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I宁XX 大学毕 业 设 计 (论 文 )数控加工中心刀库设计所 在 学 院专 业班 级姓 名学 号指 导 老 师年 月 日II摘 要90 年 代 以 来 ， 数 控 加 工 技 术 得 到 迅 速 的 普 及 发 展 ， 高 速 加 工 中 心 作 为 新时 代 数 控 机 床 的 代 表 ， 已 在 机 床 领 域 广 泛 。 自 动 换 刀 刀 库 的 发 展 俨 然 已 超 越为 数 控 加 工 中 心 配 套 的 角 色 ， 在 其 特 有 的 技 术 领 域 发 展 出 符 合 机 床 高 精 度 、高 效 率 、 高 可 靠 度 及 多 任 务 复 合 等 概 念 的 独 特 产 品 。 本 课 题 是 链 式 刀 库 的 总体 设 计 、 传 动 设 计 、 结 构 设 计 以 及 传 动 部 分 的 运 动 和 动 力 设 计 。 这 种 刀 库 在数 控 加 工 中 心 上 应 用 非 常 广 泛 ,其换刀过程简单，换刀时间短；总体结构简单、紧凑，动作准确可靠；维护方便，成本低。本 课 题 的 目 的 就 是 要 通 过 对 加工中心刀库的 优 化 设 计 以 提 高 换 刀 速 度 ， 减 少 助 助 时 间 。在进行设计时，采用了系统化设计方法，将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。在借鉴和参考大量有关刀库的机械结构后，结合实际情况，决定采用链式刀库双手式机械手换刀方案，根据机械设计与机械原理等有关知识对加工中心刀库进行设计，采用 AutoCAD 对刀库及关键零件进行绘制。关键词：加工中心；刀库；数控加工IIIAbstractSince the 1990s,CNC machine technology has made the rapid and universial development, as a new era of the representatives of NC machine tools. High-speed processing center has been widely used in the field of machine tools. The development of automatic Tool Chane, tool house in recent years seems to have gone beyond the NC Center for supporting the role of technology in their unique areas of development to meet the high-precision machine tools, high efficiency and reliability, and more complex tasks, such as the concept of unique products. The tool house as a processing center one of the most important part, it has a direct bearing on the development of the processing centers development. This paper completed the overall design, transmission design, structure design and the transmission parts movement and dynamic design of the sword library. Such a tool house in the CNC Machine Center is widely used, the tool change is simple, tool change time is short; overall structure is simple and compact. Action is accurate and reliable; convenient maintenance and low cost.The purpose of this project is to improve the speed of the tools change and reduce auxiliary time through the optimization design of the JCS-013 type NC horizontal boring and milling machine tool store. In developing the design, I have adopted the systematic design method. The design is regarded as a system which is consisted of several design elements. Each design elements is in depend , but there is the organic relation between them and they are of different levels. The system can realize the required task after that all the design elements combined.According to actual condition, I introduce the chain knife library of robot hands cutter replacement plan after referencing to the vast library mechanical structure of the sword. According to the Mechanical Design, the Mechanical Principle and other relevant knowledge, there are some designs about type nc horizontal boring and milling machine tool store and I have drew the key parts of library using AutoCAD 2004.Keywords: machining center; Tool house; NCIV目 录摘 要 .IIAbstract.III目 录 .IV第 1 章 绪 言.11.1 本课题在国内外的研究动态 .11.1.1 刀库产品目前的水平 .21.1.2 刀库系统的发展趋势 .21.1.3 刀库系统的发展方向 .31.2 课题的目的、意义和开展研究工作的设想 .31.2.1 课题的目的 .31.2.2 开展研究工作的设想 .31.2.3 课题设计方案的选择和设计手段 .4第 2 章 刀库传动系统设计.62.1 刀库主要设计参数 .62.2 刀库驱动液压马达的选择 .62.2.1 刀库负载转矩 TF 计算 .62.2.2 确定液压马达转数 .82.3 齿轮设计参数 .92.3.1 选择齿轮材料、热处理方法及精度等级 .92.3.2 按齿面接触疲劳强度设计齿轮 .92.3.3 主要参数选择和几何尺寸计算 .112.3.4 齿根校核 .122.3.5 轴的设计 .132.3.6 滚动轴承的选择与校核计算 .182.3.7 键联接的选择及其校核计算 .19第 3 章 链参数计算.223.1 传送链的设计 .22V3.2 链式轴的设计 .233.2.1 驱动轴的设计 .233.3 轴承的选型及校核 .253.4 链强度计算 .273.4.1 链传动的运动特性 .273.4.2 链传动的动载荷 .283.4.3 链传动的受力分析 .293.4.4 滚轮接触强度的计算 .30第 4 章 刀库准停系统的设计.31结 论.37参考文献.38致 谢.391第 1 章 绪 言1.1 本课题在国内外的研究动态随着中国经济的快速发展，进入 21 世纪，我国机床制造业既面临着提 升机械制造业水平的需求而引发的制造装备发展的良机，也面临着加入 WTO 后激烈的市场竞争的压力。从技术层面上讲，加速推进数控技术将是解决机床制造业持续发展的一个关键。数控机床及由数控机床组成的制造系统是改造传统产业、构建数字化企业的重要基础装备，它的发展一直备受人们关注。数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，它开创了机械产品机电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进制造技术中的一项核心技术。另一方面，通过持续的研究，信息技术的深化应用促进了数控机床的进一步提升【1】 。随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成，输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入 2。随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能，可靠性也大大提高，数控系统本身将普遍实现自动编程。未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机床的自动化程度更加提高，并具多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中 3。数控机床为了进一步提高生产率，进一步压缩非切削时间，现代的机床逐步发展为在一台机床上一次装夹中完成多工序或全部工序的加工。数控机床为了能在工件一次装夹中完成多个工步，以缩减辅助时间和减少多次安装工件引起的误差，通常带有自动换刀系统。对工件的多工序加工而设置的存储及更换刀具的装置称为自动换刀装置（Automatic Tool Changer，ATC） ；自动换刀（Automatic Tool Change 简称 ATC）系统由控制系统和换刀装置组成 。在数控镗铣床的基6础上，如果再配以刀具和自动换刀系统，就构成加工中心（Machining center 简称2MC） 。在这类数控机床上，自动换刀装置（ATC）是必不可少的 4。例如加工中心机床又称多工序自动换刀数控机床，它主要是指具有自动换刀及自动改变工件加工位置功能的数控机床，具有自动换刀装置是加工中心机床的典型特征，是多工序加工的必要条件。自动换刀装置的功能，对整机的加工效率有很大的影响 5。数控机床的自动换刀装置的结构形式多种多样，选择何种形式，主要取决于机床的种类、工艺范围以及刀具的种类和数量等。本课题中的数控卧式镗铣床将采用的是带刀库的自动换刀形式。1.1.1 刀库产品目前的水平在此概念基础下，刀库产品的发展现况为：（1） 超重刀库的发展：发展出刀链系统能承载重量 70kg 以上之超重刀具，拥有强力锁刀装置的稳定刀链架构，可防止重型刀具于运转中坠落。（2） 高效率且定位精度的驱动及选刀系统的发展：发展出高精度系统配置以及高质量、高定位精度的伺服电动机及减速器，以符合选刀迅速、换刀精确的主要性能需求。（3） 多型式刀具容载刀库的发展：发展出同时可容纳多种型式刀具（如 ISO50 及ISO60）的刀链系统，也被视为是必须时常变换使用多种主轴的加工中心的必备装置。（4） 不同型式刀及其任意点换刀系统的发展：可以同时夹取不同型式刀具（如ISO50 及 ISO60） ，因应需求必须有不同的刀具。为了缩短换刀时间，多点式或任意点式换刀系统是有必要的。（5） 轻量化、低成本架构刀库的发展：发展出轻量化的塑钢射出刀套架构，整体重量较传统刀库减轻 100kg 以上，成本大幅降低的刀库。（6） 大型及高容量刀库的发展：在机床多功能趋势演化下，大量的刀具被使用在同一台机床上，刀库的架构必须兼顾换刀效率及储刀效能，多变的刀库型体（可容纳 120/180/200 把以上刀具）及多样精密的换刀系统（如各种立式、卧式、立卧单点及多点式换刀系统） ，是其主要的特色 6。1.1.2 刀库系统的发展趋势近年来刀库的发展俨然已超越其为装备的角色，在特有的技术领域中发展出符合工具机高精度、高效能、高可靠度及多任务复合等概念产品，多样化产品，左右工具机在生产效能及产品精度的表现。刀库的容量、布局，针对不同的工具机，形式也有所不同。根据刀库的容量、外型和取刀的方式可大概分为斗笠式刀库、圆盘式刀库、链条式刀库 7。其发展趋势为：（1）高效能的产品3发展符合高荷重、高容量、高速化概念的刀库产品。（2）轻量化、低成本的产品发展符合重量轻、成本低概念的刀库产品。1.1.3 刀库系统的发展方向刀库系统作为自动化加工过程中所需的储刀及换刀需求的一种装置，为数控机床缩短机床非切削时间，降低劳动强度提供了必要条件，是数控机床的重要的功能部件，必将向以下几个方向发展。一方面随着主机的“单机多任务复合化”发展，刀库也必将向容量大、结构精、速度快、效率高的方向发展，以适应主机的高转速、高精度和强力切削的机械特性。此类刀库大部分为卧式刀库，有下面几个特点：（1） 可远距离传输。（2） 换刀时可同步打刀，缩短换刀时间。（3） 大容量且可扩充。（4） 高效且精准的驱动和选刀系统。（5） 控制系统复杂（6） 刀具重量大。比如适合五轴联动的立卧转换伺服刀库。而另一方面，刀库仅作为单纯的储刀仓功能存在，主轴主动抓刀的“固定地址换刀”刀库也是发展的方向之一，此时刀库好比数控系统的一个控制轴，仅有旋转定位功能，如立车刀库、转盘刀库等 8。尤其以 40 盘式刀库为代表，换刀速度和刀库重量已经成为衡量刀库性能的主要参数之一，比如，吉辅 40 盘式刀库的换刀速度 1.1s，重量已经降到 295kg。在选材上更环保，在制作过程中减少消耗，使用过程智能、安全等也是刀库发展的方向之一。1.2 课题的目的、意义和开展研究工作的设想1.2.1 课题的目的未 来 工 具 机 产 业 的 发 展 ， 均 以 追 求 高 速 、 高 精 度 、 高 效 率 为 目 标 。 随 着 切削 速 度 的 提 高 ， 切 削 时 间 的 不 断 缩 短 ， 对 换 刀 时 间 的 要 求 也 在 逐 步 提 高 ； 换 刀的 速 度 已 成 为 高 等 级 工 具 机 的 一 项 重 要 指 标 。 本 课 题 的 目 的 就 是 要 通 过 对 刀库 的 优 化 设 计 以 提 高 换 刀 速 度 ， 减 少 助 助 时 间 。1.2.2 开展研究工作的设想为了达到减少辅助加工时间目的，综合考虑工具机的各方面因素，在尽可能短的时间内完成刀具交换一般强调换刀速度快的卧式机台，皆有几个特点：1.刀臂4短 2.刀臂不一定成直线 3.两刀可能互相垂直 4.凸轮箱小且可移动。其主要目的是要让换刀时，可动件之转动惯量小，以达到快速换刀之目的。该技术包括刀库的设置、换刀方式、换刀执行机构和适应高速工具机的结构特点等。（1）提高换刀速度的基本原则工具机的换刀装置，通常由刀库和换刀机构组成，有些应用机械手臂换刀，有些换刀方式并不需要机械手臂，刀库的形式和摆放位置也不一样。为了适合高速运动的需要，高速工具机在结构上已和传统的工具机不同。以刀具运动进给为主，减小运动工件的质量，已成为高速工具机设计的主流。因此，设计换刀装置时，要充分考虑到高速工具机的结构特征 9。（2）提高换刀速度的主要技术方法适合于工具机的快速自动换刀技术主要有以下几个方面：在传统自动换刀装置的基础上提高动作速度，或采用动作速度更快的机构和驱动元件。例如，机械凸轮结构的换刀速度高于液压和气动结构。根据高速工具机的结构特点设计刀库和换刀装置的形式和位置。例如，传统工具机的刀库和换刀装置多装在立柱一侧，在高速工具机则多为立柱移动的进给方式，为减轻运动件质量，刀库和换刀装置不宜再装在立柱上。采用新方法进行刀具快速交换，不用刀库和机械手方式，而改用其它方式换刀。例如不用换刀，用换主轴的方法。使用适合于高速工具机的刀柄。如 HSK 刀柄质量轻，装卸刀具的行程短，可以使自动换刀装置的速度提高。快速自动换刀装置采用 HSK 空心短锥柄刀是发展的趋势。1.2.3 课题设计方案的选择和设计手段I 设计方案选择刀库是刀具交换系统的一部分，加工中心的刀具交换系统也称为自动换刀装置（ATC）,它通常是由刀库和机械手组成。自动换刀装置是加工中心不可缺少的组成部分，也是加工中心的象征，又是加工中心成败的关键。加工中心有立式、卧式、龙门式几种，所以这些机床的刀库和自动换刀装置也是各种各样。加工中心上的刀库类型有鼓轮式刀库，链式刀库，格子箱式刀库和直线刀库等。（1）鼓轮式刀库：应用较广，这种刀库的结构紧凑，但因刀具单环排列、定向利用率低，大容量刀库的外径较大，转动惯量大，选刀时运动时间长。因此这种刀库的容量较小，一般不超过 32 把刀具。（2）链式刀具容量较大，当采用多环链式刀库时，刀库的外形较紧凑，占用空间小，适合5用于做大容量刀库。在增加存储刀具数目时，可增加链条的长度，而不增加链轮直径，因此，链轮的圆周速度不会增加，且刀库的运动惯量不像鼓轮式刀库增加的那么多。（3）格子箱式刀库刀库容量大，结构紧凑，空间利用率高，但布局不灵活，通常将刀库安放于工作台上。有时甚至在使用一侧的刀具时，必须更换另一侧的刀座板。（4）直线式刀库结构简单，刀库容量较小，一般用于数控车床，数控钻床，个别加工中心也有采用。换刀机械手分为单臂单手式，单臂双手式和双手式机械手。单臂单手式结构简单，换刀时间较长，适用于刀具主轴与刀库刀套平行，刀库刀套轴线与主轴轴线平行，以及刀库刀套轴线与主轴轴线垂直的场合。单臂双手机械手可同时抓住主轴和刀库中的刀具，并进行拔出、插入，换刀时间短，广泛应用于加工中心上的刀库刀套轴线与主轴平行的场合。双手式机械手结构较复杂，换刀时间短，这种机械手除了完成拔刀、插刀外，还起运输刀具的作用。结合所给题目，初步决定采用链式刀库双手式机械手换刀方案。II 设计手段采用系统化设计方法，将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。结合本课题实际，根据机械设计与机械原理等有关知识对加工中心刀库进行设计，采用 AutoCAD 2004 中文版对刀库及关键零件进行绘制。6第 2 章 刀库传动系统设计2.1 刀库主要设计参数安装形式：链式刀库送刀方式：任意拟定的设计参数刀具尺寸（最大）：长 400 毫米，直径 120 毫米刀具重量（Mj）：约 10 千克链条快速移动速度为 8 米/分，慢速移动速度为 0.2 米/ 分。2.2 刀库驱动液压马达的选择刀库驱动液压马达的选择应同时满足刀库运转时的负载转矩 TF， 和起动时的加速转矩 TJ 的要求。由于链条转速很低和液压马达惯性小、起动转矩小的特点，为了计算简便，在计算时，忽略起动加速转矩 TJ，在最后结果上乘以一个工作系数。2.2.1 刀库负载转矩 TF 计算链式刀库负载转矩 TF 用来克服刀具不平衡重力 FWmax 和导向面的摩擦力 F，如图 2-1 所示。FWmax ：不平衡重力；F 3：摩擦力图 2-1 链条受力分析图F1 和 F3 是支承面的摩擦力;F 2 和 F4 则是导向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。不平衡重力可按刀库一侧装满刀、一侧不装刀时的最大重力差值来计算。（1）确定不平衡重力 FWmax由图 2-1 知,不平衡重力73maxgFWN10M-刀具的质量g-重力加速度（2）确定摩擦力 F3(2-1)N3 钢与铜之间的摩擦系数，约取 0.2；N垂直作用在导向面上的压力，包括刀具、刀柄和刀座产生的重力，分别为Wj，W b，W t。N645N10)108.72.3()LRMd92.03FR刀座外半径，取 50mm；L刀座长度，取 210mm。（3）确定每排刀具负载转矩 TfmN6.8)130(02ax3WLFR（4）确定每排刀具作用在主动轮上的负载转矩 Tz(2-2)231/fzTN98.06.2zm51 1圆柱齿轮传动效率，取 0.98； 2链传动效率,取 0.96； 3深沟球轴承传动效率，取 0.98。（5）确定作用在液压马达上的负载转矩 Ty8(2-3)4321iTfymN25.698.04yi液压马达轴至刀库轴的速比，取 9； 传动效率。考虑到实际情况比计算时所设定的条件复杂，液压马达额定转矩 Ts 应为负载转矩 Ty 的 1.5 倍，即ysT5.126mN8.92.2.2 确定液压马达转数由刀库设计参数知，链条快速移动速度为 8 米/分，即 8000mm/min，慢速移动速度为 0.2 米/分，即 200mm/min。（1）确定链轮周长 Sm502714.3dsd=272mm（结构参数，自己设定，图纸表达了）（2）确定液压马达的转速范围 /in.r/i8509maxn/mi18.2/i2in9根据参数，选型为 BM-R802.3 齿轮设计参数2.3.1 选择齿轮材料、热处理方法及精度等级 齿轮材料、热处理方法及齿面硬度因为载荷中有轻微振动，传动速度不高，传动尺寸无特殊要求，属于一般的齿轮传动，故两齿轮均可用软齿面齿轮。查机械基础P 322 表 1410，小齿轮选用 45 号钢，调质处理，硬度 260HBS；大齿轮选用 45 号钢，调质处理，硬度为 220HBS。 精度等级初选减速器为一般齿轮传动，圆周速度不会太大，根据机械设计学基础P 145 表57，初选 8 级精度。2.3.2 按齿面接触疲劳强度设计齿轮由于本设计中的减速器是软齿面的闭式齿轮传动，齿轮承载能力主要由齿轮接触疲劳强度决定，其设计公式为： 1231.5()EHdKMuZd 确定载荷系数 K因为该齿轮传动是软齿面的齿轮，圆周速度也不大，精度也不高，而且齿轮相对轴承是对称布置，根据电动机和载荷的性质查机械设计学基础P 147 表58，得 K 的范围为 1.41.6， 取 K1.5。 小齿轮的转矩10112.09950/9542.758427584678/minkWMPn Nmmr接触疲劳许用应力limiHNPZS）接触疲劳极限应力由机械设计学基础P 150 图 530 中的 MQ 取值线，根据两齿轮的齿面硬度，查得 45 钢的调质处理后的极限应力为=600MPa ， =560MPa lim1Hlim2H）接触疲劳寿命系数 ZN 应力循环次数公式为 N=60 n jth 工作寿命每年按 300 天，每天工作 8 小时，故th=(300108)=24000hN1=60466.798124000=6.722108826.7210= .610i4查机械设计学基础P 151 图 531，且允许齿轮表面有一定的点蚀ZN1=1.02 ZN2=1.15) 接触疲劳强度的最小安全系数 SHmin查机械设计学基础P 151 表 510，得 SHmin1 ）计算接触疲劳许用应力 。HP将以上各数值代入许用接触应力计算公式得lim11n60.261HNpZMaSli22mn5.4pHP）齿数比因为 Z2=i Z1，所以 214Z）齿宽系数由于本设计的齿轮传动中的齿轮为对称布置，且为软齿面传动，查机械基础11P326 表 1412 ，得到齿宽系数的范围为 0.81.1。取 。1d）计算小齿轮直径 d1由于 ，故应将 代入齿面接触疲劳设计公式，得2pp21331.5.589.1.54781() 45.80m6EHdZKMud 圆周速度 v1146.7985.01.2/60nv ms查机械设计学基础P 145 表 57，v 1 和 N2= ，查机械设计学基础P 156 图8638.6310534 得，YN1=1 , YN2=1 )弯曲疲劳强度的最小安全系数 SFmin本传动要求一般的可靠性，查机械设计学基础P 151 表 510，取 SFmin1.2。13）弯曲疲劳许用应力 将以上各参数代入弯曲疲劳许用应力公式得Flim1PNn80=YMPa=15S.2Fli2Pmn74.67a.）齿根弯曲疲劳强度校核11 1.528=.1Pa=3.7M603FF FPKTYbd 122 2.47.26.0am因此，齿轮齿根的抗弯强度是安全的。2.3.5 轴的设计（1） 高速轴的设计 选择轴的材料和热处理采用 45 钢，并经调质处理，查机械基础P 369 表 161，得其许用弯曲应力， 。160Ma1806A: 初步计算轴的直径由前计算可知：P 1=2.09KW,n1=466.798r/min其中，A 取 112。1332.09.108m467dn主考虑到有一个键槽，将该轴径加大 5%，则=20.185%=21.m2.查机械基础P 458 附录 1，取 d=25mm 轴的结构设计高速轴初步确定采用齿轮轴，即将齿轮与轴制为一体。根据轴上零件的安装和固定要求，初步确定轴的结构。设有 7 个轴段。1 段：该段是小齿轮的左轴端与带轮连接，该轴段直径为 25mm，查机械基础P475附录 23，取该轴伸 L160mm。 142 段： 参考机械基础P 373，取轴肩高度 h 为 1.5mm，则 d2=d1+2h=28mm。此轴段一部分用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。3 段：此段装轴承，取轴肩高度 h 为 1mm，则 d3=d2+2h=30mm。选用深沟球轴承。查机械基础P 476 附录 24，此处选用的轴承代号为 6306，其内径为 30mm，宽度为 19 mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小12mm。取此段长 L3=17mm。4 段与 6 段：为了使齿轮与轴承不发生相互冲撞以及加工方便，齿轮与轴承之间要有一定距离，取轴肩高度为 2mm，则 d4=d6=d3+2h=33mm，长度取 5mm，则 L4= L65mm。5 段：此段为齿轮轴段。由小齿轮分度圆直径 d =60mm 可知，d 6=60mm。因为小齿轮1的宽度为 70mm，则 L5=70mm。7 段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即 d7=30mm，L 717mm。由上可算出，两轴承的跨度 L mm15209 按弯矩复合强度计算A、圆周力： 1247582.360tMFNdB、径向力： 01tan.tan518.r）绘制轴受力简图15）绘制垂直面弯矩图轴承支反力： 158.29.42AYBFrN1.371.65zt由两边对称，知截面 C 的弯矩也对称。截面 C 在垂直面弯矩为19725.4280.9cAYMFNm如图）绘制水平面弯矩图 29712.65346.5cAZLMFNm）绘制合弯矩图 222211()580.9346.578.01CVHMc Nm16）绘制扭转图转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取 =0.6，10.64275864.8aMNm）绘制当量弯矩图截面 C 处的当量弯矩： 22221()3678.01(.64758)4.1ce Nm)校核危险截面 C 的强度轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的 C 处，W0.1d 4313485.12.48600CeMcMPaPaW所以 轴强度足够。（2）低速轴的设计 选择轴的材料和热处理采用 45 钢，并经调质处理，查机械基础P 369 表 161，得其许用弯曲应力， 。160Ma1806A: 初步计算轴的直径由前计算可知：P 2=2.007KW,n2=116.700r/min计算轴径公式： 32Pdn即：其中，A 取 106。172332.07162.36PdAmn考虑到有一个键槽，将该轴径加大 5%，则27.058.7查机械基础P 458 附录 1，取 d=30mm 轴的结构设计根据轴上零件得安装和固定要求，并考虑配合高速轴的结构，初步确定低速轴的结构。设有 6 个轴段。1 段： 此段装联轴器。装联轴器处选用最小直径 d1=32mm，根据机械基础P 482 附录 32，选用 弹性套柱销联轴器，其轴孔直径为 32mm，轴孔长8231BJLT度为 60mm。根据联轴器的轴孔长度，又由机械基础P 475 附录 23，取轴伸段（即段）长度 L158mm。2 段：查机械基础P 373，取轴肩高度 h 为 1.5mm，则 d2=d1+2h= mm35.123此轴段一部分长度用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。3 段：取轴肩高度 h 为 2.5mm，则 d3=d2+2h=35+2 mm。此段装轴承与套筒。405.选用深沟球轴承。查机械基础 P476 附录 24，此处选用的轴承代号为 6208，其内径为 40mm，宽度为 18mm。为了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小12mm。取套筒长度为 10mm，则此段长 L3=（18-2）+10+2=28mm。4 段：此段装齿轮，取轴肩高度 h 为 2.5mm，则 d4=d3+2h= mm。因为45.20大齿轮的宽度为 60mm，则 L4=60-2=58mm5 段：取轴肩高度 h 为 2.5mm，则 d5=d4+2h=50mm，长度与右面的套筒相同，即L5=10mm。6 段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即 d6=40mm，L 617mm。由上可算出，两轴承的跨度 L 。1820698m 低速轴的轴段示意图如下： 按弯矩复合强度计算A、圆周力： 2M1640351.7tFNd18B、径向力： 02tan135.7tan249rFN）求支反力 FAX、F BY、 FAZ、F BZ2496rAYBN2135.70.85tz)由两边对称，知截面 C 的弯矩也对称。截面 C 在垂直面弯矩为受力图： 1982461054cAYLMFNm）截面 C 在水平面上弯矩为：275.838.62cAz ）合成弯矩为： 2221(1041.534.79cccMNm）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取 =0.6，截面 C 处的当量弯矩：2222()36(.0)165.8ecca)校核危险截面 C 的强度轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的 C 处，W0.1d 431310465.8.pa10rmin),可按基本额定动载荷计算值选择轴承，然后校核其额定静载荷是否满足要求。当轴承可靠性为 90、轴承材料为常规材料并在常规条件下运转时，取 500h 作为额定寿命的基准，同时考虑温度、振动、冲击等变化，则轴承基本额定动载荷可按下式进行简化计算。 rTndmhCPfC基本额定动载荷计算值，N；P当量动载荷，N；27fh寿命因数；1fn速度因数；0.822fm力矩载荷因数，力矩载荷较小时取 1.5，较大时取 2；fd冲击载荷因数；1.5fT温度因数；1CT轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷，N；查表得，f h=1；f n=0.822； fm=1.5；f d=1.5；f T=1。在本输送装置中，可以假设轴承只承受径向载荷，则当量动载荷为：P=XFr+YFa查文献3的表 6-2-18，得， X=1，Y=0；所以，P=F r=1128N。由以上可得： NfCTndmh 6.3087128.05本输送机中的轴承承受的载荷多为径向载荷，所以选取深沟球轴承，查文献的附表，并考虑轴的外径，选取轴承 6305-RZ，其具体参数为：内径 d=25mm，外径D=62mm，基本额定载荷 ，基本额定静载荷 ，极限速度为k2.rCkN5.10rC10000r/min，质量为 0.219kg。然后校核该轴承的额定静载荷。额定静载荷的计算公式为： rPSC00式中：基本额定静载荷计算值，N; 0当量静载荷，N；安全因数;0S轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定静载荷，rC查文献3的表 6-2-14 知，对于深沟球轴承，其当量静载荷等于径向载荷。查文献3的表 6-2-14 知，安全系数 2.10S则轴承的基本额定静载荷为： kNCPSr.6.13528. 00 由上式可知，选取的轴承符合要求3.4 链强度计算3.4.1 链传动的运动特性由于链是由刚性链节通过销轴铰接而成，当链绕在链轮上时，其链节与相应的轮齿啮合后，这一段链条将曲折成正多边形的一部分。该正多边形的边长等于链条的节28距 p， 边数等于链轮齿数 z， 链轮每转过一圈，链条走过 zp 长， 所以链的平均速度 v为= =v106nz02p式中： 、 分别为主、从动链轮的齿数；、 分别为主、从动链轮的转速， r/min。12链传动的平均传动比 12zni因为链传动为啮合传动，链条和链轮之间没有相对滑动，所以平均链速和平均传动比都是常数。但是，仔细考察绞链链节随同链轮转动的过程就会发现，链传动的瞬间传动比和链速并非常数我们知道，链条由刚性链板通过铰链连接而成。当链条绕在链轮上时，其形状如图所示：在主动链轮上，铰链 A 正在牵引链条沿直线运动，绕在主动链轮上的其他铰链并不直接牵引链条，因此，链条的运动速度完全有铰链 A 的运动所决定。铰链 A 随同主动链轮运动的线速度 方垂直于 AO， 与链直线运动方向的夹角为 。 因此， 铰1rv 链 A 实际用于牵引链条运动的速度为式中。 为主动链轮的分度圆半径，m。 因为 是变化的，所以即使主动链轮转R1 速恒定，链条的
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