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編號：
畢業(yè)設計(論文)
題 目： 多工位機械轉(zhuǎn)位裝置設計
學 院： 機電工程學院
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
學生姓名：
學 號：
指導教師單位： 機電工程學院
姓 名：
職 稱：
題目類型：¨理論研究 ¨實驗研究 t工程設計 ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開發(fā)
2015年5月2日
摘 要
本次設計是對多工位機械轉(zhuǎn)位裝置的設計。在這里主要包括: 轉(zhuǎn)位運動傳動系統(tǒng)的設計、進給運動部位系統(tǒng)的設計這次畢業(yè)設計對設計工作的基本技能的訓練，提高了分析和解決工程技術(shù)問題的能力，并為進行一般機械的設計創(chuàng)造了一定條件。
整機電機通過帶傳動，帶傳動分配給兩個方向的運動,一個是轉(zhuǎn)位運動,一個是進給運動，從而帶動整機運動，提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動化水平。更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。
本論文研究內(nèi)容：
(1) 多工位機械轉(zhuǎn)位裝置總體結(jié)構(gòu)設計。
(2) 多工位機械轉(zhuǎn)位裝置工作性能分析。
(3)電動機的選擇。
(4) 多工位機械轉(zhuǎn)位裝置的傳動系統(tǒng)、執(zhí)行部件及機架設計。
(5)對設計零件進行設計計算分析和校核。
(6)繪制整機裝配圖及重要部件裝配圖和設計零件的零件圖。
關(guān)鍵詞：多工位機械轉(zhuǎn)位裝置， 帶傳動,凸輪機構(gòu)，間歇機構(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 專用機床的簡介 1
1.2本課題國內(nèi)外研究概況 2
1.3 機床設計的目的、要求 6
1.3.1 設計的目的 6
1.3.2 設計要求 6
第2章 總體方案確定 7
2.1擬定機構(gòu)運動循環(huán)圖 8
2.2 方案設計 8
2.3 進給運動采用凸輪機構(gòu) 13
第3章 動力的選擇 15
第4章 傳動裝置設計 17
4.1 確定傳動裝置的傳動比 17
4.2 傳動裝置動力參數(shù)的計算 17
4.3 皮帶輪的設計與計算 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 帶的基準長度和軸間距的確定 19
4.3.4 驗算小帶輪的包角 19
4.3.5 確定V帶根數(shù) 20
4.3.6 單根V帶預緊力的計算 20
4.3.7 計算壓軸力 20
第5章 齒輪的設計與計算 21
5.1 材料的選擇及許用應力的確定 21
5.2 按輪齒接觸強度的計算 21
5.3 按齒根彎曲強度設計 23
第6章 槽輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)的設計 25
6.1 槽輪機構(gòu)設計 25
6.2 凸輪機構(gòu)的設計 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 凸輪機構(gòu)的材料 31
第7章 軸的設計與計算 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)設計 32
7.4 軸的校核 33
第8章 鍵連接選擇 37
第9章 滾動軸承選用 38
結(jié) 論 40
致 謝 41
參考文獻 42
第1章 緒論
1.1 專用機床的簡介
專用機床是以通用部件為基礎，根據(jù)特定的形狀和工件的加工工藝及夾具設計獨特，組成的半自動或自動機床。
專用機床一般采用多軸，多刀，多進程，多或多級處理，生產(chǎn)效率幾倍比普通機床高幾倍。由于通用部件已經(jīng)標準化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設計和制造周期。因此，專用機床兼有低成本和高效率的優(yōu)點，已廣泛應用于大批量，大批量生產(chǎn)，并可用于組成自動生產(chǎn)線。
專用機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)，相對進給運動的刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具和工件，來實現(xiàn)鉆孔，擴孔，鉆孔，擴孔，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)專用機床，由刀具作進給運動，也可達到一定的旋轉(zhuǎn)部件（如飛輪，汽車后橋等）的循環(huán)和過程。
在第二十世紀70年代，隨著可轉(zhuǎn)位刀具，刀具的發(fā)展密度，孔尺寸自動檢測和自動刀具補償技術(shù)，提高專用機床的加工精度。高達0.019毫米和1000毫米的銑削平面，表面粗糙度可達2.19 ~ 0.63微米低；鏜孔精度可以達到IT7 ~ 6，孔距精度可達o.03 ~ o.02微型計。專用機床是隨著汽車產(chǎn)業(yè)的興起發(fā)展。在專用機床的某些部分重復使用，并逐漸發(fā)展成一個通用部件，導致在一個專用機床。專用機床是最早的1911在美國，為汽車零部件加工。在每臺機器的開始，本廠有他們的標準通用部件。為了提高互換性通用不同配件廠，方便了用戶的使用和維修，19193美國福特汽車公司和通用汽車公司和美國機械廠協(xié)商，確定專用機床通用部件標準化的原則，嚴格的規(guī)定尺寸的組件之間的接觸，但部分結(jié)構(gòu)未指定。專用機床的設計，基本上有兩種方式：一，目前是根據(jù)處理對象的特點專門設計的，這是最常見的做法。其次，在專用機床廣泛用于機械行業(yè)在我國，大多數(shù)的工人和技術(shù)人員總結(jié)生產(chǎn)和使用專用機床的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)不在其組件共同組合機，可設計成通用的部件，和一些行業(yè)是一個專用機床的加工范圍完成極為相似，它是可能的設計的，通用機床，機床被稱為“專業(yè)的專用機床”。本機不根據(jù)具體的處理對象都需要特殊的設計和生產(chǎn)，可設計為多功能，組織大批量生產(chǎn)，然后根據(jù)加工零件的具體需要，夾具和簡單的切割工具，可以由一個特定的對象的高效加工設備。
通用部件按功能可分為動力元件，支撐部分，傳輸部分，控制部分和附件五。動力裝置是用于專用機床主運動和進給運動的部件。主電源箱，切削頭和動力滑臺。
支撐組件用于安裝動力滑臺進給機構(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。
傳動部分可用于運輸或主軸箱的加工站組成，主要分度回轉(zhuǎn)臺，環(huán)形分度回轉(zhuǎn)臺，鼓和往復工作臺等。
控制單元用以控制機床的自動循環(huán)組成，液壓站，電氣柜和控制表。附件有潤滑裝置，冷卻裝置和排屑裝置等。
為了使專用機床能被用在小批量生產(chǎn)中，常常需要應用成組技術(shù)，集中在一臺專用機床類似零件的結(jié)構(gòu)和工藝，以提高機床的利用率。本機有兩種常見的，但主軸箱專用機床和機床刀架。
專用機床未來的發(fā)展將更加調(diào)速電動機和滾珠絲杠驅(qū)動，簡化了結(jié)構(gòu)，縮短生產(chǎn)周期時間；采用數(shù)字控制系統(tǒng)和主軸箱，夾具自動更換系統(tǒng)，以提高工藝可調(diào)性；柔性制造系統(tǒng)和成。
1.2本課題國內(nèi)外研究概況
在過去的20年中，專用機床自動線的技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進步，在精密加工，自動線的生產(chǎn)效率，巨大的進步速度，靈活和綜合自動化，是專用機床自動線技術(shù)的發(fā)展達到了很高的水平。自動控制技術(shù)的發(fā)展，線切割機，及其他相關(guān)技術(shù)，尤其是數(shù)控技術(shù)的發(fā)展對自動線的結(jié)構(gòu)變化和靈活性起著決定性的作用。隨著市場需求的變化，靈活的將越來越成為在設備選擇的重要因素。因此，專用機床自動線將面臨激烈的競爭，包括高速加工中心的柔性制造系統(tǒng)。
專用機床是一種專用的高自動化的技術(shù)和設備，目前，它仍然是一個大量的關(guān)鍵設備和機械產(chǎn)品實現(xiàn)高效，高質(zhì)量和經(jīng)濟生產(chǎn)，因此被廣泛用于汽車，拖拉機，柴油發(fā)動機和壓縮機等許多工業(yè)生產(chǎn)領域。其中，特別是汽車工業(yè)，是專用機床的最大用戶。如德國的大眾汽車廠在該發(fā)動機廠在機械行業(yè)中，大量生產(chǎn)，大量使用的設備是專用機床。因此，專用機床與自動化水平的技術(shù)性能，工業(yè)部門的生產(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)品的競爭力在很大程度上。
現(xiàn)代專用機床和自動線作為機電一體化產(chǎn)品，它是綜合反映驅(qū)動，控制，測量，監(jiān)測，工具和機械組件技術(shù)。在過去的20年中，這些技術(shù)已經(jīng)取得了長足的進步，在專用機床的汽車和內(nèi)燃機行業(yè)的主要用戶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。這些因素的發(fā)展，促進和刺激專用機床。
專用機床是高效專用機床由大量的通用部件和少量的專用部件組成和工藝。通用機床和專用機床的發(fā)展。由于機械加工的組合是高度集中的，也可完成一個或幾個一機不同的過程，所以為了適應生產(chǎn)產(chǎn)量，要求精度高，克服了通用機結(jié)構(gòu)復雜，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，難以保證精度的缺點，專用設備通用性差，不適應現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，往往更新的要求。因此，專用機床和自動線已被廣泛應用于汽車，柴油機，電機，儀表、軍工產(chǎn)品的生產(chǎn)，并顯示出巨大的優(yōu)越性。
我國加入WTO以后，制造業(yè)所面臨的機遇與挑戰(zhàn)并存、專用機床行業(yè)企業(yè)適時調(diào)整戰(zhàn)略，采取了積極的應對策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢頭，截至2005年4月份，專用機床行業(yè)企業(yè)僅專用機床一項，據(jù)不完全統(tǒng)計產(chǎn)量已達1000余臺，產(chǎn)值達3.9個億以上，較2004年同比增長了10%以上，另外專用機床行業(yè)增加值、產(chǎn)品銷售率、全員工資總額、出口交費值等經(jīng)濟指標均有不同程度的增長，新產(chǎn)品、新技術(shù)較去年年均有大幅度提高，可見行業(yè)企業(yè)運營狀況良好。
⑴行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化
專用機床行業(yè)企業(yè)主要針對汽車、摩托車、內(nèi)燃機、農(nóng)機、工程機械、化工機械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設備，隨著我國加入WTO后與世界機床進一步接軌，專用機床行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開始向數(shù)控化、柔性化轉(zhuǎn)變。從近兩年是企業(yè)生產(chǎn)情況來看，數(shù)控機床與加工中心的市場需求量在上升，而傳統(tǒng)的鉆、鏜、銑專用機床則有下降趨勢，中國機床工具工業(yè)學會的《機床工具行業(yè)企業(yè)主要經(jīng)濟指標報表》是統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，僅從幾個全國大型重點企業(yè)生產(chǎn)情況看，2003年生產(chǎn)數(shù)控機床890臺，產(chǎn)值16187萬元，生產(chǎn)加工中心148臺，產(chǎn)值5770萬元；2004年生產(chǎn)數(shù)控機床985臺，產(chǎn)值25838萬元，生產(chǎn)加工中心159臺，產(chǎn)值7099萬元；而2005年，截至4月份，數(shù)控機床、加工中心、產(chǎn)值已接近2003年全年水平，故市場在向數(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，在專用機床行業(yè)企業(yè)的50多家專用機床分會會員中，僅有兩家企業(yè)實行了股份改造，一家企業(yè)退出國有轉(zhuǎn)為民營，其余的都是國有企業(yè)。而從2001至2002年，不到兩年的時間，就先后有十幾家企業(yè)實行股份制改造，一些小廠幾乎全部退出國有轉(zhuǎn)為民營，現(xiàn)在一些國家重點國有企業(yè)也在醞釀股份制改造，轉(zhuǎn)制已勢不可檔，“民營經(jīng)濟在經(jīng)歷了從被歧視，被藐視到不可小視和現(xiàn)在高度重視4個階段后，煥發(fā)勃勃生機?！睂Ｓ脵C床行業(yè)企業(yè)正在以股份制、民營化等多種形式快速發(fā)展。
⑶專用機床技術(shù)裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
專用機床及其自動線是集機電于一體是綜合自動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)濟實用，因而被廣泛應用與工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電行業(yè)。我國的傳統(tǒng)的專用機床及專用機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型的箱體類和軸類零件（近年研制的專用機床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成型面等。專用機床的分類繁多，有大型專用機床和小型專用機床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉(zhuǎn)臺專用機床等；隨著技術(shù)的不斷是進步，一種新型的專用機床——柔性專用機床越來越受人們是親昧，它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，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)動系統(tǒng)，并能靈活適應多種加工的可調(diào)可變的專用機床。另外，近年來專用機床加工中心、數(shù)控專用機床、機床輔機等在專用機床行業(yè)中所占份額也越來越大。
由于專用機床及其自動線是一種技術(shù)綜合性很高的高技術(shù)專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設計的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術(shù)。我國專用機床及其專用機床自動線總體技術(shù)水平比發(fā)達國家相對落后，國內(nèi)所需的一些高水平專用機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導致投資規(guī)模的擴大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝、研制新產(chǎn)品，由過去的“剛性”機床結(jié)構(gòu)，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需要，真正成為剛?cè)峒鎮(zhèn)涞淖詣踊b備。
80年代以來，國外專用機床技術(shù)在滿足精度和效率要求的基礎上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。專用機床的加工精度、多品種加工的柔性以及機床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進展，實現(xiàn)了機床工作程序軟件化、工序高度集中、高效短節(jié)拍和多功能知道監(jiān)控。專用機床技術(shù)的發(fā)展趨勢是：
⑴廣泛應用數(shù)控技術(shù)
國外主要的專用機床生產(chǎn)廠家都有自己的系列化完整的數(shù)控專用機床通用部件,在專用機床上不僅一般動力部件應用數(shù)控技術(shù),而且夾具的轉(zhuǎn)位或轉(zhuǎn)角、換箱裝置的自動分度與定位也都應用數(shù)控技術(shù),從而進一步提高了專用機床的工作可靠性和加工精度。廣州標致汽車公司由法國雷諾公司購置的缸蓋加工生產(chǎn)線,就是由三臺自動換箱專用機床組成的,其全部動作均為數(shù)控,包括自動上下料的交換工作臺、環(huán)形主軸箱庫、動力部件和夾具的運動,其節(jié)拍時間為58秒。
⑵發(fā)展柔性技術(shù)
80年代以來,國外對中大批量生產(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)塔動力頭、可換主軸箱等組成的專用機床;同時根據(jù)加工中心的發(fā)展,開發(fā)了二坐標、三坐標模塊化的加工單元,并以此為基礎組成了柔性加工自動線(FTL)。這種結(jié)構(gòu)的變化,既可以實現(xiàn)多品種加工要求的調(diào)整變化快速靈敏,又可以使機床配置更加靈活多樣。
⑶發(fā)展綜合自動化技術(shù)
汽車工業(yè)的大發(fā)展,對自動化制造技術(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械加工工序,而且能完成零件從毛坯進線到成品下線的全部工序,以及下線后的自動碼垛、裝箱等。德國大眾汽車公司KASSEL變速箱廠1987年投入使用的造價9000萬馬克的齒輪箱和離合器殼生產(chǎn)線,就是這種綜合自動化制造系統(tǒng)的典范。該系統(tǒng)由兩條相似對稱布置的自動線組成,三班制工作,每條線日產(chǎn)2000件,節(jié)拍時間為40秒。全線由12臺雙面專用機床、18臺三坐標加工單元、空架機器人、線兩端的毛坯庫和三坐標測量機組成,可實現(xiàn)3種零件的加工?？占軝C器人完成工件下線的碼垛裝箱工作。隨著綜合自動化技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了一批專門從事裝配、試驗、檢測、清洗等裝備的專業(yè)生產(chǎn)廠家,進一步提高了制造系統(tǒng)的配套水平。
⑷進一步提高工序集中程度
國外為了減少機床數(shù)量,節(jié)省占地面積,對專用機床這種工序集中程度高的產(chǎn)品,繼續(xù)采取各種措施,進一步提高工序集中程度。如采用十字滑臺、多坐標通用部件、移動主軸箱、雙頭鏜孔車端面頭等組成機床或在夾具部位設置刀庫,通過工作加工實現(xiàn)工序集中,從而可最大限度地發(fā)揮設備的效能,獲取更好的經(jīng)濟效益。
1.3 機床設計的目的、要求
1.3.1 設計的目的
機床設計畢業(yè)設計，其目的在于通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計，使我們在擬定傳動和變速的結(jié)構(gòu)方案過程中，得到設計構(gòu)思、方案的分析、結(jié)構(gòu)工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術(shù)文件和查閱資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設計思想，掌握基本的設計方法，培養(yǎng)基本的設計方法，并培養(yǎng)了自己具有初步的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設計和計算能力。
1.3.2 設計要求
評價機床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)—經(jīng)濟指標來判定的。技術(shù)先進合理，亦即“質(zhì)優(yōu)價廉”才會受到用戶的歡迎，在國內(nèi)和國際市場上才有競爭力。機床設計的技術(shù)—經(jīng)濟指標可以從滿足性能要求、經(jīng)濟效益和人機關(guān)系等方面進行分析。
第2章 總體方案確定
1．工作原理及工藝動作過程
四工位專用機床是在四個工位上分別完成相應得裝卸工件、鉆孔、擴孔和鉸孔工作。
它的工藝動作主要有：
1）裝有四個工位工件的回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動；
2）裝有專用電動機帶動的三把專用刀具的主軸箱的刀具轉(zhuǎn)動和移動。
2．原始數(shù)據(jù)及設計要求
1）從刀具頂端離開工件表面65mm位置，快速移動送進了60mm后，再勻速送進60mm（5mm刀具切入量，45mm工件孔深，10mm刀具切出量），然后快速返回?；爻毯凸ぷ餍谐痰乃俦认禂?shù)K=2。
2）生產(chǎn)率約每小時60件；
3）刀具勻速進給速度2mm/s，工件裝、卸時間不超過10s。
4）執(zhí)行機構(gòu)能裝入機體內(nèi)。
3．設計方案提示
1）回轉(zhuǎn)臺的間歇運動，可采用不完全齒輪機構(gòu)、凸輪式間歇機構(gòu)、槽輪機構(gòu)等。
2）主軸箱的刀具移動，可以采用圓柱凸輪機構(gòu)、移動從動件盤形凸輪機構(gòu)、凸輪-連桿機構(gòu)、平面連桿機構(gòu)等。
3）由生產(chǎn)率可以求出一個運動循環(huán)所需時間T=3600/60=60s，刀具勻速送進60mm所需時間t勻=60/2=30s，刀具其余移動（包括快速送進60mm，快速返回120mm）共需30。
4．設計任務
1）按工藝動作過程擬定機構(gòu)運動循環(huán)圖
2）進行回轉(zhuǎn)臺間歇轉(zhuǎn)動機構(gòu)、主軸箱刀具移動機構(gòu)的選型、并進行機械運動方案評價和選擇。
3）按選定的電動機和執(zhí)行機構(gòu)的運動參數(shù)進行機械傳動方案的擬定。
2.1擬定機構(gòu)運動循環(huán)圖
根據(jù)專用機床的工作過程和規(guī)律可得其運動循環(huán)圖如下：
機構(gòu)運動循環(huán)圖
四工位專用機床是在四個工位上分別完成相應得裝卸工件、鉆孔、擴孔和鉸孔工作。
2.2 方案設計
根據(jù)該機床包含兩個執(zhí)行機構(gòu)，即主軸箱移動機構(gòu)和回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)機構(gòu)。主軸箱移動機構(gòu)的主動件是圓柱凸輪，從動件是刀架，行程中有勻速運動段（稱工作段），并具有急回特性。要滿足這些要求，需要將幾個基本機構(gòu)恰當?shù)亟M合在一起來滿足上述要求。實現(xiàn)上述要求的機構(gòu)組合方案可以有許多種。
2.2.1 三個方案
1、減速機構(gòu)的方案有：
⑴、渦輪蝸桿減速機構(gòu)
⑵、外嚙合行星輪系減速機構(gòu)
⑶、定軸輪系減速機構(gòu)
2、刀架規(guī)律性運動的方案有：
⑴、圓柱凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動：
⑵、盤型凸輪—尺條實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動
3、回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)方案：
⑴、單銷四槽槽輪機構(gòu)
⑵、棘輪機構(gòu)
⑶、不完全齒輪機構(gòu)
4、定位銷方案：采用圓柱凸輪機構(gòu)實現(xiàn)
2.2.2 方案比較
㈠、減速機構(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。采用蝸桿傳動的主要原因有：
⑴、傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲均較小；
⑵、能以單級傳動獲得較大的傳動比，故結(jié)構(gòu)比較緊湊；
⑶、機構(gòu)返行程具有自鎖性；
本方案通過較為簡單的渦輪蝸桿機構(gòu)實現(xiàn)了：
的大傳動比。滿足了機構(gòu)要求的性能指標，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滑動速度較大，使得摩擦損耗較大，因此傳動效率較低，易出現(xiàn)發(fā)熱和溫升過高的現(xiàn)象。磨損也較嚴重。解決的辦法是可以采用耐磨的材料（如錫青銅）來制造渦輪，但成本較高。
2、外嚙合行星齒輪減速器方案分析：
該方案采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動，所選輪系為外嚙合行星齒輪系，采用齒輪機構(gòu)的原因是其在各種機構(gòu)中的運用比較廣泛，且制造過程簡單，成本較低，并且具有功率范圍大，傳動效率高，傳動比精確，使用壽命長，工作安全可靠等特點。方案中齒輪系為復合輪系，實現(xiàn)了：
的大傳動比。且具有較高的傳動效率。本方案中存在的不足是，齒輪機構(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：
該方案采用漸開線直齒圓柱齒輪嚙合傳動，所選輪系為定軸輪系，采用該機構(gòu)的原因是運用廣泛，制造過程簡單，成本較低，并且具有功率范圍大，傳動效率高，傳動比精確，使用壽命長，工作安全可靠等特點。方案中輪系為定軸輪系，實現(xiàn)了：
的大傳動比。本方案中存在的不足是，齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)不夠緊湊，占用空間較大。
㈡、刀架規(guī)律性運動機構(gòu)
1、圓柱凸輪實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動：
該方案采用圓柱凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)串聯(lián)組成，采用凸輪機構(gòu)，是因為該機構(gòu)只要適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預期的運動規(guī)律，而且機構(gòu)簡單緊湊，但其不足在于凸輪廓線與推桿之間為點，線接觸，易磨損。
2、盤型凸輪—尺條實現(xiàn)刀架規(guī)律性移動：
使用盤行凸輪機構(gòu)首先需要加圓錐齒輪等機構(gòu)將軸的傳動方向轉(zhuǎn)變，然后設計凸輪的廓線。此方案中凸輪的廓線設計中，其導程是旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)，在計算中難求得精確導程，因此凸輪廓線設計較復雜。故不考慮此方案。
㈢、回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)機構(gòu)
1、單銷四槽槽輪機構(gòu)
該方案采用槽輪機構(gòu)，是因為該機構(gòu)構(gòu)造簡單，外形尺寸小，其機械效率高，并能較平穩(wěn)地，間歇地進行轉(zhuǎn)位。本方案中的不足在于在槽輪機構(gòu)的傳動過程中往往存在著柔性沖擊，故常用于速度不太高的場合。此機床中屬于低速旋轉(zhuǎn)，因此槽輪機構(gòu)能夠滿足要求。
2、棘輪機構(gòu)
該方案采用棘輪機構(gòu)，是因為該機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，運動可靠，而且棘輪軸每次轉(zhuǎn)過的角度可以在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，與曲柄搖桿機構(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構(gòu)在工作時有較大的沖擊和噪音，而且運動精度較差，常用于速度較低和載荷不大的場合。此機床中屬于低速旋轉(zhuǎn)，沖擊可以忽略，對于精度要求不是太高，因此該機構(gòu)能夠滿足要求。
3、不完全齒輪機構(gòu)：
該方案采用不完全齒輪嚙合實現(xiàn)間歇運動，此機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，加工安裝容易實現(xiàn)，由于其中含標準件，有很好的互換性，有精確的傳動比，所以在工作過程中精度較高。此機構(gòu)的不足是由于在進入嚙合時有沖擊，會產(chǎn)生噪聲，齒輪在磨損過程中會對精度有一定影響。但是對于低速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，此機構(gòu)能夠滿足使用要求。
㈣、圓柱凸輪定位銷機構(gòu)
該方案采用圓柱凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)串聯(lián)組成，采用凸輪機構(gòu)，是因為該機構(gòu)只要適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預期的運動規(guī)律，而且機構(gòu)簡單緊湊。本方案中主要存在的不足在于凸輪廓線與推桿之間為點，線接觸，易磨損。
2.2.3 方案確定
回轉(zhuǎn)工作臺的運動規(guī)律：四個工作位置，每個工作位置之間相差90°，在工作過程中，旋轉(zhuǎn)90°，停止定位，進刀加工，快速退刀后，旋轉(zhuǎn)90°，進行下一個循環(huán)。在加工和退刀的前半段（即刀具與工件有接觸）時，必須將工作臺固定，由于卡盤的工作位置為四個，還要滿足間歇和固定兩個工作，1、采用單銷四槽槽輪機構(gòu)。其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：
單銷四槽槽輪機構(gòu)
槽輪機構(gòu)中，當圓銷沒有進入槽輪的徑向槽時，由于槽輪的內(nèi)凹鎖止弧被撥盤的外凸鎖止弧卡住，故槽輪固定不動；當圓銷進入徑向槽時，鎖止弧的自鎖段被松開，槽輪在圓銷作用下旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了間歇運動。因為卡盤每次旋轉(zhuǎn)90°，所以選擇四槽均布槽輪，剛好實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)90°的要求。
2、采用棘輪機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：
機構(gòu)采用曲柄搖桿機構(gòu)來作為主動件，有運動循壞圖中可知：
于是得：K>2.2
所以極位夾角大于等于67.5°
因此滿足停留時間的于轉(zhuǎn)動時間之間的比例關(guān)系，要求棘輪每次旋轉(zhuǎn)90°，因此搖桿的擺角也為90°。
2.3 進給運動采用凸輪機構(gòu)
平面凸輪4通過錐齒輪3和減速器2連接，在驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動時，通過連桿機構(gòu)6，帶動工作臺7在垂直方向作上、下運動，以實現(xiàn)工作臺在主軸上的“前進”、“工進”動作?；∶嫱馆?和平面凸輪4相連，在驅(qū)動電動機回轉(zhuǎn)時，通過滾動盤8（共6個滾珠），完成“快進”和“工進”動作。
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動過程
平面凸輪與弧面凸輪的動作配合曲線如圖3.4所示。
在驅(qū)動電動機的帶動下，弧面凸輪在7.5°～57.5°的范圍內(nèi)，完成工作臺80°的轉(zhuǎn)位動作。在57.5°～72.5°的范圍內(nèi)弧面凸輪、平面凸輪均不產(chǎn)生工作臺運動，用于松開刀具。
當凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動到72.5°～137.5°的范圍內(nèi)，平面凸輪通過連桿機構(gòu)帶動工作臺進行向下運動；其中，在72.5°～117.5°范圍內(nèi)，只有平面凸輪帶動工作臺作向下的運動，工作臺同時拔出主軸、刀庫中的刀具；在117.5°～137.5°的范圍內(nèi)，因刀具已經(jīng)脫離主軸的刀座，兩凸輪同時動作，即：在工作臺繼續(xù)向下的過程中，已經(jīng)開始進行180°轉(zhuǎn)位，以提高工作速度。
在凸輪轉(zhuǎn)動到117.5°～242.5°的范圍內(nèi)，弧面凸輪帶動工作臺進行180°轉(zhuǎn)位，完成主軸與刀庫的刀具交換；當進入222.5°～242.5°的范圍時，兩凸輪同時動作，平面凸輪已經(jīng)開始通過連桿機構(gòu)帶動工作臺進行向上運動，以提高工作速度。
從222.5°起，平面凸輪帶動工作臺向上運動，這一動作在222.5°～287.55°范圍，完成“快進”動作。接著的287.55°～302.5°范圍內(nèi)，弧面凸輪、平面凸輪均不產(chǎn)生工作臺運動在302.5°～360°的范圍內(nèi)，弧面凸輪完成工作臺80°反向轉(zhuǎn)位動作，在工作臺回到原位，工作結(jié)束。
第3章 動力的選擇
合理選擇電動機類型，對工作機械有效的工作，以及機組運行的可靠性、安全、節(jié)能及降低設備造價都有重要意義。
電動機類型的選擇要從負載的要求出發(fā)，考慮工作條件，負載性質(zhì)、生產(chǎn)工藝、供電情況等，盡量滿足下述各方面的要求：
1．機械特性
由電動機類型決定的電動機的機械特性與工作機械機械特性配合要適當，機組穩(wěn)定工作；電動機的起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、牽入轉(zhuǎn)矩等性能均能滿足工作機械的要求。
2．轉(zhuǎn)速
電動機的轉(zhuǎn)速滿足工作機械要求，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工作機械運行要求。
3．運行經(jīng)濟性
從降低整個電動機驅(qū)動系統(tǒng)的能耗及電動機的綜合成本來考慮選擇電動機類型，針對使用情況選擇不同效率水平的電動機類型；對一些使用時間很短、年使用時數(shù)也不高的機械，電動機效率低些也不會使總能耗產(chǎn)生較大的變化，所以并不注重電動機的效率：但另一類年利用小時較高的機械，如空調(diào)設備、循環(huán)泵、冰箱壓縮機等，就需要選用效率高的電動機以降低總能耗。
本機器的動力選用交流380V。機械中常用的點機轉(zhuǎn)速多為1400分轉(zhuǎn)/分，由于整個載荷比較小，所以綜合考慮最終選用Y112M-4型三相異步電動機，電壓為380V，功率為5.5KW，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min，根據(jù)電機轉(zhuǎn)速及效率要求確定各級傳動比。其中帶傳動為主要工作部件，其效率直接影響整機工作效率。電動機的外形圖及尺寸見表2.1和圖2.1。
圖2.1 Y112M-4型電動機外形尺寸
表2.1Y112M-4型電動機外形尺寸
第4章 傳動裝置設計
4.1 確定傳動裝置的傳動比
總傳動比
(7) 式中 —電動機滿載轉(zhuǎn)速，1500r/min,則
那么V帶的傳動比，處于2～4之間，符合要求。
分配各級傳動比
1) 取V帶傳動傳動比為 ，
2)取第1傳動軸傳動比為0.6，
3)第2傳動軸傳動比。
4.2 傳動裝置動力參數(shù)的計算
電動機輸出軸額定轉(zhuǎn)速為, 轉(zhuǎn)位裝置滿負荷作業(yè)時,輸出軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在0.8-0.9倍額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)下運行。
1）各軸轉(zhuǎn)速
主傳動軸轉(zhuǎn)速,。主軸與動力輸出軸直聯(lián)。
第1傳動軸轉(zhuǎn)。傳動比為， 帶傳動按92%效率計算, 則
滾筒轉(zhuǎn)速。帶傳動按92%效率計算,則
第2傳動軸轉(zhuǎn)速為，傳動比為1。帶傳動按92%效率計算，則
風機的轉(zhuǎn)速，風機直接安裝在第2傳動軸上，則
2）各軸功率
主傳動軸
第1傳動軸
式中 -帶傳動效率；查表[19]取值0.92。
3）各軸轉(zhuǎn)矩
第1傳動軸
第2傳動軸
4.3 皮帶輪的設計與計算
4.3.1 帶型的選定
根據(jù)總體方案的選擇，查機械設計手冊[19]的工況系數(shù)?？傻糜嬎愎β蕿椋?
(8)
根據(jù)計算功率和電動機的轉(zhuǎn)速，查手冊[19]選擇采用SPZ型皮帶。
4.3.2 帶輪直徑與帶速的確定
小帶輪的直徑通過查機械設計手冊[19]，有，其中是V帶的最小基準直徑，過小，會降低皮帶的使用壽命。；反過來，雖然可以延長皮帶的使用壽命，但是帶傳動的外形尺寸隨之增大。V帶的最小基準直徑參考值如下表所示。
表3 V帶輪的最小基準直徑
類型 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。
大帶輪的基準直徑，取。
上式中是V帶傳動的滑動率，值很小，在計算中可以忽略不計。
帶速的計算：
代入數(shù)據(jù)的
對于普通的V帶，，太小傳遞的功率小，太大則離心力過大，計算的結(jié)果在合理范圍內(nèi)，符合設計要求。
4.3.3 帶的基準長度和軸間距的確定
由公式 （9) 代入數(shù)據(jù)得 。
所需帶的基準長度為：
代入數(shù)據(jù)得
則實際的軸間距為
代入數(shù)據(jù)的實際的軸間距為 。
4.3.4 驗算小帶輪的包角
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)可由以下公式計算：
(10) 其中 ——功率增量，考慮傳動比時，在大帶輪上的彎曲應力較小，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)，考慮包角不等于時對傳動能力的影響。
——帶長修正系數(shù)，考慮包角不為特定長度時對傳動能力的影響。
——單根V帶的基本額定功率。
查機械設計手冊[20]可得：，=0.99，=0.97，=
圓整后取V帶根數(shù)
4.3.6 單根V帶預緊力的計算
根據(jù)公式 (11)
=
=
4.3.7 計算壓軸力
根據(jù)公式 (12) (13) 其中 ——為正常預緊力的1.5倍。
代入數(shù)據(jù)
第5章 齒輪的設計與計算
5.1 材料的選擇及許用應力的確定
根據(jù)設計方案，本設計采用的是直齒圓柱齒輪傳動，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級精度。
5.2 按輪齒接觸強度的計算
根據(jù)公式
(14) 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1）試選載荷系數(shù)；
2)計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩:
3）由機械設計手冊[20]選取齒寬系數(shù)；
4）由手冊[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[20得大、小齒輪得接觸疲勞強度極限 (15) 6）計算應力循環(huán)次數(shù)
7)查設計手冊[19]得接觸疲勞壽命系數(shù)
8）計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為1％，安全系數(shù)S＝1，得
計算
1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值
2）計算圓周速度
3）計算齒寬
4）計算齒寬與齒高之比
模數(shù)
齒高
5）計算載荷系數(shù)
根據(jù)，7級精度，由手冊[21]查得動載系數(shù);
假設,由手冊[21]查得齒間載荷分配系數(shù)； 由手冊[21]查得使用系數(shù)；
由表4查得接觸強度計算用齒向載荷分布系數(shù)；
由手冊[21]查得彎曲疲勞強度計算用齒向載荷分布系數(shù). 故載荷系數(shù)
6）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，得
7）計算模數(shù)
5.3 按齒根彎曲強度設計
彎曲強度的設計公式為
(16)
確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1）由手冊[21]得大、小齒輪的彎曲疲勞強度極限；
2）由手冊[21]查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；。
3）計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S＝1.4，得
4）計算載荷系數(shù)K
5）查取齒形系數(shù)
由手冊[21]查得齒形系數(shù) 。
6）查取應力校正系數(shù)
由手冊[21]得應力校正系數(shù) 。
7）計算大小齒輪的并加以比較
小齒輪的數(shù)值大。
設計計算
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m略大于由齒根疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強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)，可取由彎曲強度算得得模數(shù)1.64，就近圓整為標準值m＝2mm，按接觸強度算得的分度圓直徑，。
取 取
幾何尺寸計算
1）計算分度圓直徑
2）計算中心距
3）計算齒輪寬度
驗算
符合要求。
第6章 槽輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)的設計
6.1 槽輪機構(gòu)設計
1.撥輪A.圓柱銷2. 槽輪
圖6.1槽輪機構(gòu)的設計
1.幾何要求:圓銷線速度方向與輪槽方向一致
2.設計要點:圓柱銷與鎖住弧配合
3.基本參數(shù)選擇
(1)槽數(shù)z
幾何關(guān)系：
運動關(guān)系(運動特性系數(shù)τ)：
討論：τ>0，z≥3，一般取z=4-8
(2)銷數(shù)K
討論：τ<1，
常用K=1
4. 幾何尺寸計算
表4.1 幾何尺寸計算
?? 在一個運動循環(huán)中，槽輪的運動時間t2與銷輪的運動時間t1之比，稱為運動系數(shù)，用τ表示。
對于外槽輪機構(gòu),為了避免或減輕槽輪在開始轉(zhuǎn)動和停止轉(zhuǎn)動時的碰撞或沖擊，圓銷在開始進入徑向槽或從徑向槽脫出的瞬時，圓銷中心的線速度方向均沿著徑向槽的中心線方向，以便槽輪在啟動和停止時的瞬時角速度為零。
?????????210 + 220 =π
?????????210 =π- 220 =π- (2π/z)
式中z為槽輪的槽數(shù)。
??? 主動件以等角速度ω1轉(zhuǎn)動時，槽輪轉(zhuǎn)動一次所需的時間為 t2 = 210/ω1 。
??? 當主動撥盤對稱均布有k個圓銷時，則主動撥盤轉(zhuǎn)過2π/k 角度便完成槽輪的一個運動循環(huán)，其所需的時間為t1 = 2π / [kω1]。?????????
???此外，由于槽輪機構(gòu)是作間歇運動的，故必須有間歇時間，所以運動系數(shù)τ總是小于1，因此 k 與 Z 的關(guān)系應為 k<2z/(z-2)，常取 z = 4 ～ 8。
5．槽輪機構(gòu)的角速度和角加速度
槽輪機構(gòu)的運動分析和曲柄導桿機構(gòu)的運動分析完全一樣。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
圓銷回轉(zhuǎn)半徑：R1=75mm
槽底高：b=29mm
槽深：h=76
鎖止符張開角：γ=270度
6.2 凸輪機構(gòu)的設計
能良設計凸輪機構(gòu)，不僅要保證從動件能實現(xiàn)預定的運動規(guī)律，還須使設計的機構(gòu)傳力性好，結(jié)構(gòu)緊湊，滿足強度和安裝等要求，為此，設計時應注意處理好下述問題。
6.2.1 滾子半徑的選擇
a) b) c) d)
圖1.7 滾子半徑與運動失真
1、運動失真：當采用滾子從動件時，若滾子半徑選擇不合適，使從動件不能實現(xiàn)給定的運動規(guī)律，這種情況稱為運動失真。
2、滾子半徑的選擇：對于外凸的輪廓，如圖5.4.1所示，其實際輪廓的曲率半徑為
ρ＇=ρ－rT
式中ρ為理論輪廓對應點的曲率半徑，最小值為ρmin，rT為滾子半徑。
1）當ρmin>rT時，ρ＇min>0，實際輪廓為一光滑曲線（圖5.4.1a）；
2）ρmin=rT，則ρ＇min=0，實際輪廓出現(xiàn)尖點（圖5.4.1c），接觸應力無限大；
3）ρmin