直径430mm的数控车床总体设计与六角回转刀架设计【版本2】[cad高清图纸和文档所见所得]
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毕业设计(论文)430mm的数控车床总体设计及六角回转刀架设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师年 月 日摘 要现代数控机床是未来工厂自动化的基础。数控设计范围大、潜力大、投资少、见效快,促进制造业技术进步的重要手段。因此,数控系统设计车床的研究具有重要意义。本文在叙述了数控技术的历史、现状和发展的基础上,通过机床设计的总体思想,提出了数控化设计的技术方案和新数控系统的选型配置方案;提高了传动的精度,重新设计机床的控制逻辑,通过对伺服系统的分析,完成了机床各主要参数的优化和匹配。数控车床不仅能够车外圆还能用于镗孔、车端面、钻孔与铰孔。与其他种类的机床相比,车床在生产中使用最广。本论文首先介绍了我国数控机床发展的过程与现状 ,并分析了其存在的问题 ;对数控机床的发展趋势进行了探讨;并对430mm数控车床传动系统进行了设计与计算。主轴箱有安装在精密轴承中的空心主轴和一系列变速齿轮组成。数控车床主轴可以获得在调速范围内的任意速度,以满足加工切削要求。目前,数控车床的发展趋势是通过电气与机械装置进行无级变速。变频电机通过带传动和变速齿轮为主轴提供动力。通常变频电机调速范围35,难以满足主轴变速要求;串联变速齿轮则扩大了齿轮的变速范围 。本设计将原来的带轮不卸荷结构变为了带轮卸荷结构,使输入轴在带处只受转矩,将轴上的径向力传动到车床机体上,改善了输入轴的受力情况。关键词:430mm,数控车床,机床,设计,数控系统。 IIIAbstractModern CNC machine tools is the basis for the future of factory automation. CNC design range, potential is great, less investment, quick effect, promote manufacturing industry technological progress is an important means of. Therefore, the design of NC system for lathe has important significance to the research of.This paper describes the CNC technology history, current situation and development on the basis of machine tool design, through the overall idea, put forward the technical scheme design of NC and CNC system selection scheme; the drive to improve the accuracy, to design machine tool control logic, through the servo system of a machine tool, completed the main parameters optimization and matching.NC lathe can do boring, facing, drilling and Reaming in addition to turning.The use of lathes in the production than the other types of machine tools and more. And compared to other types of machine tools, lathes in the production is the most widely used.In this design ,the development and current situation of NC machine in China was introduced and a series of problems were presented .The development trend to NC lathe was discussed.Some countermeasures was presented for the development of NC machine in China and then the headstock of 430 lathe has been calculatly designed . Headstocks is composed of the hollow spindle which is installed in precision bearings and a series of transmission gears. The spindle can obtain any speed in the speed range to meet the processing requirements of cutting.At present, the development trend is to provide a continuously variable speed through the electrical or mechanical devices . Variable Frequency Motor conveys the power through belt drive and a set of transmission gears. The speed range of Variable Frequency Motor is usually 3-5 , which is difficult to meet the speed range requirements of the spindle speed; The transmission gears is to expand the scope of a variable-speed to meet the speed range of the spindle .In addition, in this design the design of the belt drive has been changed from the original unloading structure into the loading structure, transmissed the force to the lathe body so that input shaft is only forced torque, improved the forcing state of the input shaft. Key words: 430mm, CNC lathes, machine tools, design, numerical control system.目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV第1章 数控机床发展概述11.1数控机床及其特点11.2数控机床的工艺范围及加工精度11.2.1工艺范围11.2.2加工精度11.3 数控机床的经济分析21.4 数控机床的发展趋向3第2章 数控机床总体方案的制订及比较42.1 总体方案设计内容42.1.1系统运动方式的确定52.1.2控制方式的选择52.2 总体方案确定52.2.1 系统的运动方式伺服系统的选择52.2.2 数控系统52.2.3 机械传动方式6第3章 确定切削用量及选择刀具63.1科学选择数控刀具63.1.1选择数控刀具的原则63.1.2选择数控车削用刀具73.2 设置刀点和换刀点73.3 确定切削用量83.3.1确定主轴转速83.3.2确定进给速度83.3.3 确定背吃刀量9第4章 430mm传动系统图的设计94.1主传动系统的设计要求94.2总体设计94.2.1 拟定传动方案94.2.2 选择电机114.2.3 主运动调速范围的确定、计算各轴计算转速、功率和转矩144.2.4 转速图154.3传动皮带的设计和选定164.3.1 同步带传动设计164.4轴系部件的结构设计194.4.1 I轴结构设计194.4.2 II轴结构设计224.4.3电磁摩擦离合器的计算和选择28第5章 数控车床的六角回转刀架的设计原理295.1数控车床的六角回转刀架的换刀工程295.2数控车床的六角回转刀架的设计要求315.3数控车床的六角回转刀架的机构设计中的几个主要问题315.4本章小结31第6章 数控车床的六角回转刀架的机构设计326.1数控车床的六角回转刀架的分度机构结构设计326.1.1分度机构结构设计的总思路326.1.2分度机构的刀架主轴设计326.1.3主活塞的设计346.1.4端齿盘离合器的设计386.1.5分度活塞的设计456.2精定位机构活动插销机构设计466.2.1定位原理、设计思路466.2.2材料选择476.2.3活动插销机构的结构设计476.2.4插销机构的公差带设计486.2.5对插销轴进行校核496.2.6校核结论506.3 刀夹衬套的设计简述51第7章 微机数控系统的设计527.1 微机数控系统的设计纲要527.1.1 硬件电路设计527.1.2 软件电路设计537.2 8031单片机及其扩展537.2.1 8031单片机的简介537.2.2 8031单片机的系统扩展547.2.3 存储器扩展567.2.4 I/O口的扩展587.2.5 步进电机驱动电路597.2.6 脉冲分配器(环行分配器)607.2.7 光电隔离电路607.2.8 功率放大器607.2.9 其他辅助电路61结 论63致 谢64参考文献6567第1章 数控机床发展概述1.1数控机床及其特点随着数控技术的发展,采用数控系统的机床品种日益增多,有车床、车床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上,由程序读入装置接收,或由数控装置的键盘直接手动输入。1.2数控机床的工艺范围及加工精度1.2.1工艺范围数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床,也是使用数量最多的数控机床,约占数控机床总数的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、轮廓形状复杂的轴类、盘类等回转体零件的加工,能够通过程序控制自动完成园柱面、圆锥面、圆弧面和各种螺纹的切削加工,并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔等加工。1.2.2加工精度由于数控车床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补功能,有些数控车床还具有非圆曲线插补功能以及加工过程中具有自动变速功能等特点,所以它的工艺范围要比普通车床要宽得多。1.精度要求高的回转体零件由于数控车床刚性好,制造和对刀精度高,以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿,所以能加工精度要求高的零件,甚至可以以车代磨。2.表面粗糙度要求高的回转体零件数控车床具有恒线速切削功能,能加工出表面粗糙度小的均匀的零件。使用恒线速切削功能,就可选用最佳速度来切削锥面和端面,使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。数控车床还适合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位选用较大的进给量,要求小的部位选用小的进给量。3.轮廓形状特别复杂和难于控制尺寸的回转体零件由于数控车床具有直线和圆弧插补功能,部分车床数控装置还有某些非圆曲线和平面曲线插补功能,所以可以加工形状特别复杂或难于控制尺寸的的回转体零件。4.带特殊螺纹的回转体零件普通车床所能车削的螺纹类型相当有限,它只能车等导程的直、锥面公、英制螺纹,而且一台车床只能限定加工若干导程的螺纹。而数控车床不但能车削任何等导程的直、锥面螺纹和端面螺纹,而且能车变螺距螺纹,还可以车高精度螺纹。1.3 数控机床的经济分析近几年,随着国民经济快速稳定发展,我国机床制造行业受益于国家振兴装备制造业的大环境,有了长足进展,这其中领先当今机械制造技术水平的数控机床产业更胜一筹。 由于数控设备的先进性、复杂性和发展的迅速性,以及品种型号、档次的多样性,决定了选用数控设备的复杂性和难度。如何从品种繁多、价格昂贵的产品中选择适用的设备, 成为中小型企业十分关心的问题。数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床,也是使用数量最多的数控机床,约占数控机床总数的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、轮廓形状复杂的轴类、盘类等零件的加工,能够通过程序控制自动完成园柱面、圆锥面、圆弧面和各种螺纹的切削加工,并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔等加工。由于数控车床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补功能,有些数控车床还具有非圆曲线插补功能以及加工过程中具有自动变速功能等特点,所以它的工艺范围要比普通车床要宽得多。1、精度要求高的零件由于数控机床刚性好,制造和对刀精度高,以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿,所以能加工精度要求高的零件,甚至可以以铣代磨。2、表面粗糙度要求高的零件数控车床具有恒线速切削功能,能加工出表面粗糙度小的均匀的零件。使用恒线速切削功能,就可选用最佳速度来切削锥面和端面,使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。数控车床还适合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位选用较大的进给量,要求小的部位选用小的进给量。3、轮廓形状特别复杂和难于控制尺寸的零件由于数控车床具有直线和圆弧插补功能,部分车床数控装置还有某些非圆曲线和平面曲线插补功能,所以可以加工形状特别复杂或难于控制尺寸的的零件。4、带特殊螺纹的零件普通车床所能车削的螺纹类型相当有限,它只能车等导程的直、锥面公、英制螺纹,而且一台车床只能限定加工若干导程的螺纹。而数控车床不但能车削任何等导程的直、锥面螺纹和端面螺纹,而且能车变螺距螺纹,还可以车高精度螺纹。 1.4 数控机床的发展趋向数控机床是由美国发明家约翰帕森斯上个世纪发明的。随着电子信息技术的发展,世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代,其中数控机床就是代表产品之一。数控机床是制造业 的加工母机和国民经济的重要基础。它为国民经济各个部门提供装备和手段,具有无限放大的经济与社会效应。技术发展趋势:高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势,近几年来,在实用化和产业化等方面取得可喜成绩。主要表现在: 1.机床复合技术进一步扩展随着数控机床技术进步,复合加工技术日趋成熟,包括车-车复合、车车复合、车-镗-钻-齿轮加工等复合,车磨复合,成形复合加工、特种复合加工等,复合加工的精度和效率大大提高。“一台机床就是一个加工厂”、“一次装卡,完全加工”等理念正在被更多人接受,复合加工机床发展正呈现多样化的态势。 2数控机床的智能化技术有新的突破,在数控系统的性能上得到了较多体现。如:自动调整干涉防 碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工过程自动消除机床震动等功能 进入了实用化阶段,智能化提升了机床的功能和品质。 3机器人使柔性化组合效率更高机器人与主机的柔性化组合得到广泛应用,使得柔性线更加灵活、 功能进一步扩展、柔性线进一步缩短、效率更高。机器人与加工中心、车车复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨床、电加工机床、锯床、冲压机床、激光加工机 床、水切割机床等组成多种形式的柔性单元和柔性生产线已经开始应用。 4精密加工技术有了新进展数控金切机床的加工精度已从原来的丝级(0.01mm)提升到目前 的微米级(0.001mm),有些品种已达到0.05m左右。超精密数控机床的微细切削和磨削加工,精度可稳定达到0.05m左右,形状精度可达 0.01m左右。采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级(0.001m)。通过机床结构设计优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用 高精度的全闭环控制及温度、振动等动态误差补偿技术,提高机床加工的几何精度,降低形位误差、表面粗糙度等,从而进入亚微米、纳米级超精加工时代。 5功能部件性能不断提高功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展,并取得成熟的应用。全数字交流伺服电机和驱动装置,高技术含量的电主轴、力矩电机、直线电机,高性能的直线滚动组件,高精度主轴单元等功能部件推广应用,极大的提高数控机床的技术水平。第2章 数控机床总体方案的制订及比较 2.1 总体方案设计内容数控机床可以较好的解决形状复杂、精密多品种及中小批零件的加工问题,能够稳定加工质量和提高生产率,随着制造技术向自动化、柔性化方向的发展,当前机床的数控化率已经成为衡量一个国家制造工业水平的重要标志。机床的数控化设计一般是指对现有某台普通车床的某些部位做一定的改装,配上经济型数控装置或标准型数控数控系统,从而使原机床具有数控加工能力。这种技术工作有其独特的特点。机床的数控设计,主要是对原有机床的结构进行创造性的设计,最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表,其机械结构同普通的机床有相似之处。然而,现代的数控机床不是简单将传统机床配备上数控系统即可,也不是在传统机床的基础上,仅对局部加以改进而成。传统机床存在着一些弱点,如刚性不足,抗震性差,热变形大,滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等,难以胜任数控机床对加工精度,表面质量,生产率以及使用寿命等要求。现代机床的部件结构,整体布局,外部造型都已经形成了数控机床独特的机械部件。因此,我们在对数控机床进行数控设计的过程中,应在考虑各种情况下,使普通机床的各项性能指标尽可能的 与数控机床相接近。机床的设计主要应具备两个条件1.机床基础件必须有足够的刚度2.改装的费用要合适,经济性好。改装前要对机床的性能指标做出决定,改装后其各项指标能达到数控加工的要求。机械部分数控化设计需涉及电机的选择、工作台进给结构、传动比分配与计算等方面的内容。1伺服驱动元件进给电机选用混合式步进电机,其不仅步距角小运行频率高且功耗低低频噪音小等优点。广泛用于开环控制系统,不需要反馈装置,结构简单可靠,寿命长。横垂直进给电机均选用同一型号以便于设计和日后维修。脉冲当量t=0.01mm/脉冲,选用步距角=0.6 。对原机床的主传动系统均维持不变,以节约资金及缩短改装时间。接到一个数控装置的设计任务以后,必须首先拟定总体方案,绘制系统总体框图,才能决定各种设计参数和结构,然后再分别对机械部分和电气部分进行设计。机床数控系统总体方案的拟定包括以下内容:系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定,计算机系统的选择等内容。一般应根据设计任务和要求提出数个总体方案,进行综合分析、比较和论证,最后确定一个可行的总体方案。2.1.1系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统和连续控制系统。2.1.2控制方式的选择系统可分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。经济型数控机床普遍采用开环伺服系统。开环控制系统中,没有检测反馈装置,数控装置发出的信号的流程是单向的,也正是由于信号的单向流程,它对机床移动部件的实际位置不做检测,所以机床加工精度要求不太高,其精度主要取决于伺服系统的性能。开环伺服系统主要由步进电机驱动。这类机床工作比较稳定,反应迅速,调试和维修都比较简单。2.2 总体方案确定2.2.1 系统的运动方式伺服系统的选择由于改造后的经济型数控机床应具备定位,直线插补,顺、逆圆弧插补,暂停,循环加工,公英制螺纹加工等功能,故应选择连续控制系统。考虑达到属于经济型数控机床加工精度要求不高,为了简化结构、降低成本,采用步进电机开环控制系统。2.2.2 数控系统根据机床要求,采用8位微机。由于MCS-51系列单片机具有集成度高,可靠性好,功能强,速度快,抗干扰性强,具有很高的性能价格比等特点,决定采用MCS-51系列的8031单片机扩展系统。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路等组成,系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现,显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。2.2.3 机械传动方式为实现机床所要求的分辨率,采用步进电机经齿轮减速再传动丝杆,为保证一定的传动精度和平稳性,尽量减少摩擦力,选用滚珠丝杆螺母副。同时,为提高传动刚度和消除间隙,采用预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿轮间隙的结构。系统总体方案框图如下: 图2-1 系统总体方案框图第3章 确定切削用量及选择刀具3.1科学选择数控刀具3.1.1选择数控刀具的原则 选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具,由于换刀时 间短,为了充分发挥其切削性能,提高生产效率,刀具寿命可选得低些,一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化 加工刀具,刀具寿命应选得高些,尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时,该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时 间内所分担到的全厂开支M较大时,刀具寿命也应选得低些。大件精加工时,为保证至少完成一次走刀,避免切削时中途换刀,刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度 来确定。与普通机床加工方法相比,数控加工对刀具提出了更高的要求,不仅需要冈牲好、精度高,而且要求尺寸稳定,耐用度高,断和排性能坛同时要求安装调整 方便,这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时,应首先选择合理的刀具寿命,而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种,前者根据单件工时最少的目标确定,后者根据工序成本最低的目标确定。3.1.2选择数控车削用刀具在数控加工中,车削平面零件内外轮廓 及车削平面常用平底立车刀,该刀具有关参数的经验数据如下:一是车刀半径RD应小于零件内轮廓面的最小曲率半径Rmin,一般取RD=(0.8一 0.9)Rmin。二是零件的加工高度HRdp,电动机直接驱动主轴不能满足恒功率变速要求,因此需要串联一个有级变速箱,以满足主轴的恒功率调速范围。取,则对于数控车床,为了加工端面时满足恒线速度切削的要求,应使转速有一些重复,故取Z=2故前面传动比分配可取。各轴计算转速 各轴输入功率 各轴输入转矩 将以上计算结果整理后列于表2.2,供以后计算选择,供以后计算使用:表2.3 各轴的传动参数参数 轴0轴(电机轴)I轴(传动轴)II轴(中间传动轴)III轴(主轴)计算转()1000416.7208 104/416.7输入功率(Kw) 5.5 5.285.124.79转矩() 54121235 456.4/114传动比 ,4.2.4 转速图由电机的转速范围(包括恒功率变速范围)和各轴传动比,作数控车床的转速图, 见图4-2. 图4.2 转速图4.3传动皮带的设计和选定 (如无特殊说明,本小节公式均出自资料14)带传动是由带和带轮组成传递运动和动力的传动。根据工作原理可分为两类:摩擦带传动和啮合带传动。摩擦带传动是机床主要传动方式之一,常见的有平带传动和同步带传动;啮合传动只有同步带一种。普通同步带传动是常见的带传动形式,其结构为:承载层为绳芯或胶帘布,楔角为40、相对高度进似为0.7、梯形截面环行带。其特点为:当量摩擦系数大,工作面与轮槽粘附着好,允许包角小、传动比大、预紧力小。绳芯结构带体较柔软,曲挠疲劳性好。其应用于:带速V2530m/s;传动功率P700kW;传动比i10轴间距小的传动。一主要失效形式 1带在带轮上打滑,不能传递动力; 2带由于疲劳产生脱层、撕裂和拉断; 3带的工作面磨损。 保证带在工作中不打滑的前提下能传递最大功率,并具有一定的疲劳强度和使用寿命是同步带传动设计的主要依据,也是靠摩擦传动的其它带传动设计的主要依据。4.3.1 同步带传动设计 (1)设计功率的确定:由表8-7查得工况系数(2) 选定带型:根据和由图8-10确定选用A型。确定带轮的基准直径并验算带速传V:1初选带轮的基准直径由表8-6和表8-8确定:取小带轮直径=125mm2验算带速V:因为5m/sV计算大带轮的基准直径。=i=2.4125=300mm根据表8-8圆整为=315mm确定同步带的中心距a和基准长度Ld 1初定带轮距得: 即: 初取 2计算带所需的基准长度:由表8-2选带的基准长度Ld=1800mm3计算实际中心距:安装时所需最小轴间距:张紧或补偿伸长所需最大轴间距:(5)验算小带轮包角:所以小带轮包角合适。(6)计算带的根数Z。1单根同步带的基本额定功率:根据dd1和=1000r/min查表8-4a得基本额定功率=1.428Kw。再根据=1000r/min、i=2.4和A型带查表8-4b得=0.12Kw查表8-5得:2计算带的根数z。取 根。计算单根同步带的初拉力的最小值:应使带的实际初拉力计算压轴力压轴力的最小值为:(9)带轮的结构和尺寸:由表8-10可查得为了减轻传动轴上载荷,采用卸荷式带轮结构,使带轮上的载荷由轴承支撑进而传给箱体,轴只承受转矩,装配装置参见装配图。4.4轴系部件的结构设计4.4.1 I轴结构设计(如无特殊说明,本小节公式均出自资料14)I轴上的零件主要是齿轮1。一端用凸台定位,另一端用紧定螺钉定位。1.选定齿轮类型,精度等级,材料及齿数.根据选定的传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动.(1)本次设计属于金属切削机床类,一般齿轮传动,故选用6级精度.(2)材料选择.由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质)硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS.(3)选小齿轮齿数大齿轮齿数 2.按齿面接触强度设计 由设计计算公式(10-9a)进行试算,即: (2.5)确定公式内的各计算数值(1)试选载荷系数(2)计算小齿轮传递的转矩由上文可知为121N/m(3)由表10-7选取齿宽系数(4)由表10-6查得材料的弹性影响系数(5)由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限大齿轮的接触疲劳强度极限;(6)由式10-13计算应力循环次: (2.6)(7)由图10-19查得接触疲劳寿命系数(8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,由式(10-12)得: (2.7)2)计算(1)小齿轮分度圆直径,代入中较小的值:(2.8) (2)计算圆周速度: (2.9)(3)计算齿宽: (2.10)(4)计算齿宽与齿高之比: 模数 (2.11) 齿高 (2.12) (2.13)(5)计算载荷系数根据,6级精度,由图10-8查得动载系数;直齿轮,假设。由表10-3查得;由表10-2查得使用系数;由表10-4查得6级精度,小齿轮悬臂支承时: (2.14) 将数据代入得: ; (2.15)由,查图10-13得;故载荷系数: (2.16) (6)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10-10a)得: (2.17)(7)计算模数: (2.18)3.按齿根弯曲强度设计:由式(10-5)得弯曲强度的设计公式为: (2.19)1)确定公式内的各计算数值(1)由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限;大齿轮的弯曲疲劳强度极限;(2)由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数,;(3)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式(10-12)得: (2.20) (4)计算载荷系数K: (2.21) (5)查取齿形系数由表10-5查得;。(6)查取应力校正系数由表10-5查得;。(7)计算大小齿轮的并加以比较: (2.22)大齿轮的数值大。2)设计计算:对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取由弯曲疲劳强度算得的模数2.31并就近圆整为标准值m=2.5,按接触强度算得的分度圆直径,算出小齿轮齿数:大齿轮齿数这样设计出的齿轮传动,即满足了齿面接触疲劳强度,又满足了齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费。4.几何尺寸计算1)计算分度圆直径:2)计算中心距:3)计算齿轮宽度:取。5.验算:,合适。4.4.2 II轴结构设计(如无特殊说明,本小节公式均出自资料14)1.轴的支承形式该轴不受或只受极小的轴向力,而右端所受径向力矩明显高于左端,故左端选用深沟球轴承,而右端选用一对角接触球轴承背靠背安装,如图所示:图4.4 中间轴的支承形式2.轴上零件的轴向定位II轴上的主要零件主要有三对直齿圆柱齿轮及其中两直齿圆柱齿轮对应的电磁离合器。滚子轴承的左端靠在端盖上,右端用轴肩定位。与电机轴上齿轮相啮合的齿轮左端用圆螺母固定,右端用轴肩定位.另外两齿轮所对应的电磁离合器位于它们中间,相互紧靠,两齿轮的另两端用螺钉锁紧挡圈定位。轴右端的轴承左边利用轴肩定位,右端用一摔油盘(有套筒的作用)和圆螺母进行定位。(1)轴的选材和最小直径得确定轴的材料选择为:45号钢(调质处理)。轴的最小尺寸,由式(152), 式中,由表153,可取得110,故: 取35mm。由于取值较计算值大的多,所以不用再按弯扭合成强度条件计算和进行疲劳强度校合。轴的零件图如图2-5.图4.5 中间轴零件图(2)齿轮的设计齿轮1和2的直径相差较大,对齿轮1(小齿轮)在模数和选材及热处理方面要求较高,所以首先进行该对齿轮的设计。1.选定齿轮的精度等级和材料,初选齿数本数控机床的运行速度较高,精度等级选择6级精度;由表101,小齿轮材料选择为40,调质后表面淬火,硬度为280HBS;大齿轮材料选择为45钢,调制后表面淬火,硬度为240HBS。小齿轮的齿数初选为24, 242=482.按齿面接触强度进行设计按式(109)试算: 确定公式内的各计算值:初选载荷系数Kt1.6;计算小齿轮传递的转矩由前文可知小齿轮传递的转矩为235;由表107及其说明,可选定齿宽系数; 由表106,查得材料的弹性影响系数189.8;由图1021d,按齿面接触硬度查得小齿轮的接触疲劳强度650MPa;大齿轮的接
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