畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書—呂強(qiáng)(6-5).pdf

編號： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 題 目： 發(fā)動(dòng)機(jī)配件生產(chǎn)線 多工位工作臺設(shè)計(jì) 學(xué) 院 ： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 呂 強(qiáng) 學(xué) 號： 1000110125 指導(dǎo)教師： 唐 焱 職 稱： 副教授 題目類型 ： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā) 2014年 5 月 26日I 摘 要 本畢業(yè)設(shè)計(jì)是根據(jù)企業(yè)指定產(chǎn)品的加工需求， 來 設(shè)計(jì)一種與生產(chǎn)線匹配，符合加工技術(shù)要求的六工位工作臺。本設(shè)計(jì) 主要 內(nèi)容 是 選擇并設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，對 多工位工作臺作 總體布局 設(shè)計(jì) ，編制工作循環(huán)圖。 該工作臺 主要任務(wù)是 要完成工件的 上料、 注液涂敷 、吹干 、下料 等 六 道工序 ，吹干過程 占用了三道工序 。 本設(shè)計(jì) 要求 單件 工件 生產(chǎn)周期 為 12s，工藝 加工的 時(shí)間不低于 2s。 該 六工位回轉(zhuǎn)工作臺采用通過控制步進(jìn)電機(jī)停動(dòng) 的方法 來實(shí)現(xiàn) 工作臺的 轉(zhuǎn)位和定位， 通過控制輸入電脈沖的數(shù)量和頻率來實(shí)現(xiàn)工作臺的角位移與轉(zhuǎn)速 ，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤來移動(dòng)工件，將工件夾持轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的工位進(jìn)行加工 。 而步進(jìn)電機(jī)本身就帶有 很好的 自鎖的功能，對工件進(jìn)行加工的 期間 轉(zhuǎn)盤就不會發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，保證整個(gè)加工過程中定位準(zhǔn)確，從而使整個(gè)工件加工的質(zhì)量更好。 關(guān)鍵詞： 六工位回轉(zhuǎn)工作臺 ；步進(jìn)電機(jī)；定位； 自鎖； II Abstract The graduation project base on the demand for the product processing enterprises designs a six processing stations workbench which designated to match the design of a production line and fit the technical requirement. The design of the main content is to select and design the appropriate agency, design a multi-position bench for the overall layout and draw the cycle diagram. The main task is to complete draw up the material on table of the work-piece, injection fluid coating, drying, cutting and other six processes, drying process takes three processes. The design requirements for cycle of single-piece production is 12s, craft processing time is not less than 2s. The six-station rotary table with stepper motor by controlling the stopping method to achieve transposition table and positioning, by controlling the input number and frequency of electrical pulses to achieve the angular displacement and speed table, by a stepping motor drive wheel to move the work-piece, the work-piece holder is rotated to the corresponding processing station. Because the stepper motor itself has a good self-locking function during machining of the work-piece, so the turntable occur rotated to ensure accurate positioning during the entire process, and so the process for the work-piece has a better quality. Keyword: Six-station rotary table; Stepper motors; positioning; self-locking; III 目 錄 1 緒論 . 1 1.1 回轉(zhuǎn)工作臺的研究背景及意義 . 1 1.2 回轉(zhuǎn)工作臺的歷史、現(xiàn)狀及應(yīng)用 . 1 1.3 課題的主要任 務(wù) . 3 2 總體方案設(shè)計(jì) . 3 2.1 原理方案的設(shè)計(jì) . 3 2.2 動(dòng)力的選擇 . 5 2.3 動(dòng)力傳動(dòng)方式的選擇 . 5 2.4 軸承的選用 . 7 3 計(jì)算分析 . 8 3.1 工作臺回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 . 8 3.2 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算 . 9 3.3 直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì) . 10 3.3.1、選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) . 10 3.3.2、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) . 10 3.3.3、根據(jù)齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算 . 11 3.3.4、齒輪幾何尺寸 . 13 3.3.5、齒輪驗(yàn)算 . 13 3.3.6、齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸 . 13 3.3.7、第二對齒輪的設(shè)計(jì) . 15 3.4 支撐軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 17 3.4.1、選擇軸的材料和熱處理 . 17 3.4.2、初步估算軸的 直徑 . 17 3.4.3、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 17 3.5 滾動(dòng)軸承的計(jì)算分析 . 23 4 其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 24 4.1 精密轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì) . 24 4.2 底座的設(shè)計(jì) . 25 4.3 機(jī)架的設(shè)計(jì) . 25 4.3.1 機(jī)架設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則 . 25 4.3.2 機(jī)架設(shè)計(jì)的要求 . 26 IV 4.3.3 機(jī)架材料的選擇 . 26 4.3.4 機(jī)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 27 5 結(jié)論 . 28 謝 辭 . 29 參考文獻(xiàn) . 30 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）用紙 第 1 頁 共 30 頁 1 緒論 1.1 回轉(zhuǎn)工作臺的研究背景及意義 隨著 我國 現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的 迅速 發(fā)展，特別是隨著 回轉(zhuǎn)工作臺 在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)的 迅速發(fā)展， 回轉(zhuǎn)工作臺 組合機(jī)床的研究已經(jīng)成為當(dāng)今機(jī) 械 制造 行業(yè) 的一個(gè)重要方向，在現(xiàn)代工業(yè)運(yùn)用中，大多數(shù)機(jī) 械 的設(shè)計(jì)和制造都是用機(jī)床大批量完成的?，F(xiàn)代大型工業(yè)技術(shù)的飛 快 發(fā)展，降低了 回轉(zhuǎn)工作臺 組合機(jī)床的實(shí)現(xiàn)成本，軟件支持機(jī) 械 也使得實(shí)現(xiàn)變得更為簡單，因此，研究 回轉(zhuǎn)工作臺 組合機(jī)床的設(shè)計(jì)具有 非常重要的理論意義及 現(xiàn)實(shí)意義。 在工業(yè) 快 速發(fā)展的現(xiàn)代化浪潮中，各種機(jī)械設(shè)計(jì)和制造業(yè)中， 回轉(zhuǎn)工作臺 組合機(jī)床的應(yīng)用越來越廣泛，越來越轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，從這個(gè)意義上講，對 回轉(zhuǎn)工作臺 組合機(jī)床的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 回轉(zhuǎn)工作臺 組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要，以通用部件 為基礎(chǔ)，配以少量專用部件組成的一種高效專用機(jī)床。 回轉(zhuǎn)工作臺 組合機(jī)床是按系列化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的通用部件和按被加工零件的形狀及加工工藝要求設(shè)計(jì)的專用部件組成的專用機(jī)床。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，從而縮短了設(shè)計(jì)和制造的周期，因此， 回轉(zhuǎn)工作臺 組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線 6。 回轉(zhuǎn)工作臺是組合機(jī)床的一種輸送部件，它將被加工工件從一個(gè)工位轉(zhuǎn)換到另一個(gè)工位。常常一個(gè)工位用作裝夾工件，而其他幾個(gè)工位同時(shí)對工件進(jìn)行加工，因此，機(jī)床的生產(chǎn) 率較高，一臺組合機(jī)床相當(dāng)于一條圓形自動(dòng)線，而且占地面積較小，其結(jié)構(gòu)比自動(dòng)線簡單。 多工位 回轉(zhuǎn) 工作臺 適合復(fù)雜機(jī)械零件流水作業(yè) 的 加工需求，具有運(yùn)行平穩(wěn) 、高效率 高等特點(diǎn) 。與自動(dòng)線相比多工位回轉(zhuǎn) 工作臺 具有諸多的優(yōu)點(diǎn)。其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。多工位回轉(zhuǎn)工作臺式機(jī)床同時(shí)具備柔性、生產(chǎn)率和精密的特點(diǎn)并能提供高度的技術(shù)效能技術(shù)與精巧的機(jī)械設(shè)備想結(jié)合使其能高效加工某零件族。零件的整個(gè)加工過程越來越多地是用單一零件夾具進(jìn)行的。與在若干臺機(jī)床上加工的 “ 老式 ” 加工方法相比這不僅簡化了生產(chǎn)的后勤工作而且大大地提高了加工精度。特別是當(dāng)零件在 不同加工平面和不同的加工軸之間具有相互制約的公差時(shí)。集成有若干個(gè)加工工位的多工位回轉(zhuǎn)工作臺式機(jī)床更具特別優(yōu)勢 11。 1.2 回轉(zhuǎn)工作臺的歷史、現(xiàn)狀及應(yīng)用 60 年代以來，跨國公司推動(dòng)的產(chǎn)業(yè)全球化發(fā)展使得國際分工和國際貿(mào)易格局發(fā)生了改變，加工貿(mào)易成為全球化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的本質(zhì)要求。在全球化背景下，對于發(fā)展中國家而言，產(chǎn)業(yè)升級成為在全球化產(chǎn)業(yè)鏈條中由勞動(dòng)密集環(huán)節(jié)向資本和技術(shù)密集環(huán)節(jié)逐步提桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）用紙 第 2 頁 共 30 頁 升的過程。由跨國公司推動(dòng)的加工貿(mào)易的發(fā)展，為發(fā)展中國家切入全球高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈條，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級提供了便捷路徑。其中回轉(zhuǎn)工作臺的運(yùn)用得到了廣泛推廣，各種新型工作臺不斷被引進(jìn)，同時(shí)我國也自主研制和開發(fā)了一批適用、高效性的回轉(zhuǎn)工作臺。 加工工件在一個(gè)工位上裝加后，工件可繞著工作臺軸線作圓周方向輸送，輸送到各工位后，根據(jù)工藝要求，在工作臺分度轉(zhuǎn)位的過程中，使工件繞夾具軸線回轉(zhuǎn)，被加工工件的各面可以依次朝外接受各工位上的動(dòng)力部件加工。這樣的一臺多工位組合機(jī)床，除了可以從被加工工件的頂面和朝向動(dòng)力部件面進(jìn)行加工外，還可對多 達(dá)五個(gè)面進(jìn)行加工，擴(kuò)大了組合機(jī)床的應(yīng)用范圍。 近 20年來， 回轉(zhuǎn)工作臺 組合機(jī)床自動(dòng)線技術(shù)取得長足進(jìn)步，自動(dòng)線在加工精度、生產(chǎn)效率、利用率、柔性化和綜合自動(dòng)化等方面的巨大進(jìn)步，標(biāo)志著 回轉(zhuǎn)工作臺 組合機(jī)床自動(dòng)線技術(shù)發(fā)展達(dá)到了高水平。自動(dòng)線的技術(shù)發(fā)展，刀具、控制和其他相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，特別是 CNC控制技術(shù)發(fā)展對自動(dòng)線結(jié)構(gòu)的變革及其柔性化起著決定性的作用。隨著市場需求的變化，柔性將愈來愈成為抉擇設(shè)備的重要因素。因此， 回轉(zhuǎn)工作臺 組合機(jī)床自動(dòng)線將面臨由高速加工中心組成的 FMS的激烈競爭 10。 回轉(zhuǎn)工作臺 是一種專用高效 自動(dòng)化技術(shù)裝備，目前，由于它仍是大批量機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備，因而被廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和壓縮機(jī)等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。其中，特別是汽車工業(yè)，是 回轉(zhuǎn)工作臺 最大的用戶。如德國大眾汽車廠在 Salzgitter 的發(fā)動(dòng)機(jī)工廠，在大批量生產(chǎn)的機(jī)械工業(yè)部門，大量采用的設(shè)備是 回轉(zhuǎn)工作臺 組合機(jī)床。因此，組合機(jī)床的技術(shù)性能和綜合自動(dòng)化水平，在很大程度上決定了這些工業(yè)部門產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的結(jié)構(gòu)，也在很大程度上決定了企業(yè)產(chǎn)品的競爭力。 現(xiàn)代 回轉(zhuǎn)工作臺 組合機(jī)床和自動(dòng)線作為機(jī)電一體 化產(chǎn)品，它是控制、驅(qū)動(dòng)、測量、監(jiān)控、刀具和機(jī)械組件等技術(shù)的綜合反映。近 20 年來，這些技術(shù)有長足進(jìn)步，同時(shí)作為組合機(jī)床主要用戶的汽車和內(nèi)燃機(jī)等行業(yè)也有很大的變化，其產(chǎn)品市場壽命不斷縮短，品種日益增多且質(zhì)量不斷提高。這些因素有力地推動(dòng)和激勵(lì)了 回轉(zhuǎn)工作臺 組合機(jī)床的不斷發(fā)展。 由于 回轉(zhuǎn)工作臺 工序的高度集中，即在 同一個(gè)工作臺 上可同時(shí)完成一種或幾種不同工序加工，因此適應(yīng)了產(chǎn)量大、精度高的生產(chǎn)要求，并且克服了萬能機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、精度不易保證的缺點(diǎn)，以及專用機(jī)床通用性差、不適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)迅速發(fā)展、產(chǎn)品經(jīng)常更新的要求 .所以， 回轉(zhuǎn)工作臺 已廣泛應(yīng)用到汽車、柴油機(jī)、電動(dòng)機(jī)、儀器儀表以及軍工產(chǎn)品等的生產(chǎn)上，并顯示出巨大的優(yōu)越性。 回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床，特別適合于加工輪廓尺寸在 250mm以內(nèi)的中小零件。這類機(jī)床的應(yīng)用主要集中于汽車、閥門、氣動(dòng)、液壓、制鎖、輕工儀表和電氣等工業(yè)部門。市場銷量大，因此在國內(nèi)外有許多從 事其設(shè)計(jì)和制造的廠家。如歐美的 rons-hoffen、Diedeoheim、 witzig&Frank、 Riello、 IMAS、 AugustWenzler、 wiest、 Haaf、 RinoBerard桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）用紙 第 3 頁 共 30 頁 和 Posalux，日本的三協(xié)精機(jī)、巖田工機(jī)，前蘇聯(lián)的哈爾科夫小型組合機(jī)床廠 (X3MAC)和我國的大連組合機(jī)床研究所、大連機(jī)床廠、常州機(jī)床廠和北方精密機(jī)械廠等。其中，北方精密機(jī)械廠是我國唯一專門從事回轉(zhuǎn)工作臺組合機(jī)床生產(chǎn)的專業(yè)廠，目前的生產(chǎn)能力為年產(chǎn)約 30臺。 據(jù)估計(jì)目前我國回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床約占整個(gè)組合機(jī)床的 4%，與機(jī)床工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比，無論在數(shù)量上還是在技術(shù)上均存在一定差距。因此，加速發(fā)展這類機(jī)床，是我國機(jī) 械加工 行業(yè)面臨的一項(xiàng)任務(wù) 6。 1.3 課題 的 主要任務(wù) 本畢業(yè)設(shè)計(jì)是根據(jù)企業(yè)指定產(chǎn)品的加工需求， 該產(chǎn)品是一種尾氣處理裝置。 設(shè)計(jì)一種與生產(chǎn)線匹配，符合加工技術(shù)要求的六工位工作臺， 選擇并設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，對 多工位工作臺作 總體布局 設(shè)計(jì) ，編制工作循環(huán)圖。 該工作臺要完成工件的注液涂敷，吹干等四道工序， 單件生產(chǎn)周期 12s，工藝時(shí)間不低于 2s。該工作臺的停動(dòng)時(shí)間控制上要求比較高， 加工工藝時(shí)間較長，工件由一個(gè)工位移動(dòng)到下一個(gè)工位的時(shí)間較短，故轉(zhuǎn)臺由靜止到轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)瞬間的加速度沖擊很大，需要比較大的一個(gè)扭矩來實(shí)現(xiàn) 停動(dòng)轉(zhuǎn)換。 對間歇機(jī)構(gòu)的選擇上需要嚴(yán)格考慮。 2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 原理方案的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)位及定位機(jī)構(gòu)的類型較多，常見的有：棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、蝸形凸輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)、桿機(jī)構(gòu)以及與液壓電組合的機(jī)構(gòu)，他們有各自的特點(diǎn)及適用范圍。 方案 1：槽輪撥銷轉(zhuǎn)位 機(jī)構(gòu)（簡稱槽輪機(jī)構(gòu)）：結(jié)構(gòu)簡單緊湊且容易制造，但從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)柔性沖擊，當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)速度較高或槽輪軸系慣性力較大的情況下就顯得更為突出，可用于提速輕載場合。槽輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一次和停歇一次構(gòu)成一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)，為了避免或減輕槽輪在啟動(dòng)和停止時(shí)的碰撞或沖擊，圓銷在進(jìn)入槽和退出槽的瞬時(shí)，圓銷中心的線速度方向必須沿著槽輪徑向槽的中心線方向，以使槽輪在啟動(dòng)和停止時(shí)的瞬時(shí)速度為零，如圖所示。在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 與撥盤 的運(yùn)動(dòng)時(shí)間 之比 可用來衡量槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間在一個(gè)間歇周期中所占的比例，稱為運(yùn)動(dòng)系數(shù)，用 來表示 。 為了避免或減輕槽輪在啟動(dòng)和停止時(shí)的碰撞或沖擊，圓銷在進(jìn)入槽和退出槽的瞬時(shí)，圓銷中心的線速度方向必須沿著槽輪徑向槽的中心線方向，以使槽輪在啟動(dòng)和停止時(shí)的瞬時(shí)速度為零，如圖 2-1 所示。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）用紙 第 4 頁 共 30 頁 圖 2-1槽輪撥盤工作圖 圖中撥盤有 K=1個(gè)圓銷，槽輪槽數(shù)為 z=6，因此有 =t2/t1=K(z-2)/2z=4/12=1/3 而槽輪一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間與停歇時(shí)間之比為 t2：（ t1-t2） =t2:(3t2-t2)=1:2。 意味著槽輪一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間與停歇時(shí)間之比為 1： 2，即分配軸轉(zhuǎn)一周工序盤有 120處于運(yùn)動(dòng)中，有 240處于停歇中。 方案 2： 采用步進(jìn)電機(jī)，通過 PLC 控制 步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)工作臺回轉(zhuǎn)，通過鍵盤和顯示屏幕發(fā)出指令給單片機(jī)，控制脈沖分配器向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖。而 輸入電脈沖的數(shù)量和頻率 便可 實(shí)現(xiàn) 控制 工作臺的角位移與轉(zhuǎn)速 以及停動(dòng) 。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)。它是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。其輸入一個(gè)電脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一步，既每當(dāng)電動(dòng)機(jī)的繞組接受一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)與頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步，只要控制輸入電脈沖的數(shù)量，頻率以及電動(dòng)機(jī)繞組的通電順序，電動(dòng)機(jī)即可獲得所需的轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，很容易用微機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有以下主要特點(diǎn)： 1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素（如電源電壓的波動(dòng)，電流的大小與波形的變化，溫度等的影響，只要在他們的大小 未引起步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生 “ 丟失 ” 現(xiàn)象 之前，就不會影響其正常工作； 2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的步數(shù)以后也會出現(xiàn)累計(jì)誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)之后，其累計(jì)誤差就會變?yōu)?“ 零 ” ，因此不會長期積累； 3）控制性能好，在啟動(dòng)，停止，反轉(zhuǎn)時(shí)不易 “ 丟失 ” 。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用于開環(huán)控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡化，并可靠的獲得較高的位置精度 ； 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）用紙 第 5 頁 共 30 頁 方案 1 繁瑣復(fù)雜且定位精度不高，容易產(chǎn)生累積誤差，而且槽輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)停不能滿足該工件的生產(chǎn)周期和加工工藝時(shí)間比。方案 2 結(jié)構(gòu)簡單便于簡化整個(gè)多工位工作臺的體系，調(diào)正 起來比較方便，且該工作臺工作時(shí)負(fù)載并不是很大。綜合考慮本設(shè)計(jì)應(yīng)選用了方案 2。 2.2 動(dòng)力的選擇 方案 1：采用液壓，其優(yōu)點(diǎn)是 ： 1) 同其他傳動(dòng)方式相比，窗洞功率相同，液壓傳動(dòng)裝置的重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。 2) 可實(shí)現(xiàn)無級變速，調(diào)整范圍大。 3) 運(yùn)動(dòng)間的慣性小，能夠頻繁迅速換向，船東工作平穩(wěn)；系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)緩沖吸 震，并能自動(dòng)防止過載。 4) 與電氣石配合，容易實(shí)現(xiàn)動(dòng)作和操作和自動(dòng)化；與微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)能實(shí) 現(xiàn)各種自動(dòng)控制工作。 5) 原件已基本上系列化，通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，適于 CAD 技術(shù)的應(yīng)用，提高工效，降低成本。 其缺點(diǎn)： 1) 容易產(chǎn)生泄露，污染環(huán)境。反映速度慢。 2) 引有泄露和彈性變形大，不易做精確的定比傳動(dòng)。 3) 系統(tǒng)內(nèi)混入空氣，會引起爬行，噪音和振動(dòng)。 4) 使用的環(huán)境溫度比機(jī)械傳動(dòng)小。 5) 故障診斷與排除要求較高技術(shù)。 方案 2： 采用步進(jìn)電機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是： 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素的影響，只要在他們的大小未引起步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生 “ 丟失 ” 現(xiàn)象 之前，就不會影響其正常工作 ， 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角有誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)之后，其累計(jì)誤差就會變?yōu)椤?零 ” ，因此不會長期積累；控制性能好，在啟動(dòng)，停止，反轉(zhuǎn)時(shí)不易 “ 丟失 ” 。通過控制電機(jī)的啟停來實(shí)現(xiàn) 轉(zhuǎn)臺的間歇。一個(gè)步進(jìn)電機(jī)既能解決電機(jī)問題又能解決間歇機(jī)構(gòu)的問題，故本工作臺的動(dòng)力機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)。 2.3 動(dòng)力傳動(dòng)方式的選擇 該工作臺工作的過程中的控制系統(tǒng)是開環(huán)控制的，無反饋系統(tǒng)，所以該動(dòng)力系統(tǒng)必須具備有傳動(dòng)精準(zhǔn)，效率較高，不能在傳動(dòng)的過程中有打滑或者卡滯等情況出現(xiàn)。并且該工作臺動(dòng)力部分與執(zhí)行部分之間的距離并不遠(yuǎn)。根據(jù)上面所述的情況進(jìn)行選擇傳動(dòng)方式。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）用紙 第 6 頁 共 30 頁 方案 1帶傳動(dòng) 帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)： 1）用于中心距較大的； 2）傳動(dòng)帶具有良好的彈性，能緩沖吸振，尤其是 V 帶沒有接頭，傳動(dòng)較平穩(wěn)，噪聲?。?3） 過載時(shí)帶在帶輪上打滑，可以防止其它器件損壞； 4） 結(jié)構(gòu)簡單，制造和維護(hù)方便，成本低 。 帶傳動(dòng)的缺點(diǎn) ： 1）動(dòng)的外廓尺寸較大； 2） 由于需要張緊，使軸上受力較大； 3） 工作中有彈性滑動(dòng)，不能準(zhǔn)確地保持主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速比關(guān)系； 4）帶的壽命短； 5）傳動(dòng)效率降低； 6）帶傳動(dòng)可能因摩擦起電，產(chǎn)生火花，故不能用于易燃易爆的場合 。 方案 2 齒輪傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)是近代機(jī)器中最常見的一種機(jī)械傳動(dòng)，是傳遞機(jī)器動(dòng)力和運(yùn)動(dòng) 的一種主要形式，是機(jī)械產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)零部件。它與帶、鏈、摩擦、液壓等機(jī)械傳動(dòng)相比，具有功率范圍大、傳動(dòng)效率高、圓周速度高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、使用壽命長、結(jié)構(gòu)尺寸長、結(jié)構(gòu)尺寸小等一系列特點(diǎn)。因此，它已成為許多機(jī)械產(chǎn)品不可缺少的傳動(dòng)部件，也是機(jī)器中所占比重最大的傳動(dòng)形式。近幾年來，雖然其他機(jī)械部件的制造技術(shù)與電傳動(dòng)技術(shù)有了較大的發(fā)展，但在生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位的傳動(dòng)形式仍為各種齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)有以下優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)包括： 1） 瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定 ，工作平穩(wěn)性較高； 2） 采用非圓齒輪，瞬時(shí)傳動(dòng)比可按所需變化規(guī)律設(shè)計(jì)； 3） 傳動(dòng)比變化范圍大，適用于減速或增速傳動(dòng)； 4）齒輪的圓周速度范圍大。 5） 傳遞功率范圍大，承載能力高。 6） 傳動(dòng)效率高，特別是精度較高的圓柱齒輪副。 7） 結(jié)構(gòu)緊湊，如使用行星傳動(dòng)、諧波齒輪傳動(dòng)，可使部件更為縮小，成為同軸線傳動(dòng)； 8） 維護(hù)簡便。 缺點(diǎn)包括： 1） 運(yùn)轉(zhuǎn)中振動(dòng)、沖擊和噪聲，并產(chǎn)生動(dòng)載荷； 2） 無過載保護(hù)作用； 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）用紙 第 7 頁 共 30 頁 3） 要求齒輪的切齒精度較高或具有特殊齒形時(shí)，需要高精度機(jī)床、特殊刀具和測量儀器來保證，制造工藝復(fù)雜，成本較高 綜合上述以及考慮到該工作臺需要傳動(dòng)平穩(wěn)，定位精確。工作臺工作過程中需要反復(fù)的停動(dòng)，沖擊較大 ，且?guī)鲃?dòng)容易打滑影響工作臺的定位精準(zhǔn)，而齒輪瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，工作穩(wěn)定性較高，傳遞功率范圍大，能承載本大的沖擊 ，故本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)采用齒輪傳動(dòng)。 2.4 軸承的選用 選擇滾動(dòng)軸承類型時(shí)，必須了解軸承的工作載荷大小、性質(zhì)、方向、轉(zhuǎn)速及其他使用要求，以下是選用滾動(dòng)軸承的基本原理： （ 1） 轉(zhuǎn)速較高、載荷較小、要求旋轉(zhuǎn)精度高時(shí)宜選用球軸承：轉(zhuǎn)速較低、載荷較大有沖擊載荷時(shí)則選用滾子軸承。 （ 2） 軸承上同時(shí)受徑向和軸向載荷，一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；若精細(xì)那個(gè)載荷大，軸向載荷小，可選用深溝球軸承的組合結(jié)構(gòu)。 方案 1：選用 圓錐滾子軸承 圓錐滾子軸承的特點(diǎn) ： 圓錐滾子軸承可以分離，由內(nèi)圈與滾子、保持架一起組成的組件和外圈可以分別 圓錐滾子軸承安裝。滾子和滾道接觸處修正的接 觸線可以減少應(yīng)力集中。圓錐滾子軸承可以承受大的徑向載荷和軸向載荷。由于圓錐滾子軸承只能傳遞單向軸向載荷，因此，為傳遞相反方向的軸向載荷就需要另一個(gè)與之對稱安裝的圓錐滾子軸承。帶傾斜角的滾道能使圓錐滾子軸承承受徑向和軸向的聯(lián)合負(fù)荷。外滾道和軸承中心線之間的角度越大，承受軸向和徑向負(fù)荷比的能力就越大。滾子與滾道的線性接觸使圓錐滾子軸承具有很大的承載能力。這一特點(diǎn)和對徑向負(fù)荷、軸向負(fù)荷以及對這兩種聯(lián)合負(fù)荷的承受能力，使圓錐滾子軸承在許多應(yīng)用場合成為理想的選 擇。對給定的內(nèi)徑，可以選用特輕活特重的截面以滿足不同負(fù)荷的 要求。 圓錐滾子軸承中用量最多的是單列圓錐滾子軸承。在轎車的前輪輪轂中，近年來也用上了小尺寸的雙列圓錐滾子軸承。四列圓錐滾子軸承用在大型冷、熱軋機(jī)等重型機(jī)器中。 圓錐滾子軸承主要承受以徑向?yàn)橹鞯膹健⑤S向聯(lián)合載荷。軸承承載能力取決于外圈的滾道角度，角度越大承載能力越大。該類軸承屬分離型軸承，根據(jù)軸承中滾動(dòng)體的列數(shù)分為單列、雙列和四列圓錐滾子軸承。單列圓錐滾子軸承游隙需用戶在安裝時(shí)調(diào)整；雙列和四 列圓錐滾子軸承游隙已在產(chǎn)品出廠時(shí)依據(jù)用戶要求給定，不須用戶調(diào)整。 圓錐滾子軸承有圓錐形內(nèi)圈和外圈滾道，圓錐滾子排列在兩者之 間。所有圓錐表面的投影線都在軸承軸線的同一點(diǎn)相聚。這種設(shè)計(jì)使圓錐滾子軸承特別適合承受復(fù)合（徑向與軸向）負(fù)荷。軸承的軸向負(fù)荷能力大部分是由接觸角決定的；角度越大，軸向負(fù)荷能力就越高。角度大小用計(jì)算系數(shù) e 來表示； e 值越大，接觸角度越大，軸承承受軸向負(fù)荷的桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）用紙 第 8 頁 共 30 頁 適用性就越大 。 方案 2，選用推力球軸承 推力球軸承是一種分離型軸承，軸圈、座圈可以和保持架、鋼球的組件分離。軸圈是與軸相配合的套圈，座圈是與軸承座孔相配合的套圈，和軸之間有間隙；推力球軸承只能夠承受軸向負(fù)荷，單向推力球軸承是只能承受一個(gè)方向的軸向負(fù)荷，雙向推 力球軸承可以承受兩個(gè)方向的軸向負(fù)荷；推力球軸承不能限制軸的徑向位移，極限轉(zhuǎn)速很低，單向推力球軸承可以限制軸和殼體的一個(gè)方向的軸向位移，雙向軸承可以限制兩個(gè)方向的軸向位移。 推力軸承是用來專門承受軸向力的專用軸承 ,就是軸垂直的方向的力的軸承 . 推力軸承也稱作止推軸承 . 止推軸承一般是由兩個(gè)止推墊片或更多止推墊片和若干滾動(dòng)體組成 ,一般止推墊片分為軸片和座片 ,滾動(dòng)體一般最常見型式是由鐵質(zhì)或銅質(zhì)保持架組合成整體 .該類型軸承最常見是鋼球式推力軸承 . 用于支撐旋轉(zhuǎn)設(shè)備沿軸向的推力。旋轉(zhuǎn)設(shè)備是水平安裝的，則推力軸承只 承擔(dān)設(shè)備沿軸向產(chǎn)生的推力；設(shè)備是垂直安裝的，則除推力外還需要支撐設(shè)備旋轉(zhuǎn)部分的重量。 將方案 1 和方案 2 進(jìn)行對比 ，由中軸，中軸上零件及工作臺上負(fù)載的重力作用，使中軸產(chǎn)生較大的軸向力，軸向力的全部由軸承支承，在眾多的軸承中， 推力球軸 承能支承較大的軸向力， 而此工作臺并無太大的徑向力， 故選用 推力球軸承 。 3 計(jì)算分析 3.1 工作臺回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 工作臺回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 按照工作臺的運(yùn)動(dòng)要求，工作臺每回轉(zhuǎn) /3 時(shí)，工作停下來工作一次，在這 /3 時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下： 00.2s 圓盤以恒定加速度旋 ，0.20.6s 恒角速度旋轉(zhuǎn) ， 0.60.8s 圓盤以恒角加速度減速，直到停止。所以 運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn) 盤的角速度在 /3 內(nèi)隨時(shí)間變化規(guī)律如 圖 3-1： 0 0.2 0.6 0.8 （ t/s） 圖 3-1 轉(zhuǎn)盤速度變化規(guī)律 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）用紙 第 9 頁 共 30 頁 因?yàn)樵?2s 內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度為 /3。所以： （ 0.4+0.8） Wmax /2=/3 得出： Wmax=5/9 顯然 00.2s和 0.60.8s間的角加速度 大小都等于 25/9 rad/ 2 3.2 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算 步進(jìn)電機(jī)選用三相步進(jìn)電機(jī)： 設(shè)三相步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)載扭矩為 T， J 為工作圓盤及工件機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 1為轉(zhuǎn)盤質(zhì)量， 2為機(jī)械手和工件的質(zhì)量，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤的半徑為 140mm： J=121（ R/1000） 2+62（ R/1000） 2 = 0.57（ 140/1000） 2+63（ 225/1000） 2=0.98kg 2 T = J = 0.98 259 = 8.55 N m 由于在計(jì)算這些扭矩過程中沒有將外部阻力矩考慮進(jìn)去，所以需要設(shè)定一個(gè)安全系數(shù)，便于選擇電機(jī)的扭矩能足夠大： 電 = 1.5T = 1.58.55 = 12.82 N m 通過查找資料獲得如下三相步進(jìn)電機(jī)型號表： 表 3-1 三相混合式步進(jìn)電機(jī) 型號 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）用紙 第 10 頁 共 30 頁 根據(jù) 電 = 12.82N m，選與此數(shù)值接近的步進(jìn)電機(jī)，所以選擇三相 步進(jìn)電機(jī) 的型號為 110BYG350DH-0501，此步進(jìn)電機(jī)的扭矩為 16 Nm。 3.3 直 齒圓柱齒輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3.3.1、選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 1）選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 2）選用 7級精度（ GB10095-88） 3)材料選擇。由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 10-1 選擇大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為 240HBS，小齒輪材料為 40Gr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS，二者材料硬度差為 40HBS。 4） 初 選小齒輪齒數(shù)為 1=21，大齒輪齒數(shù) Z2=3 21=63。 3.3.2、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版公式（ 10-9a）進(jìn)行計(jì)算，即 3211 132.2 HEdtZuuKTd (3-1) (1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1） 試選載荷系數(shù)為 Kt =1.3 2） 根據(jù)預(yù)選電機(jī)可得小齒輪傳遞的 扭矩 T1=16N m 3） 由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 10-7選取齒寬系數(shù)為 4.0d 4）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 10-6查得材料的彈性影響系數(shù) 21a8.189 MPZ E 5)由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限MPaimH 6001l ；大齒輪的按接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPaH 5502lim 。 6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，由于工作臺轉(zhuǎn)速不高，故循環(huán)次數(shù)也較低。 7）由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖 10-19去接觸疲勞壽命系數(shù) 6.11 HNK , 6.12 HNK 。 8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版式（ 10-12）得 M P aSK imHNH 9606006.11l11 M P aSK HNH 8805506.12lim22 （ 2）計(jì)算 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）用紙 第 11 頁 共 30 頁 1） 試算小齒 輪輪分度圓直徑 t1d ， 代入 H 中較小值 3 233 211 880 8.189344.0 10163.132.2132.2 HEdtt ZuuTKd =33.27mm 2） 計(jì)算齒寬 b= 64.1627.335.01 mmd td mm 3） 計(jì)算齒寬與齒高之比 hb 模數(shù) 58.12127.3311 mmzdm tt mm 齒高 h=2.25mt=2.25 1.58mm=3.565mm hb = 565.364.16 =4.668 4） 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v和 7級精度，由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖 10-8查得動(dòng)載荷系數(shù) Kv=1.1； 直齒輪，假設(shè) bFKA t S=1.5 顯然安全。 校核截面 II的右側(cè) 彎曲應(yīng)力 b =WM = 3302112032 =7.96MPa 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 T = 3 32 30 104016 TWT =7.5MPa 在過盈配合處k ，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)第八版附表 3-8用插值法求出，取值k =0.8k ， 故得 k =2.82 k =0.8 2.82=2.256 按磨削加工軸，表面質(zhì)量系數(shù)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)第八版附圖 3-4查為 =0.92 所以，計(jì)算綜 合系數(shù) 11k K =2.82+ 92.01 -1=2.91 11k K =2.256+ 92.01 -1=2.34 故軸在截面 II右側(cè)的安全系數(shù)為 mKS a1 = 01.096.791.2 275 =11.87 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）用紙 第 22 頁 共 30 頁 S =maK 1 =25.705.025.734.2 155 =17.29 caS =22 SS SS = 22 29.1787.11 29.1787.11 =9.78S=1.5 所以此軸在截面 II 處右側(cè)的強(qiáng)度也滿足安全設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)以上所述，現(xiàn)畫出軸的結(jié)構(gòu)圖 3-4如下 圖 3-4軸的結(jié)構(gòu) 尺寸圖 3.4.4 軸的剛度校核計(jì)算 由于該軸是豎直安置的，精密轉(zhuǎn)盤及其機(jī)械手工件的重量主要是由支座來承受的。該軸只是一個(gè)傳動(dòng)軸，只要是將將輸入的扭矩傳到精密轉(zhuǎn)盤，故該軸并沒有收到太大的彎曲應(yīng)力。所以對該軸進(jìn)行 剛度校核時(shí)，只需對其進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算就可以了。 軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角 來表示。圓軸扭轉(zhuǎn)角 單位為（） /m的計(jì)算公式為： = 5.73104 1LG lpi=1 (3-4) 式中： T 軸所受的扭矩， Nmm ； G 軸的材料的剪切彈性模量， MPa,對于鋼材， G=8.1*104MPa； Ip 軸截面的極慣性矩， mm4,對