高精度摆动式回转工作台的设计论文

1、高精度摆动式转台的设计高精度Swing回转工作台的设计 概括随着机械工业中球面零件使用比例的不断提高，对转台加工球面的要求也越来越严格。球面磨床可用于球面零件的精密磨削加工，而转台是金属切削加工中用于精密定位的装置，操作者可以在加工零件的同时保持精度。有的转台允许分度装置进行分度操作，有的可以根据加工条件使用转台上的分度头进行分度。但综合来看，普通转台精度不高，适用周长小。一般只能加工二维面，如圆柱面、腰形孔等。本次设计的高精度摆动工作台是一种可以在其上定位工件的精密机械（工作台上一般采用T型槽）。与普通工作台不同，高精度摆动工作台主要用于三维曲面的加工。主要用于加工超硬球面。高精度、超硬球面

2、。高精度摆动转台可自由旋转摆动。高精度转台的旋转由蜗轮驱动。蜗杆和蜗轮不仅用于传动，还用于分度。它的进给、索引和索引都由给定的指令控制。工作台的摆动由减速机带动的齿轮传递给摇臂，摇臂带动工作台的摆动。关键词：蜗轮蜗杆；摆动机构；球面加工目录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc404343023 摘要 PAGEREF _Toc404343023 h 二 HYPERLINK l _Toc404343024 文本 PAGEREF _Toc404343024 h 1 HYPERLINK l _Toc404343025 1简介 PAGEREF _Toc404343025 h

3、1 HYPERLINK l _Toc404343026 1.1转台简述及应用 PAGEREF _Toc404343026 h 1 HYPERLINK l _Toc404343027 1.2高精度摆动转台简述及应用 PAGEREF _Toc404343027 h 2 HYPERLINK l _Toc404343028 1.3标题的含义 PAGEREF _Toc404343028 h 3 HYPERLINK l _Toc404343029 2总体规划 PAGEREF _Toc404343029 h 4 HYPERLINK l _Toc404343030 2.1整体结构 PAGEREF _Toc40

4、4343030 h 4 HYPERLINK l _Toc404343031 2.1.1高精度摆动转台传动路线及主要部件 PAGEREF _Toc404343031 h 4 HYPERLINK l _Toc404343032 2.1.2工作原理 PAGEREF _Toc404343032 h 4 HYPERLINK l _Toc404343033 2.2学科内容 PAGEREF _Toc404343033 h 6 HYPERLINK l _Toc404343034 2.2.1技术要求及参数 PAGEREF _Toc404343034 h 6 HYPERLINK l _Toc404343035 2

5、.2.2设计的主要要求 PAGEREF _Toc404343035 h 7 HYPERLINK l _Toc404343036 2.2.3高精度摆动转台设计难点 PAGEREF _Toc404343036 h 7 HYPERLINK l _Toc404343037 3设计 PAGEREF _Toc404343037 h 8 HYPERLINK l _Toc404343038 3.1支架设计 PAGEREF _Toc404343038 h 8 HYPERLINK l _Toc404343039 3.2工作台的设计 PAGEREF _Toc404343039 h 8 HYPERLINK l _To

6、c404343040 3.3电机选型 PAGEREF _Toc404343040 h 10 HYPERLINK l _Toc404343041 3.3.1电机介绍 PAGEREF _Toc404343041 h 10 HYPERLINK l _Toc404343042 3.3.2电机选型 PAGEREF _Toc404343042 h 11 HYPERLINK l _Toc404343043 3.4减速机的选择 PAGEREF _Toc404343043 h 12 HYPERLINK l _Toc404343044 3.4.1 12减速机介绍 PAGEREF _Toc404343044 h H

7、YPERLINK l _Toc404343045 3.4.2减速机的选择 PAGEREF _Toc404343045 h 13 HYPERLINK l _Toc404343046 3.5齿轮设计 PAGEREF _Toc404343046 h 15 HYPERLINK l _Toc404343047 3.5.1齿轮的计算 PAGEREF _Toc404343047 h 15 HYPERLINK l _Toc404343090 3.5.2齿轮消隙 PAGEREF _Toc404343090 h 18 HYPERLINK l _Toc404343091 3.6蜗轮设计 PAGEREF _Toc40

8、4343091 h 19 HYPERLINK l _Toc404343092 3.6.1蜗轮与转台的关系 PAGEREF _Toc404343092 h 19 HYPERLINK l _Toc404343093 3.6.2蜗轮的计算 PAGEREF _Toc404343093 h 19 HYPERLINK l _Toc404343094 3.6.3蜗轮消隙 PAGEREF _Toc404343094 h 21 HYPERLINK l _Toc404343095 3.6.4蜗轮分度动作 PAGEREF _Toc404343095 h 22 HYPERLINK l _Toc404343096 3.

9、7主轴设计 PAGEREF _Toc404343096 h 23 HYPERLINK l _Toc404343097 3.7.1主轴计算 PAGEREF _Toc404343097 h 23 HYPERLINK l _Toc404343098 3.7.2主轴检查 PAGEREF _Toc404343098 h 25 HYPERLINK l _Toc404343099 3.8按键设计 PAGEREF _Toc404343099 h 28 HYPERLINK l _Toc404343100 3.9联轴器的选择 PAGEREF _Toc404343100 h 29 HYPERLINK l _Toc4

10、04343101 3.9.1联轴器介绍 PAGEREF _Toc404343101 h 29 HYPERLINK l _Toc404343102 3.9.2联轴器分类 PAGEREF _Toc404343102 h 29 HYPERLINK l _Toc404343103 3.9.3联轴器选择原则 PAGEREF _Toc404343103 h 30 HYPERLINK l _Toc404343104 3.9.4联轴器的选择 PAGEREF _Toc404343104 h 30 HYPERLINK l _Toc404343105 3.10轴承的选择 PAGEREF _Toc404343105

11、h 32 HYPERLINK l _Toc404343106 3.10.1轴承介绍 PAGEREF _Toc404343106 h 32 HYPERLINK l _Toc404343107 3.10.2轴承的选择 PAGEREF _Toc404343107 h 34 HYPERLINK l _Toc404343108 结论 PAGEREF _Toc404343108 h 37 HYPERLINK l _Toc404343109 参考文献 PAGEREF _Toc404343109 h 38 HYPERLINK l _Toc404343110 至 PAGEREF _Toc404343110 h

12、39文本1 简介1.1 转盘简介及应用带有可转台的机床附件，用于夹持工件并实现旋转和分度定位，简称转台。转台按功能不同可分为普通转台和高精度转台。转台广泛用于铣床和加工中心。转台是镗床、钻床、铣床、插床等重要配件。用于加工有分度要求的孔、槽、斜面。如果加工时工作台转动，可以加工圆弧面和圆弧槽。转盘按结构不同分为卧式转盘、立卧转盘和万能转盘。(1)卧式转台：圆台上有工件定位中心孔和装夹T型槽。桌子的外圆周上刻有一条 360 的平分线。工作台与底座之间有蜗轮蜗杆副（蜗杆传动），用于传动和分度。从底座伸出的蜗杆末端装有细分表盘和手轮。转动手轮带动工作台，从工作台外圆周上的刻度（以度为单位）和分度盘读

13、取旋转角度。分度精度一般为60。水平转台的蜗杆伸出端也可以通过联轴器与机床传动装置连接，实现动力驱动。（2）立卧转台：底座有两个相互垂直的安装底座，使转台可以水平或垂直放置。(3)万能转台：工作台面可作090任意角度倾斜，使工件在空间中任意角度进行精确调整。转盘按功率可分为液压转盘、数控转盘等。(1)液压转台：主要用于镗床、钻床、铣床等机床，具有稳定的分度精度和重复定位精度。 （图 1.1）图 1.1 液压转台图 1.1 液压转台(2)数控转台：主要用于数控镗床和铣床，其外形与通用工作台几乎相同，但其驱动为伺服系统驱动方式。可与其他伺服进给轴联动。它的进给、分度和定位和锁定都由给定的命令控制。

14、 （图 1.2）图 1.2 数控转台图 1. 2 CNC 转台精密转台用于精密机床上的加工或角度测量。常见的有光学转盘、数显转盘和超精密端面齿形转盘。(1)光学转盘：主轴装有玻璃或金属精密表盘，由光学系统细分放大，通过目镜或光幕读出角度值。(2)数显转盘：在转盘主轴上安装精密圆光栅或圆感应同步器，由数显装置读出角度值。以上两种精密转台分度精度可达1。(3)超精密端面链轮转盘：使用一对经过精密研磨的1440齿、720齿或360齿端面链轮进行分度定位，分度精度可达0.01用于精密角度测量。 .1.2 高精度摆动转台简述及应用普通转台主要用于加工圆柱面或圆槽，精度不高。要磨削高精度、高硬度的球面，普

15、通转台无法满足要求。高精度摆动转台专为加工高精度、超硬球面而设计。见图（1.3）。（1）在军工、航空航天等领域的应用；(2)水晶蓝宝石等硬球面的加工：蓝宝石易碎，突然的撞击会使宝石破碎，裂纹会影响宝石的美观和耐用性。高精度摆动转台冲击小，稳定性好，精度高，适合切割各种宝石。如果高精度摆动转台采用数控（文中会详细介绍数控方案），那么还可以做到以下几点：(1)三维曲面加工；球面钻孔：如果转台能用数控控制，则可以任意角度定位冲孔。(2)三维曲面测量：通过转台的摆动和旋转，调试到需要的位置，测量三维曲面。图 1.3 高精度摆动转台图 1. 3高精度 Swing 转台1.3 标题的含义随着机械加工水平的

16、提高，转台在机床中的使用比例越来越大。但是中国的制造业还远远落后于西方国家，所以在转盘的精度上还远远落后。但目前的转台通常结构单一，只能加工圆柱面。2 总体规划2.1整体结构2.1.1高精度摆动转台的传动路径及主要部件首先，工作台采用立式布置，因为立式容易对中，负载均匀。工作台的摆动部分由电机传递给摆动机构，经蜗轮减速机减速后，通过齿轮的啮合，再由摆动机构传递给工作台。工作台的转动部分由电机通过电机轴上的齿轮传动到蜗轮（消隙后）再传到工作台上。高精度转台的分度由消隙蜗轮执行。高精度摆动转台的主要部件如图（2.1）所示。高精度摆动转台示意图如图（1.3）所示。减速器齿轮摆动机构蜗轮蜗杆工作台摆动

17、电机回转电机图 2.1 高精度摆动转台主要部件图1. 3高精度Swing回转工作台的主要部件2.1.2工作原则加工时砂轮（刀具）与工作台摆动机构中心线的距离为工件的半径R，工作台参数可根据砂轮的粒度和磨料适当调整。通过在工作台下方安装弹簧或重物来平衡工作台，直到工作台保持平衡。当加工硬球面或在其上打孔时，机构通过减速机控制蜗轮蜗杆进行分度动作，将工件定位在需要打孔的位置，最后进行加工。高精度摆动转台不仅可以加工如图（2.2）所示的硬凸球面工件，还可以加工如图（2.3）所示的硬凹球面工件。在硬凸球面工件的加工中，刀具主要由砂轮代替。砂轮不断旋转，工件随着工作台的摆动逐渐加工成球面。在加工硬凹球面

18、工件时，需要使用碗形砂轮。工件的摆动与加工凸球面工件的摆动相同，但碗形砂轮与普通砂轮的纵向旋转不同。碗形砂轮横向旋转，可加工高精度硬球体。加工超硬凸球面或凹球面时，一般在待加工的硬球面下方粘合较硬的玻璃棒，然后在工作台上用三抓头卡盘固定加工。图 2.2 加工凸球面工件图2.2凸球面工件加工图 2.3 加工凹球面工件图 2. 3凹球面工件加工主题内容2.2.1技术要求及参数（一）技术要求工作台直径：200mm桌子到枢轴点的距离：200mm工作台转速：0-100转摆动速度：0-30/min尺寸：610*360*551(2) 主要组成部分蜗轮减速机、摆动机构2.2.2设计的主要要求蜗轮蜗杆设计计算，

19、主轴承精度及受力情况计算分析。2.2.3高精度摆动式转台设计难点为保证硬球面的高精度加工，机构在运行过程中需要有更大的刚性。因此，轴承和蜗轮的设计选型和蜗杆的设计选型是整个机构设计的难点。3 设计方案3.1支架设计由于转台主要用于加工硬球面，要求的硬度非常高，在生产过程中不可避免地会出现较大的振动，对精度的保证有非常大的负面影响。因此在设计车架时选用HT200，减振性能好，价格便宜，不会因为振动的影响而降低加工精度。牌号：HT200 GB 9439-88灰口铸铁特性及应用范围：珠光体型灰口铸铁。其强度、耐磨性、耐热性都好，减振性也好，铸造性能好，但脆性大，需要人工时效处理。大量零件用于不受冲击

20、载荷的零件，例如承受压力的发动机缸体、气缸盖、离合器壳和制动鼓。也用于中压气缸、泵体、阀体和表面硬化零件化学成分：碳C：3.36硅硅：2.37锰锰：0.66硫 S：0.11磷P：0.071机械性能：抗拉强度b（MPa）：300 硬度：（RH=1时）188HB3.2工作台设计由于设计要求，需要保证表的准确性。同时要保证工作台与工件的同心度。如图（3.1）所示，砂轮（工具）与工作台摆动机构中心线的距离为工件的半径R。由于处理要求不同，需要保证R的精度。因为有时工件的材料和加工条件不同，加工时要根据时间调整刀具和工件的参数。由于上述情况，设计时考虑到上述问题，设计表为铸铁T型槽平台，主要目的是作为固

21、定定位的参考。如（3.2）所示。砂轮工作台图 3.1 高精度摆动转台图 3.1 高精度Swing 转台型槽工作台图 3.2 高精度摆动转台俯视图图。3.2 A高精度Swing转台平面图3.3 电机的选择3.3.1电机介绍按工作功率分类：根据电动机工作功率的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其流量电机也分为单相电机和三相电机。按结构和工作原理分类：按电动机的结构和工作原理不同，可分为直流电动机、异步电动机和同步电动机。同步电动机又可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机。交

22、流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和斥力电动机。根据结构和工作原理，直流电机可分为无刷直流电机和有刷直流电机。有刷直流电机可分为永磁直流电机和电磁直流电机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电机又分为稀土永磁直流电机、铁氧体永磁直流电机和铝镍钴永磁直流电机。按启动和运行方式分类：根据电动机的启动和运行方式不同，可分为电容启动单相异步电动机、电容启动单相异步电动机、电容启动单相异步电动机和分相单相异步电动机电动机。按分类可分为驱动电机和控制电机。驱动用电机又分为电动工具用电机（包括钻孔、抛光、抛光、开槽、切割、铰孔等工具

23、）、家电用电机（包括洗衣机、电风扇、冰箱、空调、录音机） 、录像机、影碟）机器用电动机、吸尘器、照相机、吹风机、电动剃须刀等）及其他一般小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）。 ）。控制电机又分为步进电机和伺服电机。按转子结构分类按转子结构分类电动机可分为鼠笼式感应电动机（旧标准称为鼠笼式异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准为称为绕线异步电动机）。按运行速度，电机按运行速度不同可分为高速电机、低速电机、恒速电机、调速电机。低速电机又分为齿轮减速电机、电磁减速电机、力矩电机和爪极同步电机。调速电机除无级恒速电机、无级恒速电机、有级变速电机和无级变速电机外，还可分为电

24、磁调速电机、直流调速电机、PWM变频调速调节电机和开关磁阻电机。异步电动机的转子速度总是略低于旋转磁场的同步速度。无论负载大小如何，同步电机的转子速度始终保持在同步速度。3.3.2电机选择本设计采用CEMA通用三相感应电机IM1001（YA系列）。图 3.3。表 3.1 CEMA 通用三相感应电机 IM1001（YA 系列）性能表标签。 3.1 CEMA UTV相感应电机IM1001（YA系列）性能表输出功率转速模型当前的效率功率因数额定扭矩额定电流1.1KW2780转/分YA71221.475.50.822.36.0因为转盘的体积比较小，所以需要平稳驱动。因此，本次选用三相感应电机，具有体积

25、小、效率高、节能、噪音低、振动小等特点。图 3.3 三相感应电动机图。 3.3三相感应电动机如果在转台上加装数控系统，可以使加工和操作更加简单，省时省力。伺服电机的选择：设计选用交流伺服电机。交流伺服电机结构简单，动态响应好，输出功率大。在高速场合尝试。减速机的选择3.4.1减速机介绍减速机是一种比较精密的机器，使用它的目的是降低转速，增加扭矩。在目前用于传递动力和运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。几乎可以在各种机械传动系统中看到，从船舶、汽车、机车、建筑用重型机械、机械工业中使用的加工机械和自动化生产设备，到常见的日常生活。家用电器、钟表等。其应用范围从大功率传输到小负载和精确角度传输

26、。可以看到减速机的应用，在工业应用中，减速机具有减速和增加扭矩的功能。因此，它被广泛用于速度和变矩转换设备和变速器。减速机的主要功能有：(1) 降低转速，同时增加输出扭矩。转矩输出比乘以电机输出乘以减速比，但注意不要超过减速机的额定转矩。(2)减速同时减小负载的惯量，惯量的减小是减速比的平方。可以看到一般电机都有惯性值。它的型号繁多，不同的类型有不同的用途。减速机的种类很多，按传动方式可分为齿轮减速机、蜗轮减速机和行星齿轮减速机；按传动级数分单级和多级减速器；圆柱齿轮减速器按齿轮减速器、锥齿轮减速器和锥圆柱齿轮减速器的形状分；按传动方式可分为展开式、分体式和同轴式减速机。以下是常用的reduc

27、er分类：(1)摆线针轮减速机(2) 硬齿面圆柱齿轮减速机(3)行星齿轮减速机(4)软齿面减速机(5) 三环减速机(6) 起重机减速机(7)蜗杆减速机(8) 轴装式硬齿面减速机(9) 无级变速器齿轮减速器和蜗杆减速器的主要类型、特点和应用。(1) 可扩展二级圆柱齿轮减速机可膨胀二级圆柱齿轮减速机是最简单、应用最广泛的二级减速机。它的齿轮相对于支撑位置是不对称的。当轴变形时，载荷在齿轮上分布不均。因此，轴的设计应具有更大的刚度，齿轮应远离输入或输出端。一般用在中心距和ae%26lt;=的情况下1700mm。两级锥圆柱齿轮减速机单级锥齿轮减速器和两级锥圆柱齿轮减速器用于要求输入和输出轴配置为 90

28、D 的变速器。传动比不大时（i=16），采用单级锥齿轮减速机；传动比大时，采用二级（i=635）或三级（i=35208）锥圆柱齿轮减速机。由于大尺寸的锥齿轮很难制造，因此锥齿轮减速机一直采用锥齿轮传动作为高速级（负载较小），以减小其尺寸，提高制造精度。(2)同轴两级圆柱减速机同轴两级圆柱减速机径向尺寸紧凑，但径向尺寸较大。由于中间轴较长，轴在载荷作用下的挠度也较大，因此沿齿宽的载荷集中也比较严重。同时，由于两级齿轮的中心距必须相同，难以充分利用高速齿轮的承载能力。而且位于减速机中部的轴承的润滑也比较困难。此外，减速器的输入轴端和输出轴端位于同一轴线的两端，这给变速器的整体配置带来了一些限制。但

29、是，当要求输入轴端和输出轴端在同一轴线上时，使用这种减速机极为方便。当中心距总和ae = 100 时，通常使用这种类型的减速器1000mm。(3) 蜗轮减速机蜗轮蜗杆减速机的特点是在外形尺寸小的情况下可以获得大的传动比，工作平稳，噪音小，但效率低。其中以单级蜗杆减速机应用最为广泛，两级蜗杆减速机使用较少。根据蜗杆的位置，单级蜗杆减速机可分为上下蜗杆、下蜗杆和侧蜗杆三种。单级蜗杆减速机的传动比范围为i=1070。上述蠕虫配置方案的选择还取决于传输设备混合的便利性。选择时尽量采用下蜗杆的结构。因为此时润滑和冷却问题很容易解决，而且蜗杆的轴承润滑也很方便。当蜗杆的圆周速度大于4 5m/s时，为了减少

30、油的搅动和飞溅时的功率损失，可以采用上蜗杆结构。 .3.4.2减速机的选择蜗轮蜗杆减速机的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，而且输入轴和输出轴不在同一轴线或同一平面上。但体积一般较大，传动效率不高，精度不高。谐波减速器的谐波传动是利用柔性元件的可控弹性变形来传递运动和动力。区别。输入速度不宜过高。行星减速机的优点是结构比较紧凑，回程间隙小，精度高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以很大。但价格稍贵一些。图 3.4 WPWED 外观及安装尺寸图 3.4 WPWED 安装大小表 3.2 WPWED 蜗轮蜗杆减速机参数标签。 3.2 WPWED 蜗轮减速机因此，设计中选用蜗轮减速机，其特点

31、是在外形尺寸较小的情况下，具有传动比大、运转平稳、噪音低、精度高、使用寿命长等特点。 WPWED系列蜗轮减速机的输入功率为1.5W。图 3.5。输入功率：1.5KW，传动比：800，型号：WPWED80-135。图3.5 WPWED系列蜗轮减速机图 3.5 WPWED 系列蜗杆减速机图3.5 WPWED系列蜗轮蜗杆减速机结构图图。 3.5 WPWED s化学蜗轮减速机3.5 齿轮设计3.5.1齿轮的计算本次设计的齿轮主要用于电机与蜗杆的连接，因为如果不使用一级齿轮，单端或双端蜗轮直接无法达到设计转速。由于齿轮与电机轴的连接，齿轮需要能够承受轻微的振动。表 3.3 齿轮设计表标签。 3.3齿轮设

32、计表设计项目设计依据和内容设计结果一、设计参数传输功率P=1.1(kW)传递扭矩T=2.4(Nm)1档转速n1=2780(r/min)2档转速n2=2780*1.5=4170(转/分)原动机负载特性 SF = 轻微振动工作机负载特性 WF = 均匀稳定预期寿命H=10000（小时）传动比 i=1.52、材料及热处理齿面啮合类型 GFace=软齿面热处理质量等级Q=ML齿轮1材质及热处理Met1=34CrNi3Mo齿轮1的硬度值在HBSP1=269341左右齿轮1硬度HBS1=310齿轮 1 材料类别 MetN1=0齿轮 1 极限应力类别 MetType1=5齿轮2材质及热处理Met2=40Cr

33、齿轮2硬度值范围HBSP2=235275齿轮2硬度HBS2=255齿轮 2 材料类别 MetN2=0Gear 2 极限应力类别 MetType2=5三、齿轮的基本参数模量（法向面模量）Mn=1.75(2)端面模量Mt=1.75000螺旋角=0.00000（度）基圆柱螺旋角b=0.0000000（度）齿轮1齿Z1=38齿轮1排量系数X2=0.000齿轮1齿宽B2=14.571(mm)齿轮1齿宽系数d2=0.124齿轮2齿Z2=24齿轮2排量系数X1=0.000齿轮2齿宽B1=14.571(mm)齿轮2齿宽系数d1=0.362总位移系数 Xsum=0.000标准中心距A0=78.75000(mm)

34、实际中心距A=78.75000(mm)传动比U=2.91304端面重合=1.69648纵向重合=0.00000总重合 =1.69648齿轮1分度圆直径d2=117.25000(mm)齿轮1齿尖圆直径da2=120.75000(mm)齿轮1齿根圆直径df2=112.87500(mm)齿轮1齿顶高ha2=1.75000(mm)齿轮1齿根高度hf2=2.18750(mm)齿轮1全齿高h2=3.93750(mm)齿轮1齿顶压力角at2=24.153129（度）齿轮1常用法向长度Wk2=40.38887(mm)齿轮2分度圆直径d1=40.25000(mm)齿轮2齿顶圆直径da1=43.75000(mm)

35、齿轮2齿根圆直径df1=35.87500(mm)齿轮2齿尖高度ha1=1.75000(mm)齿轮2齿根高度hf1=2.18750(mm)齿轮2全齿高h1=3.93750(mm)齿轮2齿顶压力角at1=30.172378（度）齿顶高度系数 ha*=1.00头部间隙系数c*=0.25压力角*=20（度）端面齿顶高度系数ha*t=1.00000端面间隙系数c*t=0.25000端压角*t=20.0000000（度）4.齿轮强度检查齿轮接触强度设计公式：接触齿面接触强度小齿轮分度圆直径设计公式：（毫米）齿轮1接触强度极限应力Hlim2=525.6（MPa）齿轮1抗弯曲疲劳基本值FE2=434.4（MP

36、a）齿轮1接触疲劳强度允许值H2=649.1(MPa)齿轮1弯曲疲劳强度允许值F2=775.7(MPa)齿轮2接触强度极限应力Hlim1=601.3 (MPa)齿轮2抗弯疲劳基本值FE1=468.8（MPa）齿轮2接触疲劳强度允许值H1=742.6(MPa)齿轮2弯曲疲劳强度允许值F1=837.1(MPa)接触强度的安全系数 SHmin=1.00安全系数SFmin=1.40的抗弯强度接触强度计算应力H=582.0(MPa)接触疲劳强度校核HH=满足齿轮1弯曲疲劳强度计算应力F1=102.7(MPa)齿轮2弯曲疲劳强度计算应力F2=110.5(MPa)齿轮1弯曲疲劳强度校核F1F1=满意齿轮2弯

37、曲疲劳强度校核F2F2=满意3.5.2齿轮消隙若工作台采用数控方案，可采用双齿轮消除齿隙。主要原理：一个圆柱宽齿轮有两个圆柱窄齿轮在一定的中心距上，两个窄齿轮中的一个可以沿圆周微调，然后用丝杠驱动。图 3.6。图 3.6 双齿轮消隙图。 2.1双齿轮齿隙3.6 蜗轮设计3.6.1蜗轮与转台的关系蜗杆传动平稳，振动小，但传动时摩擦损失大，效率低。台面与转台底座之间有蜗轮蜗杆副，用于传动和分度。从底座伸出的蜗杆末端装有细分表盘和手轮。转动手轮带动工作台，从工作台外圆周上的刻度和细分刻度盘读取旋转角度。水平转台蜗杆的延伸端也可以通过联轴器与机床传动装置连接，实现动力驱动。蜗轮的计算表 3.4 涡轮和

38、蜗杆设计表标签。 3.4蜗杆设计表设计项目设计依据和内容设计结果1、蜗轮的参数选择蜗杆输入功率：1.1/1.5=0.73kW蜗杆类型：渐开线蜗杆（ZI型）蜗杆转速n1：2780*1.5=4170r/min蜗轮转速n2：100r/min使用寿命：8000小时理论传动比：39.535蜗杆头数z1：1蜗轮齿数z2：40实际传动比 1:402.蜗轮蜗杆材料蜗杆材质：40Cr蜗杆热处理类型：淬火蜗轮材质： Z QA19-4蜗轮铸造方式：离心铸造疲劳接触强度最小安全系数SHmin； 1.1弯曲疲劳强度最小安全系数SFmin； 1.2速度系数Zn：0.793寿命系数Zh； 1.21材料弹性系数Ze：157N

39、 0.5 /mm蜗轮材料接触疲劳极限应力Hlim：550N/mm 2蜗轮材料允许接触应力H：479.789N/mm 2蜗轮材料弯曲疲劳极限应力Flim：605N/mm 2蜗轮材料许用弯曲应力F： 504.167 N/mm 23、蜗轮材料强度计算蜗杆轴扭矩 T2： 183.227 Nm蜗轮轴接触强度要求：m 2 d1 134.318mm3模数 m：3mm蜗杆分度圆直径 d1：36mm4.蜗轮材料强度检查蜗轮齿面接触疲劳强度计算 m 2 d 1 KT(3.25Z E / H z 2 ) 2K负荷系数Z E 材料因素 H蜗轮材料的许用接触应力蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 m 2 d 1 1.7KT 2

40、Y F Y /z 2 F Y F蜗轮齿形系数Y 螺旋角系数蜗轮使用环境：稳定蜗轮载荷分布：稳定载荷蜗轮使用系数Ka：1蜗轮动载荷系数Kv：1.2蜗轮动载荷系数Kv：1.2超前角系数Y：0.96蜗轮齿面接触强度： 313.485 N/mm 2 ，通过接触强度检查！蜗轮齿根弯曲强度F： 46.223 N/mm 2 ，由弯曲强度计算！5.几何计算结果实际中心距a：78mm根高系数ha*：0.8根高系数c*：0.2蜗杆分度圆直径 d1：36mm蜗杆圆直径da1：42mm蜗轮齿根圆直径df1：28.8mm蜗轮分度圆直径d2：120mm蜗轮位移系数x2：0法向模数 mn：2.99mm蜗轮喉径da2：126

41、mm蜗轮齿根圆直径df2：112.8mm蜗轮齿尖圆弧半径Ra2：15mm蜗轮根圆弧半径Rf2：21.6mm蜗轮顶圆直径de2：132mm蜗杆导程角：4.764轴向齿廓角x：20.064正常齿廓角n：20蜗杆轴向齿厚 sx1：4.712mm蜗杆正常齿厚 sn1：4.696mm蜗杆分度圆齿厚 s2：4.712mm蜗杆长度b1：40.2mm蜗轮齿宽b2：31.5mm齿滑动速度vs： 3.216m/s表速可从以上条件得到：2780*72/48/40100（2780为电机转速，72/48为传动比，40为蜗轮传动比。）回转速度：200/800/75/2530/min（200为减速机转速，800为减速机传动

42、比，72/25为传动比。）3.6.3蜗轮消隙如果采用数控方案，可以使用消隙蜗杆。蜗轮蜗杆消隙：为消除蜗杆副的传动间隙，采用单节距渐加粗蜗杆，通过移动蜗杆轴向位置来调整间隙。这种蜗杆的左右两侧有不同的螺距，所以蜗杆的齿厚从头到尾逐渐增加。但由于同侧节距相同，仍可保持正常啮合。当间隙过大时，可通过磨掉调节环来实现。图 3.7。具体实施方式：蜗杆加工过程中，左侧齿面仍按原节距T法进行磨削。右齿面按螺距T-加工（的具体值视加工条件而定），使蜗杆的齿厚不断增加，从而得到单节距渐增粗的蜗杆，上述方法达到消除齿隙的目的。图 3.7 蜗轮消隙图。 3.7反齿隙蠕虫3.6.4蜗轮的分度动作在转台中，蜗轮和蜗杆主

43、要用于分度。工作台与底座之间有蜗轮蜗杆副（蜗杆传动），用于传动和分度。从底座伸出的蜗杆末端装有细分表盘和手轮。转动手轮带动工作台，从工作台外圆周上的刻度（以度为单位）和分度盘读取旋转角度。3.7 主轴设计3.7.1主轴计算主轴主要通过蜗轮蜗杆将电机的动力传递给工作台。它既要承受来自工作台的切削力，又要承受一定的扭矩，所以要保证所选轴的强度、精度和圆柱度。计算过程中主要分析主轴旋转至90时的受力情况，因此此时载荷最大，如图3.8所示。根据经验，当工作台突然停止工作时，砂轮的冲击载荷约为50Kg.图 3.8 工件摆动至 90时的受力图图 3.8通过试图摆动最大 90 时工件图 3.9 主轴受力图图

44、 3.9当主轴试图摆动到 90轴转速：100r/min，功率：1.1*1.5/40=0.04kW，轴的转向方式：单向恒定，轴工作条件：无腐蚀条件，扭矩：3824Nmm，设计的轴是实心轴。材料等级：40Cr调质，硬度（HB）：230，抗拉强度：750MPa，屈服点：550MPa，弯曲疲劳极限：350MPa，扭转疲劳极限：200MPa，许用静应力：300MPa，许用疲劳应力：194MPa。A 值为 98。有关轴支撑的信息：直径75mm60mm，距左端的距离41mm128mm。允许剪应力范围：4052MPa，最小直径理论计算值： 10.12mm,满足设计的最小轴径： 11mm.由于部分轴段需要安装轴

45、承，故取5的倍数。轴的具体参数如图3.10所示。图 3.10 主轴基本结构图 3.10主轴基本结构总长度176mm： ，轴节数：5。表 3.5 各段轴的直径和长度表标签。 3.5各段轴径长度表长度直径17mm40mm48mm75mm3mm73mm13mm84mm95mm60mm3.7.2主轴检查图 3.10 剪力图. 3.10剪切图。图 3.11 弯矩图图 3.11弯矩图图 3.12 复合弯矩图图 3.12合成矩图支撑反力计算：到左端的距离41mm，水平支撑反作用力Rh 0N ,水平支路反转距离 Mh 0Nmm ,垂直支撑反作用力 Rv -399.97N ,垂直支路反转距离 Mv -2999.

46、97Nmm 。力计算：x/mm d/mm m1/Nmm m2/Nmm0 40 0 00 40 0 041 75 20500 17500.0341 75 20500 17500.0341 75 20500 17500.0341 75 20500 17500.03128.5 60 2.65 2.65弯曲应力校核如下：危险部分的x坐标：128mm直径：60mm危险截面弯矩M：50Nmm 扭矩T：3824Nmm截面计算工作应力：0.12MPa 许用疲劳应力：194MPa128mm弯曲应力检查通过结论：弯曲应力校核通过。安全系数校核和疲劳强度校核如下：危险部分的x坐标：128mm直径：60mm危险截面弯

47、矩M：50Nmm 扭矩T：3824Nmm有效应力集中系数（弯曲作用）：2.62（扭转作用）：1.89S截面疲劳强度安全系数：860.57 允许安全系数S：2.0128mm疲劳强度检查通过结论：疲劳强度校核通过。扭转刚度检查如下：圆轴扭转角：0() 允许扭转变形：0.9/m扭转刚度检查通过。弯曲刚度检查如下：挠度计算如下：x/mm vi/mm1 10.25 02 20.5 03 30.75 04 41 05 57.875 06 74.75 1.3E-57 91.625 3.2E-58 108.5 6.8E-59 125.375 0.00011310 142.25 0.000159允许挠度系数：0

48、.003最大挠度：0.000159mm结论：弯曲刚度检查通过。3.8 按键设计该键主要用于连接蜗轮和主轴，安装在主轴处60mm，扭矩T=3824 Nmm平键连接（静态连接）校验计算结果传递扭矩T =3824 Nmm轴径 d =60 mm键类型 sType = A 型键的横截面尺寸bh =18x11 mm密钥长度 L =90 mm密钥的有效长度 L0 =72.000 mm接触高度 k =4.400 mm遇到的最弱材料 = 钢负载类型 PType = 静态负载许用应力 p = 135 MPa计算应力 p = 0.019 MPa校验计算结果：满足。3.9 联轴器的选择3.9.1联轴器介绍如果工作台采

49、用数控方案，可以在电机轴与齿轮轴的连接处加一个联轴器。因为数控系统中不允许有间隙。联轴器可以消除轴与轴之间的间隙。联轴器属于机械通用零件的范畴，用于连接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）一起旋转以传递扭矩。在高速重载的动力传动中，一些联轴器还具有缓冲、阻尼和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半组成，分别与主动轴和从动轴连接。一般来说，大部分动力机械与工作机械通过联轴器连接，联轴器是机械产品轴系传动中最常用的连接元件。3.9.2联轴器分类刚性联轴器：刚性联轴器不具有补偿被连接的两轴相对偏移的能力，也不具有缓冲和减震的性能；但结构简单，价格便宜。只有在负载稳定、转速稳定、保证被连接的两轴轴线相对

50、偏差极小的情况下，才可以选用刚性联轴器。挠性联轴器：对两联轴器轴线的相对偏移量有一定的补偿能力，最大量因机型而异。无弹性元件挠性联轴器：承载能力大，但也没有缓冲和减震性能，在高速或转速不稳定或频繁正反转时有冲击噪声。适用于低速、重载、转速稳定的场合。非金属弹性元件柔性联轴器：在转速不稳定时具有良好的缓冲和减震性能；但由于非金属（橡胶、尼龙等）弹性元件强度低、寿命短、承载能力小、耐高温、温度低，所以适用于高速、轻载、常温场合金属弹性元件挠性联轴器：除具有良好的缓冲和减震性能外，承载能力大，适用于转速和载荷变化较大的高温或低温场合。安全联轴器：结构特点是有安全连杆（如活动销连接等），只能承受有限的

51、载荷。当实际负载超过预先限定的负载时，保险环节发生变化，切断运动和动力的传递，从而保护机器的其余部分不受损坏，即起到安全保护作用。启动安全联轴器：除过载保护外，还具有将机器电机的有载启动转变为近似空载启动的功能。3.9.3联轴器选择原则扭矩T：T，选择刚性联轴器、非弹性元件或带金属弹性元件的柔性联轴器； T有冲击振动，选用弹性元件弹性联轴器；转速n：n，带非金属弹性元件的弹性联轴器；中性：中性优先选用刚性联轴器，需要补偿时选用弹性联轴器；装拆：考虑装拆方便，选择可直接径向移动的联轴器；环境：如果在高温下工作，非金属元件的联轴器是不可选的；成本：同等条件下，尽量选择价格低、维护简单的联轴器联轴器

52、选择表 3.6 耦合参数表标签。 3.6耦合参数表图3.13 JMI型膜片联轴器结构图图3.13 JMI型膜片联轴器结构图考虑到安装在电机轴和摆动机构处的联轴器承受较大的扭矩，需要承受一定的振动，因此选择一对阻力矩相对于两联轴器轴的轴线偏移，可以承受冲击并有一定的补偿。带有金属弹性元件的柔性联轴器，具有换档能力。金属弹性元件挠性联轴器除具有良好的缓冲和减震性能外，承载能力大，适用于转速和载荷变化较大的高温或低温场合，使用寿命长，成本高表现。因此，设计中选用了传动平稳、适应性强的JMI型膜片联轴器。图（3.13）。3.10 轴承的选择3.10.1轴承介绍轴承的种类很多。按其所能承受的载荷方向可分

53、为：向心轴承，又称向心轴承，承受径向载荷。 推力轴承又称推力轴承，承受轴向载荷。 向心推力轴承又称向心推力轴承，同时承受径向载荷和轴向载荷。根据轴承工作的摩擦特性不同，可分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两大类。角接触轴承：球与套圈之间的公称接触角大于0且小于90的滚动轴承。深沟球轴承：横截面约为球圆周三分之一的连续沟滚道的向心球轴承，适用于精密仪器、低噪音电机、汽车、摩托车和一般机械上应用最广泛机械工业中的轴承类型。结构简单，使用维护方便。主要用于承受径向载荷，也可承受一定的轴向载荷。当轴承的径向游隙增大时，具有角接触球轴承的性能，可承受较大的轴向载荷。该类轴承摩

54、擦系数小，极限转速高，尺寸和形式多样。坚固、多功能和安静的运行，高速运行和易于安装。单列深沟球轴承采用密封设计，无需再润滑和维护。带滚珠槽口的单列和双列滚珠轴承，适用于重载工况。推力球轴承：滚动体是球推力滚动轴承。滚子轴承：滚动体是滚子的滚动轴承。圆柱滚子轴承：滚动体为圆柱滚子的向心滚动轴承，为分离型轴承，安装拆卸非常方便。圆柱滚子轴承分为单列、双列和四列。圆柱滚子轴承按轴承所用滚动体的列数可分为单列、双列和多列圆柱滚子轴承。其中，带保持架的单列圆柱滚子轴承应用广泛。此外，还有单列或双列满装滚子等其他结构的圆柱滚子轴承。单列圆柱滚子轴承根据套圈挡边的不同分为N型、NU型、NJ型、NF型和NUP

55、型。圆柱滚子轴承具有较大的径向载荷能力，根据套圈挡边的结构，还可承受一定的单向或双向轴向载荷。 NN型和NNU型双列圆柱滚子轴承结构紧凑，刚性强，承载能力大，受载变形小，多用于机床主轴的支承。 FC、FCD、FCDP型四列圆柱滚子轴承能承受较大的径向载荷，多用于轧机等重型机械。圆柱滚子轴承主要用于电机、机床、石油、轧机搬运机械和各种工业机械。圆锥滚子轴承：滚动体为带圆锥滚子的向心滚动轴承。滚针轴承：滚动体为滚针向心滚动轴承。调心滚子轴承：滚动体是带有凸球面或凹面滚子的自调心向心滚动轴承。带凸面球面滚子的轴承外圈有球面滚道；带凹面滚子的轴承在套圈中有一个球面滚道。推力滚子轴承：滚动体是带滚子的推

56、力滚动轴承。推力圆柱滚子轴承：滚动体是带圆柱滚子的推力滚动轴承。推力圆锥滚子轴承：滚动体为带圆锥滚子的推力滚动轴承。推力滚针轴承：滚动体是滚针的推力滚动轴承。推力调心滚子轴承：滚动体为带凸球面或凹面滚子的调心推力滚动轴承。凸球面滚子轴承座圈的滚道为球面，凹面球面滚子轴承圈的滚道为球面。滚动轴承在机床上的使用主要用于以下三个部分：主轴、滚珠丝杠和通用传动轴。主轴轴承作为机床的基本附件，其性能直接影响机床的转速、回转精度、刚性、抗振切削性能、噪声、温升和热变形等，进而影响精度和表面质量。机加工零件。因此，高性能机床必须配备高性能轴承。滚动轴承的精度一般分为五个等级：P0、P6、P5、P4和P2。精

57、密机床主轴上所用轴承的精度应为P5及以上，而数控机床、加工中心等高速、高精度机床的主轴应为精度。支撑需要使用P4及以上超精密轴承。机床主轴轴承通常包括六种结构类型：深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、双向推力角接触球轴承、圆锥滚子轴承和推力轴承。3.10.2轴承选择考虑到轴承需要适合转台高速运转的场合，需要加工硬球面，轴承必须有足够的刚度，所以采用角接触球轴承。考虑到转台的高精度要求，采用高精度轴承。角接触轴承可以同时承受径向和轴向载荷，并且可以在更高的速度下工作。接触角越大，轴向承载能力越高。高精度和高速轴承通常具有 15 度的接触角。在轴向力的作用下，接触角会增大。单列角接触球轴承只能

58、承受一个方向的轴向载荷，在承受径向载荷时会产生附加的轴向力。并且只能限制轴或外壳在一个方向上的轴向位移。如果成对安装，使一对轴承的外圈相互对置，即宽端面向宽端面，窄端面向窄端面。这避免了产生额外的轴向力，并将轴或外壳限制在两个方向的轴向间隙内。轴承布置：在角接触球轴承的背靠背布置中，两个轴承的载荷线朝向轴承轴线分开。轴承组可以承受作用于两个方向的轴向载荷，但每个轴承只能承受一个方向的轴向载荷。背靠背是一种相对刚性的轴承布置。并能承受倾覆瞬间。背靠背安装的轴承根据使用条件不同。可通过调整垫片来控制间隙，从而达到较高的定位精度，因此可用于对定位精度要求较高的场合。因此，设计时选用角接触球轴承，采用背靠背布置方式。图 3.14。图 3.14 角接触球轴承图 3.14角接触球轴承。表 3.7 轴承参数计算表标签。 3.7轴承参数计算表设计项目设计依据和内容设计结果1、设计参数的确定设计相关参数：径向力 Fr=500 (N)轴向力 Fa=0 (N)轴颈直径d1=75 (mm)转速 n=100 (r/min)所需寿命 Lh=15000 (h)温度系数ft=1润滑方式 油脂=油润滑2.选择轴承型号选择的角接触球轴承类型是7015C根据所选轴承，可使用以下参数：轴承直径d=75 (mm)轴承外径D=115（mm）轴承宽度B=20 (mm)基本额定动载荷 C=49500 (N)基本额定静载荷 C