弧面凸輪數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì)-機(jī)械部分設(shè)計(jì)【全套CAD圖紙+畢業(yè)論文答辯資料】

購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 弧面凸輪數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì) 摘 要： 弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)是由美國人 20 世紀(jì) 20 年代發(fā)明的，并由其所創(chuàng)建的準(zhǔn)化生產(chǎn)。該機(jī)構(gòu)是用于兩垂直交錯(cuò)軸間的間歇分度步進(jìn)傳動。由弧面分度凸輪、從動轉(zhuǎn)盤以及在從動轉(zhuǎn)盤徑向均布的滾子組成。由于弧面分度機(jī)構(gòu)具有傳動速度高、分度精度和動力學(xué)性能好、承載能力大、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于各種自動機(jī)械，如煙草機(jī)械、包裝機(jī)械、加工中心換刀機(jī)械手等。 分度凸輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，能自動定位以及動靜比可任意選擇的特點(diǎn)，與棘輪機(jī) 構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、針輪機(jī)構(gòu)等幾種傳統(tǒng)的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)相比，更適合于要求高速、高分度精度的場合，因而廣泛應(yīng)用于各種多工位自動機(jī)械、直線步進(jìn)機(jī)械中。隨著自動機(jī)械向高速化、精密化、輕量化的方向發(fā)展，現(xiàn)有分度凸輪機(jī)構(gòu)已難滿足更高要求的需要 。 關(guān)鍵詞： 弧面分度凸輪 ， 參數(shù)分析 ， 運(yùn)動仿真 he of a or by 920s by in in of as to in of to of t of of 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 第一章 緒論 在當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)飛速發(fā)展過程中， 現(xiàn)代機(jī)床制造業(yè)正在向 “ 高速、精密、復(fù)合、智能和環(huán)保 ” 的方向前進(jìn)，而高速、高效加工在其中扮演著重要角色。在發(fā)達(dá)國家，圍繞高速、高效 的新型的機(jī)構(gòu) ，不僅在技術(shù)開發(fā)方面投入了大量精力，而且在應(yīng)用推廣方面取得了前所未有的進(jìn)展。 弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)是由輸入軸上的弧面凸輪與輸出軸分度輪上的滾動軸承無間隙垂直嚙合，從而實(shí)現(xiàn)間歇輸出的新型傳動機(jī)構(gòu)。采用弧面凸輪分度機(jī) 構(gòu)的弧面凸輪分度箱，它已成為當(dāng)今世界上精密驅(qū)動的主流裝置。它具有高速性能好，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳遞扭矩大，定位時(shí)自鎖，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，噪音低、壽命長等顯著優(yōu)點(diǎn)，是代替槽輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)等傳統(tǒng)間歇機(jī)構(gòu)的理想產(chǎn)品，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用配套于各種組合機(jī)械、機(jī)床加工中心、煙草機(jī)械、化工灌裝機(jī)械，印刷機(jī)械、電器制造裝配自動生產(chǎn)線等需把連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)動作的各種自動化機(jī)械上的必備的理想功能部件。 弧面凸輪機(jī)構(gòu) (稱為蝸形凸輪機(jī)構(gòu)或滾子齒形凸輪機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可用于高速間歇分度，與傳統(tǒng)的間歇傳動機(jī)構(gòu)如棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)等相比，具有傳動速度高、分度精度和動力學(xué)性能好、承載能力大、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，而且通過弧面凸輪與從動件滾子的共扼嚙合傳動，可以實(shí)現(xiàn)從動件所需要的各種運(yùn)動規(guī)律。目前己廣泛應(yīng)用在煙草機(jī)械、包裝機(jī)械、加工中心換刀機(jī)械手等自動機(jī)械中。 弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)是由美國人 20 世紀(jì) 20 年代發(fā)明的，并由其所創(chuàng)建的 司首先進(jìn)行了系列化標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。之后，前蘇聯(lián)、英國、匈牙利、瑞士、 日本等國也相繼對弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究，并成立有專門的生產(chǎn)廠家和研究機(jī)構(gòu)。在弧面分度凸輪的幾何學(xué)與運(yùn)動學(xué)方面，英國的 次采用微分幾何與包絡(luò)原理等方法對弧面分度凸輪的幾何學(xué)進(jìn)行了深入研究。而目前，在日本、德國、俄羅斯和瑞士等國家已實(shí)現(xiàn)弧面凸輪的標(biāo)準(zhǔn)化系列化生產(chǎn)。由于弧面分度機(jī)構(gòu)具有傳動速度高、分度精度和動力學(xué)性能好、承載能力大、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于各種自動機(jī)械，如煙草機(jī)械、包裝機(jī)械、加工中心換刀機(jī)械手等。在加工制造方面，國外和臺灣地區(qū)大都采用范成法在數(shù)控機(jī)床上加工。范成 法的理論和加工技術(shù)已經(jīng)非常成熟。在數(shù)字化加工方面也有所探索。但可查到文獻(xiàn)不多。國外學(xué)者在弧面分度凸輪的應(yīng)用方面也開展了大量的工作。我國對弧面分度凸輪的研究起步較晚，直到 20 世紀(jì) 70購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 年代末期才開始相關(guān)的研究工作，但經(jīng)過 20 多年的努力，目前已在弧面分度凸輪的設(shè)計(jì)、檢測、制造等方面取得了豐碩的成果，在弧面凸輪的制造方面，國內(nèi)也都是采用范成法，另外對兩重包絡(luò)法、刀位補(bǔ)償法和自由曲面法也做了理論研究。其中，西北科技大學(xué) (原西北輕工業(yè)學(xué)院 )、山東輕工業(yè)學(xué)院、大連輕工業(yè)學(xué)院、天津大學(xué)、山東諸誠恒瑞精密機(jī)械有限公司、西安科 達(dá)凸輪制造有限公司等高等院校和廠家都做了大量的研究，例如西北科技大學(xué)的曹西京等人研制了一種專門用于弧面凸輪磨削的數(shù)控磨頭，山東輕工業(yè)學(xué)院的劉興國開發(fā)了一種五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床 種機(jī)床可以用較小的中心距來加工大中心距的弧面分度凸輪，南方航空動力機(jī)械公司從國外引進(jìn)的一臺五軸加工中心，并配置了行星磨削裝置，可實(shí)現(xiàn)弧面凸輪的行星磨削。但是，這些研究大多集中在普通弧面分度凸輪方面。 與傳統(tǒng)的間歇分度機(jī)構(gòu)相比，弧面凸輪機(jī)構(gòu)在動力學(xué)性能、承載能力、分度的精 度以及分度的速度方面均有不可比擬的優(yōu)越性，被譽(yù)為是最理想的間歇傳動機(jī)構(gòu)，具有廣闊的市場前景。從目前弧面凸輪機(jī)構(gòu)的研究與發(fā)展分析，弧面凸輪機(jī)構(gòu)未來的研究重點(diǎn)與方向可分為如下幾個(gè)方面 : 1、弧面凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)與創(chuàng)新 針對與圓柱滾子共扼嚙合的弧面凸輪機(jī)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中存在的缺陷，結(jié)合其他理論已相對成熟的傳動機(jī)構(gòu)，如蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)、齒輪傳動機(jī)構(gòu)、滾珠絲桿傳動機(jī)構(gòu)等，對弧面凸輪機(jī)構(gòu)在原理上和結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，以拓寬弧面凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域。 2、弧面凸輪機(jī)構(gòu)的動力學(xué)研究 弧面凸輪機(jī)構(gòu)主要是運(yùn)用于高速、高精度的分度與傳 動場合，動力學(xué)性能的好壞將是弧面凸輪設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量的主要評價(jià)指標(biāo)之一。有關(guān)弧面凸輪機(jī)構(gòu)的動力學(xué)研究一直是該領(lǐng)域的一個(gè)難題，也將是該領(lǐng)域的重要研究方向?；诨∶嫱馆唶Ш蟼鲃舆^程中的摩擦、磨損與潤滑狀態(tài)分析，改進(jìn)弧面凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行弧面凸輪機(jī)構(gòu)的摩擦學(xué)設(shè)計(jì)，以改善其動力學(xué)特性，以及設(shè)計(jì)有效的動力學(xué)性能測試裝置，將是一個(gè)值得研究的課題。 3、弧面凸輪 面凸輪是種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空間凸輪，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)弧面凸輪精確設(shè)計(jì)的唯一手段。自從我國對弧面凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究以來，弧面凸輪的 別是九十年代以來，隨著三維以 發(fā)操作界面良好的弧面凸輪三維以D 軟件和弧面凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真系統(tǒng)，以對運(yùn)動過程進(jìn)行模擬與仿真，進(jìn)行裝配干涉檢查和加工誤差的虛擬檢測將是個(gè)很有價(jià)值的研究課題。 4、弧面凸輪的制造及其廓面修形的研究 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 弧面凸輪對表面質(zhì)量和加工精度的要求非常高，在裝配過程中，弧面凸輪機(jī)構(gòu)對加工誤差特別敏感，容易出現(xiàn)裝配干涉。進(jìn)行弧面凸輪的廓面修形研究，提高弧面凸輪機(jī)構(gòu)的裝配性能和降低其裝配對加工誤差的敏感性，是一個(gè)很有意義的研究課題 ;改進(jìn)弧面凸輪的加工手段，提高弧面凸輪加工精度與表面質(zhì) 量也一直是人們思考的主要課題 ;此外，從加工原理上進(jìn)行改進(jìn)，探索弧面凸輪的單側(cè)加工、刀具補(bǔ)償加工、兩重包絡(luò)法加工，將是一個(gè)重要的研究方向。 5、目前，弧面凸輪機(jī)構(gòu)還沒有完善的精度評價(jià)指標(biāo)體系，也沒有專門的檢測工具。對于弧面凸輪的精度評價(jià)體系的完善以及檢測方法與手段的探索將是一個(gè)重要的研究課題。 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 第二章 總體分析設(shè)計(jì) 弧面凸輪減速器的傳動原理是基于弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)。它一改渦輪蝸桿減速器的摩擦傳動副為滾動副，使得傳動效率大為提高 H90%單級傳動 I=10動 特點(diǎn)是傳動效率高 ,能耗低，發(fā)熱小，傳動平衡，靈敏度高，其傳動效率雄踞各類減速器之首。 設(shè)計(jì)要求：工作臺面直徑小于 400作臺面垂直時(shí)中心高為 260心定位孔尺寸 5020，工作臺 4傳動比 i=180，分度定位精度 15 ，重復(fù)定位精度 5，最大允許驅(qū) 動力矩 3000N/m。 現(xiàn)設(shè)減速器為二級傳動，第一級為蝸輪 蝸桿傳動，1i=62，第二級為弧面凸輪傳動，2i=3。 選用電機(jī)型號 速 1500r/定功率 4 弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)類似于弧面蝸桿傳動，主動凸輪為輪廓呈凸脊?fàn)畹膱A弧回轉(zhuǎn)與蝸桿一樣可制成單頭、雙頭或多頭，大于三頭的一般較少使用。從動轉(zhuǎn)盤上裝有沿周向均勻分布的滾子。凸輪凸脊的旋向也與蝸桿 旋向定義相同，分為左旋和右旋用 旋用 實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中一般采用左旋較多?；∶娣侄韧馆啓C(jī)構(gòu)因位段形式的差異可分為 型兩種結(jié)構(gòu)類型，如圖 2 A 型凸輪定位段是凸脊，分度盤上的兩個(gè)滾子跨夾在凸脊上， B 型凸輪的定位段是一個(gè)凹槽，分度盤上有一個(gè)滾子在定位段槽中。但無論是哪種結(jié)構(gòu)的凸輪，其凸脊均有左右兩個(gè)側(cè)面。根據(jù)不同的旋向一側(cè)為受力側(cè)，推動分度盤轉(zhuǎn)動，另一側(cè)為幾何定位側(cè)，局部區(qū)域與滾子之間可以有一定間隙。這樣便可實(shí)現(xiàn)凸輪體 1的連續(xù)轉(zhuǎn)動帶動分度盤 2的購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 間歇分度運(yùn)動，從而可以傳遞兩垂直交錯(cuò)軸間 的傳動，整個(gè)運(yùn)動過程如下：圖所示的為單頭左旋弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)凸輪體旋轉(zhuǎn)時(shí)，其分度段輪廓推動滾子，使分度盤分度轉(zhuǎn)位；而當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)到其停歇段輪廓時(shí)，轉(zhuǎn)盤上的兩個(gè)相鄰滾子跨夾在凸輪的圓環(huán)面凸脊上，分度盤停止轉(zhuǎn)動，所以這種機(jī)構(gòu)不必附加其他裝置就能獲得很好的定位作用，并且可以通過調(diào)整中心距來消除滾子與凸輪凸脊之間的間隙，補(bǔ)償磨損。在這種機(jī)構(gòu)中，主動凸輪一般做等速連續(xù)旋轉(zhuǎn)，但有時(shí)為了滿足特殊的需要，如需要較長的停歇時(shí)間，也可以使凸輪作間斷性的旋轉(zhuǎn)。 要運(yùn)動參數(shù) 在設(shè)計(jì)弧面凸輪分度機(jī)構(gòu)時(shí)，往往需要根據(jù)工作要 求確定該機(jī)構(gòu)的一系列基本參數(shù)，主要包括：分度數(shù) I、弧面凸輪的節(jié)圓半徑1程角f、從動盤的節(jié)圓半徑2心距 于各參數(shù)之間有著復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，不可能同時(shí)都為優(yōu)先數(shù)，因此存在著各參數(shù)的合理選取問題。 分度數(shù) 分度數(shù) 的。考慮到該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分度數(shù) I 一般在 224 之間選擇（見表 2常用的分度數(shù)多為 6或 8。分度數(shù)太小時(shí)，壓力角很大，傳動性能較差；分度數(shù)太大時(shí)，從動盤徑向尺寸太大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受轉(zhuǎn)動慣量也 很大，運(yùn)轉(zhuǎn)速度受到很大限，功率消耗很大。凸輪工作副中，若 分度數(shù) I 與從制間的關(guān)系是 I=Z/H，弧面凸輪常用分度數(shù)及其對應(yīng)頭數(shù)見表，凸輪推動定的角度，完成一次分度運(yùn)動。在一次分度周期中從動盤的轉(zhuǎn)位角f： 003 6 0 3 6 0f 凸輪動程角f與動靜比 k：凸輪轉(zhuǎn)一圈中，從動盤的轉(zhuǎn)位時(shí)間比稱為動靜比 k，通常希望動靜比小一些好，動靜比越小，則在一個(gè)分度周期內(nèi)工作機(jī)構(gòu)的操作時(shí)間所占比例越大，因此生產(chǎn)率越高。但在滿足使用要求的前提下，不要一味追求小的動靜比，這樣會使動程角減小，負(fù)荷慣性矩增大，而且容易產(chǎn)生薄脊現(xiàn)象，降低凸輪負(fù)載能力。動程角f指對應(yīng)從動盤轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)位角時(shí)凸輪轉(zhuǎn)過的角度，一般為 90 330，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定間距為 0，即 90、 120、 150、 180、 210、 240、 270、300、 330。 中心距 C：中心距 國規(guī)定中心距為 (40450)紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 其公比為 用的中心距有 (40、 50、 63、 80、 100、 125、 150、 180、 200)準(zhǔn)中選取了中心距作為系列設(shè)計(jì)時(shí)弧面凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)先數(shù)系的自變量，這樣不同的中心距對應(yīng)不同的箱體尺寸，滿足不同的 功率需要，同一中心距選定不同的凸輪也可以實(shí)現(xiàn)不同的輸出。 凸輪的角速度1，從動盤的角速度2，從動盤與凸輪在分度期的最大角速度比 21 ： 2 1 m a xm a x 從動盤節(jié)圓半徑2同的中心距對應(yīng)著不同的從動盤節(jié)圓半徑。 221 m a xt a nt a 滾子尺寸的選擇：滾子的半徑子的寬度 20 . 5 0 . 7 s i Z 21 1 . 4 s i Z 0 0 ，一般至少 5 10e 一般情況下，從動盤的滾子采用標(biāo)準(zhǔn)滾針軸承，因此在計(jì)算出滾子半徑和寬度的取值范圍后，可選用尺寸臨近的標(biāo)準(zhǔn)滾子，然后根據(jù)所提 供的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和校核。 凸輪節(jié)圓半徑1保證接觸應(yīng)力和壓力角小于許用值的前提下凸輪尺寸不宜偏大以湊使機(jī)構(gòu)盡可能緊。 弧面凸輪的長度 l：選取合適的凸輪長度 l 是很重要的，因?yàn)楫?dāng)凸輪長度太短時(shí)，易使傳動中斷，太長又容易發(fā)生干涉，凸輪的長度一般根據(jù)下列公式進(jìn)行選取并圓整： 22 2 s i n 2 2 c o s 2p r r rR b e l R 用于高速間歇分度的弧面凸輪機(jī)構(gòu)，振動、噪聲、沖擊和磨損對工作性能的影響是十分嚴(yán)重的，因此在選擇從動件運(yùn)動規(guī)律 時(shí)主要應(yīng)考慮使其具有較良好的動力學(xué)特性，保證其加速度不太大而且不突變。分度凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律只有工作行程（升程）而無回程，即總是升 停型運(yùn)動曲線，升程為機(jī)構(gòu)中從動轉(zhuǎn)盤的分度階段，停程為從動轉(zhuǎn)盤的停歇階段。常用的凸輪運(yùn)動規(guī)律有三種，即：修正等速運(yùn)動規(guī)律、修正梯形運(yùn)動規(guī)律和修正正弦運(yùn)動規(guī)律，在設(shè)計(jì)高速凸輪時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇運(yùn)動廓面（曲線）。 為了便于分析凸輪機(jī)構(gòu)從動件各種運(yùn)動規(guī)律的共同特性，常把時(shí)間 t、位移 s、速度 v、加速度 a、躍度 j 等運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行無因次處理，用大寫字母表示相應(yīng)的無因次量。各種購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 運(yùn)動曲線的無因 次速度 V，無因次加速度 A，無因次躍動 J 運(yùn)動學(xué)考慮，選擇凸輪曲線時(shí)應(yīng)分析這些因素。 (1)無因次最大速度 當(dāng) ，離心力較大 時(shí)，采用 的曲線較為合適，另外， 的曲線使得最大壓力角也小，凸輪的 尺寸也可以小些， 小的曲線是等速度曲線 。 (2)無因次最大加速度 性力越大，從動件助振力越大，所以轉(zhuǎn)盤質(zhì)量大時(shí)，應(yīng)選取 較小的運(yùn)動曲線。另外， 系到從動件與凸輪間法向載荷，而凸輪機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度主要根據(jù)凸輪接觸強(qiáng)度和銷軸彎曲強(qiáng)度來計(jì)算，因?yàn)槿魏螒?yīng)力都與法向力成正比，所以凸輪強(qiáng)度也與 關(guān)， 小，許用應(yīng)力也越小，極限速度也越小，因此高速凸輪應(yīng)選用 (3)無因次最大躍動 J 示加速度的最大斜率，其值的大小與從動件的振動有關(guān)。轉(zhuǎn)速越高時(shí)，振動頻率越接近隨動件的固有頻率，機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生共振。此外， 動分量的振幅越大。 下表是幾種常用運(yùn)動規(guī)律的特性值，其運(yùn)動規(guī)律的 計(jì)算公式分別介紹如下： 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 修正正弦運(yùn)動規(guī)律：修正正弦曲線是由兩種不同周期的正弦曲線拼合而成。其最大速度值較小，最大加速度不大，可以將凸輪的尺寸做得小些，扭矩也較小，一般在負(fù)荷未知的情況下優(yōu)先選用修正正弦運(yùn)動規(guī)律。這種運(yùn)動規(guī)律由三段曲線組成，中部為周期較長的正弦加速度，首末兩段為周期較短的正弦加速度，其位移、速度、加速度、躍動曲線如圖所示。 行程開始部分周期較短的正弦加速度段 ： 108T11 s i n 444S T T 1 c o s 44 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 24 s i n 44 316 c o s 44 行程中周期較長的正弦加速度段 ： 1788T1 9 42 s i 3 41 3 c o V 244s i 31 6 4c o 行程終了部分周期較短的正弦加速度段 ： 7 18 T114 s i n 444S T T 1 c o s 44 24 s i n 44 316 c o s 44 共軛接觸的基本條件 : 弧面分度凸輪的工作廓面是空間不可展曲面，很難用常規(guī)的機(jī)械制圖方法進(jìn)行測繪，也不能用展開成平面廓線的辦法設(shè)計(jì)，一般應(yīng)按空間包絡(luò)曲面的共軛原理進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)共軛曲面原理，凸輪工作廓面從動轉(zhuǎn)盤的滾子間 的共軛接觸點(diǎn)必須滿足下列三個(gè)基本條件： (1)在共軛接觸位置，兩曲面上的一對對應(yīng)的共扼接觸點(diǎn)必須重合； (2)在共軛接觸點(diǎn)處，兩曲面間的相對運(yùn)動速度必須垂直其公法線； (3)兩曲面在共軛接觸點(diǎn)處必須相切，不產(chǎn)生干涉，且在共扼接觸點(diǎn)的鄰域亦無曲率干購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 涉。 弧面凸輪與從動盤滾子實(shí)際工作表面相接觸的凸輪工作廓面為實(shí)際廓面，從動盤滾子中心線在空間軌跡曲面為理論廓面。 工作廓面方程 : 建立坐標(biāo)系，采用笛卡爾直角坐標(biāo)系，見圖 2機(jī)架相連的定坐標(biāo)系0 0 0 0O x y z;與機(jī)架相連的輔 助定坐標(biāo)系 0 0 0 0O x y z,選擇 0使面對 0 1為逆時(shí)針向；與凸輪 1相連的動坐標(biāo)系1 1 1 1Ox 轉(zhuǎn)盤 2相連的動坐標(biāo)系2 2 2 2O x y 2 2O x y ： 2 2 r、滾子圓柱形 工作面的方程參數(shù)， 凸輪與滾子的共軛接觸方程： 21t a n c o 滾子的位置角； 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 凸輪工作輪廓在坐標(biāo)系1 1 1 1O x y z中的坐標(biāo)： 1 2 2 2c o s c o s s i n c o s s i n c o sx x y r z C 1 2 2 2c o s s i n s i n s i n c o s s i ny x y z C 1 2 2s i nz x y c o n 凸輪轉(zhuǎn)角， 旋為 +1，右旋為 理論廓面方程 : 齊次變換的優(yōu)點(diǎn)在于將運(yùn)動、變換、映射與矩陣運(yùn)動聯(lián)系起來，通過一個(gè)矩陣就完全描述了坐標(biāo)系的平移和旋轉(zhuǎn)，廣泛應(yīng)用在空間機(jī)構(gòu)動力學(xué)、機(jī)器人控制算法、計(jì)算機(jī)圖形 學(xué)和視覺信息處理等領(lǐng)域。齊次變換矩陣如式 所示， i）相對于(j) 的位置和方位 , 330 0 0 1 。 通過坐標(biāo)變換，也可以求出理論廓面的方程。從動盤滾子中心線 在在坐標(biāo)系0 0 0 0O x y 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 0 0 0 0z 用矢量形式表示為： 0 c o s , s i n , 0 , 1R r r 設(shè)從動盤中心線上一點(diǎn) D，在坐標(biāo)系1 1 1 1Ox 1R ，在坐標(biāo)系0 0 0 0O x y 0R ，從坐標(biāo)系 0 0 0 0O x y 1 1Ox 從坐標(biāo)系0 0 0 0O x y 換到 0 0 0 0O x y 可知： 10c o s s i n 0 0s i n c o s 0 00 0 1 00 0 0 1T001 0 00 1 1 00 1 0 00 0 0 1子坐標(biāo)系滾中心線 1 1Ox 101 0 0 0c o s s i n 0 0 1 0 0 c o ss i n c o s 0 0 0 1 1 0 s i 1 0 0 1 0 0 00 0 0 1 0 0 0 1 1 T R c o s c o s c o ss i n s i n s i ns i 整理得弧面凸輪的理論廓面方程為： 1 c o s c o s c o sx r C 1 c o s s i n s i ny r C 1 式中 凸輪的分度期廓 面為左旋時(shí)取 p=+1，右旋時(shí)取 p= 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 凸輪轉(zhuǎn)數(shù) 24 / 連續(xù)旋轉(zhuǎn) 凸輪角數(shù)度 11 2 0 . 860n s凸輪分度期轉(zhuǎn)角 2 / 3f 凸輪停歇期轉(zhuǎn)角 2 4 / 3df r a d 凸輪角位移 以凸輪分度期轉(zhuǎn)角 開始處 0 ，計(jì)算時(shí)取 的步長為 2o 機(jī)構(gòu)分度期時(shí)間 15 / 6 機(jī)構(gòu)停歇期時(shí)間 12 5 / 3 凸輪分度廓線旋向 左旋 L 凸輪分度廓線頭數(shù) H=1 轉(zhuǎn)盤分度數(shù) I=8 轉(zhuǎn)盤滾子數(shù) z= 轉(zhuǎn)盤分度期轉(zhuǎn)位角 2 / / 4f I r a d 轉(zhuǎn)盤分度期運(yùn)動規(guī)律 改進(jìn)正弦加速度運(yùn)動規(guī)律 轉(zhuǎn)盤分度期角位移 108T 1 s i n 44 4 4i 788T 942 s i 4 3i 18 T 14 s i n 44 4 4i 盤分度期角速度 42 6 5524ff v v 108T 225 1 c o s 42 4 4 T1s 1788T 22541 3 c o 4 3T 1s 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 7 18 T 225 1 c o s 42 4 4 T1s 分度期轉(zhuǎn)盤與凸輪的角速比 2142 338v 108T 21 3 1 c o s 484 T 1788T 21341 3 c o 3T 7 18 T 213 1 c o s 484 T 分度期的最大角速比 42 m a 1 m a x 1 . 7 6 0 . 6 6 動停比 5 35 612 運(yùn)動系數(shù) 5 6556313 嚙合重疊系數(shù) 281 1 1 . 2 3120 中心距 C=180用壓力角 取 030 轉(zhuǎn)盤節(jié)圓半徑 2 84輪節(jié)圓半徑 12 1 8 0 8 4 9 6 r m m m m 相鄰兩滾子軸線間夾角 24 子半徑 20 . 5 0 . 7 s i n 1 6 2 2 . 5m m 取 22 滾子寬度 1 1 . 4 2 2 3 0 . 8b m m 取 24b 滾子與凸輪槽底部之間沿滾子寬度方向的間隙 0 . 2 0 . 3 4 . 8 7 . 2e b m m 取6e 凸輪的頂弧面半徑 1 22 222 7 5 . 2 9r m m 凸輪定位環(huán)面兩側(cè)夾角 4z 輪定位環(huán)面?zhèn)让骈L度 h=b+e=（ 24+6） 0輪定位環(huán)面外圓直徑 0a r c s i n 1 6 . 9 9 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 0 2 c o s 2 1 0 . 1 22 r m m 凸輪定位環(huán)面內(nèi)圓直徑 0 2 c o s / 2 1 5 4 . 6 9 h m m 凸輪理論寬度 22 s i n 7 8 . 0 722 r e m m 凸輪實(shí)際寬度 22 c o s l l 即 7 3 . 0 7 1 1 8 . 7 2m m l m m 取90l 凸輪理論端面直徑 22 c o s 1 7 1 . 5 322 r e m m 凸輪理論端面外徑 222 2 3 1 . 2 42 r m m 凸輪實(shí) 際端面直徑 t a n / 2 1 7 6 . 4 7e e l l m m 凸輪的軸孔直徑 1 50hd 盤的軸孔直徑 2 70hd 盤的寬度 2 42B 盤上徑向?qū)ΨQ 兩滾子外側(cè)端面間距離 022 1 9 2pH r b m m 轉(zhuǎn)盤上徑向?qū)ΨQ兩滾子內(nèi)側(cè)端面間距離 22 1 4 4r b m m 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 第 三 章 蝸輪蝸桿傳動的設(shè)計(jì) 桿傳動的簡介 蝸桿蝸輪傳動是由交錯(cuò)軸斜齒圓柱齒輪傳動演變而來的。小齒輪的輪齒分度圓柱面上纏繞一周以上，這樣的小齒輪外形像一根螺桿，稱為蝸桿。大齒輪稱為蝸輪。為了改善嚙合狀況，將蝸輪分度圓柱面的母線改為圓弧形，使之將蝸桿部分地包住，并用與蝸桿形狀和參數(shù)相同的滾刀范成加工蝸輪，這樣齒廓間為線接觸，可傳遞較大的動力。 蝸桿傳動是在空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動和動力的一種傳動，兩軸線間的夾角可為任意值，常用的為 90。這種傳動由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大、傳動平穩(wěn)以及在一定的條 件下具有可靠的自鎖性等優(yōu)點(diǎn)，它廣泛應(yīng)用在機(jī)床、汽車、儀器、起重運(yùn)輸機(jī)械、冶金機(jī)械及其它機(jī)器或設(shè)備中。 圓柱蝸桿傳動分為普通圓柱蝸桿（阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿、法向直廓蝸桿、錐面包絡(luò)蝸桿）和圓弧蝸桿。 （ 1）模數(shù) 在中間平面中，為保證蝸桿蝸輪傳動的正確嚙合，蝸桿的軸向模數(shù) 壓力角 m 桿軸向壓力角與法向壓力角的關(guān)系為 : 式中 ： （ 2）蝸桿的分度圓直徑 q 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 為了保證蝸桿與蝸輪的正確嚙合，要用與蝸桿尺寸相同的蝸桿滾刀來加工蝸輪。由于相同的模數(shù)，可以有許多不同的蝸桿直徑，這樣就造成要配備很多的蝸輪滾刀，以適應(yīng)不同的蝸桿直徑。顯然，這樣很不經(jīng)濟(jì)。 為了減少蝸輪滾刀的個(gè)數(shù)和便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化，就對每一標(biāo)準(zhǔn)的模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)量的蝸桿分度圓直徑 把及分度圓直徑和模數(shù)的比稱為蝸桿直徑系數(shù) q，即： q =d1/m （ 3）蝸桿頭數(shù) 桿頭數(shù)可根據(jù)要求的傳動比和效率來選 擇，一般取 1薦 1， 2， 4，6。 選擇的原則是：當(dāng)要求傳動比較大，或要求傳遞大的轉(zhuǎn)矩時(shí)，則 小值；要求傳動自鎖時(shí)取 1；要求具有高的傳動效率，或高速傳動時(shí)，則 蝸輪齒數(shù)的多少，影響運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，并受到兩個(gè)限制：最少齒數(shù)應(yīng)避免發(fā)生根切與干涉，理論上應(yīng)使 17，但 26時(shí)，嚙合區(qū)顯著減小，影響平穩(wěn)性，而在30時(shí)，則可始終保持有兩對齒以上嚙合，因之通常規(guī)定 28。另一方面 80時(shí) (對于動力傳動 )，蝸輪直徑將增大過多，在結(jié)構(gòu)上 相應(yīng)就須增大蝸桿兩支承點(diǎn)間的跨距，影響蝸桿軸的剛度和嚙合精度；對一定直徑的蝸輪，如 數(shù) 影響輪齒的彎曲強(qiáng)度；故對于動力傳動，常用的范圍為28于傳遞運(yùn)動的傳動， 00、 300，甚至可到 1000。 （ 4）導(dǎo)程角 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 蝸桿的形成原理與螺旋相同，所以蝸桿軸向齒距 pz下圖可知： z1 q 導(dǎo)程角的范圍為 33。導(dǎo)程角的大小與效率有 關(guān)。導(dǎo)程角大時(shí)，效率高，通常 15 并多采用多頭蝸桿。但導(dǎo)程角過大，蝸桿車削困難。導(dǎo)程角小時(shí)，效率低，但可以自鎖，通常 （ 5）傳動比 I 傳動比 i=n 主動 1/ 蝸桿為主動的減速運(yùn)動中 i=n1/n2=z2/u 式中： 蝸桿轉(zhuǎn)速； 減速運(yùn)動的動力蝸桿傳動，通常取 5 u 70，優(yōu)先采用 15 u 50；增速傳動 5 u 15。 中心距 a=(d1+2=160桿頭數(shù) 蝸輪齒數(shù) 2 齒形角 a=20。 模數(shù) m=4 傳動比 i=n1/2 齒數(shù)比 u=1=62 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 蝸輪變位系數(shù) x2=a/m-(d1+2m=桿直徑系數(shù) q=d1/m=桿軸向齒距 m=桿導(dǎo)程 桿分度圓直徑 d1=1桿齒頂圓直徑 ha*m=79桿齒根圓直徑 ha*m+c)=隙 c=c*m=桿齒頂高 ha*m=1/2(4桿齒根高 c*)m=1/2(桿齒高 h1=(桿導(dǎo)程角 d1=z1/q 0 3 13 28r 自鎖 蝸桿齒寬 5輪分度圓直徑 d2=48輪喉圓直徑 57輪齒根圓直徑 輪齒頂高 (m(輪齒根高 (m(x2+c*)=輪齒高 h2=(輪咽喉母圓半徑 (輪齒寬 0桿節(jié)圓直徑 m(q+272輪 節(jié)圓直徑 48算準(zhǔn)則及常用材料 失效形式： 點(diǎn)蝕、齒面膠合及過度磨損由于蝸桿傳動類似于螺旋傳動嚙合效率較低、相對滑動速度較大，點(diǎn)蝕、磨損和膠合最易發(fā)生，尤其當(dāng)潤滑不良時(shí)出現(xiàn)的可能性 更大。又由于材料和結(jié)構(gòu)上的原因，蝸桿螺旋齒部分的強(qiáng)度總是高于蝸輪輪齒的強(qiáng)度，蝸輪是該傳動的薄弱環(huán)節(jié)。因此，一般只對蝸輪輪齒進(jìn)行承載能力計(jì)算和蝸桿傳動的抗膠合能力計(jì)算 。 計(jì)算準(zhǔn)則： 開式傳動中主要失效形式是齒面磨損和輪齒折斷，要按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。 閉式傳動中主要失效形式是齒面膠合或點(diǎn)蝕而。要按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 而按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。此外，閉式蝸桿傳動，由于散熱較為困難，還應(yīng)作熱平衡核算。 常用材料： 蝸桿材料、 蝸輪材料不僅要求具有足夠的強(qiáng)度，更重要的是要具有良好的跑合性能、耐磨 性能和抗膠合性能。蝸輪傳動常采用青銅或鑄鐵作蝸輪的齒圈，與淬硬并磨制的鋼制蝸桿相匹配。 受力分析 以右旋蝸桿為主動件，并沿圖示的方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，蝸桿螺旋面上的受力情況。設(shè) 處的法向載荷，它作用于法向截面 。 分解為三個(gè)互相垂直的分力，即圓周力 向力 a。 顯然，在蝸桿與蝸輪間，載荷 向相反的力。 各力的大小可按下式計(jì)算： T1/T1/2T2/式中： 確定各力的方向：蝸桿為主動件，蝸桿的圓周力方向與蝸桿上嚙合點(diǎn)的速度方向相反；蝸桿為從動件，蝸輪的圓周力方向與蝸輪的嚙合點(diǎn)的速度方向相同；蝸桿和蝸輪的軸向力方向分別與蝸輪和蝸桿的周向力方向相反；蝸桿和蝸輪的徑向力方向分別指向各自的圓心。 計(jì)算載荷 K=v 式中： K 載荷系數(shù)； 使用系 數(shù)； 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 齒向載荷分布系數(shù) ； 動載系數(shù)。 使 用 系 數(shù) (應(yīng)力分析 由于蝸桿傳動中，蝸輪比蝸桿的強(qiáng)度低。因此，在應(yīng)力分析中只要了解蝸輪的情況就可以了。普通圓柱蝸桿傳動在中間平面相當(dāng)于齒條和齒輪的傳動，故可以仿照圓柱斜齒輪推倒蝸輪的應(yīng)力計(jì)算公式。 蝸輪齒面接觸應(yīng)力 蝸輪齒面接觸應(yīng)力仍來源于赫茲公式。 接觸應(yīng)力 式中： 嚙合面的法向載荷， N； 材料的彈性影響系數(shù)， ， 對于青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對時(shí)， 取 60（ ）； 將上式換算成蝸輪轉(zhuǎn)矩 a 的關(guān)系得： 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 式中 蝸 桿傳動的接觸線長度和曲率半徑對接觸應(yīng)力的影響系數(shù)，簡稱接觸系數(shù)。 蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 蝸輪齒根接觸疲勞強(qiáng)度的驗(yàn)算公式為： H H 式中： H 設(shè)計(jì)公式為： 蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的驗(yàn)算公式為： F F 式中： F 設(shè)計(jì)公式為： 閉式蝸桿傳動的效率由三部分組成，蝸桿總效率為 = 1 2 3 式中： 1蝸桿總效率主要取決于傳動嚙合效率 。其考慮齒面間相對滑動的功率損失；嚙合效率可近似地按螺紋副的效率計(jì)算，即 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 式中： , 其值可根據(jù)滑動速度 表選取當(dāng)量摩擦角 滑動速度 vs m/s； r/ 2 3 在設(shè)計(jì)之初，為求近似計(jì)算蝸桿軸上的扭矩 值可估取為 購買文檔就送對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 下載文檔送全套 紙 14951605 或 1304139763 第 四 章軸及軸承的校核 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 軸的轉(zhuǎn)速 3 8 m 軸的轉(zhuǎn)矩 3 3 0 0 0 m軸上的功率 333 3 0 0 0 8 . 3 2 . 69 5 5 0 9 5 5 0k w k w 初步確定軸的最小直徑 按式初步估算軸