【溫馨提示】 dwg后綴的文件為CAD圖，可編輯，無水印，高清圖，，壓縮包內(nèi)文檔可直接點(diǎn)開預(yù)覽，需要原稿請(qǐng)自助充值下載，請(qǐng)見壓縮包內(nèi)的文件及預(yù)覽，所見才能所得，請(qǐng)細(xì)心查看有疑問可以咨詢QQ：414951605或1304139763
1 緒 論
1 緒 論
1.1本課題在國內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài)
隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)，我國機(jī)床制造業(yè)既面臨著提 升機(jī)械制造業(yè)水平的需求而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也面臨著加入WTO后激烈的市場(chǎng)競爭的壓力。從技術(shù)層面上講，加速推進(jìn)數(shù)控技術(shù)將是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。
數(shù)控機(jī)床及由數(shù)控機(jī)床組成的制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直備受人們的關(guān)注。數(shù)控機(jī)床以其卓越的柔性自動(dòng)化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，它開創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品機(jī)電一體化發(fā)展的先河，因此數(shù)控技術(shù)成為先進(jìn)制造技術(shù)中的一項(xiàng)核心技術(shù)。另一方面，通過持續(xù)的研究，信息技術(shù)的深化應(yīng)用促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床的進(jìn)一步提升[1]。
隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床和電火花加工機(jī)床等。此外還有能自動(dòng)換刀、一次裝卡進(jìn)行多工序加工的加工中心、車削中心等。
數(shù)控機(jī)床主要由數(shù)控裝置、伺服機(jī)構(gòu)和機(jī)床主體組成，輸入數(shù)控裝置的程序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或由數(shù)控裝置的鍵盤直接手動(dòng)輸入[2]。
隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能，可靠性也大大提高，數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程。
未來數(shù)控機(jī)床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機(jī)床品種越來越多；激光加工等技術(shù)將應(yīng)用在切削加工機(jī)床上，從而擴(kuò)大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度更加提高，并具多種監(jiān)控功能，從而形成一個(gè)柔性制造單元，更加便于納入高度自動(dòng)化的柔性制造系統(tǒng)中[3]。
數(shù)控機(jī)床為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)率，進(jìn)一步壓縮非切削時(shí)間，現(xiàn)代的機(jī)床逐步發(fā)展為在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾中完成多工序或全部工序的加工。數(shù)控機(jī)床為了能在工件一次裝夾中完成多個(gè)工步，以縮減輔助時(shí)間和減少多次安裝工件引起的誤差，通常帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)。對(duì)工件的多工序加工而設(shè)置的存儲(chǔ)及更換刀具的裝置稱為自動(dòng)換刀裝置；自動(dòng)換刀系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和換刀裝置組成 。在數(shù)控鏜銑床的基礎(chǔ)上，如果再配以刀具和自動(dòng)換刀系統(tǒng)，就構(gòu)成加工中心。在這類數(shù)控機(jī)
2
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
床上，自動(dòng)換刀裝置是必不可少的[4]。例如加工中心機(jī)床又稱多工序自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，它主要是指具有自動(dòng)換刀及自動(dòng)改變工件加工位置功能的數(shù)控機(jī)床，具有自動(dòng)換刀裝置是加工中心機(jī)床的典型特征，是多工序加工的必要條件。自動(dòng)換刀裝置的功能，對(duì)整機(jī)的加工效率有很大的影響[5]。
數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，選擇何種形式，主要取決于機(jī)床的種類、工藝范圍以及刀具的種類和數(shù)量等。本課題中的JCS-013型數(shù)控臥式鏜銑床將采用的是帶刀庫的自動(dòng)換刀形式。
1.1.1刀庫產(chǎn)品目前的水平
在此概念基礎(chǔ)下，刀庫產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)況為：
a. 超重刀庫的發(fā)展：發(fā)展出刀鏈系統(tǒng)能承載重量70kg以上之超重刀具，擁有強(qiáng)力鎖刀裝置的穩(wěn)定刀鏈架構(gòu)，可防止重型刀具于運(yùn)轉(zhuǎn)中墜落。
b. 高效率且定位精度的驅(qū)動(dòng)及選刀系統(tǒng)的發(fā)展：發(fā)展出高精度系統(tǒng)配置以及高質(zhì)量、高定位精度的伺服電動(dòng)機(jī)及減速器，以符合選刀迅速、換刀精確的主要性能需求。
c. 多型式刀具容載刀庫的發(fā)展：發(fā)展出同時(shí)可容納多種型式刀具（如ISO50及ISO60）的刀鏈系統(tǒng)，也被視為是必須時(shí)常變換使用多種主軸的加工中心的必備裝置。
d. 不同型式刀及其任意點(diǎn)換刀系統(tǒng)的發(fā)展：可以同時(shí)夾取不同型式刀具（如ISO50及ISO60），因應(yīng)需求必須有不同的刀具。為了縮短換刀時(shí)間，多點(diǎn)式或任意點(diǎn)式換刀系統(tǒng)是有必要的。
e. 輕量化、低成本架構(gòu)刀庫的發(fā)展：發(fā)展出輕量化的塑鋼射出刀套架構(gòu)，整體重量較傳統(tǒng)刀庫減輕100kg以上，成本大幅降低的刀庫。
f. 大型及高容量刀庫的發(fā)展：在機(jī)床多功能趨勢(shì)演化下，大量的刀具被使用在同一臺(tái)機(jī)床上，刀庫的架構(gòu)必須兼顧換刀效率及儲(chǔ)刀效能，多變的刀庫型體（可容納120/180/200把以上刀具）及多樣精密的換刀系統(tǒng)（如各種立式、臥式、立臥單點(diǎn)及多點(diǎn)式換刀系統(tǒng)），是其主要的特色[6]。
1.1.2刀庫系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
近年來刀庫的發(fā)展儼然已超越其為裝備的角色，在特有的技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展出符合工具機(jī)高精度、高效能、高可靠度及多任務(wù)復(fù)合等概念產(chǎn)品，多樣化產(chǎn)品，左右工具機(jī)在生產(chǎn)效能及產(chǎn)品精度的表現(xiàn)。刀庫的容量、布局，針對(duì)不同的工具機(jī)，形式也有所不同。根據(jù)刀庫的容量、外型和取刀的方式可大概分為斗笠式刀庫、圓盤式刀庫、鏈條式刀庫[7]。其發(fā)展趨勢(shì)為：
a. 高效能的產(chǎn)品
發(fā)展符合高荷重、高容量、高速化概念的刀庫產(chǎn)品。
b. 輕量化、低成本的產(chǎn)品
發(fā)展符合重量輕、成本低概念的刀庫產(chǎn)品。
1.1.3刀庫系統(tǒng)的發(fā)展方向
刀庫系統(tǒng)作為自動(dòng)化加工過程中所需的儲(chǔ)刀及換刀需求的一種裝置，為數(shù)控機(jī)床縮短機(jī)床非切削時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度提供了必要條件，是數(shù)控機(jī)床的重要的功能部件，必將向以下幾個(gè)方向發(fā)展。一方面隨著主機(jī)的“單機(jī)多任務(wù)復(fù)合化”發(fā)展，刀庫也必將向容量大、結(jié)構(gòu)精、速度快、效率高的方向發(fā)展，以適應(yīng)主機(jī)的高轉(zhuǎn)速、高精度和強(qiáng)力切削的機(jī)械特性。此類刀庫大部分為臥式刀庫，有下面幾個(gè)特點(diǎn)：
a. 可遠(yuǎn)距離傳輸。
b. 換刀時(shí)可同步打刀，縮短換刀時(shí)間。
c. 大容量且可擴(kuò)充。
d. 高效且精準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)和選刀系統(tǒng)。
e. 控制系統(tǒng)復(fù)雜。
f. 刀具重量大。比如適合五軸聯(lián)動(dòng)的立臥轉(zhuǎn)換伺服刀庫。而另一方面，刀庫僅作為單純的儲(chǔ)刀倉功能存在，主軸主動(dòng)抓刀的“固定地址換刀”刀庫也是發(fā)展的方向之一，此時(shí)刀庫好比數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)控制軸，僅有旋轉(zhuǎn)定位功能，如立車刀庫、轉(zhuǎn)盤刀庫等[8]。
尤其以40盤式刀庫為代表，換刀速度和刀庫重量已經(jīng)成為衡量刀庫性能的主要參數(shù)之一，比如，吉輔40盤式刀庫的換刀速度1.1s，重量已經(jīng)降到295kg。
在選材上更環(huán)保，在制作過程中減少消耗，使用過程智能、安全等也是刀庫發(fā)展的方向之一。
1.2課題的目的、意義和開展研究工作的設(shè)想
1.2.1課題的目的
未來工具機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，均以追求高速、高精度、高效率為目標(biāo)。隨著切削速度的提高，切削時(shí)間的不斷縮短，對(duì)換刀時(shí)間的要求也在逐步提高；換刀的速度已成為高等級(jí)工具機(jī)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本課題的目的就是要通過對(duì)刀庫
的優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高換刀速度，減少助助時(shí)間。
1.2.2開展研究工作的設(shè)想
為了達(dá)到減少輔助加工時(shí)間目的，綜合考慮工具機(jī)的各方面因素，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成刀具交換一般強(qiáng)調(diào)換刀速度快的臥式機(jī)臺(tái)，皆有幾個(gè)特點(diǎn)：1.刀臂短 2.刀臂不一定成直線 3.兩刀可能互相垂直 4.凸輪箱小且可移動(dòng)。其主要目的是要讓換刀時(shí)，可動(dòng)件之轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，以達(dá)到快速換刀之目的。該技術(shù)包括刀庫的設(shè)置、換刀方式、換刀執(zhí)行機(jī)構(gòu)和適應(yīng)高速工具機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。
a. 提高換刀速度的基本原則
工具機(jī)的換刀裝置，通常由刀庫和換刀機(jī)構(gòu)組成，有些應(yīng)用機(jī)械手臂換刀，有些換刀方式并不需要機(jī)械手臂，刀庫的形式和擺放位置也不一樣。為了適合高速運(yùn)動(dòng)的需要，高速工具機(jī)在結(jié)構(gòu)上已和傳統(tǒng)的工具機(jī)不同。以刀具運(yùn)動(dòng)進(jìn)給為主，減小運(yùn)動(dòng)工件的質(zhì)量，已成為高速工具機(jī)設(shè)計(jì)的主流。因此，設(shè)計(jì)換刀裝置時(shí)，要充分考慮到高速工具機(jī)的結(jié)構(gòu)特征[9]。
b. 提高換刀速度的主要技術(shù)方法
適合于工具機(jī)的快速自動(dòng)換刀技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面：在傳統(tǒng)自動(dòng)換刀裝置的基礎(chǔ)上提高動(dòng)作速度，或采用動(dòng)作速度更快的機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)元件。例如，機(jī)械凸輪結(jié)構(gòu)的換刀速度高于液壓和氣動(dòng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)高速工具機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)刀庫和換刀裝置的形式和位置。例如，傳統(tǒng)工具機(jī)的刀庫和換刀裝置多裝在立柱一側(cè)，在高速工具機(jī)則多為立柱移動(dòng)的進(jìn)給方式，為減輕運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量，刀庫和換刀裝置不宜再裝在立柱上。采用新方法進(jìn)行刀具快速交換，不用刀庫和機(jī)械手方式，而改用其它方式換刀。例如不用換刀，用換主軸的方法。使用適合于高速工具機(jī)的刀柄。如HSK刀柄質(zhì)量輕，裝卸刀具的行程短，可以使自動(dòng)換刀裝置的速度提高。快速自動(dòng)換刀裝置采用HSK空心短錐柄刀是發(fā)展的趨勢(shì)。
1.2.3課題設(shè)計(jì)方案的選擇和設(shè)計(jì)手段
a. 設(shè)計(jì)方案選擇
刀庫是刀具交換系統(tǒng)的一部分，加工中心的刀具交換系統(tǒng)也稱為自動(dòng)換刀裝置（ATC）,它通常是由刀庫和機(jī)械手組成。自動(dòng)換刀裝置是加工中心不可缺少的組成部分，也是加工中心的象征，又是加工中心成敗的關(guān)鍵。
加工中心有立式、臥式、龍門式幾種，所以這些機(jī)床的刀庫和自動(dòng)換刀裝置也是各種各樣。加工中心上的刀庫類型有鼓輪式刀庫，鏈?zhǔn)降稁欤褡酉涫降稁旌椭本€刀庫等。
（1）鼓輪式刀庫
應(yīng)用較廣，這種刀庫的結(jié)構(gòu)緊湊，但因刀具單環(huán)排列、定向利用率低，大容量刀庫的外徑較大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，選刀時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)間長。因此這種刀庫的容量較小，一般不超過32把刀具。
（2）鏈?zhǔn)降毒?
容量較大，當(dāng)采用多環(huán)鏈?zhǔn)降稁鞎r(shí)，刀庫的外形較緊湊，占用空間小，適合用于做大容量刀庫。在增加存儲(chǔ)刀具數(shù)目時(shí)，可增加鏈條的長度，而不增加鏈輪直徑，因此，鏈輪的圓周速度不會(huì)增加，且刀庫的運(yùn)動(dòng)慣量不像鼓輪式刀庫增加的那么多。
（3）格子箱式刀庫
刀庫容量大，結(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率高，但布局不靈活，通常將刀庫安放于工作臺(tái)上。有時(shí)甚至在使用一側(cè)的刀具時(shí)，必須更換另一側(cè)的刀座板。
（4）直線式刀庫
結(jié)構(gòu)簡單，刀庫容量較小，一般用于數(shù)控車床，數(shù)控鉆床，個(gè)別加工中心也有采用。
換刀機(jī)械手分為單臂單手式，單臂雙手式和雙手式機(jī)械手。單臂單手式結(jié)構(gòu)簡單，換刀時(shí)間較長，適用于刀具主軸與刀庫刀套平行，刀庫刀套軸線與主軸軸線平行，以及刀庫刀套軸線與主軸軸線垂直的場(chǎng)合。單臂雙手機(jī)械手可同時(shí)抓住主軸和刀庫中的刀具，并進(jìn)行拔出、插入，換刀時(shí)間短，廣泛應(yīng)用于加工中心上的刀庫刀套軸線與主軸平行的場(chǎng)合。雙手式機(jī)械手結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，換刀時(shí)間短，這種機(jī)械手除了完成拔刀、插刀外，還起運(yùn)輸?shù)毒叩淖饔谩?
結(jié)合所給題目，初步?jīng)Q定采用鏈?zhǔn)降稁祀p手式機(jī)械手換刀方案。
b. 設(shè)計(jì)手段
采用系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法，將設(shè)計(jì)看成由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性，各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。結(jié)合本課題實(shí)際，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械原理等有關(guān)知識(shí)對(duì)JCS-013型數(shù)控臥式鏜銑床刀庫進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用AutoCAD 2007中文版對(duì)刀庫及關(guān)鍵零件進(jìn)行繪制。
2 刀庫傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1刀庫主要設(shè)計(jì)參數(shù)
安裝形式：鏈?zhǔn)降稁?
刀庫容量：60把
送刀方式：任意
刀具尺寸（最大）：長400毫米，直徑φ120毫米
刀具重量（Mj）：約10千克
鏈條快速移動(dòng)速度為8米/分，慢速移動(dòng)速度為0.2米/分。
2.2刀庫驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)的選擇
刀庫驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)的選擇應(yīng)同時(shí)滿足刀庫運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TF，和起動(dòng)時(shí)的加速轉(zhuǎn)矩TJ的要求。由于鏈條轉(zhuǎn)速很低和液壓馬達(dá)慣性小、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小的特點(diǎn)，為了計(jì)算簡便，在計(jì)算時(shí)，忽略起動(dòng)加速轉(zhuǎn)矩TJ，在最后結(jié)果上乘以一個(gè)工作系數(shù)。
2.2.1刀庫負(fù)載轉(zhuǎn)矩TF計(jì)算
鏈?zhǔn)降稁熵?fù)載轉(zhuǎn)矩TF用來克服刀具不平衡重力FWmax和導(dǎo)向面的摩擦力F，如圖2-1所示。
FWmax ：不平衡重力；F3：摩擦力
圖2-1 鏈條受力分析圖
F1和F3是支承面的摩擦力;F2和F4則是導(dǎo)向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。不平衡重力可按刀庫一側(cè)裝滿刀、一側(cè)不裝刀時(shí)的最大重力差值來計(jì)算。
a. 確定不平衡重力FWmax
由圖2-1知,不平衡重力
23
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
M-刀具的質(zhì)量
g-重力加速度
b. 確定摩擦力F3
(2-1)
μ——鋼與銅之間的摩擦系數(shù)，約取0.2；
N——垂直作用在導(dǎo)向面上的壓力，包括刀具、刀柄和刀座產(chǎn)生的重力，分別為Wj，Wb，Wt。
R——刀座外半徑，取50mm；
L——刀座長度，取210mm。
c. 確定每排刀具負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tf
d. 確定每排刀具作用在主動(dòng)輪上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tz
(2-2)
η1——圓柱齒輪傳動(dòng)效率，取0.98；
η2——鏈傳動(dòng)效率,取0.96；
η3——深溝球軸承傳動(dòng)效率，取0.98。
e. 確定作用在液壓馬達(dá)上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Ty
(2-3)
i——液壓馬達(dá)軸至刀庫軸的速比，取9；
η——傳動(dòng)效率。
考慮到實(shí)際情況比計(jì)算時(shí)所設(shè)定的條件復(fù)雜，液壓馬達(dá)額定轉(zhuǎn)矩Ts應(yīng)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩Ty的1.5倍，即
2.2.2確定液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)
由刀庫設(shè)計(jì)參數(shù)知，鏈條快速移動(dòng)速度為8米/分，即8000mm/min，慢速移動(dòng)速度為0.2米/分，即200mm/min。
a. 確定鏈輪周長S
d=272mm
b. 確定液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速范圍
根據(jù)參數(shù)，選型為BM-R80
2.3齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)
2.3.1 選擇齒輪材料、熱處理方法及精度等級(jí)
a. 齒輪材料、熱處理方法及齒面硬度
因?yàn)檩d荷中有輕微振動(dòng)，傳動(dòng)速度不高，傳動(dòng)尺寸無特殊要求，屬于一般的齒輪傳動(dòng)，故兩齒輪均可用軟齒面齒輪。查《機(jī)械基礎(chǔ)》P322表14－10，小齒輪選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度260HBS；大齒輪選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為220HBS。
b. 精度等級(jí)初選
減速器為一般齒輪傳動(dòng)，圓周速度不會(huì)太大，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)》P145表5－7，初選8級(jí)精度。
2.3.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪
由于本設(shè)計(jì)中的減速器是軟齒面的閉式齒輪傳動(dòng)，齒輪承載能力主要由齒輪接觸疲勞強(qiáng)度決定，其設(shè)計(jì)公式為：
a. 確定載荷系數(shù)K
因?yàn)樵擙X輪傳動(dòng)是軟齒面的齒輪，圓周速度也不大，精度也不高，而且齒輪相對(duì)軸承是對(duì)稱布置，根據(jù)電動(dòng)機(jī)和載荷的性質(zhì)查《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)》P147表5－8，得K的范圍為1.4~1.6， 取K＝1.5。
b. 小齒輪的轉(zhuǎn)矩
接觸疲勞許用應(yīng)力
(1) 接觸疲勞極限應(yīng)力
由《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)》P150圖5－30中的MQ取值線，根據(jù)兩齒輪的齒面硬度，查得45鋼的調(diào)質(zhì)處理后的極限應(yīng)力為
=600MPa ， =560MPa
(2) 接觸疲勞壽命系數(shù)ZN
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)公式為 N=60 n jth
工作壽命每年按300天，每天工作8小時(shí)，故
th=(300×10×8)=24000h
N1=60×466.798×1×24000=6.722×108
查《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)》P151圖5－31，且允許齒輪表面有一定的點(diǎn)蝕
ZN1=1.02 ZN2=1.15
(3) 接觸疲勞強(qiáng)度的最小安全系數(shù)SHmin
查《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)》P151表5－10，得SHmin＝1
(4) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
將以上各數(shù)值代入許用接觸應(yīng)力計(jì)算公式得
(5)齒數(shù)比
因?yàn)?Z2=iZ1，所以
(6)齒寬系數(shù)
由于本設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)中的齒輪為對(duì)稱布置，且為軟齒面?zhèn)鲃?dòng)，查《機(jī)械基礎(chǔ)》P326表14－12，得到齒寬系數(shù)的范圍為0.8～1.1。取 。
ⅵ）計(jì)算小齒輪直徑d1
由于 ，故應(yīng)將 代入齒面接觸疲勞設(shè)計(jì)公式，得
c. 圓周速度v
查《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)》P145表5－7，v1<2m/s，該齒輪傳動(dòng)選用9級(jí)精度。
2.3.3主要參數(shù)選擇和幾何尺寸計(jì)算
a. 齒數(shù)
對(duì)于閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)，通常z1在20～40之間選取。為了使重合度較大，取z1＝20，則z2＝iz1＝80。使兩齒輪的齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，最后確定z2=81。
b. 模數(shù)m
標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)應(yīng)大于或等于上式計(jì)算出的模數(shù)，查《機(jī)械基礎(chǔ)》P311表14－1，選取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=3mm。
c. 分度圓直徑d
d. 中心距a
e. 齒輪寬度b
大齒輪寬度
小齒輪寬度
f. 其他幾何尺寸的計(jì)算（ , ）
齒頂高 ,由于正常齒輪 ，
所以
齒根高,由于正常齒輪
所以
全齒高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
2.3.4 齒根校核
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核公式為
a. 齒形系數(shù)YF
根據(jù)Z1、Z2,查《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)》P153表5－11，得YF1＝2.81，YF2＝2.24
b. 彎曲疲勞許用應(yīng)力 計(jì)算公式
(1) 彎曲疲勞極限應(yīng)力
根據(jù)大小齒輪的材料、熱處理方式和硬度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)》P154圖5－33的MQ取值線查得
，
(2）彎曲疲勞壽命系數(shù)YN
根據(jù)N1=6.722>和N2=> ，查《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)》P156圖5－34得，
YN1=1 , YN2=1
(3) 彎曲疲勞強(qiáng)度的最小安全系數(shù)SFmin
本傳動(dòng)要求一般的可靠性，查《機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)》P151表5－10，取SFmin＝1.2。
(4)彎曲疲勞許用應(yīng)力
將以上各參數(shù)代入彎曲疲勞許用應(yīng)力公式得
(5)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核
因此，齒輪齒根的抗彎強(qiáng)度是安全的。
2.3.5 軸的設(shè)計(jì)
a. 高速軸的設(shè)計(jì)
(1) 選擇軸的材料和熱處理
采用45鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，查《機(jī)械基礎(chǔ)》P369表16－1，得其許用彎曲應(yīng)力 ， 。
(2) 初步計(jì)算軸的直徑
由前計(jì)算可知：P1=2.09KW,n1=466.798r/min
其中，A取112。
考慮到有一個(gè)鍵槽，將該軸徑加大5%，則
查《機(jī)械基礎(chǔ)》P458附錄1，取d=25mm
(3) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
高速軸初步確定采用齒輪軸，即將齒輪與軸制為一體。根據(jù)軸上零件的安裝和固定要求，初步確定軸的結(jié)構(gòu)。設(shè)有7個(gè)軸段。
1段：該段是小齒輪的左軸端與帶輪連接，該軸段直徑為25mm，查《機(jī)械基礎(chǔ)》P475附錄23，取該軸伸L1＝60mm。
2段： 參考《機(jī)械基礎(chǔ)》P373，取軸肩高度h為1.5mm，則d2=d1+2h=28mm。
此軸段一部分用于裝軸承蓋，一部分伸出箱體外。
3段：此段裝軸承，取軸肩高度h為1mm，則d3=d2+2h=30mm。
選用深溝球軸承。查《機(jī)械基礎(chǔ)》P476附錄24，此處選用的軸承代號(hào)為6306，其內(nèi)徑為30mm，寬度為19 mm。為了起固定作用，此段的寬度比軸承寬度小1~2mm。取此段長L3=17mm。
4段與6段：為了使齒輪與軸承不發(fā)生相互沖撞以及加工方便，齒輪與軸承之間要有一定距離，取軸肩高度為2mm，則d4=d6=d3+2h=33mm，長度取5mm，則L4= L6＝5mm。
5段：：此段為齒輪軸段。由小齒輪分度圓直徑d =60mm可知，d6=60mm。因?yàn)樾↓X輪的寬度為70mm，則L5=70mm。
7段：此段裝軸承，選用的軸承與右邊的軸承一致，即d7=30mm，L7＝17mm。
由上可算出，兩軸承的跨度L＝ mm
(4) 按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算
圓周力：
徑向力：
1)繪制軸受力簡圖
圖2-2 軸的受力簡圖（a）
圖2-3 軸的受力簡圖（b）
2)繪制垂直面彎矩圖
軸承支反力：
由兩邊對(duì)稱，知截面C的彎矩也對(duì)稱。截面C在垂直面彎矩為
圖2-4 垂直面彎矩圖
3）繪制水平面彎矩圖
圖2-5 水平彎矩圖
4）繪制合彎矩圖
圖2-6 合彎矩圖
5）繪制扭轉(zhuǎn)圖
轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪力按脈動(dòng)循環(huán)變化，取α=0.6，
圖2-7 扭轉(zhuǎn)圖
6）繪制當(dāng)量彎矩圖
截面C處的當(dāng)量彎矩：
圖2-8 當(dāng)量彎矩圖
7) 校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度
軸上合成彎矩最大的截面在位于齒輪輪緣的C處，W＝0.1d43
所以 軸強(qiáng)度足夠。
b. 低速軸的設(shè)計(jì)
(1)選擇軸的材料和熱處理
采用45鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，查《機(jī)械基礎(chǔ)》P369表16－1，得其許用彎曲應(yīng)力 ， 。
(2) 初步計(jì)算軸的直徑
由前計(jì)算可知：P2=2.007KW,n2=116.700r/min
計(jì)算軸徑公式：
即：
其中，A取106。
考慮到有一個(gè)鍵槽，將該軸徑加大5%，則
查《機(jī)械基礎(chǔ)》P458附錄1，取d=30mm
(3) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)軸上零件得安裝和固定要求，并考慮配合高速軸的結(jié)構(gòu)，初步確定低速軸的結(jié)構(gòu)。設(shè)有6個(gè)軸段。
1段： 此段裝聯(lián)軸器。裝聯(lián)軸器處選用最小直徑d1=32mm，根據(jù)《機(jī)械基礎(chǔ)》P482附錄32，選用 彈性套柱銷聯(lián)軸器，其軸孔直徑為32mm，軸孔長度為60mm。根據(jù)聯(lián)軸器的軸孔長度，又由《機(jī)械基礎(chǔ)》P475附錄23，取軸伸段（即Ⅰ段）長度L1＝58mm。
2段：查《機(jī)械基礎(chǔ)》P373，取軸肩高度h為1.5mm，則d2=d1+2h=mm，此軸段一部分長度用于裝軸承蓋，一部分伸出箱體外。
3段：取軸肩高度h為2.5mm，則d3=d2+2h=35+2mm。此段裝軸承與套筒。選用深溝球軸承。查機(jī)械基礎(chǔ)P476附錄24，此處選用的軸承代號(hào)為6208，其內(nèi)徑為40mm，寬度為18mm。為了起固定作用，此段的寬度比軸承寬度小1~2mm。取套筒長度為10mm，則此段長L3=（18-2）+10+2=28mm。
4段：此段裝齒輪，取軸肩高度h為2.5mm，則d4=d3+2h=mm。 因?yàn)榇簖X輪的寬度為60mm，則L4=60-2=58mm
5段：取軸肩高度h為2.5mm，則d5=d4+2h=50mm，長度與右面的套筒相同，即L5=10mm。
6段：此段裝軸承，選用的軸承與右邊的軸承一致，即d6=40mm，L6＝17mm。由上可算出，兩軸承的跨度L＝。
（4） 低速軸的軸段示意圖如下：
圖2-9 低速軸的軸段示意圖
（5） 按彎矩復(fù)合強(qiáng)度計(jì)算
A、圓周力：
B、徑向力：
1） 求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ
2) 由兩邊對(duì)稱，知截面C的彎矩也對(duì)稱。截面C在垂直面彎矩為
受力圖：
3） 截面C在水平面上彎矩為：
4） 合成彎矩為：
5） 轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪力按脈動(dòng)循環(huán)變化，取α=0.6，截面C處的當(dāng)量彎矩：
6) 校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度
軸上合成彎矩最大的截面在位于齒輪輪緣的C處，W＝0.1d43
所以軸強(qiáng)度足夠。
2.3.6滾動(dòng)軸承的選擇與校核計(jì)算
根據(jù)《機(jī)械基礎(chǔ)》P437推薦的軸承壽命最好與減速器壽命相同，取10年，一年按300天計(jì)算， T h=(300×10×8)=24000h
a. 高速軸承的校核
選用的軸承是6306深溝型球軸承。
軸承的當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷為
由《機(jī)械基礎(chǔ)》P407表18－6查得，fd＝1.2～1.8，取fd=1.2。
因?yàn)镕a1=0N，F(xiàn)r1= 518.8N，則。
查《機(jī)械基礎(chǔ)》P407表18－5得，X= 1，Y= 0 。
查《機(jī)械基礎(chǔ)》p406表18-3得：ft=1 ，
查《機(jī)械基礎(chǔ)》p405得：深溝球軸承的壽命指數(shù)為＝3 ，
Cr= 20.8KN；
則
所以預(yù)期壽命足夠，軸承符合要求。
b. 低速軸承的校核
選用6208型深溝型球軸承。
軸承的當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷為
由《機(jī)械基礎(chǔ)》P407表18－6查得，fd＝1.2～1.8，取fd=1.2。
因?yàn)镕a2=0N，F(xiàn)r2=492N，則
查《機(jī)械基礎(chǔ)》P407表18－5得，X=1 ，Y=0 。
查《機(jī)械基礎(chǔ)》p406表18-3得：ft=1 ，
查《機(jī)械基礎(chǔ)》p405得：深溝球軸承的壽命指數(shù)為＝3 ，Cr=22.8KN；
則
所以預(yù)期壽命足夠,軸承符合要求。
2.3.7 鍵聯(lián)接的選擇及其校核計(jì)算
a. 選擇鍵的類型和規(guī)格
軸上零件的周向固定選用A形普通平鍵，聯(lián)軸器選用B形普通平鍵。
(1) 高速軸（參考《機(jī)械基礎(chǔ)》p471、附錄17，《袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》p835、表15-12a）：根據(jù)帶輪與軸連接處的軸徑25mm，軸長為60mm，查得鍵的截面尺寸b＝8mm ，h＝7mm
根據(jù)輪轂寬取鍵長L＝40mm
高速齒輪是與軸共同制造，屬于齒輪軸。
(2) 低速軸：
根據(jù)安裝齒輪處軸徑，查得鍵的截面尺寸，根據(jù)輪轂寬取鍵長。
根據(jù)安裝聯(lián)軸器處軸徑，查得鍵的截面尺寸，取鍵長L=50mm。
根據(jù)輪轂寬取鍵長L＝72mm（長度比輪轂的長度小10mm）
b. 校核鍵的強(qiáng)度
(1) 高速軸軸端處的鍵的校核：
鍵上所受作用力：
1）鍵的剪切強(qiáng)度
鍵的剪切強(qiáng)度足夠。
2）鍵聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度
<
鍵聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度足夠。
(2) 低速軸兩鍵的校核
1) 低速軸裝齒輪軸段的鍵的校核：
鍵上所受作用力：
ⅰ 鍵的剪切強(qiáng)度
鍵的剪切強(qiáng)度足夠。
ⅱ 鍵聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度
鍵聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度足夠。
2) 低速軸軸端處的鍵的校核：
鍵上所受作用力 ：
ⅰ 鍵的剪切強(qiáng)度
鍵的剪切強(qiáng)度足夠。
ⅱ 鍵聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度
鍵聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度足夠。
3 鏈參數(shù)計(jì)算
3 鏈參數(shù)計(jì)算
3.1傳送鏈的設(shè)計(jì)
鏈傳動(dòng)是一種撓性運(yùn)動(dòng)，它由鏈條和鏈輪組成。通過鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來傳
遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。鏈傳動(dòng)按用途不同可以分為傳動(dòng)鏈、輸送鏈和起重鏈。
圖3-1 鏈傳動(dòng)
滾子鏈的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：它是由內(nèi)鏈板1、外鏈板2、銷軸3、套筒4和滾子5組成。內(nèi)鏈板與套筒之間、外鏈板與銷軸之間為過盈配合，滾子與套筒之間、套筒與銷軸之間為間隙配合。當(dāng)內(nèi)、外鏈板相對(duì)撓曲時(shí)，套筒可繞銷軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。滾子是活套在套筒上的，工作時(shí)，滾子沿鏈輪齒廓滾動(dòng)，這樣就可減少齒廓的磨損。鏈的磨損主要發(fā)生在銷軸與套筒的接觸面上。因此，內(nèi)、外鏈板間應(yīng)留少許間隙，以便潤滑油滲入銷軸和套筒的摩擦面間。
鏈板一般制成8字形，以使它的各個(gè)橫截面具有接近相等的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)也減少了鏈的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力。
4
圖3-2 滾子鏈的結(jié)構(gòu)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
當(dāng)傳遞大功率時(shí)，可采用雙排鏈或多排鏈。多排鏈的承載能力與排數(shù)成正比。但由于精度的影響，各排鏈承受的載荷不易均勻，故排數(shù)不宜過多。
滾子鏈的鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，接頭處可用開口銷或彈簧卡片來固定，一般前者用于大節(jié)距，后者用于小節(jié)距；當(dāng)鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，需采用過渡鏈節(jié)。由于過渡鏈節(jié)的鏈板要受附加彎矩的作用，所以在一般情況下最好不用奇數(shù)鏈節(jié)。
3.2鏈?zhǔn)捷S的設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
圖3-3驅(qū)動(dòng)軸受力分析圖
由靜力平衡方程
求得支反力為
以梁的左端為坐標(biāo)原點(diǎn)，選取坐標(biāo)系如圖4.9a所示。集中力F作用于C點(diǎn)，梁在AC和CB兩段內(nèi)的剪力或彎矩不能用同一方程式來表示，應(yīng)分段考慮。在AC段內(nèi)取距原點(diǎn)為x的任意截面，截面以左只有外力，根據(jù)剪力和彎矩的計(jì)算方法和符號(hào)規(guī)則，求得這一截面上的和M分別為
（a）
(b)
這就是在AC段內(nèi)的剪力方程和彎矩方程。如在CB段內(nèi)取距左端為x的任意截面，則截面以左右 和F兩個(gè)外力，截面上的剪力和彎矩是
(c)
(d)
當(dāng)然，如用截面右側(cè)的外力來計(jì)算會(huì)得到相同的結(jié)果。
由(a)式可知，在AC段內(nèi)梁的任意截面上的剪力皆為常數(shù)，且符號(hào)為正，所以在AC段(0
10r／min),可按基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值選擇軸承，然后校核其額定靜載荷是否滿足要求。當(dāng)軸承可靠性為90％、軸承材料為常規(guī)材料并在常規(guī)條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，取500h作為額定壽命的基準(zhǔn)，同時(shí)考慮溫度、振動(dòng)、沖擊等變化，則軸承基本額定動(dòng)載荷可按下式進(jìn)行簡化計(jì)算。
C——基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值，N；
P——當(dāng)量動(dòng)載荷，N；
fh——壽命因數(shù)；1
fn——速度因數(shù)；0.822
fm——力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時(shí)取1.5，較大時(shí)取2；
fd——沖擊載荷因數(shù)；1.5
fT——溫度因數(shù)；1
CT——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動(dòng)載荷，N；
查表得，fh=1；fn=0.822；fm=1.5；fd=1.5；fT=1。
在本輸送裝置中，可以假設(shè)軸承只承受徑向載荷，則當(dāng)量動(dòng)載荷為：
P=XFr+YFa
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-18，得，X=1，Y=0；
所以，P=Fr=1128N。由以上可得：
本輸送機(jī)中的軸承承受的載荷多為徑向載荷，所以選取深溝球軸承，查文獻(xiàn)的附表，并考慮軸的外徑，選取軸承6305-RZ，其具體參數(shù)為：內(nèi)徑d=25mm，外徑D=62mm，基本額定載荷，基本額定靜載荷，極限速度為10000r/min，質(zhì)量為0.219kg。
然后校核該軸承的額定靜載荷。額定靜載荷的計(jì)算公式為：
式中：
——基本額定靜載荷計(jì)算值，N;
——當(dāng)量靜載荷，N；
——安全因數(shù);
——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定靜載荷，
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-14知，對(duì)于深溝球軸承，其當(dāng)量靜載荷等于徑向載荷。
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-14知，安全系數(shù)
則軸承的基本額定靜載荷為：
由上式可知，選取的軸承符合要求
3.4鏈強(qiáng)度計(jì)算
3.4.1 鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性
由于鏈?zhǔn)怯蓜傂枣湽?jié)通過銷軸鉸接而成，當(dāng)鏈繞在鏈輪上時(shí)，其鏈節(jié)與相應(yīng)的輪齒嚙合后，這一段鏈條將曲折成正多邊形的一部分。該正多邊形的邊長等于鏈條的節(jié)距p，邊數(shù)等于鏈輪齒數(shù)z，鏈輪每轉(zhuǎn)過一圈，鏈條走過zp長，所以鏈的平均速度v為
= =
式中： z1、z2 ——分別為主、從動(dòng)鏈輪的齒數(shù)；
n1、n2 ——分別為主、從動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速，r/min。
鏈傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比
因?yàn)殒渹鲃?dòng)為嚙合傳動(dòng)，鏈條和鏈輪之間沒有相對(duì)滑動(dòng)，所以平均鏈速和平均傳動(dòng)比都是常數(shù)。但是，仔細(xì)考察絞鏈鏈節(jié)隨同鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)的過程就會(huì)發(fā)現(xiàn)，鏈傳動(dòng)的瞬間傳動(dòng)比和鏈速并非常數(shù)我們知道，鏈條由剛性鏈板通過鉸鏈連接而成。當(dāng)鏈條繞在鏈輪上時(shí)，其形狀如圖所示：
在主動(dòng)鏈輪上，鉸鏈A正在牽引鏈條沿直線運(yùn)動(dòng)，繞在主動(dòng)鏈輪上的其他鉸鏈并不直接牽引鏈條，因此，鏈條的運(yùn)動(dòng)速度完全有鉸鏈A的運(yùn)動(dòng)所決定。鉸鏈A隨同主動(dòng)鏈輪運(yùn)動(dòng)的線速度方垂直于AO，與鏈直線運(yùn)動(dòng)方向的夾角為。因此，鉸鏈A實(shí)際用于牽引鏈條運(yùn)動(dòng)的速度為
式中。R1為主動(dòng)鏈輪的分度圓半徑，m。因?yàn)槭亲兓?，所以即使主?dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速恒定，鏈條的運(yùn)動(dòng)速度也是變化的。當(dāng)=時(shí)，鏈速最低；當(dāng)=0，鏈速最高，是主動(dòng)鏈輪上的一個(gè)鏈節(jié)所對(duì)的中心角。鏈速的變化呈周期性，鏈輪轉(zhuǎn)過一個(gè)鏈節(jié)，對(duì)應(yīng)鏈速變化的一個(gè)周期。鏈速變化的程度與主動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)有關(guān)。轉(zhuǎn)速越高、齒數(shù)越少，則鏈速變化范圍越大。
在鏈速變化的同時(shí)，鉸鏈A還帶動(dòng)鏈條上下運(yùn)動(dòng)，其上下運(yùn)動(dòng)的鏈速也是隨鏈節(jié)呈周期性變化的。
在主動(dòng)鏈輪牽引鏈條變速運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，從動(dòng)鏈輪上也發(fā)生著類似的過程。從動(dòng)鏈輪上的鉸鏈C正在被直線鏈條拉動(dòng)，并由此帶動(dòng)從動(dòng)鏈輪以轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)殒溗俜较蚺c鉸鏈的C的線速度方向之間的夾角為，所以鉸鏈C沿圓周方向運(yùn)動(dòng)的線速度為
式中，為從動(dòng)鏈輪的分度圓半徑，
由此可知從動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速為
在傳動(dòng)過程中因?yàn)樵趦?nèi)不斷變化，加上也是不斷變化，所以即使是常數(shù)，也是周期性變化的。
從上式中可得鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比為。
可見鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比是變化的。鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比變化與鏈條繞在鏈輪上的多邊形特征有關(guān)，故以上現(xiàn)象稱為鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)。
3.4.2 鏈傳動(dòng)的動(dòng)載荷
鏈傳動(dòng)在工作過程中，鏈速和主從鏈輪的轉(zhuǎn)速都是變化的，因而會(huì)引起變化的慣性力及相應(yīng)的動(dòng)載荷。
鏈速變化引起的慣性力為Fd1 =ma
式中：m—緊邊鏈條的質(zhì)量，kg;
—鏈條變速運(yùn)動(dòng)的加速度，m /s2 。
如果視主動(dòng)鏈輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則
當(dāng)時(shí),
(
從動(dòng)鏈輪因角加速度引起的慣性力為
式中：J—從動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化到從動(dòng)鏈輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，;
—從動(dòng)鏈輪的角速度，rad/s.
鏈輪的轉(zhuǎn)速越高，節(jié)距越大，齒數(shù)越少，則慣性力就越大，相應(yīng)的動(dòng)載荷也就越大。同時(shí)，鏈條沿垂直方向也在做變速運(yùn)動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)載荷。
此外，鏈節(jié)和鏈輪嚙合瞬間的相對(duì)速度，也將引起沖擊和振動(dòng)，當(dāng)鏈節(jié)和鏈輪輪齒接觸的瞬間，因鏈節(jié)的運(yùn)動(dòng)速度和鏈輪輪齒的運(yùn)動(dòng)速度在大小和方向上的差別，從而產(chǎn)生沖擊和附加的動(dòng)載荷。顯然，節(jié)距越大，鏈輪的轉(zhuǎn)速越高，則沖擊越嚴(yán)重。
3.4.3 鏈傳動(dòng)的受力分析
鏈傳動(dòng)在安裝時(shí)，應(yīng)使鏈條受到一定的張緊力。張緊力是通過使鏈條保持適當(dāng)?shù)拇苟人a(chǎn)生的懸垂拉力來獲得的。鏈傳動(dòng)張緊的目的主要是使松邊不致過松，以免出現(xiàn)鏈條的不正常嚙合、跳齒或脫鏈。因?yàn)殒渹鲃?dòng)為嚙合傳動(dòng)，所以與帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)所需的張緊力要小得多。
鏈傳動(dòng)在工作時(shí)，存在緊邊拉力和松邊拉力。如果不計(jì)傳動(dòng)中的動(dòng)載荷，則緊邊拉力和松邊拉力分別為,
式中： F— 有效圓周力，N;
F— 離心力引起的拉力，N；
F— 懸垂拉力，N。
有效圓周力為
式中： P— 傳動(dòng)的功率，kW；
V — 鏈速，m/s。
離心力引起的拉力為
式中： q為鏈條單位長度的質(zhì)量，kg/m。懸垂拉力Ff為
Ff=max(Ff,Ff)
其中：F f =Kfqa F f =(Kf+sina )qa
式中：—鏈傳動(dòng)的中心距，mm
Kf——垂度系數(shù)，見下圖。圖中f為下垂度， 為中心線與水平面夾角。
圖3-4 懸垂拉力
3.4.4 滾輪接觸強(qiáng)度的計(jì)算
機(jī)械中各零件之間力的傳遞，總是通過兩零件的接觸來實(shí)現(xiàn)的。除了共形面相接觸的情況外大量存在著異形曲面相接觸的情況。這些異形曲面在未受外力時(shí)的初始接觸情況，不外乎是點(diǎn)接觸和面接觸兩種。
已知的原始條件有：
軌道的材料: Q235-A =235Mpa b=440Mpa E=206Gpa
橇體重G0=250kg 工件重G1=650kg 每輪載荷F=2256.3N 走輪直徑D=125mm
走輪有效踏面長L=4800mm
根據(jù)計(jì)算公式Pmax=0.418SQRT(F/LE/R)
由上面的計(jì)算可知P=0.418
=0.52Mpa
37
刀庫準(zhǔn)停系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4 刀庫準(zhǔn)停系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
為了確保刀座不能準(zhǔn)確地停在換刀位置上，需要采取如下措施
（1）刀座的精確定位是靠裝在Ⅰ軸上的定位嚙合牙嵌式電磁離合器M實(shí)現(xiàn)的，如3-1所示。離合器的磁軛和銜鐵的齒面是不等分的，每間隔不同齒數(shù)有一個(gè)寬平齒，銜鐵和磁軛只有在一個(gè)位置上才能嚙合。磁軛固定在刀庫法蘭盤上，銜鐵隨Ⅰ軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通電后，銜鐵轉(zhuǎn)到固定位置與磁軛嚙合，使Ⅰ軸每次停在固定的方位上，保證了每個(gè)刀座的正確定位，如圖3-2所示。為了保證刀座的準(zhǔn)停精度和刀座定位的剛性，鏈?zhǔn)降稁斓膿Q刀位置設(shè)在主動(dòng)鏈輪上。
如果刀座不能準(zhǔn)確地停在換刀位置上，將會(huì)使換刀機(jī)械手抓刀不住，以致在換刀時(shí)容易發(fā)生掉刀現(xiàn)象。因此，刀座的準(zhǔn)停問題，將是影響換刀動(dòng)作可靠性的重要因素之一。
圖4-1 磁軛（左）、銜鐵（右）零件圖
（2）鏈?zhǔn)降稁煲x用節(jié)距精度較高的套筒滾子鏈和鏈輪，該設(shè)計(jì)選用的是鏈號(hào)為20A的鏈條。
（3）盡量減少刀座孔徑和軸向尺寸的分散度，以保證刀柄槽在換刀位置上的軸向位置精度。
（4）要消除反向間隙的影響。刀庫驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)鏈，必然會(huì)有傳動(dòng)間隙，且這種間隙還隨機(jī)械磨損而增大，這將影響刀庫的準(zhǔn)停精度，所以，必須采用各種辦法減少或消除齒輪間隙。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
本設(shè)計(jì)將采用柔性調(diào)整法來消除齒輪間隙。柔性調(diào)整法是指調(diào)整后齒側(cè)間隙可以自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?。這種調(diào)整法在齒輪的齒后和周節(jié)有差異的情況下，仍可始終保持無間隙嚙合。但將影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性，而且這種調(diào)整法的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，傳動(dòng)剛度低， 如圖3-3所示。
圖4-2 壓力彈簧消除間隙結(jié)構(gòu)示意圖
1、2—薄齒輪；3—圓柱銷；4—鑲塊；5—圓弧槽；6—彈簧
先將一個(gè)大的直齒圓柱齒輪加工成1、2兩個(gè)薄齒輪，齒輪的下半部分1上帶有三個(gè)周向圓弧槽5，齒輪的上半部分2上鉆有三個(gè)銷孔，圓柱銷3依靠微量過盈固定在銷孔中，套裝在圓弧槽內(nèi)，彈簧6的兩端分別頂在圓柱銷3和鑲塊4上，使兩個(gè)薄齒輪的齒錯(cuò)位，起到消除間隙的作用。
結(jié) 論
結(jié) 論
在競爭十分激烈的今天，面對(duì)市場(chǎng)的壓力，如何提高機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)效率是為重中之重。減少機(jī)械加工時(shí)換刀具所使用的時(shí)間，就是提高生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)效益。
本次設(shè)計(jì)的刀庫滿載裝刀60把，鏈條快速移動(dòng)速度為8米/分，慢速移動(dòng)速度為0.2米\分,基本實(shí)現(xiàn)了快速換刀的工業(yè)需求，極大地提高了加工速度，降低了產(chǎn)品價(jià)格所需的時(shí)間，節(jié)約了生產(chǎn)成本。通過這次設(shè)計(jì)，在辛苦的勞動(dòng)中，我逐漸擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)以及實(shí)際操作中的不足，提高了我的規(guī)范設(shè)計(jì)以及CAD制圖等其他專業(yè)能力水平。而且通過了對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉。
參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
[1] 謝家瀛.組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊(cè)[M],北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1992:111-115
[2] 金振華 .組合機(jī)床及其調(diào)整與應(yīng)用[M] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1990:56-61
[3] 李慶余,張佳 .機(jī)械裝備設(shè)計(jì)[M] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003:225-220
[4] 顧維邦 .金屬切削機(jī)床概論 [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002:23-33
[5] 戴曙 .金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)[M] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1993:99-105
[6] 華東紡織工學(xué)院,哈爾濱工業(yè)大學(xué),天津大學(xué).機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)[M] .上海:上海科學(xué)技術(shù) 出版社，1984:86-91
[7] 徐景輝 .機(jī)床裝配[M] .四川:四川人民出版社，1982:19-32
[8] 儲(chǔ)凱,許斌 .機(jī)械工程材料 [M].重慶:重慶大學(xué)出版社，2002:50-56
[9] 邱宣懷 .機(jī)械設(shè)計(jì)[M] .北京:高等教育出版社，2003:155-161
[10] 吳宗澤 .機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M] .北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000:199-206
[11] 龔桂 .機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M] .北京:高等教育出版社，1990:74-85
[12] 章宏甲,黃誼 .液壓傳動(dòng)[M] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003:88-95
[13] 左健民 .液壓與氣壓傳動(dòng)[M] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002:90-94
[14] 劉建彗,鄒彗雪,顏洪森.對(duì)加工中心自動(dòng)換刀裝置時(shí)間的探討[J]. 組合機(jī)床和自動(dòng) 化加工技術(shù), 2004,8:22-23
[15] 宋明寬. 精密刀庫機(jī)械手換刀位置調(diào)整工具[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床.2010,4:33-35
[16] 陶松橋. 加工中心刀庫定位控制的改進(jìn)[J]. 設(shè)備管理與維修, 2008,3:19-21
[17] 李體仁,張淳,夏田.立式加工中心刀庫刀套的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)床與液壓,2004,6:47-49
[18] 祁平. 加工中心自動(dòng)換刀過程PLC編程技巧[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床.2001,1:9-11
[19] Chang W C, Van Y T. Researching Design Trens for the Redesignof Product[J]. Design Studies（US），2003,04(1):173-180
[20] Asfahl, R. Robot and Manufacturing Automation(US). John Wiley&Sons, 1992:26-33
[21] Mou J, Liu C R.An error correction method for CNC machine tools using reference parts(US). Transactions of NAMRE/SME, 1994，3:15-16
致 謝
致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及的全部內(nèi)容是在指導(dǎo)老師曹老師的悉心指導(dǎo)下完成的。感謝曹老師給我提供了良好的課題條件，讓我從這次設(shè)計(jì)中得到了很好的鍛煉。同時(shí)也為我講解了不少難題，在此特別感謝。曹老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的作風(fēng)和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度讓我們受益非淺。從曹老師處我們學(xué)到了許多的專業(yè)知識(shí)和相關(guān)的設(shè)計(jì)方法。在此，謹(jǐn)向恩師表示最真誠的感謝。感謝他在百忙中給予我們的指導(dǎo)。當(dāng)然還有本院其他老師的指導(dǎo)。在此我向各位給予我指導(dǎo)的老師表示忠心的感謝和致敬。
最后還要感謝的，也是最應(yīng)該感謝的是學(xué)校，學(xué)校讓我們有這么好的學(xué)習(xí)條件。通過四年的學(xué)習(xí)，讓我們成為有用之才；也是學(xué)院給我們了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)，讓我們?cè)谧呱瞎ぷ鲘徫恢昂煤玫腻憻捯幌伦约骸?