大型數(shù)控套筒回轉(zhuǎn)式尾座設(shè)計【含9張CAD圖】
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充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙I大型數(shù)控套筒回轉(zhuǎn)式尾座設(shè)計摘 要本文主要目的是進行大型數(shù)控套筒回轉(zhuǎn)式尾座的設(shè)計。大型數(shù)控套筒回轉(zhuǎn)式尾座具有芯軸隨工件回轉(zhuǎn)、壓力表顯示壓力、手動換檔齒輪變速的功能。本文設(shè)計并介紹尾座的大致工作方式，手動換擋齒輪變速的安裝過程以及對尾座的受力情況進行分析和強度及穩(wěn)定性的校核。對普通圓柱蝸桿傳動承載能力的計算包括蝸桿傳動的受力分析，蝸輪齒面接觸疲勞強度計算，蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算，蝸桿的剛度計算以及蝸桿傳動的精度等級的選擇；直齒錐齒輪傳動的強度計算包括輪齒的受力分析，對齒根彎曲疲勞強度計算以及按照齒面接觸疲勞強度計算；軸的計算包括軸的強度校核計算和軸的剛度校核計算。分析設(shè)計過程，并作出總結(jié)和改進方式。根據(jù)設(shè)計方案,利用cad 繪制總裝配圖以及部分主要零件圖，利用 solidworks 軟件繪制尾座結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：尾座；手動換擋；機械設(shè)計 充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙IIAbstractThe main purpose of this paper is to design a large numerical control sleeve rotary tailstock. Large numerical control sleeve rotary tailstock has the function of rotating the core shaft with the workpiece, the pressure gauge shows pressure, and the gear shifting gear which is changed manually. This paper designs and introduces the general working mode of the tail seat, the installation process of the gear shift gear shift, and the analysis and the strength and stability of the rear seat. Ordinary cylindrical worm drive bearing capacity calculation including the worm drive force analysis, the worm gear tooth surface contact fatigue strength calculation, the worm gear tooth root bending fatigue strength calculation, the calculation of the rigidity for the worm and worm drive the accuracy grade of choice. The strength calculation of the bevel gear transmission includes the force analysis of the gear teeth, the calculation of the fatigue strength of the tooth root and the fatigue strength of the tooth surface. The calculation of the shaft includes the strength of the shaft and the calculation of the rigidity of the shaft. Analyzing design process and making summary and improvement. According to the design scheme, the general assembly drawing and some main parts drawings are drawn by CAD, and the tail-seat structure is drawn with Solidworks software.Key Words：The tailstock; Manual shift; Mechanical design充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙III目錄摘 要 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????IAbstract??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????II1 緒 論 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 1 -1.1 課題研究的目的與意義 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 1 -1.2 相關(guān)課題國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ??????????????????????????????????????????????????????- 1 -2 總體方案 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 3 -2.1 工作方式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 3 -2.2 手動換擋齒輪變速的安裝過程 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????- 4 -2.2.1 安裝步驟 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 4 -2.2.2 注意事項 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 4 -2.3 具體裝配過程 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 4 -3 尾座的受力情況分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 5 -3.1 普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算 ???????????????????????????????????????????????????????????????- 5 -3.1.1 蝸桿傳動的受力分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 5 -3.1.2 蝸輪齒面接觸疲勞強度計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????- 6 -3.1.3 蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????- 6 -3.1.4 蝸桿的剛度計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 6 -3.1.5 蝸桿傳動的精度等級的選擇 ??????????????????????????????????????????????????????????????- 7 -4 直齒錐齒輪傳動的強度計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 7 -4.1 直齒錐齒輪傳動的強度計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 7 -4.1.1 設(shè)計參數(shù) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 7 -4.1.2 輪齒的受力分析 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 7 -4.1.3 按齒根彎曲疲勞強度計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????- 8 -4.1.4 按齒面接觸疲勞強度計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????- 10 -5 軸的計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 12 -5.1 軸的強度校核計算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 12 -5.2 軸的剛度校核計算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 13 -5.2.1 軸的扭矩剛度校核計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????- 13 -6 設(shè)計并繪制總裝圖及部分零件圖 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 14 -6.1 尾座的零件圖 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 14 -6.2 尾座的裝配圖 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 15 -7 結(jié)論 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 17 -充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙IV參考文獻 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 18 -附錄 Ⅰ外文翻譯 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????- 19 -充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 1 -1 緒 論1.1 課題研究的目的與意義設(shè)計目的：在對專用機床進行分析后，設(shè)計出符合要求的尾座；檢查學習課程的相關(guān)理論以及基本技能；鍛煉自己將理論實際相結(jié)合的能力，從而養(yǎng)成良好的學習習慣。設(shè)計的主要意義：通過一段時間的學習與設(shè)計，進而學習設(shè)計尾座的一般過程，鞏固學習相關(guān)的理論知識并將其加以運用，將理論聯(lián)系實際工作中，加深學習印象；學會熟練的運用有關(guān)技術(shù)及資料，如《機械設(shè)計》等書本及其他有關(guān)規(guī)范等；學習掌握基本的設(shè)計流程與方法，為未來進入社會工作和研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。 1.2 相關(guān)課題國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢重工業(yè)尤其是其中的裝備工業(yè)的發(fā)展水平?jīng)Q定著一個國家的綜合國力和國民經(jīng)濟發(fā)展水平。數(shù)控技術(shù)是當今先進制造技術(shù)和裝備的核心技術(shù)。在現(xiàn)代工業(yè)、制造業(yè)尤其是高精尖領(lǐng)域，數(shù)控技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。我國在數(shù)控機床尾座研究領(lǐng)域起步較晚，目前還處于落后水平，各工業(yè)發(fā)達國家也將數(shù)控技術(shù)視為國家的戰(zhàn)略物資，甚至對工業(yè)欠發(fā)達國家實施信息屏蔽和技術(shù)封鎖，所以技術(shù)的進步還需要我們持續(xù)的努力才能實現(xiàn)對發(fā)達國家的反超，甚至領(lǐng)先。在傳統(tǒng)的加工中,尾座的每一個動作的實現(xiàn)都是靠操作者手動來完成的,而對于不同的操作者以及不同的操作方式對加工結(jié)果都是有很大誤差的, 改造數(shù)控機床也不例外。也就是說這樣完全靠手動尾座的加工方式, 在很大程度上受到主觀因素的影響, 這不僅使得勞動強度增大, 還大大降低了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量; 在實際加工中,鉆孔、鏜孔等工序一般來說并不都是獨立存在的, 它經(jīng)常是穿插在別的工序之間, 所以操作者往往需要在加工過程中不斷的裝夾、拆卸刀具,甚至是考慮需要多次裝夾的方式, 這不但大大降低了生產(chǎn)效率,增加了生產(chǎn)周期,還使得操作者的安全得不到很好的保障。這無疑使改造數(shù)控機床的自動化程度大打折扣, 如能改變現(xiàn)有改造數(shù)控機床尾座的手動操作方式,使其能實現(xiàn)“自動化”,這將是對改造數(shù)控機床的一大完善, 也將會大大提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，也必將是車床尾座未來的發(fā)展趨勢，此外，車床尾座的發(fā)展趨勢還有：①車床尾座的高精度化尾座是重型數(shù)控機床的重要部件，起到夾緊、定位工件的作用，對機床的加工精度及穩(wěn)定性影響很大。②車床尾座的自動化充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 2 -車床尾座自動化的實現(xiàn)不僅降低了加工難度, 而且使得加工產(chǎn)品的種類得到很大的豐富。③車床尾座的智能化隨著電子信息等高科技技術(shù)的發(fā)展，車床尾座的智能化趨勢也是在所難免的。在這樣的背景下，我的課題選擇大型數(shù)控套筒回轉(zhuǎn)式尾座結(jié)構(gòu)的設(shè)計，用以提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人勞動強度及降低企業(yè)成本。此外，爭取在完成課題之余，能夠了解國內(nèi)外機床行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，增強對民族機床產(chǎn)業(yè)的感性認識。充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 3 -2 總體方案2.1 工作方式圖 2.1 零件結(jié)構(gòu)示意圖圖 2.1 所示零件結(jié)構(gòu)圖為主要運行方式。當轉(zhuǎn)動手柄時，促使軸的轉(zhuǎn)動，并使其帶動蝸桿的轉(zhuǎn)動，蝸桿的轉(zhuǎn)動進而帶動斜齒輪的轉(zhuǎn)動，斜齒輪的轉(zhuǎn)動又帶動滑移齒輪的轉(zhuǎn)動，從而保證尾座主軸的低速移動，使得低速傳動比為 18:1；另一方面，軸的轉(zhuǎn)動帶動圓錐齒輪 1 的轉(zhuǎn)動，圓錐齒輪 1 的傳動又帶動圓錐齒輪 2 的轉(zhuǎn)動，而圓錐齒輪 2的轉(zhuǎn)動又帶動結(jié)合子齒輪的轉(zhuǎn)動,從而保證尾座主軸高速移動，使得高速傳動比為1:1。充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 4 -圖 2.2 流程圖2.2 手動換擋齒輪變速的安裝過程2.2.1 安裝步驟（1）首先安裝套筒，進而緩緩旋進絲杠，然后擰緊螺母使其固定。 （2）安裝好后端蓋后，繼而安裝手柄，使用大螺母將其擰緊固定。（3）將尾座的鎖緊塊以及鎖緊螺釘擰緊。注：注意上有軸承內(nèi)圈2.2.2 注意事項（1）裝配時所有零件必須清洗干凈，擦拭后在傳動部件上涂上潤滑脂。（2）按照正確的順序以及步驟進行裝配。（3）安裝好之后進行簡易操作看看是否好使。（4）如果檢查不能正常使用，逐一分析故障并排除故障。（5）裝配時確保楔鐵、絲杠、螺母的間隙一定要適當，保證正常運轉(zhuǎn)。2.3 具體裝配過程（1）如下圖 2.1 所示，按照從右往左的順序進行安裝。首先在右側(cè)安裝型號較大的深溝球軸承，并使用一個隔套將其固定。然后再安裝另外一個小尺寸的深溝球軸承，并使用隔套進行固定，繼而安裝斜齒輪，并加上隔套將其固定。在下側(cè)繼續(xù)安裝另一個小尺寸的深溝球軸承，并安裝隔套將其固定。安裝鍵用于實現(xiàn)軸上零件的軸向固定，在安裝花鍵之后繼續(xù)安裝結(jié)合子齒輪，使用擋圈緊固齒輪，最后在左側(cè)安裝深溝球軸承。充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 5 -圖 2.1（2）如下圖 2.2 所示，首先使用按設(shè)計要求制成的軸，按照從左到右的順序進行安裝。首先安裝蝸桿，并使用銷將蝸桿固定，避免其軸向滑動。然后再安裝鍵，使得在安裝圓錐齒輪時能夠使其軸向固定。然后先安裝一個推力球軸承，再安裝法蘭盤，并安裝另一推力球軸承，并使用隔套將其固定。安裝鍵之后安裝大手輪，為使其周向固定。最后使用大螺母擰緊固定，防止手輪滑脫。圖 2.2充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 6 -3 尾座的受力情況分析3.1 普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算3.1.1 蝸桿傳動的受力分析排除摩擦力的影響，各力的大小可按下列各式計算，各力的單位均為 N。首先，假設(shè)我們對手柄使用的力為 100N，手動轉(zhuǎn)速為 n=0.2r/s=12r/min,則功率P=Fv=100×0.4??=125.66??如此得到轉(zhuǎn)矩,??1=9550???? =9550×0.125712 =100.04???????則可以計算得到蝸桿的圓周力以及蝸輪的軸向力為，????1=????2=2??1??1=2×100.040.06=3334.67??由于蝸輪蝸桿的傳動比為 1.6，得到蝸輪的轉(zhuǎn)矩為 。??2=160.06???????計算得到蝸桿的軸向力以及蝸輪的圓周力為,????1=????2=2??2??2=2×160.060.096=3334.54??取 ，則得到??=20o。????1=????2=????2tan??=3334.54×0.36=1200.44??3.1.2 蝸輪齒面接觸疲勞強度計算接觸應(yīng)力表示為 ，其單位為 MPa，計算公式為????????=?????????????0??∑計算公式中， 為嚙合齒面上的法向載荷，單位為 N， 是接觸線的總長，單位???? ??0為 mm，K 表示載荷系數(shù)，當鑄鐵蝸輪和鋼蝸桿配對的時候， =160 。???? ??????12充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 7 -蝸輪齒面接觸疲勞強度的驗算公式為????=480????2??1??2??22≤[????]運算公式中， 表示載荷系數(shù)， ,式中 表示使用系數(shù)，查詢表后得?? ??=?????????????? ????到其值為 1， 表示齒向載荷分布系數(shù)，查詢表后取得值為 1， 表示動載系數(shù)查詢???? ????表后取得值為 1，則計算得 K=1。由于目前尚無完善的膠合強度計算公式，故采用接觸強度計算是一種條件性計算,蝸桿傳動的承載能力主要取決于齒面膠合強度，由于膠合不屬于疲勞失效， 的值[????]與應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 無關(guān) [18]，直接通過查詢得到許用接觸應(yīng)力 的值為 202MPa，則[????]????=480 1×160.060.06×100×160=196??????≤202??????所以蝸輪齒面的強度滿足接觸疲勞強度的條件。3.1.3 蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算鑒于蝸輪輪齒的齒形非常復雜，因此難以準確計算齒根的彎曲應(yīng)力，所以通過把蝸輪相似地看做斜齒圓柱齒輪來進行計算，????=1.53????2??1??2????????2????=1.53×1×160.060.06×0.096×10×2.2×0.86≤[????]計算公式中， 表示蝸輪的齒根彎曲應(yīng)力，單位為 MPa， 表示蝸輪齒形的系???? ??????2數(shù)。3.1.4 蝸桿的剛度計算蝸桿受力后如果產(chǎn)生較大的形變，可能會使輪齒上的載荷變得集中，并且致使蝸桿與蝸輪無法精準嚙合，所以進行蝸桿的剛度校核時，主要針對蝸桿的彎曲剛度進行校核。把蝸桿的螺旋部分看成是以蝸桿的齒根圓直徑為直徑的軸段 [18]，它的最大撓度為 y，它的單位是 mm?？梢园凑障铝械氖阶舆M行近似計算，它的剛度條件是y=??2??1+??2??148??????'3= 3334.672+1200.44248×145000×306796.16×86.43=1.07×10-3≤[??]3.1.5 蝸桿傳動的精度等級的選擇一般普通圓柱蝸桿傳動的精度應(yīng)用最多的為 6 9 級，6 級精度的傳動可用于中等~精度機床的分度機構(gòu)、發(fā)動機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳動以及武器讀數(shù)裝置的精密傳動，他允許的蝸輪圓周速度 ，7 級精度常用于運輸和一般工業(yè)中的中等速度??2>5??/??充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 8 -（v2<7.5m/s）的動力傳動，8 級精度常用于每晝夜只有短時工作的次要的速度（v2≤3m/s ）傳動 [18]。 因此，設(shè)計時選擇 6 級精度作為蝸桿傳動的精度。4 直齒錐齒輪傳動的強度計算4.1 直齒錐齒輪傳動的強度計算錐齒輪用于傳遞相交軸或相錯軸之間的運動。錐齒輪分為直齒、斜齒和曲線齒。設(shè)計時使用軸線相交且軸交角 的直齒錐齒輪。∑=90°4.1.1 設(shè)計參數(shù)直齒錐齒輪大端和小端的幾何尺寸和模數(shù)不同，國家標準中，規(guī)定以大端參數(shù)為標準值 [18]，分錐角和錐距用下式計算：cot??1=tan??2=??2??1=??=6772??=(??12)2+(??22)2=??1??2+12 =(672)2+(722)2=49.18在計算強度時，國家標準規(guī)定以齒寬中點處的當量齒輪作為計算模型，為此，需要建立大端與齒寬中點、齒寬中點與該處當量齒輪的幾何參數(shù)之間的關(guān)系 [18]。????1=??1(1?0.5????)=72×(1?0.5×0.3)=61在計算公式中，用腳標 m 來表示齒寬的中點，用腳標 v 來表示當量齒輪，表示直齒錐齒輪傳動的齒寬系數(shù)，取 。????=???? ????=0.34.1.2 輪齒的受力分析和圓柱齒輪的受力分析相類似，將名義法向載荷 在小齒輪平均分度圓處分解為????圓周力 、徑向力 及軸向力 ，然后再按照力平衡條件和各力之間的幾何關(guān)系進????1 ????1 ????1行計算 [18]先計算小齒輪的轉(zhuǎn)矩，??1=9.55×106????1 =9.55×106×0.01512 =11937.5???????????1=2??1????1=2×11937.561 =391.39??????1=????1tan??cos??1=391.39×tan30×cos48=151.20??充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 9 -????1=????1tan??sin??1=391.39×tan30×sin48=167.93??4.1.3 按齒根彎曲疲勞強度計算將錐齒輪的齒寬，其中點處的幾何參數(shù)代入公式，并考慮直齒錐齒輪傳動一般用于不重要的場合，其精度較低，取 ，經(jīng)過整理后，得出齒根彎曲疲勞強度條件????=1式 [18]，????= ??????1????????????????(1?0.5????)2??3??21??2+1≤[????]經(jīng)變換，可得設(shè)計計算公式m≥3 ??????1????(1?0.5????)2??21??2+1?(????????????[????] )運算公式中，各個符號的單位以及含義都和直齒輪的要求相似， 、[ ]的單位都是???? ????兆帕,m 的單位為毫米。試選 ，計算 ,????=1.3????????????[????]由分錐角 和 ，??1=arctan(1??)=arctan(7267)=47.06??2=90°-47.06o=42.94°計算得到當量齒數(shù) , ,????1=??1cos??1= 32cos47.06=46.97????2=??2cos??2= 30cos42.94=40.98查取圖形得到齒形系數(shù) 、 。??????1=2.36??????2=2.4查取圖像得到應(yīng)力修正系數(shù) 、 。??????1=1.69??????2=1.67小齒輪的齒根彎曲疲勞極限為 ，??????????1=500??????大齒輪的齒根彎曲疲勞極限為 。??????????2=380??????又通過查取圖像得到彎曲疲勞壽命系數(shù)為 、 。??????1=0.92??????2=0.91取得彎曲疲勞安全系數(shù)為 S=1.7，則[????]1=??????1??????????1?? =0.92×5001.8 ??????=255.56??????[????]2=??????2??????????2?? =0.91×3801.8 ??????=192.11????????????1??????1[????]1 =2.36×1.69255.56=0.0156??????2??????2[????]2 =2.4×1.67192.11=0.0208由于大齒輪的 計算得到的值大于小齒輪的 計算得到的值，所以取????????????[????] ????????????[????]充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 10 -????????????[????] =??????2??????2[????]2 =0.0208試算模數(shù)m??≥3 ????????1????(1?0.5????)2??21??2+1?(????????????[????] )=3 1.3×11937.50.3×(1?0.5×0.3)2×322×(67/72)2+1×0.0208????=1.021????計算圓周速度 v ??1=????1=1.021×32????=32.672????????1=??1(1?0.5????)=32.672×(1?0.5×0.3)????=27.77????????=??×27.77×1260×100??/??=0.17??/??計算齒形寬度??=??????1??2+12 =0.3×32.672(67/72)2+12 ????=6.69????計算實際載荷系數(shù) ????根據(jù)速度 v=0.17m/s,精度等級為 8 級，查詢圖表得到動載系數(shù)的值 。????=1.08由于直齒錐齒輪的精度等級較低，所以取齒間的載荷分配系數(shù) 。??????=1則計算載荷系數(shù)為 ????=????????????????????=1×1.08×1×1.320=1.426計算按照 得到的齒輪模數(shù)為??????=????3??????????=1.021×31.4261.3=1.053????按照計算得到的模數(shù)，選擇標準模數(shù) m=1mm,按照計算得到的分度圓直徑,算得小齒輪齒數(shù)??1=61.60??????1=??1??=61.601 =61.60取 ,則計算得到大齒輪齒數(shù)??1=62??2=????1=6772×62=57.7為了使得大齒輪的齒數(shù)和小齒輪的齒數(shù)互質(zhì)，取 。??2=57幾何尺寸計算，分度圓直徑充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 11 -??1=??1??=62×1????=62??????2=??2??=57×1????=57????計算分錐角??1=tan?1(1??)=tan?1(6257)=47o24'36''??2=90°?47o24'36''=42°35'24''齒輪寬度b=??????1??2+12 =0.3×60×(57/62)2+12 ????=13.58????分別取 ??1=??2=13.58????故主要設(shè)計結(jié)論為 、 ，模數(shù) m=1mm，壓力角 ，變位系數(shù)??1=62??2=57 ??=20o、 ,分錐角 = 、 ，齒寬 。??1=0 ??2=0 ??147o24'36''??2=42°35'24''??1=??2=13.58????4.1.4 按齒面接觸疲勞強度計算將直齒錐齒輪齒寬中點處的當量齒輪的幾何參數(shù)代入式子，考慮到直齒錐齒輪的精度較低，取重合度系數(shù) [18] ，經(jīng)過整理后得到接觸疲勞強度的條件式為????=1????= 4??????1????(1?0.5????)2??31??????????≤[????]經(jīng)變換，可得設(shè)計計算公式為??1≥3 4??????1????(1?0.5????)2???(????????[????])2運算公式中，各個符號的單位以及含義都和直齒輪的要求相似； 和[ ]的單位???? ????都是兆帕， 的單位是毫米。??1試選 ，通過計算得到 ，由表 4-1 查的材料的彈性影????=1.3 ??1=11937.5???????響系數(shù) 。????=189.8??????12表 4-1 彈性影響系數(shù) Z_E配對齒輪材料灰鑄鐵 球墨鑄鐵 鑄鋼 鍛鋼 夾布塑料彈性模量 E/MPa齒輪材料11.8×104 17.3×104 20.2×104 20.6×104 0.785×104鍛鋼 162.0 181.4 188.9 189.8 56.4鑄鋼 161.4 180.5 188— —充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 12 -通過查取圖表得到小齒輪的接觸疲勞極限為 ，大齒輪的接觸疲勞??????????1=600??????極限為 , 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為??????????2=550????????1=60??1?????=60×12×1×(2×8×300×15)=5.184×107??2=??1??=5.184×107÷6772=5.57×107通過查圖得到他們的接觸疲勞強度系數(shù)分別為 , 。??????1=0.98??????2=0.99計算接觸疲勞許用應(yīng)力，[????]1=??????1??????????1?? =0.98×6001 =588??????[????]2=??????2??????????2?? =0.99×5501 =544.5??????選擇 及 中的小數(shù)值做其齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即[????]1 [????]2[????]=[????]2=544.5??????則小齒輪的分度圓直徑為??1≥3 4??????1????(1?0.5????)2???(????????[????])2=3 4×1.3×11937.50.3×(1-0.5×0.3)2×6772×(2.5×189.8544.5)2????=61.60????球墨鑄鐵 156.6 173.9灰鑄鐵 143.7 ——充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 13 -5 軸的計算5.1 軸的強度校核計算根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，對軸的強度進行校核計算。選用合適的許用應(yīng)力，并選擇相應(yīng)的計算方式。對于主要承受扭矩的傳動軸，按照扭轉(zhuǎn)強度條件計算。軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為????= ??????≈9550000????0.2??3 ≤[????]軸只受扭矩作用，且為實心軸，故其直徑為d≥??03????運算公式中， ??0=395500000.2[????]表 5-1 軸常用幾種材料的[ ]及 值???? ??0當軸的材料取 Q235A 時，取許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力[ ]=20MPa????則 =133??0=395500000.2[????]軸的轉(zhuǎn)速取n=0.2r/s=12r/min軸傳遞的功率 ??=????=??????=100????0.4??=125.66??=0.12566????故得到=133d≥??03???? ?30.1256612=29.10????作為承受扭矩作用的軸段的最小直徑。充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 14 -5.2 軸的剛度校核計算5.2.1 軸的扭矩剛度校核計算軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角 來表示 [18]。圓軸扭轉(zhuǎn)角 [單位為（ ）]的?? ?? °/??計算公式為光軸??=5.73?104????????轉(zhuǎn)矩,??=9.55×106???? =9.55×106×0.1256612 =100004.42???????對于鋼材， ,??=8.1×104??????軸截面的極慣性矩(對于圓軸)????=????432=??×29.10432 =70399.87????4故??=5.73?104????????=5.73?104 100004.428.1×104×70399.87=1故 ,滿足軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件。??≤[??]充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 15 -6設(shè)計并繪制總裝圖及部分零件圖6.1 尾座的零件圖根據(jù)設(shè)計的各個零件的結(jié)構(gòu)如下圖所示（1）蝸桿圖 6.1 蝸桿零件圖此處為設(shè)計的蝸桿零件，軸的傳動帶動蝸桿的轉(zhuǎn)動繼而帶動斜齒輪的轉(zhuǎn)動。設(shè)計模數(shù) m=3，頭數(shù) Z=2，齒形角 ,螺旋方向為右，導程角 ,導程????=20o ??=6°42'35",精度等級為 8 級。????=18.718（2）斜齒輪如圖 6.2 所示為設(shè)計的斜齒輪零件，用來配合蝸桿的傳動。設(shè)計模數(shù) m=3，齒數(shù)Z=36，齒形角 ，變位系數(shù) x=0，跨齒數(shù) K=4，中心距 a=96，精度等級為 8 級。????=20o充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 16 -圖 6.2 斜齒輪零件圖（3）軸圖 6.3 軸的零件圖如圖 6.3 所示為軸的零件示意圖，軸的轉(zhuǎn)動帶動蝸桿的轉(zhuǎn)動，繼而帶動尾座結(jié)構(gòu)的運轉(zhuǎn)。設(shè)計總長為 355mm，剖面 A-A 的表面粗糙度為 3.2，剖面 B-B 的表面粗糙度為6.3。技術(shù)要求為調(diào)質(zhì)處理 HB220~260。6.2 尾座的裝配圖充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 17 -圖 6.4 尾座的總裝配圖1-滑塊； 2-銷； 3-撥叉；4-手柄軸；5-定位墊圈；6- 手柄座；7- 手柄桿；8-擋圈；9-法蘭盤；10- 隔套；11- 鍵； 12-螺釘；13- 推力球軸承； 14-密封圈；15-推力球軸承；16-圓錐齒輪；17-蝸桿；18- 銷； 19-蝸桿軸；20- 深溝球軸承；21-擋圈；22-接合子齒輪；23-鍵； 24-斜齒輪； 25-隔套；26- 深溝球軸承；33- 齒輪；35-圓錐齒輪 充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 18 -7 結(jié)論本文主要對大型數(shù)控套筒回轉(zhuǎn)式尾座進行設(shè)計，通過對任務(wù)書的分析，明確了設(shè)計步驟與思路。首先確定總體方案，設(shè)計了手動換擋變速齒輪機構(gòu)，并且講述了尾座裝配過程。通過設(shè)計數(shù)據(jù)對尾座進行受力分析 ，完成部分主要零件的穩(wěn)定性的校核。在此過程中，選取尾座機構(gòu)運用 solidworks 軟件進行三維圖的繪制。在此過程中，也遇到了很多的問題與困難，可能對部分零件的分析不夠，就會對整體的設(shè)計導致缺陷，希望能夠再進一步的分析與設(shè)計中得到更好的方案，去能夠滿足現(xiàn)在的設(shè)計要求。充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 19 -參考文獻[1]李斌，李曦。數(shù)控技術(shù) (第一版) [M].武漢：華中科技大學出版社，2010.4[2]陳健.機床尾座自動化的實現(xiàn)[J].科技資訊,2008[3]魯墨武，魏樹先，張波.基于 ANSYS 的數(shù)控車床尾座箱體分析及優(yōu)化[J].機械工程師，2016.1[4]吳連連，黃愛華。淺談我國數(shù)控機床的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].機械管理開發(fā)，2013.6[5]劉青.數(shù)控機床的技術(shù)特點及發(fā)展趨勢研究[J].湖北函授大學學報，2014[6]韓昊崢.數(shù)控機床關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2017.1[7]王凱，王耀銳，李猛.我國數(shù)控機床現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].科技視界，2014.8[8]劉世豪，趙偉良。大型復合數(shù)控機床的研發(fā)現(xiàn)狀與前景展望[J].制造技術(shù)與機床，2017.6[9]李進冬,王國玉.基于模塊化的車床尾座設(shè)計[J].機械工程師,2015(05):185-186.[10]王媛媛,李偉鋒.一種斜床身數(shù)控機床尾座防傾覆機構(gòu)[J].機械工程師,2017(07):123.[11]劉鵬博。重型數(shù)控臥車尾座套筒關(guān)鍵工藝[J].金屬加工（冷加工），2013.4[12]張金瑞.淺談數(shù)控機床發(fā)展[J].技術(shù)與市場，2015.8[13]李相儒.國產(chǎn)數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀研究[J].湖南農(nóng)機，2014.2[14]運同樹，王福利。液壓缸在機床尾座體中的應(yīng)用[J]流體傳動與控制，2013.1[15]王純賢,章彬,甘恩榮,胡勝來,尹建賀.液壓尾座的改進設(shè)計[J].機械工程師,2013(08):23-25[16]張曙，衛(wèi)美紅，張炳生。堅持自主創(chuàng)新發(fā)展專用數(shù)控機床－機床產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級途徑之八[J].制造技術(shù)與機床，2010.7[17]魏傳良,張希芳.數(shù)控車床尾座的改進設(shè)計與分析[J].科技資訊,2011(14):128.[18]濮良貴，陳國定，吳立言.機械設(shè)計[M].第九版.北京：高等教育出版社，2013[19]Guo Yan Sun,Jian Hua Zhang,Hao Yang,Gang Li. 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Advanced Materials Research,2012,1649(461).充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 20 -附錄 Ⅰ外文翻譯數(shù)控車床尾架機構(gòu)的特性分析與優(yōu)化摘要：數(shù)控車床尾架的特點對數(shù)控機床的加工精度有很大的影響。利用Solidworks 軟件建立了車尾體實體模型，然后將其導入到工作臺軟件中進行有限元分析，得出其動態(tài)和靜態(tài)特性。根據(jù)對拓撲優(yōu)化的分析結(jié)果。經(jīng)過優(yōu)化后，尾料機構(gòu)不僅能滿足機床的要求，質(zhì)量也可降低 5%。在節(jié)省材料的同時也可以減少運動慣性，提高加工精度。關(guān)鍵詞:尾座體;靜力學分析;模態(tài)分析;拓撲優(yōu)化;工作臺;一、說明尾架是數(shù)控車床的重要組成部分，在定位和夾緊工件方面起著重要的作用。它的靜態(tài)和動態(tài)特性直接影響加工精度和穩(wěn)定性。重型數(shù)控車床加工不同零件時，尾料需要往復運動完成夾緊、定位工件的工作。因此，這就要求尾礦重量更輕，盡可能增加組織的靈活性。本文以 HTC100 數(shù)控車床尾箱箱體為例，通過建立一個精確的物理模型，利用 ANSYS Workbench 軟件完成有限元分析及其拓撲優(yōu)化，得到了較好的結(jié)構(gòu)。為尾礦庫的合理設(shè)計提供了可行的參考。二、有限元模型圖 1 (a)是關(guān)于 HTC100 數(shù)控車床尾架車身結(jié)構(gòu)，由上、下柜組成的圖 1 (b)， (c)所示。尾架的底部通過滑軌和螺栓固定在床上。圖 1 (a) 尾箱模型 (b) 上框模型 (c) 下箱模型 HTC100水平數(shù)控車床尾架由 HT300 鑄造。HT300 的模量是。1.43E11Pa ，泊松比為0.27，密度為 7340Kg/m3。網(wǎng)格是有限元分析的重要組成部分。本文選擇了一種符合四面體法的補片方法，將其與尾箱模型相結(jié)合。選擇該方法的原因是它快速且適用于復雜幾何;充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 21 -關(guān)鍵區(qū)域的近似大小可以細化。網(wǎng)格如圖 2 所示，得到有限元模型，節(jié)點模型個數(shù)為 55973，總單元數(shù)為 32024。圖 2 箱體有限元模型 圖 3 箱體邊界條件在分析尾箱的靜力學和動力學特性，包括力、轉(zhuǎn)矩和支撐面時，必須在 ANSYS的箱體上應(yīng)用邊界條件。尾礦體內(nèi)部應(yīng)力主要來自零件的重力。在加工過程中，除了內(nèi)部零件的重力外，尾箱還具有切削力和力矩。以軸加工為例，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，尾板夾緊力為 5.28KN，最大切削力為 60KN。主切削力為 53.4KN，后力為 18.6KN，送料力為 20.4KN。應(yīng)力分析后，得到的力和扭矩為:Fx =560N, Fy =1572350N, Fz =15120N, M = 8811n。將這些力和力矩應(yīng)用到箱體的各個表面，固定在床上的尾箱，使箱體的底部通過固定的約束得到。工作臺中應(yīng)用了邊界條件，如圖 3 所示。三、有限元分析靜態(tài)分析結(jié)果對優(yōu)化箱體結(jié)構(gòu)具有重要的參考價值。靜態(tài)圖像分析如圖 4 所示，箱體最大位移為 1.23E-004m，最大應(yīng)力為 4.44E+007Pa。結(jié)果表明，箱體最大位移量小，滿足精度要求。HT300 的最大應(yīng)力是 300MPa。尾箱的最大應(yīng)力遠小于有限的材料應(yīng)力，箱體剛度滿足要求，因此可以進行進一步的優(yōu)化。在此過程中，機器工具通過噪聲和振動的相互作用產(chǎn)生周期性的變分激發(fā)力。當激發(fā)力的頻率與結(jié)構(gòu)固有頻率相同或整數(shù)時，容易引起共振。這將降低機床的加工精度和穩(wěn)定性。因此，有必要對尾箱進行模態(tài)分析。充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 22 -圖 4 尾礦體的位移和應(yīng)力云圖在 ANSYS 中對箱體進行模態(tài)分析后，得出了第一個六階模態(tài)，如表一所示。HTC100 數(shù)控車床主軸的最大轉(zhuǎn)速為 200rpm，頻率為 3.33Hz?？梢钥闯觯布艿募ぐl(fā)頻率遠小于表 1 的六階頻率。表 1 箱體的低階模式 單位[Hz]Pattern1-order2-order3-order4-order5-order6-orderFrequency272.27283.95 462.53636.54747.78806.67四、拓撲優(yōu)化拓撲優(yōu)化是指在給定約束條件下，找到用于使目標體積(整體剛度、固有頻率等)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)材料的最佳解。利用工作臺的“形狀優(yōu)化”功能，完成尾箱拓撲優(yōu)化。優(yōu)化目標設(shè)置為 5%，然后求解，優(yōu)化結(jié)果如圖 5 所示。圖 5 拓撲優(yōu)化云圖 圖 6 優(yōu)化后的幾何結(jié)構(gòu)由于紅色區(qū)域是不規(guī)則的，在實際處理過程中必須考慮到技術(shù)和應(yīng)力分布的復雜性。所以不可能移除所有紅色區(qū)域。在 Solidworks 中，將常規(guī)幾何圖形中的紅色區(qū)域剪掉，然后質(zhì)量減少 1250.4Kg。優(yōu)化后的幾何結(jié)構(gòu)如圖 6 所示。充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 23 -對優(yōu)化方案和位移進行有限元分析，如圖 7 所示。箱體最大位移為 1.19E-004m，優(yōu)化后最大應(yīng)力為 4.57E+007Pa。進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化后箱體的模態(tài)分析，得到低階模態(tài)，如表 2 所示。圖 7 優(yōu)化后的位移和應(yīng)力圖對優(yōu)化后的箱體結(jié)構(gòu)進行靜力學和動力學分析，使其在優(yōu)化后仍能滿足剛度要求和加工精度。此外，質(zhì)量降低，運動慣性圈閉和控制性能提高。表 2 優(yōu)化后的箱體低階模式 單位[Hz]Pattern 1-order 2-order 3-order 4-order 5-order 6-orderFrequency 278.98 290.52 471.10 653.54 743.03 781.12五、結(jié)論對工作臺的尾箱進行拓撲優(yōu)化，最大位移、最大應(yīng)力和低頻基本不變，優(yōu)化設(shè)計后的尾箱箱體。滿足設(shè)計要求，質(zhì)量降低 5%。這使得尾架運動更加靈活。使用有限元軟件對產(chǎn)品進行分析，可以節(jié)省制造原型和測試的成本。在軟件中獲取產(chǎn)品的主要特性，可以提供優(yōu)化的結(jié)構(gòu)和尺寸。充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 24 -參考文獻［1］ 赫崇宇，尹志宏.尾座箱體的特性分析與優(yōu)化［J］.科學技術(shù)與工程，2 012，12（25）:6433-6436.［2］ 葉志明.基于機床整機剛度特性的床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計［D ］.大連：大連理工大學，2 013.［3］ 李紅偉，于文濤，劉淑琴.基于 ANSYS 的磁懸浮撓性轉(zhuǎn)子模態(tài)分析與設(shè)計［J ］.中國機械工程，2 014，25（11）:1447-1452.［4］ 高東強，陳超群，馬金鋒，等.立式加工中心床身靜動態(tài)特性分析及優(yōu)化［J］.機械設(shè)計與制造，2013（12）:221-223，227.［5］ 艾紹陽，劉杰.一種數(shù)控車床尾座結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計［J］.機械工程師，2 0136:181-182.［6］董立立，趙益萍，梁林泉，等.機械優(yōu)化設(shè)計理論方法研究綜述［J］.機床與液壓，2010（15）:114-119.充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 25 -附錄 Ⅱ外文原文充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 26 -充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 27 -充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 28 -充值購買 -下載設(shè)計文檔后，加 Q--1459919609 免費領(lǐng)取圖紙- 29 -致 謝大學四年的學習與生活即將來到尾聲，在大學的四年的生活的最后階段里，畢業(yè)設(shè)計是一個檢驗我們對于知識的理解與運用的課程，畢業(yè)設(shè)計檢驗的是我們大學四年中的學習成果，而在此過程中僅僅依靠我個人的努力是遠遠不能夠完成的，在此期間出現(xiàn)了許多平常學習上疏忽的地方，導致出現(xiàn)了很多的疑惑。在此也非常感謝吳蒙華老師、賈衛(wèi)平老師以及大機床的滕志老師給予我的幫助，當遇到專業(yè)知識的不