毕业设计（论文）-电火花线切割自动运丝机构设计.docx

编号：毕业设计（论文）说明书题目：电火花线切割白动运花机构设计院（系）：机电工程系专业：机械设计制造及其白动化学生姓名：学号：指导教师单位：姓名：职称：题目建理论研究口实验研究艮口设计工程技术研究软件开发应用研究2015年05月15日摘要电火花线切割.其基本工作原理是利用连续移动细金属丝（成为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。本课题研究的是电火花线切割运丝机构的设计。为了避免火花放电总在电极丝的局部位置而被烧断，影响加工质51和生产效率。在加工过程中电极丝沿轴向作走统运动。丝整齐地绕在丝筒上，形成一个闭合状态，走丝电机带动丝筒转动时，通过导丝轮使丝作轴线运动。电火花线切割加工机床是开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金屈熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。关键词：电火花线切割：动丝机构：设计AbstractEDMwirecutting,itsbasicprincip1.eistousethecontinuousmovementoffinewire(awiree1.ectrode)ase1.ectrode,pu1.sesparkdischargeinadditiontometa1.corrosion,cuttingandshapingoftheworkpiece.ThisresearchisthedesignofwireEDMwirecuttingmechanism.Inordertoavoidthesparkdischargee1.ectrodewirein1.oca1.positionandbebroken,affecttheprocessingqua1.ityandproductionefficiency.IntheProCeJiSofe1.ectrodewireforwiremovementa1.ongtheaxia1.direction.Wireneat1.yaroundthewirecy1.inder,formingac1.osedstate,wiremotordrivesthescrewbarre1.rotates,throughtheguidewiretowirewhee1.axismovement.E1.ectricsparkwirecuttingmachineistheswitchcontactsbythephenomenaandthecausesofcorrosiondamageofsparkdischarge,foundthattheinstantaneoushightemperaturee1.ectricsparkcanme1.tthemeta1.oxide,1.oca1.andhasbeenremovedbyerosion,thuscreatingandinventedtheEDMmethod.Keywords：e1.ectricspark1.inecuttingwiremechanism:dynamicdesign目录1绪论11.1 国内外研究现状11.1.1 国外的发展及现状I1.1.2 我国的发展及现状21.2 数控电火花线切割加工原理31.3 本课题研究内容及背景42DK7740型线切割机走丝机构总体设计52.1 数控电火花切割机床型号介绍52.2 DK774O型数控线切割机整体结构图62.3 总体设计概况和思路62.4 电动机的选择72.5 确定储丝筒基本尺寸82.6 传动比的确定82.7 传动装置的运动参数设计83齿轮减速传动设计计算113.1 选择材料I1.3.2 压力角。的选择I1.3.3 齿数和模数的选择I1.3.4 齿宽系数内I1.3.5 确定齿轮传动的精度113.6 齿轮的校核134轴的设计计算及校核164.1 第I轴的设计及校核164.2 第I1.轴的设计及校核194.3 传动螺纹副的设计及校核235轴承寿命校核285.1 第I轴上轴承的校荷285.2 第川轴轴上轴承的校荷296键的强度校核306.1 联轴器处键的强度校荷306.2 储丝筒端盖与轴联接处键的校荷316.3 第I轴与小齿轮联接处键的校核316.4 第川根轴上键的校核327储丝筒的结构设计338导轨的设计358.1 导轨的特点358.2 导轨的设计369典型零件的工艺设计399.1 零件的形状399.2 零件的工艺分析399.3 确定毛坯的制造形式409.4 基面的选择409.5 制定工艺路线409.5.1 工艺路线方案一419.5.2 工艺路城方案二419.5.3 工艺方案的比核与分析419.6 选择加工设备和工艺装备429.7 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定429.8 确定切削用量及基本工时44总结54致谢55参考文献561绪论1.1 国内外研究现状1.1.1 国外的发展及现状电火花线切割加工(WEDM)是在电火花加工的基础上于50年代末最早在原苏联发展起来的一种新的工艺形式，是用线状电极靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割。1943年，原展联学者拉扎连科夫妇研究电火花放电时开关触点受腐蚀损坏的现象和原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被蚀除掉，从而开创和发明了电火花加工方法电火花线切割加工以获得广泛的应用。目前国内外的线切割机床约占电加工机床的60%以上。与电火花成型加工方法相比，线切割加工方怯具有设备成本低、生产效率裔以及工具电极的设计和制造大大简化等特点，同时还可节约一部分材料。因此，线切割加工方法自问世于前苏联以来，得到/迅速的发展。近20年来，电火花线切割机床的价格下降/六倍多，加工速度提高十几倍，工件的最大尺寸增加了十四倍，可加工的工件维度达到80"。目前慢走统线切割机床最小聊动雌位达0.1.m,加工精度已接近或达到精密磨削的精度，最大切削速度超过300三7min,标志着WEDM总的加工速度有了明显的提高，微精加工脉冲电源的开发，使精加工表面粗糙度可达到RaO.2um(多次切割)。线切割加工水平的提高使它从“特种加工”进入到常规加工的行列。线切割加工水平的提高不仅归功丁机械结构和工艺方法的改善，更得力手先进技术的应用和计算机软件的发展。欧美和日本等国研究的数控低速走空电火花线切割机床,采用闭环数字交(直)流伺服控制系统，动态性能好、定位精度高。同时机床具有数字自适应控制电源，并具有自动走丝、自动卸除废料、短路自动回退等自动化技术，对电极丝张力和工作液压力也可进行控制,同时，集以D、以PP、CAM及仿其于一体的自动编程系统不断发展和成熟，H前堪于PC的图形交互式自动编程系统成为线切割自动编程系统的主流。从2002年美国芝加哥国际机床展展出的线切割机床可以看出当前国外WEDM的技术特点与发展动向：(1)提供不同档次的系列产品，供用户选择(2)改进了走丝系统，使运丝更平桓，张力更稳定(3)自动穿丝与自动重穿丝技术该功能虽然是国外WEI>M普遍配备的，但近年来的改进亚点在提尚可靠性和穿丝速度上.(4)减少机床的热变形，提高热稳定性(5)高精度的倍度切割(6)直线电机的应用联网这是一个在适应网络时代的到来而开拓的新功能。虽然与外部计嵬机的通信并不是新鲜事，按任务的要求可以把外部计算机看成是机床数控系统的外围设备，也可以把机床看成是外部计算机的一个终端。这一功能尽管目前的实用性还不够明显，但无疑是今后的一个发展方向。(8)拓展在零件加工中的应用(9)高速度加工高速度化一直是国外厂商追求的H标。在这方面，日本厂商一直走在世界的前列.例如，三菱电机公司的标准型DWCH系列机床，由于采用G25电源，最高生产率达250Mif7min,其经济型DwCC2系列机床也是250rar7min°著名的Sodick公司的A500E型电火花线切割机的电源数控柜由于采用32位CPU,使加工速度大幅度提高,同样可以达到300(un7min1.1.2我国的发展及现状高速走丝电火花线切割机是我国当前发展的主要产品，广大的科技工作者为了进一步提高它的工艺性能及自动化程度做/大量开发工作，并开发生产J'2(XX)nun×1.2(X)nm×5(M)mn及I(X)OnHnX63OmmX1.(XX)mn等超大型高速走丝电火花纹切割机床，扩大/它的应用范围，满足了用户的各种需要,使其年产量稳步增长，至今以达到了12000台/年，并有约300台/年出口到世界各国。多年来，我国生.产的数控电火花切割机一直是单一的高速走丝线切割机。随时间推移，为了满足市场需求，又开发生产了自旋式电火花线切割机、走丝速度可调的电火花切割机(含高低双速走丝电火花纹切割机)以及低双速走丝电火花线切割机等。机床品种的多样化可以满足用户的需要，扩大数控电火花线切割机加工的应用范围.低速走竺电火花线切割机过去曾是“进口机”的代名诃，现在已有苏州沙迪克三光机电有限公司、北京阿奇工业电子有限公司、苏州电加工机床研究所，汉川机床厂等多家制造厂商自行开发生产，年产量达300多台。这些机床性能好，价格不到进口机的一半，深受国内用户的欢迎。高速走丝有助于工作液进入窄小的加工区，改善持周条件，这对于切割大厚度工件以及提高切割速度都是很有作用的。同时，电极丝的往返运动可使电极丝重史使用，减少电极丝的消耗，降低切割加工的生产成本。然而，高速走丝也会造成导向潜(导轮、导向块等)的磨损和系统的振动，加上电极丝的张力不容易控制.它将绐加工桎定性、加工精度及表面质量带来严重影响。为了解决高速走丝所存在的问题，完善高速系统，广大科技工作者己做了大量的开发研究工作，并获得了明显的效果。上海大量电子设备有限公司已于1999年开发生产了数字程序控制短程往返走丝系统，根据加工条件设定正向移动和反向移动的时间，以消除高速走丝的换向切割条纹，改善加工表面质量.北京阿奇工业电子有限公司根据高速走竺正向和反向移动张力不的缺点，开发了新型的恒张力裔速走丝机构。这种新型的恒张力高速走丝机构.这种新型机构不仅可以紧丝，而且可以保证正向和反向移动时电极丝的张力基本一致.因此，走丝系统上、下丝架的导轮是对称设置的，可以保证正、反向移动时产生摩擦阻力相近，使电极丝的张力在整个过程中恒定。电极丝的张力直接影响电极丝的振动和频率，并影响线切割加工的效果，为了使高速走丝系统的电极丝的张力恒定，华中理工大学开发了一种高速走丝线切割机铝丝恒张力伺服系统。这种控制系统的实际使用虽然存在不少问题，但他们的开发思路是积极的。为提而丝架的刚性，南昌江南电子仪器厂开发J'龙门式丝架，非常适合下大中型电火花线切割机，且锥度切割不受偏移珏限制°苏:州沙迪克:光机电有限公司开发生产的维度切割装置可以稳定切割720的推型零件,而苏州金马机械电子公司的DK7740B机床能在200mm厚的工件做300惟度的切割，表明近几年来我国高速走丝WEDM机床的加工范围有了较大发展。1.2数控电火花线切割加工原理电火花线切割加工原理如图所示，工具电极（钳丝或铜丝）接直流脉冲电源的负极,工件接直流脉冲电源的正极，当工具电极和工件的距离在一定范围内时，产生冰冲性火花放电，对工件进行切割。火花放电能够切割工件的主要原因是：正负电极在绝缘工作液中靠近时，由于正负电极的微观表面是凹凸不平的，电极间的电场分布并不均匀，离得最近的凸点处的电场强度最离，两极间介历先被击穿，形成放电通道，同时电潦迅速上升。在强大的电场力作用下，通道内的负电子以很高的速度奔向阳极（正极），正离子也以高速奔向阴极（负极）。负电子和正离子在高速运动时互相碰撞，阳极和阳极表面分别受到电子流和离子流的强烈轰击，使两电极间隙内的微小通道中瞬时产生高温，通道中心温度达到5000100OO度，瞬时产生的高温由于来不及扩散，使局部金属材料熔化甚至少量金属气化，同时在工件和电极之间的部分绝缘工作液也产生气化，气化后的金属蒸汽和工作液迅速膨胀并产生爆炸，使得熔化和气化后的金属材料从金属表面抛离出来而达到切割的目的。图17是快走丝切割加工的示意图。工具电极细相丝5穿过工件2上预先钻好的小孔，经导轮由储丝筒4带动作往县交普移幼，工件通过绝缘板1安装在工作台上，工件台在水平而X,Y两个坐标方向各自按给定的控制程序移动而合成任意平面曲线轨迹.脉冲电源3对电极丝与工件施加脉冲电压，电极丝与工件之间绕注一定压力的工作液，当脉冲电压击穿电极丝与工件之间的间隙时，两者之间产生火花放电而切割工件。32-二帆3-累？电鼻;4-XS:5-¢图I1快走线切割加工的示意图线切割的加工精度可达±0O1.mm,表面粗糙度Ra为1.25um23um.线切割机床的控制方式有靠模仿型控制、光电跟踪控制、数字程序控制等方式，但H前国内外95与以上的线切割机床都己数控化，采用不同水平的数控系统：单片机、单板机和微机。线切割加工屈丁电火花加工，但由丁采用细金属丝做工具电极，无需制作成型工具电极，大大降低了成型工具电极的设计、制造费用，缩短了生产准备时间，而且细的电极丝可以加工细微的异形孔、窄缝和纪杂的工件。由于采用移动的长电极丝进行加工，单位长度电极丝的损耗较小，从而对加工精度的影响较少。13本谡题研究内容及背景本课题研究的是电火花线切割运丝机构的设计。为了避免火花放电总在电极丝的局部位置而被烧断，影响加工质量和生产效率。在加工过程中电极丝沿轴向作走丝运动。丝整齐地绕在丝筒上，形成一个闭合状态，走丝电机带动丝筒转动时，通过导丝轮使丝作轴线运动。电火花线切割加工机床是开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明/电火花加工方法。这样，就有电火花机床走竺运动。2DK7740型线切割机走丝机构总体设计2.1 数控电火花切割机床型号介绍电火花线切割加工机床根据电极。丝运行速度不同分为快走丝和慢走丝两种机床，所谓“中走丝”并非指走丝速度介于高速与低速之间，而是豆合走丝线切割机床，其走丝原理是在粗加工时采用8-12ms高速走丝，精加工时采用1.-3ms低速走丝，这样工作相对平稳、抖动小，并通过多次切割减少材料变形及铝丝损耗带来的误差，使加工质量也相对提高，加工旗量可介于高速走统机与低速走丝机之间。闪而可以说，用户所说的“中走丝”，实际上是往更走丝电火花线切割机借鉴了一些低速走丝机的加工工艺技术，并实现了无条纹切割和多次切割。dk7710线切割机/线切割,有中走丝和快走丝两种线切割。如图27线切割机/线切割组成主要包括：D主机：包括床身、坐标工作台、走丝机构等：2）脉冲电源：把交流电流转换成定频率的单向脉冲电流：3）控制系统控制机床运动；4）工作液循环系统：提供清洁的、有一定压力的工作液。图2-1电火花机床I-储丝筒；2-走丝溜板：3-丝架：4-上工作台：5-下工坐台：6-床身：7-脉冲电源及微机控制柜图2-2线切割机整体结构图2.3 总体设计概况和思路电动机4留丝我速度贮丝筒尺寸*铝丝直径齿轮传动比丝杠转速"进给速度丝杠燥距K2-3设计思路2.4 电动机的选择确定运丝机构所需的功率.运丝机构的工作原理是电动机通过弹性连轴器带动反轴转动,长轴中间装仃储丝筒另端是齿轮传动,通过齿轮副传递到第二根轴，第二根轴同样通过齿轮副将运动传递到丝杠，将螺母固定到工作台上面，丝杠与螺母配合，从而驱动整个运丝机构在导轨上运动。驱动运丝机构时于统杠需要的驱动力记为F,则电动机所需要的功率为FvP1000其中一一总效率，%电动机的效率，%=0.70;小滚动轴承的效率，小=0.99：小滑动抽承的效率，小=0.97：%齿轮传动的效率，久=099：s一一连轴器的效率，=099：则，7=WSH=0.70x0.99”×0.97-×0.99晨0.99'=0.5897假设丝杠的线速度V=8%，假设丝杠力”=30N,则电动机的功率为F.vI(XX)/3O6.5OOOI(XX)X0.5897=330.6W(2-1)转速为""in,可以取值稍微大一些的电机，如卜;型号为YS7124三相交潦异步电动机电动机的基本参数为功率：370W频率：50HZ效率：0.70功率因数：0.72工作制：S1.防护等级：IP55环境温度：40C电压：2v电流：,9%12转速-400Zin重量：6.8Kg绝绥等级：B级冷却方式：IC4U2.5 确定储丝筒基本尺寸确定走储丝筒直径：走丝速度一般在7-12ms°确定储丝筒直径，选择电动机转速n=1400rnin.V=-MJ由1.0×60可知当V=7”S时得：C100OX60Xy100oX60x7一3.141.411n(2-2)(2-3)D=95.5"”当y=12"“s时得：,、100OX60Xy100O×6O×I2z,oD=163.8，11n3.14x1400所以选择储丝筒直径应在95.5'163.8之间为了满足加工要求，设计时储丝筒的直径假设D=150皿则走丝速度为VG1.30411s°2.6 传动比的确定令储丝筒每转转时其轴向移动距离s=3ran.丝杠的导程取尸3三,从储丝筒到丝杠经过两级直齿圆柱齿轮变速，由于机构传动载荷较小，记为1.则，由于si1.×i2×p=Q.47可得减速i=ii=0.157。线切割机床所用的粗丝的直径应小于s,否则，走丝时会产生叠丝现象而导致断丝。2.7 传动装置的运动参数设计从与电动机相连接的面速釉到低速轴算起，各轴依次命名为【釉，II轴，川轴。1 .各轴转速计算第I轴转速1=w=400rmin第II轴转速”,=3=720rmin=2(2-4),2第In轴转速/=2=必=240min1.=3(2-5)J23式中n电动机转速/,第I轴到第II轴传动比i2第I1.轴第In轴传动比2 .各轴功率计算第I轴功率P1.=P小%小'=330.6×0.99X0.99'W=34.4W第I1.轴功率p,=pi-7,27j=314.4X0.972×0.99W=292.86W第In轴功率PI=外½2Z=292.86X0.99?X0.99W=284.16W式中小电动机的效率，小=0.70：小滚动轴承的效率，小=°99；,滑动轴承的效率，入=0.97；i一一齿轮传动的效率，i=0.99；i连轴器的效率，%=0.99:3 .各轴扭矩计算第I轴扭矩T.=9550X且=955()X=2085.08Vmm(2-6)'ni140()第II轴扭矩7；=955OX以=9550×=38S4.46Nmm(2-6)1 n2720第HI轴扭矩T、=9550×区=9550×=I1.307.2N”(2-6)ni240将以上计算数据列表2T表2T计算数据列我轴号转速n(rmin)输出功率P(W)输出扭矩J(Nmm)传动比i效率I轴14314.42085.0810.66I【轴720292.863884.4620.93240284.1611307.230.933齿轮减速传动设计计算3.1 选择材料根据表7-1,选择齿轮的材料为15钢,经调质硬度HBS可达22928603.2 压力角的选择由机械原理知识可知,增大压力角,能使轮齿的齿厚和节点处的齿麻曲率半径增大，可提高齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。此处，压力角可取20°。3.3 齿数和模数的选择对软齿面的闭式齿轮传动，其承我能力主要取决于尚面接触疲劳强度。而齿面接触应力的大小与小齿轮的分度网宜径有关，即与齿数和模数的积有关，因此在满足弯曲疲劳强度的前提E,比选择较小的模数和较多的齿数。这样除能增大重合度,改善传动的平稳性外,还因模数的减小而降低齿高，从而减小金属的切削量,减少滑动速度，减少磨损，提高抗胶合能力。I轴上齿轮齿数Z取23,小齿轮齿数K取46,11轴上轴齿轮齿数小取23,大齿轮齿数二,取70,模数m取2.3.4 齿宽系数%由强度公式可知，当栽荷一定时,增大齿宽可以减小齿轮直径，降低齿轮圆周速度。但增大齿宽，齿面上的我荷分布不均匀性也将增大。查表7-7,中间轴上的齿轮与大齿轮啮合时取齿宽系数视为1.0；悬臂上的齿轮与小齿轮啮合时取火为0.5.根据公式8=乩4,计算结果圆整为5的整数倍，作为大齿轮的齿宽,小齿轮齿宽取bi=b2+(5-O)fw1.,以补偿加工装配误差。3.5 确定齿轮传动的精度根据GB10095-1988规定，齿轮精度等级分为12级，1级最高，12缎最低,常用69级。根据表7-8选用7级精度的齿轮。齿轮材料、热处理方法及齿面硬度因为载荷中有轻微振动，传动速度不高，传动尺寸无特殊要求，属于一般的齿轮传动，故两齿轮均可用软齿面齿轮.查£机械基的P心表M10,小齿轮选用45号剧，调质处理，硬度236HBS：大齿轮选用45号钢，正火处理，烈度为190HBS.精度等级初选减速器为一般齿轮传动，圆周速度不会太大，根据女机械设计学基础P表57,初选8级精度。选小齿轮齿数Z=23,则大齿轮齿数为ZFiZ,所以4=2Z=223=46使两齿轮的齿数互为历数.取值Z,=46(2)按齿面接触疲劳强度设计齿轮由了本设计中的减速器是软齿面的闭式齿轮传动，齿轮承载能力主要由齿轮接触疲劳强度决定，其设计公式为：42.32柏/K1.三D(3-1)确定载荷系数K因为该齿轮传动是软齿面的齿轮，圆周速度也不大，精度也不高，而且齿轮相对轴承是对称布置,根据电动机和载荷的性质杳机械设计学基础P“t表5-8,得K的范围为1.41.6,取K=I.5。接触疲劳许用应力=詈N(3-2)MVmi)接触疲劳极限应力由机械设计学基础Rs图530中的NQ取值线，根据两齿轮的齿面硬度,查得45钢的调质处理后的极限应力为frMhmi-600MPa,CF"".?-56OMPaii)接触疲劳寿命系数Z、应力循环次数公式为=60njt工作寿命每年按300天，每天工作2X8小时，故U=OOOX10×2×8)=ISOOOhN1-60×466.798×1×48000-1.344×10*=1344x1.£=32076x1.0X(3.3)i4.19三机械设计学基础P川图531,且允许齿轮表面有一定的点蚀Zx1=1.02Zv2=I.15iii)接触疲劳强度的最小安全系数Sj查机械设计学基础P1.i1.¾5-10,得Si=Iiv)计算接触疲劳许用应力?小。将以上各数值代入许用接触应力计算公式得°nm1.=600x'02MPa=61IMPa(3-4)pSi1一叫娘心=州叩5MPa=644MPa(3-5)pSiIvi)计算小齿轮直径也由于b,2>b.,故应相。”代入齿面接触疲劳设计公式，得d,2.32Xj岛)'w-1-36.85mm网周速度V11n.d.X480×56.85,.V1=1.J-=1.435s'6000060I(XX)S。机械设计学基础P“,表57,v<211s,该齿轮传动选用9级精度。根据标准齿轮模数系数选用模数为:第减速齿轮模数m=2,第二减速齿轮模数m=2:表3T啮合齿轮的几何尺寸齿轮Z1.ZZ2Z2'齿数23462370分度圆直径469246140齿顶圆直径509650144齿根圆直径418741135齿宽22Is22JD3.6齿轮的校核已选定齿轮采用45钢，锻造毛坯，软齿面，齿轮渗碳淬火HRC56-62,齿轮精度用7级，软齿表面粗糙度为R,=1.6,对于需校核的一对的齿轮，a.设计准则按齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核.b.按齿面接触疲劳强度计算式中：Z”一节点区域系数，用来考虑节点齿廓形状对接触应力的影响，取Zn=2.5：Ze材料系数，地位为屈屈,查表7-5,MZ189.8-/MPa：Zr-重合度系数，取Z,二0.90；为一齿宽系数,取四二1：u一齿数比，其值为大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，u=120选择材料的接触疲劳极限应力为：=5W)M/%Cu=5fiOM"选择齿根弯曲疲劳极限应力为:CrEn=230MPa<r,hm=210MPa应力循环次数N计算可得Nt=60t,w/=60X437.5×16×300×8=10.08X10«(3-7)则M=M=但史=0Q时(3-8)2杳得接触疲劳寿命系数为ZM=1.01,zv2=1.o2杳得弯曲疲劳寿命系数为Y,=丫心=I杳得接触疲劳安全系数S“ms=1，弯曲疲劳安全系数Sfem=1.5.齿轮的应力修正系数，按国家标准取2.0,试选K,=1.3,求许用接触应力和许用弯曲应力：又匕为试验,1.1.=三-ZM=幽*1.01=585.8MPaSnmnIzr,=巴MZ,1.=x1.O2=57IPaSMEi1.It1f71.h,sTY23()×1If1.AA7XIPn(3-9)(3-10)(3-11)S,11u1.5bf's,sX1.280MPaDa，cI>EwI(3-12)将有关值带入公式(3-35)得：=,卜Z“ZZY2K,I"+1=1.1.p.5x!89.8x0.9y.2x1.3×16760312-M"YEjJ丁丁认S?1jxix-r29.78mm=0.68m/5(3-13)研对”X29.78X437.5600-60x100010025x0.68100=U7mis(3-14)杳图得K,=1.05；杳得&二=1.6,查得K*=1.17,取KI1.=I,2,则K11=KKyKftKa-1.6×1.05×1.17×1.2-2.359(3-44)修正4=CCrC2.359436.32,c=29.78X=36.32,WH.m=1.5wnV1.3125取标准模数旷2mm,与前面选定的模数相同，所以斫2间符合耍求.d校核齿根弯曲疲劳强度校核两齿轮的弯曲强度2X1.653X167601×252×2×4.0×0.7=31.03fP,1.(3-15)查得ytxi=4.0.%2=4.08,取=0.7(3-16)f2=f2&=31.03×-=3O.42jW¼,2Ytsi4.08所以齿轮完全达到要求。4轴的设计计算及校核4.1第I轴的设计及校核先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。根据表153取八=112,于是得,Ia,j24641.（F'-=Aj1.-=112Jmn=6.3m,nYI4（X）由右轴较长，并且轴上装有储丝筒直径较大，最小直径处需要与连轴器相配合，另外轴上开仃键槽,查表选取t的类型及其尺寸为普通平建8xx/,:5X5X2Omra选取连轴器为弹性柱销连轴器,与轴配合的尺寸取45=11w，长度为JU=25”.轴的结构设计1）定轴上零件的装配方案如图47所示图4-1笫一根轴的装配方案2）求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图(e)水平面弯矩图InTnnTnTnTTTTm(d)水平面受力图MhrrrrrnTrnITnWrrTTT(f)合成学矩图MTTTm三三3扭矩图,I1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.innwiT侬蚓'1.iiiiiiiiiiiiiii1111WHII.IWrni图1-2第一根轴的受力分析由图分析各支点处的受力状况：由前已知：转矩T.=9550X3=955()×=-=168ONmm(4-1)ZJ1I4(X)区=立您=98.8N(4-2),434E=Etan20=98.8O.364N=36N(4-3)在垂直面内对B点取矩可得：GX4=Fnj1.2+Fr(1.2+1.y)式中ZI=52”.1.2=3Q1.mm,1.y=31.5MWf，G=I(X)N。招这些数值代入上式课求得.39.7N。又由G=小+小+E，可得瓜产24.3N.则在垂直面内B,C.D点处的弯矩分别为%=0：M、=o.冬=24.3X=373ONmmWm62=户；XA=36X31.5=1134N/.计算水平面内各显对B点取矩Fn1.1.2×1.z=F1.×（1.2+1.i）可得%2=°89NM4而毛及=£可得=98.8x31.5，U2>Y0W,表示其方向与图示假设方向相反.则在水平面内B,C.D点处的弯矩MAI=°，Mg=F1×1.3=98.831.5=3112rmm。如图所示轴上A-E点各处的扭矩均相等，Tt=9550噜=9550×=1680Nmm可知D点处弯矩最大，其值为M2=JA1.J+M1=h342+31I22=3312Nmm。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面D是轴的危险截面.(4-4)(4-5)(4-6)(4-7)(4-8)现将计算出的截面D处的，M心及A刀列丁下表4-1«41截面D处计算结果载荷水平面H垂直面Y支反力F%2=089N“39.7N弯矩M,W,m,=3H2r%w=1.1.34N"m总弯矩2=JMX/+AfJ=3312Nnun扭矩T=1680rz三5）按弯扭合成应力校荷轴的强度进行校荷时，通常只校荷轴1：承受地大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据式155及表中的数据，并取=0.6,轴的计算应力JWj+(aT)2%：W(4-9)3312(0.61.(Wu70.1×342=29.9MPa前已选定轴的材料为45钢,调质处理由表151查得1=6OP.因此e1.<<,故安全4.2 第I1.轴的设计及校核1 .轴上的各参数2 .求作用在齿轮上的力由齿轮设计部分知大齿轮的分度圆直径为可以求得大齿轮上的受力状况：七=%=2、鹏=28.7Nd-92(4-10)Fr2=F1.2tan20=28.70.364N=IO.5N(4-11)同样右端销齿轮上受力状况为：分=生=2竺=3I7.4N力34(4T2)1.=Ejan20=317.40.364N=II5.5N(4-13)3 .初步询定轴的最小直径先按式(152)初步估算轴的最小直径。根据表153取A=112,于是得11.J230×10=1123nun=9.25”(4-14)407轴上最小直径处是螺纹连接，其作用是对齿轮起到轴向定位的作用则我一叫=9.5”，长度1.M=I3.5”用两个螺母紧固。4 .轴的结构设计(1)对于轴H的装配方案:图43第：根轴的装配方案其一，传统的传动方案，由丁轴的长度较小，可以将轴的左端利用滑动轴承紧固在箱体上，为了增加轴的传动平稳性，可以增加轴承的数量，在轴I-H段安放两个调心球轴承，同时在箱体壁上开处直径d=6w的孔，为了轴承的拆卸方便，轴承外圈与箱体壁的配合采用过盈配合。轴上齿轮采用普通平键联接固定在轴上，右端同样采用螺母轴向定位，由于第二级齿轮传动的齿轮同时对轴由若支掾的作用这种方案的缺点是轴的平稳性能不够好，成本较高。其二，将轴固定在箱体壁上，同时在箱体壁上开出直径为4=6”的孔.一边轴的拆卸方便，轴上需要安放齿轮,同时齿轮要作高速旋转，同样乂为两种方案：a.轴与齿轮间采用滚动轴承联接，但是由于齿轮的轮毂长度较大，对于每个轮毂上需要安放两个滚动轴承，其缺点是成本较大安放与拆卸麻烦。b.轴与齿轮间采用滑动轴承配合，即能满足传动的要求，又节约成本，轴瓦的材料可以选用铸造青铜，因为铸造育铜主要用于高速，IR载的轴承,同时可以承受较大的冲击，其成分为ZCsb3().对比以上装配方案，在同样能够满足使用要求，同时乂经济，装配与拆卸方便的原则，可知第二种装配方案种的滑动轴承联接更好。5 .求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图，再根据轴的计算筒图作出轴的弯矩和扭矩图（八）求意图(b)垂直向受力图6/直Bf弯矩图(d)水平面受力图(。)水平面看矩图(C合成畤短图S)扭矩图(B)为短图Fnv1.irr3V1.rrrnTnTrrjFnh1.fM1.rrr11T三K5nT11T1.TkMTrTTnTr图47第二根轴的受力分析由图分析各支点处的受力状况：由前已知：T,=955OX区=9550X=53t)6Nmm转矩如加27；=2×1680=287,d2117Fi2=F1.2Ian1.O=28.70.364N=10.5Nr27,2×5396.r%=-=31IAN”434心=Rjan20=317.4.364N=I1.5.5N根据力的合成定理计算出A点处的支反力在水平面内，%+%=%，(4-15)(4-16)(4-17)(4-18)(4-19)(4-20)(4-21)(4-22)(4-23)带入数值可以求得%=346.1N,在垂直面内，小带入数值得Fnv1.Q5N,方向向F,由图课知