長距離勻速往復(fù)運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[機(jī)械畢業(yè)論文-答辯通過]

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- 0 -自動機(jī)械裝備設(shè)計(jì)（說明書）2009 屆題 目 長距離勻速往復(fù)運(yùn)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué)生姓名 學(xué) 號 09082508 指導(dǎo)教師 論文字?jǐn)?shù) 15000 完成日期 2013 年 5 月 優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載需要 CAD 圖紙，咨詢 QQ：414951605 或 1304139763摘 要本文介紹一種新型的長距離輸送裝置。與以前常見的輸送方式相比較，往復(fù)距離很長（比如1M，2M）那么曲柄機(jī)構(gòu)就不能實(shí)現(xiàn)。在兩軸之間安裝皮帶或鏈條作為傳動機(jī)構(gòu)，那么往復(fù)距離就可以設(shè)計(jì)的相當(dāng)?shù)拇?。在皮帶或鏈條上安裝一傳動銷，與工作臺上的滑動長孔相配合，那么就可以帶動工作臺長距離往復(fù)運(yùn)動。此系統(tǒng)的特點(diǎn)是不但往復(fù)距離可以相當(dāng)?shù)拈L，并且往復(fù)兩端的加速和減速是相當(dāng)平穩(wěn)的，至于驅(qū)動電機(jī)則可以使用無級變速電機(jī)。本文對這種機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，經(jīng)過分析該機(jī)構(gòu)是可行和合理的，對以后選擇長距離輸送機(jī)構(gòu)有了新的一種選擇方案。關(guān)鍵詞：長距離，輸送裝置，往復(fù)運(yùn)動，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)- 2 -AbstractThis paper introduces a new type long distance conveying device. With the previously common conveying means photograph is compared, reciprocating long distance ( such as 1M, 2M ) then the crank mechanism cannot be achieved. In between the two shafts mounted belt or chain as the transmission mechanism, so the reciprocating distance can design is quite large. In a belt or chain is mounted on a drive pin, and the working table with sliding long Kong Xiang, then it can drive the reciprocating movement of long distance. The characteristic of this system is not only the reciprocating distance can be quite long, and back ends of the acceleration and deceleration is quite smooth, can be used as driving motor stepless speed variable motor.The organization has carried on the detailed design and calculation, through the analysis of the mechanism is feasible and reasonable to select, after long distance conveying mechanism is a new kind of options.Key Words: Long distance, conveying device, the reciprocating motion, mechanism design目 錄摘 要 ..............................................................................IIAbstract ...........................................................................III需要 CAD 圖紙，咨詢 QQ：414951605 或 1304139763目 錄 ..............................................................................IV第 1 章 緒論 ..........................................................................61.1 課題研究的背景及意義 .........................................................61.2 本課題的研究內(nèi)容 ..............................................................7第 2 章 長距離勻速往復(fù)運(yùn)動機(jī)構(gòu)總體方案 ................................................82.1 設(shè)計(jì)方案分析與比較 ...........................................................82.2 設(shè)計(jì)方案確定 .................................................................92.2.1 往復(fù)運(yùn)動工作機(jī)構(gòu)傳動方式的確定 ..........................................92.2.2 傳動方式的選擇 .........................................................102.2.3 電動機(jī)起動方式的確定 ..................................................10第 3 章 主要傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 .......................................................113.1 電機(jī)的選型 ...................................................................113.2 蝸輪蝸桿減速器的選型 .........................................................113.3 帶傳動計(jì)算 ..................................................................13第 4 章 傳動軸組件要求與設(shè)計(jì)計(jì)算 .....................................................154.1 傳動軸的基本要求 .............................................................154.1.1 旋轉(zhuǎn)精度 ...............................................................154.1.2 剛度 ..................................................................164.1.3 抗振性 ................................................................164.1.4 溫升和熱變形 ..........................................................164.1.5 耐磨性 ................................................................174.2 傳動軸組件的布局 .............................................................174.3 傳動軸結(jié)構(gòu)的初步擬定 .........................................................194.4 傳動軸的材料與熱處理 .........................................................194.5 傳動軸的技術(shù)要求 .............................................................204.6 傳動軸直徑的選擇 .............................................................204.7 傳動軸前后支承軸承的選擇 .....................................................214.7.1 傳動軸前支承軸承的選擇 ................................................214.7.2 傳動軸后支承軸承的選擇 ................................................224.8 傳動軸前端懸伸量 .............................................................224.9 傳動軸支承跨距 ...............................................................234.10 傳動軸結(jié)構(gòu)圖 ................................................................234.12 傳動軸組件的驗(yàn)算 ............................................................244.12.1 支承的簡化 ...........................................................244.12.2 傳動軸的撓度 ..........................................................244.12.3 傳動軸傾角 ...........................................................25第 5 章 機(jī)架的設(shè)計(jì) ...................................................................285.1 機(jī)架的基本尺寸的確定 .........................................................285.2 架子材料的選擇確定 ..........................................................285.3 主要梁的強(qiáng)度校核 ............................................................28總結(jié) ................................................................................30參考文獻(xiàn) ............................................................................31致 謝 ...............................................................................32- 4 -第 1 章 緒論1.1 課題研究的背景及意義長距離帶式輸送機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)作為整機(jī)的樞紐,這就使得長距離帶式輸送機(jī)的膠帶張力控制和帶動力都是極為重要的。因此 ,在提高輸送機(jī)所用膠帶性能的同時(shí) ,長距離帶式輸送機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)必須能夠滿足各種綜合動力的技術(shù)要求 ,以適應(yīng)輸送各種物料的需要。 1、驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)要求 長距離帶式輸送機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)必須從加 (減)速度、過載、負(fù)荷分配、輸送帶張力控制等方面有效地對輸送機(jī)進(jìn)行全程控制。 (1)加 (減)速度控制在小于最大設(shè)計(jì)載荷的任何載荷情況下 ,驅(qū)動系統(tǒng)都必須前后均勻地給輸送帶加 (減)速 ,且加速段要長 ,以防止物料滑落、膠帶在滾筒上打滑和過度張緊運(yùn)動。 (2)過載控制 驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)能防止輸入功率和扭矩越過安全設(shè)施進(jìn)入輸送機(jī) ,以免產(chǎn)生故障。同時(shí) ,還應(yīng)具備隨時(shí)排除輸送機(jī)阻卡現(xiàn)象的功能。 (3)負(fù)荷分配 多機(jī)驅(qū)動情況下 ,載荷應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范合理地分配給各驅(qū)動裝置 ,避免因?qū)е聜€(gè)別或多個(gè)驅(qū)動裝置過載而影響輸送機(jī)各部件運(yùn)行質(zhì)量 ,造成不必要的運(yùn)行故障。 (4)輸送帶張力控制 輸送帶的正確張力是保證輸送機(jī)安全、可靠運(yùn)行的首要條件之一。但帶式輸送機(jī)起止瞬間形成的帶張力會給輸送機(jī)的運(yùn)行和控制帶來很大的不利影響 ,嚴(yán)重的破壞性張力波可能會使長距離帶式輸送機(jī)迅速減速乃至停機(jī)。因此 ,驅(qū)動裝置必須按要求控制住進(jìn)入輸送機(jī)的輸送功率 ,使輸送帶隨時(shí)保持良好的張力。 2、輸送機(jī)驅(qū)動性能驅(qū)動系統(tǒng)是輸送機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備 ,它的各部件都應(yīng)具備最佳的可靠性 ,都必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范精心設(shè)計(jì)和制造。在使用期間 ,要配備良好的監(jiān)控設(shè)備 ,隨時(shí)了解掌握輸送機(jī)運(yùn)行情況 ,避免突然事故和阻卡現(xiàn)象給輸送機(jī)造成的損失 ,減少維修和停機(jī)次數(shù) ,提高長距離帶式輸送機(jī)的使用效率。 3、最小電應(yīng)力對長距離帶式輸送機(jī)來說 ,如果所有電機(jī)同時(shí)啟動 ,電源系統(tǒng)中的電壓負(fù)荷急劇增大 ,導(dǎo)致電壓下降 ,使電機(jī)啟動時(shí)間延長乃至困難 ,對電機(jī)產(chǎn)生應(yīng)力 ,因此 ,當(dāng)在最小電壓時(shí) ,驅(qū)動系統(tǒng)也必須能使主要電機(jī)及時(shí)啟動。同時(shí) ,電機(jī)每次啟動時(shí)產(chǎn)生的極大電流會使電機(jī)溫度增高 ,而電機(jī)啟動所需時(shí)間越長 ,電流持續(xù)時(shí)間越長 ,溫度也越高 ,電機(jī)的熱化損壞也越快 ,從而使絕緣體的耐熱性能下降 ,并最終在絕緣體內(nèi)進(jìn)行化學(xué)物質(zhì)的變化 ,使絕緣體完全失去功能 ,最后毀壞電機(jī)。因此 ,要盡量以最小電應(yīng)力進(jìn)入電機(jī) ,且啟動次數(shù)盡可能減少 ,啟動時(shí)間盡可能縮短 ,使電機(jī)有良好的使用環(huán)境。 4、最小機(jī)械應(yīng)力需要 CAD 圖紙，咨詢 QQ：414951605 或 1304139763由于驅(qū)動系統(tǒng)的載荷分配不均,特別是急速啟動情況下 ,包括不可控制的啟動情況 ,以及不能逆止輸送機(jī)的情況 ,直接影響輸送機(jī)的主要驅(qū)動裝置及其他部件上的應(yīng)力。針對產(chǎn)生的原因 ,必須對長運(yùn)距帶式輸送機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì) ,在恰當(dāng)分配各驅(qū)動裝置載荷的情況下 ,設(shè)立適長的啟動斜面并采用 S 型啟動斜面以減少輸送帶應(yīng)力。同時(shí) ,實(shí)行軟啟動以對輸入功率和扭矩進(jìn)行最大程度的限制 ,提高輸送機(jī)的安全性 ,而減少對輸送帶的要求因素 ,這樣就有效地降低輸送機(jī)的成本。 5、膠帶強(qiáng)度要求膠帶要正常運(yùn)行必須是封閉環(huán)路 ,將一個(gè)以上的膠帶端部連接起來才能形成無極膠帶同路 ,而接頭強(qiáng)度只能達(dá)到該膠帶強(qiáng)度的 70 %～90 %。因此 ,膠帶的最薄弱處就是它的接頭 ,所以如何確定接頭的最佳連接方法就成為提高膠帶實(shí)際強(qiáng)度的關(guān)建。對膠帶的安全性 ,現(xiàn)主要基于四項(xiàng)不同的設(shè)計(jì)規(guī)范 ,即運(yùn)行張力、起動張力、膠帶延伸性和壽命的遞減、接頭動態(tài)效能的損失。對運(yùn)行張力雖通常按最高張力條件確定 ,但由于造成接頭疲勞的額定運(yùn)行張力約占最高設(shè)計(jì)張力的 80 %,故很難達(dá)到 ;對起動張力是一種不常出現(xiàn)的周期性條件 ,可根據(jù)停機(jī)和啟動的頻率來確定是否應(yīng)視為持續(xù)起作用的疲勞因素 ;對膠帶延伸應(yīng)力和性能退化應(yīng)該視為一種持續(xù)負(fù)荷加到運(yùn)行數(shù)值中 ,由于利用新技術(shù) ,膠帶接頭間的動態(tài)強(qiáng)度達(dá)到了一個(gè)新水平 ,現(xiàn)在鋼繩的耐用性倒成了限制接頭高效能的因素 ,橡膠性能的改進(jìn)使無淪何種強(qiáng)度的膠帶均能獲得效果良好的高效能接頭。 基于上述問題，急需探索一種新的結(jié)構(gòu)形式來代替當(dāng)前的長距離勻速往復(fù)運(yùn)動。1.2 本課題的研究內(nèi)容自動化控制技術(shù)被引入工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有一百多年的歷史了，隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展自動化控制技術(shù)更加日新月異。伴隨著數(shù)學(xué)、控制理論計(jì)算機(jī)、電子器件的發(fā)展，出現(xiàn)了自動化控制技術(shù)系統(tǒng)，并作為一門應(yīng)用科學(xué)已發(fā)展成熟，形成了自己的體系和一套行之有效的分析和設(shè)計(jì)方法。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，機(jī)械在品種`規(guī)模`設(shè)計(jì)與制造技術(shù)等方面也得到了迅速的發(fā)展和提高。目前全國各地均建有機(jī)械制造廠，并逐步走向?qū)I(yè)化生產(chǎn)，以能獨(dú)立自主地進(jìn)行從單機(jī)到成套設(shè)備乃至自動生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與制造。皮帶式輸送機(jī)具有輸送量大、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、部件標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、煤炭等行業(yè)，用來輸送松散物料或成件物品，可由于長距離帶式輸送機(jī)總會產(chǎn)生各種問題。談到往復(fù)運(yùn)動機(jī)構(gòu)，人們首先想到的是曲柄機(jī)構(gòu)，但是如果往復(fù)距離很長，比如 1M，2M，那么曲柄機(jī)構(gòu)就不能實(shí)現(xiàn)啦。在兩軸之間安裝皮帶或鏈條作為傳動機(jī)構(gòu)，那么往復(fù)距離就可以設(shè)計(jì)的相當(dāng)?shù)拇?。在皮帶或鏈條上安裝一傳動銷，與工作臺上的滑動長孔相配合，那么就可以帶動工作臺長距離往復(fù)運(yùn)動。此系統(tǒng)的特點(diǎn)是不但往復(fù)距離可以相當(dāng)?shù)拈L，并且往復(fù)兩端的加速和減速是相當(dāng)平穩(wěn)的，至于驅(qū)動電機(jī)則可以使用無級變速電機(jī)。- 6 -第 2 章 長距離勻速往復(fù)運(yùn)動機(jī)構(gòu)總體方案2.1 設(shè)計(jì)方案分析與比較輸送機(jī)的設(shè)計(jì)方案比較，主要是輸送機(jī)中動力部分的設(shè)計(jì)比較。方案一：傳動滾筒采用驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置主要是由安裝在驅(qū)動裝置架上的電動機(jī)、高速軸連器、減速器、低速軸連器組成，如下圖：從上圖中我們可以看出這種結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)也不夠緊湊，而且在巷道中占有空間比較大。方案二：傳動滾筒采用電動滾筒，電動滾筒是把電動機(jī)減速器裝入滾筒內(nèi)的傳動滾筒，本身結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，易于安裝布置。如圖：方案三：通過電機(jī)帶動減速器，通過聯(lián)軸器連接帶輪，帶輪帶動帶傳動，皮帶上安裝有銷釘帶動上面的工作臺移動。需要 CAD 圖紙，咨詢 QQ：414951605 或 1304139763經(jīng)過比較，本課題采用第三種方案。2.2 設(shè)計(jì)方案確定2.2.1 往復(fù)運(yùn)動工作機(jī)構(gòu)傳動方式的確定對于僅有一兩個(gè)簡單往復(fù)動作的普通機(jī)械，可采用三相鼠籠式異步電動機(jī)拖動，經(jīng)齒輪減速后用螺旋傳動機(jī)構(gòu)來傳動。如果機(jī)械設(shè)備具有多個(gè)往復(fù)運(yùn)動工作機(jī)構(gòu)，而且往復(fù)動作的調(diào)速性能和自動化程度有一定要求時(shí)，應(yīng)采用電磁換向閥控制的液壓傳動或氣壓傳動系統(tǒng)。若往復(fù)運(yùn)動的調(diào)速性能要求比較高，應(yīng)采用電液比例控制系統(tǒng)來傳動。對于往復(fù)運(yùn)動位移控制和速度控制要求比較高時(shí)，應(yīng)采用步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)家滾珠絲杠副來驅(qū)動和控制。選擇三相鼠籠式異步電動機(jī)拖動，Y 系列電動機(jī)是籠型轉(zhuǎn)子電動機(jī)，符合 IEC 標(biāo)準(zhǔn)和DIN42673 標(biāo)準(zhǔn)。本系列采用 B 級絕緣，外殼防護(hù)等級為封閉式（IP44）或防護(hù)式（IP23） 。Y 系列電動機(jī)額定電壓 380V，額定頻率 50HZ，主要參數(shù)如表 2.1，實(shí)物圖如圖 2.2。表 2.1 選定電機(jī)的型號參數(shù)滿載時(shí) 堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩型號 額定功率KW轉(zhuǎn)速r/min電流 A效率﹪功率因數(shù)cos j額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量Kg.m2躁聲凈重kg同步轉(zhuǎn)速 1500r/min90S-4 1.1 1440 6.39 82 0.87 7.0 2.2 2.2 0.0029 79 33圖 2.2 電機(jī)- 8 -2.2.2 傳動方式的選擇調(diào)速性質(zhì)是指電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、功率與其轉(zhuǎn)速的關(guān)系。負(fù)載特性是指機(jī)械設(shè)備的負(fù)載屬于恒功率負(fù)載（即功率不隨轉(zhuǎn)速變化而變化）還是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載， （即轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速變化而變化） 。設(shè)計(jì)任何一個(gè)電力拖動系統(tǒng)，必須使調(diào)速性質(zhì)與負(fù)載特性相適應(yīng)。也就是說，恒功率負(fù)載必須采用恒功率調(diào)速性質(zhì)的傳動方式，而轉(zhuǎn)矩負(fù)載則必須采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)的傳動方式。2.2.3 電動機(jī)起動方式的確定對于起動性能要求不高的機(jī)械設(shè)備，電動機(jī)的起動可根據(jù)其容量決定，當(dāng)電動機(jī)總?cè)萘坎怀^供電變壓器容量的 20%時(shí)，一般采用直接起動。當(dāng)容量大于該值時(shí)，可采用星—三角形降壓起動或在定子中串電阻降壓起動、也可采用自耦變壓器降壓起動。如果機(jī)械設(shè)備要求電動機(jī)軟起動，應(yīng)采用軟起動器起動或變頻器控制的加速起動。需要 CAD 圖紙，咨詢 QQ：414951605 或 1304139763第 3 章 主要傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)實(shí)際，工作臺移動距離在 1m 到 1.5m.3.1 電機(jī)的選型參考市場上同類產(chǎn)品，考慮到本機(jī)器體積小，功率消耗不大。只是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。初步選擇電動機(jī)為普通三相異步電動機(jī) Y90S-4 型。用于一般場合和無特殊要求90S-4 型三相異步電機(jī)功率：1.1KW 電壓：380V 電流：2.7A 絕緣：B 噪音：67 dB(A)轉(zhuǎn)速 1440 r/min廣泛適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場合和無特殊要求的機(jī)械設(shè)備上，如金屬切削機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、攪拌機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和食品機(jī)械等。Y90S-4 型三相異步電動機(jī)廣泛適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場合和無特殊要求的機(jī)械設(shè)備上，如金屬切削機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、攪拌機(jī)、 農(nóng)業(yè)機(jī)械和食品機(jī)械等。 Y90S-4 型三相異步電動機(jī)是全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機(jī)，電動機(jī)基本系列，符合IEC 標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。 Y90S-4 型三相異步電動機(jī)具有高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、震動小、可靠性高、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)。3.2 蝸輪蝸桿減速器的選型根據(jù)結(jié)構(gòu)布置形式，需要選擇輸入軸與輸出軸垂直的減速器，常見的有蝸輪蝸桿減速器和圓錐齒輪減速器，由于前節(jié)選擇的電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 1440 r/min，轉(zhuǎn)速比較高，而本設(shè)計(jì)的包邊機(jī)要求的轉(zhuǎn)速非常的低。比較二種減速器可知，圓錐齒輪減速器的傳動比一般小于或等于 5（來自《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》吳宗澤編寫） ，而蝸輪蝸桿減速器的傳動比在 15-60 之間。顯然在這選擇蝸輪蝸桿減速器。由于該課題對工作機(jī)的轉(zhuǎn)速要求并沒有特別嚴(yán)格的要求，我們?nèi)∫话闱闆r。從市場類型選擇一種減速器。對于蝸輪蝸桿減速機(jī)的選型首先要考慮減速機(jī)本身的作用，其次是相對應(yīng)使用設(shè)備上的尺寸大小，然后是蝸輪蝸桿減速機(jī)的速比，安裝方式，裝配形式。最后還要注意相對應(yīng)的電機(jī)功率，以及電機(jī)的使用環(huán)境。1.蝸輪蝸桿減速機(jī)的簡要介紹 蝸輪蝸桿減速機(jī)是減速機(jī)行業(yè)一個(gè)涵蓋很廣泛的術(shù)語名詞；在減速機(jī)行業(yè)的發(fā)展中可以說，蝸輪蝸桿系列減速機(jī)的發(fā)展歷程中是一主要的推動力。蝸輪蝸桿減速機(jī)是一種為穩(wěn)定、改變傳動速度的傳動設(shè)備，利用齒輪的不同速比，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定傳輸、改變速度，調(diào)節(jié)電機(jī)和機(jī)床等設(shè)備的速度適合。在目前的傳動設(shè)備中，減速機(jī)的使用很廣泛。人們也許并不了解減速機(jī)，但是減速機(jī)早已經(jīng)被使用在人們生活中的方方面面，交通工具上的汽車、輪渡、飛機(jī)；機(jī)械生產(chǎn)上的傳動設(shè)備更少不了減速機(jī)的身影，人們?nèi)粘Ｉ钪械募译?、鐘表、洗衣機(jī)等，這些機(jī)械設(shè)備的使用都少不了減速機(jī)的幫助。2.蝸輪蝸桿減速機(jī)的作用：（1） 、減速機(jī)減速的同時(shí)提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機(jī)輸出乘減速比。（2） 、減速同時(shí)降低了負(fù)載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。蝸輪蝸桿減速機(jī)主要型號有 WP 系列蝸輪蝸桿減速機(jī)、WH 系列蝸輪蝸桿減速機(jī)、CW 系列蝸輪蝸桿減速機(jī)、RV 系列蝸輪蝸桿減速機(jī)同時(shí)還包括 C 系列包絡(luò)蝸輪蝸桿減速機(jī)、TP 系列平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速機(jī)、ZC1 型雙級蝸桿及齒輪-蝸桿減速機(jī)等小系列減速機(jī)。- 10 -根據(jù)情況在這選擇 CWS63 型號的減速器，如圖：需要 CAD 圖紙，咨詢 QQ：414951605 或 13041397633.3 帶傳動計(jì)算1）確定設(shè)計(jì)功率公式 ：（1）確定設(shè)計(jì) V 帶的功率 c?根據(jù) V 帶傳動工作條件，查表 8-7，可得工作情況系數(shù) ，故2.1?AkkwAc 3.12.?????（2）選取 V 帶型號根據(jù) , 查圖 8-10 可知，選用 A 型 V 帶。Ⅰn（3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑 、1d2由表 8-6 和表 8-8，根據(jù) ≥ ，取小帶輪基準(zhǔn)直徑 =150mm。min1d（4）驗(yàn)算帶速 ?snd30.10645.3106??????在 5-25 范圍內(nèi)，故帶速合適。sm（5）確定 V 帶基準(zhǔn)長度和傳動中心距，初選中心距 ma10?根據(jù)式（7—12）計(jì)算所需基準(zhǔn)長度。 ????addaL 6.294201210?????由表 7-2，選取帶的基準(zhǔn)長度為 Ld5?按式（7—13）計(jì)算實(shí)際中心距 mad 2.92.200??（6）驗(yàn)算主動輪上的包角 a由式（7—14）得： ???? 10.37.51812 ????d故主動輪包角合適（7）計(jì)算 V 帶的根數(shù) z由式（7—15）得： ??Lack0????由 ， =150mm，查表 7-3，并根據(jù)內(nèi)插法求得min960r?1d kw63.10??- 12 -查表 7-4， ，查表 7-5， ，查表 7-6， 。kw1.0???8.0?ak03.1?Lk故： ??9.3.8.631??z故取 z=1 根。（8）設(shè)計(jì) V 帶合適的初拉力 oF由 215.0qvkzvFaco?????????查表 7-1 得 mgq. No 7.103.8.03.7562??????????（9）計(jì)算作用在帶軸上的壓力 QF由式（7—16）得： azFoQ 3.16529.sin7.152sin??第 4 章 傳動軸要求與設(shè)計(jì)計(jì)算傳動軸組件是機(jī)床的執(zhí)行件，它的功用是支承并帶動工件或刀具旋轉(zhuǎn)，完成表面成形運(yùn)動，同時(shí)還起傳遞運(yùn)動和扭矩、承受切削力和驅(qū)動力等載荷的作用。由于傳動軸組件的工作性能直接影響到機(jī)床的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，因此它是機(jī)床中的一個(gè)關(guān)鍵組件。傳動軸和一般傳動軸的相同點(diǎn)是，兩者都傳遞運(yùn)動、扭矩并承受傳動力，都要保證傳動件和支承的正常工件條件，但傳動軸直接承受切削力，還要帶動工件或刀具，實(shí)現(xiàn)表面成形運(yùn)動，因此對傳動軸有較高的要求。4.1 傳動軸的基本要求4.1.1 旋轉(zhuǎn)精度傳動軸的旋轉(zhuǎn)精度是指傳動軸在手動或低速、空載時(shí)，傳動軸前端定位面的徑向跳動△r、端面跳動△a 和軸向竄動值△o。如圖 2-1 所示：圖中實(shí)線表示理想的旋轉(zhuǎn)軸線，虛線表示實(shí)際的旋轉(zhuǎn)軸線。當(dāng)傳動軸以工作轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳動軸回轉(zhuǎn)軸線在空間的漂移量即為運(yùn)動精度。傳動軸組件的旋轉(zhuǎn)精度取決于部件中各主要件（如傳動軸、軸承及支承座孔等）的制造精度和裝配、調(diào)整精度；運(yùn)動精度還取決于傳動軸的轉(zhuǎn)速、軸承的性能和潤滑以及傳動軸部件的動態(tài)特性。各類通用機(jī)床傳動軸部件的旋轉(zhuǎn)精度已在機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)中作了規(guī)定，專用機(jī)床傳動軸部件的旋轉(zhuǎn)精度則根據(jù)工件精度要求確定。 △ a△ o△ r圖 4-1 傳動軸的旋轉(zhuǎn)誤差需要 CAD 圖紙，咨詢 QQ：414951605 或 13041397634.1.2 剛度傳動軸組件的剛度 K 是指其在承受外載荷時(shí)抵抗變形的能力，如圖 4-2 所示，即 K=F/y（單位為 N/ m） ，剛度的倒數(shù) y/F 稱為柔度。傳動軸組件的剛度，是傳動軸、軸承和支承座的剛度?的綜合反映，它直接影響傳動軸組件的旋轉(zhuǎn)精度。顯然，傳動軸組件的剛度越高，傳動軸受力后的變形就越小，如若剛度不足，在加工精度方面，傳動軸前端彈性變形直接影響著工件的精度；在傳動質(zhì)量方面，傳動軸的彎曲變形將惡化傳動齒輪的嚙合狀況，并使軸承產(chǎn)生側(cè)邊壓力，從而使這些零件的磨損加劇，壽命縮短；在工件平穩(wěn)性方面，將使傳動軸在變化的切削力和傳動力等作用下，產(chǎn)生過大的受迫振動，并容易引起切削自激振動，降低了工件的平穩(wěn)性。圖 4-2 傳動軸組件靜剛度傳動軸組件的剛度是綜合剛度，影響傳動軸組件剛度的因素很多，主要有：傳動軸的結(jié)構(gòu)尺寸、軸承的類型及其配置型式、軸承的間隙大小、傳動件的布置方式、傳動軸組件的制造與裝配質(zhì)量等。4.1.3 抗振性傳動軸組件的抗振性是指其抵抗受迫振動和自激振動而保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。在切削過程中，傳動軸組件不僅受靜載荷的作用，同時(shí)也受沖擊載荷和交變載荷的作用，使傳動軸產(chǎn)生振動。如果傳動軸組件的抗振性差，工作時(shí)容易產(chǎn)生振動，從而影響工件的表面質(zhì)量，降低刀具的耐用度和傳動軸軸承的壽命，還會產(chǎn)生噪聲影響工作環(huán)境。隨著機(jī)床向高精度、高效率方向發(fā)展，對抗振性要求越來越高。評價(jià)傳動軸組件的抗振性，主要考慮其抵抗受迫振動和自激振動能力的大小。4.1.4 溫升和熱變形傳動軸組件工作時(shí)因各種相對運(yùn)動處的摩擦和攪油等而發(fā)熱，產(chǎn)生了溫升，溫升使傳動軸組件的形狀和位置發(fā)生畸變，稱為熱變形。熱變形應(yīng)以傳動軸組件運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后各部分位置的變化來度量。傳動軸組件溫升和熱變形，使機(jī)床各部件間相對位置精度遭到破壞，影響工件加工精度，高精度機(jī)床尤為嚴(yán)重；熱變形造成傳動軸彎曲，使傳動齒輪和軸承的工作狀態(tài)變壞；熱變形還使傳動軸和軸承，軸承與支承座之間已調(diào)整好的間隙和配合發(fā)生變化，影響軸承正常工作，間隙過小將加速齒輪和軸承等零件的磨損，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生軸承抱軸現(xiàn)象。影響傳動軸組件溫升、熱變形的主要因素有：軸承的類型和布置方式，軸承間隙及預(yù)緊力的大小，潤滑方式和散熱條件等。4.1.5 耐磨性傳動軸組件的耐磨性是指長期保持其原始精度的能力，即精度的保持性。因此，傳動軸組件各個(gè)滑動表面，包括傳動軸端部定位面、錐孔，與滑動軸承配合的軸頸表面，移動式傳動軸套筒外圓表面等，都必須具有很高的硬度，以保證其耐磨性。為了提高傳動軸組件的耐磨性，應(yīng)該正確地選用傳動軸和滑動軸承的材料及熱處理方法、潤滑方式，合理調(diào)整軸承間隙，良好的潤滑和可靠的密封。4.2 傳動軸組件的布局傳動軸組件的設(shè)計(jì)，必須保證滿足上述的基本要求，從而從全局出發(fā)，考慮傳動軸組件的布局。- 14 -傳動軸有兩個(gè)支承，以前者較多見。兩支承傳動軸軸承的配置型式，包括傳動軸軸承的選型、組合以及布置，主要根據(jù)對所設(shè)計(jì)傳動軸組件在轉(zhuǎn)速、承載能力、剛度以及精度等方面的要求，并考慮軸承的供應(yīng)、經(jīng)濟(jì)性等具體情況，加以確定。在選擇時(shí)，具體有以下要求：（1）適應(yīng)剛度和承載能力的要求傳動軸軸承選型應(yīng)滿足所要求的剛度和承載能力。徑向載荷較大時(shí)，可選用滾子軸承；較小時(shí)，可選用球軸承。雙列滾動軸承的徑向剛度和承載能力，比單列的大。同一支承中采用多個(gè)軸承的支承剛度和承載能力，比采用單個(gè)軸承大。一般來說，前支承的剛度，應(yīng)比后支承的大。因?yàn)榍爸С袆偠葘鲃虞S組件剛度的影響要比后支承的大。表 4-1 所示為滾動軸承和滑動軸承的比較。表 4-1 滾動軸承和滑動軸承的比較滑動軸承基本要求 滾動軸承動壓軸承 靜壓軸承旋轉(zhuǎn)精度精度一般或較差?？稍跓o隙或預(yù)加載荷下工作。精度也可以很高，但制造困難單油楔軸承一般，多油楔軸承較高 可以很高剛度僅與軸承型號有關(guān)，與轉(zhuǎn)速、載荷無關(guān)，預(yù)緊后可提高一些隨轉(zhuǎn)速和載荷升高而增大與節(jié)流形式有關(guān)，與載荷轉(zhuǎn)速無關(guān)承載能力一般為恒定值，高速時(shí)受材料疲勞強(qiáng)度限制隨轉(zhuǎn)速增加而增加，高速時(shí)受溫升限制與油腔相對壓差有關(guān)，不計(jì)動壓效應(yīng)時(shí)與速度無關(guān)抗振性能 不好，阻尼系數(shù)D=0.029 較好，阻尼系數(shù)D=0.055 很好，阻尼系數(shù)D=0.4速度性能高速受疲勞強(qiáng)度和離心力限制，低中速性能較好中高速性能較好。低速時(shí)形不成油漠，無承載能力適應(yīng)于各種轉(zhuǎn)速摩擦功耗一般較小，潤滑調(diào)整不當(dāng)時(shí)則較大f=0.002～0.008較小 f=0.001~0.08本身功耗小，但有相當(dāng)大的泵功耗f=0.0005～0.001噪聲 較大 無噪聲 本身無噪聲，泵有噪聲需要 CAD 圖紙，咨詢 QQ：414951605 或 1304139763壽命 受疲勞強(qiáng)度限制 在不頻繁啟動時(shí)，壽命較長本身壽命無限，但供油系統(tǒng)的壽命有限（2）適應(yīng)轉(zhuǎn)速要求由于結(jié)構(gòu)和制造方面的原因，不同型號和規(guī)格的軸承所允許的最高轉(zhuǎn)速是不同的。軸承的規(guī)格越大，精度等級越低，允許的最高轉(zhuǎn)速越低。在承受徑向載荷的軸承當(dāng)中，圓柱滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速，比圓錐滾子軸承的高。在承受軸向載荷的軸承當(dāng)中，向心推力軸承的極限轉(zhuǎn)速最高；推力球軸承的次之；圓錐滾子軸承的最低，但承載能力與上述次序相反。因此，應(yīng)綜合考慮轉(zhuǎn)速和承載能力兩方面要求來選擇軸承型式。（3）適應(yīng)精度的要求起止推作用的軸承的布置有三種方式：前端定位—止推軸承集中布置在前支承；后端定位—集中布置在后支承；兩端定位—分別布置在前、后支承。采用前端定位時(shí)，傳動軸受熱變形向后延伸，不影響軸向定位精度，但前支承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整軸承間隙較不便，前支承處發(fā)熱量較大；后端定位的特點(diǎn)與前述的相反；兩端定位時(shí)，傳動軸受熱伸長后，軸承軸向間隙的改變較大，若止推軸承布置在徑向軸承內(nèi)側(cè)，傳動軸可能因熱膨脹而彎曲。（4）適應(yīng)結(jié)構(gòu)的要求當(dāng)要求傳動軸組件在性能上有較高的剛度和一定的承載能力，而在結(jié)構(gòu)上徑向尺寸要緊湊時(shí)，則可在一個(gè)支承（尤其是前支承）中配置兩個(gè)或兩個(gè)以上的軸承。對于軸間距很小的多傳動軸機(jī)床，由于結(jié)構(gòu)限制，宜采用滾針軸承來承受徑向載荷，用推力球軸承來承受軸向載荷，并使兩軸承錯開排列。（5）適應(yīng)經(jīng)濟(jì)性要求確定傳動軸軸承配置型式，除應(yīng)考慮滿足性能和結(jié)構(gòu)方面要求外，還應(yīng)作經(jīng)濟(jì)性分析，使經(jīng)濟(jì)效果好。在中速和大載荷情況下，采用圓錐滾子軸承要比采用向心軸承和推力軸承組合配置型式成本低，因?yàn)榍罢吖?jié)省了兩個(gè)軸承，而且箱體工藝性較好。綜合考慮以上因素，本設(shè)計(jì)的傳動軸采用前、后支承的兩支承傳動軸，前支承采用雙列向心短圓柱滾子軸承和推力球軸承的組合，D 級精度；后支承采用圓柱滾子軸承，E 級精度。其中前支承的雙列圓柱滾子軸承，滾子直徑小，數(shù)量多（50—60 個(gè)） ，具有較高的剛度；兩列滾子交錯布置，減少了剛度的變化量；外圈無擋邊，加工方便；軸承內(nèi)孔為錐孔，錐度為 1：12，軸向移動內(nèi)圈使之徑向變形，調(diào)整徑向間隙和預(yù)緊；黃銅實(shí)體保持架，利于軸承散熱。前支承的總體特點(diǎn)是：傳動軸靜剛度好，回轉(zhuǎn)精度高，溫升小，徑向間隙可以調(diào)整，易保持傳動軸精度，但由于前支承結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，前、后支承的溫升不同，熱變形較大，此外，裝配、調(diào)整比較麻煩。4.3 傳動軸結(jié)構(gòu)的初步擬定傳動軸的結(jié)構(gòu)主要軸承和密封裝置等的類型、數(shù)目、位置和安裝定位的方法，同時(shí)還要考慮傳動軸加工和裝配的工藝性，一般在機(jī)床傳動軸上裝有較多的零件，為了滿足剛度要求和能得到足夠的止推面以及便于裝配，常把傳動軸設(shè)計(jì)成階梯軸，即軸徑從前軸頸起向后依次遞減。傳動軸是空心的或者是實(shí)心的，主要取決于機(jī)床的類型。此次設(shè)計(jì)的傳動軸，也設(shè)計(jì)成階梯形，同時(shí)，在滿足剛度要求的前提下，設(shè)計(jì)成空心軸，以便通過刀具拉桿。傳動軸端部系指傳動軸前端。它的形狀決定于機(jī)床的類型、安裝夾具或刀具的形式，并應(yīng)保證夾具或刀具安裝可靠、定位準(zhǔn)確，裝卸方便和能傳遞一定的扭矩。4.4 傳動軸的材料與熱處理傳動軸材料主要根據(jù)剛度、載荷特點(diǎn)、耐磨性和熱處理變形大小等因素選擇。傳動軸的剛度與材料的彈性模量 E 值有關(guān)，鋼的 E 值較大（2.1×10 N/cm 左右） ，所以，72傳動軸材料首先考慮用鋼料。鋼的彈性模量 E 的數(shù)值和鋼的種類和熱處理方式無關(guān)，即不論是普通鋼或合金鋼，其彈性模量 E 基本相同。因此在選擇鋼料時(shí)應(yīng)首先選用價(jià)格便宜的中碳鋼- 16 -（如 45 鋼） ，只有在載荷特別重和有較大的沖擊時(shí)，或者精密機(jī)床傳動軸需要減少熱處理后的變形時(shí)，或者軸向移動的傳動軸需要保證其耐磨性時(shí)，才考慮選用合金鋼。當(dāng)傳動軸軸承采用滾動軸承時(shí)，軸頸可不淬硬，但為了提高接觸剛度，防止敲碰損傷軸頸的配合表面，不少 45 鋼傳動軸軸頸仍進(jìn)行高頻淬火（HRC48～54）.有關(guān) 45 鋼傳動軸熱處理情況如下表 4.2 所列：表 4-2 使用滾動軸承的 45 鋼傳動軸熱處理等參數(shù)材 料 牌 號工 作 條 件 使 用 機(jī) 床常 用 代 用熱 處 理 硬 度輕中負(fù)載 車、鉆、銑、磨 床傳動軸 45 50 調(diào)質(zhì) HB220～250輕中負(fù)載局部要求高硬度 磨床的砂輪軸 45 50 高頻淬火 HRC52～58輕中負(fù)載PV≤40（N·m/cm 2·s）車、鉆、銑、磨床的傳動軸 45 50淬火回火高頻淬火HRC42～50HRC52～58考慮到傳動軸材料的選擇原則，選用價(jià)格便宜的中碳鋼（45 鋼） 。查表 2-2 中，因工作中承受輕、中負(fù)荷，且要求局部高硬度，故熱處理采用高頻淬火，HRC52～58。4.5 傳動軸的技術(shù)要求傳動軸的精度直接影響到傳動軸組件的旋轉(zhuǎn)精度。傳動軸和軸承、齒輪等零件相連接處的表面幾何形狀誤差和表面粗糙度，關(guān)系到接觸剛度，零件接觸表面形狀愈準(zhǔn)確、表面粗糙度愈低，則受力后的接觸變形愈小，亦即接觸剛度愈高。因此，對傳動軸設(shè)計(jì)必須提出一定的技術(shù)要求。（1）軸頸 此次設(shè)計(jì)的傳動軸，應(yīng)首先考慮軸頸。支承軸頸是傳動軸的工作基面、工藝基面和測量基面。傳動軸工作時(shí)，以軸頸作為工作基面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；加工傳動軸時(shí)，為了保證錐孔中心和軸頸中心同軸，一般都以軸頸作為工藝基面來最后精磨錐孔；在檢查傳動軸精度時(shí)，以軸頸作為測量基面來檢查各部分的同軸度和垂直度。采用滾動軸承時(shí)，軸頸的精度必須與軸承的精度相適應(yīng)。軸頸的表面粗糙度和硬度，將影響其與滾動軸承的配合質(zhì)量。對于普通精度級機(jī)床的傳動軸，其支承軸頸的尺寸精度為 IT5，軸頸的幾何形狀允差（圓度、圓柱度等）通常應(yīng)小于直徑公差的 1/4～1/2。（2）內(nèi)錐孔 內(nèi)錐孔是安裝刀具或頂尖的定位基面。在檢驗(yàn)機(jī)床精度時(shí)，它是代表傳動軸中心線的基準(zhǔn)，用來檢查傳動軸與其他部件的相互位置精度，如傳動軸與導(dǎo)軌的平行度等。由于刀具和頂尖要經(jīng)常裝拆，故內(nèi)錐孔必須耐磨。錐孔與軸承軸頸的同軸度，一般以錐孔端部及其相距 100～300 毫米處對軸頸的徑向跳動表示；其形狀誤差用標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)錐著色檢查的接觸面積大小來檢驗(yàn)，此乃綜合指標(biāo)；還要求一定的表面粗糙度和硬度等。4.6 傳動軸直徑的選擇因此，有 D2=（0.7～0.85）D 1=（0.7～0.85）×80=56～68，取 D2=65。表 4-3 傳動軸前軸頸直徑 D1的選擇機(jī)床功率 （千瓦）機(jī)床1.47～2.5 2.6～3.6 3.7～5.5 5.6～7.3 7.4～11 11～14.7車床 60～80 70～90 70～105 95～130 110～145 140～165Comment [A1]: 選錯了就算了，可是你主軸前支承軸承選的推力球軸承，后支撐你選的圓柱滾子軸承，可是你 cad圖中畫得全是圓錐滾子軸承，何等的坑啊 這是小問題嗎Comment [A2]: 我這個(gè)何來懸伸量需要 CAD圖紙，咨詢 QQ：414951605或 1304139763銑床 50～90 60～90 60～95 75～100 90～105 100～115外圓磨床 — 50～90 55～70 70～80 75～90 75～1004.7傳動軸前后支承軸承的選擇4.7.1 傳動軸前支承軸承的選擇根據(jù)前述關(guān)于軸承的選擇原則，查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊》第 375頁，選取傳動軸前支承的雙列向心短圓柱滾子軸承型號為 3182116。其中，d=80，D=125，B=34，D 1=91，D 2=117，D 3=117，r=1。具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖 2-4所示：圖 2-4 雙列向心短圓柱滾子軸承（GB285-87）結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝尺寸再查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊》第 365頁，選取傳動軸前支承的推力球軸承型號為8215。其中，d=75，d 1=5.2，D=110，H=27, D 1=86 D2=99，r=1。具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖 4.5所示：圖 4-5 推力球軸承（GB301-84）結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝尺寸4.7.2 傳動軸后支承軸承的選擇查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊》第 368頁，選取傳動軸后支承的圓柱滾子軸承型號為2213。其中：d=65，D=120，B=23，D 1=77，D 2=110，rg=1.5。具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖 2-6所示：圖 4-6 圓柱滾子軸承（GB283-87）結(jié)構(gòu)參數(shù)及安裝尺寸4.8傳動軸前端懸伸量傳動軸前端懸伸量 a指的是傳動軸前支承支反力的作用點(diǎn)到傳動軸前端受力作用點(diǎn)之間的- 18 -距離，它對傳動軸組件剛度的影響較大。懸伸量越小，傳動軸組件剛度越好。傳動軸前端懸伸量 a 取決于傳動軸端部的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸，一般應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選取，有時(shí)為了提高傳動軸剛度或定心精度，也可不按標(biāo)準(zhǔn)取。另外，傳動軸前端懸伸量 a 還與前支承中軸承的類型及組合型式、工件或夾具的夾緊方式以及前支承的潤滑與密封裝置的結(jié)構(gòu)尺寸等有關(guān)。因此，在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，應(yīng)盡可能減小懸伸量 a，以利于提高傳動軸組件的剛度。初算時(shí)，可查《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》第 158 頁，如下表 2-4 所示：表 4-4 傳動軸的懸伸量與直徑之比類型 機(jī) 床 和 主 軸 的 類 型 a/ D1Ⅰ 通用和精密車床，自動車床和短傳動軸端銑床，用滾動軸承支承，適 用于高精度和普通精度要求 0.6～1.5Ⅱ中等長度和較長傳動軸端的車床和銑床，懸伸量不太長（不是細(xì)長）的精密鏜床和內(nèi)圓磨，用滾動和滑動軸承支承，適用于絕大部分普通生產(chǎn)的要求1.25～2.5Ⅲ 孔加工機(jī)床，專用加工細(xì)長深孔的機(jī)床，由加工技術(shù)決定需要有長的懸伸刀桿或傳動軸可移動，由于切削較重而不適用于有高精度要求的機(jī)床 >2.54.9 傳動軸支承跨距傳動軸支承跨距 L 是指傳動軸前、后支承支承反力作用點(diǎn)之間的距離。合理確定傳動軸支承跨距，可提高傳動軸部件的靜剛度。可以證明，支承跨距越小，傳動軸自身的剛度越大，彎曲變形越小，但支承的變形引起的傳動軸前端的位移量將增大；支承跨距大，支承的變形引起的傳動軸前端的位移量較小，但傳動軸本身的彎曲變形將增大?？梢?，支承跨距過大或過小都會降低傳動軸部件的剛度。有關(guān)資料對合理跨距選擇的推薦值可作參考：（1） L =（ 4～5）D 1合 理（2） L =（ 3～5）a，用于懸伸長度較小時(shí)；合 理（3） L =（1～2）a，用于懸伸長度較大時(shí)。合 理根據(jù)此次設(shè)計(jì)的機(jī)床剛性傳動軸的懸伸量較大，取 L ≤2a 為宜。即此次設(shè)計(jì)的傳動軸兩合 理支承的合理跨距L ≤2a=2×110=220合 理初取 L=220。4.10 傳動軸結(jié)構(gòu)圖根據(jù)以上的分析計(jì)算，可初步得出傳動軸的結(jié)構(gòu)如圖 4-7 所示：主動軸需要 CAD 圖紙，咨詢 QQ：414951605 或 1304139763從動軸4.12 傳動軸組件的驗(yàn)算傳動軸在工作中的受力情況嚴(yán)重，而允許的變形則很微小，決定傳動軸尺寸的基本因素是所允許的變形的大小，因此傳動軸的計(jì)算主要是剛度的驗(yàn)算，與一般軸著重于強(qiáng)度的情況不一樣。通常能滿足剛度要求的傳動軸也能滿足強(qiáng)度的要求。剛度乃是載荷與彈性變形的比值。當(dāng)載荷一定時(shí)，剛度與彈性變形成反比。因此，算出彈性變形量后，很容易得到靜剛度。傳動軸組件的彈性變形計(jì)算包括：傳動軸端部撓度和傳動軸傾角的計(jì)算。4.12.1 支承的簡化對于兩支承傳動軸，若每個(gè)支承中僅有一個(gè)單列或雙列滾動軸承，或者有兩個(gè)單列球軸承，則可將傳動軸組件簡化為簡支梁，如下圖 4-8 所示；若前支承有兩個(gè)以上滾動軸承，可認(rèn)為傳動軸在前支承處無彎曲變形，可簡化為固定端梁，如圖 4-9 所示：圖 4-8 傳動軸組件簡化為簡支梁- 20 -圖 4-9 傳動軸組件簡化為固定端梁此次設(shè)計(jì)的傳動軸，前支承選用了一個(gè)雙列向心短圓柱滾子軸承和兩個(gè)推力球軸承作為支承，即可認(rèn)為傳動軸在前支承處無彎曲變形，可簡化為上圖 4-9 所示。4.12.2 傳動軸的撓度查《材料力學(xué) I》第 188 頁的表 6.1，對圖 4-9 作更進(jìn)一步的分析，如下圖 2-10 所示：根據(jù)圖 4-10，可得此時(shí)的最大撓度=maxB?EIF3-l其中，F(xiàn)—傳動軸前端受力。此處，F(xiàn)=F =1213.1NZl—A、B 之間的距離。此處，l=a=12cm θ圖 4-10 固定端梁在載荷作用下的變形E—傳動軸材料的彈性模量。45 鋼的 E=2.1×10 N/cm72I—傳動軸截面的平均慣性矩。當(dāng)傳動軸平均直徑為 D，內(nèi)孔直徑為 d 時(shí)，I= 。此處，D= =13364d-）π （ D2138?故可計(jì)算出，傳動軸端部的最大撓度：=-1.87×10 mmmaxB?4?4.12.3 傳動軸傾角傳動軸上安裝傳動軸和安裝傳動齒輪處的傾角，稱為傳動軸的傾角。此次設(shè)計(jì)的傳動軸主要考慮傳動軸前支承處的傾角。若安裝軸承處的傾角太大，會破壞軸承的正常工作，縮短軸承的使用壽命。根據(jù)圖 4-10，可得此時(shí)的最大傾角=B?2EI-lF其中，F(xiàn)—傳動軸前端受力。此處，F(xiàn)=F·z=1213.1N需要 CAD 圖紙，咨詢 QQ：414951605 或 1304139763l—A、B 之間的距離。此處，l=a=12cmE—傳動軸材料的彈性模量。45 鋼的 E=2.1×10 N/cm72I—傳動軸截面的平均慣性矩。當(dāng)傳動軸平均直徑為 D，內(nèi)孔直徑為 d 時(shí)，I= 。此處，D= =13364d）π （ ?D2138?故可計(jì)算出，傳動軸傾角為：=-2.3×10 radB?查《機(jī)床設(shè)計(jì)》第一冊中機(jī)械部分的第 670 頁，可知：當(dāng)x ≤0.0002L mm最 大≤0.001 rad最 大時(shí)，剛性傳動軸的剛度滿足要求。此處的 x ， 即為最大撓度和最大傾角，L 為傳動軸支承跨距。最 大 最 大?將已知數(shù)據(jù) 和 代入，即可得：maxB?初步設(shè)計(jì)的傳動軸滿足剛度要求。(3)按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算求轉(zhuǎn)矩：已知 T2=34747.5N·mm求圓周力：Ft根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》式得Ft=2T2/d2=69495/40=1737.375N求徑向力 Fr根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》式得Fr=Ft·tanα=1737.375×tan200=632N因?yàn)樵撦S兩軸承對稱，所以：L A=LB=50mm(1)繪制軸受力簡圖（如圖 a）（2）繪制垂直面彎矩圖（如圖 b）軸承支反力：FAY=FBY=Fr/2=316NFAZ=FBZ=Ft/2=868N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MC1=FAyL/2=235.3×50=11.765N·m(3)繪制水平面彎矩圖（如圖 c）- 22 -截面 C 在水平面上彎矩為：MC2=FAZL/2=631.61455×50=31.58N·m(4)繪制合彎矩圖（如圖 d）MC=(MC12+MC22)1/2=(11.7652+31.582)1/2=43.345N·m(5)繪制扭矩圖（如圖 e）轉(zhuǎn)矩：T=9.55×（P 2/n2）×10 6=35N·m(6)繪制當(dāng)量彎矩圖（如圖 f）轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪力按脈動循環(huán)變化，取 α=1，截面 C 處的當(dāng)量彎矩：Mec=[MC2+(αT)2]1/2=[43.3452+(1×35)2]1/2=55.5N·m(7)校核危險(xiǎn)截面 C 的強(qiáng)度由式（6-3）σe=Mec/0.1d33=55.5/0.1×353=12.9MPa< [σ-1]b=60MPa∴該軸強(qiáng)度足夠。第 5 章 機(jī)架的設(shè)計(jì)5.1 機(jī)架的基本尺寸的確定機(jī)架是支撐及其機(jī)構(gòu)所有附件的可移動機(jī)構(gòu)。要保證拆裝機(jī)構(gòu)方便、安全；重量要輕，便于移動；架子要有足夠的空間安裝。而且機(jī)構(gòu)每個(gè)總成之間要考慮它們之間的協(xié)調(diào)關(guān)系?？紤]到這些方面的因素后要確定的一些機(jī)構(gòu)尺寸根據(jù)這些數(shù)據(jù)，大概確定架子的長高。這樣架子的地面的結(jié)構(gòu)就確定了。支撐機(jī)構(gòu)的部件是支撐板，支撐板固定在支承軸上，支承軸安裝在機(jī)架上。需要 CAD 圖紙，咨詢 QQ：414951605 或 13041397635.2 架子材料的選擇確定架子的結(jié)構(gòu)確定后，就需要準(zhǔn)備材料，買材料時(shí)要考慮鋼材的性能，同時(shí)也要考慮成本，再者還要考慮到其美觀，通過到市場調(diào)查分析后，臺架選用 60㎜×60㎜的方鋼和 50×50 的角鋼組合制作。其規(guī)格如表一所示。5.3 主要梁的強(qiáng)度校核機(jī)構(gòu)的質(zhì)量為 25㎏（250N） ，考慮到一些外在壓力，按照重量為 600N 進(jìn)行校核。支承軸160㎜，查機(jī)械工程材料 P105 頁表 5-2 得