卧式转塔刀架结构设计

-绪论课题背景现如今总生产量中有百分之七十到八十是小型和中型量产，如何改进小型和中型量产的效率迫在眉睫。小型和中型产量具有产品种类繁多、生产量小、部分产品加工复杂、工序长、保持一定的尺寸公差和几何精度的特点。如今的小型和中型量产，还存在辅助时间较长、加工循环周期较长、手动程度高、加工效率不理想、产品质量无法稳定等问题。鉴于小型和中型量产的这些特点以及问题，为了提高生产效率及质量，需要考虑以下几个方面：（1）整合工序，降低加工件的组装次数；（2）降低刀具的装配及拆卸次数；（3）降低生产过程中的测量及检测时间；（4）应用多个轴、多个刀具、多刃进行生产，从而提高效率；（5）应用数控控制技术，改善生产加工中手动过多的问题；（6）能够在一定程度上适用加工对象的变化，减少加工对象变化时的机床调整工作量；（7）能保证一定的设备利用率；（8）减小生产面积的占用，投入较小的成本。在二十一世纪这种需要生产、需要效率的时代，我们不断的投入大量的人力和物力去研究，也正是在这种前提和背景下，本论文提出了这个课题。转塔刀架在数控机床上应用的历史与现状数控刀架技术发展演变在20世纪50年代，组合式机床上就开始应用转塔主轴箱，已经在一些小型和大型的量产的加工精度以及技术经济上具有显著的效果。但是，并没有引起人们的关注，也没有更好地发展。到了20世纪60年代初，出现了“机械加工中心”的雏形即可以数控控制和自动化更换刀具的钻镗床，应用到组合式机床上的转塔主轴箱才逐步被人们关注。20世纪60年代中期，第一个可以自动更换主轴箱的立式组合式机床被法国雷诺汽车公司制造出来，一两年后，转塔组合机床又被制造出来，与此同时，还生产制造了通用的转塔动力刀头，从而形成了一个全新的可以广泛应用的系列。转塔动力头一般为四方形或六、八方形，可以装上四个或六个不同型式的主轴箱。由于自动化技术以及电控技术的发展，转塔刀架也在不断地向着更精准、快速、复杂的方向发展。从20世纪70年代开始一直到现在，数控刀架慢慢的演化出了电动和液动两种类别。欧洲为代表的电动刀架。其组成有力矩电动机、凸轮、电磁铁、编码器、齿轮组成并完成自动换刀。我国台湾地区、日本和韩国为代表的液动刀架，去组成有液压马达、间歇分度机构平行共轭凸轮、组合传感器组成。初期的液压刀架的驱动用液压伺服马达，主要原因是该马达价格昂贵，如今专业技术厂已经基本不用这类结构。我国研究的主要反向旧式提高定位的精准程度，从而对无回转误差的转塔刀架进行研发，主要原因就是它与旧式的转塔刀架对比，除了锁紧动作以外，都是用步进电机完工的。还有就是硬质合金刮刀刮研硼铸铁材料的研究提高了机床导轨的耐磨性，使鼠齿盘副做为它的精定位元件有了保证。基本结构不断的改进与完善把数控刀架当做执行元件的工作过程，预定位、分度、驱动、松开和刹紧、发信、精准定位等装置为基础的机构。起初驱动装置主要采取齿轮，齿条的机械传动现在更多的趋向于以电机和液压马达的方式驱动了；分度装置有两种，一种是间歇分度机构，一种是连续分度机构，他们到所需要的工位间上都是经过机械液压传动做到的。连续分度机构主要用于快速换刀。数控刀架有立式和卧式两种形式，由于要满足不同种类工件的需求，数控刀架分为4工位、6工位、8工位、10工位和12工位等五种工位。国外数控刀架最新技术发展状况主机技术发展越来越快速、越来越复杂，带动着数控刀架技术也同步发展。体现在：高速化：伺服电动机的发展，使与其相关的刀架技术的发展成了为可以完成的目标。伺服电机可以取代发信、预定位、等装置，使得刀架的结构得以简单化，使用液压的方式进行松开、刹紧，自动换刀速度得以提高。复合化：实现了车削中心的研发，使刀架向着越来越复杂、越来越高端的方向发展。研制转塔头的目的和意义在21世纪的制造厂商中，尤其是那些量产小且对生产加工要求高的零件，集成了CNC控制系统的机床有着不可忽视的地位，想要增加他的日生产量，一般都会使用自动转塔刀架。在不同的条件下使用不同的刀具。制造工件时，更换刀具无法手动完成，因此，转换过后的刀具无论如何都要在其规定位置。能否到达设计的位置取决于制造工厂的制造工艺水平。研究满足上述要求的转塔刀架就显得尤为重要。主要工作根据有关资料阐述了卧式转塔刀架的基础知识。经过了对卧式转塔刀架的历史，当代状况以及发展趋势的综合分析，同时考虑到现如今的大陆地区对产品的需要程度的考量，从而确定了我所设计的卧式转塔刀架的雏形，主要的研究内容有结构设计、中心液压缸的设计、以及校核。转塔头的结构设计方案论证经过尝试大量的数据，决定设计卧式转塔刀架，8根主轴。最先想到的是转塔刀架小以及需要达到交换主轴的刚度；传动方式为齿轮传动来获得准确的传动比；使用液动进行转塔头的分度。斟酌材料特性、经济条件、制造工艺等方面对轴、轴承、齿轮、键等零件进行设计、校核、反复修正。电动机的选择电动机的类型及选用原则一般来说，电机有以下几种类型：液压式、电动式、内燃式、气压式。我们着重点在以下几个点：（1）执行元件的各个方面特性以及对于所处环境的规定；（2）发动机的相关性能，适当的加工车间，能源供给状况等；（3）机械的成本、大小、重量、生产效率。选用电动机，主要原因是电机的组成不复杂，经济实惠，操控简单，生产快等优点。在用电机时，我们只需要知道电机的类型和参数就行。电机分为直流、交流、步进、伺服四种。直流和伺服的太贵，一般用在特定的地方；步进一般在高端的产品。我们需要安全、稳定、事故少、结构简单、费用少、易维修的电动机，则交流异步电动机是首选。大家看到的工程基本上都是用三相异步电动机，Y系列经常用于不容易燃烧、容易爆炸、容易被腐蚀的地方工作。YZ和YZR系列两种类型的电机，有不大的惯性，较大的过载，一般会用在总是制动的条件。如果碰到特定的环境，那就用特定电机。我们根据电机的额定功率要比所需要的大一点的原则来选择电机。一般有相同类别、相同功率的三相异步交流电动机会有好多种不一样的磁场转速，我们经常用的电机有七百五十、一千、一千五百、三千转每分钟。转速低的电机磁极多又大又重，而且还贵；而高转速电机磁极少，既小又轻，经济实惠。所以，我们应该考虑电机以及相关设备的总成本还有系统要简单一点，生产效率要高。执行动作元件转得快时，高速电机能够使传动变得容易，同时能够使效率得到提升。当执行动作的原件转的慢的时候，高速的电机就会让降低速度的装置变大，传动与案件的成本增大，同时机器的效率会大幅度降低。所以，我们选择电动机的时候，一定要考虑到整个机器，全面分析。如果想要使自己的方案更加的稳妥，我们可以尝试两种到三种电机，经过多次计算校核之后再做决定。上面说的各种原则将是我们判断的依据，然后进行动力部件的设计。电动机的参数为千瓦，范围为转每分钟，首先选用YVP132S-4，它的参数见表2-1。表2-1电动机技术参数主轴切削力和最大扭矩的计算由实验法确定主轴切削功率依据专业机床的情况进行加工，并测出电动机的输入功率。电动机功率为：此外，等于零（没有载荷）的时候，其空载功率，求出近似的切削（有效）功率，即：根据，并依据每个相关机床的总效率能够得出电机的功率：当设备为、钻床、时，可以取值为；如果是一些刨床或者插床，可以取值为零点六到零点七五。通常转速快就小，转速慢则大。专业的机床最好取大一点的数值。我们设计组合式或者同类机床的主轴箱的对于组合机床或相类似的机床主轴箱的，在我们制造原料是黑色金属的时候，可以取值为零点八至零点九；在制造原料是轻金属时，可以取值为零点七至零点八。通常交换主轴数量大于十五的时候数值小，反之数值大。由式得，所以等于主轴传动系统的计算转速一般情况下人们的认知是组成机床的零部件不是在固定的负载、固定的转速时运行，我们想要得到机床零部件的计算载荷，须要有电机功率、在传动零件利用全部功率时的旋转速度、在传动零件转矩达到峰值时的前提。当我们确定疲劳强度的时候，我们应该以工具机在不同的旋转速度时的情况来判断工具机的计算载荷。当交换主轴能够传达电机的所有功率时的最慢的旋转速度是。以为界限，比高的是功率不变的运行，比低的是转矩不变的运行。见图。某些情况下特定使用的机床的会单独给出。想要确定不同机床的公式，详见表。由表可知主轴的计算转速求得表2-2各类机床的主轴转速机床类型计算转速n等公比传动混合公比或无级调速中型通用机床和用途较广的半自动机床车床，升降台铣床，转塔车床，液压仿形半自动车床，多刀半自动车床，单轴自动车床，多轴自动车床为主轴第一个（低的）三分之一转速范围内的最高一级转速立式钻床，摇臂钻床，滚齿机n为主轴第一个（低的）四分之一转速范围内的最高一级转速大型机床卧式车床(1250～4000），单柱立式车床(1400～3200），单柱可移动式立式车床(1400～1600）n为主轴第二个三分之一转速范围内的最低一级转速高精度和精密机床落地式镗铣(160～260），主轴箱可移动的落地式镗铣床(125～300）坐标镗床，高精度车床n为主轴第一个（低的）四分之一转速范围内的最高一级转速确定主切削力和主轴上的最大扭矩根据书上的公式可以计算：所以：主轴的结构设计轴的分类及特点我们知道转动轴工作时承受弯矩和转矩，所以在我们设计他的时候需要着重计算弯曲刚度。如果是高速度运转的轴我们还得对转速的临界点实行校对核算。传递动力的轴承的唯一任务就是输送转矩传动轴。设计过程中我们需要对其扭转刚度实行算数与校核。对于负责支撑传递动力的零部件的芯轴，它仅仅收到弯矩。对于收到轴向力的细、长轴承我们需要实行稳定性的校核。轴的材料及热处理在我们设计工具床的时候，从刚度角度考量，一般轴的材料使用35、45钢。但是在一定的条件，还可能用40Cr或其他合金钢。这些材料的热处理以及应用范围见表。根据以上所表达内容，我会选用45钢，调质处理。轴颈的估算在我们设计、计算的时候，可以通过扭、转情况来确定轴的直径。详见表。设计实心轴为：设计空心轴为：公式中，因为使用材料和承受载荷的状况来确定；空心轴的与的比值，一般情况下，=取值为；；，这种情况下；除了这种情况还应该着重关心有键的轴的部分，相比上面的式字算得的轴径要增加/键，之后化整成为轴径的规定的标准数值。设计轴一般会用的材料的及详见表。表2-3材料的热处理及应用范围材料牌号热处理毛坯直径（mm）硬度应用范围35正火或正火+回火<300143～187HBS有好的塑性和适当强度，用于有一定强度和对加工塑性有一定要求的轴调质≤100163～207HBS>100～300149～207HBS45正火<300162～240HBS大型的轴以改善切削性能消除应力，应用很广调质≤200217～255HBS各种中小型的轴，以改善装配工艺和保证装配精度，应用最广40Cr调质<300241～286HBS对疲劳强度、耐磨性有特殊要求的轴45、40Cr调质加局部淬火40～50HBS滑动轴颈、花键部分等表面有耐磨性要求的轴表2-4轴颈的估计d计算说明适用范围110按刚度条件估算机床上一般的轴（100～120）按强度条件估算，小弯矩稳定载荷取小值，大弯矩稳定载荷取大值某些重型机床上的低速轴表2-5轴常用几种材料的[τ]及A值轴的材料Q235—A，20Q275，35（1Cr18Ni9Ti）4540Cr，35SiMn38SiMnMo，3Cr13[]15～2520～3525～4535～55A149～126135～122126～103112～97注：1.上表中的值把弯矩的作用考量在内；2.当无轴向受力或者仅仅受到很小的轴向作用力、受力稳定、单方向转动的轴等，取大的，取小的。结合上面所阐视的资料，对轴径进行初步估计：由于有两个键槽，我们队预估轴径增大，因为有键槽增大7%，，经过多次研究，预估计其与齿轮相配合的地方的轴径。轴的设计需要考虑的问题设计卧式转塔刀架中轴是重要组成部分，他具有支撑齿轮和传输动能和转矩的作用。轴上受力的大小、性质和方向；轴上面其他零部件的种类、个数、大小、装配；周的精度以及组装过程决定了所设计轴的结构。轴不具有特定的结构形式就是因为有太多的外在限制导致的。在我们设计周的时候，我们需要考虑到各种各样的条件下，结合各个方面限制，合乎常理的决定轴的结构和所有尺寸。它需要依照的基础准则是：轴承受外力合乎事理，对轴的承受外力能力和抵抗变形的能力有益处；（2）轴、零件、机架相互之间要有精准的配合；（3）设计出来的轴要方便加工，轴与相关的零部件要方便拆卸、装配和维护；（4）尽最大可能减少轴的质量和材料的用量，以避免物体中应力局部增高的现象的发生。根据上文所说的准则，在设计的时候我们应该推敲下面几个重点：1、轴上零件的布置与设计我们想要改良轴在不同状况下的受力情况，我们必须好好的设计和布置轴上面零部件。我把负载的的零部件放在离轴承较近的地方，从而提高轴的承受外力能力和抵抗变形的能力。2、轴上零件的定位和固定（1）轴上的零部件需要在轴向和位置上处在该零部件应处工作时的特定位置。使它不能受到径向力，同时不能发生轴方向的移动。我们既可以运用轴的结构进行沿轴方向位置的稳定，还可以选取附加零件的方式进行沿轴方向位置的稳定。（2）轴上零部件在圆周方向的定位。我们可以使用键、花键、型面联接、过盈配合来实现轴上零部件在圆周方向的定位。其中，使用次数最多的就是键连接；当受力特别大的时候我们可以用键与过盈配合结合的方式进行联接。3、轴的定位为我们不但须要给轴一个精确的位置，轴上的零件与轴之间以及轴与机架之间也要得以处在特定的位置。轴承可以使轴与机架进行沿轴方向的固定。当我们使用滚动轴承的时候，利用轴承外面的边缘部分使轴处于特定的地方。凸缘式轴承外圈可以负载特别大的沿轴方向的载荷，且调整方便，故应用广泛，但结构尺寸较大，并需螺钉，垫片等零件。嵌入式轴承具有无空隙的结构，而且质量小，不过它不能受到较大的沿轴方向的外力，不易于调节，一般使用在负载小的轴的位置的固定。当我们用滑动轴承的时候，我们利用轴肩来给轴固定位置。4、轴的结构工艺性（1）制造轴的工艺性。在我们设计之初就应该设计一个方便生产制造的轴。通常，组成成分越简洁的轴越容易加工。所以，轴在各方面让我们满意的同时我们须要使轴的组成变得简单。同一个轴上，尽量保证倒的各种角的半径或者尺寸一样，切的各种槽的宽度一致，从而来降低加工时使用刀具的数量，以便于提高轴的生产效率；轴的结构中，应设退刀槽；轴的两端应开设中心孔，以便加工时用顶尖支承和保证各个轴段的同轴度（2）装配工艺性。设计轴的结构时，我们要考虑到相关零部件的组装是否便利的问题。例如：轴的两端切削出四十五度的倒角，可以防止刮伤零部件的接触面。为了达到零磨损这个目标，我们需要对接触的两个表面尺寸公差进行设定。5、提高轴的抵抗破坏的能力的常用方法设计轴的组成的时候，我们考虑了以上四个方面，但是我们还应该从其他方面对轴的结构进行完善。我们使用的方法是：（1）设计轴的结构必须要尽量减少应力集中源和降低应力集中的程度。其主要措施有：（a）避免轴的剖面形状及尺寸急剧变化，在轴径变化处尽量采用较大的圆角过渡。（b）可以采用套筒代替圆螺母和弹性挡圈，可免得在轴上切制螺纹和环形槽；能有效降低应力集中。（c）降低过盈配合出的应力集中，其措施是：豰端开卸载槽；轴上开卸载槽；增大配合处轴径。如果以上措施并用，则效果更佳。（2）对轴的接触面进行优化，加大轴的疲劳极限。提高加工轴的精度。所以，我们选择精加工使轴的表面更加光滑、细腻。另外，我们可以通过对轴通过加热、保温和冷却的手段改进轴的表面粗糙度，加大轴的疲劳极限。轴的结构设计步骤在设计轴的每段组成的时候，通过对轴的强度的估算，来决定轴,最为关键的措施有：轴上零部件的组装配合方案的确定轴上零部件的组装配合方案是设计轴的条件，需要考虑轴与其上面零部件的位置关系和接触的配合形式、安装次序等方面来制定组装配合方案，再经过多次剖析拿出最好的方案。轴上零部件在特定位置上的确定一般会用轴肩和过盈配合的方法解决零部件受到特别大的沿轴向力的问题。当沿轴向载荷一般大的情况下，一般会用轴环、圆螺母、锥面解决。当沿轴向载荷较小的时候，一般会用挡圈、环的方法解决。以上几点还远远不够，我们仍然须要推敲周的承载能力以及空间等其他要素。轴的各部分尺寸的确定每个轴段的径向尺寸是经过强度的计算得出的基本条件下，再推敲轴上零部件的沿轴方向位置的固定和安装拆卸的条件，从轴的一头开始一点点决定的。在安装一些特定的标准零部件的时候，我们需要参考其所对应的标准数值。轴上每个零部件与之相对应的位置的接触、配合方式决定轴的一个个小段的尺寸。这个尺寸确定之前，须要确保装配的紧凑性、以及可调适的空间的大小。轴的每个部位细小环节的确定设计轴的时候有很多细节地方需要我们注意，比如倒角、槽、螺纹孔等尺寸以及相应精度、公差、粗糙度的确定。根据上文叙述的内容，我对每个轴的各个轴段的几何尺寸进行了设计，详见图和。图2-2主轴图2-3花键轴齿轮的结构设计齿轮的参数确定选择齿轮的材料，热处理方式和精度等级。因为转动产生的力矩一般，因此每个齿轮都采用四十五号钢，并且对齿轮的表面进行淬火处理，齿轮的硬度为，表面粗糙度为八级。初步计算主要尺寸根据文献[16]来决定上面公式中的需要的数值。小的齿轮转动产生的力矩：在我计算的时候，由于设的数值不确定，导致数值无法得到，所以得到。齿宽系数为；弹性系数为节点区域系数为齿数比；初步确定，所以，取，根据以上数值，确定重合度系数；通过许用接触应力计算，公式中接触疲劳应力为，大小两个齿轮的应力轮转次数是下面几个数值：通过查看图知道齿轮的寿命系数;然后计算出齿轮表面单位面积内允许承受的最大正应力（即许用接触应力）：=638.4MPa=644.1MPa首先计算小齿轮的分度圆直径：计算得3、确定传动尺寸（1）在推算载荷系数时，使得由于=1.57m/s知道、、所以计算出（2）对进行第一次改良由于得到的与两个数值相差不小，所以应该对用得到的改良：（3）模数所以得到从而，算出中心距因此，齿轮宽度；计算得对主轴齿轮进行结构形式的设计设计出一个直齿圆柱齿轮为这个交换主轴上的齿轮。该齿轮的几何形状图。决定选择所以图2-5齿轮结构其它齿轮的结构设计第二对齿轮的组成成分设计想要解决主轴的最慢速度是问题，但是现在知道电机的最慢转动速度是，因此我们必须提高转速，从而规定传动比我们先预估齿轮三、四的各项数值：，，，，，两个齿轮都是用四十五号钢制成，热处理方式分别为调质和正火。（1）依据齿轮表面的接触疲劳强度进行校核：通过文献[16]来找出上式中所需要的可参照的数值；；；；。输出的转动力矩为计算得出载荷系数（2）依据齿根弯曲疲劳强度校核由上文可知，；；。由图8.19查得齿形系数Y=2.5；从图片中查询得到应力修正系数；从公式中获取重合度系数。经过对这两个齿轮进行校对、核查，合格。第二对直齿圆柱齿轮的相关数在中。表2-6第二对齿轮参数注：第三对齿轮的组成成分设计第二对直齿圆柱齿轮的相关数在中。3、第四对齿轮齿条传动的结构设计从分度齿轮的各项数值看出，它旋转一次经过，所以我们规定其轴要旋转。因为Ⅶ的，因此我们规定齿条运行的路径表2-7第二对齿轮参数注：键的设计键连接所涉及的类型、特点及其应用键连接所涉及的类型、特点及其应用见表2-8。键的选择类型简单的键的选择主要是采用了根据键连接处的结构进行选择和应用的，对于键的剖面尺寸来说，通常是根据直径来进行选取的，考虑到空心轴阶梯轴和传递转矩小的轴来说均选择相对尺寸小点的面来说，当然在选择的时候也可以选择剖面尺寸稍微大一点的进行配位，对于键长主要还是参看下图作为了参考，主要是按表2.10公式进行强度的校核。如果轻度不够的话，我们可以尝试着双键的结构，相隔180度的平键是比较好的；对于两个半圆键通常需要处于一条直线上；当然1.5个基建也是可以的。表2-8键连接的类型、特点及应用名称特点用途普通平键靠键、侧面传递扭矩，不能传递轴向力，制造简单，装卸方便使用很广，如在轴上固定齿轮、链轮、皮带轮等回转零件导向平键键在轴上固定，轴上零件可沿键作轴向移动键上有固定键用螺孔，需要时，允许带起键螺孔当连接的零件需要在轴上移动，且移动量不大时采用薄型平键键高比普通平键小适用于薄壁结构和其它特殊用途的场合半圆键靠侧面传递转矩，结构紧凑，安装方便，但对轴的强度削弱较多只能传递较小的转矩，故常用于轴端与圆锥面连接配合使用，如机床手轮等普通楔键键本身的上表面有1：1000的斜度，安装时需要打入，键楔紧在轴与轮毂之间，工作时靠键的上下表面与轴与轮毂之间的摩檫力来传递转矩，对中性不好，能承受单方向的轴向力，可使零件轴向定位回转精度与转速不高，有振动的一般机器钩头楔键有一拆卸用的钩头，其他与普通楔键同一般用在外部轴端上固定的皮带轮和一些要求结构简单、紧凑的联结处键的选择类型简单的键的选择主要是采用了根据键连接处的结构进行选择和应用的，对于键的剖面尺寸来说，通常是根据直径来进行选取的，考虑到空心轴阶梯轴和传递转矩小的轴来说均选择相对尺寸小点的面来说，当然在选择的时候也可以选择剖面尺寸稍微大一点的进行配位，对于键长主要还是参看下图作为了参考，主要是按表2.10公式进行强度的校核。如果轻度不够的话，我们可以尝试着双键的结构，相隔180度的平键是比较好的；对于两个半圆键通常需要处于一条直线上；当然1.5个基建也是可以的。通常使用的平键的相关数据：。表2-9普通平键的标准参数轴的直径d6~8>8~10>10~12>12~17>17~22>22~30键宽b×键高h2×23×34×45×56×67×7轴的直径d>30~38>38~44>44~50>50~58>58~65>65~7510×812×814×916×1018×1120×12轴的直径d>75~85>85~95>95~110>110~13022×1425×1428×16 32×18 键的长度系列L6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220，…键的材料、类型及键的尺寸的确定从以上得到的数据中可知，一般情况下，在交换主轴上的键选用A型号的平键作为试验的对象；而它的材料通常都用45号钢；通过交换主轴的直径选择键的剖面数值，因为，所以可以确定；在确定键的长度的时候，通常会依照轮毂的一些数据进行分析，由于我们选用轮毂长度是，参照相关数据，决定使键长；1、对键进行一系列的挤压强度和剪切强度的检测可接受范围内的最大挤压应力：可接受范围内最大剪切应力：在键随轴转动时的转矩：在工作的时候，键的长、宽、高分别是：；；键承受到的挤压应力、剪切应力分别是：（2-21）=12.5MPa<[]（2-22）=7.5MPa<[]综上所述，键的各项标准都符合要求，因此校核合格。轴承的设计理念轴承的设计类型1、圆锥滚子轴承通常是转速较低，可以承受一些较大的径向的传递载荷和单向轴向的载荷，内外圈容易进行分离，因此轴承也是可以进行调节的，通常是成对的使用，安装的时候也是对称安装的。圆锥的滚子轴承通常都比较细致，对于轴承的角度也很重要。2、深沟球轴承设计工作可以承受径向的载荷以及双向的载荷，处于工作状态时允许偏斜的角度范围是的8′～16′。但是它的摩擦阻力相对来说比较小，转速是同比之下较高的而且交个便宜，应用的相范围相对较广泛。但承受的冲击能力不好，在高速运行条件下，会带动深沟球的推荐进行转动。推力球轴承对于套圈和滚动体之间是很容易进行分离的。方式主要包括单项和双向这两种，对于单向的推力球来说它的承重力比较小而且只能承受单向的电荷，两个单套的孔的内径是不同的，内径小的是孔内的紧圈而内径大的就是松圈，通常会和机座固定在一起。轴的极限转速设计的通常相对较低主要怕再运转的过程中出现问题。双向的推力轴能够承受双向的载荷，中间所使用的套圈是紧圈，和轴之间进行配合从而减少阻力，当然还有松圈也会被使用，在运行的过程中由于转速相对比较高，产生的热量及摩擦力也会很大，因此它的寿命比较短，载荷很大通常也会位于较低的位置。4、圆柱滚子轴承只能够承受径向的电荷而无法承受横向的电荷外球是滚动的横断面。能够承受的载荷能力也相对更大，承受载荷的压力也比较强，对于球轴的承受能力也很适合。5、调心球轴承两种载荷都可以承受并且具有调心的性能，相对的偏离范围在0.5°～2°范围内，适用于多支点的轴、弯曲的刚度小的轴以及难于精确的对中轴的支承。6、滚动体滚针轴承这类轴承没有保持架是靠滚动力作为了支撑。径向链接的比较紧凑，且径向的承载能力相对较强，价格也比较低廉。但不能承受轴向的载荷，因为滚针间会发生摩擦，旋转的精度也比较低，工作的时候不允许有偏差的出现。可以用于径向尺寸低的情况，且径向是受限制的情况下。7、推力式调心滚子轴承两种电荷都可以承受但是对于径向电荷的承受能力更好点。棍子通常是滚性而外圈是平道的，因此可以进行自动的调心，允许轴线的偏斜范围是2°～3°的，常用于带动水轮机的转动及推化。类型的选择在使用了滚动轴承的情况下，以滚动轴承作为优先的选择。因此对轴承的类型，主要是结合工作条件、各类轴承所具有的独特的特点以及价格等因素作为参考。和其他零件的设计思路都是相同的，在选择的时候对于轴承的类型每个人都是因情况而定的，通常选我们的选择是多样化的，在选择时，应尽量选择适合自己的，经深入的分析比较以后，再决定了哪种方案的选用更适合较优的轴承类型。一般情况下，对于与轴承的选择主要是包括以下这几种：1、轴承的载荷的大小、方向以及性质（1）载荷的特性的选择。一般球轴承之间的接触是采用点进行接触的，主要适应的场合是中小载荷以及波动不是很大的情况；棍子轴承主要是线性接触，而且滚子的摩擦相对较小的，因此主要是适合用于能够承受的较大的载荷；（2）载荷方向。在承受纯的轴承的情况下，通常会选择推理轴承；若承受的力较大的情况下则会选择滚子轴承；深沟球的轴承、圆柱设计的滚子轴承或滚针的轴承的承受大概纯径向的载荷，会对其选用；当需要承受两种力的情况我们就可以选用深沟球轴承或者是接触角不大的角接触的球轴承或圆锥的滚子轴承。但是，如果承受的的沿轴方向的力特别大的时候，可以选择接触角不晓得角接触球轴承、圆锥滚子轴承，也可以选择推力轴承配合向心轴承，用以轴向和径向两个交叉方向的负载。2、对于轴承的转速的控制求的轴承主要是应用在转速较小以及载荷相对较低的情况下应该选用的滚子的轴承进行实际的应用。

3、轴承的调心性能当轴的中心线以及轴承的座得出的中心线不是重合而是存在一定的角度误差时，或者是因轴的受力而发生弯曲或是倾斜的时候，会致使轴承的内、外圈的轴线发生了一定的偏斜。这时，需要采用具有一定的调心性能的调心球的轴承或是调心的滚子的轴承进行调节。对于一系列的支点的跨距相对比较大、轴的弯曲或是变形也比较大或是多支点的轴而言，也可以考虑适当地选用调心的轴承来达到最终的目的。对于圆柱滚子的轴承，滚针的轴承以及圆锥的滚子的轴承对角度的偏差及其敏感，宜用于轴承和座孔之间能保证是同心、轴的刚度在较高的地方。值得注意的是，各类轴承的内圈轴线相对于外圈轴线的倾斜的角度是很有限制的，超过一定的限制角度，就会使轴承的寿命有所降低。4、轴承的安装及卸载当轴承座没有了剖分面而必须要沿轴向的安装和拆卸轴承的部件时，应优先选用内外圈可进行分离的轴承(如圆柱滚子轴承，滚针轴承以及圆锥滚子轴承等等)。当轴承在长轴上进行安装时，为了便于进行装拆，可以选用的其内圈孔为1:12的圆锥孔的轴承进行安装和卸载。5、经济性的要求一般，深沟球的轴承价格是最低的，滚子的轴承比球轴是承价格相对高一些。轴承的精度愈高，则价格也就会愈高。在选择轴承时，需要详细的了解各类轴承的详细的价格，以满足了使用要求的为前提，尽可能的降低使用过程中的成本。尺寸及系列、内径等的高度选择尺寸系列包括了直径的系列和宽（高）度的系列。在选择轴承的尺寸系列时，主要是考虑了轴承承受的载荷的大小，除此之外，还需要考虑结构的要求。对于直径的系列而言，载荷通常都是很小的，一般可以选择超轻或是特轻的一个系列；当载荷达到很大时，需要考虑选择重的系列；在一般的情况下，可先选用轻系列的或是中系列的，待校核后再根据实际的情况来进行调整。对于宽度系的，一般情况下可选用正常的系列，若结构上有什么特殊的格式的要求时，可根据具体的情况来选用其它的一个系列的。

轴承内径的大小与轴颈直径之间的关系，一般可以根据轴颈的直径来初步的确定公差的等级，若没有什么特殊的等级要求，一般选用0级，若有要求，可根据之间自己的具体的情况选用不同的公差等级。由于设计问题的复杂性，轴承的选择不仅仅是指望一次就可以成功的，必须在选择、校核乃至结构的设计的全过程中，反复的分析、比较以及修改，才能选择出一个符合设计要求的较好的尺寸。滚动轴承失效的形式以及设计得约束一般情况下，滚动轴承会有很多种失去原有效力的情况，例如：1、疲劳点蚀。在实际的应用中，如果一切人为能够给予的外在环境不失常，基本上所有的轴承都会因为其滚珠、滚柱与套圈接触，而产生接触应力，通过一段时间后，这个力就会致使其表面产生微小的缝隙裂痕。当润滑油浸入这个裂痕中，就会发生疲劳点蚀。2、塑性变形。当轴承在低速工作或者因为安装不紧凑而晃动的时候，会受到相当大的力，从而导致滚动体和圈套发生形状的变化。3、磨粒的磨损和粘着的磨损。当轴承运转受到外界物质干扰时，就会出现磨粒磨损。基本上滚动体与其他零件都会发生滑动摩擦，当润滑油起不到作用，产生大量的热，致使滚动体发生回火，严重会引起胶合磨损。轴承旋转得越快，相应产生的磨损就会越危险。除此之外，因为装配、维修时的不按照规范或要领进行操作，就会产生相应的破坏、磨损。为了不发生失效，在校准核对的时候须要一些约束条件，这样才能够确保轴承在寿命允许的时间内不应行到其运转。通常，轴承会有很多种不同的失效形式。当轴承保持中等速度工作时，可能会产生疲劳点蚀，再设计研究的时候，须要约束它的疲劳寿命长，所以要对这一项数据进行校核；当轴承保持高等速度工作时，会产生大量的热，严重会发生零部件表面大量磨损、烧伤，所以，不但要约束其疲劳寿命，还要约束其最大转动速度，进而要对他的使用时间、最大转动速度进行校核。；在轴承相对静止和低速转动的时候，就会发生塑性变形，所以，约束条件就是不让其塑性变形太严重，对静强度校核。除此之外，设计轴承组的时候要考虑全面，确保轴承可以高效、稳定的工作。综上所述并结合相关资料，交换主轴的前端由（双列圆柱滚子轴承）和两个单向止推轴承组成：，交换主轴后端是（圆柱滚子轴承）。双列圆柱滚子轴承和圆柱滚子轴承可以在沿轴的径向上支撑经受较大的负载，径向拥有较强的抵抗变形的能力，转动工作的时候误差小，径向结构间隙小且可长时间使用工作等优点，可用于与交换主轴进行配合工作。因为它不会受到沿轴方向的负载，所以选择单向推力球轴承和与之配合。负责传动的主轴与两个深沟球轴承和进行配合。本章小结本章节是本篇文章中最重要的一部分，并阐述了转塔头及其相关零部件的选择和设计，主要包含电机、轴、齿轮、轴承、键的设计。相关零件校核主轴的校核交换主轴的受力分析图。图3-1轴的载荷分析根据弯扭合成强度条件计算作轴的计算简图一般情况下，把轴看作是铰链上的负责支撑的横梁，所用轴承不同他的支撑方式就会不同。从传动件传给相对应轴上的力，一般简化成零部件轮廓边缘宽度中心位置的集中应力，轴上面的转矩当做是从传动部件轮毂宽度中心位置产生的；如果各个受力是空间力系，我们就能够把它都分解成为水平和垂直的两个力。作轴的弯矩图对轴的受力分析图进行分析，分别计算轴上的水平面内的弯矩、竖直面内的弯矩在按矢量法合成弯矩从齿轮传递的转矩算出轴所受沿轴径向的受力：所以轴向力=1755.6N沿轴径向的受力算出所以=95.183、作轴的扭矩图。扭矩4、作轴的相当弯矩图。将已经计算出的数据，依据第三强度理论计算出相当弯矩M，并作出相当弯矩图。式中的—是考虑弯矩和转矩所产生的应力的循环特性不同而引入的修正系数分局强度的相应条件进行校核=40MPa所以得到轴可以满足使用的结论，即校核合格。校核齿根弯曲疲劳强度校核公式为式中，；；由图查得齿形系数；由图查得应力修正系数；由式，得重合度系数许用弯曲应力可由式[]=查找图得；从图查到寿命系数；查安全系数，所以：将得到的数据带进校验公式中：==校核所得结果证明齿轮合格。第一对齿轮相关数据在表中。表3-1齿轮的参数齿轮号参数齿轮Ⅰ齿轮Ⅱ模数mm=4mmm=4mm齿数z=45=56分度圆直径d=180mm=224mm压力角20°20°齿顶圆直径d=188mm=232mm齿根圆直径d=170mm=214mm齿宽b40mm35mm中心矩a202mm传动比i1.25传递转矩T1.58×101.98×10注：。轴承的校核1、对推力球的轴承（51117）的校核。预估计塔头的寿命是10年，若采用三班制，一年按三百天进行，预估寿命。从机器的组成方面进行计算，这个轴基本上承受沿轴方向上所有的力，从相关资料中可以得出，最大的进给力时的力（公斤力）约为，即。根据只承受纯轴向载荷F的轴承（如推力球轴承等），当量动载荷为式中，—为考虑载荷性质引入的载荷系数，见表。表3-2载荷系数载荷性质举例无冲击或轻微冲击1.0～1.2电机、汽轮机、通风机、水泵等中等冲击或中等惯性力1.2～1.8车辆、动力机械、起重机、造纸机、冶金机械、选矿机、卷扬机、机床等强大冲击1.8～3.0破碎机、轧钢机、钻探机、振动机等选取，所以当量动载荷查阅手册知，该轴承的基本额定动载荷，由基本额定寿命公式，式中，—为寿命指数，对于球轴承，。结论：经校核该退里球轴承能满足工作要求。对圆柱滚子轴承的校核在主轴的前端以及后端都配合了两个圆柱滚子的轴承，前端的为双列圆柱滚子的轴承（），后端的为单列圆柱滚子的轴承（），主要被用于支撑轴和承受轴所存在的径向力的作用。由齿轮所传递的转矩来计算轴的径向力：推出径向力根据只承受纯径向载荷F的轴承（如圆柱滚子轴承、滚针轴承等），查阅手册知，单列圆柱滚子轴承（）基本额定动载荷双列圆柱滚子轴承（）基本额定动载荷按基本额定动载荷估算使用寿命由基本额定寿命公式，=式中，—为寿命指数，对于滚子轴承，。结论：经校核该退里球轴承能满足工作要求。螺栓强度的校核1、本设计中的缸筒与缸盖、活塞杆都采用了内六角螺钉方式来连接的，活塞杆被固定在了下箱体上，活塞被固定在了活塞杆上，当中心液压缸上的腔通出现来了压力油时，液压缸会带动了整个转塔体向上抬起，联接缸盖处和缸体的螺钉都受到了很大的轴向力的作用且考虑到转位的频繁性以及对该螺钉进行的强度校核以及应力幅的校核作用。2、螺钉强度的校核和应力幅的校核该螺钉是内六角的螺钉，公称直径为M16，材料为35钢，强度等级6.8由螺栓间距确定螺钉的个数为4个。可知单个螺钉的轴向力预紧力总拉力式中=0.7。按变载荷计算=192MPa=按强度校核=按应力幅校核=0.7×其中，—螺纹制造工艺系数，；—螺纹应力集中系数，；d—螺纹公称直径；—螺纹内径，，t为螺纹螺距；—安全系数，2。结论：该螺钉合格。本章小结经过对轴承、齿轮、螺栓以及轴承的校对核算，证明每个零部件都符合要求。中心液压缸的设计中心液压缸的设计1、缸筒内径的计算预估计转塔头的重力重量是由计算得到的，由牵引力P和油液压力来求中心液压缸的内径式中，—工作压力，取；P—油牵引力，取；A—缸的有效工作面积，初估缸径r查找相关资料，综合考量液压缸结构的稳定性、实用性等性质，选取内径的液压缸作为中心液压缸。2、钢筒的技术条件（1）钢筒内径口采用H9配合。活塞采用橡胶密封圈，内孔表面的粗糙度取。（2）内孔表面的圆柱度公差为。（3）端面对轴心线的垂直度公差为。（4）孔对轴心线的直线度公差为。（5）采用镀铬的方法，提高缸筒的寿命和抗腐蚀能力，同时还能增强其表面的硬度、耐磨性，镀铬后，对其抛光、涂油。3、缸盖的设计（1）缸盖的材料。缸盖采用45号钢锻件，活塞杆导套是缸盖本身。（2）技术条件。（a）直径D的圆柱度公差为，导向孔的圆柱度公差为，活塞杆密封圈外径的圆柱度公差为。（b）钢筒内径、导向孔直径、活塞杆密封圈外径的同心度公差为。（c）活塞杆的导向孔的表面粗糙度为。4、活塞的设计（1）活塞与活塞杆之间的连接采用了结构简单且方便生产加工的分离式结构，用螺栓进行固定。（2）活塞材料。活塞材料采用耐磨铸铁。（a）活塞的外径D对活塞杆的直径d的径向圆调动公差为0.015mm。（b）外径D的圆柱度公差为0.015mm。5、活塞杆的设计（1）活塞杆的结构设计。因为设计的活塞是固定的，而是由活塞缸带动转塔进行升降，所以，把活塞杆的一端设计成T型结构，并固定在箱体上。（2）活塞杆的校核。按强度条件确定活直径活塞杆材料为45号钢，，经计算该活塞杆强度要求合格。（3）活塞杆的材料。活塞杆采用实心的45#钢。（4）技术条件（a）粗加工后要调质处理，最后要表面高频淬火。（b）活塞杆工作表面母线的直线公差为0.03mm。（c）活塞杆的摩擦密封表面镀铬，并抛光，镀铬层厚0.03mm。（d）活塞杆的螺纹按6h级加工。6、密封装置（1）活塞的密封。采用O型密封圈对活塞进行密封，因为，其具有良好的抗腐蚀能力且容易加工。缺点是寿命比较短。（2）活塞杆的密封。活塞杆的密封同样采用O形密封圈。（3）端盖密封。端盖同样采用O型固定密封圈密封。7、缓冲装置。起到保护缸盖、降低噪声、提高稳定性的作用。设置缓冲装置可以很好地控制运动部件。螺栓强度的校核我们使用六角螺钉对缸体及其部件进行连接，活塞杆与下箱体固定在一起，活塞与活塞杆固定在一起。由于需要想到经常更换位置，所以，一定要对螺钉强度和应力幅进行校核。2、螺钉强度校核和应力幅校核该螺钉为内六角螺钉，公称的直径是M16，材料为35钢，强度等级为6.8由螺栓间距来确定螺钉的个数是4个。可知单个螺钉的轴向力预紧力总拉力式中，。按变载荷计算=192MPa按强度校核×200=27.88MPa按应力幅校核其中，—螺纹制造工艺系数，；—螺纹应力集中系数，；d—螺纹公称直径；—螺纹内径，，t为螺纹螺距；—安全系数，2。结论：该螺钉合格。本章小结本章对液压缸进行了设计计算和相关数据的筛选，并对相关设计对象进行校核。产品的技术经济分析产品的技术经济分析的概述对于产品的技术经济分析是对有相关的产品设计以及加工制造的方案来进行的计算、分析以及客观的评价，采用了不同的方案所带来的经济效益，并能够从多种不同的方案中选出一个最佳的方案，再分析这个方案所产生的经济效果来作为方案的依据。对于生产手段、工艺方法、技能操作等三个方面的要求是技术经济分析的基本内容。对于一件新产品的开发，首先要对当时当地的新产品的所提供的技术支持甚至是设备条件都要进行客观的研究，考虑所提供的一系列的条件，研究技术以及经济客观的发展方面的规律，找出新技术的研发和带来经济效果的合理关系，从而选择出最佳的研究设计方案。技术经济指标变动对产品成本影响的分析。技术经济指标如材料利用率、劳动生产率、设备利用率、产量增长率、产品合格率等的提高，反映了生产技术的进步，必然会直接或间接地影响到产品成本的高低。结合技术经济指标进行成本分析，就是研究这些指标的变动对成本的影响程度，以利于产品成本的不断降低。产品成本技术经济分析主要包括以下内容：（1）材料利用率的变动对成本的影响。材料利用率是投入材料的数量和实际利用材料的数量之间的比例。提高利用率就是每单位产品材料消耗的降低，从而降低产品成本，其影响程度可用如下公式计算：（2）劳动生产率的变动对成本的影响。劳动生产率提高意味着单位产品所耗工时的减少，从而降低所负担的人工成本。但劳动生产的提高往往伴随着工资率的增长，从而使单位产品成本提高。因此，要计算劳动生产率增长对成本的影响，要看劳动生产率的增长速度是否快于工资率增长的速度。（3）产品质量的变动对成本的影响。在生产耗费水平不变的前提下，产品质量提高必然会降低单位产品成本。质量指标较多，包括合格品率、废品率、等级品率等。以合格品率为例说明其变动对成本的影响程度。产品技术经济分析的必要性人类的一切实践活动都是具有一定的目的性，会产生一定的效果，或者说是有用的效果。在所取得的效果中，和所消耗的对于活动记忆物质之间就可以和另一个比例之间存在的关系，我们通常把这个比例的关系经济效称作了对于一些产品的设计方案技术经济分析是必不可少的，通过对此系统的进一步完善的技术经济分析方法来对产品的实施方案开始了进行客观的分析，并且能够生产出来的物质也会更加符合市场的要求，使得产品的使用价值大大地增大同时创造了更好技术