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立式铣床主轴变速系统设计【5张图纸】【优秀】【word说明书+CAD全套设计】

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95 立式铣床主轴变速系统设计

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关键词：: x0103 立式铣床主轴变速系统设计

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摘要……......……………………...……………………………………...1

ABSTRACT…………………………………………………………..……2

第一章绪论……...………………………………………………….......3

第一节铣床的研究.………………………………...………………..3

第二节设计概述……...……………………………………………..6

第二章方案的设计……...……………………………………………...7

第三章齿轮的设计……...…………………………………………… 10

第一节初选各齿轮齿数……...…………………………………….10

第二节齿轮的设计计算……...…………………………………….11

本章附录……...……………………………………………………..24

第四章各轴的设计计算……...……………………………………….25

第一节初步确定各轴的最小直径……...………………………….25

第二节各轴的强度校核……...…………………………………….26

第五章轴承的寿命计算……...……………………………………….32

第六章操纵机构的设计……...………...……………………………..36

致谢……...………...……………………………. ……………………. 40

参考文献……...………………………………………………………...41

文献翻译……...………………………………………………………...42

英文文献……...………………………………………………………...51

立式铣床主轴变速系统设计

摘要

C箱体传动系统是一种将一个转速输入，经过变速输出多个转速来满足需要不同转速的机构。这种机构广泛应用于各种机床的主传动系统和进给系统之中。C箱体传动系统设计包含机械原理，机械设计，机械制造基础，材料力学等课程的内容。本次设计任务主要是完成主轴变速箱的设计，包括齿轮设计计算、轴的设计计算和轴承的寿命校核及箱体的结构设计。本次设计的C箱体传动系统是用于立式铣床主传动系统中。

关键词

C箱体变速输出立式铣床

Vertical milling machine spindle speed change system design

ABSTRACT

C casing drive system is a kind of put a speed input, after multiple variable output rotational speed to meet the need different speed of institutions. The agency is widely used in all kinds of machine tool main drive system and feed system. C casing drive system design including mechanical principle, mechanical design, mechanical manufacturing base, mechanics of materials and so on course content. The design task is mainly to complete the design of the spindle gearboxes, including design calculation, the design calculation of shaft gear and bearing life test and enclosure structure design. The design of C casing drive system is used for vertical milling machine in the main drive system.

Keyword

C case variable speed output Vertical milling machine

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上箱体.jpg

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中箱体.jpg

内容简介：: 湘潭大学兴湘学院毕业论文题目：立式铣床主轴变速系统设计学院：兴湘学院专业：机械设计制造及其自动化学号： 2010963127 姓名：王宁指导教师：冯建军完成日期： 2014年5月 25日湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：立式铣床主轴变速系统设计学号： 2010963127 姓名：王宁专业：机械设计制造及其自动化指导教师：冯建军系主任：刘柏希一、主要内容及基本设计内容： 1、主轴变速系统设计；2、主轴变速系统结构设计；3、主轴变速系统中传动零件的设计计算。能熟练使用autoCAD软件；能进行机械结构设计；运用材料力学知识进行机械零件的强度计算。基本要求：预期提交的材料清单:1、设计计算说明书一份；2、设计图纸一套（包括零件图和装配图）。铣床主要参数主轴端面至工作台距离(mm) 30350 主轴中心线到床身垂直导轨的距离（mm） 215470 主轴孔锥度 7： 24 主轴孔径（mm） 29 主轴转速（r. p. m）18级 301500 主轴轴向移动距离(mm) 85 主电机功率(kw)转速（转/min） 7.5/1450 二、重点研究的问题主轴变速系统的结构设计以及传动零件的设计计算。三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1资料收集毕业设计开题12周2方案确定34周3设计计算56周4毕业设计中期检查7周5三维建模及装配813周6翻译及论文设计计算14周7毕业答辩15周四、应收集的资料及主要参考文献1濮良贵.纪名刚.机械设计M.8版.北京：高等教育出版社，2008. 2 吴宗泽.机械设计课程设计手册M.3版.北京：高等教育出版社，2007. 3 黄冰.铣工铣工工艺学M.4版.北京：机械工业出版社，2003. 4 现代机床设计手册.现代实用机床设计手册M.北京：机械工业出版社，2006.5 孙桓、陈作模、葛文杰编.机械原理M.北京：高等教育出版社，2006.56 朱孝录主编.机械传动设计手册M.北京：电子工业出版社2007.7 7 成大先主编.机械设计手册M.北京：化学工业出版社2004.1 8 李云主编.机械制造及设备指导手册M.北京：机械工业出版社,1997.8 9 詹立新，基于单片机万能铣床自动滚齿系统设计J.机电电器期刊2008,3(45):45,48.10 胡占齐，崔云起，李玉昆. 基于通用五坐标数控铣床的球形滚刀铲齿加工J.哈尔滨功臣大学学报，2009，9(30):1047,1050.11 赵洁，侯永亮. X62W铣床数控化改造步进电动机的选择J.机电产品开发与创新，2010，3(23):184,185.12 陈学东，王华. 大型数控龙门镗铣床精度热稳定性控制探析J.装备制造技术期刊，2011，8(160):160,168.13 李爱民，毛杰，杨安.V600数控铣床热变形误差分析及补偿探究J.中国科技信息期刊，2013，9(54): 111,119. 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号 2010963127姓名王宁专业机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目：立式铣床主轴变速系统设计评价项目评价内容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评价该生毕业设计内容符合机械设计制造及其自动化培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的，难度适中；该生灵活性较强，能够很好的综合运用知识，具备研究和创新的能力，对于计算机了解较透；毕业设计图纸图表清晰、完整。评阅人：年月日VIII 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）鉴定意见学号： 2010963127 姓名：王宁专业：机械设计制造及其自动化毕业论文（设计说明书） 58 页图表 8 张论文（设计）题目：立式铣床主轴变速系统设计内容提要：本毕业设计的内容是完成一个18级主轴变速系统的设计，这种变速箱广用于各种机械的主传动系统，从而达到提供多种输出转速而达到目的，此设计完成后预计达到普通机床的加工与精度要求。此设计有以下几个方面的特点：1.综合性大，设计面广2.对于整体分析设计，要求较高3.工作量较大。本次设计的主要收获： 1.由于本设计综合性较强，设计面广，需要用到大学四年所学的基础知识，完成本次设计相当于对所学知识的回顾，增加了解； 2.通过完成本次设计，提高了自己运用知识分析问题和解决问题的能力； 3.设计过程中难免会出现这样或那样的问题，于是在发现和改正问题的同时，不断充实自己，提高自己。尤其是对于本次设计中的齿轮设计计算，需要查阅大量的图标，且计算过程比较繁琐，设计知识较多。因此，在本次设计更加增进了我对机械行业养成严谨作风的重要性，端正了对待学问的态度，扩展了自己的知识面。指导教师评语该生毕业设计选题基本符合机械专业培养目标，能够达到毕业生训练要求。题目具有一定难度，设计工作量非常大。该生能够搜集资料并综合运用所学知识，具有归纳总结的能力，设计过程中能够综合运用各种资料和所学知识进行工程设计。设计计算说明书文字简单明了、思路清晰、图表规范，图表规范，设计计算和图纸基本正确，该生具备有独立从事工程设计的能力。同意其参加答辩，建议成绩评定为：。指导教师：年月日答辩简要情况及评语根据答辩情况，答辩小组同意其成绩评定为：。答辩小组组长：年月日答辩委员会意见根据答辩情况，答辩小组同意其成绩评定为：。答辩委员会主任：年月日目录摘要.1Abstract. 2第一章绪论.3第一节铣床的研究.3第二节设计概述.6第二章方案的设计.7第三章齿轮的设计. 10第一节初选各齿轮齿数.10第二节齿轮的设计计算.11本章附录.24第四章各轴的设计计算.25第一节初步确定各轴的最小直径.25第二节各轴的强度校核.26第五章轴承的寿命计算.32第六章操纵机构的设计.36致谢. . 40参考文献.41文献翻译.42英文文献.51立式铣床主轴变速系统设计摘要立式铣床主轴变速系统是一种将一个转速输入，经过变速输出多个转速来满足需要不同转速的要求。这种系统广泛应用于各种机床的主传动系统和进给系统之中。C箱体传动系统设计包含机械原理，机械设计，机械制造基础，材料力学等课程的内容。本次设计任务主要是完成主轴变速箱的设计，包括齿轮设计计算、轴的设计计算和轴承的寿命校核及箱体的结构设计。本次设计的C箱体传动系统是用于立式铣床主传动系统中。关键词立式铣床变速输出立式铣床 Vertical milling machine spindle speed change system designAbstract Vertical milling machine spindle speed change system is a kind of put a speed input, after multiple variable output rotational speed to meet the need different speed of institutions. The agency is widely used in all kinds of machine tool main drive system and feed system. C casing drive system design including mechanical principle, mechanical design, mechanical manufacturing base, mechanics of materials and so on course content. The design task is mainly to complete the design of the spindle gearboxes, including design calculation, the design calculation of shaft gear and bearing life test and enclosure structure design. The design of C casing drive system is used for vertical milling machine in the main drive system. KeywordVertical milling machine variable speed output Vertical milling machine第一章绪论第一节铣床的研究机械工业为经济发展提供技术装备并且带动经济持续快速增长，而机床是机械工业一个核心地位，是提供制造场所和技术的加工机器。机床总数、质量等是衡量某个国家工业发展程度标志。目前机械加工中，其中金属切削是机床最重要的一个用途。机床先进性直接影响整个机械制造业发展程度。铣床具有效率高、精度高等特点, 是机床中最主要的代表,其中精密铣床、数控铣床特别是国防、航空、汽车、拖拉机、造船、机床和工具制造等部门占机床总拥有量的1 / 1 0 以上。铣床从结构分为工作台不升降铣床、龙门铣床、升降台铣床。从功能自动化程度等方面又可分为普通铣床、数控铣床(包括加工中心) 。铣床的研究历来被各界专业人士所困扰，如铣床滚齿设计，五坐标数控铣床球形滚刀，铣床精度热稳定性探析及其热变形误差分析铲齿加工，铣床数控化改造及补偿探究等等。铣床圆柱齿轮滚齿加工主要是在滚齿机上加工。因此成形铣刀旋转是通过铣床主轴带动,齿轮齿槽的加工是通过分度头支撑尾座带动工件沿齿轮的齿槽方向移动实现。因此分度误差较大加上成形法齿轮加工中存在较大的原理性误差, 所以铣床加工是精度较差。因此有必要对铣床在某个方面进行改装。万能铣床自动滚齿系统的研制成功改变了某个缺点。以单片机作为核心控制单元,其转速信号采用光电编码器采集齿轮毛坯和滚刀,其转速运转采用步进电机驱动工件与刀具定比例, 展成法齿轮加工从而实现了齿轮加工精度低和加工效率低的问题。然而为了解决在铣削过程中一些几何形状复杂, 制造困难的物体. 从而想到球形滚刀制造的关键技术铲齿工艺, 而通用五坐标数控铣床正适合这一方法. 根据被加工齿轮和滚刀的啮合关系,建立了铲齿球形滚刀齿侧面的数学模型,它的工作原理是基于连续分度的展成原理, 因此加工效率和精度高于盘形铣刀仿形法加工内齿轮.而它的关键工序是铲齿, 一般在专用的铲齿机床上进行.作者提出了在球形滚刀铲齿工艺通过用五坐标数控实现, 给出了程序的数学模型和后处理方法,推动球形滚刀加工内齿轮这一齿轮技术的广泛应用。机床主要的动力源来自于电机，其中一个关键是选用步进电机，利用它可以组成一个简单的全数字化伺服系统，它的优点是不需要反馈信号所以在开环数控系统获得了。开环伺服系统中执行元件是步进电机将进给脉冲转换为具有一定方向、大小和速度的机械转角位移，带动工作台移动。由于该系统没有反馈检测环节，因此它的精度主要由步进电机来决定，其速度或多或少对步进机性能有一点影响，对步进电机选择，应使机械系统和步距角匹配，机床使用时所要求的脉冲当量所需的量就会得到适宜，其最高连续运行频率能够满足机床移动的需求。选择步进电机不仅它能满足我们所需要的设计要求而且在某个方面我们还能降低机床的成本。通过分析发现后机床投入使用生产效率翻了一番加工质量显著提高，以往令人头疼的技术问题也没了。因为将异步电动机改为步进电动机使机床的稳定性、精度有很大提高改善了工作环境, 消除了粉尘和噪声污染。对于一些难加工的型面复杂的零件，也能使其达到理想条件。机床技术的发展和提高，加工效率也要同步发展，要求机床主轴旋转速度提高的同时，快移速度相应提高。各座标轴的进给速度也需要提高这就造成机床各部分发热不均衡而且散热也不太相近，这就使机床热稳定性，造成机床稳定性加工的好坏因素。所以在使用机床时要考虑环境温度的变化，而且可以采取适当的探测仪对机床进行控制，这样避免因机床某个零部件从而影响机床的性能，最终对机床的热稳定性的热源分析的直接目的是相对工件的位置时落下的刀具加工及刀具移动或工件一致性。通过探究我们可以知道机床发热主要是机床运动部件运动发热、气温、切削。另外机床安置的厂房布置对机床精度影响也有影响特别是南方厂房，因此尽量在通风多光线足的地方。机床部件发热的影响主要是座标轴运动发热和主传动发热。主传动安装在滑枕上主轴在滑枕下端，滑枕相对而言是直径大的杆类，热变形特性复杂这与导轨布置方式、滑枕截面形状有很大关系。此类机床主传动动力传入方式主要是从端面传入或者正面传入，正面传入，其优点传动刚性较好传动链短，其导轨釆用半包容结构，滑枕尺寸大，增强了滑枕的刚性，其缺点是热量在滑枕正面大量聚集，导致滑枕反面和正面热量不同使滑枕变形系数大。端面传入由于传动刚性差，滑枕尺寸相对较小，导轨釆用全包容结构，传动链过长，滑枕的结构刚性稍弱，但在滑枕端面获得了大量的热量，以致滑枕正反面温度相差不大滑枕变形小。进给传动热源主要提供座标轴，如进给电机发热或齿轮齿条传动发热和滚珠丝杠传动发热传导到传动部件，结果导致机床精度变差。所以机床布置间隔距离应大，不要对着阳光直射厂房建造时尽可能高，通风好以便空气流动这样机床的温度才会均衡。对主轴部件发热及主传动的控制方法通常采用在加工前进行预热通常滑枕和主轴热稳定系数已相对稳定再进行加工作业时可避免加工精度造成的影响。或是采用相同温度机油对主轴和传动系统进行冷却。伺服电机发热一般用隔热垫使热源和电机隔离，还可以在机床和电机相连部位用冷却方式控制。滚珠丝杠传动发热可以采用中空丝杠从中通入循环冷却油，将丝杠温度降低，保证进给轴驱动刚性好，使机床精度大幅提高。或者采用大直径滚珠丝杠，热容量增加，温升减少便达到目的。数控铣床高效率、柔性化、高精度的迅速发展，因此数控铣床加工精度、可靠度、精度稳定性的要求更高，如何减少机床动态、静态的热变形误差一直是个难题。因加工过程中的丝杠、导轨床身、滚珠等误差是影响几何精度，因此补偿方法和热变形误差分析的研究，有助于改善加工精度和产品质量。其原因在实际生产中是不能提供有效地环境如恒温、无尘、恒湿等，这样加工出来的产品误差较大。归咎其主要原由有被工装、加工件、机床工作台联接件的结合面、夹具等不同运转时在内、外热源的作用发生了不同程度的变形。热源随着零部件不同成非线性变化。以及机床外面所处位置不同而使散热条件有差异。数控铣床通常配备有变频器、接触器、大功率的变压器等电器元件通常置于位于床身背后，一般机床长时间工作产生的热量被人忽视以致产生的热变形使加工零件造成误差偏差大，使产品质量不合格。数控铣床发热源出了这些还有液压系统的发热、动力源的能量损耗这些热量一般不定随输出功率的大小而不断变化属非恒定热源。运动副产生的摩擦热要是指转动副、螺旋副和移动副。移动副产生的磨擦较少,运动时速度很低,转动副及其密封相对而言产生的热也相对少，这样旋转轴和旋转轴配合的箱体产生非线性的温度场，以致旋转轴倾斜和偏移。滚珠丝杠对于每节来说产生的热源很少但是整个累积起来的热误差却不可估量的。在数控铣床上加工热零件时，通常粗、精加工几乎在同一台机床进行，粗加工时所产生的切削热很大。怯薛时将机床产生的机械能通过切削转化金属材料变形所用的热能。而传输的热量分配按照所加工时条件而定。一般情况下在不加冷却液切削时传给工件的热量按估计不到三分之一，大量热源被切屑带走，其中切屑飞落散布在机床和工作台中，显然这样对机床的热变形造成的影响很明显了，机床一般通过太阳照射这样机床光照时正面和反面出现的温度差就会很明显，进而引起机床热变形产生导致周期性的变幅加工误差。设备会随着环境温度、昼夜温差和气温变化而变化。空气流动和空气的冷热交换使被加工件和机床的温度发生明显变化，这样影响是被加工件的尺寸精度、位置精度和机床的精度。而那些加工面多、定位面、加工周期长的工件，昼夜温差相差很大所以得考虑可能会引起表面粗糙度误差和几何精度误差。用统计数据方法通过分析可以补偿热变形误差减少，并且控制热变形误差我们可以硬件的方法来实现如用加大冷却液流量、加注润滑油减小摩擦、较大的排风扇。热误差的补偿是在不同条件下工况条件下热误差的模型实现的，而这种条件的选择主要是看模型的合理性。因此我们必须收集大量的信息和数据分析建立模型探究温度和热误差。第二节设计概述设计内容： 1、主轴变速系统设计；2、主轴变速系统结构设计；3、主轴变速系统中传动零件的设计计算。能熟练使用autoCAD软件；能进行机械结构设计；运用材料力学知识进行机械零件的强度计算。完成本设计的主要步骤为：1、资料收集；2、毕业设计开题、方案确定；4、设计计算；5、毕业设计中期检查；6、三维建模及装配；7、翻译及论文设计计算；8、毕业答辩。第二章方案的设计变速箱原理：参考X62w立式万能升降台铣床，选择额定功率为7.5kw，同步转速为1450r/min，型号为Y132M-4电动机通过弹性联轴器与轴相连。通过26:54的一对齿轮带动轴，使轴获得一种转速，轴上三联齿轮（齿数分别为19、22、16），可以沿轴向移动，分别与轴上的三个齿轮啮合，以19:36、22:33、16：39的传动比使轴得到三种转速，轴上也有一个可轴向滑移的三联齿轮与轴上的齿轮啮合，以28:37、18:47、39:26的传动比将运动传给轴，这时轴就可以得到九种转速。轴的右端还有一个双联齿轮与主轴（轴）上的齿轮啮合，其传动比为82:38、19:71.这样主轴就获得十八种不同的转速。其传动结构式为：电动机（主轴）传动系统图如2-1，转速表如2.1 方案一方案二方案三图2-1 传动系统简图图2-2 卧式铣床主传动系统转速图1.计算各轴的最低转速 2.选定参数确定齿轮的传动效率为：，滚动轴承的效率3.计算各轴的输入功率和各轴的最大转矩：输入功率：转矩：第三章齿轮的设计第一节初选各齿轮齿数参考卧式万能升降台铣床X6132，选定各齿轮齿数如表3-1：表3-1 齿轮齿数、轴之间、轴之间、轴之间、轴之间第1对第2对第3对第4对第5对第6对第7对第8对第9对注：如无其它标注，本章计算公式及计算参数均来自濮良贵、纪名刚主编的机械设计第八版，高等教育出版社，2010。第二节齿轮的设计计算一、第一对齿轮的设计计算1. 选定齿轮类型，精度等级，材料。1）直齿圆柱齿轮；2）卧式铣床为一般工作机器，速度不高，故选7级精度（GB1009588）；3）材料选择，由表10-1选择小齿轮材料为40Cr，调制处理，硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢，调制处理，硬度为250HBS，二者材料硬度差为30HBS。2. 按齿面接触强度设计。由设计计算公式（10-9a）进行计算，即 (1) 确定公式内各计算数值1) 由试10-13计算应力循环次数，预设齿轮工作寿命15年（设每年工作300天），两班制。 h /u=6.264/(54/26)=3.016h2) 由图1019取接触疲劳寿命系数。3) 计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1，安全系数S=1，由式(1012)得 4) 试选载荷系数5) 由表10-7选取齿宽系数=1.0。6) 由表10-6查得材料的弹性影响系数7) 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度；大齿轮的接触疲劳强度极限。（2）计算 1）试计算小齿轮分度圆直径，代入中较小值 2）计算圆周速度 v=3)计算齿宽b。b=152.739=52.739mm 4)计算齿宽与齿高之比齿高 h=2.252.252.028=4.56mm 模数 5)计算载荷系数据v=4.31m/s，7级精度，查图10-8查得动载荷系数；查表10-2得使用系数；查表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑费对称布置时由，查图10-13得；故载荷系数 6)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（10-10a）得 7) 计算模数m 3. 按齿根弯曲强度校核由式（10-5）弯曲强度设计公式为（1）确定公式内各计算数值1）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数0.85;0.88;2）由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限500MPa;大齿轮的弯曲强度极限380MPa；3) 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得 4) 计算载荷系数K。 11.1311.35=1.526 5）查取应力校正系数查表10-5得 6) 查取齿形系数查表10-5得 7)计算大小齿轮的并比较得小齿轮的数值大（2）计算 mm圆整模数为标准值m=2，而符合要求，齿轮既满足了齿面接触疲劳强度同时也满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4. 计算齿轮几何尺寸分度圆直径 mm 中心距 a= 齿轮宽度 b= b=52mm 取二、第二对齿轮的设计1.选定齿轮类型，精度等级，材料。1）选用直齿圆柱齿轮；2）立式铣床为一般工作机器，选用7级精度（GB1009588）；3）材料选择：由表10-1选择小齿轮材料40Cr，大齿轮45钢，调制表面淬火，硬度4855HRC2.按齿根弯曲疲劳强度设计由式（10-5）计算弯曲强度（1）确定公式内计算数值1）由试10-13计算应力循环次数 /u=3.016/(39/16)=1.2369 2）查图10-20d得大小齿轮的弯曲疲劳强度极限620MPa3）查图10-18得弯曲疲劳寿命系数0.92；0.93；4) 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，式（10-12） 5）查取应力校正系数查表10-5得 6) 试选载荷系数K=1.37）由表10-7查得=0.8 查取齿形系数由表10-5查得 8)计算大小齿轮的并加以比较。得小齿轮的数值大。（2）设计计算公式 2.4为了满足接触强度要求，取m=2.5mm，得 =m=616mm=40mm b= b=0.8*96mm=32mm3.按齿面接触疲劳强度校核。1) 由式（10-8a）得 2)查表 10-6得到=189.8 3)齿数比 u=39/16=2.4375 4)189.8697.39MPa5) 取弯曲疲劳寿命系数0.86 由图10-21e取接触疲劳强度极限MPa 取失效概率为1，安全系数S=1，由式(10-12)得，所以满足齿面接触疲劳强度5. 计算齿轮几何尺寸分度圆直径中心距 a= 齿轮宽度取6. 因为小齿轮齿数小于17，所以采用变位避免根切，小齿轮采用正变位，大齿轮采用负变位，且三、第二级多联齿轮的计算1. 多联滑移齿轮需要滑移黏合，各齿轮的中心距都应该相等，所以第一个多联滑移齿轮的模数为6mm.，由表10-7取=0.62. 多联齿轮设计计算：（）齿轮计算：分度圆直径：齿宽：圆整为： 3. （）齿轮计算：分度圆直径：齿宽：圆整为： 4. 多联齿轮强度的校核：这两对齿轮的小齿轮齿数都比16大，都能满足齿根弯曲强度和齿面接触强度要求。四、第三级传动齿轮对的设计计算1.选定齿轮类型，精度等级，材料。1）直齿圆柱齿轮2）7级精度。3）大小齿轮均用40Cr，表面淬火，硬度为4855HRC。2. 因为选择为硬齿面，所以初步按齿根弯曲疲劳强度设计齿轮传动主要参数和尺寸由式（10-5）计算弯曲疲劳强度 1）确定公式内计算数值（1）查图得弯曲疲劳极限应力360Mpa（2）由式10-13计算应力循环次数 h /u=1.24/(47/18)=4.758h（3）由图10-18取弯曲疲劳寿命系数（4）取安全系数S=1.4 =（5）载荷系数（6）查表10-7得=0.2（7）查表10-5取齿形系数，计算大小齿轮的，并比较其大小： =0.01924=0.01596小齿轮数值大。2）模数 5.65 3）算齿轮传动尺寸（1）查表10-2查得 V=1.53m/s （2）查图10-8查得动载系数（3）齿宽b=0.25.6518=20.34mm（4）齿宽与齿高之比（5）表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮支撑不对称。（6），图10-13得；故载荷系数（7） m=5.67mm圆整m=6mm4）计算齿轮几何尺寸：中心距：分度圆直径：齿宽： =108*0.2mm=21.6mm 圆整为b=25mm 取 3. 按齿面接触疲劳强度校核：式（10-8a）得计算式中各参数1）K、值同上，2）齿数比u=47/18=2.613）查表10-6得弹性系数4）失效概率为1%，安全系数S=1，许用接触应力可由式（10-12）得 = (1）查图10-21d得接触疲劳极限应为 (2) 查图10-19取疲劳寿命系数1.0=637.46Mpa=1200Mpa满足齿面接触疲劳强度。五、第三级多联齿轮的计算多联滑移齿轮需要滑移黏合，各齿轮对的中心距都相等。1. 多联齿轮设计计算：的计算：分度圆直径：，中心距： a=195mm.齿宽： b=0.2168mm=33.6mm圆整为：（）的计算：分度圆直径：，中心距： a=195mm.齿宽： b= =0.2156mm=31.2mm圆整为： 2. 多联齿轮对的校核：这两对齿轮的小齿轮都比16大，都能满足弯曲强度和接触强度。六、第四级传动齿轮对的设计计算1.选定齿轮类型，精度等级，材料1）直齿圆柱齿轮；2）7级精度；3）大小齿轮均用40Cr，调质后表面淬火，硬度为4855HRC；2.硬齿面，初步决定按齿根弯曲疲劳强度设计齿轮传动主要参数和尺寸式（10-5）得弯曲强度设计公式 1）确定公式内计算数值(1) 查图得360Mpa(2) 试（10-13）计算应力循环次数 h /u=4.739/(71/19)=1.2682h(3)查图10-18弯曲疲劳寿命系数(4)取弯曲疲劳安全系数S=1.4 =(5)载荷系数(6)查表10-7得=0.4(7)查表10-5取齿形系数，计算大小齿轮的，比较： =0.0186=0.0164小齿轮数值大。2)算模数 =5.756mm3)算传动尺寸 (1)查表10-2得使用系数 V=0.628m/s (2) 查图10-8得动载系数 (3) 算齿宽b=0.45.75619=43.75mm(4) 算齿宽与齿高之比(5) 查表10-4用插值法查，7级精度，小齿轮相对支撑不对称布置时。(6) ，查图10-13得，载荷系数 (7)对修正m=5.53mm圆整m=6mm4) 计算齿轮几何尺寸中心距：分度圆直径：齿宽： =114*0.4mm=45.6mm 圆整b=45mm 取 3.按齿面接触疲劳强度校核：式（10-8a）得就散式中各参数1）K、值一样2）计算齿数比u=71/19=3.743）查表10-6得弹性系数4）失效概率为1%，安全系数为S=1，许用接触应力由式（10-12）得 = （1）查图10-21e得接触疲劳极限应为：（2）查图10-19取疲劳寿命系数1.0= =799.44Mpa=11 00Mpa满足齿面接触疲劳强度。七、第四级多联齿轮的计算多联滑移齿轮需要滑移黏合，各齿轮对的中心距都相等，故对齿轮对和有 1）多联齿轮的设计计算：的计算：分度圆直径：，中心距： a=360mm.齿宽： b=0.4228mm=91.2mm圆整为： 2）多联齿轮对的校核：这两对齿轮的小齿轮都比16大，都能满足弯曲强度和接触强度。本章附录附表3-1 各齿轮参数表编号齿数材料热处理硬度模数(mm)分度圆直径(mm)中心距(mm)齿宽(mm)12640Cr调质后表面淬火280HBS2.565100705445钢调质后表面淬火 240HBS1356522240Cr调质后表面淬火4855HRC6132165803340Cr调质后表面淬火4855HRC1987531940Cr调质后表面淬火4855HRC6114165693640Cr调质后表面淬火4855HRC2166441640Cr调质后表面淬火4855HRC696165443945钢调质后表面淬火4855HRC2343952640Cr调质后表面淬火4855HRC6156195533940Cr调质后表面淬火4855HRC2344862840Cr调质后表面淬火4855HRC6168195323740Cr调质后表面淬火4855HRC2223771840Cr调质后表面淬火4855HRC6108195274740Cr调质后表面淬火4855HRC2822283840Cr调质后表面淬火4855HRC4.5171270748240Cr调质后表面淬火4855HRC3696991940Cr调质后表面淬火4855HRC6114270517140Cr调质后表面淬火4855HRC42646 第四章各轴的设计计算本章节中计算公式及计算参数如无特别说明则均来自濮良贵、纪名刚主编的机械设计M。北京：高等教育出版社，2008与吴宗泽编。机械设计课程设计手册（第三版）M.北京：高等教育出版社，2007。第一节初步确定各轴的最小轴径1、轴轴材料为45钢，调质处理，据表15-3，取=112。得：2、轴轴材料为45钢，调质处理，据表15-3，取=112，得：3、轴轴材料为45钢，调质处理，据表15-3，取=112，得：4、轴轴材料为40Cr，调质处理，据表15-3，取=104，得：5、轴轴材料为40Cr，调质处理，据表15-3，取=97，得：第二节各轴的强度校核1、轴载荷分析受力分析：水平面受力、弯矩：N垂直面受力、弯矩：弯矩合成：扭矩：（2）弯扭合成强度条件校核轴的危险面通常由弯矩所产生的弯曲应力对称循环变应力，而扭矩所产生的扭转切应力则常不是对称循环变应力。考虑两者循环特性的不同，引入。扭转切应力为脉动循环变应力时，取。：轴材料为45钢调质，(安全系数为4)，故安全。2 .轴的计算（1）轴上载荷轴受力分析水平面受力、弯矩：垂直面受力、弯矩：弯矩合成：扭矩：（2）弯扭合成强度条件校核轴的危险面C得轴材料为45钢调质，(安全系数为2)，安全。两个位置的载荷比中位小，安全。2、轴的计算（1）轴上载荷轴受力分析：水平面受力、弯矩：垂直面受力、弯矩：弯矩合成：扭矩：（2）弯扭合成强度条件校核轴的危险面B得轴材料为45钢调质，(安全系数为1.6)，安全。3.轴的分析同上，经验证也满足强度要求。4.轴的计算（1）轴上载荷轴受力分析：水平面受力、弯矩：垂直面受力、弯矩：弯矩合成：扭矩：（2）弯扭合成强度条件校核轴的危险面B得轴材料为45钢调质，(安全系数为1.6)，安全。第五章轴承的寿命计算机床预定寿命1、轴初选择滚动轴承6307由机械设计课程设计手册（第3版）表6-1知轴承6307的基本额定静载荷，基本额定动载荷,轴承预期寿命为。由表13-5知X=1，Y=0。据机械设计表13-6，载荷系数。当量动载荷轴承寿命所以选6307轴承可满足要求。2、轴初选滚动轴承6006机械设计课程设计手册（第3版）表6-1知轴承6006的基本额定静载荷，基本额定动载荷为,轴承预期寿命为。由机械设计表13-5知X=1，Y=0。据机械设计表13-6，取载荷系数为。则：当量动载荷为轴承寿命为所以选6006轴承不符合寿命要求，故选轴承为滚动轴承6206，计算轴承寿命。查机械设计课程设计手册（第3版）表6-1中知对于轴承6206基本额定静载荷，基本额定动载荷为,轴承预期寿命为。轴承寿命为用6206轴承可以满足要求。3、轴初选滚动轴承6008机械设计课程设计手册（第3版）表6-1中知轴承6008的基本额定静载荷，基本额定动载荷为,轴承的预期寿命。轴的轴向载荷很小，由机械设计表13-5知X=1，Y=0。机械设计表13-6，取载荷系数。则：当量动载荷为轴承寿命为选6008轴承不符合寿命要求，改选轴承为轴承6208，重新计算轴承寿命。机械设计课程设计手册（第3版）表6-1知轴承6307的基本额定静载荷，基本额定动载荷,轴承的预期寿命为。轴承寿命为用轴承6307可以满足要求。4、轴右端滚动轴承6007寿命计算机械设计课程设计手册（第3版）表6-1知轴承6007的基本额定静载荷，基本额定动载荷为,轴承的预期寿命。由机械设计表13-5知X=1，Y=0。机械设计表13-6，取载荷系数。则：当量动载荷轴承寿命为用6007轴承不符合寿命要求，选轴承为轴承6307，重新计算轴承寿命。机械设计课程设计手册（第3版）表6-1中知对于轴承6307的基本额定静载荷，基本额定动载荷,轴承的预期寿命为。轴承寿命所以选轴承6307可以满足要求。5、轴左端滚动轴承6009寿命计算机械设计课程设计手册（第3版）表6-1中知轴承6009的基本额定静载荷，基本额定动载荷,轴承期寿命为。故由机械设计表13-5知X=1，Y=0。据机械设计表13-6，取载荷系数。则：当量动载荷为轴承寿命为所以选轴承6009可以满足要求。6、轴右端滚动轴承6009寿命计算机械设计课程设计手册（第3版）表6-1中知轴承6009基本额定静载荷，基本额定动载荷为,轴承的预期寿命。故机械设计表13-5知X=1，Y=0。据机械设计表13-6，载荷系数。当量动载荷为轴承寿命为所以选用6009轴承不符合寿命要求，故改选轴承为轴承N409E，并重新计算轴承寿命。机械设计课程设计手册（第3版）表6-2中知轴承N409E的基本额定静载荷，基本额定动载荷,轴承的预期寿命为。轴承寿命所以选轴承N409E可以满足要求。7、轴左端的滚动轴承7013C的寿命计算机械设计课程设计手册（第3版）表6-6中知轴承7013C的基本额定静载荷，基本额定动载荷,轴承的预期寿命为。由于，故由机械设计表13-5知X=1，Y=0。据机械设计表13-6，取载荷系数。则：当量动载荷轴承寿命所以选用7013C轴承不符合寿命要求，故改选轴承为轴承7313C，并重新计算轴承寿命。查机械设计课程设计手册（第3版）表6-6中知轴承7313C的基本额定静载荷，基本额定动载荷,轴承的预期寿命为。轴承寿命所以选用轴承7313C可以满足要求。8、轴右端的滚动轴承6014的寿命计算查机械设计课程设计手册（第3版）表6-1中知轴承6014的基本额定静载荷，基本额定动载荷,轴承的预期寿命为。由于，故由机械设计表13-5知X=1，Y=0。据机械设计表13-6，取载荷系数。则：当量动载荷轴承寿命所以选用6014轴承不符合寿命要求，故改选轴承为轴承6308，并重新计算轴承寿命。查机械设计课程设计手册（第3版）表6-2中知轴6308的基本额定静载荷，基本额定动载荷,轴承的预期寿命为。轴承寿命所以选用轴承6308可以满足要求。第六章操纵机构的设计注：该部分的资料参考资料铣工实用技术手册江苏科学技术出版社操纵机构是属于控制系统，功能为控制机床各部件工作运动的启动、停止、变速、换向以及辅助运动等，如转位、定位、送料、夹紧等。对于操纵机构要求是：灵活省力、操纵方便、安全可靠，可靠的定位，相互关联的操纵动作应该互锁。变速操纵机构主要分为分散式、集中式和预选式等3种。分散操纵机构：一般须操纵多个操作件（手柄或按钮）才能完成变速过程。集中式操纵机构由一个或两个操作件完成变速过程，操作方便，结构较复杂。预选式操纵机构可以在机床工作中预先选择下一工序所需的转速，转入下一工序时操纵一个操作件即可实现变速，缩短了辅助时间，结构复杂。为使操纵方便，本次设计采用集中式操纵机构，采用孔盘变速。其结构示意图如图6-1，主要由孔盘6；齿轮-齿条轴7、8、9和拨叉10（共三组，图中只画出了一组）；手柄和选速盘1等组成。图6-1 铣床孔盘变速操纵机构 1.选速盘 2.齿块 3.齿条 4.手柄 5.杠杆 6.孔盘 7、9.齿条轴 8.齿轮 10.拔叉1、变速操作顺序（1）把手柄4向下压，使手柄上是榫块自槽中滑出，然后向顺时针方向转手柄，使榫块落到第二糟内为止。（2）转动速选盘1，把所需的转速数字对准箭头。（3）把手柄推回原来的位置，使榫块落入槽内（榫块使手柄4定位，也同时使孔盘获得轴向定位）2、工作原理孔盘集中变速操纵机构的工作原理可从图6.1中看出。三联滑移齿轮在轴上有左、中、右三个位置（相应于图中的b、c、d）使之与轴上的三个固定齿轮分别啮合。拨叉10固定在齿条9的左端，齿条7和9的右端有直径大小不同的A、B两段。孔盘6不同直径的圆周上，钻有一系列按规律分布的大孔和小孔，孔的大小与齿条轴右端A、B段的直径相同，即A段可插入小孔中，B段可插入大孔中。孔盘6可在手柄4的操纵下轴向移动，当它脱离齿条轴后（即移到最右位置），还可在速选盘1的操纵下移动。如图6-2为孔盘控制其中一个三联滑移齿轮的变速过程。当处于工作位置时，孔盘将拔叉推到左边位置。从工作位置变到工作位置时，先使孔盘向右退离齿条轴1和1，然后转动孔盘，进行选择，再将孔盘推向左边，这时一对齿条轴右端小轴均从孔盘中通过，把滑移齿轮推到中间位置。同理，在工作位置时，下面齿条轴被孔盘推向左边，上面齿条轴右端直径较大的轴段从孔盘中的大孔中通过，使拔叉带动滑移齿轮移动至右面位置。孔盘同时控制三个拔叉，图6-2 孔盘工作原理分别拔动一个双联滑移齿轮和两个三联滑移齿轮，可变换18种转速。图6-3表示孔盘上孔的分布。控制三联滑移齿轮转的孔以大孔、小孔、无孔三种状态按一定的变速要求排列；控制双联滑移齿轮的孔以有孔、无孔两种状态排列。一个孔盘控制几个滑移齿轮，孔盘上就应有几套各自规律排列的孔。图6-3 孔盘上孔的分布3、孔盘的设计 1）孔的大小排列。根据传动系统图和转速图所确定的在各级转速下三个滑移齿轮的啮合位置，可列出孔盘上的孔有无、大小和排列顺序，见表5.1表中A、B分别代表两个三联滑移齿轮，C代表双联滑移齿轮。1、1、2、2、3、3表示三根带拔叉的齿条轴。、分别表示孔盘上的小孔、大孔和无孔。表5.1 孔盘上孔的的排列转速滑移齿轮 A 1 1 B 22 C 3 3 2）孔的位置和尺寸孔盘上控制相邻两转速的孔位间夹角为360/18=20，控制一对齿轮条的孔排在同一直径的圆周上，也可以排在不同直径的圆周上，须视齿条轴的位置和孔盘的结构而定。本例控制齿条轴1和1的孔位共36个，都在外围上控制齿条轴2和2的孔位也是36个分别布置在第二圈和第三圈上：控制齿条轴3和3的孔只有有孔和无孔两种状态，共需18个孔位，且每隔9级才变换一次，因此布置在孔盘内圈上，以凸起的半圈代替连续无孔，不凸起的半圈代替连续有孔。一般可取大孔直径=12mm，小孔直径=（68）mm，孔与孔之间的最小圆周壁厚=（0.51）mm.3)其它尺寸，孔盘厚度可取5mm，外径取（150160）mm,齿条轴的安装位置应根据结构布置来确定致谢此时我最想说的应该是我的指导老师冯建军教授，感谢他一直以来对我细心指导。他对我是多么认真负责带着我们修改论文和图纸，和蔼亲切的教我们不懂的地方每周还给我们安排任务，工作时孜孜不倦废寝忘食，从开学带着我们逐步深入如何搞毕业设计起，每周都会定期检查我的毕业论文，在搞论文中遇到很多如论文格式、如何排版、软件应用、专业知识、图的相关要求、以及图的结构不合理等等问题，得到老师一步一步的教导和说明，让这些问题迎刃而解，我不得不佩服老师对学生认真负责的态度以及他本身渊博的知识，严谨的工作作风，以及无私的帮助。他的这些让我很受震撼，在以后工作中我应该以冯老师为榜样，对此我再一次表示深深地敬佩和感谢！最后，诚挚的感谢所有的老师抽出时间来参加我们的毕业答辩。参考文献1濮良贵.纪名刚.机械设计M.8版.北京：高等教育出版社，2008. 2 吴宗泽.机械设计课程设计手册M.3版.北京：高等教育出版社，2007. 3 黄冰.铣工铣工工艺学M.4版.北京：机械工业出版社，2003. 4 现代实用机床设计手册编委会.现代实用机床设计手册M.北京：机械工业出版社，2006. 5 孙桓、陈作模、葛文杰编.机械原理M.北京：高等教育出版社，2006.56 朱孝录主编.机械传动设计手册M.北京：电子工业出版社2007.77 成大先主编.机械设计手册单行本轴及联轴器M.北京：化学工业出版社2004.18 李云主编.机械制造及设备指导手册M.北京：机械工业出版社,1997.89 詹立新，基于单片机万能铣床自动滚齿系统设计J.机电电器期刊，2008,3(45):45,48.10 胡占齐，崔云起，李玉昆. 基于通用五坐标数控铣床的球形滚刀铲齿加工J.哈尔滨功臣大学学报，2009，9(30):1047,1050.11 赵洁，侯永亮. X62W铣床数控化改造步进电动机的选择J.机电产品开发与创新，2010，3(23):184,185.12 陈学东，王华. 大型数控龙门镗铣床精度热稳定性控制探析J.装备制造技术期刊，2011，8(160):160,168.13 李爱民，毛杰，杨安.V600数控铣床热变形误差分析及补偿探究J.中国科技信息期刊，2013，9(54): 111,119. 文献翻译在滑动触点多层表面涂层的弹塑性变形分析摘要梯度层的滑动接触,层叠层和普通多层涂层受到相同的表面负载本文调查了下弹塑性变形。结果表明,积极的梯度层涂料、弹性模量降低逐渐从顶层到衬底,可以提高应变和应力根植于文明layer-substrate界面附近大大及其应力等高线垂直方常光滑。涂料和layer-substrate接口和一个小压力在衬底。涂层可以极大地减少界面上的最大剪应力layer-substrate和压力在裂纹尖端,但界面附近的应力和应变梯度是非常大的。普通层的应力和应变分布相比没有明显改善单层。已知的分析应力应变分布和裂缝压力根植于文明的四种涂层、梯度层涂层在这些方面有更多的优势。本文的结果为涂料的选择和设计提供参考。q1999爱思唯尔的科学有限公司版权所有。关键词:梯度层涂料;滑动触点;塑性变形;压力1、介绍机器零件的失败有很大关系的属性表面附近的最大应力经常存在。学习和发展的重要途径新材料是提高表面通过努力沉积薄层的接触应力分布耐磨材料的接触表面。快速等各种表面处理技术的发展CVD和PVD和一个伟大的可能的组合协议层的材料让你更复杂的决定材料的制备方法,及其作品,涂料的类型和层次等。的主要因素导致涂层表面的失败从衬底的超然涂层。如何达到合适的分布层材料给定的条件减少界面上的应力因此如何提高技术一样重要增加和涂层之间的附着力衬底。所以研究具有十分重要的实际意义如何减少界面应力和提高应变分布在界面附近,因为积累的材料塑性变形的主要因素之一压力是导致骨折和超大的接口主要原因导致脱胶。摘要压力在梯度和应变分布,层叠和常见的多层涂层由于粗糙面滑动接触表面与调查之夜元素分析方法。这是假设sine-distributed正常和切向载荷应用分层表面。层参数的影响应力应变分布进行比较和分析和理想涂层模型的应力应变分布满意了2、模型的描述四种类型的lms一直不断讨论了近年来,梯度层lm(TiC / Ti(C,N)/锡)13,层叠层lm(Ti /锡)(4、5),常见的多层lm(比如TaC /抽搐/氧化铝/锡)和单层lm(锡)。变形的研究并在这些层仍然是一个有趣的断裂问题。在本文中,我们图1。模型上的粗糙表面滑动层涂层糙表面滑动接触下分层困难在上述层半空间。的压力多数文献假设分布分析正常和切向加载界面接触分布由半球形滑动造成的。为更接近我们,而真正的接触情况multi-asperity接触模型,如图1所示。的正常压力分布的每个粗糙粗糙counter-face可以表达公式约翰逊提出的6,给出如下在哪里上所有粗糙粗糙的平均压力吗表面上看,E *是材料的等效弹性模量是杨氏模和泊松分别率的材料接触。D是粗糙表面的振幅,l的波长粗糙表面(图1)。假设的最大压力pmax粗糙表面81023 N /平方毫米,屈服极限高速钢(HSS衬底的N / k=1:81023pmax平方毫米。4 k的每一层的厚度梯度,层叠和选定的多层涂层是2毫米,总厚度的三个涂料是8毫米为所有四层。两表面微凸体之间的长度粗糙表面被假定为L=100毫米和接触每个与接触表面粗糙长度是2：20毫米。假设摩擦系数字母系数的滑动接触粗糙表面和涂层之间0:3。结果显示Merwin和约翰逊7,塑性变形将发生在当pmax = k。为4:0在滑动接触。这里k是马克西的屈服极限最大冯米塞斯方程可以给出的剪切应力表达k马克斯。表1 基板的机械性能和涂层材料现象、趋势和研究了塑性变形的分布分布载荷pmax = 4:0。图2 c表示三种涂层的结构。如弹性模力学性能基体和涂层材料的泊松比哪些是重要的执行可图2。三种涂层的结构:(a)梯度层涂料,(b)层叠层涂层和(c)所选的多层涂层靠的计算表1中列出引用文献79。自合并后的正常和切向载荷不再对称,整个分层半空间建模。图3显示了夜间元素网格和边界计算中使用的条件。水平和垂直网是160100毫米的尺寸,都是足够大以允许强调是旧址边界。整个网格水平1320(4430垂直)双二次平面应变元素和1395节点。网格是再保险ned地区低于接触。水平和垂直间距和下面的节点的接触表面是相同大小的0.5毫米。底面和侧面支持在夜间元素来模拟半无限。了几位高级行按顺序分配层和夹层。的各层之间的接口被认为是完美的保税,即位移在接口是连续的除非另有提及。普通节点属于两岸的界面元素,使用这些常见的节点约束的接口满意。连续分布的正常和切向载荷应该分成小分歧和转换成吗双重正常集中负荷是由方程遵循国际扶轮个人集中负荷Ri和气然后行使在每个部门指出yic和应用节点通过节离散集中负荷如图4所示。图3。的夜间元素网格和边界条件中使用计算。和切向载荷气和负载的行动中心位置点接触表面。在ANSYS包已经被用于夜间元素计算上述涂料。来验证是否夜间上述元素模型是公平的,一个典型的滑动接触的刚性圆柱滑块均匀的在飞机上分析了弹性半空间(m0:2)。的从数值计算结果相吻合计算使用赫兹方程的约翰逊6。因此,现在夜间模型和网格被假定为是一个元素滑动的弹性半空间的可接受的表示接触。计算结果为例,应力分布于multi-asperity接触表面绘制在图5中。图4。模型分为连续分布正常加载成离散。图5。由于multi-saperity接触应力分布在多层表面3结果与讨论从ANSYS提供的图表,我们可以理解这些涂料的一些重要特征分析如下:3.1. 塑性变形下的应变分布图6显示使用的结果夜间梯度层单元法(HSS /氧化铝/抽搐Ti(C,N)/锡),夹心层(高速钢/ Ti /锡/ Ti /锡)选中的多层(高速钢/ TaC /抽搐/氧化铝/锡)涂料受到同样的表面负载。也单层涂层(高速钢/锡)具有相同的厚度与多层计算比较。图6显示了轮廓在上述四部分的压力分层的楼梯下方的分别中间粗糙粗糙表面的接触。图7c的应变分布四涂料在吗呼叫中心轴。这里的横纵坐标是z /a涂料和垂直的纵坐标值是。塑性变形时出现1 k的值,即这里0.512ANSYS的计算精度。显示在图6中,压力梯度的轮廓层涂层非常稀疏coating-substrate附近界面,而他们主要集中在涂层表面。在选定的多层涂层的行为逆转与梯度层涂料,这是压力轮廓是集中在界面附近和稀疏的附近水面。单层涂层的应变轮廓接口和附近非常集中吗表面上看,虽然稀疏的涂层。涂层的轮廓非常集中中间的涂料和附近的界面。基体的塑性变形已经长大了为每个涂层和涂层的顶部下负载。的塑性变形区域层叠涂料是这四个最大的涂料和塑性变形沿着界面也是最长的地区。有预感教派的前部和尾部接触边缘附近梯度和单层涂层和前面和下面尾接触边缘的选择的多层和单层涂料在coating-substrate接口。界面附近的应变梯度层的涂层变化逐渐自应变梯度的轮廓层涂层界面附近的稀疏,没有塑性变形时预感教派在界面附近开始。它表明, 梯度层涂料不倾向图6.应变梯度层涂层的轮廓:(a)梯度层涂料,(b)选定的多层涂层,(c)层叠涂层和(d)单层涂料。于形成和断裂之间的接口衬底和有更多的优势在其他三个涂料在性能。附近的应变非常结实的轮廓选中的多层和单层的接口涂料,这表明这些地区的应变率非常大。除了有预感教派在尾部边缘附近塑料区域的两个基板,所以骨折往往这些区域附近形成。根据图6,应变速率也逐渐减小由于应变梯度层的轮廓涂层非常集中的顶部表面,它显示了吗梯度层涂层可以在保护一个重要部分衬底。相反,尽管附近的应变率很小前选择的多层涂层,表面虽然率是接口和附近的断裂倾向于增加产生在这里。塑性变形区域的层叠涂料非常大,在大应变速率是伟大的吗地区附近的界面。单一的应变轮廓层涂层非常表面和附近集中中间的接口但稀疏地区的涂层。它表明涂层的中部地区是不能来执行其功能和附近的骨折往往形式由于大应变速率的接口。3.2最大剪切应力的分布图8显示了最大剪应力的分布四个涂料。z和y是垂直和水平坐标,分别。积极的压力计算抗拉抗压和消极。图8中可以看出,上方的压力选择的多层(z0)中是最低的其他涂料和最大剪应力的变化沿着z轴向远最类似于单层的其他的地区。除了coatingsubstrate附近的地区接口,压力梯度层的轮廓涂料类似于单一层和选定的多层涂层。最大剪切应力层叠的顶部表面涂层是最低的和压力的变化轮廓有很大不同从其他三个病例。图8显示的压力非常高附近的接口(z = 20:8)3例除了梯度层涂料。的压力非常高的地区附近的z =20:7和选择的多层图7。四种涂料的应变分布在呼叫中心轴:(a)梯度层和多层涂料,(b)梯度层和层叠层涂层和(c)梯度层,单层涂层。如此层叠涂料、和最大剪应力急剧变化在界面附近这三个涂料的最大剪切应力梯度层涂层和变化相对较低顺利与其他三个涂料相比,上述应变等值线稀疏的应变梯度低的梯度层涂层。此外,图8显示的压力衬底的层叠涂层显然是最高的其他涂料。显示在图8 b,单一的压力分布和所选的多层涂层更相似。图8。最大剪切应力分布沿垂直和水平axials:(a)的最大剪切应力分布沿垂直轴向和(b)最大剪切应力分布沿水平轴(z =。20:8)。彼此coating-substrate(z =20:8)。这表明沿着两个方向的压力分布涂料很相似。的应力分布曲线沿着y轴向梯度和层叠层涂料是多少低于其他两个涂料和的曲线层叠是低于梯度。裂纹前缘的关系和裂纹扩展方向对多层涂层的界面。一个模型的界面裂纹(图9)de内德增长bimaterial界面裂纹增长方向的平面界面。这个模型的裂纹一般可能是一个经历过失败机制分层的涂层的应用,分钟裂纹成核在分层的边缘应力集中结构或也可能产生而建立的lm。裂纹的传播尤其是接口涂料由于疲劳后的长期服务引起的层的剥落的主要类型之一涂层分析裂缝层之间的接口和基质,Comninou(10、11)使用一个封闭的裂纹获得的模型和应力强度因子在不同负载条件下使用数值方法。Gautesen和Dundurs(1988)12从而计算出准确的解决方案,分别从这个模型。然而,近来更建议采用有限元法获得的应力强度因素对裂纹尖端。在界面的应力强度因子在多层涂层裂纹引起的滑动接触被给予了6KI和应力强度因子的一般是在模式I和II,分别和他们的关系表单K2和在平面应变可以Dundur参数表示为图10显示

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