单臂摇篮式工作台设计说明书

机械设备设计设计指南主题名称：2010年12月第一章主题简介3第二章工作原理和主要参数42.1工作原理分析42.2主要技术参数5第三章工作台的结构设计53.1传输程序和分析53.2选择电动机63.2.1A轴伺服电动机选择63.2.2 B轴伺服电动机选择83.3齿轮传动装置设计93.3.1齿轮检查93.3.2确定齿轮传动精度133.4蜗杆驱动器类型173.4.1选择材质173.4.2设计和检查173.5轴承213.5.1轴承选择213.5.2轴承寿命检查223.6主轴243.6.1轴材料243.6.2确定轴的结构尺寸253.6.3轴的强度检查263.7连接，支架设计273.7.1关键点选择包括类型选择和大小选择。273.7.2密钥连接类型283.7.3密钥强度校核293.8轴承293.8.1轴承预紧力293.8.2滚动轴承配合293.8.3滚动轴承润滑303.8.4滚动轴承密封303.8.5转盘轴承303.9耦合31第四章工作台设计32第一章主题简介为了提高数控设备对复杂零件加工的准确度和效率，五轴机床等复合机床的研发和创新也变得越来越重要，摇篮工作台是五轴机床的重要组成部分，五轴加工中心一般由三个直线轴和两个旋转轴组成。序号表格直径(mm)工作台重量层(Kg)工作台重量垂直(Kg)旋转轴减速比斜井减速比其他参 901: 90自定义机械制造设备课程设计的主要内容了解此部件的功能、机构的总体设计、电动机功率选择、功能部件的计算选择、运动和功率计算。绘制标注组合标注和配合代码以及其他技术需求的组合图面检查主要元件强度，绘制主要零件的零件图，标注零件的结构标注、标注公差和特征控制框、表面粗糙度和技术需求。编写计算手册(包括零件的当前情况、计算过程)组装也有1张，主要部件也有6张以上。第二章工作原理和主要参数2.1工作原理分析单臂摇篮工作台是5轴机床的重要组成部分，5轴加工中心通常由3个直线轴和2个旋转轴组成。单臂摇篮工作台是双轴旋转工作台。它主要安装在CNC镗床和铣床上，其形状与其他工作台大致相同，不同之处在于它通常通过伺服系统的驱动方式工作。也可与其它伺服进给轴协同工作以实现集成。其驱动主要取决于伺服电动机，伺服电动机精度高，操作方便。其中索引旋转和定位由指定的命令控制。工作台的运动是由交流伺服电动机驱动，通过齿轮从蜗杆到蜗轮，涡轮通过键的连接驱动主轴的旋转，或直接由蜗杆、蜗轮驱动其他方向的旋转。也可以同时控制两轴的运动，实现联系。采用双节距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆轴位置调整间隙，消除蜗杆副齿轮中的滚动间隙。这种蜗杆的左侧和右侧的节距不同，因此蜗杆齿厚度从头到尾逐渐变厚。但是，同一侧的螺距相同，因此可以保持正常啮合。旋转工作台的导向面支持高轴向和径向轴承容量、高分辨率拔模和高精度转盘轴承，同时保持精确的旋转中心。Nc旋转表的位置精度主要取决于蜗杆副的驱动精度，因此必须使用高精度蜗杆副。在闭环控制系统中，工作台由高精度圆形光栅发出精确的位置信号，并反馈给CNC设备进行控制。工作台有0，由圆形网格或编码器传递0位信号，使工作台在0处准确停止。2.2主要技术参数表格直径：400mm工作台重量层：200千克工作台重量垂直：130千克旋转轴减速比：1:90斜井减速比：1:90最高速度20r/min旋转精度0.001第三章工作台的结构设计3.1传输程序和分析单臂摇篮工作台由原动机、变速器和工作台组成。单臂摇篮工作台是五周机床的重要组成部分，因此旋转精度很高，以伺服电动机为原动机，以控制系统为闭环控制系统。旋转轴减速比：1:90，斜井减速比：1336090，两个减速比比较，如果仅使用齿轮，则需要很多等级速度，但是如果齿轮直径较大，则选择二次减速、一次齿轮减速、二次蜗轮减速。涡轮与工作台一起通过主传动轴旋转。齿轮传动具有较高的载荷能力，传动运动准确、平稳，传动功率和圆周速度范围大，传动效率高，结构紧凑。蜗杆驱动器具有以下特点：(1)大齿轮比(2)平滑驱动器(3)可自动锁定(4)效率低、制造成本高。通过以上分析，齿轮传动装置可以放在驱动系统的高速、蜗杆传动装置的低速和更合理的齿轮上。3.2选择电动机驱动器方案如图1所示。计算驱动器的运动和功率参数3.2.1A轴伺服电动机选择第一次选择的旋转工作台的材料是铸钢。密度检查机器手册为=7.85103kg/m3。正如给定的设计参数所示，工作台的尺寸直径为400mm假定工作台厚度为80mm都有工作台质量m=7.851033.14200280=78.88kg千克惯性矩=5.58千克假设运行后0.5秒内达到最大速度20角加速度=(10*3.14*2)/(60*0.5)=2然后驱动力矩=11.16N.m考虑到转盘和轨道之间轴向压力引起的摩擦，如果工作台的载荷工件重量为m=200kg，转盘78.88kg，则轨道中工件和转盘的压力为=(200 78.88)9.8=2733.024N检查机械设计手册到钢和铸铁之间的油润滑时的滑动摩擦系数f=0.15工作台工作的摩擦力包括：=f路得=0.152733.024=409.95N轴向摩擦扭矩：=r=409.95200=81.9Nm考虑到其他未考虑的次要因素，如果安全系数为1.2，则Tf=1.2Tf0=98.38Nm=98.38 11.16=109.54 nm蜗轮的功率=229瓦同时，交流伺服电动机拖动载荷所需的转矩T=1.88Nm默认蜗轮驱动器效率为0.7，齿轮驱动器效率为0.97所需功率P10=P4/()=337瓦，考虑电源冗馀的P1=600W瓦齿轮比确定备用齿轮传动比=2；蜗轮比=45所有级别的零件速度都可以按传动比获得。=30，工作台(蜗轮)速度=20齿轮，蜗杆n2=n3=600=3，小皮带轮速度=1800选择交流伺服电动机根据初始输出扭矩，T=1.88Nm，驱动小齿轮所需的速度=1800功率P1=337W选择转速为2000r/min的130系列电动机，以降低电动机的重量和价格型号为SM 130-077-20 LFB，满载速度nm=2000r/min，马达安装和外形规格可在伺服马达选择手册中找到。图3-23.2.2 B轴伺服电动机选择b轴伺服电动机的计算与a轴相似，b轴电动机通过伺服电动机驱动整个a轴表旋转，其功率比a轴电动机略大。选择典型额定功率2.4KW的130系列电动机型号为SM 130-077-30 LFB，转速为3000r/min，如上表所示。3.3齿轮传动装置设计根据齿轮的故障形式，齿轮材料的主要要求是在循环或冲击载荷下必须首先具有足够的弯曲强度。第二，齿轮表面硬度和耐磨性好。最终入口过热处理后及各种加工后，应满足一定精度要求。小齿轮用40Cr，淬火回火，硬度241HB至286HB，平均260HB，大齿轮用45钢，调制处理，硬度229至286HB，平均240HB。3.3.1齿轮检查在检查齿根弯曲疲劳强度之前，按齿表面接触疲劳强度进行设计。根据齿面接触疲劳强度设计(1)初步计算转移扭矩t1t1 t1=9.55510 P1/n1=(9.55 x 1061.6/2000)=7640 NMM齿宽系数查寻表12.13=0.6接触疲劳极限表12.17c=710MP=580MP初步计算的允许接触应力0.9=710MPa0.9=580MPa=639MPa=522MPaA值从表12.16获取为A=85齿轮直径d A=85=33.6m的初步计算需要D=40mm备用齿宽度b b=0.6 40=24mm(2)确认计算圆周速度v=4.18详细程度级别从表12.3选择为级别8齿数z和模数m最初选定的齿数z=20 m=2 m=2Z1=d1/m=40/2=20Z2=iz1=60使用系数由表12.9=1.25确定动态负载系数由图12.9=1.18确定齿之间的载荷分布系数最初由表12.10得出=382N=11.9100Cos=cos=1.66至此=1.29齿载荷分布系数2=负载系数K K=1.251.181.641.18=2.85弹性系数由表12.12=189.8确定节点面积系数由图12.16=2.0组成接触最小安全系数由表12.14=1.50确定杨秀英，预计使用寿命10年，每年工作300天。工作时间占0.1工作时间合计=4800 h在表12.15中，如果估计的工作应力周期数为107 nl 109，则指数m=8.78应力周期=6020004800(18.78 * 0.2 0 . 58 . 78 * 0.5 0 . 28 . 78 * 0.3)=1.152原始估算的应力周期数正确。=/i=5.79107接触寿命系数由图12.18=1.15=1.23确定允许的接触应力=2=验算=410.8 MP所以合格了(3)确定驱动器的默认大小如果实际分度圆直径d系数导致使用标准值，则会再次确定齿数，但不会舍入，并且分度圆直径不会变更。也就是说D 1=mz=220=40mmD 2=mz=340=120 mm中心为a=80mm齿宽b=0.640=24mm齿根弯曲疲劳强度检查重合度系数齿之间的载荷分布系数由表12.10确定齿载荷分布系数由图12.