1 中型加工中心刀具庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 部： 機(jī)電工程系 學(xué)生姓名： 陳 清 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 模具 04C1 學(xué) 號(hào)： 0403C0117 指導(dǎo)教師： 肖 洪 波 2007 年 4 月 15日 2 一 .課題簡(jiǎn)介 ： 題 目： 中型加工中心刀具庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 ： 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，而對(duì)作為現(xiàn)代制造業(yè)非常重要的加工中心提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)加工中心的各種組成部分提出了更高的性能指標(biāo)。由于加工中心備有刀具庫(kù)，大大增加了刀具的儲(chǔ)存容量。有利于提高主軸的剛度，獨(dú)立的刀庫(kù)，大大增加了刀具的儲(chǔ)存數(shù)量，有利于擴(kuò)大機(jī)床的功能，并能較好的隔離各種影響加工精度的干擾因素 本設(shè)計(jì)采用 PLC 對(duì)刀具庫(kù)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，自動(dòng)換刀裝置在隨機(jī)換刀時(shí)只識(shí)別刀具不識(shí)別刀套，因此可以把刀 具編號(hào)，并且按順序?qū)⒌毒卟迦氲稁?kù)中對(duì)應(yīng)號(hào)和刀套上。由數(shù)控系統(tǒng)的 PLC 設(shè)定刀號(hào)，使刀具號(hào)和刀庫(kù)中的刀套地址對(duì)應(yīng)的記在 PLC 上，一經(jīng)設(shè)定，機(jī)床在以后的使用中，不論刀具在哪個(gè)刀套上 PLC 始終記憶著它的蹤跡。簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的硬件和界限，減小了控制器的體積，提高了控制系統(tǒng)的靈活性，同時(shí)， PLC有較完善的自診斷和自保護(hù)能力，可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的可靠性。應(yīng)用表明， PLC 的簡(jiǎn)潔、快捷在自動(dòng)換刀裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：刀庫(kù)；存儲(chǔ)；功能；自動(dòng)控制 ， 二 .選題來(lái)源 、背景極其目的意義 希望通過(guò)這次畢業(yè) 設(shè)計(jì)能鞏固、擴(kuò)大和強(qiáng)化自己所學(xué)到的知識(shí)與技能，提高自己的設(shè)計(jì)計(jì)算、制圖、編寫(xiě)技術(shù)文件的能力，學(xué)會(huì)正確使用技術(shù)資料、標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)、等工具書(shū)，并在設(shè)計(jì)中培養(yǎng)自己理論聯(lián)系實(shí)際、嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和獨(dú)立分析解決問(wèn)題的能力，為以后的設(shè)計(jì)及從事技術(shù)工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。 三 . 可根據(jù)實(shí)際情況撰寫(xiě)（校內(nèi)、校外） 校外 四 .工作進(jìn)程： 階段 日期安排 收集資料 2007.1.5 2007.1.25 制圖 2007.2.1 2007.2.15 寫(xiě)論文 2007.2.15 2007.3.15 修改到完善 2007.3.20 2007.4.20 3 五、主要參考文獻(xiàn)： 1邱宣懷 .機(jī)械設(shè)計(jì) 北京：高等教育出版社 2000： 194-267 2吳蹤澤 羅圣國(guó) .機(jī)械課程設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京：高等教育出版社 1992 3楊黎明 黃凱 李恩至 陳仕賢 .機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京：高等教育出版社 1986：194-603 4徐圣群 . 簡(jiǎn)明機(jī)械加工工藝手冊(cè) 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1991 5李洪 .機(jī)械加工工藝手冊(cè) 北京：北京出版社 1990： 506-507. 6艾興 肖詩(shī)綱 .切削用量手冊(cè) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1993： 42-107. 7郁漢琪機(jī)床電氣及可編程控制器實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 北京：高等教育出版社2001 8王兆義 小型可編程控制器實(shí)用技術(shù) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1997： 5-179 9東北重型機(jī)械學(xué)院 洛陽(yáng)工學(xué)院 .機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè) 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 10白成軒 . 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理 機(jī)械工業(yè)出版社 11王炳實(shí) . 機(jī)床電氣控制 機(jī)械工業(yè)出版社 12單輝祖 . 材料力學(xué)教程 北京：國(guó)防工業(yè)出版社 13哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室 . 理論力學(xué)高等教育出版社 14方若余 周昌泰 . 金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè) .上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 15賈亞洲 .金屬切削機(jī)床概論 . 機(jī)械工業(yè)出版社 .2004 4 目 錄 前言 （ 1） 1、估算刀具的重量 （ 2） 2、電動(dòng)機(jī)的選擇 （ 4） 3、計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力參數(shù) （ 6） 3.1各軸的轉(zhuǎn)速 （ 6） 3.2各軸的輸入功率 （ 6） 3.3各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 （ 6） 4、減速器齒輪的設(shè)計(jì) （ 7） 4.1選擇齒輪材料及精度等級(jí) （ 7） 4.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) （ 7） 4.3齒輪傳動(dòng)的主要尺寸設(shè)計(jì) （ 9） 4.4按接觸疲勞強(qiáng)度校核 （ 10） 4.5驗(yàn)算齒輪的圓周速率 （ 11） 5、軸的設(shè)計(jì) （ 12） 5.1軸的設(shè)計(jì) （ 12） 5.2軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 （ 13） 5.3軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 （ 16） 5.4軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 （ 20） 6、鍵的選用與計(jì)算 （ 23） 7、軸承的選用與計(jì)算 （ 24） 8、鏈輪的設(shè)計(jì) （ 27） 總結(jié) 謝詞 （ 28） 1 前言 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們學(xué)完了全部課程之后 的一次全面的綜合性的練習(xí)，是我們?cè)谛Ｆ陂g最后一次作業(yè)和考試，是檢查我們能否運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)課理論和專(zhuān)業(yè)課知識(shí)的最有效的形式，是對(duì)我們進(jìn)行的最好的一次訓(xùn)練。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和成熟，而對(duì)作為現(xiàn)代制造業(yè)非常重要的加工中心提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)加工中心的組成部分提出了更高的性能指標(biāo)。 加工中心是備有刀庫(kù)，并能自動(dòng)更換刀具，對(duì)工件多工序的數(shù)字控制機(jī)床，其主要特點(diǎn)是具有自動(dòng)換刀的刀具庫(kù)，工件經(jīng)一次裝夾后，通過(guò)更換各種刀具，在同一臺(tái)機(jī)床，對(duì)工件各加工面連續(xù)進(jìn)行銑 （車(chē)）、鏜、鉆、攻螺紋等各種工序。 由于加工中心備有刀具庫(kù)，大大增加了刀具的存儲(chǔ)數(shù)量。有利于提高主軸的剛度；獨(dú)立的刀庫(kù)，大大增加了刀具的存儲(chǔ)熟量，有利于擴(kuò)大機(jī)床的功能，并能較好的隔離各種影響加工精度的干擾因素。 加工中心利用刀庫(kù)實(shí)現(xiàn)換刀，按換刀過(guò)程有無(wú)機(jī)械手參與，分成機(jī)械手換刀和無(wú)機(jī)械手換刀兩種情況。在機(jī)械手換刀的過(guò)程中，使用一個(gè)機(jī)械手將加工完畢的刀具從主軸拔出，與此同時(shí)，另一個(gè)機(jī)械手將在刀具庫(kù)中待命的刀具從刀庫(kù)拔出，然后兩者交換位置，完成換刀過(guò)程。無(wú)機(jī)械手換刀時(shí)，刀具庫(kù)存放方向與主軸平行，刀具放在主軸可達(dá)到的位置。換刀時(shí)，主軸箱移到刀庫(kù)換刀位置的上方，利用主軸 Z 方向?qū)⒓庸ね戤叺毒卟迦氲稁?kù)中要求的空位處，然后刀庫(kù)待命換刀具轉(zhuǎn)到待命位置， Z 方向運(yùn)動(dòng)將待命的刀具從刀庫(kù)中取出，并將刀具插入主軸。有機(jī)械手的系統(tǒng)在刀庫(kù)配置，與主軸的相對(duì)位置及刀具的數(shù)量都比較靈活，換刀的時(shí)間短。無(wú)機(jī)械手方式結(jié)果簡(jiǎn)單，只是換刀時(shí)間更長(zhǎng)。 加工中心有多種形式，常見(jiàn)的有盤(pán)式、鏈?zhǔn)絻煞N刀庫(kù)。 盤(pán)式結(jié)構(gòu)中，刀具可以沿著主軸的軸向、徑向、斜向按放，刀具軸向的按裝的結(jié)構(gòu)最為緊密，但為了換到時(shí)與主軸同向，有的刀具庫(kù)中刀具需要在換刀位作 90 度翻轉(zhuǎn)。在刀庫(kù) 容量較大時(shí)，為在存放方便的同時(shí)保持結(jié)構(gòu)緊湊，可采用彈倉(cāng)式結(jié)構(gòu)，目前大量的刀庫(kù)安裝在機(jī)車(chē)立柱的頂面或側(cè)面，在刀庫(kù)較大時(shí)，也有安裝在專(zhuān)門(mén)的地基上，以隔離刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)造成的震動(dòng)。 鏈?zhǔn)降稁?kù)存放刀具容量比盤(pán)式大，設(shè)計(jì)題目刀具較多，為 32 把刀，所以特選用鏈?zhǔn)降稁?kù)設(shè)計(jì)。鏈?zhǔn)降稁?kù)結(jié)構(gòu)比較靈活，可以采用加長(zhǎng)鏈帶方式加大刀庫(kù)容量，也可以采用鏈帶折疊回繞的方式提高空間利用率，在需要刀具容量較大時(shí)，還利用采用多鏈帶結(jié)構(gòu)。 提高可編程控制器的運(yùn)行速度，來(lái)滿(mǎn)足數(shù)孔機(jī)床高速加工的要求，新型的 PLC 具有專(zhuān)用的 CPU，基本指令執(zhí)行的時(shí)間可達(dá)到 0.2us/步，編程步數(shù)達(dá)到 16000 步以上，利用 PLC 的高速處理功能，使 CNCPLC 之間有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中的各種時(shí)控要求。 2 1、估算刀具庫(kù)的重量 1.1 設(shè)定鏈片的尺寸結(jié)構(gòu)如圖所示 ： 1. 2 設(shè)定鏈節(jié)的尺寸如圖所示： 圖 1 . 1 ） 圖 1 . 2 ）1.3 整個(gè)鏈片的體積為： 221 9 0 7 4 5 2 3 . 1 4 3 7 3 . 1 4 2 6 5 8 8 1 9 . 9 6v 3mm 1. 4 鏈片的重量為： （材料為 45鋼） 由參考文獻(xiàn) 2表 1-1得 該材料的密度為 =7.85 即 5 8 8 1 9 . 9 6 7 . 8 5 0 . 4 6mv 1. 5 鏈節(jié)的體積 2 2 33 . 1 4 ( 2 6 2 4 ) 1 0 5 3 2 9 7 0v m m 1. 6 鏈節(jié)的重量 3 2 9 7 0 7 . 8 5 0 . 2 6mv 1.7 32把刀具鏈片鏈節(jié)的總重量為 3 2 0 . 4 6 0 . 2 6m 總 （ ） =23.04 1.8 32 把刀具的總重量為 3 3 2 5 1 . 2m 總 =192 （式中 1.2為安全系數(shù)） 1. 9 整個(gè)刀庫(kù)的總重量 m 總 192+23.04+8.4=223.44 （式中 8.4為一些標(biāo)準(zhǔn)件及其它零件） 4 2、電動(dòng)機(jī)的選擇 由參考文獻(xiàn) 3得 撥銷(xiāo)的轉(zhuǎn)速 n 設(shè)槽輪的停留時(shí)間為 4.5S 1 2 3 2 322 4 . 5zn r/min 則槽輪的轉(zhuǎn)速2132nnr/min 槽輪的角速度 3 . 1 4 3 23 . 3 53 0 3 0zn rad/s 鏈輪的角速度 1 7 0 3 . 3 5 0 . 5 7vr m/s 電動(dòng)機(jī)的輸出功率 1000d aFVp 2 1 0 9 . 8 2 0 5 8F k g N 為電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)的載荷 ,V=0.57m/s 為鏈條的速度， 341 2 3 4a , 1 軸套傳動(dòng)效率取 0.99， 2 鏈傳動(dòng)效率取 0.93， 3 齒輪傳動(dòng)效率取 0.98，4 滾動(dòng)軸承效率取 0.98，則 341 2 3 4 0 . 7 9 9a ，則 2 0 5 8 0 . 5 7 1 . 4 61 0 0 0 1 0 0 0 0 . 7 9 9d aFVp kw 取電動(dòng)機(jī)的功率為1.5kw 由參考文獻(xiàn) 3附表 F1-7 選用 Y90L-4 型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為 1.5kw，同步轉(zhuǎn)速為 1500rn r/min 滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速 1390wn r/min 總傳動(dòng)比11390 4332wni n 總因?yàn)辇X輪的總傳動(dòng)比 40i 總，所以該減速機(jī)構(gòu)應(yīng)采用三級(jí)傳動(dòng)，在該減速器中把總傳動(dòng)比平均分配及各級(jí)傳動(dòng)比均為 3.5。 5 （ 圖 3 . 1 ） 6 3、計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力參數(shù) 3.1 各軸的轉(zhuǎn)速 1390IVnn= r/min 1390 3 9 7 . 1 43 . 5II Ann i= = =r/min 3 9 7 . 1 4 1 1 3 . 53 . 5III Bnn i= = = r/min 1 1 3 . 5 3 2 . 43 . 5IIII Cnn i= = = r/min 3.2 各軸的輸入功率（整個(gè)減速器的效率 =0.96） 200Ip = kw 2 0 0 0 . 9 6 0 . 1 9 2I I Ipp h= ? ?kw 0 . 1 9 2 0 . 9 6 0 . 1 8 4I I I I Ipp h= ? ?kw 0 . 1 8 4 0 . 9 6 0 . 1 7 6I V I I Ipp h= ? ?kw 3.3 個(gè)軸的輸入轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩： 9 5 5 0 9 5 5 0 0 . 2 1 . 3 81390d W PT n = = =N.m 1 .3 8IdTT= N.m 1 . 3 8 3 . 5 0 . 9 6 4 . 6I I IT T i h= 創(chuàng) = 創(chuàng) = N.m 4 . 6 3 . 5 0 . 9 6 1 5 . 8I I I I IT T i h= 創(chuàng) = 創(chuàng) = N.m 1 5 . 8 3 . 5 0 . 9 6 5 2 . 2I V I I IT T i h= 創(chuàng) = 創(chuàng) = N.m 7 4、減速器齒輪的設(shè)計(jì) （根據(jù)參考文獻(xiàn) 1） 4.1 選擇齒輪材料及精度等級(jí) 在這個(gè)減速器齒輪傳動(dòng)中， 所有主動(dòng)輪（小齒輪）的材料都選用 45鋼調(diào)質(zhì)，硬度為 220 250HBS，所有大齒輪都選用 45鋼正火，硬度為 170 210HBS。因?yàn)槭羌庸ぶ行牡毒邘?kù)減速器，由表 10.21選用 7級(jí)精度，要求齒面粗糙度為 aR 1.6 3.2 m. 4.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 因齒輪均為剛質(zhì)齒輪，可以運(yùn)用式 10.22 求出大小齒輪的分度圓直徑，確定有關(guān)參數(shù)及系數(shù)。 4.2.1 轉(zhuǎn)矩 T 由前面計(jì)算可知： 1T =1.38NM 2T =4.6NM 3T =15.8NM 4T =52.2NM 4.2.2 載荷系數(shù) K 查表 10.11取 K=1.0 4.2.3 齒數(shù) Z 和齒寬系數(shù) dy 小齒輪的齒寬系數(shù)取為 1 3 5Z Z Z= = =18，則大齒輪的齒數(shù)為 2 4 6Z Z Z= = =63.由表10.20選用 dy =1.0 4.2.4 許用接觸應(yīng)力 Hs 由圖 10.24查得： l i m 1 l i m 3 l i m 5 560H n H n H ns s s= = = Mpa l i m 2 l i m 4 l i m 6 530H n H n H ns s s= = = Mpa 由表 10.10查得安全系數(shù)： 1.0Hs = 1 6 0 6 0 1 3 9 0 1 ( 2 0 5 2 4 0 ) 3 . 5 1 0 9N n j L h= 創(chuàng)創(chuàng) ? 12 3 . 5 1 0 9 1 1 0 93 . 5ANN i = = = ? 8 3 6 0 6 0 3 9 7 . 1 4 1 ( 2 0 5 2 4 0 ) 1 1 0 9N n j L h= 創(chuàng)創(chuàng) ? 34 1 1 0 9 3 1 0 83 . 5BNN i = = = ? 5 6 0 6 0 1 1 3 . 5 1 ( 2 0 5 2 4 0 ) 2 . 8 1 0 8N n j L h= 創(chuàng)創(chuàng) ? 56 2 . 8 1 0 8 8 1 0 73 . 5CNN i = = = ? 由圖 10.27得接觸疲勞壽命系數(shù)為： 1 1.0NZ = 2 1.0NZ = 3 1.0NZ = 4 1.05NZ = 5 1.04NZ = 6 1.25NZ = 由式 10.13可得： 111 1 . 0 5 6 0 5 6 0N L i m nHHZHSs = = ? Mpa 222 1 . 0 5 3 0 5 3 0N L i m nHHZHSs = = ? Mpa 333 1 . 0 5 6 0 5 6 0N L i m nHHZHSs = = ?Mpa 444 1 . 0 5 5 3 0 5 5 6 . 5N L i m nHHZH Ss = = ? Mpa 555 1 . 0 4 5 6 0 5 8 2 . 4N L i m nHHZH Ss = = ? Mpa 666 1 . 2 5 5 3 0 6 6 2 . 5N L i m nHHZH Ss = = ? Mpa 由于齒輪材料都選用鋼，由公式 10.22 得： 1 331 2( 1 ) 1 1 . 3 8 ( 3 . 5 1 )7 6 . 4 3 7 6 . 4 3 1 3 . 6 1 5 6 0dHKTd mys+ 創(chuàng) +炒 =? 9 2 333 2( 1 ) 1 4 . 6 ( 3 . 5 1 )7 6 . 4 3 7 6 . 4 3 2 0 1 5 6 0dHKTd mys+ 創(chuàng) +炒 =? 3 335 2( 1 ) 1 1 5 . 8 ( 3 . 5 1 )7 6 . 4 3 7 6 . 4 3 3 0 1 5 8 2 . 4dHKTd mys+ 創(chuàng) +炒 =? 即 1110 .7 5dm Z= 3331 .1dm Z= 5551 .7dm Z= 由表 10.3選用標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)為： 1 1m = 3 1m = 5 2m = 4.3 齒輪傳動(dòng)的主要計(jì)算 1 3 3 1 1 8 1 8d d m Z= = ? ? 2 4 4 1 6 3 6 3d d m Z= = ? ? 2 4 1 1 1 8 1 8db b dy= = ? ? 經(jīng)圓整后為 4 20b = 135 2 5bb= + = 55 2 1 8 3 6d m Z= = ? 66 2 6 3 1 2 6d m Z= = ? 66 1 3 6 3 6dbdy= ? ? 經(jīng)圓整后為 6 40b = 56 5 4 5bb= + = 1 2 3 4 3 41 ( ) 0 . 5 8 1 4 0 . 52a a m Z Z= = + = ? 5 6 5 61 ( ) 1 8 1 8 12a m Z Z= + = ? 4.4 接觸疲勞強(qiáng)度的校核 由公式 10.24得 Fs ， FFss 則校核合格 確定有關(guān)參數(shù)與系數(shù)： 4.4.1 齒形系數(shù) FY ： 由表 10.13 得 1 3 52 . 1 9F F FY Y Y= = = 246 2 . 3 0F F FY Y Y= = = 4.4.2 應(yīng)力修正系數(shù) SY ： 由表 10.14得 1 3 5 1 . 5 4S S SY Y Y= = = 10 246 1 . 7 5S S SY Y Y= = = 4.4.3 許用彎曲應(yīng)力 Fs ： 由表 10.25得 l i m 1 l i m 3 l i m 5 220F F Fs s s= = = Mpa l i m 2 l i m 4 l i m 6 190F F Fs s s= = = Mpa 由表 10.10 得： 1.3FS= 由圖 10.26 得1 2 3 4 5 6 1 . 0N N N N N NY Y Y Y Y Y= = = = = = 由公式 10.14得齒根彎曲疲勞許 用應(yīng)力公式為：lim NFFFY S ss = 則 5 l i m 51 3 55220 1 6 2 . 91 . 3NFF F F FY S ss s s = = = = = Mpa 6 l i m 62466190 1 4 6 . 21 . 3NFF F F FY S ss s s = = = = = Mpa 11 2212 2 1 1 . 3 8 1 0 0 0 2 . 9 1 1 . 5 4 3 4 . 42 0 1 1 8F F SKT YYb m zs 創(chuàng) ?= 創(chuàng) =創(chuàng) Mpa 1 2 22113 4 . 4 2 . 3 1 . 7 5 3 0 . 82 . 9 1 1 . 5 4F F SF FSYYYYss 創(chuàng)創(chuàng)= = = Mpa 23 2432 2 1 4 . 6 1 0 0 0 2 . 9 1 1 . 5 4 1 1 4 . 62 0 1 1 8F F SKT YYb m zs 創(chuàng) ?= 創(chuàng) =創(chuàng) Mpa 3 2 24111 1 4 . 6 2 . 3 1 . 7 5 1 0 2 . 42 . 9 1 1 . 5 4F F SF FSYYYYss 創(chuàng)創(chuàng)= = = Mpa 35 2652 2 1 1 5 . 8 1 0 0 0 2 . 9 1 1 . 5 4 4 9 . 24 0 4 1 8F F SKT YYb m zs 創(chuàng) ?= 創(chuàng) =創(chuàng) Mpa 5 2 26114 9 . 2 2 . 3 1 . 7 5 442 . 9 1 1 . 5 4F F SF FSYYYYss 創(chuàng)創(chuàng)= = = Mpa 故 11 113 4 . 4 M p a 1 6 2 . 2 M p aFFss=? 223 0 . 8 M p a 1 4 6 . 2 M p aFFss=? 331 1 4 . 6 M p a 1 6 2 . 2 M p aFFss=? 441 0 2 . 4 M p a 1 4 6 . 2 M p aFFss=? 554 9 . 2 M p a 1 6 2 . 2 M p aFFss=? 664 4 M p a 1 4 6 . 2 M p aFFss=? 即齒根彎曲強(qiáng)度校核合格 4.5 驗(yàn)算齒輪的圓周速率 v 111 3 . 1 4 1 8 1 3 9 0 1 . 3 16 0 0 0 0 6 0 0 0 0dnv p 創(chuàng)= = =m/s 333 3 . 1 4 1 8 3 9 7 . 1 4 0 . 1 46 0 0 0 0 6 0 0 0 0dnv p 創(chuàng)= = =m/s 555 3 . 1 4 1 8 1 1 3 . 5 0 . 2 06 0 0 0 0 6 0 0 0 0dnv p 創(chuàng)= = =m/s 由表 10.22可得， 10v m/s，選 7級(jí)精度是合適的 . 由上可知所選用的參數(shù)又是合格的。 12 5、軸的設(shè)計(jì) （根據(jù)參考文獻(xiàn) 1） 5.1 軸的設(shè)計(jì) 5.1.1 選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 由以上條件知減速器傳遞的功率 屬小功率，對(duì)材料無(wú)特殊要求，故選用 45號(hào)鋼并調(diào)質(zhì)處理。由表 13.4 查得強(qiáng)度極限 650Bs = Mpa，再由表 13.2 得許用彎曲應(yīng)力 1bs- =60Mpa。 5.1.2 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的直徑 根據(jù)表 13.1得 C=118 107. 又由式（ 13.2）得軸的最小直徑 33 0 . 2( 1 0 7 1 0 8 ) 5 . 6 61390pdc n炒 =?: 考慮到軸的最小直徑處要按裝制動(dòng)器，會(huì)有鍵槽的存在，故將估算直徑加大3% 5%，取 5.58 6.3d : ，由參考文獻(xiàn)表 3.13-4取標(biāo)準(zhǔn)直徑 1 10d = 。 5.1.3 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制結(jié)構(gòu)草圖 5.1.3.1 確定軸上零件的位置和固定方式 要確定軸的結(jié)構(gòu)形狀，必須先確定周上零件的裝拆順序和固定方式。參考圖，由于齒輪的軸徑較小所以要采用齒輪軸的形式。軸上制動(dòng)器從軸的左端裝入，軸的左端尺寸為最小直徑，制動(dòng)器的軸采用平鍵作軸向固定，采用軸套與右軸肩作周向固定。 13 5.1.3.2 定各軸段的直徑 如圖所示，軸段（ 1）的最小直徑 1 10d = ，軸段上要安裝軸承，軸段（ 2）必須滿(mǎn)足軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)，故取軸段（ 2）的直徑 2 15d = 。由參考文獻(xiàn) 2表 61選用 6002型深溝球滾子軸承，軸承與軸向采用過(guò)盈配合固定，軸向采用彈性擋圈固定。 5.1.3.3 各段軸的長(zhǎng)度 齒輪輪轂寬度為 24，為了保證齒輪能夠順利的加工所以要在齒輪的左端開(kāi)個(gè)退刀槽長(zhǎng)度為 5，為了保證齒輪端面與箱 體內(nèi)壁不相碰，齒輪端面與箱體內(nèi)壁間應(yīng)有一定的距離，取該距離為 10 ，為了保證軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬度為 8 ），并考慮軸承的潤(rùn)滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為 5 ，制動(dòng)器的總長(zhǎng) L=100（制動(dòng)器安裝在軸（ 1）與（ 2）上）軸（ 1）的長(zhǎng)度為 75，軸（ 2）的長(zhǎng)度取為 62 。 5.1.4 由于該軸所受的彎矩較小故不需要進(jìn)行彎曲合成強(qiáng)度校核軸徑 5.2 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5.2.1 選擇軸的材料確定許用應(yīng)力 由已知條件知減速器傳遞的功率屬于小功率，對(duì)材料無(wú)特殊要求，故選用 45號(hào)鋼并調(diào)質(zhì)處理。由表 13.4查得強(qiáng)度 極限 650Bs = Mpa，在由表 13.2 地許用彎曲應(yīng)力 1bs- =60Mpa 。 5.2.2 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的直徑 根據(jù)表 13.1得 C=118 117。又由式（ 13.2）得軸的最小直徑 33 0 . 1 9 2( 1 0 7 1 0 8 ) 8 . 4 9 . 33 9 7 . 1 4pdc n炒 =?: 考慮到軸上會(huì)有鍵槽存在，故將估算直徑加大 3% 5%，取 8.8 9.8d : 。由參考文獻(xiàn) 3表 3.13 4取標(biāo)準(zhǔn)直徑 1 15d = 。 5.2.3 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制結(jié)構(gòu)草圖（ a） 14 5.2.3.1 確定軸上零件的位置和固定方式 要確定軸的結(jié)構(gòu)形狀，必須先確定軸上零件的裝拆順序和固定方式。參考圖，齒輪從軸的右端裝入，齒輪的左右端均用軸套固定。這樣齒輪在軸上的軸向位置被完全確定。齒輪的周向固定采用平鍵聯(lián)接。軸承對(duì)稱(chēng)安裝于齒輪的兩側(cè)，其軸向用軸肩固定。 5.2.3.2 各軸段的直徑 如圖所示，左軸段安裝軸承，軸段必須滿(mǎn)足軸承的內(nèi)徑標(biāo) 準(zhǔn)，故取軸的直徑為 15。由參考文獻(xiàn) 2表 6 1選用 6202 型深溝球滾子軸承，軸承與軸周向采用過(guò)盈配合固定，軸向采用彈性擋圈固定。 5.2.3.3 確定各軸段的長(zhǎng)度 齒輪的輪轂寬度為 24 ，為了保證齒輪的端面與箱體內(nèi)壁不相碰，齒輪端面間與箱體內(nèi)壁間應(yīng)留有一定的距離，該間距為 10 ，為了軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬度為 8 ），并考慮軸承的潤(rùn)滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為 5，齒輪左右軸套的長(zhǎng)度均為 12，左軸承的左段伸出 14，所以左軸段的長(zhǎng)度取 80，軸承支點(diǎn)距離 L=56，鍵槽的長(zhǎng)度比相應(yīng)的輪轂寬度 小約 5 10，鍵槽的寬度按軸段直徑查手冊(cè)得到，詳見(jiàn) 13.6 節(jié)。該軸段最右端是齒輪軸，其齒寬為 25。 5.2.4 按彎曲合成強(qiáng)度校核軸徑 5.2.4.1 畫(huà)出軸的受力圖，如圖（ b）所示： 圓周力為：1212 0 0 0 2 1 3 8 0 1 5 3 . 318tTF d = = =N 2332 0 0 0 2 4 6 0 0 5 1 1 . 118tTF d = = =N 15 徑向力為： 022 2 0 1 5 3 . 3 0 . 9 4 1 4 4rtF F t g= ? ?N 033 2 0 5 1 1 . 1 0 . 9 4 1 8 6rtF F t g= ? ?N 5.2.4.2 作水平面內(nèi)的彎矩圖（ C）支點(diǎn)的反應(yīng)力為： 2 1 5 3 . 3 7 6 . 722tHA FF = = =N 2 3 7 6 . 7 5 1 1 . 1 5 8 7 . 82tH B tFFF= + = + =N 截面的彎矩為： 7 6 . 7 2 8 2 1 4 7 . 6HIM =? N 截面的彎矩為： 5 8 7 . 8 1 4 8 2 2 9 . 2HIM =? N 5.2.4.3 作垂直面內(nèi)的彎矩圖（ e）支點(diǎn)反力為： 2 144 7222rVA FF = = =N 23 114V B r V A rF F F F= - - = -N 截面左側(cè)彎矩為： 2 8 7 2 2 8 2 0 1 6VAVIMF= ? ?左N 截面右側(cè)彎矩為： 2 8 1 1 4 2 8 3 1 9 2HBVIMF= ? - ? -右N 截面處的彎矩為： 1 4 1 1 4 1 4 1 5 9 6V I I V BMF= ? - ? -N 5.2.4.4 合成彎矩 22HVM M M=+ 截面： 2 2 2 27 8 4 2 1 4 7 . 6 2 1 5 5 . 5HII V IM M M= + = + =左 左N 2 2 2 23 1 9 2 2 1 4 7 . 6 3 8 4 7 . 2HII V IM M M= + = - + =右 右 （ ）N 截面 : 2 2 2 21 5 9 6 8 2 2 9 . 2 8 3 8 2 . 5I I V I I H IM M M= + = + =N 5.2.4.5 轉(zhuǎn)矩 9 5 5 0 0 0 0 9 5 5 0 0 0 0 0 . 2 48123 9 7 . 1 4PT n 創(chuàng)= = =N 5.2.4.6 求當(dāng)量彎矩 取修正系數(shù)為 0.6 截 面 ：右 （ ） （ ）2 2 2 23 8 4 7 . 2 0 . 6 4 8 1 2 4 8 1 0eI IM M Ta= + = + ?N 截面 : （ ） （ ）2 2 2 28 3 8 2 . 5 0 . 6 4 8 1 2 8 8 6 5 . 8e I I I IM M Ta= + = + ? 16 N 5.2.4.7 確定危險(xiǎn)截面及校核強(qiáng)度 截 面：334 8 1 0 4 8 1 0 1 4 . 30 . 1 0 . 1 1 5eIeI MWds = = = = Mpa 截面 :338 8 6 5 . 8 8 8 6 5 . 8 2 6 . 30 . 1 0 . 1 1 5e I Ie I I MWds = = = = Mpa 查表 13.2 得 1 60bs - =Mpa，滿(mǎn)足 1ebss-的條件，故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并有一定裕度。 5.2.5 修改軸的結(jié)構(gòu) 因?yàn)樗O(shè)計(jì)軸的強(qiáng)度裕度不大，此軸不必在做修改。 5.3 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5.3.1 選擇軸的材料確定許用應(yīng)力 由已知條件知減速器的傳遞的功率屬與小功率，對(duì)材料無(wú)特 殊要求，故選用 45號(hào)鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。由表 13.4查得強(qiáng)度極限 650Bs = Mpa，再由表 13.2得許用彎曲應(yīng)力 1 60bs - =Mpa。 5.3.2 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的直徑 根據(jù)表 13.1得 C=118 117。又由式（ 13.2）得軸的最小直徑 ( ) 33 0 . 1 8 41 0 7 1 0 8 1 2 . 3 3 1 41 1 3 . 5pdc n炒 =?: 考慮到軸的最小直徑處會(huì)有鍵槽的存在，故將估算直徑加大 3% 5%，取為13 14.7d : 。由參考 文獻(xiàn) 3表 3.13 4取標(biāo)準(zhǔn)直徑 1 15d = 。 5.3.3 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪構(gòu)結(jié)構(gòu)草圖（ a） 17 5.3.3.1 確定軸上零件的位置和固定方式 要確定軸的結(jié)構(gòu)形狀，必須先確定軸上零件的裝拆順序和固定方式。參考圖，齒輪從軸的左端裝入，齒輪的左端用軸套與墊片定位，左端用彈性擋圈固定，這樣齒輪在軸上的位置被完全確定，齒輪的周向固定采用平鍵聯(lián)接。軸段的最右是齒輪軸。軸兩端最小直徑（軸）處安裝軸承，其軸向均用軸 套固定，周向采用過(guò)盈配合固定。 5.3.3.2 確定各段軸的直徑 如土所示，軸段上應(yīng)安裝軸承，軸段上必須滿(mǎn)足軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)，故取軸段的直徑的直徑為 10；用相同的方法確定軸段的直徑為 17 ；由參考文獻(xiàn) 2表 6 1可查得軸段上安裝軸承為 6000 型深溝球滾子軸承。 5.3.3.3 確定各軸段的長(zhǎng)度 左端齒輪輪轂的寬度為 30，為了保證齒輪的端面與箱體內(nèi)壁不相碰，齒輪端面間與箱體內(nèi)壁間應(yīng)留有一定的距離，該間距為 10 ，為了軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬度為 9 ），并考慮軸承的潤(rùn)滑，取軸承端面幾距箱體內(nèi)壁 的距離為 5，取軸段長(zhǎng)度為 62，軸段長(zhǎng)度為 20。軸承支點(diǎn)距離為 L=141；軸段的鍵槽的長(zhǎng)度比相應(yīng)的輪轂寬度小約 5 10，鍵槽的寬度按軸段直徑查手冊(cè)得到，詳見(jiàn) 13.6 節(jié)。 5.3.4 按彎曲合成強(qiáng)度校核軸徑 5.3.4.1 畫(huà)出軸的受力圖，如圖（ b）所示： 圓周力為：24332000 5 1 1 . 1ttTFF d= = =N 35652 0 0 0 2 1 5 8 0 0 8 7 7 . 836ttTFF d = = = =N 18 徑向力為： 02 4 3 2 0 0 5 1 1 . 1 0 . 9 4 4 8 0 . 4r r rF F F t g= = = ?N 05 6 6 2 0 0 8 7 7 . 8 0 . 9 4 8 2 5 . 1r r tF F F t g= = = ?N 5.3.4.2 作水平面的彎矩圖（ c） 由平衡條件可得 AB軸的平衡方程式為： 0ZF = 45 0t r H A H BF F F F- - + + = 0XF = 45 0t r V A V BF F F F+ + + = () 0ZFM =452 8 1 0 8 1 4 1 0t t B XF F R- ? ? ? () 0XFM =452 8 1 0 8 1 4 1 0r r B ZF F R- ? ? ? 上式得 水平面內(nèi)支點(diǎn)的反力為： 223.8=HAF N 281.7=HBF N 截面的彎矩為： 2 2 3 . 8 2 8 6 2 6 6 . 4HIM =? N. 截面的彎矩為： 2 8 1 . 7 1 0 2 8 1 7H I IM =?N. 截面的彎矩為： 2 2 3 . 8 1 6 . 5 3 6 9 2 . 7H I I IM =? N. 5.3.4.3 作垂直面內(nèi)的彎矩圖（ d），支點(diǎn)反力為： 615VAF = N 774VBF =- N 截面左側(cè)彎矩為： 2 8 6 1 5 2 8 1 7 2 2 0VAVIMF= ? ?左N. 截面右側(cè)彎矩為： 1 1 3 7 7 4 1 1 3 8 7 4 6 2HBVIMF = ? - ? -右N. 截面處的彎矩為： 1 0 7 7 4 1 0 7 7 4 0V I I V BMF= ? - ? -N. 截面的彎矩為： 6 1 5 1 6 . 5 1 0 1 4 7 . 5V I I IM =? N. 5.3.4.4 合成彎矩 22HVM M M=+ 截面： 2 2 2 21 7 2 2 0 2 6 6 . 4 1 8 3 2 4 . 7HII V IM M M= + = + =左 左N. 2 2 2 28 7 4 2 6 6 2 6 6 . 4 8 7 6 8 6HII V IM M M= + = - + =右 右 （ ）N. 19 截面： 2 2 2 27 7 4 0 2 8 1 7 8 2 3 6 . 7I I V I I H IM M M= + = - + =（ ）N. 截面： 2 2 2 21 0 1 4 7 . 5 3 6 9 2 . 7 1 0 7 9 8 . 5I I I V I I I H IM M M= + = + =N. 5.3.4.5 轉(zhuǎn)矩 9 5 5 0 0 0 0 9 5 5 0 0 0 0 0 . 1 9 2 154821 1 3 . 5PT n 創(chuàng)= = =N. 5.3.4.6 求當(dāng)量彎矩 取修正系數(shù)為 0.8 截面：右 （ ） （ ）2 2 2 23 8 4 7 . 2 0 . 6 4 8 1 2 4 8 1 0eI IM M Ta= + = + ?N. 截面： （ ） （ ）2 2 2 28 2 3 6 . 7 0 . 8 1 5 4 8 2 1 4 8 7 4 . 4e I I I IM M Ta= + = + ?N. 截面： （ ） （ ）2 2 2 21 0 7 9 8 . 5 0 . 8 1 5 4 8 2 1 6 4 3 2e I I I I I IM M Ta= + = + ?N. 5.3.4.7 確定危險(xiǎn)截面及校核強(qiáng)度 截面：3338 8 5 5 6 8 8 5 5 6 570 . 1 0 . 1 2 5eIeIMWds = = = = Mpa 截面：3331 4 8 7 4 . 4 1 7 8 7 4 . 4 9 . 5 20 . 1 0 . 1 2 5e I Ie I IMWds = = = = Mpa 截面：3331 6 4 3 2 1 6 4 3 2 1 0 . 50 . 1 0 . 1 2 5e I I Ie I I IMWds = = = = Mpa 查表 13.2得 1 60bs - =Mpa，滿(mǎn)足 1ebss-的條件，故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并有一定裕量。 5.3.5 修改軸的結(jié)構(gòu) 因?yàn)樗O(shè)計(jì)軸的強(qiáng)度裕度不大，此軸不必在做修改。 5.4 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5.4.1 選擇軸的材料確定許用應(yīng)力 由已知條件知減速器傳遞的功率屬于小功率，對(duì)材料無(wú)特殊要求，故選用 45號(hào)鋼并調(diào)質(zhì)處理。由表 13.4查得強(qiáng)度極限 650Bs = Mpa，在由表 13.2 地許用彎曲應(yīng)力 1bs- =60Mpa 。 5.4.2 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的直徑 20 根據(jù)表 13.1得 C=108 107。又由式（ 13.2）得軸的最小直徑 ( ) 33 0 . 1 7 61 0 7 1 0 8 1 8 . 5 2 13 2 . 4pdc n炒 =?: 考慮到軸的最小直徑處會(huì)有鍵槽存在，故將估算直徑擴(kuò)大 3% 5%，取為19.4 22d : 。由參考文獻(xiàn) 3表 3.13 4去標(biāo)準(zhǔn)直徑 1 20d = 。 5.4.3 設(shè)計(jì)軸的 結(jié)構(gòu)并繪構(gòu)結(jié)構(gòu)草圖（ a） 5.4.3.1 確定軸上零件的位置和固定方式 要確定軸的結(jié)構(gòu)形狀，必須先確定軸上零件的裝拆順序和固定方式。參考圖，軸段（ 1）上的齒輪從軸的左端裝入，齒輪的左端均用軸套定位，右端采用軸肩固定，這樣齒輪在軸上的軸向位置被完全確定。齒輪的周向固定采用平鍵聯(lián)接。軸承對(duì)稱(chēng)安裝與齒輪兩側(cè)（齒輪右端軸承安裝與軸段（ 2）上），其軸向用軸套、彈性擋圈及軸承端蓋固定。軸段（ 3）上的主動(dòng)曲柄從軸的右端裝入，其周向固定采用平鍵聯(lián)接，軸向采用擋環(huán)固定，這樣曲柄在軸上的軸向位置被完全確定。 5.4.3.2 確 定各軸段直徑 如圖所示，軸段（ 1）上安裝軸承，軸段（ 1）必須滿(mǎn)足軸承內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)，故取軸 21 段（ 1）的直徑為 20 ；用相同的方法確定軸段（ 2）的直徑為 25。由參考文獻(xiàn)2表 6 1 可查出軸段（ 1）上安裝的軸承為 6004 型深溝球滾子軸承，軸段（ 2）上安裝的軸承為 6005 型深溝球滾子軸承。 5.4.3.3 確定各軸段的長(zhǎng)度 左端齒輪輪轂的寬度為 45 ，為了保證齒輪的端面與箱體內(nèi)壁不相碰，齒輪端面間與箱體內(nèi)壁間應(yīng)留有一定的距離，該間距為 10 ，為了軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬度為 9 ），并考慮軸承的潤(rùn)滑，取軸承端面幾 距箱體內(nèi)壁的距離為 5 ，所以軸段長(zhǎng)度為 65 ，取軸段長(zhǎng)度為 25 ，。軸承支點(diǎn)距離為L(zhǎng)=70；在軸段、上分別加工出鍵槽，使鍵槽處于軸的同一圓柱母線(xiàn)上，鍵槽的長(zhǎng)度比相應(yīng)的輪轂寬度小約 5 10，鍵槽的寬度按軸段直徑查手冊(cè)得到，詳見(jiàn)13.6節(jié)。 5.4.4 按彎曲合成強(qiáng)度校核軸徑 5.4.4.1 畫(huà)出軸的受力圖（ b），如圖所示： 圓周力為：3652000 8 7 7 . 8tTF d=N 徑向力為： 066 2 0 0 8 7 7 . 8 0 . 9 4 8 2 5 . 1rtF F t g= = ? N 5.4.4.2 作水平面內(nèi)的彎矩圖（ c） 支點(diǎn) 反力為： 6 8 7 7 . 8 4 3 8 . 922tH A H A FFF= = = =N 截面的彎矩為： 4 3 8 . 9 3 5 1 5 3 6 1 . 5HIM =? N. 截面的彎矩為： 4 3 8 . 9 6 2 6 3 3 . 4H I IM =?N. 5.4.4.3 作垂直面內(nèi)的彎矩圖（ d）支點(diǎn)反力為： 6 3 1 9 . 5 1 5 9 . 822rVA FF = = =N 6 1 5 9 . 8V B r V AF F F= - =N 截面左側(cè)彎矩為：左 3 5 1 5 9 . 8 3 5 5 5 9 1 . 3VAVIMF= ? ?N. 截面右側(cè) 彎矩為：右 3 5 1 5 9 . 8 3 5 5 5 9 1 . 3HBVIMF= ? ?N. 截面處的彎矩為： 6 1 5 9 . 8 6 9 5 6V I I V BMF= ? ? N. 5.4.4.4 合成彎矩 22HVM M M=+ 截面：左 左2 2 2 25 5 9 1 . 3 1 5 3 6 1 . 5 1 6 3 4 7 . 2HII V IM M M= + = + =N. 右 右2 2 2 25 5 9 1 . 3 1 5 3 6 1 . 5 1 6 3 4