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編號(hào)：
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題 目： 多工位機(jī)械轉(zhuǎn)位裝置設(shè)計(jì)
學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師單位： 機(jī)電工程學(xué)院
姓 名：
職 稱(chēng)：
題目類(lèi)型：¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 t工程設(shè)計(jì) ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開(kāi)發(fā)
2015年5月2日
摘 要
本次設(shè)計(jì)是對(duì)多工位機(jī)械轉(zhuǎn)位裝置的設(shè)計(jì)。在這里主要包括: 轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)工作的基本技能的訓(xùn)練，提高了分析和解決工程技術(shù)問(wèn)題的能力，并為進(jìn)行一般機(jī)械的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了一定條件。
整機(jī)電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)，帶傳動(dòng)分配給兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng),一個(gè)是轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng),一個(gè)是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)整機(jī)運(yùn)動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動(dòng)化水平。更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。
本論文研究?jī)?nèi)容：
(1) 多工位機(jī)械轉(zhuǎn)位裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(2) 多工位機(jī)械轉(zhuǎn)位裝置工作性能分析。
(3)電動(dòng)機(jī)的選擇。
(4) 多工位機(jī)械轉(zhuǎn)位裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行部件及機(jī)架設(shè)計(jì)。
(5)對(duì)設(shè)計(jì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析和校核。
(6)繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計(jì)零件的零件圖。
關(guān)鍵詞：多工位機(jī)械轉(zhuǎn)位裝置， 帶傳動(dòng),凸輪機(jī)構(gòu)，間歇機(jī)構(gòu)
39
Abstract
This design is the design of multi station mechanical transposition device. Here mainly includes: the design of this design, the transmission system of the transposition feed movement part of the system of graduation design on the design of the basic skills training, improve the analysis and the ability to solve engineering problems, and created a condition for general mechanical design.
The motor through the belt drive, the belt drive is assigned to the movement in two directions, one is the transposition of movement, a feed motion, so as to drive the movement, improve labor productivity and automation level. But also show its superiority, there are broad prospects for the development.
The content of this paper:
(1) multi station mechanical transfer device structure design.
(2) analysis of multi station mechanical transfer device performance.
(3) the choice of motor.
(4) transmission system, execution unit and frame design of multi station mechanical transposition device.
(5) the design of parts design calculation and check.
(6) drawing machine assembly and important parts assembly drawings and parts drawings design.
Key Words: multi station mechanical transfer device, belt drive, cam, intermittent mechanism
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 1
1.1 專(zhuān)用機(jī)床的簡(jiǎn)介 1
1.2本課題國(guó)內(nèi)外研究概況 2
1.3 機(jī)床設(shè)計(jì)的目的、要求 6
1.3.1 設(shè)計(jì)的目的 6
1.3.2 設(shè)計(jì)要求 6
第2章 總體方案確定 7
2.1擬定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 8
2.2 方案設(shè)計(jì) 8
2.3 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用凸輪機(jī)構(gòu) 13
第3章 動(dòng)力的選擇 15
第4章 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 17
4.1 確定傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比 17
4.2 傳動(dòng)裝置動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 17
4.3 皮帶輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 18
4.3.1 帶型的選定 18
4.3.2 帶輪直徑與帶速的確定 18
4.3.3 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和軸間距的確定 19
4.3.4 驗(yàn)算小帶輪的包角 19
4.3.5 確定V帶根數(shù) 20
4.3.6 單根V帶預(yù)緊力的計(jì)算 20
4.3.7 計(jì)算壓軸力 20
第5章 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 21
5.1 材料的選擇及許用應(yīng)力的確定 21
5.2 按輪齒接觸強(qiáng)度的計(jì)算 21
5.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 23
第6章 槽輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 25
6.1 槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 25
6.2 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 27
6.2.1 滾子半徑的選擇 28
6.2.2 壓力角及其許用值 29
6.2.3 基圓半徑的確定 30
6.2.4 凸輪機(jī)構(gòu)的材料 31
第7章 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 32
7.1 軸的材料選擇 32
7.2 軸的最小直徑確定 32
7.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 32
7.4 軸的校核 33
第8章 鍵連接選擇 37
第9章 滾動(dòng)軸承選用 38
結(jié) 論 40
致 謝 41
參考文獻(xiàn) 42
第1章 緒論
1.1 專(zhuān)用機(jī)床的簡(jiǎn)介
專(zhuān)用機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，根據(jù)特定的形狀和工件的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)獨(dú)特，組成的半自動(dòng)或自動(dòng)機(jī)床。
專(zhuān)用機(jī)床一般采用多軸，多刀，多進(jìn)程，多或多級(jí)處理，生產(chǎn)效率幾倍比普通機(jī)床高幾倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，專(zhuān)用機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于大批量，大批量生產(chǎn)，并可用于組成自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)。
專(zhuān)用機(jī)床一般用于加工箱體零件或特殊形狀的。工件的加工，一般不旋轉(zhuǎn)，相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具和工件，來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔，擴(kuò)孔，鉆孔，擴(kuò)孔，鉆孔，銑削平面，內(nèi)、外螺紋切削加工圓等。夾緊工件的加工頭旋轉(zhuǎn)專(zhuān)用機(jī)床，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可達(dá)到一定的旋轉(zhuǎn)部件（如飛輪，汽車(chē)后橋等）的循環(huán)和過(guò)程。
在第二十世紀(jì)70年代，隨著可轉(zhuǎn)位刀具，刀具的發(fā)展密度，孔尺寸自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)刀具補(bǔ)償技術(shù)，提高專(zhuān)用機(jī)床的加工精度。高達(dá)0.019毫米和1000毫米的銑削平面，表面粗糙度可達(dá)2.19 ~ 0.63微米低；鏜孔精度可以達(dá)到IT7 ~ 6，孔距精度可達(dá)o.03 ~ o.02微型計(jì)。專(zhuān)用機(jī)床是隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的興起發(fā)展。在專(zhuān)用機(jī)床的某些部分重復(fù)使用，并逐漸發(fā)展成一個(gè)通用部件，導(dǎo)致在一個(gè)專(zhuān)用機(jī)床。專(zhuān)用機(jī)床是最早的1911在美國(guó)，為汽車(chē)零部件加工。在每臺(tái)機(jī)器的開(kāi)始，本廠(chǎng)有他們的標(biāo)準(zhǔn)通用部件。為了提高互換性通用不同配件廠(chǎng)，方便了用戶(hù)的使用和維修，19193美國(guó)福特汽車(chē)公司和通用汽車(chē)公司和美國(guó)機(jī)械廠(chǎng)協(xié)商，確定專(zhuān)用機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，嚴(yán)格的規(guī)定尺寸的組件之間的接觸，但部分結(jié)構(gòu)未指定。專(zhuān)用機(jī)床的設(shè)計(jì)，基本上有兩種方式：一，目前是根據(jù)處理對(duì)象的特點(diǎn)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，這是最常見(jiàn)的做法。其次，在專(zhuān)用機(jī)床廣泛用于機(jī)械行業(yè)在我國(guó)，大多數(shù)的工人和技術(shù)人員總結(jié)生產(chǎn)和使用專(zhuān)用機(jī)床的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不在其組件共同組合機(jī)，可設(shè)計(jì)成通用的部件，和一些行業(yè)是一個(gè)專(zhuān)用機(jī)床的加工范圍完成極為相似，它是可能的設(shè)計(jì)的，通用機(jī)床，機(jī)床被稱(chēng)為“專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)用機(jī)床”。本機(jī)不根據(jù)具體的處理對(duì)象都需要特殊的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，可設(shè)計(jì)為多功能，組織大批量生產(chǎn)，然后根據(jù)加工零件的具體需要，夾具和簡(jiǎn)單的切割工具，可以由一個(gè)特定的對(duì)象的高效加工設(shè)備。
通用部件按功能可分為動(dòng)力元件，支撐部分，傳輸部分，控制部分和附件五。動(dòng)力裝置是用于專(zhuān)用機(jī)床主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件。主電源箱，切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)。
支撐組件用于安裝動(dòng)力滑臺(tái)進(jìn)給機(jī)構(gòu)，一頭或夾具切割，側(cè)基，中間底座，支架，可調(diào)支架，立柱和立柱底座等。
傳動(dòng)部分可用于運(yùn)輸或主軸箱的加工站組成，主要分度回轉(zhuǎn)臺(tái)，環(huán)形分度回轉(zhuǎn)臺(tái)，鼓和往復(fù)工作臺(tái)等。
控制單元用以控制機(jī)床的自動(dòng)循環(huán)組成，液壓站，電氣柜和控制表。附件有潤(rùn)滑裝置，冷卻裝置和排屑裝置等。
為了使專(zhuān)用機(jī)床能被用在小批量生產(chǎn)中，常常需要應(yīng)用成組技術(shù)，集中在一臺(tái)專(zhuān)用機(jī)床類(lèi)似零件的結(jié)構(gòu)和工藝，以提高機(jī)床的利用率。本機(jī)有兩種常見(jiàn)的，但主軸箱專(zhuān)用機(jī)床和機(jī)床刀架。
專(zhuān)用機(jī)床未來(lái)的發(fā)展將更加調(diào)速電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，縮短生產(chǎn)周期時(shí)間；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱，夾具自動(dòng)更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；柔性制造系統(tǒng)和成。
1.2本課題國(guó)內(nèi)外研究概況
在過(guò)去的20年中，專(zhuān)用機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)的技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，在精密加工，自動(dòng)線(xiàn)的生產(chǎn)效率，巨大的進(jìn)步速度，靈活和綜合自動(dòng)化，是專(zhuān)用機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展達(dá)到了很高的水平。自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，線(xiàn)切割機(jī)，及其他相關(guān)技術(shù)，尤其是數(shù)控技術(shù)的發(fā)展對(duì)自動(dòng)線(xiàn)的結(jié)構(gòu)變化和靈活性起著決定性的作用。隨著市場(chǎng)需求的變化，靈活的將越來(lái)越成為在設(shè)備選擇的重要因素。因此，專(zhuān)用機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)將面臨激烈的競(jìng)爭(zhēng)，包括高速加工中心的柔性制造系統(tǒng)。
專(zhuān)用機(jī)床是一種專(zhuān)用的高自動(dòng)化的技術(shù)和設(shè)備，目前，它仍然是一個(gè)大量的關(guān)鍵設(shè)備和機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效，高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，因此被廣泛用于汽車(chē)，拖拉機(jī)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。其中，特別是汽車(chē)工業(yè)，是專(zhuān)用機(jī)床的最大用戶(hù)。如德國(guó)的大眾汽車(chē)廠(chǎng)在該發(fā)動(dòng)機(jī)廠(chǎng)在機(jī)械行業(yè)中，大量生產(chǎn)，大量使用的設(shè)備是專(zhuān)用機(jī)床。因此，專(zhuān)用機(jī)床與自動(dòng)化水平的技術(shù)性能，工業(yè)部門(mén)的生產(chǎn)效率的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的決定在很大程度上，決定了其產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力在很大程度上。
現(xiàn)代專(zhuān)用機(jī)床和自動(dòng)線(xiàn)作為機(jī)電一體化產(chǎn)品，它是綜合反映驅(qū)動(dòng)，控制，測(cè)量，監(jiān)測(cè)，工具和機(jī)械組件技術(shù)。在過(guò)去的20年中，這些技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在專(zhuān)用機(jī)床的汽車(chē)和內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的主要用戶(hù)同樣也有很大的變化，產(chǎn)品生命周期縮短，增加品種和質(zhì)量改進(jìn)。這些因素的發(fā)展，促進(jìn)和刺激專(zhuān)用機(jī)床。
專(zhuān)用機(jī)床是高效專(zhuān)用機(jī)床由大量的通用部件和少量的專(zhuān)用部件組成和工藝。通用機(jī)床和專(zhuān)用機(jī)床的發(fā)展。由于機(jī)械加工的組合是高度集中的，也可完成一個(gè)或幾個(gè)一機(jī)不同的過(guò)程，所以為了適應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)量，要求精度高，克服了通用機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，難以保證精度的缺點(diǎn)，專(zhuān)用設(shè)備通用性差，不適應(yīng)現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，往往更新的要求。因此，專(zhuān)用機(jī)床和自動(dòng)線(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)，柴油機(jī)，電機(jī)，儀表、軍工產(chǎn)品的生產(chǎn)，并顯示出巨大的優(yōu)越性。
我國(guó)加入WTO以后，制造業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存、專(zhuān)用機(jī)床行業(yè)企業(yè)適時(shí)調(diào)整戰(zhàn)略，采取了積極的應(yīng)對(duì)策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷(xiāo)兩旺的良好勢(shì)頭，截至2005年4月份，專(zhuān)用機(jī)床行業(yè)企業(yè)僅專(zhuān)用機(jī)床一項(xiàng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量已達(dá)1000余臺(tái)，產(chǎn)值達(dá)3.9個(gè)億以上，較2004年同比增長(zhǎng)了10%以上，另外專(zhuān)用機(jī)床行業(yè)增加值、產(chǎn)品銷(xiāo)售率、全員工資總額、出口交費(fèi)值等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有不同程度的增長(zhǎng)，新產(chǎn)品、新技術(shù)較去年年均有大幅度提高，可見(jiàn)行業(yè)企業(yè)運(yùn)營(yíng)狀況良好。
⑴行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化
專(zhuān)用機(jī)床行業(yè)企業(yè)主要針對(duì)汽車(chē)、摩托車(chē)、內(nèi)燃機(jī)、農(nóng)機(jī)、工程機(jī)械、化工機(jī)械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專(zhuān)用設(shè)備，隨著我國(guó)加入WTO后與世界機(jī)床進(jìn)一步接軌，專(zhuān)用機(jī)床行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)始向數(shù)控化、柔性化轉(zhuǎn)變。從近兩年是企業(yè)生產(chǎn)情況來(lái)看，數(shù)控機(jī)床與加工中心的市場(chǎng)需求量在上升，而傳統(tǒng)的鉆、鏜、銑專(zhuān)用機(jī)床則有下降趨勢(shì)，中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)學(xué)會(huì)的《機(jī)床工具行業(yè)企業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)報(bào)表》是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，僅從幾個(gè)全國(guó)大型重點(diǎn)企業(yè)生產(chǎn)情況看，2003年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床890臺(tái)，產(chǎn)值16187萬(wàn)元，生產(chǎn)加工中心148臺(tái)，產(chǎn)值5770萬(wàn)元；2004年生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床985臺(tái)，產(chǎn)值25838萬(wàn)元，生產(chǎn)加工中心159臺(tái)，產(chǎn)值7099萬(wàn)元；而2005年，截至4月份，數(shù)控機(jī)床、加工中心、產(chǎn)值已接近2003年全年水平，故市場(chǎng)在向數(shù)控、高精制造技術(shù)和成套工藝裝備方面發(fā)展。
⑵行業(yè)企業(yè)的快速轉(zhuǎn)變
“九五”后期，在專(zhuān)用機(jī)床行業(yè)企業(yè)的50多家專(zhuān)用機(jī)床分會(huì)會(huì)員中，僅有兩家企業(yè)實(shí)行了股份改造，一家企業(yè)退出國(guó)有轉(zhuǎn)為民營(yíng)，其余的都是國(guó)有企業(yè)。而從2001至2002年，不到兩年的時(shí)間，就先后有十幾家企業(yè)實(shí)行股份制改造，一些小廠(chǎng)幾乎全部退出國(guó)有轉(zhuǎn)為民營(yíng)，現(xiàn)在一些國(guó)家重點(diǎn)國(guó)有企業(yè)也在醞釀股份制改造，轉(zhuǎn)制已勢(shì)不可檔，“民營(yíng)經(jīng)濟(jì)在經(jīng)歷了從被歧視，被藐視到不可小視和現(xiàn)在高度重視4個(gè)階段后，煥發(fā)勃勃生機(jī)?！睂?zhuān)用機(jī)床行業(yè)企業(yè)正在以股份制、民營(yíng)化等多種形式快速發(fā)展。
⑶專(zhuān)用機(jī)床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
專(zhuān)用機(jī)床及其自動(dòng)線(xiàn)是集機(jī)電于一體是綜合自動(dòng)化度較高的制造技術(shù)和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而被廣泛應(yīng)用與工程機(jī)械、交通、能源、軍工、輕工、家電行業(yè)。我國(guó)的傳統(tǒng)的專(zhuān)用機(jī)床及專(zhuān)用機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)主要采用機(jī)、電、氣、液壓控制，它的加工對(duì)象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型的箱體類(lèi)和軸類(lèi)零件（近年研制的專(zhuān)用機(jī)床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車(chē)端面和凸臺(tái)，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成型面等。專(zhuān)用機(jī)床的分類(lèi)繁多，有大型專(zhuān)用機(jī)床和小型專(zhuān)用機(jī)床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復(fù)合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺(tái)專(zhuān)用機(jī)床等；隨著技術(shù)的不斷是進(jìn)步，一種新型的專(zhuān)用機(jī)床——柔性專(zhuān)用機(jī)床越來(lái)越受人們是親昧，它應(yīng)用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動(dòng)更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多種加工的可調(diào)可變的專(zhuān)用機(jī)床。另外，近年來(lái)專(zhuān)用機(jī)床加工中心、數(shù)控專(zhuān)用機(jī)床、機(jī)床輔機(jī)等在專(zhuān)用機(jī)床行業(yè)中所占份額也越來(lái)越大。
由于專(zhuān)用機(jī)床及其自動(dòng)線(xiàn)是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專(zhuān)用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶(hù)特殊要求而設(shè)計(jì)的，它涉及到加工工藝、刀具、測(cè)量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國(guó)專(zhuān)用機(jī)床及其專(zhuān)用機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)總體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)落后，國(guó)內(nèi)所需的一些高水平專(zhuān)用機(jī)床及自動(dòng)線(xiàn)幾乎都從國(guó)外進(jìn)口。工藝裝備的大量進(jìn)口勢(shì)必導(dǎo)致投資規(guī)模的擴(kuò)大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場(chǎng)要求我們不斷開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新工藝、研制新產(chǎn)品，由過(guò)去的“剛性”機(jī)床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿(mǎn)足用戶(hù)需要，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣?dòng)化裝備。
80年代以來(lái)，國(guó)外專(zhuān)用機(jī)床技術(shù)在滿(mǎn)足精度和效率要求的基礎(chǔ)上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。專(zhuān)用機(jī)床的加工精度、多品種加工的柔性以及機(jī)床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床工作程序軟件化、工序高度集中、高效短節(jié)拍和多功能知道監(jiān)控。專(zhuān)用機(jī)床技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是：
⑴廣泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù)
國(guó)外主要的專(zhuān)用機(jī)床生產(chǎn)廠(chǎng)家都有自己的系列化完整的數(shù)控專(zhuān)用機(jī)床通用部件,在專(zhuān)用機(jī)床上不僅一般動(dòng)力部件應(yīng)用數(shù)控技術(shù),而且?jiàn)A具的轉(zhuǎn)位或轉(zhuǎn)角、換箱裝置的自動(dòng)分度與定位也都應(yīng)用數(shù)控技術(shù),從而進(jìn)一步提高了專(zhuān)用機(jī)床的工作可靠性和加工精度。廣州標(biāo)致汽車(chē)公司由法國(guó)雷諾公司購(gòu)置的缸蓋加工生產(chǎn)線(xiàn),就是由三臺(tái)自動(dòng)換箱專(zhuān)用機(jī)床組成的,其全部動(dòng)作均為數(shù)控,包括自動(dòng)上下料的交換工作臺(tái)、環(huán)形主軸箱庫(kù)、動(dòng)力部件和夾具的運(yùn)動(dòng),其節(jié)拍時(shí)間為58秒。
⑵發(fā)展柔性技術(shù)
80年代以來(lái),國(guó)外對(duì)中大批量生產(chǎn),多品種加工裝備采取了一系列的可調(diào)、可變、可換措施,使加工裝備具有了一定的柔性。如先后發(fā)展了轉(zhuǎn)塔動(dòng)力頭、可換主軸箱等組成的專(zhuān)用機(jī)床;同時(shí)根據(jù)加工中心的發(fā)展,開(kāi)發(fā)了二坐標(biāo)、三坐標(biāo)模塊化的加工單元,并以此為基礎(chǔ)組成了柔性加工自動(dòng)線(xiàn)(FTL)。這種結(jié)構(gòu)的變化,既可以實(shí)現(xiàn)多品種加工要求的調(diào)整變化快速靈敏,又可以使機(jī)床配置更加靈活多樣。
⑶發(fā)展綜合自動(dòng)化技術(shù)
汽車(chē)工業(yè)的大發(fā)展,對(duì)自動(dòng)化制造技術(shù)提出了許多新的需求,大批量生產(chǎn)的高效率,要求制造系統(tǒng)不僅能完成一般的機(jī)械加工工序,而且能完成零件從毛坯進(jìn)線(xiàn)到成品下線(xiàn)的全部工序,以及下線(xiàn)后的自動(dòng)碼垛、裝箱等。德國(guó)大眾汽車(chē)公司KASSEL變速箱廠(chǎng)1987年投入使用的造價(jià)9000萬(wàn)馬克的齒輪箱和離合器殼生產(chǎn)線(xiàn),就是這種綜合自動(dòng)化制造系統(tǒng)的典范。該系統(tǒng)由兩條相似對(duì)稱(chēng)布置的自動(dòng)線(xiàn)組成,三班制工作,每條線(xiàn)日產(chǎn)2000件,節(jié)拍時(shí)間為40秒。全線(xiàn)由12臺(tái)雙面專(zhuān)用機(jī)床、18臺(tái)三坐標(biāo)加工單元、空架機(jī)器人、線(xiàn)兩端的毛坯庫(kù)和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)組成,可實(shí)現(xiàn)3種零件的加工?？占軝C(jī)器人完成工件下線(xiàn)的碼垛裝箱工作。隨著綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了一批專(zhuān)門(mén)從事裝配、試驗(yàn)、檢測(cè)、清洗等裝備的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)家,進(jìn)一步提高了制造系統(tǒng)的配套水平。
⑷進(jìn)一步提高工序集中程度
國(guó)外為了減少機(jī)床數(shù)量,節(jié)省占地面積,對(duì)專(zhuān)用機(jī)床這種工序集中程度高的產(chǎn)品,繼續(xù)采取各種措施,進(jìn)一步提高工序集中程度。如采用十字滑臺(tái)、多坐標(biāo)通用部件、移動(dòng)主軸箱、雙頭鏜孔車(chē)端面頭等組成機(jī)床或在夾具部位設(shè)置刀庫(kù),通過(guò)工作加工實(shí)現(xiàn)工序集中,從而可最大限度地發(fā)揮設(shè)備的效能,獲取更好的經(jīng)濟(jì)效益。
1.3 機(jī)床設(shè)計(jì)的目的、要求
1.3.1 設(shè)計(jì)的目的
機(jī)床設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)，其目的在于通過(guò)機(jī)床主運(yùn)動(dòng)機(jī)械變速傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使我們?cè)跀M定傳動(dòng)和變速的結(jié)構(gòu)方案過(guò)程中，得到設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案的分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機(jī)械制圖、零件計(jì)算、編寫(xiě)技術(shù)文件和查閱資料等方面的綜合訓(xùn)練，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握基本的設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)基本的設(shè)計(jì)方法，并培養(yǎng)了自己具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。
1.3.2 設(shè)計(jì)要求
評(píng)價(jià)機(jī)床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)—經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)判定的。技術(shù)先進(jìn)合理，亦即“質(zhì)優(yōu)價(jià)廉”才會(huì)受到用戶(hù)的歡迎，在國(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)上才有競(jìng)爭(zhēng)力。機(jī)床設(shè)計(jì)的技術(shù)—經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可以從滿(mǎn)足性能要求、經(jīng)濟(jì)效益和人機(jī)關(guān)系等方面進(jìn)行分析。
第2章 總體方案確定
1．工作原理及工藝動(dòng)作過(guò)程
四工位專(zhuān)用機(jī)床是在四個(gè)工位上分別完成相應(yīng)得裝卸工件、鉆孔、擴(kuò)孔和鉸孔工作。
它的工藝動(dòng)作主要有：
1）裝有四個(gè)工位工件的回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)；
2）裝有專(zhuān)用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的三把專(zhuān)用刀具的主軸箱的刀具轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)。
2．原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求
1）從刀具頂端離開(kāi)工件表面65mm位置，快速移動(dòng)送進(jìn)了60mm后，再勻速送進(jìn)60mm（5mm刀具切入量，45mm工件孔深，10mm刀具切出量），然后快速返回。回程和工作行程的速比系數(shù)K=2。
2）生產(chǎn)率約每小時(shí)60件；
3）刀具勻速進(jìn)給速度2mm/s，工件裝、卸時(shí)間不超過(guò)10s。
4）執(zhí)行機(jī)構(gòu)能裝入機(jī)體內(nèi)。
3．設(shè)計(jì)方案提示
1）回轉(zhuǎn)臺(tái)的間歇運(yùn)動(dòng)，可采用不完全齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪式間歇機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)等。
2）主軸箱的刀具移動(dòng)，可以采用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)、移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)、凸輪-連桿機(jī)構(gòu)、平面連桿機(jī)構(gòu)等。
3）由生產(chǎn)率可以求出一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)所需時(shí)間T=3600/60=60s，刀具勻速送進(jìn)60mm所需時(shí)間t勻=60/2=30s，刀具其余移動(dòng)（包括快速送進(jìn)60mm，快速返回120mm）共需30。
4．設(shè)計(jì)任務(wù)
1）按工藝動(dòng)作過(guò)程擬定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖
2）進(jìn)行回轉(zhuǎn)臺(tái)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、主軸箱刀具移動(dòng)機(jī)構(gòu)的選型、并進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案評(píng)價(jià)和選擇。
3）按選定的電動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)方案的擬定。
2.1擬定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖
根據(jù)專(zhuān)用機(jī)床的工作過(guò)程和規(guī)律可得其運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖如下：
機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖
四工位專(zhuān)用機(jī)床是在四個(gè)工位上分別完成相應(yīng)得裝卸工件、鉆孔、擴(kuò)孔和鉸孔工作。
2.2 方案設(shè)計(jì)
根據(jù)該機(jī)床包含兩個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即主軸箱移動(dòng)機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。主軸箱移動(dòng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件是圓柱凸輪，從動(dòng)件是刀架，行程中有勻速運(yùn)動(dòng)段（稱(chēng)工作段），并具有急回特性。要滿(mǎn)足這些要求，需要將幾個(gè)基本機(jī)構(gòu)恰當(dāng)?shù)亟M合在一起來(lái)滿(mǎn)足上述要求。實(shí)現(xiàn)上述要求的機(jī)構(gòu)組合方案可以有許多種。
2.2.1 三個(gè)方案
1、減速機(jī)構(gòu)的方案有：
⑴、渦輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)
⑵、外嚙合行星輪系減速機(jī)構(gòu)
⑶、定軸輪系減速機(jī)構(gòu)
2、刀架規(guī)律性運(yùn)動(dòng)的方案有：
⑴、圓柱凸輪實(shí)現(xiàn)刀架規(guī)律性移動(dòng)：
⑵、盤(pán)型凸輪—尺條實(shí)現(xiàn)刀架規(guī)律性移動(dòng)
3、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)方案：
⑴、單銷(xiāo)四槽槽輪機(jī)構(gòu)
⑵、棘輪機(jī)構(gòu)
⑶、不完全齒輪機(jī)構(gòu)
4、定位銷(xiāo)方案：采用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)
2.2.2 方案比較
㈠、減速機(jī)構(gòu)
1、渦輪蝸桿減速器方案分析：
此方案采用最普通的右旋阿基米德蝸桿。采用蝸桿傳動(dòng)的主要原因有：
⑴、傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)、沖擊和噪聲均較??；
⑵、能以單級(jí)傳動(dòng)獲得較大的傳動(dòng)比，故結(jié)構(gòu)比較緊湊；
⑶、機(jī)構(gòu)返行程具有自鎖性；
本方案通過(guò)較為簡(jiǎn)單的渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了：
的大傳動(dòng)比。滿(mǎn)足了機(jī)構(gòu)要求的性能指標(biāo)，而且結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)約空間。本方案存在的不足：由于渦輪蝸桿嚙合齒間的相對(duì)滑動(dòng)速度較大，使得摩擦損耗較大，因此傳動(dòng)效率較低，易出現(xiàn)發(fā)熱和溫升過(guò)高的現(xiàn)象。磨損也較嚴(yán)重。解決的辦法是可以采用耐磨的材料（如錫青銅）來(lái)制造渦輪，但成本較高。
2、外嚙合行星齒輪減速器方案分析：
該方案采用漸開(kāi)線(xiàn)直齒圓柱齒輪嚙合傳動(dòng)，所選輪系為外嚙合行星齒輪系，采用齒輪機(jī)構(gòu)的原因是其在各種機(jī)構(gòu)中的運(yùn)用比較廣泛，且制造過(guò)程簡(jiǎn)單，成本較低，并且具有功率范圍大，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比精確，使用壽命長(zhǎng)，工作安全可靠等特點(diǎn)。方案中齒輪系為復(fù)合輪系，實(shí)現(xiàn)了：
的大傳動(dòng)比。且具有較高的傳動(dòng)效率。本方案中存在的不足是，齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)不夠緊湊，占用空間較大。
3、定軸輪系減速器方案分析：
該方案采用漸開(kāi)線(xiàn)直齒圓柱齒輪嚙合傳動(dòng)，所選輪系為定軸輪系，采用該機(jī)構(gòu)的原因是運(yùn)用廣泛，制造過(guò)程簡(jiǎn)單，成本較低，并且具有功率范圍大，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比精確，使用壽命長(zhǎng)，工作安全可靠等特點(diǎn)。方案中輪系為定軸輪系，實(shí)現(xiàn)了：
的大傳動(dòng)比。本方案中存在的不足是，齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)不夠緊湊，占用空間較大。
㈡、刀架規(guī)律性運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)
1、圓柱凸輪實(shí)現(xiàn)刀架規(guī)律性移動(dòng)：
該方案采用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成，采用凸輪機(jī)構(gòu)，是因?yàn)樵摍C(jī)構(gòu)只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線(xiàn)，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，但其不足在于凸輪廓線(xiàn)與推桿之間為點(diǎn)，線(xiàn)接觸，易磨損。
2、盤(pán)型凸輪—尺條實(shí)現(xiàn)刀架規(guī)律性移動(dòng)：
使用盤(pán)行凸輪機(jī)構(gòu)首先需要加圓錐齒輪等機(jī)構(gòu)將軸的傳動(dòng)方向轉(zhuǎn)變，然后設(shè)計(jì)凸輪的廓線(xiàn)。此方案中凸輪的廓線(xiàn)設(shè)計(jì)中，其導(dǎo)程是旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)，在計(jì)算中難求得精確導(dǎo)程，因此凸輪廓線(xiàn)設(shè)計(jì)較復(fù)雜。故不考慮此方案。
㈢、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
1、單銷(xiāo)四槽槽輪機(jī)構(gòu)
該方案采用槽輪機(jī)構(gòu)，是因?yàn)樵摍C(jī)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單，外形尺寸小，其機(jī)械效率高，并能較平穩(wěn)地，間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。本方案中的不足在于在槽輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)過(guò)程中往往存在著柔性沖擊，故常用于速度不太高的場(chǎng)合。此機(jī)床中屬于低速旋轉(zhuǎn)，因此槽輪機(jī)構(gòu)能夠滿(mǎn)足要求。
2、棘輪機(jī)構(gòu)
該方案采用棘輪機(jī)構(gòu)，是因?yàn)樵摍C(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，運(yùn)動(dòng)可靠，而且棘輪軸每次轉(zhuǎn)過(guò)的角度可以在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，與曲柄搖桿機(jī)構(gòu)配合使用使其具有急回特性。本方案中的不足在于棘輪機(jī)構(gòu)在工作時(shí)有較大的沖擊和噪音，而且運(yùn)動(dòng)精度較差，常用于速度較低和載荷不大的場(chǎng)合。此機(jī)床中屬于低速旋轉(zhuǎn)，沖擊可以忽略，對(duì)于精度要求不是太高，因此該機(jī)構(gòu)能夠滿(mǎn)足要求。
3、不完全齒輪機(jī)構(gòu)：
該方案采用不完全齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)，此機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工安裝容易實(shí)現(xiàn)，由于其中含標(biāo)準(zhǔn)件，有很好的互換性，有精確的傳動(dòng)比，所以在工作過(guò)程中精度較高。此機(jī)構(gòu)的不足是由于在進(jìn)入嚙合時(shí)有沖擊，會(huì)產(chǎn)生噪聲，齒輪在磨損過(guò)程中會(huì)對(duì)精度有一定影響。但是對(duì)于低速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)能夠滿(mǎn)足使用要求。
㈣、圓柱凸輪定位銷(xiāo)機(jī)構(gòu)
該方案采用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成，采用凸輪機(jī)構(gòu)，是因?yàn)樵摍C(jī)構(gòu)只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線(xiàn)，就可以使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。本方案中主要存在的不足在于凸輪廓線(xiàn)與推桿之間為點(diǎn)，線(xiàn)接觸，易磨損。
2.2.3 方案確定
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：四個(gè)工作位置，每個(gè)工作位置之間相差90°，在工作過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)90°，停止定位，進(jìn)刀加工，快速退刀后，旋轉(zhuǎn)90°，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。在加工和退刀的前半段（即刀具與工件有接觸）時(shí)，必須將工作臺(tái)固定，由于卡盤(pán)的工作位置為四個(gè)，還要滿(mǎn)足間歇和固定兩個(gè)工作，1、采用單銷(xiāo)四槽槽輪機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：
單銷(xiāo)四槽槽輪機(jī)構(gòu)
槽輪機(jī)構(gòu)中，當(dāng)圓銷(xiāo)沒(méi)有進(jìn)入槽輪的徑向槽時(shí)，由于槽輪的內(nèi)凹鎖止弧被撥盤(pán)的外凸鎖止弧卡住，故槽輪固定不動(dòng)；當(dāng)圓銷(xiāo)進(jìn)入徑向槽時(shí)，鎖止弧的自鎖段被松開(kāi)，槽輪在圓銷(xiāo)作用下旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了間歇運(yùn)動(dòng)。因?yàn)榭ūP(pán)每次旋轉(zhuǎn)90°，所以選擇四槽均布槽輪，剛好實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)90°的要求。
2、采用棘輪機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：
機(jī)構(gòu)采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)來(lái)作為主動(dòng)件，有運(yùn)動(dòng)循壞圖中可知：
于是得：K>2.2
所以極位夾角大于等于67.5°
因此滿(mǎn)足停留時(shí)間的于轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間之間的比例關(guān)系，要求棘輪每次旋轉(zhuǎn)90°，因此搖桿的擺角也為90°。
2.3 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用凸輪機(jī)構(gòu)
平面凸輪4通過(guò)錐齒輪3和減速器2連接，在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)6，帶動(dòng)工作臺(tái)7在垂直方向作上、下運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)在主軸上的“前進(jìn)”、“工進(jìn)”動(dòng)作?；∶嫱馆?和平面凸輪4相連，在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)滾動(dòng)盤(pán)8（共6個(gè)滾珠），完成“快進(jìn)”和“工進(jìn)”動(dòng)作。
弧面凸輪轉(zhuǎn)角
平面凸輪轉(zhuǎn)角
圖3.4 平面凸輪和弧面凸輪的運(yùn)動(dòng)過(guò)程
平面凸輪與弧面凸輪的動(dòng)作配合曲線(xiàn)如圖3.4所示。
在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，弧面凸輪在7.5°～57.5°的范圍內(nèi)，完成工作臺(tái)80°的轉(zhuǎn)位動(dòng)作。在57.5°～72.5°的范圍內(nèi)弧面凸輪、平面凸輪均不產(chǎn)生工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，用于松開(kāi)刀具。
當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到72.5°～137.5°的范圍內(nèi)，平面凸輪通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行向下運(yùn)動(dòng)；其中，在72.5°～117.5°范圍內(nèi)，只有平面凸輪帶動(dòng)工作臺(tái)作向下的運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)同時(shí)拔出主軸、刀庫(kù)中的刀具；在117.5°～137.5°的范圍內(nèi)，因刀具已經(jīng)脫離主軸的刀座，兩凸輪同時(shí)動(dòng)作，即：在工作臺(tái)繼續(xù)向下的過(guò)程中，已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行180°轉(zhuǎn)位，以提高工作速度。
在凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)到117.5°～242.5°的范圍內(nèi)，弧面凸輪帶動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行180°轉(zhuǎn)位，完成主軸與刀庫(kù)的刀具交換；當(dāng)進(jìn)入222.5°～242.5°的范圍時(shí)，兩凸輪同時(shí)動(dòng)作，平面凸輪已經(jīng)開(kāi)始通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行向上運(yùn)動(dòng)，以提高工作速度。
從222.5°起，平面凸輪帶動(dòng)工作臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)，這一動(dòng)作在222.5°～287.55°范圍，完成“快進(jìn)”動(dòng)作。接著的287.55°～302.5°范圍內(nèi)，弧面凸輪、平面凸輪均不產(chǎn)生工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)在302.5°～360°的范圍內(nèi)，弧面凸輪完成工作臺(tái)80°反向轉(zhuǎn)位動(dòng)作，在工作臺(tái)回到原位，工作結(jié)束。
第3章 動(dòng)力的選擇
合理選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型，對(duì)工作機(jī)械有效的工作，以及機(jī)組運(yùn)行的可靠性、安全、節(jié)能及降低設(shè)備造價(jià)都有重要意義。
電動(dòng)機(jī)類(lèi)型的選擇要從負(fù)載的要求出發(fā)，考慮工作條件，負(fù)載性質(zhì)、生產(chǎn)工藝、供電情況等，盡量滿(mǎn)足下述各方面的要求：
1．機(jī)械特性
由電動(dòng)機(jī)類(lèi)型決定的電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與工作機(jī)械機(jī)械特性配合要適當(dāng)，機(jī)組穩(wěn)定工作；電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、牽入轉(zhuǎn)矩等性能均能滿(mǎn)足工作機(jī)械的要求。
2．轉(zhuǎn)速
電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速滿(mǎn)足工作機(jī)械要求，其最高轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速變化率、穩(wěn)速、調(diào)速、變速等性能均能適應(yīng)工作機(jī)械運(yùn)行要求。
3．運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性
從降低整個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能耗及電動(dòng)機(jī)的綜合成本來(lái)考慮選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型，針對(duì)使用情況選擇不同效率水平的電動(dòng)機(jī)類(lèi)型；對(duì)一些使用時(shí)間很短、年使用時(shí)數(shù)也不高的機(jī)械，電動(dòng)機(jī)效率低些也不會(huì)使總能耗產(chǎn)生較大的變化，所以并不注重電動(dòng)機(jī)的效率：但另一類(lèi)年利用小時(shí)較高的機(jī)械，如空調(diào)設(shè)備、循環(huán)泵、冰箱壓縮機(jī)等，就需要選用效率高的電動(dòng)機(jī)以降低總能耗。
本機(jī)器的動(dòng)力選用交流380V。機(jī)械中常用的點(diǎn)機(jī)轉(zhuǎn)速多為1400分轉(zhuǎn)/分，由于整個(gè)載荷比較小，所以綜合考慮最終選用Y112M-4型三相異步電動(dòng)機(jī)，電壓為380V，功率為5.5KW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速及效率要求確定各級(jí)傳動(dòng)比。其中帶傳動(dòng)為主要工作部件，其效率直接影響整機(jī)工作效率。電動(dòng)機(jī)的外形圖及尺寸見(jiàn)表2.1和圖2.1。
圖2.1 Y112M-4型電動(dòng)機(jī)外形尺寸
表2.1Y112M-4型電動(dòng)機(jī)外形尺寸
第4章 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
4.1 確定傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比
總傳動(dòng)比
(7) 式中 —電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速，1500r/min,則
那么V帶的傳動(dòng)比，處于2～4之間，符合要求。
分配各級(jí)傳動(dòng)比
1) 取V帶傳動(dòng)傳動(dòng)比為 ，
2)取第1傳動(dòng)軸傳動(dòng)比為0.6，
3)第2傳動(dòng)軸傳動(dòng)比。
4.2 傳動(dòng)裝置動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算
電動(dòng)機(jī)輸出軸額定轉(zhuǎn)速為, 轉(zhuǎn)位裝置滿(mǎn)負(fù)荷作業(yè)時(shí),輸出軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在0.8-0.9倍額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)下運(yùn)行。
1）各軸轉(zhuǎn)速
主傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速,。主軸與動(dòng)力輸出軸直聯(lián)。
第1傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)。傳動(dòng)比為， 帶傳動(dòng)按92%效率計(jì)算, 則
滾筒轉(zhuǎn)速。帶傳動(dòng)按92%效率計(jì)算,則
第2傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為，傳動(dòng)比為1。帶傳動(dòng)按92%效率計(jì)算，則
風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，風(fēng)機(jī)直接安裝在第2傳動(dòng)軸上，則
2）各軸功率
主傳動(dòng)軸
第1傳動(dòng)軸
式中 -帶傳動(dòng)效率；查表[19]取值0.92。
3）各軸轉(zhuǎn)矩
第1傳動(dòng)軸
第2傳動(dòng)軸
4.3 皮帶輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.3.1 帶型的選定
根據(jù)總體方案的選擇，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[19]的工況系數(shù)?？傻糜?jì)算功率為：
(8)
根據(jù)計(jì)算功率和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，查手冊(cè)[19]選擇采用SPZ型皮帶。
4.3.2 帶輪直徑與帶速的確定
小帶輪的直徑通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[19]，有，其中是V帶的最小基準(zhǔn)直徑，過(guò)小，會(huì)降低皮帶的使用壽命。；反過(guò)來(lái)，雖然可以延長(zhǎng)皮帶的使用壽命，但是帶傳動(dòng)的外形尺寸隨之增大。V帶的最小基準(zhǔn)直徑參考值如下表所示。
表3 V帶輪的最小基準(zhǔn)直徑
類(lèi)型 Y Z SPZ A SPA B SPB C SPC D E
20 50 63 75 90 125 140 200 224 355 500
選取小帶輪的直徑。
大帶輪的基準(zhǔn)直徑，取。
上式中是V帶傳動(dòng)的滑動(dòng)率，值很小，在計(jì)算中可以忽略不計(jì)。
帶速的計(jì)算：
代入數(shù)據(jù)的
對(duì)于普通的V帶，，太小傳遞的功率小，太大則離心力過(guò)大，計(jì)算的結(jié)果在合理范圍內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。
4.3.3 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和軸間距的確定
由公式 （9) 代入數(shù)據(jù)得 。
所需帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度為：
代入數(shù)據(jù)得
則實(shí)際的軸間距為
代入數(shù)據(jù)的實(shí)際的軸間距為 。
4.3.4 驗(yàn)算小帶輪的包角
由下式可求帶輪包角：
一般，最小不低于，小帶輪包角合適，不需要使用張緊輪。
4.3.5 確定V帶根數(shù)
V帶根數(shù)可由以下公式計(jì)算：
(10) 其中 ——功率增量，考慮傳動(dòng)比時(shí)，在大帶輪上的彎曲應(yīng)力較小，在壽命相同的條件下，可以增大傳遞的功率。
——包角修正系數(shù)，考慮包角不等于時(shí)對(duì)傳動(dòng)能力的影響。
——帶長(zhǎng)修正系數(shù)，考慮包角不為特定長(zhǎng)度時(shí)對(duì)傳動(dòng)能力的影響。
——單根V帶的基本額定功率。
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[20]可得：，=0.99，=0.97，=
圓整后取V帶根數(shù)
4.3.6 單根V帶預(yù)緊力的計(jì)算
根據(jù)公式 (11)
=
=
4.3.7 計(jì)算壓軸力
根據(jù)公式 (12) (13) 其中 ——為正常預(yù)緊力的1.5倍。
代入數(shù)據(jù)
第5章 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算
5.1 材料的選擇及許用應(yīng)力的確定
根據(jù)設(shè)計(jì)方案，本設(shè)計(jì)采用的是直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，考慮到轉(zhuǎn)位裝置功率較大，故大、小齒輪都選用硬齒面。選取大、小齒輪的材料均為40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為48～55HRC。因采用表面淬火，輪齒的變形不大，不需要磨削，故初選7級(jí)精度。
5.2 按輪齒接觸強(qiáng)度的計(jì)算
根據(jù)公式
(14) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）試選載荷系數(shù)；
2)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩:
3）由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[20]選取齒寬系數(shù)；
4）由手冊(cè)[20]查得材料的彈性影響系數(shù)
5）按齒面硬度中間值查手冊(cè)[20得大、小齒輪得接觸疲勞強(qiáng)度極限 (15) 6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
7)查設(shè)計(jì)手冊(cè)[19]得接觸疲勞壽命系數(shù)
8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1％，安全系數(shù)S＝1，得
計(jì)算
1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值
2）計(jì)算圓周速度
3）計(jì)算齒寬
4）計(jì)算齒寬與齒高之比
模數(shù)
齒高
5）計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)，7級(jí)精度，由手冊(cè)[21]查得動(dòng)載系數(shù);
假設(shè),由手冊(cè)[21]查得齒間載荷分配系數(shù)； 由手冊(cè)[21]查得使用系數(shù)；
由表4查得接觸強(qiáng)度計(jì)算用齒向載荷分布系數(shù)；
由手冊(cè)[21]查得彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算用齒向載荷分布系數(shù). 故載荷系數(shù)
6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，得
7）計(jì)算模數(shù)
5.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
(16)
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）由手冊(cè)[21]得大、小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；
2）由手冊(cè)[21]查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；。
3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S＝1.4，得
4）計(jì)算載荷系數(shù)K
5）查取齒形系數(shù)
由手冊(cè)[21]查得齒形系數(shù) 。
6）查取應(yīng)力校正系數(shù)
由手冊(cè)[21]得應(yīng)力校正系數(shù) 。
7）計(jì)算大小齒輪的并加以比較
小齒輪的數(shù)值大。
設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m略大于由齒根疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得得模數(shù)1.64，就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m＝2mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，。
取 取
幾何尺寸計(jì)算
1）計(jì)算分度圓直徑
2）計(jì)算中心距
3）計(jì)算齒輪寬度
驗(yàn)算
符合要求。
第6章 槽輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
6.1 槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.撥輪A.圓柱銷(xiāo)2. 槽輪
圖6.1槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
1.幾何要求:圓銷(xiāo)線(xiàn)速度方向與輪槽方向一致
2.設(shè)計(jì)要點(diǎn):圓柱銷(xiāo)與鎖住弧配合
3.基本參數(shù)選擇
(1)槽數(shù)z
幾何關(guān)系：
運(yùn)動(dòng)關(guān)系(運(yùn)動(dòng)特性系數(shù)τ)：
討論：τ>0，z≥3，一般取z=4-8
(2)銷(xiāo)數(shù)K
討論：τ<1，
常用K=1
4. 幾何尺寸計(jì)算
表4.1 幾何尺寸計(jì)算
?? 在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2與銷(xiāo)輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1之比，稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)系數(shù)，用τ表示。
對(duì)于外槽輪機(jī)構(gòu),為了避免或減輕槽輪在開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)和停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的碰撞或沖擊，圓銷(xiāo)在開(kāi)始進(jìn)入徑向槽或從徑向槽脫出的瞬時(shí)，圓銷(xiāo)中心的線(xiàn)速度方向均沿著徑向槽的中心線(xiàn)方向，以便槽輪在啟動(dòng)和停止時(shí)的瞬時(shí)角速度為零。
?????????210 + 220 =π
?????????210 =π- 220 =π- (2π/z)
式中z為槽輪的槽數(shù)。
??? 主動(dòng)件以等角速度ω1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)一次所需的時(shí)間為 t2 = 210/ω1 。
??? 當(dāng)主動(dòng)撥盤(pán)對(duì)稱(chēng)均布有k個(gè)圓銷(xiāo)時(shí)，則主動(dòng)撥盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)2π/k 角度便完成槽輪的一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)，其所需的時(shí)間為t1 = 2π / [kω1]。?????????
???此外，由于槽輪機(jī)構(gòu)是作間歇運(yùn)動(dòng)的，故必須有間歇時(shí)間，所以運(yùn)動(dòng)系數(shù)τ總是小于1，因此 k 與 Z 的關(guān)系應(yīng)為 k<2z/(z-2)，常取 z = 4 ～ 8。
5．槽輪機(jī)構(gòu)的角速度和角加速度
槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析完全一樣。下圖分別列出了槽數(shù)為4、6、8的外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)角速度ω2/ω1 和角加速度α2/ω12 的變化情況。從圖中可以看出，槽數(shù)愈少，則角速度、角加速度的變化愈大，由此產(chǎn)生的沖擊和磨損也就愈大。
由以上公式可以算出槽輪機(jī)構(gòu)的具體尺寸：
中心距：a=150mm
撥輪的軸徑：d1=34mm
槽輪的軸徑：d2=30mm
鎖止符半徑：Rx=83mm
圓銷(xiāo)回轉(zhuǎn)半徑：R1=75mm
槽底高：b=29mm
槽深：h=76
鎖止符張開(kāi)角：γ=270度
6.2 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
能良設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)，不僅要保證從動(dòng)件能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，還須使設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)傳力性好，結(jié)構(gòu)緊湊，滿(mǎn)足強(qiáng)度和安裝等要求，為此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意處理好下述問(wèn)題。
6.2.1 滾子半徑的選擇
a) b) c) d)
圖1.7 滾子半徑與運(yùn)動(dòng)失真
1、運(yùn)動(dòng)失真：當(dāng)采用滾子從動(dòng)件時(shí)，若滾子半徑選擇不合適，使從動(dòng)件不能實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這種情況稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)失真。
2、滾子半徑的選擇：對(duì)于外凸的輪廓，如圖5.4.1所示，其實(shí)際輪廓的曲率半徑為
ρ＇=ρ－rT
式中ρ為理論輪廓對(duì)應(yīng)點(diǎn)的曲率半徑，最小值為ρmin，rT為滾子半徑。
1）當(dāng)ρmin>rT時(shí)，ρ＇min>0，實(shí)際輪廓為一光滑曲線(xiàn)（圖5.4.1a）；
2）ρmin=rT，則ρ＇min=0，實(shí)際輪廓出現(xiàn)尖點(diǎn)（圖5.4.1c），接觸應(yīng)力無(wú)限大；
3）ρmin