数控机床分度工作台设计

毕业设计(论文) 数控机床分度工作台的设计学 号：姓 名：专 业：机械设计制造及其自动化系 别： 机械工程系指导教师：XXX讲师XXX副教授二一五年四月摘 要本文以数控机床为应用平台，通过研究分度工作台的基本原理，结合液压、数控技术，液压原理，机械传动及工程力学等等知识，对机床工作台进行了设计，来实现对尺寸较大、精度要求较高零件进行圆周面分度加工和工艺处理。本文设计出了主要应用于数控镗床和加工中心的液压数控机床分度工作台，为了提高工作台精度和刚度，稳定性，本设计中工作台采用齿盘式分度装置。它的传动部分主要有：液压马达、齿轮齿条传动、齿轮传动、端齿盘传动及液压传动装置。其余部分主要由工作台端面、中心轴、液压系统、微动开关、支架和底座及箱体等部分组成。它能承受很大的外载，定位刚度好，精度保持性好，可提高加工效率，能够由数控系统控制使工作台自动完成分度并定位夹紧。此工作台采用端齿盘夹紧装置，定位精度高具有正确对中的能力，啮合时不需要再找中心，并可进行间隙消除和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。它具有高互换性和高耐磨性，经济效益好，今后会在数控机床上得到广泛的应用。关键词：分度工作台；液压马达；液压缸；数控ABSTRACTPneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something,aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic .The principle, technical pare-maters, transmiting system and main parts structure of analysed.Keywords Mincing machine can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required.Key word: pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop；Four degrees of freedom.iii目 录摘 要iABSTRACTii目 录 iii1 绪论1 1.1课题的来源与研究的目的与意义1 1.2分度台的方案分析1 1.2.1 结构分析2 1.2.2 机械结构总体方案与布局5 1.2.3 分度台工作原理7 1.3课题研究的内容9 1.3.1 Solidworks设计基础12 1.3.2 草图绘制13 1.3.3 基准特征，参考几何体的创建15 1.3.4 拉伸、旋转、扫描和放样特征建16 1.3.5 工程图的设计17 1.3.6 装配设计172 机械结构的设计18 2.1 轴承的设计18 2.2 传动齿轮的选型计算18 2.3 液压缸的选型计算19 2.4 传动轴的设计计算193 分度台各部分强度的校核20 3.1轴承强度的校核21 3.2传动轴强度的校核21 3.3 齿轮强度的校核214 分度工作台的PLC设计22 4.1 PLC的定义23 4.2 PLC的选择23 4.3分度工作台PLC控制系统接线图和流程图的确定24结论25致 谢26参考文献27附录 一28附录 二37XX海滨学院毕业设计（论文）1 绪论 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。 机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有： 建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金属工艺学等等。 研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。 机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。 研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染，和自然资源过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是现代机械工程的一项特别重要的任务，而且其重要性与日俱增。机械的种类繁多，可以按几个不同方面分为各种类别，如：按功能可分为动力机械、物料搬运机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械等；按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。另外，机械在其研究、开发、设计、制造、运用等过程中都要经过几个工作性质不同的阶段。按这些不同阶段，机械工程又可划分为互相衔接、互相配合的几个分支系统，如机械科研、机械设计、机械制造、机械运用和维修等。 这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使机械工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按工作原理分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、核动力装置、内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动力装置、铁路机车、船舶轮机工程、汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。船用汽轮机是动力机械，也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶动力装置、蒸汽动力装置，可能也属于核动力装置等等。因此自20世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。械工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。 分度工作台是近几十年发展起来的一种高科技半自动化生产设备。分度台的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。分度台作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。1.1课题的来源与研究的目的和意义现代工业分度台起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的自动化产品。1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型分度台。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用气驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用分度台就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业分度台。1962年，美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran分度台，原意是灵活搬运。该分度台的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用气驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种分度台出现在六十年代初，但都是国外工业分度台发展的基础。1978年，美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm型工业分度台，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于1毫米。美国还十分注意提高分度台的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate公司建立了8年分度台试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到0.1毫米。德国机器制造业是从1970年开始应用分度台，主要用于起重运输、焊接和设备的钻孔、攻牙等作业。德国KnKa公司还生产一种全自动分度台，采用新的结构和程序控制。瑞士RETAB公司生产一种全自动智能分度台，采用示教方法编制程序。日本是工业分度台发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型分度台后，大力研究分度台的研究。据报道，1976年从事分度台的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1979年120多个大学和国家研究部门用在分度台的研究费用42%。1979年日本分度台的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的分度台产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能分度台约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，分度台累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%60%的速度增长。使用分度台最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。第二代分度台正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使分度台具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉分度台。第三代分度台则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。随着分度台的研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。随着科学技术的发展，分度台也越来越多的地被应用。在机械工业中，铸、焊、铆、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实理。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。在机械工业中，应用分度台的意义可以概括如下：一、以提高生产过程中的自动化程度应用分度台有利于实现工件的钻孔、攻牙等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。二、以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用分度台即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以分度台代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用分度台代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用分度台可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有分度台，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。综上所述，有效的应用分度台，是发展机械工业的必然趋势。1.2 分度台的方案分析为了使分度台的通用性更强，把分度台采用齿盘式分度装置。它的传动部分主要有：液压马达、齿轮齿条传动、齿轮传动、端齿盘传动及液压传动装置。其余部分主要由工作台端面、中心轴、液压系统、微动开关、支架和底座及箱体等部分组成。它能承受很大的外载，定位刚度好，精度保持性好，可提高加工效率，能够由数控系统控制使工作台自动完成分度并定位夹紧。此工作台采用端齿盘夹紧装置，定位精度高具有正确对中的能力，啮合时不需要再找中心，并可进行间隙消除和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。1.2.1 结构分析分度工作台主要有液压缸提供驱动力，通过齿轮齿条机构带动齿盘转动，当需要分度时，壳体内部的液压缸推动动齿盘与上方的定齿盘啮合，这样工作台就停止了转动，如此间歇运动，就是对工作台进行了分度，具体的回转角度需要根据液压缸的推程来决定，通过调整液压缸的节流阀，可以很方便地调节分度工作台的速度。1.2.2 机械结构总体方案与布局分度台的液压回路的设计主要是选用合适的控制阀，通过控制和调节各个液体压缩的压力、流量和方向来使液压执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作，设计出的方案布局图如下图所示。 分度台总体方案与布局图 此次设计的分度台采用端齿盘夹紧装置，定位精度高具有正确对中的能力，啮合时不需要再找中心，并可进行间隙消除和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。设计中采用PLC控制分度台实现各种规定的预定动作，既可以简化控制线路，节省成本，又可以提高劳动生产率。1.2.3 分度台工作原理分度工作台主要有液压缸提供动力，通过齿轮齿条传动机构带动齿盘转动，当需要分度时，壳体内部的液压缸推动动齿盘与上方的定齿盘啮合，这样工作台就停止了转动，如此间歇运动，就是对工作台进行了分度，具体的回转角度需要根据液压缸的行程来决定，通过调整液压缸的节流阀，可以很方便地调节分度工作台的速度。1.3课题研究的内容 本论文主要研究运用SolidWorks对数控机床分度工作台进行设计。在设计过程中，了解SolidWorks的各种功能。 SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内。当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年，Solidworks被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名。从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖。其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司。SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。 由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术。SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。 据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它3D CAD软件相比，SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越来越多的工程师和设计者使用SolidWorks三维软件，越来越多的企业需要SolidWorks人才。Solidworks软件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是SolidWorks的五大特点。使得SolidWorks三维软件成为目前全球领先的三维CAD解决方案。SolidWorks在设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛选，工程师能从中选择合适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便又通俗易懂的软件之一。它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工程师和设计者，乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。 1.3.1 SolidWorks设计基础 熟悉SolidWorks的工作环境；了解SolidWorks的命令，掌握在SolidWorks工作环境中文件的打开、保存、导入等基本操作，掌握三维建模流程。1.3.2 草图绘制 掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、文字等高级几何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束；熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用草图绘制工具完成草图绘。1.3.3 基准特征-参考几何体的创建 清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念；灵活运用各种建立基准点的方法；灵活运用各种建立基准轴方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵活运用坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。1.3.4拉伸、旋转、扫描和放样特征建模 灵活运用拉伸特征的概念与建立方法；灵活运用旋转特征的概念与建立方法；掌握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实践能够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。综合应用扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。1.3.5工程图设计 灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法；灵活运用建立标准三视图，剖视图，断面图，局部图，辅助视图等方法；灵活运用各种注释的方法。1.3.6 装配设计 灵活运用自底向上的装配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运用SolidWorks智能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够在装配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法；灵活运用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的方法。2 机械结构的设计2.1 轴承的设计计算 轴承的选择并不是只考虑轴径一个因素，还要考虑到轴承的性能，一般要考虑到其寿命、可靠度（指该轴承达到或超过规定寿命的概率）、静载荷、动载荷、额定寿命、基本额定寿命、基本额定载荷等等很多因素。最主要的是允许空间、载荷的大小和方向、轴承工作转速、旋转精度、轴承的刚性（一般磙子轴承的刚性大于球轴承）、轴向游动、安装和拆卸。因为在本设计的轴上径向载荷大，轴向载荷小，而且存在轴或壳体变形大以及安装对中性差的问题，所以选用调心滚子轴承，因为调心磙子轴承主要承受径向载荷，也可同时承受少量的双轴向载荷，而圆锥磙子轴承有打的锥角可承受大的径、轴向联合载荷。所以选用（双列向心）圆锥磙子轴承，有双内圈，并是可分离的轴承，根据d=80mm,由参考资料2P7356 表7278 我们选择带紧定套的调心滚子轴承（GB/T288-1994），根据轴承选用配套的轴承座，参考资料2P7-43表7-2-105 适用圆锥孔的异径孔滚动轴承座(GB/T7813-1998) SNK型轴承座，可选用SNK316型的轴承。2.2 传动齿轮的选型计算与校核 1）选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。 2） 精度等级选用7级精度； 3）小齿轮齿数z141，大齿轮齿数z274的； 4） 齿轮模数都为3的直齿轮 因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算 1） 确定公式内的各计算数值 （1） 试选Kt1.6; （2）选取区域系数ZH2.433; （3）选取尺宽系数d1; （4）查得10.75，20.87，则121.62 ;（5）查得材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa; （6）按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1600MPa；大齿轮的解除;疲劳强度极限Hlim2550MPa； （7）计算应力循环次数 N160n1jLh601921（283005）3.3210e8 N2N1/56.64107 （8） 查得接触疲劳寿命系数KHN10.95； KHN20.98 （9） 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1，安全系数S1，由得 H10.95600MPa570MPa H20.98550MPa539MPa HH1H2/2554.5MPa1)齿轮的校核m=3,Z1=41,Z2=74,两齿轮材料均选用45,表面淬火，4855HRC。查得：预期齿轮寿命5年，每天工作12小时，工作载荷为轻微冲击，则查机械设计基础图，得：(1)验算齿面接触疲劳强度载荷系数，取K=1.5 查得： 接触应力为：(2)验算齿根弯曲疲劳强度取 K=1.5查表：许用弯曲应力：弯曲疲劳强度的最小安全系数，取则：由上述计算可知，均满足要求。2.3液压缸的选型计算 液压缸运行长度设计为=118mm,气缸内径为=40mm,R=20mm,液压缸运行速度，加速度时间=0.1s,压强p=0.4MPa,则驱动力 ;2、尺寸校核（1）测定质量为5kg,则重力 （2） 设计加速度，则惯性力 （3）考虑活塞等的摩擦力，设定一摩擦系数， 总受力 所以设计尺寸符合实际使用要求。 由于实际设计中用到的齿轮误差测量扎的总重为5KG，我们根据杠杆原理可知：F1XL1=F2XL2，已知两个力臂之间的长度的比值为1:5，即根据杠杆原理可得实际气缸的出力为5X15=75N，然后根据F=PXS(这里假定大气压力为：0.6MPA)，那么就有F=1400N,查表可得，我们可以选择缸径150，行程400的无杆行标准液压缸，液压缸牌子我们选择SMC.2.4传动轴的设计计算（1）初步确定轴的直径mm （3.32）根据工作条件，取mm（2）传动轴受力分析N （3.33） N （3.34） N （3.35）（3）绘制传动轴的受力简图，如图所示，求支座反力垂直面支反力：由，得： （3.36） 由，得： N （3.37）水平面支反力：由，得： （3.38） N由，得： N （3.39） （4）作弯矩图：垂直面弯矩图：C点 Nmm （3.40）水平面弯矩图：C点 Nmm （3.41）合成弯矩图：C点Nmm （3.42） （5）作转矩T图： Nmm （6）校核轴的强度：按弯扭合成应力校核轴的强度校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。由文献1，15-5可知，取，轴的计算应力 MPa （3.43）选定轴的材料为45钢，调质处理，由文献1表可知，MPa。因此，故安全。3 分度台各部分强度的校核3.1轴承强度的校核 根据根据条件，轴承预计寿命163658=48720小时；1、 计算输入轴承（1）已知n=458.2r/min两轴承径向反力：FR1=FR2=500.2N；初先两轴承为角接触球轴承7206AC型。根据课本P265（11-12）得轴承内部轴向力FS=0.63FR则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N；(2)FS1+Fa=FS2Fa=0 故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端 FA1=FS1=315.1NFA2=FS2=315.1N；(3)计算当量载荷 P1、P2根据课本P263表（11-9）取fP=1.5;根据课本P262（11-6）式得:P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(1500.2+0)=750.3N;P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(1500.2+0)=750.3N(4)轴承寿命计算P1=P2故取P=750.3N角接触球轴承 =33.2传动轴强度的校核 1、轴的特点: 轴是组成机械的主要零件之二。一切作回转运动的传动零件，都必须装在轴上刁能进行运动及.力的传递，同时它又通过轴承和机架联接，由此形成个以轴为基准的组合体一轴系部件。2、轴的种类1、根据承受载荷的不同分为: 1)转轴:定义既能承受弯矩又承受扭矩的轴2)心轴:定义:只承受弯矩而不承受扭矩的轴3)传送轴:定义:只承受扭矩而不承受弯矩的轴z、根据轴的外形，可以将直轴分为光轴和阶梯轴。3、根据轴内部状况，又可以将直轴分为实心轴和空。4、轴的设计重点1、轴的设计W轴的工作能力设计。 主要进行轴的强度设计、刚度设计，对于转速较高的轴还要进行振动稳定性的计算。轴的结构设计。 根据轴的功能，轴必须保证轴上零件的安装固定和保证轴系在机器中的支撑要求，同时应具有良好的工艺性。一般的设计步骤为: 选择材料，初估轴径，结构设计，强度校核，必要时要进行刚度校核和稳定性计算。2、轴的材料 轴是主要的支承件，常采用机械性能较好的材料。常用材料包括:碳素钢:该类材料对应力集中的敏感性较小，价格较低，是轴类零件最常用的材料常用牌号有:30、35、40、45、50。采用优质碳钢时，一般应进行热处理以改善其性能。.力较小或不重要的轴，也可以选用X235,Q255等普通碳钢。合金钢:对于要求重载、高温、结构尺寸小、重量轻等使用场合的轴，可以选用合金纲合金钢具有史好的机械性能和热处理性能，但对应力集中较敏感，价格也较高。设计中尤其要汁意从结构上减小应力集中，并提高其表面质量。铸铁:对于形状比较复杂的轴，可以选用球铸铁和高强度。铸铁。它们具有较好的加工性和吸振性，经济性好且.力集中不敏感，但铸造质量不易保证。3、轴的结构设计 根据轴在工作中的作用，轴的结构取决于:轴在机器中的安装位置和形式，轴上零件的类型和尺寸，载荷的性质、大小、方向和分布状况，轴的加工工艺等多个因素。合理的结构设计应满足:轴上零件布置合理，从而轴受力合理有利于提高强度和刚度;轴和轴上零件必须有准确的工作位置;轴上零件装拆调整方便;轴具有良好的加工工艺性;节省材料等。1).轴的组成 轴的毛坯一般采用圆钢、锻造或焊接获得，由于铸造品质不易保证，较少选用铸造毛坯。轴主要由三部分组成。轴上被支承，安装轴承的部分称为轴颈; 支承轴上零件，安装轮毅的部分称为轴头;联结轴头和轴颈的部分称为轴身。轴颈上安装滚动轴承时，直径尺寸必须按滚动轴承的国标尺寸选择，尺寸公差和表面粗糙度须按规定选择;轴头的尺寸要参考轮毅的尺寸进行选择，轴身尺寸确定时应尽量使轴颈与轴头的过渡合理，避免截面尺寸变化过大，同时具有较好的工艺性。2) .结构一设计步骤设计中常采用以下的设计步骤: 1、分析所设计轴的工作状况，拟定轴上零件的装配方案和轴在机器中的安装情况。2、根据已知的轴上近似载荷，初估轴的直径或根据经验确定轴的某径向尺寸。3、根据轴上零件受力情况、安装、固定及装配时对轴的表面要求等确定轴的径向(直径)尺寸。4、根据轴上零件的位置、配合长度、支承结构和形式确定轴的轴向尺寸。5、考虑加工和装配的工艺性，使轴的结构更合理。3)零件在轴上的安保证轴上零件可靠工作，需要在工作过程中有准确的位置，即零件在轴上必须有准确的定位和固定。零件在轴上的准确位置包括轴向和周向两个方面W零件在轴上的轴向定位和固定常见的轴向定位和固定的方法采用轴肩、各种挡圈、套筒、圆螺母、锥端轴头等的多种组合结构。轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩两种。利用轴肩定位结构简单、可靠，但轴的直径加大，轴肩处出现应力集中;轴肩过多也不利于加工。因此，定位轴肩多在不致过多地增加轴的阶梯数和轴向力较大的清况下使用，定位轴肩的高度一般取3-6mm,滚动轴承定位轴肩的高度需按照滚动轴承的安装尺寸确定。非定位轴肩多是为了装配合理方便和径向尺寸过度时采用，轴肩高度无严格限制，一般取为1-2r套筒定位可以避免轴肩定位引起的轴径增大和应力集中，但受到套筒长度和与轴的配合因素的影响，不宜用在使套筒过长和高速旋转的场合。挡圈的种类较多，且多为标准件，设计中需按照各种挡圈的用途和l国标来选用。4.轴的结构工艺性 (1)从装配来考虑:应合理的设计非定位轴肩，使轴上不同零件在安装过程中尽量减少不必要的配合;为了装配方便，轴端应设计45。的倒角;在装键的轴段，应使键槽靠近轴与轮毅先接触的直径变化处，便于在安装时零件上的键槽与轴上的键容易对准采用过盈配合时，为了便于装配，直径变化可用锥面过渡等。 (2)从加工来考虑:当轴的某段须磨削加工或有螺纹时，须设计砂轮越程槽或退刀槽根据表面安装零件的配合需要，合理确定表面粗糙度和加工方法为改善轴的抗疲劳强度，减小轴径变化处的应力集中，应适当增大其过渡圆角径，但同时要保证零件的可靠定位，过渡圆角半径又必须小于与之相配的零件的圆角半径或倒角尺寸。 轴的设计时应考虑多方面因素和要求，其中主要问题是轴的选材、结构、强度和刚度。其中对于轴的强度校核尤为重要，通过校核来确定轴的设计是否能达到使用要求，最终实现产品的完整设计。由此看来合理的进行轴的强度校核成为轴设计的主要内容，同时也是评定轴的设计成败得先决条件。校核结果如不满足承载要求时，强度校核是对材料或设备的力学性能进行检测并调节的一种方式，并且这种方式以不破坏材料或设备性能为一前提。2.2轴的强度校核: 进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。对于传动轴应按扭转强度条件计算。3.3齿轮强度校核（）校核齿面接触疲劳强度（1）接触应力的计算由文献4表可知，齿面接触应力计算公式，即 （3.28） 确定公式内的各计算数值 计算载荷系数电动机驱动，载荷平稳，由文献4表可知，取平均分度圆直径 mm 平均分度圆圆周速度 m/s由文献4 图（a）可知，按，得；由文献4 图（b）可知，按，齿轮悬臂布置，；由文献4表可知，； 由文献1表可知，弹性系数； 节点区域系数 计算得， MPa（1） 接触疲劳强度的许用应力由文献4 表可知，许用接触应力计算公式，即 （3.29）确定公式内的各计算数值 小齿轮的接触疲劳强度极限MPa 最小安全系数 由文献1，10-13可知，计算应力循环系数 由文献1 图10-19可知，查得接触疲劳寿命系数 ， 尺寸系数 工作硬化系数，按 润滑油膜影响系数，计算得， MPa（3）由于MPaMPa，故安全。（）校核齿根弯曲疲劳强度（1）齿根应力的计算由文献4表可知，弯曲应力计算公式，即 （3.30）确定公式内的各计算数值 由文献1表可知， ， 由文献1表可知， ， 计算得， MPa（2）弯曲强度的齿根许用应力 由文献4表可知，齿根许用应力计算公式，即 （3.31）确定公式内的各计算数值 弯曲疲劳极限MPa 齿轮的应力修正系数 弯曲强度的最小安全系数 弯曲疲劳寿命系数 ， 弯曲疲劳的尺寸系数计算得， （3）由于MPaMpa，故安全。4 分度工作台的PLC设计4.1 PLC的定义 PLC即可编程控制器（ProgrammableLogicController），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义;PLC英文全称ProgrammableLogicController，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是可编程逻辑控制电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。4.2 PLC的选择 由表3.1可知，24个输入点，16个输出点，根据电压的不同选用输入有4个点的输入模块，分别为M1、M2、M3、M4、M5、M6;S输出有4个点的模块分别为L1、L2、L3、L4。4.3分度工作台PLC控制系统接线图和流程图的确定根据如上所述，画出分度工作台PLC控制接线图与PLC控制流程图如图所示:PLC控制接线图PLC控制流程图结论 本文所设计的分度台结构比较简单，功能比较简单，设计比较合理，其设计主要考虑以下几个方面：（1） 分度台液压驱动两齿盘啮合锁紧定位机构的设计 选用合适的液压元件，通过控制和调节各个液压缸压缩空气的压力、流量和方向来使液压执行机构获得必要的力、动作速度和改变运动方向，并按规定的程序工作。由于个人知识及能力水平有限，论文中难免会有一些纰漏或错误之处，恳请各位老师批评指正，不胜感谢！致 谢在论文完成之际，我首先向我的导师致以衷心的感谢和崇高的敬意！在这期间，导师在学业上严格要求，精心指导，在生活上给了我无微不至的关怀，给了我人生的启迪，使我在顺利的完成学业阶段的学业的同时，也学到了很多做人的道理，明确了人生目标。导师严谨的治学态度，渊博的学识，实事求是的作风，平易近人、宽以待人和豁达的胸怀，深深感染着我，使我深受启发，必将终生受益。经过近半年努力的设计与计算，论文终于可以完成了，我的心里无比的激动。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学四年来对所学知识的应用和体现。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多。在此，向他们表示深深的谢意与美好的祝愿。参考文献1张福学编著.分度台技术及其应用.北京：电子工业出版社，2000。2何发昌著，邵远编著.分度台的原理及应用.北京：高等教育出版社，1996。3张利平著. 液压技术速查手册. 北京：化学工业出版社，2006.12。4李宝仁著. 液压技术低成本综合自动化. 北京：机械工业出版社，1999.9。5宋学义著. 分度台速查手册. 北京：机械工业出版社，1995.3。6奎生著. 气与气压传动. 武汉：武汉理工大学出版社，2008.5。7SMC（中国）有限公司. 分度台实用液压技术. 北京：机械工业出版社，2003.108徐文灿著. 分度台系统设计. 北京：机械工业出版社，1995。9曾孔庚.分度台的发展趋势. 机器人技术与应用论坛。10寿庆丰.一种多指多关节机器手爪. 机械设计1999年第3期，第3卷。11高微,杨中平,赵荣飞等.分度台臂结构优化设计. 机械设计与制造2006.1。12孙兵,赵斌,施永辉.分度台的研制. 中国期刊全文数据库。13马光,申桂英.工业机器人的现状及发展趋势. 中国期刊全文数据库2002年。14李如松.分度台的应用现状与展望. 中国期刊全文数据库1994年第4期。15李明.单臂回转式分度台设计.制造技术与机床2005年第7期。16李杜莉，武洪恩，刘志海.分度台的运动学分析. 煤矿机械2007年2月17成大先主编.机械设计手册（第三版）.北京：化学工业出版社，1994。18Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space.附录 一Mechanical design theory research and discussion The machine design is through designs the new product or improves the old product to meet the human need the application technical science. It involves the project technology each domain, mainly studies the product the size, the shape and the detailed structure basic idea, but also must study the product the personnel which in aspect the and so on manufacture, sale and use question. Carries on each kind of machine design work to be usually called designs the personnel or machine design engineer. The machine design is a creative work. Project engineer not only must have the creativity in the work, but also must in aspect and so on mechanical drawing, kinematics, engineerig material, materials mechanics and machine manufacture technology has the deep elementary knowledge. If front sues, the machine design goal is the production can meet the human need the product. The invention, the discovery and technical knowledge itself certainly not necessarily can bring the advantage to the humanity, only has when they are applied can produce on the product the benefit. Thus, should realize to carries on before the design in a specific product, must first determine whether the people do need this kind of product Must regard as the machin