四工位专用机床机构设计.docx

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1、1原始数据及设计要求(1)刀具顶端离开工件表面65mm(图1),快速移动送进60mm接近工件后，匀速送进60mm(前5mm为刀具接近工件时的切入量，工件孔深45mm,后IOmm为刀具切出量)，然后快速返回。回程和工作行程的平均速比(行程速度变化系数)K=20(2)刀具匀速进给速度为2mms;工件装、卸时间不超过IOS(3)生产率为每小时约75件。(4)执行机构系统应装入机体内，机床外形尺寸见图1。(5)传动电机转速为1000rmin,功率为1.5Kwo璃工作台2工艺动作分解及机械运动循环圈2.1 工艺动作分解本四工位专用机床主要有两个执行构件回转工作台和主轴箱。回转工作台作间歇转动，主轴箱作来

2、回移动。由生产率可求出一个运动循环所需时间：T=娶=48S60刀具匀速送进60mm所需时间%=30s,刀具其余移动内（包括快速送进60mm,快速返回12Omm）共需18s。回转工作台截止时间为36s,因此足够工件的装、卸所需时间。2.2 机械运动循环圈其机械运动循环情况如表所示。表机械运动循环情况执行构件运动情况刀具主轴箱工作行程返回行程刀具在工件外刀具在工件内刀具在工件外回转工作台转位静止转位3机构选型和机械运动方案的确定3.1 机构选型四工位专用机床的主轮箱往复移动机构和回传工作台间歇运动机构可由下表所列来选择。表四工位专用机床机构的选择情况刀具（主轴箱）圆柱凸轮机构移动从动件盘形凸轮机构

3、凸轮一连杆机构平面连杆机构工件回转工作台间歇运动机构槽轮机构不完全齿轮机构凸轮式间歇运动机构3.2 机械运动方案的确定根据表所列的机构形态矩阵，可以组合成的四工位专用机床的机械运动方案有12种。不完全齿轮机构冲击性大，容易引起振动；凸轮式间歇运动机构不易定位，需要单独设计都能够为机构；槽轮机构结构简单，又实现了工作台的回转定位，其冲击性相对较小，所以工作台的回转机构采用槽轮机构。另外，由于两个执行机构之间有严格的运动关系，并且机床主轴箱有确定的运动规律，所以主轴箱往复移动机构选用圆柱凸轮机构，容易保证主轴箱的运动规律。4机械传动系统速比和变速机构g主驱动电机功率为1.5KW、转速为100Or/

4、min。由生产率要求，主轴箱移动机构和回转工作台间歇运动机构的主动件转速为1.25rmino因此机械传动系统的总传动比1总为：i=竽=800,其传动系统采用四级：第一级V带传动(i1=4).第二忌1.25级用行星轮系传动(i2=25),第三级用直齿圆柱齿轮传动(i3=4),第四级采用直齿圆柱齿轮传动(i,=2).5机械运动方案简图主轴箱移动机构采用圆柱凸轮机构，回转工作台间歇运动机构采用槽轮机构，其机构运动方案简图如下图所示。图四工位机床机构运动方案简图6对机械传动系统和各机构的尺度计算6.1 计算各级传动效率、转速、功率及转矩滚动轴查表可得各种传动的传动效率：带传动7=097齿轮传动%=0.

5、98承%二0.99行星轮系=0.9046.1.1 传动效率：第一级传动：n/=0.97x0.99R0.96第二级传动：3H3=0-9040.990.895第三级传动：34=Z72.T73=0.980.990.97第四级传动：=7473=0.980.990.976.1.2 各轴转速：轴I：nl=mi1=250*/minTTn250n.II：n=IOrZmini225轴III：nlll=2.5rminZ34n25轴IV：nv=1.25r/minh26.1.3 输出功率：轴I:5=Pdl3=1.50.970.99.44KW轴ILP11=P14=1.44x0.904x0.991.289KW轴IIL片=

6、片/%=1.289X0.980.991.251KW轴IV：%=5%2=12510.980.991.214KW6.1.4 输出转矩：P44轴I：T1=9550-=9550-=55w,nl250P1289轴II：T11=9550=9550=1230.995Nmn1110p1?51轴in：T111=9550-=9550-=4775Vhn1125p1214轴IV：7Jv=9550X-=9550=9274.96Nmnu1.256.2 带传动设计电机功率P=I.5KW,转速n=1000rmin传动比为i1=4o6.2.1 确定计算功率匕查表可得工作情况系数KA=I.1,故Pca=KaP=1.11.5KW=

7、1.65KW6.2.2 选择V带的带型根据匕、n选取A型。6.2.3 确定带轮的基准直径dd并验算带速V1）粗选小带轮的基准直径dd=75mm02）计算大带轮的基准直径。dd2=iddl=475=300mm6.2.4 确定V带的中心距a和基准长度Ld1）粗定中心距a0=3OOmm02）计算带所需的基准长度Ido2a0（1dd2）12124a0=2300+-X（75+300）+（300/0）wn123mm24x300选带的基准长度为Ld=I250mm。3)计算实际中心距aaa0+Ld2Q=(300+1?)mm320mm6.2.5 验算小带轮上的包角名57 3a1 18Oo-(dd2-ddl)-

8、a67 R=180-(300-75 )- 320140o906.2.6 计算带的根数D计算单根V带的额定功率匕。ddl=75和n=l(X)OrZmin,查表得到A=O.9576KW。根据n=1000rmin,i=4和A型带,查表得4=().1116KW。查表得包角修正系数Ka=0.91及V带的长度系数Kl=.0,于是E=(H+%).Ka.Kl=(0.9576+0.1116)0.911.01=0.983kW2)计算V带的根数Z=168取2根。6.2.7计算单根V带的初拉力的最小值(FMn查表得A型带的单位长度质量q=0.lkgm,所以(FA-。黄子工心500黑嘿等+0.33,=3应使带的实际初拉

9、力F0(F0)mino6.2.8计算压轴力FP压轴力的最小值为(与)min=2z(4)n3吟=2x2x146XSin丁N=557N6.2.9带轮的结构设计大带轮d(2=3(X)mm,安装带轮的轴的直径为d=25mm。由dcn=3(X)mm=3(X)mm,所以大带轮采用孔板式。带轮的宽度通过查手册可得B=2f+e=210+15=35mmo=(1.82)d=50mm,da=dd+fIha=300+23=3O6ww1.=(L5-2)d=40/27/?,C=(；=Immd0=(0.20.3)(D1-d1)=30mm,D0=0.5(D1+d1)=150mm小带轮直径4=100mm,电机轴轴径d=20mm

10、0采用腹板式结构。宽度B=35mm01.=(L52)d=35nn,da=dd+2ha=75+23=Smm4=(1.82)d=40mm,C=B=Jtnm根据轮箱结构的不同，V带轮可以分为实心式（图8-14a）、腹板式（图8-】4）、孔松女 （S 8-14c 椭圆轮幅式（图814d）。4 一”.&“21d. d 为釉的！(技%=0.8A5l=O. 40与=O 86.CX A+ft* a290L = (1.5-2)d.当 l-S 时.Lsft A=Q.2Al 式中：P作W的功率.W;l 4 (O.2 -0.3), -rf,)SCfA =0 2*6.3齿轮传动设计6.3.1 高速级齿轮传动设计输入功率

11、5/=1.289KW,小齿轮转速n=10rmin,传动比为i3=4。由于轴向力很小,可忽略不计，故采用直齿圆柱齿轮传动。选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）机床对转位要求比较严格，精度较高，故选用6级精度（GB10095-88）2）材料选择。由手册选小齿轮材料为40Cr（调制）硬度为280HBS,大齿轮选用45钢（调制）硬度为240HBS,二者硬度差为40HBS。3）初选小齿轮齿数Z=20,大齿轮齿数Z2=i3Z=数。按齿面接触强度设计由设计计算公式进行计算，即2肾幸（I）确定公式内的各计算值1）试选取载荷系数K,=1.5。2）计算小齿轮传递的转矩。p1?89T11=9550X=9550X=

12、1230.995Nm,lnllIO3）查手册选取齿宽系数：由于两支承相对小齿轮做不对称布置，故内=0.6,查手册选取材料的弹性系数Ze=189.8M44）按齿面硬度查手册得小齿轮的接触疲劳强度极限z,liml=600M%；。小2=550则。5）计算应力循环次数：按照工作寿命15年（设每年工作300天），两班制计算。Nl=6021L=605l（2830015）=2.161072=5.41066）查手册取接触疲劳寿命系数K，NI=L（）;Khn2=.20o7)计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%安全系数S= 1。J = 600MPa SKN22mm 21.85aw2）计算圆周速度V。dxn _

13、21.85560 I(XX) 60000 3)计算齿宽b。m/s 0.0057/?/5b=ddu=0.6X21.85相机=3.20mm4）计算齿宽与齿高之比2。h模数叫=，=1.0925Zl齿高h=2.25肛=2.251.0375=2.45823=5,370h2.4585)计算载荷系数。根据v=0.0057ms,6级精度，由手册查得动载系数Kv=LlOo直齿轮，KHa=KFa=I由手册查得使用系数K.=1.50；由手册查得6级精度，小齿轮作悬臂布置，Kw=I.229。由bh=5.370,Kli=1.337查手册得KFg=Lr75K=KaKvKliaKHfJ=1.5()1.10l1.337=2.

14、216）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径/2 21= 21.85 ： = 24.86V 1.5（3）计算模数按齿根弯曲强度设计由弯曲强度的设计公式为m （1）确定公式内的各计算值D查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限b.=5（）OMPa；大齿轮的弯曲疲劳强度极限b2=380MPa;2）查手册得弯曲疲劳寿命系数Kml=O.90；KW2=1.（）。3）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=L4f=KMEL=321.43MzSp2=KM2160mm,做成腹板式结构，齿轮材料选用45钢（调制）,各参数如下:齿轮C和齿轮d做成双联齿轮，材料为40Cr（调制），具体结构尺寸如下图所示：行星架做成轴与连

15、杆相连的形式，轴径为20mm,其具体结构及尺寸如下图:6.5 槽轮机构设计由机床的整体安装高度为850mm以及其他传动的中心距可得槽轮机构的中心距为a=150mm0由机床的运动要求可知，槽轮的槽数Z=4,主动拨盘的圆销数其具体结构尺寸如下图所示：6.5.1 拨盘：6.6 圆柱凸轮机构设计6.6.1 圆柱凸轮的参数：通常直动滚子从动件的圆柱凸轮的许用压力角=25度-35度。过理论廓曲线上任意一点做法线11n,nn与y轴的夹角即为机构的压力角。因此基圆柱半径必须满足：半径大于等于最大速度比上角速度与许用压力角正弦的积。即公式另外大速度，可减小圆柱凸轮的行程，故在18ab处两齿轮的齿数比值为3,由此

16、计算得出其半径为95.44mm。由于圆柱凸轮的行程经齿轮齿条机构扩大了3倍，而主轴箱的总位移为120mm,所以圆柱凸轮的行程为40mm。经过考虑取半径为125mm,长度取80mm。6.6.2 主凸轮轮廓线及其运动曲线快进行程045度，五次多项式曲线；S=363.28.678.0489341.3115v=3363.281ZHOU_1配对类型网口幺苏仁那廿HI中心对象卜对IE确定4而取消I图b8.1.2 齿轮及键的装配一配对的方式添加齿轮及键，键2的装配方法如上所示。齿轮的配对条件如下:配对：齿轮的轴孔圆柱面-轴上相应的圆柱而配对：键槽的侧面-键的侧面距离：齿轮的端面-轴的端面如下图C所示：配对条

17、件zzhou15CHILUN-AZHOU_15配对柱坐标系柱坐标系讨配对平面的平面的距离-平面的-平面的aJIAN2-ZH0U.ll5DADAILUNZHOU_1l0JIANl-ZHOU_1配对类型h口幺苏乜HHHHD中心对象对选择步素过滤器距离表达式2mm.取消预览改变约束确定应用I取消I8.1.3轴承的装配添加轴承6006,将轴承孔的圆柱面与轴上相应的圆柱面及轴承端面与轴肩的端面进行配对。最终得到轴I的总的装配模型，如图d所示：图d82轴11装配8.3 轴111装配轴IH上的零件有：齿轮2、齿轮3、齿轮5、两个轴承6008、键3、键10。8.4 轴IV装配轴IV上的零件有：槽轮拨盘、齿轮4

18、两个轴承6006、键6、键7。轴V上的零件有：槽轮、两个轴承6006、键8。8.6轴Vl装配轴Vl上的零件有：齿轮6、圆柱凸轮、两个轴承6007、键4、键9。8.7整体装配9运动仿真将装配好的机床模型进行运动仿真。单击【开始】按钮，选择【运动仿真工进入仿真模块。右击【运动导航器】上的装配文件名，选择【新建仿真工在弹出的环境对话框中选择【动力学工单击【确定】。然后再弹出的【机构运动副向导】对话框中单击【否】按钮，自己添加连杆。9. 1添加连杆单击【插入】，选择【连杆】，进行连杆添加。将床身、传动电机、齿轮b、和所有轴承设为固定连杆LOO1；电机轴、小带轮设为连杆LOO2；大带轮、轴I及键、齿轮

19、a设为连杆3；将行星架、连杆、轴口及键、齿轮1设为连杆LO04；将齿轮c-d设为连杆LOO5；将轴In及键、齿轮2、齿轮3、齿轮5设为连杆LOO6；将轴IV及键、槽轮拨盘、齿轮4设为连杆LOO7；将轴V及键、槽轮、工作台设为连杆LOO8；将轴VI及键、齿轮6、圆柱凸轮设为连杆L009；将齿条-滚子设为连杆LOl0；将齿轮22-66设为连杆LOIL将主轴箱及专用电机设为连杆L012；将专用电机轴及上的齿轮设为连杆L013；将三组刀具、刀柄及其上的齿轮分别设为连杆L014L015L016;9.2 添加运动副9.2.1 旋转副选择【插入】/【运动副工在LOOl的电机与电机轴之间加旋转副，第一个连杆选

20、择小带轮轮廓边缘的圆周，这样就完成了“选择连杆”（LOO2）、“指定原点”（圆心）、“指定方位”（圆所在平面的法线）三个步骤。第二个连杆选择床身，单击【应用】按钮，完成旋转副J002的添加。同样的方法添加后面的旋转副。9.2.2 滑动副选择【插入】/【运动副】，在导轨与主轴箱之间添加滑动副。第一个连杆选择导轨的一个横向棱边，这样就完成了“选择连杆”（导轨）、“指定原点”（鼠标位置点）、“指定方位”（导轨棱边方向）三个步骤。第二个连杆选择主轴箱，单击应用按钮就完成了滑动副的添加。同样的方法在两个齿条与床身之间添加两个滑动副。9.2.3 齿轮副选择【齿轮副】，在带传动及各组齿轮传动上添加齿轮副。选

21、择齿轮传动中的另个齿轮各自的旋转副，输入相应的传动比，单击确定，完成齿轮副的添加。9.2.4 3D接触器在槽轮机构、圆柱凸轮机构之间添加碰撞。右击【运动导航器】上的仿真项目motion-1,选择【新建连接器】/13D接触工在弹出的【3D接触】对话框中输入数值(如图)。在【接触体】中分别选择滚子和凸轮，在二者之间添加碰撞。9.3 设置运动右击电机与电机轴的旋转副J002,选择【编辑工在驱动类型中选择【恒定】,在初速度中填写电机转速6000(7s)o同样的方法给专用电机设置驱动。右击【运动导航器】上的仿真项目motion-1,选择新【建解算方案工在弹出的对话框中，时间设置为48s,步数设置为100,单击【确定，右击【运动导航器】上新建立的解算方案SOIUtiOnT,选择【求解】，进行仿真计算。计算完成后，选择【动画工进行动画查看。10仿真结果与分析针对仿真结果，主要做以下两方面的分析：10.1 主轴箱运动分析题目对主轴箱的运动要求为：刀具顶端离开工件表面65