加工中心自动换刀系统设计

河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 I 摘 要 以加工中心自动换刀装置中的刀库的设计与控制为背景，根据使用的场合和实际运用的要求，设计了相应的 40 刀的链式刀库，并且对它的控制进行了一定的研究。 论文首先对 40 刀刀库总体设计方案进行阐述，阐述其各部件的工作原理，然后就刀库的结构设计与控制分节对各个部分进行计算与设计。 刀库的机构设计是研究的重点，传动部分为蜗杆蜗轮的减速装置，控制部分为刀库送刀机构，由 制刀库的正反转。 关键词 ：加工中心，刀库，蜗杆蜗轮， 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 I in as a to s s to on to of is on s to on to s is s LC 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 1 目 录 1 绪论 . 1 言 . 1 工中心简介 . 1 工中心的发展简史 . 1 工中心的结构组成 . 2 工中心的分类 . 4 工中心的主要优点 . 5 工中心的发展趋势 . 6 库 . 7 库简介 . 7 库的类型 . 8 案的分析论证及确定 . 12 2 刀库驱动电机的选定 . 15 套线速度 . 15 轮参数确定 . 15 据负载转矩选电机 . 16 动比分配 . 18 轴转速 . 18 轴功率 . 18 轴转矩 . 18 3 刀库传动方式 . 20 库传动方式设计 . 20 杆蜗轮传动 . 20 传动 . 29 4 轴的设计 . 32 材料选定 . 32 杆轴设计 . 32 步估算轴的最小直径 . 32 4. 轴器选定 . 33 定轴承类型 . 33 步估算蜗杆轴各段尺寸 . 33 杆轴校核 . 34 轮轴校核 . 30 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 1 步估算轴的最小直径 . 38 步估算蜗轮轴各段的尺寸 . 38 轮轴校核 . 38 的校核 . 42 5 轴承校核 . 44 杆轴承校核 . 44 轮轴承校核 . 44 6 刀库控制系统 . 46 具的选择方式 . 46 序选择 . 46 意选择 . 46 具识别装置 . 47 库控制系统设计 . 48 7 其它零部件设计 . 51 8 结论 . 53 致谢 . 54 参考文献 . 55 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 - 1 - 一 绪论 本首 先从数控机床的发展历程引出加工中心的发展趋势，再具体到本次设计针对的刀库的任务要求，明确了本设计任务的主要内容。 言 1952 年世界上出现了一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。 1958 年一台加工中心问世，它将多工序（铣、钻、镗、铰、攻丝等）加工集于一身；适应加工多品种和大批量的工件；增加机床功能（自动换刀、自动换工件、自动检测等），使自动化程度和加工效率上了一个新台阶；使无人化（或长时间无人操作）加工成为现实。 90 年代以来，数控加工技术得到迅速的普及及发展， 数控加工中心在制造业得到越来越广泛的应用。目前国内企业生产制造的加工中心主要是面向生产领域，其结构复杂、精度高、封闭性强，价格昂贵。加工中心已成为柔性制造系统、计算机集成制造系统和自动化工厂的基本单元。 加工中心是数控机床的代表，是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备，受到世界各工业发达国家的高度重视，技术迅速发展，品种和数量大幅度增加，成为当今世界机械加工设备中最引人注目的一类产品。 工中心简介 加工中心的发展简史 1952 年世界上出现一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动 化和效率上产生了巨大变革。它用易于修改的数控加工程序进行控制，因而比大批量生产重使用组合机床生产线和凸轮、开关控制的专用机床有更大的柔性，容易适应加工件品种的变化，进行多品种加工。它用数控系统对机床的工艺功能、几何图形运动功能和辅助功能实行全自动的数字控制，因为有更高的自动化程度和加工效率，大大改变了中小批量生产中普通机床占整个机械加工 70% 80% 的状况。数控机床能实现两坐标以上联动的功能，其效率和精度比用手工和样板控制加工复杂零件要高得 多。 1958 年一台加工中心在美国卡尼、特雷克（ 司问世。现代加工中心的内容是什么？一，它是在数控镗床或数控铣床的基础上增加自动换刀装置，可使工件在一次装卡中，能够自动更换刀具，自动完成工件上的铣削、钻孔、镗孔、铰孔、河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 - 2 - 攻丝等工序的数控机床。二，加工中心上如果带有自动分度回转工作台或自动转角度的主轴箱，可使工件在一次装卡中，自动完成多个平面和多个角度位置的多工序加工。三，加工中心上如果带有交换工作台，工件在工作位置的工作台上进行加工的同时，另外的工件在装卸位置的工作台上进行装卸 ，不影响加工的进行。 由上述可知，加工重心在加工的柔性、自动化程度和加工效率上，在一般数控机床的基础上又上了一个新的台阶，又是一次新的变革。 加工中心的定义是什么？目前世界上并无标准定义，但目前普遍认为是指：在工件一次装卡中，能够实现自动铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等多工序的数控机床。更为明确的说法是：加工中心就是自动换刀数控镗铣床。这就把加工中心与自动换刀数控车床或车削中心区别开来。 加工中心的结构组成 加工中心的组成 随 机床的类别、功能、参数的不同而有所区别。机床本身分基本部件和选择部件，数控系统有基本 功能和选用功能，机床参数有主参数和其它参数。机床制造厂可根据用户提出的要求进行生产，但在同类机床的基本功能和部件组成一般差别不大。从总体上看，加工中心基本上由以下几大部分组成。 基础部件 主要由床身、立柱和工作台等大件组成。它们是加工中心的基础结构，要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负载，因此必须是刚度很高的部件。这些大件可以是铸铁件也可以是焊接的刚结构件，是加工中心中重量和体积最大的部件。 主轴系统 主要由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零部件组成。主轴的启动、停止和变转速等 动作均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。主轴系统是加工中心的关键部件，其结构的好坏，对加工中心的性能有很大的影响。 数控系统 主要由 置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及电动机等部分组成，它们是加工中心执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。 自动换刀系统 主要由刀库、自动换刀装置等部件组成。刀库是存放加工过程所要使用的全部刀具的装置。当需要换刀时，根据数控系统的指令，由机械手（或通过别的方式）将刀具从刀库取出装入主轴孔中。刀库有盘式、 链式和鼓式等多种形式，河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 - 3 - 容量从几把到几百把。机械手的结构根据刀库与主轴的相对位置几结构的不 同 也有多种形式。如单臂式、双臂式。回转式和轨道式等等。有的加工中心利用主轴箱或刀库的移动来实现换刀。 辅助系统 包括润滑、冷却、排屑防护、液压和随机检测系统等部分。辅助系统虽不直接参与切削运动。但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因此也是加工中心中不可缺少的部分。 另外，为进一步缩短非切削时间，有的加工中心还配备了自动托盘交换系统。例如，配有两个自动交换工件托盘的加工中心，一个安装工件在工作 台上加工，另一个则位于工作台外进行工件的装卸。当完成一个托盘上工件的加工后，便自动交换托盘，进行新零件的加工，这样可以减少辅助时间，提高加工效率。 加工中心的分类 按照加工中心形态不同进行分类，可分为立式、卧式和五坐标加工中心。 立式加工中心（如图 1 立式加工中心的主轴轴心线为垂直状态配置，结构形式多为固定立柱式，工作台为长方形，适合加工小型板类、盘类、壳体类零件。 卧式加工中心（如图 1 卧式加工中心是指主轴轴线为水平状态设置的加工中心，通常都带有可进行分度回转运动的正方形分 度工作台。卧式加工中心一般具有 35 个运动坐标，常见的是三个直线运动坐标 (沿 X、 Y、 Z 轴方向 )加一个回转运动坐标 (回转工作台 )，它能够使工件在一次装夹后完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工，最适合箱体类工件的加工。 五坐标加工中心 五坐图 1式加工中心 图 1式加工中心 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 - 4 - 标加工中心 兼具 立式和卧式加工中心的功能，工件一次装夹后能完成除安装面外的所有侧面和顶面等五个面的加工，因此也叫五面加工中心。常见的五坐标加工中心有两种结构形式，一种是主轴可以 90 旋转 ，另一种是工作台可以 90 旋转。 加工中心的主要优点 提高加工质量 工件一次装夹，即可实现多工序集中加工，大大减少多次装夹所带来的误差。另外，由于是数控加工，较少依赖操作者的技术水平，可得到相当高的稳定精度。 缩短加工准备时间 加工中心既然可以顶替多台通用机床，那么加工一个零件 所 需准备时间，是每台加工单元所损耗的准备时间之和。从这个意义上说，加工中心的准备时间显然短得多。 减少在制品 以往的加工方式是 工件流动与多台通用机床之间，这就要有相当数量的在制品，而在加工中心上加工，即可发挥其 “多工序集中 ”的优势，在一台机床上完成多个工序，就能大大减少在制品数量。 减少刀具费 把分散设置在各通用机床上的刀具，集中在加工中心刀库上，有可能用最少量的刀具，实现公共有效利用。这样既提高刀具利用率，又减少了道具数量。 最少的直接劳务费 由 置实现多工序加工的信息集约化和一人多台管理，以及用工作台自动托盘交换装置（ 称 辅助装置，实现夜间无人运转 。这些都可缩减直接劳务费。 最少的简介劳务费 由于工序集中，工件搬运和质量检查工作量都大为减少，这就使间接劳务费最少。 设备利用率高 加工中心设备利用率为通用机床的几倍。另外，由于工序集中，容易适应多品种、中小批量生产。 加工中心的发展趋势 立式加工中心 立式加工中心主要的用户层面为 ,以看好的汽车零部件行业为首，还有模具、飞机、医疗设备、 学设备等行业。在飞机制造业因绝大多数加工件为多品种、小批量的河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 - 5 - 产品，因此五轴加工机为主的立式加工中心有潜在的需求。今后电子零部件、精密机枝零部 件、半导体模具等行业也具有需求潜力。各生产厂家面对预期需求扩大的飞机、模 立式加工中心主要的用户层面为 ,以看好的汽车零部件行业为首，还有模具、飞机、医疗设备、 学设备等行业。在飞机制造业因绝大多数加工件为多品种、小批量的产品，因此五轴加工机为主的立式加工中心有潜在的需求。今后电子零部件、精密机枝零部件、半导体模具等行业也具有需求潜力。 卧式加工中心 卧式加工中心因其加工面是垂直的，切屑易脱落，比较适应时间无操作。又因是模块结构，可以短时间内导入最适当规模的系统。因其无人操作时间较长，在成本费用 方面与单机相比效果更好。 从技术开发动向来看，是谋求提高主轴转速、进给速度、提高精密度、并将对应热变位、模块化等集中体现出来。其中，作为机床基本课题的高速化研究也不断取得成果。 由于提高进给速度直接关系到产品的加工时间，以利提高生产效率，因此在高速进给技术方面，驱动装置采用直线电机的机型正在增多。同时也有厂家在开发不使用直线电机，采用进给轴以大导程滚珠丝杠为驱动，进给加速度 2G、快速进给速度 120 高速卧式加工中心。并在主轴上采用双面约束刀具、主轴转速为 2 万 r/ 速进给速度为 60 m/尽量缩短重复定位、刀至刀等的非切削时间。为解决速度提高带来的热变位影响，防止精度下降，一般都采用独自的补正装置或主轴冷却结构、冷却装置等。 库 刀库简介 刀库是自动换刀装置中最主要的部件之一，其容量、布局以及具体结构对加工中心的设计有很大影响。刀库是用来储存加工刀具及辅助工具的地方。由于多数加工中心的取送刀位置都是在刀库中的某一固定刀位，因此刀库还需要有使刀具运动及定为的机构来保证换刀的可靠。其动力可采用液动机或电动机，如果需要还要有减速机构。刀库的定为机构是用来保证更 换的每一把刀具或刀套都能准确地停在换到位置上。其控制部分可以采用简易位置控制器或类似半闭环进给系统的伺服位置控制，也可以采用电气和机械相结合的销定为方式，一般要求综合定为精度达到 0.5 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 - 6 - 根据刀库所需要的容量和取刀方式，可以将刀库设计成多种形式。图 1出了常用的几种刀库。图 1适应机床主轴的布局，刀库的刀具轴线可以按不同的方向配置，图 1刀具可作 90 翻转的圆盘刀库，采用这种结构能够简化取刀动作。单盘式刀库的结构简单，取刀也较为方便，因此应用最为广泛。但由于圆盘尺寸受限制，刀库的容量较小（通常装 16 32 把刀）。 当需要存放更多数量的刀具时，可以采用图 1们充分利用了机床周围的有效空间，且刀库的外形尺寸又不致过于庞大。图 1鼓筒弹夹式刀库，其结构十分紧凑，在相同的空间内，它的刀库容量较 大，但选刀和取刀的动作较复杂。图 1链式刀库，其结构有较大的灵活性，存放刀具的数量也较多，选刀和取刀动作十分简单。当链条较长时，可以增加支撑链轮的数目，使链条折迭回绕，提高了空间利用率。图 1 1别为多盘式和格子式刀库，它们虽然也具有结构紧凑的特点，但选刀和取刀动作复杂，较少应用。 库的类型 加工中心上普遍采用的刀库是盘式刀库和链式刀库。密集型的固定刀库目前于用于 的集中供刀系统。 图 1库的形式 a）轴向式 b）径向式 c）斜向式 d）刀具翻转式 e）鼓筒弹夹式 f）链式 g）多盘式 h）格子式 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 - 7 - 盘式刀库 盘式刀库结构简单，应用较多，如图 1示。由于刀具环形排列 ，空间利用率低。因此出现了将刀具在盘中采用双环或多环排列，以增加空间的利用率。但这样一来使刀库的外径过大，转动惯量也很大，选刀时间也较长。因此，盘式刀库一般适用于刀具容量较少的刀库。 链式刀库 如图 1示，链式刀库的结构紧凑，刀库容量较大，链环的形状可以根据机床的布局配置成各种形状，也可将换刀位突出以利换刀。当链式刀库需增加刀具容量时，只需增加链条的长度和支承链轮的数目，在一定范围内，无需变更线速度及惯量。这些特点也为系列刀库的设计与制造带来了很大的方便，可以满足不同使用条件。一般刀具数量在 30120 把时，多采用链式刀库。 图 1式刀库的形式 图 1式刀库的形式 a）径向取刀形式 b）轴向取刀形式 c）刀具径向安装 d）刀具斜向安装 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 - 8 - 换刀位置 为保证刀套准停精度和刀套定位刚性，链式刀库的换刀位置一般设在主动链轮上如图 1示，或者设在尽可能靠近主动链轮的刀套处，如图 1示 链条形式 我国目前还没有厂家生产加工中心刀库专用链条，因而不得不用标准套筒辊子链，通过连接器把刀套固定在链条上。这种方式不仅结构复杂，装配调试费时，而且套筒位置精度亦差 我国部分厂家，购买日本椿本链条公司（ o.）生产的已转有刀套的刀库专用链条来 装备刀库，效果颇佳。考虑到刀具重量和刀库工作的平稳性，推荐采用： 链条 这种链条是套筒式链条，其辊子本身就是刀套，该链条型式及尺寸见表 11） 链条型号 刀具锥柄号 P O L H W R T 0 90 55 8 60 68 定位块手爪图 1式刀库换刀位置 定位插销定位盘链轮手爪图 1式刀库换刀位置 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 - 9 - 链轮节圆直径80s 式中 N当量齿数（实际齿数 /3） 链轮外径 N 8 0c o 式中 P链条节距 注：链轮齿数可从 9 个起使用。但是为了增加链条的耐用度和运行效率，齿数还是尽可能多为好。链轮之间的中心距，以取链条节距整数倍为宜。 机械结构方案的提出 方案一：直接在刀库与主轴之间换刀 方案二：用机械手在刀库与主轴之间换刀 方案三：用机械手和转塔头配合刀库进行换刀 传动方案的提出 方案一：转动用步进电机带传动，移动用气压或液压传动 方案二：转动用步进电机带传动，移动用丝杠传动 方案三：转动用步进电机齿轮传动，移动用气压或液压传动 方案四：转动用步进电机蜗轮蜗杆传动，移动用气压传动 案的可行性分析 械结构方案的可行性分析 方案一：直接在刀库与主轴之间换刀 这种换刀装置只有一个刀库，刀库中储存着加工过程中需要使用的刀具，利用机床本身与刀库的运动实现换刀过程。它的刀库需要整体运动，结构较复杂，而且刀库容量较小。主要运用在需要刀具 较少的数控车床中。 方案二：用机械手在刀库与主轴之间换刀 这是目前用的最普遍的一种自动换刀装置，其布局结构多种多样。它利用机械手在河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 - 10 - 刀库和机床之间实现换刀过程。由于这种结构有一个中间介质机械手，因此结构设计比较灵活，也比较简单。 方案三：用机械手和转塔头配合刀库进行换刀 这种换刀装置实际上是转塔头式换刀装置和刀库换刀装置的结合。这种换刀装置转塔头上有两个刀具主轴，当一个刀具主轴上的刀具进行加工时，可由机械手将下一工步需用的刀具换到不工作的主轴上，待上一工步加工完毕后，转塔头回转 180 度，即完成换刀工作。这种装 置换刀效率较高，但是两个刀具主轴的结构严重限制了它的使用范围。 动方案的可行性分析 方案一：转动用步进电机带传动，移动用气压或液压传动 步进电机可精确控制转动的角度和转向，但是价格比伺服电机便宜的多。由于换刀不需要反馈系统，因此不必要选伺服点电机。带传动可以降低对电机的冲击，虽然可以配合齿轮传动达到较大的传动比，但是机构所占空间大，在要求机构紧凑的数控机床上显然不适合。气压和液压传动都有快的优势，但是相比之下，在需要的力并不大的地方选用价格更便宜的气压传动更经济一些。 方案二：转动用步进电机 带传动，移动用丝杠传动 丝杠虽然可以实现移动，但是在力较小、并且需要快速移动的地方就不如气压传动适合了。 方案三：转动用步进电机齿轮传动，移动用气压或液压传动 齿轮传动和带传动一样能达到的一级降速传动比小，不能自锁。 方案四：转动用步进电机蜗轮蜗杆传动，移动用气压传动 蜗轮蜗杆传动不仅传动大，而且可以自锁。 案的确定 械结构方案的确定 经过综合分析确定选择方案二，即用机械手在刀库与主轴之间换刀的方案进行设计。机械手两个转动关节和一个移动关节。 动方案的确定 经 过综合分析确定选择方案四，即 转动用步进电机蜗轮蜗杆传动，移动用气压传动。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 - 11 - 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 - 12 - 二 刀库驱动电机的选定 驱动刀库，目前常见的方式有伺服电动机驱动和液动机驱动两种，我国加工中心都选用伺服电机驱动方式，在本设计中也将采用伺服电动机来驱动。 套线速度 选用 链条，锥柄号 40 链行程 S=20P=2090=选刀时间 t.=4s,可得到链速 v. 链速 m / s v=27 m/相关资料 刀套线速度影响选刀效率，但是过快的线速度又影响刀库工作可靠性。一般推荐在 22 30m/间。链速适用。 轮参数确定 取链轮齿数 z=24 链轮节圆直径 DP 2378180s N当量齿数（实际齿数 /3） P链条节距 链轮外径 D0 2 661 80c 链轮转速 n 100060 m i n 载转矩选电机 加在伺服电动机轴上的负载转矩比电动机额定连续转矩 链式式刀库负载转矩计算方法 链式刀库的负载转矩 由刀具不平衡重量河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 - 13 - 导向面（或支承面）的摩擦力 F 所组成，如图 2示。 不平衡重量 按在一个垂直方向刀套上装有 1/10 刀库容量数的最大刀具重量来计算。 支承面的摩擦力； 是导向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。计算摩擦力时，刀具重量均按刀具平均重量计算。 刀库链轮半径为 具最大重量为 20具平均重量 17个方向上 10 把刀，刀具重量 m=170具不平衡重量 00N。法向约束力 700N，摩擦系数 摩擦力 F=700=187N 221 1 8 221 1 8 a xm a x 所以 2m a 49 49 i=40。 传动总效率为： ：最大偏重 ； ： 摩擦力图 2链式刀库力的分布 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 - 14 - 0 . 7 3 2542321 式中： 1联轴器的功率； 2蜗杆的功率； 3轴承的功率； 4链传动效率。 把如上计算的负载转矩，转换为电机轴上的转矩 ： 2 考虑到实际情况比计算时所设定条件复杂，电机额定转矩 为负载转矩的 ，亦即： T 以上计算结果，所选电机型号如下： 表 2选电机型号 型 号 输出功率 P 最大转矩 r / 工作转速 0 309 1000 500 传动比分配 刀库选刀需要低速转动，就要求降低传动的速度，传动比选为 i=40。 轴转速 轴 r / m 0 001 m 轴 r / m i n 各轴功率 轴 - 15 - 轴 轴转矩 电动机的输出转矩 : 电机输出轴 105 0 5 09 5 5 0 轴 d 轴 动和动力参数表 轴 功率 P 转矩T(N转速 n(r/传动比 i 效率 电机轴 0 500 1 1 轴 00 1 轴 0 南理工大学万方科技学院本科毕业论文 - 16 - 三 刀库传动方式 库传动方式设计 为使伺服电机在最佳状态下工作，一般不采用伺服电机的低速段。刀库需要在伺服电机恒转矩下运转工作，并且减速比不能过大，否则不能达到刀库需要的转矩，这就要求减速装置既要很大的减速比，又要保证电机工作在恒转矩下 ，选用蜗杆减速装置。 杆蜗轮传动 特点和应用 蜗杆传动用于传递交错轴之间的回转运动。在绝大多数情况下，两轴在空间是互相垂直的，轴交角为 90。它广泛应用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械以及其他机械制造部门中，最大传动功率可达 750 常用在 50 下；最高滑动速度5 m/s,通常用在 15 m/s 以下。 蜗杆传动的主要优点是结构紧凑、工作平稳、无噪声、冲击振动小以及能得到很大的单级传动比 。在传递动力时，传动比一般为 8 100，常用的为 15 50。在机床工作台中，传动比可达几百，甚至到 1000。这时，需采用导程角很小的单头蜗杆，但传动效率很低，只能用在功率小的场合。在现代机械制造业中正力求提高蜗杆传动的效率，多头蜗杆的传动效率已可达到 98%。与多级齿轮传动相比，蜗杆传动零件数目少，结构尺寸小，重量轻。缺点是在制造精度和传动比相同的条件下，蜗杆传动的效率比齿轮传动低，同时蜗杆一般需用贵重的减摩材料（如青铜）制造。 蜗杆传动多用于减速，以蜗杆为原动件。也可用于增速，齿数比单级为 5 15，但应用很 少。 精度等级的选择 蜗杆可以在车床上切制，也可以在特种铣床上用圆盘铣刀或指形铣刀铣制。由于蜗杆传动的轴间距离必须与蜗杆滚刀在切制蜗轮时的轴间定位距离相等才能得到正确的啮合，所以蜗轮要用与它相捏合的蜗杆同样大小的滚刀来切制。 由于蜗杆传动啮合轮齿的刚度较齿轮传动大，所以制造精度对传动的影响比齿轮传动更显著。蜗杆传动规定了 12 个精度等级，对于动力传动，要按照 6 9 级精度制造。 材料选择 考虑到蜗杆传动难于保证高的接触精度，滑动速度 又 较大，以及蜗杆变形等因素，故蜗杆，蜗轮不能都用硬材料制造，其中之一（通 常为蜗轮）应该用减摩性良好的软材料来制造。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 - 17 - 蜗轮材料。通常是指蜗轮齿冠部分的材料。主要有以下几种： 铸锡青铜 是适用于 m/s 26 m/s 12心铸造的可得到致密的细晶粒组织，可取大值，砂型铸造的取小值。 铸铝青铜 适用于 m/s 10胶合能力差，蜗杆硬度应不低于 45 铸铝黄铜 点蚀强度高，但磨损性能差，宜用于低滑动速度场合。 灰铸铁和球墨铸铁 使用于 m/s 2者表面经硫化处理有利于减轻磨损，后者若与淬火蜗杆配对能用于重载场合。直径较大的蜗轮常用铸铁。 蜗杆材料。蜗轮直径很大时，可以采用青铜蜗杆，蜗轮则用铸铁。在要求持久性高的动力传动中，可选用渗碳钢淬火，也可选用中碳钢表面或整体淬火以得到必要的硬度，制造时必须磨削。用氮化钢氮处理的蜗杆可以不磨削，但需要抛光。只有在缺乏磨削设备是才选用调质蜗杆。受短时冲击载荷的蜗杆，不宜用渗碳钢淬火，最好用调质钢。铸铁蜗轮与镀铬蜗杆配 对时，有利于提高传动的承载能力和滑动速度。 蜗杆和蜗轮的结构 蜗杆通常与轴做成整体很少做成装配式的。 蜗轮可指成整体的或组合的。组合蜗轮的齿冠可以铸在或用过盈配合装在铸铁或铸钢的轮心上，常用的配合为 H7/了增加过盈配合的可靠性，沿着接合缝还要拧上螺钉，螺钉孔中心线偏向轮毂一侧。当蜗轮直径较大时，可采用螺栓联接，最好采用受剪螺栓联接。 蜗杆蜗轮传动设计计算： 蜗杆减速器，输入功率 速 00r/动比 i=40。工作机载荷平稳，动力机有轻微振动。预期寿命 12000h。 蜗杆采用 45 钢，表面硬度 45轮材料采用 型铸造，计算步骤如下： 初选 d1/a值 当量摩擦系数 设 m/s s，查机械设计 v= 大值 v=3 选 d1/a值 在机械设计图 i=40 线上 选一点 ，查得 d1/a=6 （ ）， 1=心距计算 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 - 18 - 蜗轮转矩 1116112 3178242 按题意查机械设计表 转速系数 8/12 18 8/118500 6.0弹性系数 根据蜗轮辐材料查表 47 寿命系数 6 25000Z 61200025000 由机械设计图 线查出 由机械设计表 65触疲劳最小安全系数 由机械设计手册查得 心距 32l i mm i 取 a=160动基本