畢業(yè)論文定稿-專用銑床進給系統(tǒng)設(shè)計

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XXXX 學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 )專用銑床進給系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計說明書所 在 學(xué) 院專 業(yè)班 級姓 名學(xué) 號指 導(dǎo) 老 師年 月 日原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細(xì)圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763摘 要本論文主要說明專用銑床設(shè)計的基本過程及要求。專用銑床是由大量的通用部件和少量專用部件組成的工序集中的高效率專用機床。它能夠?qū)σ环N（或幾種）零件進行多刀、多軸、多面、多工位加工。專用銑床的設(shè)計，目前基本上有兩種情況：其一，是根據(jù)具體加工對象的具體情況進行專門設(shè)計，這是當(dāng)前最普遍的做法。其二，隨著專用銑床在我國機械行業(yè)的廣泛使用，廣大工人總結(jié)自己生產(chǎn)和使用專用銑床的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)專用銑床不僅在其組成部件方面有共性，可設(shè)計成通用部件。而且一些行業(yè)的在完成一定工藝范圍的專用銑床是極其相似的，有可能設(shè)計為通用機床，這種機床稱為“專能專用銑床” 。這種專用銑床就不需要每次按具體加工對象進行專門設(shè)計和生產(chǎn)，而是可以設(shè)計成通用品種，組織成批生產(chǎn)，然后按被加工的零件的具體需要，配以簡單的夾具及刀具，即可組成加工一定對象的高效率設(shè)備。關(guān)鍵詞：專用銑床；設(shè)計；過程；功能原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載IIIABSTRACTThis thesis mainly explain the basic process and the requirements of special milling machine design. Special milling machine is high efficient special machine is composed of the large number of common parts and a small amount of special parts of the process of. It is capable of a (or several) multi knife, multi axis, multi, multi station processing parts.Design of special milling machine, there are two cases basically at present: first, is specially designed according to the specific situation of the processing object, this is the most common practice. Secondly, with the special milling machine is used widely in China machinery industry, workers summaries of their production and use of special milling machine experience, found special milling machine not only common in its components, can be designed into general parts. But some in the industry special milling machine complete process range is very similar, it is possible to design for the general machine, this machine called “special special milling machine“. The special milling machine does not need each special design and production according to the specific processing objects, but can be designed into general varieties, organization of production, then according to the need of the machined parts, fixture and cutting tool with simple, high efficiency equipment can form processing a certain object.Keywords: special milling machine; design; process; function原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載IV目 錄摘 要 .IIAbstract.III目 錄 IV第 1 章 緒論 11.1 課題研究意義 11.2 專用銑床設(shè)備應(yīng)用 .11.3 國外進給系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展 .21.4 國內(nèi)進給系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展 .21.5 專用銑床設(shè)備發(fā)展趨勢 4第 2 章 銑床總體設(shè)計要求 52.1 切削參數(shù)要求 .52.2 進給系統(tǒng)設(shè)計要求 7第 3 章 專用銑床進給系統(tǒng)設(shè)計 73.1 常見絲杠支承方式 73.2 脈沖當(dāng)量選擇 .83.3 滾珠絲杠設(shè)計計算 83.4 滾珠絲杠副的載荷計算 93.5 傳動效率計算 123.6 穩(wěn)定性驗算 123.6 剛度驗算 .123.7 滾珠絲杠精度等級確定 .123.8 滾動導(dǎo)軌副的防護 .153.9 直線滾動導(dǎo)軌副的計算、選擇 .153.10 電機至絲杠之間齒輪減速傳動設(shè)計 173.11 等效轉(zhuǎn)動慣量計算(不計傳動效率 ) .203.12 電機的計算選型 .203.13 聯(lián)軸器選擇 .21第 4 章 進給變速箱設(shè)計 214.1 專用進給變速箱設(shè)計 .214.2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 214.3 齒輪的設(shè)計及參數(shù)的確定 .234.3.1 齒輪的設(shè)計 234.3.2 齒輪參數(shù)的確定 254.4 軸承的選擇 28結(jié) 論 30致 謝 31參考文獻 32原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載V原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載1第 1 章 緒論1.1 課題研究意義市場的開放性和全球化使產(chǎn)品的競爭日趨激烈。而決定產(chǎn)品競爭力的指標(biāo)是產(chǎn)品的開發(fā)時間(Time ) ， 產(chǎn)品 (Quality)，成本 (Cost)，創(chuàng)新能力(Creation)和服務(wù)(Service)。用戶在追求高質(zhì)量產(chǎn)品的同時，會更多的追求較低的價格和較短的交貨周期。美國制造業(yè)在 20 世紀(jì) 50 至 40 年代主要以擴大生產(chǎn)規(guī)模作為企業(yè)競爭力的第一要素，而在 70 年代競爭力的第一要素為降低生產(chǎn)成本，80 年代為提高產(chǎn)品質(zhì)量，90 年代為市場響應(yīng)速度。所以現(xiàn)代企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量，增強競爭力。制造業(yè)是國家重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎(chǔ)是。是眾多機械制造的母機，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造精度有著直接關(guān)系，關(guān)系到國家機械工業(yè)以至整個制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進制造技術(shù)的基本單元載體，機械產(chǎn)品的質(zhì)量、更新速度、對市場的應(yīng)變能力、生產(chǎn)效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對于一個國家經(jīng)濟發(fā)展起著舉足輕重的作用我國是世界上產(chǎn)量最多的國家.根據(jù)德國工業(yè)協(xié)會(VD W )2000 年統(tǒng)計資料，在主要的生產(chǎn)國家中，中國排名為世界第五位。但是在國際市場競爭中仍處于較低水平:即使在國內(nèi)市場也面臨著嚴(yán)峻的形勢:一方面國內(nèi)市場對各類產(chǎn)品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)滯銷積壓，國外產(chǎn)品充斥市場。1.2 專用銑床設(shè)備應(yīng)用據(jù)統(tǒng)計，一般在車間中普通機床的平均切削時間很少超過全部工作時間的 15%。其余時間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機床、測量以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機床雖然能提高 85%，但購置費用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機床低。故必須更多地縮短加工時間。不同的加工方法有不同的特點，就鉆削加工而言，專用銑床專用設(shè)備是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。雖然不可調(diào)式多軸頭在自動線中早有應(yīng)用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào)式多軸頭擴大了使用范圍，仍然遠(yuǎn)不能滿足批量小、孔型復(fù)雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復(fù)雜的專用銑床專用設(shè)備更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有 15000 個 ψ20 孔，若以搖臂銑床加工，單單專用銑床與锪沉原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載2頭孔就要 843.5 小時，另外還要劃線工時 151.1 小時。但若以數(shù)控八軸落地銑床加工，鉆锪孔只要 171.6 小時，劃線也簡單，只要 1.9 小時。因此，利用數(shù)控控制的二個坐標(biāo)軸，使刀具正確地對準(zhǔn)加工位置，結(jié)合專用銑床專用設(shè)備不但可以擴大加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機 30 種箱形與桿形零件的 2000 多個專用銑床操作中，有 40%可以在自動更換進給變速箱機床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少 20%的加工時間。1975 年法國巴黎機床展覽會也反映了專用銑床專用設(shè)備的使用愈來愈多這一趨勢。1.3 國外進給系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展專用銑床專用設(shè)備是在一次進給中同時加工許多孔或同時在許多相同或不同工件上各加工一個孔。這不僅縮短切削時間，提高精度，減少裝夾或定位時間，并且在數(shù)控機床中不必計算坐標(biāo)，減少字塊數(shù)而簡化編程。它可以采用以下一些設(shè)備進行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸銑床、多軸專用銑床心及自動更換進給變速箱機床。甚至可以通過二個能自動調(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結(jié)合數(shù)控工作臺縱橫二個方向的運動，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個或幾個工序?，F(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡介。1.4 國內(nèi)進給系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展從傳動方式來說主要有帶傳動、齒輪傳動與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動三種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結(jié)構(gòu)簡單，后者易于調(diào)整軸距。從結(jié)構(gòu)來說有不可調(diào)式與可調(diào)式二種。前者軸距不能改變，多采用齒輪傳動，僅適用于大批量生產(chǎn)。為了擴大其贊許適應(yīng)性，發(fā)展了可調(diào)式多軸頭，在一定范圍內(nèi)可調(diào)整軸距。它主要裝在有萬向.二種。（1）萬向軸式也有二種:具有對準(zhǔn)裝置的主軸。主軸裝在可調(diào)支架中，而可調(diào)支架能在殼體的 T 形槽中移動，并能在對準(zhǔn)的位置以螺栓固定。 （2）具有公差的圓柱形主軸套。主軸套固定在與式件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分布的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上） 。后一種適用于批量較大式中小批量的輪番生產(chǎn)中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多軸頭可以裝在立鉆式搖臂銑床上，按銑床本身所具有的各種功能進行工作。這種專用銑床專用設(shè)備方原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載3法，由于專用銑床效率、加工范圍及精度的關(guān)系，使用范圍有限。也象多軸頭那樣作為標(biāo)準(zhǔn)部件生產(chǎn)。美國 Secto 公司標(biāo)準(zhǔn)齒輪箱、多軸箱等設(shè)計的不可調(diào)式多軸箱。有 32 種規(guī)格，加工面積從 300Ｘ300 毫米到 600Ｘ1050 毫米，工作軸達 60 根，動力達 23.5 千瓦。Romai 工廠生產(chǎn)的可調(diào)多軸箱調(diào)整方便，只要先把齒輪調(diào)整到接近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調(diào)軸移動到正確的位置。因此，這種結(jié)構(gòu)只要改變模板，就能在一定范圍內(nèi)容易地改變孔型，并且可以達到比普通多軸箱更小的孔距。根據(jù)成組加工原理使用多軸箱或多軸頭的專用銑床很適用于大中批量生產(chǎn)。為了在加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數(shù)點：（1）工件裝夾簡單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。 （2）夾具剛性好，加工時不形變，分度定位正確。 （3）使用二組刀具的可能性，以便一組使用，另一組刃磨與調(diào)整，從而縮短換刀停機時間。 （4）使用優(yōu)質(zhì)刀具，監(jiān)視刀具是否變鈍，鉆頭要機磨。 （5）尺寸超差時能立即發(fā)現(xiàn)。這是一種能滿足專用銑床專用設(shè)備要求的銑床。諸如導(dǎo)向、功率、進給、轉(zhuǎn)速與加工范圍等。巴黎展覽會中展出的多軸銑床多具液壓進給。其整個工作循壞如快進、工進與清除鐵屑等都是自動進行。值得注意的是，多數(shù)具有單獨的變速機構(gòu)，這樣可以適應(yīng)某一組孔中不同孔徑的加工需要。為了中小批量生產(chǎn)合理化的需要，最近幾年發(fā)展了自動更換進給變速箱專用銑床。(1) 自動更換主軸機床自動更換主軸機床頂部是回轉(zhuǎn)式進給變速箱庫，掛有多個不可調(diào)進給變速箱?？v橫配線盤予先編好工作程序，使相應(yīng)的進給變速箱進入加工工位，定位緊并與動力聯(lián)接，然后裝有工件的工作臺轉(zhuǎn)動到進給變速箱下面，向上移動進行加工。當(dāng)變更加工對象時，只要調(diào)換懸掛的進給變速箱，就能適應(yīng)不同孔型與不同工序的需要。(2)多軸轉(zhuǎn)塔機床轉(zhuǎn)塔上裝置多個不可調(diào)或萬向聯(lián)軸節(jié)進給變速箱，轉(zhuǎn)塔能自動轉(zhuǎn)位，并對夾緊在回轉(zhuǎn)工作臺的工件作進給運動。通過工作臺回轉(zhuǎn)，可以加工工件的多個面。因為轉(zhuǎn)塔不宜過大，故它的工位數(shù)一般不超過 4—6 個。且進給變速箱也不宜過大。當(dāng)加工對象原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載4的工序較多、尺寸較大時，就不如自動更換進給變速箱機床合適，但它的結(jié)構(gòu)簡單。(3)自動更換進給變速箱專用銑床它由自動線或?qū)Ｓ勉姶仓械臉?biāo)準(zhǔn)部件組成。不可調(diào)多軸箱與動力箱按置在水平底座上，進給變速箱庫轉(zhuǎn)動時整個裝置緊固在進給系統(tǒng)的溜板上。進給變速箱庫轉(zhuǎn)動與進給動作都按標(biāo)準(zhǔn)子程序工作。換進給變速箱時間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉(zhuǎn)工作臺，以便加工工件的各個面。好果回轉(zhuǎn)工作臺配以卸料裝置，就能合流水生產(chǎn)自動化。在可變生產(chǎn)系統(tǒng)中采用這種裝置，并配以相應(yīng)的控制器可以獲得完整的加工系統(tǒng)。(4) 數(shù)控八軸落地銑床大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達 15000 個，它與支撐板聯(lián)接在一起加工。孔徑為 20 毫米，孔深 180 毫米。采用具有內(nèi)冷卻管道的麻花鉆，5－7 巴壓力的冷卻液可直接進入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成 90°供自動定心。它比普通麻花鉆耐用，且進給量大。為了縮短加工時間，以 8 軸數(shù)控落地加工。1.5 專用銑床設(shè)備發(fā)展趨勢專用銑床專用設(shè)備生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，產(chǎn)品改型時設(shè)備損失少。而且隨著我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，專用銑床專用設(shè)備的范圍一定會愈來愈廣，加工效率也會不斷提高。原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載5第 2 章 銑床總體設(shè)計要求2.1 切削參數(shù)要求確定了在專用銑床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。因為所設(shè)計的專用銑床為加工在大多數(shù)情況下，所選切削用量，根據(jù)經(jīng)驗比一般通用機床單刀加工低 30%左右．多軸進給變速箱上所有刀具共用一個進給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動力滑臺，工作時，要求所有刀具的每分鐘進給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進給量（ mm/min）應(yīng)是適合有刀具的平均值。因此，同一進給變速箱上的刀具主軸可設(shè)計成同轉(zhuǎn)速和同的每轉(zhuǎn)進給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足直徑的加需要，即： …………………………………3.112.inffnfv??式中： … ——各主軸轉(zhuǎn)速（r/min）、 、——各主軸進給量（mm/r）12,.iff——動力滑臺每分鐘進給量（mm/min）vf由于專用銑床的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求等，按照經(jīng)濟地選擇滿足加工要求的原則，工作臺進給速度 300mm/min 縱向快速進給 2m/min電機功率 0.55kw 工作臺，工件，夾具總質(zhì)量：700kg。進給變速箱只需 4 個變速，銑刀直徑：30mm 齒數(shù) 7 由公式10vnd??d-銑刀直徑 =30mm 根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：允許的切速極限參考值如下：表 1.1原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載6加 工 條 件 Vmax(m/min) Vmin(m/min)硬質(zhì)合金刀具粗加工鑄鐵工件 30～50硬質(zhì)合金刀具半精或精加工碳鋼工件150～300螺紋加工和鉸孔 3～8選取 min6/iv?max60/inv?in104n3.r?1637/min.4r??根據(jù)同組同學(xué)計算主傳動的變速在 63r/min-710r/min。當(dāng)?shù)毒卟牧蠟楦咚黉摃r端銑加工的圓周切削力：(1)108.95.01. eZpFCadfa????N(2)472式(1)為端銑刀加工碳鋼、青銅合金，可鍛鑄鐵等材料的切削力計算公式式(2)為端銑刀加工灰鑄鐵的切削力計算公式式中： ——銑削的背吃刀量，端銑時為切削深度，Pa m——銑削的側(cè)吃刀量，端銑時為加工表面寬度，e——每齒進給量，Zf Zm——銑刀直徑 ，0d——銑刀齒數(shù)端銑刀加工不同材料時的銑削系數(shù) FC碳鋼：82.4 可鍛鑄鐵：50 灰鑄鐵：50 青銅：37.5 鎂合金：18當(dāng)?shù)毒卟牧蠟橛操|(zhì)合金時，不同材料端銑加工的圓周切削力為：碳鋼： 2.0.3.10.75.0.1682.9????nZdafFepC ??N灰鑄鐵： 4.9.可鍛鑄鐵： 2.0.3.10.75.0.1. ??feZpC ??式中： —— 銑刀轉(zhuǎn)速 n??rm銑削功率： 9502??ndFTPCCkW原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載7式中： ——銑刀圓周切削力 CF??N——銑刀直徑 0dm—— 銑刀轉(zhuǎn)速 n??rp2.2 進給系統(tǒng)設(shè)計要求進給機構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足一下幾個條件首先就是必須保證工件定位可靠的可靠性，去選擇合適的定位機構(gòu)。再者就是要有足夠的強度和剛度除了受到工件、工具的重量，還要受到本身的重量，還受到焊接槍在運動過程中產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，沒有足夠的強度和剛度可能會發(fā)生折斷或者彎曲變形，所以對于受力較大的進行強度、剛度計算是非常必要的。最后要盡可能做到具有一定的通用性 如果可以，應(yīng)考慮到產(chǎn)品零件變換的問題。為適應(yīng)不同形狀和尺寸的零件，為滿足這些要求，可將制成組合式結(jié)構(gòu)，迅速更換不同的部件及附件來擴大機構(gòu)的使用范圍。電動機—齒輪傳動—滾珠絲杠—進給變速箱工作臺第 3 章 專用銑床進給系統(tǒng)設(shè)計3.1 常見絲杠支承方式表 3-1 滾珠絲桿副支承支承方式簡圖 特點一端固定一端自由結(jié)構(gòu)簡單，絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低設(shè)計時盡量使絲桿受拉伸。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度底，僅僅適用于短絲桿。原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載8一端固定一端游動需保證螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難，絲桿的軸向剛度與兩端相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長度的較高，絲桿有膨脹余地，這種安裝方式一般用在絲桿較長，轉(zhuǎn)速較高的場合，在受力較大時還得增加角接觸球軸承的數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時多用更經(jīng)濟的推力球軸承代替角接觸球軸承。兩端固定只有軸承無間隙，絲桿的軸向剛度為一端固定的四倍。一般情況下，絲桿不會受壓，不存在壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高。可以預(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減少絲桿自重的下垂和熱膨脹的問題，結(jié)構(gòu)和工藝都比較困難，這種裝置適用于對剛度和位移精度要求較高的場合。3.2 脈沖當(dāng)量選擇由已知設(shè)計參數(shù)初選三相電機，按三相六拍工作時，步矩角 α=0.75°,初定脈沖當(dāng)量 δ=0.005mm/p3.3 滾珠絲杠設(shè)計計算（1）.滾珠循環(huán)方式由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書》 》表 5-1 查得,選擇外循環(huán)插管式（2）.軸向間隙預(yù)緊方式預(yù)緊目的在于消除滾珠螺旋傳動的間隙,避免間隙引起的空程,從而提高傳動精度.由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載9導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書》 》表 5-2 查得,采用雙螺母墊片預(yù)緊方式。2）滾珠絲杠副直徑和基本導(dǎo)程系列由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書》 》表 5-3 查得,3.4 滾珠絲杠副的載荷計算工作負(fù)載是指機床工作時，實際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數(shù)值用進給牽引力的實驗公式計算。選定導(dǎo)軌為滑動導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為 0.03，K 為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取 1.1~1.5，本課題中取 1.3，則絲桿所受的力為銑削力：灰鑄鐵： NZdafFepC 81.475481.90.1.74.09. ????式中： ————銑 削深度pa————每齒進給量f————銑削寬度w————刀具直徑odn————刀具轉(zhuǎn)速Z————刀齒數(shù)取 3， 取 0.1， 取 20，Z 取 7， 取 30，pafwaod則有：工作臺縱向進給分力載荷: F =0.4Fz=0.4×4718.81=1887NL原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載10NGFGFGfKFZx 215-)2(0312-)2( 3y123yma =++=++= ）（）（）（0in其等效載荷按下式計算（式中取 ， ）21t=1nNtnFFm49)(321mi3ax+= 316mhkahtw10)T(ffCarfw-------負(fù)載性質(zhì)系數(shù)， （查表：取 fw=1.2）ft--------溫度系數(shù)（查表：取 ft=1）fh-------硬度系數(shù)（查表：取 fh =1）fa-------精度系數(shù)（查表：取 fa =1）fk-------可靠性系數(shù)（（查表：取 fk =1）Fm------等效負(fù)載nz-------等效轉(zhuǎn)速Th ----------工作壽命，取絲桿的工作壽命為 15000h由上式計算得 Car=17300N采用絲杠直徑 40mm,導(dǎo)程為 5mm計算得出 Ca=Car=17.3KN,則 Coa=(2~3)Fm=（34.6~51.9）KN公稱直徑 Ph=5mm則選擇 FFZD 型內(nèi)循環(huán)預(yù)緊滾珠絲桿副，絲桿的型號為 FFZD4010—3。原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載11滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表名稱 計算公式 結(jié)果公稱直徑 0d―― 40mm螺距 t ―― ５mm接觸角 ?―― 045鋼球直徑 bd―― 4.175mm螺紋滾道法向半徑 R0.52bRd?1.651mm原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載12偏心距 e(2)sinbeRd????0.04489mm螺紋升角 ?0tarcg??0'43螺桿外徑 d0(.2~5)bdd??39.365mm螺桿內(nèi)徑 11eR?36.788mm螺桿接觸直徑 220cosb?37.755mm螺母螺紋外徑 Dde??34.212mm螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 110(.~5)bd?30.7mm3.5 傳動效率計算絲杠螺母副的傳動效率為： )(?????tg式中： φ =10’，為摩擦角； γ 為絲杠螺旋升角。 0'''43()(1)0.96ggt tt??????3.6 穩(wěn)定性驗算絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。3.6 剛度驗算滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為： (cm)ESFll01???Y 向所受牽引力大,故用 Y 向參數(shù)計算60622 21.5615.804(/)3.FNlcmECMSRL????????絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計。導(dǎo)程變形總誤差 Δ 為原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載13E 級精度06 4110.56.22.102.[]lL um??????????絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。3.7 滾珠絲杠精度等級確定（1）.絲杠有效行程 由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書》 》表 5-4 查得 le=20 mm導(dǎo)軌總長 Lu =210+120+20=350mm 所以絲杠總長 Lv =350-20=330mm（2）.精度等級 根據(jù)有效行程內(nèi)的平均行程允許偏差 ep=0.01/300×350×103=11.7 查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編 .《機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書》表 5-5 得 精度等級為 T34）滾珠絲杠副支承形式選擇滾珠絲杠主要承受軸向載荷,應(yīng)選用運轉(zhuǎn)精度高,軸向剛度高、摩擦力距小的滾動軸承.滾珠絲杠副的支承主要約束絲杠的軸向串動,其次才是徑向約束。由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書》表 5-6 查得,采用一端固定一端游動(F-S)支承形式.5）滾珠絲杠副的選擇高速或較高轉(zhuǎn)速情況 按額定動負(fù)荷 Cα≥Cαj選擇滾珠絲杠副Cαj=[(Fefw)/(fhftfafk)]×[(60Lhne)/(106)]1/3式中 Cαj--滾珠絲杠副的計算軸向動負(fù)荷(N)Fe--絲杠軸向當(dāng)量負(fù)荷(N)，取進給抗力和摩擦力之和的一半. Fe=(120+0.06×120)/2=63.6Nne--絲杠當(dāng)量轉(zhuǎn)速(r/min). n e=250r/min.Lh--絲杠工作壽命(h). 查考樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書》 》表 5-7 得 Lh=15000 h.ft--溫度系數(shù). 查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機械電子工程專業(yè)原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載14課程設(shè)計指導(dǎo)書》 》表 5-8,得 ft=0.70.fa--精度系數(shù). 查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國、胡利永等編.《機械電子工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書》 》表 5-9 得 fa=1.0fw--負(fù)載性質(zhì)系數(shù). 查[2]表 5-10 得 fw=0.95fh--硬度系數(shù).查[2] 表 5-11 得 fh=1.0fk--可靠性系數(shù).查[2]表 5-12 得 fk=0.21.計算得 Caj=2.5N表 3-1-1 各類機械預(yù)期工作時間 Lh表 3-1-2 精度系數(shù) fa表 3-1-3 可靠性系數(shù) fk表 3-1-4 負(fù)載性質(zhì)系數(shù) fw6）滾珠絲杠副校核（1）.臨界壓縮負(fù)荷 對于一端軸向固定受壓縮的滾珠絲杠,應(yīng)進行壓杠穩(wěn)定性校核計算.不發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮負(fù)荷稱為臨界壓縮負(fù)荷,用 Fn 表示原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載15Fn=3.4×1010(f1d24)÷(L02) ×K1式中 L0–--最長受壓長度. 取 400 mmf1--絲杠支承方式系數(shù), F-S 取 2d2--絲杠螺紋底徑 ,查[4]3-32 取 17.6 mmk1 安全系數(shù)，取 1/3Fn=13593NFmax（2）.臨界轉(zhuǎn)速ncr=9910(f22d2)/Lc2式中 f2--絲杠支承方式系數(shù),F-S 取 3.927. Lc --臨時轉(zhuǎn)速計算長度. L c =0.5m. d2--絲杠螺紋底徑 ,取 17.6mmncr= 10758.9r/min nmax 取,同時驗算絲杠另一個臨界值 d0n=20×833=7500 ={2Kt×T1×（u＋1）×(Z HZE)2/[Φ d×ε a×u×[σ H]2]}(1/3)1).試選 Kt=1.6, 查表可得材料彈性影響系數(shù) ZE＝189.8MPa2).查機械設(shè)計教材，選取區(qū)域系數(shù) ZH=2.433, 選取齒寬系數(shù) Φ d＝0.3，3). 查表得 ε a1＝0.78，ε a2 ＝0.85，則 ε a＝ε a1+ε a2 ＝1.634).應(yīng)力循環(huán)系數(shù)取 j=1， 所以： N1=60n2jLh=60×1500×1×(2×8×300×15)＝6.480×10 9 N2=N1/u=6.480×109/2.1＝3.08×10 95）.查表得接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=0.85,KHN2=0.89,原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載196).查表得小齒輪接觸疲勞強度極限 σ Hlim1=600MPa,大齒輪的接觸疲勞強度極限σ Hlim2=550MPa,7).計算接觸疲勞強度許用應(yīng)力：取失效概率為 1%，取安全系數(shù) S=1, [σ H]1＝K HN1×σ Hlim1/S=0.85×600/1＝510MPa[σ H]2＝K HN2×σ Hlim2/S=0.87×550/1＝489.5MPa[σ H]=[σ H]1+[σ H]2)/2=499.75 MPa8) 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：T1=95.5×105Px/nx=95.5×105×0.00594/1500=37.82N.mm（2） 計算 1）.試算小齒輪分度圓直徑d1t≥{2×1.6×44.121×3.083/（0.3×1.630×1.25）×（2.433×189.8/494.25） 2）} （1/3） ＝6.94mm ，取 d1t=7.0mm2).計算圓周速度 v=лd 1tn1/(60×1000)＝0.55m/s3).計算齒數(shù) b 及模數(shù) mnt： b=Φ dd1t=0.3×7＝2.1mmmnt=d1tcosβ/Z 1=7×/20=0.34 h=2.25mnt=2.25×0.34mm =0.76 mmb/h=2.1/0.76=2.84).縱向重合度 ε β ＝0.318×Φd×Z 1×tanβ=0.318×0.3×20×tan14 o=0.485).計算載荷系數(shù) K,查課本得使用系數(shù) KA=1.25,根據(jù) v=0.033 m/s ,7 級精度，查得動載系數(shù) Kv=1.01,由 b/h=2.8,查得 KHα =KFα =1.2,故載荷系數(shù)K=KAKvKHα KFα =1.25×1.01×1.2×1.2＝1.696）.分度圓直徑 d1=d1t(K/Kt)(1/3)=7×（1.69/1.6） （1/3） =7.13 mm7).計算模數(shù) mn=d1×cosβ/Z 1=7.13×cos14o/20=0.35 mm(3）按齒輪彎曲強度設(shè)計mn={(2KT2Yβ COS2β/Φ dZ12ε α )×(YFα YSα /[σ F])}(1/3)1）計算載荷系數(shù)，K=K A×Kv×KFα ×KFβ =1.25×1.01×1.2×1.2＝1.692）根據(jù)縱向重合度 ε β ＝0.48，查表得螺旋角影響系數(shù) Yβ =0.913）計算當(dāng)量齒數(shù) Zv1=Z1/cos3β=20/cos 314o=21.2原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載204）查得,Y Fa1=2.763,YSa1=1.592,YFa2=2.375,YSa2=1.672因為小齒輪彎曲極限強度 σ FE1=500MPa,大齒輪 σ FE2＝380MPa,查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85,KFN2=0.87,取安全系數(shù) S=1.1，則[σ F]1＝K HN1×σ FE1/S=386MPa[σ F]2＝K HN2×σ FE1/S＝304MPa5）計算大、小齒輪 YFa1 YSa1/[σ F]1 并加以比較YFa1 YSa1/[σ F]1＝2.763×1.562/386=0.0112YFa2YSa2/[σ F]2=2.375×1.672/304＝0.013比較后取大齒輪數(shù)據(jù)6）設(shè)計計算 mn={2×1.69×37.82×0.91×0.013×(cos14°)2/（0.3×20 2×1.63）} （1/3） ＝0.187m 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算得法面模數(shù) mn大于齒根彎曲疲勞強度計算得法面模數(shù)，取 mn＝2 mm，已可滿足彎曲強度，但為了同時滿足接觸疲勞強度齒輪幾何尺寸計算①中心距 a=( Z1+Z2)mn/(2×cosβ)=(52+62)×2/（2×cos14 o）＝63.9 mm 所以圓整為 64 mm②按圓整后的中心距修正螺旋角 β＝arccos[(Z 1+Z2)mn/2a]=arcos[(52+62)×2/(2×64) =14.36 o 3.11 等效轉(zhuǎn)動慣量計算(不計傳動效率)小齒輪轉(zhuǎn)動慣量 Jg1=(πd 14b1ρ)／32=[π4 4×1.4×7.85×10-3]／32 =0.276×10-4 kg.m2式中 鋼密度 ρ=7.85×10 -3 kg/cm3同理,大齒輪轉(zhuǎn)動慣量 J g2=0.498×10-4 kg.m2 查設(shè)計手冊初選滾珠絲杠 CDM2005-3, 得到 d0=20 mm ,l=430 mm滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量 Js=(πd 04lρ)／32={[π(2) 4×43×7.85×10-3]／32}×10 -4 kg.m2 =0.53×10-4 kg.m2工作重物為 12kgJw=(w/g)×(tsP／2π) 2 ÷i2 =12×(0.5／2π) 2 ÷2.12×10-4 kg.m2 =1.71×10-6 原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載21kg.m2因此,折算到電機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量 JeJe= Jg1+ Jw+( Jg2+Js) ÷i2 =0.807×10-4 kg.m2 3.12 電機的計算選型查設(shè)計指導(dǎo)書(4-7)~(4-9)可知:Mt=[(Fx+μFy) tsP]/(2πηi)= [(180+0.06×140)×0.005]/(2π×0.8×2.1)=0.089N.mMf= (Ff tsP)/(2πηi)= (μW tsP)/(2πηi)=(0.06×12×10×0.005)/ (2π×0.8×2.1)=0.00341N.m上述式中 η—絲杠預(yù)緊時的傳動效率取 η=0.8μ——為摩擦系數(shù)取 0.06nmax=(vmax/δ)×(α/360°)=(2000/0.005) ×(0.75/360)=833 r/min取起動加速時間 tα=0.03 s初選 60BYG350DL-SASSML-0451 的電動機M0=(Fp0tsp)÷(2πηi) ×(1-η02)= (1/3Fxtsp)÷(2πηi) ×(1-η02) =[(1/3) ×180×0.006]÷(2π×0.8×2.1) ×[1-0.92]=0.054 N.m式中 Fp0—滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷,一般取 Fy/3Fy—進給牽引力 (N)η0—滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率,取 0.9J=( Je +Jm)= 0.807×10-4 kg．m 2+0.3×10-4 kg.m2 =1.107×10-4 kg.m2Ma=( Je +Jm)( 2πnmax)/(60tα)= 0.2926N.mMq= Ma+ Mf+ M0=0.2926+0.00341+0.054=0.35N.mMc= Mt+ Mf+ M0=0.089+0.00341+0.054=0.1464N.mMk= Mf+ M0=0.00341+0.054=0.05741N.m從計算可知, M q 最大,作為初選電動機的依據(jù).Mq/ Mjmax=0.446 （千瓦） （3-1）?進切 ?N 進 為 0.8~2 千瓦， η=0.9N 動 4.0 千瓦?動力箱的選擇：表 3-1 動力箱型號型號 型式 電動機型號 電動機的功率 電動機的轉(zhuǎn)速 r·min-1 輸出軸轉(zhuǎn)速 r·min-11TD40-I Ⅱ Y100-L8 2 1440 7203 傳動系統(tǒng)總傳動比的確定及各級分傳動比的分配電動機選定之后，根據(jù)電動機滿載轉(zhuǎn)速 及工作機轉(zhuǎn)速 ，就可計算出傳動系統(tǒng)mnwn的總傳動比為(3-2)工 作 機 轉(zhuǎn) 速滿 載 轉(zhuǎn) 速總 ?wi由傳動方案可知，傳動系統(tǒng)的總傳動比等于各級分傳動比之積。即(3-3)niii??21總式中， ， ，… ， 為各級傳動副的傳動比。1i2ni(3-4)從主主從 nZi?由式（3-4 ）得06.2381?i 65.1402imin7rminr?由式（3-3 ）得39.65.1021???ii總合理地分配各級傳動比，在傳動系統(tǒng)總體設(shè)計中是很重要的，它將直接影響到傳動裝置的外廓尺寸、質(zhì)量、潤滑條件、成本的高低、傳動零件的圓周速度大小及精度等級的高低。要同時滿足各方面的要求是不現(xiàn)實的，也是非常困難的，應(yīng)根據(jù)具體設(shè)計要求，進行分析比較，首先滿足主要要求，盡量兼顧其他要求。在合理分配傳動比時應(yīng)注意以下幾點。（a） 各級傳動比都應(yīng)在常用的合理范圍內(nèi)，以符合各種傳動形式的工作特點，能在最佳狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，并使結(jié)構(gòu)緊湊、工藝合理。原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載24（b） 應(yīng)使傳動裝置結(jié)構(gòu)尺寸較小，質(zhì)量較輕。（c） 應(yīng)使各傳動件尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱合理，避免相互干擾碰撞。4.3 齒輪的設(shè)計及參數(shù)的確定齒輪傳動是機械傳動中最重要、應(yīng)用最廣泛的一種傳動。其主要優(yōu)點是：傳動效率高，工作可靠，壽命長，傳動比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊。其主要缺點是：制造精度要求高，制造費用大，精度低時振動和噪聲大，不宜用于軸間距離較大的傳動。4.3.1 齒輪的設(shè)計我們就以軸 1 和軸 2 嚙合的一對齒輪為例。A．齒輪的材料，精度和齒數(shù)的選擇因傳遞功率不大，轉(zhuǎn)速不高，材料按表 7-1 選取，都采用 45 鋼，鍛造毛坯，大齒輪正火處理，小齒輪調(diào)質(zhì)，均用軟齒面。齒輪精度用 8 級，輪齒表面粗糙度為 Ra1.6。軟齒面閉式傳動，失效形式為點蝕，考慮傳動平穩(wěn)性，齒數(shù)宜取多些，取 z=33 則與其嚙合的齒數(shù) z 嚙合 = 680.23??iB．設(shè)計計算a．設(shè)計準(zhǔn)則按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。b．按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 (3-5) ?????1231 ?????????dHEt KTZd(3-6)mNnPT ?????53067045.905.9661由圖 7-6 選取材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為：MaH8lim1??MPaHlim2?由圖 7-7 選取材料的彎曲疲勞極限應(yīng)力為：PF230li1 F30li2?應(yīng)力循環(huán)次數(shù) NN1=60n1at=60 720 1 (16 300 8)=1.66 109???則 N 2=N1/u=1.66x109/2.06=1.24 109由圖 7-8 查得 接觸疲勞壽命系數(shù) ZN1=1,ZN2=1由圖 7-9 查得 彎曲疲勞壽命系數(shù) YN1=1,YN2=1原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載25由表 7-2 查得 接觸疲勞安全系數(shù) SHmin=1，彎曲疲勞安全系數(shù) SFmin=1.4,又 Yst=2.0試選 Kt=1.3求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力：(3-7) ??MPaZSNH58011minl11 ????(3-8) 2inl22(3-9) ??PaYSNFst 32814.01minl11 ????(3-10)MFst2inl22將有關(guān)值代入式（3-5）得： ??3121 ????????????dtHEt TKZd= m3206.2153.5809 ???????=48.07mm則 (3-11)sndvt /81.1067.42.316?????smsZ/59./08.查圖 7-10 得 kv=1.09;由表 7-3 查得 kA=1.25;由表 7-4 查得 kβ =1.05；取 kα =1，則(3-12)431.05.129.??????KVAH修正 mdt 6.9.7.483.131m=d1/z1=48.07/33=1.467mm (3-13)由表 7-6 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=3mm。c．計算幾何尺寸