四工位专用机床的机构设计

河南理工大学万方科技学院毕业设计（论文）说明书目 录前言 .11 原始数据的及设计要求.4 1.1工作原理及工艺动作过程.4 1.1数据参数.52 工艺动作分解及机械运动循环圈.72.1工艺动作分解.72.2机械运动循环圈.73 机构选型和机械运动方案的确定.83.1机构选型.83.2 机械运动方案的确定.84 机械传动系统速比和变速机构.9 4.1 机械速比.95 机械运动方案简图.10 5.1运动方案.106 对机械传动系统和各机构的尺寸计算.11 6.1计算各级传动效率、转速、功率及转矩.156.1.1 传动功率. .156.1.2各轴转速.156.1.3输出功率.156.1.4输出转矩.166.2 带传动设计.16 6.2.1确定计算功率.16 6.2.2选择V带的带型.16 6.2.3确定带轮的基准直径并验算带速.16 6.2.4确定V带的中心距和基准长.17 6.2.5验算小带轮上的包角. .17 6.2.6计算带的根数.17 6.2.7计算单根V带的初拉力的最小值.18 6.2.8计算压轴力.18 6.2.9带轮的结构设计.196.3齿轮传动的设计.21 6.3.1高速级齿轮传动设计.21 6.3.2轴III至轴IV的低速级齿轮传动设计.30 6.3.3 轴III至轴VI的低速级齿轮传动设计.30 6.3.4齿轮齿条传动设计.316.4行星轮系传动设计.31 6.4.1轮系的选择.32 6.4.2结构设计.336.5槽轮机构设计.34 6.5.1拨盘.34 6.5.2槽轮.36 6.5.3滚子-齿条.366.6 圆柱凸轮机构设计.36 6.6.1 圆柱凸轮的参数.36 6.6.2 主凸轮轮廓线及其运动曲线.376.7各级轴的设计.39 6.7.1轴I设计.39 6.7.2轴II的设计.47 6.7.3轴III的设计 .48 6.7.4轴IV的设计.48 6.7.5轴V的设计.48 6.7.6轴VI的设计.486.8床身及主轴箱设计.49 6.8.1床身设计.49 6.8.2主轴箱设计.497 整体装配简图.52 71运动原理.528 四工位机床的使用和维护.54 8.1机床的维护及漏油的防治.549 机床轴承的密封.58 9.1密封材料的种类及用途.58 9.2机械密封安装使用技术要领.58 9.3操作注意事项.59结论.60参考文献.62致谢.6366前 言回首过去的“十一五”规划的五年，机床工具行业之所以能够实现平稳较快发展，得益于全行业在新形势下把握住了“抓创新、调结构、促改革”这一工作主线，使行业面貌有了明显改观。年前召开的党的十七届五中全会通过了关于制定国民经济发展第十二个五年规划的建议，国务院也已正式审议通过了关于加快培育发展新兴战略产业的决议。在有关文件的精神指导下，数控机床专项已制定了“十二五”的实施计划，行业的“十二五”规划也在草拟中。有关文件已明确指出，“十二五”期间将以科学发展观为主题，以转变经济发展方式为主线，以调整结构为切入点，工业行业最主要的是抓好产业结构调整和升级，以保持行业的长期、健康、快速发展。虽然“十一五”期间，机床工具行业在广大企业员工共同努力和各方面的大力扶持下，取得了较大发展和进步，2009年我国的机床产值和销售收入名列世界第一位，国产机床的国内市场占有率已超过70%，但应该看到，就机床工具行业而言，我们也只能算是个“发展中的大国”，在我国的机床工具产品结构中，中低档产品仍占有较大的比重；国家重点发展领域所需的一些中高档产品仍然需要依赖进口；我们的机床工具产品出口，依然在靠大量低值、廉价的一般产品来支撑，而且始终存在着较大的进出口贸易逆差。尽管经过多年的努力，我国的机床工具企业中，已经出现了一批具有国际影响力的大企业集团，一些具有国际先进水平和国际竞争力的机床产品也已经开始出口，但从全行业的总体来看，自主创新能力薄弱、基础制造水平落后、同质化低水平重复建设严重、自主创新产品推广应用困难等问题依然存在，而且产品质量和服务水平更有待提高，因此贯彻科学发展观，转变经济增长方式，大力调整产业结构和产品结构，力争“十二五”期间能够取得大的突破，将是我国机床工具行业共同努力的方向和目标。国家加快培育发展的七大新兴战略产业和已经列入数控机床专项的船舶、航空航天、发电设备、汽车等重点领域所需的高端装备，将是行业在“十二五”期间产品结构调整升级的主攻方向和重点，这些专项的实施不只是满足重点领域需要和打破国外封锁，而且将极大地提升我国机床工具行业的科学技术水平和国际竞争力，为我国机床工具行业“由大变强”迈出更加坚定的步伐。数控机床专项的所列项目，并非行业的所有企业都有机会具体承担，但根据市场需求，拓宽服务领域，坚持自主创新，注重“产、学、研、用”相结合，去寻找企业自身的市场切入点，确是每个企业都可以做到的。我们要转变观念，不等不靠，励精图治，开拓进取，只要找准方向，把产品做专做精，同样会有广阔的前景，对于符合发展方向且具有专业化特点的中小企业，有关方面也会给予扶持，从而使企业走上良性发展的道路。2011年是我国“十二五”规划的开局之年，我国正处于工业转型升级的关键时期，目前国际机床市场也有一定好转。在这种形势下，战略性新兴产业的培养发展和数控机床专项“十二五”计划的实施，为我国机床工具行业发展提供了新的机遇，也提出了更大挑战，只要我们充分利用国内外有利条件，牢牢把握科学发展观这个主题，抓住转变经济发展方式这条主线，做好行业和企业的发展规划，加快产业结构和产品结构调整，坚持自主创新，坚持对外开放，大力促进改革，机床工具行业一定会再迈上一个新的台阶，在新的一年，行业面貌也会有一个新的变化。 1 原始数据及设计要求1.1 工作原理及工艺动作过程四工位专用机床是在四个工位上分别完成工件的装卸、钻孔、扩孔、铰孔工作的专用加工设备。机床的执行动作有两个：一是装有工件的回转工作台的间歇转动；二是装有三把专用刀具的主轴箱的往复移动（刀具的转动由专用电机驱动）。两个执行动作由同一台电机驱动，工作台转位机构和主轴箱往复运动机构按动作时间顺序分支并列，组合成一个机构系统。四工位专用机床的工作台有、四个工作位置(图1)，工位是装卸工件，是钻孔，是扩孔，是铰孔。主轴箱上装有三把刀具，对应于工位的位置装钻头，的位置装扩孔钻，的位置装铰刀。刀具由专用电机带动绕其自身的轴线转动。主轴箱每向左移动送进一次，在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔工作。当主轴箱右移(退回)到刀具离开工件后，工作台回转90，然后主轴箱再次左移，这时，对其中每一个工件来说，它进入了下一个工位的加工，依次循环四次，一个工件就完成装、钻、扩、铰、卸等工序。由于主轴箱往复一次，在四个工位上同时进行工作，所以每次就有一个工件完成上述全部工序。因此，四工位专用机床的执行动作有两个：一是回转台的间歇转动，二是主轴箱的刀具转动和移动。1.2 数据参数(1) 刀具顶端离开工件表面65mm(图1-1)，快速移动送进60mm接近工件后，匀速送进60 mm(前5mm为刀具接近工件时的切入量，工件孔深45mm，后10mm为刀具切出量)，然后快速返回。回程和工作行程的平均速比(行程速度变化系数)K2。(2) 刀具匀速进给速度为2mm/s；工件装、卸时间不超过10s(3) 生产率为每小时约75件。(4) 执行机构系统应装入机体内，机床外形尺寸见图1-2。(5) 传动电机转速为1000r/min，功率为1.5Kw。 图1-1图1-2 机床外形简图2 工艺动作分解及机械运动循环圈2.1 工艺动作分解本四工位专用机床主要有两个执行构件回转工作台和主轴箱。回转工作台作间歇转动，主轴箱作来回移动。 由生产率可求出一个运动循环所需时间 ： 刀具匀速送进60mm所需时间，刀具其余移动内（包括快速送进60mm，快速返回120mm）共需18s。回转工作台静止时间为36s，因此足够工件的装、卸所需时间。2.2 机械运动循环圈表2-1 机械运动循环情况执行构件运动情况刀具主轴箱工作行程返回行程刀具在工件外刀具在工件内刀具在工件外回转工作台转位静止转位3 机构选型和机械运动方案的确定3.1 机构选型四工位专用机床的主轮箱往复移动机构和回传工作台间歇运动机构可由表3-1所列来选择。表3-1 四工位专用机床机构的选择情况刀具（主轴箱）圆柱凸轮机构移动从动件盘形凸轮机构凸轮一连杆机构平面连杆机构工件回转工作台间歇运动机构槽 轮 机 构不完全齿轮机构凸轮式间歇运动机构3.2 机械运动方案的确定根据表所列的机构形态矩阵，可以组合成的四工位专用机床的机械运动方案有12种。不完全齿轮机构冲击性大，容易引起振动；凸轮式间歇运动机构不易定位，需要单独设计都能够为机构；槽轮机构结构简单，又实现了工作台的回转定位，其冲击性相对较小，所以工作台的回转机构采用槽轮机构。另外，由于两个执行机构之间有严格的运动关系，并且机床主轴箱有确定的运动规律，所以主轴箱往复移动机构选用圆柱凸轮机构，容易保证主轴箱的运动规律。 4 机械传动系统速比和变速机构4.1机械速比 主驱动电机功率为1.5KW、转速为1000rmin。由生产率要求，主轴箱移动机构和回转工作台间歇运动机构的主动件转速为1.25rmin。因此机械传动系统的总传动比为：，其传动系统采用四级：第一级V带传动（=4）、第二级用行星轮系传动（=25）、第三级用直齿圆柱齿轮传动（=4）、第四级采用直齿圆柱齿轮传动（）。5 机械运动方案简图5.1运动方案 主轴箱移动机构采用圆柱凸轮机构，回转工作台间歇运动机构采用槽轮机构，其机构运动方案简图如图5-1所示。图5-1 四工位机床机构运动方案简图6 对机械传动系统和各机构的尺度计算机械传动齿轮, 特别是承受重载和冲击载荷的机械齿轮, 其弯曲极限应力强度增大到1 200 MPa , 接触耐久性极限强度亦增大到1 600 MPa , 如何在不加大外形尺寸的条件下提高其强度和寿命, 需进一步进行科研技术攻关, 优化设计参数。优化设计的内容包括载荷的准确计算、强度计算公式的修正、优化选材、优化齿形结构、先进的加工和处理工艺、提高表面光洁度、合理的硬度和啮合参数、有效的润滑参数和装配要求等,提高标准化、系列化程度。由于渐开线齿形共轭齿轮的相对曲率半径较小, 故接触强度受到一定限制。而圆弧齿轮在接触点处的齿面相对曲率半径大, 其表面强度和弯曲疲劳强度较高(约为渐开线齿形的25 倍) , 振动小、噪声低、尺寸和重量较小。除新设计齿轮应优先采用圆弧齿轮外, 原有渐开线齿轮减速器, 在传动功率不变、中心距不变的前提下, 重新搭配模数、螺旋角等参数, 可优化设计更新为圆弧齿轮,大大延长使用寿命。另外还可以采用以下几种比较先进的优化设计方法:(1) 按照GB3480 1997渐开线圆柱齿轮承 4载能力的计算方法和有关行业标准, 采用CAD进行齿轮强度计算和齿轮结构方案的类比, 选出最优的设计方案。(2) 利用保角映射和有限元法等方法分析齿根弯曲应力, 采用较大半径的齿根过渡圆角并采用凸头留磨滚刀加工外齿轮齿形, 以此降低齿根弯曲应力集中, 提高弯曲强度。(3) 根据弹性力学知识分析轮齿的啮合形变,采用齿顶修缘, 修缘线是采用较大压力角的渐开线; 采用齿面喷丸处理等工艺来提高轮齿的接触和弯曲疲劳强度。(4) 根据弹流润滑理论研究齿轮润滑状态后,采用极压添加剂的高粘度齿轮润滑油来改善齿轮的润滑状态。材料：齿轮材料的选择, 要根据强度、韧性和工艺性能要求, 综合考虑。对于承受重载和冲击载荷的齿轮, 采用以Ni - Cr 和Ni - Cr - Mo 合金渗碳钢为主的钢材(含Ni 量2 %4 %) ; 对于负载比较稳定或功率较小、模数较小的齿轮, 亦可选用无Ni 的Ni - Mn钢。这些渗碳合金钢的含碳量较低, 平均为012 %以下, 其中的Mo 、Mn 均能增加钢的淬透性(含Mn 量以014 %016 %为宜) , Cr 能增加钢的淬透性和耐磨性, Ni 对提高钢的韧性特别有效。应研制、采用新型淬透性好的渗碳齿轮钢(国外称为“H”钢系列) , 它具有较窄范围的淬透性带, 可保证齿轮变形范围小并达到要求的芯部硬度。应尽量选用冶金质量好的真空脱气精炼钢(R H 脱气钢) 和电渣重熔合金钢, 这种钢材的纯度高, 具有较好的致密度, 含氧、氮和非金属杂质极少, 塑性和韧性好, 减少了机械性能和各向异性。用这种钢材制造的齿轮与普通电炉钢制造的齿轮相比, 其接触和弯曲疲劳寿命可提高35 倍, 齿轮极限载荷可提高15 %20 %。制造齿轮应尽量少用铸钢, 多用锻钢, 非用铸钢不可的大齿轮, 可采用铸钢轮芯镶锻钢齿圈组合件。锻钢要保证锻造比(一般选大于3 为好) 。无论铸、锻件, 制造过程中要进行超声波探伤、材料的机械性能试验和检查, 以确保材料的质量合格。加工工艺：机加工滚齿时, 粗、精滚工序要分开, 先用滚刀进行粗切, 再用专用滚刀进行精滚齿, 保持滚刀精度, 用百分表控制切齿深度, 切齿深度误差应控制在零位附近, 精滚齿滚刀的齿形误差应不大于0.103 mm。齿形加工一般要达到9 级精度。齿面粗糙度必须达到设计要求, 可在磨齿后, 进行电抛光或振动抛光, 提高表面粗糙度, 粗糙度好的齿轮的寿命比粗糙度差的可提高15%20 %。采用齿面修形、齿形修缘和挖根大圆弧(大圆弧齿根) 新技术(包括倒角、磨光、修圆) , 能消除或减轻啮合干涉和偏载, 提高齿轮的承载能力,使齿根应力集中降低, 齿轮的弹性柔度增大。对齿形进行修饰(磨齿、剃齿、研齿) , 齿轮的接触极限应力可提高15 %25 %。对齿作纵向修形(修齿腹) , 齿轮的寿命可提高2 倍, 弯曲应力可减少17 %23 % , 并可降低噪声。当切齿刀具的硬度大于工件硬度的25 倍以上, 并有较好的韧性和耐磨性时,切削效果较好。硬齿面齿轮常采用磨削法和刮削法加工, 齿胚经多次热处理和切削加工。齿轮加工后组装的减速器, 出厂前应进行加载跑合, 采用电火花跑合新工艺, 可提高齿轮接触精度, 保证使用效果。 热处理：机械齿轮的承载能力不仅取决于表面硬度, 还取决于表层向芯部过渡区的剪应力与剪切强度的比值, 它不能大于0155 。深层渗碳淬火是这种齿轮硬化处理最理想的方法, 它可以得到高的芯部硬度, 较小的过渡区残余拉应力和充足的硬化层深度。齿面含碳量一般控制在018 %1 %为宜,由齿表面到芯部的硬度梯度要缓和。渗碳齿轮经过淬火和回火, 表面硬度应达到HRC5862 , 要消除齿轮特别是表层的残余内应力。推广碳、氮共渗新工艺, 氮的渗入深度一般控制在012 mm 以内, 它不但能硬化表层, 还能产生压应力, 可比单纯渗碳齿轮的强度极限应力提高13 %以上, 寿命可提高1倍。热处理后, 尚需进行油浴人工时效处理。减速器齿轮的齿面硬度宜由现在多数软齿面( 即调质正火方法, 齿面硬度HB300) 向中硬齿面(淬火调质方法, 齿面硬度HB300400) 过渡, 以提高齿轮使用寿命。表面强化处理：对齿面和齿根进行喷丸强化处理, 通常是齿轮加工的最后一道工序, 可在渗碳淬火或磨齿后进行。它能使齿轮的接触疲劳强度提高30 %50 % ,使齿根弯曲疲劳强度得到改善; 能有效阻止裂纹扩展, 使实际载荷比外加载荷小得多; 能有效抵抗破坏性冲击, 减少点蚀, 增大耐久极限; 有利于齿轮润滑的改善; 可消除各种切齿加工在齿面留下的连续刀痕以及磨削产生的缺陷(产生残余应力和淬火压应力的释放) 。根据国外经验, 齿轮喷丸比不喷丸寿命可提高6 倍。6.1 计算各级传动效率、转速、功率及转矩 已知各种传动的传动效率：带传动=0.97 齿轮传动=0.98 滚动轴承=0.99 行星轮系=0.9046.1.1 传动效率： 第一级传动： 第二级传动： 第三级传动： 第四级传动：6.1.2 各轴转速： 轴I： 轴II： 轴III： 轴IV：n IV =nIII/i4=1.25r/min6.1.3 输出功率： 轴I： 轴II： 轴III： 轴IV：6.1.4 输出转矩： 轴I： 轴II： 轴III： 轴IV：6.2 带传动设计 已知：电机功率P=1.5KW，转速n=1000r/min传动比为=4。根据机械设计课本P155-P160可得：6.2.1 确定计算功率 查机械设计第十章表10-2可得工作情况系数=1.1，故 =P=1.11.5KW=1.65KW （6-1）6.2.2 选择V带的带型 根据、n查机械设计第八章图8-11选取A型。6.2.3 确定带轮的基准直径并验算带速v 根据机械设计第八章表8-8得： （1) 粗选小带轮的基准直径=75mm（2）计算大带轮的基准直径 （6-2）6.2.4 确定V带的中心距a和基准长度（1）粗定中心距=300mm（2）计算带所需的基准长度 （6-3） 选带的基准长度为=1250mm。（3)计算实际中心距a （6-4）6.2.5 验算小带轮上的包角 （6-5）6.2.6 计算带的根数 （1）计算单根V带的额定功率 由=75和n=1000r/min，查机械设计第八章表8-4a得：=0.9576KW根据n=1000r/min，=4和A型带，查机械设计第八章表8-4b得：查机械设计第八章表8-5得包角修正系数 查机械设计第八章V带表82长度系数 =1.01 （2）计算V带的根数z （6-6） 取2根。6.2.7 计算单根V带的初拉力的最小值 查机械设计第八章表8-3得A型带的单位长度质量q=0.1kg/m，所以 应使带的实际初拉力。6.2.8 计算压轴力 压轴力的最小值为： （6-7）6.2.9 带轮的结构设计 根据机械设计课本 P161知识：大带轮，安装带轮的轴的直径为d=25mm。由，所以大带轮采用孔板式，如图6-1。带轮的宽度通过查手册可得： B=2f+e=210+15=35mm。 小带轮直径=100mm，电机轴轴径d=20mm。采用腹板式结构，宽度B=35mm。 ， ， 图6-16.3 齿轮传动设计6.3.1 高速级齿轮传动设计输入功率,小齿轮转速nII=10r/min，传动比为=4。由于轴向力很小，可忽略不计，故采用直齿圆柱齿轮传动。表6-1常用齿轮材料及其机械性能（1）选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数机床对转位要求比较严格，精度较高，故选用6级精度（GB 10095-88）。材料选择。由机械手册选小齿轮材料为40Cr（调制）硬度为280HBS，大齿轮选用45钢（调制）硬度为240HBS，二者硬度差为40HBS 。初选小齿轮齿数大齿轮齿数（2）按齿面接触强度设计由设计计算公式进行计算，即 （6-8)（3）确定公式内的各计算值试选取载荷系数计算小齿轮传递的转矩 （6-9）查机械手册10-7选取齿宽系数：由于两支承相对小齿轮做不对称布置，故，查机械手册10-6选取材料的弹性系数。按齿面硬度查机械手册图（10-21d）得小齿轮的接触疲劳强度极限计算应力循环次数按照工作寿命15年（设每年工作300天），两班制计算。 查机械手册图（10-19）取接触疲劳寿命系数（4）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1 。 （6-10）（5）计算 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。得 计算圆周速度v得 计算齿宽b得 计算齿宽与齿高之比 模数 齿高 计算载荷系数 根据v=0.0057m/s,6级精度，由机械手册10-8查得：动载系数 直齿轮 表6-2 使用系数齿间载荷分布系数使用系数.50由机械手册10-4查得6级精度，小齿轮作悬臂布置得： 由b/h=5.370，查机械手册10-13得： 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 （6-11）计算模数 （6-12） （1）按齿根弯曲强度设计 由弯曲强度的设计公式为 （6-13） 确定公式内的各计算值： 已知小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 已知弯曲疲劳寿命系数表6-3最小安全系数 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4 得： （6-14） 计算载荷系数 取齿形系数 取应力校正系数 计算大、小齿轮的并加以比较 比较可得：大齿轮的数值较大。 （2）设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度计算得的模数1.243并就近圆整为标准值（取稍大点的值）m=2mm。 计算中心距 计算分度圆直径 计算齿轮宽度 ， 齿轮的结构尺寸 根据题上数据可得：a小齿轮采用实心结构 b大齿轮采用腹板式结构（3）小齿轮（齿轮1）的尺寸已知： z=20 =40mm m=2 d=25mm =30mm 得：齿顶高 ha=ha*m=12=2mm齿根高 hf=( ha*+c*)m =(1+0.25)2=2.5mm 齿全高 h=ha+hf=2+2.5=4.5mm 齿顶圆直径 da=d12ha=45.4mm 齿根圆直径 df=d12hf=36.4mm 齿距 p=m=6.28mm 齿厚 s=m/2=3.142/2=3.14mm 齿槽宽 e=m/2=3.142/2=3.14mm 顶隙 c=c*m=0.252=0.5mm（4）大齿轮（齿轮2）的尺寸 由轴可得 z2=80 m=2 =25mm d=50mm 齿顶高 ha=ha*m=12=2mm 齿根高 hf=(10.5)2=2.5mm 齿全高 h=ha+hf=2+2.5=4.5mm 齿顶圆直径 da=d22ha=164mm 齿根圆直径 df=d12hf=155mm 齿距 p=m=6.28mm 齿厚 s=m/2=3.142/2=3.14mm 齿槽宽 e=m/2=3.142/2=3.14mm 顶隙 c=c*m=0.252=0.5mm ，取C=10mm 6.3.2 轴III至轴IV的低速级齿轮传动设计 输入功率,小齿轮转速n=2.5r/min，传动比为=2。具体计算过程略。考虑到整体结构尺寸以及轴上零件的互不干涉情况，定中心距为a=180mm，齿轮模数为m=2。 （1）小齿轮（齿轮3）：分度圆直径 d=120mm （2）大齿轮（齿轮4）： 分度圆直径 d=240mm 6.3.3 轴III至轴VI的低速级齿轮传动设计输入功率,小齿轮转速n=2.5r/min，传动比为=2。具体计算过程略。考虑到整体结构尺寸以及轴上零件的互不干涉情况，定中心距为a=250mm，齿轮模数为m=2。（1） 小齿轮（齿轮5）: 分度圆直径d=169mm （2） 大齿轮（齿轮6）: 分度圆直径d=338mm6.3.4 齿轮齿条传动设计（1） 齿轮做成双联齿轮（齿轮22-66），模数为m=1，齿数分别为z1=22，z2=66,分度圆直径d1=22mm，d2=66mm。（2）齿条一个齿条与圆柱凸轮机构中的小凸轮相连，另外一齿条在主轴箱上，这里就不重复说明了。6.4 行星轮系传动设计太阳轮和行星轮的材料为20CrNi2MoA，表面渗碳淬火处理，表面硬度为5761HRC。因为对于承受冲击重载荷的工件，常采用韧性高淬透性大的18Cr2Ni4WA和20CrNi2MoA等高级渗碳钢，经热处理后，表面有高的硬度及耐磨性，心部又具有高的强度及良好的韧性和很低的缺口敏感性。输入功率，输入转速，输入转矩，传动比=25。6.4.1 轮系的选择根据传动比要求，选择2K-H行星齿轮传动。其传动比范围为150 ，最佳使用范围为525。其传动效率为0.904。图6-2 其传动比计算公式为 。 由i=25确定各齿轮齿数为： 取模数m=2，各齿轮的分度圆直径为： 6.4.2 结构设计 根据机械设计第10章知识齿轮结构设计的标准：1 当齿顶圆直径时，做成实心结构的齿轮；2 当齿顶圆直径时，做成腹板式结构。可得：（1）齿轮a分度圆直径为34mm，做成实心结构，材料为40Cr（调制），齿轮宽为B=30mm。 （2）齿轮b齿顶圆直径，做成腹板式结构，齿轮材料选用45钢（调制）。 （3）齿轮c和齿轮d做成双联齿轮，材料为40Cr（调制）。 （4）行星架做成轴与连杆相连的形式，轴径为20mm。如图所示： 图6-36.5 槽轮机构设计由机床的整体安装高度为850mm以及其他传动的中心距可得槽轮机构的中心距为a=150mm。由机床的运动要求可知，槽轮的槽数Z=4，主动拨盘的圆销数n=1。其具体结构尺寸如下图所示： 6.5.1 拨盘： 拨盘安装于轴IV上，拨盘内带有键槽，用于连接轴IV一端。另外一端连接（齿轮4）图646.5.2 槽轮：槽轮和轴V装配，内部带有键槽，和拨盘配合工作。槽数为4，槽间角45，槽轮每次转动时，拨盘转角90，锁止弧张角为180。图6-5 6.5.3 滚子-齿条图6-66.6 圆柱凸轮机构设计6.6.1 圆柱凸轮的参数：通常直动滚子从动件的圆柱凸轮的许用压力角=25度-35度。过理论廓曲线上任意一点做法线nn, nn与y轴的夹角即为机构的压力角。因此基圆柱半径必须满足：半径大于等于最大速度比上角速度与许用压力角正弦的积。即公式另外大速度，可减小圆柱凸轮的行程，故在18a/b处两齿轮的齿数比值为3，由此计算得出其半径为95.44mm。由于圆柱凸轮的行程经齿轮齿条机构扩大了3倍，而主轴箱的总位移为120mm，所以圆柱凸轮的行程为40mm。经过考虑取半径为125mm，长度取80mm。6.6.2 主凸轮轮廓线及其运动曲线1）快进行程045度，五次多项式曲线；2）工进行程45170度，一次多项式曲线170195度，五次多项式曲线；3）快回行程195292.5度，正弦加速度曲线；4）近休292.5360度。图6-7位移和轮廓线图6-8速度线图6-9加速度线6.7 各级轴的设计 6.7.1 轴I设计： 轴的结构设计包括轴的形状、轴的径向尺寸和轴向尺寸。轴的结构设计是在初估计轴劲dmin 基础上进行的。为了满足设计要求，保证轴上零件的定位和规定，便于装配，并有良好的加工工艺性，所以选择阶梯轴形。装滚动轴承的定位轴肩尺寸应查有关的安装尺寸。为便于装配及减小应力集中，有配合的轴段直径变化处做成引导锥。在一根轴上的轴承一般都取一样型号，使轴承孔尺寸相同，可一次镗孔，保证精度。输入轴为齿轮轴结构，如下图选取轴的材料为20Cr，渗碳、淬火、回火处理。初估轴的最小直径，可得下面轴的设计。表6-4 轴的常用材料及其力学性能1）选择轴的材料及其热处理由于传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求故选择常用材料45钢,调质处理.2）估计轴径按功率P=1.44KW,转速为n=240r/min初估轴的直径,查机械设计表15-3得=103至126,考虑到安装联轴器的轴段仅受扭矩作用.取=110则: Dmin= （6-15）轴的最小直径显然是安装行星齿轮的地方，即=20mm。3）初选轴承轴选轴承为6006型深沟球轴承。因为主要承受径向载荷，也可以同时承受小的轴向载荷，当量摩擦系数最小，在高转速时，可用来承受纯轴向载荷。根据轴承确定轴安装轴承的直径为: D=30mm即 =30mm。4）结构设计各轴直径的确定初估轴径后,句可按轴上零件的安装顺序,从右端开始确定直径.该轴轴段I安装带轮，直径应小于轴承的安装直径，故该段直径为25mm。III段为轴肩，为了便于安装轴承，取=36mm。各轴段长度的确定轴段I的长度为带轮的宽度及带轮和轴承之间定位用的套筒的长度之和，=45mm。II、IV段安装轴承，轴承宽度为13mm，考虑到轴承的定位，长度应略小于轴承的宽度，故=11mm。V段安装齿轮和套筒，长度应为齿轮宽度与套筒长度之和，=37mm。III段为轴肩，考虑到轴的总长度，所以定为=83mm。所以轴的总长度为187mm。轴上零件的周向固定为了保证良好的对中性，齿轮与轴选用过盈配合H7/r6。与轴承内圈配合轴选用k6，齿轮与带轮均采用A型普通平键联接，（宽高长）分别为6625 GB1096-1979及键8728 GB1096-1979。轴上倒角与圆角为保证轴承内圈端面紧靠定位轴肩的端面，根据轴承手册的推荐，取轴肩圆角半径为1mm。其他轴肩圆角半径均为1mm。根据标准GB6403.4-1986，轴的左右端倒角均为145。5）做出轴的计算简图6） 求作用在齿轮上的力 圆周力，径向力和轴向力的大小可得： F= = =366.67N =366.67tan20 =133.46N F= F/cosa =2T/( dcosa) = 366.67/cos20 = 390.20N F= = =2750N =2750tan20 =1000.92N F= F/cosa =2T/( dcosa) = 2750/cos20 = 2926.49N 7）轴的强度效核： 首先根据轴的结构图作出轴的计算简图：求支反力水平面： F = 306N F = 3178N垂直面： F = 454N F = 108N计算弯矩水平面弯矩： M =57222Nmm M =594286 Nmm MR =597035 Nmm 垂直面弯矩： M = 64468Nmm M = 4860Nmm MN=64651Nmm 合成弯矩： M=600525 Nmm 扭矩： T = = 57300 Nmm 8）画出弯矩图9）画出扭矩图10）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据扭矩图以及周单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力，取，轴的计算应力 5.57MP (6-16)轴的材料为45钢，调质处理，查机械设计表15-1得：因，故安全。6.7.2 轴II的设计其设计方法同轴I，具体过程不再重复。轴的各个数据如下：轴的最左端通过连杆与行星架H相连,往右依次安装行星轮系中的齿轮b、轴承、高速级齿轮传动中的小齿轮1。轴上零件的周向固定：为了保证良好的对中性，齿轮与轴选用过盈配合H7/r6。与轴承内圈配合轴选用k6，连杆与齿轮均采用A型普通平键联接，（宽b高h长L）分别为876 GB1096-1979及键8725 GB1096-1979。6.7.3 轴III的设计轴上零件的轴向固定：从左往右的第一段安装齿轮3，选用普通A型平键，（宽b高h长L）分别为8718 GB1096-1979。第三段和第八段安装轴承。第六段安装齿轮2，选用普通A型平键，（宽b高h长L）分别为14918 GB1096-1979。最后一段安装齿轮5，选用普通A型平键，（宽b高h长L）分别为8725 GB1096-19796.7.4轴IV的设计轴上零件的周向固定：从左往右第三段安装槽轮机构中的拨盘，选用普通A型平键，（宽b高h长L）分别为12840 GB1096-1979。第六段安装齿轮4, 选用普通A型平键，（宽b高h长L）分别为10818 GB1096-1979。6.7.5轴V的设计轴上零件的周向固定：从左往右第三段安装槽轮，选用普通A型平键，（宽b高h长L）分别为12818 GB1096-1979 。6.7.6 轴VI的设计轴上零件的周向固定：从左往右第一段安装齿轮6，选用普通A型平键，（宽b高h长L）分别为8718 GB1096-1979。第五段安装圆柱凸轮，选用普通A型平键，（宽b高h长L）分别为14970 GB1096-1979。