包裝機(jī)構(gòu)課程設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)工作盤設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)包裝機(jī)構(gòu)課程設(shè)計(jì)說明書目錄1.現(xiàn)狀分析21.1. 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)綜述21.2. 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的基本類型21.3. 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的主體結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)32.總體設(shè)計(jì)42.1. 支撐方式設(shè)計(jì)42.2. 傳動(dòng)位置選擇72.3. 傳動(dòng)方式選擇82.4. 裝配與維修設(shè)計(jì)92.5. 工作與裝配精度設(shè)計(jì)103.設(shè)計(jì)計(jì)算113.1. 電動(dòng)機(jī)選擇113.2. 減速器選擇123.3. 推力軸承設(shè)計(jì)計(jì)算133.4. 回轉(zhuǎn)盤主軸143.5. 主軸軸承設(shè)計(jì)計(jì)算144.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)154.1. 回轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)154.2. 回轉(zhuǎn)主軸設(shè)計(jì)164.3. 回轉(zhuǎn)盤底座設(shè)計(jì)194.4. 支撐架設(shè)計(jì)205.設(shè)計(jì)總結(jié)22參考文獻(xiàn)241. 現(xiàn)狀分析

2、1.1. 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)綜述回轉(zhuǎn)工作臺(tái)在常規(guī)工業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用，作為輔助工作臺(tái)應(yīng)用于車床、銑床、鉆床、齒輪機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行輔助生產(chǎn)，具有分度，定位，夾緊固定等基本功能，適用于法蘭、齒輪等回轉(zhuǎn)件的加工作業(yè)。傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)多為機(jī)械式結(jié)構(gòu)，通過馬氏機(jī)構(gòu)、凸輪或間歇進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行分度與定位，輔以液壓系統(tǒng)進(jìn)行夾緊作業(yè)。目前，隨著電子信息控制系統(tǒng)的逐漸發(fā)展，對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的控制也逐漸從傳統(tǒng)的機(jī)械式轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合傳感器、伺服電機(jī)等設(shè)備的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備 徐至山. 國(guó)內(nèi)外回轉(zhuǎn)工作臺(tái)簡(jiǎn)述J. 中國(guó)機(jī)械工程, 1981(5):16-18+25.。在包裝行業(yè)中，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)同樣應(yīng)用廣泛，用途多樣，常作為其他回旋式包裝機(jī)

3、械的基礎(chǔ)，提供機(jī)械所需的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 張國(guó)全，徐偉民，龔發(fā)云. 包裝機(jī)械設(shè)計(jì)M.印刷工業(yè)出版社，2013年2月.，例如：回轉(zhuǎn)式水泥包裝機(jī)、回轉(zhuǎn)式枕式包裝機(jī)、八嘴回轉(zhuǎn)包裝機(jī)等應(yīng)用 孫智慧，高德.包裝機(jī)械M.中國(guó)輕工業(yè)出版社，2010年2月.。1.2. 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的基本類型1.2.1. 通用轉(zhuǎn)臺(tái)再傳統(tǒng)機(jī)械加工行業(yè)中，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是鏜床、鉆床、銑床、和插床等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)，則可加工圓弧面和圓弧槽等。通用轉(zhuǎn)臺(tái)按照結(jié)構(gòu)不同又分為水平轉(zhuǎn)臺(tái)、立臥轉(zhuǎn)臺(tái)和萬能轉(zhuǎn)臺(tái)。（1）水平轉(zhuǎn)臺(tái)：在圓臺(tái)上有工件定位用的中心孔和夾緊用的T型槽。臺(tái)面外圓周上可有360°的等分刻線。

4、臺(tái)面與底座之間舍友蝸桿-蝸輪傳動(dòng)副，用以傳動(dòng)和分度，蝸桿從底座伸出的一端裝有細(xì)分刻度盤和手輪。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪即可驅(qū)動(dòng)臺(tái)面，并用臺(tái)面外圓周上的刻度（以度為單位）與細(xì)分刻度盤獨(dú)處旋轉(zhuǎn)角度。水平轉(zhuǎn)臺(tái)的蝸桿伸出端也可用聯(lián)軸器與機(jī)床傳動(dòng)裝置連接，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。（2）立臥轉(zhuǎn)臺(tái)：底部由兩個(gè)相互垂直的安裝幾面，使臺(tái)面即可水平也可垂直放置。（3）萬能轉(zhuǎn)臺(tái)：臺(tái)面可以在0°90°范圍內(nèi)傾斜任意角度，使工件在空間的任何角度都能準(zhǔn)確調(diào)整。1.2.2. 精密轉(zhuǎn)臺(tái)精密轉(zhuǎn)臺(tái)用于在精密機(jī)床上加工或角度計(jì)量。常見的有光學(xué)轉(zhuǎn)臺(tái)、數(shù)顯轉(zhuǎn)臺(tái)、和超精密端面齒面轉(zhuǎn)臺(tái)。（1）光學(xué)轉(zhuǎn)臺(tái)：主軸上裝有玻璃或金屬精密刻度盤，經(jīng)光學(xué)系

5、統(tǒng)將刻度細(xì)分、放大，通過目鏡或光屏讀出角度值。（2）數(shù)顯轉(zhuǎn)臺(tái)：轉(zhuǎn)臺(tái)主軸上裝有精密圓光柵或圓感應(yīng)同步器，由數(shù)字顯示裝置讀出角度值。上述兩種精密轉(zhuǎn)臺(tái)的分度精度最高可達(dá)±1。（3）超精密端面齒盤轉(zhuǎn)臺(tái)：利用一對(duì)經(jīng)過精密對(duì)研的1440齒、720齒或360齒的端面齒盤分度定位，其分度精度最高可達(dá)±0.01 陳建剛. 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究方向J. 科技信息, 2011(35):249-249.。1.3. 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的主體結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)1.3.1. 機(jī)械部分主要是回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的臺(tái)面與臺(tái)身的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，一般采用滑動(dòng)和滾動(dòng)兩種方式；其次是減速傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化?？傊?，機(jī)械部分設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)到轉(zhuǎn)臺(tái)

6、各部分的零部件的工藝結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能及運(yùn)動(dòng)特性等。我們基本采用CADCAM來實(shí)現(xiàn)，例如采用ProE、Solidworks等三維參數(shù)化造型軟件對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的各部分零件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)與機(jī)構(gòu)研究；采用ANASYS對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)各部分零件進(jìn)行力學(xué)性能分析，進(jìn)一步優(yōu)化其工藝結(jié)構(gòu)。1.3.2. 控制部分轉(zhuǎn)臺(tái)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是很關(guān)鍵的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)思路主要有：PLC控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng)及工控機(jī)控制系統(tǒng)三大類。我國(guó)的轉(zhuǎn)臺(tái)制造控制系統(tǒng)在經(jīng)歷了手動(dòng)、機(jī)電液自動(dòng)化、數(shù)字控發(fā)展階段之后，正在攀越新的高峰，正在向更高層次的信息控制的智能化方向發(fā)展。智能機(jī)床的研發(fā)和廣泛應(yīng)用，必將促進(jìn)我國(guó)轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)業(yè)快速、健康和可持續(xù)發(fā)展，并引領(lǐng)未來

7、制造業(yè)的深刻變革，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)品以全新的形象和理念吸引廣大用戶也是每個(gè)企業(yè)倍加關(guān)注的焦點(diǎn) 韓文淵. 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)J. 裝備機(jī)械, 2010(1):62-73.。1.3.3. 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的綠色制造回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)制造也應(yīng)采用多種節(jié)能減排計(jì)數(shù)，向用戶詮釋和倡導(dǎo)低碳的含義和綠色制造方式。傳統(tǒng)思維和生產(chǎn)模式正在經(jīng)歷深刻的變革，越來越多的機(jī)床附件制造企業(yè)已經(jīng)肩負(fù)起低碳方式賦予企業(yè)的社會(huì)道義和責(zé)任，步入邊治理邊發(fā)展的科學(xué)發(fā)展之路，一場(chǎng)綠色產(chǎn)業(yè)革命正在機(jī)床行業(yè)蔚然興起。通過技術(shù)創(chuàng)新、加工工業(yè)優(yōu)化、減少用材及油水自動(dòng)回收分離、粉塵收集回收、自潤(rùn)滑材料應(yīng)用、少油潤(rùn)滑等技術(shù)措施減少排放，降低對(duì)環(huán)境影響。2. 總

8、體設(shè)計(jì)2.1. 支撐方式設(shè)計(jì)列出常用可行的幾種軸承支撐方式，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)情況選擇合適的支撐方式 孫貝貝. 一種回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)J. 電子工業(yè)專用設(shè)備, 2016, 45(9):43-48.。圖 Error! Main Document Only. 單側(cè)主軸支撐示意圖2.1.1. 主軸單側(cè)支撐單側(cè)主軸支撐即采用與回轉(zhuǎn)盤相連的主軸進(jìn)行支撐，使用推力軸承和球軸承或使用角接觸軸承進(jìn)行支撐。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造加工難度小，安裝方便。整體體積小，回轉(zhuǎn)盤空間大。缺點(diǎn)：回轉(zhuǎn)盤精度由主軸間接保證，后期調(diào)試不方便；受力經(jīng)由主軸傳導(dǎo)，主軸受到額外的彎扭力與壓力；主軸受力后可能發(fā)生形變影響精度。圖 Error!

9、 Main Document Only. 雙側(cè)主軸支撐示意圖2.1.2. 主軸雙側(cè)支撐雙側(cè)主軸支撐與單側(cè)主軸支撐類似，在其基礎(chǔ)上，在回轉(zhuǎn)盤上方增加了一組支撐軸承，在回轉(zhuǎn)盤上下兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行支撐固定。優(yōu)點(diǎn)：比單側(cè)支撐更加穩(wěn)固，主軸受力更加平均。缺點(diǎn)：體積較大，要求回轉(zhuǎn)盤上方有固定機(jī)構(gòu)；影響回轉(zhuǎn)盤上設(shè)備的安裝；增加了裝配難度。圖 Error! Main Document Only. 回轉(zhuǎn)盤直接支撐示意圖2.1.3. 回轉(zhuǎn)盤直接支撐回轉(zhuǎn)盤直接與支撐軸承接觸，豎直方向壓力由推力軸承主要承擔(dān)，再使用其他軸承或交叉滾子軸承保證回轉(zhuǎn)盤的回轉(zhuǎn)精度。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便；直接與軸承接觸，運(yùn)行平穩(wěn)。缺點(diǎn)：加工難

10、度大，安裝精度要求較高。2.1.4. 支撐方式選擇圖 Error! Main Document Only. 支撐方式示意圖結(jié)合考慮各支撐方式的優(yōu)缺點(diǎn)、回轉(zhuǎn)盤工作精度要求以及安裝維護(hù)便利性，將支撐方式設(shè)計(jì)為圖4所示。如圖所示，結(jié)合兩種支撐方式，采用中軸與回轉(zhuǎn)盤固定的方式，回轉(zhuǎn)盤與主軸剛性連接，主軸上主要采用徑向軸承，保證回轉(zhuǎn)精度，不承擔(dān)軸向壓力，回轉(zhuǎn)盤下布置推力軸承，承擔(dān)主要負(fù)載。該方式將承擔(dān)負(fù)載的部分與確保精度的部分分離，盡量減少負(fù)載對(duì)工作精度的影響，將部件統(tǒng)一布置在回轉(zhuǎn)盤一側(cè)，保證回轉(zhuǎn)盤擁有較大的使用面積。2.2. 傳動(dòng)位置選擇列出常用可行的幾種軸承傳動(dòng)方式，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)情況選擇合適的

11、傳動(dòng)方式 崔旭芳, 周英. 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理和設(shè)計(jì)J. 磚瓦, 2008(6):23-27.。示意圖只涉及與回轉(zhuǎn)盤想連接的部分，忽略了電機(jī)與變速裝置。圖 Error! Main Document Only. 主軸傳動(dòng)示意圖2.2.1. 主軸傳動(dòng)通過與回轉(zhuǎn)盤剛性連接的主軸進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)，可選用蝸輪蝸桿傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)或者行星輪同軸傳動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，加工難度小，方便調(diào)整。缺點(diǎn)：一般需要減速機(jī)構(gòu)，主軸承受較大阻力。圖 Error! Main Document Only. 回轉(zhuǎn)盤齒圈傳動(dòng)示意圖2.2.2. 回轉(zhuǎn)盤齒圈傳動(dòng)在回轉(zhuǎn)盤上安裝齒圈（內(nèi)嚙合或外嚙合），使用齒輪直接驅(qū)動(dòng)齒圈帶動(dòng)回轉(zhuǎn)盤進(jìn)行傳動(dòng)

12、。優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)穩(wěn)定，減速比大，轉(zhuǎn)速均勻。缺點(diǎn)：安裝略復(fù)雜，加工難度大，調(diào)試不方便。2.2.3. 傳動(dòng)位置選擇支撐方式已經(jīng)選擇主軸支撐，因此選擇使用主軸進(jìn)行傳動(dòng)，將傳動(dòng)齒輪布置在兩軸承之間，使傳動(dòng)更穩(wěn)定，主軸受力均衡。具體傳動(dòng)方式將考慮工作要求由下文確定。圖 Error! Main Document Only. 傳動(dòng)位置示意圖2.3. 傳動(dòng)方式選擇由于回轉(zhuǎn)盤工作速度不高，因此傳動(dòng)裝置應(yīng)有減速機(jī)構(gòu)。常用的減速機(jī)構(gòu)有齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、 蝸輪蝸桿傳動(dòng)?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速為510 r/min，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Y系列異步調(diào)速電機(jī)調(diào)速范圍多在2001250 r/min，因此減速裝置的傳動(dòng)比應(yīng)在2080范圍內(nèi)

13、?？紤]傳動(dòng)比因素，鏈傳動(dòng)一般不滿足要求，齒輪傳動(dòng)與蝸輪蝸桿傳動(dòng)滿足要求?？紤]傳動(dòng)效率因素，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率要高于蝸輪蝸桿傳動(dòng)，且蝸輪蝸桿傳動(dòng)對(duì)材料以及加工要求較高，因此應(yīng)使用齒輪傳動(dòng)。綜上，減速傳動(dòng)方式應(yīng)使用齒輪傳動(dòng)。按照裝配、維修方便的原則，考慮將電動(dòng)機(jī)水平放置，這樣電動(dòng)機(jī)輸出端方向便與主軸輸入方向垂直，因此考慮使用DCY型圓錐、圓柱齒輪傳動(dòng)減速器，減速器輸入、輸出端分別通過聯(lián)軸器與電機(jī)、回轉(zhuǎn)盤主軸相連。圖 Error! Main Document Only. 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)方案查表可知DCY型圓錐、圓柱齒輪傳動(dòng)減速器滿足傳動(dòng)比要求。2.4. 裝配與維修設(shè)計(jì)工業(yè)產(chǎn)品使用過程中必不可少的要

14、考慮到后期的維護(hù)更換問題。在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中，起到支撐作用的軸承是最容易磨損、更換頻率較高的部件，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)作為主要工作面，其上往往加裝其他工作附件，整體重量較大，不易搬運(yùn)。因此，就要考慮在盡量不影響回轉(zhuǎn)工作盤的情況下對(duì)其下傳動(dòng)支撐零件的更換問題。圖 Error! Main Document Only. 主軸安裝方式因?yàn)橹鬏S不承擔(dān)回轉(zhuǎn)盤的豎向載荷，因此，主軸可以設(shè)計(jì)成從回轉(zhuǎn)盤上方安裝的方式，如圖 9所示。這樣，在進(jìn)行更換作業(yè)時(shí)，可以把主軸從上方卸下，從側(cè)面更換軸承。2.5. 工作與裝配精度設(shè)計(jì)2.5.1. 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)精度要求回轉(zhuǎn)工作臺(tái)屬于一般工程機(jī)械，按照精度等級(jí)IT7進(jìn)行設(shè)計(jì)，參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)回轉(zhuǎn)

15、工作臺(tái)滿足工作要求時(shí)各部分形狀和位置公差進(jìn)行確定 楊惠忠, 卿兆波. 大型回轉(zhuǎn)工作臺(tái)安裝調(diào)試中的誤差分離與補(bǔ)償技術(shù)的研究J. 機(jī)械, 2005, 32(6):22-24.。表 1 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)形狀和位置公差要求形狀和位置公差項(xiàng)目公差等級(jí)軸向圓跳動(dòng)回轉(zhuǎn)盤6徑向圓跳動(dòng)回轉(zhuǎn)盤6平面度回轉(zhuǎn)盤工作表面7垂直度回轉(zhuǎn)盤工作表面與回轉(zhuǎn)中心軸線5推力軸承下支撐面與回轉(zhuǎn)中心軸線5平行度回轉(zhuǎn)盤工作表面與推力軸承上支撐面4回轉(zhuǎn)盤工作表面與推力軸承下支撐面4同軸度回轉(zhuǎn)盤主軸表面與回轉(zhuǎn)中心軸線5回轉(zhuǎn)盤主軸軸頸與回轉(zhuǎn)中心線5推力軸承軸頸與回轉(zhuǎn)中心線53. 設(shè)計(jì)計(jì)算3.1. 電動(dòng)機(jī)選擇（1）對(duì)回轉(zhuǎn)盤與回轉(zhuǎn)盤主軸尺寸進(jìn)行擬定，將

16、暫時(shí)無法確定的數(shù)值按一般經(jīng)驗(yàn)量進(jìn)行估取，忽略部件結(jié)構(gòu)上空缺，對(duì)估取數(shù)值取較大值。表 2 回轉(zhuǎn)盤與主軸尺寸擬定部件直徑厚度/長(zhǎng)度材料密度重量回轉(zhuǎn)盤1800 mm100 mm球墨鑄鐵7.55 t/m34269.42 Kg回轉(zhuǎn)盤主軸250 mm600 mm45鋼7.85 t/m33699.22 Kg（2）將1200 kg負(fù)載等效為與回轉(zhuǎn)盤同直徑的實(shí)心圓盤，計(jì)算回轉(zhuǎn)盤以及主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與轉(zhuǎn)矩 張三慧. 大學(xué)物理學(xué):力學(xué)M. 清華大學(xué)出版社, 1999.，轉(zhuǎn)速為15 r/min啟動(dòng)時(shí)間為3 s。J0 = J1 + J2J0 = 12 m1 r1 2 + 12 m2 r2 2 J0 = 1728.945

17、+ 115.601J0 =1960.142 Kg·m2M15 = J0 × M15 = 905.273 + 60.528M15 = 1026.328 N·m其中，J1、J2 分別表示回轉(zhuǎn)盤與主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，表示角加速度，M表示回轉(zhuǎn)軸的外力矩之和即回轉(zhuǎn)軸的輸入轉(zhuǎn)矩。（3）計(jì)算電動(dòng)機(jī)的輸出功率。計(jì)算傳動(dòng)總效率：設(shè)1、2、3分別為滾動(dòng)軸承、錐齒輪圓柱齒輪減速器、彈性聯(lián)軸器的效率，查表得1 = 0.98、2 = 0.94、3 = 0.99，因此總傳遞效率為=1 3 ·2 2·3 2= 0.867因此n = 15 r/min時(shí)電動(dòng)機(jī)所需輸出功率為P =

18、M · n9550 KWP = 1.859 KW根據(jù)功率選用YCT180-4B電磁調(diào)速三項(xiàng)異步電機(jī)，詳細(xì)參數(shù)如下 唐金松. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第3版J. 中國(guó)機(jī)械工程, 2004(11):947-947.表 3 選用電機(jī)詳細(xì)參數(shù)型號(hào)拖動(dòng)電機(jī)功率/kW額定轉(zhuǎn)矩/N·m調(diào)速范圍/r·min-1轉(zhuǎn)速變化率/%電源質(zhì)量/kgYCT160-4B425.212501252.5三相交流50Hz 380V1573.2. 減速器選擇（1）確定傳動(dòng)比，擬定傳動(dòng)比為40，進(jìn)行驗(yàn)算。i = 40 = 2005 = 60015輸入端轉(zhuǎn)速滿足電動(dòng)機(jī)要求。（2）確定減速器的公稱中心距載荷特性為平穩(wěn)載

19、荷，按工況系數(shù)表查得f = 1.25,則P·f = 1.859 × 1.25 = 2.324 KW按表DCY、DCYK型減速器公稱輸入功率選用DCY160，其公稱輸入功率PN 15 kW 2.324 kW(4) 驗(yàn)算熱功率沒有附加外冷卻裝置時(shí)，查表DCY、DCYK型減速器熱功率，PG122KW；查環(huán)境溫度系數(shù)表得環(huán)境溫度系數(shù)fw 0.75；，根據(jù)表功率利用系數(shù)查得 fA 0.79，則P < PG1·fw·fA = 22 × 0.75 × 0.79 = 13.035符合要求（5）驗(yàn)算啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Me·I = 25.2 

20、15; 40 = 1008 N·m > 1026.328 N·m符合要求3.3. 推力軸承設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1. 推力軸承選擇支撐回轉(zhuǎn)盤的推力軸承應(yīng)該具備調(diào)心功能來保證回轉(zhuǎn)盤工作面的形位公差，因此選用推力調(diào)心滾子軸承，查閱推力調(diào)心滾子軸承標(biāo)準(zhǔn)，在滿足載荷要求的情況下盡量選取大直徑的軸承（回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速較低，其載荷一般可視為靜載荷）。軸承轉(zhuǎn)速較慢，因此采用脂潤(rùn)滑。選用293/900 C推力調(diào)心滾子軸承，其詳細(xì)數(shù)據(jù)如下表 4 推力軸承詳細(xì)數(shù)據(jù)基本尺寸 /mm基本額定載荷/kN最小載荷常數(shù)極限轉(zhuǎn)速/r·min-1軸承代號(hào)dDTCaC0aA油29000型900132025

21、01349467595471170293/9003.3.2. 推力軸承壽命計(jì)算軸承的工作溫度小于120，因此不考慮溫度系數(shù)，軸承承擔(dān)載荷為回轉(zhuǎn)工作盤、工作盤工作載荷、回轉(zhuǎn)盤主軸，其重量最大估計(jì)2300 Kg，該軸承不承擔(dān)徑向載荷，因此當(dāng)量動(dòng)載荷P = 23 KN，軸承使用壽命為L(zhǎng)h = 10660nCPLh = 4.03× 10 13 h遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足工作要求，在使用期間不需要更換該軸承。3.4. 回轉(zhuǎn)盤主軸在不放置載荷或載荷對(duì)稱的情況下，回轉(zhuǎn)盤主軸不承擔(dān)彎矩，只考慮扭矩，但是，由于在工作中回轉(zhuǎn)盤載荷擺放位置的不同，在回轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生由離心力帶來的彎矩，因此先按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算軸的直徑，

22、在設(shè)計(jì)好軸的具體尺寸后再按彎矩、轉(zhuǎn)矩合成強(qiáng)度條件進(jìn)行校核。按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑 馮雪梅，李波.機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)，第三版M.北京：高等教育出版社，2014.8.179-199.（低轉(zhuǎn)速）d C 3Pnd 81.5 mm取d=100 mm。3.5. 主軸軸承設(shè)計(jì)計(jì)算3.5.1. 主軸軸承選擇主軸軸承不承擔(dān)軸向載荷只承擔(dān)徑向載荷，因此使用深溝球軸承，根據(jù)主軸直徑估計(jì)值選用軸承，盡量挑選動(dòng)載荷較大的軸承，查表選用6220深溝球軸承，其詳細(xì)數(shù)據(jù)如下表 5 深溝球軸承詳細(xì)數(shù)據(jù)表基本尺寸 /mm基本額定載荷/kN極限轉(zhuǎn)速/r·min-1軸承代號(hào)dDTCaC0a脂油60000型1001803412

23、292.8340043006220軸承不受軸向載荷只承擔(dān)徑向載荷，徑向載荷主要來自不平衡負(fù)載在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中帶來的離心力，具體負(fù)載以及壽命計(jì)算在主軸設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行。4. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1. 回轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)盤材料使用球墨鑄鐵，鑄造后進(jìn)行切削加工。回轉(zhuǎn)盤尺寸參考鑄造件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)要素，厚度80mm，在底部布置固定軸承的臺(tái)肩，并布置輻射狀加強(qiáng)筋 王妮娜, 張廣鵬. 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法J. 制造業(yè)自動(dòng)化, 2017(4):125-127.。為了固定回轉(zhuǎn)盤上設(shè)備，回轉(zhuǎn)盤上應(yīng)設(shè)置T型槽，T型槽尺寸與布置參照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。選擇適用于M20的T型槽 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組. 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)M. 機(jī)械工業(yè)出版社, 199

24、7.，均布排列12條 汪俊國(guó), 方正德. 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)J. 機(jī)械工程師, 2012(10):155-157.?；剞D(zhuǎn)盤中心孔與中心軸配合，中心軸上直徑取決于軸承安裝尺寸，查表6220深溝球軸承安裝尺寸為112 mm，主軸直徑定為120mm，回轉(zhuǎn)盤與主軸采用平鍵連接，在軸轂內(nèi)側(cè)開鍵槽?？紤]中心軸與回轉(zhuǎn)盤的連接，設(shè)置臺(tái)肩，布置螺紋孔，由于回轉(zhuǎn)盤部分較厚且安裝螺栓不方便，因此使用螺釘固定，為了工作表面平整性，使用內(nèi)六角圓柱頭螺釘沉孔安裝。橫向載荷由平鍵傳遞，因此螺栓連接僅起到固定作用而不傳遞載荷，故可選用較小螺栓以較小預(yù)緊力連接，臺(tái)肩孔直徑與深度取決于螺栓連接要求以及扳手空間。在此選用M12

25、內(nèi)六角圓柱頭螺釘，可得中心軸臺(tái)肩直徑180mm，厚為30mm，因此臺(tái)肩孔直徑190mm，深30mm?；剞D(zhuǎn)盤鑄造后進(jìn)行切削加工。銑、磨工作表面，銑T型槽，精銑軸承支撐面，精鏜中心孔。圖 Error! Main Document Only. 回轉(zhuǎn)盤三維示意圖使用三維軟件進(jìn)行建模，實(shí)際重量為1933 Kg，符合估計(jì)值。4.2. 回轉(zhuǎn)主軸設(shè)計(jì)軸端為固定臺(tái)肩，厚度參考相關(guān)螺釘標(biāo)準(zhǔn)，并布置沉頭槽。在軸向方向上布置負(fù)載，根據(jù)回轉(zhuǎn)盤的厚度確定第一段長(zhǎng)度為95 mm，該段與回轉(zhuǎn)盤軸轂接觸，傳遞徑向載荷，因此應(yīng)該保證較高的加工精度，等級(jí)較高的表面粗糙度，并采用過渡配合，在該段布置一鍵槽與回轉(zhuǎn)盤配合，傳遞扭矩，在一

26、段設(shè)置倒角，方便安裝。第二段設(shè)置為深溝球軸承定位臺(tái)肩，長(zhǎng)度考慮軸轂與回轉(zhuǎn)盤的間隙取30 mm，直徑為深溝球軸承的安裝尺寸，切臺(tái)肩端面因與軸承內(nèi)環(huán)定位接觸，因此要保證較高的表面粗糙度。第三段安裝深受球軸承，由于兩軸承相同切從同側(cè)安裝，因此兩軸承無法都使用軸肩定位，靠近回轉(zhuǎn)盤一段的軸承使用軸間定位，然后在兩軸承間設(shè)置套筒，對(duì)兩軸承內(nèi)環(huán)進(jìn)行支撐；軸承轉(zhuǎn)速較低，因此采用脂潤(rùn)滑，在軸套上端設(shè)計(jì)擋油盤。該段長(zhǎng)度考慮負(fù)載平衡，回轉(zhuǎn)盤一段與第一個(gè)軸承距離與兩軸承中心距離應(yīng)該相等，因此該軸端長(zhǎng)度為100 mm，在安裝端倒角，方便安裝，因該段與軸承進(jìn)行配合，因此要保證較高等級(jí)的表面粗糙度與加工精度。第四段與端蓋密

27、封件配合，要求一般表面粗糙度，長(zhǎng)度考慮軸的伸出量。第五段為末端，與剛性聯(lián)軸器連接，開設(shè)鍵槽，安裝端進(jìn)行倒角，具體數(shù)據(jù)參考聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)。圖 Error! Main Document Only. 主軸結(jié)構(gòu)示意圖考慮到軸承的潤(rùn)滑與支撐，在回轉(zhuǎn)軸末端應(yīng)該放置軸承端蓋，并使用密封裝置進(jìn)行密封，放置潤(rùn)滑脂溢出。4.2.1. 回轉(zhuǎn)主軸驗(yàn)算（1）因負(fù)載放置不平衡或不對(duì)稱，回轉(zhuǎn)盤可能產(chǎn)生因離心力引起的軸向負(fù)載，計(jì)算該軸向負(fù)載并做受力簡(jiǎn)圖，如圖 1圖 12 a所示，取集中載荷作用于回轉(zhuǎn)盤及軸承中點(diǎn)。Fa = ma = m2rFa = 1200 × 30 × 15 ×0.9Fa = 26

28、64.793 N（2）求軸承的支反力，如圖 12 a所示F1 = 5329.586 NF2 = 2664.793 N（3）畫彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖，如圖 12 c、d所示截面B處的彎矩MB = 2664.793 × 100 mm = 266.48 N·mT = 905.273 N·m（4）畫計(jì)算彎矩圖（圖 1圖 12 d）圖 1因單向回轉(zhuǎn)，將轉(zhuǎn)矩視為脈沖循環(huán)， 0.6，則截面B處的當(dāng)量彎矩為MB = MB2+(T)2 MB = 534.164 N·m(5)按彎矩合成應(yīng)力校核州的強(qiáng)度1）截面B當(dāng)量彎矩最大，故截面B可能為危險(xiǎn)截面。查表，得-1b = 55 MPaB

29、 = MBW = MB0.1d3B = 5.342 MPa < -1b = 55 MPa2)截面D處雖僅售轉(zhuǎn)矩，但其直徑最小，則該界面亦可能為危險(xiǎn)截面MD = T2MD = 543.164 N·mD = 10.6 MPa < -1b = 55 MPa圖 Error! Main Document Only. 軸的強(qiáng)度計(jì)算a）受力簡(jiǎn)圖b）徑向受力圖c）彎矩圖d）轉(zhuǎn)矩圖d）計(jì)算轉(zhuǎn)矩圖FaFaF2F1266.48 N·mT = 905.273N·m596.94 N·mABCD經(jīng)校核其強(qiáng)度足夠。4.2.2. 深溝球軸承壽命計(jì)算軸承的工作溫度小于120，

30、因此不考慮溫度系數(shù)，靠近回轉(zhuǎn)盤的軸承承擔(dān)更大負(fù)載，該深溝球軸承不承擔(dān)軸向載荷，因此當(dāng)量動(dòng)載荷P = 5329.586 N，查軸承標(biāo)準(zhǔn)，6220深溝球軸承基本額定動(dòng)載荷C = 122 KN Lh = 10660nCPLh = 13.332× 10 6 h在工作期間符合使用標(biāo)準(zhǔn)，一般情況下不用更換軸承。4.3. 回轉(zhuǎn)盤底座設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)盤底座承擔(dān)的作用是支撐推力軸承與深溝球軸承 ，并起到組合零件的作用，考慮到軸承的潤(rùn)滑，根據(jù)結(jié)構(gòu)上來說，還需要擁有軸承空間密封的作用，另一方面，回轉(zhuǎn)座還應(yīng)該考慮到與整體支撐支架的連接關(guān)系。在其底面上根據(jù)支撐架結(jié)構(gòu)布置螺紋孔，用于進(jìn)行固定?？紤]到推力軸承的安裝精度問

31、題以及保證加工方面，應(yīng)該在推力軸承的周向接觸面上安排凹槽，既防止了過定位又設(shè)置了退刀槽，方便加工；同樣的，在端面接觸面上，應(yīng)該設(shè)置凹槽以形成臺(tái)肩，臺(tái)肩的直徑應(yīng)該小于推力軸承所需用的的安裝尺寸 孫崗存, 袁麗. 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)研究J. 制造技術(shù)與機(jī)床, 2011(11):79-81.。為了滿足推力軸承的潤(rùn)滑條件，應(yīng)形成一封閉空間，因此軸承的周向接觸面的高度應(yīng)超過軸承厚度；由于軸承不承擔(dān)徑向載荷，因此周向外壁不承擔(dān)較大載荷，因此壁厚應(yīng)該較小，但隨著外壁靠近軸承端面，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)加大壁厚，因此將回轉(zhuǎn)座外壁制作成階梯狀，在保證強(qiáng)度條件的前提下盡量減少材料的使用。在軸承的內(nèi)壁方向上也應(yīng)該形成封閉空間。

32、內(nèi)壁方向上，回轉(zhuǎn)盤向下伸出與推力軸承進(jìn)行配合，因此在回轉(zhuǎn)底座上設(shè)置一向上凸臺(tái)，凸臺(tái)上環(huán)形開設(shè)倒梯形凹槽，放置密封材料與回轉(zhuǎn)盤接觸，進(jìn)行密封。具體凸臺(tái)與凹槽尺寸參考密封件標(biāo)準(zhǔn)。在回轉(zhuǎn)軸軸轂伸出端上安裝軸承蓋，因此需要設(shè)置凸臺(tái)與螺紋孔。圖 Error! Main Document Only. 回轉(zhuǎn)底座半剖圖考慮到底座承擔(dān)載荷較小，因此結(jié)構(gòu)上壁厚較小，且軸向上伸出量較多，因此在上下臺(tái)面分別布置肋板。具體剖面圖圖 13如所示。4.4. 支撐架設(shè)計(jì)為了方便制作，支撐架使用標(biāo)準(zhǔn)型鋼制作，采用100×100×10的等邊角鋼焊接制作。圖 Error! Main Document Only.

33、 模擬裝配示意圖首先在軟件上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行虛擬裝配，計(jì)算出裝配后各部件之間的安裝距離，按照距離要求設(shè)計(jì)支撐架與安裝位置。如圖圖 14將回轉(zhuǎn)軸、減速器與電機(jī)使用標(biāo)準(zhǔn)剛性聯(lián)軸器進(jìn)行連接，首先根據(jù)回轉(zhuǎn)盤底座進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮到制造方便，支撐架應(yīng)為正方形結(jié)構(gòu)，根據(jù)回轉(zhuǎn)盤大小使用長(zhǎng)度為1200的角鋼焊接成正方形框架，焊接接口處使用45°切口進(jìn)行V口對(duì)焊，應(yīng)保證與底座接觸面的平面度。另制作同一規(guī)格的正方形框架作為底座。如示意圖所示，電機(jī)從一個(gè)方向伸出，超出正方形框架主題，因此針對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)一矩形框架焊接到主體框架上，考慮到接觸面較小，因此額外設(shè)置一拉桿增加強(qiáng)度?？紤]電機(jī)安裝時(shí)螺栓安裝長(zhǎng)度，電機(jī)下應(yīng)留有一定

34、距離，因此將主體框架向下移動(dòng)一部分，給電機(jī)框架下留出距離，并由此確定豎直支撐架長(zhǎng)度。從安裝便利性方面考慮，由于減速器是90°旋轉(zhuǎn)放置且重量較大，因此安裝時(shí)可能帶來不便，因此將減速器固定支架設(shè)計(jì)成分體式。安裝時(shí)先將與減速器直接連接的較小的支架水平放置，然后將減速器吊裝到上面并使用螺栓進(jìn)行固定，然后以支撐架底部端點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，讓小支撐架與豎直支撐架重合，并使用螺栓進(jìn)行固定。圖 Error! Main Document Only. 支架示意圖5. 設(shè)計(jì)總結(jié)本次設(shè)計(jì)任務(wù)為回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，該回轉(zhuǎn)工作臺(tái)要求較為簡(jiǎn)單，僅僅對(duì)工作直徑與載荷進(jìn)行要求，并不考慮定位、夾緊與分度。在前期網(wǎng)上查閱資料的過程中，大量資料都為機(jī)械用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，較為復(fù)雜，但是對(duì)結(jié)構(gòu)上有一定的啟發(fā)，對(duì)實(shí)際設(shè)計(jì)過程擁有一定參