拋光機(jī)主軸傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件設(shè)計(jì)

1、拋光機(jī)主軸傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件設(shè)計(jì) 目錄1引 言11.1拋光機(jī)-機(jī)械概述11.2課題的來源及意義21.3本課題所涉及的問題在國(guó)內(nèi)（外）的研究現(xiàn)狀21.4設(shè)計(jì)方案的確定31.4.1總體方案設(shè)計(jì)要求31.4.2設(shè)計(jì)參數(shù)31.4.3總體方案的確定41.4.4機(jī)床傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖42擺軸調(diào)節(jié)部件的設(shè)計(jì)52.1概述52.2磨削力的計(jì)算62.3滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型62.3.1計(jì)算進(jìn)給牽引力72.3.2計(jì)算最大動(dòng)載荷C72.3.4剛度驗(yàn)算103主軸的設(shè)計(jì)與校核133.1選擇主軸的材料確定許用應(yīng)力133.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)133.3按彎矩合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度173.4按疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核軸的強(qiáng)度184減速器與步

2、進(jìn)電機(jī)的選擇204.1減速器的選擇205滾動(dòng)軸承的選擇和計(jì)算226鍵聯(lián)接的選擇和強(qiáng)度校核237潤(rùn)滑與密封及緊固件的選用247.1潤(rùn)滑與密封24致 謝25附 錄常用量的名稱單位符號(hào)及換算關(guān)系量的名稱（常用符號(hào)）單位名稱單位符號(hào)其他表示換算關(guān)系力；重力牛頓力矩，轉(zhuǎn)矩（扭矩）牛頓米功率瓦特（線）速度，圓周速度米每秒角速度弧度每秒旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)每分平面角弧度度表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)瓦特每平方米攝氏度熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）瓦特每米攝氏度注： 暫時(shí)用于對(duì)廢除單位的換算。 壓力壓強(qiáng)的單位均為單位面積上的力，本書均使用壓力。 “相對(duì)密度”定義為“在所規(guī)定的條件下，某物質(zhì)的密度（單位為）與參考物質(zhì)的密度之比”。它是無量綱的量。在

3、未指明參考物質(zhì)時(shí)均指的蒸餾水而言。1 引 言1.1 拋光機(jī)-機(jī)械概述拋光機(jī)操作的關(guān)鍵是要設(shè)法得到最大的拋光速率，以便盡快除去磨光時(shí)產(chǎn)生的損傷層。同時(shí)也要使拋光損傷層不會(huì)影響最終觀察到的組織，即不會(huì)造成假組織。前者要求使用較粗的磨料，以保證有較大的拋光速率來去除磨光的損傷層，但拋光損傷層也較深；后者要求使用最細(xì)的材料，使拋光損傷層較淺，但拋光速率低。1.2 課題的來源及意義主軸傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件作為高速磨削機(jī)床中最關(guān)鍵的部件，其性能的好壞在很大程度上決定了整臺(tái)磨削機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)效率，因此各工業(yè)國(guó)家都十分關(guān)注主軸傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件的設(shè)計(jì)，紛紛投入巨資，裝備精良的加工和測(cè)試設(shè)備，建立恒溫、潔凈

4、的裝配環(huán)境，形成了不少專業(yè)生產(chǎn)基地。我國(guó)目前還尚未形成批量模塊化，其主軸的各項(xiàng)性能指標(biāo)和國(guó)外尚有較大的差距。為了加快我國(guó)高速加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，加速數(shù)控磨床產(chǎn)品的更新?lián)Q代，今天研究和設(shè)計(jì)磨床的主軸傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件則有著很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。1.3 本課題所涉及的問題在國(guó)內(nèi)（外）的研究現(xiàn)狀在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，零件的復(fù)雜程度和精度要求迅速提高，傳統(tǒng)的普通機(jī)床已經(jīng)越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，而數(shù)控機(jī)床具有高精度、高效率、一機(jī)多用，可以完成復(fù)雜型面加工的特點(diǎn)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展廣泛應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控裝置的基本功能幾乎全由軟件來實(shí)現(xiàn)，硬件幾乎能通用，從而使其更具加工柔性，功能更加強(qiáng)大。拋光機(jī)

5、亦稱研磨機(jī)，其工作原理是電機(jī)帶動(dòng)拋光盤高速旋轉(zhuǎn)，由于拋光盤上的海綿、羊毛和拋光劑共同作用，與待拋表面保持摩擦，進(jìn)而達(dá)到去除漆面污染、氧化層、淺劃痕的目的。我國(guó)目前仍以手工研磨拋光為主，該方法不需要特殊的設(shè)備，適應(yīng)性比較強(qiáng)，主要依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)技藝水平，不僅效率 低，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量不穩(wěn)定，周期長(zhǎng)，工人作業(yè)環(huán)境差。特別是模具表面的精加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。模具表面的質(zhì)量對(duì)模具使 用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，但手工拋光的以上缺點(diǎn)制約了我國(guó)模具加工 向更高層次發(fā)展。因此，研究拋光的自動(dòng)化、智能化是重要的發(fā)展趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)數(shù)控研磨和拋光技術(shù)是一種由計(jì)算機(jī)控制的精密機(jī)

6、床將工件表面磨削成所需要的面形，然后用柔性拋光模拋光，使工件在不改變精磨面形精度的條件下達(dá)到鏡面光潔度的光學(xué)零件制造技術(shù)。數(shù)字式拋光機(jī)這種拋光工具采用數(shù)字化控制，數(shù)字式顯示和控制工藝參數(shù)，備有整套磨頭及磨料，半自動(dòng)拋光，具有體積小、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。拋光不僅增加工件的 美觀，而且能夠改善材料表面的耐腐蝕性、耐磨性，還可以使模具擁有其它優(yōu)點(diǎn)，如使塑料 制品易于脫模，減少生產(chǎn)注塑周期等。因而拋光在零件加工過程中是很重要的一道工序。數(shù)控化的拋光機(jī)還可以解決用戶過去因工件形狀復(fù)雜難以達(dá)到拋光要求這一難題。并且縮短了拋光時(shí)間提高了工作效率。采用該工具進(jìn)行拋光，可快速對(duì)粗糙表面整形拋光，不受工件形狀、材料硬

7、度限制，對(duì)原始表面粗糙度沒有要求，功效比較高。1.4 設(shè)計(jì)方案的確定機(jī)床由機(jī)械、電氣系統(tǒng)組成，PLC控制。主軸、擺座電機(jī)分別由4個(gè)變頻器調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)和擺座擺動(dòng)的無級(jí)調(diào)速，以確保主軸轉(zhuǎn)速控制在250-3600rpm；擺座擺動(dòng)頻率在10-100rpm。工件主軸工作前通過絲杠、絲母在0-45度內(nèi)搖動(dòng)一個(gè)角度（前后方向），并且以這一位置為平衡點(diǎn)在0-30度的范圍內(nèi)擺動(dòng)：這在工件磨削效益和質(zhì)量上較一般光學(xué)設(shè)備有很大地提高。機(jī)床具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制方式。工件的加工時(shí)間按透鏡曲率半徑大小的不同要求而設(shè)置。在自動(dòng)狀態(tài)下，機(jī)床的工作實(shí)現(xiàn)了除裝取工件外的全部自動(dòng)化。1.4.1 總體方案設(shè)計(jì)要求（1）通過

8、擺軸調(diào)節(jié)部件的電機(jī)使得減速器的輸出軸與曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄相連接。讓四桿機(jī)構(gòu)的曲柄做整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過連桿帶動(dòng)主軸擺座（相當(dāng)于四桿機(jī)構(gòu)中的搖桿）在某一平衡點(diǎn)0-30度的范圍內(nèi)擺動(dòng)。主軸裝配在主軸擺座里面，通過主軸電機(jī)帶動(dòng)主軸高速旋轉(zhuǎn)。（2）簡(jiǎn)單的接口電路設(shè)計(jì)，選擇驅(qū)動(dòng)控制電路，設(shè)計(jì)通用接口和專用接口以及CPU與輔助電路的連接。（3）采用微機(jī)完成數(shù)據(jù)處理和運(yùn)動(dòng)控制。1.4.2 設(shè)計(jì)參數(shù)軸數(shù) 4軸工件主軸轉(zhuǎn)速 磨削直徑 磨削曲率半徑 擺座擺動(dòng)頻率 擺座擺動(dòng)角度 主軸連接螺紋 螺紋止口 上軸連接螺紋 上軸加壓 電源 氣源壓力 機(jī)床尺寸 機(jī)床重量約 總功率 1.4.3 總體方案的確定由于是進(jìn)行普通機(jī)床主

9、軸傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件的模塊化設(shè)計(jì)，所以在考慮具體方案時(shí)，基本原則是在滿足機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)使用性能要求的前提下，盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化。降低成本，縮短周期。1.4.4 機(jī)床傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖圖1-1 機(jī)床主軸傳動(dòng)系統(tǒng)及主軸部件機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題涉及兩大部分內(nèi)容：其一為擺軸調(diào)節(jié)部件的設(shè)計(jì)、其二為主軸部件的設(shè)計(jì)。為了保證主軸的正常工作，軸應(yīng)滿足以下幾個(gè)關(guān)鍵問題：合理的結(jié)構(gòu)、足夠的強(qiáng)度、必要的剛度。尤其是電主軸機(jī)械結(jié)構(gòu)雖然比較簡(jiǎn)單，但制造工藝的要求卻非常嚴(yán)格。這種結(jié)構(gòu)還帶來一系列新的技術(shù)難題，諸如內(nèi)置電動(dòng)機(jī)的散熱、高速主軸的動(dòng)平衡、主軸支承及其潤(rùn)滑方式的合理設(shè)計(jì)等問題，必須妥善地得到解決，才能確保主軸穩(wěn)定可靠

10、的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)高效精密加工。解決思路為：應(yīng)保證軸上零件方便的裝拆，正確的定位和固定，且便于加工和制造。軸具有足夠的承載能力，在工作壽命內(nèi)不因強(qiáng)度不足而失效。對(duì)要求有較高旋轉(zhuǎn)精度的軸（如機(jī)床主軸等），除強(qiáng)度足夠外，必須滿足剛度要求。2 擺軸調(diào)節(jié)部件的設(shè)計(jì)2.1 概述擺軸調(diào)節(jié)部件設(shè)計(jì)與計(jì)算已知條件 支承板重量 G=400N（根據(jù)圖紙粗略計(jì)算）時(shí)間常數(shù) T=25ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程 行程 S=820mm步距角 計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算與說明計(jì)算結(jié)果1）最大磨削功率 的計(jì)算最大磨削功率式中：-擺軸電動(dòng)機(jī)的功率 -主傳動(dòng)系統(tǒng)的總功率 （一般為0.75-0.85）這里取 =0.8則 2）主磨削力的計(jì)算磨削功率應(yīng)

11、接各種情況下經(jīng)常遇到的量大磨削力（或轉(zhuǎn)矩）和最大磨削速度（或轉(zhuǎn)速）來計(jì)算。即 式中： 最大磨削速度（m/min）按用硬質(zhì)合金刀具是半精磨鋼件時(shí)的速度取V=100m/min則 擺軸調(diào)節(jié)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算與選型內(nèi)容包括：運(yùn)動(dòng)參數(shù)、動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算、轉(zhuǎn)動(dòng)比的分配、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2-1所示。圖2-1 擺軸調(diào)節(jié)部件裝配簡(jiǎn)圖2.2 磨削力的計(jì)算在進(jìn)給擺軸調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，選用步進(jìn)電機(jī)時(shí)，都要用到磨削力（機(jī)床的主要負(fù)載）則可用公式計(jì)算出機(jī)床的磨削力。2.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型擺軸調(diào)節(jié)部件中滾珠絲杠螺母副的安裝方式采用兩端鉸支安裝。如圖2-2 a b圖2-2 滾珠絲杠螺母副兩端鉸支的安裝方式

12、注：圖a采用大接觸角角接觸軸承的安裝方式；圖b采用推力球軸承或和角接觸球軸承組合的安裝方式或采用滾針和推力組合軸承。所示。它有如下特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 軸向剛度??； 適用于對(duì)剛度和位移精度要求不高的滾珠絲杠安裝； 對(duì)絲杠的熱伸長(zhǎng)度敏感； 適用于中等回轉(zhuǎn)速度。滾珠絲杠螺母副初等造型的主要依據(jù)是最大動(dòng)載荷和最大靜載荷，初選型號(hào)后，還要進(jìn)行軸向剛度驗(yàn)算和壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。2.3.1 計(jì)算進(jìn)給牽引力計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算與說明計(jì)算結(jié)果計(jì)算進(jìn)給牽引力這里假定為400N=為考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，三角導(dǎo)軌取1.15 =導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，三角形導(dǎo)軌屬于普通滑動(dòng)導(dǎo)軌，取0.150.18，這里取0.16則 1.159

13、600.16（3840400）1782.4N2.3.2 計(jì)算最大動(dòng)載荷C由已知參數(shù)可知：工進(jìn)速度為V =1m/min 、快進(jìn)速度為V=3m/min、基本導(dǎo)程、步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.75°/step則絲杠轉(zhuǎn)速為 滾珠絲杠壽命系數(shù)為 式中 =壽命時(shí)間（h）普通機(jī)械為500010000h 數(shù)控機(jī)床及其他機(jī)械機(jī)電一體化設(shè)備及儀器裝置為15000 h航空機(jī)械為1000h即 根據(jù)工作負(fù)載、壽命L可計(jì)算出絲杠軸向最大動(dòng)載荷C為式中 載荷系數(shù)運(yùn) 轉(zhuǎn) 系 數(shù) 值運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)無沖擊的圓潤(rùn)運(yùn)轉(zhuǎn)1.0-1.2一般運(yùn)轉(zhuǎn)1.2-1.5有沖擊的運(yùn)轉(zhuǎn)1.5-2.5硬度系數(shù)硬 度 系 數(shù) 值硬度HRC6057.5

14、5552.55.47.54542.5403025硬度系數(shù)1.01.11.21.42.02.53.34.55.01015即 =14318.7N根據(jù)最大動(dòng)載荷C，從機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P18表2-5中，初選滾珠絲杠的型號(hào)和有關(guān)系數(shù)，選用時(shí)要注意公稱直徑和導(dǎo)程，應(yīng)用優(yōu)先組合，同時(shí)還受最大靜載荷的影響和限制，因當(dāng)滾珠絲杠在靜態(tài)或低速情況下工作時(shí)，滾珠絲杠副的破壞形式主要是滾珠與滾道面在接觸點(diǎn)上產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)塑性變形超過一定限度就會(huì)使?jié)L珠絲杠無法正常工作。一般允許其塑性變形量不超過滾珠的萬分之一，此時(shí)的軸向負(fù)載稱為額定靜載荷，選用時(shí)應(yīng)使相應(yīng)的滾珠絲杠的額定靜載荷滿足以下條件： （一般使 2-3）由滾珠絲

15、杠副承受的最大動(dòng)載荷C，參照機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo)P22表2-8選滾珠絲杠副規(guī)格為2506，內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副螺母安裝，1列2.5圈，螺紋升角 ， 強(qiáng)度足夠用，精度選用5級(jí)。其幾何參數(shù)如下：公稱直徑 導(dǎo)程 滾珠直徑 滾道直徑 偏心距 = 螺桿內(nèi)徑 = = 45.88mm螺母安裝尺寸注：2506 （ ）2.3.3 傳動(dòng)效率的計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率可用下式計(jì)算式中： 為絲杠螺旋升角 摩擦角，滾珠絲杠副的滾動(dòng)摩擦系數(shù) ,其摩擦角數(shù)約等于即 2.3.4 剛度驗(yàn)算擺軸調(diào)節(jié)部件中，滾珠絲杠支承方式如圖2-2所示。絲杠螺母及軸承均進(jìn)行了預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)載荷的1/3，絲桿的變形量計(jì)算如下：計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)

16、算與說明計(jì)算結(jié)果1）絲杠的拉壓變形量滾珠絲杠應(yīng)計(jì)算滿載時(shí)拉壓變形其中:為在工作載荷Fm作用下絲杠總長(zhǎng)度上拉伸或壓縮變形量(mm)1）絲杠的拉壓變形量Fm絲杠的工作載荷(N)L 滾珠絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度E為材料彈性模量（剛）A滾珠絲杠按內(nèi)徑確定的載面積 "+"號(hào)用于拉伸 "-"號(hào)用于壓縮即 2）滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量該變形量與滾珠列，圈數(shù)有關(guān)。即與滾珠總數(shù)量有關(guān)，與滾珠絲杠的長(zhǎng)度無關(guān)。由圖2-1可知：兩端裝深溝球軸承對(duì)絲杠進(jìn)行支承的， 把深溝球軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊拉力，這樣有助于提高剛度。因此有預(yù)緊時(shí) 式中：Dw滾珠直徑（）=為滾珠總

17、數(shù)量z為一圈的滾珠數(shù)(外循環(huán) )計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算與說明計(jì)算結(jié)果2）滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量(內(nèi)循環(huán) ) -預(yù)緊力 Fm -滾珠絲杠工作載荷 即 當(dāng)滾珠絲杠有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向工作載荷的1/3時(shí)，值可減少一半左右 所以 3）螺母支承變形量支承滾珠絲杠的軸承為6002型深溝球軸承。幾何參數(shù) =45mm滾動(dòng)體直徑=7.06mm,滾動(dòng)體數(shù)量=20軸承的軸向接觸變形為式中 Fm-軸承所受軸的載荷（N)-軸承的滾動(dòng)體數(shù)目；-軸承的滾動(dòng)體直徑。即4）滾珠絲桿副剛度的驗(yàn)算根據(jù)以上計(jì)算，絲杠的總變形量計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算與說明計(jì)算結(jié)果4）滾珠絲桿副剛度的驗(yàn)算由絲杠精度等級(jí)（五級(jí)），查出規(guī)定長(zhǎng)度允許的螺距誤差

18、為27um/m.故剛度足夠。5）壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算滾珠絲桿通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作負(fù)載過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。但兩端裝止推軸承與向心軸承時(shí)，絲杠一般不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，由圖2-1可知絲杠兩端裝有止推軸承進(jìn)行支承，故無需進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算。3 主軸的設(shè)計(jì)與校核3.1 選擇主軸的材料確定許用應(yīng)力計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算與說明計(jì)算結(jié)果選擇軸的材料并確定許用應(yīng)力由于傳遞的功率不大，而且對(duì)其重量及尺寸也無特殊，故選擇常用的材料45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表查得 HBS=23 強(qiáng)度極限=635Mpa 屈服極限=353Mpa 彎曲疲勞極限=268Mpa 剪切疲勞極限=155Mpa 對(duì)稱循環(huán)彎應(yīng)

19、力的許用應(yīng)力=59Mpa=635=353=268=155 =593.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算與說明計(jì)算結(jié)果1）擬定軸上零件的裝拆方案由主軸部件裝配部件圖可以看出，軸上軸承螺母由小端裝配板裝卸，帶輪通過普通平鍵聯(lián)接。大端防水端蓋通過螺紋連接，裝拆更方便。2）確定軸的各段直徑與長(zhǎng)度段為軸上的最小直徑，與主軸電機(jī)的機(jī)架固定，只需強(qiáng)度滿足要求即可。；段長(zhǎng)度為段直徑的確定：為防止帶輪軸向位移，用螺母軸向固定。其直徑，軸肩高度，取 h=0.15d=0.15×20=3mm則圓整取25mm段長(zhǎng)度的確定：根據(jù)帶輪的型號(hào)，因帶輪傳遞的功率不大，故取段直徑的確定：因?yàn)閹л喪强坑叶说穆菽竵磔S向定位的

20、，所以它的直徑根據(jù)段直徑一致也合理。加工也更方便。段長(zhǎng)度的確定:此軸段長(zhǎng)度應(yīng)較長(zhǎng)一些。因該軸傳送的功率不大，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，軸的右端應(yīng)選用。計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)算與說明計(jì)算結(jié)果2）確定軸的各段直徑與長(zhǎng)度價(jià)格便宜的深溝球軸承6005一對(duì)。查手冊(cè)可得軸承內(nèi)徑為25mm,寬度為12mm；左端應(yīng)選用角接觸球軸承為7005一對(duì)，查手冊(cè)可得軸承內(nèi)徑為25mm，寬度為12mm。同時(shí)還應(yīng)選擇軸承端蓋的類型和尺寸，軸承端蓋根據(jù)軸徑來選擇，其寬度尺寸為軸段最左端有一個(gè)二次防水密封端蓋，它一方面起軸承端蓋的作用，另一方面起密封作用，其寬度尺寸為考慮以上幾個(gè)因素尺寸，段的長(zhǎng)度為段直徑的確定：為保證第一次密封端蓋的底面定位和二次

21、密封端蓋的頂面定位。根據(jù)具體情況這里取 3）結(jié)論根據(jù)以上各軸段的直徑和長(zhǎng)度，繪制出軸的結(jié)構(gòu)草圖，如圖3-1所示，由圖可知，軸的總長(zhǎng)為 ：經(jīng)分析，可算得軸的支承跨距為圖3-1 機(jī)床主軸部件的設(shè)計(jì)3.3 按彎矩合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度 繪制軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（圖3-1b） 齒輪受力分析圓周力 徑向力 繪制鉛垂面彎矩圖 畫鉛垂面受力圖，計(jì)算鉛垂面支反力 畫鉛垂面彎矩圖（圖3-1c）計(jì)算彎矩值：截面C右側(cè)彎矩 截面C左側(cè)彎矩 繪制水平彎矩圖畫水平受力圖，計(jì)算水平支反力=0 解得 畫水平彎矩（圖3-1d）計(jì)算截面C處彎矩值 繪制合成彎矩圖(圖3-1e)計(jì)算合成彎矩值 繪制轉(zhuǎn)矩圖轉(zhuǎn)矩 繪制當(dāng)量彎矩圖為此應(yīng)先計(jì)算當(dāng)量

22、彎矩,根據(jù)合成彎矩圖可知,截面C為危險(xiǎn)截面,截面C的當(dāng)量彎矩為考慮到減速器的剎車和起動(dòng),轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的切應(yīng)力應(yīng)按脈動(dòng)循環(huán)變化,故取則 校核軸的強(qiáng)度由公式 （強(qiáng)度足夠）3.4 按疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核軸的強(qiáng)度由軸的當(dāng)量彎矩圖可見,截面出所C-C處當(dāng)量彎矩最大,且過盈配合和鍵槽引起的應(yīng)力集中,故確定截面C-C為危險(xiǎn)截面，需要校核其疲勞強(qiáng)度. 計(jì)算彎曲應(yīng)力幅和平均應(yīng)力由前分析可知, 彎矩產(chǎn)生的彎曲正應(yīng)力在軸的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中呈對(duì)稱循環(huán)變化,根據(jù)對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力特點(diǎn)可得0式中為C截面直徑 b為軸上鍵槽寬度 查實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)書附表10-5,取b=17mmt為軸上鍵槽寬度 查實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)書附表10-5,取t=6mm需要指

23、出和只能按合成彎矩進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,而不能按當(dāng)量彎矩計(jì)算 計(jì)算扭矩轉(zhuǎn)應(yīng)力幅平均應(yīng)力由前分析可知, 扭矩產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力呈對(duì)稱循環(huán)變化.根據(jù)脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力的特點(diǎn)可得式中（ b及t如上所述） 確定計(jì)算參數(shù) 查附表10-1 按過盈配合查得應(yīng)力集中系數(shù)=2.60 =1.87 ;按鍵槽查得=1.76K =1.54 故取=2.52 1.82 查附表10-6 尺寸系數(shù)=0.81; =0.76 查附表10-4 得表面質(zhì)量系數(shù) 查附表10-7 得銅的 查附表10-8 得許用安全系數(shù)S=1.3-1.5 計(jì)算只考慮彎距作用時(shí)的安全系數(shù) 計(jì)算只考慮彎距作用時(shí)的安全系數(shù) 疲勞安全系數(shù)校核由前分析可知,轉(zhuǎn)軸危險(xiǎn)系數(shù)截面為二向

24、應(yīng)力狀態(tài)由公式所以 該軸的疲勞強(qiáng)度足夠。 繪制軸的零件工作圖4 減速器與步進(jìn)電機(jī)的選擇4.1 減速器的選擇本次設(shè)計(jì)中減速器我們采用外購(gòu)的方式?？紤]機(jī)床的承載能力和傳動(dòng)效率等因素，初選DB型圓錐圓柱齒輪減速器。（JB/9002-1999）。這種減速器具有承載能力大傳動(dòng)效率高噪聲低體積小壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。用于輸入軸與輸出軸呈垂直方向布置的傳動(dòng)裝置。其型號(hào)為DBY K 280-31.5-S 。通過驗(yàn)算啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（16-2-6）計(jì)算最后通過驗(yàn)算減速器的熱功率，符合要求。采購(gòu)廠家為銀川減速器機(jī)廠家。4.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇合理選擇步進(jìn)電機(jī)是比較復(fù)雜的問題，需要根據(jù)電機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中的實(shí)際工作情況，

25、經(jīng)分析后才能正確選擇。 式中 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)力矩 =電動(dòng)機(jī)靜負(fù)荷力矩為了滿足最小步距要求，選擇三相六拍工作方式，有下表可知運(yùn)行方式相數(shù)3456拍數(shù)36485106120.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866表4-1步進(jìn)電機(jī)相數(shù)、拍數(shù)、啟動(dòng)力矩所以步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率綜合考慮，查表選用YS系列三相異步電動(dòng)機(jī)。擺軸調(diào)節(jié)部件電機(jī)型號(hào)為YS7112主軸電機(jī)型號(hào)為YS7122。其技術(shù)參數(shù)如下表（220/380V 50HZ）表4-2擺軸調(diào)節(jié)部件電機(jī)型號(hào)參數(shù)代號(hào)功率電流轉(zhuǎn)速效率功率因數(shù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距堵轉(zhuǎn)電流最大轉(zhuǎn)矩聲功率級(jí)機(jī)座鐵心極數(shù)3700.96280073.

26、50.8額定轉(zhuǎn)矩額定電流額定轉(zhuǎn)矩7571122.36.02.4表4-3主軸電機(jī)型號(hào)參數(shù)代號(hào)功率電流轉(zhuǎn)速效率功率因數(shù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距堵轉(zhuǎn)電流最大轉(zhuǎn)矩聲功率級(jí)機(jī)座鐵心極數(shù)5501.35280075.50.82額定轉(zhuǎn)矩額定電流額定轉(zhuǎn)矩7571222.36.02.45 滾動(dòng)軸承的選擇和計(jì)算軸承是用以支承軸或軸上回轉(zhuǎn)零件的部件。而滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。它具有啟動(dòng)靈敏、摩擦阻力小、效率高、潤(rùn)滑簡(jiǎn)便、易于互換等優(yōu)點(diǎn)。滾動(dòng)軸承的選擇和計(jì)算，按軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，初步選用型號(hào)為6005的深溝球軸承。 計(jì)算軸承載荷 軸承的徑向載荷軸承A軸承B 按壽命計(jì)算選擇軸承型號(hào) 派生軸向力計(jì)算，查表可得 確定軸承的軸向載荷 故軸承1“放松”，軸承2“壓緊”。 根據(jù)當(dāng)量動(dòng)載荷公式計(jì)算P值 計(jì)算工作所需要的徑向基本額定動(dòng)載荷：由于常溫ft=1 中等沖擊取fp=1.2深溝球軸承壽命指數(shù)，兩支承用同一型號(hào)另外，主軸左端初選的7005角接觸球軸承及滾珠絲杠上所選的深溝球軸承6002，按上述方法計(jì)算。若按大修期五年更換軸