毕业设计（论文）-自动镜片磨边机结构设计（全套图纸）.doc

*学院学士学位论文自动镜片磨边机结构设计 摘 要眼镜在当今社会应用非常广泛，和人们的生活息息相关。磨镜片的机械和装备的水平对眼镜行业的发展起着决定性作用。全眼镜制造业的先进设备,近年来人们对全自动磨边机的研究更加投入，其性能越来越完善，加工精度越来越高。本文首先分析了国内外镜片磨边机的研究现状，其次介绍了全自动镜片磨边机的工作原理，全自动磨边机通过改变夹片旋转机构和砂轮之间的距离来加工镜片。最后对磨边机的结构进行设计，主要包括电动机的选择、扫描机的结构设计和磨边机的结构设计。扫描机用五个混合式步进电机控制探头的五个自由度，实现眼镜镜片和镜框的轮廓扫描。对齿轮齿条、丝杠、弹簧等进行了详细的设计和校核，通过校核说明设计尺寸合格。磨边机部分也有五个自由度，主要对砂轮轴、轴承和键等零件进行了设计和校核，通过校核说明尺寸合格。此磨边机具有加工效率高、操作简便、能加工复杂形状镜片的特点，在当今社会中能够广泛应用。 关键词：磨边机；扫描机；眼镜；轴；轴承全套图纸加153893706AbstractGlasses are widely used and link closely with peoples life at recent time. The equipment for cutting glasses is very important to the development of glasses manufacturing industry. The automatic machine for edging lens is an advanced equipment which is used in glasses manufacturing industry. In recent years, people are more and more interested in the research of automatic milling machine. Its functions have became more and more advanced as well as its accuracy.Firstly, this paper analyzed the present research situations of lens machine for edging at home and abroad. Secondly, it introduced the working principle of automatic milling machine. Automatic milling machine processes lenses by changing the distance between the grinding wheel and folded device. Finally, this paper includes the design process of the structure of milling machine, the selection of motors and the structural design of scanners and the milling machine. Scanner controls probes five degrees of freedom by five hybrid stepping motors to scan the outline of lenses and the frame. It designed and checked the gear and rack, lead screw, spring, etc. in detail, and proves that the designed size is correct by checking. The machine for edging also has five degrees of freedom. This paper mainly designed the wheel axle, bearing and the key, and checks them.With highly processing efficiency, this milling machine is easy to operate. And it can be used to process the lenses which have complex shape. So it can be widely used in todays society.Keywords：milling machine; scanner; glasses;axis;bearing目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 选题的背景和意义11.2 国内外的发展现状11.2.1 半自动磨边机11.2.2模板式磨边机21.2.3 全自动免制模磨边机21.3 本论文的主要内容3第2章 镜片的基本概念及镜片轮廓的数学建模52.1 镜片的专业术语52.2 自动加工时镜片轮廓的数学建模62.2.1 扫描时镜片轮廓的数学建模62.2.2 自动加工时镜片轮廓的数学建模72.3 镜片磨边机总体结构组成92.4 本章小结10第3章 扫描机结构设计113.1 扫描机的工作原理和运动结构规划113.1.1 扫描机工作原理113.1.2 扫描机要求实现的自由度分析113.1.3 扫描机运动结构规划123.2 扫描机的机构设计133.2.1 电动机的选择133.2.2 扫描机各个结构运动范围的确定143.3 扫描机主要部件的设计计算和校核153.3.1 横向移动机构的设计计算153.3.2 前后移动机构的设计计算173.3.3 升降机构的设计计算193.3.4 旋转机构的设计计算213.3.5 装夹机构的设计计算243.4 本章小结29第4章 磨边机的结构设计304.1 磨边机的工作原理和运动结构规划304.2 磨边机的机构设计314.2.1 电动机的选择314.2.2 磨边机各个结构运动范围的确定314.3 磨边机主要部件的设计计算和校核324.3.1 砂轮横向进给机构的设计计算324.3.2 磨边机其他机构的设计计算364.4 磨边机加工中最大磨削力的计算374.5 本章小结39结 论40致 谢41参考文献42VI哈尔滨远东理工学院学士学位论文第1章 绪 论1.1 选题的背景和意义现在由于人们的工作和学习的压力越来越大，加上日常生活中不注意对眼睛的保护，导致人们的眼睛视力下降，世界近视人口的数量急剧增加。面对这种情形，人们通常会选择配戴眼镜。眼镜虽然可以让我们的眼睛再次明亮、清晰，但是不合格的眼镜会对我们的眼睛造成很严重的危害。眼镜包括镜架和镜片，而镜片是眼镜的核心。好的镜片配上合格的加工才称得上合格镜片。眼镜需求量的增加、人们对眼镜要求的提高，越来越多的厂商增加了对眼镜制造业的投资。随着科技的推动，镜片的加工技术有了很大的发展，已经经历了三代技术革新。从先前的用砂轮手工磨制发展到了模板式磨边机磨制，之后到现在的免模板数控磨制，镜片的加工精度和效率已经有了很大程度的提高。我国人口众多，大约占世界人口的1/5，其中已有大约70%的人是近视，而有66%的人戴眼镜，由此可见，我国是个眼镜消费大国。但是，我国眼镜加工设备的研究和生产却远远落后于发达国家，目前国内生产的镜片磨边机主要是靠模加工的模板式磨边机。模板式磨边机在制作前要定制一块模板，这样不光增加了加工时间，降低了效率，而且由于人为因素造成得的模板和实际镜片轮廓之间的误差，使得镜片的加工精度降低。为了提高加工质量和效率，很多公司采用全自动免制模磨边机。目前，国内使用的全自动免制模磨边机主要依赖进口，进口机器虽然满足了精度要求，但是增加了成本，而且给设备的维修也带来了不便。面对市场对全自动免制模磨边机的需求，很多企业试图研发，但是由于技术力量薄弱，无力研究开发出满足市场需求的磨边机。为了改善国家镜片生产设备的现状，满足消费者的需求，提高使用者的使用质量，必须加快进行镜片磨边机设备的开发和研究1。1.2 国内外的发展现状镜片加工具有悠久的历史，加工设备经历了半自动磨边机、模板式磨边机、全自动免制模磨边机等三个发展阶段。1.2.1 半自动磨边机早期镜片的磨制设备之所以被叫做半自动磨边机，是因为切割镜片周边时使用的是工具手“切割棒”，而对镜片周边部的形状采用磨轮手工修整。镜片形状的形成主要依靠人的经验和技术，加工成果的好坏和作业员的专业技巧有很大关系。半自动磨边机受人为因素影响，从而加工镜片的效率和质量不高。1.2.2模板式磨边机后来出现的模板式磨边机采用靠模仿形原理，首先在模板机上切割出所需的镜片轮廓模板，然后再利用模板在高速旋转的砂轮上磨削出镜片轮廓。这种磨边机和之前的“半自动磨边机”相比，操作简单，而且提高了镜片配制的自动化水平，一定程度上改善了工作人员的工作环境和劳动强度。但是要求制作模板，所以对作业员的专业技巧依赖程度依然不减。1.2.3 全自动免制模磨边机大约20年前出现的全自动免制模磨边机应用了数控技术，这种磨边机包括两部分：扫描机和数控镜片磨边机。以往倚赖于鏡片加工人員技巧的磨邊機，變成了“計算機控制的磨邊機”。镜片加工人员技巧的磨边机，变成了数控控制的磨边机，所以再也不需要专业技巧了。全自动免制模磨边机是光机电一体化的产物，它涉及了机械设计，嵌入式微控制器技术，光电检测技术，驱动与执行技术，信息技术等多方面的知识。其中机械设计主要是对扫描机、磨边机游标头和夹片旋转机构的结构设计，扫描机在国外已经经历了两代，在国内却从没设计过。目前，扫描机基本包括横向、前后、上下、旋转四个自由度和装夹机构五部分。我国由于在镜片加工方式的基础性研究上处于落后状态，所以导致对镜片加工设备的开发一直停留在对国外低技术含量产品的仿制阶段。至今，国内企业仍然只能生产第2代的靠模镜片加工设备，对高性能的第3代产品的研发，依旧处于技术储备阶段。现阶段国内生产的模板式磨边机，按照控制的概念分类，应该属于“顺序控制”的范围，即控制计算机只对自动加工中的各种动作的先后次序进行控制，而对运动部件的位移量不进行控制。其位移量的多少是依靠凸轮、模板、限位开关等实现。日本和西方发达国家对镜片加工设备的研究和开发已经历了几十年，它们具备第3代镜片加工设备的开发能力。低压力、高精度的镜片与镜架扫描机不仅可以获得准确的轮廓参数，而且能够主动对镜片和镜架进行识别；其自动磨边机完全采用嵌入式实时控制系统，可以对不同材料以及不同医学参数要求的镜片进行高精度加工，其中较为出色的产品有日本尼德克生产的LE-9000S和法国依视路公司的铁达镜片磨边系统。中等发达国家，例如韩国，也已经具备了第3代镜片加工设备的研究与开发能力。在发达国家，虽然镜片加工设备的研究已经处于很高的水平，但是对它的研究和开发仍然炙手可热。其发展趋势大致可以归纳为以下几点：高速变频电机的应用；自适应扫描机的开发；网络化卫星加工方式的应用；以及相关设备的集成化应用。现在市场上的磨边机成品有很多样子，每个生产厂商都有自己的特点，一些生产厂商生产的产品，如图1-1,1-2,1-3所示。图1-1 磨边机成品图1-2 磨边机成品图1-3 磨边机成品1.3 本论文的主要内容本论文主要进行镜片磨边机结构设计，包括以下几个方面：1.扫描机的结构设计：扫描机通过对镜片或镜架扫描测量得到轮廓数据，为整个系统提供镜片轮廓的原始参数，所以它在自动磨边机系统中有很重要的作用。为了实现功能要求扫描机有横向、前后、上下、旋转四个自由度和装夹机构五部分。其中横向移动和前后移动采用齿轮齿条传动机构，上下运动采用丝杠螺母机构，旋转采用齿轮传动机构。2.磨边机游标头结构设计：游标头在磨边机中是对模板起支撑作用，镜片的大小通过调整游标头和砂轮的距离来调整。游标头上下运动的实现是 采用丝杠螺母机构，用步进电机直接驱动丝杠，从而使得与螺母一体的游标 头上下运动。3.夹片旋转机构的设计：夹片旋转机构在磨边机中起固定旋转镜片的作用，与游标头的升降运动相配合，从而完成磨边机的磨削动作。由于夹片旋转机构进行了改进，所以要对旋转机构进行校核。首先要计算最大磨削力矩，然后对动力校核和传动轴校核两方面进行校核，应该使得输出力矩大于最大磨削力矩。第2章 镜片的基本概念及镜片轮廓的数学建模2.1 镜片的专业术语只有了解镜片的专业术语才能够理解镜片加工的原理，介绍镜片加工之前先了解一些专业术语，在这些术语中最常见到的就是球镜。球镜是指平行光通过镜片后交于一点的镜片。球镜根外形一般可分为双凸、平凸、凹凸、双凹、平凹和凸凹6类，如图2-1所示，一般镜片以凸凹和凹凸形的球镜为主，其主要原因是为了减少镜片边缘部分物像清晰度的影响，但对于高度近视和远视的镜片则分别以平凹和平凸状镜为主。虽然球镜在各方向上的曲率半径是相同的，但凸球镜的表面弯度越大则聚光能力越强；同样凹球镜越凹，则分散光线的能力越强。平行光透过球被折射后，在镜片的主轴上集合成的点F叫焦点，镜片中心至焦点的距离f称为焦距，如图2-2所示。(a) (b) (c) (d) (e) (f)a-双凸 b-平凸 c-凹凸 d-凸凹 e-平凹 f-凸凹图2-1 球镜种类(a) (b)a-凸球镜焦距 b-凹球镜焦距图2-2 球镜焦距除球镜外，另一种常见镜片是柱面镜片，因为柱面镜的表面形状和圆柱体的表面一样，所以又被称为圆柱镜片。柱面镜根据外形的不同被分为平凸柱面镜和平凹柱面镜，如图2-3所示。柱面镜从垂直方向看，该方向是一条直线。在这个方向上没有弯曲度，由于柱面的背面也为一平面，所以平行光从垂直方向透射后不会被折射，因此在该方向上屈光度为0。在水平方向上，当平行光通过时，由于两个面的屈光度不同，所以光线被折射后形成一条焦线，此焦线与柱面镜的母线平行，如图2-4所示。总之，柱镜就是指使平行光会聚于两个互相垂直的焦线上，并含有两个不相等的屈光度的镜片。在实际应用中，通常将柱镜看为一枚球镜和一枚单散柱镜的叠加。(a) (b)a-平凸柱镜 b-平凹柱镜图2-3 柱镜种类 (a) (b)a-平凸柱镜焦距 b-平凹柱镜焦距图2-4 柱镜焦距2.2 自动加工时镜片轮廓的数学建模自动加工中的镜片轮廓数学模型是通过扫描镜片轮廓数学模型的坐标变换，再经建立新的加工基准而完成。在介绍自动加工时镜片轮廓的数学建模之前先介绍一下眼镜行业中使用的坐标系和扫描时镜片轮廓的数学建模。目前在眼镜行业中使用最普遍的轴位标记法为TABO法，它规定：0起于每眼的左侧，即右眼为鼻侧，左眼为颞侧，按逆时针旋转180终于右侧，如图2-5所示。图2-5 TABO坐标系2.2.1 扫描时镜片轮廓的数学建模根据扫描机返回的脉冲方波计数值的不同类型，扫描镜片轮廓的数学建模公式有两种。1.累变递推法的极径建模公式第一次采样时的极径为：L1=sF1；第二次采样时的极径为：L2=L1+sF2；第三次采样时的极径为：L3=L2+sF3；第M次采样时的极径为：LM=LM-1+sFM。L1、L2、L3、LM-1和LM分别为第1、2、3、M-1和M次采样的极径值；s为单位脉冲方波信号对应的实际移动量；F1、F2、F3和FM分别为第1、2、3和M次采样时的脉冲方波计数值。所谓脉冲方波即指在每隔一定的旋转角度时，由扫描机上的旋转式编码器根据镜片轮廓的变化返回非固定频率的脉冲方波信号，将这些方波信号传入计数器中进行计数，即可得出在每次采样时脉冲方波计数的代数值。由累变递推建模方法得出的几何轮廓，如图2-6所示。图2-6 累变递推建模方法下的几何轮廓图2.基圆法极径建模公式第一次采样时的极径为：L1=sF1；第二次采样时的极径为：L2=L1+sF2；第三次采样时的极径为：L3=L1+sF3；第M次采样时的极径为：LM=L1+sFM。由基圆建模方法得出的几何轮廓，如图2-7所示。图2-7 基圆建模方法下的几何轮廓图2.2.2 自动加工时镜片轮廓的数学建模为了满足配镜者常用视线与镜片光轴相平行或一致的光学要求，以配镜者瞳孔在镜片中的位置处于镜片光学中心上，为镜片自动加工时的基准。1.坐标变换将TABO法表示的极坐标转换为常规的数学极坐标表示形式。转换原则为：原TABO坐标系下，在0180闭区间内的角度均加上180；原TABO坐标系下，在180360闭区间内的角度均减去180因此，转换后的极坐标，如图2-8所示。图2-8 常规数学极坐标 图2-9 直角坐标中的几何轮廓图在坐标原点保持一致的前提下，把数学极坐标转换为直角坐标表示。转换后的几何轮廓，如图2-9所示。图中直角坐标下X、Y坐标值与常规极坐标下的极径值的转换公式如下：LMX=LMcos(M) (2-1)LMY=LMsin(M) (2-2)直角坐标系中，坐标值与角度对应关系，见表2-1。表中角度取值根据扫描机工作方式确定，扫描机第一次采样位置为常规极坐标下90，然后以每隔1.8采样。表2-1 直角坐标值与角度对应关系表序号123456789X方向极径Y方向极径角度9091.893.6180181.888.22.确定镜片轮廓加工基准用比较法找出LMx和LMy的最大、最小值，即max(LMx)、min(LMx)和max(LMy)、min(L/)。由这4个值便得出镜片轮廓的外接矩形，由已知的鼻梁距值、瞳高值和瞳距值确定镜片加工基准。左眼加工基准，如图2-10所示；右眼加工基准，如图2-11所示。图2-10 左眼加工基准图图2-11 右眼加工基准图3.数学计算公式左眼加工基准的数学计算公式： (2-3) (2-4)右眼加工基准的数学计算公式： (2-5) (2-6)加工参数的数学计算公式： (2-7)2.3 镜片磨边机总体结构组成全自动免制模镜片磨边机(后面简称自动磨边机)包括扫描机和磨边机两部分，扫描机通过对镜片和镜架扫描测量得到轮廓数据，然后通过通信电缆将数据发送给镜片磨边机。磨边机对接受的数据进行处理，之后控制磨边机完成磨削，使得镜片达到要求。自动磨边机的扫描机部分用来扫描镜片或者镜架，从而获得磨边机的加工参数，扫描机大体分五部分，其中包括横向移动机构，前后移动机构，上下升降运动机构，旋转运动和装夹机构。自动磨边机的磨边部分是执行机构，是决定所磨镜片质量的关键部分，该部分主要包括磨边机游标头和夹片旋转机构两部分的设计。2.4 本章小结本章首先介绍了有关眼镜的相关知识，在此基础上描述了全自动镜片磨边机分别在扫描时和加工时对镜片轮廓的数学建模、两者之间的相互转化。通过本章的描述我们可以知道有关眼镜片的相关术语，数控系统如何对扫描数据进行建模，初步形成磨边机的总体结构。第3章 扫描机结构设计3.1 扫描机的工作原理和运动结构规划3.1.1 扫描机工作原理扫描机要求在接受到指令后能够进行眼镜框的扫描和眼镜架的扫描，其中包括单镜架、双镜架和单镜片的扫描。在扫描机接收到指令后，探头依次经过横向运动、前后运动、升降运动到达指定位置，然后旋转一周，并将得到的位置参数传送给数控中心。1.镜架扫描镜架扫描有单镜架和双镜架扫描两种，但是扫描原理和过程是基本相同的。首先，在接收到指令后确定横向起始位置，然后根据不同的镜架扫描指令，将扫描机镜架探头准确移动到扫描位置并锁住横向移动电机，再旋转扫描机探头找到扫描角度起始点，紧接着由升降直流电机带动探头抬升到镜架槽的中心位置。这时通过步进电机带动旋转机构，使得镜架探头在镜架中心槽中旋转一周，实现镜架探头带动高精度编码器运动并最终返回所需的镜架轮廓参数。当一边镜框扫描结束后，扫描系统不复位，将释放的镜架探头在前后移动机构的带动下回拉到一定位置，并使探头在自身重力作用下回落到初始位置，然后锁住旋转步进电机，以防在横向移动时产生旋转起始角的偏差。通过横向步进电机带动扫描探头，准确地移动到另一边扫描起始位置并锁定，对另一边进行扫描。当扫描结束后，扫描机自动恢复到起始状态，并传送扫描数据，从而完成一次镜架的扫描过程。2.镜片扫描镜片扫描与镜架扫描的不同之处不只是镜架探头被镜片探头替换，更主要的是两者的动作过程不同。当接收到镜片扫描指令后，前后移动机构先把镜片探头压至尾部，然后升降直流电机带动丝杠，推动镜片探头抬升到一定高度，再通过横向运动机构将扫描探头移动到镜片扫描位置并锁住横向电机。当完成上述动作后，通过前后移动机构的运动释放镜片探头，使得镜片探头与被测镜片紧密接触，在确定出旋转起始位置后，通过旋转机构进行镜片的一周扫描。完成扫描后，系统自动复位并上传扫描参数。3.1.2 扫描机要求实现的自由度分析扫描单镜架时先要找镜架的中心，这就要求扫描探头有横向移动和旋转一周的功能；扫描双镜架时由于要进行镜架间的转换，从而要求扫描机有升降的功能；扫描镜片时为了实现和旋转中心的偏差，要求有前后移动功能；为了将扫描对象固定，完成扫描，从而要求有装夹机构。从运动过程的分析中可知，扫描机应该有5个自由度，即探头的横向移动、旋转运动、升降运动、前后移动和装夹机构的前后移动。3.1.3 扫描机运动结构规划根据镜片磨边机扫描机部分的结构组成及工作原理，扫描机应该有五个运动机构，横向移动机构、前后移动机构、旋转机构、升降机构和装夹机构，下面依次介绍各个组成机构的结构设计。1.横向移动机构设计横向移动机构的功能是实现扫描探头的左右运动，从而完成双镜框的扫描。横向移动通过齿轮齿条传动来实现，由步进电机带动齿轮转动，从而实现扫描机的横向运动，使两个镜框之间的转换得以实现。2.旋转机构设计旋转机构的功能是实现扫描探头的旋转运功，从而完成对被测镜片或镜架的一周扫描。旋转运动采用步进电机带动齿轮传动机构来实现，由于电机转速高，所以采用降速齿轮传动。3.前后移动机构设计前后移动机构的功能是测镜片时将探头偏离旋转中心，这样旋转一周测量出极径的变化。前后移动机构也采用齿轮齿条机构，将旋转转化为直线运动，齿轮由步进电机带动转动，与横向移动机构不同的是齿条部分多了一个挡块，当用扫描机扫描镜片时，用挡块和弹簧的相互配合完成测量。4.升降机构设计升降机构的功能是实现镜片、镜架探头的上下升降运动，从而满足镜片、镜架探头与被测镜片或镜架的正确接触以及完成跨镜架运动。升降运动机构采用齿轮传动机构和螺母丝杠机构，齿轮机构用来调速，螺母丝杠机构用来将旋转运动转化为升降运动。之所以采用螺母丝杠机构而不用齿轮齿条机构是因为齿条机构传动比较小，而且传动不如螺母丝杠平稳。5.装夹机构设计装夹机构功能是用来装夹镜片或者镜架，其通过齿轮齿条将夹片之间的距离减小，从而实现夹紧并保证镜架装夹后的中心位置。前后移动机构的功能是测镜片时将探头偏离旋转中心，这样旋转一周测量出极径的变化。前后移动机构也采用齿轮齿条机构，将旋转转化为直线运动，齿轮由步进电机带动转动，与横向移动机构不同的是齿条部分多了一个挡块，当用扫描机扫描镜片时，用挡块和弹簧的相互配合完成测量。升降机构的功能是实现镜片、镜架探头的上下升降运动，从而满足镜片、镜架探头与被测镜片或镜架的正确接触以及完成跨镜架运动。升降运动机构采用齿轮传动机构和螺母丝杠机构，齿轮机构用来调速，螺母丝杠机构用来将旋转运动转化为升降运动。之所以采用螺母丝杠机构而不用齿轮齿条机构是因为齿条机构传动比较小，而且传动不如螺母丝杠平稳。通过上述的分析描述，扫描机的结构简图如图3-1所示。图3-1 扫描机总体结构简图3.2 扫描机的机构设计3.2.1 电动机的选择混合式步进电机是一种兼有反应式和永磁式两种步进电机优点的新型电机，国外主流品种，国内也已大面积取代反应式步进电机成为市场热点。所以根据设计要求及工作条件，选择电动机为混合式步进电机。扫描机的功率和转矩较小，根据实际扫描时的情况：估算探头所需要的转矩为：T=Fr=1.50.05=0.075Nm (3-1)估算扫描机所需功率：P=Fv=1.5600.1=28.26W (3-2)综合考虑转矩和功率，选择型号是42BYG4502。其功率Pd36W，额定转矩为T=0.48Nm，满载转速nm360r/min。其结构形式，如图3-2所示。图3-2 42BYG4502型混合式步进电机3.2.2 扫描机各个结构运动范围的确定1.探头运动范围探头横向移动范围：x=xmax+d0max=68+50=118mm (3-3)探头前后移动范围： (3-4)探头上下移动范围：z=L1+5mm=15+5=20mm (3-5) d0max最大镜片的d尺寸y0max最大的镜框高度l1测镜片探头的长度余量，5mm，防止探头移动时撞到弯度大的镜框。55x68；22y100；0Cam=0, 螺纹底径d2=6mmd2m=4。丝杠尺寸，见表3-3，丝杠螺母外形，如图3-5所示：图3-5 丝杠螺母外形表3-3 FF1204-3型丝杠尺寸序号123456名称公称直径公称导程丝杠外径钢球直径丝杠底径循环圈数尺寸12mm4mm11.3mm2.381mm9.5mm3名称D1D2L2D3BD4尺寸22mm22mm10mm44mm8mm32mm名称D5D6hD7MD8尺寸4.8mm8.5mm5mm32mmM2.516mm3.3.4 旋转机构的设计计算1.旋转机构中齿轮传动的设计该齿轮传动比取2，因为小齿轮半径一定，i如果取较大值则该结构的尺寸过大，如果取较小值则输出转矩太小，无法实现要求。初始数据：P3=54w，n3=360r/min，i=3,T=480Nmm。(1) 材料的选择选择齿轮的材料如下：小齿轮材料选用40Cr，调质处理，HBS1=260HBS；大齿轮材料选用45钢，调质处理，HBS2=220HBS；(2) 精度的选用扫描机为一般工作机，速度中等，可以选用7级精度的齿轮传动。(3) 选择齿轮的参数小齿轮齿数：z3=23；大齿轮齿数：z4=iz3=223=46。(4) 确定许用应力大小小齿轮应力循环次数： (3-35)大齿轮应力循环次数： (3-36)由查得到接触疲劳寿命系数ZN3=1.0,ZN4=1.09。查得：小齿轮的接触疲劳强度极限： (3-37)大齿轮的接触疲劳强度极限： (3-38)取安全系数得许用接触应力： (3-39)(5) 按齿面接触强度设计 (3-40)确定各参数的数值初选载荷系数：Kt=1.4；查取齿宽系数：d=0.4；H应选取H3、H4中的较小者，所以H=460MPa。确定传动尺寸将数据代入式(3-4)得： (3-41)圆周速度： (3-42)由圆周速度v及7级齿轮传动精度得动载荷系数，Kv=1.04；查得使用系数，KA=1；查得齿间载荷分配系数，Ka=1.4；查得齿向载荷分布系数，K=1.2；载荷系数：K=KAKvKaK=11.041.41.2=1.7 (3-43)对d3进行修正，即 (3-44)为安全起见，圆整后取d3=18mm。确定齿轮的模数 (3-45)圆整后取m3=0.8mm，则分度圆直径d3=18.4mm。(6) 几何尺寸计算计算中心距 (3-46)按中心距圆整为28mm，由于所选电机尺寸结构的限制，中心距a3过小，无法安装。所以增大i值。取i=3，则：Z4=69 (3-47)圆整后取a3=38mm。按圆整后的中心距修正齿轮齿数 (3-48)Z3+Z4=95 (3-49)所以：Z3=23，Z4=72。i=3.035% (3-50)符合。计算大、小齿轮的分度圆直径： (3-51)计算齿宽： (3-52)一般b为大齿轮宽度，为了避免安装时大小齿轮轴向错位而使啮合齿宽减小，通常小齿轮的齿宽加大510mm。圆整后取b3=b4+5=12mm、b4=b=7mm。计算齿轮的其它参数：da3=d3+2ham3=18.4+210.8=20mm (3-53)da4=d4+2ham3=47.6+210.8=49.2mm (3-54)df3=d3-2m3(ha+c)=18.4-20.8(1+0.25)=16.4mm (3-55)df4=d4-2m3(ha+c)=57.6-20.8(1+0.25)=55.6mm (3-56)2.旋转机构中齿轮传动的校核按照齿根弯曲疲劳强度进行校核： (3-57)(1) 确定各参数：按Z查得齿形系数和应力校正系数分别为：YF3=2.69,YS3=1.575,YS4=1.68；小齿轮的弯曲疲劳寿命系数，YN3=0.9；大齿轮的弯曲疲劳寿命系数，YN4=0.92。弯曲疲劳强度极限： (3-58)取SF=1.25，得： (3-59)(2) 验算齿根弯曲疲劳强度： (3-60)弯曲强度足够。(3) 验算： (3-61)校验合格。3.3.5 装夹机构的设计计算1.齿轮齿条的设计计算(1) 材料的选择选择齿轮的材料如下：小齿轮材料选用40Cr，调质处理HBS1=260HBS；齿条材料选用45钢，调质处理，HBS2=220HBS，HBS1-HBS2=40HBS。(2