多工位机械转位装置设计【14张CAD图纸+PDF图】
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编号： 毕业设计(论文)题 目： 多工位机械转位装置设计 学院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 职 称： 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2015年5月2日摘 要本次设计是对多工位机械转位装置的设计。在这里主要包括: 转位运动传动系统的设计、进给运动部位系统的设计这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。整机电机通过带传动，带传动分配给两个方向的运动,一个是转位运动,一个是进给运动，从而带动整机运动，提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性，有着广阔的发展前途。本论文研究内容：(1) 多工位机械转位装置总体结构设计。(2) 多工位机械转位装置工作性能分析。(3)电动机的选择。(4) 多工位机械转位装置的传动系统、执行部件及机架设计。(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。(6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词：多工位机械转位装置， 带传动,凸轮机构，间歇机构 39AbstractThis design is the design of multi station mechanical transposition device. Here mainly includes: the design of this design, the transmission system of the transposition feed movement part of the system of graduation design on the design of the basic skills training, improve the analysis and the ability to solve engineering problems, and created a condition for general mechanical design.The motor through the belt drive, the belt drive is assigned to the movement in two directions, one is the transposition of movement, a feed motion, so as to drive the movement, improve labor productivity and automation level. But also show its superiority, there are broad prospects for the development.The content of this paper:(1) multi station mechanical transfer device structure design.(2) analysis of multi station mechanical transfer device performance.(3) the choice of motor.(4) transmission system, execution unit and frame design of multi station mechanical transposition device.(5) the design of parts design calculation and check.(6) drawing machine assembly and important parts assembly drawings and parts drawings design.Key Words: multi station mechanical transfer device, belt drive, cam, intermittent mechanism目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV第1章 绪论11.1 专用机床的简介11.2本课题国内外研究概况21.3 机床设计的目的、要求61.3.1 设计的目的61.3.2 设计要求6第2章 总体方案确定72.1拟定机构运动循环图82.2 方案设计82.3 进给运动采用凸轮机构13第3章 动力的选择15第4章 传动装置设计174.1 确定传动装置的传动比174.2 传动装置动力参数的计算174.3 皮带轮的设计与计算184.3.1 带型的选定184.3.2 带轮直径与带速的确定184.3.3 带的基准长度和轴间距的确定194.3.4 验算小带轮的包角194.3.5 确定V带根数204.3.6 单根V带预紧力的计算204.3.7 计算压轴力20第5章 齿轮的设计与计算215.1 材料的选择及许用应力的确定215.2 按轮齿接触强度的计算215.3 按齿根弯曲强度设计23第6章 槽轮机构凸轮机构的设计256.1 槽轮机构设计256.2 凸轮机构的设计276.2.1 滚子半径的选择286.2.2 压力角及其许用值296.2.3 基圆半径的确定306.2.4 凸轮机构的材料31第7章 轴的设计与计算327.1 轴的材料选择327.2 轴的最小直径确定327.3 轴的结构设计327.4 轴的校核33第8章 键连接选择37第9章 滚动轴承选用38结 论40致 谢41参考文献42第1章 绪论1.1 专用机床的简介专用机床是以通用部件为基础，根据特定的形状和工件的加工工艺及夹具设计独特，组成的半自动或自动机床。专用机床一般采用多轴，多刀，多进程，多或多级处理，生产效率几倍比普通机床高几倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，专用机床兼有低成本和高效率的优点，已广泛应用于大批量，大批量生产，并可用于组成自动生产线。专用机床一般用于加工箱体零件或特殊形状的。工件的加工，一般不旋转，相对进给运动的刀具的旋转运动和刀具和工件，来实现钻孔，扩孔，钻孔，扩孔，钻孔，铣削平面，内、外螺纹切削加工圆等。夹紧工件的加工头旋转专用机床，由刀具作进给运动，也可达到一定的旋转部件（如飞轮，汽车后桥等）的循环和过程。在第二十世纪70年代，随着可转位刀具，刀具的发展密度，孔尺寸自动检测和自动刀具补偿技术，提高专用机床的加工精度。高达0.019毫米和1000毫米的铣削平面，表面粗糙度可达2.19 0.63微米低；镗孔精度可以达到IT7 6，孔距精度可达o.03 o.02微型计。专用机床是随着汽车产业的兴起发展。在专用机床的某些部分重复使用，并逐渐发展成一个通用部件，导致在一个专用机床。专用机床是最早的1911在美国，为汽车零部件加工。在每台机器的开始，本厂有他们的标准通用部件。为了提高互换性通用不同配件厂，方便了用户的使用和维修，19193美国福特汽车公司和通用汽车公司和美国机械厂协商，确定专用机床通用部件标准化的原则，严格的规定尺寸的组件之间的接触，但部分结构未指定。专用机床的设计，基本上有两种方式：一，目前是根据处理对象的特点专门设计的，这是最常见的做法。其次，在专用机床广泛用于机械行业在我国，大多数的工人和技术人员总结生产和使用专用机床的经验，发现不在其组件共同组合机，可设计成通用的部件，和一些行业是一个专用机床的加工范围完成极为相似，它是可能的设计的，通用机床，机床被称为“专业的专用机床”。本机不根据具体的处理对象都需要特殊的设计和生产，可设计为多功能，组织大批量生产，然后根据加工零件的具体需要，夹具和简单的切割工具，可以由一个特定的对象的高效加工设备。通用部件按功能可分为动力元件，支撑部分，传输部分，控制部分和附件五。动力装置是用于专用机床主运动和进给运动的部件。主电源箱，切削头和动力滑台。支撑组件用于安装动力滑台进给机构，一头或夹具切割，侧基，中间底座，支架，可调支架，立柱和立柱底座等。传动部分可用于运输或主轴箱的加工站组成，主要分度回转台，环形分度回转台，鼓和往复工作台等。控制单元用以控制机床的自动循环组成，液压站，电气柜和控制表。附件有润滑装置，冷却装置和排屑装置等。为了使专用机床能被用在小批量生产中，常常需要应用成组技术，集中在一台专用机床类似零件的结构和工艺，以提高机床的利用率。本机有两种常见的，但主轴箱专用机床和机床刀架。专用机床未来的发展将更加调速电动机和滚珠丝杠驱动，简化了结构，缩短生产周期时间；采用数字控制系统和主轴箱，夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；柔性制造系统和成。1.2本课题国内外研究概况在过去的20年中，专用机床自动线的技术已经取得了很大的进步，在精密加工，自动线的生产效率，巨大的进步速度，灵活和综合自动化，是专用机床自动线技术的发展达到了很高的水平。自动控制技术的发展，线切割机，及其他相关技术，尤其是数控技术的发展对自动线的结构变化和灵活性起着决定性的作用。随着市场需求的变化，灵活的将越来越成为在设备选择的重要因素。因此，专用机床自动线将面临激烈的竞争，包括高速加工中心的柔性制造系统。专用机床是一种专用的高自动化的技术和设备，目前，它仍然是一个大量的关键设备和机械产品实现高效，高质量和经济生产，因此被广泛用于汽车，拖拉机，柴油发动机和压缩机等许多工业生产领域。其中，特别是汽车工业，是专用机床的最大用户。如德国的大众汽车厂在该发动机厂在机械行业中，大量生产，大量使用的设备是专用机床。因此，专用机床与自动化水平的技术性能，工业部门的生产效率的结构，产品的质量和企业生产组织的决定在很大程度上，决定了其产品的竞争力在很大程度上。现代专用机床和自动线作为机电一体化产品，它是综合反映驱动，控制，测量，监测，工具和机械组件技术。在过去的20年中，这些技术已经取得了长足的进步，在专用机床的汽车和内燃机行业的主要用户同样也有很大的变化，产品生命周期缩短，增加品种和质量改进。这些因素的发展，促进和刺激专用机床。专用机床是高效专用机床由大量的通用部件和少量的专用部件组成和工艺。通用机床和专用机床的发展。由于机械加工的组合是高度集中的，也可完成一个或几个一机不同的过程，所以为了适应生产产量，要求精度高，克服了通用机结构复杂，劳动强度大，生产效率低，难以保证精度的缺点，专用设备通用性差，不适应现代科技的迅速发展，往往更新的要求。因此，专用机床和自动线已被广泛应用于汽车，柴油机，电机，仪表、军工产品的生产，并显示出巨大的优越性。我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、专用机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2005年4月份，专用机床行业企业仅专用机床一项，据不完全统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同比增长了10%以上，另外专用机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。行业企业产品结构的变化专用机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界机床进一步接轨，专用机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣专用机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2003年生产数控机床890台，产值16187万元，生产加工中心148台，产值5770万元；2004年生产数控机床985台，产值25838万元，生产加工中心159台，产值7099万元；而2005年，截至4月份，数控机床、加工中心、产值已接近2003年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。行业企业的快速转变“九五”后期，在专用机床行业企业的50多家专用机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从2001至2002年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档，“民营经济在经历了从被歧视，被藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后，焕发勃勃生机。”专用机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。专用机床技术装备现状与发展趋势专用机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的传统的专用机床及专用机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型的箱体类和轴类零件（近年研制的专用机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成型面等。专用机床的分类繁多，有大型专用机床和小型专用机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台专用机床等；随着技术的不断是进步，一种新型的专用机床柔性专用机床越来越受人们是亲昧，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多种加工的可调可变的专用机床。另外，近年来专用机床加工中心、数控专用机床、机床辅机等在专用机床行业中所占份额也越来越大。由于专用机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国专用机床及其专用机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后，国内所需的一些高水平专用机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。80年代以来，国外专用机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。专用机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。专用机床技术的发展趋势是：广泛应用数控技术国外主要的专用机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控专用机床通用部件,在专用机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了专用机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱专用机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为58秒。发展柔性技术80年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的专用机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。发展综合自动化技术汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产2000件,节拍时间为40秒。全线由12台双面专用机床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量,节省占地面积,对专用机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过工作加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。1.3 机床设计的目的、要求1.3.1 设计的目的机床设计毕业设计，其目的在于通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计，使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养基本的设计方法，并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。1.3.2 设计要求评价机床性能的优劣，主要是根据技术经济指标来判定的。技术先进合理，亦即“质优价廉”才会受到用户的欢迎，在国内和国际市场上才有竞争力。机床设计的技术经济指标可以从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分析。第2章 总体方案确定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相应得装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔工作。它的工艺动作主要有： 1）装有四个工位工件的回转台转动； 2）装有专用电动机带动的三把专用刀具的主轴箱的刀具转动和移动。 2原始数据及设计要求 1）从刀具顶端离开工件表面65mm位置，快速移动送进了60mm后，再匀速送进60mm（5mm刀具切入量，45mm工件孔深，10mm刀具切出量），然后快速返回。回程和工作行程的速比系数K=2。 2）生产率约每小时60件； 3）刀具匀速进給速度2mm/s，工件装、卸时间不超过10s。 4）执行机构能装入机体内。 3设计方案提示 1）回转台的间歇运动，可采用不完全齿轮机构、凸轮式间歇机构、槽轮机构等。 2）主轴箱的刀具移动，可以采用圆柱凸轮机构、移动从动件盘形凸轮机构、凸轮-连杆机构、平面连杆机构等。 3）由生产率可以求出一个运动循环所需时间T=3600/60=60s，刀具匀速送进60mm所需时间t匀=60/2=30s，刀具其余移动（包括快速送进60mm，快速返回120mm）共需30。 4设计任务1）按工艺动作过程拟定机构运动循环图2）进行回转台间歇转动机构、主轴箱刀具移动机构的选型、并进行机械运动方案评价和选择。3）按选定的电动机和执行机构的运动参数进行机械传动方案的拟定。2.1拟定机构运动循环图根据专用机床的工作过程和规律可得其运动循环图如下：机构运动循环图四工位专用机床是在四个工位上分别完成相应得装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔工作。2.2 方案设计根据该机床包含两个执行机构，即主轴箱移动机构和回转台的回转机构。主轴箱移动机构的主动件是圆柱凸轮，从动件是刀架，行程中有匀速运动段（称工作段），并具有急回特性。要满足这些要求，需要将几个基本机构恰当地组合在一起来满足上述要求。实现上述要求的机构组合方案可以有许多种。2.2.1 三个方案1、减速机构的方案有：、涡轮蜗杆减速机构、外啮合行星轮系减速机构、定轴轮系减速机构2、刀架规律性运动的方案有：、圆柱凸轮实现刀架规律性移动：、盘型凸轮尺条实现刀架规律性移动3、回转工作台回转机构方案：、单销四槽槽轮机构、棘轮机构、不完全齿轮机构4、定位销方案：采用圆柱凸轮机构实现2.2.2 方案比较、减速机构1、涡轮蜗杆减速器方案分析：此方案采用最普通的右旋阿基米德蜗杆。采用蜗杆传动的主要原因有：、传动平稳，振动、冲击和噪声均较小；、能以单级传动获得较大的传动比，故结构比较紧凑；、机构返行程具有自锁性；本方案通过较为简单的涡轮蜗杆机构实现了：的大传动比。满足了机构要求的性能指标，而且结构紧凑，节约空间。本方案存在的不足：由于涡轮蜗杆啮合齿间的相对滑动速度较大，使得摩擦损耗较大，因此传动效率较低，易出现发热和温升过高的现象。磨损也较严重。解决的办法是可以采用耐磨的材料（如锡青铜）来制造涡轮，但成本较高。2、外啮合行星齿轮减速器方案分析：该方案采用渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动，所选轮系为外啮合行星齿轮系，采用齿轮机构的原因是其在各种机构中的运用比较广泛，且制造过程简单，成本较低，并且具有功率范围大，传动效率高，传动比精确，使用寿命长，工作安全可靠等特点。方案中齿轮系为复合轮系，实现了：的大传动比。且具有较高的传动效率。本方案中存在的不足是，齿轮机构结构不够紧凑，占用空间较大。3、定轴轮系减速器方案分析：该方案采用渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动，所选轮系为定轴轮系，采用该机构的原因是运用广泛，制造过程简单，成本较低，并且具有功率范围大，传动效率高，传动比精确，使用寿命长，工作安全可靠等特点。方案中轮系为定轴轮系，实现了：的大传动比。本方案中存在的不足是，齿轮机构结构不够紧凑，占用空间较大。、刀架规律性运动机构1、圆柱凸轮实现刀架规律性移动：该方案采用圆柱凸轮机构和连杆机构串联组成，采用凸轮机构，是因为该机构只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑，但其不足在于凸轮廓线与推杆之间为点，线接触，易磨损。2、盘型凸轮尺条实现刀架规律性移动： 使用盘行凸轮机构首先需要加圆锥齿轮等机构将轴的传动方向转变，然后设计凸轮的廓线。此方案中凸轮的廓线设计中，其导程是旋转角度的函数，在计算中难求得精确导程，因此凸轮廓线设计较复杂。故不考虑此方案。、回转工作台回转机构1、单销四槽槽轮机构 该方案采用槽轮机构，是因为该机构构造简单，外形尺寸小，其机械效率高，并能较平稳地，间歇地进行转位。本方案中的不足在于在槽轮机构的传动过程中往往存在着柔性冲击，故常用于速度不太高的场合。此机床中属于低速旋转，因此槽轮机构能够满足要求。2、棘轮机构 该方案采用棘轮机构，是因为该机构的结构简单，制造方便，运动可靠，而且棘轮轴每次转过的角度可以在较大的范围内调节，与曲柄摇杆机构配合使用使其具有急回特性。本方案中的不足在于棘轮机构在工作时有较大的冲击和噪音，而且运动精度较差，常用于速度较低和载荷不大的场合。此机床中属于低速旋转，冲击可以忽略，对于精度要求不是太高，因此该机构能够满足要求。 3、不完全齿轮机构： 该方案采用不完全齿轮啮合实现间歇运动，此机构结构简单，加工安装容易实现，由于其中含标准件，有很好的互换性，有精确的传动比，所以在工作过程中精度较高。此机构的不足是由于在进入啮合时有冲击，会产生噪声，齿轮在磨损过程中会对精度有一定影响。但是对于低速旋转机构，此机构能够满足使用要求。、圆柱凸轮定位销机构该方案采用圆柱凸轮机构和连杆机构串联组成，采用凸轮机构，是因为该机构只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且机构简单紧凑。本方案中主要存在的不足在于凸轮廓线与推杆之间为点，线接触，易磨损。2.2.3 方案确定 回转工作台的运动规律：四个工作位置，每个工作位置之间相差90，在工作过程中，旋转90，停止定位，进刀加工，快速退刀后，旋转90，进行下一个循环。在加工和退刀的前半段（即刀具与工件有接触）时，必须将工作台固定，由于卡盘的工作位置为四个，还要满足间歇和固定两个工作，1、采用单销四槽槽轮机构。其结构图如下图所示：单销四槽槽轮机构 槽轮机构中，当圆销没有进入槽轮的径向槽时，由于槽轮的内凹锁止弧被拨盘的外凸锁止弧卡住，故槽轮固定不动；当圆销进入径向槽时，锁止弧的自锁段被松开，槽轮在圆销作用下旋转，实现了间歇运动。因为卡盘每次旋转90，所以选择四槽均布槽轮，刚好实现旋转90的要求。2、采用棘轮机构，其结构图如下图所示： 机构采用曲柄摇杆机构来作为主动件，有运动循坏图中可知： 于是得：K2.2所以极位夹角大于等于67.5因此满足停留时间的于转动时间之间的比例关系，要求棘轮每次旋转90，因此摇杆的摆角也为90。2.3 进给运动采用凸轮机构平面凸轮4通过锥齿轮3和减速器2连接，在驱动电动机转动时，通过连杆机构6，带动工作台7在垂直方向作上、下运动，以实现工作台在主轴上的“前进”、“工进”动作。弧面凸轮5和平面凸轮4相连，在驱动电动机回转时，通过滚动盘8（共6个滚珠），完成“快进”和“工进”动作。弧面凸轮转角平面凸轮转角 图3.4 平面凸轮和弧面凸轮的运动过程平面凸轮与弧面凸轮的动作配合曲线如图3.4所示。在驱动电动机的带动下，弧面凸轮在7.557.5的范围内，完成工作台80的转位动作。在57.572.5的范围内弧面凸轮、平面凸轮均不产生工作台运动，用于松开刀具。当凸轮继续转动到72.5137.5的范围内，平面凸轮通过连杆机构带动工作台进行向下运动；其中，在72.5117.5范围内，只有平面凸轮带动工作台作向下的运动，工作台同时拔出主轴、刀库中的刀具；在117.5137.5的范围内，因刀具已经脱离主轴的刀座，两凸轮同时动作，即：在工作台继续向下的过程中，已经开始进行180转位，以提高工作速度。在凸轮转动到117.5242.5的范围内，弧面凸轮带动工作台进行180转位，完成主轴与刀库的刀具交换；当进入222.5242.5的范围时，两凸轮同时动作，平面凸轮已经开始通过连杆机构带动工作台进行向上运动，以提高工作速度。从222.5起，平面凸轮带动工作台向上运动，这一动作在222.5287.55范围，完成“快进”动作。接着的287.55302.5范围内，弧面凸轮、平面凸轮均不产生工作台运动在302.5360的范围内，弧面凸轮完成工作台80反向转位动作，在工作台回到原位，工作结束。第3章 动力的选择合理选择电动机类型，对工作机械有效的工作，以及机组运行的可靠性、安全、节能及降低设备造价都有重要意义。电动机类型的选择要从负载的要求出发，考虑工作条件，负载性质、生产工艺、供电情况等，尽量满足下述各方面的要求：1机械特性由电动机类型决定的电动机的机械特性与工作机械机械特性配合要适当，机组稳定工作；电动机的起动转矩、最大转矩、牵入转矩等性能均能满足工作机械的要求。2转速电动机的转速满足工作机械要求，其最高转速、转速变化率、稳速、调速、变速等性能均能适应工作机械运行要求。3运行经济性从降低整个电动机驱动系统的能耗及电动机的综合成本来考虑选择电动机类型，针对使用情况选择不同效率水平的电动机类型；对一些使用时间很短、年使用时数也不高的机械，电动机效率低些也不会使总能耗产生较大的变化，所以并不注重电动机的效率：但另一类年利用小时较高的机械，如空调设备、循环泵、冰箱压缩机等，就需要选用效率高的电动机以降低总能耗。本机器的动力选用交流380V。机械中常用的点机转速多为1400分转/分，由于整个载荷比较小，所以综合考虑最终选用Y112M-4型三相异步电动机，电压为380V，功率为5.5KW，额定转速为1400r/min，根据电机转速及效率要求确定各级传动比。其中带传动为主要工作部件，其效率直接影响整机工作效率。电动机的外形图及尺寸见表2.1和图2.1。图2.1 Y112M-4型电动机外形尺寸表2.1Y112M-4型电动机外形尺寸第4章 传动装置设计4.1 确定传动装置的传动比 总传动比 (7) 式中 电动机满载转速，1500r/min,则 那么V带的传动比，处于24之间，符合要求。 分配各级传动比 1) 取V带传动传动比为 ， 2)取第1传动轴传动比为0.6， 3)第2传动轴传动比。4.2 传动装置动力参数的计算 电动机输出轴额定转速为, 转位装置满负荷作业时,输出轴转速稳定在0.8-0.9倍额定转速状态下运行。 1）各轴转速主传动轴转速,。主轴与动力输出轴直联。 第1传动轴转。传动比为， 带传动按92%效率计算, 则 滚筒转速。带传动按92%效率计算,则 第2传动轴转速为，传动比为1。带传动按92%效率计算，则 风机的转速，风机直接安装在第2传动轴上，则 2）各轴功率 主传动轴 第1传动轴 式中 -带传动效率；查表19取值0.92。 3）各轴转矩 第1传动轴 第2传动轴 4.3 皮带轮的设计与计算4.3.1 带型的选定 根据总体方案的选择，查机械设计手册19的工况系数。可得计算功率为： (8) 根据计算功率和电动机的转速，查手册19选择采用SPZ型皮带。4.3.2 带轮直径与带速的确定 小带轮的直径通过查机械设计手册19，有，其中是V带的最小基准直径，过小，会降低皮带的使用寿命。；反过来，虽然可以延长皮带的使用寿命，但是带传动的外形尺寸随之增大。V带的最小基准直径参考值如下表所示。表3 V带轮的最小基准直径 类型 Y Z SPZ A SPA B SPB C SPC D E 20 50 63 75 90 125 140 200 224 355 500 选取小带轮的直径。 大带轮的基准直径，取。 上式中是V带传动的滑动率，值很小，在计算中可以忽略不计。 带速的计算： 代入数据的 对于普通的V带，太小传递的功率小，太大则离心力过大，计算的结果在合理范围内，符合设计要求。4.3.3 带的基准长度和轴间距的确定 由公式 （9) 代入数据得 。 所需带的基准长度为： 代入数据得 则实际的轴间距为 代入数据的实际的轴间距为 。4.3.4 验算小带轮的包角 由下式可求带轮包角： 一般，最小不低于，小带轮包角合适，不需要使用张紧轮。4.3.5 确定V带根数 V带根数可由以下公式计算： (10) 其中 功率增量，考虑传动比时，在大带轮上的弯曲应力较小，在寿命相同的条件下，可以增大传递的功率。 包角修正系数，考虑包角不等于时对传动能力的影响。 带长修正系数，考虑包角不为特定长度时对传动能力的影响。 单根V带的基本额定功率。 查机械设计手册20可得：，=0.99，=0.97，= 圆整后取V带根数4.3.6 单根V带预紧力的计算 根据公式 (11) = =4.3.7 计算压轴力 根据公式 (12) (13) 其中 为正常预紧力的1.5倍。 代入数据 第5章 齿轮的设计与计算5.1 材料的选择及许用应力的确定根据设计方案，本设计采用的是直齿圆柱齿轮传动，考虑到转位装置功率较大，故大、小齿轮都选用硬齿面。选取大、小齿轮的材料均为40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为4855HRC。因采用表面淬火，轮齿的变形不大，不需要磨削，故初选7级精度。5.2 按轮齿接触强度的计算 根据公式 (14) 确定公式内的各计算数值 1）试选载荷系数； 2)计算小齿轮传递的转矩: 3）由机械设计手册20选取齿宽系数； 4）由手册20查得材料的弹性影响系数 5）按齿面硬度中间值查手册20得大、小齿轮得接触疲劳强度极限 (15) 6）计算应力循环次数 7)查设计手册19得接触疲劳寿命系数 8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数S1，得 计算 1）试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 2）计算圆周速度 3）计算齿宽 4）计算齿宽与齿高之比模数 齿高 5）计算载荷系数 根据，7级精度，由手册21查得动载系数; 假设,由手册21查得齿间载荷分配系数； 由手册21查得使用系数； 由表4查得接触强度计算用齿向载荷分布系数； 由手册21查得弯曲疲劳强度计算用齿向载荷分布系数. 故载荷系数 6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得 7）计算模数 5.3 按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为 (16)确定公式内的各计算数值 1）由手册21得大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限； 2）由手册21查得弯曲疲劳寿命系数；。 3）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S1.4，得 4）计算载荷系数K 5）查取齿形系数 由手册21查得齿形系数 。 6）查取应力校正系数 由手册21得应力校正系数 。 7）计算大小齿轮的并加以比较 小齿轮的数值大。 设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m略大于由齿根疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m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，可取由弯曲强度算得得模数1.64，就近圆整为标准值m2mm，按接触强度算得的分度圆直径，。取 取 几何尺寸计算 1）计算分度圆直径 2）计算中心距 3）计算齿轮宽度 验算符合要求。第6章 槽轮机构凸轮机构的设计6.1 槽轮机构设计1.拨轮A.圆柱销2. 槽轮 图6.1槽轮机构的设计1.几何要求:圆销线速度方向与轮槽方向一致2.设计要点:圆柱销与锁住弧配合3.基本参数选择(1)槽数z几何关系：运动关系(运动特性系数)：讨论：0，z3，一般取z=4-8 (2)销数K讨论：1， 常用K=14. 几何尺寸计算表4.1 几何尺寸计算 在一个运动循环中，槽轮的运动时间t2与销轮的运动时间t1之比，称为运动系数，用表示。对于外槽轮机构,为了避免或减轻槽轮在开始转动和停止转动时的碰撞或冲击，圆销在开始进入径向槽或从径向槽脱出的瞬时，圆销中心的线速度方向均沿着径向槽的中心线方向，以便槽轮在启动和停止时的瞬时角速度为零。210 + 220 =210 =- 220 =- (2/z) 式中z为槽轮的槽数。 主动件以等角速度1转动时，槽轮转动一次所需的时间为 t2 = 210/1 。 当主动拨盘对称均布有k个圆销时，则主动拨盘转过2/k 角度便完成槽轮的一个运动循环，其所需的时间为t1 = 2 / k1。此外，由于槽轮机构是作间歇运动的，故必须有间歇时间，所以运动系数总是小于1，因此 k 与 Z 的关系应为 krT时，min0，实际轮廓为一光滑曲线（图5.4.1a）；2）min=rT，则min=0，实际轮廓出现尖点（图5.4.1c），接触应力无限大；3）minrT，则min0，实际轮廓曲线发生相交（图5.4.1b中涂黑部分），在轮廓曲线加工时，交叉部分被切去，使运动失真。【结论】（1）对于外凸的凸轮轮廓，应使滚子半径rT小于理论轮廓的最小曲率半径min，通常取rT0.8min。（2）对于内凹的凸轮轮廓（图5.4.1d），实际轮廓的曲率半径等于理论轮廓线曲率半径与滚子半径rT之和，即=+rT，此时不论滚子半径多小，其实际轮廓总可以做出。6.2.2 压力角及其许用值1、压力角： 凸轮机构中，从动件的速度v与所受正压力F之间所夹的锐角。压力角越小，传力越好。2、自锁：压力角越大，则推动从动件的有效分力Fr（Fr=Fcos）越小，甚至可能小于横向分力Ft（Ft=Fsin）在导路中产生的摩擦力，此时无论F多大也不能使从动件运动，使机构发生了自锁。机构开始出现自锁时的压力角称为临界压力角 。 3、许用压力角：凸轮机构在运转中的压力角是变化的，为避免机构发生自锁并具有较高的传动效率，必须对最大压力角加以限制，其许用值应远低于临界压力角，即 ：图 凸轮机构的压力角1、 规定压力角的最大值：移动从动件在推程时 max30摆动从动件在推程时 max45回程时，从动件不会出现自锁现象，且希望从动件有较快的回程速度，故压力角可取大些，一般推荐回程时max80。5.压力角的位置。6.2.3 基圆半径的确定基圆半径愈小，压力角愈大；反之，压力角则愈小。因此，在选取基圆半径时应注意A、滚子从动件凸轮机构，在保证和从动件运动不失真的前提下，可将基圆半径取小些，满足对机构结构紧凑的要求。B、在结构空间允许条件下，可适当将基圆半径取大些，以利于改善机构的传力性能，减少磨损和减少凸轮廓线的制造误差1、基圆半径的选择：由于从动件不能沿接触点的法线nn压入或离开轮廓，故凸轮轮廓上接触点K1的速度v1和从动件尖顶K2的速度v2在法线方向的分速度必定相等，即v1sin=v2cos。又因v1=OK=(rb+s)(为凸轮的角速度)，故(rb+s)sin=v2costan=v2/(rb+s)【结论】当从动件的运动规律确定后，为了使机构既有较好的传力性能，又有较紧凑的结构尺寸，在设计时，通常要求在压力角最大值不超过允许值的前提下尽可能选用较小的基圆半径。6.2.4 凸轮机构的材料凸轮机构工作时，往往承受动载荷的作用，同时凸轮表面承受强烈磨损。因此，要求凸轮和滚子的工作表面硬度高，具有良好的耐磨性，心部有良好的韧性。当低速、轻载时，可以选用铸铁作为凸轮的材料。中速、中载时可以选用优质碳素结构钢、合金钢作为凸轮的材料,并经表面淬火或滲碳淬火，使硬度达到。高速、重载凸轮可以用优质合金钢材料，并经表面淬火或滲氮处理。滚子材料用合金钢材料，经滲碳淬火，达到较大表面硬度。第7章 轴的设计与计算7.1 轴的材料选择 转位装置在工作时，轴的转速很高，而且传递的扭矩很大，综合考虑，轴的材料选择45钢调质处理，硬度为195-290，其接触疲劳强度极限，弯曲疲劳极限取。7.2 轴的最小直径确定 由公式 (17) 其中 该轴传递的功率，； 该轴的转速，； 指轴的材料和承载情况确定常数。 已知 =2.02，查机械设计手册21可得C=128，代入上式可得 选。7.3 轴的结构设计 为了便于轴上零件的拆卸，经常把轴做成阶梯形。轴的直径从轴端逐渐向中间增大，可依次将齿轮和带轮等从轴的上端装拆，为了使轴上的零件便于安装，轴端及各轴的端部应有倒角。轴上磨削的轴段应有砂轮越程槽，车制螺纹轴段应有退刀槽。各段轴的直径，如有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径，安装轴承、齿轮等标准件的轴径，应符合各标准件的内径系列规定。采用的套筒、螺母、轴端挡圈作轴向固定时，应把装零件的轴段长度做的比零件轮毂短，以确保螺母等紧靠零件端面。轴结构初定如图7所示：图7 轴的结构图7.4 轴的校核7.4.1 轴上载荷的计算 求轴承上的支反力 垂直面内： 水平面内： 画受力简图与弯矩图，如图8所示： 据第四强度理论且忽略键槽影响 表4 受力分析载荷 水平面H 垂直面V 支反力F 弯矩M 总弯矩 扭矩T 轴安全。图8 受力简图和弯矩图7.4.2 按弯扭合成应力校核轴强度进行校核时，只校核轴承上承受弯矩和扭矩最大的截面强度，取=0.6,轴的计算应力为： 前已选定轴材料为45号钢,调质处理,由机械设计23表15-1查得=60Mpa 因此S=1.5 故安全第8章 键连接选择 键连接可分为平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。 平键按用途分有三种：普通平键、导向平键和滑键。平键的两侧面为工作面，平键连接是靠键和键槽侧面挤压传递转矩，键的上表面和轮毂槽底之间留有间隙。平键连接具有结构简单、装拆方便、对中性好等优点，因而应用广泛。本设计采用的是平键连接 。查表机械设计手册21表4-1分别选择轴1、2段平键bhL=6mm6mm20mm、bhL=10mm8mm22mm。材料为45钢，其许用挤压应力，取其平均值， 在本设计中轴传递的扭矩最大，根据要求，需对轴的键连接进行强度校核，因载荷均匀分布，根据平键连接的挤压强度公式： (19) 式中：T为转矩（Nmm）； 为轴径（mm）； 为键的高度（mm）； 为键的工作长度（mm）； 为许用挤压应力（MPa）； 代入数据得 可以实现设计要求。第9章 滚动轴承选用 已知装轴承处轴径，转速，查机械设计手册22，选用圆锥滚子轴（
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