說明書正文數(shù)控加工中心的自動(dòng)換刀裝置.doc

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第一章 緒 論 本設(shè)計(jì)是帶行星輪傳動(dòng)與定位裝置的刀架轉(zhuǎn)臺(tái)，用來支承刀架板上許多刀具之一進(jìn)入操作位置。本設(shè)計(jì)涉及采用電機(jī)機(jī)械操作之高速車床所用刀架。在對(duì)大量工件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，需要按照預(yù)定的和自動(dòng)控制的周期對(duì)同一工件順序的使用若干刀具。此外，機(jī)械加工中的一項(xiàng)基本要求就是速度，是要減少從一種刀具加工完畢至下一種刀具開始加工之間，轉(zhuǎn)臺(tái)使新的刀具轉(zhuǎn)至相應(yīng)操作位置的全部動(dòng)作所需的空載時(shí)間。 為此目的，我們?cè)O(shè)計(jì)此轉(zhuǎn)塔刀架，轉(zhuǎn)塔上有許多中刀具，它們能根據(jù)需要進(jìn)入操作位置，并在電子裝置控制下，對(duì)工件進(jìn)行所需要的機(jī)械加工。轉(zhuǎn)臺(tái)從某一操作位置上脫開，必須沿最短路程按不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直至新的刀具進(jìn)入操作位置上才停止轉(zhuǎn)動(dòng)并回到鎖緊狀態(tài)。 在通常已知的情況下，以上操作是靠機(jī)械裝置進(jìn)行的。后者將一轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)傳遞給刀架板，同時(shí)控制這鎖定與松開的裝置動(dòng)作，其中采用了結(jié)構(gòu)特別和價(jià)格昂貴的構(gòu)件。 本產(chǎn)品是高性能機(jī)床的附件，是數(shù)控車削中中心的必備附件，而且特別適宜于全功能數(shù)控車窗，也是該機(jī)床的核心部分。可多刀夾持，雙向轉(zhuǎn)位和任意到位就近換刀，以實(shí)現(xiàn)加工程序的自動(dòng)化，高效化。 TOER系列數(shù)控刀架是高級(jí)系列數(shù)控車床和車削中心的核心配件，可保證零件通過一次裝架自動(dòng)完成車，銑，鉆，鉸，鏜，攻螺紋和曲面加工等加工程序。其特點(diǎn)為： 1. 結(jié)構(gòu)緊湊，定位精度高。 2. 轉(zhuǎn)位時(shí)間短。 3. 可雙向轉(zhuǎn)位和任意到位就近換刀。 4. 適應(yīng)與各種數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)接，接口簡(jiǎn)單。 5. 刀具回轉(zhuǎn)傳動(dòng)鏈不妨礙元件動(dòng)作軸向尺寸。 6. 高剛性，高可靠性。 7. 可承受大切削力矩。 8. 大扭矩伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)式轉(zhuǎn)為平穩(wěn)可靠。 9. 伺服電機(jī)有頂裝和側(cè)裝兩種安裝方式。 它采用多齒盤作為分度定位元件，分度工位由二進(jìn)制絕對(duì)編碼識(shí)別，刀架轉(zhuǎn)位與鎖緊由接近開關(guān)發(fā)出信號(hào)，接近開關(guān)與編碼器均可直接與PLC（可編程程序控制器）聯(lián)接；刀架分度為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)內(nèi)部自帶制動(dòng)機(jī)構(gòu)，故具有定位精度高，動(dòng)作迅速，穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好，應(yīng)用范圍廣，維修方便等特點(diǎn)，是當(dāng)代具有國際先進(jìn)水平的高性能產(chǎn)品。 縱觀轉(zhuǎn)塔刀架發(fā)展?fàn)顩r： 1. 螺母升降臺(tái)：零件多，加力可靠，精度較好，比某些簡(jiǎn)易型成本高，難度更大; 2. 十字槽輪刀架轉(zhuǎn)塔：體積大，零件多，目前使用較少； 3. 電磁式：目前已能應(yīng)用，但多一套電路，并要有斷電保護(hù)； 4. 液壓擺動(dòng)油缸：轉(zhuǎn)位可靠，力量可以再加大，但液壓件難制造，還多一套液壓系統(tǒng)，有泄油及發(fā)熱現(xiàn)象； 5. 行星傳動(dòng)與普通齒輪傳動(dòng)比較具有重量輕，體積小，傳動(dòng)比大及效力高等優(yōu)點(diǎn)，單結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造比較困難。行星減速器的重量僅為普通減速器的1/2-1/6。 本設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)塔刀架具有可靠的結(jié)構(gòu)，并能減少有關(guān)機(jī)械部件的數(shù)量。它有一個(gè)固定件，用以支承一旋轉(zhuǎn)件，在旋轉(zhuǎn)件上可安裝一個(gè)用來支承許多刀具的刀架板，轉(zhuǎn)動(dòng)此旋轉(zhuǎn)件能使每個(gè)刀具到達(dá)操作位置，此外還配有一個(gè)傳動(dòng)馬達(dá)，轉(zhuǎn)塔刀架的特點(diǎn)：此馬達(dá)連接到一具有三部件的齒輪差速傳動(dòng)裝置上，其中的第一部件稱作驅(qū)動(dòng)件，它與此馬達(dá)相連，一方面控制著轉(zhuǎn)塔的開關(guān)，另外一方面控制著旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)；差動(dòng)裝置的第三個(gè)部件則通過一環(huán)形體傳動(dòng)裝置連接至一鎖定不轉(zhuǎn)而殼沿軸向移動(dòng)的部件，用以結(jié)合上述鎖定件與旋轉(zhuǎn)件，這兩個(gè)部件中之一備有旋轉(zhuǎn)鎖定裝置，并可由差動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，而將運(yùn)動(dòng)傳給另一部件以及與其有關(guān)的部件，用來順序控制鎖緊件與旋轉(zhuǎn)件的重新接合，同時(shí)還設(shè)有與軸向移動(dòng)且鎖定不動(dòng)的部件相關(guān)聯(lián)的動(dòng)作機(jī)構(gòu)，用來將運(yùn)動(dòng)傳給處在操作位置上的旋轉(zhuǎn)刀具的裝置。近幾年來，數(shù)控車床加工中心逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的車，銑，刨，鏜類機(jī)床，特別是柔性加工單元FMU已成為展覽會(huì)上的主體，還有各種類型的柔性制造系統(tǒng)FMS不斷涌現(xiàn)，因此轉(zhuǎn)塔刀架相應(yīng)地產(chǎn)生了許多類型，適應(yīng)現(xiàn)代加工技術(shù)水平的不斷發(fā)展。刀架可分為：立式、臥式、抬起式、不抬起式，又可分為：四方式、轉(zhuǎn)塔式。立式四方刀架一般電機(jī)右置，轉(zhuǎn)塔式刀架一般電機(jī)上置。由于立式刀架工位少、便宜，目前國內(nèi)使用較多，由于數(shù)控機(jī)床具有可變性大、工藝范圍廣、改變加工品種靈活、效率高等特點(diǎn)，越來越被用戶所認(rèn)識(shí)。因此轉(zhuǎn)塔刀架也向多品種、多功能、高效化發(fā)展。 第二章 方案論證 --------------數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架工作原理 2.1 十字槽輪轉(zhuǎn)塔刀架工作原理 十字槽輪轉(zhuǎn)塔刀架工作原理是利用槽輪原理轉(zhuǎn)位及鎖定（加定位銷）的，銷釘每轉(zhuǎn)一周刀架轉(zhuǎn)90度（也可使銷釘轉(zhuǎn)一周刀架轉(zhuǎn)60度，即設(shè)計(jì)成大工位轉(zhuǎn)塔刀架）。 2.2 凸臺(tái)棘爪式轉(zhuǎn)塔刀架工作原理 凸臺(tái)棘爪式轉(zhuǎn)塔刀架工作原理：該機(jī)構(gòu)有兩個(gè)凸臺(tái)1和2，蝸輪帶動(dòng)凸臺(tái)2相對(duì)于凸臺(tái)1轉(zhuǎn)動(dòng)，使其上下兩個(gè)齒盤分離、繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而棘輪機(jī)構(gòu)推動(dòng)刀架轉(zhuǎn)90度，然后利用接觸式開關(guān)或霍爾元件發(fā)出電機(jī)反轉(zhuǎn)信號(hào)，從新鎖緊刀架。 2.3電磁式轉(zhuǎn)塔刀架 電磁式轉(zhuǎn)塔刀架是利用一個(gè)有1000kgf左右拉緊力的線圈使刀架定位鎖緊，液壓擺動(dòng)油缸也有一個(gè)產(chǎn)生向下拉緊力的銷油缸，它也可以產(chǎn)生1000kgf以上的拉緊力。 2.4立式四方刀架工作原理 立式四方刀架（螺母升降轉(zhuǎn)位）工作原理：當(dāng)微機(jī)控制程序發(fā)出信號(hào)，通過放大線路驅(qū)動(dòng)繼電器使電機(jī)旋轉(zhuǎn)（正轉(zhuǎn)），通過減速機(jī)構(gòu)和螺母升降機(jī)構(gòu)將上刀體升起一定位置后，離合轉(zhuǎn)盤起作用，帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn)到所選刀位，刀位發(fā)訊盤發(fā)出信號(hào)，刀架控制器（繼電器）使電機(jī)反轉(zhuǎn)，通過反靠電機(jī)機(jī)構(gòu)使刀體下降，鼠牙盤嚙合，完成精定位，并通過蝸桿、鎖緊蝸輪，使刀架固緊，當(dāng)夾緊力達(dá)到預(yù)先調(diào)好的狀態(tài)后，過留繼電器動(dòng)作，切斷電流、電機(jī)停轉(zhuǎn)，并向微機(jī)發(fā)出換刀答復(fù)信號(hào)，加工開始執(zhí)行，刀架動(dòng)作順序?yàn)椋? 電機(jī)——減速機(jī)構(gòu)——升降機(jī)構(gòu)——上刀體上升轉(zhuǎn)位——信號(hào)符合——粗定位機(jī)構(gòu)——上刀體下降——精定為機(jī)構(gòu)——刀體鎖緊——電機(jī)停轉(zhuǎn)——換刀答復(fù)信號(hào)——加工順序執(zhí)行。其中主要是雙插銷機(jī)構(gòu)，重復(fù)定位精度≤0.005mm，工作可靠性≥3000次，換刀時(shí)間：90：3秒～3.5秒；180：3.5秒～4秒；270：4秒～4.5秒。 2.5 行星輪不抬起自動(dòng)刀架工作原理 行星輪不抬起自動(dòng)刀架工作原理：其中的馬達(dá)通過行星齒輪減速后帶動(dòng)一帶有滾柱的環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，后者通過鎖定環(huán)的凸輪開口使鎖定環(huán)本身作軸向移動(dòng)，而鎖定環(huán)是與刀架一起轉(zhuǎn)動(dòng)的，因此使刀架板松開，此連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的帶滾柱的環(huán)通過與這些滾柱結(jié)合的相應(yīng)形狀的凹坑驅(qū)動(dòng)刀架板；當(dāng)?shù)竭_(dá)了所需位置且刀架板停轉(zhuǎn)時(shí)，該馬達(dá)即反轉(zhuǎn)而通過前述的凸輪開口使鎖定環(huán)返回刀鎖定位置。 工作結(jié)構(gòu)：在外支承體內(nèi)有一傳動(dòng)馬達(dá)，此馬達(dá)通過一級(jí)減速器減速，其中大齒輪通過銷釘與行星輪架作剛性連接，行星輪架沿周邊配置三個(gè)行星輪均布，將轉(zhuǎn)動(dòng)傳給行星輪架，后者又通過一滾針軸承可繞角度變位齒輪筒形部分轉(zhuǎn)動(dòng)，此齒輪借助于鍵與主軸剛性連接而旋轉(zhuǎn)，行星齒輪與帶滾柱環(huán)行體（高變位）齒輪嚙合，此齒輪與主軸共軸線且可繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。由行星齒輪和角度變位齒輪共同構(gòu)成一種行星差動(dòng)裝置，其中傳給行星齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)兩個(gè)齒輪中一個(gè)靜止時(shí)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就能傳遞給兩個(gè)齒輪中的一個(gè)。角度變位齒輪使連接有關(guān)刀架板的圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣使預(yù)選刀具進(jìn)入操作位置。 高度變位齒輪軸向承載在角度變位齒輪上中間夾有止推軸承，而角度變位齒輪有抵壓在止環(huán)上，中間介有一碟形彈簧，止環(huán)通過螺紋與主軸剛性連接。主軸前端部加寬部分在其外圈上有一圈徑向缺口，它們的個(gè)數(shù)與轉(zhuǎn)臺(tái)位置停止個(gè)數(shù)一致，預(yù)定位盤上對(duì)著這些缺口位置設(shè)有可插入缺口中的徑向制動(dòng)銷，對(duì)著制動(dòng)銷的外面作滾動(dòng)。預(yù)定位盤上還配有帶彈簧緩沖墊的減震部件，是為了減輕因制動(dòng)銷插入與預(yù)選刀具相關(guān)的缺口而引起撞擊，借助于彈性件之變形，在兩個(gè)方向上減少?zèng)_擊。由于上述減震部件是設(shè)置在預(yù)定位盤上有最大直徑的部位，就能借助相應(yīng)彈性件的變形而有效的減震，這種變形在轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍內(nèi)，齒盤兩相鄰齒間距離，就足以將有限的止動(dòng)作用傳遞給相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。 刀架動(dòng)作順序：當(dāng)微機(jī)程序發(fā)出換刀信號(hào)，通過編碼器使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)與小齒輪一起使大齒輪與行星輪架轉(zhuǎn)動(dòng)。由于在初始狀態(tài)下變位齒輪與主軸連在一起轉(zhuǎn)動(dòng)。而滾柱在高度變位齒輪凸輪輪廓上以特別可靠的方式來進(jìn)行轉(zhuǎn)臺(tái)的松開，定齒盤則在壓縮彈簧作用下，壓向滾柱。當(dāng)三個(gè)多齒盤嚙合時(shí)，變位齒輪鎖定，另一變位齒輪與剛性連接的主軸、轉(zhuǎn)動(dòng)齒盤轉(zhuǎn)動(dòng)，刀架板轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣始于選刀具進(jìn)入操作位置。當(dāng)編碼器探測(cè)的結(jié)果表明已經(jīng)到達(dá)操作位置時(shí)，致動(dòng)器即操縱鎖定螺栓向前進(jìn)給，后者即插入加寬部分的凹槽中，同時(shí)停止與加寬部分剛性連接的圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)；接著傳感器探測(cè)出鎖定螺栓完成的前向進(jìn)給，而使馬達(dá)停轉(zhuǎn)。然后電機(jī)反轉(zhuǎn)，將滾柱帶回到各個(gè)滾柱相關(guān)的兩溝槽之間的居中位置上，由此使代有齒圈的環(huán)頂著彈簧，壓向兩個(gè)齒圈、使三個(gè)多齒盤嚙合并連接在一起。當(dāng)滾柱來到凸輪輪廓的表面上時(shí)，近程傳感器探測(cè)出凸起的出現(xiàn)而使馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。完成換刀過程并繼續(xù)加工。滾柱工作原理如下圖所示： 圖2-1轉(zhuǎn)臺(tái)鎖定件操作圖，處于鎖定位置 圖2-2轉(zhuǎn)臺(tái)鎖定件操作圖，處于松開位置 變位齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將滾柱帶到與其相對(duì)應(yīng)的凹槽上，上面沒有溝槽的定位盤在彈簧作用下沿F方向作軸向進(jìn)給，滾柱插入槽中，變位齒輪凸爪卡在定位盤邊沿，變位齒輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，完成松開動(dòng)作，如圖2-2所示。鎖定時(shí)，變位齒輪反轉(zhuǎn)，把滾柱帶到中間位置，定位盤后退，三齒盤嚙合，如圖2-1所示。 第三章 技術(shù)數(shù)據(jù) 3.1 刀架的選擇（SELECTION OF TURRRET） 切削速度（With cutting speed）：Vt=200m/min 對(duì)于不同的切削速度（For different cutting speeds）：Px=PVtx/Vt200（KW） 鋼材的抗拉強(qiáng)度極限（Material steel with ultimate tensile strength）：R=66kg/ 剪切載荷（Tearing load）：Ks=220kg/ 對(duì)于不同的材料（For other material）： Ax（）=A220/Ksx 3.2 數(shù)據(jù)Data 機(jī)床功率（Power of the machine）： P=50kw 切削量（Section of the chip）：A=8 從刀具到主軸的距離（Distance of the tool form the axis of the turret）： a=300mm 切削速度（Cutting speed）：Vt=200/min 剪切力（Tearing force）：Ks=220kg/ 3.3技術(shù)參數(shù) 表 3-1 技術(shù)參數(shù) 型號(hào) TOER250 1 中心高（mm） 125 2 工位數(shù)（個(gè)） 8 3 動(dòng)力工具工位數(shù)（個(gè)） 6 4 最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg㎡） 7.50 4.50 5 30轉(zhuǎn)位并剎緊時(shí)間（s） 0.95 0.80 6 30轉(zhuǎn)為時(shí)間（s） 0.32 0.27 7 45轉(zhuǎn)位并剎緊時(shí)間（s） 1.10 0.95 8 45轉(zhuǎn)位時(shí)間（s） 0.47 0.40 9 180轉(zhuǎn)位并剎緊時(shí)間（s） 2.50 2.15 10 最大不平衡力矩（Nm） 60 11 分度頻數(shù)（n/h） 750 12 動(dòng)力輸出速比 0.830 13 定位分度精度 6″ 14 重復(fù)定位精度 2″ 15 凈重（kg） 60 16 最大切削力矩（Nm） 6900 17 壓力方向的最大傾覆力矩（Nm） 11000 18 抬起方向的最大傾覆力矩（Nm） 4600 19 分度啟動(dòng)功率 1.6 3.4信號(hào)波形圖：（見圖紙） 其中：A—編碼器 B—預(yù)分度接近開關(guān) C—鎖緊接近開關(guān) D—預(yù)分度 E—?jiǎng)x緊裝置 F—伺服電機(jī) 2--第一位 -- 第二位 --第三位 --第四位 =50ms =200ms 允許延遲為60ms 工作過程如下：松開—轉(zhuǎn)位—夾緊 1. 受到啟動(dòng)信號(hào)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，剎車松開。 2. 鎖緊齒輪正轉(zhuǎn)，移動(dòng)齒盤移動(dòng)松開定位裝置，齒輪轉(zhuǎn)到停止面擋住凸起，此時(shí)，移動(dòng)齒盤與轉(zhuǎn)動(dòng)齒盤和定齒盤完全松開。 3. 鎖緊開關(guān)發(fā)出放松信號(hào)。 4. 電機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)位齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，開始轉(zhuǎn)位。 5. 轉(zhuǎn)位到位（編碼器信號(hào)和轉(zhuǎn)位信號(hào)相同）后發(fā)出選通信號(hào)，使電磁鐵動(dòng)作，開始預(yù)定位。 6. 電磁鐵吸合，轉(zhuǎn)位齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)等候制動(dòng)銷對(duì)準(zhǔn)定位槽。 7. 分度到位，預(yù)定位開關(guān)發(fā)出信號(hào)，使電機(jī)停轉(zhuǎn)，延時(shí)后，電機(jī)反轉(zhuǎn)。 8. 制動(dòng)銷插入與定位盤。 9. 電機(jī)反轉(zhuǎn)，鎖緊齒輪反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鎖緊動(dòng)作，移動(dòng)齒盤合上。 10. 鎖緊后，發(fā)出鎖緊信號(hào)，使電機(jī)停轉(zhuǎn)，并接通剎車。 11. 延時(shí)200ms后，電磁鐵斷電，制動(dòng)銷退出扥度盤，同時(shí)，時(shí)預(yù)定位開關(guān)復(fù)位。 3.5元件分類詳細(xì)說明（Eletrical Component specification） a. 編碼器：OBC型，10MHz，24V直流電；脈沖發(fā)生器用對(duì)應(yīng)的選通脈沖控制產(chǎn)生二進(jìn)制編碼，嚴(yán)禁極性反向和輸出短路。Encoder type OBC 10MHz 24 Volts DC ；PNP outputs in binary code with parity and strbe control ，F(xiàn)ully protected against polarity inversions and output shprt-dircuits。 b.預(yù)分度接近開關(guān)：24直流電，無輸出功率，直徑12mm，嚴(yán)禁輸出短路。Poximity 24 VOC: PNP-NO outputs，diamer 12mm，protected against output short-circuits。 c.預(yù)分度電磁鐵：24V直流電，60瓦，電偶極子：50%。Electromagnet：24 VDC 60 Watt ED5O% d.剎緊裝置：24V直流電，15瓦。Brake：24VDC,15 Watt。 第四章 主要參數(shù) 4.1電機(jī)的選擇 A．轉(zhuǎn)位用伺服電機(jī)： 由于本設(shè)計(jì)為數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì)，需要實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，所以應(yīng)用伺服電機(jī)。根據(jù)功率要求P≈0.5kw，選用專用伺服電機(jī)SJ-11A型。參數(shù)如下表： 表 4-1 電機(jī)參數(shù) 電機(jī)型號(hào) 速度 連續(xù)轉(zhuǎn)矩 [kgfm] [kgfm] 重量 [kg] 徑向負(fù)荷 [kg] 噪音 [Db] 基底速度 （rpm） 最高速度 （rpm） SJ-11A 1500 6000 4.87 0.17 100 300 75 ∵=Tn=4.87=764.98（w）＞0.5kw ∴滿足要求。 B. 加工用三相電機(jī)： 由于本設(shè)計(jì)為數(shù)控轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架的設(shè)計(jì)，尺寸受安裝的限制，因此受用驅(qū)動(dòng)用微型三相異步電機(jī)y280s-2.去掉后蓋、風(fēng)扇、前殼，用電機(jī)側(cè)裝、內(nèi)六角螺釘固定，以減小刀架尺寸。參數(shù)如下表： 表 4-2 三相電機(jī)參數(shù) 電機(jī) 型號(hào) 功率 KW 滿載時(shí) 堵轉(zhuǎn)電流 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 電流 轉(zhuǎn)速 效率 功率因數(shù) 額定電流 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 Y280-s 75 140.1 2970 91.4 0.89 7.0 2.0 2.0 因?yàn)椋?0kw 4.2減速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 4.2.1齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比確定： 由于刀架轉(zhuǎn)位30時(shí)間為0.27～0.32S，轉(zhuǎn)位45時(shí)間為0.40～0.47S?？扇〉都苻D(zhuǎn)位30時(shí)間為0.30S，轉(zhuǎn)位45時(shí)間為0.45S。 ∴刀架轉(zhuǎn)速為 (4-1) ∴rad/s 4.2.2減速器齒輪計(jì)算： 根據(jù)圓柱齒輪一級(jí)減速器傳動(dòng)比為3～6，且＞17，則取小齒輪齒數(shù)=20，大齒輪=80，故一級(jí)減速器齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比i。 大小齒輪幾何尺寸計(jì)算如下： 模數(shù)m=2，壓力角ɑ=20 分度圓直徑： 齒頂高： 齒根高： 齒全高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 基圓直徑： 周節(jié)齒距： p=3.14m=6.28㎜ 基圓齒距： 齒厚： 齒槽寬： 中心距： 頂隙： 齒寬系數(shù)： 4.2.3材料選擇及熱處理： 減速齒輪材料選擇以不太貴重和易于加工為宜，由于本設(shè)計(jì)中載荷不大，沖擊較小可選用大齒輪為45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理至HB217～255.又由于傳動(dòng)比不大于2而小于8，小齒輪硬度應(yīng)比大齒輪硬度高40HBS。所以小齒輪選用40Cr，調(diào)質(zhì)至HB241～286.一般機(jī)床傳動(dòng)中齒輪精度等級(jí)選用7級(jí)精度。 4.2.4齒輪強(qiáng)度校核： 轉(zhuǎn)矩： (4-2) (a) 按齒面接觸強(qiáng)度校核： 對(duì)于直齒圓柱齒輪，應(yīng)以小齒輪材料所決定的許用接觸力應(yīng)為準(zhǔn)。對(duì)于40Cr，調(diào)質(zhì)后為HBS241～286，取HBS250，查表取較低極限應(yīng)力值，取安全系數(shù)s=1.0。材料的彈性影響系數(shù)，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為： 所以接觸疲勞壽命系數(shù) 故： 試選載荷系數(shù)， 傳動(dòng)比i=3.95 d=40滿足要求。 （b）按齒根彎曲強(qiáng)度校核： 查表取齒形系數(shù)：。 對(duì)小齒輪平均取HB=260, 大齒輪HB=235。 彎曲疲勞極限應(yīng)力為：, 彎曲疲勞壽命系數(shù)：,。 。七級(jí)精度 ∴動(dòng)載荷系數(shù)： 查表得：,使用系數(shù)。 。 故：載荷系數(shù)。 ∴ 其中K=1.25,,，,, ∴ m=2滿足要求。 4.3變位齒輪傳動(dòng)原理 4.3.1變位的目的： 標(biāo)準(zhǔn)齒輪具有互換性號(hào)、設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但也存在許多不足之處，主要有： （a） 受根切的限制，通常不宜采用的齒輪。因此，在一定條件下限制了齒輪機(jī)構(gòu)的尺寸和重量的減少。 （b） 小齒輪的強(qiáng)度比大齒輪低，而磨損有較大齒輪嚴(yán)重，小齒輪易損壞，因此限制了齒輪機(jī)構(gòu)承載能力和壽命的提高。 （c） 受標(biāo)準(zhǔn)安裝的限制，不適用于實(shí)際中心距a′和標(biāo)準(zhǔn)中心距a不等的場(chǎng)合。如外嚙合時(shí)，若a′＜a，則無法安裝；若a′＞a雖能安裝，但重合度減小，而且又出現(xiàn)過大的側(cè)隙，影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性。 由于上述缺點(diǎn)，需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪進(jìn)行變位修正。由于本設(shè)計(jì)中兩個(gè)齒輪同時(shí)與行星輪嚙合，齒數(shù)不同，中心距不同，所以要用變位齒輪。 4.3.2變位齒輪與標(biāo)準(zhǔn)齒輪的區(qū)別： （a）模數(shù)、分度圓壓力角、分度圓直徑和基圓直徑與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相同。 （b）齒廓仍是原基圓的漸開線，但選取部位不同，正變位時(shí)齒廓平均曲率半徑增大，負(fù)變位時(shí)齒廓平均曲率半徑減少。 （c）分度圓上的齒盤不等于齒間，齒頂厚和齒根厚也相應(yīng)變化。 （d）正變位時(shí)，齒頂圓直徑和齒根圓直徑增大，負(fù)變位時(shí)，齒頂圓直徑和齒根圓直徑都減小。 4.3.3高度變位齒輪： 行星輪系數(shù)和大齒輪變位系數(shù)絕對(duì)值相等，符號(hào)相反，即，變位數(shù) 之和。兩齒輪嚙合時(shí)，中心距與未變位時(shí)的中心距相同，因而嚙合線和節(jié)都不 改變；嚙合角等于分度圓壓力角；兩分度圓仍相切，節(jié)圓和分度圓重合，齒輪的全齒 高不變。 4.3.4變位齒輪的特點(diǎn)： （a）齒厚：正變位齒輪的齒厚為：。若為負(fù)變位，則前 式中的x為負(fù)值。與標(biāo)準(zhǔn)齒輪比較，正變位時(shí)，齒厚增大；負(fù)變位時(shí)，齒厚減小。對(duì)防止齒頂變尖或齒頂過厚過薄，一般建議 。 （b）齒頂高和齒根高：正變位齒輪的齒根高比相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)齒輪減小了，即： 負(fù)變位時(shí)情況相反，齒根高比標(biāo)準(zhǔn)齒輪增進(jìn)了。因此，正變位齒輪 的齒根圓半徑為： 其相應(yīng)的齒頂高為： 負(fù)變位時(shí)，其齒頂圓半徑為： 4.4行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì) 圖4-1 行星輪傳動(dòng)示意圖 其中：1——刀盤主軸 2——行星輪 3——電機(jī) 4——轉(zhuǎn)臂齒輪 5——轉(zhuǎn)位傳動(dòng)齒輪 6——滾輪架傳動(dòng)齒輪 4.4.1行星輪系計(jì)算： 電機(jī)轉(zhuǎn)速為為3000r/min，即311.02rad/s。刀架轉(zhuǎn)速為10745rad/s，一級(jí)齒輪減速器傳動(dòng)比為4，則行星輪的傳動(dòng)比為： （4-3） 又∵ 對(duì)于少齒差行星輪系傳動(dòng)可取,所以 （a） 對(duì)于行星齒輪取m=2，當(dāng)m=2.5時(shí)尺寸太大。齒數(shù)取Z=20。采用正變位，變位系數(shù)可取△y=0，行星輪幾何參數(shù)計(jì)算如下： 分度圓半徑： 齒頂圓半徑： 齒根圓半徑： 齒頂高： 齒根高： 齒全高： 嚙合角： 周節(jié)齒距： 齒槽寬： （b） 滾輪架傳動(dòng)齒輪6的幾何參數(shù)如下： 模數(shù)，齒數(shù)Z=44，變位系數(shù) 。 實(shí)際中心距： 根據(jù)，可得y=0 齒高變動(dòng)系數(shù)： 分度圓半徑： 齒頂圓半徑： 齒根圓半徑： 齒頂高： 齒根高： 齒全高： （c） 轉(zhuǎn)位齒輪5的幾何參數(shù)計(jì)算： 模數(shù)，齒數(shù)。 ∵給定中心距，而 ∴ 故： 又∵ 解得：= 根據(jù) 轉(zhuǎn)位齒輪5的幾何參數(shù)如下： 模數(shù)m=2, 齒數(shù)=43，變位系數(shù)=0.283318 分度圓半徑： 齒頂圓半徑： 齒根圓半徑： 齒頂高： 齒全高： 齒高變動(dòng)系數(shù)： 根據(jù)傳動(dòng)速度： ∴以上齒輪均選用7級(jí)精度即可。 4.5多齒盤分度定位裝置設(shè)計(jì) 4.5.1工作原理與特點(diǎn)： 多齒盤（熟稱鼠牙盤）分度定位裝置由兩個(gè)齒數(shù)相同的端面齒盤對(duì)合而成。通常， 一個(gè)齒盤固定不動(dòng)，另一個(gè)齒盤與分度回轉(zhuǎn)部件固連。分度時(shí)，動(dòng)齒盤抬起，與定位盤 脫開，然后轉(zhuǎn)位。當(dāng)轉(zhuǎn)至要求位置后，動(dòng)齒盤落下與定位盤嚙合并壓緊。其轉(zhuǎn)位可用 手動(dòng)、液動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)等機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，定位夾緊可用螺栓、凸輪、液壓、氣動(dòng)等機(jī)構(gòu) 完成。多齒盤裝置可自動(dòng)定心并獲得很高的定位精度（通?？蛇_(dá)3″），且定位精度 不受軸承間隙和正、反轉(zhuǎn)、齒面磨損等因素的影響；承載能力強(qiáng)，剛性好；齒數(shù)的所 有因數(shù)都可作為分度定位工位數(shù)，且容易得到不等分分度。 4.5.2設(shè)計(jì)計(jì)算： 本設(shè)計(jì)中多齒盤時(shí)三個(gè)多齒盤嚙合，它們的齒數(shù)和齒形相同，只是兩個(gè)多齒盤童心套在一起，相當(dāng)于一個(gè)多齒盤，同另一個(gè)多齒盤嚙合。 設(shè)計(jì)多齒盤裝置的主要依據(jù)時(shí)分度工位數(shù)、定位精度、結(jié)構(gòu)位置大小和工作載荷。轉(zhuǎn)化到多齒盤的工作載荷（如圖）有扭矩Mn、傾覆力Mr、軸向力Fo、徑向力Fr。 圖4-2 多齒盤原理 （1） 結(jié)構(gòu)參數(shù) 多齒盤的結(jié)構(gòu)參數(shù)有齒形角、齒數(shù)、齒盤直徑、模數(shù)、齒根槽寬和槽深。 （ａ）齒形角 當(dāng)槽數(shù)面間隙EF一定時(shí)，齒形角越小，EG越小，即定位精度 越高。但過小會(huì)削弱齒部剛性。通常取=、。 （ｂ）齒數(shù)Z 齒數(shù)應(yīng)是分度工位的倍數(shù)，或所有需要的工位數(shù)的最小公倍數(shù)。齒數(shù)數(shù)越多，分度精度越高，但加工越困難。 （ｃ）齒盤直徑D 齒盤直徑可按扭矩Mn估算。一般D宜取大些，以提高定位精度和穩(wěn)定性。 （ｄ）模數(shù)m 齒盤的模數(shù)m=D/Z，它僅起到表示齒形大小的作用，不須選取標(biāo)準(zhǔn)值。M的常用范圍2～６mm。 　　?。ǎ澹X寬按載荷大小選取，一般為８～２５mm，Ｂ太大不利于提高分度定位精度。 表 4-3 外徑Ｄ/mm 100～200 200～300 300～500 500～800 800～1200 齒寬B/mm 8～12 10～20 15～25 20～30 25～40 許用扭矩Mn/kN`m 1.5～8.7 7.6～3.5 25～80 67～270 205～700 (ｆ)齒根槽寬b 一般取b=0.8～1mm 其他有關(guān)幾何參數(shù)按以下公式計(jì)算： 具體參數(shù)如下表： 表 4-4 多齒盤參數(shù) 序號(hào) 名稱 符號(hào) 確定原則或計(jì)算公式 結(jié)果 1 齒盤外徑 D 按扭矩Mn估算D,D應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)取大些，以利于提高分度定位精度。 220mm 2 齒寬 B B大利于提高齒盤承載能力，但不利于提高分度精度。 15mm 3 齒數(shù) Z Z是工位數(shù)的倍數(shù)，精度要求高時(shí)宜取大，但加工費(fèi)時(shí)。 96 4 模數(shù) m M=D/Z,常用2～6。 2.29 5 外徑上節(jié)距 t t=m 7.2mm 6 齒形角 載荷小精度高時(shí)宜取小值 60 7 理論齒高 h 見公式 6.234mm 8 齒根槽寬 b 見公式 1mm 9 齒頂傾角 a 見公式 3.246 10 齒頂高 見公式 3.117mm 11 見公式 3.75 （2）夾緊力計(jì)算 夾緊力應(yīng)保證在最大工作載荷下仍能保持兩齒盤的緊密嚙合，但過大的夾緊力會(huì)引起齒盤變形。夾緊力W可按下式計(jì)算： (4-4) 式中：W為夾緊力（N） Mn為齒盤承受的扭矩（Nm）Mn=3000Nm Mr 為齒盤承受的傾覆力矩（Nm） Fr為齒盤承受的徑向力（嚙合截平面內(nèi)）（N） 為齒盤承受的軸向力（N），方向與W同向時(shí)，式中取“-”號(hào)，與W反向 時(shí)，取“+”號(hào)。這里 D為齒盤直徑（m） 齒形角（） 為摩擦角（）一般取 S為安全系數(shù)，一般取S=1～1.5,安全系數(shù)S取1.0 所以， (3) 驗(yàn)算齒面擠壓應(yīng)力 齒面擠壓應(yīng)力的驗(yàn)算公式： (4-5) 式中，為齒面擠壓應(yīng)力（Pa） 為計(jì)算齒數(shù)， B為齒寬（m） 為齒的嚙合高度 W為夾緊力（N） S安全系數(shù)，取S=1.3 為許用擠壓應(yīng)力（Pa），齒面淬硬的取 所以，滿足要求 （4）材料選擇：齒盤的齒面要求有較高的硬度，內(nèi)部有一定的韌性，要求材料的熱變形較小，精密齒盤要求齒寸穩(wěn)定性好，齒盤材料選用35CnMo表面淬火處理。熱處理齒部T265。 （5）技術(shù)要求： 1)相鄰齒距誤差和累積誤差：按回轉(zhuǎn)部件的分度精度要求確定，根據(jù)刀具的精度要求，相鄰齒距誤差和累積誤差不大于2. 2)安裝基準(zhǔn)孔軸線分度中心的位置度：精密齒盤應(yīng)在0.01mm以內(nèi)。 3)安裝基準(zhǔn)端面對(duì)分度平面的平行度：精密齒盤應(yīng)在0.005mm以內(nèi)。 4)齒面接觸精度：齒面接觸精度不僅影響分度精度，而且影響剛性，承載能力及穩(wěn)定性。齒盤的各個(gè)單項(xiàng)的幾何誤差因素，如齒距誤差，齒形半角誤差，齒傾角誤差都影戲那個(gè)齒面接觸精度。齒距誤差同時(shí)影響接觸最小齒數(shù)和接觸齒的分布。齒形半角影響齒高的方向的接觸率：齒向誤差影響齒寬方向的接觸率。齒傾誤差對(duì)齒高和齒寬方向的接觸率均有影響。因?yàn)榻佑|精度能綜合標(biāo)志上述各項(xiàng)誤差的影響，實(shí)踐中通常作為主要精度檢驗(yàn)項(xiàng)目。 推薦指標(biāo)為： 齒寬接觸率：接觸寬度為齒寬的50%（精密齒盤為70%）。 齒高接觸率：接觸高度為嚙合高度的75%以上（精密齒盤為90以上）。 接觸齒數(shù)分布：兩齒盤在任意位置嚙合時(shí)的接觸齒數(shù)應(yīng)在85%以上（精密齒盤應(yīng)在90%以上），接觸不良的齒不應(yīng)比連。 5)面光潔度：精密齒盤為0.2，一般經(jīng)磨齒或研齒的為0.4.但考慮刀實(shí)際加工條件，本設(shè)計(jì)采用0.8，在研齒過程中，總時(shí)誤差最大的齒首先接觸研磨。結(jié)果使誤差逐漸減小并均化（所謂均化效應(yīng)）。因此，研磨的齒不僅可以提高齒面光潔度，同時(shí)還可以提高精度。 4.6同步帶傳動(dòng) 同步帶傳動(dòng)綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，同步帶通常是以鋼絲繩或波動(dòng)纖維繩等為抗拉層、氯丁橡膠或聚氨酯橡膠為基體、工作面上的帶齒的環(huán)裝帶。工作時(shí)，帶的凸齒與帶輪外圓上的齒槽進(jìn)行嚙合傳動(dòng)，由于抗拉層承載后變形小，能保持同步帶的周節(jié)不變，故帶與帶輪間沒有相對(duì)滑動(dòng)，從而保證了同步傳動(dòng)。 同步帶傳動(dòng)時(shí)的線速度可達(dá)56m/s（有時(shí)允許80m/s），傳動(dòng)功率可達(dá)300KW，傳動(dòng)比可達(dá)10（有時(shí)允許20）傳動(dòng)效率可達(dá)0.98. 同步帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：（a）無滑動(dòng)，能保持固定的傳動(dòng)比（b）預(yù)緊力較小，軸和軸承上所受的載荷小（c）帶的厚度小，單位長度的質(zhì)量小，故允許的線速度較高（d）帶的柔性好，故所用的帶輪直徑可以較小，其主要缺點(diǎn)是安裝時(shí)中心距的要求嚴(yán)格，且價(jià)格較高。 同步帶傳動(dòng)主要用于要求傳動(dòng)比準(zhǔn)確的中小功率傳動(dòng)中，如電子計(jì)算機(jī)、放映機(jī)、錄音機(jī)、磨床、紡織機(jī)械等。 同步帶的最基本參數(shù)是節(jié)距P（帶上相鄰兩齒中心軸線沿節(jié)線度量的距離）由于抗拉層在工作時(shí)長度不變，所以就以其中心線位置定為帶的界線，并以接線周長作為其公稱長度。 設(shè)計(jì)計(jì)算： （a） 查表得：工作情況系數(shù)=1.1，所以 Pca=KAP=1.15.50.8520.88=1.589(KW) =2970r/m 根據(jù)Pca，確定為模數(shù)m=3. （b） 查表確定Z16，取Z=25 所以小帶輪節(jié)圓直徑=75mm 根據(jù)傳動(dòng)比，大帶輪節(jié)圓直徑=275=150mm 驗(yàn)算帶的速度，=11.78<35m/s 帶的速度合適 （c） 確定同步帶的基準(zhǔn)長度和傳動(dòng)中心距 根據(jù)0.7（）<<2(),初步確定=125mm 計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度 （d） 由表初選帶的基準(zhǔn)長度Ld=630mm 計(jì)算實(shí)際中心距a （e）驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角 主動(dòng)輪上的包角合適。 （f）計(jì)算V帶的根數(shù)Z 查表得 取 （g）計(jì)算預(yù)緊力 (h)計(jì)算作用在軸上的壓軸力Q (i)帶輪的設(shè)計(jì)（略） 4.7彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 4.7.1制動(dòng)銷處彈簧： A.材料選擇： 根據(jù)彈簧工作情況Ⅱ類負(fù)荷彈簧，選用碳素彈簧鋼，強(qiáng)度高，彈性好，適用于做d≤8的彈簧。 B.確定彈簧直徑： 查表得： （許用應(yīng)力） 旋繞比，取 （曲度系數(shù)） 按強(qiáng)度確定彈簧絲直徑： 取 彈簧中徑： 彈簧內(nèi)徑： 彈簧外徑： 有效圈數(shù)： 其中 G—切變模量 查表得：G=800 --最大工作負(fù)荷下的變形量 --最小工作負(fù)荷 彈簧剛度 代入得 總?cè)?shù) 自由高度：當(dāng)時(shí)， 節(jié)距： 取標(biāo)準(zhǔn)值 壓并變形量： 螺旋倒角： 滿足的要求 展開長度： C.校核： 穩(wěn)定性：高徑比 ∴滿足要求 疲勞強(qiáng)度： 其中：--彈簧材料的脈動(dòng)疲勞極限 查表：當(dāng)時(shí)， 代入得 ∴滿足要求 共振：彈簧的自振頻率為： --強(qiáng)迫機(jī)械振動(dòng)頻率 ∵ ∴校核可省。此彈簧滿足要求 ４.７.２鼠牙盤處彈簧： 　　　　　它與制動(dòng)銷處彈簧計(jì)算及校核方法相同。其主要尺寸為： 　　　　　　彈簧絲直徑：　?。洌剑祄m 彈簧中徑： =40mm 彈簧內(nèi)徑： =-d=40-5=35mm 彈簧外徑： =+d=40+5=45mm 節(jié)距： mm 經(jīng)校核此彈簧滿足要求。 ４.７.３碟形彈簧： 　　　　　?。?碟形彈簧是用鋼板沖壓成型的截錐形薄板壓縮彈簧.具有以下特點(diǎn): (a) 剛度大,緩沖吸震能力強(qiáng),適用于負(fù)荷大,軸向空間要求小的地方. (b) 具有變剛度的特點(diǎn),根據(jù)設(shè)計(jì)選用的 內(nèi)錐高度(單個(gè)A型碟形彈簧的極限行程)與碟形彈簧厚度t的比值,可得到不同的碟形彈簧特性曲線.當(dāng)需要近似于線性時(shí),可選用/t=0.4～0.8的碟簧片,當(dāng)要求隨著變形的增加,壓力變化很小時(shí),選用與h的比值大于1.4的碟簧片為合適. (c) 為滿足大負(fù)荷或大變形的要求,碟簧可按不同方式組合,可得到不同的負(fù)荷—變形特性曲線. B. 分類: 碟形彈簧按結(jié)構(gòu)形式分為A、B兩種。 A型----無支撐面彈簧 B型----有支撐面彈簧 本設(shè)計(jì)利用碟形彈簧的壓縮作用，確保鼠牙盤的鎖定而不發(fā)生竄動(dòng)，故選用A型彈簧。 C．組合彈簧： 由于摩擦力的阻尼作用，對(duì)組合彈簧各片的變形量一次遞減，因此，組合彈簧的片數(shù)不宜過多，本設(shè)計(jì)采用兩片。 設(shè)計(jì)中，碟簧屬于靜載荷（總工作時(shí)間內(nèi)載荷變化次數(shù)在次以下） D. 料選擇： 碟簧一般用50CrVA及60或機(jī)械性能與此相近的彈簧剛制造，彈簧的許用應(yīng)力，應(yīng)按負(fù)荷的性質(zhì)選取。 a） 當(dāng)受靜負(fù)荷或負(fù)荷變化次數(shù)N<時(shí)， 計(jì)算應(yīng)力：受靜載荷的碟形彈簧，其最大應(yīng)力產(chǎn)生在彈簧內(nèi)徑的上表面I處，其應(yīng)力計(jì)算按： (4-6) 許用應(yīng)力：當(dāng)f=0.75時(shí)，[]=200～240(kg/) 當(dāng)f=時(shí),[]=260～300(kg/) 靜載荷作用下碟形彈簧的許用應(yīng)力以為準(zhǔn).計(jì)算得到的,在f=0.75時(shí),許用應(yīng)力不得超過1960～2350Mpa:在f=時(shí), 不得超過2550～2940Mpa.超過此值,在壓強(qiáng)處理和工作中易出現(xiàn)尺寸不穩(wěn)定現(xiàn)象. b) 當(dāng)負(fù)荷變化次數(shù)N>或受變載荷時(shí): 碟形彈簧的計(jì)算應(yīng)力是以錐面最大拉應(yīng)力和力副（對(duì)于之間的應(yīng)力差）為基準(zhǔn)。最大拉應(yīng)力在II點(diǎn)還是在III點(diǎn)，取決于值。 受變載荷的碟簧必須有預(yù)壓變形量，一般=（0.15～0.2）。次預(yù)壓變形量能防止I點(diǎn)附近產(chǎn)生徑向小裂紋，對(duì)提高壽命也有作用。變載荷作用下單片碟形彈簧的疲勞強(qiáng)度根據(jù)壽命要求、碟簧厚度、計(jì)算得到的最大工作應(yīng)力（對(duì)應(yīng)于工作變形量）和最小工作應(yīng)力（對(duì)應(yīng)于工作變形量）進(jìn)行校核。 E．碟形彈簧的設(shè)計(jì)及校核： 根據(jù)刀架轉(zhuǎn)位后的鎖緊力要求（1～3）N選用碟形彈簧如下： 選用A型中的系列一：≈18，≈0.4 碟形彈簧外徑：D=125mm，內(nèi)徑d=65.8mm，厚度=7mm A型碟簧的極限行程：，自由高度H=9.6mm，工作載荷: 。時(shí)最大計(jì)算拉應(yīng)力。 注：（a）支承面寬度 （b）導(dǎo)向面導(dǎo)向表面硬度應(yīng)高于碟簧厚度，導(dǎo)向面粗糟度Ra不得大于1.6um。 （c）碟簧與導(dǎo)向件間的直徑差由d決定。根據(jù)d=65.8介于50.8～70.8mm之間，取直徑差值0.8mm。 當(dāng)作用力如下圖所示時(shí)，單片碟形彈簧按下式計(jì)算： 圖4-3 碟簧受力與變形曲線 由于碟簧加載和諧振特性曲線不重合，在工作過程有能量消耗，緩沖和減震性能強(qiáng)，多用于要求緩沖和減震能力強(qiáng)的場(chǎng)合。 極限行程： 彈簧負(fù)荷： (4-7) ∴當(dāng)時(shí)， 當(dāng)時(shí)， 根據(jù)，查得碟簧的特性曲線如圖4.4： 當(dāng)時(shí)： 計(jì)算應(yīng)力： 其中： r=1.338， 帶入上式得： 所以碟簧滿足要求。 4.8軸的設(shè)計(jì)校核 常用的軸是圓截面階梯形狀、設(shè)計(jì)中主要考慮的問題時(shí)軸的材料、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)與剛度。 4.8.1軸的材料： 軸的材料主要是經(jīng)過軋制或鍛造的碳鋼或合金鋼，通常用的是碳鋼，其中最廣泛的是45號(hào)鋼，不重要的軸或受力較小的軸，也可以用A3鋼或A5鋼制造。對(duì)于受力較大并要求限制軸的尺寸與重量，或需提高軸頸的耐磨性以及處于高溫、腐蝕等條件下的軸，可采用合金鋼。在一般溫度下，碳鋼合金剛的彈性模量相差很小，故采用合金鋼不能提高軸的強(qiáng)度及剛度。高強(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵易得到復(fù)雜的形狀，而且抗振性較高，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，適用于制造外形復(fù)雜的軸，如曲軸和凸輪軸等。 為了提高軸的強(qiáng)度和耐磨性，可對(duì)軸進(jìn)行多種熱處理和化學(xué)熱處理，以及表面強(qiáng)化處理等。本設(shè)計(jì)中采用45號(hào)鋼軸，調(diào)質(zhì)處理后硬度為HB217～255. 4.8.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮軸上的零件布置與固定方式，軸承的類型與尺寸，軸的加工與裝配工藝要求，提高最后的強(qiáng)度和高度等。軸的結(jié)構(gòu)采用階梯式，這樣可以使軸上的零件定位可靠、裝拆方便。軸的截面變化（如軸肩、環(huán)槽等），要引起應(yīng)力集中，是多數(shù)軸產(chǎn)生疲勞破壞的部位。為了不致過分削弱軸的疲勞強(qiáng)度，截面變化不要太大，過渡圓角半徑不應(yīng)太小。 （a） 軸上零件的裝配圖方案，如裝配圖所示： （b） 根據(jù)軸上零件裝拆、軸向定位等要求，確定軸的各段直徑和長度。如下圖所示： 圖4-4 軸的結(jié)構(gòu) 4.8.3初步估算軸徑： 45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)后，。 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件初步確定軸直徑，作為軸的最小直徑。軸在承受扭矩作用下時(shí)，其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件表示為： (4-8) (4-9) 其中： ——扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 T ——軸所傳遞的扭矩， ——軸的抗扭剖面模量， N——軸的轉(zhuǎn)速， P——軸所傳遞的功率，KW D ——計(jì)算剖面處軸的直徑， ——許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，查表得：=30～40,取35MPa 式中：，查表得：，取=110 故：設(shè)計(jì)軸的最小直徑為30mm 4.8.4軸的校核： 扭矩： 同步帶輪產(chǎn)生的壓軸力：Q=650.9N 加工時(shí)軸端齒輪對(duì)軸的作用力： 軸的受力分析如圖： 豎直方向： 水平方向： 其中：A、B均為軸承支承點(diǎn)，E為同步帶輪對(duì)軸的作用點(diǎn)。 豎直方向上： 水平方向上： 彎矩圖如下： 水平方向： 扭矩： 合成彎矩： (4-10) 由此可知：A點(diǎn)為最危險(xiǎn)的點(diǎn)。 (4-11) (4-12) 4.9其他零件結(jié)構(gòu) 4.9.1行星輪架：材料：45 a) 這種行星輪架主要特點(diǎn)是受載后的變形小，及剛性較好，這一特點(diǎn)有利于行星輪上載荷沿齒寬方向的均勻分布，減小震動(dòng)和噪聲，行星輪軸承安裝在行星齒輪內(nèi)。 b）技術(shù)要求： 1）在行星輪傳動(dòng)中，中心距偏差數(shù)值和方向可能增加行星輪孔距相對(duì)誤差和行星輪架偏心，因此對(duì)中心距偏差要嚴(yán)加限制。 2）各行星輪軸孔的孔距相對(duì)個(gè)行星輪件載荷分配的均勻型影響很大。 4.9.2減震部分： 由于制動(dòng)銷插入與預(yù)選刀具相關(guān)的缺口而引起撞擊，我們?cè)O(shè)有減震部件，它借助于一些相應(yīng)的彈性元件，如：矩形橡膠墊圈，在兩個(gè)方向上減弱沖擊，由于上述減震部件設(shè)置在定位盤最大直徑的部位，就能借助于相應(yīng)彈性元件變形而有效地減震，這種變形在轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍小于三齒盤圈中兩相鄰間距離時(shí)，就足以將有限的動(dòng)作用力傳遞給相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，減震栓與機(jī)壁的配合見裝配圖。減震栓頭部作的斜度，防止突變，使沖擊緩和。 4.9.3刀盤： 材料：45 刀盤上設(shè)有8個(gè)動(dòng)力刀具安裝孔，刀夾夾緊塊為楔型塊。 刀盤上可安裝各種輔助刀夾，可完成各種復(fù)雜工序的加工。 刀盤是刀架必備配套附件，在加工中易發(fā)熱，所以其上設(shè)有冷卻油通孔。 4.9.4制動(dòng)銷： 制動(dòng)銷與缺口配合間隙相當(dāng)小，以便鎖緊刀盤，使之不可轉(zhuǎn)動(dòng)，制動(dòng)銷下端部銳平面，與缺口配合，依靠壓縮彈簧的彈力，制動(dòng)銷在電磁鐵斷電時(shí)可推出預(yù)定位盤，鎖緊時(shí)依靠的是電磁鐵的吸合作用。 4.9.5嚙合定位介紹： 嚙合定位是一種精密定位方法，通常采用的時(shí)鼠牙盤定位器，或稱為端面齒盤定位器，鼠牙盤定位器的缺點(diǎn)是制造困難，成本高。 在各種型式的步進(jìn)機(jī)構(gòu)中，不可避免的有制造和裝配誤差，摩擦表面的磨損以及運(yùn)動(dòng)慣性等都直接影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度。為了保證確定的位置精度，通過在機(jī)構(gòu)中設(shè)置定位機(jī)構(gòu)。對(duì)于位置精度，要求高或工作載荷較大的步進(jìn)式機(jī)械設(shè)備，定位機(jī)構(gòu)更是必須設(shè)置的部件。 設(shè)計(jì)定位機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)滿足以下要求： （a） 應(yīng)有足夠的定位精度和剛度。 （b） 定位精度能夠長期保持，定位元件小，壽命高。 （c） 定