高精度摆动式回转工作台的设计毕业设计.doc

上海电机学院继续教育学院毕业设计（论文）高精度摆动式回转工作台的设计The design of high-precision Swing rotary table作 者 姓 名： 龚 英 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 学 号 ： 成125315 指 导 教 师： 张元生、宋宏潮 完 成 日 期： 2014.11.30 上海电机学院继续教育学院- I -摘 要随着球形零件在机械行业中应用的比例越来越大，由此对加工球面的回转工作台的要求也越来越多，越来越严格。采用球面磨床能精密磨削加工球面体零件，其回转工作台是金属切削加工中用于精密定位的装置，操作人员能够在保持精度的情况下加工零件。有一些回转工作台允许使用分度装置的分度操作，也有些可以根据加工情况，采用回转工作台上的分度头来分度。但是整体来说，普通回转工作台精度不高，适用范围小，一般只能加工二维面，如加工圆柱面、腰形孔。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。本次设计的高精度摆动式工作台是一种精密机械，可以将工件定位其上（T型槽一般被用于工作台上）。不同于普通工作台，高精度摆动式工作台主要用于三维面的加工，它主要是为加工超硬球面而设计的，解决了普通回转工作台精度不高，适用范围小的缺点，能够加工出高精度、超硬度的球面。高精度摆动式回转工作台可以自由旋转及摆动，高精度回转工作台的转动是由蜗轮驱动的，蜗杆蜗轮不仅用于传动还用于分度。它的进给、分度转位都是由给定的指令进行控制的。工作台的摆动是由减速器带动的齿轮传递到摇臂而摇臂带动工作台的摆动。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。关键词：蜗杆蜗轮；摆动机构；球面加工The design of high-precision Swing rotary tableAbstractAs the proportion of spherical parts in the machinery industry applications is growing, thereby spherical rotary table processing requirements have become more and more and more stringent. Using spherical grinder can precision grinding spherical body parts, which rotary table is a device used for metal cutting precision positioning, the operator can be processed while maintaining the accuracy of parts. Some allow the use of indexing rotary table indexing device operation, but some can be processed according to the situation, the use of indexing the rotary indexing head workbench. But overall, the general is not high precision rotary table, a small scope, generally only processing two-dimensional surface, such as machining cylindrical surface, kidney-shaped holes.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。The design of high-precision Swing rotary table is a precision machine table，the workpiece can be positioned on (T-slot table is generally used). Unlike ordinary table, the table is mainly used for high-precision machining swinging three-dimensional surface, it is primarily designed for the processing of super-hard sphere, the solution to a common high precision rotary table, the small scope of the shortcomings can be processed high-precision, ultra-hard sphere. High-precision rotary table can swing freely rotate and swing, turn-precision rotary table is driven by a worm gear, worm gear is also used not only for indexing. It feed indexing bits are transferred by a given control instruction. Swing table is delivered by a gear reducer drive to drive the swing arm and rocker table.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。Key Words：Worm；Swing Mechanism；Spherical processing彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。- III -目 录AbstractII謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。正 文1厦礴恳蹒骈時盡继價骚。1 绪论1茕桢广鳓鯡选块网羈泪。1.1 回转工作台简述与应用1鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。1.2 高精度摆动式回转工作台的简述与应用2籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。1.3 立题意义3預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。2 总体方案4渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。2.1 总体结构4铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。2.1.1高精度摆动式回转工作台传动路线及主要部件4擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。2.1.2工作原理4贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。2.2课题内容6坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。2.2.1技术要求及参数6蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。2.2.2设计的主要要求7買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。2.2.3高精度摆动式回转工作台设计中的难点7綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。3 设计方案8驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。3.1 支架的设计8猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。3.2 工作台的设计8锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。3.3 电机的选用10構氽頑黉碩饨荠龈话骛。3.3.1 电机的介绍10輒峄陽檉簖疖網儂號泶。3.3.2 电机的选取11尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。3.4减速器的选用12识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。3.4.1 减速器的介绍12凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。3.4.2 减速器的选取13恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。3.5 齿轮的设计15鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。3.5.1 齿轮的计算15硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。3.5.2 齿轮的消隙18阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。3.6 蜗轮蜗杆的设计19氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。3.6.1 蜗轮蜗杆与回转工作台的关系19釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。3.6.2蜗轮蜗杆的计算19怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。3.6.3 蜗轮蜗杆的消隙21谚辞調担鈧谄动禪泻類。3.6.4 蜗轮蜗杆的分度作用22嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。3.7主轴的设计23熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。3.7.1主轴计算23鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。3.7.2 主轴校核25纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。3.8 键的设计28颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。3.9 联轴器的选用29濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。3.9.1 联轴器的介绍29銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。3.9.2 联轴器分类29挤貼綬电麥结鈺贖哓类。3.9.3 联轴器选用原则30赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。3.9.4联轴器的选取30塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。3.10 轴承的选用32裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。3.10.1 轴承的介绍32仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。3.10.2 轴承的选取34绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。结 论37骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。参 考 文 献38瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。致 谢39鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。上海电机学院继续教育学院毕业设计（论文）正 文1 绪论1.1 回转工作台简述与应用带有可转动的台面、用以装夹工件并实现回转和分度定位的机床附件，简称回转工作台。回转工作台按功能的不同可分为通用回转工作台和高精度回转工作台两类。回转工作台被广泛用于铣床及加工中心。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。回转工作台是镗床、钻床、铣床和插床等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面等，如果加工时转动工作台，则可以加工圆弧面和圆弧槽等。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。回转工作台按结构不同又分为水平转台、立卧转台和万能转台。(1) 水平回转工作台：在圆台面上有工件定位用的中心孔和夹紧用的T型槽。台面外圆周上刻有360的等分刻线。台面与底座之间设有蜗杆-蜗轮副（蜗杆传动），用以传动和分度,蜗杆从底座伸出的一端装有细分刻度盘和手轮。转动手轮即可驱动台面，并由台面外圆周上的刻度（以度为单位）与细分刻度盘读出旋转角度。分度精度一般为60。水平转台的蜗杆伸出端也可用联轴器与机床传动装置联接，以实现动力驱动。峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。(2) 立卧回转工作台：底座有两个相互垂直的安装基面，使台面既可水平也可垂直放置。(3) 万能回转工作台：台面可以在090范围内倾斜任意角度, 使工件在空间的任何角度都能准确调整。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。回转工作台按动力又可分为液压回转工作台、数控回转工作台等。(1) 液压回转工作台：主要用于镗床、钻床、铣床及其它机床，分度精度和重复定位精度稳定。(如图1.1)则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。图1.1液压回转工作台Fig. 1.1 Hydraulic rotary table(2) 数控回转工作台：主要用于数控镗床和铣床，其外形和通用工作台几乎一样，但它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给轴联动。它的进给、分度转位和定位锁紧都是由给定的指令进行控制的。(如图1.2)胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。图1.2数控回转工作台Fig. 1.2 CNC rotary table精密的回转工作台用于在精密机床上加工或角度计量。常见的有光学转台、数显转台和超精密端面齿盘转台。(1) 光学转台：主轴上装有玻璃或金属精密刻度盘，经光学系统将刻度细分、放大，通过目镜或光屏读出角度值。鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。(2) 数显转台：转台主轴上装有精密圆光栅或圆感应同步器，由数字显示装置读出角度值。上述两种精密转台的分度精度最高可达1。稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。(3) 超精密端面齿盘转台：利用一对经过精密对研的1440齿、720齿或360齿的端面齿盘分度定位，其分度精度最高可达0.01，作精密角度计量用。陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。1.2 高精度摆动式回转工作台的简述与应用普通的回转工作台主要用于加工圆柱面或圆槽，精度不高。要磨削加工高精度、高硬度的球面，普通的回转工作台是达不到要求的。高精度摆动式回转工作台是专为加工高精度、超硬度的球面而设计的。见图 (1.3) 。沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。(1) 在军工、航天等方面的运用；(2) 水晶蓝宝石等硬制球面的加工：蓝宝石易碎，突如其来的撞击会令宝石破裂，裂痕会影响宝石的美观及耐用程度。而高精度摆动式回转工作台冲击小、稳定好、精度高，适合切割各类宝石。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。如果高精度摆动式回转工作台采用数控控制（在论文中会详细叙述数控方案）那么它还可以做到以下几方面：(1) 三维面的加工；球面打孔：如在回转台能用数控控制，就可以在任意角度定位，打孔。(2) 三维面的测量：通过回转台的摆动与旋转，调试到所需位置，进行三维面的测量。图1.3高精度摆动式回转工作台Fig. 1.3 high-precision Swing rotary table1.3 立题意义随着机械加工水平的提高，回转工作台被应用于机床中的比例越来越大。但是目前中国的制造业还远远落后于西方国家，因此在回转台的精度上还远远落后。而目前的回转工作台往往结构单一，只能加工圆柱面，高精度摆动式回转工作台解决了普通回转工作台精度不高，适用范围小的缺点，能够加工出高精度、超硬度的球面。懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。2 总体方案2.1 总体结构2.1.1高精度摆动式回转工作台传动路线及主要部件首先工作台采用立式布置，因立式易对中心，受载均匀。工作台的摆动部分是由电动机，经蜗轮蜗杆减速器减速后由齿轮的啮合传递到摆动机构，再由摆动机构传递到工作台。工作台的转动部分是由电动机，经电机轴上的齿轮传递到蜗轮蜗杆(消隙后)后再传递到工作台。高精度回转工作台的分度由消隙后的蜗轮蜗杆进行。謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。高精度摆动式回转工作台主要部件见图（2.1）。高精度摆动式回转工作台简图见图（1.3）。减速器齿轮摆动机构蜗轮蜗杆工作台摆动电机回转电机图2.1高精度摆动式回转工作台主要部件Fig. 1.3 high-precision Swing rotary tables main components呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。2.1.2工作原理在加工中砂轮（刀具）与工作台摆动机构处的中心线的距离为此工件的半径R，根据砂轮的粒度、磨料的不同可以适当调整工作台参数。工作台的平衡方式是在其下安装弹簧或重物直到工作台平衡为止。莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。在加工硬制球面或需在其上打孔时，机构通过减速器控制蜗轮蜗杆进行分度动作，将工件定位于需要打孔的位置，最后进行加工。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。高精度摆动式回转工作台上不仅可以加工硬制凸球面工件如图 (2.2)，还能加工硬制凹球面工件如图 (2.3)。在加工硬制凸球面工件中刀具主要由砂轮代替，砂轮不断的旋转，工件随着工作台的摆动逐渐加工形成球面。在加工硬制凹球面工件中，需要用到碗型砂轮，工件的摆动与加工凸球面工件是相同，但是碗型砂轮与普通砂轮纵向旋转不同，碗型砂轮是横向旋转，因此可以加工出高精度的硬制球面。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。在加工超硬凸球面或凹球面时，一般先用较硬的玻璃棒粘结在要加工的硬球面下，然后用工作台上的三抓卡盘固定加工。風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。图2.2加工凸球面工件Fig. 2.2 Convex spherical surface workpiece machining灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。图2.3加工凹球面工件Fig. 2.3 Concave spherical workpiece machining2.2 课题内容2.2.1技术要求及参数（1）技术要求工作台直径：200mm 工作台到摆动支点的距离：200mm工作台转速：0-100转/分摆动速度：0-30/分外形尺寸：610*360*551（2）主要组成蜗轮蜗杆减速器，摆动机构2.2.2设计的主要要求蜗轮，蜗杆的设计计算，主要轴承精度及受力状况的计算和分析。2.2.3高精度摆动式回转工作台设计中的难点为了保证高精度加工较硬球面, 在工作时机构又需要有较大的刚性。因此轴承的设计和选择以及蜗轮，蜗杆的设计和选择是整个机构设计中的一个难点。铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。413 设计方案3.1 支架的设计由于回转工作台主要用于加工硬制球面，所需硬度非常高，在生产过程中必然会产生较大的振动，这对于精度的保证是一个非常大的负面影响。因此，在机架设计的时候，采用HT200，其减振性能良好且价格便宜，这样就不至于因为振动的影响而降低加工精度了。攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。牌号：HT200 GB 9439-88 灰铸铁特性及适用范围：为珠光体类型的灰铸铁。其强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好，铸造性能较好，但脆性较大，需进行人工时效处理。大量用于不受冲击载荷的零部件，如承受压力的发动机缸体、缸盖、离合器壳及制动鼓等。也用于中等压力的油缸、泵体、阀体以及经表面淬火的零件趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。化学成份：碳 C ：3.36 硅 Si：2.37 锰 Mn：0.66硫 S ：0.11磷 P ：0.071力学性能：抗拉强度 b (MPa)：300 硬度 ：(RH=1时)188HB3.2 工作台的设计因设计要求，需保证台面的精度。同时需保证工作台与工件的同心度。如图（3.1），砂轮（刀具）与工作台摆动机构处的中心线的距离为此工件的半径R，因为加工的要求不同，需保证R的精度。夹覡闾辁駁档驀迁锬減。由于有时工件的材料，加工条件的不同，所以在加工中要及时调整刀具及工件参数。因上述条件，在设计中考虑以上问题，设计工作台为铸铁T型槽平台，其主要目的是起固定及定位基准之用。如图（3.2）。视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。砂轮工作台图3.1高精度摆动式回转工作台Fig. 3.1 high-precision Swing rotary table型槽工作台图3.2高精度摆动式回转工作台俯视图Fig. 3.2 A plan view of high-precision Swing rotary table偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠。3.3 电机的选用3.3.1 电机的介绍按工作电源分类： 根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。緦徑铫膾龋轿级镗挢廟。按结构及工作原理分类： 根据电动机按结构及工作原理的不同，可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼。直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。疠骐錾农剎貯狱颢幗騮。按起动与运行方式分类 ：根据电动机按起动与运行方式不同，可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。镞锊过润启婭澗骆讕瀘。按用途分类 可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛。控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。按转子的结构分类 根据电动机按转子的结构不同，可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑。按运转速度分类 根据电动机按运转速度不同，可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无级变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲。异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场的同步转速。同步电动机的转子转速与负载大小无关而始终保持为同步转速。3.3.2 电机的选取本次设计选用CEMA泛用型三相感应电动机IM1001(YA系列)。如图3.3。表3.1 CEMA泛用型三相感应电动机IM1001(YA系列)性能表Tab. 3.1 CEMA UTV phase induction motor IM1001 (YA series) Performance Table该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭。输出功率转速型号电流效率功率因数额定转矩额定电流11KW 2780r/minYA71221.475.50.822.36.0因回转工作台体积相对较小，又需传动平稳。所以本次选用三相感应电动机，其具有诸如体积小、效率高、节能、噪音低、振动小等特点。劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙。图3.3 三相感应电动机Fig. 3.3 Three-phase induction motor如果在回转工作台中加入数控系统可以使加工、操作更简便，起到省时省力的功效。伺服电机的选择：设计中选用交流伺服电动机，交流伺服电动机结构简单，动态响应好，输出功率大，试用于高速场合下。臠龍讹驄桠业變墊罗蘄。3.4 减速器的选用3.4.1 减速器的介绍减速器是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等.其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能。因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备,变速机。减速机的作用主要有：鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞。(1) 降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速机额定扭矩。(2) 减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。大家可以看一下一般电机都有一个惯量数值。它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途。减速器的种类繁多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器；按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。穑釓虚绺滟鳗絲懷紓泺。以下是常用的减速机分类： (1) 摆线针轮减速机 (2) 硬齿面圆柱齿轮减速器 (3) 行星齿轮减速机 (4) 软齿面减速机 (5) 三环减速机 (6) 起重机减速机 (7) 蜗杆减速机 (8) 轴装式硬齿面减速机 (9) 无级变速器齿轮减速器和蜗杆减速器的紧要类型、特点及运用。(1) 展开式两级圆柱齿轮减速器展开式两级圆柱齿轮减速器是两级减速器中最简朴 、运用最遍及的一种。它的齿轮相对于支承位置不对称，当轴发生变形时，载荷在齿轮上散布的不均匀，因此轴应设计的具有较大的刚度，并使齿轮远离输入端或输出端。一般用在中央距和ae%26lt;=1700mm的情况下。隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽。两级圆锥圆柱齿轮减速器单级圆锥齿轮减速器及两级圆锥圆柱齿轮减速器用于需要输入轴与输出轴成90D配置的传动中。当传动比不大（i=16）时，采用单级圆锥齿轮减速器；当传动对比大时，则采用两级（i=635）或三级（i=35208）的圆锥-圆柱齿轮减速器。由于大尺寸圆锥齿轮较难缔造，因而总是把圆锥齿轮传动作为圆锥-圆柱齿轮减速器的高速级（载荷较小），以减小其尺寸，便于提高缔造精度。浹繢腻叢着駕骠構砀湊。(2) 同轴式两级圆柱减速器同轴式两级圆柱减速器的径向尺寸紧凑，但径向尺寸较大。由于中间轴较长，轴在受载时的挠曲亦较大，因而沿齿宽上的载荷集中现象亦较严峻。同时由于两级齿轮的中央距必需一致，所以高速级齿轮的承载本领难以充分使用。并且位于减速器中间部分的轴承润滑也对比困难。此外，减速器的输入轴和输出轴端位于同一轴线的两端，给传动装置的总体配置带来一些局限。但当要求输入轴端和输出轴端必需放在同一轴线上时，采用这种减速器却极为便利。这种减速器常用于中央距总和ae =1001000mm的情况下。鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝。(3) 蜗轮蜗杆减速器蜗轮蜗杆减速器的特点是在外廓尺寸不大情况下，可以获得大的传动比，工作平稳，噪声较小，但效率较低。个中运用最广的是单级蜗杆减速器，两级蜗杆减速器则运用较少。单级蜗杆减速器根据蜗杆的位置可分为上下蜗杆 、 下蜗杆及侧蜗杆三种。单级蜗杆减速器传动比规模i=1070。上述蜗杆配置方案的选取，亦视传动装置混合的便利于否而定 。 选择时、应尽可能采用下蜗杆的结构 。 因为此时的润滑和冷却问题均较轻易解决，同时蜗杆的轴承润滑也很便利当蜗杆的圆周速度大于45m/s时，为了减削搅油和飞溅时损耗的功率，可采用上蜗杆结构。惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵。3.4.2 减速器的选取蜗轮蜗杆减速机的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。谐波减速机的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件相比较差。输入转速不能太高。行星减速机其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大。但价格略贵。贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐。图3.4 WPWED外型安装尺寸Fig. 3.4 WPWED install size表3.2 WPWED蜗轮蜗杆减速器参数Tab. 3.2 WPWED Worm Reducer因此在设计中选用蜗轮蜗杆减速器，其特点是在外廓尺寸不大情况下，可以获得大的传动比，工作平稳，噪声较小，精度较高，使用寿命很长。WPWED系列蜗轮蜗杆减速器输入功率1.5W。如图3.5。嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲。输入功率：1.5KW，传动比：800，型号：WPWED80-135。图3.5 WPWED系列蜗轮蜗杆减速器Fig. 3.5 WPWED series worm reducer图3.5 WPWED系列蜗轮蜗杆减速器结构示意图Fig. 3.5 WPWED schematic worm reducer3.5 齿轮的设计3.5.1 齿轮的计算此次设计的齿轮主要用于电机与蜗杆之间的连接，因为如不使用此一级齿轮，而直接使用单头或双头蜗轮蜗杆无法达到设计要求的转速。由于与电机轴相连所以齿轮需要能够承受轻微振动。薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫。表3.3 齿轮设计表Tab. 3.3 Gear design table设计项目设计依据及内容设计结果1. 设计参数传递功率 P=1.1(kW)传递转矩 T=2.4(Nm) 齿轮1转速n1=2780(r/min)齿轮2转速 n2=2780*1.5=4170(r/min) 原动机载荷特性 SF=轻微振动工作机载荷特性 WF=均匀平稳预定寿命 H=10000(小时)传动比 i=1.52.材料及热处理齿面啮合类型 GFace=软齿面热处理质量级别 Q=ML齿轮1材料及热处理 Met1=34CrNi3Mo齿轮1硬度取值范围 HBSP1=269341齿轮1硬度 HBS1=310齿轮1材料类别 MetN1=0齿轮1极限应力类别 MetType1=5齿轮2材料及热处理 Met2=40Cr齿轮2硬度取值范围 HBSP2=235275齿轮2硬度 HBS2=255齿轮2材料类别 MetN2=0齿轮2极限应力类别 MetType2=53. 齿轮基本参数模数(法面模数) Mn=1.75(2)端面模数 Mt=1.75000螺旋角 =0.00000(度)基圆柱螺旋角 b=0.0000000(度)齿轮1齿数 Z1=38齿轮1变位系数 X2=0.000齿轮1齿宽 B2=14.571(mm)齿轮1齿宽系数 d2=0.124齿轮2齿数 Z2=24齿轮2变位系数 X1=0.000齿轮2齿宽 B1=14.571(mm)齿轮2齿宽系数 d1=0.362总变位系数 Xsum=0.000标准中心距 A0=78.75000(mm)实际中心距 A=78.75000(mm)齿数比 U=2.91304端面重合度 =1.69648纵向重合度 =0.00000总重合度 =1.69648齿轮1分度圆直径 d2=117.25000(mm)齿轮1齿顶圆直径 da2=120.75000(mm)齿轮1齿根圆直径 df2=112.87500(mm)齿轮1齿顶高 ha2=1.75000(mm)齿轮1齿根高 hf2=2.18750(mm)齿轮1全齿高 h2=3.93750(mm)齿轮1齿顶压力角 at2=24.153129(度)齿轮1公法线长度 Wk2=40.38887(mm)齿轮2分度圆直径 d1=40.25000(mm)齿轮2齿顶圆直径 da1=43.75000(mm)齿轮2齿根圆直径 df1=35.87500(mm)齿轮2齿顶高 ha1=1.75000(mm)齿轮2齿根高 hf1=2.18750(mm)齿轮2全齿高 h1=3.93750(mm)齿轮2齿顶压力角 at1=30.172378(度) 齿顶高系数 ha*=1.00顶隙系数 c*=0.25压力角 *=20(度)端面齿顶高系数 ha*t=1.00000端面顶隙系数 c*t=0.25000端面压力角 *t=20.0000000(度)4. 齿轮强度校核齿轮接触强度设计公式：接触齿面接触强度小齿轮分度圆直径设计公式：（mm）齿轮1接触强度极限应力 Hlim2=525.6(MPa)齿轮1抗弯疲劳基本值 FE2=434.4(MPa)齿轮1接触疲劳强度许用值 H2=649.1(MPa)齿轮1弯曲疲劳强度许用值 F2=775.7(MPa) 齿轮2接触强度极限应力 Hlim1=601.3(MPa)齿轮2抗弯疲劳基本值 FE1=468.8(MPa)齿轮2接触疲劳强度许用值 H1=742.6(MPa)齿轮2弯曲疲劳强度许用值 F1=837.1(MPa)接触强度用安全系数 SHmin=1.00弯曲强度用安全系数 SFmin=1.40接触强度计算应力 H=582.0(MPa)接触疲劳强度校核 HH=满足齿轮1弯曲疲劳强度计算应力 F1=102.7(MPa)齿轮2弯曲疲劳强度计算应力 F2=110.5(MPa)齿轮1弯曲疲劳强度校核 F1F1=满足齿轮2弯曲疲劳强度校核 F2F2=满足3.5.2 齿轮的消隙如工作台使用数控方案可采用双齿轮消隙。主要原理：在中心距一定下一个圆柱宽齿轮带两个圆柱窄齿轮，两个窄齿轮中的一个能沿圆周微调并用螺钉拧紧后传动。如图3.6。齡践砚语蜗铸转絹攤濼。图3.6 双齿轮消隙Fig. 2.1 Dual gear backlash3.6 蜗轮蜗杆的设计3.6.1 蜗轮蜗杆与回转工作台的关系蜗杆传动平稳，振动小，但传动时摩擦损失大，效率低。回转工作台的台面与底座之间设有蜗杆-蜗轮副，用以传动和分度,蜗杆从底座伸出的一端装有细分刻度盘和手轮。转动手轮即可驱动台面，并由台面外圆周上的刻度与细分刻度盘读出旋转角度。水平转台的蜗杆伸出端也可用联轴器与机床传动装置联接，以实现动力驱动。绅薮疮颧訝标販繯轅赛。3.6.2 蜗轮蜗杆的计算表3.4 涡轮蜗杆设计表Tab. 3.4 Worm design table设计项目设计依据及内容设计结果1蜗轮蜗杆的参数选择蜗杆输入功率：1.1/1.5=0.73kW蜗杆类型：渐开线蜗杆(ZI型)蜗杆转速n1：2780*1.5=4170r/min蜗轮转速n2：100r/min使用寿命：8000小时理论传动比：39.535蜗杆头数z1：1蜗轮齿数z2：40实际传动比1：402蜗杆蜗轮材料蜗杆材料：40Cr蜗杆热处理类型：淬火蜗轮材料：ZQA19-4蜗轮铸造方法：离心铸造疲劳接触强度最小安全系数SHmin；1.1弯曲疲劳强度最小安全系数SFmin；1.2转速系数Zn：0.793寿命系数Zh；1.21材料弹性系数Ze：157N0.5/mm蜗轮材料接触疲劳极限应力Hlim：550N/mm2蜗轮材料许用接触应力H：479.789N/mm2蜗轮材料弯曲疲劳极限应力Flim：605N/mm2蜗轮材料许用弯曲应力F：504.167N/mm23蜗轮材料强度计算蜗轮轴转矩T2: 183.227N.m蜗轮轴接触强度要求：m2d1134.318mm3模数m:3mm蜗杆分度圆直径d1:36mm4蜗轮材料强度校核蜗轮齿面接触疲劳强度计算m2d1 KT(3.25ZE/Hz2)2K载荷系数ZE材料系数H蜗轮材料许用接触应力蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算m2d11.7KT2YFY/z2FYF蜗轮齿形系数Y螺旋角系数蜗轮使用环境：平稳蜗轮载荷分布情况：平稳载荷蜗轮使用系数Ka：1蜗轮动载系数Kv：1.2蜗轮动载系数Kv：1.2导程角系数Y：0.96蜗轮齿面接触强度H: 313.485N/mm2，通过接触强度验算！蜗轮齿根弯曲强度F: 46.223N/mm2，通过弯曲强度计算！5几何尺寸计算结果实际中心距a：78mm齿根高系数ha*:0.8齿根高系数c*:0.2蜗杆分度圆直径d1：36mm蜗杆齿顶圆直径da1：42mm蜗杆齿根圆直径df1：28.8mm蜗轮分度圆直径d2：120mm蜗轮变位系数x2：0法面模数mn：2.99mm蜗轮喉圆直径da2：126mm蜗轮齿根圆直径df2：112.8mm蜗轮齿顶圆弧半径Ra2：15mm蜗轮齿根圆弧半径Rf2：21.6mm蜗轮顶圆直径de2：132mm蜗杆导程角：4.764轴向齿形角x：20.064法向齿形角n：20蜗杆轴向齿厚sx1：4.712mm蜗杆法向齿厚sn1：4.696mm蜗杆分度圆齿厚s2：4.712mm蜗杆螺纹长b1：40.2mm蜗轮齿宽b2：31.5mm齿面滑动速度vs：3.216m/s由上述条件可得工作台转速：2780*72/48/40100（其中2780为电机转速，72/48为齿轮传动比，40为蜗轮蜗杆传动比。） 饪箩狞屬诺釙诬苧径凛。 摆动速度：200/800/75/2530/分（其中200为减速器转速，800为减速器传动比，72/25为齿轮传动比。）烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵。3.6.3 蜗轮蜗杆的消隙如采用数控方案可以采用消隙蜗杆。蜗轮蜗杆的消隙：为了消除蜗杆副的传动间隙，采用了单螺距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置来调整间隙。这种蜗杆的左右两侧面具有不同的螺距，因此蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚。但由于同一侧的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的啮合。当间隙过大时可以通过磨除调整圈来达到。如图3.7。鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键。具体实施方案：在加工蜗杆的过程中，左齿面仍按原先的螺距T的方法磨削。而右齿面按螺距T-（的具体数值由加工条件而定）来加工，这样就使得蜗杆的齿厚不断增加，从而得到单螺距渐厚蜗杆，并以上述方法达到消隙目的。撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞。图3.7 蜗轮蜗杆的消隙Fig. 3.7 The anti-backlash worm3.6.4蜗轮蜗杆的分度作用在回转工作台中主要利用蜗轮蜗杆来分度，台面与底座之间设有蜗杆-蜗轮副（蜗杆传动），用以传动和分度,蜗杆从底座伸出的一端装有细分刻度盘和手轮。转动手轮即可驱动台面，并由台面外圆周上的刻度（以度为单位）与细分刻度盘读出旋转角度。踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄。3.7主轴的设计3.7.1主轴计算主轴主要是通过蜗轮蜗杆将电机的功率传递到工作台，它不但要承受来自工作台的切削力，还要承受一定的扭矩，所以需保证所选轴的强度、精度、圆柱度。婭鑠机职銦夾簣軒蚀骞。在计算过程中主要分析当主轴转至90时的受力情况，因此时所受载荷最大，如图3.8。根据经验所得当工作台突然停止工作，砂轮的冲击载荷约为50Kg。图3.8 工件摆动至90时受力图Fig. 3.8 By trying to swing up to 90 when the workpiece譽諶掺铒锭试监鄺儕泻。图3.9 主轴受力图图Fig. 3.9 By trying to swing up to 90 when the Spindle俦聹执償閏号燴鈿膽賾。轴的转速：100r/min，功率：1.1*1.5/40=0.04kW，轴的转向方式：单向恒定，轴的工作情况：无腐蚀条件，转矩：3824Nmm，所设计的轴是实心轴。材料牌号：40Cr调质、硬度(HB)：230，抗拉强度：750MPa、屈服点：550MPa，弯曲疲劳极限：350MPa 、扭转疲劳极限：200MPa，许用静应力：300MPa、许用疲劳应力：194MPa。A值为98。轴所受支撑的信息：直径 75mm 60mm，距左端距离 41mm 128mm。许用剪应力范围：4052MPa，最小直径的理论计算值：10.12mm，满足设计的最小轴径：11mm。 因某些轴段需安装轴承,故取5的倍数，轴的具体参数如下图3.10。图3.10 主轴基本结构Fig. 3.10 The basic structure of the spindle轴的总长度：176mm、轴的段数：5。表3.5 轴各段直径长度表Tab. 3.5 Shaft diameter of each segment length table缜電怅淺靓蠐浅錒鵬凜。长度直径17mm40mm48mm75mm3mm73mm13mm84mm95mm60mm3.7.2 主轴校核图3.10 剪力图Fig. 3.10 Shear Fig.图3.11 弯矩图Fig. 3.11 Bending moment diagram图3.12合成弯矩图Fig. 3.12 Synthesis moment diagram支反力计算：距左端距离 41mm，水平支反力Rh 0N，水平支反转距Mh 0Nmm，垂直支反力Rv -399.97N，垂直支反转距Mv -2999.97Nmm。内力计算： x/mm d/mm m1/Nmm m2/Nmm 0 40 0 0 0 40 0 0 41 75 20500 17500.03骥擯帜褸饜兗椏長绛粤。 41 75 20500 17500.03癱噴导閽骋艳捣靨骢鍵。 41 75 20500 17500.03鑣鸽夺圆鯢齙慫餞離龐。 41 75 20500 17500.03榄阈团皱鹏緦寿驏頦蕴。 128.5 60 2.65 2.65弯曲应力校核如下： 危险截面