机械设计说明书-自动取SUB-PIN装置

PAGE2自动取SUB-PIN装置系统设计2.1.确定设备控制系统方案根据自取系统方案的要求，可以看出：对自取部分的控制只有进给系统的步进电机的控制和工作台回转的步进电机控制。控制系统有微机的、有PLC的、也有单片机的，这里采用的是开环控制系统，可以选择经济型的单片机控制系统。另外，居然要控制，就得有输入和输出设备才能对相应的运动进行控制。其控制系统框图如图2.1所示：存储器扩展光电隔离驱动器I/O口存储器扩展光电隔离驱动器I/O口扩展单片机功率放大功率放大蜗杆蜗轮W轴电机Z轴电机横向丝杠Y轴电机X轴电机蜗杆蜗轮W轴电机Z轴电机横向丝杠Y轴电机X轴电机驱动器驱动器Z向丝杠纵向丝杠显示器Z向丝杠纵向丝杠显示器键盘继电器纵横等轴限位主轴脉冲发生器龙套继电器纵横等轴限位主轴脉冲发生器龙套刀库（铣床）主轴急停、STOP、清零等刀库（铣床）主轴急停、STOP、清零等功能按钮自取手控制电路自取手控制电路电机图电机图2.1控制系统框图2.2.单片机型号的选用按照要求，此控制系统只对进给系统的两个轴进行控制，而且是开环系统，因此控制较为简单；再加上键盘和显示器的控制，也不复杂，应采用较为经济的单片机。由《单片机原理及其接口技术》:查得Intel公司的8031最为经济，因此选用8031单片机。8031单片机有P0-P3四个8位口，P0可驱动8个TTL门电路，16根地址线由它经地址锁存器（74LS373）提供第8位A0-A7，而高8位A8-A15由由P2口提供。数据总线由P0口提供。控制总线有P3口的第二功能状态和4根独立的控制线RESET，-EA，ALE，-PSEN组成。仅剩P1口可供控制外设，因此不能满足上述要求，又由8031总片无ROM，且只有128字节的RAM，也不够用，故需要扩展。现采用8155和2761，6261作为I/O和存储器扩展芯片，其它辅助电路有复位电路，时钟电路，越位报警指示电路，延时可利用8155的定时器/计数器的引脚TMRIN和TMROUT。单片机引脚及其功能：电源线2根:Vcc：编程和正常操作时的电源电压，接+5V,Vss：地电平晶振2根XTAL1：震荡器的反相放大器输入。使用外部震荡器时必须接地。XTAL2：震荡器的反相放大器输出和内部时钟发生器的输入。当使用外部震荡器时用于输入外边震荡信号。I/O口共有p0p1p2p3四个8位口，32根I/O线，其功能p0.0-p0.7(AD0-AD7)是I/O端口O的引脚。端口O是一个8位漏极开路的双向I/O端口。在存取外部存储器时，该端口分时地用作低8位的地址线和8位双向的数据端口。p1.0-p1.7端口1的引脚，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口通道，专供用户使用。p2.0-p2.7(A8-A15)端口2的引脚。端口2是一个百内部上拉电阻的8位双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址A8-A15。p3.0-p3.7端口3的引脚。端口3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，该口的每一位均可独立地定义第一I/O口功能或第二I/O口功能。作为第一功能使用时，口的结构与操作与p1口完全相同。控制线PSEN：程序存储器的使能引脚，是外部程序存储器的读选通信号，低电平有效。从外部程序存储器取数时，在每个机器周期内二次有效。EA/Vpp：EA为高电平时，CPU执行内部程序存储器的指令。EA为低电平时CPU仅执行外部程序存储器的指令。因8031没有内部程序存储器，故EA必须接地。Vpp是在8751EPROM编程时为+21的编程电源输入端。ALE/PROG，ALE是地址锁存使能信号。作为地址锁存允许时高电平有效。因为p0端口是分时传送数据和低8位地址。故访问外部存储器时，ALE信号锁存低8位地址。即使在不访问外部存储器时，也可以1/6振荡频率的固定频率产生ALE，因此可以用它作为外部的时钟信号。ALE主要是提供一个定时信号，在从外部程序存储器取令时，把p0口的低8位地址字节锁存到外接的地址锁存器中。RST/VPD是复位/备用电源端。在振荡器运行时，使RST行脚至少保持两个机器周期为高电平，可实现复位操作，复位后程序计数器清零，即程序从0000H单元开始执行。在Vcc关断之前加上VPD（掉电保护）RAM的内容将不变。单片机时钟利用内部振荡电路，在XTL1，XTAL2引脚上外接定时元件，晶振可以在1.2-12MHz间任选，电容在5-30PF之间，对时钟有微调作用。越界报警，指示电路，采用4个点位开关。一旦越界，应立即停止工作台运动，这里采用中断方式，利用8031外部中断-INT0，只要有一个开关闭合，即工作台的X向或Y向有一越界，便能产生中断信号-INT0。为了报警，设置了两个发光二极管灯，一个红用于报警，绿的为正常工作，两灯均由8031的P1.4控制。为了整体控制需要，应将8155的输出端TMROUT与8031的T0端相连，而且应与不进电机控制用环形分配器的CP端相连接。2.3.存储器的选用、扩展及连接由控制系统所迁用单片机内部集成ROM存储器，同时128位的RAM输出不能满足控制系统程序和数据的存储量，因此要进行存储器扩展。程序存储器选用Inter2764，它是一种5V的8KUVEPROM存储器芯片，采用HMOS工艺制成，标准存取时间250ns具有可擦除特性，管脚数28。由于车削加工的指令数量较少，因而所需程序存储器容量较少，所以选用Inter6264静态RAM足够，该存储器具有8K的容量，200ns的存取时间，所需电源为5V，采用HMOS工艺，管脚数28。8031对片外RAM和ROM的连接如图10所示：其扩展连线如下：8031和2764、6264的连线说明：由于2764和6264的存储容量都为8KB，故8031的地址线P2.4—P2.0直接和2746以及6264的A12—A8相连，P0.7—P0.0经74LS373地址锁存器输出后接到2764和6264的A7—A0，ROM和RAM各13条。片选地址线共3条，其中P2.5、P2.6、P2.7通过译码器分别与2764（1）、2764（2）、6264、8155、8255相连。因此，它们的地址分配如下：8031分给ROM（1）（2764）的地址范围是：2000H—3FFFH8031分给ROM（2）（2764）的地址范围是：0000H—1FFFH8031分给RAM（6264）的地址范围是：2000H—3FFFH8031分给（8155）的地址范围是：00H—FFH8031分给（8255）的地址范围是：4000H—4003H2.4.地址锁存器由于单片机8031芯片的p0口是分时传送低8位地址线和数据线，故8031扩展系统中一定要有地址锁存器。常用的地址锁存器芯片是74LS373。74LS373是带三态缓冲输入的8D触发器。2.5.键盘与显示接口电路在单片机控制系统中，键盘与显示系统是不可缺少的部件，它们由硬件电路和软件程序两部分组成。如图所示，这是键盘与显示系统常用的电路。键盘接口方式:行列方式行列方式是用n条I/O线组成行输入口，m条I/O线组成列输入口，在行列线的每一个交点上，设置一个按键。读键值方法一般采用扫描方式，即输出口按图2.2键盘与显示系统电路位轮换输出低电平，再从输入口读入键信息，最后通过软件方法获得键码。这种方式占用I/O线较少，因此，在单片机应用系统最为常用。键盘与显示电路及其程序单片机应用系统中，键盘扫描只是CPU工作的内容之一。CPU在忙于各项工作任务时，如何兼顾键盘扫描又不占用过多的时间。则采用程序扫描工作方式，它是利用CPU在完成其他工作的空闲，调用键盘扫描子程序，来响应键输入要求。在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求。为了减少硬件开锁，提高系统可靠性和降低成本，单片机控制系统采用动态显示。这里用8155来实现键盘、显示的接口控制。8155的引脚及其功能8155的结构框图及引脚排列见图2.3：图2.38155结构框图8031引脚排列8155具有40条引脚的双列直插式芯片，其引脚的功能见下表：表2.1引脚含义引脚含义AD0~AD7地址数据线ALE地址锁存PA0~PA7A口RD读PB0~PB7B口WR写PC0~PC7C口RESET复位TIMERIN定时输入Vss接地TIMEROUT定时输出Vcc电源IO/MIO/RAM口选择CE片选其中IO/M是内部RAM和I/O口的选择线，IO/M=0（低电平时）选择片内RAM，AD0~AD7上的地址信息为8155中的RAM单元地址。当IO/M=1时，选择I/O口，AD0~AD7上的地址信息为I/O口地址。它利用ALE的下降沿将此信息锁存到片内锁存器中。图是以8155为主构成的动态扫描显示与键盘接口电路。8155由单片机8031控制，片选线为P2.0，这时8255各口的地址分别是PA口：100H；PB口：101H；PC口：102H；命令状态口：100H。PA口做动态显示数据输出口，经TTL7407后驱动共阴极LED数码管；7407是开极输出形式，在数据口输出线上必须外加上电阻，本电路中上拉电阻为100Ω。PC口的PC0~PC4做显示与键盘的动态扫描口，送出数据采用BCD编码，经TTL74LS04译码驱动输出，供LED数据管扫描驱动和键盘扫描。PB0~PB8作键盘数据回送线.本电路中扫描口输出BCD编码，由硬件进行译码。在显示扫描过程中，扫描口PC0~PC4依次输出BCD码0到7，PA口输出各位显示数据的段码。在键盘上扫描时，PC0~PC4输出0~7，从PB0~PB8依次读取键盘回送数据。当读回的数据取反后全为0时，则无键闭合；若不等于0，则有键闭合，将PB0~PB8读回的数据与扫描口输出的数据结合即可得到各键的代码。8155工作方式查询8155I/O工作方式选择通过对8155内部命令寄存器（命令口）设定命令控制字实现。命令寄存器格式及对应的工作方式见下图2.4：8155I/O有四种工作方式，即ALT1，ALT2，ALT3，ALT4。其中各符号说明如下：AINTR：A中断，请求输入信号，高电平有效。BINTR：B中断，请求输入信号，高电平有效。ABF（BBF）：A（B）缓冲器满状态标志输出线，（缓冲器有数据时BF为高电平）。ASTB（BSTB）：A（B）设备选通信号输入线，低电平有效。状态查询8155还有一个状态寄存器，用于锁存I/O口和定时器的当前状态，供CPU查询用。其格式如图2.5：状态寄存器和命令寄存器共用一个地址，命令寄存器只能写入不能读出，而状态寄存器只能读出不能写入。所以可以认为，CPU读该地址时，作为状态寄存器，读出的是当前I/O口和定时器的状态，而写该地址时，则作为命令寄存器对I/O口工作方式的选择。8155定时功能8155芯片内有一个14位减法计数器，可对输入脉冲进行减法计数。外部有两个定时器引脚TINEIN和TIMEOUT。TINEIN为定时器时钟输入，有外部输入时钟脉冲，TIMEOUT为定时器输出，输出各种信号脉冲波形。定时器的格式、输出波形见图2.6：由上图可见，定时器的低8位和高6位计数器定时是出方式由04H、05H寄存器确定。对定时器编程时，首先将计数器及定时器方式送入定时器口，（定时器的低8位和高6位，定时器方式M）04H，05H。计数常数在002H~3FFF之间。计数器的起动和停止由命令寄存器的最高两位TM2和TM1决定。但何时读都可以图2.5、状态寄存器格式图2.6、8155定时器方式及输出波形置定时器的长度和工作方式，然后必须将起动命令写入命令寄存器。既使计数器已经计数，在写入起动命令后，仍可改变定时器的工作方式。8155扩展I/O端口的初始化由上图的硬件连接得到8155初始化程序：8155有关地址寄存器端口地址为:100H命令字寄存器104H定时器低字节105H定时器高字节相应初始化程序为:ORG0A00HMOVDPTR,#100HMOVA,#7HMOVX@R0,A……ENDIP初始化因为P3.3接行程开关,处于高优先级，所以IP初始化为SETBPX0SETPPX1CLRPT0CLRPT1CLRPSIE初始化SETBEX0SETBEX1SETBET0SETBET1SETBESCLSET2SETBEAPSW初始化MOVPSW#00HTCON初始化SETBIT0SETBIT1SETBIE0SETBIE1SETBTR0SETBTR14.5.11、TMOD初始化TMOD工作在方式2，所以初始化为：MOVTMOD#66H键盘显示电路工作原理图键盘与显示系统电路中画出了8031通过8155对六只共阴极LED的接口和30个按键的键盘。按键分为三类：一是数字键0—F，二是功能键12个；三是两个键没有定义，作为扩展有键位。判数是否有键按下：CPU把全“1”送到8155C口就可以在所有行线L5—L0上得到TTL低电平，然后读取B口的列值就可以判断是否有键按下，若无键按下则所读列值必为1FH；若有键按下，则列值必因被按按键的行列线接通而不等于1FH。被按按键行值和列值的读取若CPU发现有键按下，CPU获取被按接键行值和列值只要逐行对、键盘扫描，即轮流地使C口中每条行线变为低电平以及读取和判断B口的值。若列值为1FH，则表明有被按按键不在本行，若列值不为1FH，则对应的行值和列值就是被按按键的的列值和行值。按键的去抖动和窜键处理在按下某个按键时，被按按键的簧片总会能轻微的抖动，这个科动常会持续10ms左右时间。因此，CPU在按键拌动期间扫描键盘必然会得到错误的行值和列值，最好的办法是使CPU在检测到有键按下时延时

20ms再进行行扫描。较低当用户在操作时常常不小心同时按下个以上的键时，即发生窜键盘，CPU处理窜键是以最后放开的按键认和真正被按的键。CPU在行扫描时必须不以发现第一个被近键为满足，而是继续完成对所有行的一遍扫描，并在该行扫描结束后根据窜键标志来判断是否发生窜键。如果未发现窜键，则本遍扫描的行值和列值就是被按按键的行值和列值；如果发现了窜键，则CPU再进行一遍行扫描就可获取最后放开键的行值和列值了。其它求键值：求键值必须选先求关键字，求关键字必须知道行值和列值求行号：行序号和行值的关可以从键盘电路中看出CPU把被按按键的行值右移到全“0”时得到的移位次数减1必为行序号。求键字：由键值表可以看到，CPU把行序号移到高四位并和列值低四位相加便可得到相应关键字。求键值：被按按键的键值是查表次数减1。被按按键的类型判别：在键值表中，数字键的键值必小于10H，功能键的键值大于10H的。因此，CPU用被按按键的键值是大于10H或是小于10H来判断按键的类型。单片机应用系统中，常采用八段LED（发光二极管）作为显示器件，其成本低、配置灵活、与单片机接口方便.LED显示器接口方式这里LED显示器是指发光二极管和发光二极管构成的LED数码管、LED点阵显示器等。LED显示器显示接口按驱动方式可分成静态显示和动态显示两种显示方式，动态显示的扫描可由单片机软件或专门的硬件完成；按CPU向显示器接口传送数据的方式则可分成并行传送接口和串行传送接口两种显示数据传送方式。静态显示时，除变更显示数据期间外，各显示器均处于通电显示状态，每个显示器通电占空比约为100%。静态显示的优点是显示稳定，亮度高；缺点是占用硬件电路（如I/O口、驱动器等）多。动态显示时，N个显示器共占用一个显示数据驱动器，每个显示器通电占空比时间为1/N。动态显示的优点是节省件电路（如I/O口、驱动器等）；缺点是采用软件扫描时占用CPU时间多，与软件扫描相比，采用硬件扫描时将增加硬件成本。除此之外，动态显示位数较多时，显示器亮度将受到影2.6.8255与8031的连接8255内部结构和引脚功能内部结构8255内部由四部分电路组成。它们是A口、B口和C口，A组控制器和B组控制器，数据缓冲器及读写控制逻辑。A口、B口和C口：A口、B口和C口均为8位I/O数据口，但结构略有差别。A口由一个8位数据输出缓冲/锁存器和一个8位数据输入缓冲/锁存器组成，B口和C口各有一个8位数据输出缓冲/锁存器和一个8位数据输入缓冲器（无输入数据锁存器，故B口不可在模式2下工作）组成。在使用功能上，A口、B口和C口三个端口都可以和外设相连，分别传送外设的输入/输出数据或控制信息。但在Mode1和Mode2方式下，A口和B口常作为数据口，用于传输I/O数据；C口为控制器，高四位属于A口，传送A口上外设的控制/状态信息，低四位属于B口，传送B口所需的控制/状态信息。A口控制器和B组控制器：都由控制字寄存器和控制逻辑组成。控制字寄存器接收CPU送来的控制字，用来决定8255A的工作模式，控制逻辑用于对8255A工作模式的控制。A组控制字寄存器控制A口和C口上半部（PC7-PC4），B组控制器控制B口和C口下半（PC3-PC0）。数据缓冲器：这是一个双向8位缓冲器，用于传送MCS-51和8255A间的控制字、状态字和数据字。读写控制逻辑：这部分电路可以接收MCS-51送来的读写命令和选口地址，用于控制对8255A的读写。引脚的功能8255A有401条引脚，采用双列直插式封装。数据总线（8条）：D7-D0为数据总线，用于传送CPU和8255A间的数据、命令和状态字。控制总线（6条）RESET：复位线，高电平有效。/CS：片选线，低电位有效。若/CS为高电平，则本8255A不被选中工作；若/CS为低电平，则8255A检测到后处于工作状态。/RD和/WR：/RD为读命令线，/WR为写命令线，皆为低电平有效。若/RD为高电平（/WR必为低电平），则本片8255A处于写状态；若/RD为低电平（/WR必为高电平），则所选8255A处于读状态。A0和A1：地址输入线，用于选中A口、B口、C口和控制字寄存器中哪个工作。并行I/O总线（24条）：这些总线用于和外设相连，工分三组。PA7-PA0：双向I/O总线，PA7为最高位，用来传送I/O数据，可以设定为输入或输出方式，也可设定为输入/输出双向方式，由控制字决定。PB7-PB0：双向I/O总线，PB7为最高位，用来传送I/O数据，可以设定为输入或输出方式，也由控制字决定。PC7-PC0：双向数据控制总线，PC7为最高位，用来传送I/O数据或控制/状态信息，可以设定为输入或输出方式，也可设定为控制/状态方式，由控制字决定。若8255A处于模式0，则PC7-PC0为I/O数据总线；若8255A处于模式2或模式2，则PC7-PC0作为控制/状态线用。电源线（2条）：Vcc为+5V电源线，允许变化±10%；GND为地址8155扩展I/O端口的初始化8255有关地址寄存器端口地址为:4000H命令字寄存器2.7.步进电机接口电路根据自动取SUB-PIN装置设计的经济性的要求以及该自动取SUB-PIN装置设备是开环控制的，因此，采用步进电机。步进电动机的驱动电路根据控制信号工作。在步进电动机的单片机控制中，控制信号由单片机产生。它的硬件连接如下图2.7：图2.7硬件连接图单片机实现步进电机控制主要在于脉冲分配，实现脉冲分配（也就是通电换相控制）的方法有两种：软件法和硬件法。这里通过单片机发出信号经过环形分配器驱动放大直接控制，需要采用软件实现脉冲分配。横向进给采用五相十拍步进电机，五相十拍工作方式通电换相的正序为：AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA-EA-EAB，共有10个通电状态。如果P1.4-P1.0输出的控制信号中，0代表使绕组通电，1代表使绕组断电，P1.7-P1.5三相六拍步进电机，设为1（即五相十拍步进电机工作，三相六拍步进电机不工作），控制则可用10个控制字来对应这10个通电状态。这10个控制字如下表所列。表2.2通电状态P1.4(E)P1.3(D)P1.2(C)P1.1(B)P1.0(A)控制字AB11001FCHABC11000F8HBC11001F9HCBD10001F1HCD10011F3HCDE00011E3HDE00111E7HDEA00110E6HEA01110EEHEAB01100ECH纵向进给采用三相六拍步进电机，三相六拍工作方式通电换相的正序为：A-AB-B-BC-C-CA，共有6个通电状态。如果P1.7-P1.5输出的控制信号中，0代表使绕组通电，1代表使绕组断电，P1.4-P1.0五相十拍步进电机，设为1（即三相六拍步进电机工作，五相十拍步进电机不工作），控制则可用6个控制字来对应这6个通电状态。2.8总程序流程框图图2.8、总程序流程框图3自取传动部件设计由于电机工作时，其负载阻力有切削力、摩察阻力、惯性力，只有克服这些阻力，才能正常启动及运行。因此要对进给系统进行必要的设计及计算。3.1.切削力的计算要求加工的最大孔为d0=10mm,刀具为高速钢麻花钻（以磨损）。工件材料为45井钢（бb=0.638GPa）；灰铸铁190HBS。加工精度为：IT8∽IT10级以下孔初加工。确定切削力和扭矩：计算：（1）、当工件材料为45井钢时，根据以知条件查《自取加工工艺手册》表2.4-38高速钢钻头钻孔时的进给量知：10mm钻头初加工的进给量为0.22∽0.28。由表2.4-41高速钢钻头切削时切削速度、扭矩及轴向力可选取进给量的两极限值f=0.08mm/r∽0.30mm/r,对应的它们的切削速度为V=0.99m/s∽0.43m/s,则由得钻头或工件的转速由《金属切削刀具》计算钻头轴向力F和扭矩T的经验公式及表3-1麻花钻轴向力和扭矩表达式中的系数、指数及修正系数可知：（1）（2）（3）其中对于钢бb=0.638GPaCF=61.2XF=1.0YF=0.7CM=0.0311XM=2.0YM=0.8KF=KFmKFwKM=KMmKMw对于已磨损钻头KMw=1KFw=1工件材料KMm=KFm==0.98938则最小进给量f=0.08mm/rF1=9.81×61.2×10×0.080.7×0.98938×1=1013.79NT1=9.81×0.0311×102×0.080.8×0.98938×1=4.0NmPM1=2×3.14×4.0×31.53×10-3=0.79Kw最大进给量f=0.30mm/rF2=9.81×61.2×10×0.300.7×0.98938×1=2557.22NT2=9.81×0.0311×102×0.300.8×0.98938×1=11.52NmPM2=2×3.14×11.52×13.69×10-3=0.99Kw（2）当工件材料为灰铸铁HB190时，根据以知条件查《自取加工工艺手册》表2.4-41高速钢钻头钻孔时的进给量知：10mm钻头初加工的进给量为0.22∽0.28。由表2.4-41高速钢钻头切削时切削速度、扭矩及轴向力可迭取进给量的两极限值f=0.12mm/r∽0.70mm/r，对应的它们的切削速度为V=0.79m/s∽0.33m/s,则由得钻头或工件的转速由《金属切削刀具》计算钻头轴向力F和扭矩T的经验公式及表3.1麻花钻轴向力和扭矩表达式中的系数、指数及修正系数可知：（1）（2）（3）其中对于灰铸铁CF=42.7XF=1.0YF=0.8CM=0.021XM=2.0YM=0.8KF=KFmKFwKM=KMmKMw对于已磨损钻头KMw=1KFw=1工件材料KMm=KFm=（HB/190）0.6=1则最小进给量f=0.12mm/rF3=9.81×42.7×10×0.120.8×1×1=768.14NT3=9.81×0.021×102×0.120.8×1×1=3.78NmPM3=2×3.14×3.78×25.16×10-3=0.597Kw最大进给量f=0.70mm/rF4=9.81×42.7×10×0.700.8×1×1=3149.02NT4=9.81×0.021×102×0.700.8×1×1=15.49NmPM4=2×3.14×10.51×15.49×10-3=1.02Kw由此可得钻头的最大转矩Tmax=15.49Nm最大转矩Fmax=3149.02N最大切削功率PMmax=1.02Kw则钻头主轴所需要的功率为：P1=PMmax/η总其中η总=η花键轴η轴承深沟球轴承η=0.99（取3个）角接触推力轴承η=0.98（取2个）花键轴η=0.97∽0.98由《金属切削设备》查得：η总=η花键轴η轴承=0.97×0.993×0.982=0.904则P1=1.02/0.904=1.03Kw对于主轴电机的选择，查《自取产品目录》，对于中小功率的电机，一般额定转矩只有2.1-4，而主轴所需要的最大扭矩为15.49Nm，故必须采用齿轮组进行减速以提供大的转矩达到符合相应电机的额定转矩。在自动取SUB-PIN装置设备多工位SUB-PIN的设计过程中，要求自动取SUB-PIN装置设备能够进行多级变速。在这种情况下，我们正好可以采用一个变速器来解决。无级变速器就是能使主轴达到相应转矩和使主轴传递的转矩符合要求。同时，根据主轴特点设计SUB-PIN主轴的特点是主轴在轴向方向上有移动，就是说上端的花键轴外面必须套有内花键的齿轮或其它才能将电动机的运动传递给主轴，使主轴转动。在本次设计中我们就选用花键的齿轮作为传动件，把电机的转动传给主轴，则从主轴来的传动方式为：主轴（花键轴）——内花键齿轮——啮合齿轮（一组或多组）——联轴器——无级变速器——主轴电动机图3.1所示：图3.1、主轴传动示意图轴Ⅰ为设备主轴，设计为齿轮花键轴。由前面知齿轮花键轴的功率为P1即轴ⅠPⅠ=P1=1.13Kw轴ⅡPⅡ=PⅠ/η齿轮=1.13/0.97=1.16Kw（取η齿轮=0.97，精度等级为8级）则主轴电机输出功率P2P2=PⅠ/η联轴器=1.16/0.99=1.18Kw根据《自取产品目录》选择电机可用YCP802-2，1.1Kw额定功率和YCP90S-2，1.5Kw额定功率最为接近功率要求。而前者略小于最大输出功率，而加一个无级变速器相对于电机来说其传递功率也不会消耗太多，粗略估算则选用后者YCP90S-2，额定功率为1.5Kw，额定电压为380V，额定电流为3.4A，转速为2840r/min，最大额定转矩为2.3Nm。选择了电动机就可根据所选择电动机确定相应的无级变速器。根据电动机功率和转矩及主轴所必须达到的最小转矩，可确定变速器，查《自取设计手册》第四卷可选择的无级变速器为：HZXD1500L。根据无级变速器的相关数据和主轴所需要的相关数据，无级变速器提供的转矩已经可以达到主轴要求的转矩，同时转速也能达到要求。故在接下来设计的齿轮组中，主要达到的目的为将电动机的转动传递给主轴使主轴完成转动，并不影响轴向的进给运动。对于齿轮组的设计就是要完成传动。为了设计需要，可以仅设计一组齿轮即可。又因为转矩完全达到要求，转矩要求的差又不是太大，从对主轴箱结构设计入手（对主轴箱的总体布局和结构合理、比例合适），可将这对齿轮设计成一组惰轮，即不改变变速器传递出来的转矩和转速，仅将转动传给主轴，达到了设计要求和目的。3.2设计齿轮在齿轮设计中，取转矩最大时设计用到最大转矩15.49,切削速度nI=631r/min。首先小齿轮（主动齿轮）用40Cr，调质处理，硬度241HB∽286HB，平均取为260HB，大齿轮（从动齿轮）用45钢，调质处理，硬度229HB∽286HB，平均取为240HB。计算如下：关于主轴传动中的第一组齿轮齿面接触疲劳强度计算（1）初步计算：转矩:TII=5.49Nm=5490Nmm齿宽系数:φd由表12.13（该节中所指的表均指《自取设计》一书中的表）取φd＝1.0接触疲劳极限：σHlim由图12.17c可取σHlim1=710MPaσHlim2=580MPa初步计算的许用接触硬力:[σH1]=0.9σHlim1=0.9×710=639MPaAd值由表12.16，取Ad＝85初步计算的小齿轮直径：d1≥=29.14(其中u=I=1,T=5490Nmm)取d1＝90mm初取齿宽：b=φbd1=1×90=90mm（2）校核计算：圆周速度:精度等级：由表12.6选8级精度齿数Z和模数m:取齿数Z1=60,Z2=iZ1=1×60=60模数由表12.3取m=1.5则Z2=iZ1=60使用系数KA:由表12.9取KA＝1.5动载系数K V:由表12.9取KV＝1.1齿间载荷分配系数KHα:由表12.10先求：端面重合度：（式12.6）重合度系数:Zε==0.74(式12.10)由此得：齿间载荷分布系数KHβ:由表12.11（非对称支撑）载荷系数：K=KAKVKHαKHβ=1.5×1.1×1.81×1.28=3.82弹性系数ZE由表12.12取ZE＝189.8节点区域系数ZH:由图12.16可取ZH＝2.5接触最小安全系数SHmin:由表12.14取SHmin＝1.05总工作时间：th=10×300×8×20%=4800h应力循环次数NL:由表12.15估计：107<NL<109则指数：m=8.78NL1=NV1=60γithi(Ti/Tmax)=60×1×631×4800×(18.78×0.2+0.58.78×0.5+0.28.78×0.3)=3.65×107原估计应力循环次数正确。接触寿命系数ZN:由图12.18可取ZN1=1.13ZN2=1.18许用接触应力[бH]：验算：бH=ZEZHZε＝＝503.4MPa计算结果表明,接触疲劳强度较为适合，齿轮齿寸无需调整。（3）确定传动主要尺寸：实际分度圆直径d,因模数取标准值时，齿数并未调整，故分度圆直径不会改变，即：d1=mZ1=90mmd2=mZ2=90mm中心距齿宽b=φbd1=90mm（4）齿根弯曲疲劳强度验算：重合度系数Yε：齿间载荷分配系数KFɑ:由表12.10齿向载荷分布系数KFβ:由表12.14KFɑ=1.25载荷系数K:K=KAKVKFαKFβ=1.5×1.1×1.49×1.25=3.07齿形系数YFɑ:由图12.21YF1=2.8YF2=2.29应力修正系数YSa:由图12.22Ysa1=1.54Ysa2=1.74弯曲疲劳极限σFlim:由图12.23CσFlim1=60MPaσFlim2=450Mpa弯曲最小安全系数SFmin:由表12.14SFmin＝1.25应力循环次数NL:由表12.15，估计3×106<NL<1010则指数m=49.91NL1=NV==60×1×631×4800×(149.91×0.2+0.549.91×0.5+0.249.91×0.3)=3.63×107原估计应力循环次数正确。弯曲寿命系数YN:由图12.24YN1＝0.93YN2＝0.95尺寸系数YX:由图12.25YX＝1.0许用弯曲应力[σF]:验算：传动无过载，故不作静强度校核。3.3.主轴结构设计及计算主轴材料45钢，调质到HB220～250左右轴的最小直径由《自取设计》表16.2查得：45钢[τT]=35Mpa取轴最小直径20mm。根据最小轴径确定各阶轴径。主轴如图3.2所示：在所在主轴上使用的轴承选择如下：图3.2、主轴结构图选用深沟球轴承和推力球轴承：a处有：6206d=30D=62B=1651206d=30D=52B=16b处有：6206d=30D=62B=16(两个)51206d=30D=52B=16则a段取长设计为35，b段取长设计为50。花键轴上花键的选择定型为：由《设备设计手册》表4.2-13，根据轴的最小径可取花键为：Z—D×d×B=4—22×19×8，dmin=18.3，C=0.3，r=0.2由《自取设计》表7.2对花键轴联接传递的转矩计算：动联接过程T=KZhl′rm[P]花键选用矩形花键，外径定心，其定心精度高，表面硬度高于40HRc工作条件中等，齿面经过热处理。由7.2查得[P]=5～15Mpa取[P]=15Mpa选择齿的接触长度l′即为Z4齿的齿宽l′=b4=30mm取载荷不均匀系数K=0.8则T（动联接）=0.8×4×0.9×10-3×12.75×10-3×0.030×15×106=16.53Nm>Tmax=15.49Nm则花键轴能够达到所需传递的转矩。对于花键轴传递转矩转动中产生的摩擦力为F花：取μ=0.1F花=µf=5338×0.1=533.8N而则轴所受轴向力：F合=F花+Fmax=154.5+3149.02=3304N则轴向方向齿条受力F合K=1.1×F合=3635N（K=1.1）轴向进给设计：在主轴外设计一套筒：设长为80mm的齿条由齿轮带动。先设计用一级减速接步进电机使主轴进给。由《机电一体化课程设计指导书》：I=α×t0/3600×δ其中α—步距角（deg）δ—脉冲当量（SUB-PIN取0.02mm）t0—齿距（t0=Лm）根据《机电一体化课程设计指导书》选步进电机取α=0.1m=1.25取α=0.75时取I=3.2（α=0.1时）可取：Z1=20Z2=64m=1.25b=20mmα=200df1=mZ1=25mmdf2=mZ2=80mmde1=28de2=83齿轮设计成直齿圆柱齿轮，齿轮材料为45钢，则大小齿轮转动惯量分别为：根据《机电一体化课程设计指导书》表1，预选步进电机为200BF001，查得电机转子轴的转动惯量为：折算到电动机轴上的转动惯量：等效负载转矩Tm的计算：取V=2m/minTm=（F轴+F摩）V主轴进给/2Πnm以最不利条件下的快速起动计算，设起动加速度或制动减速度的时间△t=0.3s，由于步进电机的角速度则：T惯=则J∑=Tm+T惯=1.04+5.038=6.08Nm如考虑自取传动系统的效率为n，安全数值为K，则此时负载总转矩为：由预选的步进电机型号200BF001，五相十步，步距角0.1%Step，其最大静转矩Tymax=14.7Nm，为保证正常的起动和停止，步进电机的起动转矩Tg必须大于或等于TΣˊ，由表可知Tg/Tymax的比值，取Tg/Tymax=0.951，则Tg=14.7×0.951=13.98Nm>13.03Nm故选择合适。3.4.纵向进给运动的分析及计算纵向进给负载分析及计算摩擦阻力：摩擦阻力应等于正压力乘以摩擦系数。正压力应包括轴向力F=1175N及工作台加纵向轨道之重力，设工作台重量为400Kg，纵向轨道重量为400Kg.=[（400+400）×10＋1175]×0.1=917.5N等效转动惯量计算:根据要求粗选：α=0.75to=5(3.4.1)δ=0.005∴∴可取=25,=52m=1.5b=25mm=20odf1=mZ1=1.5×25=37.5mmdf2=mZ2=1.5×52=78mmde1＝40.5mmde2=81mm将齿轮看作近似的圆柱体，材料为钢，则大、小齿轮的转动惯量分别为:J=7.8×d4×b×10-4(kgm2)(3.4.2)JZ1=7.8×3.754×2.5×10-4=3.86×10-5Kgm2JZ2=7.8×8.104×2.5×10-4=8.40×10-4Kgm2滚珠丝杆直径选择为d0=25mm,L=700mm,材料钢，则丝杆的转动惯量可近似的算出为：JS=7.8×2.54×70×10-4=2.13×10-4Kgm2由《机电一体化课程设计指示书》表1，预选步进电机为110BF004，查得电机转子轴的转动惯量为Jm=3.43×10-4Kgm2折算到电机轴上的总转动惯量为：(3.4.3)由于用的是滚珠丝杠，摩擦阻力矩很小，可以忽略不计。等效负载转矩的计算：Tm=(F纵+F摩)V工作/2πnm(3.4.4)由动惯性阻力矩的计算：以最不利条件下的快速起动计算，设起动加速式制动减速的时间Δt=0.5s(一般在0.1～1s之间)，由于步进电机的角速度∴角加速度(3.4.5)T惯＝J∑×εm=6.26×10-4×174.44=0.11Nm步进电机输出轴总的负载转矩的计算：J∑=Tm+T惯=0.35+0.11=0.46Nm纵向进给步进电机加工匹配选择考虑自取传动系统的效率η为,安全系数为K,则比时的负载总，转矩应考虑为由预选的步进电机型号为110BF004，三相六拍，步距角0.75%step.其最大转矩Tymax=4.9Nm为保证正常的起动与停止，步进电机的起动转矩Tg必须大于或等于TΣ',由表查出Tg/TΣ'=0.866∴Tg=4.9×0.866=4.24Nm>0.99Nm故选择合适。确定选用110BF004步进电机。纵向进给滚珠丝杠的校核初选丝杠型号为CMD2504-3，因此必须进行以下几个项目的校核承载能力的校核：Ｑ＝fHfWPmaxCO(3.4.6)式中L—滚珠丝杠寿命系数（）Pmax=F纵+F摩＝0+917.5＝917.5NfH=1fW=1.2T=15000Ｑ＝选丝杆CMD2504－3查表得丝杆额定载荷为ＣO=8.2KN>Q满足要求。压杆稳定性验算：双推—简支式支承，由FK=2E-钢的弹性模量2.1×105（Mpa）I-丝杠小径的截面惯性矩（）查手册可知，所用丝杠的最小径为：d1=21.9mm取压杆稳定安全系数K=4丝杠长度L=LS=700mm故满足要求。刚度验算：丝杠的刚度是保证第一导程的变动量要在允许范围内(3.4.7)丝杠最小截面积设T0=0.5I=2.26cm4M=Tmaxi=4.9×2.08=10.20Nm=1020Ncm∴“＋”号用于拉伸，“一”号用于压缩，都取“＋”号，则:由于选择要求滚珠丝杠精度等级为C级，ΔL0=±4μm>0.681μm所以满足要求。纵向进给轴承的选择:推力球轴承：51305向心球轴承：62053.5.横向进给运动的分析及计算横向进给负载分析及计算摩擦阻力：当SUB-PIN的工作台与导轨间的相对运动为滑动摩擦，取摩擦系数摩擦阻力应等于正压力乘摩擦系数。正压力应包括轴向力及工作台之重力。工作台的重量为400kg。故可算出起摩擦阻力为：F摩＝（400+1175）×0.1＝517.5N等效转动惯量计算：根据要求粗选：α=0.36to=5δ=0.002∴∴初取=20,=50m=1.5b=25mm=20odf1=mZ1=1.5×20=30mmdf2=mZ2=1.5×50=75mmde1＝33mmde2=78mm将齿轮看作近似的圆柱体，材料为钢，则大、小齿轮的转动惯量分别为：J=7.8×d4×b×10-4(kgm2)JZ1=7.8×3.34×2.5×10-4=2.31×10-5Kgm2JZ2=7.8×7.84×2.5×10-4=7.22×10-4Kgm2滚珠丝杆直径选择为do=20mm,L=700mm,材料钢，则丝杆的转动惯量可近似的算出为：JS=7.8×24×70×10-4=0.87×10-3Kgm2预选步进电机为90BF006,查得电机转子轴的转动惯量为：Jm=1.764×10-4Kgm2折算到电机轴上的总转动惯量为：(3.5.1)杠摩擦阻力矩的计算：由于用的是滚珠丝杠，摩擦阻力矩很小，可以忽略不计。等效负载转矩的计算：Tm=(F横+F摩)V工作/2πnmSUB-PIN工作台行程速度为2m/min根据丝杆螺距算出丝杆速度。再根据齿轮减速比算出步进电机的转速为由起动惯性阻力矩的计算：以最不利条件下的快速起动计算，设起动加速式制动减速的时间Δt=0.5s(一般在0.1～1s之间)，由于步进电机的角速度∴角加速度T惯＝J∑×εm=4.96×10-4×209.44=0.14Nm步进电机输出轴总的负载转矩的计算：J∑=Tm+T惯=0.16+0.14=0.30Nm横向进给步进电机加工匹配选择如果考虑自取传动系统的效率为η=0.7,安全系数为K=1.5,则此时的负载总转矩应考虑为由预选的步进电机型号为90BF006，五相十拍，步距角0.36%step,其最大转矩Tymax=2.156Nm。为保证正常的起动与停止，步进电机的起动转矩Tg必须大于或等于TΣ',由表查出Tg/TΣ'=0.951Tg=2.156×0.951=2.05Nm>0.49Nm。所以选择合适。确定选用90BF006步进电机。横向进给滚珠丝杠的校核初选丝杠型号为CMD2005-3，因此必须进行以下几个项目的校核承载能力的校核：Ｑ＝fHfWPmaxCO式中L—滚珠丝杠寿命系数（）Pmax=F横+F摩＝0+517.5＝517.5NfH=1fW=2T=15000Ｑ＝选丝杆CMD2005－3查表得丝杆额定载荷为ＣO=9KN>Q满足要求压杆稳定性验算：取双推—简支式支承，由FK=2E-钢的弹性模量2.1×105（Mpa）I-丝杠小径的截面惯性矩查手册可知，所用丝杠的最小径为：d1=1.69mm取压杆稳定安全系数K=2.5丝杠长度L=LS=700mm故满足要求。刚度验算：丝杠的刚度是保证第一导程的变动量要在允许范围内丝杠最小截面积设T0=0.5I=0.80cm4M=Tmaxi=0.882×2.5=2.21Nm=221Ncm∴“＋”号用于拉伸，“一”号用于压缩，都取“＋”号，则由于选择要求滚珠丝杠精度等级为C级，ΔL0=±4μm>0.602μm所以满足要求。横向进给轴承的选择推力球轴承：51304向心球轴承：62043.6.Z向进给运动的分析及计算Z向进给负载分析及计算摩擦阻力：摩擦阻力应等于正压力乘以摩擦系数。因主轴箱自重被平衡，对轨道无压力，所以摩擦阻力为零。等效转动惯量计算:根据要求粗选：α=0.75to=5δ=0.02∴∴可取=46,=24m=1.5b=25mm=20odf1=mZ1=1.5×46=69mmdf2=mZ2=1.5×24=36mmde1＝72mmde2=39mm将齿轮看作近似的圆柱体，材料为钢，则大、小齿轮的转动惯量分别为：J=7.8×d4×b×10-4(kgm2)JZ1=7.8×7.24×2.5×10-4=5.24×10-5Kgm2JZ2=7.8×3.94×2.5×10-4=0.45×10-4Kgm2滚珠丝杆直径选择为d0=32mm,L=400mm,材料钢，则丝杆的转动惯量可近似的算出为：JS=7.8×3.24×40×10-4=3.27×10-4Kgm2由《机电一体化课程设计指示书》表1，预选步进电机为110BF003，查得电机转子轴的转动惯量为Jm=4.61×10-4Kgm2折算到电机轴上的总转动惯量为：(3.6.1)丝杠摩擦阻力矩的计算：由于用的是滚珠丝杠，摩擦阻力矩很小，可以忽略不计。等效负载转矩的计算：Tm=(F轴+F摩)V工作/2πnm(3.6.2)Tm=(0+1175)×2/2π×208.33=1.80Nm由起动惯性阻力矩的计算：以最不利条件下的快速起动计算，设起动加速式制动减速的时间Δt=0.5s(一般在0.1～1s之间)，由于步进电机的角速度∴角加速度T惯＝J∑×εm=2.59×10-3×43.62=0.11Nm步进电机输出轴总的负载转矩的计算：J∑=Tm+T惯=1.80+0.11=1.91NmZ向进给步进电机加工匹配选择考虑自取传动系统的效率η为,安全系数为K,则比时的负载总，转矩应考虑为TΣ'=(K/η)TΣ=(1.5/0.7)×1.91=4.09Nm由预选的步进电机型号为110BF003，三相六拍，步距角0.75%step.其最大转矩Tymax=7.84Nm为保证正常的起动与停止，步进电机的起动转矩Tg必须大于或等于TΣ',由表查出Tg/TΣ'=0.866∴Tg=7.84×0.866=6.79Nm>4.09Nm故选择合适。确定选用110BF003步进电机。Z向进给滚珠丝杠的校核初选丝杠型号为CMD3205-5，因此必须进行以下几个项目的校核承载能力的校核：Ｑ＝fHfWPmaxCO式中L—滚珠丝杠寿命系数（）Pmax=F向+F摩＝1175＋0＝1175NfH=1fW=2T=15000Ｑ＝选丝杆CMD3205-5查表得丝杆额定载荷为ＣO=19.2KN>Q满足要求。(3.6.3)取双推—简支式支承，由FK=2E-钢的弹性模量2.1×105（Mpa）I-丝杠小径的截面惯性矩查手册可知，所用丝杠的最小径为：d1=2.89mm取压杆稳定安全系数K=4丝杠长度L=LS=700mm故满足要求。刚度验算：丝杠的刚度是保证第一导程的变动量要在允许范围内丝杠最小截面积设T0=0.5I=6.85cm4M=Tmaxi=7.84×0.5208=4.083Nm=408.3Ncm∴“＋”号用于拉伸，“一”号用于压缩，都取“＋”号，则由于选择要求滚珠丝杠精度等级为C级，ΔL0=±4μm>0.438μm所以满足要求。Z向进给轴承的选择推力球轴承：51307向心球轴承：62073.7.齿轮强度校核齿面接触疲劳强度计算转矩:T1=0.35Nm=350Nmm齿宽系数:φd由表12.13（该节中所指的表均指《自取设计》主编一书中的表）取接触疲劳极限：σHlim由图12.17c可取σHlim1=710MPaσHlim2=580MPa初步计算的许用接触硬力:[σH1]=0.9σHlim1=0.9×710=639MPaAd值由表12.16，取Ad＝85初步计算的小齿轮直径：d1>85=9.94取d1＝33mm初取齿宽：b=φdd1=0.75×33=25mm校核计算：圆周速度:V=2m/min精度等级：由表12.6选8级精度齿数Z和模数m:取齿数Z1=20,Z2=iZ1=50,模数由表12.3取m=1.5则使用系数KA:由表12.9取KA＝1.5齿间载荷分配系数KHα:由表12.10先求：端面重合度：重合度系数:Zε==0.88由此得：齿间载荷分布系数KHβ:由表12.11（对称支撑）载荷系数：K=KAKVKHαKHβ=1.5×1.1×1.29×1.27=2.70弹性系数ZE由表12.12取ZE＝189.8节点区域系数ZH:由图12.16可取ZH＝2.5接触最小安全系数SHmin:由表12.14取SHmin＝1.05总工作时间：th=15000应力循环次数NL:由表12.15估计：107<NL<109则指数：m=8.78NL1=NV1=60γithi(Ti/Tmax)=60×1×1000×15000×(18.78×0.2+0.58.78×0.5+0.28.78×0.3)=1.81×108原估计应力循环次数正确。接触寿命系数ZN:由图12.18可取:ZN1=1.12ZN2=1.24许用接触应力[бH]：验算：бH=ZEZHZε计算结果表明,接触疲劳强度较为适合，齿轮齿寸无需调整。确定传动主要尺寸：实际分度圆直径d,因模数取标准值时，齿数并未调整，故分度圆直径不会改变，即：d1=mZ1=33mmd2=mZ2=82.5mm中心距齿宽b=φdd1=25mm3.8.回转工作台运动的分析计算回转工作台是靠蜗杆蜗轮传递运动的，其传动比为i=30.蜗轮蜗杆的计算为：初选[d1/a]值：当量摩擦系数：设VS=4m/s－7m/s查表13.6取大值µv=0.03选[d1/a]值：在图13.11的i=30线上选取A点，查得:[d1/a]＝0.25r=130(Z1=2)η1=0.88中心距计算：蜗轮转矩：T2=T1iη1=9.55×106P1in1η1使用系数：按要求查表12.9KA=1.0转速系数：弹性系数：根据蜗轮副材料查表13.2ZE=147Mpa寿命系数：接触系数：由图13.12I线查出Ze=3.35接触疲劳极限：查表13.2σHim=265MPa接触疲劳最小安全系数：SHmin=1.3中心距：取a＝125mm传动基本尺寸：蜗杆头数：由图13.11查得r=130Z1=2蜗轮齿数：Z2=iZ1=30×2=60模数：取m＝3.15mm蜗杆分度圆直径：d1=[d1/a]a=0.25×125=31.25查表13.4取d1＝35.5mm蜗轮分度圆直径：d2=mZ2=3.15×60=189mm蜗杆导程角：r=10.060蜗轮宽度：取b2=26mm蜗杆圆周速度：相对滑动速度：当量摩擦系数：由表13.6查得μv=0.043ρv=2.40齿面接触疲劳强度验算：许用接触应力：最大接触应力：合格轮齿弯曲疲劳强度验算：齿根弯曲疲劳极限：由表13.2查出σFlim＝115Mpa弯曲疲劳最小安全系数：SFmin=1.4许用弯曲疲劳应力：轮齿最大弯曲应力：合格蜗杆轴绕度验算：轴惯性矩：允许蜗杆绕度：[δ]=0.004m=0.004×3.15=0.0126mm蜗杆轴绕度：此处取l≈d2合格温度计算传动啮合效率：焦油效率：η2=0.99轴承效率：η3=0.99总效率：η1=η1η2η3=0.80××0.99×0.99＝0.787散热面积估算：箱体工作温度：此处取,中等通风环境合格润滑油粘度和润滑方法润滑油粘度：根据Vs=6.19m/s由表13.7选取V40度=220mm2/s润滑方法：由表13.7，可采用侵油或喷油润滑花键的选择:Z×d×D×b=6×26×32×6轴承的选择:深沟球轴承：620962086207电机的选择:伺服电机JS1-023.9.齿轮强度校核齿面接触疲劳强度计算转矩:T1=6.5Nm=6500Nmm齿宽系数:φb由表12.13（该节中所指的表均指《自取设计》主编一书中的表）取接触疲劳极限：σHlim由图12.17c可取σHlim1=710MPaσHlim2=580MPa初步计算的许用接触硬力:[σH1]=0.9σHlim1=0.9×710=639MPaAd值由表12.16，取Ad＝85初步计算的小齿轮直径：取d1＝33mm初取齿宽：b=φdd1=0.75×33=25mm校核计算：圆周速度:精度等级：由表12.6选8级精度齿数Z和模数m:取齿数Z1=20,Z2=iZ1=50,模数由表12.3取m=1.5则Z2=iZ1=55使用系数KA:由表12.9取KA＝1.5齿间载荷分配系数KHα:由表12.10先求：端面重合度：重合度系数:Zε==0.88由此得：齿间载荷分布系数KHβ:由表12.11（非对称支撑）载荷系数：K=KAKVKHαKHβ=1.5×1.1×1.29×1.31=2.79弹性系数ZE由表12.12取ZE＝189.8节点区域系数ZH:由图12.16可取ZH＝2.5接触最小安全系数SHmin:由表12.14取SHmin＝1.05总工作时间：th=15000应力循环次数NL:由表12.15估计：107<NL<109则指数：m=8.78NL1=NV1=60γithi(Ti/Tmax)=60×1×1000×15000×(18.78×0.2+0.58.78×0.5+0.28.78×0.3)=1.81×108原估计应力循环次数正确。接触寿命系数ZN:由图12.18可取ZN1=1.12ZN2=1.24许用接触应力[бH]：验算：бH=ZEZHZε计算结果表明,接触疲劳强度较为适合，齿轮齿寸无需调整。确定传动主要尺寸：实际分度圆直径d,因模数取标准值时，齿数并未调整，故分度圆直径不会改变，即：d1=mZ1=33mmd2=mZ2=82.5mm中心距齿宽b=φbd1=25mm3.10.滑动导轨的结构由《金属切削设备设计》，导轨的截面形状与组合选择为双矩形导轨（自动取SUB-PIN装置SUB-PIN用滑动导轨贴塑就可以了，可不用滚动导轨）这种导轨的刚度高，当量摩擦系数比三角形导轨低，承载能力高，加工、检验和维修都方便，特别是自动取SUB-PIN装置设备双矩形、动导轨贴塑料软带，是滑动导轨的主要形式。矩形导轨存在侧向间隙，必须用镶条进行调整（采用窄式组合）。X轴向移动导轨的预选：根据以知条件和加工要求，预选导轨设备坐标如图3.3所示：图3.3、自动取SUB-PIN装置SUB-PIN坐标系由《设备设计手册》新版（2）表9.3-7，X轴向移动导轨预选为H=20B=50B1=12A=400h=12h1=H-0.5镶条b=6（平）如图3.4所示：图3.4、T型导轨剖面结构验算滑动导轨：对于自动取SUB-PIN装置多工位的SUB-PIN的导轨受力分析如图3.5所示：Ｆｃ、Ｆｆ、ＦＱ分别为切削力、进给力和背向力。图3.5、导轨受力分析图（1）各外力对坐标轴取矩：Ｘ轴对于SUB-PIN而（相对于Ｘ轴的）则Ｙ轴Ｗ：工件与工作台重估计４００Ｋｇ；ＸＱ：有两种极限情况（ａ：工作台到最近处：ＸＱ＝０.０５长度;ｂ：工作台到最近处：ＸＱ＝(0.05+0.35)）Z轴：由分析知（2）支反力计算：各导轨面的支反力分别为RA、RB、RC要增大，则有：或： （对于SUB-PIN）（3）各导轨面的支反力矩：（4）牵引力：对于SUB-PIN来说，Ff进给力很小或为0。导轨压强：按线形分布的导轨压强：a=B值=0.05L=0.3m（接触强度）（根据工作台大小和导轨长度初步确定）或或或对于滑动导轨速度较低的进给运动导规，平均许用压1.2~1.5Mpa，最大许用压强2.5~3.0Mpa，动导轨上镶有以聚四氟乙烯为基体的塑料板时，如滑动速度V≤1m/min时PV值不得超过0.2Mpam/min，如滑动速度V>1m/min时，则许用压强取0.2Mpa。对于所选导轨在不加塑料板时，平均压强和最大许用压强都能满足要求，而当要镶入塑料板时许用压强则Pav有0.25Mpa，而设计滑行速度为2m/min时Pav=0.2Mpa，则不能符合要求，则必须对导轨参数进行重新选择。但是对于自动取SUB-PIN装置SUB-PIN来讲，工件进给过程中并不受切削力，则加上镶入塑料导轨板时的平均压力可以适当的增加，取这种情况下的许用平均压强在0.6~0.8Mpa，故导轨的平均许用压强Pav=0.35Mpa<0.6~0.8Mpa，故选择导轨符合要求。由即在此可确定：令不变，则a=B=0.05m,则重取接触长度L，即：得L=0.5m或得L=0.1m要求使贴塑料板的导轨平均压力取0.2Mpa,导轨面的接触长度必须取L=0.5m=500mm,则或或或则各条件符合许用压力和平均压力的参数。Y轴向移动导轨的预选：结构与前面的相同。参数选择：H=20B=70B1=12A=400h=12h1=H-0.5b=6