半自動鉆床設(shè)計(jì)【數(shù)控鉆床】【說明書+CAD+SOLIDWORKS】
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半自動鉆床設(shè)計(jì)說明書
目 錄
第1章 緒 論 1
1.1 課題來源及研究目的和意義 1
1.2 半自動鉆床數(shù)控化的現(xiàn)狀及趨勢 1
1.3 半自動鉆床機(jī)構(gòu)的方案分析 5
1.4 機(jī)械結(jié)構(gòu)分析 5
1.5 機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案和布局 6
第2章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 10
2.1凸輪滾子機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………13
2.2V帶的設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------------------------------.14
2.3圓錐齒輪的設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------------------------15
2.4電機(jī)的選取及計(jì)算……………………………………………………………..16
第3章各機(jī)構(gòu)的三維建模 17
3.1圓柱凸輪滾子從動件的建模…………………………………………………………………19
3.2V帶輪的三維建模…………………………………………………………………………….20
3.3圓錐傘齒輪的三維建?!?2
結(jié) 論 25
參 考 文 獻(xiàn) 26
致 謝 27
第1章 緒 論
1.1 概述
半自動鉆床用途用于機(jī)械加工中的鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、锪平面、鉆沉頭孔和鏜孔及攻螺紋。而數(shù)控鉆床主要用于鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲等加工。在汽車、機(jī)車、造船、航空航天、工程機(jī)械行業(yè);尤其對于超長型疊板,縱梁、結(jié)構(gòu)鋼、管型件等多孔系零件。相對于半自動鉆床而言,數(shù)控鉆床具有定位精度高,加工精度高,高效率,能夠減少人工,等等半自動鉆床無法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)越性。
1.2 半自動鉆床數(shù)控化(數(shù)控鉆床)的現(xiàn)狀及趨勢
從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來,數(shù)控鉆床給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工具有如下特點(diǎn):加工柔性好,加工精度高,生產(chǎn)率高,減輕操作者勞動強(qiáng)度、改善勞動條件,有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控鉆床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品,適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價(jià)格昂貴不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件、要求精密復(fù)制的零件、需要縮短生產(chǎn)周期的急需零件以及要求100%檢驗(yàn)的零件。數(shù)控鉆床的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍使其成為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)發(fā)展的重要裝備。進(jìn)入21世紀(jì),我國經(jīng)濟(jì)與國際全面接軌,進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。機(jī)床制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī),也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力,加速推進(jìn)數(shù)控鉆床的發(fā)展是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對數(shù)控鉆床的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步,數(shù)控鉆床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大,并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。為了應(yīng)對國際金融危機(jī),企業(yè)紛紛調(diào)整數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)政策,競相發(fā)展高檔數(shù)控機(jī)床,以促進(jìn)工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而目前我國處于裝備更新?lián)Q代的高峰期和工業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)鍵期,對數(shù)控機(jī)床尤其是高檔數(shù)控機(jī)床的需求,仍將維持30%以上的高增長水平,預(yù)計(jì)這一增長速度仍將維持35年。
數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題,是一種柔性的、高效能的自動化機(jī)床,代表了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展方向,是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。
國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的需求日益增長,數(shù)控機(jī)床的發(fā)展推動了數(shù)控機(jī)床功能部件的創(chuàng)新升級。目前我國高檔數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵功能部件工業(yè)還不能滿足國內(nèi)需要,國內(nèi)數(shù)控功能部件產(chǎn)業(yè)主要存在以下問題:適應(yīng)性和滿足度遠(yuǎn)達(dá)不到市場需求;我國數(shù)控功能部件生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模?。缓诵牧悴考罅恳揽窟M(jìn)口;缺乏高技術(shù)含量威脅產(chǎn)業(yè)安全。
機(jī)床行業(yè)高端化發(fā)展四步曲:業(yè)內(nèi)人士表示,我國機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要以市場需求為導(dǎo)向,以發(fā)展數(shù)控機(jī)床為主導(dǎo)、主機(jī)為龍頭、完善配套為基礎(chǔ),力爭早日實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品從低端到高端、從初級產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變。更有專家為機(jī)床行業(yè)高端化發(fā)展提出了四方面觀點(diǎn),為機(jī)床行業(yè)高端發(fā)展進(jìn)程盡微薄之力。
一是積極落實(shí)“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國家科技專項(xiàng),創(chuàng)造國內(nèi)自主創(chuàng)新技術(shù)的大環(huán)境,以市場為導(dǎo)向,企業(yè)為主題,以科研院校為根基,全方位帶動我國高新技術(shù)的創(chuàng)新。
二是開拓新的數(shù)控機(jī)床市場或升級現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床市場,帶動普通機(jī)床及半自動機(jī)床的升級改造和淘汰更新。極力拉動國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的內(nèi)需,帶動高端機(jī)床產(chǎn)業(yè)的快速升級。
三是緊抓技術(shù)改造,促進(jìn)中高檔數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化整體升級。充分利用國家技術(shù)改造貼息等優(yōu)惠政策,圍繞重點(diǎn),加強(qiáng)管理,提高資金投入產(chǎn)出比,打好根基,為技術(shù)創(chuàng)新提供長足發(fā)展。
四是強(qiáng)化企業(yè)管理,節(jié)省成本提提高高效。數(shù)控機(jī)床企業(yè)要從內(nèi)部管理的強(qiáng)化切入,開展結(jié)本高效的行動,維持資金流合理運(yùn)轉(zhuǎn),人力資源的合理分配,避免勞民傷財(cái),確保企業(yè)正常的運(yùn)營。
展望未來
高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備專項(xiàng)將實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新能力顯著提高,掌握一大批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù),總體技術(shù)水平進(jìn)入國際先進(jìn)行列;屆時(shí),主機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)、功能部件“中檔規(guī)?;⒏邫n產(chǎn)業(yè)化”將得以實(shí)現(xiàn),我國將研制出一批具備國際先進(jìn)水平的關(guān)鍵裝備;進(jìn)口量大的高速、精密立臥式加工中心、數(shù)控車床等產(chǎn)品市場占有率將有明顯提升。
近年來,中國通過引進(jìn)技術(shù)、消化吸收和自主開發(fā)數(shù)控系統(tǒng),為數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)業(yè)化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。希望未來機(jī)床行業(yè)可以帶來更多最新設(shè)備和前沿技術(shù),以滿足制造業(yè)對高效加工日益增長的需求。
1.3 半自動鉆床的方案分析
1.3.1機(jī)械結(jié)構(gòu)分析
本課題是設(shè)計(jì)一種半自動鉆床,此設(shè)備占地面積小,成本低廉,通過變頻電機(jī)帶動圓柱凸輪滾子機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)工件的進(jìn)給,以及利用V帶輪來實(shí)現(xiàn)動力的轉(zhuǎn)移,通過傘齒輪來實(shí)現(xiàn)空間傳動方向的改變,以及利用齒輪齒條來實(shí)現(xiàn)鉆頭的自動升降,所有機(jī)構(gòu)都聯(lián)動,運(yùn)行穩(wěn)定,無噪音。
由于鉆削工件有多種方案,本課題采用機(jī)械式聯(lián)動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn),現(xiàn)提供以下設(shè)計(jì)方案:
變頻電機(jī)
圓柱凸輪
料箱
工作臺
滾滾絲桿
圖1 以變頻電機(jī)為動力源的半自動鉆床設(shè)計(jì)方案
1.3.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案和布局
確定好設(shè)計(jì)方案后我們對整體方案進(jìn)行大體設(shè)計(jì)布局,整個(gè)傳動裝置由電動機(jī)帶動,由于需要在任意位置能停止,本次設(shè)計(jì)的電動機(jī)我們采用變頻電動機(jī),由于變頻電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)速很快,需要分配傳動減速比,需要加減速器進(jìn)行減速,經(jīng)過減速器出來后為了能與齒輪傳動軸連接,我們再加上與V帶傳動,最后通過圓錐傘齒輪,齒輪齒條實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的聯(lián)動。
第2章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.1凸輪滾子機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
在此,根據(jù)廓線方程可自動實(shí)現(xiàn)圓柱凸輪的精確建模,并為下一步運(yùn)動仿真和數(shù)控加工奠定良好的基礎(chǔ)。空間凸機(jī)構(gòu)在自動機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。與平面凸輪機(jī)構(gòu)相比,空間凸輪機(jī)構(gòu)具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、剛性好、轉(zhuǎn)動扭矩大等優(yōu)點(diǎn)。直動從動件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)是一種典型的空間凸輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)速較低、精度要求不高時(shí),可以把圓柱凸輪看成是由移動凸輪轉(zhuǎn)化而來的,按基圓半徑或外圓直徑展開成平面矩形,作為平面直動凸輪進(jìn)行近似計(jì)算。但是隨著凸輪機(jī)構(gòu)日益向高速方向發(fā)展,傳統(tǒng)的圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法因誤差較大,不得不進(jìn)行修正,因?yàn)椋@種展開法不能達(dá)到簡化計(jì)算、提高精度的目的,不能滿足企業(yè)的實(shí)際需要??紤]到圓柱凸輪屬于空間凸輪,其理論廓面、實(shí)際廓面均為空間曲面,因此,如何構(gòu)造這些曲面是一個(gè)關(guān)鍵問題,國內(nèi)開展了一些相關(guān)研究。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)進(jìn)一步發(fā)展,特別是基于特征和參數(shù)化技術(shù)的三維設(shè)計(jì)軟件的出現(xiàn),為空間曲面的構(gòu)造提供了支撐平臺。本文來用精確的數(shù)學(xué)模型建立圓柱凸輪的實(shí)際廓線方程,基于SolidWoks平臺,通過二次開發(fā)的手段精確構(gòu)造實(shí)際輪廓曲面完成了圓柱凸輪的模,通過實(shí)踐證明了這種方法的可行性。
1 圓柱凸輪輪廓線的數(shù)學(xué)模型對直動從動件圓柱凸輪建如圖1所示的固定坐標(biāo)系,以Z軸為圓柱凸輪的回轉(zhuǎn)軸線,X軸與從動件處于最低位置時(shí)的軸線重合,原點(diǎn)為該軸線與凸輪軸線的交點(diǎn),Y
軸分別垂直于X和Z軸。圖1中的幾何參數(shù)有:凸輪圓柱半徑為R(Rb≤R≤Rb B,Rb為圓柱凸輪的基圓柱半徑,B為滾子厚度),滾子半徑為rγ,從動件的運(yùn)動規(guī)律為s(φ),其中φ為凸輪的轉(zhuǎn)角。
圖1 圓柱凸輪的理論和實(shí)際廓線
如圖1所示,圓柱滾子直動從動件凸輪機(jī)構(gòu),圓柱的半徑為R,曲線b是圓柱凸輪的理論廓線,曲線。和c是實(shí)際廓線,d表示在理論廓線上的滾子圓,根據(jù)圖示固定坐標(biāo)系,建立圓柱凸輪理論廓線方程如下:考慮從動件是滾子的情況,實(shí)際輪廓線是圓心位理論廓線上滾子圓的包絡(luò)線,其方程為:對式(2)中的兩個(gè)方程,滾子圓的方程為:式(3)中X,Y,Z為理論廓線上的坐標(biāo);Xa,,Za為滾子圓和實(shí)際廓線上的公共點(diǎn)坐標(biāo),也是滾子圓和實(shí)際廓線的切點(diǎn)坐標(biāo)。包絡(luò)線方程為:式(4)中s’(φ)樹表示運(yùn)動規(guī)律 (φ)對φ導(dǎo)數(shù)。由于實(shí)際廓線也位于圓柱面上,所以滿足下式:聯(lián)立以上3式,可得到在圓柱半徑為R時(shí)的實(shí)際廓線的方程:式6)可看出,實(shí)際廓線有兩組,取上面符號表示圖1中曲線a,取下面符號表示圖1中曲線。推導(dǎo)了直動從動件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)際廓線的方程。基于Solidworks平臺用VBA開發(fā)了圓柱凸輪輔助建模軟件,根據(jù)廓線方程可自動實(shí)現(xiàn)圓柱凸輪的精確建模,并為下一步運(yùn)動仿真和數(shù)控加工奠定良好的基礎(chǔ)。2 基于Solidworks平臺直動從動件圓柱凸輪建模2.1 實(shí)際廓線的構(gòu)造式(6)是實(shí)際廓線的方程,若選定運(yùn)動規(guī)律(φ),給定轉(zhuǎn)角明,可分別計(jì)算出基圓柱Rb和外圓柱Rs上的實(shí)際廓線的坐標(biāo),如果計(jì)算出四組符合精度要求的實(shí)際廓線的坐標(biāo),分別連接這些坐標(biāo)成樣條曲線。如圖2所示,曲線a1和a2是外圓柱上的實(shí)際廓線曲線b1和b2是外圓柱上的實(shí)際廓線。為了保證實(shí)際廓線擬合精度,必須選擇足夠多的點(diǎn)來構(gòu)造樣條曲線,為此可把計(jì)算好實(shí)際廓線的坐標(biāo)存在文件中,通過Solidworks平臺上的XYZ構(gòu)造曲線的方法來構(gòu)造樣條曲線。
2.2 實(shí)際輪廓曲面的生成使用Solidworks,平臺上切除放樣特征,首
的截面形狀,是一個(gè)矩形,矩形的四個(gè)點(diǎn)落在實(shí)際廓線上,如圖2所示,放樣時(shí),取矩形為輪廓,條實(shí)際廓線、b1、b23所示的實(shí)際廓面。圖2 實(shí)際廓線的構(gòu)造圖3 實(shí)際廓面的形成3 軟件實(shí)現(xiàn)考慮到圓柱凸輪建模過程中有大量的凸輪實(shí)際輪廓曲線數(shù)據(jù),為了提高效率,采用軟件編程對Solidworks軟件二次開發(fā)的方式來實(shí)現(xiàn)。由于程序規(guī)模較小,編程的語言采用Solidworks中內(nèi)嵌的VBA實(shí)現(xiàn)。程序流程圖見圖4。圖4 程序流程
軟件分成兩個(gè)模塊:1)計(jì)算模塊,主要根據(jù)輸人參數(shù),確定實(shí)際輪廓的曲線的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù);2)建模模塊:主要完成繪制凸輪、實(shí)際廓線、切除放樣等操作。以放樣操作的編程為例說明:4 結(jié)論本文通過建立圓柱凸輪實(shí)際廓線的方程,在Solidworks平臺上構(gòu)造了凸輪的精確實(shí)際廓線,隨后通過Solidworks內(nèi)部命令完成圓柱凸輪的精確建模。通過精確的三維模型,可為下一步運(yùn)動仿真和數(shù)加工奠定了很好的基礎(chǔ)。
2.2V帶的設(shè)計(jì)計(jì)算
1、帶輪的材料
帶輪的常用材料為HT150(m30sVHT200(m30sV3)。轉(zhuǎn)速較高時(shí)可用鑄鋼或鋼板沖壓焊接結(jié)構(gòu),小功率時(shí)可用鑄鋁或料. 3.3、帶輪正常工作需滿足的條件即eemaxF£;為保證V帶有足夠的壽命,必須使帶工作時(shí)的最大應(yīng)力小或等于帶的許用應(yīng)力,即maxs£。根據(jù)既不打滑又有一定疲勞壽命著兩個(gè)條件,在特定條件下得到的單根V帶所能傳遞的功率稱為單根V帶的基本額定功率。3.4、求:設(shè)計(jì)V帶輪時(shí)應(yīng)滿足的主要要求有:結(jié)構(gòu)合理,質(zhì)量分布均勻轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過動平衡;與帶輪接觸的輪槽表面粗糙度要低,以減少帶的磨損各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度,以使載荷分布較為均勻等構(gòu)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇結(jié)構(gòu)形式的。根據(jù)帶的截型確定輪槽尺寸的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定帶輪的其他結(jié)構(gòu)尺寸,繪制帶輪的零件圖,并按照工藝要求注出相應(yīng)的技術(shù)要求等。
3.5、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)內(nèi)容
1)設(shè)計(jì)V帶傳動原始數(shù)據(jù)
2)傳遞的功率P=5.5kW
3)主動輪和傳動輪的轉(zhuǎn)速:nin=4)傳動的用途和工作條件5
)傳動的位置要求3.6、設(shè)計(jì)內(nèi)容包括:1)、帶的型號
2)、基準(zhǔn)長度
3、帶的根數(shù)
4)、傳動中心距
5)、帶輪直徑及結(jié)構(gòu)尺寸
6、軸上的壓力
3.7、設(shè)計(jì)步驟:3.7.1、確定設(shè)計(jì)功率根據(jù)傳遞的功率P、載荷的性質(zhì)和每天工作的時(shí)間等因素確定dAP=KPAK-工作情況系數(shù)《(機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ))9-13》表中(載荷變動和工作時(shí)間等)P-傳遞的額定功率(P=5.5KW經(jīng)計(jì)算:p
KdA=′R= (5.56.6kW′3.7.2
dP和轉(zhuǎn)速1n,由查(機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ))圖9-8A型普通VdP=6.6kW 1
n2900r/min=:D=80~100mm3.7.3、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑α和從動輪直徑2
D(1)初選小帶輪直徑1D(
1)帶輪直徑愈小愈好,結(jié)構(gòu)緊湊但帶的彎曲應(yīng)力增大,由E—帶的彈性模量(機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ))(MPa)—帶的高度見(機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ))表9-4 D—帶輪的基準(zhǔn)直徑第三章:輸入軸齒輪設(shè)計(jì)第13頁知帶型確定后h和E是常數(shù),D越小,帶的彎曲應(yīng)力bσ越大,故小帶輪帶的σ大于大帶輪的σ,為避免彎曲應(yīng)力過大。
2.3圓錐齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算:
圓錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
1 選定齒輪的類型,精度等級,材料及齒數(shù):
(1)選擇材料及熱處理小圓錐選用40Cr,調(diào)質(zhì)處理,調(diào)質(zhì)硬度為280HBS;大圓錐選用45#鋼,調(diào)質(zhì)處理,調(diào)質(zhì)硬度為240HBS。
(2)選齒輪小齒輪選1z=24,大齒輪選2z=72;大小圓錐均選用7級精度。軸交角為90度的直齒圓錐齒輪傳動u=12zz=3=tan2d=cot1d,得δ271.6°,δ=18.4°。
2.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算:公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值試選載荷系數(shù)Kt=1.3.
(1)
小圓錐齒輪的轉(zhuǎn)矩T1=7.627410′N.mm;
(2)查機(jī)械設(shè)計(jì)教材可知錐齒輪傳動的齒寬系數(shù)ΦR=13;
(3從表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa;
(4)有圖10-21d按齒面硬度查得大小齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限1limH=600MPa2limHs=550MPa
(5)計(jì)算應(yīng)力的循環(huán)次數(shù):60jLnh=60×720×1×2×8×300×10=2.07×
92N=2.07×1093=0.69×10
(6)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%安全系數(shù)S=1,由式(0-12
)得[Hs1]=1lim1sHN/S=0.9′600=540MPa;[2]Hs
試算小齒輪分度圓直徑1t≥2.92(ZE[σH])2KT1ΦR(1?0.5ΦR)2u3=77.834mm試算錐距Rt=d1tu2+1=123.066mm
計(jì)算錐齒輪平均分度圓處的圓周速度V=πd1n160×1000π×77.834×72060×1000=2.93m/s
平均分度圓圓周處的速度Vm=2.445m/s根據(jù)Vm2.445m/s7級精度由圖
10-8查得動載荷系數(shù)VK=1.14查表10-2得KA=1,查教材可得Kα=KFα=1,
KHβ=Kβ=875計(jì)算載荷系數(shù)K=KAKVKHαKHβ=1×1.14×11.875=2.1375按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑,得d1=dtKKt3=91.866mm計(jì)算模數(shù)m=d1
1=3.83mm 3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式(10-24)得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為m≥
KT1ΦR(1?0.5ΦR)12u2+1YFaY
對此結(jié)果,齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m于由齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力僅與齒輪的直徑有關(guān)。取由彎曲強(qiáng)度算的模數(shù),就近圓整為m=3。按接觸算得的分度圓直徑1d=91.866mm,算得小齒輪齒數(shù)1z=30,大齒輪齒數(shù)z=90
這樣設(shè)計(jì)的齒輪傳動既滿足了齒面接觸強(qiáng)度又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度,并做到了結(jié)構(gòu)緊湊,避免浪費(fèi)。
4.幾何尺寸計(jì)算:
1)計(jì)算分度圓直徑1=1zm=90mm d=2zm=270mm
2)錐度R=d1u2+1=90×102=142.3mm
3)錐齒寬度b=RR=1′142.3=47.4mm。
選取寬度1=2=45mm。
2.4 電機(jī)的選取及設(shè)計(jì)計(jì)算
普通電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸普通一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例,相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。
? 普通電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一,通常被用作定位控制和定速控制。普通電機(jī)慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中,如:數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。
? 選擇普通電機(jī)時(shí),首先要保證普通電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率普通電機(jī)時(shí),首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中,各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機(jī),負(fù)載力矩大。
? 選擇普通電機(jī)時(shí),應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配,這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量,一是可以改變絲桿的導(dǎo)程,二是可以通過普通電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率,不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。
? 選擇功率普通電機(jī)時(shí),應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動頻率,使之與普通電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量,使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動的需要。
選擇普通電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算:
4.1轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算
在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動中,物體的轉(zhuǎn)動慣量J 對應(yīng)于直線運(yùn)動中的物體質(zhì)量。要計(jì)算系統(tǒng)在加速過程中產(chǎn)
生的動態(tài)載荷,就必須計(jì)算物體的轉(zhuǎn)動慣量J 和角加速度e,然后得慣性力矩T=Je。
物體的轉(zhuǎn)動慣量為: J = ò r 2 r × dV ,式中:dV 為體積元,r為物體密度,r 為體積元與
轉(zhuǎn)軸的距離。單位:kgm2。以園柱體為例:
J=W/8(D/1000)2
式中:
L:長度,mm
D:直徑,mm
轉(zhuǎn)矩 22NM
4.2將負(fù)載質(zhì)量換算成電機(jī)輸出軸上的轉(zhuǎn)動慣量,常見傳動機(jī)構(gòu)與公式如下:
Jt=J1+(1/i2)[(J2+Js)+W/g(S/2π)2] (1-2)
式中Jt ---折算至電機(jī)軸上的慣量(Kg.cm.s2)
J1、J2 ---齒輪慣量(Kg.cm.s2)
Js ----絲桿慣量(Kg.cm.s2) W---工作臺重量(N)
S ---絲桿螺距(cm)
J1=W(1/2X3.14XBP/1000)XGL2
4.3計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩M
M=Ma+Mf+Mt (1-3)
Ma=(Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 (1-4)
式中Ma ---電機(jī)啟動加速力矩(N.m)
Jm、Jt---電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量(Kg.cm.s2)
n---電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速(r/min)
T---電機(jī)升速時(shí)間(s)
Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 (1-5)
Mf---導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩(N.m)
u---摩擦系數(shù)
η---傳遞效率
Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 (1-6)
Mt---切削力折算至電機(jī)力矩(N.m)
Pt---最大切削力(N)
計(jì)算所得力矩28NM
4.4負(fù)載起動頻率估算。
數(shù)控系統(tǒng)控制電機(jī)的啟動頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系,其估算公式為
fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml)÷(1+Jt/Jm)] 1/2 (1-7)
式中fq---帶載起動頻率(Hz)
fq0---空載起動頻率
Ml---起動頻率下由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩(N.m)
若負(fù)載參數(shù)無法精確確定,則可按fq=1/2fq0進(jìn)行估算.
(5)運(yùn)行的最高頻率與升速時(shí)間的計(jì)算。由于電機(jī)的輸出力矩隨著頻率的升高而下降,因此在最高頻率 時(shí),由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動負(fù)載,并留有足夠的余量。
(6)負(fù)載力矩和最大靜力矩Mmax。負(fù)載力矩可按式(1-5)和式(1-6)計(jì)算,電機(jī)在最大進(jìn)給速度時(shí),由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩要大于Mf與Mt之和,并留有余量。一般來說,Mf與Mt之和應(yīng)小于(0.2 ~0.4)Mmax.
綜上述選取三相混合普通電機(jī)110BYG350A/350A-S(接線型) 3 18 0.6/1.2 3 30000 1600 18 20 80-350
5 聯(lián)軸器的選取
mm
輸入軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸器的直徑,為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng),故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩,查《機(jī)械設(shè)計(jì)(第八版)》表14-1,由于轉(zhuǎn)矩變化很小,故取,則
=1.3X49.24=64012N.Mm
查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表14-4,選Lx3型彈性柱銷聯(lián)軸器其工稱轉(zhuǎn)矩為1250N.m,而電動機(jī)軸的直徑為19mm所以聯(lián)軸器的孔徑不能太小。取=19mm,半聯(lián)軸器長度L=82mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度為60mm。
軸向滾動絲杠副絲杠軸,選HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器,其公稱轉(zhuǎn)矩為1250000,半聯(lián)軸器的孔徑19mm,半聯(lián)軸器長度42mm。
徑向滾動絲杠副絲杠軸選Lx3型彈性柱銷聯(lián)軸器,其公稱轉(zhuǎn)矩為1250000,半聯(lián)軸器的孔徑19mm,半聯(lián)軸器長度42mm。
6 齒輪減速器的選取
所所選取普通電機(jī)為110BYG350C,根據(jù)以上查表計(jì)算所得選取行星減速器型號為PL120。
第4章各機(jī)構(gòu)的三維建模
4.1圓柱滾子從動件的三維建模:
3.1圓柱滾子從動件的三維建模:
3.2 V帶輪的三維建模:
3.3 圓錐傘齒輪三維建模:
結(jié) 論
通過本次設(shè)計(jì)半自動鉆床,從中深刻掌握到半自動鉆床的聯(lián)動結(jié)構(gòu),并對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,并繪制出裝配圖和零件圖。然后在通過三維軟件SOLIDWORKS軟件進(jìn)行零件的三維建模和裝配圖的建模。
綜上所述得到一下結(jié)論:
(1)本設(shè)計(jì)通過改造半自動鉆床,使之自動化了。
(2)齒條齒輪結(jié)構(gòu)的應(yīng)用得到了認(rèn)可;
(3)充分查找資料根據(jù)計(jì)算結(jié)果和設(shè)計(jì)的需要,選用合適的零部件,并對其進(jìn)行校核;精度驗(yàn)算;
(4)機(jī)械系統(tǒng)中各個(gè)傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì),方案合理,能適應(yīng)實(shí)際的情況。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] Zhang Guoxiong,Liu Shugui,Qiu Zurong,Yu Fusheng,NaYonglin,Leng Changlin.NON-CONTACT MEASUREMENT OF SCULPTURED SURFACE OF ROTATION[J].CHINESE JOURNAL OF M ECHANICAL ENGIN EERING.Vo1,17,No.4,2004.
[2 ] GUO Yuan,WANG Yutian,HAO Bing .Non—touch Fiber—optic Reflective Displacement Sensor for Roller[J] Wear.Semiconductor Photonics and echnology.Nov,2OO4.
[3 ] Tatsuo Inoue,Youichi,Watanabe,Kazuo,Okamura,Michiharu,Narazaki,Hayato Shichino,DongYing,JuHideo,Kanamori,Katsumi Ichitani[M]. A CooperativeActivityon QuenchingProcessSimulation—JapaneseIMS-VHTProjectontheBenchmarkAnalys.TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENT PROCEEDINGS OF THE 14TH IFHTSE CONGRESS[J].October,2004.
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[8] 張晉西.直齒圓柱齒輪幾何參數(shù)計(jì)算機(jī)輔助測定[J].機(jī)械設(shè)計(jì).2003年6期.
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致 謝
本課題是在xxx老師的精心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的,在此謹(jǐn)向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x和最誠摯的敬意。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師xx的細(xì)心指導(dǎo)下完成的。在我三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中,正是他們以無私的關(guān)懷、忘我的研究精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)作風(fēng)關(guān)心影響和教導(dǎo)了我,將令我終身受益。從課題的開始到最后,無處不凝聚著xxx老師的心血。xxx老師在學(xué)習(xí)和生活方面給予了我極大的關(guān)心和支持。同時(shí)老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、科學(xué)的學(xué)術(shù)作風(fēng),前瞻的科研眼光、敏銳的思維、淵博的知識、豐富的閱歷、謙虛大度的胸懷、獨(dú)特的為人處世原則,忘我工作的奉獻(xiàn)精神是永遠(yuǎn)值得我學(xué)習(xí)的。在此謹(jǐn)向xxx老師表示衷心的感謝!
感謝應(yīng)用技術(shù)學(xué)院的各位老師!在我四年多的求學(xué)生涯中,從學(xué)習(xí)和生活各方面給予我莫大的關(guān)懷和幫助。感謝我的大學(xué)同學(xué),與他們共同度過這一段難忘的人生旅程,他們?yōu)槲业拇髮W(xué)生生活和畢業(yè)設(shè)計(jì)生活增添了無限色彩。
再有要感謝一起學(xué)習(xí)生活的同學(xué)們,與他們的一次次交流使我得以不斷進(jìn)步和提高。
我能夠?qū)P膶W(xué)習(xí),順利完成學(xué)業(yè),與我的父母的培養(yǎng)、鼓勵和支持是分不開的,在此向他們表示最誠摯的感謝!
感謝文中所引用文獻(xiàn)的所有作者們!再次感謝所有關(guān)心、支持和幫助過我的老師、同學(xué)和朋友們!
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