数控车床自动回转刀架机电系统设计gfca.docx

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1、摘 要自动回转转刀架是是数控机机床的重重要组成成部分，它它有效地地提高了了劳动生生产率，缩缩短了生生产准备备时间，消消除人工工误差提提高加工工精度和和加工精精度的一一致性等等。但是是传统的的普通车车床换刀刀的速度度慢、精精度不高高，生产产效率低低，不能能适应现现代化生生产的需需要。所以为为了提高高生产率率、改善善产品质质量以及及改善劳劳动条件件必须对对自动回回转刀架架进行改改进。本文对数数控车床床自动回回转刀架架的机电电系统的的相关内内容进行行分析，研研究数控控车床刀刀架的组组成和工工作原理理，对普普通机床床的换刀刀装置进进行改进进，使该该装置具具有自动动松开、转转位、精精密定位位等功能能。此

2、次次主要完完成自动动回转刀刀架的机机械部分分和电气气部分的的设计。机机械部分分为对其其组成的的各个机机械部件件进行计计算与选选用，电电气部分分为编制制刀架自自动转位位控制软软件。设设计的数数控換刀刀装置功功能更强强，换刀刀装置通通过刀具具快速自自动定位位，可以以提高数数控车床床的效率率，缩短短加工时时间；同同时其可可靠性更更稳定，结结抅简单单。关键词: 自自动回转转刀架，换换刀装置置，机电电系统，电电气控制制Desiign of aautoomattictturrretmmechhaniicall annd eelecctriicall syysteem oofCNNC llathhesAbs

3、ttracctThe autoomattic turrrett iss ann immporrtannt ppartt offCNCC laathee. Itt immproovedd laaborr prroduuctiivitty aand shoorteen tthe prooducctioon ttimee, eelimminaate humman errror, thhe iimprroveemennt oof tthe macchinningg acccurracyy annd cconssisttenccy oof ppreccisiion. Thhouggh cconvvent

4、tionnal orddinaary latthe toool cchannge sllowlly, low acccuraacy, loow pprodducttiviity.It cannnott addaptt too thhe nneedds oof mmodeern prooducctioon. Thhereeforre, we musst bbe iimprroveed tthe autoomattic turrrettin ordder toiincrreasse pprodducttiviity, immproove prooducct qquallityy annd iimp

5、rrovee woorkiing.Thiss rootarry ttooll hooldeer ffor CNCC laathee ellecttriccal andd meechaaniccal sysstemms rrelaatedd coonteent stuudy, sttudyy thhe ccompposiitioon aand worrkinng pprinncipple ofCCNC latthess tuurreet aand impprovve tthe toool cchanngerrthee off geneerall maachiine toools, soo thh

6、at thee deevicce hhas an auttomaaticc reeleaase, trranssferr, ppreccisiion possitiioniing andd ottherr fuuncttionns. Thiis ttimee weeshoouldd compplettionn off thhe ddesiign of autoomattic turrretts thhe mmechhaniicall paartss annd eelecctriicall paartss. MMechhaniicall paart is commpossed of varrio

7、uus mmechhaniicall caalcuulattionn annd sseleectiion of parrts, ellecttriccal parrts ispprepparaatioonoffthee tuurreet aautoomatticaallyy trranssferr off thhe cconttroll sooftwwaree, aautoomattic inddexiing turrrett. DDesiign of morre ppoweerfuul CCNC toool cchanngerr, ttooll chhangger quiicklly tth

8、rooughh thhe aautoomattic possitiioniing toool ccan impprovve tthe effficiienccy oof CCNC latthess annd sshorrtenn thhe pproccesssingg tiime; whhilee itts rreliiabiilitty iis mmoree sttablle, the strructturee iss siimpller.Keywwordds:Autoomattic turrrettToool cchanngerr EElecctroo-Meechaaniccal Syss

9、temms Eleectrricaal cconttroll目 录1绪论111.1自自动回转转刀架的的设计背背景11.2自自动回转转刀架的的市场分分析21.3设设计自动动回转刀刀架的意意义22自动回回转刀架架总体设设计32.1总总体方案案的确定定32.2减减速机传传动机构构的确定定42.3刀刀体锁紧紧与精定定位机构构的确定定52.4抬抬起机构构的确定定53自动回回转刀架架机械部部分设计计63.1自自动回转转刀架的的工作原原理63.2蜗蜗轮及蜗蜗杆的设设计及校校核83.2.1蜗杆杆的选型型93.2.2蜗杆杆副的材材料1003.2.3按齿齿面接触触疲劳强强度进行行设计1103.3蜗蜗轮及蜗蜗杆的主

10、主要参数数与几何何尺寸1123.4螺螺杆的主主要参数数与几何何尺寸1143.4.1螺杆杆的设计计计算1143.5蜗蜗杆轴的的设计1153.5.1蜗杆杆轴的材材料选择择，确定定许用应应力1553.5.2按扭扭转强度度初步估估算轴的的最小直直径1553.5.3确定定各轴段段的直径径和长度度163.5.4蜗杆杆轴的校校核1773.6蜗蜗杆轴的的轴承选选用2114自动回回转刀架架电气部部分设计计224.1硬硬件电路路设计2224.2控控制软件件设计2254.2.1800C311单片机机及其引引脚说明明264.2.2 静静态存储储器62264的的特性2284.2.327764只只读存储储器的特特性288

11、4.2.4 可可编程并并行I/O接口口芯片882555的特性性295结论3336致谢3347参考文文献355附录：转转配图AA0图纸纸一张、零零件图AA1、AA2各五五张（上上刀体图图、下刀刀体图上上圆盘图图、下圆圆盘图 、刀架架电气图图、蜗轮轮、蜗杆杆图、螺螺杆图、空空心轴图图、发信信盘图）481 绪 论1.1 自动回转转刀架的的设计背背景经济型数数控是我我国800年代科科技发展展的产物物。这种种数控系系统由于于功能适适宜，价价格便宜宜，用它它来改造造车床，投投资少、见见效快，成成为我国国“七五”、“八五”重点推推广的新新技术之之一。十十几年来来，随着着科学技技术的发发展，经经济型数数控技术

12、术也在不不断进步步，数控控系统产产品不断断改进完完善，并并且有了了阶段性性的突破破，使新新的经济济型数控控系统功功能更强强，可靠靠性更稳稳定，功功率增大大，结构构简单，维维修方便便。由于于这项技技术的发发展增强强了经济济型数控控的活力力，根据据我国国国情，该该技术在在今后一一段时间间内还将将是我国国机械行行业老设设备改造造的很好好途径。对对于原有有老的经经济型数数控车床床，特别别是800年代末末期改造造的设备备，由于于种种原原因闲置置的很多多，浪费费很大；在用的的设备使使用至今今也十几几年了，同同样面临临进一步步改造的的问题通通过改造造可以提提高原有有装备的的技术水水平，大大大提高高生产效效率

13、，创创造更大大的经济济效益。数控车床床为了能能在工件件的一次次装夹中中完成多多工序加加工，缩缩短辅助助时间，减减少多次次装夹所所引起的的加工误误差，必必须带有有自动回回转刀架架。随着数控控车床的的发展，自自动回转转刀架开开始向快快速换刀刀、电液液组合驱驱动和伺伺服驱动动方向发发展。目前国内内自动回回转刀架架以电动动为主，根根据安装装方式的的不同可可分为立立式和卧卧式两种种。立式式刀架有有四、六六工位两两种形式式，主要要用于简简易数控控车床；卧式刀刀架有八八、十、十十二等工工位，可可正、反反方向旋旋转，就就近选刀刀，用于于全功能能数控车车床。根根据机械械定位方方式的不不同，自自动回转转刀架可可分

14、为端端齿盘定定位型和和三齿盘盘定位型型等。其其中端齿齿盘定位位型换刀刀时需要要刀架抬抬起，换换刀速度度较慢且且密封性性较差，但但其结构构简单。三三齿盘定定位型又又叫免抬抬型，其其特点是是换刀时时刀架不不抬起，因因此换刀刀速度快快且密封封性好，但但其结构构较复杂杂。另外外卧式刀刀架还有有液动刀刀架和伺伺服驱动动刀架。1.2 自动回转转刀架的的市场分分析国产数控控车床今今后将向向中高档档发展，中中档采用用普及型型数控刀刀架配套套，高档档采用动动力型刀刀架，兼兼有液压压刀架、伺伺服刀架架、立式式刀架等等品种，近近年来需需要量可可达1000000155000台。数控刀架架的高、中中、低档档产品市市场数

15、控控刀架作作为数控控机床必必需的功功能部件件，直接接影响机机床的性性能和可可靠性，是是机床的的故障高高发点。这就要求求设计的的刀架具具有转位位快，定定位精度度高，切切向扭矩矩大的特特点。它它的原理理采用蜗蜗杆传动动，上下下齿盘啮啮合，螺螺杆夹紧紧的工作作原理。1.3 设计自动动回转刀刀架的意意义电动刀架架是数控控车床重重要的传传统结构构，合理理地选配配电动刀刀架，并并正确实实施控制制，能够够有效的的提高劳劳动生产产率，缩缩短生产产准备时时间，消消除人为为误差，提提高加工工精度与与加工精精度的一一致性等等等。另另外，加加工工艺艺适应性性和连续续稳定的的工作能能力也明明显提高高，尤其其是在加加工几

16、何何形状较较复杂的的零件时时，除了了控制系系统能提提供相应应的控制制指令外外，很重重要的一一点是数数控车床床需配备备易于控控制的电电动刀架架，以便便一次装装夹所需需的各种种刀具灵灵活、方方便地完完成各种种几何形形状的加加工。自动回转转刀架在在结构上上必须具具有良好好的强度度和刚性性，以承承受粗加加工时的的切削抗抗力。为为了保证证转位之之后具有有高的重重复定位位精度，自自动回转转刀架还还要选择择可靠的的定位方方案和合合理的定定位结构构。自动动回转刀刀架的自自动换刀刀是由控控制系统统和驱动动电路来来实现的的。在自动换换刀数控控机床上上，自动动换刀装装置应满满足换刀刀时间短短，刀具具重复定定位精度度

17、高，足足够的刀刀具储存存量，换换刀安全全可靠等等要求。各各类机床床的换刀刀装置主主要取决决于机床床的型式式、工艺艺范围及及刀具的的数量和和种类等等。传统的车车床如CCA61140的的刀架上上只能装装一把刀刀，换刀刀的速度度慢，换换刀后还还须重新新对刀，并并且精度度不高，生生产效率率低，不不能适应应现代化化生产的的需要，因因此有必必要对机机床的自自动刀架架进行改改进。2 自动回转转刀架总总体设计计2.1 总体方案案的确定定在自动换换刀数控控机床上上，自动动换刀装装置应满满足换刀刀时间短短，刀具具重复定定位精度度高，足足够的刀刀具储存存量，换换刀安全全可靠等等要求。目前为止止应用最最广的刀刀架为回

18、回转刀架架。回转转刀架是是一种最最简单的的自动换换刀装置置，常用用于数控控车床。可可以设计计成四方方刀架、六六角刀架架或圆盘盘式轴向向装刀刀刀架等多多种形式式。回转转刀架上上分别安安装着四四把、六六把或更更多的刀刀具，并并按数控控装置的的指令换换刀。回回转刀架架在结构构上必须须具有良良好的强强度和刚刚度，以以承受粗粗加工时时的切削削抗力。由由于车削削加工精精度在很很大程度度上取决决于刀尖尖位置，对对于数控控车床来来说，加加工过程程中刀具具位置不不进行人人工调整整，因此此更有必必要选择择可靠的的定位方方案和合合理的定定位结构构，以保保证回转转刀架在在每次转转位之后后，具有有尽可能能高的重重复定位

19、位精度（一一般为00.00010.0005mmm）。图2-11 回转转刀架的的类型及及工作原原理一般情况况下，回回转刀架架的换刀刀动作包包括刀架架抬起、刀刀架转位位及刀架架压紧等等。回转转刀架按按其工作作原理分分为若干干类型，如如图2-1所示示。图2-11a所示示为螺母母升降转转位刀架架，电动动机经弹弹簧安全全离合器器到蜗轮轮副带动动螺母旋旋转，螺螺母举起起刀架使使上齿盘盘与下齿齿盘分离离，随即即带动刀刀架旋转转到位，然然后给系系统发信信号螺母母反转锁锁紧。使使刀架换换位，进进行切削削加工。螺螺母升降降式零件件多，但但加力可可靠，精精度较高高，许多多刀架都都利用这这种原理理设计。图2-11b所

20、示为为利用十十字槽轮轮来转位位及锁紧紧刀架（还还要加定定位销），销销钉每转转一周，刀刀架便转转1/44转（也也可设计计成六工工位等）。十字槽轮式体积大，零件多，目前使用较少。图2-11c所示为为凸台棘棘爪式刀刀架，蜗蜗轮带动动下凸轮轮台相对对于上凸凸轮台转转动，使使其上、下下端齿盘盘分离，继继续旋转转，则棘棘轮机构构推动刀刀架转990，然后后利用一一个接触触开关或或霍尔元元件发出出电动机机反转信信号，重重新锁紧紧刀架。凸台棘爪式重复定位精度相对较低。图2-11d所示为为电磁式式刀架，它它利用了了一个有有10kkN左右右拉紧力力的线圈圈使刀架架定位锁锁定。电电磁式目目前已能能实用，但但多一套套电

21、路，并并要有断断电保护护。图2-11e所示为为液压式式刀架，它它利用摆摆动液压压缸来控控制刀架架转位，图图中有摆摆动阀芯芯、拨爪爪、小液液压缸；拨爪带带动刀架架转位，小小液压缸缸向下拉拉紧，产产生100kN以以上的拉拉紧力。这这种刀架架的特点点是转位位可靠，拉拉紧力可可以再加加大，但但其缺点点是液压压件难制制造，还还需多一一套液压压系统，有有液压油油泄漏及及发热问问题。经过参考考几种经经典的刀刀架设计计类型后后，决定定在本设设计中采采用螺母母升降转转位刀架架，电动动机经弹弹簧安全全离合器器到蜗轮轮副带动动螺母旋旋转，螺螺母举起起刀架使使上齿盘盘与下齿齿盘分离离以及利利用十字字槽轮来来转位及及锁

22、紧刀刀架（还还要加定定位销）来来实现刀刀架抬起起和精确确定位。2.2 减速机传传动机构构的确定定在本设计计中由于于采用了了三相异异步电动动机，三三相异步步电动机机转子的的转速低低于旋转转磁场的的转速，转转子绕组组因与磁磁场间存存在着相相对运动动而感生生电动势势和电流流，并与与磁场相相互作用用产生电电磁转矩矩，实现现能量变变换。与与单相异异步电动动机相比比，三相相异步电电动机运运行性能能好，并并可节省省各种材材料。在在普通的的三相异异步电动动机因转转速太快快，不能能直接驱驱动刀架架进行换换刀，必必须经过过适当的的减速。根根据立式式转位刀刀架的结结构特点点，采用用蜗杆副副减速是是最佳选选择。蜗蜗轮

23、蜗杆杆传动有有以下特特点：1、传动动平稳。蜗蜗杆传动动同时啮啮合的齿齿对数多多，且蜗蜗杆为连连续的螺螺旋曲面面，啮合合过程是是连续的的，振动动、冲击击和噪声声较小。2、具有有自锁性性。当蜗蜗杆的导导程角小小于啮合合摩擦角角时，蜗蜗杆传动动具有自自锁性。此此时，只只能蜗杆杆带动蜗蜗轮，反反之则不不能转动动。3、传动动比大。单单级传动动可获得得传动比比为5-80，在在分度机机构中可可达6000或更更大。和和齿轮传传动相比比实现相相同的传传动比时时结构较较紧凑。所以说蜗蜗杆副传传动可以以改变运运动的方方向，获获得较大大的传动动比，保保证传动动精度和和平稳性性，并且且具有自自锁功能能，还可可以实现现整

24、个装装置的小小型化。使使得刀架架在是有有过程中中更加轻轻便，方方便机床床的加工工作业。2.3 刀体锁紧紧与精定定位机构构的确定定在本设计计中由于于刀具直直接安装装在上刀刀体上，所所以上刀刀体要承承受全部部的切削削力，其其锁紧与与定位的的精度将将直接影影响工件件的加工工精度。本本设计上上刀体的的锁紧与与定位机机构选用用端面齿齿盘，将将上刀体体和下刀刀体的配配合面加加工成梯梯形端面面齿。当当刀架处处于锁紧紧状态时时，上下下端面齿齿相互咬咬合，这这时上刀刀体不能能绕刀架架的中心心轴转动动；换刀刀时电动动机正传传，抬起起机构使使上刀体体抬起，等等上下端端面齿脱脱开后，上上刀体才才可以绕绕刀架中中心轴转

25、转动，完完成转位位动作。2.4 抬起机构构的确定定要想使上上、下刀刀体的两两个端面面齿脱离离，就必必须设计计合适的的机构使使上刀体体抬起。本本设计选选用螺杆杆-螺母母副，在在上刀体体内部加加工出内内螺纹，当当电动机机通过蜗蜗杆-蜗蜗轮带动动蜗杆绕绕中心轴轴转动时时，作为为螺母的的上刀体体要么转转动，要要么上下下移动。当当刀架处处于锁紧紧状态时时，上刀刀体与下下刀体的的端面齿齿相互咬咬合，因因为这时时上刀体体不能与与螺杆一一起转动动，所以以螺杆的的转动会会使上刀刀体向上上移动。当当端面齿齿脱离咬咬合时，上上刀体就就与螺杆杆一同转转动。设计螺杆杆时要求求选择适适当的螺螺距，以以便当螺螺杆转动动一定

26、角角度时，使使得上刀刀体与下下刀体的的端面齿齿能够完完全脱离离咬合状状态。 3 自动回转转刀架机机械部分分设计3.1 自动回转转刀架的的工作原原理自动回转转刀架的的换刀流流程图如如图3-1所示示，传动动结构如如图3-2所示示。图3-11 自自动回转转刀架换换刀流程程1-发信信盘 22-推力力球轴承承3-螺螺杆螺母母副4-端面齿齿盘5-反靠圆圆盘 66-三相相异步电电机7-联轴器器 8-蜗蜗杆副 9-反反靠销 10-圆柱销销 111-上盖盖圆盘 12-上刀体体 图图3-22 自自动回转转刀架的的传动结结构示意意图刀架抬起起：需要要换刀时时，控制制系统发发出刀架架转位信信号，三三相异步步电动机机正

27、向旋旋转，通通过蜗杆杆副带动动螺杆正正向转动动，与螺螺杆配合合的上刀刀体逐渐渐抬起，下下刀体与与下刀体体之间的的端面齿齿慢慢脱脱开；刀架转位位：当转转过1770度时时，两端端面完全全脱开，圆圆柱销由由于弹簧簧的作用用压在螺螺杆上端端的台阶阶内侧，于于是螺杆杆带动上上刀体转转动起来来。刀架定位位：上刀刀体带动动磁铁转转到需要要的刀位位时，粗粗定位销销在弹簧簧的作用用下进入入粗定位位槽，同同时发信信盘上对对应的霍霍尔元件件输出高高电平信信号，控控制系统统收到后后，立即即控制刀刀架电动动机反转转，由于于粗定位位销的作作用，上上刀体不不会随螺螺杆的反反转而反反转，所所以开始始下降，上上下刀体体的端面面

28、逐渐啮啮合，实实现精定定位。刀架夹紧紧：上下下刀体的的端面齿齿紧密啮啮合后.螺杆不不再转动动，而电电机继续续带动蜗蜗轮向螺螺杆加力力，经过过设定的的延时时时间后，刀刀架电动动机停转转，整个个换刀过过程结束束。由于于蜗杆副副有自锁锁功能，所所以刀架架可以稳稳定的工工作。图3-33 自自动回转转刀架在在换刀过过程中有有关销的的位置图3-33表示自自动回转转刀架在在换刀过过程中有有关销的的位置。其其中上部部的圆柱柱销2和和下部的的反靠销销6起着着重要的的作用。当当刀架处处于锁紧紧状态时时，两销销的情况况如图aa所示，此此时反靠靠销6落落在反靠靠圆盘77的十字字槽内，上上刀体44的端面面齿和下下刀体的

29、的端面齿齿处于咬咬合状态态。需要要换刀时时，控制制系统发发出刀架架转位信信号，三三相异步步电动机机正向旋旋转，通通过蜗杆杆副带动动螺杆正正向转动动，与蜗蜗杆配合合的上刀刀体4逐逐渐抬起起，上刀刀体4与与下刀体体之间的的端面齿齿慢慢脱脱开；于于此同时时，上盖盖圆盘11也随着着螺杆正正向转动动(上盖盖圆盘11通过圆圆柱销与与螺杆连连接)当当转过约约1700度时，上上盖圆盘盘1直槽槽的另一一端转到到圆柱销销2的正正上方，由由于弹簧簧3的作作用，圆圆柱销22落入直直槽内，于于是上盖盖圆盘11就通过过圆柱销销2使得得上刀体体4转动动起来（此此时端面面齿已经经完全脱脱开）如如图b所所示。上上盖圆盘盘1，圆

30、圆柱销22以及上上刀体44在正转转的过程程中，反反靠销66能够从从反靠圆圆盘7中中十字槽槽的左侧侧斜坡滑滑出，而而不影响响上刀体体4寻找找刀位时时的正向向转动，如如图c所所示。上上刀体44带动磁磁铁转到到需要的的刀位时时，发信信盘上对对应的霍霍尔元件件输出低低电平信信号，控控制系统统收到后后，立即即控制刀刀架电动动机反转转，上盖盖圆盘11通过圆圆柱销22带动上上上刀体体4开始始反转，反反靠销66马上就就会落入入反靠圆圆盘7的的十字槽槽内，至至此。完完成粗定定位，如如图d所所示。此此时，反反靠销66从反靠靠圆盘77的十字字槽内爬爬不上来来，于是是上刀体体4停止止转动，开开始下降降，而上上盖圆盘盘

31、1继续续反转，其其直槽的的左侧斜斜坡将圆圆柱销22的头部部压入上上刀体44的销孔孔内，之之后，上上盖圆盘盘1的下下表面开开始与圆圆柱销22的头部部滑动。在在此期间间，上、下下刀体的的端面齿齿逐渐咬咬合，实实现精定定位。经经过设定定的延时时时间后后，刀架架电动机机停转，整整个换刀刀过程结结束。3.2 蜗轮及蜗蜗杆的设设计及校校核按照设计计要求对对电机进进行选型型：要求求功率为为1000W，转转速14440rr/miin，经经过查取取有关资资料，采采用江西西省泰隆隆电机有有限公司司生产的的JW556144-1000W三三相异步步电机。JJW系列列三相异异步电动动机，按按JB110099-10012

32、-91，GGB1223500-20000标标准设计计，具有有外型匀匀称美观观，起动动转矩大大，效率率高，使使用寿命命长，运运行性能能良好，噪噪音小，结结构合理理，维护护方便等等特点。一一般多用用于驱动动需要较较大起动动转矩的的机械，如如机床、建建筑机械械、农副副产品加加工、泵泵、空气气压缩机机、制冷冷压缩机机、磨粉粉机、医医疗器械械、及农农业机械械的驱动动。自动回转转刀架的的动力源源是三相相异步电电动机，其其中蜗杆杆与电动动机直连连，刀架架转位时时蜗轮与与上刀体体直连。已已知电动动机额定定功率=1000W，额额定转速速=14440rr/miin，上上刀体设设计转速速=300r/mmin，则则蜗

33、杆副副的传动动比i =/=14440 /300=488。刀架架从转位位到锁紧紧时，需需要蜗杆杆反向，工工作载荷荷不均匀匀，启动动时冲击击较大，今今要求蜗蜗杆副的的使用寿寿命=1100000h。 3.2.1 蜗杆副的的材料蜗杆一般般是用碳碳钢或合合金钢制制成。高高速重载载蜗杆常常用155Cr或或20CCr，并并经渗碳碳淬火；也有用用40、445号钢钢或400Cr并并经淬火火。这样样可以提提高表面面硬度，增增加耐磨磨性。通通常要求求蜗杆淬淬火后的的硬度为为4055HHRC，经经氮化处处理后的的硬度为为5562HHRC。一一般不太太重要的的低速中中载的蜗蜗杆，可可采用440或445号钢钢，并经经调质

34、处处理，其其硬度为为22003000HBBS。常用的蜗蜗轮材料料为铸造造锡青铜铜（ZCCuSnn10PP1，ZZCuSSn5PPb5ZZn5）、铸铸造铝铁铁青铜（ZZcuAAl100Fe33）及灰灰铸铁（HHT1550、HHT2000）等等。锡青青铜耐磨磨性最好好，但价价格较高高，用滑滑动速度度v3mm/s的的重要传传动；铝铝铁青铜铜的耐磨磨性较锡锡青铜差差一些，但但价格便便宜，一一般用于于滑动速速度v44m/ss的传动动；如果果滑动速速度不高高(2mm/s），对对效率要要求也不不高时，可可采用灰灰铸铁。为为了防止止变形，常常对蜗轮轮进行时时效处理理。设计要求求电机功功率为1100WW，刀架架

35、中的蜗蜗杆副传传递的功功率不大大，但蜗蜗杆转速速较高，因因此蜗杆杆的材料料选择445钢，其其螺旋齿齿面要求求淬火，硬硬度为445555HRRC，以以提高表表面耐磨磨性；蜗蜗轮的转转速较低低，其材材料主要要考虑耐耐磨性，选选用铸锡锡磷青铜铜ZcuuSn110P11，采用用金属模模铸造。3.2.2 按齿面接接触疲劳劳强度进进行设计计刀架中的的蜗杆副副采用闭闭式传动动，多因因齿面胶胶合或点点蚀而失失效。因因此，在在进行承承载能力力计算时时，先按按齿面接接触疲劳劳强度进进行设计计，再按按齿根弯弯曲疲劳劳强度进进行校核核。 按蜗轮轮接触疲疲劳强度度条件设设计计算算的公式式为：上式中：蜗杆杆副的传传动中心

36、心距，单单位为mmm；K载载荷系数数；作用用在蜗轮轮上的转转矩T ，单位位N.mm；弹性性影响系系数，单单位为MMPa；接触触系数；许用用接触应应力，单单位为MMPa； 由上式算算出蜗杆杆副的中中心距aa之后，根根据已知知的传动动比i=48，可可以选择择合适的的中心距距a值，以以及相应应的蜗杆杆，蜗轮轮参数。1. 确定作用用在蜗轮轮上的转转矩T设蜗杆头头数=11，蜗杆副副的传动动效率取取=0.8。由由电动机机的额定定功率 =1000W，可以算算出蜗轮轮传递的的功率 =，再由蜗轮轮的转速速=300r/mmin，求得作作用在蜗蜗轮上的的转矩：=9.55/=9.55/=9.555*1100/30*0

37、.88=2554700N.mm2. 确定载荷荷系数KK载荷系数数。其中为使使用系数数，由于于工作载载荷分布布步均匀匀，启动动时冲击击较大，因因此取=1.115；K为齿齿向载荷荷分布系系数，因因工作载载荷在启启动和停停止时有有变化，故故取=11.155；为动载载系数，由由于转速速不高，冲冲击不大大，可取取=1.05，则载荷荷系数：3. 确定弹性性影响系系数铸锡磷青青铜蜗轮轮与钢蜗蜗杆相配配时，从从参考文文献表33-2-9查得得弹性影影响系数数 =1160MMPa。4. 确定接触触系数先假设蜗蜗杆分度度圆直径径和传动动中心距距a的比比值/aa=0.35，由由参考文文献图111-118查得得系数=2

38、.99。5. 确定许用用接触力力根据蜗轮轮材料为为铸锡磷磷青铜ZZCuSSn100P1，金属模模铸造，蜗蜗杆螺旋旋齿面硬硬度大于于45HHRC，从参考文献表11-7查得蜗轮的基本许用力=268MPa，已知蜗杆为单头，蜗轮每转一转时每个轮齿咬合的次数j=1；蜗轮转速=30r/min；蜗杆副的使用寿命=10000h。则应力循环次数：N=600j=11.81107寿命系数数： KKHN=00.9229许用接触触应力：=2449MPPa计算中心心距将以上各各参数代代入式 求得中心心距：=49.7查参考文文献表111-22，取中中心距aa=500mm，已知蜗蜗杆头数数=1，设模数数m=11.6mmm，得

39、直径径=20mm，这时/a=00.4，由由参考文文献图111-119可得得接触系系数=22.744。因为为，所以以上述计计算结构构可用。3.3 蜗轮及蜗蜗杆的主主要参数数与几何何尺寸由蜗杆和和蜗轮的基基本尺寸寸和主要要参数，算算得蜗杆杆和蜗轮轮的主要要几何尺尺寸后，即即可绘制制蜗杆副副的工作作图了。1. 蜗杆参数数及尺寸寸头数=11，模数mm=1.6mmm，轴向齿齿距=33.144m=55.0227mmm，轴向齿齿厚=00.5，分度圆圆直径=20mm，直径系系数q=/m=12.5，分度圆圆导程脚脚 rr=4.334.2262. 蜗轮参数数与尺寸寸齿数=448，模数mm=1.6mmm，分度圆圆直

40、径为为=m=11.6448mmm=766.8mmm，变位系系数=a-(+)/22/mm=550-(20+766.8)/2/1.6=11，蜗轮轮喉圆直直径为=+2mm(+)=766.8+2*11.6(1+11)=883.22，蜗轮轮齿根圆圆直径=-2m(+c)=766.1663. 校核蜗轮轮齿根弯弯曲疲劳劳强度即校验下下式是否否成立：式中： 蜗轮轮齿根弯弯曲应力力，单位位为MPPa；蜗轮轮齿形系系数；螺旋旋角影响响系数；蜗轮轮的许用用弯曲应应力，单单位为MMPa；由蜗杆头头数=11，传动动比i=48，可以算算出蜗轮轮齿数=ii=488则蜗轮的的当量齿齿数：根据蜗轮轮变位系系数=1和当量量齿数=4

41、8.46，得齿形形系数=1.995。旋转角影影响系数数：=1-=0.9677；根据蜗轮轮的材料料和制造造方法，由参考文献表11-8可得蜗轮基本许用弯曲应力：=56MPa；蜗轮的寿寿命系数数：=0.7255；蜗轮的许许用弯曲曲应力：=400.6MMPa；将以上参参数代入入式：；得蜗轮齿齿根弯曲曲应力：=377.4；可见，蜗蜗轮齿根根的弯曲曲强度满满足要求求。3.4 螺杆的主主要参数数与几何何尺寸3.4.1 螺杆的设设计计算算1. 螺距的确确定刀架转位位时，要要求蜗杆杆在转到到约1770的的情况下下，上刀刀体的断断面齿与与下刀体体的断面面齿完全全脱离；在锁紧紧的时候候，要求求上下端端面齿的的咬合深

42、深度达22mm.因此，螺螺杆的螺螺距P应应满足PP1700/366022mm，即P4.224mmm。今取螺杆杆的螺距P=8mm。2. 其它参数数的确定定采用单头头梯形螺螺杆，头头数n=1，牙侧角角b=，外螺螺纹大径=500mm，牙顶间间隙=00.5mmm，基本牙牙形高度度=0.5P=3mmm，外螺纹纹牙高=3.55mm，外螺纹纹中经=46mm，外螺纹纹小径=42mm，螺杆杆螺纹部部分长度度H=550mmm。3. 自锁性能能校核螺杆螺母材材料均用用45钢钢，查参参考文献献表5-12，取二者的摩擦因数f=0.11；再求得梯形螺旋副的当量摩擦角约为6.5，而螺纹升角约为2.33，小于当量摩擦角。因此

43、，所选几何参数满足自锁条件。3.5 蜗杆轴的的设计3.5.1 蜗杆轴的的材料选选择，确确定许用用应力考虑轴主主要传递递蜗轮的的转矩，为为普通用用途中小小功率减减速传动动装置。选选择轴的的材料为为45号号钢，经经调质处处理。由由参考文文献表115-11查得=6400Mpaa， =3555Mppa，=2755Mpaa，=1155MMpa，=60Mpa。3.5.2 按扭转强强度初步步估算轴轴的最小小直径轴的扭转转强度条条件为:=式中 扭转转切应力力，MPPa； TT一一轴轴所受的的扭矩，NNM；轴的的抗扭截截面系数数，； nn 轴的转转速，rr/minn； PP轴传传递的功功率，kkW； dd一一计

44、计算截面面处轴的的直径，mmm；许用用扭转切切应力，MMPa；由式=可可得轴的的直径 当轴截截面上开开有键槽槽时，应应增大轴轴径以考考虑键槽槽对轴的的强度的的削弱。对对于直径径d1000mmm的轴，有有一个键键槽时，轴轴径增大大5%7%。由由参考文文献表115-33查得=1122，代入入式中，取取=4.227mmm，同时时查表得得到所用用电动机机(YSS56224型)输出轴轴直径为为9mmm，所以以在空间间充裕的的情况下下取输入入轴最小小直径为为9mmm，伸出出长度为为50mmm。3.5.3 确定各轴轴段的直直径和长长度根据各个个零件在在轴上的的定位和和装拆方方案确定定轴的形形状及直直径和长长

45、度。初初步确定定蜗杆轴轴如图33-5所所示：图3-55蜗杆轴轴=同一轴轴上的轴轴承选用用同一型型号，以以便于轴轴承座孔孔的镗制制和减少少轴承类类型。段段轴上有有一个键键槽，故故槽径增增大5%。=(11+5%) =4.229 mmm，圆圆整=10mm。所选轴承承类型为为推力轴承承，型号号为63301。BB=122mm，DD=377mm。段起固定定作用，取18rnm。段为蜗杆杆与蜗轮轮啮合部部分，故故=22mm。=188mm，便便于加工工和安装装。 段为与轴轴承配合合的轴段段，查轴轴承宽度度为122mm，则则=122mm。段尺寸长长度与刀刀架体的的设计有有关，蜗蜗杆端面面到刀架架端面距距离为770

46、rnnm。端端盖宽度度为100mm，故故=48rnnm。段为蜗杆杆部分长长度，当当=12时，=1，(12+0.1)m=26.88rnm，圆整取30mm。=300mm。段长度为为12rrnm，轴轴的总长长为1550rnnm。3.5.4 蜗杆轴的的校核1. 计算轴上上的作用用力蜗杆=995500=6114N.mm=/=226144/200 =661.44N.mmm=2/=5222.33N=1990.11N2. 计算支反反力垂直面支支反力：A，BB两点分分为左，右右深沟球球轴承中中心。CC点为蜗蜗杆中心心。设AA点到CC点距离离为，CC点到BB点距离离为。两两轴承间间距离aa=1552mmm，以蜗蜗杆副为为中心对对称布置置所以=766mm。图3-66 轴的的载荷分分析图（a）受受力简图图 （bb）（XXY）平平面弯矩矩图 （cc）（XXZ）平平面弯矩矩图 （dd）合成成弯矩图图 （e）转转矩图 （f）当当量弯矩矩图由绕支点点B的力力矩=00得：=0 =60.69NN方向向向上；同同理，由由绕支点点A的力力矩和=0得：=0，=1299.411N方向向向上，由由轴上的的合力=0校核核+=0计计算无误误。水平支反反力：由由绕支点点B的力力矩=00得：=300.7NN放心向向上。同