在分度機構(gòu)旋轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計畢業(yè)論文

1、桂林電子科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙編號： 畢業(yè)設(shè)計(論文)說明書 題 目： 在分度機構(gòu)旋轉(zhuǎn)工作 臺的設(shè)計 學 院： 機電工程學院 專 業(yè)： 機械電子工程 學生姓名： 學 號： 指導教師單位： 機電工程學院 姓 名： 職 稱： 題目類型：¨理論研究 ¨實驗研究 þ工程設(shè)計 ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開發(fā) 2013年5月30日摘 要 本課題研究的題目為在分度機構(gòu)回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計，此工作臺配合激光焊接機共同使用。本課題的設(shè)計從激光焊接的特點出發(fā)，針對焊接時焊槍不宜360度全方位旋轉(zhuǎn)與焊接時速度不宜過快等特點，設(shè)計出一個能在水平工作面帶動工件360度

2、全方位旋轉(zhuǎn)的工作轉(zhuǎn)臺，同時為了能提高焊接加工的效率，工作轉(zhuǎn)臺設(shè)計為多工位旋轉(zhuǎn)工作臺。從而達到一次性裝夾多個工件進行加工。相對于傳統(tǒng)機械分度頭，操作方便，分度精度高，生產(chǎn)效率高。本工作臺的工作原理：首先從加工零件的裝夾出發(fā)，設(shè)計加工的零件為圓柱體，裝夾機構(gòu)分為主動頂桿與從動頂桿，從動頂桿可在水平方向移動一定距離，裝夾時，工件水平放置與主動頂桿與從動頂桿之間，由動頂桿提供夾緊力講工件夾緊。然后是工作臺工位的布置，工作轉(zhuǎn)臺為兩對稱分布的圓盤，中間由一空心軸連接，工位則均勻的分布在圓盤上面。最后是工作臺的運轉(zhuǎn)，工作臺運轉(zhuǎn)可分為公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)體現(xiàn)在工位的自轉(zhuǎn)，帶動工件自轉(zhuǎn)完成焊接；公轉(zhuǎn)體現(xiàn)在工作轉(zhuǎn)臺的

3、旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)加工工位之間的轉(zhuǎn)換。公轉(zhuǎn)采用間歇式旋轉(zhuǎn)，而其停頓的時間恰為工位自轉(zhuǎn)一周所用時間。公轉(zhuǎn)的間歇式運動由步進電機實行。關(guān)鍵詞：分度回轉(zhuǎn)工作臺；多工位；公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)Abstract The topic of this topic research for dividing mechanism in the design of the rotary table，The workbench with common use laser welding machine.This topic design starting from the characteristics of laser weldin

4、g,For welding when the welding torch is unfavorable and 360 - degree rotating and welding velocity shoulds not be too fast and other characteristics,Design a 360 - degree can drive in a horizontal face workpiece rotating turntable work, at the same time in order to improve the efficiency of the weld

5、ing processing, multiple location rotary worktable turntable design work. So as to achieve more than one-time clamping the workpiece for machining. Compared with traditional mechanical dividing head, easy operation, high indexing precision, high production efficiency. This workbench works: first, st

6、arting from the clamping of machining parts, design machining parts for the cylinders, the clamping mechanism is divided into driving plunger and driven push rod, driven push rod can move in horizontal distance, the clamping, the workpiece is placed and active between plunger and driven push rod, pr

7、ovided by the moving plunger clamping force of clamping workpiece. Workbench station layout, and then works turntable disc into two symmetrical distribution, center consists of a hollow shaft connection, location is evenly distributed on the disc. Finally workbench, the workbench is running can be d

8、ivided into the revolution and rotation, the rotation is in the location of the rotation, drive the workpiece rotation to complete welding; The work embodied in the rotation of the turntable, realize conversion between processing station. Revolution of using intermittent rotation, and rotates the pa

9、use time to station used time. Revolution of intermittent movement by stepper motor.Key words:Indexing rotary table; Transfer; The revolution and rotation 目 錄引言11.1 國內(nèi)外轉(zhuǎn)臺簡介12 工作臺的方案設(shè)計及相應(yīng)尺寸設(shè)計12.1 設(shè)計要求12.2 設(shè)計方案的選擇22.3 設(shè)計方案的確定32.4 工作臺臺體設(shè)計計算42.4.1 初定工位數(shù)42.4.2工位滾動軸承的選擇42.4.3 工作臺臺體尺寸的確定62.4.4 工作臺的設(shè)計73 工作臺

10、動力系統(tǒng)設(shè)計73.1 傳動比的設(shè)定73.2 公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)時的最大回轉(zhuǎn)速度83.3 步進電機選擇84 齒輪減速機構(gòu)的設(shè)計94.1 自轉(zhuǎn)工作臺用于驅(qū)動工位自轉(zhuǎn)的齒輪設(shè)計95 蝸輪蝸桿設(shè)計105.1 公轉(zhuǎn)蝸輪蝸桿設(shè)計115.1.1.選擇蝸桿傳動類型115.1.2.材料的選擇115.1.3.按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計125.1.4校核蝸輪抗彎強度145.1.5 蝸桿、蝸輪股部分尺寸的計算145.1.6熱平衡計算155.2 自轉(zhuǎn)蝸輪蝸桿設(shè)計155.2.1 選擇蝸桿傳動類型155.2.2.材料的選擇155.2.3按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計155.2.4校核蝸輪抗彎強度175.2.5 蝸桿、蝸輪股部分尺寸的計

11、算175.2.6熱平衡計算186 軸的設(shè)計186.1 主軸的材料選取186.1.2 初步估算軸的最小直徑186.1.3按扭轉(zhuǎn)強度校核軸的強度186.1.4 按彎扭組合校核軸的強度196.1.5 擬定裝配方案196.1.6 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度196.1.7 計算過程206.1.8按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度226.1.9精確校核軸的疲勞強度226.2 蝸桿傳動軸的設(shè)計246.2.1 軸的材料選取256.2.2 初步估算軸的最小直徑256.2.3按扭轉(zhuǎn)強度校核軸的強度256.2.4 按彎扭組合校核軸的強度256.2.5 擬定裝配方案256.2.6 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段

12、直徑和長度266.2.7 計算過程266.2.8 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度286.2.9 精確校核軸的疲勞強度297 頂桿的設(shè)計317.1 主動頂桿的設(shè)計317.2 從動頂桿設(shè)計328 軸承設(shè)計338.1 計算過程348.1.2 軸承的軸向力計算348.1.3 軸承的當量動載荷348.1.4軸承的動載荷C358.2其他軸承的選擇359 法蘭設(shè)計3510 鍵的選擇3610.1 公轉(zhuǎn)蝸輪鍵連接3710.2 工作轉(zhuǎn)臺鍵連接3711 螺紋連接3811.1螺栓連接的設(shè)計3811.1.1螺栓組的設(shè)計3811.1.2 螺栓受力分析3811.1.3 確定螺栓直徑3911.2 螺釘連接的設(shè)計3912 箱體的設(shè)

13、計4012.1箱體的主要功能4012.2箱體的分類4012.3 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計4113 潤滑4114 總結(jié)41謝詞43參考文獻44引言 旋轉(zhuǎn)工作臺是各種機床上必不可少的配件，目前應(yīng)用在各種銑床、數(shù)控機床和激光焊接機床上，它配合步進電機的自動分度加工再繼續(xù)領(lǐng)域有更大的應(yīng)用。旋轉(zhuǎn)工作臺的的功能多少于精度高低直接關(guān)系到機床加工效率與工件質(zhì)量。一個國家實力的強弱很大方面取決于工業(yè)能力強弱，本次畢業(yè)設(shè)計著力于設(shè)計一個高質(zhì)量高精度的帶分度機構(gòu)的多工位旋轉(zhuǎn)工作臺。1.1 國內(nèi)外轉(zhuǎn)臺簡介 改革開放以來，在全球化經(jīng)濟體系的推動下，引進了國外各種先進技術(shù)。其中分度回轉(zhuǎn)工作臺的運用得到了廣泛推廣，各種新型工作臺不斷被

14、引進，同時我國也自主研制和開發(fā)了一批適用、高效性的分度回轉(zhuǎn)工作臺。本次設(shè)計的意義是設(shè)計出一套結(jié)構(gòu)簡單、實用性強、精度系數(shù)比較高的自動分度回轉(zhuǎn)工作臺，并能滿足生產(chǎn)和加工的需要。 分度回轉(zhuǎn)工作臺作為數(shù)控機床中的一個非常大的部分，研究其設(shè)計、制造過程是非常有實際的工程應(yīng)用價值。數(shù)控工作臺的應(yīng)用非常多，而數(shù)控工作臺像自動分度回轉(zhuǎn)工作臺的研究必然有著其實際的意義。 工作臺直徑是轉(zhuǎn)臺主參數(shù)，目前我國專業(yè)生產(chǎn)廠制造的轉(zhuǎn)臺有手動和手動機動兩種，全是水平式，規(guī)格有200,250,320,400,500五種，分度精度按部標為3。國外轉(zhuǎn)臺品種繁多，按驅(qū)動控制方式可分為電動、氣動、濃壓和數(shù)控。按分度方式可分為機械、光

15、學、數(shù)顯、端齒盤、鋼球、電感和多面體。工業(yè)水平發(fā)達的國家的轉(zhuǎn)臺品種多、規(guī)格全、精度高。沒有單一的轉(zhuǎn)臺生產(chǎn)廠，如西德霍夫曼公司生產(chǎn)七十多個品種規(guī)格的轉(zhuǎn)臺，日本津田駒工業(yè)株式會社也有四十多種，這兩家還生產(chǎn)多種分度頭，有的產(chǎn)品既是轉(zhuǎn)臺又是分度頭，而機床附件又都僅是這兩家公司的一部分。在分度精度上首推美國莫爾公司的1440齒機械分度轉(zhuǎn)臺，其精度高±0.1。瑞士的西浦公司生產(chǎn)200-450mm八種規(guī)格的轉(zhuǎn)臺，分度精度在4-18之間。在鎖緊機構(gòu)上采用鋼盤機構(gòu)，不致使工作臺面因受力而變形。2 工作臺的方案設(shè)計及相應(yīng)尺寸設(shè)計2.1 設(shè)計要求 設(shè)計一套水平軸旋轉(zhuǎn)多工位工作臺，該工作臺具有自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)功能

16、。這是激光焊裝備中的一個自動化設(shè)備，用于激光焊接自動化生產(chǎn)線上。如圖21工作臺示意圖所示，該工作臺用于激光焊，其具體工作情況為：各工位自轉(zhuǎn)作連續(xù)轉(zhuǎn)動；各工位公轉(zhuǎn)（工作臺臺體旋轉(zhuǎn)）作間歇轉(zhuǎn)動，每旋轉(zhuǎn)一個工位（旋轉(zhuǎn)角度360°/工位數(shù)）便停頓一下，停頓時間恰好等于工位自轉(zhuǎn)一周所需的時間。其總體尺寸如下：工作臺長a400mm工作臺寬b400mm工作臺高h450mm工作數(shù)：由具體設(shè)計而定自轉(zhuǎn)速度：130轉(zhuǎn)/分公轉(zhuǎn)速度：10轉(zhuǎn)/分分度誤差：±5零件尺寸：30×50mm （如圖22）圖21 工作臺示意圖 圖22 加工工件2.2 設(shè)計方案的選擇 此次課題的方案設(shè)計采用分湊法，從

17、整體原理圖出發(fā)，把各機構(gòu)拆散分開，接著再按各機構(gòu)需要達到的功能著手，根據(jù)不同的工作原理擬定多種不同的方案，最后經(jīng)過綜合分析組合出最佳方案。（1） 電機的選擇 為了實現(xiàn)工作臺的間歇運動，電動機可以采用由單片機控制的步進電機，也可以采用由伺服電機加槽輪機構(gòu)的組合。（2） 減速器的選擇 常用的減速器有齒輪機構(gòu)、蝸輪蝸桿機構(gòu) 方案一： 工作臺公轉(zhuǎn)：伺服電機蝸輪蝸桿槽輪機構(gòu)工作臺 工作臺自轉(zhuǎn)：伺服電機齒輪減速器自轉(zhuǎn)大齒輪多個自轉(zhuǎn)小齒輪 方案二： 工作臺公轉(zhuǎn)：步進電機齒輪減速器工作臺 工作臺自轉(zhuǎn)：步進電機齒輪減速器自轉(zhuǎn)大齒輪多個自轉(zhuǎn)小齒輪 方案三： 工作臺公轉(zhuǎn)：步進電機蝸輪蝸桿工作臺 工作臺自轉(zhuǎn)：步進電機

18、蝸輪蝸桿自轉(zhuǎn)大齒輪多個自轉(zhuǎn)小齒輪2.3 設(shè)計方案的確定 各方案分析： 方案一采用伺服電機加槽輪機構(gòu)來實現(xiàn)工作臺公轉(zhuǎn)時的間歇運動，此方案缺點在于電動機需一直進行運轉(zhuǎn)，長時間工作時增加了電量的消耗與電機的磨損，同時槽輪機構(gòu)在長時間的工作中也會磨損，造成生產(chǎn)上的誤操作。 方案二采用步進電機實現(xiàn)對工作臺公轉(zhuǎn)時的間歇運動，解決了方案一的問題，但是由于公轉(zhuǎn)時要求的轉(zhuǎn)速比較低，直接采用齒輪減速時，則需要齒輪的尺寸將會很大，不便于安裝也浪費材料。方案三采用了蝸輪蝸桿減速器機構(gòu)，利用蝸輪蝸桿的大傳動比，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的完美轉(zhuǎn)化綜合分析，此次課題采用方案三的設(shè)計原理進行設(shè)計。根據(jù)方案設(shè)計，畫出工作臺示意草圖。見圖23

19、圖 23 工作臺示意圖草圖2.4 工作臺臺體設(shè)計計算2.4.1 初定工位數(shù) 根據(jù)課題任務(wù)所給工作臺的尺寸限制，通過繪制裝配圖草圖，現(xiàn)先初選工作臺的工位數(shù)為10個。如果本工作臺工位數(shù)為10，則可知每工位分度為：=360/10=36°，又由于所給定的加工工件為30×50，則可大概確定頂桿的最小截面為15，頂桿要轉(zhuǎn)動必須有滾動軸承來配合，出于加工各裝配工藝上的考慮，配合滾動軸承處必有一軸肩圖241所示。則D15，要確定D的具體尺寸則必須選出滾動軸承的型號。 圖241 軸承與軸的配合2.4.2工位滾動軸承的選擇通過查閱資料對各種滾動了解相互比較，認為工位頂桿上裝圓錐滾子軸承更為合適

20、。圓錐滾子軸承：1. 結(jié)構(gòu)特點：圓錐滾子軸承為分離行結(jié)構(gòu)，其內(nèi)圈外圈和滾動體都為錐型，若各錐面面線延長，則將交與軸承心上一點，從而保證了圓錐滾子軸承的最佳滾動狀態(tài)。圓錐滾子軸承可以承受很大的徑向和軸向的聯(lián)合載荷，軸承承受軸向載荷的能力決定于軸承內(nèi)部接觸角即外圈滾道角度。接觸角越大，軸向載荷能力也越大。圓錐滾子軸承在徑向載荷作用下會產(chǎn)生附加軸向力。應(yīng)注意，由于軸承軸向游隙過小會使溫升較高，偏大則軸承容易損壞，因而時的調(diào)整要特別仔細，必要時可采用預過盈安裝以提高友承剛性。2. 載荷與轉(zhuǎn)速特性：這種軸承受徑向載荷為主的聯(lián)合載荷能力得多。但其允許工作轉(zhuǎn)速則低于相應(yīng)的圓柱滾子軸承，這種軸承一般不單獨來承

21、受徑向載荷。3. 軸向限位能力和對軸線歪斜的敏感性：單只這種軸承在一個方向有嚴格的軸向限位能力，成對使用可以限制軸承在兩面的軸向相對移動，有較大的支承角度剛性。它對軸線歪斜十分敏感，不充許軸相對外殼有傾斜。4. 適用范圍：適用于剛性的雙支承軸，一般在軸端面彼此相對。 由于在焊接時為了確保激光束能準確地打到工件焊縫上（見圖242）,工件在軸向必有嚴格的位置限制，從而使頂桿在軸向有嚴格的位置限制，而單只圓錐滾子軸承只能限制軸向單面位置，故在頂桿上裝一對面對面圓錐滾子軸承將頂桿軸向兩面位置限死。如圖243。圖242 工件的焊接圖243 頂桿滾動軸承的裝配通過查表可知該滾動軸承應(yīng)該選用：滾動軸承 30

22、204型，從而可推出D20mm。則軸承端蓋（見圖244）如下： 圖244 軸承端蓋 d1=d3+1=6+1=7mm （21） D0=D+2.5d3=47+15=62mm （22） D2=d0+2.5d3=62+15=77mm （23） e=6mm m=8.5mm2.4.3 工作臺臺體尺寸的確定由于有10個工位，每工位分度角度為36°。假設(shè)每兩端蓋間縫隙為0。如圖245所示。則有：圖245 工位示意圖 （24） （25） 則工位到軸心的距離a為125mm，實際上兩端蓋的縫隙不可能為0，必須大于0。故可將a值為150mm。2.4.4 工作臺的設(shè)計根據(jù)預算的中心距和工位數(shù)，結(jié)合裝配圖設(shè)計出

23、工作臺如圖246。 圖 246 工作臺3 工作臺動力系統(tǒng)設(shè)計3.1 傳動比的設(shè)定 系統(tǒng)要實現(xiàn)的參數(shù)： 自轉(zhuǎn)速度：130轉(zhuǎn)/分公轉(zhuǎn)速度：10轉(zhuǎn)/分分度誤差：±5總傳動比為各級傳動比的乘積，分配總傳動比，即各級傳動如何取值，是設(shè)計中的重要問題。傳動比分配得合理，可使傳動裝置得到較小的外廓尺寸或較輕的重量，以實現(xiàn)降低成本和結(jié)構(gòu)緊湊的目的；也可以使傳動零件獲得較低的圓周速度以減小動載荷或降低傳動精度等級；還可以得到較好的潤滑條件。要同時達到這幾方面的要求比較困難，因此應(yīng)按設(shè)計要求考慮傳動比分配方案，以滿足某些主要要求。為了保證工作臺分度精度，傳動比需要很大，同時為了保證結(jié)構(gòu)尺寸，將公轉(zhuǎn)時蝸桿

24、傳動比設(shè)定在25；將自轉(zhuǎn)時蝸桿傳動比設(shè)定在33，但自轉(zhuǎn)時需要用大齒輪帶動小齒輪，此為一加速機構(gòu)，自轉(zhuǎn)大齒輪與小齒輪傳動比為5，即傳動系統(tǒng)的總傳動比為33/5。3.2 公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)時的最大回轉(zhuǎn)速度 公轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)速為10r/min 由公式 （31） 自轉(zhuǎn)時最高轉(zhuǎn)速為30r/min 取電機轉(zhuǎn)速為200r/min進行計算。3.3 步進電機選擇 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是

25、以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 選擇步進電動機包括確定型號、結(jié)構(gòu)、步距角、功率和轉(zhuǎn)速，并在產(chǎn)品目錄中查出其尺寸和型號。 步進電動機又稱脈沖電動機或為階躍電動機，步進電機有三大部分組成：步進電動機本體，步進電動機控制器及步進電動機驅(qū)動器。 選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲

26、線的范圍內(nèi)。應(yīng)使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到工作臺所需的脈沖當量。 此次設(shè)計對步進電機的選擇過程不做詳細介紹，往下的計算為了能滿足工作強度的要求，電機的轉(zhuǎn)速均按3.2求得的最大轉(zhuǎn)速進行計算，由于自轉(zhuǎn)時要帶動多個工位的同時旋轉(zhuǎn)，所以講自轉(zhuǎn)步進電機扭矩選擇稍大一些，最終結(jié)果如下表3-3-1。表 3-3-1 電機的選擇型號相數(shù)步距角（。）相電流（）保持轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)動慣量（g·cm2)重量（）自轉(zhuǎn)130BYG350CH-06020.6/1.26.0232500013.5公轉(zhuǎn)110BYG550D-030150.36/0.723.0181950010.44 齒輪減速機構(gòu)的設(shè)計 齒輪傳動是利用兩

27、齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機械傳動。按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動、相交軸圓錐齒輪傳動和交錯軸螺旋齒輪傳動。在所有的機械傳動中，齒輪傳動應(yīng)用最廣，可用來傳遞相對位置不遠的兩軸之間的運動和動力。 齒輪傳動的特點是：齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大。例如傳遞功率可以從很小至幾十萬千瓦；速度最高可達300m/s；齒輪直徑可以從幾毫米至二十多米。但是制造齒輪需要有專門的設(shè)備，嚙合傳動會產(chǎn)生噪聲。 根據(jù)兩軸的相對位置和輪齒的方向，可分為以下類型：圓柱齒輪傳動；錐齒輪傳動和交錯軸斜齒輪傳動。根據(jù)齒輪的工作條件，可分為：開式齒輪傳動式齒輪傳動

28、，齒輪暴露在外，不能保證良好的潤滑；半開式齒輪傳動，齒輪浸入油池，有護罩，但不封閉；閉式齒輪傳動，齒輪、軸和軸承等都裝在封閉箱體內(nèi)，潤滑條件良好，灰沙不易進入，安裝精確，齒輪傳動有良好的工作條件，是應(yīng)用最廣泛的齒輪傳動。 4.1 自轉(zhuǎn)工作臺用于驅(qū)動工位自轉(zhuǎn)的齒輪設(shè)計 由于自轉(zhuǎn)工作臺用于驅(qū)動工位自轉(zhuǎn)的齒輪只承受輕微的扭矩，所以只對其進行尺寸設(shè)計，本次課題設(shè)計的工位數(shù)為10。 選用標準直齒圓柱齒輪傳動，標準安裝，正常齒制。已知模數(shù)m=2，標準中心距a=150mm，傳動比i=5。 1 大小齒輪的齒數(shù) 由公式 （41） （42） 得 （43） 取小齒輪齒數(shù)=25，則有大齒輪=。 因為所算得齒數(shù)為整數(shù)，

29、所以不必驗算傳動比。 2 大小齒輪的主要尺寸計算。 (1) 計算分度圓直徑 （2）齒輪齒寬 取，。 （3）齒距 （4）齒根高 （5）齒頂高 （6）齒頂圓直徑 （7）齒根圓直徑 (8) 基圓直徑 (9) 齒厚 5 蝸輪蝸桿設(shè)計 蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，一般蝸桿為主動件。蝸桿和螺紋一樣有右旋和左旋之分，分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿。蝸桿上只有一條螺旋線的稱為單頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，渦輪轉(zhuǎn)過一齒，若蝸桿上有兩條螺旋線，就稱為雙頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，渦輪轉(zhuǎn)過兩個齒。 蝸桿傳動有以下特點 （1）.可以得到很大的傳動比，比交錯軸斜齒輪機構(gòu)緊湊。 （2）.兩輪嚙合齒面間為線接觸，其承載能力大大高于交錯軸斜齒

30、輪機構(gòu)。 （3）.蝸桿傳動相當于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、噪音很小。 （4）.具有自鎖性。當蝸桿的導程角小于嚙合輪齒間的當量摩擦角時，機構(gòu)具有自鎖性，可實現(xiàn)反向自鎖，即只能由蝸桿帶動蝸輪，而不能由蝸輪帶動蝸桿。如在起重機械中使用的自鎖蝸桿機構(gòu)，其反向自鎖性可起安全保護作用。 （5）.傳動效率較低，磨損較嚴重。蝸輪蝸桿嚙合傳動時，嚙合輪齒間的相對滑動速度大，故摩擦損耗大、效率低。另一方面，相對滑動速度大使齒面磨損嚴重、發(fā)熱嚴重，為了散熱和減小磨損，常采用價格較為昂貴的減摩性與抗磨性較好的材料及良好的潤滑裝置，因而成本較高。 （6）.蝸桿軸向力較大。常用蝸輪蝸桿分類： 按蝸桿螺旋線方向

31、的不同蝸桿傳動有右旋和左旋之分。除特殊需要外一般都采用右旋。兩者工作原理和設(shè)計方法相同。 按蝸桿頭數(shù)的不同，可分為單頭蝸桿和多頭蝸桿。單頭蝸桿主要用于大傳動比的場合，要求自鎖的蝸桿傳動必須才用單頭蝸桿。多頭蝸桿主要用于傳動比不大和要求效率較高的場合。 按蝸桿形狀的不同，可分為圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸桿傳動三類。普通圓柱蝸桿的齒面一般是在車窗上用直母線切削刃的車刀切制的刀位置不同，所加工出的蝸桿齒面在不同截面中的齒輪廓線也不同?？煞譃榘⒒椎挛仐U、漸開線蝸桿、錐面包絡(luò)蝸桿、法向直廓蝸桿和圓弧圓柱蝸桿。5.1 公轉(zhuǎn)蝸輪蝸桿設(shè)計 此次設(shè)計中用于驅(qū)動轉(zhuǎn)臺自傳的蝸輪蝸桿為閉式普通圓柱蝸桿（圖51

32、1）。由設(shè)計方案可知，蝸桿的轉(zhuǎn)矩由步進電機經(jīng)齒輪傳動給出，而公轉(zhuǎn)時步進電機的保持轉(zhuǎn)矩為18Nm，蝸桿轉(zhuǎn)速n=250r/min，蝸桿頭數(shù)Z1=2，傳動比為i=25,要求壽命為40000h。5.1.1.選擇蝸桿傳動類型 根據(jù)GB/T100851988的推薦，采用漸開線蝸桿。 5.1.2.材料的選擇 (1)蝸桿材料 常用的蝸桿材料有碳鋼和合金鋼兩類。按熱處理的不同可分為硬面蝸桿和調(diào)質(zhì)蝸桿，設(shè)計時應(yīng)首先考慮選用硬面蝸桿，但要注意硬面蝸桿制造時必須磨削，在缺乏磨削設(shè)備或蝸桿傳動承受短期沖擊載荷作用時，可選用調(diào)質(zhì)蝸桿。常用的蝸桿材料及工藝要求、材料牌號、熱處理、硬度、齒面粗糙度Ra/m 如下：40Cr,4

33、0CrNi,42SiMn,35CrMo,38SiMnMo 表面淬火 4555HRC 1.60.8 20Cr,20CrMnTi,16CrMn,20CrV 滲碳淬火 5863HRC 1.60.8 45,40Cr,42CrMo,35SiMn 調(diào)質(zhì) <350HBS 6.33.2 38CrMoAlA,50CrV,35CrMo 表面滲氮 6570HRC 3.21.6 圖 511 蝸輪蝸桿傳動 (2)蝸輪材料 蝸輪材料通常是指蝸輪齒冠部分的材料?？紤]到蝸桿傳動難有高的接觸精度，滑動速度又較大，以及蝸桿變形等因素，故蝸桿、蝸輪不能都用硬材料制造，通常蝸輪用減摩性良好的軟材料來制造。設(shè)計時可根據(jù)滑動速度選

34、擇蝸輪材料。通常的材料如下。 1鑄造錫青銅。其耐磨性最好，抗膠合能來高，易加工，用于重要傳動，允許的滑動速度可達25m/s，但是價格昂貴。常用的有ZcuSn10Pb1、ZcuSnPb5Zn5，其中后者常用于小于12m/s的傳動。 2鑄造鋁青銅。強度較高但價格教錫青銅便宜，其他性能均比錫青銅略差，一般用于小于4m/s的傳動，且與之配套的蝸桿硬度不低于45HRC。常用的有ZuAl10Fe3、ZcuAl10Fe3Mn2等。 3灰鑄鐵。其各項性能遠不如前面兩類材料，但價格便宜。適用于小于2m/s的低速、且對效率要求不高的一般傳動。 此次設(shè)計考慮到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼為達到更

35、高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄鋁青銅ZCuSn10P1砂型鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。5.1.3.按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準則，先按齒面解除疲勞強度進行設(shè)計、再校核齒根彎曲疲勞強度。 （1） 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 由 （51） 估取效率0.8，則 （52） （2）確定載荷系數(shù) 因為工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù)；由資料查得；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)；則 （53） (3)確定許用應(yīng)力H 1）根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，砂型鑄造，蝸桿螺旋

36、齒面硬度，45HRC 可查得蝸輪的基本許用應(yīng)力 = 200MPa。 2）應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （54） 3）壽命系數(shù) （55） 則 （56） 4）復合參數(shù) 根據(jù) =109.3/，由資料查得=112/時，得 （57） m=2mm ，q=14.，=28mm，。 5）蝸桿導程角 （58） 6）滑動速度 （59） 7）效率 由資料查得，所以蝸桿傳動的嚙合效率為 （510） 與初估的=0.8相差較大，需要重新計算 8）重算復合參數(shù) 所以原參數(shù)正確。 9）驗算蝸輪圓周速度 （511）在初步估計的范圍內(nèi)。5.1.4校核蝸輪抗彎強度 （1）許用彎曲應(yīng)力 1）由資料查得，=64MPa 2）壽命系數(shù) （512） 確定許用

37、彎曲應(yīng)力 （513） 3）齒形系數(shù) 按當量齒數(shù) ，由資料查得=2.20。 4）抗彎強度條件 （514） 滿足抗彎強度條件。5.1.5 蝸桿、蝸輪股部分尺寸的計算 （1）中心距 （2）蝸桿尺寸 齒頂高 齒根高 齒全高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 （3）蝸輪尺寸 蝸輪齒頂圓直徑 齒根圓直徑 外圓直徑 齒寬 5.1.6熱平衡計算 取室溫，許用溫度，散熱系數(shù)，得所需的最小散熱面積 （515） 設(shè)計減速器時，應(yīng)使其箱體的散熱面積大于19,否則應(yīng)采用強制散熱措施。5.2 自轉(zhuǎn)蝸輪蝸桿設(shè)計 此次設(shè)計中用于驅(qū)動轉(zhuǎn)臺自傳的蝸輪蝸桿為閉式普通圓柱蝸桿。由設(shè)計方案可知，自轉(zhuǎn)時步進電機的保持轉(zhuǎn)矩為23Nm，所以取蝸桿的轉(zhuǎn)

38、矩為23Nm，蝸桿轉(zhuǎn)速取n=200r/min，蝸桿頭數(shù)Z1=2，傳動比為i=33,要求壽命為50000h。5.2.1 選擇蝸桿傳動類型 根據(jù)GB/T100851988的推薦，采用漸開線蝸桿。 5.2.2.材料的選擇 (1)蝸桿材料 自轉(zhuǎn)蝸桿的工作情況跟公轉(zhuǎn)蝸桿工作情況相似，所以選用相同的材料，故蝸桿用45號鋼為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄鋁青銅ZCuSn10P1砂型鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。5.2.3按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準則，先按齒面解除疲勞強度進行設(shè)計、再

39、校核齒根彎曲疲勞強度。 （1） 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 由 按=2，估取效率，則 （2）確定載荷系數(shù) 因為工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù)；由資料查得；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)；則 (3) 確定許用應(yīng)力H 1）根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，砂型鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度，45HRC可查得蝸輪的基本許用應(yīng)力 = 200MPa。 2）應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 3）壽命系數(shù) 則 4）復合參數(shù) 根據(jù) =97.6/，由資料查得=112/時，得 m=2mm ，q=14.，=28mm，。 5）蝸桿導程角 6）滑動速度 7）效率 由資料查得，所以蝸桿傳動的嚙合效率為 與初估的=0.8相差較大，

40、需要重新計算 8）重算復合參數(shù) 所以原參數(shù)正確。 9）驗算蝸輪圓周速度 在初步估計的范圍內(nèi)。5.2.4校核蝸輪抗彎強度 （1）許用彎曲應(yīng)力 1）由資料查得，=64MPa 2）壽命系數(shù) 確定許用彎曲應(yīng)力 3）齒形系數(shù) 按當量齒數(shù) ，由資料查得=2.17。 4）抗彎強度條件 滿足抗彎強度條件。5.2.5 蝸桿、蝸輪股部分尺寸的計算 （1）中心距 （2）蝸桿尺寸 軸向齒距 導程 齒頂高 齒根高 齒全高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 （3）蝸輪尺寸 蝸輪齒頂圓直徑 齒根圓直徑 外圓直徑 齒寬 5.2.6熱平衡計算 取室溫，許用溫度，散熱系數(shù)，得所需的最小散熱面積 設(shè)計減速器時，應(yīng)使其箱體的散熱面積大于19.

41、2,否則應(yīng)采用強制散熱措施。6 軸的設(shè)計 軸是機器的最重要的零件之一，如數(shù)控機床的主軸，減速器中的齒輪軸，汽車的前后橋與變速器之間的傳動軸和內(nèi)燃機中的凸軸等。軸的主要功能是支撐旋轉(zhuǎn)或擺動的零件，傳遞運動和動力。軸的設(shè)計，主要是根據(jù)軸的工作要求、制造工藝及軸上零件的安裝、調(diào)整等要求，選用適宜的材料，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度計算，合理地定出軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，必要時還應(yīng)驗算軸的剛度，高轉(zhuǎn)速的軸還應(yīng)考慮振動問題。軸的類型較多，一般多按軸的承載情況和形狀對軸進行分類。按軸的承載情況分類可分為：心軸、傳動軸、轉(zhuǎn)軸。按軸的形狀分類可分為：直軸、曲軸、撓性鋼絲軸。本次課題根據(jù)要求選用的主軸為心軸。6.1 主軸的材

42、料選取 由機械零件設(shè)計手冊中的圖表查得：選45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，HBS217255 。抗拉強度極限b640MPa，屈服強度極限s355MPa，彎曲疲勞極限1275MPa，剪切疲勞極限1155MPa，許用彎應(yīng)力1=60MPa。 6.1.2 初步估算軸的最小直徑 由設(shè)計要求可知軸的轉(zhuǎn)速約為10r/min,工作時軸傳遞的功率，則結(jié)合所選材料根據(jù)資料初選，則由公式得 （61）6.1.3按扭轉(zhuǎn)強度校核軸的強度 根據(jù)公式，即 （62）式中：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa T軸所受的扭矩， 軸的抗扭截面系數(shù)，mm3 n軸的轉(zhuǎn)速，r/min P軸傳遞的功率，kw d計算截面處軸的直徑，mm 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa，根據(jù)所選

43、的材料得知的范圍為2545MPa。代入數(shù)據(jù)得： 把數(shù)據(jù)帶入上面式子得=38.37MPa在：2445MPa之間，所以扭轉(zhuǎn)條件是符合符合要求的。6.1.4 按彎扭組合校核軸的強度6.1.5 擬定裝配方案裝配分案見圖611圖 611 主軸的裝配方案示意圖6.1.6 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度（1） 根據(jù)，取 軸段的直徑=20mm，長=57mm（2） 初選滾動軸承。因軸承承受徑向載荷與軸向載荷，且轉(zhuǎn)速不高，故選用30000型，選取GB/T 297-1994代號：30205型，查得軸承參數(shù)：d25mm ； B15mm，D=52mm ，T=16.25mm,C=13mm。所以軸段 和軸段 的直

44、徑=25mm。 取12.5mm，去38mm。（3） 為了滿足因為軸段 的軸承定位要求，軸段 的右端需制出一軸肩，故取軸段的直徑=34mm，=17mm。（4） 軸段處無零件，作用是為了對工作轉(zhuǎn)臺的固定，設(shè)計直徑為=46mm，長為=6mm。（5） 軸段處安裝的是轉(zhuǎn)盤工作臺，設(shè)計直徑=36mm，長為=155（6） 軸段上主要安裝的是兩個軸承，初選初選滾動軸承。選取選取GB/T 297-1994代號：30206型，查得軸承參數(shù)：d30mm ； B16mm，D=62mm ，T=17.25mm,C=14mm。所以取軸段的直徑=30mm，長為=71mm。（7） 軸段主要是擁有圓螺母的固定，去直徑=20mm，長=15.5mm。 （8）確定軸上的圓角和倒角尺寸和總長 參考資料，取軸端倒角為1×45°，各軸肩處的圓角半徑為R1.2mm。 =mm6.1.7 計算過程(1) 根據(jù)軸上的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖612。 圖 612 主軸的計算簡圖 (2) 確定軸承的支點位置大致在軸承寬度中間。故=47.375mm，=109.625mm，=181.625。 (3) 計算支反力 由資料得蝸輪蝸桿的各力大小計算公式如下