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1 (2005) 368378a of 989. It is to be by as et 3 N r 2005 +15088316092; +H. 1. of of of of by 985, y 1 of as a of et 2 is a in to a in a in to of a In 3is a 1. a at of by is of of to a In a to on is An if it be to to 005 100 d, 1609, 4 004; in 004; 0 004Y. of a at 4a be as 5 s on to ys is q*, at a is to be is gi(as 1)as : To be be a ; i 1;2; .; n, (1)n is of q z0;y0;f0;of of q y N Y. 1 (2005) 368378 369(2)of as by q. (3). be if q. (2) to :9=; 6. (3). If is is at of is by If is at be of a be to 6a be to Z O X Y Z O (x0,y0,1. to N of is no on to a to is by it is as to is to If is is of a to or A to of a is of is to of L:As 3, n; i 1;2; .; n; n be as : : : :2637et 7 to a to It et 8 an to of L( of to of It X of r of as (4) (5) (6)l is an of 6 6 6 46 Y. 1 (2005) 368378370WL: : : :7) n 6; is is n be of n n of to N Y. 1 (2005) 368378 371n n of n to of is to be to on of in n a s 2. Y (a1,b1,2,b2,(x1,y1,(x2,y2,(ai,bi,(xi,yi,(3. A N V X 0. (9) q. 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Y. 1 (2005) 3683783745 a of in as 1: 0, 1, 00, 896, ,0, 1, 00, 1060, ,0, 1, 00, 1010, , 977, , 977, , 1034, of 1 0 515:000:896001 0378: 1:06000 1 0 612:00:01000:9955 349 0:0880 445 664 0:86380:9955 349 0:0880 728 664 0:82800:0880 0:0170 960 866:6257998 :2466 0:093626666666643777777775,o6 is It is of ve of 1is L; N 10378:001:06000 1 0 612: :01000:9955 349 0:0880 445 664 0:86380:9955 349 0:0880 728 664 0:82800:0880 0:0170 96 866:6257998 :2466 0:of :8768 607 665 21:3716 0:49953:0551 551 448 32:4448 0956 1:0862 12:0648 764 916044 0:0044 0:0061 061 00:0025 025 0:0065 069 0:0007004 0:0004 0:0284 284 is on ve is as 5. 10 (H. Y. 1 (2005) 368378 375:0551 551 448 32:4448 0956 1:0862 12:0648 764 916044 0:0044 0:0061 061 00:0025 025 0:0065 069 0:0007004 0:0004 0:0284 284 o ve to ,1:876860766521:37160:499526666666643777777775551 551 448 32:4448 0956 1:0862 12:0648 764 916044 0:0044 0:0061 061 00:0025 025 0:0065 069 0:0007004 0:0004 0:0284 284 0266666666437777777750; 13; 432; 706; 0: ; 13; 432; 706; 0:04a by of a 0, a To to of 1in . of if a 1in . is an To an an N Y. 1 (2005) 36837837614wof It an locat 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 系 别： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及其自动化专业 班 级： 姓 名： 学 号： 外文出处： 机器人和计算机集成制造 21（ 2005） 368 附 件： 1. 原文 ； 2. 译文 2013 年 3 月 夹具定位规划 中 完整性评估和修订 验室，机械工程学系，伍斯特理工学院研究院， 100 路，伍斯特，硕士 01609，美国 2004 年 9 月 14 日收稿 ;2004 年 11 月 9 日修订 ;2004 年 11 月 10 日 发表 摘 要 几何约束是夹具设计中最重要的考虑因素之一。确定位置的解析拟订已发达。然而，如何分析和修改 在 实际夹具设计实践过程中的一个非确定性的定位计划尚未深入研究。在本文中，提出了一种方法来描述 在限制 约束下的重点夹具系统的几何约束状态。 一种限制 约束 下 状态，如果它存在，可以识别给定定位计划。可 以自动识别工件的 所有限制 约束下约束状态的提案。这有助于改善逆差定位计划，并为修订提供指引，以最终实现确定性的定位。 关键词：夹具设计 ;几何约束 ;确定性定位 ;限制 约束 ;过约束 夹具是用 于 制造 工业进 行工件牢固 定 位的一种机制。在零件加工过程中规划一个关键的第一步，夹具设计需要，以确保定位精度和三维工件的精度。 3一般情况下，是最广泛使用的指导原则发展的位置计划。 一个加工夹具定位方案必须满足一些要求。最基本的要求是，必须提供工件确定的位置。 这种观点 指出 ，定位计划生产 的 确定位置，工件不能移动，而至少有一个定位不会失去联系。这一直是夹具设计的最根本的准则之一，许多研究人员关于几何约束状态的研究 表明 ，工件在任何定位计划分为以下三个类别： 1、 良好的约束（确定性）：工件在一个独特的位置 进行配合 ，工件表面 与 6个定位器取得联系。 2、 限制 约束 ：不完全约束工件的自由度。 3、 过约束：工件自由度超过 6 定位的制约。 在 1985年 ,浅田 1提出了满秩为准则雅可比矩阵的约束方程 ,基于分析形成了调研后 ,确定定位。周等 2在 1989年制定了在确定性 定位问题上使用螺旋理论。结果表明 ,定位矩阵的定位需要压力满秩达到确定的位置。该方法的确定通过无数的研究。王等 3考虑定位工件的接触的影响，而采用点接触面积。他们介绍了接触矩阵，并指出，两个接触的机构不应该有平等的，但在接触点曲率相反。卡尔森 4认为，可能没有足够的应用，如一些不是非棱柱的表面或相对误差近似 的 非小线性。他提出一个二阶泰勒展开，其中也考虑到定位误差相互作用。马林和费雷拉 5应用周 对 3定若干按照规则的规划。尽管众多的位置上的确定分析研究 很 少注意非确定性分析的位置。 在浅 田的拟定方案中 ,他们假设工件夹具元件和点之间的联络无阻力。理想的位置 q*,而应放置工件表面和分片，可微函数是 图 1)。 表面函数定义为 :gi(q*)=0是确定的 ,应该有一个独一无二的解决方案为下列所有定位方程组。 gi(q)=0,i=1,2,.,n (1) 其中 向 ,代表了工件的定位和方向。 只有考虑到目标位置 q*附近在 处 : 浅田表明 (2) 阵式所示 （ 3）。确定定位 如果雅可比矩阵满秩，可满足要求。 (2)只有 q=q*一个解决办法 (3) 在 1个 3 ，一个约束方程的雅可比矩阵的 满 秩 的 约束状态如表1所示。如果 定位 是小于 6，工件是 限制约束 的，即存在至少有一个工件 自由 定位议案不 受 限制的。如果矩阵满秩，但定位 大于 6定位，工件 是 过约束，这表明存在至少一个定位等 ;而几何约束工件被删除不影响的状态。 找出一个模型除了3以 建立基准框架提取等效的定位点。胡等 6已经发展出一种系统的方法 ,对这个用途。因此 ,这则能适用于所有的定位方案。 图 1 表 1 等级 数量的定位 地位 6 过分约束 康等 7遵循这些方法和他们实施制定的几何约束分析模块其自动化的计算机辅助夹具设计的核查制度。他们 的 统可以计算出雅可比矩阵和它的排名来确定定位的完整性。它也可以分析工件的位移和灵敏度定位错误。 熊等人 8提出的等级检查方法的定位矩阵 附件 )。他们还介绍了左 /右边的定位矩阵广义逆理论 ,分析了工件的几何误差。结果表明 ,定位及发展方向误差 X 和位置误差 r 的工件定位相关如下 : 在受限 : X=r, (4) 约束 : X=(1r, (5) 过 分 约 束 : X=1 r+(1 , (6) 是 任意一个向量。 他们还介绍了从这些矩阵的几个指标，评价定位配置，其次是通过约束非线性规划的优化。然而，他们的研究分析，不涉及非确定性定位的修订。目前，还没有就如何处理与提供确定的位置 的 夹具设计系统的研究。 如果不确定性的位置达到夹具系统设计的 要求 ，设计师知道约束状态是什么，以如何改善设计是 非常 重要的 条件 。如果夹具系统是过度约束， 是理想定位需要的 不必要的 信息 。而下约束时，所有有关知识约束工件的议案，可以引导设计师选择额外的定位或 使得 修改定位计划更有效。的总体战略定位计划表征几何约束的状态描述图 2。 在本文中 ,定位矩阵秩的几何约束的施加评价状态 (见附件为获得的定位矩阵 )。确定需要六个定位器定位提供矩阵的满秩定位 如图 3 所示 ,在给定的定位器数量 n,定位法向量 ai,bi,定位的位置 xi,yi,每一个定位器 ,i=1,2,.,n,n*6 定位矩阵可以确定如下 : （ 7） 当等级（ =6， n=6 时，是工件良好约束。 当等 级（ =6， n6 时 ;是工件过约束。 这意味着（ 不必要的定位在定位方案上。工件将不存在限制（ 位器。这种状态的数学表示方法 ,那就是（ 定位向量矩阵 ,可表示为线性组合的其他六行向量。 图 2 几何约束状态描述 图 3 一个简化的定位方案。 定位方案，提供了确定性的位置。发达国家的算法使用下列方法确定不必要的定位： 1、找到所有的（ 合定位的。 2、为每个组合 ,从（ 位器确定定位方案。 3、重新计算矩阵秩的定位为左六个定位器。 4、如果等级不变 ,被删除的 (位器是负责过约束状态。 这种方法可能会产生多种解决方案，并要求设计师来决定哪一套不必要的定位应该被删除 以 最佳定位性能。 当等级（ 6,工件的 限制 约束。 3。算法的开发和实施 在这里待开发的算法，将致力于提供信息的不受限运动工件在不足的约束状态。假设有 n 个定位器之间的关系的工件的位置 /定向误差和定位误差可以表示为如下 其中， X， Y， Z 轴和 X， Y， Z 轴的旋转，分别是位移。直 接还原铁 第 i 个定位器的几何误差。 定义是正确的广义逆的定位矩阵 了找出所有未受限运动的工件， V = 绍了 V 0. 由于 X） 6 必须存在有非零 V 满足式 ， 每个非零的解决方案的 V 代表一个无约束 运动。每学期的 V 代表该运动的一个组成部分。例如， 0; 0; 0; 3; 0; 0 说 绕 置 ， 0; 1; 1; 0; 0; 0 工件可以沿着由下式给出的方向向量 0; 1; 1 有可能是无限的解决方案。解空间， 然而， 可以构造 6- 基本的解决方案 ， 致力于以下分析，找出基本的解决方案。 示出， 行向量之间的依赖关系：在特殊情况下，例如，所有 于零， V 具有一个明显的解决方案， 1， 0， 0， 0， 0， 0，表示沿 x 轴的位移还没有限制。这是很容易 理解，因为 =0 在此情况下，这意味着相应的工件的位置误差是不依赖任何定位错误。因此，相关的动议未约束的定位器。此外，结合 动议不约束，如果是 X 的元素之一，可以作为其他元素的线性组合表示。然而，它 可以移动向量 定义的 为了找到解决办法一般情况下，以下策略： 1. 在定位矩阵消除依赖的行（ S）。 2。计算 6 不正确的修改后的定位矩阵的广义逆 3 4 规范的自由运动空间。 5 计算未定的 V 6. 基于该算法，一个 C +程序的目的是为了查明受限的状态下，不受约束的 运动。 实施例 1。在一个表面的磨削操作中，位于一个工件的夹具系统上，如示于图。 正常矢量和每个定位器的位置如下： 因此，定位矩阵被确定。 在有限的定位方案 这种定位系统提供了根据有限的定位因为 =5 6， 该程序，然后计算 正确的定位矩阵的广义逆 第一行是公认的依赖行，因为这一行的去除不影响矩阵的秩。“其他五排是独立的行。发现根据独立的行的线性组合规定下约束状态的程序的步骤 5。这种特殊情况下的解决方案是显而易见的，所有系数均为零。因此，所述 =100000这表明，工件可沿 x 方向移动。基于这个结果，一个额外的定位器应该是采用约束沿 x 轴的工件位移。 实施例 2。 图 5 示出了铰接 3位系统。的法线矢量和每个定位器的位置，在这最初的设计如下： 这种配 置的定位矩阵是 610 真正的设计修改 修改定位矩阵变为 修改后的定位矩阵是正确的广义逆 检查的程序依赖行，每一行是依赖其它五个行。不失概括性的，第一行被视为依赖行。 5 5 改进的逆矩阵 根据第 5 步中，计算五个未确定的 V 条件 该矢量表示的位移的组合定义的自由运动，沿 1， 0， 向结合旋转要修改这个定位的配置，另一种定位器被添加到限制这种自由运动的工件，假设定位 除在步骤 1 中。该程序可以也算自由运动的工件，如果一个定位器以外 除在步骤 1 中。这提供了多的设计师的修订选项。 确定性的位置是一个重要的要求夹具定位方案设计。分析标准决定性的地位已经确立。为了进一步研究非确定性状态，提出了一种用于检查几何约束的状态已经研制成功。该算法可以识别欠约束状态，并指示不受限运动的工件。它也承认过约束的状态和不必要的定位器。输出信息，可以帮助设计师来分析和改进现有的定位方案。 参考文献 1 , B.。自动重构夹具的柔性装配夹具的运动学分析。 机器人 6 2 C， ， M。加工装置的自动配置的数学方法分析和综合。反 英工业 1989;111:299 3 Y, , M.。 夹具运动学分析的基础上充分接触刚体模型。 J 制造业 科学与工程 2003;125： 316 4 S。刚性零件的装夹和定位计划的二次灵敏度分析 “。 制造业 2001 年科学与工程 ;123（ 3）： 462 5 , 位计划的运动学分析和综合加工装置 。 制造业 科学与工程 2001 年 ;123:708 6 士论文中，伍斯特理工学院 ;2001 年。 7 , , , 会2:350 8 Y, H, 士顿：爱思唯尔 ;2005 年。 桂林电子科技大学信息科技学院 毕业设计 (论文 )说明书 题 目： 汽车控制箱钻孔工装设计 系 别： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 应用研究 年 月 日 I 摘 要 采用数控回转 机构 可以在一次装夹中完成多道工序加工，缩短辅助时间，减少多次安装所带来的误差。本课题通过对数控回转 机构 的机械结构以 进行了研究，探索数控回转 机构 的组成和工作原理。通过所学专业知识，完成了数控回转 机构 机械部分与电气控制部分的设计，绘制了三维实体装配图。 本文主要对 汽车控制箱 零件一个侧面上的孔尽可能多地一次加工到位，设计了钻孔专用夹具设计。采用一 面 挡销 定位，手工螺旋夹紧方式，经过验证，稳定可靠，可以应用实践当中。 关键词： 回转 机构 ， 蜗杆副 ， 电机 控制 1 C be in a of by of of C of C of of C D on on of as as a in a be in 目 录 摘 要 . I . 1 目 录 . 2 第 1 章 绪论 . 3 题研究意义 . 3 题要求 . 4 控回转机构的工作原理 . 4 控回转机构的发展状况 . 5 外数控回转机构的发展状况 . 5 内数控回转机构的发展状况 . 5 题的现实意义 . 5 文主要研究内容 . 6 第 2 章 回转机构方案设计 . 7 体方案设计内容 . 7 体方案的确定 . 7 体结构设计 . 7 速传动机构的设计 . 7 动方案简图 . 8 构抬起机构设计 . 8 第 3 章 回转机构设计计算 . 10 它参数的确定 . 18 锁性能校核 . 19 第 4 章 工装的结构设计 . 20 第 3 章 钻孔夹具设计 . 20 究原始质料 . 20 位基准的选择 . 20 削力及夹紧力的计算 . 20 3 差分析与计算 . 21 套、衬套选用 . 22 具设计及操作的简要说明 . 23 总结 . 24 参考文献 . 25 致 谢 . 26 第 1 章 绪论 题研究意义 现生产控制箱，下安装铁支架孔均是手工钻孔，花费人力时间太多。 需求 :制作一个工装夹具，能一步到位，自动钻孔， 操作工只需要将零件放进、取出产品即可。 题要求 加工方案的设计。 工装的结构设计。 度分析。 计算机运动仿真。 图纸 12 张左右。 控回转 机构 的工作原理 设计自动回转 机构 ，适使自动回转 机构 在结构上具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力，同时具有快速性、稳定性和高定位精度的重复性。 图 1构 的传动结构示意图 。 图 1自动回转 机构 的传动 结构示意图 1 发信盘 2 推力轴承 3 螺杆螺母副 4 端面齿盘 5 反靠圆盘 6 三相异步电动机 7 联轴器 8 蜗杆副 9 反靠销 10 圆柱销 11 上盖圆盘 12 上体 5 控回转 机构 的发展状况 外数控回转 机构 的发展状况 国外数控机床附件产品的开发应用比较早，经验丰富，再由于技术进步，新材料，新结构的不断出现与应用，使得其产品的可靠性比较高。 国外主要分为日本和欧美两大流派。其产品的特点是夹紧力大 ，采用专用电机，体积小，转矩大，可靠性高，耐磨，可靠性较高。比如，日本日研公司部分回转 机构 的核心部件蜗杆副，蜗轮采用氮化钢，齿部表面采用氮化处理，硬度高；蜗杆为硬质合金蜗杆；整个蜗杆副为硬齿面接触，耐磨。既实现了高速又保证了高可靠性。还有德国的肖特（ 意大利的杜普洛马蒂克（ 巴鲁法迪（ ，他们都有自己的系列、规格和专利。像肖特（ 机构 ，采用行星传动机构，其结构紧凑，传动方向均为同一方向，没有像蜗杆副的降速机构的交叉轴设计，易于一体化布置 。采用牙嵌式齿行离合器的升起和加紧，空行程转角、小效率高，且自锁功能可靠。其控制部分大都与机床一起采用 前国际比较好的系统有西门子，法拉克，三菱等。 内数控回转 机构 的发展状况 我国的 机构 生产还 处 在发展阶段，品种、规格、可靠性等方面还需要有一个完善的过程，远远没有达到成熟。基本上采用传统材料和传统，加上部分外购配套件的可靠性较差造成产品整体的可靠性与外国的差距。 国内部分 机构 回转原理为电机经弹簧理合器带动蜗杆，再由蜗轮带动蜗杆旋转，当机构 转体时，由霍尔元件不断检测 机构 转体是否到 位，到位后霍尔元件发出信号，然后反转锁紧。主要采用有销盘、内齿盘，外齿盘组成的三端齿定位机构实现准确定位。其控制部分主要选用 司的 烟台机床附件厂是目前我国生产 机构 水平最高的厂家，特别是可以生产带刀头的 机构 。该厂家全套引进意大利的生产线，产品属于高档型。 题的现实意义 数控 机构 作为数控机床必需的功能部件，直接影响机床的性能和可靠性。 数控车床回转 机构 的基本要求： 转位准确可靠，工作平稳安全； 按最短路线就近选位，转位时间短； 重复定位精度高； 防水、防屑、密封性优良； 夹紧刚度高，适宜重负荷切削。 文主要研究内容 本设计回转 机构 的工作原理为机械螺母升降转位式。工作过程可分为 机构 抬起、 机构 转位、 机构 定位并压紧等几个步骤。 机构 抬起 当数控系统发出换刀指令后 , 通过接口电路使电机正转 , 经传动装置 2、驱动蜗杆蜗轮机构 1、蜗轮带动丝杆螺母机构 8逆时针旋转 ,此时由于齿盘 3、 4处于啮合状态，在丝杆螺母机构 8转动时，使上 机构 体产生向上的轴向力将齿盘松开并抬起 ,直至两定位齿盘 3、 4 脱离啮合状态 ,从而带动上 机构 和齿盘 产生“上台”动作。 机构 转位 当圆套 8逆时针转过 150时，齿盘 3、 4完全脱开，此时销钉准确进入圆套 8中的凹槽中，带动 机构 体转位。 机构 定位 当上 机构 转到需要到位后（旋转 90、 180或 270），数控装置发出的换刀指令使霍尔开关 9 中的某一个选通 ,当磁性板 10 与被选通的霍尔开关对齐后 ,霍尔开关反馈信号使电机反转 ,插销 7在弹簧力作用下进入反靠盘 5地槽中进行粗定位，上 机构 体停止转动，电机继续反转，使其在该位置落下，通过螺母丝杆机构 7使上 机构移到齿盘 3、 4 重新啮合 , 实现精确定位。 机构 压 紧 机构 精确定位后，电机及许反转，夹紧 机构 ，当两齿盘增加到一定夹紧力时， 电机由数控装置停止反转，防止电机不停反转而过载毁坏，从而完成一次换刀过程。 7 第 2 章 回转机构方案设计 体方案设计内容 目前主要为立式四工位 ,通常采用双插销机构实现转位和预定位 ,电机采用右置式或转塔式。一般只能单向转位 ,采用齿轮 ,蜗杆传动 ,螺旋副加紧 ,多齿盘精定位。此种 机构价格便宜 ,适用于要求不高的数控机床 ,在我国应用最为广泛。但是 ,该 机构 工位少 ,回转空间大 ,易发生干涉 ,所以正向工序长 ,回转空间小的卧式 机构 过渡。 高精 度型数控 机构 目前一般多为卧式八工位到十二工位。分为抬起式和不抬起式。抬起式仿意大利巴罗法蒂公司的 构 ,其缺点是转阻塞度不能过高 ,只能单向回转；不抬起式仿意大利 机构 ,采用行星齿轮机构。或仿美国的三联分齿盘精定位 ,转位采用平行分度凸轮(又叫共辄凸轮 )或槽轮机构此种 机构 目前正逐渐推广。 带动力刀具的数控 机构 此种 机构 只有烟台机床附件厂生产 ,全套引进意大利的生产线和专利 ,一般用于车削加工中心。 体方案的确定 根据课题要求，本设计需要转动 4个工位进行钻削加工设计，故选择 4工位设计。 体 结构设计 速传动机构的设计 普通的三相异步电动机因转速太快，不能直接驱动 机构 进行换刀，必须经过适当的减速。根据立式转位 机构 的结构特点，采用蜗杆副减速是最佳选择。蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。 采用蜗轮蜗杆传动和螺旋副加紧、双插销预定位、端面多齿盘精定位、霍尔元件发讯。 动方案简图 图 2动方案简图 （ 3） 传动方案分析 a. 传动机构 采用蜗轮蜗杆传动的主要优点： 降速比大 ,结构紧凑 ,工作平稳无噪声。能阻滞扭转振动。当蜗杆螺旋升角小于摩擦角时 ,有反向自锁作用。 其主要缺点是 : 发热大 ,加工复杂 ,需要有与蜗杆参数相同的涡轮滚刀 ,对装配误差较为敏感。 螺旋副加紧采用丝杠螺母机构传动 ,其特点是： 用较小的扭矩转动丝杠 (或螺母 ),可使螺母 (或丝杠 )获得较大的轴向牵引力。 可达到很大的降速传动比 ,使降速机构大为简化 ,传动链得以缩短。能达到较高的传动精度。传动平稳 ,无噪声。 在一定条件下能自锁 ,即丝杠螺母不能进钉逆向传动。此特点特别适用 于作部件升降传动。由于蜗杆传动和丝杠螺母传动均 能自锁 ,即夹紧机构双重自锁，不必再配置制动器。 构 抬起机构设计 要想使上，下刀体的两个端面齿脱离，就必须设计合适的机构使上刀体抬起。本设计选用螺杆 上刀体内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆 动蜗杆绕中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要么上下移动。当 机构 处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互咬合，因为这时上刀体不能与螺杆一起转动，所以螺杆的 9 转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离咬合时，上刀体就与螺杆一同转动。 第 3 章 回转 机构 设计计算 选择电机类型 : 根据工作要求和条件 : 功率小 ,起动转矩低 ,运转平稳等 ,无需调速、长期反复工作，异步电动机取转速为 1400r/ 电机容量的设计计算 : 由要求 :自锁力 Q=1000 500 处取 Q=1000 螺旋副传动的牙型为梯形螺纹 ,可通过较小的扭矩获得较大的轴向力 ,并要求自锁。梯形螺纹的牙型角 =30o ,则牙型半角 P=15o ,且有 f=于本刀架 锁紧系统中的摩擦是由封闭系统弹性变形力所引起的 ,压力通常超过 3摩擦系数比一般2 3倍 ,取螺杆中径 d=85: / c o f ， / c o s 1 1 . 7a r c tg f 为保证电机驱动力矩消失后刀盘仍处于锁紧状态 ,丝杠螺母传动必须满足自锁条件 : ) , 所以 实验表明 =4 6 有满意效果 ,故取 =5 。 8r/计任务书给出） 可得出传动比：01/ 1 4 0 0 / 2 8 5 0I n n （ 3 计算电机容量 ： /d w （ 3 其中 ,电机所需功率 :工作机所需工作功率 ；a是由电动机至工作 机 主动端的总效率： 1* / 9 5 5 0 n（ 3 41 2 3 4 5a （ 3 其中 1 2 3 4 ， ， ， ，分别为轴承、蜗轮蜗杆、联轴器、滑动丝杠的传动效率。取1=自锁时传动效率 ),3 ,4 120 （设计任务书给出） 4/ 1 2 0 / 0 . 9 8 0 . 4 5 0 . 9 9 0 . 6 4 8 2w d W （ 3 c. 计算螺杆上的扭矩 : 11 19 5 5 0 / 9 5 5 0 0 . 4 8 2 / 1 4 0 0 3 . 3 n N m （ 3 d. 120选取 150技术参数如下： e. 各轴的运动动力参数 各轴转速 I 轴 ( 蜗杆轴 )1n=1400(r/ ( 丝杠螺母、刀盘 )2n=1400/28=50(r/ 各轴输入功率 I 轴 1 2 0 0 . 9 9 1 1 8 . 8 w （ 3 212* 1 1 8 . 8 0 . 9 8 0 . 4 5 5 1 . 3 5 w （ 3 输出功率 I 轴 2* 0 . 9 8 1 1 4 . 1 w（ 3 2 2* 0 . 9 8 5 1 . 3 5 0 . 9 8 4 9 . 3 2I I I w （ 3 : 择蜗杆传动类型 : 根据 10085用渐开线（ 杆，这种蜗杆的端面齿廓是渐开电压 输出功率 转速 输入 功率 质量 380V 120w 1400r/50w 定电流 起动转矩 /:额定转矩 最大转矩 /额定转矩 起动电流 ) 6 线，所以相当于少一个齿数。 择材料 由于蜗杆传动效率不高，速度也只是中等 ,故蜗杆用 45钢 ;因希望效率高些 ,耐磨性好些 ,故蜗杆螺旋要求淬火硬度为 45属模铸造。为了节约贵重的有色金属 ,仅齿圈用青铜制造 ,而轮芯用灰铸铁 齿面接触疲劳强度设计 : 根据闭式蜗杆传动的设计准则 ,先根据齿面接触疲劳强度进行设计 , 再校核齿根弯 曲强度应有 : 23 2 T (4 1） Z，取效率 则 36 6 42221 1 8 . 8 0 . 7 1 09 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 2 . 8 4 1 01 4 0 0 / 5 0 m (4 2) ： 因工作载荷较稳定 ,所以取齿向载荷分布系数 1K 由表 11机械设计第七版 ) 中选取使用系数 于转速不高 ,冲击不大 ,取动载荷系数 则 1 . 2 1 K K （ 4 故 160 P(4 a 的比值1 / 图 11机械设计第七版 ) 中可查得 H 13 根据蜗杆材料为铸锡磷青铜 蜗杆硬度大于 4511机械设计第六版 ) 中查得涡轮的基本许用应力 H=268nN 设计要求寿命为 12000h 则 (涡轮每转一转 ,每个轮齿啮合的次数 ) 714006 0 1 1 2 0 0 0 1 . 9 8 1 051N (4寿命系数： 78 710 0 . 9 1 81 . 9 8 1 0则 0 . 9 1 8 * 2 6 8 2 4 6 . 1H N P (4: 243 1 6 0 3 . 01 . 2 1 3 . 9 2 1 0 5 0 . 7 32 4 6 . 1a m m (4所以取中心距为 5因 i=50，故从表 11m=度圆直径 1d =20 1 ，从图 11 2 . 7 4 3 . 0 ，故以上计算结果可用。轮蜗杆的主要参数及尺寸 : 根据以上计算结果 ,从机械设计第七版第 242 页查得一组数据 : 轴向齿距： a m 1 . 6 5 . 0 2 7P 直径系数： 齿顶圆直径： a 1 1d 2 m 2 0 2 1 . 6 2 3 . 2d m m 齿根圆直径： f 1 1d 2 m 2 0 2 1 . 6 1 6 . 2d m m 分度圆导程角： 1t a n 4 . 5 7 3 9 4 3 4 2 6Za r 蜗杆的轴向齿厚： . 5 2 . 5 1 3 3m m m 5 0; 1 .6; 1 1 2 22 0 ; 1 ; 1 2 . 5 ; 4 3 4 2 6 ; 5 1 ; 0 . 5 0 0d m m Z q z X : 轴向距： 1 . 6 5 . 0 2 7aP m m m 直径系数： 齿根圆直径： 11 2 . 4 2 0 2 . 4 1 . 6 1 6 . 2fd d m m m 齿顶圆直径： 11 2 2 0 2 1 . 6 2 3 . 2ad d m m m 导程角： 4 34 26 轴向齿厚： 1 2 . 62aS m m m 齿数： 2 51Z 变位系数： 2 分度圆直径： 2 1 . 6 5 1 8 1 . 6d m z m m 喉圆直径： 2 2 22 8 1 . 6 2 1 . 6 2 0 . 0 5 1 . 6 8 3 . 2d h m m 齿根圆直径： 2 2 22 8 1 . 6 2 1 . 2 1 . 6 7 6 . 1 6d h m m 喉圆母圆半径： 22115 0 8 3 . 2 8 . 422d m m 核齿根弯曲疲劳强度 : 2 2121 . 5 3 c o a Y M Pd d m(4当量齿数：22 3 3 51 5 1 . 4 9c o s c o s 4 3 4 2 6v (4根据 2 2图 11 机械设计第七版 ) 可查得齿形系数 2 螺 旋 角 系 数 4 3 4 2 61 1 0 . 9 6 7 3 ,1 4 0 1 4 0Y 许用弯曲应力 从表 11机 械设计第七版 ) 查得 56P 。 寿命系数： 69 710 0 . 7 1 72 . 0 2 1 0(4 15 5 6 0 . 7 2 4 0 . 1 9P (4 41 . 5 3 1 . 2 1 2 . 8 4 1 0 2 . 7 5 2 0 . 9 6 7 3 5 3 . 6 0 4 0 . 3 22 0 8 1 . 6 1 . 6F a F M P (4故弯曲强度不满足要求。改用铸铝铁青铜 (模铸造， 其许用应力： 80P （ 4 则 8 0 0 . 7 1 7 5 7 . 3 6P （ 3 所以强度满足。 度等级和表面粗糙度的确定 : 考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动 ,属于通用机械减速器 ,从 柱蜗杆、蜗轮精度中 ,选择 8级精度 ,侧隙种类为 f， 标注为 8f 轮蜗杆的结构 : 蜗杆的结构 :由于蜗杆螺旋部分的尺寸不大，蜗杆与轴制成一体。 蜗轮的结构 : 由于 D 10采用整体式铸造 . 杆传动的热平衡计算 : 蜗杆传动效率低 ,所以工作时发热量大 如果产生的热量不能及时发散 ,将因温度不断升高 ,而使润滑油 稀释 ,从而增大摩擦损失 ,甚至发生胶合 必须根据单位时间的发热量 H 等于同时间内的散热量 条件进行热平衡计算 在规定条件下 ,保持正常的工作温度所需要的散热能力 ,面积为： 20 )()1(1000 (4 为蜗杆传递的效率；d为箱体 的表面传热系数取 （ ./10 2 ） 0 700 温情况取 C20 223 7 2 00 7 070(10 )01 2 01 0 0 0 (4 1 ，所以热平衡条件满足。 杆螺母传动的设计计算： 杆材料的选择： 由于机床丝杆螺母的主要失效形式是磨损，以及切削细长螺纹时时刀具磨损使丝杠产生表面缺陷和较大的内应力，所以选择丝杆材料及热处理，应从高的耐磨性，良好的加工性能及长期的尺寸稳定性来进行考虑。选择合金钢 40级精度，淬硬，热处理使之具有相当的耐磨性。 母材料的选择： 螺母材料选用铸锌铅青铜 然 但成本太 高 杆螺母几何尺寸的计算： a. 选用 距 t=12b. 丝杆螺母尺寸： 大径： d=46 小径： 1d =40径： 3)4046(21)(21 12 螺母外径： 710 螺母小径： 151 螺母中径： 4)4147(21)(21 12 线速 n=1。由于连接螺纹要求自锁性。故多用单线螺纹，若要求传动效率高则采用双线或三线螺纹。 导程： S=P=12纹升角： a g 17 当量摩擦角： ，由于选用的是 30 的梯形螺纹， 302 因而 15 。当 f= o ， ， 此丝杆能自锁。 c. 丝杆螺母的传动效率和驱动扭矩的计算： 效率： ( 驱动扭矩 M：设所受的轴向力 P,则螺纹中径 2d 的圆周力为 )( 驱动扭矩 2)( 2 ， 2， 2)( （ (4 16) d. 校核滑动螺旋传动： 滑动螺旋工作时，主要承受转矩及轴向拉力（或压力）的作用，同时在螺旋和螺母的旋合纹间较大的相对滑动。主要的失效形式是螺纹磨损。因此滑动螺旋的基本尺寸 (即螺杆直径和螺母高度 )，通常是 根据耐磨性条件确定的。对于受力较大的传动螺旋，还应校核螺杆的危险截面以及螺母纹牙的强度，以防止发生塑性变形和断裂。对于精密传动螺纹还应该校核螺杆的刚度。 耐磨性校核： 图 4盘齿形图 作用于螺杆的轴向力 )(要是刀盘重力。 螺纹的承压面积（指螺纹工作投影到垂直于轴向力的平面上的面积）为 A( 2, 螺纹中径 2d （ 纹工作高度 h，螺纹螺距为 P(螺母高度 H(螺纹的工作圈数n=H/p. 2d =43 h=25 P=12=64 n=H/P=5 则螺纹工作面的耐磨性条件为： M p 822 （ 4 e. 强度计算： 空心轴工作时 ，承受轴向力 的作用，螺杆切应力的作用。螺杆危险截面上既有压缩应力，又有切应力。在校核时根据第四强度理论，求出危险截面的应力 212 )4(31 (4 2221 (434331 r (42)( 2v (4 o o s a r c r c ， (432 ， Q=( 43/2= (4M (31 22212 (4 M p 6 046 4 04 , 它参数的确定 由于机床丝杆螺母的主要失效形式是磨损，以及切削细长螺纹时时刀具磨损使丝杠产 生表面缺陷和较大的内应力，所以选择丝杆材料及热处理，应从高的耐磨性，良好的加工性能及长期的尺寸稳定性来进行考虑。选择合金钢 40 级精度，淬硬，热处理 19 使之具有相当的耐磨性。 螺母材料选用铸锌铅青铜 然 常耐磨， 但成本太高 锁性能校核 根据 要求， 要求具有自锁能力，所以必须对 蜗轮蜗杆 的自锁情况进行验算。所需用到的公式2a rc ta n 式中 表示螺旋升角， S 表示导程， 表示牙型角， ， 代入数据计算得到螺纹升角约为 通常使用值小于这个度数。 2）a r c t a n c o 式中v表示当量摩擦角， f 表示螺旋副的摩擦系数， 查表0 0 f ，取 第 4 章 工装的结构设计 第 3 章 钻孔夹具设计 究原始质料 利用本夹具主要用来钻 3 孔，加工时要满足粗糙度要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。 位基准的选择 由零件图可知：在对 3 进行加工前，底平面进行了粗、精铣加 定位、夹紧方案有： 图中对孔的的加工没有位置公差要求，所以我们选择 底平面和挡销 定位基准来设计钻模，从而满足孔 的加工要求。工件定位用底面和两孔定位 限制 5个自由度。 削力及夹紧力的计算 钻该孔时选用：钻床 具用高速钢刀具。 由参考文献 5查表 721 可得： 切削力公式： 1 f K式中 d=50 /f m m r 查表 821 得： 0 ()736其中： 即： 9 5 5 ( )际所需夹紧力： 由 参考文献 5表 1 2 12 得： 12 有：120 . 7 , 0 . 1