,MPa,,,[],1ca,1 23 第三章 总结 总结 数控回转工作台作为现在机械行业的型部件应用十分普遍，在数控铣床、数控镗床和加工中心上经常能够见到。随着机械行业的快速发展，社会需求对机床的要求也越来越高。从某方面来说，数控回转工作台提高了加工精度和加工速度。数控回转工作台是一个高精度、高稳定性的机床部件。回转工作台由数字控制系统来实现了智能化，减少了人为的干预，从而降低了人为误差。 此次设计的回转工作台与市面上应用广泛的工作台结构相同，使用方便、精度高、稳定性高、制造简易。都是选择一级齿轮减速器和蜗轮蜗杆共同传递转速转矩的的结构。 在此次设计的过程中我将以前学过的机械类知识、查阅的文献资料与实际结合起来，当然，也有好多是自己不了解的领域，通过咨询导师和同学，让我受益匪浅。同时也查阅了好多参考文献，扩充了自己的知识面。提升了自己的知识运用能力。 24 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 参考文献 [l] 濮良贵,纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2006 [2] 吴宗泽,卢颂峰,冼键生.简明机械零件设计手册[M].北京:中国电力出版社，2010 [3] 尹志强.系统设计课程设计指导书[M].北京:机械工业出版社,2007 [4] 孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理[M].北京:高等教育出版社,2006 [5]郑金兴.机械制造装备设计[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2006 [6]赵雪松,任小中,于华.机械制造装备设计[M].武汉:华中科技大学,2009 [7] 文怀兴.数控铣床设计[M].北京:化学工业出版社,2005 [8] 邓三鹏.数控机床结构及维修[M].北京:国防工业出版社,2011 [9] 王友林.数控双转轴式回转工作台的结构与工作原理[J].煤矿机械,2009 [10] 吴宗泽.机械设计课程设计手册[M].北京:高等教育出版社,2006 [11]龚溎义，罗圣国.机械设计课程设计指导书[M].高等教育出版社，2011 [12]孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[M].北京:高等教育出版社，2013 [13]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社，2010 [14]甘永立.几何量公差与检测[M].上海:上海科学技术出版社，2013 [15]Schmidt P. Rotary table: US, US5000513[P]. 1991. [16]Bode H, Schreiber M, Schmid G. Rotary table mounting and drive device: US, US 8136426 B2[P]. 2012. [17]Bugg C H. ROTARY TABLE: US, US 3653340 A[P]. 1972. [18]Gottschalk C E. CNC machine tools: US, US6325697[P]. 2001. 25 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 致 谢 四年的大学生活就这样即将结束了，毕业设计也在时间的流走中逐渐完成。至今还沉浸在知识的海洋里，设计的过程中，努力的充实中。在为期12周的努力下，毕业设计完终于成了预设的目标。 以前我一直认为，毕业设计仅仅是一次对自己所学知识的一次纯粹的总结，和以前的课程设计没有区别，直到动手开始这次毕业设计才明白自己的这种想法是可笑的。毕业设计不仅是对大学四年所学知识的总结，更是对自己的一次考验，对自己的一种提升。总有人说没有经历过毕业设计的大学是不完整的大学生活，真的很有道理。毕业设计就好比是对大学生活的画龙点睛之笔，虽然相对大学生活来说这12周的时光是短暂的，但我认为这12周是大学生活中非常重要的。 在此我要特别感谢我的指导老师—张兰挺副教授。感谢老师在毕业设计这段时间给我们的大量帮助，耐心讲解改错。也感谢帮助过我的大学同学，感谢有这些参考文献供我们查阅。感谢大学四年里我的所有任课老师，感谢你们教我这样多的知识。在此次设计过程中我通过查阅文献，向指导老师请教，与同学间相互探讨等方式，让我收获颇多。设计中有抱怨，更有喜悦和收获。这次的毕业设计让我懂得了将所学到的知识转化到实际应用中的重要性，更让我收获了满满的自信，让我知道自己也是一个可以对社会做出自己的贡献的人。我明白这次毕业设计的经历是我人生中很重要的财富。最后，对答辩组老师百忙之中抽出时间对进行评审表示衷心的感谢～ 26 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 27