FZ15S五轴加工中心的自动换刀装置设计

摘要随着我国国民经济迅速发展和国防建设的需要，对高档的数控机床提出了急迫的大量需求。机床是一个国家制造业水平的象征。而代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，反映了一个国家的工业发展水平状况。长期以来，以美国为首的西方工业发达国家，一直把五轴联动数控机床系统作为重要的战略物资，实行出口许可证制度。特别是冷战时期，对中国、前苏联等社会主义阵营实行封锁禁运。爱好军事的朋友可能知道著名的“东芝事件”：上世纪末，日本东芝公司卖给前苏联几台五轴联动的数控铣床，结果让前苏联用于制造潜艇的推进螺旋桨，上了几个档次，使美国间谍船的声纳监听不到潜艇的声音了，所以美国以东芝公司违反了战略物资禁运政策，要惩处东芝公司。所谓面接触式加工是指以面接触成型的加工方式，如端面铣削(磨削)加工．这种加工方式的主要特点是：由于切削点有较高的切削速度，周期进给量大，因而它具有较高的加工效率和精度．但由于受成型方式和刀具形状的影响，它主要适合于中凸曲率变化较平坦的曲面的加工．五坐标联动数控加工当前和今后研究的重点所谓线接触式加工是指加工过程中以线接触成型的加工方式，如圆柱周铣、圆锥周铣、樟形窿削及砂带磨削等．这种加工方式的特点是：由于切削点处切削速度较高，因而可获得较高的加工精度，同时，由于是线接触成型，因而具有较高的加工效率，已发展到对任意曲面线接触加工的研究。五轴联动机床的使用，让工件的装夹变得容易。加工时无需特殊夹具，降低了夹具的成本，避免了多次装夹，提高模具加工精度。采用五轴技术加工模具可以减少夹具的使用数量。另外，由于五轴联动机床可在加工中省去许多特殊刀具，所以降低了刀具成本。五轴联动机床在加工中能增加刀具的有效切削刃长度，减小切削力，提高刀具使用寿命，降低成本。采用五轴联动机床加工模具可以很快的完成模具加工，交货快，更好的保证模具的加工质量，使模具加工变得更加容易，并且使模具修改变得容易。在传统的模具加工中，一般用立式加工中心来完成工件的铣削加工。随着模具制造技术的不断发展，立式加工中心本身的一些弱点表现得越来越明显。现代模具加工普遍使用球头铣刀来加工，球头铣刀在模具加工中带来好处非常明显，但是如果用立式加工中心的话，其底面的线速度为零，这样底面的光洁度就很差，如果使用四、五轴联动机床加工技术加工模具，可以克服上述不足。关键词：五轴加工中心机，驱动，控制全套设计加QQ11970985或197216396AbstractCarvedfromtheprocessingprincipleofspeakingisakindofdrillingandmilling,engravingmachinedatainputmodeaccordingtotheneedsofease.Computerengravingmachinewithlaserengravingandmechanicalengravingofthetwocategories,thesetwocategorieshavealargepowerandsmallpowerofthepoints.Becausetheengravingmachineisverywiderangeofapplications,itisnecessarytounderstandthemostsuitablerangeofengravingmachineapplication.Smallpoweronlysuitablefordoublecolorplate,buildingmodel,smallsigns,three-dimensionalcrafts.Becausethepoweristoosmallandgreatlyaffectthescopeofitsapplication.Largepowerengravingmachineengravingmachinepowercandolittlethings.Themostsuitableforlarge-scalecutting,relief,sculpture.Inthenumericalcontrolmachinetool,theelectricspindleusuallyusesthefrequencyconversionspeedregulationmethod.Therearethreekindsofcontrolmodes,whichareordinaryfrequencyconversiondriveandcontrol,vectorcontroldrive,controlanddirecttorquecontrol.Theordinaryfrequencyconversionisthescalardriveandthecontrol,itsdrivecontrolcharacteristicistheconstanttorquedrive,theoutputpowerandtherotationalspeedisproportional.Thedynamicperformanceofthecommonvariablefrequencycontrolisnotgoodenough,thecontrolperformanceispooratlowspeed,theoutputpowerisnotstableenough,alsodoesnothavetheCaxisfunction.Butthepriceischeap,thestructureissimple,generallyusedforgrindingmachineandordinaryhighspeedmillingmachine,etc..VectorcontroltechnologytoimitatetheDCmotorcontrol,rotorfieldoriented,withthevectortransformmethodtoachievethedriveandcontrol,withgooddynamicperformance.Vectorcontroldriveatthebeginningofagreattorquevalue,coupledwiththesimplestructureoftheelectricspindleitself,theinertiaisverysmall,sotheaccelerationislarge,canbeachievedimmediatelyafterthestarttoallowlimitspeed.Thedriveandopenloopandclosedlooptwo.Thelattercanbeachievedwithpositionandvelocityfeedback,notonlyhasabetterdynamicperformance,alsocanrealizetheCshaftpower;andthedynamicperformanceoftheformerisabitpoor,alsodonothavecaxisfunction,butthepriceisrelativelycheap.Keywords:engravingmachine,drive,control目录第一章绪论 6第二章五轴加工中心机简介 82.1五轴加工中心机发展状况 82.2刀具库的类型及结构 10第三章设计方案 123.1刀具库结构选择 123.2旋转机构设计 143.3棘轮机构设计 15第四章相关设计计算 164.1减速机的设计计算 164.1.1研究内容 164.1.2拟订传动方案 184.1.3电动机的选择 194.1.4确定传动装置的传动比及其分配 204.1.5计算传动装置的运动和动力参数 204.2传动零件的设计计算 224.2.1蜗轮蜗杆传动设计 224.2.2确定传动的主要尺寸 244.2电机选型计算 294.3轴的设计 314.3.1蜗轮轴的设计 314.3.2轴的结构见图3.3所示 354.3.3蜗杆轴的设计 364.4蜗轮轴的轴承的选择和计算 374.5减速器铸造箱体的主要结构尺寸（单位：mm） 38总结 41致谢 41参考文献 42第一章绪论五轴加工中心从加工原理上讲是一种钻铣组合加工，五轴加工中心机多种数据输入模式根据需要游刃有余。的五轴加工中心和2个范畴的机械五轴加工中心计算机五轴加工中心机，这些两种大力量和小力量。因为在五轴加工中心机应用的非常宽的范围，那需要理解机械五轴加工中心的应用的范围。用小小的力量适合双排的建筑的模型，小的签名，三次元技能。这是一个很大影响的范围。可以做大的电力五轴加工中心机机器功率的五轴加工中心的小东西。最适合的大规模的切割的浮雕五轴加工中心。在数值控制工作机器中，电动主轴通常使用速度调节速度的速度。控制模式的三种类型，通常的转换为驱动的矢量控制驱动，控制，及直接扭矩控制。通常的变换转换标量驱动，那个驱动控制特性驱动一定的转矩，输出功率和转速的比例。一般的变量性能不充分的话，控制性能低，输出功率不稳定，具有c轴功能。但是价格便宜，结构简单，一般使用的研磨盘和通常的高速铣床等。对直流马达控制的矢量控制技术的方向的旋转磁场矢量驱动和控制的方法，具有良好的动态性能。在大大的转矩值的第一次的轴和矢量控制驱动电动主轴本身的质朴的构造，惯性力非常小，因此加速了速度限制。驱动和开放圈和封闭环的2个。以后者的位置和速度反馈可以达到，具有更好的动态性能，能够实现c轴力，原来的运动性能稍微可怜，没有c轴功能，但是，价格比较便宜。直接转矩控制是继矢量控制技术之后发展起来的又一种新型的高性能交流调速技术，其控制思想新颖，系统结构简洁明了，更适合于高速电主轴的驱动，更能满足高速电主轴高转速、宽调速范围、高速瞬间准停的动态特性和静态特性的要求，已成为交流传动领域的一个热点技术。1、步进驱动器+步进电机步进系统是目前市面上使用最多的驱动系统，最受欢迎的是三相混合式步进电机，约占90%以上的市场份额，究其原因是价格便宜，配上雷赛高细分驱动器后效果良好。但缺陷也比较明显，例如：共振、噪音、转速提高力矩降低、长时间工作容易丢步、电机温升过高等。2、混合伺服驱动器+电机混合伺服在国内的使用一直没有普及，究其原因有很多，国外的做混合伺服的厂家不多，而价格相对于交流伺服相比没有非常大的优势，只能在一些特殊的行业中使用。改进有：提高高速性能、减少发热，减少共振。3、交流伺服驱动器+交流伺服电机交流伺服在五轴加工中心机的使用还是比较少的，主要原因是价格比较高，另外交流伺服的应用对于机床的结构、电器、控制系统、传动系统都有一定的要求，就像木桶原理一样，最短的那块板决定了木桶盛水的量，因些交流伺服一般都是应用于高端的机型。交流伺服具有：响应快、力矩大、高转速、高精度、发热少，持续长时间工作，齐全的报警系统等。缺点：不同的设备要用不同的伺服参数，调节参数要求高水平的技术工程师。第二章五轴加工中心机简介2.1五轴加工中心机发展状况随着人们对广告五轴加工中心机的认识和掌握，应用范围和应用水平也会逐步提高，如广告业、印章业、工艺礼品业、艺术模型业、木器加工业、模具业等等。可加工的材料包括亚克力、双色板、PVC、ABS板、石材、仿石材、金属、铝塑板等各种材料。广告业：雕塑、各种标志、标签、大理石、铜矩阵，每一个字体的标记、商标、金属材料等。手工业、工艺品、纪念品，每一次系统的人物、图形、铁艺术雕塑、拨号。模具加工：建筑模型，模型，热冲压，电波，微注塑成型，鞋，徽章，压纹模具，饼干，巧克力和糖果。密封：角板、木材、塑料、有机、方便的安装垫材料，如存储系统、时间戳。应用材料与应用中国剪纸、贺卡、贺卡、花岗岩、大理石、花岗岩、玻璃、水晶、雕塑、装饰材料等。刺绣，其工作原理为发射高强度振镜，先进控制，轨迹生成各种五轴加工中心织物布，孔引领时尚潮流。它不是同一质量的绣花机刺绣。首先，从对绣花机的视觉设计的角度出发，一个一个在不同面料的服装颜色的结合，色彩模式是结合质量绣花”、“控制系统的服装面料加工的颜色，以同色面料的深度层次方法绣织物”，“彩色褶皱。这种面料在自然界中是独一无二的，不可能是任何设计师，自然，简约的风格。其次，从刺绣机的表现形式和特点出发，单行定义，不能表达基本上连续的束细腻的刺绣的设计“，也很高，所以只是互补的绣花和五轴加工中心机。作为一个女人我今年夏天在镂空图案，直接影响模型的光学方法，所有的处理单元的成本增加10至20元，而且供不应求。时尚的产品新鲜度，它必须在时尚。目前应用的牛仔加工产业技术我们是花的牛仔服装生产，如猫的胡须在各种效果，漂白效率，节能，相信在不久的将来污染的优越性，代替沙道，牛仔。电脑五轴加工中心机由计算机，五轴加工中心机控制器，五轴加工中心机主机三部分组成。工作原理：是通过计算机内配置的专用五轴加工中心软件进行设计和排版，并由计算机把设计与排版的信息自动传送至雕刻机控制器中，再由控制器把这些信息转化成能驱动步进电机或伺服电机的带有功率的信号(脉冲串)，控制五轴加工中心机主机生成X，Y，Z三轴的五轴加工中心走刀路基径。同时，五轴加工中心机上的高速旋转五轴加工中心头，通过按加工材质配置的刀具，对固定于主机工作台上的加工材料进行切削，即可五轴加工中心出在计算机中设计的各种平面或立体的浮雕图形及文字，实现五轴加工中心自动化作业。五轴加工中心机多种数据输入模式根据需要游刃有余。它可以兼容以色列的Castmate、英国的ArtCAM、法国的Type3、北京文泰等国内外先进的五轴加工中心软件，还可以兼容精雕机ENG格式的JD软件。五轴加工中心机圆弧优化指令能根据加工工件的特点自动消除速度振纹。传统的CNC控制系统常常存在以下问题:曲线速度比直线速度慢，曲线精度比直线差，做三维浮雕时机器抖动非常厉害且速度慢，精度差等。本控制系统的应用彻底解决了这一难题，既提高了加工效率(加工时间可缩短30%-300%)，又可以消除速度振纹，提高加工质量。五轴加工中心机采用加宽高精度圆柱形直线导轨，稳定性好，精度高。加工行程大于160毫米，高于其他设备，特别适合制作吸塑模具，承揽半成品加工等，使得工作不像其他五轴加工中心机那样仅仅局限对PVC，亚克力等加工。五轴加工中心机在加工过程中，可以动态调整加工深度。在加工过程中，可以动态调整加工速度和入刀速度。五轴加工中心机完全由卡特自行设计的嵌入式CNC控制器，可在恶劣环境中使用。工业标准的总线结构设计，保证控制系统稳定可靠。2.2刀具库的类型及结构产业：五轴加工中心的广告，签名，标签，大理石，黑客帝国的铜，标志，商标的各自字体，作为这样的金属材料。工业工艺品，工艺品，礼品，时间为系统的文字，图形，艺术五轴加工中心铁，拔号。加工：建筑模型、模具、压印电动射出成形、鞋、徽章、轧花、饼干、巧克力、甜点。木：木，塑胶，有机，储存系统百里香。方便的应用材料和应用在中国纸，有一张卡片大理石。刺绣和煅烧镜，高度控制振动高强度器的那项工作原理，以各种各样的织物的轨迹引领时尚和趋势的大厅。那不是刺绣缝纫刺绣的同样的品质。首先，从刺绣机的视觉设计的角度，1个不同的表面质地的礼服的颜色的结合，颜色的图形，大量的刺绣』的组合的组合的组合的颜色，刺绣的织物的颜色，刺绣的fabric，同样的颜色的表面的质地的颜色的表面的颜色。在自然中独特的，什么设计师，不做的自然，单纯的风格。其次，表现形式和刺绣机的特征，1行的定义，实质地连续的光束的纤细刺绣的设计不成，又，「互补刺绣和五轴加工中心机。作为女性，我在这个夏季的水印图案的下，直接影响模式的光学的方法是，所有的处理单元成本的10-20元增加，不过，供给不足。时尚产品的新鲜，要成为时尚。牛仔布的加工产业技术的应用的现状是牛仔布的服装的生产的花，影响的各种各样的猫的胡须的，漂白效率，省能源，近将来的污染的优势性，砂之道的地方，牛仔。2：保证刀柄槽在换刀位置上的轴向位置精度。3：消除反向间隙的影响。1．自动换刀过程上一工序加工完毕，主轴在“准停”位置，由自动换刀，其过程如下：（1）刀套下转90°本机床的刀库位于立柱左侧，刀具在刀库中的安装方向与主轴垂直。换刀之前，刀库转动将待换刀具送到换刀位置，之后把带有刀具的刀套向下翻转90°，使得刀具轴线与主轴线平行。（2）机械手逆时针转75°在机床切削加工时，机械手的手臂与主轴中心到换刀位置的刀具中心线的连线成-75°，该位置为机械手的原始位置。机械手换刀的第一个动作是逆时针转75°，两手爪分别抓住刀库上和主轴上的刀柄。（3）刀具松开机械手抓住主轴刀具的刀柄后，刀具的自动夹紧机构松开刀具。（4）机械手拔刀机械手下降，同时拔出两把刀具。（5）交换两刀具位置机械手带着两把刀具逆时针转180°，使主轴刀具与刀库刀具交换位置。（6）机械手插刀机械手上升，分别把刀具插入主轴锥孔和刀套中。（7）刀具夹紧刀具插入主轴锥孔后，刀具的自动夹紧机构夹紧刀具。（8）机械手顺时针转180°液压缸返回驱动机械手顺时针转180°。（9）机械手顺时针再转75°机械手顺时针再转75°，回到原始位置。（10）刀套顺时针上转90°刀套带着刀具顺时针向上转90°，为下一次选刀做准备。2．刀库结构如刀库系统图所示，当数控系统发出换刀指令后，直流伺服电动机接通，其运动经过十字联轴节、蜗杆、蜗轮传到刀盘，刀盘带动其上面的16个刀套转动，完成选刀的工作。每个刀套尾部有一个滚子，当待换刀具转到换刀位置时，滚子进入拨叉的槽内。同时气缸的下腔通压缩空气，活塞杆带动拨叉上升，放开位置开关，用以断开相关的电路，防止刀库、主轴等有误动作。拨叉在上升的过程中，带动刀套绕着销轴逆时针向下翻转90°，从而使刀具轴线与主轴轴线平行。刀套下转90°后，拨叉上升到终点，压住定位开关，发出信号使机械手抓刀。通过图中的螺杆，可以调整拨叉的行程，而拨叉的行程又决定刀具轴线相对主轴轴线的位置。刀套的锥孔尾部有两个球头销钉。在螺纹套与球头销之间装有弹簧，当刀具插入刀套后，由于弹簧刀的作用，使刀柄被夹紧。拧动螺纹套，可以调整夹紧力的大小，当刀套在刀库中处于水平位置时，靠刀套上部的滚子来支承。第三章设计方案3.1刀具库结构选择使用CNC五轴加工中心机加工产品使用的刀具型号多种多样，而且五轴加工中心的材料非常广泛，硬到各类金属、大理石，软到PVC、发泡板、有机玻璃等。一句话，五轴加工中心什么材质的产品，就要使用什么样的刀具。加工一个好的产品，只有一把好的刀具是不够的，还要看看刀具的型号、尺寸、刀具、材质、参数是否合适。所以用户需要了解刀具。

目前，五轴加工中心机加工的产品越来越复杂，最终用户对产品的要求越来越高。要完成一个产品的加工，一般都需要使用多把刀具、多个工序才能实现。因此，用户需要对许多刀具进行管理。本设计采用旋转刀架库结构，如上图所示，刀具盘有10个刀位，可以容纳10把刀具，刀具通过刀架固定在刀架盘上，刀架结构如下图所示：夹持钩；2，螺栓组建；3，弹簧刀架盘由1，2,3三部分组成，在空载状态下，弹簧讲夹持钩顶住，使得前部处于加紧状态从而将刀具进行固定。当刀具被取走时，在弹性力作用下刀具能够平稳地移动，而不需要另外的传送机构。3.2旋转机构设计刀架盘；2，固定螺栓；3，轴承；4，套筒；5，旋转轴如上图所示，刀架和刀具被固定在刀架盘上，刀架盘通过螺栓固定在旋转轴上，旋转轴与套筒之间通过轴承连接，使得旋转轴可以带动刀架盘进行自由旋转。3.3棘轮机构设计1棘轮；2，驱动轮如上图所示，驱动轮在转动过程中带动棘轮旋转，棘轮带动3.2节中旋转轴进行旋转，从而实现刀架盘的步进式旋转运动。棘轮带有10个运动槽，保证刀架盘的每个刀具能够步进式运动。第四章相关设计计算本设计的设计要求机械零件的设计是整个机器设计工作中的一项重要的具体内容，因此，必须从机器整体出发来考虑零件的设计计算，而如果零件的结构不合理，则不仅不能省工省料，甚至使相互组合的零件不能装配成合乎机器工作和维修要求的良好部件，或者根本装不起来。机器的经济性是一个综合性指标，设计机器时应最大限度的考虑经济性。提高设计制造经济性的主要途径有：①尽量采用先进的现代设计理论个方法，力求参数最优化，以及应用CAD技术，加快设计进度，降低设计成本；②合理的组织设计和制造过程；③最大限度地采用标准化、系列化及通用化零部件；④合理地选择材料，改善零件的结构工艺性，尽可能采用新材料、新结构、新工艺和新技术，使其用料少、质量轻、加工费用低、易于装配⑤尽力改善机器的造型设计，扩大销售量。提高机器使用经济性的主要途径有：①提高机器的机械化、自动化水平，以提高机器的生产率和生产产品的质量；②选用高效率的传动系统和支承装置，从而降低能源消耗和生产成本；③注意采用适当的防护、润滑和密封装置，以延长机器的使用寿命，并避免环境污染。机器在预定工作期限内必须具有一定的可靠性。提高机器可靠度的关键是提高其组成零部件的可靠度。此外，从机器设计的角度考虑，确定适当的可靠性水平，力求结构简单，减少零件数目，尽可能选用标准件及可靠零件，合理设计机器的组件和部件以及必要时选取较大的安全系数等，对提高机器可靠度也是十分有效的。4.1减速机的设计计算4.1.1研究内容（1）蜗轮蜗杆减速器的特点蜗轮蜗杆减速器的特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速化，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。蜗轮蜗杆减速器是以蜗杆为主动装置，实现传动和制动的一种机械装置。当蜗杆作为传动装置时，在蜗轮蜗杆共同作用下，使机器运行起来，在此过程中蜗杆传动基本上克服了以往带传动的摩擦损耗；在蜗杆作为制动装置时，蜗轮，蜗杆的啮合，可使机器在运行时停下来，这个过程中蜗杆蜗轮的啮合静摩擦达到最大，可使运动中的机器在瞬间停止。在工业生产中既节省了时间又增加了生产效率，而在工艺装备的机械减速装置，深受用户的美誉，是眼前当代工业装备实现大小扭矩，大速比，低噪音，高稳定机械减速传动独揽装置的最佳选择。（2）方案拟订A、箱体(1)：蜗轮蜗杆箱体内壁线的确定；(2)：轴承孔尺寸的确定；(3)：箱体的结构设计；a.箱体壁厚及其结构尺寸的确定b.轴承旁连接螺栓凸台结构尺寸的确定c.确定箱盖顶部外表面轮廓d.外表面轮廓确定箱座高度和油面e.输油沟的结构确定f.箱盖、箱座凸缘及连接螺栓的布置B、轴系部件(1)蜗轮蜗杆减速器轴的结构设计a.轴的径向尺寸的确定b.轴的轴向尺寸的确定(2)轴系零件强度校核a.轴的强度校核b.滚动轴承寿命的校核计算C、减速器附件a.窥视孔和视孔盖b.通气器c.轴承盖d.定位销e.油面指示装置f.油塞g.起盖螺钉h.起吊装置4.1.2拟订传动方案本传动装置用于带式运输机，工作参数：运输带工作拉力F=3KN，工作速度=1.2m/s，滚筒直径D=310mm，传动效率η=0.96，（包括滚筒与轴承的效率损失）两班制，连续单向运转，载荷较平稳；使用寿命8年。环境最高温度80℃。本设计拟采用蜗轮蜗杆减速器，传动简图如图6.1所示。图6.1传动装置简图1—电动机2、4—联轴器3—级蜗轮蜗杆减速器5—传动滚筒6—输送带4.1.3电动机的选择（1）选择电动机的类型按工作条件和要求，选用一般用途的Y系列三相异步电动机,封闭式结构,电压380V。（2）选择电动机的功率电动机所需的功率=/式中—工作机要求的电动机输出功率，单位为KW；η—电动机至工作机之间传动装置的总效率；—工作机所需输入功率，单位为KW；输送机所需的功率输送机所需的功率P=Fv／1000·w=3000×1.2／1000×0.8=4.5kW电动机所需的功率=／==0.99×0.99×0.8×0.99×0.99≈0.76=4.5／0.8=5.92kW查表，选取电动机的额定功率=7.5kw。（3）选择电动机的转速传动滚筒转速==73.96r/min由表推荐的传动比的合理范围，取蜗轮蜗杆减速器的传动比=10~40，故电动机转速的可选范围为：=n=（10~40）×73.96=740-2959r/min符合这范围的电动机同步转速有750、1000、1500、3000r/min四种，现以同步转速1000r/min和1500r/min两种常用转速的电动机进行分析比较。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格、传动比及市场供应情况，选取比较合适的方案，现选用型号为Y132M—4。4.1.4确定传动装置的传动比及其分配减速器总传动比及其分配：减速器总传动比i=／=1440／73.96=19.47 式中i—传动装置总传动比—工作机的转速，单位r/min—电动机的满载转速，单位r/min4.1.5计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴的输入功率轴ⅠP=P=5.92×0.99×0.99=5.8kW轴ⅡP=P=5.8×0.99×0.99×0.8=4.54kW（2）各轴的转速电动机：=1440r/min轴Ⅰ：n==1440r/min轴Ⅱ：n==1440／19.47=73.96r/min（3）各轴的输入转矩电动机轴：=9550pd/nm=9550×5.92／1440=39.26Nm轴Ⅰ：T=9550p1/n1=9550×5.8/1440=38.46Nm轴Ⅱ：T=9550p2/n2=9550×4.54/73.96=586.22Nm上述计算结果汇见表3-1表3-1传动装置运动和动力参数输入功率（kW）转速n（r/min）输入转矩（Nm）传动比效率电动机轴5.92144039.2610.98轴Ⅰ5.8144038.3619.470.784轴Ⅱ4.5473.96586.224.2传动零件的设计计算4.2.1蜗轮蜗杆传动设计根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）蜗杆材料选用45钢，整体调质，表面淬火，齿面硬度45~50HRC。蜗轮齿圈材料选用ZCuSn10Pb1，金属模铸造，滚铣后加载跑合，8级精度，标准保证侧隙c。1.按接触疲劳强度设计设计公式≥mm选z1，z2：查表7.2取z1=2，z2=z1×n1／n2=2×1440／73.96=38.94≈39.z2在30～64之间，故合乎要求。初估=0.82（2）蜗轮转矩T2：T2=T1×i×=9.55×106×5.8×19.47×0.82／1440=614113.55Nmm（3）载荷系数K：因载荷平稳，查表7.8取K=1.1（4）材料系数ZE查表7.9，ZE=156（5）许用接触应力[0H]查表7.10，[0H]=220MpaN=60×jn2×Lh=60×73.96×1×12000=5.325×107ZN===0.81135338[H]=ZN[0H]=0.81135338×220=178.5Mpa（6）md1：md1≥=1.1×614113.55×=2358.75mm（7）初选m，d1的值：查表7.1取m=6.3 ，d1=63md1=2500.47〉2358.75（8）导程角tan==0.2 =arctan0.2=11.3°（9）滑动速度VsVs==4.84m/s（10）啮合效率由Vs=4.84m/s查表得ν=1°16′1==0.2/0.223=0.896（11）传动效率取轴承效率2=0.99，搅油效率3=0.98=1×2×3=0.896×0.99×0.98=0.87T2=T1×i×=9.55×106×5.8×19.47×0.87／1440=651559.494Nmm（12）检验md1的值md1≥=0.×651559.494×=1820＜2500.47原选参数满足齿面接触疲劳强度要求4.2.2确定传动的主要尺寸m=6.3mm，=63mm，z1=2，z2=39中心距aa==154.35mm(2)蜗杆尺寸分度圆直径d1d1=63mm齿顶圆直径da1da1=d1+2ha1=(63+2×6.3)=75.6mm齿根圆直径df1df1=d1﹣2hf=63﹣2×6.3(1+0.2)=47.88mm导程角tan=11.30993247°右旋轴向齿距Px1=πm=3.14×6.3=19.78mm齿轮部分长度b1b1≥m(11+0.06×z2)=6.3×(11+0.06×39)=84.04mm取b1=90mm(2)蜗轮尺寸分度圆直径d2d2=m×z2=6.3×39=245.7mm齿顶高ha2=ha*×m=6.3×1=6.3mm齿根高hf2=(ha*+c*)×m=(1+0.2)×6.3=7.56mm齿顶圆直径da2da2=d2+2ha2=245.7+2×6.3×1.2=230.58mm齿根圆直径df2df2=d2﹣2m(ha*+c*)=384﹣19.2=364.8mm导程角tan=11.30993247°右旋轴向齿距Px2=Px1=πm=3.14×6.3=19.78mm蜗轮齿宽b2b2=0.75da1=0.75×75.6=56.7mm齿宽角sin(α/2)=b2/d1=56.7／63=0.9蜗轮咽喉母圆半径rg2=a—da2／2=154.35﹣129.15=25.2mm(3)热平衡计算①估算散热面积AA=②验算油的工作温度ti室温：通常取。散热系数：Ks=20W/(㎡·℃)。73.45℃＜80℃油温未超过限度（4）润滑方式根据Vs=4.84m/s，查表7.14，采用浸油润滑，油的运动粘度V40℃=350×10-6㎡/s(5)蜗杆、蜗轮轴的结构设计(单位：mm)①蜗轮轴的设计最小直径估算dmin≥c×c查《机械设计》表11.3得c=120dmin≥=120×=47.34根据《机械设计》表11.5，选dmin=48d1=dmin+2a=56a≥(0.07～0.1)dmin=4.08≈4d2=d1+(1～5)mm=56+4=60d3=d2+(1～5)mm=60+5=65d4=d3+2a=65+2×6=77a≥(0.07～0.1)d3=5.525≈6h由《机械设计》表11.4查得h=5.5b=1.4h=1.4×5.5=7.7≈8d5=d4﹣2h=77﹣2×5.5=66d6=d2=60l1=70+2=72②蜗杆轴的设计最小直径估算dmin≥c×=120×=19.09取dmin=30d1=dmin+2a=20+2×2.5=35a=(0.07～0.1)dmind2=d1+(1～5)=35+5=40d3=d2+2a=40+2×2=44a=(0.07～0.1)d2d4=d2=40h查《机械设计》表11.4蜗杆和轴做成一体，即蜗杆轴。蜗轮采用轮箍式，青铜轮缘与铸造铁心采用H7/s6配合，并加台肩和螺钉固定，螺钉选6个几何尺寸计算结果列于下表：名称代号计算公式结果蜗杆中心距=a=154.35传动比i=19.47蜗杆分度圆柱的导程角蜗杆轴向压力角标准值齿数z1=2分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径=47.88蜗杆螺纹部分长度名称代号计算公式结果蜗轮中心距=a=154.35传动比i=19.47蜗轮端面压力角标准值蜗轮分度圆柱螺旋角º齿数==39分度圆直径齿顶圆直径=258.3齿根圆直径蜗轮最大外圆直径4.2电机选型计算（1）选择电动机的类型按工作条件和要求，选用一般用途的Y系列三相异步电动机,封闭式结构,电压380V。（2）选择电动机的功率电动机所需的功率=/式中—工作机要求的电动机输出功率，单位为KW；η—电动机至工作机之间传动装置的总效率；—工作机所需输入功率，单位为KW；输送机所需的功率输送机所需的功率P=Fv／1000·w=3000×1.2／1000×0.8=4.5kW电动机所需的功率=／==0.99×0.99×0.8×0.99×0.99≈0.76=4.5／0.8=5.92kW查表，选取电动机的额定功率=7.5kw。（3）选择电动机的转速传动滚筒转速==73.96r/min由表推荐的传动比的合理范围，取蜗轮蜗杆减速器的传动比=10~40，故电动机转速的可选范围为：=n=（10~40）×73.96=740-2959r/min符合这范围的电动机同步转速有750、1000、1500、3000r/min四种，现以同步转速1000r/min和1500r/min两种常用转速的电动机进行分析比较。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格、传动比及市场供应情况，选取比较合适的方案，现选用型号为Y132M—4。4.3轴的设计4.3.1蜗轮轴的设计（1）选择轴的材料选取45钢，调质，硬度HBS=230，强度极限=600Mpa，由表查得其许用弯曲应力=55Mpa查《机械设计基础》（表10-1、10-3）（2）初步估算轴的最小直径取C=120，得dmin≥=120×=47.34mm根据《机械设计》表11.5，选dmin=63（3）轴的结构设计①轴上零件的定位、固定和装配单级减速器中，可将齿轮按排在箱体中央，相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，周向固定靠平键和过渡配合。两轴承分别以轴肩和套筒定位，周向则采用过渡配合或过盈配合固定。联轴器以轴肩轴向定位,右面用轴端挡，圈轴向固定.键联接作周向固定。轴做成阶梯形，左轴承从做从左面装入，齿轮、套筒、右轴承和联轴器依次右面装到轴上。②确定轴各段直径和长度Ⅰ段d1=50mm L1=70mmⅡ段选30212型圆锥滚子轴承，其内径为60mm，宽度为22mm。故Ⅱ段直径d2=60mm。Ⅲ段考虑齿轮端面和箱体内壁、轴承端盖与箱体内壁应有一定距离，则取套筒长为38mm。故L3=40mm，d3=65mm。Ⅳ段d4=77mm,L4=70mm Ⅴ段d5=d4+2h=77+2×5.5=88mm,L5=8mmⅥ段d6=65mm,L6=22mmⅦ段d7=d2=760mm,L7=25（4）按弯扭合成应力校核轴的强度①绘出轴的结构与装配图(a)图②绘出轴的受力简图(b)图③绘出垂直面受力图和弯矩图（c）图NNN轴承支反力：NFRBV=Fr+FRAV=33.88+16.94=50.82N计算弯矩：截面C右侧弯矩截面C左侧弯矩④绘制水平面弯矩图(d)图轴承支反力：截面C处的弯矩⑤绘制合成弯矩图(e)图Nm图3.2低速轴的弯矩和转矩(a)轴的结构与装配(b)受力简图(c)水平面的受力和弯矩图(d)垂直面的受力和弯矩图(e)合成弯矩图(f)转矩图(g)计算弯矩图Nm⑥绘制转矩图(f)图×105Nmm=586Nm⑦绘制当量弯矩图(g)图转矩产生的扭剪应力按脉动循环变化，取0.6，截面C处的当量弯矩为Nm⑧校核危险截面C的强度＜，安全。4.3.2轴的结构见图3.3所示图3.3蜗轮轴的结构图4.3.3蜗杆轴的设计（1）选择轴的材料选取45钢，调质处理，硬度HBS=230，强度极限=650Mpa，屈服极限=360Mpa，弯曲疲劳极限=300Mpa，剪切疲劳极限=155Mpa，对称循环变应力时的许用应力=60Mpa。(2)初步估算轴的最小直径最小直径估算dmin≥cx=120x=19.09取dmin=20（3）轴的结构设计按轴的结构和强度要求选取轴承处的轴径d=35mm，初选轴承型号为30207圆锥滚子轴承（GB/T297—94），采用蜗杆轴结构，其中，齿根圆直径mm，分度圆直径mm，齿顶圆直径mm，长度尺寸根据中间轴的结构进行具体的设计，校核的方法与蜗轮轴相类似，经过具体的设计和校核，得该蜗杆轴结构是符合要求的，是安全的，轴的结构见图3.4所示：图3.4蜗杆轴的结构草图4.4蜗轮轴的轴承的选择和计算按轴的结构设计，初步选用30212（GB/T297—94）圆锥滚子轴承，内径d=60mm,外径D=110mm,B=22mm.（1）计算轴承载荷①轴承的径向载荷轴承A：轴承B：②轴承的轴向载荷轴承的派生轴向力查表得：30212轴承15°38′32″所以，=17.173N=23.89N无外部轴向力。因为＜，轴承A被“压紧”，所以，两轴承的轴向力为③计算当量动载荷由表查得圆锥滚子轴承30211的取载荷系数，轴承A：＜e取X=1，Y=0，则轴承B：＜e取X=1，Y=0，则按轴的结构设计，选用30207圆锥滚子轴承（GB/T297—94），经校核所选轴承能满足使用寿命，合适。具体的校核过程略。4.5减速器铸造箱体的主要结构尺寸（单位：mm）(1)箱座（体）壁厚：=≥8，取=15，其中=154.35；(2)箱盖壁厚：=0.85≥8，取=12；(3)箱座、箱盖、箱座底的凸缘厚度：，；(4)地脚螺栓直径及数目：根据=154.35，得，取df=18,地脚螺钉数目为4个；(5)轴承旁联结螺栓直径：(6)箱盖、箱座联结螺栓直径：=9～14.4，取=12；(7)表2.5.1轴承端盖螺钉直径：高速轴低速轴轴承座孔（外圈）直径100130轴承端