濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計題 目 鉆銑床工作臺及變速箱設(shè)計 學(xué) 院 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 機械工程及自動化 班 級 機自0705班 學(xué) 生 楊忠剛 學(xué) 號 20070403243 指導(dǎo)教師 馮德振 二一一 年 五 月 二十 日- 2 -濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計摘 要本設(shè)計主要對鉆銑床工作臺及變速箱進行了優(yōu)化，在保證加工方便，性能可靠地基礎(chǔ)上提高了加工精度以及加工效率。工作臺作為機床的重要組成部分，也是影響加工精度的重要組成環(huán)節(jié)。目前工作臺的種類繁多，傳統(tǒng)的工作臺只能安裝在某一特定的機床上，伴隨著科技的與時俱進，它們的功能也由傳統(tǒng)單一性向現(xiàn)代的多更能性發(fā)展，現(xiàn)在一些工作臺，它不僅可以安裝在鉆床上，還可以安裝在銑床和鏜床等機床上。通過對工作臺的設(shè)計，學(xué)會設(shè)備改造方案的擬定、比較、分析以及進行必要的計算；通過對設(shè)備改造的機械部分設(shè)計，掌握設(shè)備典型零件的計算方法和步驟以及正確的架構(gòu)設(shè)計方法；通過設(shè)計，樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)自己分析問題解決問題的能力；提高自己應(yīng)用手冊、標準的能力。本設(shè)計所設(shè)計的工作臺采用了低摩擦直線導(dǎo)軌和精密絲杠，采用開環(huán)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便且能保證一定的精度。本設(shè)計所設(shè)計的工作臺不僅可以用于銑床上進行銑削加工，而且還能夠用于鉆床上鉆削技工，所以功能遠高于傳統(tǒng)的普通工作臺?？傮w上來看此設(shè)計設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、精度較高、操作簡單，調(diào)整維修方便。提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，提高了加工效率。關(guān)鍵詞：工作臺；鉆床；銑床；直線導(dǎo)軌；精密絲杠ABSTRACTTo ensure the processing of convenience ，the design of the main table and the transmission of drilling and milling machine has been optimized, can be reliably based on improving the processing accuracy and processing efficiency. Table as an important part of the machine, but also affect important aspects of machining accuracy. Present a wide variety of table, traditional table can only be installed on a particular machine, along with science and technology with the times, their function is also from the traditional to the modern multi-unitary nature of the development of better, and now some of the work Taiwan, which not only can be installed in drilling, but also can be installed in the milling and boring machine and other machines. Through the design table, learn equipment modification program development, comparison, analysis, and perform the necessary calculations; through the transformation of the mechanical parts of equipment design, control equipment, a typical part of the calculation methods and procedures and the right architecture design; by design , establish the correct design ideas, develop their own ability to analyze and solve problems; to improve their application notes, standards of competence. The design table is designed using low friction linear guides and precision screw, the use of open-loop control system, its structure is simple, easily achievable, and can guarantee a certain accuracy. The design table is designed not only for milling on a milling machine, but also can be used for drilling on the drilling workers, so the function is much higher than conventional ordinary table. The design on the whole reasonable design, simple structure, reliable performance, high precision, simple operation, adjustment and easy maintenance. Improve the stability and reliability of the equipment to improve the processing efficiency.Key words： Table; drilling; milling; linear guide; precision screw目 錄摘 要IABSTRACTII1 前言11.1設(shè)計機構(gòu)的性能要求11.2控制方式的確定11.3伺服系統(tǒng)的確定11.4工作臺參數(shù)的初步確定11.5導(dǎo)軌的選型思路21.6滾珠絲杠選型思路31.7絲杠和電機連接零件的選取思路41.8支承座材料的選取51.9軸承類型的選取52 進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算62.1設(shè)計方案的確定62.2 機械部分設(shè)計與計算62.2.1縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算62.2.2橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算123 蝸輪、蝸桿設(shè)計203.1概述203.1.1蝸桿傳動簡介203.1.2蝸桿傳動的特點203.1.3蝸桿和渦輪的結(jié)構(gòu)203.2 蝸輪、蝸桿傳動設(shè)計過程233.3蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸243.4校核齒根彎曲疲勞強度253.5蝸桿傳動的潤滑254 結(jié) 論26參 考 文 獻27致 謝28251 前言1.1設(shè)計機構(gòu)的性能要求 設(shè)計的鉆銑床能夠加工最大面積為400mm120mm的工件，最大工件重量100kg；XY工作臺要求孔的定位精度在0.02mm內(nèi)，快進速度為3.6m/min，加減速時間為0.1秒。1.2控制方式的確定因為涉及到鉆床，所以控制方式采用點位控制。1.3伺服系統(tǒng)的確定 伺服系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入的目標（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。它的主要任務(wù)是按給定的控制命令要求對功率進行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動裝置輸出的力矩、速度以及位置控制的非常靈活方便。 開環(huán)伺服系統(tǒng)在負載不大時多采用功率步進電機作為伺服電機。開環(huán)控制系統(tǒng)由于沒有檢測反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動誤差。但開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整維修容易，在速度和精度要求不太高的場合得到廣泛應(yīng)用。 考慮到運動精度要求不高，為簡化結(jié)構(gòu)降低成本，采用步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動14。1.4工作臺參數(shù)的初步確定根據(jù)計算的要求，所取的加工最大面積為400120mm2,最大工件重量為100，根據(jù)我們加工時候要用夾具夾緊工件就必須留出我們裝夾具的尺寸30-40mm。4所以我決定工作臺的尺寸為440160，厚度為30mm3根據(jù)工作臺的行程確定導(dǎo)軌板的長度，因為工作臺的行程初選為工作臺長度，加上其他的一些安裝尺寸等，所以設(shè)體積為45016047mm，工作臺的材料使用45號剛，密度為7.8g/c m,取g=10N/kg，導(dǎo)軌板的材料用HT150灰鑄鐵，密度為7.2 g/c m1。工作臺見圖1-1圖1-1 工作臺1.5導(dǎo)軌的選型思路導(dǎo)軌:金屬或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引導(dǎo)移動裝置或設(shè)備并減少其摩擦的一種裝置。導(dǎo)軌表面上的縱向槽或脊，用于導(dǎo)引、固定機器部件、專用設(shè)備、儀器等。導(dǎo)軌又稱滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑軌，用于直線往復(fù)運動場合，擁有比直線軸承更高的額定負載， 同時可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負載的情況下實現(xiàn)高精度的直線運動5。導(dǎo)軌在我們的日常生活中的應(yīng)用也是很普遍的，如滑動門的滑糟、火車的鐵軌等等都是導(dǎo)軌。在此采用燕尾滑動導(dǎo)軌5見圖1-2圖1-2燕尾導(dǎo)軌1.6滾珠絲杠選型思路 滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。 滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲桿被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。 滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點5。 按照國標GB/T17587.3-1998及應(yīng)用實例，滾珠絲杠（目前已基本取代梯形絲桿，已俗稱絲桿）是用來將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動；或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行元件，并具有傳動效率高，定位準確等11 當(dāng)滾珠絲杠作為主動體時，螺母就會隨絲桿的轉(zhuǎn)動角度按照對應(yīng)規(guī)格的導(dǎo)程轉(zhuǎn)化成直線運動，被動工件可以通過螺母座和螺母連接，從而實現(xiàn)對應(yīng)的直線運動。 滾珠絲桿采用外循環(huán)方式，采用雙螺母調(diào)節(jié)方式7。安裝方式：一端固定，一端游動。圖1-3滾珠絲杠1.7絲杠和電機連接零件的選取思路聯(lián)軸器屬于機械通用零部件范疇，用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接，是機械產(chǎn)品軸系傳動最常用的聯(lián)接部件。20世紀后期國內(nèi)外聯(lián)軸器產(chǎn)品發(fā)展很快，在產(chǎn)品設(shè)計時如何從品種甚多、性能各異的各種聯(lián)軸器中選用能滿足機器要求的聯(lián)軸器，對多數(shù)設(shè)計人員來講，始終是一個困擾的問題。常用聯(lián)軸器有膜片聯(lián)軸器 ，齒式聯(lián)軸器，梅花聯(lián)軸器，滑塊聯(lián)軸器，鼓形齒式聯(lián)軸器，萬向聯(lián)軸器，安全聯(lián)軸器，彈性聯(lián)軸器及蛇形彈簧聯(lián)軸器9。本設(shè)計采用了一級降速，從電機通過聯(lián)軸器與一軸連接，在軸上通過鍵連接一個齒輪，通過齒輪傳動將動力傳遞到絲杠。見圖1-4圖1-4電機與絲杠連接圖1.8支承座材料的選取 材料我選灰鑄鐵HT150，密度是7.2 g/c m。1.9軸承類型的選取 軸承是機械中的固定機件。當(dāng)其他機件在軸上彼此產(chǎn)生相對運動時，用來保持軸的中心位置及控制該運動的機件，就稱之為 軸承。 角接觸軸承：球與套圈公稱接觸角大于0，而小于90的滾動軸承?？赏瑫r承受徑向負荷和軸向負荷。能在較高的轉(zhuǎn)速下工作。接觸角越大，軸向承載能力越高。高精度和高速軸承通常取15 度接觸角。在軸向力作用下，接觸角會增大。單列角接觸球軸承只能承受一個方向的軸向負荷，在承受徑向負荷時，將引起附加軸向力。 并且只能限制軸或外殼在一個方向的軸向位移。若是成對雙聯(lián)安裝，使一對軸承的外圈相對，即寬端面對寬端面，窄端面對窄端面。這樣即可避免引起 附加軸向力，而且可在兩個方向使軸或外殼限制在軸向游隙范圍內(nèi)。 深溝球軸承：每個套圈均具有橫截面大約為球的周長三分之一的連續(xù)溝型滾道的向心球軸承,適用于精密儀表、低噪音電機、汽車、摩托車及一般機械等，是機械工業(yè)中使用最為廣泛的一類軸承。結(jié)構(gòu)簡易，使用維護方便。主要用來承受徑向負荷、也可承受一定的軸向負荷，當(dāng)軸承的徑向游隙加大時，具有角接觸球軸承的性能，可承受較大的軸向負荷。該類軸承摩擦系數(shù)小，極限轉(zhuǎn)速高，尺寸范圍與形式變化多樣。堅實耐用，通用性強及低噪音運行，可在高速下運轉(zhuǎn)和易于安裝。單列深溝球軸承另有密封型設(shè)計，可以無須再潤滑和無需保養(yǎng)。單列帶裝球缺口和雙列球軸承，適用于重載工況。 圓柱滾子軸承：滾動體是圓柱滾子的向心滾動軸承,屬分離型 軸承 ，安裝與拆卸非常方便。 圓柱滾子軸承 分為單列、雙列和四列8。 采用圓柱滾子軸承122 進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算2.1設(shè)計方案的確定 縱向進給系統(tǒng)和橫向進給系統(tǒng)都采用滾珠絲杠傳動，縱向進給系統(tǒng)動力由手輪提供，橫向進給系統(tǒng)一邊采用步進電機快速進給，一邊采用手輪工作進給，從而保持較高的效率與精度；垂直進給系統(tǒng)采用渦輪蝸桿，再有渦輪齒條傳動。2.2 機械部分設(shè)計與計算2.2.1縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算1縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計滾珠絲桿拖動工作臺。動力由手輪提供，按進給功率0.55KW校驗危險零部件的強度；2縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算工作臺重量： W=50Kgf=500N(根據(jù)圖紙粗略計算)時間常數(shù)： T=25 ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程： Lo=6mm行程： S=245mm步距角： /step快速進給速度： mm/min（1） 切削力計算 由機床設(shè)計手冊可知，切削功率 （2.1）式中: N-電機功率，N=0.55 KW；-主傳動系統(tǒng)總效率，一般為0.70.85取=0.7；K-進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96。則有： Nc=0.550.70.96=0.37 kw切向銑削力：F=10 N （2.2）式中： V-主軸傳遞全部功率時的最底切削速度（m/s）則有： （2.3）3. 進給工作臺工作載荷計算從數(shù)控銑床中表2-1可得知，在一般立式銑削時，工作臺縱向進給方向載荷： （2.4）工作臺橫向進給方向載荷： （2.5）工作臺橫向進給方向載荷： （2.6）4. 滾珠絲杠設(shè)計計算：由數(shù)控技術(shù)可知，采用燕尾導(dǎo)軌，導(dǎo)軌銑床絲杠的軸向力：采用燕尾導(dǎo)軌 （2.7）式中K=1.4 則有：1）強度計算：壽命值： （2.8） （2.9）n-為絲桿轉(zhuǎn)速（r/min）v-為最大切削力下的進給速度（m/min）,取最高進給速度的1/3T-額定壽命，查表得 T=15000h -滾珠絲桿導(dǎo)程，取=6mm則有：v= L=最大動負載C 查表得：運轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù) 則C (2.10)根據(jù)最大動負荷C的值，可選則滾珠絲杠的型號。查表2-5得，選取滾珠絲杠直徑為50mm，型號為ND5006，其額定載荷為29350N，所以強度足夠。效率計算：根據(jù)機械原理的公式，絲杠螺母副的傳動效率為： (2.11)式中：-為絲桿螺旋升角，查得：-為摩擦角，滾珠絲桿副的滾動摩擦系數(shù)f=0.0030.004,其摩擦角約等于 則有： 3）剛度驗算：滾珠絲杠受工作負載F引起的導(dǎo)程的變化量絲桿的拉壓變形量 (2.12)式中：; E-為材料彈性模量，對鋼A-為滾珠絲杠截面積 （2.13）則有： 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量有預(yù)緊： （2.14）式中：-為滾珠直徑，查表得=3.969mmZ圈數(shù)列數(shù)2513=75-為預(yù)緊力 （2.15）則有:因此絲桿的總變形量經(jīng)查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差為15um/m 因此剛度足夠2。4)穩(wěn)定性驗算失穩(wěn)時的臨界載荷 （2.16）式中:E-為絲桿材料彈性模量,對鋼I-為截面慣性矩,對絲桿圓截面 （2.17）-為絲桿底徑,=14mm則有： L-為絲桿最大工作長度,取L=245mm -為絲桿支承方式系數(shù),參考圖2-13和表2-7,取=2.0則有:穩(wěn)定安全系數(shù)： （2.18）所選絲桿穩(wěn)定安全系數(shù)，查表得：則有，故穩(wěn)定性不存在問題。2)轉(zhuǎn)動慣量計算：工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量 （2.19）絲杠的轉(zhuǎn)動慣量所需轉(zhuǎn)動力矩計算快速空載啟動時所需力矩 （2.20）式中:-空載啟動時的加速度力矩； -摩擦力矩； -由于絲杠預(yù)金所引起，附加摩擦力矩； （2.21）式中：-為傳動系統(tǒng)各部件慣量的總等效轉(zhuǎn)動慣量（ -為電機最大角加速度（） -為運動部件最大快進速度對應(yīng)的電機最大轉(zhuǎn)速（） t-為運動部件從靜止啟動加速到最大快進進給速度所需時間（s）,取t=0.025s則有： （2.22） 空載摩擦力矩： （2.23）式中： G-運動部件總重力（N） -為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取0.2 i-齒輪傳動降速比，i=1 -傳動系統(tǒng)總效率，取=0.8 -基本導(dǎo)程，取=0.6cm則有：附加摩擦力矩： （2.24）式中：-為滾珠絲桿預(yù)加載荷，取的1/3 -為滾珠絲桿預(yù)緊是的傳動效率，取=0.9則有：=2.2.2橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計與計算1橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計采用半閉環(huán)機床進給系統(tǒng)，步進電機經(jīng)一級減速齒輪傳動副，滾珠絲桿拖動工作臺。2橫向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算工作臺重量： W=35Kgf=350N(根據(jù)圖紙粗略計算)時間常數(shù)： T=25 ms滾珠絲杠基本導(dǎo)程： Lo=6mm行程： S=425mm步距角： /step快速進給速度： 500mm/min（1）切削力計算 由機床設(shè)計手冊可知，切削功率3 （2.25）式中： N-電機功率N=0.55 KW；-傳動系統(tǒng)總效率，一般為0.70.85取=0.7；K-進給系統(tǒng)功率系數(shù)，取為K=0.96。則有： Nc=0.550.70.96=0.37 kw切向銑削力： （2.26）式中： V-主軸傳遞全部功率時的最底切削速度（m/s）則有： V=D95/60000=1.7m/s=102m/min3. 進給工作臺工作載荷計算從數(shù)控銑床中表2-1可得知，在一般立式銑削時5， 工作臺縱向進給方向載荷：工作臺橫向進給方向載荷： 工作臺橫向進給方向載荷： 4. 滾珠絲杠設(shè)計計算：由數(shù)控技術(shù)可知，采用燕尾導(dǎo)軌，導(dǎo)軌銑床絲杠的軸向力： （2.27）式中K=1.1 =0.15則有：1）強度計算：壽命值： （2.28） （2.29）n-為絲桿轉(zhuǎn)速（r/min）v-為最大切削力下的進給速度（m/min）,取最高進給速度的1/3T-額定壽命，查表得 T=15000h -滾珠絲桿導(dǎo)程，取=6mm則有：最大動負載C 查表得：運轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù) 則 （2.30）根據(jù)最大動負荷C的值，可選則滾珠絲杠的型號。查表2-5得，選取滾珠絲杠直徑為20mm，型號為ND5006，其額定載荷為5680N，所以強度足夠6。效率計算：根據(jù)機械原理的公式，絲杠螺母副的傳動效率為： （2.31）式中：-為絲桿螺旋升角，查得：-為摩擦角，滾珠絲桿副的滾動摩擦系數(shù)f=0.0030.004,其摩擦角約等于 則有： （2.32）2）剛度驗算：滾珠絲杠受工作負載F引起的導(dǎo)程的變化量絲桿的拉壓變形量 （2.33）式中： L0 =0.6cm; E-為材料彈性模量，對鋼A-為滾珠絲杠截面積 （2.34）則有： 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量有預(yù)緊：式中：-為滾珠直徑，查表得=3.969mmZ圈數(shù)列數(shù)2513=75-為預(yù)緊力則有:則絲桿的總變形量 （2.35）查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差（1m長）為15um/m 故剛度足夠8。3)穩(wěn)定性驗算失穩(wěn)時的臨界載荷 （2.36）式中:E-為絲桿材料彈性模量,對鋼I-為截面慣性矩,對絲桿圓截面-為絲桿底徑,=20mm則有： (2.37) L-為絲桿最大工作長度,取L=425mm -為絲桿支承方式系數(shù),參考圖2-13和表2-7,取=2.0則有:穩(wěn)定安全系數(shù)： (2.38)所選絲桿穩(wěn)定安全系數(shù)，查表得：則有 ，故穩(wěn)定性不存在問題。（4）齒輪及轉(zhuǎn)矩的有關(guān)計算1）有關(guān)齒輪計算傳動比 (2.39)故取Z1=40，Z2=50， m=2 mm，B=20 mm，則有 2)轉(zhuǎn)動慣量計算：工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量 (2.40)絲杠的轉(zhuǎn)動慣量(2.41)齒輪的轉(zhuǎn)動慣量電動機轉(zhuǎn)動慣量很少，可以忽略因此，總的轉(zhuǎn)動慣量 所需轉(zhuǎn)動力矩計算快速空載啟動時所需力矩 (2.42)式中：-空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩； -折算到電機軸上的摩擦力矩； -由于絲杠預(yù)金所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力矩； (2.43)式中：-為傳動系統(tǒng)各部件慣量折算到電機軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量（ -為電機最大角加速度（） -為運動部件最大快進速度對應(yīng)的電機最大轉(zhuǎn)速（） t-為運動部件從靜止啟動加速到最大快進進給速度所需時間（s）,取t=0.025s則有： 空載摩擦力矩： (2.44)式中： G-運動部件總重力（N） -為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，取0.2 i-齒輪傳動降速比，i=1.25 -傳動系統(tǒng)總效率，取=0.8 -基本導(dǎo)程，取=0.6cm則有：附加摩擦力矩： (2.45)式中：-為滾珠絲桿預(yù)加載荷，取的1/3 -為滾珠絲桿預(yù)緊是的傳動效率，取=0.9則有： =(5) 步進電機的選擇步進電機的名義啟動轉(zhuǎn)矩 (2.46)為滿足最小步距要求，電機選用五相十拍工作方式，查表知所以，步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩： (2.47)步進電機最高工作頻率： (2.48)綜合考慮，查表選用 130BF001 型直流步進電機，能滿足使用要求。3 蝸輪、蝸桿設(shè)計3.1概述3.1.1蝸桿傳動簡介蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，一般蝸桿為主動件。蝸桿和螺紋一樣有右旋和左旋之分 ，分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿。蝸桿上只有一條螺旋線的稱為單頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，蝸輪轉(zhuǎn)過一齒，若蝸桿上有兩條螺旋線，就稱為雙頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，蝸輪轉(zhuǎn)過兩個齒。蝸桿蝸輪傳動是由交錯軸斜齒圓柱齒輪傳動演變而來的。小齒輪的每個輪齒可在分度圓柱面上纏繞一周以上，這樣的小齒輪外形像一根螺桿，稱為蝸桿。大齒輪稱為蝸輪。它具有螺旋傳動的某些特點，蝸桿相當(dāng)于螺桿，蝸輪相當(dāng)于螺母，蝸輪部分地包容蝸桿。為了改善嚙合狀況，將蝸輪分度圓柱面的母線改為圓弧形，使之將蝸桿部分地包住，并用與蝸桿形狀和參數(shù)相同的滾刀范成加工蝸輪，這樣齒廓間為線接觸，可傳遞較大的動力4。3.1.2蝸桿傳動的特點 1. 傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊。 2. 傳動平穩(wěn)，無噪音。因為蝸桿齒是連續(xù)不間斷的螺旋齒，它與蝸輪齒嚙合時是連續(xù)不斷的，蝸桿齒沒有進入和退出嚙合的過程，因此工作平穩(wěn)，沖擊、震動、噪音小。 3. 具有自鎖性。蝸桿的螺旋升角很小時，蝸桿只能帶動蝸輪傳動，而蝸輪不能帶動蝸桿轉(zhuǎn)動。 4. 蝸桿傳動效率低，一般認為蝸桿傳動效率比齒輪傳動低。尤其是具有自鎖性的蝸桿傳動。 5. 發(fā)熱量大，齒面容易磨損，成本高3.1.3蝸桿和渦輪的結(jié)構(gòu)一般蝸桿與軸制成一體，稱為蝸桿軸。 蝸桿傳動蝸輪的結(jié)構(gòu)型式可分為3種形式。鑄造連接過盈配合連接螺栓聯(lián)接式：輪緣和輪轂采用鉸制孔，用螺栓聯(lián)接，這種結(jié)構(gòu)裝拆方便。蝸桿傳動的類型 按蝸桿形狀的不同可分： 阿基米德蝸桿（應(yīng)用廣泛）1圓柱蝸桿傳動（應(yīng)用廣泛） 漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿2環(huán)面蝸桿傳動 3錐蝸桿傳動（應(yīng)用較少）按蝸桿螺旋線方向不同可分：（兩者原理相同，只是作用力的方向不同）1右旋螺桿（應(yīng)用廣泛）2左旋螺桿按螺桿頭數(shù)不同可分為：單頭螺桿（主要應(yīng)用傳動比大的場合，要求自鎖的傳動必須采用單頭）多頭螺桿（用于傳動比不大和要求效率較高的場合）蝸桿傳動的應(yīng)用蝸桿傳動常用于兩軸交錯、傳動比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合。當(dāng)要求傳遞較大功率時，為提高傳動效率，常取Z124。此外，由于當(dāng)1較小時傳動具有自鎖性，故常用在卷揚機等起重機械中，起安全保護作用。它還廣泛應(yīng)用在機床、汽車、儀器、冶金機械及其它機器或設(shè)備中,其原因是因為使用輪軸運動可以減少力的消耗,從而大力推廣6。本設(shè)計使用阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）。這種蝸桿，在垂直于蝸桿軸線的平面（即端面）上，齒廓為阿基米德螺旋線，在包含軸線的平面上的齒廓（即軸向齒廓）為直線，其齒形角為=。它可以在車床上用直線刀刃的單刀（當(dāng)導(dǎo)程角時）或雙刀（時）車削加工。安裝刀具時，切削刃的頂面必須通過蝸桿的軸線。圖3-1阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）和齒輪傳動一樣，蝸桿傳動的失效形式也有點蝕（齒面的接觸疲勞強度）、齒面膠合、齒根折斷及過度磨損等。由于材料和結(jié)構(gòu)的原因，蝸桿螺旋齒部分強度總是高于蝸輪輪齒的強度，因此失效經(jīng)常發(fā)生在蝸輪輪齒上。所以，一般只針對蝸輪輪齒進行承載能力計算。由于蝸桿蝸輪齒面間有較大的相對滑動，從而增加了產(chǎn)生膠合、磨損失效的可能性，尤其在某些條件下（潤滑不良），蝸桿傳動因齒面膠合而失效的可能性會更大。因此，蝸桿傳動的承載能力通常受到抗膠合能力的限制。在傳動中多發(fā)生齒面磨損和輪齒折斷，因此應(yīng)以保證齒根彎曲疲勞強度作為開始傳動的主要設(shè)計準則9。在閉式傳動，蝸桿副多因齒面膠合或點蝕失效。因此，通常是按齒面接觸疲勞強度來設(shè)計，按齒根彎曲疲勞強度進行校核。此外，由于閉式蝸桿傳動，散熱較為困難，還應(yīng)該做熱平衡核算13。由上述蝸桿傳動的失效形式可知，蝸桿、渦輪的材料不僅要求具有足夠的強度，更重要的是要具有良好的磨合和耐磨性能。3.2 蝸輪、蝸桿傳動設(shè)計過程1、 選擇蝸桿傳動類型采用阿基米德蝸桿（ZA）。2、 選擇材料蝸桿一般是用碳鋼或合金鋼制成。高速重載蝸桿常用15Cr或20Cr，并經(jīng)滲碳淬火；也可用40、45鋼或40Cr并經(jīng)淬火。這樣可以提高表面硬度，增加耐磨性。通常要求蝸桿淬火后的硬度為4045HRC，經(jīng)碳化處理后的硬度為5562HRC。一般不太重要的低速中載的蝸桿，可采用40或45鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其硬度為220300HBS。本設(shè)計蝸桿材料為40Cr。3、 按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距 （3-1）（1）確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩按照，蝸桿尺寸，估取效率，則（3-2）（2）確定載荷系數(shù)K因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)，使用系數(shù)，由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)；則=1 （3-3）(3)確定彈性影響系數(shù)選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故。（4）確定接觸系數(shù)先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動中心距的比值，查得=2.9。.(5)確定許用接觸應(yīng)力根據(jù)渦輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模制造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC，可查得蝸輪的基本許用應(yīng)力=268MPa。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： （3-4）壽命系數(shù)： （3-5）則=0.8134268=218MPa。3.3蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸（1）蝸桿圖3-2 蝸桿設(shè)計圖濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計蝸桿類型 ZA蝸桿頭數(shù) z14軸向模數(shù) m4精度等級 7級直徑系數(shù) q11.20分度圓直徑 d1=20mm分度圓導(dǎo)程角 193914齒槽徑向跳動公差 fr0.016軸向齒距累計公差 fpxL0.018軸向齒距極限偏差 fpx=0.011螺旋線公差 fhL0.032（2）蝸輪圖3-3 蝸輪設(shè)計圖蝸桿類型 ZA齒數(shù)z2=29斷面模數(shù)m=4軸截面齒形角=20變位系數(shù)x2=-0.100分度圓螺旋角=193914螺旋線方向 右精度等級7級齒距累計公差Fp=0.032齒距極限偏差fpt=0.014齒形公差ff2=0.0093.4校核齒根彎曲疲勞強度 （3-6）當(dāng)量齒數(shù)：= （3-7）根據(jù)，查的齒形系數(shù)3.5蝸桿傳動的潤滑潤滑對蝸桿傳動來說，具有特別重要的意義。因為當(dāng)潤滑不良時，傳動效率將顯著降低，并且會帶來劇烈的磨損和產(chǎn)生膠合破壞的危險，所以往往采用粘度大的礦物油進行良好的潤滑，在潤滑中還常加入添加劑，使提高抗膠合能力。10蝸桿傳動所采用的潤滑油、潤滑方法及潤滑裝置與齒輪傳動的基本相同。4 結(jié) 論XY數(shù)控工作臺改裝設(shè)計是一個開環(huán)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單。實現(xiàn)方便并且能夠保證一定的精度。本文主要對工作臺的機械部分進行設(shè)計，對滾珠絲桿，步進電動機做了設(shè)計計算及選用，另外也利用caxa進行了裝配圖的繪制。針對滾珠絲桿的計算，通過對滾珠絲桿的動載荷及靜載荷的計算，確定所要絲桿的動靜載荷值，并選擇。 針對步進電機的選取，分別作了其轉(zhuǎn)動慣量和轉(zhuǎn)動力矩的計算，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)作步進電機的選擇。通過分析計算所選的絲杠、軸承、渦輪蝸桿等組件都符合要求，在保證工作性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)上提高了加工精度。經(jīng)過各方面的檢測與實驗，此機床具有以下特點：（1）機床剛性好，能承受重負荷切削工作。（2）.機床具有足夠的功率和寬廣的主軸變速范圍。能使用硬質(zhì)合金刀進行高速切削，充分發(fā)揮刀具效能。（3）.主軸變速有沖動裝置，便于變速，機床能迅速有效地進行制動。（4）機床重要的傳動零件均用合金鋼制成，容易磨損的零件均用耐磨材料制成，導(dǎo)軌貼塑，保證了機床有足夠的使用壽命。（5）機床三向運動均有限位裝置，機床安全性好。（6）機床有完善的潤滑系統(tǒng)，重要的傳動零件和軸承均有完善的潤滑裝置。同時設(shè)有指示器便于檢查。（7）.可靠性好、經(jīng)濟實用，價格功能比好。參 考 文 獻1 陳宏鈞主編.實用機械加工工藝手冊M.機械工業(yè)出版社，1996.122 趙家奇編.機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書M. -北京:機械工業(yè)出版社,2000.103 浦林祥主編.金屬切削機床夾具設(shè)計手冊M.機械工業(yè)出版社，1995.01.014 劉文劍主編.夾具工程師手冊M.黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1992.01.015 機械加工工藝