汽車輪轂跳動儀結(jié)構(gòu)設(shè)計
汽車輪轂跳動儀結(jié)構(gòu)設(shè)計,汽車,輪轂,跳動,結(jié)構(gòu)設(shè)計
摘要
輪轂就是汽車的車輪里面的作用在中心位置，其結(jié)構(gòu)是一個圓柱形的主軸結(jié)構(gòu)的金屬組合件，是將多種不同樣式的零件進(jìn)行組裝在一起的十分重要的零件，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到整車的運(yùn)行性能。當(dāng)今時代隨著科學(xué)技術(shù)的逐漸提高，每年的事故數(shù)量也呈指數(shù)形式的增長，在這其中有不少起事故都是因為車輪等部位的結(jié)構(gòu)零件所導(dǎo)致的，假如輪轂的生產(chǎn)不滿足整體車輛的設(shè)計制造的合理性要求，就很有可能導(dǎo)致爆胎情況得出現(xiàn)，發(fā)生交通事故。
在我們對輪轂的設(shè)計研究中，有一個十分重要的考量標(biāo)準(zhǔn)就是輪轂的跳動量，如果此數(shù)值很大的情況下，汽車就不能非常平穩(wěn)并且安全的正常運(yùn)行。汽車產(chǎn)生的跳動量位于一個二維坐標(biāo)系的水平面內(nèi)，我們可將軸向方向認(rèn)為是X軸，徑向方向認(rèn)為成Y軸，反之亦然。在這兩個方向上產(chǎn)生跳動就會形成不平衡的慣量，一直對車輛的前橋和后橋部位進(jìn)行撞擊，導(dǎo)致車輪會出現(xiàn)離心現(xiàn)象。同時又因為車輪是不斷旋轉(zhuǎn)著的，所以離心力的方向也一直會發(fā)生變化，車輪就會出現(xiàn)左右搖晃或者上下跳動的現(xiàn)象，車速越高此現(xiàn)象越明顯。在現(xiàn)代社會我國的綜合國力日漸增強(qiáng)，國民的生活水平不斷提高，對于汽車的使用率也大大增加，所以汽車的制造量也大大提高，同時也就需要大量的輪轂，并且對于輪轂要求的安全性和穩(wěn)定性也大大增加。其中對汽車輪轂跳動量的檢測是生產(chǎn)加工汽車輪轂的重要環(huán)節(jié),使汽車輪轂跳動儀的結(jié)構(gòu)合理化、智能化、自動化，可以大大的提高汽車輪轂跳動量的檢測效率。從而達(dá)到降低檢測時間、節(jié)省人力資源，提高生產(chǎn)效率的目的。
關(guān)鍵詞: 輪轂 跳動量檢測 裝夾機(jī)構(gòu)
Abstract
Wheel is inside the car tyres used to support the tires for the center with axis of cylindrical metal parts, the part of the installation is center of a wheel axle, is connected to the brake drum, wheel and axle shaft key parts and components, its quality fit and unfit quality directly affects the performance of the vehicle. Current because of the wheel and tire has a lot of problems caused by traffic accident, wheel hub if production is unreasonable, card tire blowout phenomenon is easy to occur.
Wheel hub of beating is a very important performance indicators, it affects the vehicle running stability and security. Automobile wheel hub axial and radial run out can produce pumping unbalanced inertia, cyclical impact is applied before and after the vehicle bridge, make the wheel produces centrifugal force. The direction of the centrifugal force along with the rotation of the wheels of change, cause wheel swinging and jumping up and down, the higher the speed of this phenomenon, the more obvious. The automobile industry rapid development in our country, the growing demand in hub, more and more high to the requirement of wheel hub. One of automobile wheel hub to beat the amount of testing is an important link in production and processing car wheel hub, makes automobile wheel hub and instrument structure rationalization, intelligence, automation, can greatly improve the detection efficiency of automobile wheel hub to beat quantity. So as to reduce the testing time, saving human resources, to enhance the efficiency of the production.
Key words: Wheel hub; Beating quantitation; The clamping mechanism
目錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
第1章 緒論 1
1.1課題研究的目的和意義 1
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和水平 1
1.3本課題的主要內(nèi)容 2
第2章 汽車輪轂跳動儀總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 3
2.1輪轂跳動量的測量原理 3
2.2汽車輪轂跳動儀的總體結(jié)構(gòu) 4
第3章 輪轂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部分的設(shè)計 5
3.1概述 5
3.2電機(jī)的選擇 6
3.3同步齒形帶輪和齒形帶的選取 7
3.3.1同步帶傳動的介紹 7
3.3.2同步帶傳動設(shè)計計算 8
3.3.3齒形帶輪的設(shè)計 11
3.4主軸的設(shè)計 12
3.4.1概述 12
3.4.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12
3.4.3軸的強(qiáng)度校核 14
3.5軸承的選用 15
3.5.1概述 15
3.5.2軸承的計算 15
第4章 輪轂快速裝夾部分的設(shè)計 17
4.1概述 17
4.2脹套的設(shè)計 18
4.3導(dǎo)入錐套的設(shè)計 19
4.4軸套的設(shè)計 20
4.5軸承端蓋的設(shè)計 21
4.6氣缸的設(shè)計 22
4.6.1概述 22
4.6.2氣缸受力分析 23
4.6.3氣缸的尺寸確定 23
4.7彈簧的選取 26
第5章 跳動量測頭徑向、軸向方向的進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計 27
5.1概述 27
5.2絲杠的設(shè)計 27
5.2.1絲杠的原理 28
5.2.2絲杠的選用 28
5.2.3絲杠的校核 30
5.3導(dǎo)軌的選取 31
第6章 結(jié)論 33
參考文獻(xiàn) 34
致謝 35
37
第1章 緒論
1.1我們?yōu)榱诉_(dá)到什么目的從而研究此課題？
汽車在運(yùn)行的時候擁有一個重要的零部件，那就是輪轂，可以起到支撐輪胎的作用。汽車在高速行駛的過程中，輪轂偏心對汽車的運(yùn)行過程可能造成重大影響。汽車輪轂在徑向和軸向通過跳動產(chǎn)生的不平衡慣量，導(dǎo)致車輪會出現(xiàn)離心現(xiàn)象，來回的撞擊車輪的前后橋位置，對汽車行駛過程中產(chǎn)生不好的影響。所以一定要對輪轂進(jìn)行百分之百的檢測。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和水平
現(xiàn)在，現(xiàn)在根據(jù)世界輪轂行業(yè)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)和國外各個廠家都對輪轂的精度要求也越來越高，對于輪轂跳動量已經(jīng)達(dá)到了微米級別的要求。研究出的輪轂強(qiáng)度越來越高，直徑越來越大，質(zhì)量越來越輕，外觀也越來越漂亮。
檢測輪轂的生產(chǎn)的質(zhì)量具有專門的檢測裝備，那就是輪轂跳動儀。跳動儀一般采用接觸式的測量原理，采用機(jī)械氣動型快速裝夾的結(jié)構(gòu)設(shè)計?？傮w原理是利用電機(jī)引導(dǎo)探頭對輪轂轉(zhuǎn)動的每一圈產(chǎn)生的離散點(diǎn)進(jìn)行測量和分析。
到目前為止，只有少數(shù)發(fā)達(dá)國家（例如美、德、日）可以生產(chǎn)出全自動裝卡的輪轂跳動儀，并且可以達(dá)到檢測的高精度，而且對生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動處理，但是價格非常昂貴。當(dāng)前國際上的優(yōu)秀國家是德國MAKRA跳動儀和日本的KOKUSAI跳動儀，因為他們研發(fā)時間早和技術(shù)先進(jìn)，所欲占據(jù)了大多數(shù)的市場。
我國是生產(chǎn)汽車輪轂的大國，由于國內(nèi)在跳動儀方面的研究起步比較晚，主要還是以半自動控制為主的跳動儀，并且對于精度方面要略低于國外水平。很多廠商在檢測部分還在采用手工測量方式，即花費(fèi)了時間，也不能滿足大批量生產(chǎn)汽車輪轂的需求。但是我國技術(shù)逐漸的發(fā)展，一部分廠家的測量技術(shù)也到達(dá)了較為成熟的程度。為了滿足生產(chǎn)需求，東風(fēng)車輪有限公司設(shè)計出了輪轂跳動量在線檢測設(shè)備，具有檢測時間短、精度高的優(yōu)點(diǎn)。
我們需要設(shè)計一款自動化、合理化、智能化的汽車輪轂跳動儀,來達(dá)到對輪轂精度檢測的要求.
我國汽車行業(yè)發(fā)展的越來越快,面對越來越大的輪轂的需求量，以及對于輪轂越來越高的要求。為了達(dá)到節(jié)省人力物力、提高生產(chǎn)效率，降低檢測所需要的時間，需要將汽車輪轂跳動量的效率提高，所以跳動儀結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)實意義很大。
1.3本課題的主要內(nèi)容
本課題主要是根據(jù)輪轂跳動儀的工作原理,完成對輪轂跳動儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要的設(shè)計內(nèi)容有：
（1） 對輪轂跳動儀的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。
（2） 對實現(xiàn)輪轂快速裝夾的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。
（3） 對跳動量測頭軸向、徑向方向的進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。
第2章 汽車輪轂跳動儀總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1輪轂跳動量的測量原理
在和軸線相垂直的平面之中隨便選擇一個，將里邊的半徑差值當(dāng)作公差值，以及在軸線上的圓心形成的兩個同心圓中間的范圍形成了輪轂的徑向跳動公差帶。輪轂的軸向跳動量就是事實上被測量的平面上邊的各個點(diǎn)和垂直于軸線的平面之間的最大最小距離之差。如上所述,我們可將4個高精度的傳感器安裝在對應(yīng)的位置上，在輪轂轉(zhuǎn)動一圈的過程中，每個傳感器測量的數(shù)值之間的差值最大量就是軸向和徑向的跳動量。
輪轂在空間內(nèi)進(jìn)行測量徑向和軸向跳動量的范圍是十分有限的，為了同時實現(xiàn)輪轂軸向和徑向跳動的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢測，有一些汽車的測量傳感系統(tǒng)傳遞給精度比較高的位移傳感器時使用滾動測量論和滑動式的傳遞機(jī)構(gòu)。為了將檢測出來的數(shù)值精度更高，需要消除滾動測量輪和回轉(zhuǎn)軸之間具備的間隙產(chǎn)生的誤差，所以使用接觸式的測量方法。
位移傳感器的側(cè)頭需要進(jìn)行重復(fù)定位，以便于除去由于旋轉(zhuǎn)軸和中心軸線不同心或者采樣過程中出現(xiàn)的誤差，才能使測量的精度達(dá)到微米級別的標(biāo)準(zhǔn)。因此,控制系統(tǒng)要求輪轂進(jìn)行緩慢旋轉(zhuǎn)，測量頭高精度的重復(fù)定位,多圈角度錯位的采樣模式。圖2—1就是輪轂跳動量檢測系統(tǒng)測量的原理圖。在伺服機(jī)構(gòu)的作用下，將滾輪緊貼被測表面，轉(zhuǎn)動輪轂的過程中測頭會在X和Y方向上分別產(chǎn)生位移跳動量，這就是該裝置測量出來的跳動量。
圖2—1 輪轂跳動量檢測系統(tǒng)測量原理圖
2.2汽車輪轂跳動儀的總體結(jié)構(gòu)
根據(jù)上面描述的輪轂跳動量的檢測原理,對汽車輪轂跳動儀的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。在設(shè)計過程中，汽車輪轂跳動儀主要包括汽車輪轂的跳動量測頭軸向、徑向的進(jìn)給機(jī)構(gòu)和驅(qū)動部分。并且設(shè)計了快速裝夾機(jī)構(gòu)安裝在輪轂的裝夾上。汽車輪轂跳動儀的總體結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。
圖2-2 汽車輪轂跳動儀的總體結(jié)構(gòu)
工作的時候，在輪轂驅(qū)動機(jī)構(gòu)上快速裝夾待測機(jī)構(gòu)，跳動量測頭軸向和徑向的進(jìn)給機(jī)構(gòu)將測頭移動到輪轂檢測的準(zhǔn)確位置上。電機(jī)通過同步帶傳動機(jī)構(gòu)帶動主軸的旋轉(zhuǎn)，從而使待測輪轂轉(zhuǎn)動，完成輪轂跳動量的測量。
第3章 輪轂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部分的設(shè)計
3.1概述
輪轂跳動儀在設(shè)計輪轂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部分時，傳動機(jī)構(gòu)基本上采用同步齒形帶，用電機(jī)來帶動主軸的旋轉(zhuǎn)，也使等待檢測的輪轂也隨主軸旋轉(zhuǎn)，方便測量。還有一部分的輪轂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動采用快速裝夾裝置，我們會在下文進(jìn)行詳細(xì)介紹。輪轂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部分設(shè)計如圖3-1所示。
圖3-1 輪轂旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部分的結(jié)構(gòu)
圖3-1中，1導(dǎo)入錐套，2脹套，3限位套，4主軸，5輪轂支撐盤，6軸承上端蓋，7軸套，8內(nèi)環(huán)隔圈，9外環(huán)隔圈，10軸承，11軸承下外壓環(huán)，12支撐架，13支撐板，14齒形帶，15齒輪固定板，16電機(jī)齒輪，17電機(jī)固定座，18電機(jī)，19氣缸，20氣缸固定板，21調(diào)位固定螺母，22調(diào)位螺母，23壓簧緊鎖螺母，24墊片，25齒輪固定螺母，26從動齒輪主軸，27壓簧，28鎖緊螺母，29軸承內(nèi)環(huán)下壓圈。
3.2電機(jī)的選擇
汽車輪轂跳動儀可以一次就檢測完輪轂的徑向和軸向跳動量。當(dāng)旋轉(zhuǎn)上定位并且夾緊待測輪轂時，由主軸上的電機(jī)帶著旋轉(zhuǎn)，當(dāng)微型位移傳感器在輪轂轉(zhuǎn)動一個特殊的角度時，固定該點(diǎn)的數(shù)據(jù)并采集。輪轂轉(zhuǎn)動一圈可以獲得多個采集樣本，并且均值處理各樣本數(shù)據(jù)。主軸上的電機(jī)運(yùn)用增量編碼器來控制，讓每一圈采集到的樣本的數(shù)量及位置相同，因此可對輪轂多圈采樣，來提高測量的精度。
使用這樣的方式采集數(shù)據(jù)，電機(jī)可以選擇直流伺服電動機(jī)。這種電機(jī)依靠脈沖信號進(jìn)行定位，當(dāng)一個脈沖被電機(jī)接收到時，就能轉(zhuǎn)動一個相對應(yīng)的角度，來控制位移。因為，直流伺服電機(jī)可以發(fā)射出一定量的脈沖，所以電機(jī)轉(zhuǎn)動一次形成的脈沖數(shù)量是一定的，因此電機(jī)接受的脈沖與自身發(fā)射的脈沖之間就會出現(xiàn)一定比值關(guān)系。這樣，系統(tǒng)可以知道接收多少脈沖的同時發(fā)出了多少脈沖。只有這樣才能控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的精確性，進(jìn)而保證定位的精確度。
我們要按照它的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩來選取電機(jī),堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的計算可以用電機(jī)的驅(qū)動部分的轉(zhuǎn)動慣量和角加速度來實現(xiàn)，該公式為（m=j*a),此轉(zhuǎn)矩略小于電機(jī)的實際轉(zhuǎn)矩，可以將預(yù)備量稍微留大一點(diǎn)，另外軸承還應(yīng)該想到預(yù)緊時，還可以生成另外一個摩擦力矩。
輪轂跳動儀在工作的時候,用電機(jī)引導(dǎo)主軸旋轉(zhuǎn),帶動輪轂和軸上的零部件進(jìn)行勻速轉(zhuǎn)動,輪轂的半徑大約為MM，而質(zhì)量大約為10Kg。軸承和軸上的零部件的質(zhì)量大約為Kg,，它進(jìn)行轉(zhuǎn)動的半徑約為MM。進(jìn)行測量的時候，等待測量的輪轂經(jīng)過1秒之后能達(dá)到最大的轉(zhuǎn)速r/min。
計算的過程按照如下方式：
輪轂的轉(zhuǎn)動慣量為J1，質(zhì)量M1 ，軸的轉(zhuǎn)動慣量為J2,質(zhì)量為M2。
J= J1+ J2
J1= M112, J2= M2 22
J= M112+ M2 22 = Kg·m2
輪轂要求在1秒之后達(dá)到60r/min的最大轉(zhuǎn)速。因此它的最大角加速度a為: °2
因此需要的力矩為：
M=J×a=4·
我們要了解到摩擦力的影響，所以要保存一定的殘余量，才可以保證機(jī)器的正常運(yùn)行。依照這些參數(shù)選擇合適的電機(jī)，所以選取伺服電機(jī)110-G05030。
3.3同步齒形帶輪和齒形帶的選取
3.3.1同步帶傳動的介紹
在電機(jī)帶動主軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分,該傳動機(jī)構(gòu)選取同步帶進(jìn)行傳動。同步帶傳動是具有相應(yīng)吻合的輪和一根圓周內(nèi)表面擁有等距齒形的齒形帶來形成。它結(jié)合了齒輪、皮帶、鏈輪等傳動機(jī)構(gòu)的多種優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)動過程中，帶齒與齒槽相齒合來傳遞動力。廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的機(jī)械傳動過程中，包括汽車生產(chǎn)、煙草制造、石油提取、礦山開采等多種多樣的工作當(dāng)中。
同步帶傳動本身具備的特點(diǎn)：
（1）可以進(jìn)行平穩(wěn)的傳動、運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪音很小并且能夠?qū)鲃舆^程產(chǎn)生的震動進(jìn)行緩沖和吸收；
（2）在進(jìn)行傳動的兩個物體的中心距較大的時候也可以正常使用；
（3）跟V型帶傳送過程進(jìn)行對比，具備較小的預(yù)緊力，也可降低軸和軸承上的載荷；
（4）速度的比值范圍大，一般可達(dá)，線速度可達(dá)，具有較大的功率傳遞范圍，可達(dá)幾瓦到幾百千瓦；
（5）定位精準(zhǔn)，減小工作誤差；
（6)過載時會發(fā)生打滑，保護(hù)機(jī)械零部件；
同步帶具備以下類型的失效形式：
（1）由于使用時間過長導(dǎo)致承載繩產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象；
（2）同步帶磨損出現(xiàn)打滑現(xiàn)象；
（3）在齒輪嚙合過程中出現(xiàn)爬齒現(xiàn)象；
（4）機(jī)械在運(yùn)行的過程中會產(chǎn)生很大的噪音；
（5）同步帶變軟或者同步帶的背面出現(xiàn)裂痕等狀況的發(fā)生；
3.3.2同步帶傳動設(shè)計計算
設(shè)計同步帶傳動的目的是確定帶的型號、直徑、節(jié)距、帶寬和主從動輪齒數(shù)、帶長(節(jié)線長度)、中心距、等參數(shù)。設(shè)計的過程中,一般已知同步帶傳動所需傳遞的名義功率P.主動帶輪轉(zhuǎn)速,傳動比以及對傳動中心距的要求,傳動的工相條件等,它的計算步驟如同之下:
1、確定同步帶傳動的計算功率Pd
Pd =KPm
公式中的K是載荷修正系數(shù),它的確定按照每天的工作時間和原動機(jī)、工作機(jī)類型等因素實現(xiàn)。
Pm 一 電動機(jī)的功率
電動機(jī)按照全天候工作，查表獲得的工作情況系數(shù)K=1.7，所得功率為:
Pd =KPm =1.7KW
2、確定帶的型號和節(jié)距
根據(jù)功率和帶速的大小，對照圖3-2，選擇h型帶，節(jié)距的大小為12.7。
圖3-2 同步帶的選型圖
3、選擇小帶輪的齒數(shù)
由于小帶輪轉(zhuǎn)速數(shù)和h型帶,查表3-1得小帶輪允許使用的最小齒數(shù)Z=14,現(xiàn)在選擇齒數(shù)為30的小帶輪。
表3-1小帶輪最小齒數(shù)表
4.確定帶輪的節(jié)圓直徑
D=ZPb/Π=121.33mm
因為選用傳動比為1的傳動機(jī)構(gòu),所以選用相關(guān)的各種參數(shù)完全相同的大小帶輪。
5、 初定周間間距
按照公式得：
0.7（d1+d2）＜a0＜2（d1+d2）
得出：
168＜a0＜
所以現(xiàn)在選擇的軸間間距是246mm。
6、同步帶帶長及其齒數(shù)確定
L0=2a0+Π/2（d1+d2)=873
7、帶輪嚙合齒數(shù)計算
因為要進(jìn)行傳動比為1的設(shè)計，所以帶輪齒數(shù)等于2倍的帶輪齒數(shù)。
8、帶速V的確定
V= = ＜Vmax
9、確定需要的皮帶寬度
（1）基本額定功率P0:
P0=(Ta-mv2）v/1000
根據(jù)表3-2查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量表，可以知道Ta=2100，M=0.448。
所以，P0=7.9KW
表3-2 查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量表
（2）確定所需帶寬
查表獲得，h形帶Bso=76.2mm，Kz=1
所以Bs=75.4mm
通過查表獲得，應(yīng)該選取帶寬代號為300的h型帶，它的帶寬Bs=76.2mm。
3.3.3齒形帶輪的設(shè)計
帶輪設(shè)計的基本要求：
1、 保證帶齒能順利地嚙入與嚙出
因為帶齒和輪齒的嚙合過程不屬于常規(guī)類型的齒廓嚙合傳動，所以帶齒和輪齒之間在頂端拐角的位置會缺少相應(yīng)的干涉影響，因此使得帶齒和輪齒槽之間相應(yīng)的滑入和劃出。
2、輪齒本身具有的齒廓曲線可以使得結(jié)合時產(chǎn)生的變形減少，也可以由此得到較大的接觸面積，當(dāng)我們要選取齒廓線的時候要盡可能地提升帶齒的承擔(dān)負(fù)載的能力，減小姓變量在帶齒嚙合時，減小摩擦耗損，能夠讓帶齒更加充分并且均勻的大面積發(fā)生接觸，提高帶齒能夠承載的能力。
3、具備優(yōu)異的工藝性能
具有相當(dāng)優(yōu)異工藝性能得帶輪齒形使用刀具數(shù)量大幅度較低，減少生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率。
4、擁有符合理論依據(jù)得齒形角
作為重要的力學(xué)和幾何參數(shù)的零件結(jié)構(gòu)得齒形角可以精確的確定帶輪得輪齒形狀，在齒形角較大的時候可以順利得把齒輪齒入和齒出，但是出現(xiàn)爬齒和跳齒現(xiàn)象的幾率大大提高；如果擁有一個非常小的齒形角，帶齒和輪齒之間就比較容易出現(xiàn)嚙合干涉現(xiàn)象，所以為了保證工作效率要選取合適的嚙合角。
同步帶輪用梯形齒，其圖如圖3—3所示：
a．主軸上的齒形輪 b.電機(jī)上的齒形輪
圖3—3 齒形帶輪
3.4主軸的設(shè)計
3.4.1概述
還有一個組成機(jī)械的重要零部件就是軸。它承擔(dān)各個零部件的安裝，讓他們繞著軸線旋轉(zhuǎn)，做回轉(zhuǎn)運(yùn)動并且傳遞轉(zhuǎn)矩，在軸承的作用下與機(jī)架或機(jī)座相聯(lián)結(jié)。軸與軸上的零部件組構(gòu)成一個組合，稱為軸系部件，設(shè)計軸的時候，不可以只考慮主軸自身，必須和軸系部件的整體結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系。
軸在結(jié)構(gòu)上的設(shè)計要滿足合情合理、盡可能的減少和避免應(yīng)力集中，擁有足夠的強(qiáng)度以及需要的剛度，在特定情況下具有耐高溫和腐蝕性，軸的高速穩(wěn)定性和良好的加工工藝性，并且軸上的零件應(yīng)具有可靠的定位、裝配的適當(dāng)性以及方便拆卸等優(yōu)點(diǎn)。
設(shè)計過程中，軸的主要起到帶動輪轂轉(zhuǎn)動的作用，之后運(yùn)用檢測裝置對輪轂的跳動量進(jìn)行測量。軸的旋轉(zhuǎn)由電機(jī)通過傳送帶實現(xiàn)，待測輪轂安裝在另外一端。為了輪轂實現(xiàn)定位夾緊，還需多種零件例如拉桿、錐套、脹套、輪轂支撐盤等。
3.4.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1）對軸上零件得裝配制定模擬一定的方案
在對主軸進(jìn)行設(shè)計的時候擁有一個十分重要的前提要求，那就是模擬裝配方案，通過這個模擬方案可以確定主軸得基本形式。在設(shè)計時，用鍵將軸的一端和同步帶的一個帶輪連接起來，在軸的中心處裝上拉桿，將彈簧放在拉桿和軸的中間。用輪轂支撐盤、軸承上端蓋、軸承、內(nèi)外環(huán)隔圈、軸承、軸承下外壓環(huán)依次排列共同組成軸上零件。
（2）對軸上得各個零件進(jìn)行精確的定位
為了保證工作位置的準(zhǔn)確性，除特殊要求外，我們要在周向和軸向都對它們進(jìn)行定位，這樣就能防止軸上的零件可能會發(fā)生的在外力作用下出現(xiàn)沿周向和軸向運(yùn)動得現(xiàn)象發(fā)生。
在設(shè)計過程中軸上零件以軸承端蓋、套筒、錐套、軸肩來保證它的軸向定位，定位軸間的高度一般取跟這個零件相配合的軸的直徑0.07倍到0.10倍。為了方便拆卸軸承，所以軸承內(nèi)圈端面的高度要比滾動軸承的定位軸間高度要高。由軸承的安裝尺寸手冊選擇軸肩的高度。為了能確定零件靠緊的圓角半徑R和倒角尺寸C。為了加工和裝配的方便而設(shè)置了非定位軸肩，從而獲得定位的準(zhǔn)確性和可靠性，軸肩部位的過度圓角半徑r小于和它相配的零件轂孔端，這個高度一般選擇成1~2mm。用鍵作軸的周向定位，防止軸上零件與軸出現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動。
（3）對主軸上的每一段分別計算它們得長度和半徑
經(jīng)過初步的模擬并且確定所有軸上零件的定位和裝拆方案之后，大體上就可以能夠確定出軸的結(jié)構(gòu)形狀。根據(jù)軸所受的扭矩粗步估算所需要的直徑，以此來將該直徑當(dāng)成承受扭矩的軸段的最小直徑dmin ，為了確定各段軸的直徑，從dmin數(shù)值開始計算，再經(jīng)過裝配得方案和定位得要求得出上述所有數(shù)據(jù)。有特殊要求的軸段，需要特定的配合要求，基本上采取標(biāo)準(zhǔn)型的直徑數(shù)值，與此同時，安裝標(biāo)準(zhǔn)件也應(yīng)該選擇標(biāo)準(zhǔn)值以及它相匹配的公差確定軸承部位得零件。在滿足零件裝配完成的結(jié)構(gòu)緊湊并且也要滿足留出足夠得調(diào)整空間，在上述兩種條件都滿足的情況下要使得所選取的長度要盡可能地短。軸的各段長度基本上是按照各個零件和軸配合部分的軸向尺寸和毗鄰零件之間必須的空隙來確定。保證軸向定位可靠性，和軸承等零件配合部分的軸段長度一般比轂口長度短2～3mm。
軸上零件的軸向定位。用平鍵連接方位軸和電機(jī)，按照安裝電機(jī)軸徑的長度通過查詢課本得到平鍵界面b*h=16mm×10mm，根據(jù)設(shè)計要求我們可以得知需要使用鍵槽銑刀加工長度為80mm的鍵槽，確保電機(jī)和軸配合的過程中，它們的對中性能較為良好，以此我們選用以下配合方式H7/n6。
根據(jù)上面的分析和空心軸，其中=d1/d，d1為空心軸內(nèi)徑，d為空心軸外徑。軸端倒角選為2*45°。
軸的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3—4所示，具體尺寸如圖3—5所示。
圖3—4 主軸的整體結(jié)構(gòu)
圖3—5 主軸的尺寸
3.4.3校正核對軸的強(qiáng)度
選擇電機(jī)過程可以得知,電機(jī)輸出的扭矩為5N·M,初步擬定加速度為6.3°/s2。額定功率為1KW，轉(zhuǎn)速為60r/min。通過查閱機(jī)械設(shè)計手測對軸進(jìn)行校核，步驟如下:
（1）初始條件
軸在沒有腐蝕的條件下工作，選擇40Cr作為軸的加工材料，進(jìn)行調(diào)制處理。選用材料的力學(xué)性能參數(shù)如表3-3。
表3-3 力學(xué)性能參照表
（2）最小直徑
通過轉(zhuǎn)矩來估算出最小直徑
1.首先選取軸用材料的A值；
在選擇A值得取值時，如果在只收到轉(zhuǎn)矩抑或是受到的彎矩得相對轉(zhuǎn)矩非常小的情況下，要給A選擇一個比較小的數(shù)值，在計算得過程中每當(dāng)多出一個鍵槽A值會出現(xiàn)相應(yīng)增幅，A值將逐漸增加4％~5％，將A的取值設(shè)置為100.
2.空心軸的內(nèi)徑和外徑之比為。
3.由式
為了增大軸的強(qiáng)度和在空心軸內(nèi)部更加方便的安裝，空心軸的最小直徑選為，因為空心軸的內(nèi)外徑之比已知，所以內(nèi)孔的最小直徑選為。
（3）為了對軸的強(qiáng)度進(jìn)行校正核對應(yīng)該通過考慮彎矩的合成應(yīng)力來確定
在校核的過程中，基本上只對軸上承受最大扭矩和彎矩的截面的強(qiáng)度進(jìn)行校核。在軸正常工作的條件下，取，計算軸的應(yīng)力。
通過公式得
通過查詢資料獲得，。
對危險截面進(jìn)行計算，。
所以可以承受，是安全的。
3.5軸承的選用
3.5.1概述
在進(jìn)行機(jī)械傳動的時候，軸承起到十分重要的作用，在進(jìn)行工作的時候表現(xiàn)出固定作用也可以起到降低載荷摩擦系數(shù)得功能。我們也可以換一種說法來說，這一條軸上所有的零部件它們也會出現(xiàn)相對得運(yùn)動得情況，在出現(xiàn)此類情況得時候，軸承就起到將主軸中心處得零件固定到確定位置，同時也將傳遞得整個過程中得摩擦系數(shù)降低得效果。軸承是現(xiàn)在機(jī)械和設(shè)備中一類非常重要的零部件。它一般情況下對一些機(jī)械型的旋轉(zhuǎn)體起到一定的支撐得作用，在機(jī)械進(jìn)行傳動得過程中，對它的載荷摩擦系數(shù)會起到相應(yīng)的降低的作用。通過這個機(jī)械得運(yùn)動方式的不一樣可以將軸承分成兩類，分別就是滑動和滾動。
現(xiàn)代社會上我們在日常生活中經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)滾動軸承受到廣泛的應(yīng)用，由滾動軸承使每個零件之間相互接觸，并且允許它們進(jìn)行正常工作所進(jìn)行得運(yùn)動過程。正當(dāng)今日很多大型的廠家已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)行生產(chǎn)加工，生產(chǎn)出的零件也是各種各樣規(guī)格的。滾動軸承擁有多種優(yōu)點(diǎn)包括啟動容易，摩擦阻力小，功率消耗少。
3.5.2軸承的計算
按照不同的工作條件選擇不同的角接觸軸承。軸承的多項參數(shù)為徑向載荷3000N，軸向載荷1270N，軸承的轉(zhuǎn)速60r/min。預(yù)期壽命Lh=5000h。
1. 求比值
=0.423
通過查閱資料獲得，角接觸軸承的e值取0.4，所以這時候；
＜e
2．初步計算當(dāng)量動載荷P
查詢資料片獲得，=1.0~1.2，取其為1.2。
查資料得到，X，在只有知道軸承的基本型號以及它自身具備的基本上的額定靜載荷型號C0的時候才能求出我們要求得到的Y值。所以我們也就只能選擇一個基本上滿足范圍的中間數(shù)值，取Y=，則
P=N
2. 求軸承應(yīng)用的基本額定動載荷值
C=N
深溝球軸承取值為。
3. 通過計算出的軸的直徑并且查設(shè)計手冊選擇C=N的7212C軸承。
該軸承的額定靜載荷C0=N，通過使用驗算的方式進(jìn)行確定；
（1） 首先我們要計算兩個零件之間的軸向載荷的數(shù)值，分別是e和Y。相對軸向載荷=，在表中介于之間，對應(yīng)的e值為，Y值為。
（2） 用線性插值法求Y值。
Y ，故X，Y
（3） 計算當(dāng)量載荷P
（4） 對6312軸承的壽命進(jìn)行計算
Lh=h
可以達(dá)到原來預(yù)算的壽命。
第4章 輪轂快速裝夾部分的設(shè)計
4.1概述
在檢測輪轂跳動量的過程中，還有一個非常重要的部分就是輪轂裝夾部分，對輪轂徑向和軸向跳動量的大小有直接影響的是它的精密度。這種裝夾機(jī)構(gòu)主要由緊縮螺母、彈簧、氣缸、軸承端蓋、脹套和軸套等一系列標(biāo)準(zhǔn)件所構(gòu)成。在裝夾待測輪轂的過程中，拉桿并不對氣缸活塞產(chǎn)生推力,這個時候拉桿只受到彈簧給他的一個向下的力,然后使拉桿沿著受力方向直線運(yùn)動。在拉桿移動的同時錐套和脹套也會產(chǎn)生移動，因為脹套與軸之間存在一定的錐度，所以脹套在移動的過程中逐部變大,這樣輪轂裝夾在軸上的時候受到支撐盤提供的支持力和脹套向外膨脹的力,然后測量輪轂的徑向和軸向跳動量。整體裝夾機(jī)構(gòu)如圖4—1所示。
圖4-1快速裝夾整體機(jī)構(gòu)
4.2脹套的設(shè)計
脹套的設(shè)計圖如圖4-2所示
圖4—2 脹套設(shè)計圖
在日常生活中經(jīng)常會使用到脹套這種零部件，將兩個不屬于相同機(jī)構(gòu)的兩根軸也就是我們所謂的主動軸和從動軸連接在一起，讓它們一個跟隨著一個共同產(chǎn)生運(yùn)動，同時通過脹套在兩根軸之間傳遞相應(yīng)的扭矩。在工作進(jìn)行承受沉重的物體并且運(yùn)行速度很高的運(yùn)動過程中，也需要使用具備多種功能的聯(lián)軸器，類似于對工件起到緩沖的作用，也可以減少振蕩的作用。
脹套的組成包括兩個部分，單獨(dú)與主、從動輪進(jìn)行聯(lián)接。大多數(shù)動力機(jī)和工作機(jī)連接的時候都要使用到聯(lián)軸器，從新中國成立之后各個國家都加深了對聯(lián)軸器的研發(fā)并且取得了很高的成果，所以廣泛應(yīng)用于大多數(shù)的機(jī)械類的機(jī)器的軸系傳動的過程中。有一個問題始終困擾著大多數(shù)的設(shè)計工作者，那就是怎樣從品種繁多、性能多種多樣的聯(lián)軸器中選擇滿足要求的聯(lián)軸器進(jìn)行設(shè)計工作。
脹套的優(yōu)點(diǎn)：
1、脹套的使用可以讓機(jī)械零件的安裝和制造變得簡單。假如我們在工件之間使用過盈配合，需要非常高的精度，但是我們在軸上安裝脹套并不需要使用過盈配合。使用簡單的步驟對脹套進(jìn)行安裝，僅僅用符合要求的力矩擰緊螺栓就行，并且便于調(diào)整，只有哪里需要就可以在輪轂上自由移動。適用范圍比較廣，焊接性差的零件也可使用。
2、脹套擁有很長的使用壽命，不易損壞。
3、如果脹套承受超載，就會失去連接狀態(tài)，起到保護(hù)設(shè)備的作用。
4、脹套采用多種多樣的方式進(jìn)行連接，并且還可以承受多次不同的重復(fù)的負(fù)載。如果在安裝的時候承受的負(fù)荷很大的情況下，我們可以使用兩個甚至多個脹套串聯(lián)在一起共同抵抗所受的負(fù)載作用。
5、脹套可以方便簡單的進(jìn)行拆卸，在不使用時可以將各連接件分離保存。工作過程中，使各個接觸面密閉性良好，不容易產(chǎn)生腐蝕。
4.3導(dǎo)入錐套的設(shè)計
錐套的設(shè)計如圖4—3所示
圖4—3錐套設(shè)計圖
在歐美等發(fā)達(dá)國家廣泛使用的一種新型的機(jī)械連接裝備叫做錐套，它具有多種優(yōu)點(diǎn)（類似于便于拆裝、保證緊湊的結(jié)構(gòu)、高程度的標(biāo)準(zhǔn)化以及很高的精度高等精度）。我們將進(jìn)行傳動的零件的定心精度進(jìn)行提升一定的檔次，使用八度的外部錐面跟其他零部件例如鏈輪和皮帶輪等機(jī)械結(jié)構(gòu)的內(nèi)部錐面進(jìn)行連接。以系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計錐套的尺寸，按照ISO的標(biāo)準(zhǔn)加工它的內(nèi)孔鍵槽。適用場合較廣具有良好的互換和通用性。我們使用錐套進(jìn)行鏈接的工件在進(jìn)行長時間的工作之后，可能會產(chǎn)生破壞內(nèi)控和鍵槽，如若我們使用的是確定的一定規(guī)格得錐套，我們就可以通過更換相同類型的錐套就能夠使整體機(jī)器繼續(xù)正常的進(jìn)行工作。因此使用錐套進(jìn)行聯(lián)結(jié)具有省時省力又省錢的完美優(yōu)點(diǎn)。
錐套根據(jù)形式不同可以分為STB錐套、QD錐套和TB錐套等不同類型，用半邊的孔作用在錐套與皮帶輪配和的地方，在這樣的工作狀態(tài)下，錐套上的光孔和螺旋空分別對帶輪上的螺旋空和光孔互相組合，形成一個完整的孔。我們再進(jìn)行裝配的時候，我們要從螺紋孔位置裝上螺釘，并且在我們逐漸往里旋轉(zhuǎn)擰緊的過程，向錐孔上邊的較小孔端推動著皮帶輪運(yùn)動，但是還不能將錐形套表面上的光控進(jìn)行穿透，所以在螺釘?shù)淖饔孟洛F套就受到了一定的作用力，在這個作用力定位作用下就會對軸產(chǎn)生一定的作用力，從而將軸進(jìn)行包緊之后，由于力的作用是相互的，所以軸也對錐套產(chǎn)生一定的作用力，然后再間接的傳遞給皮帶輪一定的作用力。這三個零件在這種作用力的相互作用下出現(xiàn)抱團(tuán)現(xiàn)象，所以整個結(jié)構(gòu)就表現(xiàn)得更加緊湊的鏈接在一起。
相反，在進(jìn)行拆除工作時，先要卸下皮帶輪上的螺釘，然后再將它上到脹套上的螺紋孔處，我們在一點(diǎn)一點(diǎn)的往里邊擰進(jìn)去螺釘?shù)倪@個過程中，跟安裝的步驟也很相似，它也是向著皮帶輪的較小的錐孔方向移動，所以當(dāng)螺釘一點(diǎn)一點(diǎn)的擰到皮帶輪上的光孔底部位置時，皮帶輪就會受到一定的作用力，并且在這個作用力下的作用下產(chǎn)生相應(yīng)的移動，當(dāng)他移動之后它和錐套就會逐漸的分離開，產(chǎn)生一定尺寸的裂痕，這樣皮帶輪就不會在賦予錐套那些穩(wěn)定它位置的一些作用力，再者說本身具有一定的彈性，所以就會和軸分離。
當(dāng)使用錐套將皮帶輪與軸進(jìn)行聯(lián)結(jié)的時候，就會產(chǎn)生一個過盈配合的連接體。我們在進(jìn)行工件中的圓孔和主軸相互連接的時候使用到錐套中的鍵，這個鍵的作用是用來傳遞這個連接體需要的力和轉(zhuǎn)矩。若果我們在這兩個工件鏈接的時候不使用鍵這個零件，那么就需要讓他們之間相互接觸的平面產(chǎn)生壓力和支持力使它們夾緊，由于它們之間具備相互運(yùn)動的趨勢就會產(chǎn)生相應(yīng)的摩擦力，由此滿足整體工件的傳遞轉(zhuǎn)矩和力。
4.4軸套的設(shè)計
定位主軸的一個重要的零件就是軸套，在運(yùn)動過程當(dāng)中軸和孔都會受到一定的磨損，這是由于長期摩擦造成的，此時就需要更換零件才能是工作繼續(xù)完成。所以軸套和襯套的加工材料應(yīng)選擇具有耐磨性好、硬度低的特點(diǎn)，因此才能將軸和座的磨損風(fēng)險降到最低。通常情況下，襯套和座與軸分別采用過盈和間隙配合。
設(shè)定同軸度需要按照被測量的輪轂的基本誤差所決定，因為輪轂的誤差尺寸為0.01-0.04mm，所以同軸度為0.004-0.012mm。
軸套的尺寸需要按照主軸的尺寸進(jìn)行設(shè)計，所以該零件的長度358.5mm，其內(nèi)、外徑分別為110mm和160mm。由所得尺寸確定軸套。如圖4-4所示。
圖4—4軸套
4.5軸承端蓋的設(shè)計
還有一個十分重要的機(jī)械零件那就是軸承端蓋，廣泛應(yīng)用于各種部位。這種零件的工作面基本上只有兩個端面和左端面的外圓表面，通常具有一下作用：
（1） 對軸承進(jìn)行軸向定位，防止軸承松動和打滑；
（2） 具有良好的密封性可以起到防止灰塵的作用，起到保護(hù)軸承，杜絕浪費(fèi)的作用；
（3） 還有一種類型的端蓋是安裝在電動機(jī)和主軸箱中間的位置，為了讓主軸箱平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動，所以端蓋要具備緩沖減震和傳遞扭矩的作用。
軸承端蓋具有調(diào)整軸承間隙、承受軸向力和對軸承起固定的作用供給我們選擇。軸承端蓋具有兩種不同的結(jié)構(gòu)分別是凸緣式和嵌入式，根據(jù)蓋的形式不同還可以分成悶蓋和透蓋的區(qū)別。
將兩種不同結(jié)構(gòu)的軸承端蓋進(jìn)行對比，嵌入式軸承端蓋和凸緣式軸承端蓋進(jìn)行對比，具有一定的優(yōu)勢也有些許的不足，所以需要根據(jù)要求的不同選擇適合使用的軸承端蓋。在一些整體結(jié)構(gòu)的比較緊湊，安裝的工件的尺寸和質(zhì)量較小的時候選用嵌入式軸承端蓋，但是對于密封性能較好以及容易調(diào)整的工件要選擇凸緣式的軸承端蓋。
在對兩者的應(yīng)用范圍進(jìn)行比較，嵌入式軸承端蓋多適用于體積小、重量輕、同時具備緊湊結(jié)構(gòu)的場合，但是凸緣式軸承端蓋適用于大多數(shù)的場合，但是仍然存在外部輪廓的尺寸較大，同時也需要使用螺釘才能進(jìn)行連接的缺點(diǎn)。
選取軸承端蓋要按照軸承和主軸的尺寸來選擇，端蓋具體尺寸見圖4—5。
圖4—5 軸承端蓋的設(shè)計圖
4.6氣缸的設(shè)計
4.6.1概述
氣缸是一個圓筒狀的金屬零件，在氣缸內(nèi)布允許活塞可以在直線方向上來回的進(jìn)行移動。工質(zhì)發(fā)生膨脹導(dǎo)致發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)出現(xiàn)熱轉(zhuǎn)機(jī)械的過程；為了提高壓力可以將氣體放在壓縮機(jī)中通過壓縮活塞來完成。氣缸一般情況下也包括一些重要機(jī)器零件的的外殼，就像渦輪式發(fā)電也或者是活塞可以自由轉(zhuǎn)動的發(fā)電機(jī)。一般在在自動化控制的半導(dǎo)體機(jī)械結(jié)構(gòu)或者是機(jī)器人等的制造應(yīng)用氣缸零件。
活塞桿上的拉力和推力要依靠加工需要的力的大小決定。我們在制造工件使其完成對應(yīng)工作的時候需要考慮怎樣去選擇氣缸，在這里我們就要涉及到一個輸出力的介紹，我們要使這個所謂的輸出量完全能夠保證工件運(yùn)行但是也不要選取得過大就會造成浪費(fèi)現(xiàn)象得發(fā)生，由此我們來選擇合適的直徑來完成整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計。設(shè)計夾具的過程中，為了減小氣缸的尺寸，應(yīng)該盡可能的使用增力機(jī)構(gòu)。
整體設(shè)計過程中，氣缸使用在裝夾部件上，它的力在拉桿上發(fā)揮作用。裝夾被測量的輪轂裝夾的過程中，氣缸不用產(chǎn)生推力也可以讓拉桿向下移動。測量完成之后，氣缸對拉桿的下端面產(chǎn)生推動力，這樣就能把輪轂從軸上卸下來。
4.6.2氣缸受力分析
查詢設(shè)計任務(wù)書可知，對能夠帶動負(fù)載要求大小基本上是500N左右，同時也需要思索多種干擾因素的影響，比如未加載工作的氣缸實際能輸出多少力，還有活塞與缸筒以及桿和上一個氣缸之間的摩擦，乃至機(jī)械結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。研究氣缸性能以及確定氣缸尺寸的過程中，經(jīng)常使用到負(fù)零載率：
=氣缸的實際負(fù)載氣缸的理論負(fù)載×100％
查詢資料獲得:
運(yùn)動速度V=3m/min=500mm/s，取=0.60，因此我們選擇液壓缸的負(fù)載實際上是1633N。
4.6.3氣缸的尺寸確定
1. 首先我們要選擇合適得氣缸內(nèi)徑，參照表4-1
表4-1
F—?dú)飧椎妮敵隼；
P—?dú)飧椎墓ぷ鲏毫a；
按照GB/T2348-1993標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，根據(jù)氣缸缸徑尺寸系列表4-2
表4-2 氣缸缸徑尺寸系列表
我們在表內(nèi)取值D=80mm。
2.然后我們選擇活塞桿得直徑
由于d=0.3D=24mm同時我們也根據(jù)根據(jù)活塞桿直徑系列表4-3所示
表4-3活塞桿直徑系列
選取確定得值d=25mm。
3.再次計算缸筒得長度
缸筒長度S=L+B+30
公式中得L表示活塞零件在內(nèi)缸之中得行程長度
B—活塞厚度
B=(0.6~1.0)D=0.7*80=56mm
計算出來的氣缸長度L并將這個L帶入下列式中求得S=L+B+30=886mm
接下來我們要計算導(dǎo)向套滑動面得長度A：
一般導(dǎo)向套滑動面長度A，在D小于80mm時，可取A=(0.6~1.0)D；在D大于80mm時，可取A=(0.6~1.0)d。
可以得到A=25mm
最后我們需要計算這個結(jié)構(gòu)得導(dǎo)向長度的最小值H：
根據(jù)我們的前輩在這些年的研究并且反復(fù)推敲過程中積累下來的經(jīng)驗來說，由于氣缸圓筒的直徑是確定的，所以我們要將最大的氣缸行程距離和最小的導(dǎo)向長度帶入計算公式，就可以確定這條活塞桿的總體長度。
得到此是活塞桿的長度為l=L+B+A+80=961mm。
4.氣缸筒的壁厚的確定
通過查詢相關(guān)文獻(xiàn)書籍可以得到，計算氣缸筒壁的厚度的公式為：
公式里面：
代表缸筒壁的厚度，單位用M表示；
D代表缸筒的內(nèi)徑尺寸，單位用M表示；
P時缸筒所能承受最大的工作壓力值，單位為MPa；
表示缸筒材料的許用應(yīng)力，單位為MPa；
對于實際缸筒壁厚度的取值方式：一般情況下選擇計算值7倍左右的氣缸；對于重型氣缸來說應(yīng)選取計算值的20倍左右的數(shù)值，再圓整到標(biāo)準(zhǔn)管材尺碼。
為了對缸筒壁的強(qiáng)度進(jìn)行計算以及校正核對，需要查閱資料進(jìn)行分析。
公式為，因為我們選取的材料為45號鋼，所以相應(yīng)的數(shù)據(jù)為：，
式中作為材料的安全系數(shù)，一般選擇n取值為5；也是一個十分重要的數(shù)值，它表達(dá)缸筒材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）
P是缸筒承受的最大的工作壓力數(shù)值，單位用MPa來表示。當(dāng)工作壓力時，P=1.5P；
當(dāng)工作壓力時，P=1.25P。
因此我們可以知道我們計算的工作壓力為0.6MPa<16MPa，所以承受最大壓力數(shù)值P=1.5*0.6=0.9MPa。
5.d0為氣缸排氣口的直徑，v表示空氣在排氣口流動的速度，一般取值在10到15之間，所以我們選擇v=12m/s。
由公式 計算求得d0=14.014mm
因此我們選擇直徑為15mm的排氣孔的氣缸
在工作壓力作用下，氣缸中輸入的空氣流量用表示，其單位為m3/s。
排氣口出流過的空氣速度（V），一般可以選為10到25之間。
然后通過計算求得d0=0.68mm。
4.7彈簧的選取
彈簧利用自身具備的彈性進(jìn)行機(jī)械加工的一種零件。彈性材料本身具有的特性是指如果收到外界給與一個力的作用就會產(chǎn)生相應(yīng)的形變量，當(dāng)這個作用力消失之后立刻就能夠恢復(fù)成原來的樣子的工作特性。彈簧是由多種多樣形式的一種機(jī)械零件，根據(jù)各種不同的表現(xiàn)形式我們將彈簧分為樣板式的和螺旋樣式等多種種類的彈簧。
在這次設(shè)計過程中,彈簧為整體工作提供預(yù)緊力的作用，該力通過作用于拉桿來助于快速裝夾的完成。為了達(dá)到正常工作的目的，我們選擇GB4357，D級的材料。彈簧整體結(jié)構(gòu)如圖4-6所示。
圖4-6 彈簧的整體結(jié)構(gòu)
第5章 跳動量測頭徑向、軸向方向的進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計
5.1概述
將兩個探測頭安裝在兩個導(dǎo)軌上，同時可讓導(dǎo)軌沿徑向進(jìn)行直線運(yùn)動，而且兩個導(dǎo)軌也被安裝在擁有共同的X軸的導(dǎo)軌上，兩個導(dǎo)軌也可沿著X軸方向進(jìn)行直線運(yùn)動，這就是我們設(shè)計的進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。用三個電機(jī)帶動三根導(dǎo)軌，可使準(zhǔn)確的將待測輪轂的各種型變量由探測頭在空間內(nèi)的移動表達(dá)出來。這樣在測量輪轂轉(zhuǎn)動的跳動量的時候，探頭就可以接收到二維坐標(biāo)系中的變化量，然后發(fā)送到測量系統(tǒng)得到結(jié)果?？傮w結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。
圖5—1 跳動量測頭徑向、軸向的進(jìn)給機(jī)構(gòu)
5.2絲杠的設(shè)計
絲杠通過電機(jī)的作用來實現(xiàn)導(dǎo)軌的移動。有一種十分理想的產(chǎn)品叫做滾珠絲杠，他可讓絲杠的運(yùn)動形式在回轉(zhuǎn)和直線之間相互轉(zhuǎn)變。滾珠絲杠的主要組成零件包括鋼球、預(yù)壓片、反向器、防塵器、螺桿以及螺母等。
滾珠絲杠具備精度高、可逆轉(zhuǎn)和效率高的特點(diǎn)，所以經(jīng)常使用在工具型和精密度高的機(jī)械上發(fā)揮傳動作用。它能夠發(fā)揮旋轉(zhuǎn)與線性運(yùn)動之間的相互轉(zhuǎn)化的作用，也可以起到將扭矩轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向的反作用力的作用。滾珠絲杠被越來越多的行業(yè)的精密儀器所采用是因為它的摩擦阻力小的原因。
5.2.1絲杠的原理
1、按照國際標(biāo)準(zhǔn)GB/T17587.3-1998和現(xiàn)實生活中的實際運(yùn)用，滾珠絲杠具有高傳動及定位準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。通常情況下，滾珠絲杠用在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和直線運(yùn)動的相互轉(zhuǎn)化過程中。
2、當(dāng)我們把滾珠絲杠當(dāng)作主動工件的時候，絲桿轉(zhuǎn)動一定的角度就會帶動螺母以一種相對應(yīng)的轉(zhuǎn)變產(chǎn)生直線運(yùn)動，這樣其被動作用的工件使用螺母和螺母座將它們連接起來，保證被動工件完成直線運(yùn)動的要求。
5.2.2絲杠的選用
因為絲杠可以保證數(shù)控機(jī)床工作的精度高，并且滾珠絲杠作為機(jī)械傳動零件在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)中起非常關(guān)鍵的作用。所以要求滾珠絲杠副具備以下的特點(diǎn)：
（1） 滾珠絲杠副具備很好的傳遞效率，一般可以達(dá)到92%到98%左右，相比較普通絲杠來說，效率要高出2倍到4倍左右。
（2） 它的動摩擦系數(shù)與靜摩擦系數(shù)相差很小，所以傳動系統(tǒng)非常靈敏，在低速運(yùn)動的過程時，也是運(yùn)行平穩(wěn)，不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，并且具備很高的隨動和定位精度。
（3） 滾珠絲杠選用優(yōu)質(zhì)合金進(jìn)行生產(chǎn)出來的，其表面具有明顯的光滑度，使用淬火工藝時，它的滾道表面硬度可以達(dá)到60-62HRC，并且由于屬于滾動摩擦，所以更不易于發(fā)生磨損。
（4） 利用簡單的預(yù)緊加工方法就可以消除軸向間隙，將系統(tǒng)的剛度提高。
（5） 在運(yùn)動逆轉(zhuǎn)過程中不會出現(xiàn)空的行程，能夠?qū)⑤S向運(yùn)動精度提高。
（6） 需要很高的制造成本，運(yùn)動加工過程可能會逆轉(zhuǎn)，不能實現(xiàn)自鎖功能。
機(jī)床每一個坐標(biāo)軸定位的精度直接受到滾珠絲杠精度的影響，所以滾珠絲杠在選擇和校對的操作過程是十分重要的，對于數(shù)控機(jī)床的改造和維修來討論。
按照機(jī)床的精度總體上對滾珠絲杠進(jìn)行選擇，然而具體到絲杠直徑的選擇要依靠機(jī)床的載荷來決定。數(shù)控機(jī)床的每一個坐標(biāo)軸的定位精度受到滾珠絲杠的精度的直接影響，各類滾珠絲杠副推薦精度等級列于表5—1。
表5—1 各類滾珠絲杠副推薦精度等級
在設(shè)計的時候選擇滾珠絲杠螺母副要采用以下步驟，首先要確定各項主要參數(shù)例如螺距t、名義直徑D0、滾珠直徑d0等。確定D0和d0的時候，使用的方法跟計算滾珠軸承的方法相類似，滾珠絲杠每三分鐘轉(zhuǎn)動100圈的情況下運(yùn)行500個小時都不會出現(xiàn)點(diǎn)蝕現(xiàn)象，并且可以達(dá)到最大的軸向載荷Q。
一般情況下按照絲杠可以承載的最大載荷以及系統(tǒng)剛度的要求選擇螺距t，首先我們需要確定名義直徑D0，之后按照D0的尺寸選擇比較大的螺距。一般情況下螺距選擇為4、5、6、8、10、12mm。越是小的螺距，其軸向力作用時產(chǎn)生的摩擦力矩也越?。坏玹實在太小的時候，會出現(xiàn)滾珠絲杠的承載能力顯著下降的情況。并且，當(dāng)絲杠名義直徑D0確定的時候，隨著t值的減小，螺旋升角的角度也隨之減小，其傳動效率也逐漸降低。滾珠中心圓的直徑被定義為絲杠的名義直徑D0，按照承受的不同載荷來確定不同的D0。D0越大，絲杠承受載荷的能力以及材料的剛度就越大。一般情況下D0大于絲杠長度的，就能滿足傳動系統(tǒng)的剛度以及所需要的穩(wěn)定性。
滾珠絲杠直徑D0直接影響承受載荷的能力，一般選取盡可能大的數(shù)值。通常情況下d0=0.6t，最后選擇的尺寸按照滾珠的尺寸來決定。需要注意到的是對機(jī)床的定位精度具有最明顯影響的是絲杠的導(dǎo)程出現(xiàn)的誤差，但是直接影響機(jī)床定位精度的原因是因為絲杠在運(yùn)行過程中產(chǎn)生溫度升高造成的絲杠伸長現(xiàn)象。一般情況下要求將導(dǎo)程值設(shè)置為負(fù)數(shù)，用來獲得絲杠的方向目標(biāo)T。這個方向目標(biāo)值在選購滾珠絲杠的時候具有重大的作用意義。通常需要把導(dǎo)程值預(yù)先置為負(fù)值，這叫絲杠的方向目標(biāo)T。
絲杠溫度升高產(chǎn)生型變量的值通過計算得:
式中：為絲杠膨脹系數(shù)，℃
表達(dá)絲杠得長度；
作為絲杠與機(jī)床本身之間存在的溫差，基本上選擇為2℃或者3℃
在我們將L當(dāng)作絲杠螺紋得有效長度得時候，就是那個所謂的方向目標(biāo)T，在絲杠圖樣上標(biāo)記成負(fù)數(shù)。
通過探頭部位得重量與行程范圍制造出帶動Z軸作進(jìn)給運(yùn)動得絲杠a和帶動X軸作進(jìn)給運(yùn)動得絲杠b，測量他們的各種尺寸。絲杠a得長度和直徑分別為650mm和φ20mm，絲杠b得長度和直徑分別為650m和φ25mm。
5.2.3絲杠的校核
選擇完滾珠絲杠之后不能自己進(jìn)行漫無目的得安裝和使用，不然的話可能或出現(xiàn)一些難以預(yù)料的意外現(xiàn)象發(fā)生。正因如此，我們必須對滾珠絲杠進(jìn)行完全的校對和完善，才能保證機(jī)床安裝完成之后可以正常的進(jìn)行工作和運(yùn)行。完善的全部內(nèi)容有扭轉(zhuǎn)和壓曲得剛度、轉(zhuǎn)速的大小臨界值以及使用壽命等。
絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度用Ks2來表示，并通過下式進(jìn)行計算：
Ks2
上述式子中：每個扭轉(zhuǎn)作用點(diǎn)中間得距離用L來表示，對于中心絲杠軸的加工來考慮，是指從絲杠端部聯(lián)軸節(jié)處到螺母中央之間距離，也就是螺母安裝在軸上的全行程中距離聯(lián)軸節(jié)最遠(yuǎn)處的長度。
G為絲杠的剪切模量，確定數(shù)值為811*104MPa。
對于細(xì)長軸絲杠來說，有一個必然不能忽略的因素就是扭轉(zhuǎn)剛度。如果由于扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生變形的情況，所以軸向移動量會發(fā)生滯后現(xiàn)象。
絲杠的扭轉(zhuǎn)變量是由扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，通過以下式子計算得：
式中:—扭轉(zhuǎn)角（°）；
—扭矩，·；
—支撐間距離，。
扭轉(zhuǎn)變形引起的軸向移動滯后量為
=
式中，—導(dǎo)程，mm。
5.3導(dǎo)軌的選取
導(dǎo)軌這個名詞我們并不陌生，現(xiàn)實生活中我們經(jīng)常乘坐火車，支撐火車運(yùn)行的就是一種導(dǎo)軌。結(jié)合我們現(xiàn)實生活中的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用使用金屬材料或者非金屬材料制造成凹槽或者是脊背形狀的一種零部件就是導(dǎo)軌。導(dǎo)軌可以使物體進(jìn)行更加順暢的移動，減小了被移動物體和該表面接觸的接觸面積，降低了兩者之間的摩擦力。為了將機(jī)器部件等的一系列設(shè)備進(jìn)行移動或者是固定，需要用到導(dǎo)軌表面上的縱向槽或者脊。導(dǎo)軌在日常生活中還被稱為滑軌乃至是線性滑軌等。它比直線軸承能夠承受的載荷力要大得多，并且也是在一條直線上進(jìn)行運(yùn)動，還能夠抵抗一定量的工作扭矩的作用，因此可以保證移動或者測量的精度會更高。在本次設(shè)計任務(wù)要求里，導(dǎo)軌主要應(yīng)用于測量探頭的移動和計算過程。
按照導(dǎo)軌運(yùn)動的形式不同，可以將導(dǎo)軌分為直線運(yùn)動或者回轉(zhuǎn)運(yùn)動導(dǎo)軌。通過結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)以及摩擦力的性質(zhì)可以將導(dǎo)軌分成：滾動導(dǎo)軌、滑動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、動壓導(dǎo)軌、塑料導(dǎo)軌以及鑲著鋼材或者金屬的導(dǎo)軌。
為了承受中等程度的彎曲應(yīng)力，可以選用的材料HT150，可以用來制造摩擦面之間的壓強(qiáng)小于或者等于0.49MPa的鑄造件，例如機(jī)床的底座或者可以產(chǎn)生相對運(yùn)動或者會造成磨損的工件。。其相關(guān)參數(shù)如表5-2所示。
表5-2 HT150的相
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