在分度机构旋转工作台的设计毕业论文

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸编号： 毕业设计(论文)说明书 题 目： 在分度机构旋转工作 台的设计 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械电子工程 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 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 2013年5月30日摘 要 本课题研究的题目为在分度机构回转工作台的设计，此工作台配合激光焊接机共同使用。本课题的设计从激光焊接的特点出发，针对焊接时焊枪不宜360度全方位旋转与焊接时速度不宜过快等特点，设计出一个能在水平工作面带动工件360度全方位旋转的工作转台，同时为了能提高焊接加工的效率，工作转台设计为多工位旋转工作台。从而达到一次性装夹多个工件进行加工。相对于传统机械分度头，操作方便，分度精度高，生产效率高。本工作台的工作原理：首先从加工零件的装夹出发，设计加工的零件为圆柱体，装夹机构分为主动顶杆与从动顶杆，从动顶杆可在水平方向移动一定距离，装夹时，工件水平放置与主动顶杆与从动顶杆之间，由动顶杆提供夹紧力讲工件夹紧。然后是工作台工位的布置，工作转台为两对称分布的圆盘，中间由一空心轴连接，工位则均匀的分布在圆盘上面。最后是工作台的运转，工作台运转可分为公转与自转，自转体现在工位的自转，带动工件自转完成焊接；公转体现在工作转台的旋转，实现加工工位之间的转换。公转采用间歇式旋转，而其停顿的时间恰为工位自转一周所用时间。公转的间歇式运动由步进电机实行。关键词：分度回转工作台；多工位；公转与自转Abstract The topic of this topic research for dividing mechanism in the design of the rotary table，The workbench with common use laser welding machine.This topic design starting from the characteristics of laser welding,For welding when the welding torch is unfavorable and 360 - degree rotating and welding velocity shoulds not be too fast and other characteristics,Design a 360 - degree can drive in a horizontal face workpiece rotating turntable work, at the same time in order to improve the efficiency of the welding processing, multiple location rotary worktable turntable design work. So as to achieve more than one-time clamping the workpiece for machining. Compared with traditional mechanical dividing head, easy operation, high indexing precision, high production efficiency. This workbench works: first, starting from the clamping of machining parts, design machining parts for the cylinders, the clamping mechanism is divided into driving plunger and driven push rod, driven push rod can move in horizontal distance, the clamping, the workpiece is placed and active between plunger and driven push rod, provided by the moving plunger clamping force of clamping workpiece. Workbench station layout, and then works turntable disc into two symmetrical distribution, center consists of a hollow shaft connection, location is evenly distributed on the disc. Finally workbench, the workbench is running can be divided into the revolution and rotation, the rotation is in the location of the rotation, drive the workpiece rotation to complete welding; The work embodied in the rotation of the turntable, realize conversion between processing station. Revolution of using intermittent rotation, and rotates the pause time to station used time. Revolution of intermittent movement by stepper motor.Key words:Indexing rotary table; Transfer; The revolution and rotation 目 录引言11.1 国内外转台简介12 工作台的方案设计及相应尺寸设计12.1 设计要求12.2 设计方案的选择22.3 设计方案的确定32.4 工作台台体设计计算42.4.1 初定工位数42.4.2工位滚动轴承的选择42.4.3 工作台台体尺寸的确定62.4.4 工作台的设计73 工作台动力系统设计73.1 传动比的设定73.2 公转与自转时的最大回转速度83.3 步进电机选择84 齿轮减速机构的设计94.1 自转工作台用于驱动工位自转的齿轮设计95 蜗轮蜗杆设计105.1 公转蜗轮蜗杆设计115.1.1.选择蜗杆传动类型115.1.2.材料的选择115.1.3.按齿面接触疲劳强度进行设计125.1.4校核蜗轮抗弯强度145.1.5 蜗杆、蜗轮股部分尺寸的计算145.1.6热平衡计算155.2 自转蜗轮蜗杆设计155.2.1 选择蜗杆传动类型155.2.2.材料的选择155.2.3按齿面接触疲劳强度进行设计155.2.4校核蜗轮抗弯强度175.2.5 蜗杆、蜗轮股部分尺寸的计算175.2.6热平衡计算186 轴的设计186.1 主轴的材料选取186.1.2 初步估算轴的最小直径186.1.3按扭转强度校核轴的强度186.1.4 按弯扭组合校核轴的强度196.1.5 拟定装配方案196.1.6 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度196.1.7 计算过程206.1.8按弯扭合成应力校核轴的强度226.1.9精确校核轴的疲劳强度226.2 蜗杆传动轴的设计246.2.1 轴的材料选取256.2.2 初步估算轴的最小直径256.2.3按扭转强度校核轴的强度256.2.4 按弯扭组合校核轴的强度256.2.5 拟定装配方案256.2.6 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度266.2.7 计算过程266.2.8 按弯扭合成应力校核轴的强度286.2.9 精确校核轴的疲劳强度297 顶杆的设计317.1 主动顶杆的设计317.2 从动顶杆设计328 轴承设计338.1 计算过程348.1.2 轴承的轴向力计算348.1.3 轴承的当量动载荷348.1.4轴承的动载荷C358.2其他轴承的选择359 法兰设计3510 键的选择3610.1 公转蜗轮键连接3710.2 工作转台键连接3711 螺纹连接3811.1螺栓连接的设计3811.1.1螺栓组的设计3811.1.2 螺栓受力分析3811.1.3 确定螺栓直径3911.2 螺钉连接的设计3912 箱体的设计4012.1箱体的主要功能4012.2箱体的分类4012.3 箱体结构设计4113 润滑4114 总结41谢词43参考文献44引言 旋转工作台是各种机床上必不可少的配件，目前应用在各种铣床、数控机床和激光焊接机床上，它配合步进电机的自动分度加工再继续领域有更大的应用。旋转工作台的的功能多少于精度高低直接关系到机床加工效率与工件质量。一个国家实力的强弱很大方面取决于工业能力强弱，本次毕业设计着力于设计一个高质量高精度的带分度机构的多工位旋转工作台。1.1 国内外转台简介 改革开放以来，在全球化经济体系的推动下，引进了国外各种先进技术。其中分度回转工作台的运用得到了广泛推广，各种新型工作台不断被引进，同时我国也自主研制和开发了一批适用、高效性的分度回转工作台。本次设计的意义是设计出一套结构简单、实用性强、精度系数比较高的自动分度回转工作台，并能满足生产和加工的需要。 分度回转工作台作为数控机床中的一个非常大的部分，研究其设计、制造过程是非常有实际的工程应用价值。数控工作台的应用非常多，而数控工作台像自动分度回转工作台的研究必然有着其实际的意义。 工作台直径是转台主参数，目前我国专业生产厂制造的转台有手动和手动机动两种，全是水平式，规格有200,250,320,400,500五种，分度精度按部标为3。国外转台品种繁多，按驱动控制方式可分为电动、气动、浓压和数控。按分度方式可分为机械、光学、数显、端齿盘、钢球、电感和多面体。工业水平发达的国家的转台品种多、规格全、精度高。没有单一的转台生产厂，如西德霍夫曼公司生产七十多个品种规格的转台，日本津田驹工业株式会社也有四十多种，这两家还生产多种分度头，有的产品既是转台又是分度头，而机床附件又都仅是这两家公司的一部分。在分度精度上首推美国莫尔公司的1440齿机械分度转台，其精度高0.1。瑞士的西浦公司生产200-450mm八种规格的转台，分度精度在4-18之间。在锁紧机构上采用钢盘机构，不致使工作台面因受力而变形。2 工作台的方案设计及相应尺寸设计2.1 设计要求 设计一套水平轴旋转多工位工作台，该工作台具有自转和公转功能。这是激光焊装备中的一个自动化设备，用于激光焊接自动化生产线上。如图21工作台示意图所示，该工作台用于激光焊，其具体工作情况为：各工位自转作连续转动；各工位公转（工作台台体旋转）作间歇转动，每旋转一个工位（旋转角度360/工位数）便停顿一下，停顿时间恰好等于工位自转一周所需的时间。其总体尺寸如下：工作台长a400mm工作台宽b400mm工作台高h450mm工作数：由具体设计而定自转速度：130转/分公转速度：10转/分分度误差：5零件尺寸：3050mm （如图22）图21 工作台示意图 图22 加工工件2.2 设计方案的选择 此次课题的方案设计采用分凑法，从整体原理图出发，把各机构拆散分开，接着再按各机构需要达到的功能着手，根据不同的工作原理拟定多种不同的方案，最后经过综合分析组合出最佳方案。（1） 电机的选择 为了实现工作台的间歇运动，电动机可以采用由单片机控制的步进电机，也可以采用由伺服电机加槽轮机构的组合。（2） 减速器的选择 常用的减速器有齿轮机构、蜗轮蜗杆机构 方案一： 工作台公转：伺服电机蜗轮蜗杆槽轮机构工作台 工作台自转：伺服电机齿轮减速器自转大齿轮多个自转小齿轮 方案二： 工作台公转：步进电机齿轮减速器工作台 工作台自转：步进电机齿轮减速器自转大齿轮多个自转小齿轮 方案三： 工作台公转：步进电机蜗轮蜗杆工作台 工作台自转：步进电机蜗轮蜗杆自转大齿轮多个自转小齿轮2.3 设计方案的确定 各方案分析： 方案一采用伺服电机加槽轮机构来实现工作台公转时的间歇运动，此方案缺点在于电动机需一直进行运转，长时间工作时增加了电量的消耗与电机的磨损，同时槽轮机构在长时间的工作中也会磨损，造成生产上的误操作。 方案二采用步进电机实现对工作台公转时的间歇运动，解决了方案一的问题，但是由于公转时要求的转速比较低，直接采用齿轮减速时，则需要齿轮的尺寸将会很大，不便于安装也浪费材料。方案三采用了蜗轮蜗杆减速器机构，利用蜗轮蜗杆的大传动比，实现了转速的完美转化综合分析，此次课题采用方案三的设计原理进行设计。根据方案设计，画出工作台示意草图。见图23图 23 工作台示意图草图2.4 工作台台体设计计算2.4.1 初定工位数 根据课题任务所给工作台的尺寸限制，通过绘制装配图草图，现先初选工作台的工位数为10个。如果本工作台工位数为10，则可知每工位分度为：=360/10=36，又由于所给定的加工工件为3050，则可大概确定顶杆的最小截面为15，顶杆要转动必须有滚动轴承来配合，出于加工各装配工艺上的考虑，配合滚动轴承处必有一轴肩图241所示。则D15，要确定D的具体尺寸则必须选出滚动轴承的型号。 图241 轴承与轴的配合2.4.2工位滚动轴承的选择通过查阅资料对各种滚动了解相互比较，认为工位顶杆上装圆锥滚子轴承更为合适。圆锥滚子轴承：1. 结构特点：圆锥滚子轴承为分离行结构，其内圈外圈和滚动体都为锥型，若各锥面面线延长，则将交与轴承心上一点，从而保证了圆锥滚子轴承的最佳滚动状态。圆锥滚子轴承可以承受很大的径向和轴向的联合载荷，轴承承受轴向载荷的能力决定于轴承内部接触角即外圈滚道角度。接触角越大，轴向载荷能力也越大。圆锥滚子轴承在径向载荷作用下会产生附加轴向力。应注意，由于轴承轴向游隙过小会使温升较高，偏大则轴承容易损坏，因而时的调整要特别仔细，必要时可采用预过盈安装以提高友承刚性。2. 载荷与转速特性：这种轴承受径向载荷为主的联合载荷能力得多。但其允许工作转速则低于相应的圆柱滚子轴承，这种轴承一般不单独来承受径向载荷。3. 轴向限位能力和对轴线歪斜的敏感性：单只这种轴承在一个方向有严格的轴向限位能力，成对使用可以限制轴承在两面的轴向相对移动，有较大的支承角度刚性。它对轴线歪斜十分敏感，不充许轴相对外壳有倾斜。4. 适用范围：适用于刚性的双支承轴，一般在轴端面彼此相对。 由于在焊接时为了确保激光束能准确地打到工件焊缝上（见图242）,工件在轴向必有严格的位置限制，从而使顶杆在轴向有严格的位置限制，而单只圆锥滚子轴承只能限制轴向单面位置，故在顶杆上装一对面对面圆锥滚子轴承将顶杆轴向两面位置限死。如图243。图242 工件的焊接图243 顶杆滚动轴承的装配通过查表可知该滚动轴承应该选用：滚动轴承 30204型，从而可推出D20mm。则轴承端盖（见图244）如下： 图244 轴承端盖 d1=d3+1=6+1=7mm （21） D0=D+2.5d3=47+15=62mm （22） D2=d0+2.5d3=62+15=77mm （23） e=6mm m=8.5mm2.4.3 工作台台体尺寸的确定由于有10个工位，每工位分度角度为36。假设每两端盖间缝隙为0。如图245所示。则有：图245 工位示意图 （24） （25） 则工位到轴心的距离a为125mm，实际上两端盖的缝隙不可能为0，必须大于0。故可将a值为150mm。2.4.4 工作台的设计根据预算的中心距和工位数，结合装配图设计出工作台如图246。 图 246 工作台3 工作台动力系统设计3.1 传动比的设定 系统要实现的参数： 自转速度：130转/分公转速度：10转/分分度误差：5总传动比为各级传动比的乘积，分配总传动比，即各级传动如何取值，是设计中的重要问题。传动比分配得合理，可使传动装置得到较小的外廓尺寸或较轻的重量，以实现降低成本和结构紧凑的目的；也可以使传动零件获得较低的圆周速度以减小动载荷或降低传动精度等级；还可以得到较好的润滑条件。要同时达到这几方面的要求比较困难，因此应按设计要求考虑传动比分配方案，以满足某些主要要求。为了保证工作台分度精度，传动比需要很大，同时为了保证结构尺寸，将公转时蜗杆传动比设定在25；将自转时蜗杆传动比设定在33，但自转时需要用大齿轮带动小齿轮，此为一加速机构，自转大齿轮与小齿轮传动比为5，即传动系统的总传动比为33/5。3.2 公转与自转时的最大回转速度 公转时，转速为10r/min 由公式 （31） 自转时最高转速为30r/min 取电机转速为200r/min进行计算。3.3 步进电机选择 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 选择步进电动机包括确定型号、结构、步距角、功率和转速，并在产品目录中查出其尺寸和型号。 步进电动机又称脉冲电动机或为阶跃电动机，步进电机有三大部分组成：步进电动机本体，步进电动机控制器及步进电动机驱动器。 选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到工作台所需的脉冲当量。 此次设计对步进电机的选择过程不做详细介绍，往下的计算为了能满足工作强度的要求，电机的转速均按3.2求得的最大转速进行计算，由于自转时要带动多个工位的同时旋转，所以讲自转步进电机扭矩选择稍大一些，最终结果如下表3-3-1。表 3-3-1 电机的选择型号相数步距角（。）相电流（）保持转矩（转动惯量（gcm2)重量（）自转130BYG350CH-06020.6/1.26.0232500013.5公转110BYG550D-030150.36/0.723.0181950010.44 齿轮减速机构的设计 齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。在所有的机械传动中，齿轮传动应用最广，可用来传递相对位置不远的两轴之间的运动和动力。 齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。例如传递功率可以从很小至几十万千瓦；速度最高可达300m/s；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。但是制造齿轮需要有专门的设备，啮合传动会产生噪声。 根据两轴的相对位置和轮齿的方向，可分为以下类型：圆柱齿轮传动；锥齿轮传动和交错轴斜齿轮传动。根据齿轮的工作条件，可分为：开式齿轮传动式齿轮传动，齿轮暴露在外，不能保证良好的润滑；半开式齿轮传动，齿轮浸入油池，有护罩，但不封闭；闭式齿轮传动，齿轮、轴和轴承等都装在封闭箱体内，润滑条件良好，灰沙不易进入，安装精确，齿轮传动有良好的工作条件，是应用最广泛的齿轮传动。 4.1 自转工作台用于驱动工位自转的齿轮设计 由于自转工作台用于驱动工位自转的齿轮只承受轻微的扭矩，所以只对其进行尺寸设计，本次课题设计的工位数为10。 选用标准直齿圆柱齿轮传动，标准安装，正常齿制。已知模数m=2，标准中心距a=150mm，传动比i=5。 1 大小齿轮的齿数 由公式 （41） （42） 得 （43） 取小齿轮齿数=25，则有大齿轮=。 因为所算得齿数为整数，所以不必验算传动比。 2 大小齿轮的主要尺寸计算。 (1) 计算分度圆直径 （2）齿轮齿宽 取，。 （3）齿距 （4）齿根高 （5）齿顶高 （6）齿顶圆直径 （7）齿根圆直径 (8) 基圆直径 (9) 齿厚 5 蜗轮蜗杆设计 蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，一般蜗杆为主动件。蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分，分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆，即蜗杆转一周，涡轮转过一齿，若蜗杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转一周，涡轮转过两个齿。 蜗杆传动有以下特点 （1）.可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑。 （2）.两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构。 （3）.蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小。 （4）.具有自锁性。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。如在起重机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起安全保护作用。 （5）.传动效率较低，磨损较严重。蜗轮蜗杆啮合传动时，啮合轮齿间的相对滑动速度大，故摩擦损耗大、效率低。另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置，因而成本较高。 （6）.蜗杆轴向力较大。常用蜗轮蜗杆分类： 按蜗杆螺旋线方向的不同蜗杆传动有右旋和左旋之分。除特殊需要外一般都采用右旋。两者工作原理和设计方法相同。 按蜗杆头数的不同，可分为单头蜗杆和多头蜗杆。单头蜗杆主要用于大传动比的场合，要求自锁的蜗杆传动必须才用单头蜗杆。多头蜗杆主要用于传动比不大和要求效率较高的场合。 按蜗杆形状的不同，可分为圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动三类。普通圆柱蜗杆的齿面一般是在车窗上用直母线切削刃的车刀切制的刀位置不同，所加工出的蜗杆齿面在不同截面中的齿轮廓线也不同。可分为阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、锥面包络蜗杆、法向直廓蜗杆和圆弧圆柱蜗杆。5.1 公转蜗轮蜗杆设计 此次设计中用于驱动转台自传的蜗轮蜗杆为闭式普通圆柱蜗杆（图511）。由设计方案可知，蜗杆的转矩由步进电机经齿轮传动给出，而公转时步进电机的保持转矩为18Nm，蜗杆转速n=250r/min，蜗杆头数Z1=2，传动比为i=25,要求寿命为40000h。5.1.1.选择蜗杆传动类型 根据GB/T100851988的推荐，采用渐开线蜗杆。 5.1.2.材料的选择 (1)蜗杆材料 常用的蜗杆材料有碳钢和合金钢两类。按热处理的不同可分为硬面蜗杆和调质蜗杆，设计时应首先考虑选用硬面蜗杆，但要注意硬面蜗杆制造时必须磨削，在缺乏磨削设备或蜗杆传动承受短期冲击载荷作用时，可选用调质蜗杆。常用的蜗杆材料及工艺要求、材料牌号、热处理、硬度、齿面粗糙度Ra/m 如下：40Cr,40CrNi,42SiMn,35CrMo,38SiMnMo 表面淬火 4555HRC 1.60.8 20Cr,20CrMnTi,16CrMn,20CrV 渗碳淬火 5863HRC 1.60.8 45,40Cr,42CrMo,35SiMn 调质 350HBS 6.33.2 38CrMoAlA,50CrV,35CrMo 表面渗氮 6570HRC 3.21.6 图 511 蜗轮蜗杆传动 (2)蜗轮材料 蜗轮材料通常是指蜗轮齿冠部分的材料。考虑到蜗杆传动难有高的接触精度，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，通常蜗轮用减摩性良好的软材料来制造。设计时可根据滑动速度选择蜗轮材料。通常的材料如下。 1铸造锡青铜。其耐磨性最好，抗胶合能来高，易加工，用于重要传动，允许的滑动速度可达25m/s，但是价格昂贵。常用的有ZcuSn10Pb1、ZcuSnPb5Zn5，其中后者常用于小于12m/s的传动。 2铸造铝青铜。强度较高但价格教锡青铜便宜，其他性能均比锡青铜略差，一般用于小于4m/s的传动，且与之配套的蜗杆硬度不低于45HRC。常用的有ZuAl10Fe3、ZcuAl10Fe3Mn2等。 3灰铸铁。其各项性能远不如前面两类材料，但价格便宜。适用于小于2m/s的低速、且对效率要求不高的一般传动。 此次设计考虑到蜗杆传动效率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求蜗杆螺旋齿面淬火，硬度为45-55HRC。蜗轮用铸铝青铜ZCuSn10P1砂型铸造。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HT100制造。5.1.3.按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面解除疲劳强度进行设计、再校核齿根弯曲疲劳强度。 （1） 确定作用在蜗轮上的转矩 由 （51） 估取效率0.8，则 （52） （2）确定载荷系数 因为工作载荷较稳定，故取载荷分布不均匀系数；由资料查得；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数；则 （53） (3)确定许用应力H 1）根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，砂型铸造，蜗杆螺旋齿面硬度，45HRC 可查得蜗轮的基本许用应力 = 200MPa。 2）应力循环次数 （54） 3）寿命系数 （55） 则 （56） 4）复合参数 根据 =109.3/，由资料查得=112/时，得 （57） m=2mm ，q=14.，=28mm，。 5）蜗杆导程角 （58） 6）滑动速度 （59） 7）效率 由资料查得，所以蜗杆传动的啮合效率为 （510） 与初估的=0.8相差较大，需要重新计算 8）重算复合参数 所以原参数正确。 9）验算蜗轮圆周速度 （511）在初步估计的范围内。5.1.4校核蜗轮抗弯强度 （1）许用弯曲应力 1）由资料查得，=64MPa 2）寿命系数 （512） 确定许用弯曲应力 （513） 3）齿形系数 按当量齿数 ，由资料查得=2.20。 4）抗弯强度条件 （514） 满足抗弯强度条件。5.1.5 蜗杆、蜗轮股部分尺寸的计算 （1）中心距 （2）蜗杆尺寸 齿顶高 齿根高 齿全高 齿顶圆直径 齿根圆直径 （3）蜗轮尺寸 蜗轮齿顶圆直径 齿根圆直径 外圆直径 齿宽 5.1.6热平衡计算 取室温，许用温度，散热系数，得所需的最小散热面积 （515） 设计减速器时，应使其箱体的散热面积大于19,否则应采用强制散热措施。5.2 自转蜗轮蜗杆设计 此次设计中用于驱动转台自传的蜗轮蜗杆为闭式普通圆柱蜗杆。由设计方案可知，自转时步进电机的保持转矩为23Nm，所以取蜗杆的转矩为23Nm，蜗杆转速取n=200r/min，蜗杆头数Z1=2，传动比为i=33,要求寿命为50000h。5.2.1 选择蜗杆传动类型 根据GB/T100851988的推荐，采用渐开线蜗杆。 5.2.2.材料的选择 (1)蜗杆材料 自转蜗杆的工作情况跟公转蜗杆工作情况相似，所以选用相同的材料，故蜗杆用45号钢为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求蜗杆螺旋齿面淬火，硬度为45-55HRC。蜗轮用铸铝青铜ZCuSn10P1砂型铸造。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HT100制造。5.2.3按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面解除疲劳强度进行设计、再校核齿根弯曲疲劳强度。 （1） 确定作用在蜗轮上的转矩 由 按=2，估取效率，则 （2）确定载荷系数 因为工作载荷较稳定，故取载荷分布不均匀系数；由资料查得；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数；则 (3) 确定许用应力H 1）根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，砂型铸造，蜗杆螺旋齿面硬度，45HRC可查得蜗轮的基本许用应力 = 200MPa。 2）应力循环次数 3）寿命系数 则 4）复合参数 根据 =97.6/，由资料查得=112/时，得 m=2mm ，q=14.，=28mm，。 5）蜗杆导程角 6）滑动速度 7）效率 由资料查得，所以蜗杆传动的啮合效率为 与初估的=0.8相差较大，需要重新计算 8）重算复合参数 所以原参数正确。 9）验算蜗轮圆周速度 在初步估计的范围内。5.2.4校核蜗轮抗弯强度 （1）许用弯曲应力 1）由资料查得，=64MPa 2）寿命系数 确定许用弯曲应力 3）齿形系数 按当量齿数 ，由资料查得=2.17。 4）抗弯强度条件 满足抗弯强度条件。5.2.5 蜗杆、蜗轮股部分尺寸的计算 （1）中心距 （2）蜗杆尺寸 轴向齿距 导程 齿顶高 齿根高 齿全高 齿顶圆直径 齿根圆直径 （3）蜗轮尺寸 蜗轮齿顶圆直径 齿根圆直径 外圆直径 齿宽 5.2.6热平衡计算 取室温，许用温度，散热系数，得所需的最小散热面积 设计减速器时，应使其箱体的散热面积大于19.2,否则应采用强制散热措施。6 轴的设计 轴是机器的最重要的零件之一，如数控机床的主轴，减速器中的齿轮轴，汽车的前后桥与变速器之间的传动轴和内燃机中的凸轴等。轴的主要功能是支撑旋转或摆动的零件，传递运动和动力。轴的设计，主要是根据轴的工作要求、制造工艺及轴上零件的安装、调整等要求，选用适宜的材料，进行结构设计和强度计算，合理地定出轴的结构形状和尺寸，必要时还应验算轴的刚度，高转速的轴还应考虑振动问题。轴的类型较多，一般多按轴的承载情况和形状对轴进行分类。按轴的承载情况分类可分为：心轴、传动轴、转轴。按轴的形状分类可分为：直轴、曲轴、挠性钢丝轴。本次课题根据要求选用的主轴为心轴。6.1 主轴的材料选取 由机械零件设计手册中的图表查得：选45号钢，调质处理，HBS217255 。抗拉强度极限b640MPa，屈服强度极限s355MPa，弯曲疲劳极限1275MPa，剪切疲劳极限1155MPa，许用弯应力1=60MPa。 6.1.2 初步估算轴的最小直径 由设计要求可知轴的转速约为10r/min,工作时轴传递的功率，则结合所选材料根据资料初选，则由公式得 （61）6.1.3按扭转强度校核轴的强度 根据公式，即 （62）式中：扭转切应力，MPa T轴所受的扭矩， 轴的抗扭截面系数，mm3 n轴的转速，r/min P轴