毕业设计（论文）小型立式加工中心转塔刀架的蜗轮蜗杆传动设计

上海大学毕业设计论文1小型立式加工中心转塔刀架的蜗轮蜗杆传动设计小型立式加工中心转塔刀架的蜗轮蜗杆传动设计摘摘 要要 加工中心是数控机床各类产品中发展最快、所占比重最大的一类产品，也是制造业应用最广的一类设备。现在加工中心逐渐成为机械加工业中最主要的设备，它加工范围广，使用量大。近年来在品种、性能、功能方面有很大的发展。加工中心不断向高精、高效、高自动化、多样性、成套性、综合性发展，在数控系统、功能部件、刀具等逐步实行国际化配套的条件下，其变化提高的关键，将依靠主机布局、结构、配置的千变万化，对其基础技术，和应用技术的科研工作将更加重要。今后加工中心的发展趋势将取决于战略战术的正确性市场需求。 虽然加工中心的功能日趋完善，能集中完成多种工序，但是当复杂零件工序高度集中时，必须频繁地更换刀具，以便提高生产效率。基于这种考虑，我尝试设计立式转塔头，在转塔头上附有 6 根短主轴，每根主轴上装一把刀具。当处于工作位置的刀具加工完毕之后，机床控制转塔头松开、转位，让下一工序的刀具进入工作位置，夹紧转塔头后，再继续加工，直至完成全部工序。本课题主要就是蜗轮蜗杆的传动设计，蜗轮蜗杆是转塔刀架中相当重要的组成部分，是保证整个机床正常工作的不可或缺的部分。 关键字：关键字：蜗轮；蜗杆；同步带；轴承蜗轮；蜗杆；同步带；轴承上海+大学毕业设计论文2DESIGN ON WORM WHEEL AND WORM DRIVE OF TURRET OF LITTLE UPRIGHT MACHINING CENTERABSTRACTMachining Center is the fastest growing products and the largest share of a product of all kinds of CNC machine tools, and the most widely used equipment in manufacturing. Machining Center is now becoming the main equipment in machining industry. It has a wide rage of machining and it was widely used. In recent years, it has a significant development in the variety, performance and functionality. Machining center continues to a high-precision, high-efficiency, high automation, diversity, turnkey and integrated developing .Under the condition of the NC system, functional parts, tools carrying out international matching, the key to the changes raising will rely on the position of mainframe, structure and matching. It will be more important to the research work of its basic technology and application technology. In the future the develop trend of machining center will lie on the stratagem which meet market demand correctly.Although the machining center further improve the function and it can focus on completing various processes, when the processes of complex components highly concentrated, we should change tools frequently so as to improve production efficiency. Based on this consideration, I try to design the upright turret, the turret head with six short axis and each one has a cutter. When the cutter finishing machining at the working the location, machine tool control the turret to release, transfer and let the next tool enter the work place, clamping turret and then continue machining until all the processes be completed.The topic mainly researches drive design of worm wheel and worm. Its the very important part of the turret,Its the necessary part of the Machining Center to ensure to work in normal way.KEYWORDS： worm wheel；worm；synchronous belt；bearing上海大学毕业设计论文3目目 录录中文摘要2ABSTRACT3前言 6一绪论7（一） 数控技术的发展历程 7（二） 数控技术发展趋势 7 1性能发展方向 72功能发展方向 83体系结构的发展 9（三） 数控加工中心的基本功能 10（四） 加工中心的组成 10（五） 立式加工中心 11（六） 转塔刀架的基本部件121转塔刀架的定位 122主轴部件 123中间轴部分 134蜗轮蜗杆传动部件14二. 蜗轮蜗杆传动设计 19（一）小型立式加工中心及其主要参数191主要结构特点 192. 主要规格及技术参数 19（二）蜗杆蜗轮传动设计的一些相关技术要求20（三）电动机21（四）同步带21（五）蜗轮蜗杆23（六）蜗杆轴轴承26 (七) 蜗轮轴轴承29上海+大学毕业设计论文4（八）蜗杆轴校核31（九）蜗轮轴校核35三. 结论39参考文献40谢辞41上海大学毕业设计论文5前前 言言 随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM 与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。 加工中心是数控机床各类产品中发展最快、所占比重最大的一类产品，也是制造业应用最广的一类设备。一些主要经济发达国家都把发展加工中心作为发展数控机床的首要任务，它的发展直接关系到国家经济建设和国防安全。在面向大批大量生产的组合机床上，多工序复合加工概念便已得到一定的体现，但这属于刚性自动化范畴。而当今所谓复合加工，则是指在柔性自动化的数控加工条件下，当工件在机床上一次装夹后，能自动进行同一类工艺方法的多工序加工(比如同属切削方法的车、铣、钻、镗等加工)或者不同类工艺方法的多工序加工(比如切削加工和激光加工)，从而能在一台机床上顺序地完成工件的全部或大部分加工工序。显而易见，把许多加工工序集中到一台机床上完成，不仅消除了分散加工时工件在各工序流通过程中的运输和等待时间，相应缩短工件的加工周期和降低车间的在制品数量，而且由于工件不需要在不同(或同一)机床上重新定位装夹，从而既减少了加工辅助时间，又提高了工件的加工精度特别是形位精度。所以自数控机床发明以来，复合加工便是其重要的技术发展方向之一。上海+大学毕业设计论文6一一. . 绪绪 论论( (一一) )数控技术的发展历程数控技术的发展历程回顾数控技术的发展已经经历了两个阶段，六代的发展历程。第一个阶段叫做 NC 阶段，经历了电子管、晶体管、和小规模集成电路三代。自 1970 年开始小型计算机开始用于数控系统就进入了第二个阶段，叫做 CNC 阶段，成为第四代数控系统：从 1974 年微处理器开始用于数控系统即发展到第五代。经过十多年的发展，数控系统从性能到可靠性都得到了根本性的提高。实际上从 20 世纪末期直到今天，在生产中使用的数控系统大部分都是第五代数控系统。但第五代数控系统以及以前各代都是一种专用封闭的系统，而第六代开放式数控系统将代表着数控系统的未来发展方向，将在现代制造业中发挥越来越重要的作用。（二）（二）数控技术发展趋势数控技术发展趋势1 1性能发展方向性能发展方向 (1)高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速 CPU 芯片、RISC 芯片、多 CPU 控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。 (2)柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。 (3)工艺复合性和多轴化以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、上海大学毕业设计论文7多表面的复合加工。数控技术轴，西门子 880 系统控制轴数可达 24 轴。 (4)实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。2.2. 功能发展方向功能发展方向(1)用户界面图形化用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同 用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前 INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、 图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。 (2)科学计算可视化科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于 CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。 (3)插补和补偿方式多样化多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2 螺旋插补、NANO 插补、NURBS上海+大学毕业设计论文8插补(非均匀有理 B 样条插补)、样条插补(A、B、C 样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。 (4)内装高性能 PLC数控系统内装高性能 PLC 控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准 PLC 用户程序实例，用户可在标准 PLC 用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。 (5)多媒体技术应用多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。3.3. 体系结构的发展体系结构的发展(1)集成化采用高度集成化 CPU、RISC 芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD 以及专用集成电路 ASIC 芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用 FPD 平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和 CRT 抗衡的新兴显示技术，是 21 世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。 (2)模块化硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如 CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。 (3)网络化机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。 (4)通用型开放式闭环控制模式采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不上海大学毕业设计论文9同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。（三）数控加工中心的基本功能（三）数控加工中心的基本功能 带有自动换刀刀具交换装置（ATC Automatic Tool Change）的数控机床称为加工中心。它通过刀具的自动交换，可以一次装夹完成多道工序的加工，实现了工序的集中和工艺的复合，从而缩短了辅助加工时间，提高了机床的效率，减少了零件安装、定位次数，提高了加工精度。加工中心是目前数控机床中产量最大、应用最广的数控机床。 带有刀具自动交换装置、能一次集中完成多种工序加工的数控加工设备。数控机床实现了中、小批量加工自动化，改善了劳动条件。此外，它还具有生产率高、加工精度稳定、产品成本低等一系列优点。为了进一步发挥这些优点，数控机床遂向“工序集中”，即一台数控机床在一次装夹零件后能完成多任务序加工的数控机床(即加工中心)方面发展。 钻、镗、铣、车等单功能数控机床只能分别完成钻、镗、铣、车等作业，而在机械制造工业中，大部分零件都是需要多任务序加工的。在单功能数控机床的整个加工过程中，真正用于切削的时间只占 30左右，其余的大部分时间都花费在安装、调整刀具、搬运、装卸零件和检查加工精度等辅助工作上。在零件需要进行多种工序加工的情况下，单功能数控机床的加工效率仍然不高。加工中心的数控系统能控制机床自动地更换刀具，连续地对工件各加工表面自动进行钻削、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝和铣削等多种工序的加工，工序高度集中。这种机床一般具有刀库和自动换刀装置，有的还具有分度工作台或双工作台。适用于加工凸轮、箱体、支架、盖板和模具等复杂型面的零件。上海+大学毕业设计论文10（四）加工中心的组成（四）加工中心的组成加工中心从总体来看大体上由以下几大部分组成：1基础部件：由床身、立柱和工作台等大件组成。2主轴组件：由主轴箱、主轴电机、主轴和主轴轴承等零件组成。3.控制系统：单台加工中心的数控部分是由 CNC 装置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及电机等部分组成。4.伺服系统：其作用是把来自数控装置的信号转换为机床移动部件的运动。5.自动换刀装置。6.辅助系统：包括润滑、冷却、排屑、防护、液压和随机检测系统等部分。7.自动托盘更换系统 （五）立式加工中心（五）立式加工中心立式加工中心结构简单，占地面积小，价格也便宜。中小型立式加工中心一般都采用固定立柱式，因为主轴箱吊在立柱一侧，通常采用方形截面框架结构、米字形或井字形筋板，以增强抗扭刚度，而且立柱是中空的，以放置主轴箱的平衡重。立式加工中心通常也有三个直线运动坐标，由溜板和工作台来实现平面上 X、Y 两个坐标轴的移动。底 座横 向 工 作 台 （ Y ）纵 向 工 作 台 （X）操 作 面 板纸 带 读 入 装 置数 控 柜刀 库主 轴 箱换 刀 机 械 手(X)(Y)上海大学毕业设计论文11图 1-1 立式加工中心（六）转塔刀架的基本部件（六）转塔刀架的基本部件1 1转塔刀架的定位转塔刀架的定位定位是机械加工和零件装配中的常用手段,而定位精度是保证加工质量和装配质量的重要指标。进行合理的定位精度设计,有利于提高机械产品的整体水平。常用的定位元件有定位销定位、鼠牙盘定位和钢球定位等。定位销的定位精度主要由定位销和定位孔的精度来决定，同轴线孔的定位精度要求高些，其他角度的定位精度要求低些。定位销和定位孔衬套的制造精度都要求很高，并且它们的硬度要求也很高，这样耐磨性好，可提高其使用寿命。鼠牙盘是由两个齿数及齿形相同的端面齿盘对合而成。通常一个齿盘固定不动，另一个齿盘与分度回转部件一同旋转。当分度转位时，动齿盘抬起和定齿盘分开，然后转位。当转至要求的位置时，动齿盘下降，两齿盘重新啮合并压紧。2 2主轴部件主轴部件主轴部件是加工中心的关键部件，由于跨距的原因，主轴的刚性比较差，其中有 4 根安装钻孔刀具，2 根主轴安装立铣刀。钻削的主轴部件受较大的轴向力，但径向力不大，精度要求也不太高，因此径向轴承可用深沟球轴承，轴向支承用推力球轴承。前之承的径向力和轴向力都比后支承大，推力轴承的轴向间隙靠螺母调整。上海+大学毕业设计论文12 图 1-2 主轴部件铣刀安装的主轴部件，因转速较高，前轴承用双列短圆柱滚子轴承，后轴承因主轴的最高转速已经接近推力轴承的允许转速而改用两个角接触轴承，既承受径向载荷又分别承受两个方向的轴向载荷。主轴装在套筒中，调整这个轴承的间隙靠修磨垫圈和拧紧螺母，把主轴向上提，经锥面把前轴承的内环胀大。垫圈和螺母同时也可以传递轴向力。装上后用螺钉固定在主轴上，以免旋转时飞脱。两个角接触轴承的间隙，靠修磨垫圈的厚度来调整。 3 3中间轴部分中间轴部分中间轴是最主要的传动轴，它连接着同步带，安装轴承，又安装着牙嵌离合器，离合器的啮合，带动整个刀架体的工作。上海大学毕业设计论文13图 1-3 中间轴部分4 4蜗轮蜗杆传动部件蜗轮蜗杆传动部件蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动，两轴线间的夹角可为任意值，常用的为 90。这种传动由于具有结构紧凑、传动比大、传动平稳以及在一定的条件下具有可靠的自锁性等优点，它广泛应用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械及其它机器或设备中。（1 1） 蜗轮蜗杆的形成蜗轮蜗杆的形成蜗杆蜗轮传动是由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来的。小齿轮的轮齿分度圆柱面上缠绕一周以上，这样的小齿轮外形像一根螺杆，称为蜗杆。大齿轮称为蜗轮。为了改善啮合状况，将蜗轮分度圆柱面的母线改为圆弧形，使之将蜗杆部分地包住，并用与蜗杆形状和参数相同的滚刀范成加工蜗轮，这样齿廓间为线接触，可传递较大的动力。 蜗杆蜗轮传动的特征：其一，它是一种特殊的交错轴斜齿轮传动，交错角为90，z1 很少，一般 z114；其二，它具有螺旋传动的某些特点，蜗杆相当于螺杆，蜗轮相当于螺母，蜗轮部分地包容蜗杆。 上海+大学毕业设计论文14（2 2） 蜗杆传动的类型蜗杆传动的类型按蜗杆形状的不同可分： 1圆柱蜗杆传动-普通圆柱蜗杆（阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向直廓蜗杆、锥面包络蜗杆）和圆弧蜗杆。 普通圆柱蜗杆圆弧蜗杆上海大学毕业设计论文152环面蜗杆传动 环面蜗杆3锥蜗杆传动 锥蜗杆动（3 3）蜗杆传动的特点）蜗杆传动的特点 传动比大，结构紧凑 传动平稳，无噪声 具有自锁性 传动效率较低，磨损较严重 蜗杆轴向力较大，致使轴承摩擦损失较大。 上海+大学毕业设计论文16（4 4） 蜗杆传动的应用蜗杆传动的应用 由于蜗杆蜗轮传动具有以上特点，故常用于两轴交错、传动比较大、传递功率不太大或间歇工作的场合。当要求传递较大功率时，为提高传动效率，常取 z12-4。此外，由于当 1 较小时传动具有自锁性，故常用在卷扬机等起重机械中，起安全保护作用。它还广泛应用在机床、汽车、仪器、冶金机械及其它机器或设备中； 利用蜗杆传动传动比大省力的特点，以及它的自锁性能，在起重机械中广泛应用。 单级蜗杆传动减速器一蜗杆传动由蜗杆相对于蜗轮的位置不同分为上置蜗杆和下置蜗杆传动。 上海大学毕业设计论文17（5 5） 蜗轮蜗杆结构蜗轮蜗杆结构 1蜗杆结构： 蜗杆通常与轴为一体，采用车制或铣制，结构分别见下图 2蜗轮结构： 蜗轮常采用组合结构，由齿冠和齿芯组成。联结方式有：铸造联结、过盈配合联结和螺栓联接，结构分别见下图。蜗轮只有在低速轻载时采用整体式。 上海+大学毕业设计论文18二. 蜗轮蜗杆传动设计（一）小型立式加工中心及其主要参数1 1主要结构特点主要结构特点 我选择设计的是小型立式加工中心转塔刀架的蜗轮蜗杆传动部分，我设计的的基本方向是：具有结构简单、零部件少、拆装方便、易控制、噪声小、性能可靠、寿命长等优点。如图所示：即为一台小型立式加工中心的总体布置图。图 2-1 总体布置图2.2. 主要规格及技术参数主要规格及技术参数表 1 小型立式加工中心主要技术参数主电机功率5.5(kw)主轴转速206000（r/min）换刀时间1.5(秒)最大钻孔直径20(mm)最大攻丝直径16(mm)上海大学毕业设计论文19刀库容量6(把)行程(X/Y/Z)500/380/220(mm)（二）蜗杆蜗轮传动设计的一些相关技术要求蜗杆传动由蜗杆、蜗轮组成。如图 4-3 所示。用于传递空间两交错轴之间的运动和力，通常两轴交错角为 90。一般用作减速传动，广泛应用于各种机械设备和仪表中。图 2-2 蜗杆传动蜗杆传动的类型和特点：按蜗杆的形状不同，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动、圆弧面蜗杆传动和锥面蜗杆传动。 如图 2-3 所示为我的设计中的蜗杆传动，其端面齿廓为阿基米德螺旋线，轴向齿廓为直线。它一般在车床上用成型车刀切制。螺旋方向右旋。图 2-3 蜗杆传动蜗杆传动与齿轮传动相比，具有以下特点:(1)传动比大，结构紧凑。 (2)传动平稳，噪声小。 (3)可制成具有自锁性的。 (4)传动效率低 。 上海+大学毕业设计论文20在我的设计中使用蜗杆传动使机床的噪音小，结构紧凑。由于蜗杆传动有大的速比，而齿轮如果要达到我设计的速比，则需要好几对，这样，我的设计结构能够简化。（三）电动机（三）电动机一般机床进给电动机为主电机功率的 0.20.25，主电机功率为 5.5KW,所以选择电动机 Y90L-6，该电机的额定功率为 1.1KW，满载转速为 910r/min。（四）同步带（四）同步带1设计功率 Pd由表51426 查得 KA1.5PdKAP1.51.1KW1.65KW2. 选定带型和节距 根据 Pd1.87KW,n1910r/min，由图5149 确定为 H 型，节距 Pb12.7mm3. 小带轮齿数 z1根据带型 H 和小带轮转速 n1，由表51427 查的小带轮得最小齿数 z1min16，取 z1164. 小带轮节圆直径 d1d1z1Pb/1612.7/64.68mm由表514-32 查的其外径 da1=63.31mm5. 大带轮齿数 z2z2=iz1=1.32026，由表51432 取 z2266大带轮节圆直径 d2 d2z2Pb/2612.7=105.11mm由表514-32 查的其外径 da2=103.73mm7. 带速 v上海大学毕业设计论文21 vd1n1/（601000）64.68910/60000=3m/s8. 初定轴间距 a0=200mm9带长及其齿数L02a0（d1+d2）/2(d1+d2)2/4a0=2200（64.68+105.11）/2+（105.11-64.68）2/4200669mm由表51423 查的应选用带长代号为 270 的 H 型同步带，其节线长 Lp685.8mm,节线长上的齿数 z5410实际轴间距 a aa0（LpL0）/2=200+(685.8-669)/2=208.4mm11小带轮啮合齿数 ZmZmentz1/2-Pbz1(z2-z1)/22aent16/2-12.716（2616）/22208.4812基本额定功率 P0P0=(Tamv2)v/1000由表51429 查的 Ta2100.85N, m0.448kg/mP0=(2100.850.44832)3/10006.29KW13所需带宽 bsbs=bs0（Pd/KzP0）1/1.14由表51428 查得 H 型带 bs076.2mm，按 zm8 查表51425 得 Kz1bs=76.2(1.65/16.29) 1/1.1423.6mm由表51424 查得，应选用带宽代号为 100 得 H 型带，其 bs25.4mm14带轮结构和尺寸传动选用的同步带为 270H100小带轮：z116，d164.68mm，da163.31mm大带轮：z226，d2105.11mm，da2103.73mm中心距：a208.4mm上海+大学毕业设计论文22（五）蜗轮蜗杆（五）蜗轮蜗杆1选择传动的类型，精度等级和材料考虑到传递的功率不大，转速较低，选用 ZA 蜗杆传动，精度 8cGB10089-1988。蜗杆用 35CrMo,表面淬火，硬度为 4550HRC；表面粗糙度 Ra1.6m。蜗轮轮缘选用ZCuSn10P1 金属模铸造。2选择蜗杆、蜗轮得齿数传动比 i=n1/n2=700/28=25参考表216.5-5,取 z12，z2iz1252503确定许用应力HP=HPZVSZN由表216.5-14 查得 HP220N/mm2，FP=70N/mm2按图216.52 查得 vs2m/s按图216.53 查得，采用浸油润滑，得 ZVS0.97轮齿应力循环次数：NL60n2jLh60281300480.46.45106查图216.54 得 ZN1.06，YN0.83HP2200.971.06226.2N/mm2FPFPYN700.8358.1 N/mm24接触强度设计m2d1（15000/HPz2）2KT2载荷系数取 K=1.2蜗轮轴得转矩：T29550P1/n295501.0780.82/28301.5Nmm2d1（15000/226.250）21.2301.5636.4mm3查表216.54，由于结构取 m2d12500mm3，相应 m6.3mm，d163mm上海大学毕业设计论文23查表216.56，按 i25，m6.3mm，d163mm，其a200mm，z253，z12，x20.246，=111836=11.31蜗轮分度圆直径 d2mz26.353333.9mm5求蜗轮的圆周速度，并校核效率实际传动比：iz2/z153/226.5n2700/26.526.42r/min蜗轮得圆周速度：v2d2n2/60000333.926.42/600000.46m/s滑动速度：vsd1n1/60000cos63700/60000cos11.312.35m/s求传动的效率，1231tan/tan（+v）tan11.31/ tan（11.311.8）0.86v由表216.516 插值得 v1481.8取 20.96，30.98，则0.860.960.980.81与暂取值 0.82 接近。6. 校核蜗轮齿面的接触强度HZE（9400T2KAKVK/d1d22）1/2HP查表216.511 得 ZE155(N/mm2)1/2按表216.512 取 KA=0.8，取 K=1.1，取 KV1.1蜗轮传递得实际转矩 T2=95501.0780.81/28297.8Nm当 vs2.35m/s 时，查图216.53 得 Zvs0.99HP=HPZVSZN2200.991.06231N/mm2H115（9400297.80.81.11.1/63333.92）1/271.43N/mm2HP231N/mm27蜗轮齿根弯曲强度校核F666T2KAKVKYFSY/d1d2mFP上海+大学毕业设计论文24按 zv2z2/cos353/cos311.3156.21 及 x20.246查图31222得 YFS2.18Y=1-/120=1-11.31/120=0. 906FP58.1 N/mm2F666297.80.81.11.1/63333.96.31.49N/mm2e1Fa2/Fr2161.77/237.90.68e2由表7135 得径向载荷系数和轴向载荷系数为轴承 1 X1=0.41,Y1=0.87轴承 2 X2=1,Y2=0因轴承运转中有中等冲击载荷，按表7136，fp1.21.8，取 fp1.5则P1=fp（X1Fr1Y1Fa1）1.5（0.41234.220.87340.15）587.94NP2=fp（X2Fr2Y2Fa2）1.5（1237.90161.77）356.85N4. 计算轴承寿命P1P2，所以按轴承 1 的受力大小计算Lh106（C/P1）/60n106（19000/587.94）3/60700803549.23h上海大学毕业设计论文27上海+大学毕业设计论文28( (七七) ) 蜗轮轴轴承蜗轮轴轴承选 NA4852 由表220.630 C=368KN，C01130KN2求两轴承受到得径向载荷 Fr1和 Fr2将轴系部件受到得空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。其中 Fte为通过另加转矩而平移到指向轴线；Fae亦应通过另加弯矩而平移到作用于轴线上。由力分析可知Fr1V（Fre118.5Faed/2）/237（64.93118.5466.89333.9/2）/237-296.43NFr2VFreFr1V64.93-296.43361.36NFr1H=Fr2HFte/2178.38/289.19NFr1（Fr1V2Fr1H2）1/2=(296.43289.192)1/2309.56NFr2（Fr2V2Fr2H2）1/2=(361.36289.192)1/2372.2N蜗轮的圆周力：Ft2Fte178.38N蜗轮轴向力：Fx2Fae466.89N蜗轮径向力：Fr2Fre64.93N2. 求轴承当量动载荷 P1和 P2P1= Fr1309.56N上海大学毕业设计论文29P2= Fr2372.2N3.计算轴承寿命P2P1，所以按轴承 2 的受力大小计算Lh106（C/P2）/60n106（368000/372.2）（10/3）/6026.4261012h上海+大学毕业设计论文30（八）蜗杆轴校核（八）蜗杆轴校核轴的材料为 35CrMo，经调制处理，由表219.11 查得材料力学性能数据为：b750MPa，s550 MPa，1350 MPa，1200 MPa1轴上受力分析轴传递的转矩T11.078955104/70014707Nmm147.07Nm蜗杆的圆周力：Ft12T1/d1214707/63466.89N蜗杆轴向力：Fx12T2/d2229780/333.9178.38N蜗杆径向力：Fr1Ft2tan178.38tan2064.93N求支反力在水平平面内的支反力（图 b）由 MA=0 得RBz（ab）Fr1aFx1d1/20RBz（210210）64.93210178.3863/20RBz19.09Nz0 得RAzFr119.09N64.9319.0945.84N在垂直平面内的支反力（图 d）RAyRByFt1/2466.89/2233.44N上海大学毕业设计论文31作弯矩和转矩图蜗杆得作用力在水平平面得弯矩图（图 c）MDzRAza45.842109626.4Nmm96.26NmMDzMDzFx1d1/29626.4178.3863/24007.43Nmm40.07Nm蜗杆的作用力在垂直平面的弯矩图（图 e）MDyRAya233.4421049022.4Nmm490.22Nm蜗杆作用力在 D 截面作出的最大合成弯矩（图 f）MD（M2DzM2Dy）1/2（96.262490.222）1/2499.58Nm作转矩图（图 g）T1147.07 Nm2轴的强度校核确定危险截面：根据轴的结构尺寸及弯矩图、转矩图，截面 D 处弯矩最大，且由蜗轮蜗杆配合，故属于危险截面，现对 D 截面进行强度校核。安全系数校核计算：由于该蜗杆轴转动，弯矩引起对称循环应力，转矩引起的为脉动循环切应力。弯曲应力幅：aMD/W499.58106/10.8646106Pa46MPa式中 W抗弯截面系数，由表219.315 查得Wd3/32483/3210857.34mm310.86cm310.86106m3由于是对称循环弯曲应力，故平均应力 m0根据式S1/（Ka/m）350106/（2.446106/2.80.730）6.48式中135CrMo 弯曲对称循环应力时的疲劳极限K正应力有效应力集中系数，由表219.35，取 K=2.4表面质量系数，蜗杆经高频淬火，按表219.38 查得 2.8尺寸系数，由表219.311 查得 0.73切应力幅为上海+大学毕业设计论文32mT1/2Wp147.07106/221.713.39106Pa3.39MPa式中Wp抗扭断面系数，由表219.315 查得Wpd3/16483/1621.71cm321.71106m3S1/（Ka/m）200106/（1.83.39106/2.80.730.213.39106）54.09式中135CrMo 扭转疲劳极限K切应力有效应力集中系数，由表219.35 得 ，K1.8，同正应力情况平均应力折算系数，由表219.313 查得，0.21轴 D 截面的安全系数SSS/（S2S2）1/26.4854.09/（6.48254.092）1/26.43由表219.34 可知，S1.32.5故 SS，该轴 D 截面是安全的上海大学毕业设计论文33上海+大学毕业设计论文34（九）蜗轮轴校核（九）蜗轮轴校核轴的材料为 35CrMo，经调制处理，由表219.11 查得材料力学性能数据为b650MPa，s360 MPa，1270 MPa，1155 MPa1轴上受力分析轴传递的转矩：T2=95501.0780.81/28297.8Nm蜗轮的圆周力：Ft2Fx1178.38N蜗轮轴向力：Fx2Ft1466.89N蜗轮径向力：Fr2Ft2tan178.38tan2064.93N求支反力在水平平面内的支反力（图 b）由 MA=0 得RBz（ab）+Fr2a+Fx2d2/20RBz（118.5118.5）+64.93118.5466.89333.9/20RBz361.36N上海大学毕业设计论文35z0 得RAzFr2361.36N64.93361.36-296.43N于 RBz 方向相反，RAz=296.43N在垂直平面内的支反力（图 d）RAyRByFt2/2178.38/289.19N作弯矩和转矩图蜗轮得作用力在水平平面得弯矩图（图 c）MDzRAza296.43118.535126.96Nmm351.27NmMDzMDzFx2d1/235126.96466.8333.9/2-42805.3Nmm-428.05Nm蜗杆的作用力在垂直平面的弯矩图（图 e）MDyRAya89.19118.510569Nmm105.69Nm蜗杆作用力在 D 截面作出的最大合成弯矩（图 f）MD（M2DzM2Dy）1/2（351.272105.692）1/2366.83NmMD（M2DzM2Dy）1/2（428.052105.692）1/2440.9Nm作转矩图（图 g）T2297.8Nm2. 轴的强度校核确定危险截面:根据轴的结构尺寸及弯矩图、转矩图，截面 D 处弯矩最大，且由蜗轮蜗杆配合，故属于危险截面，现对 D 截面进行强度校核。安全系数校核计算由于该蜗杆轴转动，弯矩引起对称循环应力，转矩引起的为脉动循环切应力。弯曲应力幅为：aMD/W440.9106/1330.980.25106Pa0.33MPa式中 W抗弯截面系数，由表219.315 查得Wd3（1-4）/32-bt（d-t）2/2d2603（1-0.624）/32-6320（26020）2/22601330981.936mm31330.98cm31330.98106m3=d0/d=160/260=0.62由于是对称循环弯曲应力，故平均应力 m0上海+大学毕业设计论文36根据式S1/（Ka/m）270106/（1.8250.33106/0.860.60）231.33式中145 钢弯曲对称循环应力时的疲劳极限K正应力有效应力集中系数，由表219.35，插值得 K=1.825表面质量系数，按表219.38 插值得 0.86尺寸系数，由表219.311 查得 0.60切应力幅为mT2/2Wp297.8106/22801.530.053106Pa0.053MPa式中Wp抗扭断面系数，由表219.315 查得WpWd3（1-4）/16-bt（d-t）2/2d2603（1-0.624）/32-6320（26020）2/22602801533.1cm32801.53106m3S1/（Ka/m）155106/（1.6250.053106/0.860.60.210.053106）870.6式中145 钢扭转疲劳极限K切应力有效应力集中系数，由表219.35 插值得 ，K1.625，同正应力情况平均应力折算系数，由表219.313 查得，0.21轴 D 截面的安全系数SSS/（S2S2）1/2231.33870.6/（231.332870.62）1/2223.57由表219.34 可知，S1.32.5故 SS，该轴 D 截面是安全的上海大学毕业设计论文37上海+大学毕业设计论文38三三. . 结结 论论 经过两个多月自己的的努力和奋斗和徐锋导师的悉心指导，终于顺利的完成了此次毕业设计。本次毕业设计的课题是小型立式加工中心转塔刀架的蜗轮蜗杆传动设计，在设计的过程中查阅了许多资料，通过资料，我对机械结构设计有了相当深度的认识，了解到了许多知识，并且完善了自己的原有知识。首先，了解了数控技术的发展趋势，我国数控技术发展的情况；其次，了解了数控机床，尤其是加工中心的分类、特点等；当然，还有了解到了蜗轮蜗杆的传动形式。我设计的东西是蜗轮蜗杆传动中的 ZA 蜗杆传动的设计。虽然这是在蜗轮蜗杆传动中一个相对来说比较简单的传动形式，但是需要考虑的问题还是很多的，例如如何解决各种配合，强度的问题，如何让传动结构变的更简单等。对我而言，通过本次毕业设计，不仅让我了解到了很多关于数控方面的各种知识，而且更重要的是培养了我独立完成一件事情的能力，培养了我发现问题、分析问题的并解决问题的能力，更给了我把理论运用到实际的机会，使我在踏上工作岗位之前有了一次很好的综合实践机会。觉得自己充实了很多。我相信，本次毕业设计会给我以后的发展，产生极大的影响。应该说这次毕业设计对我个人受益匪浅，觉得很有意义。上海大学毕业设计论文39参参 考考 文文 献献1 唐增宝，何永然，刘安俊.机械设计课程设计,华中科技大学出版社，1999.2 机械设计手册编委会.机械设计手册.机械工业出版社,2004.8.3 东北工学院机械零件设计手册编写组.机械零件设计手册.冶金工业出版社，1980.4 单辉祖.材料力学.高等教育出版社.2004，8.5 吴宗泽.机械零件设计手册.机械工业出版社,2003.11.6 成大先.机械设计手册.化学工业出版社，2002.7 濮良贵，纪名刚.机械设计.高等教育出版社，2001.8 JOHN E.NEELY RICHARD R.KIBBE. MODERN MATERIALS AND MANUFACTURING PROCESSES，Prentice-Hall,Inc,1987.9 朱景梓.英汉机械工程技术词汇.科学出版社，1983，9.10 周开勤.机械零件手册.高等教育出版社，1994.11 Creamer R H.Machine Design.Addison-Wesley Pub.Co.,1976.上海+大学毕业设计论文40谢谢 辞辞 在此论文完成之时,谨向所有关心,支持和帮助我的老师,同学表示我最忠心的感谢,感谢他们对我长期得教导和悉心周到的帮助。 本文是在我的导师徐锋的悉心指导下完成得,论文每一部分得工作都凝聚着徐老师的心血,在我写论文得时间里,徐老师悉心帮我审阅我得论文,提供指导意见,对论文的完成起了相当大得作用.把我一个在机械设计方面没什么经验的学生,教到能够独立完成毕业设计,徐老师对机床结构设计有着非常深入得研究,在蜗轮蜗杆传动方面有许多独到的见解,通过他的指导,我顺利的完成了毕业设计,徐老师诲人不倦,我再次向徐老师表示衷心的感谢! 最后,向所有未提及的其他老师和同学表示感谢。