中國地質大學長城學院 本 科 畢 業(yè) 設 計 題目 光敏樹脂固化成型機起升機構設計 系 別 工程技術系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生姓名 何飛 學 號 05208308 指導教師 王勝曼 職 稱 講師 2012 年 5 月 4 日 摘 要 闡述了快速成型技術的加工過程，突破了傳統(tǒng)的加工方法上的許多限制，在主要的幾種快速成型工藝方法中，光固化成型法已成為當今研究發(fā)展最成熟、應用最為廣泛的 RP 典型技術。光固化快速成型以光敏樹脂為原料，計算機控制紫外激光按零件的各分層截面信息在光敏樹脂表面進行逐行掃描，使被掃描區(qū)域的樹脂薄層 光聚合反應而固化，形成零件的一個薄層。文中設計的起升機構借鑒了螺旋起升機的工作原理。 螺 旋傳動起升機基本原理是利用電機，通過減速器減速后，帶動螺母旋轉，轉化為絲桿的軸向運動，從而推動物體上升。主要內容如下：對光固化快速成型系統(tǒng)控制原理進行了研究；設計起升機構；選擇電動機；設計減速機構；控制電路的設計；簡要闡述在流水線作業(yè)中，螺旋傳動原理等。 關鍵詞： 光固化快速成型；電動；螺旋傳動 Abstract Expounds the machining process of the rapid prototyping technology, break through the traditional processing method many of the restrictions on, in a few of the main rapid prototyping technology method, uv-curable ChengXingFa has become the research and development the most mature, most widely used RP typical technology. Light curing photosensitive resin in rapid prototyping as raw materials, computer control laser by part of ultraviolet each layered section information in lightsensitive resins surface manufacture progressive-scan, make be scanning the area light thin layer of resin curing polymerization, forming parts of a thin layer. The design of lifting mechanism for the spiral up the work principle of mining. And the basic principle is that the motor drives the rotary nut through the deceleration agencies, screw into the axial campaign, and then lift the objects .The main contents as follows: research the principle of spiral jack and the principles and methods of the spiral lifting, design the agencies of spiral lifting； motor choice； design deceleration agencies； select keys and bearings, design the control circuit； describe the principle of the screw jack on the assembly line operation. Keywords: Stereo Lithography Apparatus； Electrical； Spiral drive 目 錄 1 緒論 . 1 1.1 快速成型技術 . 1 1.2 光固化快速成型技術的控制原理及應用 . 1 2 設計方案的確定 . 4 2.1 螺旋傳動設計方案 . 4 2.1.1 螺旋傳動概述 . 4 2.1.2 螺旋傳動方案的確定 . 5 2.2 減速傳動機構設計方案 . 6 3 傳動系統(tǒng)的設計 . 7 3.1 螺旋傳動部分計算 . 7 3.1.1 螺桿直徑的計算 . 7 3.1.2 螺紋部分強度計算 . 7 3.2 電機的選擇 . 9 3.2.1 電動機功率計算 . 10 3.2.2 傳動效率 . 10 3.2.3 確定電機轉速 .11 3.3 減速機構的設計 . 12 3.3.1 材料的選擇 . 12 3.3.2 蝸輪蝸桿傳動基本尺寸 . 13 3.3.3 強度校核 . 16 3.3.4 蝸輪蝸桿傳動中的作用力分析 . 16 3.3.5 實際傳動動力參數(shù) . 17 4 輔助裝置的設計 . 19 4.1 軸承的選擇 . 19 4.1.1 軸承的選擇因素 . 19 4.1.2 軸 承的型號確定 . 20 4.1.3 軸承校驗 . 20 4.2 鍵的選擇 . 23 4.3 聯(lián)軸器的設計與計算 . 24 結論 . 26 致 謝 . 27 參考文獻 . 28 1 緒論 1.1 快速成型技術 快速成型 技術（ Rapid Prototyping,RP）是國際上 20 世紀 80 年代后期發(fā)展起來的一種新型的先進制造技術。由于在其加工過程中，材料處在一個逐點或逐層堆積的過程中，因而該技術屬于材料堆積成型的制造技術，也稱為“增加”加工法、“生長型制造”，快速成型技術能夠根據(jù)零件的 CAD 模型直接成型復雜的零部件或模具，不需要任何工裝，突破了傳統(tǒng)“去材”加工法或“變形”加工法的許多限制，如：產(chǎn)生切削和工藝廢料等材料利用率的缺陷以及由于受刀具或模具形狀限制無法制造復雜形狀產(chǎn)品制件的不足，是制造技術領域得一次重大突破。 在主要 的幾種快速成型工藝方法中，光固化成型法 SLA 是最早被提出并商業(yè)化應用的。1986 年美國的 Charles W Hull 博士首次在他的博士論文中提出用激光照射液態(tài)光敏樹脂，固化分層制作三維物體的快速成型概念，并申請了專利。 1988 年，美國的 3D Systems 公司根據(jù)該專利商業(yè)化了第一臺現(xiàn)代快速成型機 SLA250，以液態(tài)樹脂選擇性地固化成形零件，開創(chuàng)了快速成型技術的新紀元。 經(jīng)過了近 20 年的發(fā)展， SLA 已成為當今研究發(fā)展最成熟、應用最為廣泛的 RP 典型技術，在全世界安裝的快速成型機中光固化成型系統(tǒng)約占 60%。 1.2 光固化快速成型技術的控制原理及應用 快速成型技術是當今世界飛速發(fā)展的制造技術之一。這種方法能簡捷、全自動地制造出歷來各種加工方法難以制作的復雜立體形狀，在加工技術領域具有劃時代的作用。 光固化快速成型技術 (Stereo Lithography Apparatus 簡稱 SLA)是 80 年代中期開發(fā)的先進制造手段，在快速成型方法中使用較為廣泛。它的突破性在于將傳統(tǒng)的 “ 去除 ” 加工法(由毛坯去除多余部分制成零件 )改進為增加加工法 (由材料逐層累積形成零件 )。 SLA 以其方便、生產(chǎn)周期短而在鑄造、模具與塑料加工行業(yè) 得到了越來越廣泛的應用 。 1.2.1 成型原理 光固化快速成型制造技術不同于傳統(tǒng)的材料去除制造方法，它的成型原理是： SLA將所設計零件的三維計算圖像數(shù)據(jù)轉換成一系列很薄的模型截面數(shù)據(jù)，然后在快速成型機上，用可控制的紫外線激光束，按計算機切片軟件所得到的每層薄片的二維圖形輪廓軌跡，對液態(tài)光敏樹脂進行掃描固化，形成連續(xù)的固化點，從而構成模型的一個薄截面輪廓。下一層以同樣的方法制造。該工藝從零件的最底薄層截面開始，一次一層連續(xù)進行，直到三維立體模型制成。一般每層厚度為 0.076 0.381mm，最 后將制品從樹脂液中取出，進行最終的硬化處理，再打光、電鍍、噴涂或著色即可。圖 1 所示為 SLA 控制原理示意圖。 圖 1 SLA 控制原理 要實現(xiàn)光固化快速成型，感光樹脂的選擇也很關鍵。它必須具有合適的粘度，固化后達到一定的強度，在固化時和固化后要有較小的收縮及扭曲變形等性能。更重要的是，為了高速、精密地制造一個零件， 感光樹脂必須具有合適的光敏性能，不僅要在較低的光照能量下固化，且樹脂的固化深度也應合適。 1.2.2 成型過程及控制 光固化快速成型的過程分為前處理、分層疊加成型及后處理三個階段，具體步驟如圖 2 所示。 圖 2 SLA 的工藝過程 快速成型機只能接受計算機構造的三維模型，然后才能進行切片處理。因此， 應在計算機上采用計算機三維輔助設計軟件，根據(jù)產(chǎn)品的要求設計三維模型或將已有產(chǎn)品的二維三視圖轉換成三維模型。 制品越復雜，構制三維模型越困難。用于構造模型的計算機輔助設計軟件很關鍵，要求具有較強的三維造型功能。目前快速成型行業(yè)中常用的計算機輔助軟件系統(tǒng)主要有Pro/ENGINEER、 AutoCAD 等。其中， Pro/ENGINEER 軟件因有較強的實體造型和表面造型功能，可構造非常復雜的模型，所以受到許多用戶的好評，但其價格較貴，系統(tǒng)較龐大，使用界面不夠友好，新用戶使用常需一段熟悉和積累經(jīng)驗的過程。 AutoCAD 雖價格低，操作簡單，但成型復雜制品困難，設計費工費時。近年推出的 SolidWorks 的價格比較便宜，能基本滿足三維造型的要求，且界面友好，容易掌握，因此不少用戶對此軟件感興趣。 上述計算機輔助設計軟件產(chǎn)生的模型文件輸出格式有多種，基中常見的有IGES(International Graphics Exchange Standard)、 HPGL(HP Graphics Language)、STEP(Standard for the Exchange of Product)、 DXF、 STL(Stereo Lithography Interface Specification)等。 STL 格式是快速成型機常采用的一種模型文件輸出格式。 1.2.3 應用 要將一種新產(chǎn)品成功地投入到競爭激烈的市場中需要其產(chǎn)品開發(fā)的速度快及生產(chǎn)周期短。只有將快速與柔性制造工藝結合才能達到理想效果。 SLA 集現(xiàn)代控制技術、 CAD/CAM技術、激光技術和新材料科學的成果與一體，突破了傳統(tǒng)加工模式，大大縮短了產(chǎn)品的生 產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。目前光固化快速成型技術的應用主要有 : (1) 用 SLA 制造模具 用 SLA 工藝快速制成的立體樹脂?？梢源嫦災＿M行結殼，型殼焙燒時去除樹脂膜，得到中空型殼，即可澆注出具有高尺寸精度和幾何形狀、表面光潔度較好的合金鑄件或直接用來制注射模的型腔，可以大大縮短制模過程，縮短制品開發(fā)周期，降低制造成本。 (2) 對樣品形狀及尺寸設計進行直觀分析 在新產(chǎn)品設計階段，雖然可以借助設計圖紙和計算模擬對產(chǎn)品進行評價，但不直觀，特別是形狀復雜產(chǎn)品，往往因難于想象其真實形貌而不能作出正確、及時的判斷。采用 SLA可以快速制造樣品，供設計者和用戶直觀測量，并可迅速反復修改和制 造，可大大縮短新產(chǎn)品的設計周期，使設計符合預期的形狀和尺寸要求。 2 設計方案的確定 2.1 螺旋傳動設計方案 2.1.1 螺旋傳動概述 螺旋傳動是利用螺桿和螺母的嚙合來傳遞動力和運動的機械傳動。主要用于將旋轉運動轉換成直線運動，將轉矩轉換成推力。按工作特點，螺旋傳動用的螺旋分為傳力螺旋、傳導螺旋和調整螺旋。 （ 1）傳力螺旋：以傳遞動力為主 ,它用較小的轉矩產(chǎn)生較大的軸向推力 ,一般為間歇工作，工作速度不高，而且通常要求自鎖，例如螺旋壓力機和螺旋千斤頂上的螺旋。 （ 2）傳導螺旋：以 傳遞運動為主，常要求具有高的運動精度，一般在較長時間內連續(xù)工作，工作速度也較高，如機床的進給螺旋（絲杠）。 （ 3）調整螺旋：用于調整并固定零件或部件之間的相對位置，一般不經(jīng)常轉動，要求自鎖，有時也要求很高精度，如機器和精密儀表微調機構的螺旋。按螺紋間摩擦性質，螺旋傳動可分為滑動螺旋傳動和滾動螺旋傳動。滑動螺旋傳動又可分為普通滑動螺旋傳動和靜壓螺旋傳動。 1）滑動螺旋傳動 通常所說的滑動螺旋傳動就是普通滑動螺旋傳動?；瑒勇菪ǔ２捎锰菪温菁y和鋸齒形螺紋，其中梯形螺紋應用最廣，鋸齒形螺紋用于單面受力。矩形螺紋由 于工藝性較差強度較低等原因應用很少；對于受力不大和精密機構的調整螺旋，有時也采用三角螺紋。 一般螺紋升程和摩擦系數(shù)都不大，因此雖然軸向力 F相當大，而轉矩 T則相當小。傳力螺旋就是利用這種工作原理獲得機械增益的。升程越小則機械增益的效果越顯著。滑動螺旋傳動的效率低，一般為 30 40%，能夠自鎖。而且磨損大、壽命短，還可能出現(xiàn)爬行等現(xiàn)象。 2）靜壓螺旋傳動 螺紋工作面間形成液體靜壓油膜潤滑的螺旋傳動。靜壓螺旋傳動摩擦系數(shù)小，傳動效率可達 99%，無磨損和爬行現(xiàn)象，無反向空程，軸向剛度很高，不自鎖，具有傳動的可逆性，但螺母結構復雜，而且需要有一套壓力穩(wěn)定、溫度恒定和過濾要求高的供油系統(tǒng)。靜壓螺旋常被用作精密機床進給和分度機構的傳導螺旋。這種螺旋采用牙較高的梯形螺紋。在螺母每圈螺紋中徑處開有 3 6個間隔均勻的油腔。同一母線上同一側的油腔連通，用一個節(jié)流閥控制。油泵將精濾后的高壓油注入油腔，油經(jīng)過摩擦面間縫隙后再由牙根處回油孔流回油箱。當螺桿未受載荷時，牙兩側的間隙和油壓相同。當螺桿受向左的軸向力作用時，螺桿略向左移，當螺桿受徑向力作用時，螺桿略向下移。當螺桿受彎矩作用時，螺桿略偏轉。由于節(jié)流閥的作用，在微量移動后各油 腔中油壓發(fā)生變化，螺桿平衡于某一位置，保持某一油膜厚度。 3）滾動螺旋傳動 用滾動體在螺紋工作面間實現(xiàn)滾動摩擦的螺旋傳動，又稱滾珠絲杠傳動 .滾動體通常為滾珠，也有用滾子的。滾動螺旋傳動的摩擦系數(shù)、效率、磨損、壽命、抗爬行性能、傳動精度和軸向剛度等雖比靜壓螺旋傳動稍差，但遠比滑動螺旋傳動為好。滾動螺旋傳動的效率一般在 90%以上。它不自鎖，具有傳動的可逆性；但結構復雜，制造精度要求高，抗沖擊性能差。它已廣泛地應用于機床、飛機、船舶和汽車等要求高精度或高效率的場合。滾動螺旋傳動的結構型式，按滾珠循環(huán)方式分外循環(huán)和 內循環(huán)。外循環(huán)的導路為一導管 ,將螺母中幾圈滾珠聯(lián)成一個封閉循環(huán)。內循環(huán)用反向器，一個螺母上通常有 2 4 個反向器，將螺母中滾珠分別聯(lián)成 2 4個封閉循環(huán)，每圈滾珠只在本圈內運動。外循環(huán)的螺母加工方便，但徑向尺寸較大。為提高傳動精度和軸向剛度，除采用滾珠與螺紋選配外，常用各種調整方法以實現(xiàn)預緊。 常用的載重螺旋有矩形，梯形和鋸齒形等。矩形螺紋傳動效率高，但螺紋強度較低，精確制造較困難，對中準確性較差，磨損后無補償，因此應用受限制，矩形螺紋無標準。梯形螺紋加工容易，強度較大，但效率較低。鋸齒形螺紋矩形螺紋效率高，梯 形螺紋強度大的特點，一般用于承受單向壓力，常用在壓力機上。 螺桿材料應具有足夠的強度和耐磨性，以及良好的加工性能，不經(jīng)熱處理的螺桿一般選用 Q275， 35， 45 號鋼，重要的經(jīng)熱處理的螺桿可以選用 65Mn， 40Cr 或 20C rMnTi 鋼。精密傳動螺桿可用 9MnV， CrMn， 38CrMoAl 鋼等。螺母材料除要有足夠的強度外，還要求在與螺桿材料配合時摩擦系數(shù)小和耐磨。常選用鑄造青銅 ZQSn6-6-3， ZQSn10-1，速度低，載荷較小時，也可選用高強度鑄造鋁青銅或鑄造黃銅，重載時可用鑄鐵，耐磨鑄鐵。尺寸大的螺母可用 鋼或鑄鐵做外套，內部澆注青銅。高速螺母可澆注巴氏合金。 螺旋傳動用矩形，梯形或鋸齒形螺紋，其失效形式多為螺紋磨損。而螺旋直徑螺母的高度由耐磨性要求決定。傳力較大時，應校驗螺桿部分或其他危險部位強度，以及螺母，螺桿的螺紋牙的強度。要求自鎖時，應檢驗螺紋副的自鎖條件。對于長徑比很大的受壓螺桿，應檢驗其穩(wěn)定性。 因此，本設計中螺旋副材料選取鋼 青銅材料，螺桿選取 45號鋼。螺紋選用梯型螺紋，右旋單線。 2.1.2 螺旋傳動方案的確定 本設計的重點是如何將電機輸出的回轉運動轉換為螺桿的直線運動。這也是整個傳動系統(tǒng)設計的 關鍵。 根據(jù)機械設計等相關參考資料，可得到把回轉運動轉化為直線運動的四種方式：（ 1）螺桿轉動，螺母移動；（ 2）螺母轉動，螺桿移動；（ 3）螺母固定，螺桿轉、移動；（ 4）螺桿固定，螺母轉、移動； 考慮到起升部件與物體接觸，而起升部件與物體間不可發(fā)生相對運動，而且必須與物體充分接觸，因此排除方案（ 1）、（ 4），而方案（ 3）又不方便輸入傳動方案的設計，因此選擇方案（ 2）作為起升部分的傳動方案。 2.2 減速傳動機構設計方案 減速傳動機構通常有蝸輪蝸桿傳動，齒輪傳動，帶傳動，鏈傳動，摩擦輪傳動等等?？紤]到本設計要求的傳 動緊湊，傳動比較大，因此選用蝸輪蝸桿傳動作為本設計的減速傳動機構。 蝸桿傳動用于傳遞交錯軸之間的回轉運動。在絕大多數(shù)情況下，兩軸在空間上是互相垂直的，軸交角為 90 度。它廣泛應用在機床、汽車、儀器、起重運輸機械、冶金機械以及其他機械制造部門中，最大傳動功率可達到 750 千瓦，通常用在 50 千瓦以下；最高滑動速度可達 35m/s，通常用在 15m/s 以下。 蝸桿傳動的主要優(yōu)點是結構緊湊，工作平穩(wěn)，無噪聲，沖擊振動小以及能得到很大的單級傳動比。在傳遞動力時，傳動比一般為 8 100，常用的為 5 50。在機床工作臺中，傳動比 可達幾百，甚至達到一千。這時，需采用導程角很小的單頭蝸桿，但傳動效率很低，只能用在功率很小的場合。在現(xiàn)代機械制造業(yè)中正力求提高蝸桿傳動的效率，多頭蝸桿的傳動效率已經(jīng)可達到 98%。與多級齒輪傳動相比，蝸桿傳動零件數(shù)目少，結構尺寸小，重量輕。缺點是在制造精度和傳動比相同的條件下，蝸桿傳動的效率比齒輪傳動低，同時蝸輪一般需用貴重的減磨材料制造。 3 傳動系統(tǒng)的設計 3.1 螺旋傳動部分計算 3.1.1 螺桿直徑的計算 2 Fpdhp 式（ 3.1） 表 3-1 滑動螺旋副許用比壓 P 螺桿材料 螺母材料 許用比壓 速度范圍 鋼 青銅 18 25 低速 鋼 鋼 7.5 13 低速 鋼 鑄鐵 13 18 2.4m/min 鋼 青銅 11 18 3.0m/min 取鋼 青銅螺旋副 p=20Mpa， f=0.080.1，最大負載 F=25000N， 代入式（ 3.1）得 : 2 25.9d mm 根據(jù)梯形螺紋國家標準，取螺紋為 Tr30 6 其基本參數(shù)為： 螺桿外徑： 30d mm ， 中徑：2227d D m m， 螺桿小徑：3 23d mm， 螺母小徑：1 24D mm， 螺母大徑：4 31D mm， 螺距： 6p mm 3.1.2 螺紋部分強度計算 梯形螺紋牙型角 30 當量摩擦角 a r c t a n a r c t a n / c o s ( / 2 ) 5vv ff 將螺紋部分展開，其受力圖如圖 3-1 所示， 圖 3-1 26a r c t a n a r c t a n 4 . 127pd 作用在螺母上的扭矩12/2T Qd 2t a n ( ) / 2vFd 54059 N m m 螺桿受力如圖 3-2 所示，由圖可知，螺桿上與螺母旋合處扭矩最大，且 m a x 1 54059T T N m m 圖 3-2 根據(jù)第四強度理論，得：螺桿危險截面的當量應力 22m a x334( ) 3 ( )0 . 2vTFdd 22334 2 5 0 0 0 5 4 0 5 9( ) 3 ( )2 3 0 . 2 2 3 71.4Mpa 表 3-2 螺桿與螺紋牙強度 項目 許用應力 Mpa 螺桿強度 3 5s s為屈服極限 螺紋牙強度 材料 剪切 彎曲min 鋼 0.6 （ 11.2） 青銅 30-40 40 60 鑄鐵 40 45 55 耐磨鑄鐵 40 50 60 蝸桿材料為 45 號鋼，由表 3-2 可知，它的許用應力為 3 5s = 36035 =12072Mpa v ，滿足要求。 自鎖條件：26a r c t a n a r c t a n 4 . 127pd =12m/s26m/s 和持續(xù)運轉的工況，離心鑄造的可得到致密的細晶粒組織，可取大值，沙型鑄造的取小值。 （ 2）鑄鋁青銅 適用于 Vs=10m/s 的工況，抗膠合能力差，蝸桿硬度應不低于 45HRC。 （ 3）鑄鋁黃銅 點蝕強度高，但磨損性能差，宜用于低滑動速度場合。 （ 4）灰鑄鐵和球墨鑄鐵 適用于 Vs=2.25 轉速系數(shù)： 74.0)18( 812 nz n， 彈性系數(shù)：根據(jù)蝸輪副材料查表 3-7 得 MpazE 147， 壽命系數(shù)：設機器使用壽命 hLh 10000，則壽命系 數(shù) 6.116.12 5 0 0 06 hh Lz 接觸系數(shù)：由參考文獻 1圖 13.12I 線查得 65.2z 接觸疲勞極限：查參考文獻表 3-7 得 MpaH 265lim 表 3-7 蝸輪材料 力學性能和設計數(shù)據(jù) 蝸輪材料 力學性能 設計數(shù)據(jù) b S HB S 310E EZ limH limF maxfv Mpa Mpa % Mpa Mpa Mpa Mpa m/s 鑄錫青銅 220 130 80 3 88.3 147 265 115 12 330 170 90 4 88.3 147 425 190 26 鑄錫青銅 鑄錫青銅 240 120 70 12 98.1 152 350 165 12 270 140 80 7 98.1 152 430 190 26 鑄鋁青銅 490 180 100 13 122.6 164 250 400 10 續(xù)表 3-7 蝸輪材料 力學性能 設計數(shù)據(jù) b S HB S 310E EZ limH limF maxfv Mpa Mpa % Mpa Mpa Mpa Mpa m/s 鑄鋁青銅 540 200 110 15 122.6 164 265 500 10 鑄鋁青銅 630 250 157 16 122.6 164 550 270 10 700 300 160 13 122.6 164 660 377 10 鑄鋁青銅 670 310 167 18 122.6 164 250 402 10 750 400 185 5 122.6 164 265 502 10 注：表中每項第一行為砂型鑄造，第二項為離心鑄造 接觸疲勞最小安全系數(shù)： 取 3.1min HS 中心距： 3 2l i mm i n2 )(HHhnEaSzzzzTka 代入數(shù)據(jù)得： mma 1.67 ， 取標準值 mma 80 蝸桿頭數(shù)： 71.17.16/)804.27(/)4.27(3 iaz， 取 23 z 蝸輪齒數(shù)： 4.3327.1632 ziz， 取 302 z 模數(shù)： 5.47.3/)7.14.1( 2 zam ， 取 4m 蝸桿分度圓直徑： 4.3168.0 875.03 ad， 取標準值 401 d 蝸輪分度圓直徑： mmmzd 1 2 030422 蝸桿導程角： 031.11tan 蝸輪寬度： mmmdmb 5.30)15.0(2 12 ， 取 mmb 322 蝸桿圓周速度： 91.2)100060/(333 ndv 蝸桿尺寸：齒頂圓直徑 mmmdda 48233 齒根圓直徑 mmhddff 4.3023 33 蝸桿螺紋長度 mmzmb 5.441223 ， 取 mmb 453 蝸輪尺寸：齒頂圓直徑 mmmdhddaa 12822 2222 齒根圓直徑 mmmdhddff 4.1102.122 2222 3.3.3 強度校核 （ 1）齒面接觸疲勞強度驗算 許用接觸應力： M p aSzzHHhnH 1733.126516.074.0m i nm i n 最大接觸應力： 13480 5 5 1 6 21.165.2147 33 2 HAEH M p aa Tkzz 滿足條件 （ 2）輪齒彎曲疲勞強度驗算 齒根彎曲疲勞極限 MpaF 115lim 彎曲疲勞最小安全系數(shù) 4.1min FS 許用彎曲疲勞應力 M paS FFF 82 m inlim 輪齒最大彎曲應力 9.72222 FAF M p admb Tk 滿足條件。 3.3.4 蝸輪蝸桿傳動中的作用力分析 在蝸桿傳動中作用在齒面上的法向壓力仍可分解為圓周力、徑向力和軸向力。顯然， 作用于蝸桿上的軸向力等于蝸輪上的圓周力，蝸桿上的圓周力等于蝸輪上的軸向力；蝸桿上的徑向力則等于蝸輪上的徑向力。這些對應的力的數(shù)值相等，方向彼此相反。如圖 3-5所示。 圖 3-5 蝸輪蝸桿受力圖 蝸輪上作用力 NdTFt 4.9191205516222222 NFFF tat 17811t a n4.919t a n221 NFF ttr 8.53030t a n4.919t a n22 3.3.5 實際傳動動力參數(shù) 由于蝸輪蝸桿各基本尺寸需圓整為標準值，傳動比最終確定為 152/30/ 12 ZZi 且蝸輪蝸桿傳動效率與估計值略有差別，因此，實際傳動、動力參數(shù)如下 ： （ 1）各軸實際轉矩： 螺母： 540591 TN mm 蝸輪：22 /54059 T=54059/0.98=55162 N mm 蝸桿： 435215845.0 55162)/( 323 iTT N mm 電機軸： 7.448599.098.0 4352)/( 423 TT d N mm （ 2）各軸實際轉速 蝸桿： 13903 nr/min 蝸輪： 7.9215/139032 inn r/min 螺母： 7.92321 innn r/min 螺桿： 5 5 6.00 0 6.07.9211 pnv m/min （ 3）電機實際功率 653.010009550 13907.4485 mdd nTP KWF，滿足條件，因此下端軸承選用 51111 型。 上端軸承受力比較小，因此只需考慮安裝問題，結合自制螺母的直徑，選用 51108 型平面推力軸承。 （ 2）蝸桿軸承的選擇 根據(jù)蝸桿的受力圖可知，蝸桿牙部分除受徑向力外還受軸向力的作用，因此 選用軸承時考慮優(yōu)先選用能同時承受徑向力和軸向力的圓錐滾子軸承，型號： 30205。 4.1.3 軸承校驗 （ 1）計算 圓錐滾子軸承壽命 F s 2F s 1F R 2F a 1F r 1F R 1 圖 4-1 蝸桿及軸承受力分析 已求得：蝸桿所受徑向力 NFr 8.5301 ,軸向力 NFa 4.9191 . 查手冊 30205 軸承主要性能參數(shù)： Cr=32.2KN，rC0=37KN，0N=7000r/min， e=0.37，Y=1.6，0Y=0.9， a=12.5 NFFF rRR 8.5 3 0121 NFFF rRR 4.26521 121 所以，附加軸向力 NYFF Rs 9.826.12 4.2652 11 ； NYFF Rs 9.826.12 4.2652 22 因為21 ssa FFF ，所以，右端軸承被壓緊，則： 軸承軸向力 NFFsA 9.8211 , NFFFasA 3.10029.824.919112 eFFRA 31.04.2 6 5 9.8211，取 1X =1， 1Y =0； eFFRA 78.34.265 3.100222，取 2X =0.4， 2Y =0.4cot12.5 =1.8 考慮平穩(wěn)運轉，沖擊載荷系數(shù)df=1, 當量動載荷1 1 1 11 ( ) 2 6 5 . 4d R AP f X F Y F N NFYFXfPARd 5.2016)(2 2222 因為 P1T1（ 54059 mmN ） （ 2）螺桿與聯(lián)軸器處鍵的選擇 參考輪轂及軸徑，選擇 hb 為 66 的鍵， 取鍵長 L=25mm； 許用轉矩 41 pdhlT = mmN 49875701925641T3(4352 mmN ) 合格 4.3 聯(lián)軸器的設計與計算 聯(lián)軸器是用于連接不同機構中兩軸，使他們在傳遞運動和動力過程中一起回轉而不 脫開。聯(lián)軸器主要有機械式，液力式和電磁式三種。機械式連軸器是應用最廣泛的連軸器，它借助于機械構件相互間的機械作用力來傳遞轉矩。液力式好電磁式是借助于液力和電磁力來傳遞轉矩。 聯(lián)軸器廣泛用于船舶，機車，汽車，冶金礦山，石油化工，其重運輸，紡織，輕工，農(nóng)業(yè)機械，印刷機械和泵，風機，機床等各類機械設備傳動系統(tǒng)中。 聯(lián)軸器的種類很多，按其性能分為： （ 1） 剛性聯(lián)軸器 1）套筒聯(lián)軸器 2）凸緣聯(lián)軸器 3）夾殼聯(lián)軸器 4）緊箍咒夾殼聯(lián)軸器 （ 2）撓性聯(lián)軸器 1）無彈性元件撓性聯(lián)軸器 2）非金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器 3） 金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器 聯(lián)軸器選擇應考慮的問題： 在深知所設計產(chǎn)品的工況及技術要求的情況下，選擇聯(lián)軸器應考慮以下問題：（ 1）所需傳遞轉矩大小、載荷性質及產(chǎn)品對緩沖和減振方面的要求；（ 2）軸的轉速高低和引起的離心力大?。唬?3）兩軸對位移大?。◤较蛭灰啤⑤S向位移、角位移）；（ 4）聯(lián)軸器的制造、安裝、維修、成本。 在本設計中，選擇聯(lián)軸器的基本決定因素是聯(lián)軸器所受扭矩的大小。（也即電機軸的扭矩） 求得，電機軸的扭矩 mNmmNTd 5.47.4 4 8 5 由于聯(lián)軸器已標準化，只需根據(jù)其所受最大扭矩及軸徑大小選 擇聯(lián)軸器，因此，綜合考慮，選擇 YL1 型凸緣聯(lián)軸器，其基本參數(shù)見表 4-2。 表 4-2YL1 型凸緣聯(lián)軸器基本參數(shù) 公稱扭矩 Tn mN 許用轉速 n r/min 軸孔直徑 mm L mm D mm D1 mm 螺栓 L0 mm 重量 kg 數(shù) 直徑 10 8100 19 30 71 53 3 M6 64 0.94 圖 4-2YL1 型凸緣聯(lián)軸器 結論 本次畢業(yè)設計是大學所學知識的全面應用和檢測，它 使我對產(chǎn)品的先期調研、設計方案的提出、到最終設計的完成有了比較理性的認識，為以后的工作打下了基礎，積累了經(jīng)驗。 本次設計的起升機構具有結構緊湊、體積小、重量輕、動力源廣泛、無噪音、安裝方便、使用靈活、功能多、配套形式多、可靠性高、使用壽命長等許多優(yōu)點。可以單臺或組合使用，能大致控制調整提升的高度，可以用電動機或其他動力直接帶動，也可以手動。比如說如果用液壓馬達代替電動機，則可以