数控回转工作台论文

1、数控回转工作台设计目 录1 绪论11.1本课题研究的目的与意义11.2本课题的现状和发展趋势11.3数控回转工作台设计原理及优缺点22 数控回转工作台的功能与应用42.1数控回转工作台的功用及部件组成52.2设计准则62.3主要技术参数63数控回转工作台的设计83.1 传动方案的选择83.1.1 传动方案传动时应满足的要求83.1.2 传动方案及其分析83.2伺服电机的选择及运动参数的计算93.3 传动件的设计113.3.1 选择齿轮传动的类型和材料113.3.2 按齿面接触疲劳强度设计113.3.3 按齿根弯曲强度设计133.3.4几何尺寸计算133.2 蜗轮及蜗杆的设计与校核153.4.1

2、 选择材料153.4.2按齿面接触疲劳设计153.4.3蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸173.4.4 校核齿根的疲劳强度183.5 轴承的选用193.6定心轴的校核与计算193.7蜗杆轴的设计与计算213.8键的选择及校核233.9 夹紧机构的设计244结论25致 谢26参考文献27 数控回转工作台设计 271 绪论1.1本课题研究的目的与意义毕业设计主要是培养我们综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养我们建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。培养我们的设计计算、工程绘图、实验研究、数据处理、查阅文献、外文资料的阅读与翻译、计算机应用、文字表达等基本工作实

3、践能力，使我们初步掌握科学研究的基本方法和思路。对数控回转工作台的设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序。规范和方法。而工科类学生更应侧重于从生产的第一线获得生产实际知识和技能，获得工程技术经用性岗位的基本训练，通过毕业设计，可树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，实现由学生向工程技术人员的过渡。本次毕业设计的主要培养了一下几方面的技能：（1）使我们进一步巩固和加深对所学的知识，使之系统化，综合化。（2）培养我们独立工作。独立思考和综合运用所学知识的能力，提高解决本专业范围内的一般技术问题的能力，从而扩大、深

4、化所学的专业知识和技能。（3）培养我们的设计计算、工程测绘、实验研究、数据处理、查阅文献、外文资料的阅读与翻译、计算机应用、文字表达等基本工作实践能力，使我们初步掌握科学研究的基本方法和思路。（4）使我们学会初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法手段，树立做事严谨、严肃认真、一丝不苟、实事求是、刻苦专研、勇于探索、具有创新意识和团结协作的工作作风。本次毕业设计主要是解决卧式加工中心数控回转工作台的工作原理和机械机构的设计与计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后局部。1.2本课题的现状和发展趋势目前数控回转工作台已广泛应用于数控机床和加工中心上，它的总的发展趋势是： 1在规格上将向两头

5、延伸，即开发小型和大型转台； 2在性能上将研制以钢为材料的蜗轮，大幅度提高工作台转速和转台的承载能力； 3在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。 数控转台的市场分析：随着我国制造业的发展，加工中心将会越来越多地被要求配备第四轴或第五轴，以扩大加工范围。估计近几年要求配备数控转台的加工中心将会达到每年600台左右。预计未来几年，虽然某些行业由于产能过剩、受到宏观调控的影响而继续保持着较低的行业景气度外，部分装备制造业将有望保持较高的增长率，特别是那些国家产业政策鼓励振兴和发展的装备子行业。作为装备制造业的母机，普通加工机床将获得年均1520左右的稳定增长。2010年在北京举办的第11

6、届中国国际机床展览会上，数控机床、加工中心、复合机床在装备制造业内已呈现出量大面广态势，这类工作母机在各类制造业已经普及应用，并清晰地表达出时代特征与发展潮流。机床运动无论是并联运动机床，还是运动叠加串联机床，对大多数金属加工机床来说，数控进给复合运动的加工，是以直线轴加上回转轴的联动来实现。为了应对日益增多的复杂零件加工、提高加工精度和效率，多轴机床和复合机床将会进一步创新发展。因此在现代加工中心的开发中，数控回转轴的设计与制造，成为研制机床的核心任务之一，而数控回转轴，同时也起着承载工作重量、夹持工件的功能，故要重视其创新设计。由图1-1所示，2010年中国国际机床展览会无论是在人数上，还

7、是在交易额上，都是逐年上升。图1.1 中国国际机床展览会数据统计1.3数控回转工作台设计原理及优缺点数控转台和数控分度头的使用，为加工中心和数控铣床提供了回转坐标，通过第四轴、第五轴驱动转台或分度头完成等分、不等分或连续的回转加工，完成复杂曲面加工，使机床原有的加工范围得以扩大。数控分度头未来的发展趋势是：在规格上向两头延伸，即开发小规格和大规格的分度头及相关制造技术；在性能方面将向进一步提高刹紧力矩、提高主轴转速及可靠性方面发展。数控机床的圆周进给由回转工作台完成，称为数控机床的第四轴：回转工作台可以与X、Y、Z三个坐标轴联动，从而加工出各种球、圆弧曲线等。回转工作台可以实现精确的自动分度，

8、扩大了数控机床加工范围。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。为自动换刀数控镗床的回转工作台。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。机床工具行业的发展，依赖于行业技术水平和创新能力的提高，依赖于机床的数控化和产品快速的升级换代，依赖于制造业从刚性自动化向柔性自动化方向转变这一社会需求，由于我国机床附件厂资金紧张，造成技术创新和技术改造的力度不大，使附件水平的发展严重滞后，成为制约民族机床工业发展的瓶颈。国产配套件在产品质量、性能、结构创新、品牌信誉、外观造型、精度稳定性等方面与发达国家相比

9、都存在一定的差距，但在产品的价格、交货期和售后服务上占有较大的优势。另外，近几年台湾地区的数控附件产品明显加大了对大陆市场的开发力度，使国内市场竞争态势更加激烈。在今后几年中，我国机床附件厂要发展中档次品种，在提高产品质量、性能水平和可靠性的同时，跟踪学习发达国家的先进技术，并在产品创新，提高工艺水平上多下功夫；总结经验，加强产、学、研的结合，走专业化生产的路子，面向市场，参与竞争，满足主机发展的需要。2 数控回转工作台的功能与应用回转工作台(以下称转台)根据其精度的不同分别是铣床、钻床和坐标镗床、坐标磨床的主要附件，高精度的转台还是计量检验工作中的测量仪器。（1） 国内转台简介工作台直径是转

10、台主参数，目前我国专业生产厂制造的转台有手动和手动机动(即通过万向节传动)两种，全是水平式，规格有200, 250, 320, 400和500五种，分度精度按部标为3。去年获得一机部质量信得过产品奖的武汉机床附件厂生产的400mm转台。（2） 国外转台简介国外转台品种繁多，按驱动控制方式可分电动、气动、浓压和数控。按分度方式可分机械、光学、数显、端齿盘、钢球、电感和多面体。工业水平发达国家生产的转台品种多、规格全、精度高。没有单一的转台生产厂，如西德霍夫曼公司生产七十多个品种规格的转台，日本津田驹工业株式会社也有四十多种，这两家还生产多种分度头，有的产品既是转台又是分度头，而机床附件又都仅是这

11、两家公司的一个分部。在分度精度上，首推美国莫尔公司的1440齿机械分度转台，其精度高达±0.1。瑞士的西浦公司生产200-450 mm八种规格的转台，分度精度在4"-18"之间。以前的产品采用蜗轮副分度，近年则多采用光学分度。在锁紧机构上采用钢盘机构，不致使工作台面受力而产生变形。英国OMT光学测量工具公司生产的转台与其座标锉床配套，它采用圆柱销锁紧，.工作台面不受力、结构简单、工艺性也好，但操作不集中，它有12个品种规格，自203一914mm，分度精度在4 "-30之间，全是光学转台。:日本工业株式会社以生产钢球分度超精密转台而著称，有手动和电气液压驱

12、动两类11个规格，自200-1250mm,分度精度高达±1。国外转台制造厂，据不完全统计约一百余家，以美、法、英、西德、日本、瑞士最多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。工作台的运动是由伺服电动机，经齿轮减速后由蜗杆传给蜗轮。图2. 11工作台  2滚柱导轨  3、4夹紧瓦  5小液压缸  6活塞  7弹簧8钢球  9圆光栅 10双列圆柱滚子轴承 11圆锥滚子轴承为了消

13、除蜗杆副的传动间隙，采用了双螺距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置调整间隙。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。当工作台静止时必须处于锁紧状态。为此，在蜗轮底部的辐射方向有8对夹紧瓦，并在底座上均布同样数量的小液压缸。当小液压缸的上腔接通压力油时，活塞便压向钢球，撑开夹紧瓦，并夹紧蜗轮。在工作台需要回转时，先使小液压缸的上腔接通回油路，在弹簧的作用下，钢球抬起，夹紧瓦将蜗轮松开。回转工作台的导轨面由大型滚动轴承支承，并由圆锥滚子轴承及双列向心圆柱滚子轴承保持准确的回转中心。数控回转工作台的定位精度主要取决于蜗杆

14、副的传动精度，因而必须采用高精度蜗杆副。在半闭环控制系统中，可以在实际测量工作台静态定位误差之后，确定需要补偿角度的位置和补偿的值，记忆在补偿回路中，由数控装置进行误差补偿。在全闭环控制系统中，由高精度的圆光栅发出工作台精确到位信号，反馈给数控装置进行控制。回转工作台设有零点，当它作回转运动时，先用挡铁压下限位开关，使工作台降速，然后由圆光栅或编码器发出零位信号，使工作台准确地停在零位。数控回转工作台可以作任意角度的回转和分度，也可以作连续回转进给运动。2.1数控回转工作台的功用及部件组成1.功用数控回转工作台按照功用可以分为以下几种：1）数控进给回转工作台（蜗轮蜗杆传动）2）数控分度工作台（

15、定位销式和鼠盘式）前者可以实现在回转过程中进给加工的要求，后者只能起到分度功能。本课题要求设计具有进给加工功能的数控回转工作台。2.组成1) 工作台的回转系统本论文采用的回转工作台回转系统是通过齿轮传动和蜗轮蜗杆传动将动力传递到回转工作台的。在回转系统中，重点在于传动件之间的间隙消除装置，以确保回转精度，在间隙消除装置上，采用偏心套消除齿轮间隙，用调整套轴向移动消除蜗轮蜗杆的齿侧间隙。2) 工作台的定位夹紧装置本论文设计的数控回转工作台要求是在回转过程中可以加工的类型，在回转停止后，要有夹紧装置来对蜗轮进行定位夹紧。本课题设计八个小液压缸附带八个定位夹紧块来进行定位夹紧。3)工作台的反馈装置本

16、论文设计的反馈装置为闭环控制的反馈装置，在定心轴下方安装了圆光栅，对工作台旋转的精度进行反馈和调整。2.2设计准则我们的设计过程中，本着以下几条设计准则：1）创造性的利用所需要的物理性能2）分析原理和性能3）判别功能载荷及其意义4）预测意外载荷5）创造有利的载荷条件6）提高合理的应力分布和刚度7）重量要适宜8）应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸9）根据性能组合选择材料10） 零件与整体零件之间精度的进行选择11） 功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求2.3主要技术参数有关技术要求：工作台尺寸：400×400cm；平置总高度380mm；最小分度：1度；工作台最大转速：16r.p.m；定

17、位精度：±5arc-sec；锁紧力50kg/c；耐切削力2000kg-m；容许载重400kg；净重不超过520kg。要求该部件分度回转运动平稳，结构紧凑，占地面积小，动作可靠、确保安全。3 数控回转工作台的设计3.1 传动方案的选择3.1.1 传动方案传动时应满足的要求数控回转工作台一般由原动机、传动装置和工作台组成，传动装置在原动机和工作台之间传递运动和动力，并可实现分度运动。在本课题中，原动机采用应采用伺服电机，工作台为T形槽工作台，传动装置由齿轮传动和蜗杆传动组成。合理的传动方案主要满足以下要求：（1）机械的功能要求：应满足工作台的功率、转速和运动形式的要求。（2）工作条件的要

18、求：例如工作环境、场地、工作制度等。（3）工作性能要求：保证工作可靠、传动效率高等。（4）结构工艺性要求；如结构简单、尺寸紧凑、使用维护便利、工艺性和经济合理等。3.1.2 传动方案及其分析数控回转工作台传动方案为：伺服电机齿轮传动蜗杆传动工作台图3.1 传动系统图该传动方案分析如下：齿轮传动承受载能力较高 ，传递运动准确、平稳，传递 功率和圆周速度范围很大，传动效率高，结构紧凑。蜗杆传动有以下特点：1传动比大在分度机构中可达1000以上。与其他传动形式相比，传动比相同时，机构尺寸小，因而结构紧凑。2传动平稳 蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮的啮合是连续的，因此，传动平稳，噪声低。3可以自锁 当蜗

19、杆的导程角小于齿轮间的当量摩擦角时，若蜗杆为主动件，机构将自锁。这种蜗杆传动常用于起重装置中。4效率低、制造成本较高 蜗杆传动是，齿面上具有较大的滑动速度，摩擦磨损大，故效率约为0.7-0.8，具有自锁的蜗杆传动效率仅为0.4左右。为了提高减摩擦性和耐磨性，蜗轮通常采用价格较贵的有色金属制造。由以上分析可得：将齿轮传动放在传动系统的高速级，蜗杆传动放在传动系统的低速级，传动方案较合理。3.2 伺服电机的选择及运动参数的计算由于数控回转工作台的控制精度要求较高且工作功率不大，动力源应选择微特电机。可选步进电机或伺服电机。由于本工作台设计为闭环控制，故开环的步进电机不合适，选用用于闭环控制中的，广

20、泛使用的交流伺服电动机： 交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组，它始终接在交流电压上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，

21、杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点： 1、起动转矩大：由于转子电阻大，其转矩特性曲线与普通异步电

22、动机的转矩特性曲线相比，有明显的区别。它可使临界转差率S01，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。2、 运行范围较广3、 无自转现象：正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1S1、T2S2曲线）以及合成转矩特性（TS曲线）交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz，电压有36V、110V、220、380V；当电源频率为4

23、00Hz，电压有20V、26V、36V、115V等多种。交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，因此与同容量直流伺服电动机相比，体积大、重量重，所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。许多机械加工需要微量进给。要实现微量进给，步进电机、直流伺服交流伺服电机都可作为驱动元件。对于后两者，必须使用精密的传感器并构成闭环系统，才能实现微量进给。在闭环系统中，广泛采用伺服电机作为执行单元。这是因为伺服电机具有以下优点：直接采用数字量进行控制;转动惯量小，启动、停止方便；成本低；无误差积累；定位准确；低频率特性比较好；调速范围较宽；采用伺服电机为驱动

24、单元，其机构也比较简单，主要是变速齿轮副、滚珠丝杠副，以克服爬行和间隙等不足。通常步进电机每加一个脉冲转过一个脉冲当量；但由于其脉冲当量一般较大，如0.01mm，在数控系统中为了保证加工精度，广泛采用伺服电机的细分驱动技术。马达的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率。额定功率小于工作要求，则不能保证工作机器正常工作，或使马达长期过载、发热大而过早损坏；额定功率过大，则马达价格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪费。Pe= 式中 P= （3.1）M为负载转矩 n为负载转速计算M M=Fo×f ×r （3.2）Fo=mg=(400+520) ×9.8=9016NM=F

25、o×f×r=9016×0.2×0.15=270.48N·mP=齿轮传动的效率为w=0.98；一对滚动轴承的效率为w=0.99；蜗杆传动的效率为w=0.8。转速3000 r/min 额定转矩 5Nm 3.3 传动件的设计3.3.1 选择齿轮传动的类型和材料根据整体传动的要求，传动效率不大、速度中等和使用寿命长，需要在封闭条件下工作，因此设计为闭式齿轮传动，采用圆柱直齿轮传动的形式齿轮材料应具备下列条件：1）齿面具有举个的硬度，以获得较高的抗点蚀、抗磨粒磨损、抗胶合和抗塑性流动的能力；2）在变载荷和冲击载荷下有足够的弯曲疲劳强度；3）具有良好的加工

26、和热处理工艺性；4）价格较低。考虑到齿轮传动效率不大，速度只是中等，故齿轮用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，进行整体淬火后再低温回火，使齿轮面硬度达到45-55HRC。3.3.2 按齿面接触疲劳强度设计 d （3.3）试选载荷系数K=1.2计算小齿轮传递的转矩 T=N·mm （3.4）选取齿宽系数 =0.6材料的弹性影响系数=189.8M/Pa按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600MPa大齿轮的接触疲劳强度极限=550MPa接触疲劳寿命系数 =0.90 =0.95计算接触疲劳许用应力安全系数=1计算小齿轮分度圆直径 代入最小值d=27.79mm计算圆周速度V V=

27、（3.5）计算齿宽系数b b= （3.6）计算齿宽与齿高之比模数m=齿高h=2.25m=2.25×1.26=2.84计算载荷系数K=按实际的载荷系数校正可算得的分度圆直径 d= （3.7）计算模数m=3.3.3 按齿根弯曲强度设计 m （3.8）小齿轮弯曲疲劳强度极限=440MPa大齿轮弯曲疲劳强度极限 =420MPa弯曲疲劳系数取K=0.84 K=0.88计算弯曲疲劳许用应力 弯曲疲劳安全系数 S=1.3计算载荷系数KK=KK查取齿形系数Y Y=2.216取应力校正系数Y Y计算大，小齿轮 加以比较=0.015故小齿轮数值大 3.3.4几何尺寸计算 m= （3.9）对比计算结果，由

28、齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲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，仅与齿轮直径有关，可取弯曲强度算得的模数0.95，圆整标准值1.25d=27.5mm i=3Z=Z=3×22=66几何尺寸计算计算分度圆直径d=Z22×1.25=27.5mmd=66×1.25=82.5mm计算中心距 a= （3.10）计算齿根b=0.6×27.5=16.5mm取b b=25mm计算齿顶圆和齿底圆直径 d (3.11) d (3.12) d (3.13) d (3.14)小齿轮 da1

29、=27.5mm 采用实心式齿轮大齿轮 da2 =82.5mm 采用腹板式齿轮3.2 蜗轮及蜗杆的设计与校核蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动，两轴线间的夹角可为任意值，常用的为90°。蜗杆传动用于在交错轴间传递运动和动力。蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，一般蜗杆为主动件。蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分蜗杆传动，分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿，若蜗杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过两个齿。按蜗杆形状的不同可分：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动。蜗杆传动特点：传动比大，结构紧凑。蜗杆头数用

30、Z1表示（一般Z1=14），蜗轮齿数用Z2表示。从传动比公式I=Z2/Z1可以看出，当Z1=1，即蜗杆为单头，蜗杆须转Z2转蜗轮才转一转，因而可得到很大传动比，一般在动力传动中，取传动比I=10-80；在分度机构中，I可达1000。这样大的传动比如用齿轮传动，则需要采取多级传动才行，所以蜗杆传动结构紧凑，体积小、重量轻。 传动平稳，无噪音。因为蜗杆齿是连续不间断的螺旋齿，它与蜗轮齿啮合时是连续不断的，蜗杆齿没有进入和退出啮合的过程，因此工作平稳，冲击、震动、噪音小。蜗杆传动。具有自锁性。蜗杆的螺旋升角很小时，蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。蜗杆传动效率低，一般认为蜗杆传动效率比齿

31、轮传动低。尤其是具有自锁性的蜗杆传动，其效率在0.5以下，一般效率只有0.70.9。发热量大，齿面容易磨损，成本高。3.4.1 选择材料根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）考虑到蜗杆传动效率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求蜗杆螺旋齿面淬火，硬度为45-55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜Zcusn10p1，金属铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。3.4.2按齿面接触疲劳设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距： (3.14)式中 T2蜗轮

32、转矩； k 使用系数； ZE弹性系数； Z接触系数；H许用应力。（1）确定作用在蜗轮上的转距T2按Z1=2，估取效率=0.9，则 (3.15)（2）确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数K=1；由使用系数KA表从而选取KA=1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数KV=1.1；则K=KA*K*KV=1*1.15*1.1=1.2651.27 表3. 1使用系数 KA动力机工作特性动力机工作特性均匀平稳轻微冲击中等冲击严重冲击均匀平稳1.001.251.501.75轻微冲击1.101.351.601.85中等冲击1.251.501.752.0严重冲击1.501.752.02.2

33、5（3）确定弹性影响系数ZE选用的铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配，见表3.2可查得ZE=152表3. 2 蜗轮材料的力学性能蜗轮材料力学性能ZEHlimFlimMPaMPaZCuSn10Zn2152350165 （4）确定接触系数Z先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值d1/a=0.30，从而可查出Z=3.12。（5）确定许用应力H根据蜗轮材料为铸锡磷青铜zcusn10p1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，从而可查得蜗轮的基本许用应力H=268MPA。因为电动刀架中蜗轮蜗杆的传动为间隙性的，故初步定位、其寿命系数为KHN=0.92，则H= KHNH=0.92×268=246.

34、56247MPA （6）计算中心距 (3.16)i=63 取模数 m=3.53.4.3蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 蜗杆分度圆直径d=40 蜗杆头数Z=2蜗轮齿数Z 蜗杆的直径系数 q=中心距 a=+)=240.5mm蜗杆轴向齿距 Pmm蜗杆导程 l=Z蜗杆涡轮压力角 蜗杆齿顶高 hmm蜗杆齿顶高 hmm蜗杆齿顶圆直径 dmm蜗杆齿根圆直径 dmm蜗轮分度圆直径 dmm蜗轮齿顶高 hmm蜗轮齿根高 hmm蜗轮齿顶圆直径 dmm蜗轮齿根圆直径 d蜗轮喉圆直径 蜗轮喉母圆直径 3.4.4 校核齿根的疲劳强度蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度取决于轮齿模数的大小，由于轮齿齿形比较复杂，且在距中间平面的不同平面

35、上的齿厚也不同，都相当于具有不同变为系数的正变位齿。距中间平面愈远，齿愈厚，变位系数也愈大。因此蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度难于精确计算，只好进行条件性的概略估算。蜗轮轮齿弯曲疲劳强度条件公式为式 (3.17)式中 KA齿形系数；T2蜗轮转矩；b2蜗轮齿宽；d2蜗轮直径；取齿形系数KA=1.15；蜗轮转矩T2=1440N·m，蜗轮齿宽； (3.18)所以 (3.19)许用应力计算公式 式中 齿根弯曲疲劳极限；弯曲疲劳强度的最小安全极限。取：弯曲疲劳强度的最小安全极限=1.4；根据蜗轮材料铸锡青铜ZCuSn10Zn2，查得齿根弯曲疲劳极限 =165MPa。所以 (3.20)根据以上结果得出，

36、 所以弯曲强度是满足要求的。3.5 轴承的选用滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一。它是依靠主要元件的滚动接触来支撑转动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承摩擦力小，功率消耗少，启动容易等优点。并且常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，因此使用滚动轴承时，只要根据具体工作条件正确选择轴承的类型和尺寸。验算轴承的承载能力。以及与轴承的安装、调整、润滑、密封等有关的“轴承装置设计”问题。滚动轴承是标准件，应用广泛，安装、维修方便，价格也比较便宜。滚动轴承主要由内圈、外圈、滚动体和保持架组成，内圈和外圈分别与轴颈及轴承座孔装配在一起。本次设计中齿轮传动采用的是直齿圆柱齿轮传动，无轴向力存在，所以轴承选用主

37、要考虑的是蜗杆传动。蜗杆左右两端有双列滚针轴承支承，左端为自由端可伸缩消除温度变化的影响，右端装有推力球轴承轴向定位。蜗轮所在的轴需要承受蜗轮、工作台和工件的重力，轴上所受轴向力方向应该与重力方向相反，承受较大的轴向载荷，而且需要对中精度高，因此选择有调心性能好的圆锥滚子轴承。考虑到轴各个方面的误差会直接传递给加工工件时的加工误差，因此选用调心性能比较好的圆锥滚子轴承。此类轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷，外圈可分离，安装时可调整轴承的游隙。其机构代码为3000，然后根据安装尺寸和使用寿命选出轴承的型号为：302083.6定心轴的校核与计算1.受力简图图3.2 受力简图计算出：R1=46.6

38、N R2=26.2N 2.扭矩图图3. 3扭矩图3.弯矩图图3. 4弯矩图4.弯矩组合图由此可知轴的最大危险截面所在。组合弯矩 （3. 21）根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径 （3.22）扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6抗弯截面系数W=0.1d3根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状3.7蜗杆轴的设计与计算轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关。设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做

39、几个方案进行比较，以便选出最佳设计方案，以下是一般轴结构设计原则： 1）节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状； 2）易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整； 3）采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施； 4）便于加工制造和保证精度。本次设计的轴用于传递扭矩，通过齿轮副到蜗轮蜗杆，不需要承受弯矩，所以用到的为传动轴。轴的材料的选择，考虑到轴的材料的经济性，一般使用45碳素钢，碳素钢对应力集中的敏感性较小，而且使用广泛；为保证其力学性能，会进行调制或正火处理。本次设计选用轴的材料为正火处理的45钢。蜗杆上轴受力： 轴向力径向力圆周力 大齿轮上轴受力：圆周力径向

40、力 根据结构上的考虑及轴上零件的布置给出支承间跨距l=181mm，蜗杆中央截面至左支承的距离l1=110mm，大齿轮中央截面距离右支承的距离l2=90mm，如图3-5所示。图3. 5 轴的受力图由图3.5可知，Fa1产生的力矩为：分别对支承点1及2取矩可求得xoy平面的支反力 做xoz平面的受力图，求支反力，做弯矩图，分别向两支点取矩得： 作合成弯矩图；合成弯矩的计算结果，其中截面1和2的合弯矩为轴的最小直径计算公式如下式 (3.23)式中 M当量弯矩 -1b 对称循环应力状态下的许用弯曲应力。取：对称循环应力状态下的许用弯曲应力-1b=90MPa； 当扭转应力对称循环变化时，a=1 当量弯矩

41、所以蜗杆轴最小直径3.8键的选择及校核（1）取键连接的类型好尺寸因其轴上键的作用是传递扭矩，应用平键连接就可以了。在此用平键。由资料可查出键的截面尺寸为：宽度b=5mm，高度h=5mm，由连轴器的宽度并参考键的长度系列，从而取键长L=10mm。（2）键连接的强度键、轴和连轴器的材料都是钢，因而可查得许用挤压力p= 5060MPa，取其平均值p=135MPa。键的工作长度l=L-b=10-5=5mm，键与连轴器的键槽的接触高度k=0.5h=2.5mm，从而可得：p=2000T/(kld)=127p 可见满足要求。 此键的标记为：键B5×10 GB/T 10961979。3.9 夹紧机构

42、的设计工作台面用沿其圆周方向分布的8个夹紧液压缸进行夹紧。当工作台不回转时，夹紧液压缸的上腔进压力油，使活塞向下运动，通过钢球、夹紧瓦将蜗轮夹紧。当工作台需要回转时，数控系统发出指令，使夹紧液压缸上腔的油流回油箱，在弹簧的作用下，钢球抬起，夹紧瓦松开蜗轮，然后由驱动电机通过传动装置，使蜗轮和工作台按指令进行回转运动。4 结论 本课题设计了数控回转工作台，按照以下面方案步骤进行设计。1. 数控回转工作台的设计方案。主要由工作台的机械传动设计方案。工作台的机械传动设计方案主要是根据工作台的功能选择传动的方式，有齿轮传动和蜗杆传动等选择。2. 数控回转工作台机械设计，主要包括工作台总体参数的设计和部分机械参数设计。工作台总体参数的设计主要为系统传动比，工作回转速度等参数的设计，而工作台部分机械参数包括工作台外形尺寸设计，步进电机的选择，齿轮传动尺寸参数设计，蜗杆传动尺寸参数设计，蜗杆轴的尺寸参数设计，轴承的选择