回转工作台设计.doc

工作台设计
摘 要：
本课题主要介绍了回转工作台的原理和机械结构的设计，这种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，它主要由原动力、齿轮传动、蜗杆传动、工作台等部分组成，是一种很实用的加工工具。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。
设计夹具一般先对原始资料进行分析，明确设计的要求和意图，然后提出具体的定位、夹紧、对刀方案和夹具体的一般结构。为保证设计的可靠性，还对夹具的夹紧力和精度进行了分析。
关键词：回转工作台；齿轮传动；蜗杆传动；夹具

The Table Of Four Side Multiple Drill Designing
Abstract：
The principle and mechanical structural designing of the rotary table is introduced in this paper. This rotary table is a circle feed can move in rotary feed and graduate, which is made up of prime power, gear driving, worm gear driving and operating platform and other components, is a very useful tool for processing. It is used in the boring driller and horizontal machining centers, improve processing efficiency, the more complete the process, because of the higher efficiency and multifunction its always used in the driller and machining centers. Designs the tongs to carry on the analysis first generally to the firsthand information, is clear about the design the request and the intention, Then proposes the concrete localization, the clamp, to the knife plan and the fixture body's general structure. For guarantee design reliability, but also has carried on the analysis to fixture's clamping force and the precision.
Key words：Rotary table；Gear drive；Worm drive；Jig

第30页

目录
目 录
绪 论 - 1 -
第一章 回转工作台的原理与应用 - 1 -
1.1 回转工作台 - 1 -
1.2 设计准则 - 1 -
1.3 主要技术参数 - 3 -
1.4 本章小结 - 3 -
第二章 回转工作台的结构设计 - 4 -
2.1 电机的选择 - 4 -
2.2 电机运动参数的计算 - 4 -
2.3 传动方案的确定 - 5 -
2.3.1 传动方案传动应满足的要求 - 5 -
2.3.2 传动方案及其分析 - 5 -
2.4 齿轮传动的设计 - 6 -
2.4.1 选择齿轮传动的类型 - 6 -
2.4.2 选择材料 - 6 -
2.4.3 按齿面接触疲劳强度设计 - 7 -
2.4.4 确定齿轮的主要参数与主要尺寸 - 7 -
2.4.5 校核齿根弯曲疲劳强度 - 8 -
2.4.6 确定齿轮传动精度 - 8 -
2.4.7 齿轮结构设计 - 8 -
2.5 蜗轮及蜗杆的选用与校核 - 9 -
2.5.1 选择蜗杆传动类型 - 9 -
2.5.2 选择材料 - 9 -
2.5.3 按齿面接触疲劳强度设计 - 9 -
2.6 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 - 10 -
2.6 轴的校核与计算 - 11 -
2.7 弯矩组合图 - 12 -
2.8 根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径 - 12 -
2.9 齿轮上键的选取与校核 - 12 -
2.10 轴承的选用 - 13 -
2.10.1 轴承的类型 - 13 -
2.10.2 轴承的游隙及轴上零件的调配 - 13 -
2.10.3 滚动轴承的配合 - 13 -
2.10.4 滚动轴承的润滑 - 13 -
2.10.5 滚动轴承的密封装置 - 14 -
2.11 本章小结 - 15 -
第三章 夹具设计 - 16 -
3.1 夹具的发展趋势 - 16 -
3.2 工件定位的基本原理 - 17 -
3.3 应用定位原理几种情况 - 18 -
3.4 常用定位元件及选用 - 18 -
3.5 定位方案选择 - 20 -
3.6 误差分析 - 20 -
3.7 夹紧方案 - 20 -
3.8 夹紧装置的设计原则 - 21 -
3.9 夹紧力三要素 - 21 -
3.10减小夹紧变形的措施 - 23 -
第四章 总结 - 24 -
致 谢 - 25 -
参考文献 - 26 -

本科毕业设计（论文）
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。而高职类学生更应侧重于从生产的第一线获得生产实际知识和技能，获得工程技术经用性岗位的基本训练，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。
本次毕业设计主要是解决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。
目前回转工作台已广泛应用于机床和加工中心上，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回转工作台。
回转工作台的市场分析：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15％－20％左右的稳定增长。
回转工作台的性能发展方向：
(1)高速高精高效化：速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测 元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。
(2)柔性化：包含两方面：系统本身的柔性，系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。
(3)工艺复合性和多轴化：以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。
(4)实时智能化：早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。
回转工作台的功能发展方向
(1)用户界面图形化：用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。
(2)科学计算可视化：科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。
(3)插补和补偿方式多样化：多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。
(4)内装高性能PLC　数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。
(5)多媒体技术应用　多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。
而国内方面，回转工作台发展较慢，无法达到高精度，高速度的要求，只从外国直接购买，本课题就这一问题设计了一种结构简单，成本便宜，而容易达到经济精度要求的回转工作台，为国内中小企业解决成本高，投资风险大的问题，该工作台不但结构简单，而且易于维修，各个部件均可各自工作，维修时只需改换出问题的零件，无需费力将工作台解体，相信这种回转工作台能在国内回转工作台市场中占据一席之地。

第一章 回转工作台的原理与应用
1.1 回转工作台结构
回转工作台主要用于镗床和铣床，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联动。图1.1为四工位多轴钻床回转工作台。它的进给、分度转位和定位锁紧都是由光栅反馈进行控制的。工作台的运动是由伺服电动机，经齿轮减速后由涡轮蜗杆机构带动工作台转动。

图1.1回转工作台
1—螺栓 2—蜗轮 3—支座 4—圆柱滚子轴承 5—中心轴 6—套筒 7—圆锥滚子轴承 8—导轨 9—气压缸 10—蜗杆 11—工作台体
当工作台静止时，必须处于锁紧状态。为此，在支座旁装有气压缸9，当工作台旋转到工作位置时，电机停止工作，并使下腔充气，顶起活塞，将工作台定位。在工作台需要回转时，先使气压缸的上腔接通回油路，活塞落下，工作台正常回转。
回转工作台的导轨面由大型滚动轴承支承，并由圆锥滚柱轴承7及双列向心圆柱滚子轴承4保持准确的回转中心。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。由高精度的圆光栅发出工作台精确到位信号，反馈给电机、气压缸等进行工作。
回转工作台设有零点，当它作回零运动时，由圆光栅或编码器发出零位信号，使工作台准确地停在零位。本回转工作台主要用于45°回转和分度。
1.2 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
对于机械零件设计工作来说，标准化的作用是非常重要的，所谓零件的标准化，就是通过零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、设计方法、制图要求等，制定出各式各样的大家共同遵守的标准。标准化带来的优越性表现为：
(1)能以最先进的方法在专门化的工厂中对那些用途最广的零件进行大量的、集中的制造以提高质量，降低成本。
(2)统一了材料和零件的性能指标，使其能够进行比较，并提高了零件的性能的可靠性。
(3)采用了标准结构及零、部件，可以简化设计工作，缩短设计周期，提高设计质量。另外也简化了维修工作。
本次课题针对的是多孔零件回转工作台的设计，一般的多孔并非是深孔零件，也并非特殊用途零件那么根据在立式钻床上来完成应该采用其相关的设计指标来设计。
检验的作用：
(1)把关作用
通过进货检验、过程检验和最终检验，保证不合格的原辅材料和配套件不投产、不合格的在制品不转序、不合格的成品不出厂，以保证交付给顾客的产品达到规定的质量要求。
(2)预防作用
通过各类检验活动，可及时收集产品和过程的不合格信息、采购产品质量等信息。检验记录是反映实物质量的重要信息源，从中发现问题可进一步追溯，调查分析原因，制订预防措施，以避免不合格品的发生。
(3)监督作用
企业的检验系统对生产系统起着不可或缺的监督作用，即对生产中的纪律执行情况、实物质量状况等，起着有效的监督作用。由国家和各级政府授权的产品质量监督检验机构，通过产品质量监督抽查，来监督企业的产品在生产和流通领域的质量状况。
本次设计所应满足的技术指标：
1、检验标准
钻床专用标准有：GB6477.4-86《金属切削机床术语钻床》，GB2815-89、JB/T5763-91《钻床联接尺寸标准》，GB9461-88、JB/Z108-89GB2814-89、JB/Z125-89《立式钻床参数及系列型谱》，GB4019-97、JB/T3769-93《方柱立式钻床精度及技术条件》，GB4018-83、JB/T3768-93《圆柱立式钻床及技术条件》，JB3756-84《轻型圆柱立式钻床精度》，JB4148-85《十字工作台立式钻床精度》等。
2、检验项目
除按相关标准和相应标准检验外，其专业标准的主要检验项目有：
1) 底座工作台面的平面度；
2) 工作台面的平面度；
3) 工作台跳动；
1.3 主要技术参数
根据加工对象的要求如质量、精度、效率等来确定其回转工作台的主要参数并用作在设计过程的一个参照和准则。
本次设计的主要参数：
（1）回转半径：500 mm
（2）重复定位精度：0.005 mm
（3）电液脉冲马达功率0.75kw
（4）电液脉冲马达转速3000 rpm
（5）总传动比：72.5
（6）最大承载重量100㎏
1.4 本章小结
主要简单介绍毕业设计题目（回转工作台和其发展概况，设计背景、工作原理、设计参数也作了进一步的说明。

第二章 回转工作台的结构设计
2.1 电机的选择
伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。
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。
选择伺服电机时，首先要保证伺服电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用位置伺服电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩大的电机，负载力矩大。
选择伺服电机时，需要考虑一下几点：转速和编码器分辨率的确认；电机轴上负载力矩的折算和加减速力矩的计算；计算负载惯量，惯量的匹配，安川伺服电机为例，部分产品惯量匹配可达50倍，但实际越小越好，这样对精度和响应速度好；再生电阻的计算和选择，对于伺服，一般2kw以上，要外配置；电缆选择，编码器电缆双绞屏蔽的，对于安川伺服等日系产品绝对值编码器是6芯，增量式是4芯。而后三点为电机基本性能，因此主要根据前2项对电机进行选择。
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。对于后两者，必须使用精密的传感器并构成闭环系统，才能实现微量进给。步进电机作为一种开环控制的系统，和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。
交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。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，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以山洋400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。
综上所述，电机选用交流伺服电机。
2.2 电机运动参数的计算
伺服电机的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率。额定功率小于工作要求，则不能保证工作机器正常工作，或使电机长期过载、发热大而过早损坏；额定功率过大，则电机价格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪费。
工作所需功率为： KW (式2.1)
KW (式2.2)
式中=150N.M, =36r/min,电机工作效率=0.97，代入上式得：
KW
电机所需的输出功率为： (式2.3)
式中：为电机至工作台主动轴之间的总效率。
查表得：齿轮传动的效率为=0.97；一对滚动轴承的效率为=0.99；蜗杆传动的效率为=0.8。因此：

KW
一般电机的额定功率：
KW
则由表2.1取电机额定功率为：=0.75 KW。
确定电机转速。
查表推荐的各种机构传动范围为，取齿轮传动比：3-5；蜗杆传动比：15-32。
则总的传动范围为：
电机转速的范围为： r/min
为降低电机的重量和价格，查表选取常用的同步转速为3000r/min的Y系列电机，型号为Y801-2，其满载转速=3000r/min,此外，电机的安装和外形尺寸可由查表得知。
2.3 传动方案的确定
初步确定使用涡轮蜗杆结构控制工作台的转动。
2.3.1 传动方案传动应满足的要求
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。
2.3.2 传动方案及其分析
回转工作台传动方案为：伺服电机——齿轮传动——蜗杆传动——工作台
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）传动比大在分度机构中可达1000以上。与其他传动形式相比，传动比相同时，机构尺寸小，因而结构紧凑。
（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 蜗杆传动是，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。
2.4 齿轮传动的设计
由于前述所选电机可知T=2.39N.M传动比设定为i=3，效率η=0.97工作日安排每年300工作日计，寿命为10年。
2.4.1 选择齿轮传动的类型
齿轮的用途很广，是各种机械设备中的重要零件，如机床、飞机、轮船及日常生活中用的手表、电扇等都要使用各种齿轮。齿轮的种类很多，有圆柱直齿轮、圆柱斜齿轮、螺旋齿轮、直齿伞齿轮、螺旋伞齿轮、蜗轮等。其中使用较多，亦较简单的是圆柱直齿轮，又称标准圆柱齿轮。
直齿圆柱齿轮啮合时，齿面的接触线均平行于齿轮的轴线。因此轮齿是沿整个齿宽同时进入啮合、同时脱离啮合的，载荷沿齿宽突然加上及卸下因此直齿圆柱齿轮传动的平稳性差，容易产生噪音和冲击，因此不适合用于高速和重载的传动中，对于本毕业设计的原则是可以采用直齿轮的，因为它的载荷小且速度小且可控。
根据GB/T10085—1988的推荐，采用直齿轮传动的形式。
2.4.2 选择材料
1、 选择基本原则：
齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑的因素也很多，下述几点可供选择材料时参考：
 1）齿轮材料必须满足工作条件的要求。例如，用于飞行器上的齿轮，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求，因此必须选择机械性能高的合金银；矿山机械中的齿轮传动，一般功率很大、工作速度较低、周围环境中粉尘含量极高，因此往往选择铸钢或铸铁等材料；家用及办公用机械的功率很小，但要求传动平稳、低噪声或无噪声、以及能在少润滑或无润滑状态下正常工作，因此常选用工程塑料作为齿轮材料。总之，工作条件的要求是选择齿轮材料时首先应考虑的因素。
2）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁作为齿轮材料。中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢作毛坯。
齿轮表面硬化的方法有：渗碳、氨化和表面淬火。采用渗碳上艺时，应选用低碳钢或低碳含金钢作齿轮材料；氨化钢和调质钢能采用氮化工艺；采用表面淬火时，对材料没有特别的要求。
3）正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。
4）合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。
5）飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢。
6）金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为30～50HBS或更多。当小齿轮与大齿轮的齿面具有较大的硬度差（如小齿轮齿面为淬火并磨制，大齿轮齿面为常化或调质）；且速度又较高时，较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面会起较显著的冷作硬化效应，从而提高了大齿轮齿面的疲劳极限。因此，当配对的两齿轮齿面具有较大的硬度差时，大齿轮的接触疲劳许用应力可提高约  20％，但应注意硬度高的齿面，粗糙度值也要相应地减小。
2、 齿轮材料的选择:
常用材料：45#、35SiMn、40CrNi、40MnB；
特点：具有较好的综合性能，齿面具有较高的强度和硬度，齿芯具有较好的韧性。热处理后切齿的精度可达8级。制造简单、经济、生产效率高。
由于齿轮的传动效率不大，速度不高，所以蜗杆采用45号钢，为达到更高的效率以及更好的耐磨性，要求齿面的硬度为45-55HRC。
2.4.3 按齿面接触疲劳强度设计
先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。
传递转矩
载荷系数K：因载荷平稳，差表取K=1.2
齿宽系数:查表取=1
许用接触压力：
传动比
将以上参数代入公式得

2.4.4 确定齿轮的主要参数与主要尺寸
1）齿数 取，则,取。
2）模数,取标准值m=1.5。
3）中心距 标准中心距
4）其他主要尺寸：
分度圆直径：

齿顶圆直径：

齿宽：, 取,取。
做出大齿轮如下图所示
图2.1大齿轮
2.4.5 校核齿根弯曲疲劳强度
(2-4)
复合齿形系数：由X=0（标准齿轮）及 查表得=4.12，=3.96则：

所以弯曲强度足够。
2.4.6 确定齿轮传动精度
齿轮圆周速度
查表确定第Ⅱ公差组为8级。第Ⅰ、Ⅱ公差组也定为8级，齿厚偏差选HK。
2.4.7 齿轮结构设计
小齿轮：=33mm 采用实心式齿轮
大齿轮：=99mm 采用腹板式齿轮
2.5 蜗轮及蜗杆的选用与校核
由于前述所选电机可知T=6.93N.M传动比设定为i=27.5，效率η=0.8工作日安排每年300工作日计，寿命为10年。
2.5.1 选择蜗杆传动类型
根据GB/T10085—1988的推荐，采用渐开线蜗杆。
2.5.2 选择材料
考虑到蜗杆传动效率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求蜗杆螺旋齿面淬火，硬度为45-55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜Zcusn10p1，金属铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。
2.5.3 按齿面接触疲劳强度设计
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，在校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距：
(2-5)
（1）确定作用在蜗轮上的转距T2
按Z1=2，估取效率η=0.8，则:N.M
（2）确定载荷系数K
因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数Kβ=1；由使用系数KA表从而选取KA=1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数KV=1.1；则

（3）确定弹性影响系数ZE
选用的铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配。
（4）确定接触系数
先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值d1/a=0.30，从而可查出=3.12。
（5）确定许用应力
根据蜗轮材料为铸锡磷青铜zcusn10p1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度＞45HRC，从而可查得蜗轮的基本许用应力‘=268MPA。
因为电动刀架中蜗轮蜗杆的传动为间隙性的，故初步定位、其寿命系数为=0.92，则:MPa
（6）计算中心距
(2-6)
取中心距a=50mm，m=1.25mm，蜗杆分度圆直径d1=22.4mm，这时=0.448，从而可查得接触系数=2.72，因为＜，因此以上计算结果可用。
2.6 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸
1、蜗杆：
直径系数q=17.92；分度圆直径d1=22.4mm，蜗杆头数Z1=1； 分度圆导程角=3°11′38″
蜗杆轴向齿距：mm；
蜗杆齿顶圆直径：
蜗杆轴向齿厚：
2、涡轮：
蜗轮齿数：Z2 =62，变位系数Χ=0
验算传动比：
这是传动比误差为：（60-62）/60=2/60=0.033=3.3%
蜗轮分度圆直径：mm
蜗轮喉圆直径：mm
蜗轮喉母圆直径mm
3、校核：
(2-7)
当量齿数 (2-8)
根据X2=0，ZV2=62，可查得齿形系数=2.31，螺旋角系数

许用弯曲应力: (2-9)
=56×0.72=40.32MPa

所以弯曲强度是满足要求的。
2.6 轴的校核与计算

图2.2中心轴
1、画出受力简图

图 2.3受力简图
计算出：R1=46.6N R2=26.2N
2、画出扭矩图
=0.36×60×0.98=21.2 N.M （2-10）

图2.4扭矩图
3、画出弯矩图
M=72.8×180×10-3=13.1N. （2-11）

图2.5弯矩图
2.7 弯矩组合图
由此可知轴的最大危险截面所在。
组合弯矩
（2-12）
2.8 根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径
（2-13）
扭转切应力为脉动循环变应力，取α=0.6
抗弯截面系数W=0.1d3
根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及小
2.9 齿轮上键的选取与校核
（1）取键连接的类型好尺寸
因其轴上键的作用是传递扭矩，应用平键连接就可以了。在此用平键。由资料可查出键的截面尺寸为：宽度b=5mm，高度h=5mm，由连轴器的宽度并参考键的长度系列，从而取键长L=10mm。
（2）键连接的强度
键、轴和连轴器的材料都是钢，因而可查得许用挤压力=120～140MPa，取其平均值=135MPa。
键的工作长度l=L-b=10-5=5mm，键与连轴器的键槽的接触高度k=0.5h=2.5mm，从而可得：δp=2000T/(kld)=127≤
可见满足要求。
此键的标记为：键B5×10 GB/T 1096-1979。
2.10 轴承的选用
1. 滚动轴承定义：
　　将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件，叫滚动轴承。
2. 滚动轴承的组成：
滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转；外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用；滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命；保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。
滚动轴承的作用：
滚动轴承使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高。与滑动轴承比较，滚动轴承的径向尺寸较大，减振能力较差，高速时寿命低，声响较大。
3. 滚动轴承的基本特点：
1）摩擦阻力小，功率消耗小，机械效率高，易起动。
2）尺寸标准化，具有互换性，便于安装拆卸，维修方便。
3）结构紧凑，重量轻，轴向尺寸更为缩小。
4）精度高，转速高，磨损小，使用寿命长。
5）部分轴承具有自动调新的性能。
6)适用于大批量生产，质量稳定可靠，生产效率高。
根据上述使用滚动轴承时，只要根据具体工作条件正确安装轴承的类型和尺寸。验算轴承的承载能力，以及和轴承的安装、调整、润滑、密封等有关的事项。
2.10.1 轴承的类型
考虑到轴各个方面的误差会直接传递给加工工件时的加工误差，因此选用调心性能比较好的圆锥滚子轴承。此类轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷，外圈可分离，安装时可调整轴承的游隙。其机构代码为3000，然后根据安装尺寸和使用寿命选出圆锥滚子轴承的型号为：30207；圆柱滚子轴承的型号为：MU208。
2.10.2 轴承的游隙及轴上零件的调配
轴承的游隙和欲紧时靠端盖下的垫片来调整的，这样比较方便。
2.10.3 滚动轴承的配合
滚动轴承是标准件，为使轴承便于互换和大量生产，轴承内孔于轴的配合采用基孔制，即以轴承内孔的尺寸为基准；轴承外径与外壳的配合采用基轴制，即以轴承的外径尺寸为基准。
2.10.4 滚动轴承的润滑
润滑对于滚动轴承具有重要意义，轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力．还可以起着散热、减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀等作用。
  轴承常用的润滑方式有油润滑及脂润滑两类：
1) 脂润滑 
由于润滑脂是一种粘稠的凝胶状材料，故润滑膜强度高，能承受较大的载荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以维持相当长的一段时间。波劾轴承的装脂量一般为轴承内部空间容积的1/3～2／3。对于那些不便经常添加润滑剂的地方，或那些不允许润滑油流失而致污染产品的工业机械来说，这种润滑方式十分适宜。它的缺点是只适用于较低的值。会润滑脂的主要性能指标为雄人度和滴点。轴承的值大、载荷小时，应选锥入度较大的润滑脂；反之，应选用锥入度较小的润滑脂。此外，轴承的工作温度应比润滑胀的热点低，对于矿物油润滑胀，应低10～20t；对于合成润滑脂．应低20～30℃。 
2) 油润滑 
在高速高温的条件下，脂润滑不能满足要求时可采用油润滑。润滑油的主要特性是粘度，转速越高，应选用粘度越低的润滑油；载荷越大，应选用粘度越高的润滑油。根据工作温度及DN值,可选出润滑油应具有的粘度值。
油润滑时，常用的润滑方法有下列几种： 
1）油浴润滑