四工位专用机床机构设计

1原始数据及设计要求65mm(1)，60mm45mm，10mm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＝2。刀具匀速进给速度为2mm/s；工件装、卸时间不超过10s生产率为每小时约75件。执行机构系统应装入机体内，机床外形尺寸见图1。1000r/min，1.5Kw。2工艺动作分解及机械运动循环圈工艺动作分解——间歇转动，主轴箱作来回移动。由生产率可求出一个运动循环所需时间：刀具匀速送进60mm所需时间t匀30s，刀具其余移动内〔包括快速送进60mm，快速返回120mm〕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。机械运动循环圈其机械运动循环状况如表所示。表机械运动循环状况执行构件运动状况刀具主轴箱工作行程刀具在工件外刀具在工件内返回行程刀具在工件外回转工作台转位静止转位23机构选型和机械运动方案确实定机构选型列来选择。表四工位专用机床机构的选择状况刀具〔主轴箱〕

移动从动件盘凸轮一连杆机形凸轮机构 构

平面连杆机构台间歇运动机构

槽轮机构 不完全齿轮机构 凸轮式间歇运动机构机械运动方案确实定依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，简洁引起振动；凸轮式间歇运动机构不易定位，用圆柱凸轮机构，简洁保证主轴箱的运动规律。4机械传动系统速比和变速机构[11]主驱动电机功率为1.5KW、转速为1000r／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1.25r／min

1000 800，其传动系统承受四级：第一级V带传动〔i

=、其次总1.25 1级用行星轮系传动〔i2

=25、第三级用直齿圆柱齿轮传动〔i3

4、第四级承受直齿圆柱齿轮传动〔i 2。445机械运动方案简图机构运动方案简图如以下图所示。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计算各级传动效率、转速、功率及转矩查表可得各种传动的传动效率[]带传动1=0.97 齿轮传动2=0.98 滚动承3=0.99 行星轮系4=0.904传动效率：第一级传动：12

1

0.970.990.96其次级传动： 0.9040.990.89523 4 3第三级传动： 0.980.990.9734 2 3第四级传动： 0.980.990.9745 4 5各轴转速：轴I：n n /i 250r/minm 1n轴II：n i2

2502510r/minn轴III：n IIIII i3

1042.5r/minn轴IV：n IIIV i3输出功率：

2.5 2

1.25r/minI：PI

Pd 1

1.50.970.991.44KWII：PII

P3

1.440.9040.991.289KWIII：PIII

P 2

1.2890.980.991.251KWIVPIV

P

2

1.2510.980.991.214KW输出转矩：P

1.44I：TI

9550 nI

955025055Nm6II：TII

9550

P 95501.2891230.995NmIIn 10IIIIP 1.251III：TIII

9550

IIInIII

9550 4775Nm2.5IVTIV

9550

PIIInIII

95501.2149274.96Nm1.25带传动设计[1]P=1.5KWn=1000r/mini1

。Pca查表可得工作状况系数K 故AV带的带型

P=Kca

P=1.11.5KW=1.65KWPca

、nA型。确定带轮的基准直径dd

v1)粗选小带轮的基准直径dd1

=75mm。2〕计算大带轮的基准直径。d idd2 d1

475300mmVaLd粗定中心距a0

=300mm。计算带所需的基准长度L 2a

d

〔d〕+d2

-dd1〔d0 0 2〔

d1 d2 4a0[2300

〔300-752

mm1231mm〔75+300〕+ ]2 4300Ld

。

L L

12501231aa d d0(300 )mm320mm0 2 2验算小带轮上的包角1 1800

57.30 57.30 -d〕 1800〔300-75〕 1计算带的根数

d2 d1

a 320VP。r由d =75和n=1000r/min，查表得到Pd1

=0.9576KW。n=1000r/mini1

=4A型带，查表得P0

0.1116KW。查表得包角修正系数K 0.91及V带的长度系数K =1.01，于是LP〔Pr

+P〕.K.K0 L

(0.95760.1116)0.911.010.983kWVzzzcaPr2

1.651.680.983V〔F〕0min查表得A型带的单位长度质量q=0.1kg/m，所以〔2.5-K〕P

2.50.91.65〔F〕500

caqv2[500 0.15.032]146N0min K

zv 0.9125.03应使带的实际初拉力F0Fp

>〔F〕。0min压轴力的最小值为(F)pmin

2z(F) sin122146sin145 N557N00min 2 20带轮的构造设计大带轮d 300mm安装带轮的轴的直径为d=25mm由d 300mm=300mm，d2 d28B=2f+e=2×10+15=35mm。d (1.8 2)d50mm，d1

d 2hd

30023306mmL(1.5 2)d40mm，C”(17

)B7mm4d 〔0.20.3〕〔D-d〕=30mm，D 05D+d〕=150mm0 1 1 0 1 1小带轮直径d

=100mmd=20mmB=35mm。d1L(1.5 2)d35mm，da

d 2hd a1

752381mm1d (1.8 2)d40mm，C”(1

)B7mm4齿轮传动设计[1]高速级齿轮传动设计PII

1.289KW,n=10r/mini3

可无视不计，故承受直齿圆柱齿轮传动。①选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数机床对转位要求比较严格，精度较高，应选用6级精度〔GB10095-88〕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初选小齿轮齿数Z 20，大齿轮齿数Z iZ 80。1 2 3 1②按齿面接触强度设计由设计计算公式进展计算，即KT u13KT u13d1u [ ]H(ZE)21t确定公式内的各计算值Kt

1.5。P

1.289T 9550 IIII nII

9550 1230.995Nm10d

0.6，查手册选取材料的弹性系数ZE

1189.8MPa2。〕按齿面硬度查手册得小齿轮的接触疲乏强度极限 600Mpa；Hlim1 550Mpa。Hlim215〔设每年工作300天两班制计算。N 60njL1 1

6051(2830015)2.16107NN 15.41062 4查手册取接触疲乏寿命系数K 1.0；K 1.20。HN1 HN210计算接触疲乏许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1。[ ]H1

K HN1S

lim1600MPa[ ]H2

K HN2 lim2660MPaS计算试算小齿轮分度圆直径d ，代入[ ]中较小的值。1t HKT u1Z 2 1.51230.995 5 189.82d 2.323 t1

E

2.323

mm21.85mm1t d

u [H

] 0.6 4 600计算圆周速度v。dn 21.855v 1t1 m/s0.0057m/s601000 60000计算齿宽b。b dd 1t

0.621.85mm13.20mmb。h模数 mt

d1t1.0925z1齿高 h2.25mt

2.251.03752.458b13.20

5.370h 2.458计算载荷系数。依据v=0.0057m/s,6Kv1.10。KHKF1KA1.50；由手册查得6级精度，小齿轮作悬臂布置， KH1.229。由b/h=5.370，KH1.337KF1.175KKAKVKHKH1.501.1011.3372.21按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径dd1 1t计算模数m 。n

21.853KK3KKt32.211.5

24.86mmm 11.243n z1③按齿根弯曲强度设计2KT2KTY Y 3z [ ]21 Fasad1 F确定公式内的各计算值查得小齿轮的弯曲疲乏强度极限 500MPa大齿轮的弯曲疲乏强度极FE1限 380MPa；FE2查手册得弯曲疲乏寿命系数K 0.90；K 1.00FN1 FN2取弯曲疲乏安全系数S=1.4F1

K FN1 S

321.43MPaF2

K FN2 S

271.43MPa4〕计算载荷系数。KKKK K 1.501.111.1751.939A V F F查取齿形系数YF1

2.80 YF2

2.22查取应力校正系数Ysa1Y

1.55 Ysa2Y

1.77

Fa F

并加以比较。Y Y 2.801.55Fa1F

11

321.43

0.01350212Y Y 2.221.77

aF

271.43

0.014477大齿轮的数值较大。设计计算32321.9391230.9950.0144770.6202

0.87比照计算结果由齿面接触疲乏强度计算的法面模数m 大于由齿根弯曲疲乏强n〔即模数与齿数的乘积〕有关，1.243〔取稍大点的值〕m=2mm。④几何尺寸计算计算中心距(zz(a 1 22

m)n100mm)计算分度圆直径dZm20240mm1 1d Zm802160mm2 2计算齿轮宽度bd 0.64024mmd 1取B 25mm，B2

30mm齿轮的构造尺寸大齿轮承受腹板式构造小齿轮〔1〕的尺寸z=20d1

=40mm m=2 d=25mmB1

=30mmha=ha*m=1×2=2mmhf=(ha*+c*)m=(1+0.25)×2=2.5mmh=ha+hf=2+2.5=4.5mmda=d1＋2ha=45.4mmdf=d1－2hf=36.4mmp=πm=6.28mms=πm/2=3.14×2/2=3.14mme=πm/2=3.14×2/2=3.14mmc=c*m=0.25×2=0.5mm大齿轮〔2〕的尺寸由轴可得d2

160mm z2=80 m=2 B2

=25mm d=50mmha=ha*m=1×2=2mmhf=(1＋0.5)×2=2.5mmh=ha+hf=2+2.5=4.5mmda=d2＋2ha=164mmdf=d1－2hf=155mmp=πm=6.28mms=πm/2=3.14×2/2=3.14mme=πm/2=3.14×2/2=3.14mmc=c*m=0.25×2=0.5mmD 1.6d3

1.65080mmD d0 a

〔1014〕mn

16424140mm1 0

+D〕/2=〔140+80〕/2=110mm3D 〔0.250.35(D2

-D〕=(0.250.35)60=18mm3C(0.2 0.3)B(0.2 0.3)257.5mm10mmC=10mmIIIIVPIII

1.251KW,n=2.5r/min，传动比为i3

=2。m=2。所以齿轮的构造尺寸如以下图所示：①小齿轮〔3d=120mm。14②大齿轮〔4：d=240mm。IIIVIPIII

1.251KWn=2.5r/min，传动比为i3

=2。a=250mm，m=2。所以齿轮的构造尺寸如以下图所示：①小齿轮〔5d=169mm。16②大齿轮〔6〕d=338mm。齿轮齿条传动设计①齿轮做成双联齿轮〔22-66m=1，z1=22，z2=66d1=22mm，d2=66mm。其具体构造尺寸如下所示：18②齿条复说明白。行星轮系传动设计[5]/[7]PI

1.44KW，输入转速nI

250r/min，输入转矩TI

55Nm，传动比i=25。2轮系的选择5～250.904其传动比计算公式为ib 1aH

ZZZbZci=25确定各齿轮齿数为：a dZ17aZ102b 。Z68cZ17d取模数m=2，各齿轮的分度圆直径为：构造设计

d 17234mmad 1022204mmbd 682136mmcd 17234mmd依据齿轮构造设计的标准〔当齿顶圆直径d 160mm时，做成实心构造的齿轮；a当齿顶圆直径d 500mm时，做成腹板式构造〕可得：a①齿轮a分度圆直径为34mm40Cr〔调制〕，齿轮宽B=30mm。构造尺寸如下：20②齿轮b齿顶圆直径db>160mm45〔调制各参数如下：cd40Cr〔调制〕，具体构造尺寸如以下图所示：2220mm，其具体构造及尺寸如以下图：6.56.5槽轮机构设计[4]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Z=4，n=1。其具体构造尺寸如以下图所示：拨盘：槽轮：24圆柱凸轮机构设计[4]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[]=25-35nn,nny。因此基圆柱半径必需满足：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dsdRbtanmx另外大速度，可减小圆柱凸轮的行程，故在18a/b处两齿轮的齿数比值为3，由3120mm40mm。经过考虑取半径为125mm，长度取80mm。主凸轮轮廓线及其运动曲线0—4545—170s1424/v24/a0170—19548.983394a23757.1526487.69421233.369322208.9833923195—292.5/24)24)]/(13/24)2292.5—360位移和轮廓线速度线〔上图〕26加速度线(上图)滚子---齿条各级轴的设计[1]I①选择轴的材料及其热处理45质处理.②估量轴径按功率P=1.44KW,转速为n=240r/min初估轴的直径,查表得A0

=103126,考虑到安装联轴器的轴段仅受扭矩作用.取A1.4431.443240

=110p3nDmin=p3n0

110

20mm轴的最小直径明显是安装行星齿轮的地方，即dV③初选轴承6006D=30mm即d d =30mm。II IV④构造设计1〕各轴直径确实定

。I装轴承，取d

III

=36mm。282〕各轴段长度确实定轴段I的长度为带轮的宽度及带轮和轴承之间定位用的套筒的长度之和，、IV13mm，考虑到轴承的定位，长度应略小于I轴承的宽度，故LII

IVLV

=37mm。IIILIII

=83mm。所以轴的总长度为187mm。轴上零件的周向固定为了保证良好的对中性，齿轮与轴选用过盈协作H7/r6。与轴承内圈协作轴选用k6，齿轮与带轮均承受A型一般平键联接，〔宽×高×长〕分别为6625GB1096-19798×7×28GB1096-1979。4〕.轴上倒角与圆角GB6403.4-1986，轴的左右端倒角1×45。⑤轴的强度校核做出轴的计算简图图中 2T

2 55

,F=2T

255

2750N F =1 d 0.3

366.67N2 d1

0.02F =306N,FR1

=-3178N，FN1

=-454N,FN2

=108N画出弯矩图画出扭矩图30按弯扭合成应力校核轴的强度及周单向旋转，扭转切应力为脉动循环应力，取0.6，轴的计算应力M2M2(T)21 3ca W

= =5.57MP5002(0.65002(0.655)260MP，因 1 ca 1II其设计方法同轴I，具体过程不再重复。轴的各个数据如下：b1。轴上零件的周向固定：为了保证良好的对中性，齿轮与轴选用过盈协作H7/r6。与轴承内圈协作轴选用k6连杆与齿轮均承受A型一般平键联接〔宽b×高h×长分别为8×7×6 GB1096-1979及键8×7×25GB1096-1979。III其具体尺寸如以下图所示：3A〔bh×L〕8×7×18GB1096-1979。第三段和第八段安装轴承。第六段安2，A〔b×h×〕14×9×18GB1096-19795A〔b×h×L〕8×7×25GB1096-1979IVA〔b×h×L〕12×8×40GB1096-19794,选用A〔b×h×L〕10××18GB1096-1979。VA〔h×L〕12×8×18GB1096-1979。32VI6，A〔bGB1096-1979A〔b×h×L〕14×9×70GB1096-1979。床身及主轴箱设计床身设计上引出了一根轴，用以安装好、齿轮齿条机构中的双联齿轮22-66。从床身顶部安装了以滑轨，用以支撑齿条的直线运动。主轴箱设计凹槽，减小摩擦，便利润滑。其具体构造尺寸如以下图所示：347各机构零件的三维建模II[8]I得到如以下图所示的模型：a键槽：在需要创立键槽的地方插入基准平面，然后再基准平面上用【键槽】创立键槽。选择矩形键槽〔图为水平参考，得到图示的键槽参数输入对话框〔图b，确定之后，选择第四个【垂直〔图，用以定位键槽。选择如下图的Y-Z平面〔图d〕与键槽竖直中心用以确定键槽的水平位置，选择X-Z平面用以确定键槽的前后位置，最终得到键槽。用同样的方法得到另一个键槽。如以下图e所示：ab36e带轮建模①大带轮VY-Z差得到带槽。经过倒斜角、创立键槽后得到如下图的带轮。②小带轮a[9]腹板、孔及键槽的创立得到完整的齿轮。如图：38键的建模依据键的尺寸在草图上画出其轮廓图，退出草图，进展拉伸，得到键。IIIIc-d建模1连杆、行星架建模IIIIII齿轮建模405252IVIV建模齿轮建模槽轮拨盘建模42VV建模槽轮建模VIVI建模齿轮建模圆柱凸轮建模44床身级其他零件建模床身建模主轴箱建模齿轮齿条建模工作台建模46其他零件建模电机 V带主轴刀具，专用电机等8装配I带轮及键的装配①键的装配图aUGNX5.0，建一个装配文件z-zhou1，一确定原点的方式添加轴I，然后开头装配轴上的零件。用【添加组件】命令，添加键1，定位方式选择配对，选择键a所示。图a48②带轮的装配以配对的方式添加带轮，配对条件依次为：配对：带轮键槽的侧面->键上相应的侧面距离：带轮的外端面->轴的端面，距离为2mmb：图b齿轮及键的装配齿轮的配对条件如下：配对：齿轮的轴孔圆柱面->轴上相应的圆柱面c图c轴承的装配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展配对。最终得到轴I的总的装配模型，如图d所示：50图dIIIIc-d1、26007、键IIIIII2356008310。IVIV4600667。52VV60068。VIVI6600749。整体装配：549运动仿真[3]中单击【否】按钮，自己添加连杆。添加连杆b、和全部L001；L002；Ia3；II1L004；将齿轮c-dL005；III235L006IV键、槽轮拨盘、齿轮4设为连杆L007；将轴V及键、槽轮、工作台设为连杆L008；VI6L009；L010；将齿轮22-66设为连杆L011；将主轴箱及专用电机设为连杆L012；将专用电机轴及上的添加运动副旋转副选择【插入】/L001的电机与电机轴之间加旋转副，第一个连杆〔L002〔圆心〔圆所在平面的法线〕三个步骤。其次个连杆选择床身，单击【应用】J002同样的方法添加后面的旋转副。滑动副/轨的一个横向棱边，这样就完成了“选择连杆〔导轨〔鼠标位置点〔导轨棱边方向〕三个步骤。其次个连杆选择主轴箱，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。齿轮副个齿轮各自的旋转副，输入相应的传动比，单击确定，完成齿