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第一章 绪 论本设计是带行星轮传动与定位装置的刀架转台，用来支承刀架板上许多刀具之一进入操作位置。本设计涉及采用电机机械操作之高速车床所用刀架。在对大量工件进行机械加工时，需要按照预定的和自动控制的周期对同一工件顺序的使用若干刀具。此外，机械加工中的一项基本要求就是速度，是要减少从一种刀具加工完毕至下一种刀具开始加工之间，转台使新的刀具转至相应操作位置的全部动作所需的空载时间。为此目的，我们设计此转塔刀架，转塔上有许多中刀具，它们能根据需要进入操作位置，并在电子装置控制下，对工件进行所需要的机械加工。转台从某一操作位置上脱开，必须沿最短路程按不同方向转动，直至新的刀具进入操作位置上才停止转动并回到锁紧状态。在通常已知的情况下，以上操作是靠机械装置进行的。后者将一转动马达传递给刀架板，同时控制这锁定与松开的装置动作，其中采用了结构特别和价格昂贵的构件。本产品是高性能机床的附件，是数控车削中中心的必备附件，而且特别适宜于全功能数控车窗，也是该机床的核心部分。可多刀夹持，双向转位和任意到位就近换刀，以实现加工程序的自动化，高效化。TOER系列数控刀架是高级系列数控车床和车削中心的核心配件，可保证零件通过一次装架自动完成车，铣，钻，铰，镗，攻螺纹和曲面加工等加工程序。其特点为：1. 结构紧凑，定位精度高。2. 转位时间短。3. 可双向转位和任意到位就近换刀。4. 适应与各种数控系统联接，接口简单。5. 刀具回转传动链不妨碍元件动作轴向尺寸。6. 高刚性，高可靠性。7. 可承受大切削力矩。8. 大扭矩伺服电机驱动式转为平稳可靠。9. 伺服电机有顶装和侧装两种安装方式。它采用多齿盘作为分度定位元件，分度工位由二进制绝对编码识别，刀架转位与锁紧由接近开关发出信号，接近开关与编码器均可直接与PLC（可编程程序控制器）联接；刀架分度为伺服电机驱动，电机内部自带制动机构，故具有定位精度高，动作迅速，稳定可靠，结构紧凑，刚性好，应用范围广，维修方便等特点，是当代具有国际先进水平的高性能产品。 纵观转塔刀架发展状况：1. 螺母升降台：零件多，加力可靠，精度较好，比某些简易型成本高，难度更大;2. 十字槽轮刀架转塔：体积大，零件多，目前使用较少；3. 电磁式：目前已能应用，但多一套电路，并要有断电保护；4. 液压摆动油缸：转位可靠，力量可以再加大，但液压件难制造，还多一套液压系统，有泄油及发热现象；5. 行星传动与普通齿轮传动比较具有重量轻，体积小，传动比大及效力高等优点，单结构复杂，制造比较困难。行星减速器的重量仅为普通减速器的1/2-1/6。 本设计转塔刀架具有可靠的结构，并能减少有关机械部件的数量。它有一个固定件，用以支承一旋转件，在旋转件上可安装一个用来支承许多刀具的刀架板，转动此旋转件能使每个刀具到达操作位置，此外还配有一个传动马达，转塔刀架的特点：此马达连接到一具有三部件的齿轮差速传动装置上，其中的第一部件称作驱动件，它与此马达相连，一方面控制着转塔的开关，另外一方面控制着旋转件的转动；差动装置的第三个部件则通过一环形体传动装置连接至一锁定不转而壳沿轴向移动的部件，用以结合上述锁定件与旋转件，这两个部件中之一备有旋转锁定装置，并可由差动装置驱动，而将运动传给另一部件以及与其有关的部件，用来顺序控制锁紧件与旋转件的重新接合，同时还设有与轴向移动且锁定不动的部件相关联的动作机构，用来将运动传给处在操作位置上的旋转刀具的装置。近几年来，数控车床加工中心逐渐代替传统的车，铣，刨，镗类机床，特别是柔性加工单元FMU已成为展览会上的主体，还有各种类型的柔性制造系统FMS不断涌现，因此转塔刀架相应地产生了许多类型，适应现代加工技术水平的不断发展。刀架可分为：立式、卧式、抬起式、不抬起式，又可分为：四方式、转塔式。立式四方刀架一般电机右置，转塔式刀架一般电机上置。由于立式刀架工位少、便宜，目前国内使用较多，由于数控机床具有可变性大、工艺范围广、改变加工品种灵活、效率高等特点，越来越被用户所认识。因此转塔刀架也向多品种、多功能、高效化发展。第二章 方案论证-数控转塔刀架工作原理2.1 十字槽轮转塔刀架工作原理十字槽轮转塔刀架工作原理是利用槽轮原理转位及锁定（加定位销）的，销钉每转一周刀架转90度（也可使销钉转一周刀架转60度，即设计成大工位转塔刀架）。2.2 凸台棘爪式转塔刀架工作原理凸台棘爪式转塔刀架工作原理：该机构有两个凸台1和2，蜗轮带动凸台2相对于凸台1转动，使其上下两个齿盘分离、继续旋转，从而棘轮机构推动刀架转90度，然后利用接触式开关或霍尔元件发出电机反转信号，从新锁紧刀架。2.3电磁式转塔刀架电磁式转塔刀架是利用一个有1000kgf左右拉紧力的线圈使刀架定位锁紧，液压摆动油缸也有一个产生向下拉紧力的销油缸，它也可以产生1000kgf以上的拉紧力。2.4立式四方刀架工作原理立式四方刀架（螺母升降转位）工作原理：当微机控制程序发出信号，通过放大线路驱动继电器使电机旋转（正转），通过减速机构和螺母升降机构将上刀体升起一定位置后，离合转盘起作用，带动上刀体旋转到所选刀位，刀位发讯盘发出信号，刀架控制器（继电器）使电机反转，通过反靠电机机构使刀体下降，鼠牙盘啮合，完成精定位，并通过蜗杆、锁紧蜗轮，使刀架固紧，当夹紧力达到预先调好的状态后，过留继电器动作，切断电流、电机停转，并向微机发出换刀答复信号，加工开始执行，刀架动作顺序为： 电机减速机构升降机构上刀体上升转位信号符合粗定位机构上刀体下降精定为机构刀体锁紧电机停转换刀答复信号加工顺序执行。其中主要是双插销机构，重复定位精度0.005mm，工作可靠性3000次，换刀时间：90：3秒3.5秒；180：3.5秒4秒；270：4秒4.5秒。2.5 行星轮不抬起自动刀架工作原理行星轮不抬起自动刀架工作原理：其中的马达通过行星齿轮减速后带动一带有滚柱的环转动，后者通过锁定环的凸轮开口使锁定环本身作轴向移动，而锁定环是与刀架一起转动的，因此使刀架板松开，此连续转动的带滚柱的环通过与这些滚柱结合的相应形状的凹坑驱动刀架板；当到达了所需位置且刀架板停转时，该马达即反转而通过前述的凸轮开口使锁定环返回刀锁定位置。 工作结构：在外支承体内有一传动马达，此马达通过一级减速器减速，其中大齿轮通过销钉与行星轮架作刚性连接，行星轮架沿周边配置三个行星轮均布，将转动传给行星轮架，后者又通过一滚针轴承可绕角度变位齿轮筒形部分转动，此齿轮借助于键与主轴刚性连接而旋转，行星齿轮与带滚柱环行体（高变位）齿轮啮合，此齿轮与主轴共轴线且可绕主轴转动。由行星齿轮和角度变位齿轮共同构成一种行星差动装置，其中传给行星齿轮的旋转运动。当两个齿轮中一个静止时，旋转运动就能传递给两个齿轮中的一个。角度变位齿轮使连接有关刀架板的圆盘转动，这样使预选刀具进入操作位置。 高度变位齿轮轴向承载在角度变位齿轮上中间夹有止推轴承，而角度变位齿轮有抵压在止环上，中间介有一碟形弹簧，止环通过螺纹与主轴刚性连接。主轴前端部加宽部分在其外圈上有一圈径向缺口，它们的个数与转台位置停止个数一致，预定位盘上对着这些缺口位置设有可插入缺口中的径向制动销，对着制动销的外面作滚动。预定位盘上还配有带弹簧缓冲垫的减震部件，是为了减轻因制动销插入与预选刀具相关的缺口而引起撞击，借助于弹性件之变形，在两个方向上减少冲击。由于上述减震部件是设置在预定位盘上有最大直径的部位，就能借助相应弹性件的变形而有效的减震，这种变形在转动部件的转动角度范围内，齿盘两相邻齿间距离，就足以将有限的止动作用传递给相应的结构。刀架动作顺序：当微机程序发出换刀信号，通过编码器使电机转动。电机与小齿轮一起使大齿轮与行星轮架转动。由于在初始状态下变位齿轮与主轴连在一起转动。而滚柱在高度变位齿轮凸轮轮廓上以特别可靠的方式来进行转台的松开，定齿盘则在压缩弹簧作用下，压向滚柱。当三个多齿盘啮合时，变位齿轮锁定，另一变位齿轮与刚性连接的主轴、转动齿盘转动，刀架板转动，这样始于选刀具进入操作位置。当编码器探测的结果表明已经到达操作位置时，致动器即操纵锁定螺栓向前进给，后者即插入加宽部分的凹槽中，同时停止与加宽部分刚性连接的圆盘的转动；接着传感器探测出锁定螺栓完成的前向进给，而使马达停转。然后电机反转，将滚柱带回到各个滚柱相关的两沟槽之间的居中位置上，由此使代有齿圈的环顶着弹簧，压向两个齿圈、使三个多齿盘啮合并连接在一起。当滚柱来到凸轮轮廓的表面上时，近程传感器探测出凸起的出现而使马达停止转动。完成换刀过程并继续加工。滚柱工作原理如下图所示： 图2-1转台锁定件操作图，处于锁定位置图2-2转台锁定件操作图，处于松开位置变位齿轮转动时，将滚柱带到与其相对应的凹槽上，上面没有沟槽的定位盘在弹簧作用下沿F方向作轴向进给，滚柱插入槽中，变位齿轮凸爪卡在定位盘边沿，变位齿轮停止转动，完成松开动作，如图2-2所示。锁定时，变位齿轮反转，把滚柱带到中间位置，定位盘后退，三齿盘啮合，如图2-1所示。第三章 技术数据3.1 刀架的选择（SELECTION OF TURRRET） 切削速度（With cutting speed）：Vt=200m/min对于不同的切削速度（For different cutting speeds）：Px=PVtx/Vt200（KW）钢材的抗拉强度极限（Material steel with ultimate tensile strength）：R=66kg/剪切载荷（Tearing load）：Ks=220kg/对于不同的材料（For other material）： Ax（）=A220/Ksx3.2 数据Data机床功率（Power of the machine）： P=50kw切削量（Section of the chip）：A=8从刀具到主轴的距离（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技术参数 表 3-1 技术参数 型号TOER2501中心高（mm）1252工位数（个）83动力工具工位数（个）64最大转动惯量（kg）7.504.50530转位并刹紧时间（s）0.950.80630转为时间（s）0.320.27745转位并刹紧时间（s）1.100.95845转位时间（s）0.470.409180转位并刹紧时间（s）2.502.1510最大不平衡力矩（Nm）6011分度频数（n/h）75012动力输出速比0.83013定位分度精度614重复定位精度215净重（kg）6016最大切削力矩（Nm）690017压力方向的最大倾覆力矩（Nm）1100018抬起方向的最大倾覆力矩（Nm）460019分度启动功率1.63.4信号波形图：（见图纸） 其中：A编码器 B预分度接近开关 C锁紧接近开关 D预分度 E刹紧装置 F伺服电机 2-第一位 - 第二位 -第三位 -第四位 =50ms =200ms 允许延迟为60ms 工作过程如下：松开转位夹紧1. 受到启动信号，电机正转，刹车松开。2. 锁紧齿轮正转，移动齿盘移动松开定位装置，齿轮转到停止面挡住凸起，此时，移动齿盘与转动齿盘和定齿盘完全松开。3. 锁紧开关发出放松信号。4. 电机继续正转，转位齿轮转动，开始转位。5. 转位到位（编码器信号和转位信号相同）后发出选通信号，使电磁铁动作，开始预定位。6. 电磁铁吸合，转位齿轮继续转动等候制动销对准定位槽。7. 分度到位，预定位开关发出信号，使电机停转，延时后，电机反转。8. 制动销插入与定位盘。9. 电机反转，锁紧齿轮反转，实现锁紧动作，移动齿盘合上。10. 锁紧后，发出锁紧信号，使电机停转，并接通刹车。11. 延时200ms后，电磁铁断电，制动销退出扥度盘，同时，时预定位开关复位。3.5元件分类详细说明（Eletrical Component specification） a. 编码器：OBC型，10MHz，24V直流电；脉冲发生器用对应的选通脉冲控制产生二进制编码，严禁极性反向和输出短路。Encoder type OBC 10MHz 24 Volts DC ；PNP outputs in binary code with parity and strbe control ，Fully protected against polarity inversions and output shprt-dircuits。 b.预分度接近开关：24直流电，无输出功率，直径12mm，严禁输出短路。Poximity 24 VOC: PNP-NO outputs，diamer 12mm，protected against output short-circuits。 c.预分度电磁铁：24V直流电，60瓦，电偶极子：50%。Electromagnet：24 VDC 60 Watt ED5O% d.刹紧装置：24V直流电，15瓦。Brake：24VDC,15 Watt。第四章 主要参数4.1电机的选择 A转位用伺服电机： 由于本设计为数控转塔刀架的设计，需要实现正反转，所以应用伺服电机。根据功率要求P0.5kw，选用专用伺服电机SJ-11A型。参数如下表： 表 4-1 电机参数电机型号速度连续转矩kgfmkgfm重量kg径向负荷kg噪音Db基底速度（rpm）最高速度（rpm）SJ-11A150060004.870.1710030075=Tn=4.87=764.98（w）0.5kw满足要求。 B. 加工用三相电机： 由于本设计为数控转塔动力刀架的设计，尺寸受安装的限制，因此受用驱动用微型三相异步电机y280s-2.去掉后盖、风扇、前壳，用电机侧装、内六角螺钉固定，以减小刀架尺寸。参数如下表： 表 4-2 三相电机参数电机型号功率KW满载时堵转电流堵转转矩最大转矩电流转速效率功率因数额定电流额定转矩额定转矩Y280-s75140.1297091.40.897.02.02.0因为50kw4.2减速器齿轮设计计算4.2.1齿轮齿数及传动比确定：由于刀架转位30时间为0.270.32S，转位45时间为0.400.47S。可取刀架转位30时间为0.30S，转位45时间为0.45S。刀架转速为 (4-1) rad/s4.2.2减速器齿轮计算： 根据圆柱齿轮一级减速器传动比为36，且17，则取小齿轮齿数=20，大齿轮=80，故一级减速器齿轮传动的传动比i。 大小齿轮几何尺寸计算如下： 模数m=2，压力角=20 分度圆直径： 齿顶高： 齿根高： 齿全高： 齿顶圆直径： 齿根圆直径： 基圆直径： 周节齿距： p=3.14m=6.28 基圆齿距： 齿厚： 齿槽宽： 中心距： 顶隙： 齿宽系数： 4.2.3材料选择及热处理： 减速齿轮材料选择以不太贵重和易于加工为宜，由于本设计中载荷不大，冲击较小可选用大齿轮为45号钢调质处理至HB217255.又由于传动比不大于2而小于8，小齿轮硬度应比大齿轮硬度高40HBS。所以小齿轮选用40Cr，调质至HB241286.一般机床传动中齿轮精度等级选用7级精度。4.2.4齿轮强度校核： 转矩： (4-2)(a) 按齿面接触强度校核：对于直齿圆柱齿轮，应以小齿轮材料所决定的许用接触力应为准。对于40Cr，调质后为HBS241286，取HBS250，查表取较低极限应力值，取安全系数s=1.0。材料的弹性影响系数，应力循环次数为： 所以接触疲劳寿命系数 故： 试选载荷系数， 传动比i=3.95 d=40满足要求。 （b）按齿根弯曲强度校核： 查表取齿形系数：。 对小齿轮平均取HB=260, 大齿轮HB=235。 弯曲疲劳极限应力为：, 弯曲疲劳寿命系数：,。 。七级精度 动载荷系数： 查表得：,使用系数。 。 故：载荷系数。 其中K=1.25,，, m=2满足要求。4.3变位齿轮传动原理4.3.1变位的目的： 标准齿轮具有互换性号、设计计算简单等优点，但也存在许多不足之处，主要有：（a） 受根切的限制，通常不宜采用的齿轮。因此，在一定条件下限制了齿轮机构的尺寸和重量的减少。（b） 小齿轮的强度比大齿轮低，而磨损有较大齿轮严重，小齿轮易损坏，因此限制了齿轮机构承载能力和寿命的提高。（c） 受标准安装的限制，不适用于实际中心距a和标准中心距a不等的场合。如外啮合时，若aa，则无法安装；若aa虽能安装，但重合度减小，而且又出现过大的侧隙，影响传动的平稳性。 由于上述缺点，需要对标准齿轮进行变位修正。由于本设计中两个齿轮同时与行星轮啮合，齿数不同，中心距不同，所以要用变位齿轮。4.3.2变位齿轮与标准齿轮的区别： （a）模数、分度圆压力角、分度圆直径和基圆直径与标准齿轮相同。 （b）齿廓仍是原基圆的渐开线，但选取部位不同，正变位时齿廓平均曲率半径增大，负变位时齿廓平均曲率半径减少。 （c）分度圆上的齿盘不等于齿间，齿顶厚和齿根厚也相应变化。 （d）正变位时，齿顶圆直径和齿根圆直径增大，负变位时，齿顶圆直径和齿根圆直径都减小。4.3.3高度变位齿轮： 行星轮系数和大齿轮变位系数绝对值相等，符号相反，即，变位数之和。两齿轮啮合时，中心距与未变位时的中心距相同，因而啮合线和节都不改变；啮合角等于分度圆压力角；两分度圆仍相切，节圆和分度圆重合，齿轮的全齿高不变。4.3.4变位齿轮的特点： （a）齿厚：正变位齿轮的齿厚为：。若为负变位，则前 式中的x为负值。与标准齿轮比较，正变位时，齿厚增大；负变位时，齿厚减小。对防止齿顶变尖或齿顶过厚过薄，一般建议 。 （b）齿顶高和齿根高：正变位齿轮的齿根高比相应的标准齿轮减小了，即： 负变位时情况相反，齿根高比标准齿轮增进了。因此，正变位齿轮 的齿根圆半径为： 其相应的齿顶高为： 负变位时，其齿顶圆半径为： 4.4行星轮系传动设计 图4-1 行星轮传动示意图 其中：1刀盘主轴 2行星轮 3电机 4转臂齿轮 5转位传动齿轮 6滚轮架传动齿轮4.4.1行星轮系计算： 电机转速为为3000r/min，即311.02rad/s。刀架转速为10745rad/s，一级齿轮减速器传动比为4，则行星轮的传动比为： （4-3） 又 对于少齿差行星轮系传动可取,所以（a） 对于行星齿轮取m=2，当m=2.5时尺寸太大。齿数取Z=20。采用正变位，变位系数可取y=0，行星轮几何参数计算如下： 分度圆半径： 齿顶圆半径： 齿根圆半径： 齿顶高： 齿根高： 齿全高： 啮合角： 周节齿距： 齿槽宽： （b） 滚轮架传动齿轮6的几何参数如下： 模数，齿数Z=44，变位系数 。 实际中心距： 根据，可得y=0 齿高变动系数： 分度圆半径： 齿顶圆半径： 齿根圆半径： 齿顶高： 齿根高： 齿全高： （c） 转位齿轮5的几何参数计算：模数，齿数。给定中心距，而 故：又解得：=根据 转位齿轮5的几何参数如下： 模数m=2, 齿数=43，变位系数=0.283318 分度圆半径： 齿顶圆半径： 齿根圆半径： 齿顶高： 齿全高： 齿高变动系数： 根据传动速度： 以上齿轮均选用7级精度即可。4.5多齿盘分度定位装置设计4.5.1工作原理与特点： 多齿盘（熟称鼠牙盘）分度定位装置由两个齿数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固连。分度时，动齿盘抬起，与定位盘脱开，然后转位。当转至要求位置后，动齿盘落下与定位盘啮合并压紧。其转位可用手动、液动、气动、电动等机构实现，定位夹紧可用螺栓、凸轮、液压、气动等机构完成。多齿盘装置可自动定心并获得很高的定位精度（通常可达3），且定位精度不受轴承间隙和正、反转、齿面磨损等因素的影响；承载能力强，刚性好；齿数的所有因数都可作为分度定位工位数，且容易得到不等分分度。4.5.2设计计算： 本设计中多齿盘时三个多齿盘啮合，它们的齿数和齿形相同，只是两个多齿盘童心套在一起，相当于一个多齿盘，同另一个多齿盘啮合。 设计多齿盘装置的主要依据时分度工位数、定位精度、结构位置大小和工作载荷。转化到多齿盘的工作载荷（如图）有扭矩Mn、倾覆力Mr、轴向力Fo、径向力Fr。 图4-2 多齿盘原理 （1） 结构参数 多齿盘的结构参数有齿形角、齿数、齿盘直径、模数、齿根槽宽和槽深。 （）齿形角 当槽数面间隙EF一定时，齿形角越小，EG越小，即定位精度越高。但过小会削弱齿部刚性。通常取=、。 （）齿数Z 齿数应是分度工位的倍数，或所有需要的工位数的最小公倍数。齿数数越多，分度精度越高，但加工越困难。 （）齿盘直径D 齿盘直径可按扭矩Mn估算。一般D宜取大些，以提高定位精度和稳定性。 （）模数m 齿盘的模数m=D/Z，它仅起到表示齿形大小的作用，不须选取标准值。M的常用范围2mm。（）齿宽按载荷大小选取，一般为mm，太大不利于提高分度定位精度。 表 4-3外径/mm1002002003003005005008008001200齿宽B/mm8121020152520302540许用扭矩Mn/kNm1.58.77.63.5258067270205700()齿根槽宽b 一般取b=0.81mm 其他有关几何参数按以下公式计算： 具体参数如下表： 表 4-4 多齿盘参数序号名称符号确定原则或计算公式结果1齿盘外径D按扭矩Mn估算D,D应根据结构取大些，以利于提高分度定位精度。220mm2齿宽BB大利于提高齿盘承载能力，但不利于提高分度精度。15mm3齿数ZZ是工位数的倍数，精度要求高时宜取大，但加工费时。964模数mM=D/Z,常用26。2.295外径上节距tt=m7.2mm6齿形角载荷小精度高时宜取小值607理论齿高h见公式6.234mm8齿根槽宽b见公式1mm9齿顶倾角 a见公式3.24610齿顶高 见公式3.117mm11见公式3.75 （2）夹紧力计算 夹紧力应保证在最大工作载荷下仍能保持两齿盘的紧密啮合，但过大的夹紧力会引起齿盘变形。夹紧力W可按下式计算： (4-4)式中：W为夹紧力（N） Mn为齿盘承受的扭矩（Nm）Mn=3000Nm Mr 为齿盘承受的倾覆力矩（Nm） Fr为齿盘承受的径向力（啮合截平面内）（N）为齿盘承受的轴向力（N），方向与W同向时，式中取“-”号，与W反向 时，取“+”号。这里 D为齿盘直径（m） 齿形角（） 为摩擦角（）一般取 S为安全系数，一般取S=11.5,安全系数S取1.0 所以， (3) 验算齿面挤压应力 齿面挤压应力的验算公式： (4-5) 式中，为齿面挤压应力（Pa） 为计算齿数， B为齿宽（m） 为齿的啮合高度 W为夹紧力（N） S安全系数，取S=1.3 为许用挤压应力（Pa），齿面淬硬的取 所以，满足要求 （4）材料选择：齿盘的齿面要求有较高的硬度，内部有一定的韧性，要求材料的热变形较小，精密齿盘要求齿寸稳定性好，齿盘材料选用35CnMo表面淬火处理。热处理齿部T265。 （5）技术要求： 1)相邻齿距误差和累积误差：按回转部件的分度精度要求确定，根据刀具的精度要求，相邻齿距误差和累积误差不大于2. 2)安装基准孔轴线分度中心的位置度：精密齿盘应在0.01mm以内。 3)安装基准端面对分度平面的平行度：精密齿盘应在0.005mm以内。 4)齿面接触精度：齿面接触精度不仅影响分度精度，而且影响刚性，承载能力及稳定性。齿盘的各个单项的几何误差因素，如齿距误差，齿形半角误差，齿倾角误差都影戏那个齿面接触精度。齿距误差同时影响接触最小齿数和接触齿的分布。齿形半角影响齿高的方向的接触率：齿向误差影响齿宽方向的接触率。齿倾误差对齿高和齿宽方向的接触率均有影响。因为接触精度能综合标志上述各项误差的影响，实践中通常作为主要精度检验项目。 推荐指标为： 齿宽接触率：接触宽度为齿宽的50%（精密齿盘为70%）。 齿高接触率：接触高度为啮合高度的75%以上（精密齿盘为90以上）。 接触齿数分布：两齿盘在任意位置啮合时的接触齿数应在85%以上（精密齿盘应在90%以上），接触不良的齿不应比连。 5)面光洁度：精密齿盘为0.2，一般经磨齿或研齿的为0.4.但考虑刀实际加工条件，本设计采用0.8，在研齿过程中，总时误差最大的齿首先接触研磨。结果使误差逐渐减小并均化（所谓均化效应）。因此，研磨的齿不仅可以提高齿面光洁度，同时还可以提高精度。4.6同步带传动同步带传动综合了带传动和链传动的优点，同步带通常是以钢丝绳或波动纤维绳等为抗拉层、氯丁橡胶或聚氨酯橡胶为基体、工作面上的带齿的环装带。工作时，带的凸齿与带轮外圆上的齿槽进行啮合传动，由于抗拉层承载后变形小，能保持同步带的周节不变，故带与带轮间没有相对滑动，从而保证了同步传动。同步带传动时的线速度可达56m/s（有时允许80m/s），传动功率可达300KW，传动比可达10（有时允许20）传动效率可达0.98.同步带传动的优点是：（a）无滑动，能保持固定的传动比（b）预紧力较小，轴和轴承上所受的载荷小（c）带的厚度小，单位长度的质量小，故允许的线速度较高（d）带的柔性好，故所用的带轮直径可以较小，其主要缺点是安装时中心距的要求严格，且价格较高。同步带传动主要用于要求传动比准确的中小功率传动中，如电子计算机、放映机、录音机、磨床、纺织机械等。同步带的最基本参数是节距P（带上相邻两齿中心轴线沿节线度量的距离）由于抗拉层在工作时长度不变，所以就以其中心线位置定为带的界线，并以接线周长作为其公称长度。设计计算：（a） 查表得：工作情况系数=1.1，所以Pca=KAP=1.15.50.8520.88=1.589(KW) =2970r/m根据Pca，确定为模数m=3. （b） 查表确定Z16，取Z=25 所以小带轮节圆直径=75mm 根据传动比，大带轮节圆直径=275=150mm 验算带的速度，=11.7835m/s 带的速度合适（c） 确定同步带的基准长度和传动中心距 根据0.7（）2(),初步确定=125mm 计算带所需的基准长度 （d） 由表初选带的基准长度Ld=630mm 计算实际中心距a （e）验算主动轮上的包角 主动轮上的包角合适。 （f）计算V带的根数Z 查表得 取 （g）计算预紧力 (h)计算作用在轴上的压轴力Q (i)带轮的设计（略）4.7弹簧的设计计算及校核4.7.1制动销处弹簧： A.材料选择： 根据弹簧工作情况类负荷弹簧，选用碳素弹簧钢，强度高，弹性好，适用于做d8的弹簧。 B.确定弹簧直径： 查表得： （许用应力） 旋绕比，取 （曲度系数） 按强度确定弹簧丝直径： 取 弹簧中径： 弹簧内径： 弹簧外径： 有效圈数： 其中 G切变模量 查表得：G=800 -最大工作负荷下的变形量 -最小工作负荷 弹簧刚度 代入得 总圈数 自由高度：当时， 节距： 取标准值 压并变形量： 螺旋倒角： 满足的要求 展开长度： C.校核： 稳定性：高径比 满足要求 疲劳强度： 其中：-弹簧材料的脉动疲劳极限 查表：当时， 代入得 满足要求共振：弹簧的自振频率为：-强迫机械振动频率 校核可省。此弹簧满足要求.鼠牙盘处弹簧：它与制动销处弹簧计算及校核方法相同。其主要尺寸为：弹簧丝直径：mm 弹簧中径： =40mm 弹簧内径： =-d=40-5=35mm 弹簧外径： =+d=40+5=45mm 节距： mm 经校核此弹簧满足要求。.碟形弹簧：.碟形弹簧是用钢板冲压成型的截锥形薄板压缩弹簧.具有以下特点: (a) 刚度大,缓冲吸震能力强,适用于负荷大,轴向空间要求小的地方. (b) 具有变刚度的特点,根据设计选用的 内锥高度(单个A型碟形弹簧的极限行程)与碟形弹簧厚度t的比值,可得到不同的碟形弹簧特性曲线.当需要近似于线性时,可选用/t=0.40.8的碟簧片,当要求随着变形的增加,压力变化很小时,选用与h的比值大于1.4的碟簧片为合适. (c) 为满足大负荷或大变形的要求,碟簧可按不同方式组合,可得到不同的负荷变形特性曲线. B. 分类: 碟形弹簧按结构形式分为A、B两种。 A型-无支撑面弹簧 B型-有支撑面弹簧 本设计利用碟形弹簧的压缩作用，确保鼠牙盘的锁定而不发生窜动，故选用A型弹簧。 C组合弹簧： 由于摩擦力的阻尼作用，对组合弹簧各片的变形量一次递减，因此，组合弹簧的片数不宜过多，本设计采用两片。 设计中，碟簧属于静载荷（总工作时间内载荷变化次数在次以下） D. 料选择： 碟簧一般用50CrVA及60或机械性能与此相近的弹簧刚制造，弹簧的许用应力，应按负荷的性质选取。a） 当受静负荷或负荷变化次数N或受变载荷时: 碟形弹簧的计算应力是以锥面最大拉应力和力副（对于之间的应力差）为基准。最大拉应力在II点还是在III点，取决于值。 受变载荷的碟簧必须有预压变形量，一般=（0.150.2）。次预压变形量能防止I点附近产生径向小裂纹，对提高寿命也有作用。变载荷作用下单片碟形弹簧的疲劳强度根据寿命要求、碟簧厚度、计算得到的最大工作应力（对应于工作变形量）和最小工作应力（对应于工作变形量）进行校核。 E碟形弹簧的设计及校核： 根据刀架转位后的锁紧力要求（13）N选用碟形弹簧如下： 选用A型中的系列一：18，0.4 碟形弹簧外径：D=125mm，内径d=65.8mm，厚度=7mm A型碟簧的极限行程：，自由高度H=9.6mm，工作载荷: 。时最大计算拉应力。 注：（a）支承面宽度 （b）导向面导向表面硬度应高于碟簧厚度，导向面粗糟度Ra不得大于1.6um。 （c）碟簧与导向件间的直径差由d决定。根据d=65.8介于50.870.8mm之间，取直径差值0.8mm。 当作用力如下图所示时，单片碟形弹簧按下式计算： 图4-3 碟簧受力与变形曲线 由于碟簧加载和谐振特性曲线不重合，在工作过程有能量消耗，缓冲和减震性能强，多用于要求缓冲和减震能力强的场合。 极限行程： 弹簧负荷： (4-7) 当时， 当时， 根据，查得碟簧的特性曲线如图4.4： 当时： 计算应力：其中： r=1.338， 带入上式得： 所以碟簧满足要求。4.8轴的设计校核 常用的轴是圆截面阶梯形状、设计中主要考虑的问题时轴的材料、强度、结构与刚度。4.8.1轴的材料： 轴的材料主要是经过轧制或锻造的碳钢或合金钢，通常用的是碳钢，其中最广泛的是45号钢，不重要的轴或受力较小的轴，也可以用A3钢或A5钢制造。对于受力较大并要求限制轴的尺寸与重量，或需提高轴颈的耐磨性以及处于高温、腐蚀等条件下的轴，可采用合金钢。在一般温度下，碳钢合金刚的弹性模量相差很小，故采用合金钢不能提高轴的强度及刚度。高强度铸铁和球墨铸铁易得到复杂的形状，而且抗振性较高，对应力集中的敏感性较低，适用于制造外形复杂的轴，如曲轴和凸轮轴等。 为了提高轴的强度和耐磨性，可对轴进行多种热处理和化学热处理，以及表面强化处理等。本设计中采用45号钢轴，调质处理后硬度为HB217255.4.8.2轴的结构设计： 轴的结构设计要考虑轴上的零件布置与固定方式，轴承的类型与尺寸，轴的加工与装配工艺要求，提高最后的强度和高度等。轴的结构采用阶梯式，这样可以使轴上的零件定位可靠、装拆方便。轴的截面变化（如轴肩、环槽等），要引起应力集中，是多数轴产生疲劳破坏的部位。为了不致过分削弱轴的疲劳强度，截面变化不要太大，过渡圆角半径不应太小。（a） 轴上零件的装配图方案，如装配图所示：（b） 根据轴上零件装拆、轴向定位等要求，确定轴的各段直径和长度。如下图所示： 图4-4 轴的结构4.8.3初步估算轴径： 45号钢调质后，。 按扭转强度条件初步确定轴直径，作为轴的最小直径。轴在承受扭矩作用下时，其扭转强度条件表示为： (4-8) (4-9) 其中： 扭转剪应力 T 轴所传递的扭矩， 轴的抗扭剖面模量， N轴的转速，P轴所传递的功率，KWD 计算剖面处轴的直径， 许用扭转剪应力，查表得：=3040,取35MPa式中：，查表得：，取=110 故：设计轴的最小直径为30mm4.8.4轴的校核：扭矩：同步带轮产生的压轴力：Q=650.9N加工时轴端齿轮对轴的作用力： 轴的受力分析如图：竖直方向：水平方向： 其中：A、B均为轴承支承点，E为同步带轮对轴的作用点。竖直方向上： 水平方向上： 弯矩图如下：水平方向： 扭矩： 合成弯矩： (4-10)由此可知：A点为最危险的点。 (4-11) (4-12)4.9其他零件结构4.9.1行星轮架：材料：45 a) 这种行星轮架主要特点是受载后的变形小，及刚性较好，这一特点有利于行星轮上载荷沿齿宽方向的均匀分布，减小震动和噪声，行星轮轴承安装在行星齿轮内。 b）技术要求： 1）在行星轮传动中，中心距偏差数值和方向可能增加行星轮孔距相对误差和行星轮架偏心，因此对中心距偏差要严加限制。 2）各行星轮轴孔的孔距相对个行星轮件载荷分配的均匀型影响很大。4.9.2减震部分：由于制动销插入与预选刀具相关的缺口而引起撞击，我们设有减震部件，它借助于一些相应的弹性元件，如：矩形橡胶垫圈，在两个方向上减弱冲击，由于上述减震部件设置在定位盘最大直径的部位，就能借助于相应弹性元件变形而有效地减震，这种变形在转动部件的转动角度范围小于三齿盘圈中两相邻间距离时，就足以将有限的动作用力传递给相应的结构，减震栓与机壁的配合见装配图。减震栓头部作的斜度，防止突变，使冲击缓和。4.9.3刀盘： 材料：45 刀盘上设有8个动力刀具安装孔，刀夹夹紧块为楔型块。刀盘上可安装各种辅助刀夹，可完成各种复杂工序的加工。刀盘是刀架必备配套附件，在加工中易发热，所以其上设有冷却油通孔。4.9.4制动销： 制动销与缺口配合间隙相当小，以便锁紧刀盘，使之不可转动，制动销下端部锐平面，与缺口配合，依靠压缩弹簧的弹力，制动销在电磁铁断电时可推出预定位盘，锁紧时依靠的是电磁铁的吸合作用。4.9.5啮合定位介绍： 啮合定位是一种精密定位方法，通常采用的时鼠牙盘定位器，或称为端面齿盘定位器，鼠牙盘定位器的缺点是制造困难，成本高。 在各种型式的步进机构中，不可避免的有制造和装配误差，摩擦表面的磨损以及运动惯性等都直接影响机构的运动精度。为了保证确定的位置精度，通过在机构中设置定位机构。对于位置精度，要求高或工作载荷较大的步进式机械设备，定位机构更是必须设置的部件。 设计定位机构时应满足以下要求：（a） 应有足够的定位精度和刚度。（b） 定位精度能够长期保持，定位元件小，寿命高。（c） 定
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