【《某凸轮结构回转工作台其他零件的设计分析案例》5100字】

股票投资分析报告——伊力特（600197）某凸轮结构回转工作台其他零件的设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u5852某凸轮结构回转工作台其他零件的设计分析案例 1281271.1其他零部件的设计 155031.1.1减速机构的相关设计 1258791.1.2轴的校核 1321531.1.3传动机构的传动规律 5200021.1.4轴承的选用以及寿命计算 6160121.1.5联轴器的选用 10303831.1.6箱体的尺寸计算与设计 10255541.2仿真分析 121.1其他零部件的设计1.1.1减速机构的相关设计空间凸轮传动装置的减速器相对于常规的传统齿轮减速器，有如下优势：（1）具有高精度，传动稳定，减速效果好；（2）具有更大的支撑面和中心孔；（3）灵活的输出方式，不仅可以实现运动的传输，还可以实现工作台旋转；运用二维凸轮驱动，不仅可以保证驱动的稳定性，而且对称结构也可以保证结构的稳定性。1.1.2轴的校核在本课题中，有两种内轴：一种是传动轴，另一种为是心轴；传动轴的数量是四，因为它的对称结构是对称的，仅对其中的一半进行了分析，所以心轴的数量就是固定心轴的。传动轴在工作运行的过程中，可能会受到弯矩或扭矩的作用，但是心轴只会受到弯矩的作用，而不会受到扭矩的作用。轴的设计主要包括两个方面的内容，即对轴的结构设计和对轴的弯矩扭矩校核。轴的结构设计可以直接作用于机构的正常运转，轴的性能检查会对轴的使用寿命产生一定的影响。因此，在完成轴的设计后，应仔细检查轴的承载能力。（1）轴的材质：在轴材质的选取上，一般都是会选择符合使用条件和要求的碳钢或者合金钢。经过热处理后，45钢不仅具备较好的力学性能，而且还能更好的发挥轴的功能，再加上它的生产成本又在可接受的范围内，所以我们一般会选用45钢。（2）最小轴径的计算： （1.1）其中；把带入式（17）中，可求得的范围，取中间值得；传动轴一（轴Ⅱ）：=22mm传动轴二（轴Ⅲ）：=46mm传动轴三（轴Ⅳ）：=117mm由于轴承设计过程中并没有键，所以最小轴径即为上述3个数值。（3）对轴Ⅲ和轴Ⅱ的弯扭校核①对于轴Ⅱ的弯扭校核在对轴进行检验之前，应先对轴Ⅱ进行受力分析；如图5-1（最右侧滚子盘还有一个弯矩M）图1.1轴Ⅱ的受力分析接下来是对力的具体计算：首先计算水平面，根据合力为0以及弯矩和为0计算出力的大小；设最左端的点为A点， （1.2） （1.3）由式（18）和式（19）可求得水平面的作用力，如图1.2：图1.2水平面作用力延轴方向的变化接下来对垂直面受力分析，计算受力，计算过程同上，故此省略通过对轴受力的分析，得到了轴的水平面弯矩和垂直面弯矩，并画出了水平面弯矩图和垂直面弯矩。如下图所示：图1.3为（水平面的弯矩图），图1.4为（垂直面的弯矩图）图1.3水平面弯矩图图1.4垂直面弯矩图（）通过弯矩图可以计算出总弯矩 （1.4）带入图中的具体数据之后，计算得M=79491N·mm计算出总弯矩后，就可以完成轴的弯扭强度校核，使用以下公式： （1.5）式中：——轴的计算应力（MPa）M——轴所受的弯矩（N·mm）T——轴所受的扭矩（N·mm）W——轴的抗弯截面系数（）详细计算公式请参考机械设计教材——对称循环应变力时轴的许用弯曲应力（MPa）通过查阅表格所得，表格见机械设计教材表15-1；带入数据计算得=12.3<故符合弯扭强度要求；②对轴Ⅲ的弯扭校核同样是先绘制出轴Ⅲ的受力分析图，根据受力分析图，计算出水平面弯矩和垂直面弯矩图。下图1.5为轴Ⅲ的水平面受力图：图1.5轴Ⅲ的水平受力分析图之后作出弯矩图，如下图1.6图1.6轴Ⅲ的水平面弯矩图可得=1157683N·mm，之后按照校核轴Ⅱ的方式，绘制出垂直面的受力分析以及弯矩图后进行分析，如下图1.7为垂直平面的弯矩图：图1.7轴Ⅲ的垂直面弯矩图得到=1420690N·mm，将这两个参数带入式（20）以及式（21）可以得到M=1832646N·mm，而=14.20<，故满足弯扭强度条件。1.1.3传动机构的传动规律传动机构的输出要求要运动平稳、均匀，因此本节选用本匀速运动规律来对课题进行研究。这种运动法则表明，机构在运动时，它的速度是恒定不变的，它被广泛应用于低速和中等速度的负载下。1.1.4轴承的选用以及寿命计算在当今的机械设备中，轴承是一个十分关键的部件，它的重要功能是支撑转动机构，减少转动时的摩擦因数，确保转动的准确性。我国轴承行业的制造技术和工艺装备技术发展比较缓慢，数控加工率低，磨削自动化水平低。同时，先进的热处理技术与设备对轴承的使用寿命和安全有着十分关键的影响。如控制气氛保护加热、双重减薄、贝氏体淬火等，覆盖率较低，许多技术上的问题的没有得到关键性的发展。伴随着工业机械化生产水平的不断提升，中国的轴承行业也获得了突飞猛进的发展，轴承的品种也不断由少到多，产品的质量和生产技术水平也从低到高，行业规模由从小到大，已经形成了较为完整的产品类别和较为合理的生产布局。于此同时，轴承的尺寸和质量还有精度都在朝着更加好的方向发展。按照轴承的摩擦特性，可以将其划分两类。也就是：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）。空间凸轮传动装置的主动件圆柱凸轮两端的固定以及旋转，从动滚子盘的旋转和固定，以及回转工作台的重力都需要轴承来进行，而且整个回转工作台机构的载荷传递均依赖轴承来进行。因此，用于这种传动装置的轴承必须能经受承轴向和径向的压力。由于滑动轴承是根据其受力方向来进行分类的，它不能够同时经受轴向和径向的载荷压力，而滚动轴承既可以同时承受轴向和径向的压力，又具有较低的摩擦系数和较低的启动阻力。而且其已经标准化，易于选择、润滑和维护。这就是为什么这个课题选择滚动轴承的原因。滚动轴承是当今机床上应用最广泛的一种零件，它是由各主要零件间的滚动接触来支持整体工作的。轴承的使用寿命是指其在没有出现任何的损伤下，经过一定的载荷作用，运转的圈数或者是工作的小时数。而滚动轴承的使用寿命是指在某一旋转速度下工作的时间或者转动的圈数，在该使用寿命以内的轴承，其初始疲劳损坏（脱落或破坏）应在轴承圈或滚动体上进行。但是不管是在实验室还是在实际的操作中，都可以清楚的看到，在相同的工作环境下，有的轴承虽然外观相同，但是他们的实际寿命却有很大的区别。这是由于在轴承的生产过程中，不能保证生产轴承的材料和他的制造精度以及质量都是完全一样的。所以即使是同一批次相同型号和规格的轴承，在一模一样的工作环境中，他们的使用年限也会有存在各种差异，最长使用年限和最低使用年限可能会出现几倍甚至是几十倍的差距。在这个课题的凸轮传动机构中，我选则的是滚动轴承。滚动轴承种类繁多，但是在实际应用中，我们会经常选用圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、调心滚子轴承、深沟球轴承和角接触球轴承等滚动轴承，在这些滚动轴承中深沟球轴承是最具有代表性的。除了这些我们经常使用的滚动轴承以外，还有标准的滚动轴承其包括：双列深沟球轴承、双列角接触球轴承和各类组合轴承等。圆柱滚子轴承，如下图1.8。滚动体是圆柱滚子的向心滚动轴承。圆柱滚子轴承的内部结构采用的是滚子平行排列。滚子之间装有间隔保持器或者是隔离块，这样可以防止滚子的倾斜，以及滚子与滚子之间的相互摩擦，因此，可以有效地阻止转动力矩的增大。由于他的滚子与滚道呈现线性接触，再加上它能够承受径向负荷量大，同时也能承受比较大的载荷，所以说他具有承载能力高的特点。图1.8圆柱滚子轴承圆锥滚子轴承，如下图1.9。圆锥滚子轴承是一种分离轴承，属于分离型轴承，轴承的内、外圈均具有锥形滚道。圆锥滚子轴承是一种以承受径向的负荷为主，以承受轴向的负荷为辅的复合式滚动轴承。它的外圈滚道角度是其承载能力的主要因素，其角度越大承载能力越强。由于它的承载能力大，限制了它的转速，所以它的极限转速非常低，同时它的轴产生的轴向位移也会被限制。图1.9圆锥滚子轴承深沟球轴承的前身是单列向心球轴承，见下图1.10，是目前应用最多的一种滚动轴承。它具有低摩擦力，高旋转速度，使用范围广的优点。适用于承受径向载荷，径向和轴向共同载荷的机械装置，以及仅承受轴向载荷的机械。同时，其启动阻力小，结构简单，拆卸方便，更换维修简单以及造价低廉的好处。但是在使用的过程中要注意避免水和其他物质的侵入，同时还需要经常给其润滑，防止轴承内部的球型滚子受到磨损，对正常的运转进行干扰，同时轴承也不适合长期放置在空气中，因为其很有可能会被空气氧化腐蚀，造成损坏，使其使用寿命大大缩短。图1.10深沟球轴承在进行轴承实际寿命的计算时，应首先要确定它所工作的环境、机械类型、使用频率，使用情况，是否承受过大载荷以及使用条件，使用的安全性等。把它的寿命范围进行合理的估算，通过查看与其相关的资料，本课题计算出的设计凸轮减速机构的预计寿命范围是h，轴承的具体寿命可以通过下面的计算公式计算得出： （1.6） 式中：——为计算出的轴承实际使用寿命（h——小时）——为轴承的转速（单位为）——轴承受到的载荷（N）——基本额定动载荷（单位为N)——为指数。对于球轴承，；对于滚子轴承，。当量动载荷(或)的一般计算公式为： （1.7）X为径向动载荷系数，Y为轴向动载荷系数，其值见机械设计表13-5，它们的具体数值根据所选用的轴承型号来进行确定。在上文中轴的计算里面，已经计算了一部分轴的轴向力和径向力。（1）计算轴Ⅱ所用轴承的寿命：按照机械设计书中表13-5，可知，，用线性插值法求得，根据判断系数，可求得轴向力N，计算可得出N。根据查表可得出基本额定动载荷为18.5KN，将数据代入上式（1.6）中，通过计算得出，轴Ⅱ选用的深沟球轴承的寿命是27551h。实际计算结果对比预计使用寿命范围，可以得出，轴Ⅱ所选用的深沟球轴承满足要求。（2）计算轴Ⅲ所用轴承的寿命：按照机械设计书中表13-5，可知，，用线性插值法求得；根据判断系数，可求得轴向力N，计算可得出N。根据查表可得出基本额定动载荷为KN，将数据代入上式（1.6）中，通过计算得出，轴Ⅲ所用的深沟球轴承的寿命为39472h。实际计算结果与预计使用寿命范围进行对比，可以得出，轴Ⅲ所选用的深沟球轴承满足要求。1.1.5联轴器的选用选用适当的联轴器需要应考虑下列的几个方面的问题:1)所需要传导的扭矩大小和特性以及它在起到缓冲阻尼作用时需要满足的条件。2)联轴器运作时需要的旋转速度的高低以及它所引起的离心力的大小。需要用于高速运转时，应该选取平衡精度较高的联轴器。3）两个轴线的相对位移幅度和方向。两个轴线的轴向相对位移过大时，这时，就要选用强度过高的联轴器，如挠性联轴器，如果两个轴线的径向位移过大时，就得使用滑块联轴器。4）联轴器的安全性以及他的工作环境。5）联轴器的制造、安装、维修以及成本费用等。要在保证其工作性能的前提条件下，选用安装便捷、维修简单和利用率高、成本低廉的联轴器。特定的机构工作环境，电动机的工作速度和其转矩大小等因素都与联轴器的选用有着非常大的联系。这些因素对于联轴器的选用有着直接的或者间接的影响，在选取联轴器时，要选择具有惯性小和减震性能好的联轴器，大部分采用弹性元件的柔性联轴器，大多数都会选取像弹性柱销联轴器或尼龙柱销联轴器这样具有弹性元件的挠性联轴器。依照之前计算好的结国，转矩为,转速为，因此在电动机轴与传动轴之间应选用JMⅠ3型联轴器（JB/T9417-1999）。1.1.6箱体的尺寸计算与设计空间凸轮传动的二级回转工作台的箱体用于对轴系部件进行紧固，保证传动精度，润滑，密封等。机构的外部箱体主要是由铸铁制成，在小型生产或者小批量生产中也可以使用钢板进行焊接。机构的外部箱体可以分成两个部分，一部分是分割的，一部分是一块整体的。其中，剖分式大多都是在轴线的中心所处的水平面上进行来进行分割。由于，整体式加工部分操作少，总体重量也较轻，但是组装起来比较复杂。本课题采用整体式箱体，如图1.11：1.11箱体示意图完成箱体的设计之后，接下来是箱盖的设计，因为箱盖之上会放置回转工作台，箱盖应能保证轴与工作台的相连接，如图1.12：图1.12箱盖示意图完成了主要零部件的绘制之后，将其进行装配滚子盘与轴以同心圆的配合固定，滚子与滚子盘用同心，重合等配合方式完成配合；滚子和凸轮采用路径配合或相切配合完成的整体装配，如图1.13；图1.13三维建模示意图在三维模型建立完毕之后，要对机械结构的整体进行全面的检查，观察看机构整体是否存在干涉现象。如果自己无法用肉眼观察出来是否存在干涉现象，那么可以在三维模型建立界面中，上方工具栏中有一项“评估”选择“干涉检查”，只要点击一下“干涉检查”，在界面左侧就会弹出一个具体检查情况的对话框；经检查，确定没有出现干涉现象，如下图1.14：图1.14干涉检查的对话栏1.2仿真分析在进行本机构的仿真时所使用的软件仍然是SW，在上文，已经