機械畢業論文臥式加工中心換刀機械手的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 (1) 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數1） 選用直齒圓柱齒輪傳動。2）換刀機械手換刀時速度較高，在此選用6級精度（GB1009588）。3）材料選擇。由表101選擇小齒輪材料為40Cr（調質）,硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼(調質)硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。4）選小齒輪齒數為Z1=24,大齒輪齒數Z2=μZ1=24=,取Z2=43。(2) 按齒面接觸強度設計由設計公式（109a）進行計算，即：d1t≥{(KtT1/φd)[(μ177。1)/μ](ZE/[σH])2}1/3 1)確定公式內各計算式數值①試選載荷系數Kt=；②計算小齒輪傳遞的轉矩：T1=105P1/n1=10530/ 1460 =105（）③由表107選取齒寬系數：φd＝1；④由表106查的材料的彈性影響系數：ZE =；⑤由圖1021d按齒輪齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 σHlim1 =600MPa。大齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim2=550MPa。 ⑥由式1013計算應力循環次數：N1=60n1jLh=6014601（2830015）=109N2=109/=109⑦由圖1019查得接觸疲勞壽命系數KHN1 =。K HN2=；⑧計算接觸疲勞許用應力： 取失效概率為1%,安全系數S=1,由式(1012)得：[σH]1= KHN1σHlim1/S=600=546（Mpa）[σH]2= KHN2σHlim2/S=550=517（Mpa）2)計算①試算小齒輪分度圓直徑d1t,代入[σH]中較小的值:d1t≥{(KtT1/φd)[(μ177。1)/μ](ZE/[σH])2}}1/3 ={(105/1)[(+1)/]()2}1/3 =(mm)②計算圓周速度v:v=πd1tn1/601000=π1460/601000=(m/s)③計算齒寬b:b=φdd1t=1=(mm)④計算齒寬與齒高之比b/h:模數: mt=d1t/ Z1=齒高: h===(mm)故: b/h=⑤計算載荷系數:根據v=,6級精度,由圖108查得動載荷系數：KV=。直齒輪 ,假設KAFt/b≤100N/：KHα=KFα=。由表104查得使用系數：KA=1。由表104查的7級精度、小齒輪相對支承非對稱分布時，KHβ=+(1+)φd2+103b代入數據得:KHβ=+(1+12)12+103=由b/h=, KHβ=,查圖1013得KFβ=。故載荷系數：K=KAKVKHαKHβ=1=⑥按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑，由式（1010a）得:d1= d1t(K/Kt)2/3=()2/3=(mm)⑦計算模數m:m=d1/ Z1=(mm) (3) 按齒根彎曲強度設計 由式（105）得彎曲強度計算的設計公式為:m≥[(2KT1/φd Z12)(YFaYSa/[σF])]1/31)確定公式內的各計算數值:①由圖1020c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限：σFE1=500MPa大齒輪的彎曲疲勞強度極限：σFE2=380MPa②由圖1018查得彎曲疲勞壽命系數：KFN1=。KFN2=③計算彎曲疲勞許用應力:取彎曲疲勞安全系數：S=由式（1012）得:[σF]1= KFN1/σFE1=500/=(Mpa) [σF]2= KFN2/σFE2=380/=(MPa)④計算載荷系數:K=KAKVKFαKFβ=1=⑤查取齒形系數:由表105 查得： YFa1=。YFa2=⑥查取應力校正系數由表105查得： YSa1 =。YSa2=⑦計算大、小齒輪的YFaYSa/[σF],并加以比較:YFa1YSa1/[σF]1 =YFa2YSa2/[σF]2=故大齒輪的數值大。2)設計計算:m≥[（2105）/1242]]1/3=(mm)對比計算結果，按齒面接觸疲勞強度計算的模數大于按齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪模數的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數與齒數的乘積）有關，=3。按接觸強度算得的分度圓直徑d1=,算出：小齒輪齒數： z1= d1/m=大齒輪齒數： z2=μz1=32= 取z2=58這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。(4) 幾何尺寸計算 ①計算分度圓直徑:d1=z1m=323=96(mm) d2=z2m=583=174(mm)②計算中心距: a= (d1+d2)/2=（96+174）/2=134(mm)③計算齒輪寬度: b=φdd1=196=96(mm)(5) 驗算 Ft =2T1/d1=2105/96=(N)KAFt/b=1( N/mm) 100 (N/mm), 合適.另外，機械手臂的伸出和縮回是通過齒輪齒條傳動進行的，其設計過程與此類似，由于受篇幅的限制，在此就不再敘述其設計步驟。 軸的設計計算 軸的種類軸按其受載情況分為轉軸、心軸和傳動軸，其中轉軸既支承傳動機件又傳遞動力，即承受彎矩和扭矩兩種作用；心軸只用來支承旋轉件而不傳遞動力，即只承受彎矩作用；傳動軸主要用于傳遞動力，即主要承受扭矩作用。按結構形狀分為：光軸、階梯軸、實心軸、空心軸等。按幾何軸線形狀分為：直軸、曲軸、鋼絲軟軸。設計軸時應考慮多方面的因素和要求，其中主要問題是軸的選材、結構、強度和剛度。對于高速軸還應考慮其震動穩定性問題。 軸的常用材料軸的材料種類很多，設計時主要根據對軸的強度、剛度、耐磨性等要求，以及為實現這些要求而采用的熱處理方式，同時考慮制造工藝問題繼而加以選用，力求合理經濟。軸的常用材料是3450優質碳素鋼，對于受載較小或不太重要的軸，也可以用AA5等普通碳素鋼。對于受力較大，軸的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的軸，材料可采用合金鋼。 軸的設計過程本次設計的驅動裝置中所采用的軸主要作用是既可以在插刀、拔刀時帶動整個機械手左右移動，又可在交換刀具時帶動回轉頭轉動，由于這兩個動作是分離的，因此我們在這里采用花鍵軸。該花鍵軸左端與回轉頭固定聯接，兩個花鍵套筒通過軸承安裝在機床立柱上的回轉座內，齒輪38通過花鍵套筒安裝在花鍵軸的右端。當回轉缸通入壓力油而使轉軸轉動時，通過傳動齒輪70帶動齒輪38轉動，這樣，花鍵軸即可帶動回轉頭轉動，又由于直線液壓缸活塞桿端部有聯接件與花鍵軸相連，當活塞桿因油缸進入高壓油而向左或向右運動時，通過聯接件即可帶動花鍵軸作直線運動，從而帶動回轉頭及機械臂向左或向右運動。已知條件：花鍵軸傳遞的功率為：P=30KW；軸的轉速為n=1460r/min(1) 估算軸徑選擇軸的材料為40Cr，經調質處理，由《機械設計手冊》（第四卷）： σb=750MPa σs=550MPa σ1=350MPa τ1=200MPa，由于材料為40Cr，=100，則得：dmin=A(P/n)1/3=100(30/1460) 1/3=(mm)故我們選用花鍵軸的尺寸為：Ddb=65mm56mm10mm(2) 軸的結構設計，如下圖7a)所示：(3) 軸上受力分析，如下圖7b)所示：軸傳遞的轉矩為：T1=106P/n=10630/1460 =105 (Nm