AC轴数控回转工作台毕业设计

1、毕业设计（论文）说明书（2012届）设计（论文）题目 a、c轴回转工作台的设计（偏c轴） 学院名称 机械与汽车工程学院 专 业 （班 级） 机械设计制造及其自动化（083班） 姓 名 （学 号） 杨超（20080409） 指 导 教 师 余道洋 2012年5月19日目 录中文摘要1英文摘要21 绪论32 引言4 2.1课题来源与研究意义4 2.2回转工作台的原理与应用4 2.3设计准则5 2.4 主要技术参数53 c轴回转工作台的传动设计及其校核计算7 3.1传动方案的选择7 3.2电机的选择9 3.3传动装置运动与动力参数的计算11 3.4齿轮传动设计12 3.5 蜗杆与蜗轮的选用及校核16

2、 3.6 轴承的选用与校核19 3.7轴的校核234 c轴回转工作台的结构设计29 4.1 齿轮的结构设计29 4.2 轴的结构设计31 4.3 蜗轮、蜗杆的结构设计 37 4.4 箱体的结构设计38 4.5 c轴回转工作台的总装配结构设计 41 4.6 三维建模435 结论与展望 466 致谢 47参考文献资料48附录a 49a，c轴回转工作台的设计（偏c轴）摘 要：数控车床今后将向中高挡发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。但是数控回转工作台更有发展前途,它是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台

3、，它常被使用于卧式的镗床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工艺，它主要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成，并可进行间隙消除和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。本课题主要介绍了它的原理和机械结构的设计，并对以上部分运用autocad做图,最后是对数控回转工作台提出的一点建议。 关键词：数控回转工作台 齿轮传动 蜗杆传动 蜗轮传动abstract：the development of cnc lathes will be in the middle and high block in the future. the middle range cnc lathes would us

4、e the popular cnc turret supporting. the high grade type would use the power turret, which have the hydraulic turret, the servo turret and the vertical turret. in recent years , the demand of cnc turret is be expected to increase greatly. however , the nc rotary table is more promising, it could ach

5、ieve the circumference feed and the dividing movement and it is often used in the horizontal boring machines and the machining centers in order to improve the processing efficiency and accomplish more technology. it mainly consists of the motor, the gear drive, the worm drive and the worktable. besi

6、des , it also can elimination the gap and press the worm. in general, it is a very useful processing tool. this issue mainly introduces the principles of the nc rotary table and the design of the mechanical structure,and uses the autocad to prensent them. in the end this issue provides some suggesti

7、ons for the the nc rotary table.keywords： nc rotary table gear drive worm drive worm gear 1 绪论毕业设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。通过毕业设计，可树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，实现由学生向工程技术人员的过渡。使学生进一步巩固和加深对所学的知识，使之系统化、综合化。培养学生独立工作、独立思考和综合运用所学知识的技能，提高解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，从而扩大、深化所学的专业知识和

8、技能。 培养学生的设计计算、工程绘图、实验研究、数据处理、查阅文献、外文资料的阅读与翻译、计算机应用、文字表达等基本工作实践能力，使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路。使学生学会初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法手段，树立做事严谨、严肃认真、一丝不苟、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识和团结协作的工作作风。2 引言2.1 课题来源与研究意义随着生产力水平的发展，数控技术越来越广泛的应用于各个领域。数控机床是数控技术最普遍的应用。而数控回转工作台是一种可以实现圆周进给和分度运动的工作台，它常被使用于卧式的镗床和加工中心上，可提高加工效率，完成更多的工艺，它主要由原动力、齿轮传

9、动、蜗杆传动、工作台等部分组成，并可进行间隙消除和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。本次毕业设计主要是解决c轴回转工作台的工作原理和机械机构的设计与计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后局部。目前数控回转工作台已广泛应用于数控机床和加工中心上，它的总的发展趋势是：（1）在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台；（2）在性能上将研制以钢为材料的蜗轮，大幅度提高工作台转速和转台的承载能力；（3）在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。 数控转台的市场分析：随着我国制造业的发展，加工中心将会越来越多地被要求配备第四轴或第五轴，以扩大加工范围。估计近几年要求配备数控转台的加工中心将会达

10、到每年600台左右。预计未来5年，虽然某些行业由于产能过剩、受到宏观调控的影响而继续保持着较低的行业景气度外，部分装备制造业将有望保持较高的增长率，特别是那些国家产业政策鼓励振兴和发展的装备子行业。作为装备制造业的母机，普通加工机床将获得年均1520左右的稳定增长。2.2 回转工作台的原理与应用数控机床的圆周进给由回转工作台完成，称为数控机床的第四轴：回转工作台可以与x、y、z三个坐标轴联动，从而加工出各种球、圆弧曲面等。回转工作台可以实现精确的自动分度，扩大了数控机床加工范围。回转工作台主要用于数控镗床和铣床，其外形和通用工作台几乎一样，但它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给轴

11、联动。它的进给、分度转位和定位锁紧都是由给定的指令进行控制的。工作台的运动是由伺服电动机，经齿轮减速后由蜗杆传给蜗轮。当工作台静止时必须处于锁紧状态。为此，在蜗轮底部的辐射方向有4对夹紧瓦，并在底座上均布同样数量的小液压缸。当小液压缸的上腔接通压力油时，活塞便压向钢球，撑开夹紧瓦，并夹紧蜗轮。在工作台需要回转时，先使小液压缸的上腔接通回油路，在弹簧的作用下，钢球抬起，夹紧瓦将蜗轮松开。回转工作台的定位精度主要取决于蜗杆副的传动精度，因而必须采用高精度蜗杆副。在半闭环控制系统中，可以在实际测量工作台静态定位误差之后，确定需要补偿角度的位置和补偿的值，记忆在补偿回路中，由数控装置进行误差补偿。在全

12、闭环控制系统中，由高精度的圆光栅发出工作台精确到位信号，反馈给数控装置进行控制。2.3 设计准则我们的设计过程中，本着以下几条设计准则：（1）创造性的利用所需要的物理性能（2）分析原理和性能（3）判别功能载荷及其意义（4）预测意外载荷（5）创造有利的载荷条件（6）提高合理的应力分布和刚度（7）重量要适宜（8）应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸（9）根据性能组合选择材料(10） 零件与整体零件之间精度的进行选择(11） 功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求2.4主要技术参数（1）最大回转半径：300 mm（2）回转角度：0360（3）回转精度：003（4）最大承载重量100（5）传动比：120

13、3 回转工作台的传动设计及其校核计算3.1 传动方案的选择3.1.1 传动方案传动时应满足的要求回转工作台一般由原动机、传动装置和工作台组成，传动装置在原动机和工作台之间传递运动和动力，并可实现分度运动。在本课题中，原动机采用应采用伺服电机，工作台为t形槽工作台，传动装置由齿轮传动和蜗杆传动组成。合理的传动方案主要满足以下要求：（1）机械的功能要求：应满足工作台的功率、转速和运动形式的要求。（2）工作条件的要求：例如工作环境、场地、工作制度等。（3）工作性能要求：保证工作可靠、传动效率高等。（4）结构工艺性要求；如结构简单、尺寸紧凑、使用维护便利、工艺性和经济合理等。3.1.2 传动方案及其分

14、析由图3.1所示，数控回转工作台的传动方案有两种：方案一为一级和二级都是齿轮传动；方案二为一级齿轮传动，二级蜗杆传动。图3.1 传动方案图 方案一的最大缺陷是：1.总传动比小；2.占用空间大；3.只能使工作台完成回转功能，无法使工作台完成自锁。而方案二虽然传动效率低，但以上三个功能全部都能完成。所以数控回转工作台传动方案为方案二：步进电机齿轮传动蜗杆传动工作台。如图3.2所示图3.2 传动方案三维图该传动方案分析如下：齿轮传动承受载能力较高 ，传递运动准确、平稳，传递 功率和圆周速度范围很大，传动效率高，结构紧凑。蜗杆传动有以下特点：1传动比大，与其他传动形式相比，传动比相同时，机构尺寸小，因

15、而结构紧凑。2传动平稳 蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮的啮合是连续的，因此，传动平稳，噪声低。3可以自锁 当蜗杆的导程角小于齿轮间的当量摩擦角时，若蜗杆为主动件，机构将自锁。这种蜗杆传动常用于起重装置中。4效率低、制造成本较高 蜗杆传动方面：齿面上具有较大的滑动速度，摩擦磨损大，故效率约为0.7-0.8，具有自锁的蜗杆传动效率仅为0.4左右。为了提高减摩擦性和耐磨性，蜗轮通常采用价格较贵的有色金属制造。由以上分析可得：将齿轮传动放在传动系统的高速级，蜗杆传动放在传动系统的低速级，传动方案较合理。3.2 电机的选择 3.2.1伺服电机的原理1、伺服系统（servomechanism）是使物体的位置

16、、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷）

17、，产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。 2、交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 3、伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的u/v/w三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同

18、时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。3.2.2 选取伺服电机许多机械加工需要微量进给。要实现微量进给，步进电机、直流伺服交流伺服电机都可作为驱动元件。伺服电机的特点:一是过载性好，步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。；二是控制方便，交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步

19、进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。；三是整机结构简单。传统的机械速度和位置控制结构比较复杂，调整困难，使用伺服电机后，使得整机的结构变得简单和紧凑。1、电机型号的选择按照工作要求和条件选择松下msme系列伺服电机。2、电机参数：型号功率(kw)额定转矩（）额定转速（rpm）最大转速(rpm)变压器容量(kva)mddht55401.57.16300050002.3表3.1 电机参数表 3、如图3.3所示：电机三维图。图3.3 电机三维图3.3 传动装置运动和动力参数计算3.3.1 各轴转速1、确定各级传动比：根据所选的传动方案，查阅文献【1】，可得：齿轮的传动比选取的范围为46；涡轮

20、蜗杆传动比选取的范围为840。综合考虑选取：齿轮传动比=4.5；涡轮蜗杆传动比=28.2、计算转速：由所选的电机参数可知： ； 。式中：电动机的额定转速，； 分别为轴，轴，轴的转速，； 依次为由电机轴（轴）到轴，轴到轴间的传动比。3.3.2 各轴输入、输出功率1、确定各级传动效率查阅文献【1】可得：电机的传动效率；联轴器的传动效率；轴承的传动效率；齿轮的传动效率；涡轮蜗杆的传动效率。2、 计算输入功率已知电机的额定功率为，所以； 式中：电机的额定功率，； 轴，轴，轴输入功率，；依次为电动机与轴，轴与轴，轴与轴间的传动效率。3、 计算输出功率各轴的输出功率为输入功率乘轴承效率0.99.分别为：式

21、中:轴，轴，轴的输出功率，。3.3.3 计算各轴输入、输出转矩1、计算输入转矩已知电机的最大转矩为。所以由此可得出： 式中：电机额定转矩， 电机到轴的传动比，且；分别为轴，轴，轴的输入转矩，。2、计算输出转矩各轴的输出转矩分别为各轴的输入转矩乘轴承效率0.99。式中：分别为轴，轴，轴的输出转矩，。3.3.4 运动和动力参数计算结果：轴名功率p（）转矩t（）转速n传动比i效率输入输出输入输出电动机1.514.3300010.9511.431.4213.613.530004.50.971.31.2959.458.8667280.7410.991233.81211.523.80.99表3.2 动力参

22、数表3.4 齿轮传动的设计3.4.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1、根据所选的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2、旋转工作台为一般工作机器，故选用7级精度（gb 10095-88）。3、材料选择。由机械设计表10-1选择小齿轮材料为40cr（调质），硬度为280hbs，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240hbs，二者材料硬度差为410hbs。4、选小齿轮齿数；大齿轮齿数3.4.2 按齿面接触强度设计由文献【1】中设计计算公式（10-9）进行计算，即： 1、确定公式内的各计算数值1） 试选载荷系数2） 计算小齿轮传递转矩3） 由文献【1】表10-7选取齿宽系数。4） 由文献【1】表1

23、0-6查得材料的弹性影响系数。5） 由文献【1】表10-21按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮的接触疲劳强度极限。6） 计算应力循环次数： 7） 由文献【1】图10-19取接触疲寿命系数;。8） 计算接触疲劳许用应力。取失效率为1，安全系数，由此可得： 2、计算1）计算小齿轮分度圆直径，带入中较小的值。 =2） 计算圆周速度。3） 计算齿宽b。4） 计算齿宽与齿高之比。模数： 齿高： 5） 计算载荷系数。根据7级精度、由文献【1】图10-8查得动载荷系数；直齿轮，；由文献【1】表10-2查得使用系数；由文献【1】表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时，。由查文

24、献【1】图10-13得；故载荷系数6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由文献【1】公式（10-10a）得：7）计算模数m。3.4.3 按齿根弯曲强度设计由文献【1】中弯曲强度的设计公式（10-5）：1、确定公式内的各计算数值：1）由文献【1】图10-20查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大 齿轮的弯曲强度极限；2） 由文献【1】图10-18取弯曲疲劳寿命系数,;3） 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数，由文献【1】公式（10-12）得：4） 计算载荷系数。5） 查取齿形系数。由文献【1】表10-5查得 ;。6） 查取应力校正系数。由文献【1】表10-5查得 ;。7） 计算大、小齿轮的

25、并加以比较。 大齿轮数值大。2、 设计计算：对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取弯曲强度算得得模数1.16并就近圆整为标准值，按接触强度算得得分度圆直径，算出小齿轮的齿数：大齿轮齿数： 取这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。3、几何尺寸计算1）计算分度圆直径2）计算中心距3）计算齿轮宽度取,。3.5 涡轮与蜗杆的选用及校核3.5.1 选择蜗杆传动类型根据gb/t 10085-198

26、8 的推荐，采用渐开线蜗杆。1、 选择材料考虑到蜗杆的传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45-55hrc。涡轮用铸锡磷青铜zcusn10p1,金属模铸造。3.5.2 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由文献【1】公式（11-12），传动中心距：1、确定作用在蜗杆上的转矩按，估取效率，则由运动参数的计算可知：作用在涡轮上的转矩2、确定载荷系数因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均匀系数;由表11-5选取使用系数;由于载荷系数不高，冲击不大，可取动载荷系数；则3

27、、确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜涡轮和钢蜗杆相配，故。4、确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距a的比值，从文献【1】图11-18中可查得。5、确定许用接触应力根据涡轮材料为铸锡磷青铜zcusnp1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度大于45hrc，可从文献【1】表11-7中查得涡轮的基本许用应力。应力循环次数 寿命系数 则 6、计算中心距取中心距,因，从文献【1】表11-2中取模数,蜗杆分度圆直径。这时，从文献【1】图11-18中可查得接触系数,因为,因此以上计算结果可用。3.5.3 蜗杆与涡轮的主要参数和几何尺寸1、蜗杆轴向齿距；直径系数；齿顶圆直径；齿根圆直径；分度圆导程角；蜗杆轴

28、向齿厚 。2、蜗轮蜗轮齿数;变位系数；验算传动比,这时传动比误差为，是允许的。蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径3.5.4 校核齿根弯曲疲劳强度 当量齿数： 根据；，从图11-19中查得齿形系数。螺旋角系数： 许用弯曲应力： 从表11-18中查得由zcusn10p1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力寿命系数 弯曲强度是满足的3.5.5 验算效率已知；与相对滑动速度有关。从文献【1】表11-18中插值法查得；，带入式中得到大于估算值，因此不用重算。3.5.6 精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动的动力传动，属于通用机械减速器，从gb/t 10089-1988圆柱蜗杆，涡轮精度中选

29、择8级精度，侧隙种类为f，标注为8f gb/t 10089-1988.3.6 轴承的选用与校核如图3.4所示；轴选用圆锥滚子轴承30310图3.4 轴承三维图由文献【5】表17-5查得基本额定动载荷,基本额定静载荷。轴所受的轴向力，周向力，径向力如图3.5所示：图3.5 受力图1、对齿轮进行受力分析，由文献【1】公式10-3：式中：小齿轮传递的转矩，； 小齿轮的分度圆直径，； 齿合角，对标准齿轮，。将已知数据代入公式得：2、对涡轮蜗杆进行受力分析，由文献【1】公式11-7式中：分别为蜗杆及涡轮上的公称转矩，； 分别为蜗杆及涡轮的分度圆直径，。将已知数据代入公式得：3、求两轴承所受到的径向载荷由

30、受力分析图3.6可以看出:图3.6 轴承受力分析图该轴近似于一个超静定梁，所以利用文献【5】中超静定梁的计算方法来计算支撑所受到的力。由轴的受力分析可知：式中： 抗弯刚度。将已知数据代入式中可得：同理：将已知数据代入：4、两轴承的计算轴向力对于30000b型轴承，按表13-7，轴承的派生轴向力，其中为文献【8】表13-5中的判断系数，先取=0.35，因此可得：所以 ：1.压紧 2.放松5、轴承当量动载荷因为：由文献【8】表13-5查得径向载荷系数和轴向载荷系数为：对轴承1 对轴承2 因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13-6取则：6、计算轴承寿命因为，所以按轴承1的受力大小验算：式中：轴承的预期

31、寿命，。故选轴承满足要求。3.7 轴的校核3.7.1 轴的校核轴的结构如图3.7所示：图 3.7 轴结构图1、求输入轴上的，转速和转矩由已知的运动参数计算结果可得：；2、 求作用在齿轮上的力已知高速级小齿轮的分度圆直径为40.5mm；齿轮所受的力如图3.8所示图 3.8 轴受力图由已知公式可得：式中：小齿轮传递的转矩，； 小齿轮的分度圆直径，； 齿合角，对标准齿轮，。将已知数据代入公式得：3、 求轴的载荷如图3.9所示为轴所受的应力图图3.9 轴应力图从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出轴的危险截面，根据已知条件进行计算：综上：总弯矩4、 按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上

32、承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据已得出的数据，以及轴单向旋转，扭矩切应力为脉动循环变应力，取；则轴的计算应力为：前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由文献【5】中表5-1查得，因此；故安全。3.7.2 轴的校核轴结构如图3.10所示图3.10 轴结构图1、求输入轴上的，转速和转矩由已知的运动参数计算结果可得：； 2、求作用在轴上的力已知低速级大齿轮的分度圆直径为183mm；蜗杆的分度圆直径为80mm；蜗杆轴所受的力如图3.11所示；图3.11 轴受力分析图1）对齿轮进行受力分析：式中：小齿轮传递的转矩，； 小齿轮的分度圆直径，； 齿合角，对标准齿轮，。将已知数据代入公式得：2）对涡轮蜗杆进

33、行受力分析： 式中：分别为蜗杆及涡轮上的公称转矩，；分别为蜗杆及涡轮的分度圆直径，。将已知数据代入公式得：1、 求轴的载荷如图3.12所示为轴所受的应力图：图3.12 轴应力图从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出轴的危险截面，根据已知条件进行计算：2、按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。由于垂直和水平平面内的危险截面并不重合，所以分别进行校核， 根据已算出的数据，扭矩切应力为脉动循环变应力，取。则轴的计算应力：前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由文献【5】表5-1查得，因此，故安全。4 回转工作台的结构设计4.1齿轮的结构设计对

34、于直径很小的钢制齿轮，当为圆柱齿轮时，若齿根圆到键槽底部的距离（为端面模数）；应将齿轮和轴做成一体。如图4.1、4.2所示；由于尺寸的限制，小齿轮采用齿轮轴结构。图4.1 小齿轮零件图图4.2 小齿轮的三维结构图对于大齿轮由于齿顶圆直径，所以做成腹板式的，以便节省材料。如图4.3、4.4所示大齿轮采用腹板式结构，齿轮与轴采用单键联接。图4.3 大齿轮零件图图4.4 大齿轮三维结构图4.2 轴的结构设计4.2.1 轴的结构设计1、初步计算轴的直径；由文献【8】公式5-3可得：式中：p轴所传递的功率，； n轴的转速，； a由轴的许用切应力所确定的系数。由轴的材料为45钢，调制处理，根据文献【1】表

35、15-3，取。并且由运动参数的计算结果可知：；所以带入公式： 暂取为轴的最小直径。2、 选取联轴器根据所计算的最小轴径，选取联轴器型号；联轴器计算转矩公式：由文献【8】表14-1，考虑转矩变化很小，故选取，则：根据计算转矩，由gb/t5843-1986推荐选用yl4型联轴器。3、轴的结构设计由于轴上装有齿轮；联轴器；轴承如图4.5所示：图4.5 轴装配图根据选取原则：1） 当直径变化的端面是为了固定轴上零件或承受轴向力时，则直径变化应大些，一般去。2） 当直径变化只是为了拆装零件方便时，直径差可选。3） 轴上装有齿轮、带轮和联轴器处的直径应取标准值，装有密封元件的滚动轴承处的直径则应与密封元件

36、和轴承的内径尺寸一致。4） 为了降低集中应力，轴肩处的过渡圆角不宜过小。5） 需要磨削加工的轴段常设置砂轮越程槽；车制螺纹的轴端应有退刀槽。6） 为了便于加工，直径相近的轴段，其过渡圆角、越程槽、退刀槽等尺寸应一致。综上：轴的结构及轴向和径向尺寸如图4.6所示图4.6 轴零件图4、为了满足最小直径要求和与联轴器装配要求：5、为了满足与轴承装配要求：6、为了满足小齿轮的装配要求要求：4.2.2 轴的结构设计1、初步计算轴的直径；由已知公式可得：式中：p轴所传递的功率，； n轴的转速，； a由轴的许用切应力所确定的系数。由轴的材料为45钢，调制处理，根据表文献【1】15-3，取。并且由运动参数的计

37、算结果可知：；所以带入公式： 暂取为轴的最小直径。2、轴的结构设计由于轴上装有齿轮、轴承如图4.7所示：图4.7 轴装配图蜗杆的螺旋部分的直径不大，所以常和轴做成一个整体，在有退刀槽的情况下，螺旋部分可以车制，也可以铣制。根据选取原则：1）当直径变化的端面是为了固定轴上零件或承受轴向力时，则直径变化应大些，一般去。2）当直径变化只是为了拆装零件方便时，直径差可选。3）轴上装有齿轮、带轮和联轴器处的直径应取标准值，装有密封元件的滚动轴承处的直径则应与密封元件和轴承的内径尺寸一致。4）为了降低集中应力，轴肩处的过渡圆角不宜过小。5）需要磨削加工的轴段常设置砂轮越程槽；车制螺纹的轴端应有退刀槽。6）

38、为了便于加工，直径相近的轴段，其过渡圆角、越程槽、退刀槽等尺寸应一致。综上：轴的结构及轴向和径向尺寸如图4.8所示图4.8 轴结构图3、为了满足最小直径和与大齿轮、角接触球轴承配合的要求要求：4、为了满足圆锥滚子轴承的装配要求5、为了满足涡轮蜗杆的装配要求4.2.3 轴的结构设计1、初步计算轴的直径；由已知公式可得：式中：p轴所传递的功率，； n轴的转速，； a由轴的许用切应力所确定的系数。由轴的材料为45钢，调制处理，根据文献【1】表15-3，取。并且由运动参数的计算结果可知：；所以带入公式： 暂取为轴的最小直径。2、轴的结构设计由于轴上装有轴承，以及与台面联接，如图4.9所示：图4.9 轴

39、装配图根据选取原则：1）当直径变化的端面是为了固定轴上零件或承受轴向力时，则直径变化应大些，一般取。2）当直径变化只是为了拆装零件方便时，直径差可选。3）轴上装有齿轮、带轮和联轴器处的直径应取标准值，装有密封元件的滚动轴承处的直径则应与密封元件和轴承的内径尺寸一致。4）为了降低集中应力，轴肩处的过渡圆角不宜过小。5）需要磨削加工的轴段常设置砂轮越程槽；车制螺纹的轴端应有退刀槽。6）为了便于加工，直径相近的轴段，其过渡圆角、越程槽、退刀槽等尺寸应一致。综上：轴的结构及轴向和径向尺寸如图4.10所示图4.10 轴结构图3、为了满足最小直径和轴承装配要求：4、为了满足台面装配要求：5、为了满足圆锥滚

40、子轴承装配要求：6、为了满足安装尺寸的要求：4.3 蜗轮和蜗杆的结构设计4.3.1 蜗杆的结构设计蜗杆的结构设计可参照4.2.2蜗杆轴的设计。4.3.2 蜗轮的结构设计常用的涡轮结构形式有齿圈式、螺栓连接式、整体浇铸式以及拼铸式。整体浇铸式多用于尺寸很小的青铜涡轮或者铸铁涡轮，拼铸式多用于成批制造涡轮。而根据我们得使用条件来看应选用整体浇铸式蜗轮，而且节约材料。因此我们选择整体浇铸式涡轮。如图4.11、4.12所示图4.11 蜗轮三维图图4.12 蜗轮结构图4.4 箱体的结构设计箱体的主要作用是支撑轴系，保证传动件和轴系运转。在已确定的箱体结构型式和箱体毛坯的铸造方法，以及之前已进行的装配图草

41、图设计的基础上，可全面进行箱体的结构设计。4.4.1 箱体的高度对于采用浸油润滑的回转工作台，箱体的高度除了应满足齿顶圆到油池底面的距离不小于30-50mm外，还应使箱体能容纳一定量的润滑油，以保证润滑与散热。4.4.2 箱体要有足够的刚度箱体的刚度不够，会在加工和工作过程中产生较大的变形，引起轴承座孔中心线歪斜，影响工作台的正常工作。箱体的刚度主要取决于箱体的壁厚、轴承座螺栓联接刚度和肋板尺寸。1、箱体要有合理的壁厚。轴承座、箱体底座等处承受较大的载荷，其壁厚应相应的加厚些。对于铸造箱体，壁厚还行满足铸造壁厚最小值的要求，同时壁厚要尽可能一致，并采取圆弧过渡。2、为了提高轴承座处的联接刚度，

42、座孔两侧的联接螺栓距离应尽可能靠近，为此轴承座孔附近应作出凸台，其高度应保证安装时有足够的扳手空间。3、为了提高轴承座附近箱体的刚度，在平壁式箱体上可适当设置加强肋板。4.4.3 箱体外轮廓设计箱盖顶部外轮廓常以圆弧和直线组成。大齿轮所在一侧的箱盖外表面圆弧，一般与大齿轮成同心圆。通常轴承座旁螺栓凸台应处于箱盖圆弧的内侧。由于高速轴上齿轮较小，所以高速轴一侧的箱盖外表面不能按齿顶到箱体内壁距离和壁厚确定，通常是根据轴承座凸台的结构尺寸来确定。一般可使高速齿轮的轴承座旁螺栓凸台位于箱盖圆弧内侧。4.4.5 箱体凸缘与底座结构设计箱盖与箱座联接凸缘、箱底座凸缘要有一定宽度。箱座底凸缘的宽度应超过箱

43、体内壁。轴承座外端面应向外凸出5-10mm，以便切削加工。箱体凸缘联接螺栓应合理布置，螺栓间距不宜过大，一般减速器不大于150-200mm。综上所述：根据第三章所设计的传动方案和之前轴、齿轮、蜗轮的结构设计，可以确定箱体的结构如图4.13、4.14所示图4.13 箱座三维图图4.14 上箱体三维图根据箱体的三维图可转化为箱体的零件图如图4.15所示：图4.15 箱座结构图4.5 回转工作台的总装配结构将上述所设计的齿轮、蜗轮、蜗杆、轴以及箱体等零件根据传动方案进行装配，便可得到三维装配图如图4.16所示：图4.16 总装配三维图根据所得的三维装配图可画出cad装配图，如图4.17a、4.17b

44、所示：图4.17a 总装配主视图 图4.17b 总装配俯视图传动原理：从装配图可以看出，电机通过螺栓、螺母固定在箱体上，并通过联轴器将动力传给一级齿轮传动机构并且进行减速，小齿轮采用齿轮轴结构，通过角接触球轴承固定在箱体上；大齿轮采用腹板结构，通过单键与蜗杆轴联接。动力再由大齿轮传递给二级蜗轮、蜗杆机构，进行二次减速，蜗杆通过圆锥滚子轴承固定在箱体上，蜗轮通过螺钉与台面联接，所以蜗杆带着蜗轮转动，蜗轮带着台面绕着轴转动。这样就满了工作需要。总的装配图如图4.18所示图4.18 总装配三维图4.6三维建模4.6.1 绘制零件图首先，利用solidworks软件进行草图编辑；然后利用特征菜单中的功能选项将平面图形转化三维图形，最终得到箱体、箱盖等六十多个零件。各菜单如图4.19、4.20所示：图4.19 草图工具栏图4.20 三维造型工具栏作图过程如图4.21所示： 图 4.21 作图流程所得到的零件图如图4.22、4.23所示：图4.22 大齿轮三维图图4.23 上箱体三维图4.6.2 装配零件绘制完之后，利用装配工具栏先装配出若干个组件，然后以箱座为基础进行装配。如图4.24所示，装配工具栏：图4.24 装配工具栏作图过程如图4.25所示：图4.25 装配流程得到的的装配图如图4.26所示：图4.26 总装配三维图5 结论与展望