毕业论文 --数显水平转台设计.doc

数显水平转台设计院 系 机械工程学院 专业 机械电子工程STUDY ON DIGITAL DOUBLE-AXIS EXACT GRADIENT REVOLVING TABLE中文文摘：由于电子技术的飞速发展和国防、工业生产等领域的需要，高精度高自动化的数控加工设备越来越受到重视，而转台作数控加工的关键设备已经被广泛的用于航空、航天、国防及工业生产等领域。本课题以“数显水平转台”为研究背景，主要对水平转台整体系统进行了结构设计、控制系统设计及测角系统和角位移显示的设计与研究。 本文首先进行了结构总体设计，包括竖直轴360o回转的实现，快速定位和锁紧机构的设计，其中，定位加紧机构的设计和选择一种能提高回转精度的传动方案是这次设计的重点，本文对其进行了详细的分析和设计。之后，文中对转台控制进行了较详细的设计。 在角位置测量系统设计中，选用圆光栅直接对工作台的角位移进行测量，并对测量数据进行反馈，通过六位数码显示对测量值进行输出显示。中文关键词结构设计；定位夹紧机构设计；角位置测量英文文摘：As a result of electronic technology rapid development and domain and so on national defense, industrial production need, The high accuracy high automation numerical control processing equipment more and more receives takes, But the turnplate made the numerical control processing the essential equipment already widespread to use in domains and so on aviation, astronautics, national defense and industrial production.This topic;reveals the horizontal turnplate take the number” as the research background, mainly has carried on the design and the research to the horizontal turnplate integrated system which the structural design, the control system design and the goniometrical system and the angular displacement demonstrated.This article has first carried on the structure system design, including the vertical stroke straight axle 360o rotation realization, the fast localization and the lock mechanism design, among, the localization step-up organization design and chose one kind to be able to increase the rotation precision the transmission plan is this design key point, this article has carried on the detailed analysis and the design to it.Afterwards, in the article has carried on the detailed design to the turnplate control.In the angular position measurement system design, selects the round diffraction grating directly to carry on the survey to the work table angular displacement, and carries on the feedback to the survey data, through six numerical codes demonstrated carries on the output demonstration to the observed 中文关键词结构设计；定位夹紧机构设计；角位置测量引言近年来美国、欧共体、日本纷纷采取措施，投入大量的财力，联合各厂，甚至多国进行合作，研究新一代的数控系统，世界的数控系统正处在向全PC开放式体系结构数控平台时代转折，这一转折正是适应了计算机技术、信息技术、网络技术等技术发展的 必然结果。由于现代机械加工业逐步向柔性化、集成化、只能化方向发展，因此新一代数控技术就必须强调具有开放式、智能化的特征。 纵观目前我国的数控市场，我国数控产品在性能、外观、可靠性等方面与国外还有一定的差距，特别是国外企业有雄厚的资金，加上外国企业为占据中国市场，对我国能够生产的数控系统压价销售，而多我国未能生产的数控系统，不仅高价销售而且附加许多限制。在国外企业采用技术封锁和低价销售的双重策略下，中国数控产业经历了非常坎坷的历程我国曾花巨资引进西门子和FANUC的技术，并希望在此基础上吸收消化，开发我国自己的数控系统，例如北京密云引进FANUC的技术。可是，FANUC卖给我们的都是即将过时的落后技术。我国引进后，尚为来得及吸收消化和批量生产，FANUC即宣布停止该系统的生产，并将性能价格比更好、质量更高、体积更小的数控系统推向中国市场。这种总是跟在别人后面走的作法，必然受人牵制，永远落在后面。 随着计算机技术日新月异的发展，基于微机的开放式数控是数控技术发展的必然趋势。在传统数控技术方面，我国出于相对落后的状态，而开放式数控技术我为我国数控产业的发展提供了良好的契机，加强和重点扶持开放性数控技术的研究和应用，我国的数控产业才有发展壮大的可能，才有可能在未来的市场竞争中立于不败之地。 近年来，随着电子技术的飞速发展和国防、工业生产等领域的需要，机械加工行业在国民生产中的重要地位尤为突出。随着对工件精度和特殊功能的要求，对加工设备的要求也进一步提高，数控机床是一种高效率的加工设备，一般情况下，当工件裝夹在工作台上后，为了尽可能完成较多的工艺内容，除了要求机床有沿X、Y、Z三个坐标轴上的直线运动外，还要求工作台在圆周方向上能够完成进给 分度作用，而这两种运动通常由回转工作台来实现。因此，回转工作台性能的好坏，直接影响着数控机床的加工效率和加工质量。根据这次设计要求及现在掌握的回转工作台方面的资料，初步确定以可拆卸夹具式回转工作台为研究方向。夹具式回转工作台具体特点为：工作台如夹具一样可固定在直线进给工作台的T形槽上，不用时，即可拆下，工作台可以由几台数控机床公用，其结构具有适应高温、高速和装配合理性等特点。 福州大学机械工程及自动化学院坚持以信息化带动工业化，出进制造也调整和优化升级，建设我国高水平的先进装备为宗旨，围绕制造业企业信息化、制造数字化、控制智能化和装备现代化的发展趋势及需求，大力加强开放式数控技术的研究和开发，力争为我国适应经济全球化和信息化的挑战提供先进制造技术和装备。在社会主义市场经济的今天，产品的市场竞争日趋激烈，在保证产品质量的前提下，如何提高机床的加工范围和降低制造成本是提高产品竞争力的关键所在。产品成本一般包括原材料、工具损耗、机床折旧、工人工资和各项管理费用，他们与劳动生产力密切相关，因此提高产品加工效率是降低成本的最有效途径。在小批量多品种生产中，为了加工具有精确角向位置的零件，可采用回转盘或多齿分度盘进行精确加工，但对于直径较大、较重的工件却无能为力。这就需要设计制造大型回转工作台。随着我国制造业的发展，加工中心将会越来越多地被要求配备第四轴或第五轴，以扩大加工范围。估计近几年要求配备数控转台的加工中心将会达到每年600台左右。数控转台作为 机床附件，其技术性能的提高直接影响着数控机床的加工效率和加工质量。回转工作台与落地铣镗床及各种大型、重型铣镗床配用是机械加工的最佳组合，为此类机床增加了一个回转坐标一个直线坐标。扩大了机床的使用范围，能完成平面、圆柱面、角度面的加工，对各种形状复杂的中、大、重型工作的掉头镗，十分有利，是一次完成多面加工的最佳选择。数控回转工作台与数控落地铣镗床，各种大型、重型加工中心、数控端面铣配用，更是机械加工的最佳组合。 回转工作台是数控铣床、数控镗床、加工中心等数控机床不可缺少的重要附件 ( 或部件 ) 。它的作用是按照控制装置的信号或指令作回转分度或连续回转进给运动，以使数控机床能完成指定的加工工序。常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台。 功能：完成工作台的连续回转进给和任意角度的分度。作用：即能作为回转坐标轴实现坐标联动加工，又能作为分度头完成工件的转位换面。特点：采用伺服系统实现回转、精确分度和定位。种类：开环数控回转工作台和闭环数控回转工作台考虑到回转工作台使用之后，在对不需要回转工作台加工的工件加工时，回转工作台的存在影响将要加工工件的装卸、加工等操作。所以本次设计对传统的回转工作台进行改进，把它制造可以拆卸夹具式数控回转工作台。该回转工作台具有两大优点: 第一, 使用时, 工作台如夹具固定在直线进给工作台的T 形槽内, 不用时, 即可拆下, 工作台是一个独立体, 可以由几台数控机床共用; 第二, 本结构具有适应高温、高速和便于保证装配精度的特点。 通过这样的改动后使得回转工作台的加工范围和加工精度得到了扩展，在方法适用于中小型加工厂对多齿类零件的加工，同时也提高了设备利用率。1数显水平转台结构设计方案的优化选择。 设计数显水平转台时，应该考虑合理的布局。在满足所欲达到的功能的前提下，应该降低成本，同时要使工作台的结构尽量简单，装配容易，而且达到所需的精度要求。1.1比较几种不同传动方案的优缺点下面是当数显水平转台采用不同方式传动的优缺点比较。1.1.1平面圆柱齿轮包络蜗杆传动优点：传动结构简单，易于装配。缺点：制造复杂，成本较高，承载能力较小。1.1.2单头双导程蜗杆传动优点：传动结构简单，以预装配。缺点：制造复杂，成本较高。1.1.3双蜗杆双涡轮结构传动。优点：可以消除涡轮蜗杆的反向间隙，调整方便，装配简单，减速比大，也可提高电机扭矩，并且具有自锁功能。缺点：成本较高。1.1.4双蜗杆单涡轮结构传动优点：可以消除涡轮蜗杆的反向间隙，调整方便，装配制造简单，成本低，承载能力大。缺点：传动结构比较复杂。我们对于以上四个方案比较优化，其中1.4方案相比较好，因此这个方案为本次设计方案。1.2双蜗杆结构传动的数控回转工作台的结构原理如图12所示，当使用伺服电机驱动时，蜗杆轴转动90转时蜗轮轴转动1转，即蜗杆蜗轮副的传动比为90：1。 即 上式中：n电机主轴转速（r/min）Z工件的等分数90蜗杆蜗轮副的传动比1.3双蜗杆结构传动的数控回转工作台的一些改进双蜗杆结构传动的数控回转工作台虽然具有很多优点，但是它在具体的实际应用中还存着一定的局限性，现下面对这些局限性进行分析和改造。数控回转工作台夹具式改造：考虑到回转工作台使用之后，在对不需要回转工作台加工的工件加工时，回转工作台的存在影响将要加工工件的装卸、加工等操作。所以对传统的回转工作台进行改进，把它制造可以拆卸夹具式数控回转工作台。上述回转工作台具有两大优点: 第一, 使用时, 工作台如夹具固定在直线进给工作台的T 形槽内, 不用时, 即可拆下, 工作台是一个独立体, 可以由几台数控机床共用; 第二, 本结构具有适应高温、高速和便于保证装配精度的特点。 通过这样的改动后使得回转工作台的加工范围和加工精度得到了扩展，在方法适用于中小型加工厂对多齿类零件的加工，同时也提高了设备利用率。1.4双蜗杆结构传动的数控回转工作台结构及参数设计数控回转工作台采用双蜗杆传动, 伺服电机正反向转动分别带动两个蜗杆实现对蜗轮的传动, 两个蜗杆分别与蜗轮的左右齿面接触, 尽量消除正反传动间隙。采用六个气压缸作为工作台的夹紧装置。两锥齿轮实现对两蜗杆的传动。设计参数为：回转工作台面尺寸(直径高) 为630 307 ;回转工作台(材料为HT200) ; 重量: G =Vg = 7185 103 1602 220 9181 10- 9 = 1363N = 7185 103kg/ (材料密度) 。所能承受的负载转矩为100Nm。2.机械部件的设计和校核2.1涡轮蜗杆的设计2.1.1涡轮蜗杆的设计参数初始条件确定: 现已知市场现有该类型产品的最大转速为一般在10 r/min左右，如烟台环球机床附件有限公司为数控镗铣床生产的TK12630型数显水平回转工作台，其回转台面最高转速为11.1r/min,涡轮蜗杆副的传动比为120。现根据市场对该类产品的精度和可靠性等方面要求和机床精度的要求，本次设计规定水平转台的最高转速为11.1r/min，涡轮蜗杆副的传动比为90，则可知蜗杆轴的最高转速为999r/min。1).材料选择考虑到蜗杆的传递功率不大，但速度比较高。所以蜗杆选用40Cr 钢, 芯部调质、表面淬火, 硬度为HRC 4555 , 加工精度6 级并磨削;。蜗杆形式采用延伸渐开线蜗杆，法面齿形角20。蜗轮材料选用ZCuSn10Pb1 ,金属模制造, 其最大负载转矩为100Nm。2）.选择蜗杆传动类型根据GB/T100851998的推荐，采用渐开线蜗杆（AZ）。3）.按照齿面接触疲劳强度进行设计计算。根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按照赤面接触疲劳强度进行设计计算。再按弯曲疲劳强度进行校核。由传动中心距的公式：（1）.确定作用在涡轮上的转矩按照1、为双蜗杆传动，估计取效率0.9。根据现有资料及市场和机床工作载荷要求，转台的驱动电机功率不应低于2.1KW.由此确定涡轮最大工作转矩为：（2）.确定载荷系数K因为工作载荷比较稳定，所以取载荷分布不均系数=1,选取使用系数1.15。由于转数不高，冲击不大，可以取动载系数1.05。 则=1.21(3).确定弹性影响系数因为选用的是铸锡磷青铜涡轮和刚蜗杆相配，所以选取（4）.确定接触系数先假设蜗杆的分度圆直径和传动中心矩a的比值=0.25，则可以查出=3.4。（5）.确定许用应力1. 根据涡轮材料ZCuSn10Pb1 ,金属模制造,蜗杆螺旋齿面硬度大于45HRC。可以得出蜗轮的作用应力为。应力循环次数 N=60nJ=寿命系数为: （6）.计算中心矩 取中心矩a=250mm，i=90,取模数m=5mm。则蜗杆分度圆直径=50mm。这时=0.33，查表得=3.55。带入上式得修正厚的中心距=222.19a4）蜗轮蜗杆的主要参数与几何尺寸（1）蜗轮a.分度圆直径 b.齿顶圆直径 c.齿根圆直径 d.外径 e.咽喉母圆半径 f.齿宽 所以取B=35mmg.顶隙 h.齿宽包角 （2）蜗杆a.分度圆直径 b.齿顶圆直径 c.齿根圆直径 d.轴向齿距 e.螺旋线导程 f.法向齿距 g.蜗杆齿螺旋角 h.压力角 i.螺旋部分长度 所以2.2.1校核齿根弯曲疲劳强度由公式 当量齿轮数 由 查出螺旋角系数 许用弯曲应力 查出ZCuSn10Pb1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=90查寿命系数而=59.177 故满足弯曲强度。涡轮蜗杆参数表蜗杆参数蜗轮参数分度圆直径（mm）50分度圆直径（mm）450齿顶圆直径（mm）60齿顶圆直径（mm）460齿根圆直径（mm）38齿根圆直径（mm）434轴向齿距（mm）15.7外径（mm）465螺旋线导程（mm）15.7咽喉母圆半径（mm）20法向齿距（mm）7.811齿宽（mm）35蜗杆齿螺旋角顶隙（mm）1压力角齿宽包角2.2.2精度等级、公差和表面粗糙度的确定 考虑到所设计的涡轮蜗杆传动是分度装置，在轻载条件下工作。根据GB/T100851998的推荐，采用渐开线蜗杆（AZ），涡轮精度选择6级，侧隙种类为h,标注为6h。 查械设计手册，蜗杆尺寸公差为IT6，形位公差为IT6。2.3锥齿轮设计计算与校核2.3.1锥齿轮设计参数确定锥齿轮齿形采用格里森齿制等顶隙收缩弧齿，正交传动，齿形角。确定两个锥齿轮的齿数都为22，传动比为1。两个齿轮材料都为45钢（调质），硬度240HBS。采用7级精度。2.3.2锥齿轮设计计算已知 1）选7级精度，两个齿轮材料都为45钢（调质），硬度240HBS。2）选齿数3）确定作用在蜗杆轴上的转矩 =18067.57Nmm4）按照齿面接触疲劳强度设计由公式(1) 弹性影响系数由表10-6查得 (2) 试选载荷系数=1.0 试选=1.3 =1.1 (3) 选齿轮宽度系数 传动比(4) 接触疲劳强度极与校核(5) 计算应力循环次数(6) 查接触疲劳强度系数由图10-19查得(7) 取失效概率为1%,安全系数S=1,则 5)计算则分度圆直径为 =59.031mm6)校核(1)模数 取m=3(2)按照几何关系计算 (3)计算圆周速度 (平均直径处)a. b. 2.94c.查图=1.097)校对8)按照齿根弯曲疲劳强度校核(1)计算公式a. b. 的确定 c.确定查表当N时, =1 =1 =1.50查图10-20c,查得 所以(2).校核所以满足要求.9).锥齿轮几何尺寸(1).分度圆直径 (2).节锥角 (3).节锥距 (4).齿宽 (5).周节 (6).变位系数 (7).齿顶高 (8).齿根高 (9).齿顶间隙 (10).齿根角 (11).齿顶角 (12).齿顶圆锥角 (13).齿根圆锥角 (14).齿顶圆直径 (15).齿根圆直径 (16).节锥点到轮冠距离 (17).大端分度圆弧齿厚 (18).分度圆弧齿厚 (19). 分度圆弧齿高 以下未改2.4蜗轮的受力分析蜗轮的受力如图所示:2.5夹紧装置的设计参数2.5.1本次设计采用平均分布的六个液压缸作为加紧装置，以压缩空气为动力源的气动夹具具有很多的优点:第一 ,空气可以从大气中取之不竭 ,无介质费用和供应上的困难 ,管道不易堵塞 ,亦不存在介质变质、补充、更换等问题 ,空气的粘度很小 ,一般阻力损失不到油路阻力损失的四分之第二，压缩空气的工作压力较小（一般为0.40.8 MPa) ,因此可降低气动元件的材质和制造精度上的要求 ,由于空气流速快 ,所以气动系统具有工作迅速 ,反应灵敏的特点 ,可缩短辅助时间。2.5.2夹紧装置的结构见A0图纸。按机械设计手册选缸筒内径 D = 40mm,单个气缸的夹紧力计算:活塞和压杆的材料为 45 钢 。查机械设计手册得抗拉强度为 560MPa ,取安全系数为 1.5。得许用应力为：560/1.5=373MPa ,由此选取活塞杆直径 d 为8mm(头部直径为 20mm) 。活塞直径 D 为40mm。活塞和杆重计算: G1 =Vg =/ 4 (40 15 +8 60 +20 10) 10 718 10 9181 =1192N按机械设计手册: 选弹簧截面直径 d1 =018mm弹簧中径 D1 = 5mm有效圈数为 5 圈单圈弹簧刚度为3211N/mm则整根弹簧的刚 度 K=3211/5=6142N/mm弹簧预压缩量 S = G1/ K=1192/6142 =013mm确定活塞行程 L 为 4mm,则弹簧力 Ft = K(S + L)=6142(4 +013) =28N压缩空气的工作压力 p 取 016MPa ,效率系数取0.9。气缸的夹紧力 F= (D- d ) p- Ft =698N取活塞杆端与工作台面的摩擦系数为 0 4 ,摩擦力 Ff=F=0 4 698 =279N采用六个气压缸进行夹紧六个气缸的总的合力 F=6Ff =1674N制动力矩 M = FL1由结构设计知 L1 =83mm得:M =1674 83 10 =139Nm100Nm故能满足夹紧要求。（改过）2.6轴设计计算与校核根据前面所列的基本参数,现在对蜗杆、涡轮轴进行必要的设计计算和校核。2.6.1蜗杆轴的方案设计蜗杆轴的结构设计，根据轴上所需要的零件，确定最小轴的直径并草绘轴上零件的装配图如下：拟定轴上零件的装配方案。 经过对轴上装配零件的分析计算，其装配方案如上图所示，自左端开始蜗杆轴零件依次为：转台一级减速机构的大齿轮、定位蜗轮蜗杆消隙机构的圆螺母、径向支撑用的滚针轴承、定位锥齿轮的套筒、锥齿轮、最右端时对锥齿轮轴向定位的轴端挡圈。2.6.2蜗杆轴的设计计算（1）.确定作用在蜗杆轴上的转矩 （、蜗杆轴传递最大功率P=2.1KW）=18067.57Nmm（2）.选择45钢正火处理，查机械设计教材表153（轴长用的几种材料的值及值）得材料硬度为170HBS217HBS， （3）.计算最小轴径、 由工作台最高转速为、蜗轮蜗杆传动比为，得蜗杆轴最高转速。由于锥齿轮毂孔为30mm，所以取最小轴径为30mm.2.6.3蜗杆轴的结构设计根据轴上所需要的零件级最小轴径,草绘轴的基本结构如图:（1）.根据轴向定位要求确定轴的各段轴径和长度。如图以下参数按照齿轮计算参数和所选轴承确定，其中蜗杆段（轴段）详见零件图：如图，安装直齿轮部分轴长，螺纹段轴长,消隙机构段轴长，支撑轴承段轴长，蜗杆轴段，支撑轴承段轴长，安装锥齿轮段，加上各段轴肩蜗杆轴的总长度为。其中安装直齿轮段轴径，螺纹外径为M45，消隙机构段轴径，支撑轴承段轴径、，安装锥齿轮段。根据轴上定位的要求确定各段轴的直径和长度的具体分析：（2）.初步选择轴承因为轴同时受到轴向力和径向力的作用，而且工作台在正反转时要能够尽可能的保证传动精度。考虑到工作要求并根据轴径,查机械设计手册，初选消隙机构用轴承为0基本游隙组，标准精度级的推力球轴承51309，其基本尺寸为.根据相关参数, 轴段对蜗杆轴的径向支撑选用滚针轴承,其基本参数为 （3）.取安装锥齿轮处轴段直径为。蜗杆轴右端径向支撑轴承选用滚针轴承，其基本参数，所以取轴径，支撑轴承与锥齿轮之间用套筒定位。（4）.根据设计传动结构取蜗杆轴段长度，根据蜗轮蜗杆传动设计要求取螺旋段长度为115mm，两端采用圆锥过渡以增加蜗杆轴的强度、刚度，蜗杆轴段两端采用轴肩分别对轴承、进行定位。（5）轴上零件的周向定位锥齿轮与轴的周向定位采用平键连接。按由手册查得平键截面。（），键槽用键槽铣刀加工，长为20mm，锥齿轮轴向定位时，左端采用轴端挡圈定位，轴端挡圈基本尺寸为，右端采用套筒与支撑轴承定位。轴承左端采用轴肩定位，右端用套筒和锥齿轮定位。轴承左端采用轴肩定位，右端用套筒与消隙机构的挡板定位，消隙机构用的推力球轴承51309左端以挡板定位，轴承组右端以圆螺母和端盖定位，故轴段为螺纹轴，螺纹规格为，定位圆螺母基本尺寸为。（6）.蜗杆轴轴端倒角为，螺纹退刀槽为。2.6.4蜗轮轴的设计（1）.取蜗轮蜗杆传动效率为=0.95，其余种传动效率为0.9则蜗杆轴上的功率（2）.择蜗轮轴的材料为45钢，正火处理，硬度为170HBS217HBS。（3）.计算轴径查机械设计教材表15-3轴常用几种材料的值及值得：假定轴在蜗轮以上部分受扭转力矩，蜗轮轴与工作台安装部分的轴径为：（4）轴上零件的分布方案设计：如下图1、圆光栅尺 2、圆螺母 3、圆锥磙子轴承 4、滚针轴承 5、工作台面 轴上零件分布图（5）轴的结构设计 根据轴上零件装配要求，初步确定轴的结构下图：各轴段尺寸确定：轴段安装转台工作台面，根据台面厚度取,根据以上计算现取轴段直径。轴段为蜗杆轴与工作台面连接轴肩，根据连接螺栓尺寸，取该段轴径、轴长，连接螺栓为的铰制孔用螺栓。轴段安装支撑轴承，根据工作台传动平稳的特点选支撑轴承为滚针轴承，轴承基本尺寸为，为克服轴的自重并保证其的轴向定位精度，轴段装圆锥磙子轴承30215，其基本尺寸为，根据轴承尺寸现取该段轴径、轴长；轴段为螺纹轴，通过圆螺母对轴承30215定位，圆螺母基本尺寸为，螺纹轴段螺纹规格为,该段轴长;末端轴段安装圆光栅尺，尺寸为、。各轴段零件定位:蜗杆轴自左边起，光栅尺有挡板和螺栓安装在轴端，轴承30215左端用圆螺母定位右端用套筒同轴承定位，轴承左端用轴承座定位，右端用套筒和轴承挡盖定位，详见轴上零件分布图.（6）蜗杆轴安全性校核：实际设计过程中蜗轮工作台与蜗轮轴连接部分尺寸设计为72mm,而且在工作台实际运行中，主要载荷由工作台与蜗轮之间的连接螺栓承担（见装配图），蜗轮轴不受较大载荷，所以所取尺寸足以满足设计安全要求。3.联轴器的选择本设计中电机轴与齿轮轴通过弹性套柱销联轴器联结。这种联轴器的构造与凸缘联轴器相似，只是用带有弹性套的柱销代替了联结螺栓，通过蛹状的弹性套传递扭矩，它可以缓冲减振。弹性套的材料常用耐油橡胶，并且作成截面形状，以提高其弹性，半联轴器与轴的配合孔可以作成圆柱形或圆周形。半联轴器的材料常用HY200，有时也采用35钢等材料，柱销的材料也采用35钢。这种联轴器可以按照标准选用，必要时按照下列式子演算弹性套与孔避之间的挤应力和柱销的弯曲应力。即一级圆柱减速齿轮传动件的设计：已知传动比为i=1：21、 选精度等级、材料及齿数（1）、材料及热处理，由机械设计教材表10-1选大、小齿轮材料均为40Cr,并经调制及表面淬火处理，齿面硬度为4855HRC；（2）、由于传动平稳选大小齿轮精度等级都为7级，选小齿轮齿数为=21，大齿轮齿数为=42，初选螺旋角；2、按齿面接触强度设计，设计公式如下： （1）、因大小齿轮均为硬齿面，故宜选取较小的齿宽系数，现取=0.8；（2）、由机械设计教材图10-21e查得（3）、计算接触疲劳许用应力（失效概率安全系数三S=1）计算应力循环次数： （工作寿命15年，每年工作300天，两班制）由机械设计图10-19查得接触疲劳寿命系数，（3）、计算端面重合度由机械设计教材表10-6查得材料的弹性影响系数；由图10-30选取区域系数；由图10-26查得大小齿轮端面重合度、得：（4）、计算小齿轮传动转矩： （小齿轮传动最大功率为2.1KW）2）、计算齿轮分度圆直径，确定模数（1）、试算小齿轮分度圆直径现根据设计要求取,m=2（2）、计算圆周速度（3）、计算齿宽b及模数 mm（4）、计算纵向重合度 （5）、计算载荷系数k根据V=4.39m/s、7级精度，由机械设计教材图10-8查得动载系数、由表10-3查得，从表10-4中的硬齿面齿轮栏查得小齿轮相对支承为悬臂布置、7级精度时：由以上计算得: （6）、按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径由此得所取分度圆直径满足要求。（7）、计算模数去标准规模数3、按齿根弯曲疲劳强度校核级以上计算校核，齿轮传动设计满足齿根弯曲疲劳强度要求。4、圆柱齿轮参数计算（1）、小齿轮螺旋角：法面模数：端面模数：法面压力角：端面压力角：法面齿距：端面齿距：法面基圆齿距：法面齿顶高系数：法面顶隙系数：分度圆直径：基圆直径：齿顶高：齿根高：齿顶圆直径：齿根圆直径：法面齿厚：端面齿厚：当量齿数：（2）、大齿轮螺旋角：法面模数：端面模数：法面压力角：端面压力角：法面齿距：端面齿距：法面基圆齿距：法面齿顶高系数：法面顶隙系数：分度圆直径：基圆直径：齿顶高：齿根高：齿顶圆直径：齿根圆直径：法面齿厚：端面齿厚：当量齿数：第四章 驱动系统设计4.1驱动器的选择步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比, 其速度与单位时间内输入的脉冲数(即脉冲频率) 成正比, 其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序, 便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。步进电机具有较好的控制性能, 其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成, 且可获得较高的控制精度。特别是在短距离的传动中，步进电机具有很好的精度保证。因此，本次设计选择步进电机作为驱动系统。 4.2步进电机的简单介绍步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件。对这种电动机送一个控制脉冲，其转轴就转过一个角度，称为一步。脉冲数增加，直线或角位移随之增加；脉冲频率高，旋转速度就高，反之则慢；分配脉冲的相序改变后，可以实现电动机正反转。4.2.1基本工作原理 步进电动机的工作原理，其实就是电磁铁的工作原理。如图所示，由环形分配器送来的脉冲信号，对定子绕组轮流通电。设先对u相绕组通电，v相和w相都不通电。由于磁通具有力图沿磁阻最小路径通过的特点，图33a中转子齿1和3的轴线与定子u极轴线对齐，即在电磁吸力作用下，将转子齿1和3吸引到u极下。此时， 因转子只受径向力而无切向力，故转矩为零，转子被自锁在这个位置上；而V、w和转子齿在不同方向各错开30。随后，若u相断电，V相绕组通电，则转子齿对齐，转子顺时针方向旋转30。，如图33b所示。然后使V相断电，w相通电，定子齿对齐，转子又顺时针方向旋转30。，见图33c。由此可见，当通电顺序为I，转子便按顺时针方向一步一步地转动。每换接一次，则转子前进一步，一步所列距角。电流换接三次，磁场旋转一周，转子前进一个齿距的位置，一个齿距所的对距角(此例中转子有四个齿，齿距角为90。)。 A）U相通电 b)V相通电 c)w相通电 单三拍通电方式时转子的位置电动机的转速即取决于控制绕组通电的频率，又取决于绕组通电方式。步进电动机的一般有日轮流通电方式，“单”是指每次切换前后只有一相绕组通电，在这种通电方式下，电噫定性较差，容易失步。对一个定子为m相，转子有多个齿的步进电动机，步进电动所需的步数为糍步。这种通电分配方式叫做m相单m状态，例如UjvWU。日轮流通电方式“双”是指每次有两相绕组通电，由于两相通电，力矩就大些，定位精失步。步进电动机每转步数亦为眦步。这种通电分配方式叫做m相双m状态，例一WUUV。E相轮流通电方式是单和双两种通电方式的组合应用，这时步进电动机转一转所需步。这种通电分配方式叫做m相2m状态，例如uIIvjvvwwwuu。步进电动机若按U-W通电，因为定子绕组为三相，每一次只有一相绕组，而每一个循环只有三次通电，故三拍通电；如果按照UVVWWUUV方式通电，称为三相双三拍通电；如果按照，Vpw+wuu方式通电，称为三相六拍通电，从该图可以看出，湘同时通电时，转子稳定位置将会停留在u、V两定子磁极对称的中心位置上，因为二转过一个步距角。由图33和图34可明显看出：三相单三拍和三相双三拍步距角六拍步距角为15。上述步距角显然太大，不适合一般用途的要求，实用中采用小步距角步进电动机a)U相通电 b)U、V相通电 c)v相通电 d)V、w相通电步进电动机的通电方式4.2.2步进电动机的分类步进电动机典型分类如图所示, 4.3步进电机的重要参数步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。 （1）.步距角 电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度 （三相电机）等。 （2）.静力矩步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯