数控线切割机床运丝装置的设计论文(DOC 64页).doc

1、本科毕业论文本科毕业论文 X X 大 学 数控线切割机床运丝 装置的设计 本科毕业论文本科毕业论文 I 目录 目录目录 .I 前前 言言.1 1 数控电火花线切割加工的基本介绍数控电火花线切割加工的基本介绍.3 本科毕业论文本科毕业论文 II 1.1 数控电火花线切割加工.3 1.1.1 电火花线切割起源.3 1.1.2 数控电火花线切割加工原理.3 1.1.3 数控电火花线切割正常加工必须具备的条件.4 1.1.4 数控电火花线切割加工的特点.5 1.1.5 数控电火花线切割的应用范围.5 1.2 数控电火花线切割加工机床的特点.6 1.2.1 数控电火花线切割加工机床的分类.6 1.2.2

2、 数控电火花线切割加工机床的基本组成.6 2 机床主要参数的确定机床主要参数的确定.9 2.1 机床的主要技术参数.9 2.2 确定储丝筒基本尺寸.10 2.3 传动比的确定.10 2.4 电动机的选择.10 2.5 传动装置的运动参数设计.12 3 齿轮副的设计计算齿轮副的设计计算.15 4 轴的设计计算及校核轴的设计计算及校核.23 4.1 第轴的设计及校核.23 4.2 第轴的设计及校核.29 4.3 传动螺纹副的设计及校核.35 5 轴承寿命校核轴承寿命校核.47 5.1 第轴上轴承的校荷.47 5. 2 第轴轴上轴承的校荷 .48 6 键的强度校核键的强度校核.50 6.1 联轴器处

3、键的强度校荷.50 6.2 储丝筒端盖与轴联接处键的校荷.51 6.3 第轴与小齿轮联接处键的校核.52 6.4 第根轴上键的校核.53 7 储丝筒的结构设计储丝筒的结构设计.54 结束语结束语.58 致致 谢谢.59 参考文献参考文献.61 本科毕业论文本科毕业论文 0 前 言 毕业设计是学生学完大学教学计划所规定的全部基础课和专业课后， 综合运用所学的知识，与实践相结合的重要实践性教学环节。它是四年 大学学习的一个总结，是我们结束学生时代，踏入社会，走上工作岗位 的必由之路，是对我们工作能力的一次综合性检验。 1.毕业设计的目的 （1）巩固、扩大、深化我们以前所学的基础和专业知识； （2）

4、培养我们综合分析、理论联系实际的能力； (3) 培养我们调查研究、正确熟练运用国家标准、规范、手册等 工具书的能力； (4) 锻炼进行设计计算、数据处理、编写技术文件、绘图等独立 工作能力。 总之，通过毕业设计让我们建立正确的设计思想，初步掌握解决本 专业工程技术问题的方法和手段，从而使我们受到一次工程师的基本训 练。 2、毕业设计的主要内容和要求 （1）调查使用部门对机床的具体要求，现在使用的加工方法；收集 并分析国内外同类型机床的先进技术、发展趋势以及有关的科技动向； 调查制造厂的设备、生产能力和技术经验等。 （2）数控电火花线切割机床运丝装置的设计主要是设计储丝筒、传 动轴、支撑板、传动

5、齿轮及传动螺纹螺母副，确定各部分的相互关系； 拟订总体设计方案，根据总体设计方案，选择通用部件，并绘制装配图 和各零件的零件图； （3）进行运动计算和动力计算； 本科毕业论文本科毕业论文 1 （4）其他零部件的设计和选择； （5）编制设计技术说明书一份。 本科毕业论文本科毕业论文 2 1 数控电火花线切割加工的基本介绍 1.1 数控电火花线切割加工 1.1.1 电火花线切割起源 电火花线切割加工 WCEDM(Wire Cut EDM)是在上世纪 50 年代末期 由前苏联发展起来的一种特种加工技术，它用直径在 0.080.3mm 的钼 丝、钨丝或铜丝做电极，靠脉冲性火花放电蚀除金属，使材料切割成

6、型， 故称为电火花线切割。电火花线切割加工是电火花加工的一个分支，是 一种直接利用电能和热能进行加工的工艺方法。由于在线切割加工过程 中，工件和电极丝的相对运动是由数字信号控制实现的，故又称为数控 电火花线切割加工，简称线切割加工。电火花线切割主要用来加工形状 复杂的模具、细小精密零件和能够导电的一些高硬度材料。电火花线切 割加工具有加工精度高、加工余量小、生产周期短、制造成本低等优点， 已在生产中获得广泛的应用。目前线切割机床已占电加工机床的 60%以 上。 1.1.2 数控电火花线切割加工原理 电火花线切割加工原理如图 11 所示，工具电极（钼丝或铜丝） 接直流脉冲电源的负极，工件接直流脉

7、冲电源的正极，当工具电极和工 件的距离在一定范围内时，产生脉冲性火花放电，对工件进行切割。火 花放电能够切割工件的主要原因是：正负电极在绝缘工作液中靠近时， 由于正负电极的微观表面是凹凸不平的，电极间的电场分布并不均匀， 离得最近的凸点处的电场强度最高，两极间介质先被击穿，形成放电通 道，同时电流迅速上升。在强大的电场力作用下，通道内的负电子以很 高的速度奔向阳极（正极），正离子也以高速奔向阴极（负极）。负电 子和正离子在高速运动时互相碰撞，阳极和阴极表面分别受到电子流和 本科毕业论文本科毕业论文 3 离子流的强烈轰击，使两电极间隙内的微小通道中瞬时产生高温，通道 中心温度达到 5000100

8、00 度，瞬时产生的高温由于来不及扩散，使局 部金属材料熔化甚至少量金属气化，同时在工件和电极之间的部分绝缘 工作液也产生气化，气化后的金属蒸汽和工作液迅速膨胀并产生爆炸， 使得熔化和气化后的金属材料从金属表面抛离出来而达到切割的目的。 导导电电块块 上上导导轮轮 下下导导轮轮电电极极丝丝 工工件件 脉脉冲冲 电电源源 - - 电电脉脉冲冲 电电 储储丝丝筒筒 图 11 电火花线切割加工原理图 1.1.3 数控电火花线切割正常加工必须具备的条件 （1）工具电极与工件的被加工表面之间必须保持一定量的间隙，间 隙的大小由加工电压 、脉冲电流大小，脉冲间隙等电规准来决定，间 隙大小一般在几十微米之间

9、。如果间隙小于或大于这个距离，都不能进 行火花放电。间隙过小，正负极容易短路，不能产生火花放电；间隙过 大，极间电压不易击穿介质，也不能产生火花放电。 （2）在切割工件时，必须在绝缘工作液中进行。常用的绝缘工作液 有煤油、皂化液、去离子水等，用的工作液不一样，在相同的电规准下， 加工的速度和表面精度也不尽相同。用绝缘性工作液主要有以下几个作 用：利于产生脉冲性的火花放电；排除间隙内电蚀产物；起冷却电极的 作用。 本科毕业论文本科毕业论文 4 （3）采用脉冲电源，火花放电必须是脉冲性、间歇性的。 （4）被加工材料必须导电。只有导电材料才能产生火花放电，导电 材料一般为金属材料和半导体非金属材料等

10、。 1.1.4 数控电火花线切割加工的特点 接利用线状的电极丝作为电极，不需要像电火花成型加工的成 型工具电极，可节约电极设计和制造费用，缩短了生产准备时间。 可以加工用传统切削加工方法难以加工的微细异形孔、窄缝和 形状复杂的零件。 利用电蚀原理加工，电极丝与工件不直接接触，两者之间的作 用力很小，因而工件的变形很小，电极丝、夹具不需要太高的强度。 传统的车、铣、钻加工中，刀具硬度必须比工件硬度大，而数 控电火花线切割机床的电极丝材料不必比工件材料硬，所以可以加工硬 度很高或很脆，用一般切削加工方法难以加工或无法加工的材料。在加 工中作为刀具的电极丝无须刃磨，可以节省辅助时间和刀具费用。 直接

11、利用电、热能进行加工，可以方便地对影响加工精度的加 工参数进行调整，有利于加工精度的提高，便于实现加工过程的自动化 控制。 电极丝是不断移动的，单位长度损耗少，特别是慢走丝线切割 加工时，电极丝一次性使用，故加工精度高（可达2.5m） 采用线切割加工冲模时，可实现凸、凹模一次加工成形。 1.1.5 数控电火花线切割的应用范围 电火花线切割加工由于具有诸多优势，主要应用在以下几个方面： （1）广泛应用于冲压模具的加工。 （2）加工微细异形孔、任意曲线窄缝和复杂形状的工件。 （3）加工镶拼型腔模、拉丝模、粉末冶金模、波纹板成型模。 本科毕业论文本科毕业论文 5 （4）加工样板尺和成型刀具。 （5）

12、加工硬质合金和切割薄片材料。 （6）加工凸轮和特殊齿轮。 （7）加工半导体材料以及稀有、贵重金属材料的割断。 （8）适合于小批量、多品种零件的加工，减少模具制作费用，缩短 生产周期。 1.2 数控电火花线切割加工机床的特点 1.2.1 数控电火花线切割加工机床的分类 1）数控电火花线切割加工简述 电火花线切割加工是电火花加工的一个分支，是一种直接利用电能 和热能进行加工的工艺方法，它用一根移动着的导线（电极丝）作为工 具电极对工件进行切割，故称线切割加工。线切割加工中，工件和电极 丝的相对运动是由数字控制实现的，故又称为数控电火花线切割加工， 简称线切割加工。 2）数控电火花线切割加工机床的分

13、类 （1）按走丝速度分：可分为慢速走丝方式和高速走丝方式线切割 机床。 （2）按加工特点分：可分为大、中、小型以及普通直壁切割型与 锥度切割型线切割机床。 （3）按脉冲电源形式分：可分为电源、晶体管电源、分组脉 冲电源及自适应控制电源线切割机床。 1.2.2 数控电火花线切割加工机床的基本组成 数控电火花线切割加工机床可分为机床主机和控制台两大部分。 本科毕业论文本科毕业论文 6 1)控制台 控制台中装有控制系统和自动编程系统，能在控制台中进行自动编 程和对机床坐标工作台的运动进行数字控制。 2)机床主机 机床主机主要包括坐标工作台、运丝机构、丝架、冷却系统和床身 五个部分。图 6-1 为快走

14、丝线切割机床主机示意图。 （1）坐标工作台 它用来装夹被加工的工件，其运动分别由两个 步进电机控制。 （2）运丝机构 它用来控制电极丝与工件之间产生相对运动。 （3）丝架 它与运丝机构一起构成电极丝的运动系统。它的功能 主要是对电极丝起支撑作用，并使电极丝工作部分与工作台平面保持一 定的几何角度，以满足各种工件（如带锥工件）加工的需要。 （4）冷却系统 它用来提供有一定绝缘性能的工作介质工作 图 13 快走丝线切割机床主机 本科毕业论文本科毕业论文 7 液，同时可对工件和电极丝进行冷却。 本科毕业论文本科毕业论文 8 2 机床主要参数的确定 本机床利用电极丝作为工具，在控制机控制下，按规定轨迹

15、对工件 进行切割加工。适合加工高精度，高硬度，高韧性的金属模具，样板及 形状复杂的零件。广泛用于电子仪器，精密机械，轻工，军工等部门。 2.1 机床的主要技术参数 工作台横向行程 250mm 工作台纵向行程 320mm 加工最大厚度 300mm 加工最大锥度 6/100mm 工作台最大承载重量 120kg 加工最大宽度 320mm 加工最大长度 500mm 加工表面粗糙度 Ra2.5 m 最高材料去处率 100 电极丝直径范围 0.150.25mm 工作液乳化液 供电电源380V,三相，50Hz 功耗 1.5KW 机床外形尺寸 （长宽高） 150010501450mm 机床重量 1200Kg

16、本科毕业论文本科毕业论文 9 2.2 确定储丝筒基本尺寸 确定走储丝筒直径: 走丝速度一般在 712m/s。 确定储丝筒直径，选择电动机转速 n=1400r/min. 由可知 1000 60 Dn v 当时得：7/vm s 1000 601000 60 7 95.5 3.14 1400 v Dmm n 当时得：12/vm s 1000 601000 60 12 163.8 3.14 1400 v Dmm n 所以选择储丝筒直径应在 95.5163.8 之间 为了满足加工要求，设计时储丝筒的直径假设 D=130mm,则走丝速度为 V=9.52m/s。 2.3 传动比的确定 令储丝筒每转一转时其轴

17、向移动距离 s=0.25mm. 丝杠的导程取 p=3mm。从储丝筒到丝杠经过两级直齿圆柱齿轮变速，由于机构传动载 荷较小，故为了设计简单，加工方便，两级齿轮的传动比取值相等，记 为 ，则，由于，即i 12 iii 12 siip 2 p is 可得 i=0.29。线切割机床所用的钼丝的直径应小于 s，否则，走丝时会 产生叠丝现象而导致断丝。 2.4 电动机的选择 确定运丝机构所需的功率 ，运丝机构的工作原理是电动机通过弹P 本科毕业论文本科毕业论文 10 性连轴器带动长轴转动，长轴中间装有储丝筒另一端是齿轮传动，通过 齿轮副传递到第二根轴，第二根轴同样通过齿轮副将运动传递到丝杠， 将螺母固定到

18、工作台上面，丝杠与螺母配合，从而驱动整个运丝机构在 导轨上运动。驱动运丝机构对于丝杠需要的驱动力记为 F，则电动机所 需要的功率为 1000 Fv p 其中总效率， 622 12345 电动机的效率, 0.70; 1 1 滚动轴承的效率, =0.99; 2 2 滑动轴承的效率, =0.97; 3 3 齿轮传动的效率, =0.99; 4 4 连轴器的效率，0.99； 5 5 则， 622622 1234 0.70 0.990.970.990.99 0.5897 丝杠的线速度，8.167mv s 力，27.5FN 则电动机的功率为 27.5 8.167 1000 370 10001000 0.58

19、97 F v pW A 转速为，1400 min r n 本科毕业论文本科毕业论文 11 型号为 YS7124 三相交流异步电动机 电动机的基本参数为 功率：370W 电压：220380V 频率：50Hz 电流：1.941.12A 效率：0.70 转速：1400 min r 功率因数：0.72 重量：6.8Kg 工作制：S1 绝缘等级：B 级 防护等级：IP55 冷却方式：IC411 环境温度：40 C 2.5 传动装置的运动参数设计 从与电动机相连接的高速轴到低速轴算起，各轴依次命名为轴， 轴，轴。 1各轴转速计算 第轴转速 1 1400 /minnnr 第轴转速 1 2 1 1400 40

20、7 /min 3.44 n nr i 第轴转速 2 3 2 407 118.3 /min 3.44 n nr i 式中 n电动机转速 第轴到第轴传动比 1 i 第轴第轴传动比 2 i 2各轴功率计算 本科毕业论文本科毕业论文 12 第轴功率 44 1152 370 0.7 0.99 0.99246.4ppWW 第轴功率 22 2134 246.4 0.970.99230ppWW 第轴功率 22 3224 230 0.990.99222.5ppWW 式中 电动机的效率, 0.70; 1 1 滚动轴承的效率, =0.99; 2 2 滑动轴承的效率, =0.97; 3 3 齿轮传动的效率, =0.9

21、9; 4 4 连轴器的效率，0.99； 5 5 3各轴扭矩计算 第轴扭矩 1 1 1 246.4 955095501680 1400 p TN mm n 第轴扭矩 2 2 2 230 955095505396 407 p TN mm n 第轴扭矩 3 3 3 222.5 9550955017961.7 118.3 p TN mm n 将以上计算数据列表 本科毕业论文本科毕业论文 13 轴 号 转 速 n( /min)r 输出功率 P（W） 输出扭矩 T()N mm 传动 比i 效率 轴14002464 16801 066 轴407 2305396 344093 轴118.32225 17961

22、.7 344093 本科毕业论文本科毕业论文 14 3 齿轮副的设计计算 为防止走丝电动机换向装置失灵，导致丝杠副和齿轮副损坏，在齿 轮副中，可选用尼龙轮代替部分金属齿轮。这不但可在电动机换向装置 失灵时，由于尼龙轮先损坏，保护丝杠副和走丝电动机，还可以减少振 动和噪声。 塑料齿轮的设计计算和校核与金属齿轮不同，所以没有标准的参数 化设计，根据装置所需传动比和加工要求合理设计或选择其他产品，通 过校核检查其性能。 2 基于刘易斯公式的疲劳强度设计 刘易斯公式的基本思路是假设一个齿尖承受所有法向负荷这样一种严重 的情况，并据此来考虑齿根处所产生的最大弯曲应力。但齿形系数一般 使用节点附近的值。

23、啮合率。虽说刘易斯公式是在假定所有的负荷都施加在一个齿尖上 来计算齿根强度的，但实际上啮合的轮齿不止一个，压力角为 20 度的 标准齿正齿轮的啮合率在 1 和 2 之间。如齿数为 20 和 30 的齿轮啮合率 约为 1.6。换言之，在一对齿开始啮合的瞬间，另一对齿已在前一个法 向节距处啮合，因此在随后的 0.6 个法向节距内有两对齿啮合，而在此 后的 0.4 个法向节距内只有一对齿啮合。因此，考虑到把在齿尖承受所 有法向负荷时所得出的值 y 用作齿形系数会大大超过安全侧，于是设计 时采用节距附近承受负载是的值 y啮合率越大则越有利于轮齿强度， 因此对于传动齿轮来说，应重点考虑增加其啮合率。 此

24、外，如果压力角变小，则啮合率增大， 齿轮承受的切向负荷、传递扭矩 根据刘易斯公式，正齿轮的轮齿上所承受的切向负荷 P 和传递扭矩 本科毕业论文本科毕业论文 15 T 分别用（1）（2）来表示 （1）ymb b （2） 2000 2 ydb b 其中 P：轮齿上的切向负荷（N） T：扭矩（N*mm） ：弯曲应力（Mpa） b b: 齿宽（mm） m： 模数 （mm） d： 节圆直径（mm） y： 节点附近的齿形系数“模数 m 基准”（见表 11） Z： 齿数 表 3-1 齿形系数 y“模数 m 基准”（节点附近加载时的值） 本科毕业论文本科毕业论文 16 （2）最大容许弯曲应力 s gmltv

25、bbf C KKKKK 齿轮的容许弯曲应力会因各种运行条件以及轮齿的大小 TM Duracon （模数）而变化，图 1-1 中给出了从标准条件下的试验中得出，与各种 模数相对应的最大容许弯曲应力，如果运行条件与之不同，则可根据 （3）式来修正 本科毕业论文本科毕业论文 17 其中 ：给定运转条件下的最大容许弯曲应力(Mpa) bf : 从图 1-1 中求出的标准条件下的 M90 最大容 b TM Duracon 许弯曲应力（Mpa） :使用状况系数（表 1-2） s C ：速度修正系数（图 1-2） V K ：温度修正系数。 工作温度高时必须修正温度。由于轮 T K 齿的弯曲强度与静态弯曲强度

26、间存在良好的相关性，因此可用弯曲 强度-温度的关系来修正。例如，当温度为 80时，用图 1-3 可得 出 5 . 0 92 46 T K ： 润滑系数 L K 无润滑时=0.8 L K ： 对象材质系数 M K 对金属时=1 TM Duracon M K 对时 =0.8 TM Duracon TM Duracon M K ： 材料强度修正系数(表 1-3) G K 也就是要对用（3）式求出的容许弯曲应力和用（1）或（2）式 bf 求出的发生应力比较：则不可 b b bf 则可以 b bf 表 3-2 使用状态系数 本科毕业论文本科毕业论文 18 表 3-3 材料强度修正系数 图 3-1 标准试

27、验条件下的M90 齿轮的最大容许弯曲应力 TM Duracon 本科毕业论文本科毕业论文 19 图 1-1 给出了齿轮中经常使用的模数范围 0.8-2.即使模 TM Duracon 数低于 0.8，使用模数为 0.8 的齿轮会更加安全，因此不会出现问题。 此外，图 1-1 所示的曲线考虑到偏差因素。 图 3-2 速度修正系数 Kv 图 3-3 非强化弯曲强度与温度的关系 TM Duracon 本科毕业论文本科毕业论文 20 按照图中所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。 选小齿轮齿数 Z1=36,大齿轮齿数 Z2=uZ1=3.4436=123.84，取 Z2=124。 齿轮几何参数 计算公式

28、齿顶高 a hmhh aa # 齿根高 f hmchh af )( # 齿顶圆直径 a dmhzd aa )2( # 齿根圆直径 f dmchzd af )22( 3# 齿距 p p=m 分度圆直径 d d=mz 塑料齿轮模数的选择可采用下面的公式: 21 2 zz a m m 模数 mm a 设计中心距 mm 两啮合齿轮的齿数 21 Z、Z a 取 96mm 则根据公式2 . 1 12436 962 m 压力角选择 =20 （2） 计算小齿轮传递的扭矩 5 1 1 1 53 95.5 10 95.5 10259 101400 176.1 p T n N mm 本科毕业论文本科毕业论文 21

29、（3） 由表 107（机械设计第七版）选取齿宽系数。0.4 d 2） 计算 （1） 试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 1t d H （2） 计算圆周速度 v 。 11 39.2 1400 2.87 60 100060 1000 t d n m v s A 3.2 3.2 R 图 3-4 小齿轮零件图 0.022 A A 图 3-5 大齿轮零件图 本科毕业论文本科毕业论文 22 4 轴的设计计算及校核 4.1 第轴的设计及校核 1 轴上的各参数 功率 4 1152 4 370 0.7 0.99 0.99 246.4 pp W W 转速 1 1400 /minnnr 转矩 1 1 1 9550

30、 246.4 9550 1400 1680 p T n N mm 2 求作用在齿轮上的力 由齿轮设计部分知小齿轮的分度圆直径为 ， 11 34 134dz mmmmm 可以求得 ， 1 1 22 1680 98.8 34 t T FN d 。tan2098.8 0.36436 rt FFNN 3 初步确定轴的最小直径 先按式（152）初步估算轴的最小直径。 根据表 153 取 A=112,于是得 3 1 3 3 min 1 246.4 10 1126.3 1400 p dAmmmm n 本科毕业论文本科毕业论文 23 由于轴较长，并且轴上装有储丝筒直径较大，最小直径处需要与 连轴器相配合，另外

31、轴上开有键槽，查表选取键的类型及其尺寸 为普通平建5520mm:BHL 选取连轴器为弹性柱销连轴器，与轴配合的尺寸 取，长度为。11dmm 25Lmm 图 41 第一根轴的装配方案 4轴的结构设计 1） 定轴上零件的装配方案 如图所示 2) 确定轴的各段直径和长度 (1) 为了满足半联轴器的轴向定位要求，-段右端需要制 出一轴肩，故取段的直径，段的长15dmm - 度首先要考虑到在不需要拆卸联轴器的情况下能够将轴承盖取下查看轴 承。因此取。15.5Lmm （2）初步选择滚动轴承。因为轴承仅承受径向力的作用，但是 由于轴较长，并且轴的直径较小，储丝筒在高速运转下要求平稳，无不 正常震动。储丝筒外

32、圆振摆应小于 0.03mm，反向间隙应小于 0.05mm， 轴向窜动应彻底消失。故在，段- 本科毕业论文本科毕业论文 24 各安装一对调心球轴承，型号为 D36204 GB276，基本尺寸为 dDT174012mm，故，17dmm - d 而。22LLmm - （3）轴承采用轴肩定位，轴，段的直径除了轴向- 定位轴承外还要装配储丝筒，因此，20ddmm - ，段需要安装储丝筒端盖，周向42.5Lmm - 37.5Lmm - - 采用普通平键定位，键的基本尺寸为： 。6 6 12BHLmm （4）储丝筒的轴肩定位，段对储丝筒器轴肩定位的作用，- 因此其直径取。长度根据储丝筒的长度确定26dmm

33、- 。205Lmm - （5）轴段安放齿轮，同时在齿轮与轴承之间采用套筒进- 行轴向定位，由于齿轮与箱体壁最小间距为 6mm，齿轮采用普 通平键进行径向定位，键的尺寸为：，6 6 15BHLmm 轴上各尺寸为，。15dmm - 30Lmm - （6）齿轮右端采用螺母进行轴向定位，21Lmm - ，螺纹的螺矩为 1mm。14dmm - （7）段为方形，其边长为 10mm，轴向长度为 13mm，- 主要是为了装钼丝时用手轮搅动方便而设计。 3）确定轴上圆角和倒角尺寸 轴端及各轴肩倒角均取 1。圆角半径见零件图示。 45 4）求轴上的载荷 本科毕业论文本科毕业论文 25 首先根据轴的结构图做出轴的计

34、算简图， (g)扭矩图 (g)扭矩图 Mca T (f)合成弯矩 图 (e)水平面弯 矩图 M (d)水平面受 力图 (c)垂直面弯矩图 (b)垂直面受力图 轴承 (a)示意图 T 轴承 A CBDE L1L2L3 G G Fnv1Fnv2Fr1 Fnh1Fnh2 Ft1 Mv Mh 图 42 第一根轴的受力分析 由图分析各支点处的受力状况： 由前已知： 转矩 1 1 1 246.4 955095501680 1400 p TN mm n 本科毕业论文本科毕业论文 26 1 1 22 1680 98.8 34 t T FN d tan2098.8 0.36436 rt FFNN 在垂直面内对

35、B 点取矩可得： 2 2223 () 2 nvr L GFLFLL 式中， 1 52Lmm 2 307Lmm ，。 3 31.5Lmm100GN 将这些数值代入上式课求得 。 2 39.7 nv FN 又由 ，可得。 12nvnvr GFFF 1 24.3 nv FN 则在垂直面内 B，C，D 点处的弯矩分别为 ；0 vb M 2 1 307 24.33730 22 vcnv L MFN mm 。 3 36 31.51134 vdr MFLN mm 计算水平面内各量 对 B 点取矩 2223 () nht FLFLL 可得 2 108.9 nh FN 由可得 12nhnht FFF 本科毕业论

36、文本科毕业论文 27 ， 23 98.8 31.5 3112 ht MFL N mm ，表示其方向与图示假设方向相反。 1 10.1 nh FN 则在水平面内 B，C，D 点处的弯矩 。 1 0, h M 23 98.8 31.53112 ht MFLN mm 如图所示 轴上 AE 点各处的扭矩均相等， 。 1 1 1 246.4 955095501680 1400 p TN mm n 可知 D 点处弯矩最大，其值为 。 2222 222 113431123312 vh MMMN mm 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面 D 是轴的危险截面。 现将计算出的截面 D 处的，及列于下表 2v

37、 M 2h M 2 M 载荷水平面 H垂直面 V 支反力 F 2 108.9 nh FN 2 39.7 nv FN 弯矩 M 3112 hd MN mm1134 vd MN mm 总弯矩 22 2 3312 vdhd MMMN mm 扭矩 T 1 1680TN mm 5）按弯扭合成应力校荷轴的强度 进行校荷时，通常只校荷轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即 本科毕业论文本科毕业论文 28 危险截面 C）的强度。根据式 155 及表中的数据，并取 ，轴的计算应力0.6 22 2 22 2 () 3312(0.6 1680) 0.1 34 29.9 ca MT W MPa MPa 前已选定轴的材料为

38、45 钢，调质处理由表 151 查得 。因此，故安全。 1 60MPa 1ca 4.2 第轴的设计及校核 1轴上的各参数，以下各量均为第二根轴的输出参数： 功率 22 2134 246.4 0.970.99230ppWW 转速 1 2 1 1400 407 /min 3.44 n nr i 转矩 2 2 2 230 955095505396 407 p TN mm n 2求作用在齿轮上的力 由齿轮设计部分知大齿轮的分度圆直径为 22 117 1117dz mmmmm 可以求得大齿轮上的受力状况： 1 2 2 22 1680 28.7 117 t T FN d 22tan20 28.7 0.36

39、410.5 rt FFNN 同样右端销齿轮上受力状况为： 本科毕业论文本科毕业论文 29 2 3 3 22 5396 317.4 34 t T FN d 33tan20 317.4 0.364115.5 rt FFNN 3初步确定轴的最小直径 先按式（152）初步估算轴的最小直径。 根据表 153 取 A=112,于是得 ， 3 2 3 3 min 2 230 10 1129.25 407 p dAmmmm n 轴上最小直径处是螺纹连接，其作用是对齿轮起到轴向定位的 作用则，长度用两个螺母紧固。9.5dmm - 13.5Lmm - 4轴的结构设计 1） 拟定轴上零件的装配方案 如图所示 图 4

40、3 第二根轴的零件图 2) 确定轴的各段直径和长度 (1) 对于轴由以下几种装配方案： 本科毕业论文本科毕业论文 30 其一，传统的传动方案，由于轴的长度较小，可以将轴的 左端利用滑动轴承紧固在箱体上，为了增加轴的传动平稳性， 可以增加轴承的数量，在轴段安放两个调心球轴承，同时- 在箱体壁上开处直径的孔，为了轴承的拆卸方便，轴6dmm 承外圈与箱体壁的配合采用过盈配合。 轴上齿轮采用普通平键联接固定在轴上，右端同样采用螺母轴向定 位，由于第二级齿轮传动的齿轮同时对轴由着支撑的作用这种方案的缺 点是轴的平稳性能不够好，成本较高。 其二，将轴固定在箱体壁上，同时在箱体壁上开出直径为 的孔，一边轴的

41、拆卸方便，轴上需要安放齿轮，同时6dmm 齿轮要作高速旋转，同样又有两种方案： a. 轴与齿轮间采用滚动轴承联接，但是由于齿轮的轮毂长 度较大，对于每个轮毂上需要安放两个滚动轴承，其缺点是成本较大安 放与拆卸麻烦。 b. 轴与齿轮间采用滑动轴承配合，即能满足传动的要求， 又节约成本，轴瓦的材料可以选用铸造青铜，因为铸造青铜主 要用于高速，重载的轴承，同时可以承受较大的冲击，其成分为 。b30ZCuP 对比以上装配方案，在同样能够满足使用要求，同时又经济， 装配与拆卸方便的原则，可知第二种装配方案种的滑动轴承联 接更好。 以下就采用此方案进行计算确定轴的各参数。 （2）轴与段需要安放滑动轴承，滑

42、动轴承的轴瓦与齿轮装- 配，根据齿轮的轮毂直径及其轮毂长度同时要考虑到轴向定位的稳定性， 确定与段的尺寸，-11dmm - 本科毕业论文本科毕业论文 31 ，这两个轴段17Lmm - 11dmm - 17Lmm - 需要装滑动轴承，加工精度要求较高，表面粗糙度要达到 1.6。 （3） 大齿轮左端采用轴肩定位，轴肩高度要求，取0.07hd ，则，段长度由装配后确定，要保证齿轮4dmm22dmm - - 与箱体壁的间距，取。5.5lmm5.5Lmm - （4）段根据材料力学及强度计算可以确定基本尺寸- ，。18dmm - 14.5Lmm - （5） 确定轴上圆角及倒角尺寸， 参照表 152，各倒角

43、及圆角见标准零件图。 5求轴上的载荷 首先根据轴的结构图作出轴的计算简图，再根据轴的计算简图 作出轴的弯矩和扭矩图 本科毕业论文本科毕业论文 32 L1L2 Ft3 Fnv1 Fnh1 Ft2 Fr2 Fr3 Fnv1 Fr3 Fr2 Mv Fnh1 Ft2 Ft3 Mh M T Mca (g)扭矩图 (g)扭矩图 (f)合成弯矩 图 (e)水平面弯 矩图 (d)水平面受 力图 (c)垂直面弯矩图 (b)垂直面受力图 (a)示意图 图 44 第二根轴的受力分析 由图分析各支点处的受力状况： 由前已知： 转矩， 2 2 2 230 955095505396 407 p TN mm n ， 1 2

44、 2 22 1680 28.7 117 t T FN d ， 22tan20 28.7 0.36410.5 rt FFNN 本科毕业论文本科毕业论文 33 ， 2 3 3 22 5396 317.4 34 t T FN d ， 33tan20 317.4 0.364115.5 rt FFNN 根据力的合成定理计算出 A 点处的支反力 在水平面内， ， 231ttnh FFF 带入数值可以求得 346.1N， 1nh F 在垂直面内， 231rrnv FFF 带入数值得 ，方向向下， 1 105 nv FN 由图课知 B 处弯矩最大，现计算 B 处的弯矩和扭矩 水平面内， 11 346.1 22

45、 7614.2 hnh MF L N mm N mm 在垂直面内， 11 105 22 2310 vnv MF L N mm N mm BC 间扭矩为 。 2 2 2 230 955095505396 407 p TN mm n 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面 B 是轴的危险截面 现将计算出的截面 B B 处的，及列于下表 v M h MM 本科毕业论文本科毕业论文 34 载荷水平面 H垂直面 V 力 F 2 28.7 t FN 2 10.5 r FN 弯矩 M 7614.2 h MN mm2310 v MN mm 总弯矩 22 7956.9 vh MMMN mm 扭矩 T 2 53

46、96TN mm 5）按弯扭合成应力校荷轴的强度 进行校荷时，通常只校荷轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即 危险截面 B）的强度。根据式 155 及表中的数据，并取 ，轴的计算应力0.6 。 22 22 2 () 7956.9(0.6 5396) 0.1 117 6.27 ca MT W MPa MPa 前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理由表 151 查得 。因此，故安全。 1 60MPa 1ca 4.3 传动螺纹副的设计及校核 1第轴是丝杠，丝杠通过与螺母连接带动整个储丝机构在导轨 上面做直线运动，现对其进行设计。 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主 要用于将回转运动

47、变为直线运动将直线运动变为回转运动，同时传递运 动或动力。 本科毕业论文本科毕业论文 35 1、特点 优点：工作平稳，传动精度高，易于自锁，良好的减速性能. 缺点：相对滑动大，磨损大，效率低 2、传动形式： a)螺杆转螺母移 b)螺杆又转又移（螺母固定）用得多 c) 螺母转螺杆移 d) 螺母又转又移（螺杆固定）用得少 3、分类 按其用途，还可分为传动螺旋、传导螺旋和调整螺旋三种类型 按照摩擦性质分：滑动螺旋 滚动螺旋 静压螺旋（后两种结构复杂，用 于结构复杂，精度高的重要传动中，一般用滑动） 连接螺纹牙型有三种：矩形、梯形、锯齿形螺纹。 本次设计运丝装置螺纹传动形式选择滑动螺旋传动，螺母固定、

48、螺杆转 动并移动。 一、滑动螺旋的结构 螺旋传动的结构主要是指螺杆、螺母的固定和支撑的结构形式。 螺旋传动的工作刚度与精度等和支撑结构有直接关系，当螺杆短 而粗且垂直布置时，如起重及加压装置的传力螺旋，可以利用螺 母本身作为支撑。当螺杆细长且水平布置时，如机床的传导螺旋 （丝杠）等，应在螺杆两端或中间附加支撑，以提高螺杆的工作 刚度。螺杆的支撑结构与轴的支撑结构基本相同。此外，对于轴 向尺寸较大的螺杆，应采用对接的组合结构代替整体结构，以减 少制造工艺上的困难。 螺母的结构有整体螺母、组合螺母和剖分螺母等形式。整 本科毕业论文本科毕业论文 36 体螺母结构简单，但有磨损产生的轴向间隙不能补偿，

49、只适合在 精度要求较低的螺旋中使用。对于经常双向传动的传导螺旋，为 了消除轴向间隙和补偿旋合螺纹的磨损，避免反向传动时的空行 程，常采用组合螺母或剖分螺母。 滑动螺旋采用的螺纹类型有矩形、梯形、锯齿形。其中以 梯形和锯齿形螺纹应用最广。螺杆常用右旋螺纹，只有在某些特 殊场合才使用左旋螺纹。对于传导螺纹，为了提高其传动效率及 直线运动速度，可采用多线螺纹（线数 n=34，甚至多大 6）。 二、 滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动 平稳、工作可靠、易于自锁 缺 点 ：磨损快、寿命短，低速时有爬行现象（滑移），摩擦损 耗大，传动效率低（3040%）传动精度低 三、螺杆和螺母的材

50、料 螺杆材料要有足够的强度和耐磨性。螺母材料除要有足够的强度 外，还要求在与螺杆材料配合时摩擦系数小和耐磨。 考虑走丝装置传动性能，螺杆材料选择 40Cr 经过热处理。 螺母采用铸铁制造，内孔浇注巴氏合金。 螺纹基本知识 螺纹几何参数 (1) 大径 d (2) 小径 d1 (3) 中径 d2 (4) 螺距 P (5) 导程 S S = nP 本科毕业论文本科毕业论文 37 (6) 螺纹升角 2 d nP tg (7) 牙型角 牙侧角 d1d2 d S 图 4-1 螺纹牙形图 四、滑动螺旋传动的工作能力分析 失效形式与计算准则 主要失效 螺纹的磨损 耐磨性计算确定：螺杆直径 d2、螺母高度 H

51、传力较大时： 螺杆强度校核 、螺纹牙强度校核 要求自锁时：校核自锁条件 受压细长螺杆; 校核稳定性 四、滑动螺旋传动的设计计算 滑动螺旋工作时，主要承受转矩及轴向拉力（或压力）的作用，同时在 P 本科毕业论文本科毕业论文 38 螺杆和螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动。其失效形式主要是螺纹磨 损。因此，滑动螺旋的基本尺寸（即螺杆直径和螺母高度），通常是根 据耐磨性条件确定的。对于受力较大的传力螺旋，还应校核螺杆危险截 面以及螺母螺纹牙的强度，以防止发生塑形变形和断裂；对于精密的传 导螺旋应校核螺杆的刚度（螺杆的直径应根据刚度条件确定），以免受 力后由于螺距的变化引起传动精度降低；对于长径比很大的

52、螺杆，应校 核其稳定性，以防止螺杆受力后失稳；对于高速的长螺杆还应校核其临 界转速，以防止产生过度的横向振动等。 1、耐磨性计算 滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度，螺纹表面粗糙 度以及润滑状态等因素有关，其中最主要的是螺纹工作面上的压力，压 力越大螺旋副间越容易形成过度磨损。因此，滑动螺旋的耐磨性计算， 主要是限制螺纹工作面上的压力 p，使其小于材料的许用压力p。 假设作用于螺杆的轴向力为 F(单位为 N)，螺纹的承压面积为 A（单位为 mm2）螺纹中径为 d2（单位为 mm）螺纹工作高度为 h（单位为 mm），螺纹螺距为 P（单位为 mm），螺母高度为 H（单位为 mm），螺纹

53、工作圈数为，则螺纹工作面上的耐磨性条件为 P H u P hHd FP hzd F p 22 图 4-2 梯形螺纹传动副尺寸图 本科毕业论文本科毕业论文 39 令，则 代入上式整理后可得 2 d H 2 dH ph FP d 2 对于矩形和梯形螺纹，h=0.5P，则 p F d 8 . 0 2 对于 30锯齿形螺纹，h=0.75P，则 p F d 65 . 0 2 螺母高度 2 dH 设计轴上的各参数，以下各量为螺杆的输出参数： 功率， 22 3224 230 0.990.99222.5ppWW 转速， 2 3 2 407 118.3 /min 3.44 n nr i 转矩。 3 3 3 22

54、2.5 9550955017961.7 118.3 p TN mm n 2求作用在齿轮上的力 根据作用力与反作用力定理可以知道 本科毕业论文本科毕业论文 40 ， 2 33 3 22 5396 317.4 34 tt T FFN d 。 333tan20 317.4 0.364115.5 rrt FFFNN 3初步确定轴的最小直径， 先按式（152）初步估算轴的最小直径。 根据表 153 取 A=112,于是得 ， 3 3 3 3 min 3 222.5 10 11213.8 118.3 p dAmmmm n 轴上最小直径处是装配齿轮，为了增加传动的稳定性 取，齿轮左端用套筒进行轴肩定位，15

55、dmm - 根据装配要求求得。44.5Lmm - 查表梯形螺纹基本尺寸（GB5796.386）可知： 螺杆螺距 P=0.2mm 公称直径 d=18mm 中径 d2=17mm 小径 d3=15.5mm 4轴的结构设计 1） 拟定轴上零件的装配方案 如图所示 本科毕业论文本科毕业论文 41 45 图 43 第三根轴的零件图 2) 确定轴的各段直径和长度 （1）轴的段安装轴承，由于轴承的宽度较小，选用两个- 轴承并放，以增加丝杠传动的稳定性，所以段的基本参- 数由所选的轴承尺寸确定。，。17dmm - 24Lmm - （2）轴承左端才用轴肩定位，轴肩高度不能超过轴承的内圈的 高度，通过计算取，长度尺

56、寸取。22dmm - 10Lmm - （3）段的作用是起从丝杠罗纹到轴肩的过渡作用，基本- 尺寸参数为。17,5dmm Lmm - （4）轴段是丝杠螺纹，目的是将旋转运动转化为直线运动。- 长度由储丝筒的行程有关，取，螺纹的基本参数为-309Lmm - M183。左端开有螺纹孔，用螺钉固定以档圈防止丝杠越程导致丝杠与 螺母脱节。 （5）确定轴上圆角和倒角 见零件图示。 本科毕业论文本科毕业论文 42 5.求轴上的载荷 首先根据轴的结构图作出轴的计算简图，再根据轴的计算简图 作出轴的弯矩和扭矩图： Ft3 Fr3 (g)扭矩图 (g)扭矩图 (f)合成弯矩 图 (e)水平面弯 矩图 (d)水平面

57、受 力图 (c)垂直面弯矩图 (b)垂直面受力图 (a)示意图 Fnh1 Fnv1 Fnh2 Fnv1 L1L2 Fnv1 Fnv1 Fnh2 Fnh1 Mv Mh M T Mca Fr3 Ft3 图 44 第三根轴的受力分析 由图分析各支点处的受力状况： 本科毕业论文本科毕业论文 43 由于螺母支撑点的位置在行程范围内变化，在校荷时只需要取最危险的 位置，在此处应该是在螺母与丝杠最左端接触时，在此情况下进行校荷， 由前已知： 转矩 3 3 3 222.5 9550955017961.7 118.3 p TN mm n 2 3 3 22 5396 317.4 34 t T FN d 33tan

58、20 317.4 0.364115.5 rt FFNN 在水平面内对 A 点取矩， 31221 () tnh FLLFL 式中， 1 285LN 2 46.5LN 代入上式可得 ， 2 369.1 nh FN 又 123nhnht FFF 可得 表示方向与假设方向相反。 1 51.7 nh FN 水平面内的弯矩为 11 51.7 285 14759 hnh MFL N mm N mm 在垂直面内对 A 点取矩， 31221 () rnv FLLFL 代入各值可得 本科毕业论文本科毕业论文 44 2 134.3 nv FN 又 123nvnvr FFF 可得，与假设方向相反 1 18.8 nv

59、FN 则 11 18.8 285 5370 vnv MFL N mm N mm AB，BC 间扭矩均为 3 3 3 222.5 9550955017961.7 118.3 p TN mm n 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面 B 是轴的危险截面 现将计算出的截面 B B 处的，及列于下表 v M h MM 载荷水平面 H垂直面 V 力 F 2 369.1 nh FN 2 134.3 nv FN 弯矩 M 14759 h MN mm5370 v MN mm 总弯 矩 22 15705 vh MMMN mm 扭矩 T 3 17961TN mm 5）按弯扭合成应力校荷轴的强度 进行校荷时，通

60、常只校荷轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即 危险截面 B）的强度。根据式 155 及表中的数据，并取 ，轴的计算应力0.6 本科毕业论文本科毕业论文 45 22 22 2 () 15705(0.6 17961) 0.1 117 13.9 ca MT W MPa MPa 前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理由表 151 查得 。因此，故安全。 1 60MPa 1ca 本科毕业论文本科毕业论文 46 5 轴承寿命校核 5.1 第轴上轴承的校荷 两端均采用双轴承联接 轴承类型：深沟球轴承， 轴承代号：6203 标称尺寸： 17 22 40dDLmm 在校荷时每个轴承所承受的载荷是支撑点处载荷的一半计