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西安文理學(xué)院機(jī)械電子工程系
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計(jì)
專業(yè)班級 08級機(jī)械（2）班
學(xué) 號 08102080217
學(xué)生姓名 張陽
指導(dǎo)教師 邊培瑩 呂榮生
設(shè)計(jì)所在單位 西安文理學(xué)院
2012年 5 月
可傾式回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計(jì)
摘要：
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展, 普通的三軸加工機(jī)床已滿足不了人們對加工零件的更高要求。為了在原機(jī)床上實(shí)現(xiàn)五軸加工或高效準(zhǔn)確的完成復(fù)雜曲面加工，就需要更換機(jī)床工作臺，在當(dāng)前追求生產(chǎn)效率飛速提升的時(shí)代，可傾式回轉(zhuǎn)工作臺的研究顯得迫切與重要。
本論文對可傾式回轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過研究回轉(zhuǎn)工作臺的原理，結(jié)合液壓驅(qū)動、齒輪傳動等知識，設(shè)計(jì)出一種用于五工位組合機(jī)床的可傾式回轉(zhuǎn)工作臺。為了提高工作臺的回轉(zhuǎn)精度，本設(shè)計(jì)采用端齒盤用作鎖緊裝置，液壓作為驅(qū)動裝置。
該可傾式回轉(zhuǎn)工作臺提供了一種動作結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、在較小的空間尺寸范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)傾斜功能的工作臺，解決了在中小型數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行四軸或五軸加工的問題，實(shí)現(xiàn)了對零件的多面加工和連續(xù)曲面加工。在實(shí)際生產(chǎn)中，該工作臺的設(shè)計(jì)可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，增加切削加工時(shí)間的比率，從而提高生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞：可傾式；回轉(zhuǎn)；工作臺；液壓。
Design Of Tilt Slewing Workplace
Abstract：
With the rapid development of science and technology, the common three-axis machine tools have couldn't meet people's higher need of processing components. To realize the original machine five-axis machining and accurate and efficient performance of complex curved surface processing, So the machine table need to design. In the time of pursuiting big progress of production efficiency, research of tilt slewing workbench becomes very urgent and important.
This paper is about the turning points degrees workbench. Based on careful study of the theory of rotary worktable and some knowledge of hydraulic drive and gear transmission, A kind of tilt slewing workbench has devised which used for five stations combination machine tools. The design used the end tooth disk as locking device and hydraulic as drive to improve the indexing accuracy of the workbench.
After all above, This workplace can produce a slewing workbench which have a compact action structure, simple operation and can be rotated tilt in smaller space. As a result to solve the problem of the four shafts or five-axis machining in small and medium-sized CNC. And at the same time, makes the many-face parts processing and continuous surface processing come true. In practical production, this table design can shorten the production preparation time and increase the ratio of cutting processing time, so as to improve the production efficiency.
Keywords: Tilting; Slewing; Workplace; Hydraulie Pressure.
目錄
目錄
第一章 緒論 1
1.1 選題的目的與意義 1
1.2 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺的研究狀況 1
1.2.1我們現(xiàn)有水平及國內(nèi)外對比情況 2
1.2.2我國數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品水平較國外低主要表現(xiàn) 2
1.2.3相應(yīng)的措施 2
1.3 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺的發(fā)展趨勢 3
1.3.1市場前景 3
1.3.2發(fā)展趨勢 3
1.3.3針對中國工作臺發(fā)展對策 3
1.4 本課題主要研究內(nèi)容和設(shè)計(jì)任務(wù) 3
第二章 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計(jì)原理 5
2.1 常用的可傾式回轉(zhuǎn)工作臺 5
2.1.1回轉(zhuǎn)工作臺的主要種類及特點(diǎn)概述 5
2.1.2通用轉(zhuǎn)臺 5
2.1.3精密回轉(zhuǎn)工作臺（rotary table） 6
2.2可傾式回轉(zhuǎn)工作臺常用原理 6
2.3液壓式數(shù)控工作臺設(shè)計(jì) 7
第三章 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺傳動設(shè)計(jì) 10
3.1可傾式回轉(zhuǎn)工作臺原理及設(shè)計(jì) 10
3.1.1工作臺回轉(zhuǎn)松開、夾緊原理和機(jī)構(gòu) 10
3.1.2可傾式工作臺擺動原理 10
3.2液壓式可傾式回轉(zhuǎn)工作臺的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11
3.2.1擬定工作臺基本參數(shù) 11
3.2.2液壓系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 12
3.2.3液壓泵的選擇 13
第四章 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺部件設(shè)計(jì) 16
4.1工作臺的設(shè)計(jì) 16
4.1.1工作臺整體尺寸的設(shè)計(jì) 16
4.1.2 工作臺T型槽設(shè)計(jì) 16
4.1.3工作臺中心孔設(shè)計(jì) 17
4.1.4工作臺螺孔分布設(shè)計(jì) 17
4.2端齒盤 17
4.3中心軸設(shè)計(jì) 19
4.3.1中心軸尺寸設(shè)計(jì) 19
4.3.2中心軸軸承選擇 20
3.4活塞設(shè)計(jì) 20
4.5傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22
4.5.1傳動系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 22
4.5.2齒輪齒條設(shè)計(jì)計(jì)算 24
4.6工作臺擺動架設(shè)計(jì) 32
4.6.1擺動架軸承選擇 32
4.6.2擺動架設(shè)計(jì) 33
4.7工作臺底座設(shè)計(jì) 34
4.7.1材料選擇 34
4.7.2鑄造斜度 35
4.7.3定位分布 36
4.8 活塞封閉塊設(shè)計(jì) 37
4.9 推桿導(dǎo)向塊設(shè)計(jì) 38
結(jié)束語 39
致 謝 40
參考文獻(xiàn) 41
附錄 42
第3頁
西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第一章 緒論
自從改革開放以來，世界上就有了“中國制造”這個(gè)偉大的字眼，在這些龐大的生活工藝所需品背后，是那些日夜不停息旋轉(zhuǎn)的機(jī)器，而享有“機(jī)器之母”的即是機(jī)床。正是這些機(jī)床成就了這個(gè)字眼，從上世紀(jì)八十年代到現(xiàn)在，有些還在剛開始安裝的崗位上作業(yè)。而隨著現(xiàn)代社會機(jī)械產(chǎn)品的高智能化、高自動化、高效率化的發(fā)展趨勢，那么那些機(jī)床是否能適應(yīng)當(dāng)今社會的節(jié)奏?
其實(shí)改進(jìn)這一狀況的研究課題很多，從進(jìn)給料、夾裝裝置、換刀裝置、多工位加工等都可以改進(jìn)機(jī)床效率，本論文就闡述了一種以改變機(jī)床工作臺而提高生產(chǎn)效率的方法，即將原來固定的工作臺改進(jìn)為可以擺動回轉(zhuǎn)加工的工作臺，我們先了解一下本課題研究的時(shí)代背景與其意義。
1.1 選題的目的與意義
可傾式回轉(zhuǎn)工作臺是指在機(jī)床除了有X、Y、Z三個(gè)直線進(jìn)給軸之外，還有一個(gè)可傾式進(jìn)給軸和一個(gè)回轉(zhuǎn)進(jìn)給軸，即繞X軸傾斜的A軸和以Z軸旋轉(zhuǎn)的C軸。這樣能在一次裝夾中，可以加工出除了定位面之外五個(gè)加工面，尤其是可對復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度自動加工，所以普遍認(rèn)為可傾式回轉(zhuǎn)工作臺的應(yīng)用是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等零件加工的唯一手段。該結(jié)構(gòu)的研究對一個(gè)國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)的發(fā)展有著舉足輕重的影響力。
可見可傾式回轉(zhuǎn)工作臺提供了一種動作結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、在較小的空間尺寸范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軸旋轉(zhuǎn)傾斜功能的工作臺，解決了在中小型數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行四軸或五軸加工的問題，實(shí)現(xiàn)了對零件的分度加工和連續(xù)曲面加工。同時(shí)該工作臺的設(shè)計(jì)也可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，增加切削加工時(shí)間的比率，從而提高生產(chǎn)效率。
1.2 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺的研究狀況
早在20世紀(jì)60年代，國外航空工業(yè)為了加工一些具有連續(xù)平滑而復(fù)雜的自由曲面大件時(shí)，就已開始采用了旋轉(zhuǎn)式加工臺面，但一直沒能在更多的行業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用，只是近10年來才有了較快的發(fā)展。我國從近十幾年才展開的研究，2005年陳則仕，張秋菊通過建模完成可傾式回轉(zhuǎn)工作臺的仿真，到2007年8月沈陽機(jī)床集團(tuán)、沈陽高精數(shù)控技術(shù)有限公司及中科院沈陽技術(shù)研究所聯(lián)合開展實(shí)施的“沈陽數(shù)控”系統(tǒng)安裝應(yīng)用，使可傾式回轉(zhuǎn)工作臺式機(jī)床正式具有自主知識產(chǎn)權(quán)。[1]目前國內(nèi)在數(shù)控機(jī)床可傾式回轉(zhuǎn)工作臺領(lǐng)域中取得了較快的發(fā)展，數(shù)控轉(zhuǎn)臺的品種也較多，規(guī)格從100～2500mm，基本可以滿足一般用戶的配套需要。但高端市場幾乎沒有國產(chǎn)品牌，只是國內(nèi)主機(jī)采用境外產(chǎn)品配套的占有不小的比例。與國際市場的著名品牌相比，我們的技術(shù)參數(shù)與指標(biāo)落后于其尖端產(chǎn)品（比如材料、轉(zhuǎn)速、承載能力、分度定位精度等）；現(xiàn)在意大利寶利諾.巴吉產(chǎn)品技術(shù)配置已經(jīng)達(dá)到橫向X軸3000 mm，縱向Y軸2600 mm、垂直方向Z軸950 mm、A軸+/-135°, C軸 +/-200°；軸最快移動速度：X軸100 m/min，Y和Z軸60 m/min。[2]國外已經(jīng)達(dá)到可傾式回轉(zhuǎn)工作臺普及化，生產(chǎn)實(shí)用化，我國普及型產(chǎn)品的可靠性、耐用度、精度保持性方面都比歐美和日本差一些，外觀造型也不盡如人意。所以我們應(yīng)該努力打造精品、提高配套水平。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國外相同品種、不同結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品也在不斷出現(xiàn)。例如轉(zhuǎn)軸直接驅(qū)動的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺已經(jīng)出現(xiàn)，完全改變了傳統(tǒng)的工作臺的結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)速度及精度要比傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)高得多，伺服電動機(jī)驅(qū)動數(shù)控刀架也已出現(xiàn)兩年多時(shí)間，當(dāng)然，真正普及應(yīng)用還要有一個(gè)過程。
1.2.1我們現(xiàn)有水平及國內(nèi)外對比情況
我國生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品應(yīng)該說滿足中低擋數(shù)控機(jī)床的配套需求沒問題，但在為高檔數(shù)控機(jī)床配套的附件產(chǎn)品方面與國外比較差距較大，產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力方面有差距，但不是很大主要差距在于整個(gè)行業(yè)的裝備制造能力和協(xié)作配套能力。因此對整個(gè)數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品水平影響較大，這是目前國內(nèi)產(chǎn)品水平較國外產(chǎn)品水平低的主要原因。
1.2.2我國數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品水平較國外低主要表現(xiàn)
（1）速度 基于材料、檢測能力、裝備制造能力等方面的條件限制，我過附件產(chǎn)品在速度方面較國外同類產(chǎn)品要差。例如數(shù)控銑床、加工中心配套的各類數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，日本日研公司直徑200mm數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺最高轉(zhuǎn)速可達(dá)88r/min,而國內(nèi)的只有12～16r/min.主要差別在于材料的選用。
（2）可靠性 國外數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用比較早，經(jīng)驗(yàn)豐富，再由于技術(shù)進(jìn)步，新材料、新結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)與應(yīng)用，使得其產(chǎn)品可靠性非常好。如日本日研公司部分規(guī)格的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的核心部件蝸桿副，齒輪采用氮化鋼，齒部表面氮化處理，硬度高；蝸桿為硬質(zhì)合金蝸桿；整個(gè)蝸桿副為硬齒面接觸，耐磨。既實(shí)現(xiàn)了高速，又保證了可靠性。而國內(nèi)基本上均采用傳統(tǒng)材料和傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，加上外購配套件的可靠性差造成產(chǎn)品的整體可靠性較外國產(chǎn)品的差距。可以說數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品的整體可靠性與我國目前整個(gè)工業(yè)發(fā)展水平有相當(dāng)密切的關(guān)系，隨著配套件水平的提高，整體狀況將有所改善。
（3）精度 我國數(shù)控機(jī)床附件的精度及穩(wěn)定性應(yīng)該說還是比較好的，基本上能滿足主機(jī)的配套要求。較日本、德國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品有一定差距，但不大，與臺灣地區(qū)產(chǎn)品相當(dāng)。這與行業(yè)企業(yè)近幾年抓質(zhì)量、提高質(zhì)量意識有密切的關(guān)系。
1.2.3相應(yīng)的措施
我國數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品可以說還處在一個(gè)發(fā)展階段，品種、規(guī)格、可靠性等方面還需要有一個(gè)完善的過程，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到成熟的程度。因此作為國家應(yīng)該給予一定的扶持，作為企業(yè)應(yīng)在適應(yīng)市場需要、加大產(chǎn)品的開發(fā)力度、提高裝備水平、采用新材料、新工藝、新技術(shù)方面多下工夫。我國高檔數(shù)控制造水平達(dá)到或接近國際水平，在制造手段上已逐步完善并已有頗具實(shí)力的開發(fā)生產(chǎn)能力，建立起不同程度的擁有一定規(guī)模的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)基地。數(shù)控機(jī)床正朝著高精度、高效率、高自動化、全功能的機(jī)電一體化方向發(fā)展。
1.3 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺的發(fā)展趨勢
1.3.1市場前景
隨著我們制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控轉(zhuǎn)臺將會越來越多的被應(yīng)用，以擴(kuò)大加工范圍，提高生產(chǎn)率。估計(jì)近幾年要求轉(zhuǎn)配數(shù)控轉(zhuǎn)臺的機(jī)床將會大幅度增長。預(yù)計(jì)未來幾年，雖然某些行業(yè)由于產(chǎn)能過剩，受到宏觀調(diào)控的影響而繼續(xù)保持著較低的行業(yè)景氣度外，部分裝備制造業(yè)將有望保持較高的增長率，特別是那些國家行業(yè)政策鼓勵(lì)振興和發(fā)展的裝備行業(yè)。作為裝備制造業(yè)的母機(jī)，普通加工機(jī)床將獲得年均15%----20%左右的穩(wěn)定增長。[3]
1.3.2發(fā)展趨勢
目前回轉(zhuǎn)工作臺已廣泛應(yīng)用于組合機(jī)床、數(shù)控機(jī)床和加工中心上，它的總發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)為：
（1）在規(guī)格上將向兩頭延伸，即開發(fā)小型和大型轉(zhuǎn)臺；
（2）在性能上將研制以鋼為材料的渦輪，大幅度提高工作臺轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)臺的承載能力；
（3）在形式上繼續(xù)研制兩軸聯(lián)動和多軸并聯(lián)回轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺。
1.3.3針對中國工作臺發(fā)展對策
上述現(xiàn)狀及資料說明，在今后的我們待解決問題有：（1）我國可傾式回轉(zhuǎn)工作臺要發(fā)展中高次品種，在提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能水平和可靠性的同時(shí)，跟蹤學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)技術(shù)，并在產(chǎn)品創(chuàng)新，提高工藝水平上多下功夫；總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研的結(jié)合，走專業(yè)化生產(chǎn)的路子，面向市場，參與競爭，滿足主機(jī)發(fā)展的需要。（2）可傾式回轉(zhuǎn)工作臺發(fā)展，依賴于行業(yè)技術(shù)水平和創(chuàng)新能力的提高，比如直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)和雙驅(qū)動技術(shù)正在采用研究。（3）制造業(yè)從剛性自動化向柔性自動化方向轉(zhuǎn)變這一社會需求，所以國產(chǎn)配套產(chǎn)件在產(chǎn)品質(zhì)量、性能、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、品牌信譽(yù)、外觀造型、精度穩(wěn)定性等方面有待提高。
1.4 本課題主要研究內(nèi)容和設(shè)計(jì)任務(wù)
隨著數(shù)控技術(shù)不斷發(fā)展與提高，使機(jī)床主機(jī)對配件要求與依賴都越來越高。機(jī)床配件技術(shù)發(fā)展間接決定了機(jī)床主機(jī)發(fā)展水平，專業(yè)化發(fā)展方向成為我國機(jī)床配件業(yè)總體發(fā)展趨勢。
可傾式回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計(jì)意義重大，怎么樣才能設(shè)計(jì)出可以回轉(zhuǎn)工作并且也能夠進(jìn)行90度傾斜的回轉(zhuǎn)工作臺。方案眾多。近些年來，隨著數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步、自動化程度的普遍提高，組合機(jī)床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床的種類和生產(chǎn)日益豐富，對高精度、高效率的工作臺回轉(zhuǎn)裝置的需求也越來越大。目前端齒盤為定位機(jī)構(gòu)的液壓式可傾式回轉(zhuǎn)工作臺廣泛運(yùn)用于數(shù)控機(jī)床和加工中心上。在各種數(shù)控機(jī)床和其他機(jī)械的制造中，數(shù)控端齒盤分度工作臺回轉(zhuǎn)裝置的應(yīng)用十分廣泛。本設(shè)計(jì)中也將嘗試這一技術(shù)進(jìn)行回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計(jì)。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)是研究端齒盤作為定位機(jī)構(gòu)的液壓式數(shù)控工作臺的工作原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算部分，設(shè)計(jì)思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后部分。設(shè)計(jì)從第二章展開，由工作臺的種類分析其結(jié)構(gòu)原理，在一般工作原理中提出自己的設(shè)計(jì)原理方法。第三章總體設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)和主要傳動結(jié)構(gòu)。第四章將工作臺設(shè)計(jì)細(xì)化，分別計(jì)算得出臺面、活塞、中心軸等尺寸。
第二章 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計(jì)原理
工作臺的種類繁多，為了更多地了解可傾式回轉(zhuǎn)工作臺這個(gè)行業(yè)的一些情況，簡介一些類別工作臺并對其設(shè)計(jì)原理總結(jié)，重點(diǎn)介紹液壓式回轉(zhuǎn)工作臺，通過本章的理論，推出設(shè)計(jì)方案。
2.1 常用的可傾式回轉(zhuǎn)工作臺
2.1.1回轉(zhuǎn)工作臺的主要種類及特點(diǎn)概述
轉(zhuǎn)臺帶有可轉(zhuǎn)動的臺面、用以裝夾工件并實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)和分度定位的機(jī)床附件，簡稱轉(zhuǎn)臺或第四軸，如圖2.1，所以也屬于回轉(zhuǎn)工作臺的一種。轉(zhuǎn)臺按功能的不同可分為通用轉(zhuǎn)臺和精密轉(zhuǎn)臺兩類。
圖2.1 轉(zhuǎn)臺[4]
2.1.2通用轉(zhuǎn)臺
是鏜床、鉆床、銑床和插床等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工時(shí)轉(zhuǎn)動工作臺，則可加工圓弧面和圓弧槽等。通用轉(zhuǎn)臺按結(jié)構(gòu)不同又分為水平轉(zhuǎn)臺、立臥轉(zhuǎn)臺和萬能轉(zhuǎn)臺。
（1）水平轉(zhuǎn)臺：
在圓臺面上有工件定位用的中心孔和夾緊用的T型槽。臺面外圓周上刻360°的等分刻線。臺面與底座之間設(shè)有蝸桿-蝸輪副（見蝸桿傳動）,速比為90:1或120:1，用以傳動和分度,蝸桿從底座伸出的一端裝有細(xì)分刻度盤和手輪。轉(zhuǎn)動手輪即可驅(qū)動臺面，并由臺面外圓周上的刻度（以度為單位）與細(xì)分刻度盤讀出旋轉(zhuǎn)角度。分度精度一般為±60″。水平轉(zhuǎn)臺的蝸桿伸出端也可用聯(lián)軸器與機(jī)床傳動裝置聯(lián)接，以實(shí)現(xiàn)動力驅(qū)動。
（2）立臥轉(zhuǎn)臺：
底座有兩個(gè)相互垂直的安裝基面，使臺面既可水平也可垂直放置。
（3）萬能轉(zhuǎn)臺：
臺面可以在0°～90°范圍內(nèi)傾斜任意角度, 使工件在空間的任何角度都能準(zhǔn)確調(diào)整?；剞D(zhuǎn)工作臺。
2.1.3精密回轉(zhuǎn)工作臺（rotary table）
精密轉(zhuǎn)臺用于在精密機(jī)床上加工或角度計(jì)量。常見的有光學(xué)轉(zhuǎn)臺、數(shù)顯轉(zhuǎn)臺和超精密端面齒盤轉(zhuǎn)臺。
圖2.2 精密轉(zhuǎn)臺[5]
（1）光學(xué)轉(zhuǎn)臺：
主軸上裝有玻璃或金屬精密刻度盤，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)將刻度細(xì)分、放大，通過目鏡或光屏讀出角度值。
（2）數(shù)顯轉(zhuǎn)臺：
轉(zhuǎn)臺主軸上裝有精密圓光柵或圓感應(yīng)同步器，由數(shù)字顯示裝置讀出角度值。上述兩種精密轉(zhuǎn)臺的分度精度最高可達(dá)±1″。
（3）超精密端面齒盤轉(zhuǎn)臺：
利用一對經(jīng)過精密對研的1440齒、720齒或360齒的端面齒盤分度定位,其分度精度最高可達(dá)±0.01″，作精密角度計(jì)量用。
2.2可傾式回轉(zhuǎn)工作臺常用原理
有一種可傾式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，其特征在于它由伺服電機(jī)、凸輪間歇分割器、傾斜軸、座體、微調(diào)機(jī)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)等組成，其中凸輪間歇分割器固裝在傾斜軸的端面上，然后整體配合在座體孔中，可傾斜任意角度；伺服電機(jī)聯(lián)接在傾斜軸的另一端并位于傾斜軸的空心范圍內(nèi)，它驅(qū)動凸輪間歇分割器的輸出端做連續(xù)或定角度旋轉(zhuǎn)。此外，在擺動工作臺上還加擺動角度微調(diào)機(jī)構(gòu)和定角度鎖緊機(jī)構(gòu)。[6]
還有常見的回轉(zhuǎn)工作臺的運(yùn)動由交流伺服電機(jī)驅(qū)動圓柱齒輪動，帶動渦輪蝸桿系統(tǒng), 使工作臺旋轉(zhuǎn)。當(dāng)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺接到數(shù)控系統(tǒng)的指令后，首先松開圓周運(yùn)動部分的渦輪夾緊裝置，松開渦輪，然后啟動交流伺服電機(jī)，按數(shù)控指令確定工作臺的回轉(zhuǎn)方向、回轉(zhuǎn)速度及回轉(zhuǎn)角度大小等參數(shù)。整個(gè)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺按照功用不同可以分為 兩個(gè)組成部分, 即圓周回轉(zhuǎn)部分和擺動部分, 在圓周回轉(zhuǎn)部分和擺動部分中，又可以按照傳動結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)部分，即齒輪傳動部分和蝸輪蝸桿傳動部分。[7]
圖2.3 回轉(zhuǎn)部分和傾斜部分中齒輪傳動、渦輪蝸桿傳動示意圖
2.3液壓式數(shù)控工作臺設(shè)計(jì)
隨著人類生活的物質(zhì)要求不斷提高和人類社會的不斷發(fā)展，越來越復(fù)雜的零件被設(shè)計(jì)運(yùn)動到各個(gè)領(lǐng)域。所以對加工它們的機(jī)床提出了更高的要求。液壓式數(shù)控分度工作臺實(shí)現(xiàn)工件的多工位加工，滿足工件的加工要求。液壓式數(shù)控分度工作臺為五工位組合機(jī)床的重要部件，其功能與加工中心的功能密切關(guān)系。
在液壓式數(shù)控分度工作臺總體設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要確定工作臺的參數(shù)，回轉(zhuǎn)工作臺最主要的參數(shù)為工作臺尺寸等，根據(jù)確定的零件的典型零件進(jìn)行選擇。工作臺尺寸是回轉(zhuǎn)工作臺的主參數(shù)，主要取決于典型零件的外廓尺寸、裝夾方式等。應(yīng)選比典型零件稍大一些的工作臺，以便留出安裝夾具所需的空間，還應(yīng)考慮工作臺的承載能力，承載能力不足時(shí)應(yīng)考慮加大工作臺尺寸，以提高承載能力。
端齒盤式分度工作臺 圖2.1、2.2所示是端齒盤式液壓分度工作臺的結(jié)構(gòu)原理圖。它主要由工作臺臺面、底座、夾緊油缸、分度油缸及齒盤等部件組成，其工作過程如下：
圖2.4 液壓式高精度工作臺解析圖1
（1） 分度工作臺抬起、松開 機(jī)床需要分度時(shí)，根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)出分度指令，由電磁鐵控制液壓閥（圖中未標(biāo)出），使壓力油進(jìn)入管道進(jìn)入分度工作臺7中央的夾緊油缸油腔10，并推動活塞6移動（油缸上腔9的油經(jīng)管道22排除回油）?；钊?通過推力球軸承5（軸承13與之配套使用），使工作臺7抬起，上端齒盤4和下端齒盤3脫離嚙合。在工作臺7向上移動時(shí)帶動內(nèi)齒圈12與齒輪11下部嚙合，完成分度前的準(zhǔn)備工作。同時(shí)，工作臺7向上抬起，推桿2在彈簧作用下向上移動，使推桿1能在彈簧的作用下右移松開微動開關(guān)D，發(fā)出松開到位信號。
（2）分度工作臺回轉(zhuǎn) 控制系統(tǒng)在接到松開到位信號后，控制電磁鐵（液壓閥）動作，使壓力油經(jīng)管道21進(jìn)入分度油缸左腔19，并推動齒條8右移（分度油缸右腔的油經(jīng)管道20排出回油）。齒條8帶動齒輪11做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)工作臺的回轉(zhuǎn)。改變油腔的行程，即可以改變齒輪11的回轉(zhuǎn)角度。圖中的分度工作臺為：油缸的行程163.28mm，齒輪回轉(zhuǎn)的角度。當(dāng)齒輪回轉(zhuǎn)的過程中，擋塊14放開推桿15；72o到位后，擋塊17壓上推桿16，微動開關(guān)E發(fā)出到位信號，回轉(zhuǎn)動作結(jié)束。工作臺的回轉(zhuǎn)速度可以通過液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
圖2.5 液壓式高精度工作臺解析圖2
（3）分度工作臺落下、夾緊 控制系統(tǒng)在接收到信號后，由電磁鐵液壓閥（圖中未標(biāo)出），使壓力油經(jīng)管道22進(jìn)入分度工作臺的夾緊油缸的油腔9，并推動活塞6下移（油缸下腔10的油緊管道23排除回油）?；钊?通過推力球軸承5（軸承13與之配套使用），使工作臺7落下，上端齒盤4和下端齒盤3嚙合、夾緊、定位。工作臺夾緊后，壓下推桿2，使推桿1左移，壓上微動開關(guān)C動作，發(fā)出夾緊完成信號。
（4）分度油缸返回 控制系統(tǒng)在接收到加緊完成信號后，控制電磁鐵（液壓閥）動作使壓力油經(jīng)管道20進(jìn)入分度油缸右腔18，并推動齒條8左移（分度油缸左腔19的油經(jīng)管道21排出回油），齒條8返回。這時(shí)，因?yàn)辇X輪11的內(nèi)齒圈已經(jīng)脫開，分度工作臺不動，同時(shí)擋塊14壓上推桿15，微動開關(guān)C動作，發(fā)出回轉(zhuǎn)信號。
第三章 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺傳動設(shè)計(jì)
通過對可傾式回轉(zhuǎn)工作臺的初步了解，本章對設(shè)計(jì)進(jìn)行整體分析并進(jìn)行原理解析，對工作臺的回轉(zhuǎn)部分和擺動部分設(shè)計(jì)，最后設(shè)計(jì)出總體傳動方案。
3.1可傾式回轉(zhuǎn)工作臺原理及設(shè)計(jì)
3.1.1工作臺回轉(zhuǎn)松開、夾緊原理和機(jī)構(gòu)
如圖3.1所示，工作臺需要回轉(zhuǎn)是通過油道1進(jìn)油使活塞2向上運(yùn)動，同時(shí)推動推力球軸承4使中心軸5向上運(yùn)動，從而工作臺也向上移動，實(shí)現(xiàn)上端齒盤6和下端齒盤7的松開，為實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)動作做好準(zhǔn)備。
當(dāng)工作臺回轉(zhuǎn)完成后，需要下降使工作臺夾緊時(shí)，油液會從油道8進(jìn)入活塞缸上腔，使活塞2向下移動，中心軸5帶動工作臺下降。使上端齒盤6和下端齒盤7嚙合，實(shí)現(xiàn)工作臺的夾緊定位。
圖 3.1工作臺回轉(zhuǎn)部分示意圖
3.1.2可傾式工作臺擺動原理
可傾式工作臺設(shè)計(jì)最重要的結(jié)構(gòu)就是擺動部分，此設(shè)計(jì)中的傾斜結(jié)構(gòu)如圖3.2所示，工作臺需要傾斜時(shí)，齒條2與齒輪1咬合，齒條2進(jìn)行徑向運(yùn)動，帶動齒輪1轉(zhuǎn)動，齒輪1與擺動架3由螺栓連接，擺動架3與底座6通過深溝球軸承相連，由于底座固定所以齒條2的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪1的擺動。擺動架跟著擺動實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)工作臺的傾斜運(yùn)動，可實(shí)現(xiàn)了工作臺90度傾斜。當(dāng)擺動到加工位時(shí)，齒條2與齒輪1分離，實(shí)現(xiàn)定位加工。
圖3.2工作臺擺動部分示意圖
3.2液壓式可傾式回轉(zhuǎn)工作臺的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.2.1擬定工作臺基本參數(shù)
在經(jīng)過查閱相關(guān)資料和進(jìn)行初步的CAD輔助設(shè)計(jì)后，液壓式數(shù)控分度工作臺根據(jù)使用的場合，所需要的大小和形狀有很多種類，本人設(shè)計(jì)的是組合機(jī)床上的一個(gè)分度工作臺，根據(jù)組合機(jī)床所需加工的示范零件輪廓尺寸如圖3.3，特設(shè)定基本參數(shù)如表3.1。
圖3.3典型加工
表3.1 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺相關(guān)參數(shù)
中心高
430mm
中心套孔直徑
30mm
工作臺臺面直徑
800mm
主軸連接尺寸
494mm
T型槽寬度
22mm
傾斜角度
90°
回轉(zhuǎn)角度
360°
使用壓力
2.5MP
最大載重量
3000kg
使用流體
液壓油
3.2.2液壓系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
通過液壓式回轉(zhuǎn)工作臺的基本原理和動作過程，可以了解到工作臺需要有兩個(gè)液壓系統(tǒng)：一個(gè)是提供壓力使工作臺實(shí)現(xiàn)抬起和下降的動作，而另外一個(gè)液壓系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)工作臺90°傾斜的動作。這兩個(gè)動作過程都需要液壓系統(tǒng)具有使工作臺平穩(wěn)動作的功能，不要在工作臺抬起、下降的時(shí)候產(chǎn)生顫動，影響加工精度。
如圖3.4所示，在液壓缸的兩側(cè)油路上都串接液壓單向閥（液壓鎖），活塞可以在行程的任何位置上鎖緊，不會因外界的原因而顫動，而其鎖緊精度只受液壓缸的泄漏和油液壓縮性的影響。為了保證鎖緊迅速準(zhǔn)確，換向閥采用了H型中位機(jī)能。這種液壓系統(tǒng)能很好的滿足液壓式可傾式回轉(zhuǎn)工作臺的要求。
圖3.4 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
3.2.3液壓泵的選擇
根據(jù)液壓式可傾式回轉(zhuǎn)工作臺的基本參數(shù)和CAD輔助設(shè)計(jì)對零件的設(shè)計(jì)，可以知道：實(shí)現(xiàn)工作臺的傾斜的液壓系統(tǒng)的壓力遠(yuǎn)比實(shí)現(xiàn)工作臺上下運(yùn)動的壓力要小，兩個(gè)液壓系統(tǒng)選擇相同的液壓泵，所以選擇液壓泵的時(shí)候只要滿足上下運(yùn)動的即可。
根據(jù)工作臺的最大承重量為3000kg。根據(jù)此設(shè)計(jì)的活塞尺寸如圖3.5：
圖3.5 活塞
活塞的作用面積為半徑110mm和半徑80mm圍成的環(huán)面。計(jì)算過程如下：
F=mg （式3.1）
F=3000kg×9.8N/kg=29400N
（式3.2）
根據(jù)的液壓馬達(dá)工作壓力，由《液壓傳動手冊》選擇CB-B4齒輪油泵，為工作臺液壓系統(tǒng)的液壓泵，其具體參數(shù)如表2.2：
表2.2 液壓泵參數(shù)
型號
流量
[l/min]
壓力
[MPa]
轉(zhuǎn)速
[rpm]
容積效率η[%]
重量
[kg]
驅(qū)動功率
[kW]
CB—B4
4
2.5
1450
≥85
2.8
0.21
第四章 可傾式回轉(zhuǎn)工作臺部件設(shè)計(jì)
通過前三章的設(shè)計(jì)分析，對工作臺的設(shè)計(jì)有了總體的框架和結(jié)構(gòu)，本章將詳細(xì)的闡述可傾式回轉(zhuǎn)工作臺的各個(gè)部件設(shè)計(jì)，包括部分零件的設(shè)計(jì)尺寸和安全校核，以及一些零部件的理論論述。
4.1工作臺的設(shè)計(jì)
4.1.1工作臺整體尺寸的設(shè)計(jì)
液壓式可傾式回轉(zhuǎn)工作臺作為需要回轉(zhuǎn)的部件，在其上還會有專業(yè)的夾具。為了滿足其回轉(zhuǎn)的功能，所以工作臺做成圓形件，且根據(jù)工作臺的加工零件范圍：最大載重量為3000kg,所以工作臺臺面選取800mm，工作臺的高度為130mm。工作臺表面需要T型槽，用于工作臺上夾具的定位夾緊。為了使工作臺耐用，在工作臺的中心處設(shè)計(jì)一個(gè)中心孔，用于安裝襯套的安裝。工作臺的下端面需要與中心轉(zhuǎn)軸和端齒盤安裝定位，所以要設(shè)計(jì)一個(gè)槽，槽寬與槽深都是根據(jù)端齒盤的尺寸來設(shè)計(jì)確定的。
4.1.2 工作臺T型槽設(shè)計(jì)
工作臺T型槽的作用是用T型槽固定工作臺上的夾具。T型槽的布置需要根據(jù)工作臺的尺寸確定，根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)的方案，T型槽長度為320mm，由于是五工位，所以布置5個(gè)T型槽，均布在工作臺的上表面。
根據(jù)工作臺的結(jié)構(gòu)要求和《機(jī)械設(shè)計(jì)簡明手冊》T型槽及螺栓頭部尺寸（摘自GB/T158-1996），選擇如下：
圖 4.1 T型槽
T型槽|A|基本尺寸/mm：22
T型槽|B|基本尺寸/mm：38
T型槽|C|基本尺寸/mm：18
螺栓選擇 公稱尺寸/mm：M20
4.1.3工作臺中心孔設(shè)計(jì)
工作臺的中心孔設(shè)計(jì)，是根據(jù)在工作臺中心孔上有一個(gè)襯套，襯套的作用是：當(dāng)襯套磨損了，可以方便更換。如果不用襯套，磨損后，則需要更換工作臺。因其是標(biāo)準(zhǔn)件，加工方便，更換成本低，而且還能起到一定的導(dǎo)向作用。襯套與工作臺的中心孔為小過盈配合。所以根據(jù)工作臺結(jié)構(gòu)要求和襯套的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可得，工作臺中心孔的孔徑為39mm。選取的襯套為外徑φ30mm，長45mm的襯套。
4.1.4工作臺螺孔分布設(shè)計(jì)
液壓式回轉(zhuǎn)工作臺需要中心軸和端齒盤與工作臺具有精確的相對位置。而工作臺是由許多點(diǎn)、線、面組成的一個(gè)復(fù)雜空間幾何體。當(dāng)考慮中心軸和端齒盤在工作中占據(jù)正確位置時(shí)，在實(shí)際安裝，進(jìn)行零部件需要螺栓的夾緊和定位銷的定位相結(jié)合才能滿足工作臺的動作要求。對于中心軸本設(shè)計(jì)采用螺栓和定位銷在工作臺上圓周均布，一般都采用三個(gè)螺栓與兩個(gè)定位銷對工作臺及其部件進(jìn)行定位夾緊。而對于端齒盤，由于選用的是標(biāo)準(zhǔn)件，工作臺上的孔必須與端齒盤向?qū)?yīng)。估設(shè)計(jì)出的工作臺如圖4.2：
圖 4.2 工作臺
4.2端齒盤
由于端齒盤是標(biāo)準(zhǔn)件，根據(jù)工作臺的尺寸，依據(jù)JB-T4316.1—1999 選用端齒盤的參數(shù)如下：
圖4.3 端齒盤
外徑D：630mm
內(nèi)徑d：500mm
齒數(shù)z：180
齒長F：25mm
齒盤副厚度H：80mm
體厚H1:30mm
齒盤厚度H/2+m：42.16mm
齒距t：11mm
齒厚S：5.5mm
齒內(nèi)徑d0:580mm
全齒高h(yuǎn):7.2mm
齒頂高m：2.17mm
空刀槽寬P：3.0mm
槽底傾角a：0°51′58″
分布圓直徑D1：540mm
螺栓孔數(shù)量：12
直徑：d1:17.5mm
沉孔：d2:28mm
沉孔深度b：16mm
錐孔d3：16mm
倒角C：2
最小抬起量：4.8mm
d4：M16
4.3中心軸設(shè)計(jì)
4.3.1中心軸尺寸設(shè)計(jì)
液壓式回轉(zhuǎn)工作臺的中心轉(zhuǎn)軸其結(jié)構(gòu)尺寸基本上是按照工作臺的整體尺寸確定的，其上端面的螺孔與定位銷都是根據(jù)工作臺的上端面的螺孔分布來設(shè)計(jì)的。其下端面的螺孔是根據(jù)與之配合的齒圈設(shè)計(jì)的，中心軸會20mm嵌進(jìn)齒圈的中心槽進(jìn)行定位，再使用三個(gè)均布的螺栓緊固。
中心軸最重要的部分是其右端面的直徑大小，在工作臺結(jié)構(gòu)允許的條件下，盡可能的使中心軸的支撐面大。因?yàn)橐簤菏綌?shù)控分度工作臺在分度旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，需要液壓油頂起活塞，活塞兩端都有推力球軸承，通過推力球軸承頂起中心軸支撐面，在此過程中工作臺的重心不一定在中心，所以會產(chǎn)生一定的傾覆力。中心軸的支撐面越大則產(chǎn)生的傾覆力越小，分度后的中心重復(fù)定位精度也將會提高。所以根據(jù)工作臺和端齒盤的尺寸，允許中心軸支撐面的最大尺寸為494mm。
圖4.4 中心軸
4.3.2中心軸軸承選擇
根據(jù)中心軸的動作原理，可知需要選擇推力球軸承。推力球軸承：推力球軸承由底圈、軸圈和鋼球保持架組件三部分構(gòu)成。與軸配合的稱軸圈，與外殼配合的稱底座圈。推力球軸承種類：按受力情況分單向推力球軸承和雙向推力球軸承。單向推力球軸承可承受的單向軸向負(fù)荷。雙向推力球軸承可承受雙向軸向負(fù)荷。雙向推力球軸承，其中圈與軸配合。底圈的安裝面成球面的軸承，具有調(diào)心性能，可以減少安裝誤差的影響。
推力球軸承的用途：只適用于承受一面軸向負(fù)荷、轉(zhuǎn)速較低的機(jī)件上，例如起重機(jī)吊鉤、立時(shí)水泵、立時(shí)離心機(jī)、千斤頂、低速減速器等。軸承的軸圈、底圈和滾動體是分離的，可以分別拆裝。
根據(jù)中心軸的軸頸：上端的軸頸100mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》表6—8推力球軸承（GB/T301—1995摘錄）可知，選用軸承代號為：51120。為了便于軸上零件的安裝，下端軸頸是90mm，選用推力球軸承（GB/T301—1995摘錄）軸承代號為：5118。
圖4.5 推力球軸承
3.4活塞設(shè)計(jì)
液壓式數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的活塞設(shè)計(jì)，根據(jù)軸心轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)尺寸可以確定活塞中心孔的大小為94mm，在設(shè)計(jì)中，當(dāng)兩個(gè)接觸面的距離較長時(shí)，適當(dāng)減少接觸面的距離，降低加工難度，也提高了精度。如圖活塞的上端面是一個(gè)專門的推力球軸承的支撐槽，推力球軸承的外徑為135mm，根據(jù)要求選擇了支撐槽的直徑為140mm?；钊叽缛鐖D3.6所示：
圖 4.6 活塞
活塞的半徑是根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力確定的，活塞作為液壓油驅(qū)動的部件，在其運(yùn)動過程中難免會發(fā)生泄漏現(xiàn)象，所以也需要密封圈，根據(jù)密封圈可以設(shè)計(jì)出活塞上的密封槽。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，活塞需要液壓油才能驅(qū)動，根據(jù)活塞工作原理，所以齒條需要密封。密封可以分為靜密封和動密封兩大類。靜密封主要有墊密封、密封膠密封盒直接接觸密封三大類。根據(jù)工作壓力，靜密封又可以分為中低壓靜密封和高壓靜密封。中低壓靜密封常用材料較軟寬度較寬的墊密封，高壓靜密封則用材料較硬接觸寬度窄的金屬墊片。動密封可以分為螺旋密封盒往復(fù)密封兩種基本類型。按密封件與其相對運(yùn)動的零部件是否接觸，可分為接觸式密封盒非接觸式密封；按密封件和接觸位置又可以分為圓周密封和端面密封，端面密封又稱機(jī)械密封。動密封中的離心密封盒螺旋密封，是借助機(jī)械轉(zhuǎn)動時(shí)給介質(zhì)以動力得到密封。
經(jīng)過以上的介紹，可知活塞需要往復(fù)的運(yùn)動，所以需要?jiǎng)用芊庠?，本設(shè)計(jì)選擇O型橡膠密封圈，它適用于裝在各種機(jī)械設(shè)備上，在工作壓力0—70MPA、溫度為-40—+120℃的不同液體和氣體介質(zhì)中，在固定或運(yùn)動的情況下起密封作用。根據(jù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》得適用于活塞的密封圈如圖4.7所示：
圖4.7 密封圈
表4.1 密封圈尺寸選型表
小密封圈
尺寸
大密封圈
尺寸
D1
155±1.19
D1
212±1.57
D2
3.55±0.10
D2
5.30±0.13
4.5傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.5.1傳動系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
根據(jù)液壓式可傾式回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理，在工作臺需要回轉(zhuǎn)的時(shí)候，液壓油進(jìn)入活塞下部將工作臺頂起，同時(shí)齒圈和下齒輪嚙合，準(zhǔn)備回轉(zhuǎn)。上升到位后，液壓系統(tǒng)將使液壓油進(jìn)入齒條油腔，推動齒條，齒條與上齒輪嚙合，并帶動上齒輪運(yùn)動，上齒輪與下齒輪是做成一體的，所以上齒輪帶動下齒輪旋轉(zhuǎn)。下齒輪與齒圈嚙合在一起，并且齒圈與轉(zhuǎn)軸是固定的，所以齒條的水平運(yùn)動館將會帶動工作臺的旋轉(zhuǎn)。
綜上所訴，此傳動系統(tǒng)的最主要的作用就是通過齒輪齒條和齒輪齒圈的嚙合使齒條的水平運(yùn)動轉(zhuǎn)變成工作臺的傾斜運(yùn)動。即為圖4.8所示：
圖4.8 齒輪齒條傳動設(shè)計(jì)
經(jīng)過動作的分析，在此設(shè)計(jì)中，齒輪齒條的作用只是轉(zhuǎn)動時(shí)進(jìn)行嚙合，而且頂起時(shí)傳遞的力只是克服轉(zhuǎn)軸與活塞內(nèi)孔壁摩擦力，此摩擦力比較小，所以齒輪齒條的設(shè)計(jì)計(jì)算只是根據(jù)傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和工作他的具體尺寸確定的。所以齒條半徑為35mm，齒輪分度圓半徑為130mm。
液壓泵的工作壓力是2.5MPa。
1、齒輪齒條轉(zhuǎn)矩
根據(jù)工作臺零部件之間合理的分布，可以確定齒條半徑為35mm，齒條油腔的面積為：
S=π*R2=3.14×352=3846.5mm2 （式4.1）
所以齒條在運(yùn)動時(shí)受力的推理為：
F=P*S=2.5×3846.5=9616.5N （式4.2）
齒輪齒條嚙合時(shí)，所受的轉(zhuǎn)矩就是克服中心轉(zhuǎn)軸與活塞內(nèi)壁的摩擦力，此摩擦力比較小。
2、齒輪齒條的轉(zhuǎn)速
由齒輪齒條的分度圓嚙合條件可知，工作臺實(shí)現(xiàn)90°傾斜時(shí)，齒輪需要轉(zhuǎn)動四分之一個(gè)圓周，所以
L=π*d×1/4 （式4.3）
=3.14×260×1/4
=204.1mm
齒輪轉(zhuǎn)動的圓周長度也即是齒條運(yùn)動時(shí)時(shí)需要運(yùn)動的長度，即為齒條油缸的長度。所以齒條油缸的體積為：
V=π*r2*L （式4.5）
=3.14×352×204.1
=0.7850m2
選擇的液壓泵流量為:4L/min
所以回轉(zhuǎn)工作臺需要的時(shí)間為：
t=V/q=9.5s （式4.6）
綜上所訴，齒條在嚙合的時(shí)候速度為：
V=L/t=17.4mm/s （式4.7）
齒輪在轉(zhuǎn)動時(shí)的轉(zhuǎn)速：
n=60/(t×5)=1.25r/min （式4.8）
4.5.2齒輪齒條設(shè)計(jì)計(jì)算
參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》第十章齒輪傳動進(jìn)行計(jì)算如表4.2
表4.2 齒輪齒條計(jì)算
項(xiàng)目
計(jì)算（或選擇）依據(jù)
計(jì)算過程
單
位
計(jì)算（或確定）結(jié)果
1.選齒輪精度等級
查[1]表10—8
選用7級精度
級
7
2.材料選擇
查[1]表10—1
齒條選用45號鋼（正火處理）硬度為200HBS
大齒輪選擇45號鋼（正火處理）200HBS
齒輪200HBS
齒條200HBS
3.選擇齒數(shù)Z
Z1≥17
Z2=iZ1
U=Z2/Z1
取Z1=130
Z2=1×130
=130
U=Z2/Z1=1
個(gè)
選擇：齒輪齒數(shù)為40，齒條齒數(shù)為42 傳動比1:1
4.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
(1)試選Kt
Kt=1.2---1.4
取Kt=1.3
Kt=1.3
(2)區(qū)域系數(shù)ZH
由[1]圖10--30
ZH=2.433
ZH=2.433
(3)計(jì)算齒條傳遞的轉(zhuǎn)矩
根據(jù)上述可知
T=191×103
Nmm
T=191×103Nmm
(4)齒寬
由結(jié)構(gòu)可知
B=22mm
B=22mm
(5)材料的彈性影響系數(shù)ZE
由[1]表10—6
ZE=189.8
MPa?
ZE=189.8
(6)齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限
由[1]圖10-21c
由[1]圖10-21d
MPa
(7)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N
由[1]式10-13
(8)接觸疲勞強(qiáng)度壽命
由[1]圖10-19
(9)計(jì)算解除疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力
取是小概率為1%，安全系數(shù)S=1，由[1]式10-12得
(10)試算小齒輪分度圓直徑
按[1]式10-21試算
(11)計(jì)算圓周速度v
v=17.4mm/s
m/s
0.0174m/s
(12)模數(shù)
b/h=22/3.9=5.64
(13)計(jì)算載荷系數(shù)K
由[1]表10-2查得使用系數(shù)
根據(jù)v=0.0174m/s，7級精度，由[1]圖10-8查得動載荷系數(shù)
由[1]表10-4查得
由[1]圖10-13查得
假定，由[1]表10-3查得 故載荷系數(shù)
(14)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正分度圓直徑
由[1]式10-10a
mm
(15)計(jì)算模數(shù)
mm
5.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
(1)計(jì)算載荷系數(shù)K
K=1×1.07×1.5×1.35=2.167
K=2.167
(2)齒形系數(shù)
由[1]表10-5
(3)應(yīng)力校正系數(shù)
由[1]表10-5
(4)齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
由[1]圖10-20b
由[1]圖10-20c
MPa
(5)彎曲疲勞強(qiáng)度壽命
由[1]圖10-18利用插值法可得
(6)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.3，由[1]式10-12得
MPa
(7)計(jì)算大小齒輪的
結(jié)論：齒條和齒輪的系數(shù)一樣，所以任選其一都可，此設(shè)計(jì)選齒輪
(8)齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
由[1]式10-17
mm
結(jié)論：對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的發(fā)面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的發(fā)面模數(shù)，取 =2，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，須按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=260mm來計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。于是由：，取，則
6.幾何尺寸計(jì)算
(1)計(jì)算中心距a
根據(jù)結(jié)構(gòu)需求
齒輪齒條中心距無窮大
mm
a無窮大
(2)計(jì)算齒輪的分度圓直徑d
d1=zm=130×2=260
d2是齒條無窮大
d1=zm=260
mm
d1=260
d2是齒條無窮大
(3) 計(jì)算齒輪的齒根圓直徑df
df=d-2.5mn
df1=d-2.5mn
=260-2×2.5
=255
df2為齒條齒根圓，所以無窮大
mm
df1=255
df2無窮大
(4)計(jì)算齒輪的寬度B
根據(jù)結(jié)構(gòu)需求
圓整后?。?
B1=22
B2=10
mm
B1=22
B2=10
(5)驗(yàn)算
所以合適
所以，由工作臺的結(jié)構(gòu)尺寸可以確定齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸，且齒數(shù)為40齒。齒輪具體結(jié)構(gòu)如圖4.9所示：
圖4.9 齒輪
根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，運(yùn)動齒條需要液壓缸進(jìn)行驅(qū)動，所以液壓系統(tǒng)中相當(dāng)于活塞的作用，根據(jù)活塞的工作原理，所以齒條需要密封。
經(jīng)過以上的介紹，可知齒條需要往復(fù)的運(yùn)動，所以需要?jiǎng)用芊庠?，本設(shè)計(jì)選擇O型橡膠密封圈，它適用于裝在各種機(jī)械設(shè)備上，在工作壓力0~70MPa、溫度為-40~+120℃的不同液體和氣體介質(zhì)中，在固定或運(yùn)動的情況下起密封作用。根據(jù)《液壓設(shè)計(jì)傳動手冊》選用適用于此齒條的密封圈如圖4.10：
圖4.10 密封圈
如圖所示：密封圈的公稱內(nèi)徑 D=67mm
端面尺寸 d=3.55mm
密封圈溝槽設(shè)計(jì)
根據(jù)上表面截圖尺寸d=3.55可以得出密封圈溝槽尺寸。
溝槽深度E1=3.1mm
溝槽寬度G0=4.2mm
在工作臺回轉(zhuǎn)時(shí)，需要轉(zhuǎn)動90°齒輪的擺動尺齒分布在115°范圍內(nèi)，所以與齒輪嚙合的齒條分布長度L
mm
d
L
79
.
260
260
14
.
3
360
115
*
*
360
115
=
′
′
=
=
p
（式4.9）
取與齒條嚙合的長度為270mm，齒條齒數(shù)為42齒。
所以齒條的尺寸如圖4.11所示：
圖4.11 齒條
4.6工作臺擺動架設(shè)計(jì)
4.6.1擺動架軸承選擇
按照第三章中的設(shè)計(jì)，工作臺的擺動是由齒條徑向運(yùn)動產(chǎn)生，擺動架在底座上的擺動來實(shí)現(xiàn)，擺動架與底座靠軸承連接。
進(jìn)行軸承選擇：
當(dāng)量分度圓直徑：
（式4.10）
齒輪上的圓周力：
（式4.11）
齒輪上的徑向力：
（式4.12）
齒輪上的軸向力：
(式4.13)
壽命：
（式4.14）
由參考文獻(xiàn)[1]表13-5，角接觸軸承最小e為0.38，即小于
最小值。
初步計(jì)算當(dāng)量動載荷:
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表13-8a得:,
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》查表13-5得：,先設(shè)Y為1.3則：
（式4.15）
根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]13-6,求軸承應(yīng)有的額定動載荷值：
（式4.16）
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表15-4及及動態(tài)載荷c，所以選用軸承6210，
C=29000N,=19200,,,
驗(yàn)算如下：
（1） 求軸向相對的e值和Y值
因?yàn)椋鶕?jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表13-5得：
小于最小值0.015，對應(yīng)的e值為0.38，Y值大于1.47
（2） 用插值法計(jì)算Y：
Y>1.47,則：X=0.44，Y=1.5
（3） 求當(dāng)量動載荷：
（4） 驗(yàn)證軸承6210的壽命，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式13-5得：
壽命高于預(yù)期計(jì)算壽命，所選用深溝球軸承軸承6210合適。
4.6.2擺動架設(shè)計(jì)
擺動架形狀設(shè)計(jì)必須滿足液壓管道、中心軸、端齒盤的配合。由于擺動架特殊的工作環(huán)境，應(yīng)用鑄造工藝方法比較簡便，故材料使用灰鑄鐵。
鑄件的壁厚太薄，容易發(fā)生白口和裂紋，所以必須結(jié)合零件的復(fù)雜程度、尺寸大小、材料以及制造工藝來確定。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》鑄件最小允許壁厚可查得，壁厚選擇為30mm。在工作臺底座需要有液壓油管道，所以根據(jù)《液壓傳動手冊設(shè)計(jì)》管道庇護(hù)計(jì)算公式：
（式4.17）
工作臺擺動架管道壁厚的計(jì)算，根據(jù)《工程材料》表6-7工程用碳素鑄鋼的牌號、含碳量、力學(xué)能與應(yīng)用?？芍猌G200—400的許用應(yīng)力為：200NPa。
由上式可得：
（式4.18）
所以在工作臺的底座設(shè)計(jì)的液壓油管道與底座壁有0.025mm就不會發(fā)生 泄漏，為其安全考慮在本設(shè)計(jì)中一般都大于3mm。
綜上所述，擺動架的結(jié)構(gòu)如圖4.12：
圖4.12 擺動架結(jié)構(gòu)
4.7工作臺底座設(shè)計(jì)
4.7.1材料選擇
工作臺的底座在鑄件經(jīng)加工后的一個(gè)零部件，工作臺底座的壁厚與選擇的材料有關(guān)，所以據(jù)表4.3：
表4.3 鑄造碳鋼機(jī)架常用材料
牌號
特點(diǎn)及應(yīng)用舉例
ZG200-400及ZG230-450
有一定的強(qiáng)度、良好的塑性與韌性，有較高的導(dǎo)熱性、焊接性切削加工性。但排除鋼水中的氣體和雜志比較困難，所以容易氧化和熱裂。常用語模鍛錘座、外殼、機(jī)座、軋鋼機(jī)機(jī)架、鍛錘氣缸體和箱體等。
ZG270-