銑床萬能分度頭設計【含CAD圖紙、說明書】
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目 錄摘要1Abstract2第一章 緒論41.1 課題研究的意義41.2國內外銑床的發(fā)展現狀及發(fā)展趨勢41.3 設計內容及目的61.4 預期6第二章 銑床簡介72.1 銑床基本概述72.2 分度頭種類82.3萬能分度頭分度方法9第三章 總體技術方案及設計要求93.1萬能分度頭結構及其布置原理圖93.2銑床及萬能分度頭參數11第四章 各級傳動副設計134.1、渦輪蝸桿傳動設計134.2交錯斜齒輪的設計154.3直齒輪設計18第五章 軸的設計205.1主軸設計215.2 其他軸的設計22第六章 軸承的設計計算236.1 軸承的選擇236.2 軸承的校核23第七章 分度頭的數控化設計247.1 概述247.2數控化分度頭優(yōu)點24總結25參考文獻26附錄:2741銑床萬能分度頭設計摘要 銑床系指主要用銑刀在工件上加工各種表面的機床。通常銑刀旋轉運動為主運動,工件和銑刀的移動為進給運動。它可以加工平面、溝槽,也可以加工各種曲面、齒輪等。銑床是用銑刀對工件進行銑削加工的機床。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外,還能加工比較復雜的型面,效率較刨床高,在機械制造和修理部門得到廣泛應用。而分度頭是銑床的主要附件之一,本次設計主要是銑床萬能分度頭結構設計。對分度頭進行結構設計,并用AutoCAD2004軟件大致畫出了上述設計的裝配圖及一些零件圖,力求更清晰直觀的表達設計。關鍵詞 分度頭 銑床 蝸輪 蝸桿 斜齒輪Universal dividing head design of the Milling machineAbstract The milling machine is mainly used machine tools, milling cutter for machining surface. Usually the cutter rotation movement movement, the work piece feed motion and cutter movement. Machining plane, groove, can also process a variety of surfaces, gear, etc. The milling machine is used in machining milling machine. In addition to milling, milling machine, spiral groove, gear and spline shaft, but also of more complex surface machining, high cutting efficiency, wide use and machinery manufacturing and repair department. But the dividing head is one of the main accessories of milling machine, the design is mainly milling machine universal dividing head structure design. The structure design of lattice transmission of dividing head, and use autoCAD2004 software to draw the general design of assembly drawing and parts diagram, to more clearly express the design intuitive.Keyword Dividing head Milling machine Worm Worm gear Helical gear第一章 緒論1.1 課題研究的意義在現代化工業(yè)生產中,無論是飛機、還是農業(yè)機械化、化工等設備以及電子工業(yè)方面的設備等,他們都需要有機械制造廠生產。從而完整的現代化機械制造工業(yè),就是用現代化的裝備武裝各個國民經濟部門的源泉。國家的制造水平,為科研單位和國防部門的獨立而迅速地發(fā)展提供保障,以免為先進技術所替代,從而也讓我們國家有了自主產權。銑床是一種用途廣泛的機床,在銑床上可以加工平面(水平面、垂直面)、溝槽(鍵槽、T形槽、燕尾槽等)、分齒零件(齒輪、花鍵軸、鏈輪、螺旋形表面(螺紋、螺旋槽)及各種曲面。此外,還可用于對回轉體表面、內孔加工及進行切斷工作等。在一般的生產體系中,銑床的加工范圍占整個機器生產的重要部分。銑床在工作時,工件裝在工作臺上或分度頭等附件上,銑刀旋轉為主運動,輔以工作臺或銑頭的進給運動,工件即可獲得所需的加工表面。而在銑削斜面、螺旋槽、齒槽等的時候,分度頭又是必不可少的輔助機構。用各種分度方法(簡單分度、復式分度、差動分度)對工件進行各種分度工作?;蛘甙压ぜ惭b成需要的角度,以便進行切削加工。萬能分度頭的使用,提高了銑床加工的精度,而這正是因為萬能分度頭的高精度以及其他特點使得分度頭成為銑床必不可少的附件,我們也就更加需要對銑床分度頭進行更多的研究、探索和改進以不斷完善它的功能。1.2國內外銑床的發(fā)展現狀及發(fā)展趨勢1.2.1國內外發(fā)展現狀從美國人E.惠特尼1818年創(chuàng)制的臥式銑床,到美國人J.R.布朗為了銑削麻花鉆頭的螺旋槽,于1862年創(chuàng)制了第一臺萬能銑床,再到1884年前后出現了龍門銑床、20世紀20年代出現的半自動銑床,銑床從的種類和性能得到了快速發(fā)展。而1950年以后,銑床在控制系統(tǒng)方面發(fā)展也得到了很快發(fā)展,數字控制的應用大大提高了銑床的自動化程度。尤其70年代后,微處理機的數字控制系統(tǒng)和自動換刀系統(tǒng)在銑床上得到應用,擴大了銑床的加工范圍,提高了加工精度與效率。隨著機械化進程不斷加劇,數控編程開始廣泛應用與于機床類操作,極大的釋放了勞動力。數控編程銑床將逐步取代現在的人工操作。對員工要求也會越來越高,當然帶來的效率也會越來越高。在國內,機械行業(yè)在新形勢下把握住了“抓創(chuàng)新、調結構、促改革”這一工作主線,從“十一五”規(guī)劃開始,有了很快發(fā)展。近年來,在有關文件的精神指導下,數控機床專項已制定了“十二五”的實施計劃?!笆濉逼陂g將以科學發(fā)展觀為主題,以轉變經濟發(fā)展方式為主線,以調整結構為切入點,工業(yè)行業(yè)最主要的是抓好產業(yè)結構調整和升級,以保持行業(yè)的長期、健康、快速發(fā)展。盡管經過多年的努力,我國的機床工具企業(yè)中,出現了一批具有國際影響力的大企業(yè)集團,但從全行業(yè)的總體來看,自主創(chuàng)新能力薄弱、基礎制造水平落后、同質化低水平重復建設嚴重、自主創(chuàng)新產品推廣應用困難等問題依然存在,而且產品質量和服務水平更有待提高,因此貫徹科學發(fā)展觀,轉變經濟增長方式,大力調整產業(yè)結構和產品結構,力爭“十二五”期間能夠取得大的突破,將是我國機床工具行業(yè)共同努力的方向和目標。我國正處于工業(yè)轉型升級的關鍵時期,目前國際機床市場也有一定好轉。在這種形勢下,戰(zhàn)略性新興產業(yè)的培養(yǎng)發(fā)展和數控機床專項“十二五”計劃的實施,為我國機床工具行業(yè)發(fā)展提供了新的機遇,也提出了更大挑戰(zhàn),只要我們充分利用國內外有利條件,牢牢把握科學發(fā)展觀這個主題,抓住轉變經濟發(fā)展方式這條主線,做好行業(yè)和企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃,加快產業(yè)結構和產品結構調整,堅持自主創(chuàng)新,堅持對外開放,大力促進改革,機床工具行業(yè)一定會再邁上一個新的臺階,在新的一年,行業(yè)面貌也會有一個新的變化。1.2.2 發(fā)展趨勢隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展,現代數控技床的應用領域日益擴大。當前數控設備正在不斷采用最新的技術成果,向著高速度化、高精度化、智能化、以及高可靠性的方向發(fā)展。重型機床的發(fā)展將呈現兩大趨勢。一方面:是技術上以加工中心或大型柔性加工單元、大型組合式復合加工機床為發(fā)展方向,以適應大型加工零件的單件小批量生產,工藝復雜,輔助時間和加工周期長的特點。另一方面:是追求精細化制造,提高裝備制造的工藝含量,體現機床的安全、環(huán)保及人性化的特點。主要體現在設計理念的更新和機床運行速度及制造工藝水平有很大的提高,另一方面是機床結構變化大,新技術的應用層出不窮。臥式銑床的結構向高速電主軸方向發(fā)展,功能附件呈高速、多軸聯動、結構型式多樣化的發(fā)展態(tài)勢,這將是今后一個時期技術發(fā)展的新趨勢。 分度頭是銑床的主要附件之一,許多零件如齒輪、離合器、花鍵軸及刀具開齒等在銑削時,都需要利用分度頭進行分度。通常在銑床上使用的分度頭有簡單分度頭、萬能分度頭、自動分度頭等。其中萬能分度頭使用的比較廣。雖然萬能分度頭能將工件安裝在卡盤、頂尖及其他裝卡附件上,用簡單分度、差動分度等方法,對工件實現任意分度,又可和銑床縱向絲桿連接進行各種螺旋加工。但是其分度精度低、分度柔度差、操縱人員的勞動強度大。而直接選用數控分度頭,準確可靠又方便。所以,數控化是不可避免的趨勢。1.3 設計內容及目的銑床萬能分度頭的設計,具體內容是設計銑床分度頭的傳動結構以及主軸結構。而其中主軸上蝸輪蝸桿傳動副直接影響到分度頭的精度,所以其結構設計是本次設計重點。分度頭的自動化同步化方面的設計,主要設計交換齒輪軸上的交錯斜齒輪的設計。由于軸上零件繁多,故軸的結構設計,安裝方法的確定也是一大重要內容。此次設計的目的就是鍛煉完善自己的機械設計能力,把大學所學的知識綜合運動到實踐中來,同時在設計過程中更加深入的了解知識,使自己具備一定的獨立設計能力,為今后走入工作崗位做好準備。1.4 預期目的 設計好的銑床萬能分度頭能滿足要求,提高銑床工作精度可靠新等。1.5完成課題的方案和主要措施1、 閱讀銑床工藝學,查閱銑床方面的相關資料,分析課題任務及要求。2、 參閱X5032機床結構自己設計萬能分度頭并和老師討論可行性。3、 去校金工實習工廠觀看學校的銑床的結構。4、 按照老師每個星期開會所布置的任務完成相應的工作,最后完成此次設計。第二章 銑床簡介2.1 銑床基本概述銑床是一種用途廣泛的機床,在銑床上可以加工水平或垂直平面;各類溝槽,如鍵槽、T形槽、燕尾槽等;分齒零件,如齒輪、花鍵軸、鏈輪;螺旋形表面,如螺紋、螺旋槽及各種曲面。此外,還可用于對回轉體表面、內孔加工及進行切斷工作等。銑床在工作時,工件裝在工作臺上或分度頭等附件上,銑刀旋轉為主運動,輔以工作臺或銑頭的進給運動,工件即可獲得所需的加工表面。由于是多刀斷續(xù)切削,因而銑床的生產率較高。簡單來說,銑床就是用銑刀對工件進行銑削加工的機床。銑床有立式銑床與臥式銑床,兩者主要是主軸布置方式的差別,除了主軸布置不同以外,工作臺可以上下升降, 立式銑床用的銑刀相對靈活一些,適用范圍較廣。銑床按布局分為升降臺銑床、龍門銑床、單柱銑床和單臂銑床、工具儀表銑床等;而按結構又可分為臺式、懸臂式、龍門式、平面式、仿形式等??刂品绞街饕蟹滦问?、程序控制式及數控銑床。2.2 分度頭種類 按其傳動、分度形式可分為蝸桿副分度頭、度盤分度頭、孔盤分度頭、槽盤分度頭、端齒盤分度頭和其它分度頭(包括電感分度頭和光柵分度頭)。按其功能可分為萬能分度頭、半萬能分度頭、等分分度頭。按其結構形式又有立臥分度頭、可傾分度頭、懸梁分度頭之分。2.3萬能分度頭分度方法2.3.1 直接分度法 當工件等分要求不高,且分度數較少時,可采用此法。分度前,扳動主軸鎖緊手柄松開主軸,扳動蝸桿脫落手柄,脫開蝸輪和蝸桿,否則轉不動分度頭主軸。分度時直接轉動分度頭主軸即可,所轉過的角度可以從固定在主軸上的刻度盤上讀出。在分度后應扳動主軸鎖緊手柄將主軸鎖緊,以防止在加工中主軸轉動。2.3.2 簡單分度法 簡單分度法是最常用的分度方法。它是用分度盤緊固螺釘將分度盤固定,拔出插銷,轉動分度手柄,帶動分度傳動軸,通過一對直齒圓柱齒輪及蝸輪、蝸桿使主軸旋轉帶動工件分度。在分度前先做,先松開主軸,使蝸輪、蝸桿嚙合。擰緊分度盤緊固螺釘緊固分度盤,避免分度盤轉動,出現分度誤差。分度后鎖緊主軸。2.3.3差動分度法簡單分度法的分度范圍有一定局限性,當遇到分度數為79、131等質數時,用40除不盡,也沒有這些孔的分度盤,這時就要用差動分度法分度,在主軸和分度盤之間需用掛輪連接起來。首先要松開分度盤,拔出插銷,轉動分度手柄,使分度傳動軸轉動,通過兩直齒圓柱齒輪使蝸桿轉動,并帶動蝸輪使主軸轉動。并在主軸尾端裝上掛輪芯軸,通過掛輪系帶動傳動軸轉動,使傳動軸前端的螺旋齒輪帶動軸套上的螺旋齒輪,才能使分度盤轉動。第三章 總體技術方案及設計要求3.1萬能分度頭結構及其布置原理圖和方案設計方案一 蝸輪蝸桿傳動 圖3-1 蝸輪蝸桿傳動簡圖方案二 絲杠螺母加齒輪齒條傳動 圖3-2 絲杠螺母加齒輪傳動簡圖方案三 錐齒輪加齒輪齒條傳動 圖3-2錐齒輪加齒輪條傳動簡圖采用方案一。如圖1 為常用的分度頭結構,主要由底座、轉動體、分度盤、主軸等組成。 圖33 萬能分度頭結構圖1分度盤緊固螺釘 2計孔板 3分度盤 4傳動軸 5蝸桿脫落手柄6主軸鎖緊手柄 7本體 8刻度盤 9主軸 10底座11分度手柄 12插銷 13油面視鏡 14定位鍵 圖34 萬能分度頭原理圖1主軸 2刻度盤3蝸桿脫落手柄 4主軸鎖緊手柄 5交換齒輪軸 6分度盤 7分度定位銷 8中間軸 9手柄 10滾花螺釘主軸可隨轉動體在垂直平面內轉動。通常在主軸前端安裝三爪卡盤或頂尖,用它來安裝工件。轉動手柄可使主軸帶動工件轉過一定角度,這稱為分度。3.2銑床及萬能分度頭參數用于銑床,屬于銑床附件中的夾具,來改變工件角度。本次設計為F11160A型萬能分度頭,分度頭主軸中心高到地面距離為160mm.銑床底部鍵槽寬度為18mm。綜合各方面因素選擇X5032型立式銑床。3.2.1 X5032型立式銑床的各項參數主軸端面至工作臺距離(mm) 45415 主軸中心線到床身垂直導軌的距離(mm) 350 主軸轉速(r.p.m)18級 301500/18級 主軸軸向移動距離(mm) 85 工作臺工作面(寬度長度)(mm) 3201325 工作臺行程縱向/橫向/垂向(手動/機動)(mm) 720/700、255/240、 370/350 工作臺進給范圍縱向/橫向/垂向(mm/min) 23.51180/23.51180/8394 工作臺快速移動速度縱向/橫向/垂向(mm/min) 2300/2300/770 T型槽槽數/槽寬/槽距(mm/)3/18/70 主電機功率(mm) 7.5 進給電機功率(kw) 1.5 外形尺寸(mm) 253018902380 機床凈重(kg) 32003.2.2 F11160的參數表3-1:中心高160主軸由水平位置向上轉動的角度95主軸由水平位置向下轉動的角度5分度手輪每轉,主軸回轉角度9游標最小示值10蝸桿副傳動比1:40主軸孔錐度MT4定位鍵寬度18主軸法蘭盤定位短錐直徑53.975分讀盤孔數第一面24,25,28,30,34,37,38,39,4,42,43第二面46,47,49,51,53,54,57,58,59,62,66變換齒輪模數2齒數2.5,30,35,40,50,55,60,70,80,90,100分度手柄一整轉主軸單個分度誤差45主軸在任意1/4圓周上的累積誤差1最大承重(kg)130凈重(kg)113毛重(kg)123箱體尺寸7105353423.2.3 分度頭工作條件及要求萬能分度頭工作功率由進給電機提供:取0=1/3萬能分度頭一般工作轉速(手動): 60r/min萬能分度頭一般工作轉速(掛輪輸入):200r/min假定使用壽命為30年,每年工作360d,每天工作16h。第四章 各級傳動副設計4.1、渦輪蝸桿傳動設計4.1.1 選擇傳動類型,精度等級和材料考慮到傳動功率不大,傳動速度較低,選用阿基米德圓柱螺桿(ZA型)傳動,精度8c GB/T10089-1988。蝸桿用20Cr,表面淬火,硬度為4550HRC;表面粗糙度 Ra1.6m。蝸輪輪緣選用ZCuSn10P1金屬摸鑄造。4.1.2 選擇蝸桿,渦輪的齒數因為各個型萬能分度頭傳動比都是i=n1n2=z2z1=40,參考機械設計手冊表23.5-3,取 Z1=1Z=ZI=140=40,變位系數暫取x=0。4.1.2 確定許用應力由機械設計齒輪傳動 表11-7和 表11-8查得蝸輪的基本許用接觸應力H=268n/mm2,蝸輪的基本許用彎曲應力。蝸輪蝸桿的應力循環(huán)次數N=60JN2L1=60153603603016=5.18107 (4-1) KHN=8107N=0.814 (4-2) KFN=9106N=0.645 (4-3)從而求得:H= KHN H =218.15nmm2 (4-4)F=220.65N/mm2 (4-5)4.1.3 按蝸輪輪齒接觸疲勞強度設計 根據鄙視蝸桿傳動的設計準則,先按齒面接觸疲勞強度進行設計,再校核彎曲疲勞強度。 1)確定載荷系數K載荷系數取K=KAKKV,查機械設計表11-5有使用系數取KA=1.15,齒向載荷分布系數取K=1,動載荷系數KV=1.05,所以,k取1.21。2)確定作用在蝸輪上的轉矩T2 暫取傳動總效率=0.45,則蝸輪軸的轉矩: T2=9550P1n2103=95500.50.455103=4.25105Nmm (4-6)3)確定彈性影響系數ZE 因選用鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配,故ZE=160MPa124)先假設蝸桿分度圓直徑和中心距比值為,從圖11-18可以查的ZE=3.15)計算中心距a a31.214.25105(1603.1256)=121mm (4-7) 取中心距a=125mm,故從表11-2中取模數m=5mm,蝸桿分度圓直徑。從圖11-18中查的接觸系數,因此以上結果可用。 4.1.4 確定傳動的主要尺寸已知 a=125 Z1=1 Z21=41 m=5 X2=0.5 =20 d1=50mmd2=200mm (4-9)蝸桿齒頂圓直徑 da1=d1+2m=50+22=60mm (4-10)蝸桿齒根圓直徑 df1=d1-2.4m=50-2.45=38mm (4-11)取55mm (4-12)蝸輪齒頂圓直徑 da2=2+2m=200+25=210mm (4-13)蝸輪外圓直 取214mm(4-14)蝸輪齒寬 (4-15)蝸輪齒頂圓弧半徑 (4-16)蝸輪齒根圓弧半徑 (4-17)蝸桿軸向齒厚 (4-18)蝸桿法向齒厚 (4-19) 導程角為= (4-20)4.1.5按蝸輪輪齒彎曲疲勞強度校核 蝸輪當量齒數 Zv2=80S =42.42 (4-22)由機械設計圖11-19查的,螺旋角影響系數Y=1!140=0.9192。代入上式:F=1.531.21429505020052.40.9192=35.1Mpa (4-23)彎曲強度滿足。4.1.6 驗算效率 (4-24)齒面滑動速度 (4-25)求傳動效率,按機械設計式(11-21) 式中 其中查表11-18用插補法取=3.07,取 =0.780.980.98=0.749 (4-26)結果比暫取值高,所以不用重算。4.1.7蝸輪蝸桿的潤滑潤滑對于蝸輪蝸桿傳動來說,具有特別的意義。因為當潤滑不良時,傳動效率將顯著降低,并且?guī)韯×业哪p和產生膠合破壞的危險,所以往往采用粘度大的礦物油進行良好的潤滑,在潤滑油中還常加入添加劑,使其提高抗膠合能力。查機械設計表11-21 采用油池潤滑,潤滑油油量為浸油深度為一個齒高。4.2交錯斜齒輪的設計4.2.1選材,熱處理方法,精度等級,齒數,初選螺旋角??紤]到萬能分度頭結構緊湊,故兩個斜齒輪均用40Cr調制處理后表面淬火;因載荷平穩(wěn),齒輪轉速不高,故選用7級精度;閉式硬齒面齒輪傳動,考慮到傳動平穩(wěn)性,齒數宜取多一些,兩斜齒輪選用齒;按硬齒面齒輪小齒輪懸臂安裝查機械設計表10-7,選齒寬系數;選螺旋角。4.2.2 按齒根彎曲疲勞強度設計由式(6.20) (4-27)4.2.3 確定公式中各參數值1) 載荷系數 試選2) 齒輪傳遞的轉矩T1=9550p1N=9.551060.50.983200=22471Nmm (4-28)3)端面重合度系數 查 圖10-26 =0.54)螺旋角影響系數 查機械設計圖10-28 5)齒形系數和應力修正系數 查表10-5得=2.97 =1.526)齒輪許用應力 應力循環(huán)次數 (4-29)彎曲疲勞壽命系數 查 圖10-18取 齒輪疲勞極限 查圖10-20 取=620MPa疲勞強度安全系數 取S=1.4代入上式 得齒輪許用應力 =372MPa (4-30)4.2.4 設計計算 1)計算齒輪的模數 (4-31)2) 計算圓周速度v (4-32)3)計算載荷系數查表10-2得;根據v=0.4515m/s、7級傳動精度,查圖10-8得 ;查表10-3斜齒輪傳動??;查 圖10-13得。則載荷系數 (4-33)4)校正并確定模數 取4.2.5 計算齒輪傳動幾何尺寸1)中心距 (4-34)2)螺旋角 (4-35)3)兩分度圓直徑=48mm (4-36) (4-37)4)齒寬 (4-38)取, 4.2.6 校核齒面接觸疲勞強度由式(10-20)得 (4-39)4.2.7 確定公式中各參數數值1) 兩斜齒輪的接觸疲勞強度極限按齒面硬度查 圖10-21得,齒輪的接觸疲勞極限2) 接觸疲勞壽命系數查 圖10-19得 3) 計算許用接觸應力取安全系數,則4) 節(jié)點區(qū)域系數查 圖10-30得節(jié)點區(qū)域系數 5)材料系數由表10-6查得材料系數 6)齒輪軸向分力 Ft=AT=936.3N4.2.8 校核計算 , (4-40)基礎疲勞強度滿足條件4.3直齒輪設計4.3.1 選擇齒輪材料,熱處理方法,精度等級,齒數及齒寬系數兩個齒輪都選用45調制剛處理,齒面硬度都為260HBS,屬軟齒面閉式傳動,載荷平穩(wěn),齒輪轉速不高,處選7級精度。又因為萬能分度頭的傳動比皆為固定傳動比1/40,取初始齒輪齒數,按軟齒面齒輪懸臂安裝,查機械設計表10-7,取齒寬系數4.3.2 按齒面接觸疲勞強度設計由式10-9a得 (4-41)4.3.3 確定公式中各參數 1)載荷系數,試選 2)齒輪轉矩 (4-42)3)材料系數 查表10-6得 4)兩個齒輪的接觸疲勞強度極限 查 圖10-21 5)應力循環(huán)次數 N1=60n1jLh=6020013036016=2.07108 (4-43)6)接觸疲勞壽命系數 查圖10-19得 7)確定許用接觸應力 4.3.4 設計計算1)齒輪分度圓 mm (4-44)2)計算圓周速度v (4-45)3)計算載荷系數K查表10-2得使用系數;根據v=0.541m/s、7級精度,查圖10-8得動載系數;查表10-4得;查表10-3則 (4-46)4)校正分度圓直徑由式10-10a得 (4-47)4.3.5 計算齒輪傳動的幾何尺寸1)計算模數 取標準模數 m=2.5mm2)兩齒輪分度圓直徑3)中心距4)齒寬bb2=dd1=0.662.5=37.5mm b1=b2+5-10=42.5mm5)齒高h 4.3.6 校核齒根彎曲疲勞強度由式(10-5a) (4-48)4.3.7 確定公式中各值的參數1) 確定齒輪彎曲疲勞強度極限查圖10-20 2) 彎曲疲勞壽命系數查圖10-18 3) 許用彎曲應力取彎曲疲勞安全系數 ,應力修正系數,得4) 確定齒形系數和應力校正系數, 查表10-5得 5)校核計算 (4-49)第五章 軸的設計5.1主軸設計5.11 主軸的設計參數(1) 確定軸所受功率和轉速由前面得知P輸入=0.75kw n=5r/min(2) 確定相關的效率蝸桿嚙合效率,8級精度 80 其他摩擦消耗 (3) 軸所受到的實際功率蝸輪軸的總效率 p=p輸入總=0.750.749=0.5617KW (5-1)(4) 確定軸的轉矩(5) T1=9550pn=95500.56175=1072.847Nmm (5-2)5.1. 2 主軸的結構設計(1)確定軸的最小直徑該軸選用45剛調質處理,查表15-3確定軸的A=112 dmin=A03pn=11230.56175=54.03mm (5-3)(2)確定各段軸的尺寸 由小端往大端有:-段的長度 應略大于三個墊片的總和 62mm-段的直徑 應略大于軸的最小直徑 -段長度 應保證蝸輪處于箱體的正中間,得= 68mm-段直徑 得-段長度 與蝸輪配合且略小于蝸輪長度64mm-段直徑 為了滿足安裝要求與前面一致 得70mm-段的長度 起定位作用所以=8mm-段的直徑 處軸肩高,且該軸肩受到一定軸向力作用h取5mm,則-段長度 為減小加工難度取65mm-段直徑 70mm-段長度 85mm-段直徑 80mm19mm 109mm-段長度 與三爪卡盤配合,滿足裝配要求mm-段直徑 取最小尺寸,取一個錐度1:20,方便定位(3)確定倒角和圓角尺寸 查手冊得取為倒角各軸肩出圓角半徑 考慮應力集中的影響,由軸端直徑手冊查得R2(4)軸上零件的選擇齒輪輪轂與軸的配合 為了保證對中良好,采用較緊的過度配合 配合為H7/n6 齒輪出的平鍵選擇 選A型普通平鍵,由查手冊,平鍵截面尺寸,鍵長56mm。5.2 其他軸的設計 同5.2的設計方法,得到:(1)掛輪輸入軸: (5-4) 鍵選擇 (2)中間軸: (5-5) 斜齒輪處鍵選擇 直齒輪處在設計時,我們取兩根軸的最小直徑為18mm第六章 軸承的設計計算6.1 軸承的選擇 根據軸承中摩擦性質的不同,可把軸承分為滑動軸承和滾動軸承兩大類。滾動軸承由于摩擦系數小、啟動阻力小,而且它已標準化,選用、潤滑、維護都很方便,因此在一般機器中應用較廣。滾動軸承具有摩擦阻力小,功率消耗少,啟動容易等優(yōu)點。滾動軸承主要承受徑向載荷,也能承受一定的軸向載荷;極限轉速較高,當量摩擦因數最?。桓咿D速時可用來承受不大的純軸向載荷;允許角偏差較小,承受沖擊能力差。適用于剛性較大的軸上。根據各軸段設計好的直徑尺寸,查機械設計手冊中圓錐滾子軸承設計標準表,主軸:直徑80mm處選擇軸承30210,直徑60mm處選用軸承30212中間軸:采用軸承30206交錯傳動軸:采用軸承302066.2 軸承的校核 首先查機械設計手冊10得:30206型軸承基本額定動載荷Cr=43.2,e=0.37,Y=1.6。30210型軸承基本額定動載荷Cr=73.2,e=0.42,Y=1.4。30212型軸承基本額定動載荷Cr=102.2,e=0.4,Y=1.5。6.2.1軸承的壽命計算30212型和30210軸承計算 1、切削力的計算 根據公式得 , 根據典型切、銑削工藝取n=1200r/min。 又 (6-1) (6-2)2、徑向力的確定 單列圓錐滾子軸承背對背組合 由分析可知: (6-3) (6-4)3、計算兩軸的派生軸向力S 查機械設計手冊得單列圓錐滾子軸承的派生軸向力計算公式為。 所以 KN (6-5) (6-6)4、計算兩軸的軸向載荷 軸承外加的軸向力。 (6-7) 所以軸承1被壓緊,軸承2被“放松”。 ; 。 (6-8)5、計算兩軸的當量載荷P 查機械設計得:載荷系數。 軸承2的當量動載荷P1: ,查機械設計手冊得 (6-9) 軸承1的當量動載荷P2: 所以查得: (6-10)6、 驗算兩軸承的壽命 正常情況下軸承是在正常溫度下工作,t120C,所以查得 圓錐滾子軸承的,所以軸承的壽命為: 軸承1 ,能工作幾十年,滿足要求。 軸承2 綜上所述,最終選定的圓錐滾子軸承為30212型號和30210型號。 30106的校核同上,經驗證皆符合要求。第七章 分度頭的數控化設計7.1 概述 手動分度頭分度精度差、分度柔性差、操作人員腦動力強度大,所以我們仍需不斷改進,而對其數控化改造正是大勢所趨。數控分度頭,準確可靠又很方便,降低勞動強度,綜合來說非常經濟。為了分度的靈活精確,可采用PLC控制7.2數控化分度頭優(yōu)點 1、分度頭速度快、幾何參數強,在同一軸上可以正反轉,提高了分度的靈活性。 2、精度高、質量穩(wěn)定可靠。 3、減輕了勞動者勞動強度。 4、與普通分度頭相比,產量能有很大提高,而且可多機同時操作。 綜合上述,數控化的分度頭值得推廣應用??偨Y本設計是在指導老師的悉心指導下完成的,一學期以來老師無微不至的關心給了我莫大的幫助,畢業(yè)設計過程中我所取成績都浸透著老師大量的心血。在本學期的畢業(yè)設計中,我學到了很多,特別是老師淵博的知識、嚴謹的治學態(tài)度深深的影響著我,這種影響不管是在學習還是生活上,必將會使我以后的人生受益終生??傮w體現在以下幾方面:一方面,增加了自己在機械方面的見識。在設計過程中,我熟悉了銑床及其一些附件的結構并對其進行分析。另一方面,回顧和總結了大學的專業(yè)知識,并使自己綜合能力得到了很大的提升。再者掌握并實踐了一個總體設計的基本過程。從查詢相關資料設計計算,從查手冊到壽命計算,從蝸輪蝸桿以及各類齒輪的設計到強度校核,設計的基本步驟和方法我都比較系統(tǒng)的去把握了。最后培養(yǎng)了自己獨立解決事情的能力。在設計過程中間,我遇到了很多問題,一直自我發(fā)現問題并盡量思考去解決問題。學會了從總體上去把握結構,然后再分析部分結構。參考文獻1 陳???,銑工工藝學.3版.中國勞動社會保障出版社,2005.2 何建民,銑工操作技術與竅門.1版.機械工業(yè)出版社,2004.3 魏川生,銑工技師培訓.1版.機械工業(yè)出版社,2004.4 貴旺生,數控銑工技能.1版.國防工業(yè)出版社,2006.5 吳宗澤,機械設計課程設計指導書.3版.北京:高等教育出版社,2006.6 陳作模,孫桓.機械原理.7版.北京:高等教育出版社,2006.7 濮良貴,紀名剛.機械設計.8版.北京:高等教育出版社,2006.8 蘇旭平,工程材料.湖南:湘潭大學出版社.2008.9 劉鴻文,材料力學. 2版.北京:高等教育出版社,2010.10黃圣杰,Pro/Engineer基礎教程.4版.北京:人民郵電出版社,1990.11黃如林,切削加工簡明實用手冊.2版.化學工業(yè)出版社,2009.12汪愷,機械設計手冊,198813王先逵.機械制造工藝學.機械工業(yè)出版社:2006. 附錄:WC / Co硬質合金劃痕試驗摘要: 兩個等級的WC / Co硬質合金,細粒度的樣品和粗粒度的樣品,使用帶有一個球形金剛石觸針對單個和多個樣品進行了劃痕試驗。變化的損傷機制增加從頭重復數分析使用SEM,FIB和三維激光共聚焦顯微鏡。一個有趣的特點是劃痕區(qū)表面的薄的摩擦層的形成,這使得在增加從頭重復變得更加明顯。摩擦系數的變化是由于筆和一個摩擦層形成的地形變化對表面劃傷引起的。關鍵詞:WC / Co硬質合金 摩擦層 磨損 摩擦系數1.引言在WC / Co硬質合金、硬質合金應用中耐磨性是很重要的,因為相結合的高硬度是在WC顆粒增強球有限矩陣給它一個高斷裂韌性基1。WC晶粒尺寸和CO含量,力學性能,他可以適合用于模具的應用范圍廣泛的要求 2。本文特別感興趣的是那些用于高磨損耐磨性應用,如拉絲模。在這類應用中,未涂覆的WC / Co表面連續(xù)他們在與研磨材料的接觸,在這種情況下,金屬正在形成,導致磨損。磨損的研究WC / Co主要是進行摩擦測試系統(tǒng)在研磨材料的已知的形狀和大小都擦對試樣的表面在一個已知的流量創(chuàng)建磨損模式類似,在實際磨損模具看到。一些研究412也表明了類似的磨損行為可以通過劃痕實驗得到。這是一個研究磨損機制的材料的磨損行為的簡單而可靠的方法。這試驗按滑動的壓頭尖端進行(通常是一個球形尖端在樣品材料的金剛石壓頭)在一個已知的負載,速度和距離。這創(chuàng)造了從無到有的軌道可以使用現代分析工具容易研究。在以前的工作 6 對WCCo硬質合金進行了幾個等級,這是發(fā)現在半徑為150微米的金剛石壓頭的低負荷,劃痕軌道上的樣品材料表明,產生塑性滑移是主要磨損機制,其次是通過個人的WC晶粒多劃痕開裂。在一個200毫米半徑的金剛石壓頭的劃傷的高負荷面積呈裂隙以及支離破碎的WC晶粒,而堆積區(qū)的滑移 4為主,6,8 。它還指出一個薄的摩擦層 4,12 上的劃傷表面形成和數量的增加更為明顯的劃痕重復。特別感興趣的是由Gee等人提出的樣品的成像方法。其中 4,5 ,摩擦層被視為光明與黑暗的交替串極表面的劃傷區(qū)域采用低加速電壓掃描電鏡。這種技術被廣泛的使用在這項研究中進一步探討這種摩擦層的形成。此外,聚焦離子束(FIB)和二次離子質譜(SIMS)分析被用來支持這些結果。它也有報道12,觀察到摩擦層含有WC晶粒的混合物分散在鈷基體中。在這種紙,它將會顯示如何摩擦層的組合物的發(fā)展在第一遍期間從它的沉積,直到它慢慢地建立僅包括WC晶粒片段重復次數增加。除了磨損損壞,它也發(fā)現在先前的研究中6 的摩擦系數增加,在第一和第二劃傷在較高從頭開始重復,重復,但高原的觀測重刑,包括所有測試的硬質合金。這個結果將被用于研究來解釋這一現象2.材料表1列出了兩個從馬歇爾的WC-Co硬質合金牌號本研究中所使用的硬質合金。一個循序漸進的拋光進行了仔細的步驟實現了鏡面拋光一個循序漸進的拋光的試樣。其次是由一個高真空退火在800度為30分鐘,以減輕任何殘余應力的樣品在拋光過程中被誘導。當時的樣本WC晶粒尺寸和重量進行掃描電鏡(SEM)和EDX分析合作內容驗證。的硬度和彈性模量也進行了測量,并總結于表1中 J.C.P. Zun egaet al. / Tribology International 54 (2012) 7786 (表一) (圖一:劃痕試驗系統(tǒng)的示意圖。)(圖.2 粒樣品(a)在1通,(二)后更高的放大倍率1通塑料滑樁區(qū)域內靠近的WC晶粒磨損軌道上塑性變形,箭頭表示晶內斷裂的WC晶粒和各界表明WC晶粒破碎,(c)在五科及格,(四)高磁顯示劃傷和相鄰的未刮開表面經過五科及格,(e)在10次傳球,及(f)更高的放大倍率,劃傷和相鄰的未刮開表面經過10次。)2.1實驗設置和程序劃痕試驗進行一個從無到有測試的系統(tǒng)采用聚晶金剛石壓頭洛氏C200毫米的刀尖半徑。恒定負載,30 N和線性位移5毫米。設備監(jiān)控瞬時施加的負荷觸控筆的筆尖的深度從表面和動摩擦系數。示意圖劃痕試驗的示意圖示于圖中1。使用單獨的壓頭1對每個樣品和劃痕,兩種樣品,進行了2,5和10重復或過濾板。該做往復運動(即多個從頭過濾板手寫筆旅行來來回回沒有提升)。每個從頭通后,壓頭成像,清潔和重新成像之前,它被用于從零開始。例如,當進行1次通過,壓頭被拍攝到一起磨屑;然后清洗非常非常精細(4000砂礫)砂紙輕輕摩擦到手寫筆尖而不斷地檢查一直在SEM下,如果碎片刪除。掃描電鏡成像然后開始下一個劃痕試驗最后一次。這種成像和清洗因此,觸控筆的筆尖的程序被重復1,2,5和10后過濾板。進行劃痕試驗的樣品進行了檢查利用共聚焦顯微鏡的拓撲結構和掃描電鏡成像給而EDX的磨損機制和信息FIB-SIMS分析進行探測更多信息產生摩擦層的表面上的劃傷。圖3 軌道細粒樣品(a)在1通,(B)1通塑料防滑WC晶粒內堆積靠近更高的放大后的圖像塑性變形區(qū)域中,箭頭表示WC晶粒和圓圈示出了壓實相鄰的WC晶粒的晶內骨折,(c)在5道次,(四)倍率顯示5張過濾板后,劃傷和相鄰表面無刮痕,(e)在10次傳球,及(f)顯示劃傷和相鄰的更高的放大倍率10次后表面無刮痕。3.結果 本研究結果討論的四個子部分涵蓋磨損破壞機制的討論上看到上形成的劃痕的摩擦層的區(qū)域;分析表面刮傷的區(qū)域;磨損測量;和摩擦行為的樣本測試。3.1磨損機制檢驗上獲得的第一個從頭開始的粗粒樣本顯示,WC晶粒的傷害是很明顯的(圖2(a)。較高的放大圖像(圖2(b)顯示,WC晶粒的斷裂(帶箭頭)是占主導地位的機械主義和局部碎裂的區(qū)域中也觀察到的WC晶粒接觸其他WC晶粒(包圍)。在以前的研究13,14上進行的計算伸縮性會話時創(chuàng)建的一個球形滑動接觸,應力是最大的圓的圓周上的接觸因此預期,最大的傷害是劃傷的區(qū)域。塑料滑移帶是很明顯的WC晶粒相鄰到劃傷地區(qū)。也有開槽沿劃痕運行。這是通過粗糙壓頭的運動可能是造成樣品的表面上,并且可能涉及到摩擦層,其形成的過程中劃傷4,5,將討論在下一個分節(jié)的更多細節(jié)。在第二階段,更碎片發(fā)生的WC晶粒片段。由于數量通過增加至5及10次(圖2(c)和(e),在WC劃痕區(qū)域上的顆粒不再是可見的,相反,它看出,表面覆蓋著一層光滑的再嵌入WC晶粒片段的Co基體中分散(圖2(d)和(f)。重新嵌入式WC晶粒的大小變細(圖2(d)與圖2(f)條)作為重復的次數接近納米級粒子的增加。與細粒樣品的圖像圖圖3(a)和(b)所示最小的WC晶粒碎片和WC晶粒骨折相比,所觀察到的損傷的粗粒樣品。硬度強烈影響磨料磨損碳化鎢/鈷硬質合金,硬度較高的細粒樣品可以解釋較低的水平上觀察到的損傷表面劃傷。 5科及格(圖3(c),摩擦層完全覆蓋了底層結構。 5道次后的高放大倍率的圖像(圖3(d)示出存在的納米尺寸的WC晶粒的片段,變得難以辨認后10次(圖3(e)和(f)。附近的碎片累計堆起來的區(qū)域是發(fā)現含有重新沉積物,這些沉積物有限合作WC晶粒碎片分散到矩陣(圖2(D),(F)和第3(D),(f)條)。 圖4 上粗細粒度的的樣品的軌道上(一個)10 kV的加速的電壓1張過濾板,(B)為0.5 kV后的加速電壓1張過濾板:,(C)10 kV的加速voltageafter5張過濾板,及(d)0.5 kV的加速電壓經過10張過濾板圖5 軌道細粒樣品(一)10千伏加速電壓1通及(b)1通后使用加速電壓為0.5 V。3.2形成摩擦層摩擦層的粗、細晶粒樣品已被詳細研究。使用的技術介紹由先前的研究中4,5使用一個較低的加速電壓在SEM 500 V,摩擦層是可見的,即使是在第一遍的粗粒樣本。圖圖4(a)及(b)比較不同的功能,進行觀察。在第一階段中的摩擦層圖圖4(b)表示的劃傷的表面,該表面的凹凸表現上看到這個抹上層間斷。為例如,功能為A,B,C,D,E,F圖。圖4(a)為與晶粒A,B,C,D,E,F在圖的邊緣。圖4(b)。作為傳球次數的增加,更多的WC晶粒重新嵌入和Co基體變得明顯(圖4(c)及(d)。在第一遍的罰款,摩擦層當時也在場用更少的可辨的WC晶粒度的樣品(圖5(a)和(b),但功能呈現。晶粒細化版樣品具有較高的鈷含量這種觀察可以歸因于較低的鄰接樣品。由于通過次數增加至5及10通行證,摩擦層覆蓋的表面的劃傷的表面的類似的觀察與粗粒樣本。這種摩擦層進一步分析使用FIB-SIMS發(fā)現富含有限公司,鈷含量的比較劃傷區(qū)域和未刮開區(qū)(圖6)顯示出鈷含量劃傷區(qū)域的顯著增加。這也是指出,這是比較難磨(例如,更多的時間是所需的軋機相同的深度)的表面的劃傷層相比未刮開區(qū)域的表面表明壓實致密的摩擦層。的FIB圖像圖。 7示出的橫截面的摩擦層10經過后揭示了摩擦層是由分散的納米尺寸的WC晶粒的Co基體中嵌入放在頂部大頭的材料。此外,可見的損壞,被限制在1 WC晶粒沿晶斷裂和深和表現分層共同矩陣和WC晶粒之間。嚴重也觀察到WC晶粒晶內骨折相鄰的摩擦層上相鄰的WC晶粒上另一個WC晶粒圖6 FIB-SIMS粗粒樣品10次(后區(qū)分析100毫米? 100毫米)比較合作深度剖面上的表面無刮痕,A和劃傷表面,B.
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