臥式轉(zhuǎn)塔刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

-緒論課題背景現(xiàn)如今總生產(chǎn)量中有百分之七十到八十是小型和中型量產(chǎn)，如何改進(jìn)小型和中型量產(chǎn)的效率迫在眉睫。小型和中型產(chǎn)量具有產(chǎn)品種類繁多、生產(chǎn)量小、部分產(chǎn)品加工復(fù)雜、工序長、保持一定的尺寸公差和幾何精度的特點(diǎn)。如今的小型和中型量產(chǎn)，還存在輔助時(shí)間較長、加工循環(huán)周期較長、手動(dòng)程度高、加工效率不理想、產(chǎn)品質(zhì)量無法穩(wěn)定等問題。鑒于小型和中型量產(chǎn)的這些特點(diǎn)以及問題，為了提高生產(chǎn)效率及質(zhì)量，需要考慮以下幾個(gè)方面：（1）整合工序，降低加工件的組裝次數(shù)；（2）降低刀具的裝配及拆卸次數(shù)；（3）降低生產(chǎn)過程中的測量及檢測時(shí)間；（4）應(yīng)用多個(gè)軸、多個(gè)刀具、多刃進(jìn)行生產(chǎn)，從而提高效率；（5）應(yīng)用數(shù)控控制技術(shù)，改善生產(chǎn)加工中手動(dòng)過多的問題；（6）能夠在一定程度上適用加工對象的變化，減少加工對象變化時(shí)的機(jī)床調(diào)整工作量；（7）能保證一定的設(shè)備利用率；（8）減小生產(chǎn)面積的占用，投入較小的成本。在二十一世紀(jì)這種需要生產(chǎn)、需要效率的時(shí)代，我們不斷的投入大量的人力和物力去研究，也正是在這種前提和背景下，本論文提出了這個(gè)課題。轉(zhuǎn)塔刀架在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用的歷史與現(xiàn)狀數(shù)控刀架技術(shù)發(fā)展演變在20世紀(jì)50年代，組合式機(jī)床上就開始應(yīng)用轉(zhuǎn)塔主軸箱，已經(jīng)在一些小型和大型的量產(chǎn)的加工精度以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)上具有顯著的效果。但是，并沒有引起人們的關(guān)注，也沒有更好地發(fā)展。到了20世紀(jì)60年代初，出現(xiàn)了“機(jī)械加工中心”的雛形即可以數(shù)控控制和自動(dòng)化更換刀具的鉆鏜床，應(yīng)用到組合式機(jī)床上的轉(zhuǎn)塔主軸箱才逐步被人們關(guān)注。20世紀(jì)60年代中期，第一個(gè)可以自動(dòng)更換主軸箱的立式組合式機(jī)床被法國雷諾汽車公司制造出來，一兩年后，轉(zhuǎn)塔組合機(jī)床又被制造出來，與此同時(shí)，還生產(chǎn)制造了通用的轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀頭，從而形成了一個(gè)全新的可以廣泛應(yīng)用的系列。轉(zhuǎn)塔動(dòng)力頭一般為四方形或六、八方形，可以裝上四個(gè)或六個(gè)不同型式的主軸箱。由于自動(dòng)化技術(shù)以及電控技術(shù)的發(fā)展，轉(zhuǎn)塔刀架也在不斷地向著更精準(zhǔn)、快速、復(fù)雜的方向發(fā)展。從20世紀(jì)70年代開始一直到現(xiàn)在，數(shù)控刀架慢慢的演化出了電動(dòng)和液動(dòng)兩種類別。歐洲為代表的電動(dòng)刀架。其組成有力矩電動(dòng)機(jī)、凸輪、電磁鐵、編碼器、齒輪組成并完成自動(dòng)換刀。我國臺灣地區(qū)、日本和韓國為代表的液動(dòng)刀架，去組成有液壓馬達(dá)、間歇分度機(jī)構(gòu)平行共軛凸輪、組合傳感器組成。初期的液壓刀架的驅(qū)動(dòng)用液壓伺服馬達(dá)，主要原因是該馬達(dá)價(jià)格昂貴，如今專業(yè)技術(shù)廠已經(jīng)基本不用這類結(jié)構(gòu)。我國研究的主要反向舊式提高定位的精準(zhǔn)程度，從而對無回轉(zhuǎn)誤差的轉(zhuǎn)塔刀架進(jìn)行研發(fā)，主要原因就是它與舊式的轉(zhuǎn)塔刀架對比，除了鎖緊動(dòng)作以外，都是用步進(jìn)電機(jī)完工的。還有就是硬質(zhì)合金刮刀刮研硼鑄鐵材料的研究提高了機(jī)床導(dǎo)軌的耐磨性，使鼠齒盤副做為它的精定位元件有了保證?；窘Y(jié)構(gòu)不斷的改進(jìn)與完善把數(shù)控刀架當(dāng)做執(zhí)行元件的工作過程，預(yù)定位、分度、驅(qū)動(dòng)、松開和剎緊、發(fā)信、精準(zhǔn)定位等裝置為基礎(chǔ)的機(jī)構(gòu)。起初驅(qū)動(dòng)裝置主要采取齒輪，齒條的機(jī)械傳動(dòng)現(xiàn)在更多的趨向于以電機(jī)和液壓馬達(dá)的方式驅(qū)動(dòng)了；分度裝置有兩種，一種是間歇分度機(jī)構(gòu)，一種是連續(xù)分度機(jī)構(gòu)，他們到所需要的工位間上都是經(jīng)過機(jī)械液壓傳動(dòng)做到的。連續(xù)分度機(jī)構(gòu)主要用于快速換刀。數(shù)控刀架有立式和臥式兩種形式，由于要滿足不同種類工件的需求，數(shù)控刀架分為4工位、6工位、8工位、10工位和12工位等五種工位。國外數(shù)控刀架最新技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r主機(jī)技術(shù)發(fā)展越來越快速、越來越復(fù)雜，帶動(dòng)著數(shù)控刀架技術(shù)也同步發(fā)展。體現(xiàn)在：高速化：伺服電動(dòng)機(jī)的發(fā)展，使與其相關(guān)的刀架技術(shù)的發(fā)展成了為可以完成的目標(biāo)。伺服電機(jī)可以取代發(fā)信、預(yù)定位、等裝置，使得刀架的結(jié)構(gòu)得以簡單化，使用液壓的方式進(jìn)行松開、剎緊，自動(dòng)換刀速度得以提高。復(fù)合化：實(shí)現(xiàn)了車削中心的研發(fā)，使刀架向著越來越復(fù)雜、越來越高端的方向發(fā)展。研制轉(zhuǎn)塔頭的目的和意義在21世紀(jì)的制造廠商中，尤其是那些量產(chǎn)小且對生產(chǎn)加工要求高的零件，集成了CNC控制系統(tǒng)的機(jī)床有著不可忽視的地位，想要增加他的日生產(chǎn)量，一般都會(huì)使用自動(dòng)轉(zhuǎn)塔刀架。在不同的條件下使用不同的刀具。制造工件時(shí)，更換刀具無法手動(dòng)完成，因此，轉(zhuǎn)換過后的刀具無論如何都要在其規(guī)定位置。能否到達(dá)設(shè)計(jì)的位置取決于制造工廠的制造工藝水平。研究滿足上述要求的轉(zhuǎn)塔刀架就顯得尤為重要。主要工作根據(jù)有關(guān)資料闡述了臥式轉(zhuǎn)塔刀架的基礎(chǔ)知識。經(jīng)過了對臥式轉(zhuǎn)塔刀架的歷史，當(dāng)代狀況以及發(fā)展趨勢的綜合分析，同時(shí)考慮到現(xiàn)如今的大陸地區(qū)對產(chǎn)品的需要程度的考量，從而確定了我所設(shè)計(jì)的臥式轉(zhuǎn)塔刀架的雛形，主要的研究內(nèi)容有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、中心液壓缸的設(shè)計(jì)、以及校核。轉(zhuǎn)塔頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案論證經(jīng)過嘗試大量的數(shù)據(jù)，決定設(shè)計(jì)臥式轉(zhuǎn)塔刀架，8根主軸。最先想到的是轉(zhuǎn)塔刀架小以及需要達(dá)到交換主軸的剛度；傳動(dòng)方式為齒輪傳動(dòng)來獲得準(zhǔn)確的傳動(dòng)比；使用液動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)塔頭的分度。斟酌材料特性、經(jīng)濟(jì)條件、制造工藝等方面對軸、軸承、齒輪、鍵等零件進(jìn)行設(shè)計(jì)、校核、反復(fù)修正。電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)的類型及選用原則一般來說，電機(jī)有以下幾種類型：液壓式、電動(dòng)式、內(nèi)燃式、氣壓式。我們著重點(diǎn)在以下幾個(gè)點(diǎn)：（1）執(zhí)行元件的各個(gè)方面特性以及對于所處環(huán)境的規(guī)定；（2）發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)性能，適當(dāng)?shù)募庸ぼ囬g，能源供給狀況等；（3）機(jī)械的成本、大小、重量、生產(chǎn)效率。選用電動(dòng)機(jī)，主要原因是電機(jī)的組成不復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，操控簡單，生產(chǎn)快等優(yōu)點(diǎn)。在用電機(jī)時(shí)，我們只需要知道電機(jī)的類型和參數(shù)就行。電機(jī)分為直流、交流、步進(jìn)、伺服四種。直流和伺服的太貴，一般用在特定的地方；步進(jìn)一般在高端的產(chǎn)品。我們需要安全、穩(wěn)定、事故少、結(jié)構(gòu)簡單、費(fèi)用少、易維修的電動(dòng)機(jī)，則交流異步電動(dòng)機(jī)是首選。大家看到的工程基本上都是用三相異步電動(dòng)機(jī)，Y系列經(jīng)常用于不容易燃燒、容易爆炸、容易被腐蝕的地方工作。YZ和YZR系列兩種類型的電機(jī)，有不大的慣性，較大的過載，一般會(huì)用在總是制動(dòng)的條件。如果碰到特定的環(huán)境，那就用特定電機(jī)。我們根據(jù)電機(jī)的額定功率要比所需要的大一點(diǎn)的原則來選擇電機(jī)。一般有相同類別、相同功率的三相異步交流電動(dòng)機(jī)會(huì)有好多種不一樣的磁場轉(zhuǎn)速，我們經(jīng)常用的電機(jī)有七百五十、一千、一千五百、三千轉(zhuǎn)每分鐘。轉(zhuǎn)速低的電機(jī)磁極多又大又重，而且還貴；而高轉(zhuǎn)速電機(jī)磁極少，既小又輕，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。所以，我們應(yīng)該考慮電機(jī)以及相關(guān)設(shè)備的總成本還有系統(tǒng)要簡單一點(diǎn)，生產(chǎn)效率要高。執(zhí)行動(dòng)作元件轉(zhuǎn)得快時(shí)，高速電機(jī)能夠使傳動(dòng)變得容易，同時(shí)能夠使效率得到提升。當(dāng)執(zhí)行動(dòng)作的原件轉(zhuǎn)的慢的時(shí)候，高速的電機(jī)就會(huì)讓降低速度的裝置變大，傳動(dòng)與案件的成本增大，同時(shí)機(jī)器的效率會(huì)大幅度降低。所以，我們選擇電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，一定要考慮到整個(gè)機(jī)器，全面分析。如果想要使自己的方案更加的穩(wěn)妥，我們可以嘗試兩種到三種電機(jī)，經(jīng)過多次計(jì)算校核之后再做決定。上面說的各種原則將是我們判斷的依據(jù)，然后進(jìn)行動(dòng)力部件的設(shè)計(jì)。電動(dòng)機(jī)的參數(shù)為千瓦，范圍為轉(zhuǎn)每分鐘，首先選用YVP132S-4，它的參數(shù)見表2-1。表2-1電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)主軸切削力和最大扭矩的計(jì)算由實(shí)驗(yàn)法確定主軸切削功率依據(jù)專業(yè)機(jī)床的情況進(jìn)行加工，并測出電動(dòng)機(jī)的輸入功率。電動(dòng)機(jī)功率為：此外，等于零（沒有載荷）的時(shí)候，其空載功率，求出近似的切削（有效）功率，即：根據(jù)，并依據(jù)每個(gè)相關(guān)機(jī)床的總效率能夠得出電機(jī)的功率：當(dāng)設(shè)備為、鉆床、時(shí)，可以取值為；如果是一些刨床或者插床，可以取值為零點(diǎn)六到零點(diǎn)七五。通常轉(zhuǎn)速快就小，轉(zhuǎn)速慢則大。專業(yè)的機(jī)床最好取大一點(diǎn)的數(shù)值。我們設(shè)計(jì)組合式或者同類機(jī)床的主軸箱的對于組合機(jī)床或相類似的機(jī)床主軸箱的，在我們制造原料是黑色金屬的時(shí)候，可以取值為零點(diǎn)八至零點(diǎn)九；在制造原料是輕金屬時(shí)，可以取值為零點(diǎn)七至零點(diǎn)八。通常交換主軸數(shù)量大于十五的時(shí)候數(shù)值小，反之?dāng)?shù)值大。由式得，所以等于主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算轉(zhuǎn)速一般情況下人們的認(rèn)知是組成機(jī)床的零部件不是在固定的負(fù)載、固定的轉(zhuǎn)速時(shí)運(yùn)行，我們想要得到機(jī)床零部件的計(jì)算載荷，須要有電機(jī)功率、在傳動(dòng)零件利用全部功率時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度、在傳動(dòng)零件轉(zhuǎn)矩達(dá)到峰值時(shí)的前提。當(dāng)我們確定疲勞強(qiáng)度的時(shí)候，我們應(yīng)該以工具機(jī)在不同的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)的情況來判斷工具機(jī)的計(jì)算載荷。當(dāng)交換主軸能夠傳達(dá)電機(jī)的所有功率時(shí)的最慢的旋轉(zhuǎn)速度是。以為界限，比高的是功率不變的運(yùn)行，比低的是轉(zhuǎn)矩不變的運(yùn)行。見圖。某些情況下特定使用的機(jī)床的會(huì)單獨(dú)給出。想要確定不同機(jī)床的公式，詳見表。由表可知主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速求得表2-2各類機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速機(jī)床類型計(jì)算轉(zhuǎn)速n等公比傳動(dòng)混合公比或無級調(diào)速中型通用機(jī)床和用途較廣的半自動(dòng)機(jī)床車床，升降臺銑床，轉(zhuǎn)塔車床，液壓仿形半自動(dòng)車床，多刀半自動(dòng)車床，單軸自動(dòng)車床，多軸自動(dòng)車床為主軸第一個(gè)（低的）三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級轉(zhuǎn)速立式鉆床，搖臂鉆床，滾齒機(jī)n為主軸第一個(gè)（低的）四分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級轉(zhuǎn)速大型機(jī)床臥式車床(1250～4000），單柱立式車床(1400～3200），單柱可移動(dòng)式立式車床(1400～1600）n為主軸第二個(gè)三分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最低一級轉(zhuǎn)速高精度和精密機(jī)床落地式鏜銑(160～260），主軸箱可移動(dòng)的落地式鏜銑床(125～300）坐標(biāo)鏜床，高精度車床n為主軸第一個(gè)（低的）四分之一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最高一級轉(zhuǎn)速確定主切削力和主軸上的最大扭矩根據(jù)書上的公式可以計(jì)算：所以：主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的分類及特點(diǎn)我們知道轉(zhuǎn)動(dòng)軸工作時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩，所以在我們設(shè)計(jì)他的時(shí)候需要著重計(jì)算彎曲剛度。如果是高速度運(yùn)轉(zhuǎn)的軸我們還得對轉(zhuǎn)速的臨界點(diǎn)實(shí)行校對核算。傳遞動(dòng)力的軸承的唯一任務(wù)就是輸送轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)軸。設(shè)計(jì)過程中我們需要對其扭轉(zhuǎn)剛度實(shí)行算數(shù)與校核。對于負(fù)責(zé)支撐傳遞動(dòng)力的零部件的芯軸，它僅僅收到彎矩。對于收到軸向力的細(xì)、長軸承我們需要實(shí)行穩(wěn)定性的校核。軸的材料及熱處理在我們設(shè)計(jì)工具床的時(shí)候，從剛度角度考量，一般軸的材料使用35、45鋼。但是在一定的條件，還可能用40Cr或其他合金鋼。這些材料的熱處理以及應(yīng)用范圍見表。根據(jù)以上所表達(dá)內(nèi)容，我會(huì)選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。軸頸的估算在我們設(shè)計(jì)、計(jì)算的時(shí)候，可以通過扭、轉(zhuǎn)情況來確定軸的直徑。詳見表。設(shè)計(jì)實(shí)心軸為：設(shè)計(jì)空心軸為：公式中，因?yàn)槭褂貌牧虾统惺茌d荷的狀況來確定；空心軸的與的比值，一般情況下，=取值為；；，這種情況下；除了這種情況還應(yīng)該著重關(guān)心有鍵的軸的部分，相比上面的式字算得的軸徑要增加/鍵，之后化整成為軸徑的規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。設(shè)計(jì)軸一般會(huì)用的材料的及詳見表。表2-3材料的熱處理及應(yīng)用范圍材料牌號熱處理毛坯直徑（mm）硬度應(yīng)用范圍35正火或正火+回火<300143～187HBS有好的塑性和適當(dāng)強(qiáng)度，用于有一定強(qiáng)度和對加工塑性有一定要求的軸調(diào)質(zhì)≤100163～207HBS>100～300149～207HBS45正火<300162～240HBS大型的軸以改善切削性能消除應(yīng)力，應(yīng)用很廣調(diào)質(zhì)≤200217～255HBS各種中小型的軸，以改善裝配工藝和保證裝配精度，應(yīng)用最廣40Cr調(diào)質(zhì)<300241～286HBS對疲勞強(qiáng)度、耐磨性有特殊要求的軸45、40Cr調(diào)質(zhì)加局部淬火40～50HBS滑動(dòng)軸頸、花鍵部分等表面有耐磨性要求的軸表2-4軸頸的估計(jì)d計(jì)算說明適用范圍110按剛度條件估算機(jī)床上一般的軸（100～120）按強(qiáng)度條件估算，小彎矩穩(wěn)定載荷取小值，大彎矩穩(wěn)定載荷取大值某些重型機(jī)床上的低速軸表2-5軸常用幾種材料的[τ]及A值軸的材料Q235—A，20Q275，35（1Cr18Ni9Ti）4540Cr，35SiMn38SiMnMo，3Cr13[]15～2520～3525～4535～55A149～126135～122126～103112～97注：1.上表中的值把彎矩的作用考量在內(nèi)；2.當(dāng)無軸向受力或者僅僅受到很小的軸向作用力、受力穩(wěn)定、單方向轉(zhuǎn)動(dòng)的軸等，取大的，取小的。結(jié)合上面所闡視的資料，對軸徑進(jìn)行初步估計(jì)：由于有兩個(gè)鍵槽，我們隊(duì)預(yù)估軸徑增大，因?yàn)橛墟I槽增大7%，，經(jīng)過多次研究，預(yù)估計(jì)其與齒輪相配合的地方的軸徑。軸的設(shè)計(jì)需要考慮的問題設(shè)計(jì)臥式轉(zhuǎn)塔刀架中軸是重要組成部分，他具有支撐齒輪和傳輸動(dòng)能和轉(zhuǎn)矩的作用。軸上受力的大小、性質(zhì)和方向；軸上面其他零部件的種類、個(gè)數(shù)、大小、裝配；周的精度以及組裝過程決定了所設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)。軸不具有特定的結(jié)構(gòu)形式就是因?yàn)橛刑嗟耐庠谙拗茖?dǎo)致的。在我們設(shè)計(jì)周的時(shí)候，我們需要考慮到各種各樣的條件下，結(jié)合各個(gè)方面限制，合乎常理的決定軸的結(jié)構(gòu)和所有尺寸。它需要依照的基礎(chǔ)準(zhǔn)則是：軸承受外力合乎事理，對軸的承受外力能力和抵抗變形的能力有益處；（2）軸、零件、機(jī)架相互之間要有精準(zhǔn)的配合；（3）設(shè)計(jì)出來的軸要方便加工，軸與相關(guān)的零部件要方便拆卸、裝配和維護(hù)；（4）盡最大可能減少軸的質(zhì)量和材料的用量，以避免物體中應(yīng)力局部增高的現(xiàn)象的發(fā)生。根據(jù)上文所說的準(zhǔn)則，在設(shè)計(jì)的時(shí)候我們應(yīng)該推敲下面幾個(gè)重點(diǎn)：1、軸上零件的布置與設(shè)計(jì)我們想要改良軸在不同狀況下的受力情況，我們必須好好的設(shè)計(jì)和布置軸上面零部件。我把負(fù)載的的零部件放在離軸承較近的地方，從而提高軸的承受外力能力和抵抗變形的能力。2、軸上零件的定位和固定（1）軸上的零部件需要在軸向和位置上處在該零部件應(yīng)處工作時(shí)的特定位置。使它不能受到徑向力，同時(shí)不能發(fā)生軸方向的移動(dòng)。我們既可以運(yùn)用軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行沿軸方向位置的穩(wěn)定，還可以選取附加零件的方式進(jìn)行沿軸方向位置的穩(wěn)定。（2）軸上零部件在圓周方向的定位。我們可以使用鍵、花鍵、型面聯(lián)接、過盈配合來實(shí)現(xiàn)軸上零部件在圓周方向的定位。其中，使用次數(shù)最多的就是鍵連接；當(dāng)受力特別大的時(shí)候我們可以用鍵與過盈配合結(jié)合的方式進(jìn)行聯(lián)接。3、軸的定位為我們不但須要給軸一個(gè)精確的位置，軸上的零件與軸之間以及軸與機(jī)架之間也要得以處在特定的位置。軸承可以使軸與機(jī)架進(jìn)行沿軸方向的固定。當(dāng)我們使用滾動(dòng)軸承的時(shí)候，利用軸承外面的邊緣部分使軸處于特定的地方。凸緣式軸承外圈可以負(fù)載特別大的沿軸方向的載荷，且調(diào)整方便，故應(yīng)用廣泛，但結(jié)構(gòu)尺寸較大，并需螺釘，墊片等零件。嵌入式軸承具有無空隙的結(jié)構(gòu)，而且質(zhì)量小，不過它不能受到較大的沿軸方向的外力，不易于調(diào)節(jié)，一般使用在負(fù)載小的軸的位置的固定。當(dāng)我們用滑動(dòng)軸承的時(shí)候，我們利用軸肩來給軸固定位置。4、軸的結(jié)構(gòu)工藝性（1）制造軸的工藝性。在我們設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)方便生產(chǎn)制造的軸。通常，組成成分越簡潔的軸越容易加工。所以，軸在各方面讓我們滿意的同時(shí)我們須要使軸的組成變得簡單。同一個(gè)軸上，盡量保證倒的各種角的半徑或者尺寸一樣，切的各種槽的寬度一致，從而來降低加工時(shí)使用刀具的數(shù)量，以便于提高軸的生產(chǎn)效率；軸的結(jié)構(gòu)中，應(yīng)設(shè)退刀槽；軸的兩端應(yīng)開設(shè)中心孔，以便加工時(shí)用頂尖支承和保證各個(gè)軸段的同軸度（2）裝配工藝性。設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)時(shí)，我們要考慮到相關(guān)零部件的組裝是否便利的問題。例如：軸的兩端切削出四十五度的倒角，可以防止刮傷零部件的接觸面。為了達(dá)到零磨損這個(gè)目標(biāo)，我們需要對接觸的兩個(gè)表面尺寸公差進(jìn)行設(shè)定。5、提高軸的抵抗破壞的能力的常用方法設(shè)計(jì)軸的組成的時(shí)候，我們考慮了以上四個(gè)方面，但是我們還應(yīng)該從其他方面對軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善。我們使用的方法是：（1）設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)必須要盡量減少應(yīng)力集中源和降低應(yīng)力集中的程度。其主要措施有：（a）避免軸的剖面形狀及尺寸急劇變化，在軸徑變化處盡量采用較大的圓角過渡。（b）可以采用套筒代替圓螺母和彈性擋圈，可免得在軸上切制螺紋和環(huán)形槽；能有效降低應(yīng)力集中。（c）降低過盈配合出的應(yīng)力集中，其措施是：豰端開卸載槽；軸上開卸載槽；增大配合處軸徑。如果以上措施并用，則效果更佳。（2）對軸的接觸面進(jìn)行優(yōu)化，加大軸的疲勞極限。提高加工軸的精度。所以，我們選擇精加工使軸的表面更加光滑、細(xì)膩。另外，我們可以通過對軸通過加熱、保溫和冷卻的手段改進(jìn)軸的表面粗糙度，加大軸的疲勞極限。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟在設(shè)計(jì)軸的每段組成的時(shí)候，通過對軸的強(qiáng)度的估算，來決定軸,最為關(guān)鍵的措施有：軸上零部件的組裝配合方案的確定軸上零部件的組裝配合方案是設(shè)計(jì)軸的條件，需要考慮軸與其上面零部件的位置關(guān)系和接觸的配合形式、安裝次序等方面來制定組裝配合方案，再經(jīng)過多次剖析拿出最好的方案。軸上零部件在特定位置上的確定一般會(huì)用軸肩和過盈配合的方法解決零部件受到特別大的沿軸向力的問題。當(dāng)沿軸向載荷一般大的情況下，一般會(huì)用軸環(huán)、圓螺母、錐面解決。當(dāng)沿軸向載荷較小的時(shí)候，一般會(huì)用擋圈、環(huán)的方法解決。以上幾點(diǎn)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，我們?nèi)匀豁氁魄弥艿某休d能力以及空間等其他要素。軸的各部分尺寸的確定每個(gè)軸段的徑向尺寸是經(jīng)過強(qiáng)度的計(jì)算得出的基本條件下，再推敲軸上零部件的沿軸方向位置的固定和安裝拆卸的條件，從軸的一頭開始一點(diǎn)點(diǎn)決定的。在安裝一些特定的標(biāo)準(zhǔn)零部件的時(shí)候，我們需要參考其所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。軸上每個(gè)零部件與之相對應(yīng)的位置的接觸、配合方式?jīng)Q定軸的一個(gè)個(gè)小段的尺寸。這個(gè)尺寸確定之前，須要確保裝配的緊湊性、以及可調(diào)適的空間的大小。軸的每個(gè)部位細(xì)小環(huán)節(jié)的確定設(shè)計(jì)軸的時(shí)候有很多細(xì)節(jié)地方需要我們注意，比如倒角、槽、螺紋孔等尺寸以及相應(yīng)精度、公差、粗糙度的確定。根據(jù)上文敘述的內(nèi)容，我對每個(gè)軸的各個(gè)軸段的幾何尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)，詳見圖和。圖2-2主軸圖2-3花鍵軸齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪的參數(shù)確定選擇齒輪的材料，熱處理方式和精度等級。因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的力矩一般，因此每個(gè)齒輪都采用四十五號鋼，并且對齒輪的表面進(jìn)行淬火處理，齒輪的硬度為，表面粗糙度為八級。初步計(jì)算主要尺寸根據(jù)文獻(xiàn)[16]來決定上面公式中的需要的數(shù)值。小的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的力矩：在我計(jì)算的時(shí)候，由于設(shè)的數(shù)值不確定，導(dǎo)致數(shù)值無法得到，所以得到。齒寬系數(shù)為；彈性系數(shù)為節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)為齒數(shù)比；初步確定，所以，取，根據(jù)以上數(shù)值，確定重合度系數(shù)；通過許用接觸應(yīng)力計(jì)算，公式中接觸疲勞應(yīng)力為，大小兩個(gè)齒輪的應(yīng)力輪轉(zhuǎn)次數(shù)是下面幾個(gè)數(shù)值：通過查看圖知道齒輪的壽命系數(shù);然后計(jì)算出齒輪表面單位面積內(nèi)允許承受的最大正應(yīng)力（即許用接觸應(yīng)力）：=638.4MPa=644.1MPa首先計(jì)算小齒輪的分度圓直徑：計(jì)算得3、確定傳動(dòng)尺寸（1）在推算載荷系數(shù)時(shí)，使得由于=1.57m/s知道、、所以計(jì)算出（2）對進(jìn)行第一次改良由于得到的與兩個(gè)數(shù)值相差不小，所以應(yīng)該對用得到的改良：（3）模數(shù)所以得到從而，算出中心距因此，齒輪寬度；計(jì)算得對主軸齒輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)出一個(gè)直齒圓柱齒輪為這個(gè)交換主軸上的齒輪。該齒輪的幾何形狀圖。決定選擇所以圖2-5齒輪結(jié)構(gòu)其它齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第二對齒輪的組成成分設(shè)計(jì)想要解決主軸的最慢速度是問題，但是現(xiàn)在知道電機(jī)的最慢轉(zhuǎn)動(dòng)速度是，因此我們必須提高轉(zhuǎn)速，從而規(guī)定傳動(dòng)比我們先預(yù)估齒輪三、四的各項(xiàng)數(shù)值：，，，，，兩個(gè)齒輪都是用四十五號鋼制成，熱處理方式分別為調(diào)質(zhì)和正火。（1）依據(jù)齒輪表面的接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核：通過文獻(xiàn)[16]來找出上式中所需要的可參照的數(shù)值；；；；。輸出的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為計(jì)算得出載荷系數(shù)（2）依據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核由上文可知，；；。由圖8.19查得齒形系數(shù)Y=2.5；從圖片中查詢得到應(yīng)力修正系數(shù)；從公式中獲取重合度系數(shù)。經(jīng)過對這兩個(gè)齒輪進(jìn)行校對、核查，合格。第二對直齒圓柱齒輪的相關(guān)數(shù)在中。表2-6第二對齒輪參數(shù)注：第三對齒輪的組成成分設(shè)計(jì)第二對直齒圓柱齒輪的相關(guān)數(shù)在中。3、第四對齒輪齒條傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從分度齒輪的各項(xiàng)數(shù)值看出，它旋轉(zhuǎn)一次經(jīng)過，所以我們規(guī)定其軸要旋轉(zhuǎn)。因?yàn)棰鞯模虼宋覀円?guī)定齒條運(yùn)行的路徑表2-7第二對齒輪參數(shù)注：鍵的設(shè)計(jì)鍵連接所涉及的類型、特點(diǎn)及其應(yīng)用鍵連接所涉及的類型、特點(diǎn)及其應(yīng)用見表2-8。鍵的選擇類型簡單的鍵的選擇主要是采用了根據(jù)鍵連接處的結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇和應(yīng)用的，對于鍵的剖面尺寸來說，通常是根據(jù)直徑來進(jìn)行選取的，考慮到空心軸階梯軸和傳遞轉(zhuǎn)矩小的軸來說均選擇相對尺寸小點(diǎn)的面來說，當(dāng)然在選擇的時(shí)候也可以選擇剖面尺寸稍微大一點(diǎn)的進(jìn)行配位，對于鍵長主要還是參看下圖作為了參考，主要是按表2.10公式進(jìn)行強(qiáng)度的校核。如果輕度不夠的話，我們可以嘗試著雙鍵的結(jié)構(gòu)，相隔180度的平鍵是比較好的；對于兩個(gè)半圓鍵通常需要處于一條直線上；當(dāng)然1.5個(gè)基建也是可以的。表2-8鍵連接的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用名稱特點(diǎn)用途普通平鍵靠鍵、側(cè)面?zhèn)鬟f扭矩，不能傳遞軸向力，制造簡單，裝卸方便使用很廣，如在軸上固定齒輪、鏈輪、皮帶輪等回轉(zhuǎn)零件導(dǎo)向平鍵鍵在軸上固定，軸上零件可沿鍵作軸向移動(dòng)鍵上有固定鍵用螺孔，需要時(shí)，允許帶起鍵螺孔當(dāng)連接的零件需要在軸上移動(dòng)，且移動(dòng)量不大時(shí)采用薄型平鍵鍵高比普通平鍵小適用于薄壁結(jié)構(gòu)和其它特殊用途的場合半圓鍵靠側(cè)面?zhèn)鬟f轉(zhuǎn)矩，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，但對軸的強(qiáng)度削弱較多只能傳遞較小的轉(zhuǎn)矩，故常用于軸端與圓錐面連接配合使用，如機(jī)床手輪等普通楔鍵鍵本身的上表面有1：1000的斜度，安裝時(shí)需要打入，鍵楔緊在軸與輪轂之間，工作時(shí)靠鍵的上下表面與軸與輪轂之間的摩檫力來傳遞轉(zhuǎn)矩，對中性不好，能承受單方向的軸向力，可使零件軸向定位回轉(zhuǎn)精度與轉(zhuǎn)速不高，有振動(dòng)的一般機(jī)器鉤頭楔鍵有一拆卸用的鉤頭，其他與普通楔鍵同一般用在外部軸端上固定的皮帶輪和一些要求結(jié)構(gòu)簡單、緊湊的聯(lián)結(jié)處鍵的選擇類型簡單的鍵的選擇主要是采用了根據(jù)鍵連接處的結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇和應(yīng)用的，對于鍵的剖面尺寸來說，通常是根據(jù)直徑來進(jìn)行選取的，考慮到空心軸階梯軸和傳遞轉(zhuǎn)矩小的軸來說均選擇相對尺寸小點(diǎn)的面來說，當(dāng)然在選擇的時(shí)候也可以選擇剖面尺寸稍微大一點(diǎn)的進(jìn)行配位，對于鍵長主要還是參看下圖作為了參考，主要是按表2.10公式進(jìn)行強(qiáng)度的校核。如果輕度不夠的話，我們可以嘗試著雙鍵的結(jié)構(gòu)，相隔180度的平鍵是比較好的；對于兩個(gè)半圓鍵通常需要處于一條直線上；當(dāng)然1.5個(gè)基建也是可以的。通常使用的平鍵的相關(guān)數(shù)據(jù)：。表2-9普通平鍵的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)軸的直徑d6~8>8~10>10~12>12~17>17~22>22~30鍵寬b×鍵高h(yuǎn)2×23×34×45×56×67×7軸的直徑d>30~38>38~44>44~50>50~58>58~65>65~7510×812×814×916×1018×1120×12軸的直徑d>75~85>85~95>95~110>110~13022×1425×1428×16 32×18 鍵的長度系列L6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220，…鍵的材料、類型及鍵的尺寸的確定從以上得到的數(shù)據(jù)中可知，一般情況下，在交換主軸上的鍵選用A型號的平鍵作為試驗(yàn)的對象；而它的材料通常都用45號鋼；通過交換主軸的直徑選擇鍵的剖面數(shù)值，因?yàn)?，所以可以確定；在確定鍵的長度的時(shí)候，通常會(huì)依照輪轂的一些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，由于我們選用輪轂長度是，參照相關(guān)數(shù)據(jù)，決定使鍵長；1、對鍵進(jìn)行一系列的擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的檢測可接受范圍內(nèi)的最大擠壓應(yīng)力：可接受范圍內(nèi)最大剪切應(yīng)力：在鍵隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩：在工作的時(shí)候，鍵的長、寬、高分別是：；；鍵承受到的擠壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力分別是：（2-21）=12.5MPa<[]（2-22）=7.5MPa<[]綜上所述，鍵的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都符合要求，因此校核合格。軸承的設(shè)計(jì)理念軸承的設(shè)計(jì)類型1、圓錐滾子軸承通常是轉(zhuǎn)速較低，可以承受一些較大的徑向的傳遞載荷和單向軸向的載荷，內(nèi)外圈容易進(jìn)行分離，因此軸承也是可以進(jìn)行調(diào)節(jié)的，通常是成對的使用，安裝的時(shí)候也是對稱安裝的。圓錐的滾子軸承通常都比較細(xì)致，對于軸承的角度也很重要。2、深溝球軸承設(shè)計(jì)工作可以承受徑向的載荷以及雙向的載荷，處于工作狀態(tài)時(shí)允許偏斜的角度范圍是的8′～16′。但是它的摩擦阻力相對來說比較小，轉(zhuǎn)速是同比之下較高的而且交個(gè)便宜，應(yīng)用的相范圍相對較廣泛。但承受的沖擊能力不好，在高速運(yùn)行條件下，會(huì)帶動(dòng)深溝球的推薦進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。推力球軸承對于套圈和滾動(dòng)體之間是很容易進(jìn)行分離的。方式主要包括單項(xiàng)和雙向這兩種，對于單向的推力球來說它的承重力比較小而且只能承受單向的電荷，兩個(gè)單套的孔的內(nèi)徑是不同的，內(nèi)徑小的是孔內(nèi)的緊圈而內(nèi)徑大的就是松圈，通常會(huì)和機(jī)座固定在一起。軸的極限轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)的通常相對較低主要怕再運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中出現(xiàn)問題。雙向的推力軸能夠承受雙向的載荷，中間所使用的套圈是緊圈，和軸之間進(jìn)行配合從而減少阻力，當(dāng)然還有松圈也會(huì)被使用，在運(yùn)行的過程中由于轉(zhuǎn)速相對比較高，產(chǎn)生的熱量及摩擦力也會(huì)很大，因此它的壽命比較短，載荷很大通常也會(huì)位于較低的位置。4、圓柱滾子軸承只能夠承受徑向的電荷而無法承受橫向的電荷外球是滾動(dòng)的橫斷面。能夠承受的載荷能力也相對更大，承受載荷的壓力也比較強(qiáng)，對于球軸的承受能力也很適合。5、調(diào)心球軸承兩種載荷都可以承受并且具有調(diào)心的性能，相對的偏離范圍在0.5°～2°范圍內(nèi)，適用于多支點(diǎn)的軸、彎曲的剛度小的軸以及難于精確的對中軸的支承。6、滾動(dòng)體滾針軸承這類軸承沒有保持架是靠滾動(dòng)力作為了支撐。徑向鏈接的比較緊湊，且徑向的承載能力相對較強(qiáng)，價(jià)格也比較低廉。但不能承受軸向的載荷，因?yàn)闈L針間會(huì)發(fā)生摩擦，旋轉(zhuǎn)的精度也比較低，工作的時(shí)候不允許有偏差的出現(xiàn)?？梢杂糜趶较虺叽绲偷那闆r，且徑向是受限制的情況下。7、推力式調(diào)心滾子軸承兩種電荷都可以承受但是對于徑向電荷的承受能力更好點(diǎn)。棍子通常是滾性而外圈是平道的，因此可以進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)心，允許軸線的偏斜范圍是2°～3°的，常用于帶動(dòng)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)及推化。類型的選擇在使用了滾動(dòng)軸承的情況下，以滾動(dòng)軸承作為優(yōu)先的選擇。因此對軸承的類型，主要是結(jié)合工作條件、各類軸承所具有的獨(dú)特的特點(diǎn)以及價(jià)格等因素作為參考。和其他零件的設(shè)計(jì)思路都是相同的，在選擇的時(shí)候?qū)τ谳S承的類型每個(gè)人都是因情況而定的，通常選我們的選擇是多樣化的，在選擇時(shí)，應(yīng)盡量選擇適合自己的，經(jīng)深入的分析比較以后，再?zèng)Q定了哪種方案的選用更適合較優(yōu)的軸承類型。一般情況下，對于與軸承的選擇主要是包括以下這幾種：1、軸承的載荷的大小、方向以及性質(zhì)（1）載荷的特性的選擇。一般球軸承之間的接觸是采用點(diǎn)進(jìn)行接觸的，主要適應(yīng)的場合是中小載荷以及波動(dòng)不是很大的情況；棍子軸承主要是線性接觸，而且滾子的摩擦相對較小的，因此主要是適合用于能夠承受的較大的載荷；（2）載荷方向。在承受純的軸承的情況下，通常會(huì)選擇推理軸承；若承受的力較大的情況下則會(huì)選擇滾子軸承；深溝球的軸承、圓柱設(shè)計(jì)的滾子軸承或滾針的軸承的承受大概純徑向的載荷，會(huì)對其選用；當(dāng)需要承受兩種力的情況我們就可以選用深溝球軸承或者是接觸角不大的角接觸的球軸承或圓錐的滾子軸承。但是，如果承受的的沿軸方向的力特別大的時(shí)候，可以選擇接觸角不曉得角接觸球軸承、圓錐滾子軸承，也可以選擇推力軸承配合向心軸承，用以軸向和徑向兩個(gè)交叉方向的負(fù)載。2、對于軸承的轉(zhuǎn)速的控制求的軸承主要是應(yīng)用在轉(zhuǎn)速較小以及載荷相對較低的情況下應(yīng)該選用的滾子的軸承進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用。

3、軸承的調(diào)心性能當(dāng)軸的中心線以及軸承的座得出的中心線不是重合而是存在一定的角度誤差時(shí)，或者是因軸的受力而發(fā)生彎曲或是傾斜的時(shí)候，會(huì)致使軸承的內(nèi)、外圈的軸線發(fā)生了一定的偏斜。這時(shí)，需要采用具有一定的調(diào)心性能的調(diào)心球的軸承或是調(diào)心的滾子的軸承進(jìn)行調(diào)節(jié)。對于一系列的支點(diǎn)的跨距相對比較大、軸的彎曲或是變形也比較大或是多支點(diǎn)的軸而言，也可以考慮適當(dāng)?shù)剡x用調(diào)心的軸承來達(dá)到最終的目的。對于圓柱滾子的軸承，滾針的軸承以及圓錐的滾子的軸承對角度的偏差及其敏感，宜用于軸承和座孔之間能保證是同心、軸的剛度在較高的地方。值得注意的是，各類軸承的內(nèi)圈軸線相對于外圈軸線的傾斜的角度是很有限制的，超過一定的限制角度，就會(huì)使軸承的壽命有所降低。4、軸承的安裝及卸載當(dāng)軸承座沒有了剖分面而必須要沿軸向的安裝和拆卸軸承的部件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)外圈可進(jìn)行分離的軸承(如圓柱滾子軸承，滾針軸承以及圓錐滾子軸承等等)。當(dāng)軸承在長軸上進(jìn)行安裝時(shí)，為了便于進(jìn)行裝拆，可以選用的其內(nèi)圈孔為1:12的圓錐孔的軸承進(jìn)行安裝和卸載。5、經(jīng)濟(jì)性的要求一般，深溝球的軸承價(jià)格是最低的，滾子的軸承比球軸是承價(jià)格相對高一些。軸承的精度愈高，則價(jià)格也就會(huì)愈高。在選擇軸承時(shí)，需要詳細(xì)的了解各類軸承的詳細(xì)的價(jià)格，以滿足了使用要求的為前提，盡可能的降低使用過程中的成本。尺寸及系列、內(nèi)徑等的高度選擇尺寸系列包括了直徑的系列和寬（高）度的系列。在選擇軸承的尺寸系列時(shí)，主要是考慮了軸承承受的載荷的大小，除此之外，還需要考慮結(jié)構(gòu)的要求。對于直徑的系列而言，載荷通常都是很小的，一般可以選擇超輕或是特輕的一個(gè)系列；當(dāng)載荷達(dá)到很大時(shí)，需要考慮選擇重的系列；在一般的情況下，可先選用輕系列的或是中系列的，待校核后再根據(jù)實(shí)際的情況來進(jìn)行調(diào)整。對于寬度系的，一般情況下可選用正常的系列，若結(jié)構(gòu)上有什么特殊的格式的要求時(shí)，可根據(jù)具體的情況來選用其它的一個(gè)系列的。

軸承內(nèi)徑的大小與軸頸直徑之間的關(guān)系，一般可以根據(jù)軸頸的直徑來初步的確定公差的等級，若沒有什么特殊的等級要求，一般選用0級，若有要求，可根據(jù)之間自己的具體的情況選用不同的公差等級。由于設(shè)計(jì)問題的復(fù)雜性，軸承的選擇不僅僅是指望一次就可以成功的，必須在選擇、校核乃至結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的全過程中，反復(fù)的分析、比較以及修改，才能選擇出一個(gè)符合設(shè)計(jì)要求的較好的尺寸。滾動(dòng)軸承失效的形式以及設(shè)計(jì)得約束一般情況下，滾動(dòng)軸承會(huì)有很多種失去原有效力的情況，例如：1、疲勞點(diǎn)蝕。在實(shí)際的應(yīng)用中，如果一切人為能夠給予的外在環(huán)境不失常，基本上所有的軸承都會(huì)因?yàn)槠錆L珠、滾柱與套圈接觸，而產(chǎn)生接觸應(yīng)力，通過一段時(shí)間后，這個(gè)力就會(huì)致使其表面產(chǎn)生微小的縫隙裂痕。當(dāng)潤滑油浸入這個(gè)裂痕中，就會(huì)發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕。2、塑性變形。當(dāng)軸承在低速工作或者因?yàn)榘惭b不緊湊而晃動(dòng)的時(shí)候，會(huì)受到相當(dāng)大的力，從而導(dǎo)致滾動(dòng)體和圈套發(fā)生形狀的變化。3、磨粒的磨損和粘著的磨損。當(dāng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)受到外界物質(zhì)干擾時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)磨粒磨損?；旧蠞L動(dòng)體與其他零件都會(huì)發(fā)生滑動(dòng)摩擦，當(dāng)潤滑油起不到作用，產(chǎn)生大量的熱，致使?jié)L動(dòng)體發(fā)生回火，嚴(yán)重會(huì)引起膠合磨損。軸承旋轉(zhuǎn)得越快，相應(yīng)產(chǎn)生的磨損就會(huì)越危險(xiǎn)。除此之外，因?yàn)檠b配、維修時(shí)的不按照規(guī)范或要領(lǐng)進(jìn)行操作，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的破壞、磨損。為了不發(fā)生失效，在校準(zhǔn)核對的時(shí)候須要一些約束條件，這樣才能夠確保軸承在壽命允許的時(shí)間內(nèi)不應(yīng)行到其運(yùn)轉(zhuǎn)。通常，軸承會(huì)有很多種不同的失效形式。當(dāng)軸承保持中等速度工作時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕，再設(shè)計(jì)研究的時(shí)候，須要約束它的疲勞壽命長，所以要對這一項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行校核；當(dāng)軸承保持高等速度工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，嚴(yán)重會(huì)發(fā)生零部件表面大量磨損、燒傷，所以，不但要約束其疲勞壽命，還要約束其最大轉(zhuǎn)動(dòng)速度，進(jìn)而要對他的使用時(shí)間、最大轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行校核。；在軸承相對靜止和低速轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生塑性變形，所以，約束條件就是不讓其塑性變形太嚴(yán)重，對靜強(qiáng)度校核。除此之外，設(shè)計(jì)軸承組的時(shí)候要考慮全面，確保軸承可以高效、穩(wěn)定的工作。綜上所述并結(jié)合相關(guān)資料，交換主軸的前端由（雙列圓柱滾子軸承）和兩個(gè)單向止推軸承組成：，交換主軸后端是（圓柱滾子軸承）。雙列圓柱滾子軸承和圓柱滾子軸承可以在沿軸的徑向上支撐經(jīng)受較大的負(fù)載，徑向擁有較強(qiáng)的抵抗變形的能力，轉(zhuǎn)動(dòng)工作的時(shí)候誤差小，徑向結(jié)構(gòu)間隙小且可長時(shí)間使用工作等優(yōu)點(diǎn)，可用于與交換主軸進(jìn)行配合工作。因?yàn)樗粫?huì)受到沿軸方向的負(fù)載，所以選擇單向推力球軸承和與之配合。負(fù)責(zé)傳動(dòng)的主軸與兩個(gè)深溝球軸承和進(jìn)行配合。本章小結(jié)本章節(jié)是本篇文章中最重要的一部分，并闡述了轉(zhuǎn)塔頭及其相關(guān)零部件的選擇和設(shè)計(jì)，主要包含電機(jī)、軸、齒輪、軸承、鍵的設(shè)計(jì)。相關(guān)零件校核主軸的校核交換主軸的受力分析圖。圖3-1軸的載荷分析根據(jù)彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算作軸的計(jì)算簡圖一般情況下，把軸看作是鉸鏈上的負(fù)責(zé)支撐的橫梁，所用軸承不同他的支撐方式就會(huì)不同。從傳動(dòng)件傳給相對應(yīng)軸上的力，一般簡化成零部件輪廓邊緣寬度中心位置的集中應(yīng)力，軸上面的轉(zhuǎn)矩當(dāng)做是從傳動(dòng)部件輪轂寬度中心位置產(chǎn)生的；如果各個(gè)受力是空間力系，我們就能夠把它都分解成為水平和垂直的兩個(gè)力。作軸的彎矩圖對軸的受力分析圖進(jìn)行分析，分別計(jì)算軸上的水平面內(nèi)的彎矩、豎直面內(nèi)的彎矩在按矢量法合成彎矩從齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩算出軸所受沿軸徑向的受力：所以軸向力=1755.6N沿軸徑向的受力算出所以=95.183、作軸的扭矩圖。扭矩4、作軸的相當(dāng)彎矩圖。將已經(jīng)計(jì)算出的數(shù)據(jù)，依據(jù)第三強(qiáng)度理論計(jì)算出相當(dāng)彎矩M，并作出相當(dāng)彎矩圖。式中的—是考慮彎矩和轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的應(yīng)力的循環(huán)特性不同而引入的修正系數(shù)分局強(qiáng)度的相應(yīng)條件進(jìn)行校核=40MPa所以得到軸可以滿足使用的結(jié)論，即校核合格。校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核公式為式中，；；由圖查得齒形系數(shù)；由圖查得應(yīng)力修正系數(shù)；由式，得重合度系數(shù)許用彎曲應(yīng)力可由式[]=查找圖得；從圖查到壽命系數(shù)；查安全系數(shù)，所以：將得到的數(shù)據(jù)帶進(jìn)校驗(yàn)公式中：==校核所得結(jié)果證明齒輪合格。第一對齒輪相關(guān)數(shù)據(jù)在表中。表3-1齒輪的參數(shù)齒輪號參數(shù)齒輪Ⅰ齒輪Ⅱ模數(shù)mm=4mmm=4mm齒數(shù)z=45=56分度圓直徑d=180mm=224mm壓力角20°20°齒頂圓直徑d=188mm=232mm齒根圓直徑d=170mm=214mm齒寬b40mm35mm中心矩a202mm傳動(dòng)比i1.25傳遞轉(zhuǎn)矩T1.58×101.98×10注：。軸承的校核1、對推力球的軸承（51117）的校核。預(yù)估計(jì)塔頭的壽命是10年，若采用三班制，一年按三百天進(jìn)行，預(yù)估壽命。從機(jī)器的組成方面進(jìn)行計(jì)算，這個(gè)軸基本上承受沿軸方向上所有的力，從相關(guān)資料中可以得出，最大的進(jìn)給力時(shí)的力（公斤力）約為，即。根據(jù)只承受純軸向載荷F的軸承（如推力球軸承等），當(dāng)量動(dòng)載荷為式中，—為考慮載荷性質(zhì)引入的載荷系數(shù)，見表。表3-2載荷系數(shù)載荷性質(zhì)舉例無沖擊或輕微沖擊1.0～1.2電機(jī)、汽輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵等中等沖擊或中等慣性力1.2～1.8車輛、動(dòng)力機(jī)械、起重機(jī)、造紙機(jī)、冶金機(jī)械、選礦機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床等強(qiáng)大沖擊1.8～3.0破碎機(jī)、軋鋼機(jī)、鉆探機(jī)、振動(dòng)機(jī)等選取，所以當(dāng)量動(dòng)載荷查閱手冊知，該軸承的基本額定動(dòng)載荷，由基本額定壽命公式，式中，—為壽命指數(shù)，對于球軸承，。結(jié)論：經(jīng)校核該退里球軸承能滿足工作要求。對圓柱滾子軸承的校核在主軸的前端以及后端都配合了兩個(gè)圓柱滾子的軸承，前端的為雙列圓柱滾子的軸承（），后端的為單列圓柱滾子的軸承（），主要被用于支撐軸和承受軸所存在的徑向力的作用。由齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩來計(jì)算軸的徑向力：推出徑向力根據(jù)只承受純徑向載荷F的軸承（如圓柱滾子軸承、滾針軸承等），查閱手冊知，單列圓柱滾子軸承（）基本額定動(dòng)載荷雙列圓柱滾子軸承（）基本額定動(dòng)載荷按基本額定動(dòng)載荷估算使用壽命由基本額定壽命公式，=式中，—為壽命指數(shù)，對于滾子軸承，。結(jié)論：經(jīng)校核該退里球軸承能滿足工作要求。螺栓強(qiáng)度的校核1、本設(shè)計(jì)中的缸筒與缸蓋、活塞桿都采用了內(nèi)六角螺釘方式來連接的，活塞桿被固定在了下箱體上，活塞被固定在了活塞桿上，當(dāng)中心液壓缸上的腔通出現(xiàn)來了壓力油時(shí)，液壓缸會(huì)帶動(dòng)了整個(gè)轉(zhuǎn)塔體向上抬起，聯(lián)接缸蓋處和缸體的螺釘都受到了很大的軸向力的作用且考慮到轉(zhuǎn)位的頻繁性以及對該螺釘進(jìn)行的強(qiáng)度校核以及應(yīng)力幅的校核作用。2、螺釘強(qiáng)度的校核和應(yīng)力幅的校核該螺釘是內(nèi)六角的螺釘，公稱直徑為M16，材料為35鋼，強(qiáng)度等級6.8由螺栓間距確定螺釘?shù)膫€(gè)數(shù)為4個(gè)?？芍獑蝹€(gè)螺釘?shù)妮S向力預(yù)緊力總拉力式中=0.7。按變載荷計(jì)算=192MPa=按強(qiáng)度校核=按應(yīng)力幅校核=0.7×其中，—螺紋制造工藝系數(shù)，；—螺紋應(yīng)力集中系數(shù)，；d—螺紋公稱直徑；—螺紋內(nèi)徑，，t為螺紋螺距；—安全系數(shù)，2。結(jié)論：該螺釘合格。本章小結(jié)經(jīng)過對軸承、齒輪、螺栓以及軸承的校對核算，證明每個(gè)零部件都符合要求。中心液壓缸的設(shè)計(jì)中心液壓缸的設(shè)計(jì)1、缸筒內(nèi)徑的計(jì)算預(yù)估計(jì)轉(zhuǎn)塔頭的重力重量是由計(jì)算得到的，由牽引力P和油液壓力來求中心液壓缸的內(nèi)徑式中，—工作壓力，?。籔—油牽引力，??；A—缸的有效工作面積，初估缸徑r查找相關(guān)資料，綜合考量液壓缸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、實(shí)用性等性質(zhì)，選取內(nèi)徑的液壓缸作為中心液壓缸。2、鋼筒的技術(shù)條件（1）鋼筒內(nèi)徑口采用H9配合。活塞采用橡膠密封圈，內(nèi)孔表面的粗糙度取。（2）內(nèi)孔表面的圓柱度公差為。（3）端面對軸心線的垂直度公差為。（4）孔對軸心線的直線度公差為。（5）采用鍍鉻的方法，提高缸筒的壽命和抗腐蝕能力，同時(shí)還能增強(qiáng)其表面的硬度、耐磨性，鍍鉻后，對其拋光、涂油。3、缸蓋的設(shè)計(jì)（1）缸蓋的材料。缸蓋采用45號鋼鍛件，活塞桿導(dǎo)套是缸蓋本身。（2）技術(shù)條件。（a）直徑D的圓柱度公差為，導(dǎo)向孔的圓柱度公差為，活塞桿密封圈外徑的圓柱度公差為。（b）鋼筒內(nèi)徑、導(dǎo)向孔直徑、活塞桿密封圈外徑的同心度公差為。（c）活塞桿的導(dǎo)向孔的表面粗糙度為。4、活塞的設(shè)計(jì)（1）活塞與活塞桿之間的連接采用了結(jié)構(gòu)簡單且方便生產(chǎn)加工的分離式結(jié)構(gòu)，用螺栓進(jìn)行固定。（2）活塞材料?；钊牧喜捎媚湍ヨT鐵。（a）活塞的外徑D對活塞桿的直徑d的徑向圓調(diào)動(dòng)公差為0.015mm。（b）外徑D的圓柱度公差為0.015mm。5、活塞桿的設(shè)計(jì)（1）活塞桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的活塞是固定的，而是由活塞缸帶動(dòng)轉(zhuǎn)塔進(jìn)行升降，所以，把活塞桿的一端設(shè)計(jì)成T型結(jié)構(gòu)，并固定在箱體上。（2）活塞桿的校核。按強(qiáng)度條件確定活直徑活塞桿材料為45號鋼，，經(jīng)計(jì)算該活塞桿強(qiáng)度要求合格。（3）活塞桿的材料。活塞桿采用實(shí)心的45#鋼。（4）技術(shù)條件（a）粗加工后要調(diào)質(zhì)處理，最后要表面高頻淬火。（b）活塞桿工作表面母線的直線公差為0.03mm。（c）活塞桿的摩擦密封表面鍍鉻，并拋光，鍍鉻層厚0.03mm。（d）活塞桿的螺紋按6h級加工。6、密封裝置（1）活塞的密封。采用O型密封圈對活塞進(jìn)行密封，因?yàn)椋渚哂辛己玫目垢g能力且容易加工。缺點(diǎn)是壽命比較短。（2）活塞桿的密封。活塞桿的密封同樣采用O形密封圈。（3）端蓋密封。端蓋同樣采用O型固定密封圈密封。7、緩沖裝置。起到保護(hù)缸蓋、降低噪聲、提高穩(wěn)定性的作用。設(shè)置緩沖裝置可以很好地控制運(yùn)動(dòng)部件。螺栓強(qiáng)度的校核我們使用六角螺釘對缸體及其部件進(jìn)行連接，活塞桿與下箱體固定在一起，活塞與活塞桿固定在一起。由于需要想到經(jīng)常更換位置，所以，一定要對螺釘強(qiáng)度和應(yīng)力幅進(jìn)行校核。2、螺釘強(qiáng)度校核和應(yīng)力幅校核該螺釘為內(nèi)六角螺釘，公稱的直徑是M16，材料為35鋼，強(qiáng)度等級為6.8由螺栓間距來確定螺釘?shù)膫€(gè)數(shù)是4個(gè)。可知單個(gè)螺釘?shù)妮S向力預(yù)緊力總拉力式中，。按變載荷計(jì)算=192MPa按強(qiáng)度校核×200=27.88MPa按應(yīng)力幅校核其中，—螺紋制造工藝系數(shù)，；—螺紋應(yīng)力集中系數(shù)，；d—螺紋公稱直徑；—螺紋內(nèi)徑，，t為螺紋螺距；—安全系數(shù)，2。結(jié)論：該螺釘合格。本章小結(jié)本章對液壓缸進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算和相關(guān)數(shù)據(jù)的篩選，并對相關(guān)設(shè)計(jì)對象進(jìn)行校核。產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的概述對于產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析是對有相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及加工制造的方案來進(jìn)行的計(jì)算、分析以及客觀的評價(jià)，采用了不同的方案所帶來的經(jīng)濟(jì)效益，并能夠從多種不同的方案中選出一個(gè)最佳的方案，再分析這個(gè)方案所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效果來作為方案的依據(jù)。對于生產(chǎn)手段、工藝方法、技能操作等三個(gè)方面的要求是技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基本內(nèi)容。對于一件新產(chǎn)品的開發(fā)，首先要對當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐男庐a(chǎn)品的所提供的技術(shù)支持甚至是設(shè)備條件都要進(jìn)行客觀的研究，考慮所提供的一系列的條件，研究技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)客觀的發(fā)展方面的規(guī)律，找出新技術(shù)的研發(fā)和帶來經(jīng)濟(jì)效果的合理關(guān)系，從而選擇出最佳的研究設(shè)計(jì)方案。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)變動(dòng)對產(chǎn)品成本影響的分析。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如材料利用率、勞動(dòng)生產(chǎn)率、設(shè)備利用率、產(chǎn)量增長率、產(chǎn)品合格率等的提高，反映了生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，必然會(huì)直接或間接地影響到產(chǎn)品成本的高低。結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行成本分析，就是研究這些指標(biāo)的變動(dòng)對成本的影響程度，以利于產(chǎn)品成本的不斷降低。產(chǎn)品成本技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析主要包括以下內(nèi)容：（1）材料利用率的變動(dòng)對成本的影響。材料利用率是投入材料的數(shù)量和實(shí)際利用材料的數(shù)量之間的比例。提高利用率就是每單位產(chǎn)品材料消耗的降低，從而降低產(chǎn)品成本，其影響程度可用如下公式計(jì)算：（2）勞動(dòng)生產(chǎn)率的變動(dòng)對成本的影響。勞動(dòng)生產(chǎn)率提高意味著單位產(chǎn)品所耗工時(shí)的減少，從而降低所負(fù)擔(dān)的人工成本。但勞動(dòng)生產(chǎn)的提高往往伴隨著工資率的增長，從而使單位產(chǎn)品成本提高。因此，要計(jì)算勞動(dòng)生產(chǎn)率增長對成本的影響，要看勞動(dòng)生產(chǎn)率的增長速度是否快于工資率增長的速度。（3）產(chǎn)品質(zhì)量的變動(dòng)對成本的影響。在生產(chǎn)耗費(fèi)水平不變的前提下，產(chǎn)品質(zhì)量提高必然會(huì)降低單位產(chǎn)品成本。質(zhì)量指標(biāo)較多，包括合格品率、廢品率、等級品率等。以合格品率為例說明其變動(dòng)對成本的影響程度。產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的必要性人類的一切實(shí)踐活動(dòng)都是具有一定的目的性，會(huì)產(chǎn)生一定的效果，或者說是有用的效果。在所取得的效果中，和所消耗的對于活動(dòng)記憶物質(zhì)之間就可以和另一個(gè)比例之間存在的關(guān)系，我們通常把這個(gè)比例的關(guān)系經(jīng)濟(jì)效稱作了對于一些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析是必不可少的，通過對此系統(tǒng)的進(jìn)一步完善的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法來對產(chǎn)品的實(shí)施方案開始了進(jìn)行客觀的分析，并且能夠生產(chǎn)出來的物質(zhì)也會(huì)更加符合市場的要求，使得產(chǎn)品的使用價(jià)值大大地增大同時(shí)創(chuàng)造了更好技術(shù)