毕业设计：五工位回转工作台组合机床之工作台设计

摘 要 本论文对回转分度工作台进行了设计，通过研究分度工作台的原理，结合数控、液压驱动、齿轮传动等知识，设计出一种用于五工位组合机床的回转工作台。为了提高工作台的分度精度，本设计采用端齿盘用作分度装置，液压作为驱动置。关键词：回转工作台；分度；液压驱动； 齿轮 Abstract This paper is about the turning points degrees workbench, through the research design principle of indexing worktable with CNC, hydraulic drive, gear transmission, etc, and designed a kind of knowledge for five station of rotary worktable portfolio tools. In order to improve the workbench indexing accuracy, this design USES the end tooth disk used for indexing device, hydraulic as driving devices.Keywords: rotary worktable; Indexing; Hydraulic drive; gear1绪 论1.1 回转工作台的主要种类及特点概述 带有可转动的台面、用以装夹工件并实现回转和分度定位的机床附件，简称转台或第四轴。转台按功能的不同可分为通用转台和精密转台两类。图1.1 转台1.1.1通用转台 是镗床、钻床、铣床和插床等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工时转动工作台，则可加工圆弧面和圆弧槽等。通用转台按结构不同又分为水平转台、立卧转台和万能转台。 1）水平转台：在圆台面上有工件定位用的中心孔和夹紧用的T型槽 。台面外圆周上刻有360的等分刻线。台面与底座之间设有蜗杆-蜗轮副（见蜗杆传动）,速比为90:1或120:1，用以传动和分度,蜗杆从底座伸出的一端装有细分刻度盘和手轮。转动手轮即可驱动台面，并由台面外圆周上的刻度（以度为单位）与细分刻度盘读出旋转角度。分度精度一般为60。水平转台的蜗杆伸出端也可用联轴器与机床传动装置联接，以实现动力驱动。 2）立卧转台：底座有两个相互垂直的安装基面，使台面既可水平也可垂直放置。 3）万能转台：台面可以在090范围内倾斜任意角度, 使工件在空间的任何角度都能准确调整。回转工作台。 1.1.2精密回转工作台（rotary table） 精密转台用于在精密机床上加工或角度计量。常见的有光学转台、数显转台和超精密端面齿盘转台。 图1.2 精密转台1）光学转台：主轴上装有玻璃或金属精密刻度盘，经光学系统将刻度细分、放大，通过目镜或光屏读出角度值。 2）数显转台：转台主轴上装有精密圆光栅或圆感应同步器，由数字显示装置读出角度值。上述两种精密转台的分度精度最高可达1。 3）超精密端面齿盘转台：利用一对经过精密对研的1440齿、720齿或360齿的端面齿盘分度定位,其分度精度最高可达0.01，作精密角度计量用。 1.2相关课题国内外研究的现状 随着科学技术的发展，国外相同品种、不同结构的数控机床附件产品也在不断出现。例如转轴直接驱动的数控回转工作台已经出现，完全改变了传统的工作台的结构，回转速度及精度要比传统的机械结构高得多，伺服电动机驱动数控刀架也已出现两年多时间，当然，真正普及应用还要有一个过程。1.2.1我们现有水平及国内外对比情况: 我国生产的数控机床附件产品应该说满足中低挡数控机床的配套需求没问题，但在为高档数控机床配套的附件产品方面与国外比较差距较大，产品设计能力方面有差距，但不是很大主要差距在于整个行业的装备制造能力和协作配套能力。因此对整个数控机床附件产品水平影响较大，这是目前国内产品水平较国外产品水平低的主要原因。1.2.2我国数控机床附件产品水平较国外低主要表现在: 1）速度 基于材料、检测能力、装备制造能力等方面的条件限制，我过附件产品在速度方面较国外同类产品要差。例如数控铣床、加工中心配套的各类数控回转工作台，日本日研公司直径200mm数控回转工作台最高转速可达88r/min,而国内的只有1216r/min.主要差别在于材料的选用。 2）可靠性 国外数控机床附件产品开发应用比较早，经验丰富，再由于技术进步，新材料、新结构的不断出现与应用，使得其产品可靠性非常好。如日本日研公司部分规格的数控回转工作台的核心部件蜗杆副，齿轮采用氮化钢，齿部表面氮化处理，硬度高；蜗杆为硬质合金蜗杆；整个蜗杆副为硬齿面接触，耐磨。既实现了高速，又保证了可靠性。而国内基本上均采用传统材料和传统的结构，加上外购配套件的可靠性差造成产品的整体可靠性较外国产品的差距。可以说数控机床附件产品的整体可靠性与我国目前整个工业发展水平有相当密切的关系，随着配套件水平的提高，整体状况将有所改善。 3）精度 我国数控机床附件的精度及稳定性应该说还是比较好的，基本上能满足主机的配套要求。较日本、德国等工业发达国家的产品有一定差距，但不大，与台湾地区产品相当。这与行业企业近几年抓质量、提高质量意识有密切的关系。1.2.3相应的措施及对策 我国数控机床附件产品可以说还处在一个发展阶段，品种、规格、可靠性等方面还需要有一个完善的过程，还远远没有达到成熟的程度。因此作为国家应该给予一定的扶持，作为企业应在适应市场需要、加大产品的开发力度、提高装备水平、采用新材料、新工艺、新技术方面多下工夫。我国高档数控制造水平达到或接近国际水平，在制造手段上已逐步完善并已有颇具实力的开发生产能力，建立起不同程度的拥有一定规模的数控机床生产基地。数控机床正朝着高精度、高效率、高自动化、全功能的机电一体化方向发展。1.3回转工作台发展趋势1.3.1市场前景 随着我们制造业的发展，数控转台将会越来越多的被应用，以扩大加工范围，提高生产率。估计近几年要求转配数控转台的机床将会大幅度增长。预计未来几年，虽然某些行业由于产能过剩，受到宏观调控的影响而继续保持着较低的行业景气度外，部分装备制造业将有望保持较高的增长率，特别是那些国家行业政策鼓励振兴和发展的装备行业。作为装备制造业的母机，普通加工机床将获得年均15%-20%左右的稳定增长。1.3.2发展趋势 目前回转工作台已广泛应用于组合机床、数控机床和加工中心上，它的总发展趋势主要体现为：1）在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台； 2）在性能上将研制以钢为材料的涡轮，大幅度提高工作台转速和转台的承载能力；3）在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。1.4本课题研究的内容 随着数控技术不断发展与提高，使机床主机对配件要求与依赖都越来越高。机床配件技术发展间接决定了机床主机发展水平，专业化发展方向成为我国机床配件业总体发展趋势。为了缩小与国外工业大国差距，我们各大机床厂应全力配合，企业本身要加快技术改革步伐，积极自主创新，并且勇于与国外企业多多学习。企业应该努力学习国际先进机床技术，全面开展创新工作，企业高层也应该鼓励并且大力支持机床配件创新，从而使我们机床配件业越做越强。 本毕业设计是研究端齿盘作为分度定位机构的液压式数控分度工作台的工作原理和机械结构的设计和计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后局部。 目前端齿盘为分度定位机构的液压式数控分度工作台广泛运用于数控机床和加工中心上。它的总发展趋势是： 1）在规格上向两头延伸，即开发小型和大型分度工作台。 2）在性能上研制以钢为主的齿轮、齿盘，大幅度提高分度工作台的承载能力。 3）分度定位装置不断提高分度工作台分度时的定位精度。 在各种数控机床和其他机械的制造中，数控端齿盘分度工作台等分度装置的应用十分广泛。近些年来，随着数控技术的不断进步、自动化程度的普遍提高，组合机床、数控车床、数控铣床的生产和应用日益广泛，对高精度、高效率的分度装置的需求也越来越大。随着我们制造业的发展，为了适应不同的产品加工要求，扩大加工范围，分度工作台也将在一定范围内得到运用。2 液压式数控分度工作台总体方案设计 随着人类生活的物质要求不断提高和人类社会的不断发展，越来越复杂的零件被设计运动到各个领域。所以对加工它们的机床提出了更高的要求。液压式数控分度工作台实现工件的多工位加工，满足工件的加工要求。液压式数控分度工作台为五工位组合机床的重要部件，其功能与加工中心的功能密切关系。 在液压式数控分度工作台总体设计关键是要确定工作台的参数，回转工作台最主要的参数为工作台尺寸等，根据确定的零件的典型零件进行选择。工作台尺寸是回转工作台的主参数，主要取决于典型零件的外廓尺寸、装夹方式等。应选比典型零件稍大一些的工作台，以便留出安装夹具所需的空间，还应考虑工作台的承载能力，承载能力不足时应考虑加大工作台尺寸，以提高承载能力。2.1液压式数控分度工作台原理设计 图2.1(a) 图2.1（b） 端齿盘式分度工作台 图2.1（a）、2.1（b）所示是端齿盘式液压分度工作台的结构原理图。它主要由工作台台面、底座、夹紧油缸、分度油缸及齿盘等部件组成，其工作过程如下： 1、 分度工作台抬起、松开 机床需要分度时，根据数控装置发出分度指令，由电磁铁控制液压阀（图中未标出），使压力油进入管道进入分度工作台7中央的夹紧油缸油腔10，并推动活塞6移动（油缸上腔9的油经管道22排除回油）。活塞6通过推力球轴承5（轴承13与之配套使用），使工作台7抬起，上端齿盘4和下端齿盘3脱离啮合。在工作台7向上移动时带动内齿圈12与齿轮11下部啮合，完成分度前的准备工作。同时，工作台7向上抬起，推杆2在弹簧作用下向上移动，使推杆1能在弹簧的作用下右移松开微动开关D，发出松开到位信号。 2、分度工作台回转、分度 控制系统在接到松开到位信号后，控制电磁铁（液压阀）动作，使压力油经管道21进入分度油缸左腔19，并推动齿条8右移（分度油缸右腔的油经管道20排出回油）。齿条8带动齿轮11做回转运动，实现工作台的回转。改变油腔的行程，即可以改变齿轮11的回转角度。图中的分度工作台为：油缸的行程163.28mm，齿轮回转的角度为72。当齿轮回转的过程中，挡块14放开推杆15；72到位后，挡块17压上推杆16，微动开关E发出到位信号，回转动作结束。分度工作台的回转速度可以通过液压系统进行调节。 3、分度工作台落下、夹紧 控制系统在接收到信号后，由电磁铁液压阀（图中未标出），使压力油经管道22进入分度工作台的夹紧油缸的油腔9，并推动活塞6下移（油缸下腔10的油紧管道23排除回油）。活塞6通过推力球轴承5（轴承13与之配套使用），使工作台7落下，上端齿盘4和下端齿盘3啮合、夹紧、定位。工作台夹紧后，压下推杆2，使推杆1左移，压上微动开关C动作，发出夹紧完成信号。 4、分度油缸返回 控制系统在接收到加紧完成信号后，控制电磁铁（液压阀）动作使压力油经管道20进入分度油缸右腔18，并推动齿条8左移（分度油缸左腔19的油经管道21排出回油），齿条8返回。这时，因为齿轮11的内齿圈已经脱开，分度工作台不动，同时挡块14压上推杆15，微动开关C动作，发出分度信号。2.2液压式数控分度工作台的主要技术参数 在经过查阅相关资料和进行初步的CAD辅助设计后，液压式数控分度工作台根据使用的场合，所需要的大小和形状有很多种类，本人设计的是组合机床上的一个分度工作台，根据组合机床所需加工的零件轮廓尺寸，如下图的零件图： 图2.2 根据所加工零件的尺寸确定的工作台相关参数如下： 表21 液压式数控分度工作台相关参数中心高430mm中心套孔直径30mm工作台台面直径800mm主轴连接尺寸494mmT型槽宽度22mm分度角度90使用压力2.5MPa使用流体液压油分度方向顺/逆时针最大载重量3000kg分度精度0.2重复精度0.2mm2.3液压式数控分度工作台的液压系统设计2.3.1液压系统的方案设计 通过液压式数控分度工作台的基本原理和动作过程，可以了解到工作台需要有两个液压系统：一个是提供压力使工作台实现抬起和下降的动作，而另外一个液压系统是实现工作台72分度回转的动作。这两个动作过程都需要液压系统具有使工作台平稳动作的功能，不要在工作台抬起、下降分度的时候产生颤动，影响加工精度。 图2.3 如图2.2所示，在液压缸的两侧油路上都串接一液压单向阀（液压锁），活塞可以在行程的任何位置上锁紧，不会因外界的原因而颤动，而其锁紧精度只受液压缸的泄漏和油液压缩性的影响。为了保证锁紧迅速准确，换向阀采用了H型中位机能。这种液压系统能很好的满足液压式数控分度工作台的要求。2.3.2液压泵的选择 根据液压式数控分度工作台的基本参数和CAD辅助设计对零件的设计，可以知道：实现工作台的分度的液压系统的压力远比实现工作台上下运动的压力要小，两个液压系统选择相同的液压泵，所以选择液压泵的时候只要满足上下运动的即可。 根据工作台的最大承重量为3000kg。根据如图2.3所示设计的活塞尺寸： 图2.4 活塞的作用面积为半径110mm和半径80mm围成的环面。计算过程如下： F=mgF=3000kg9.8N/kg=29400N 根据液压传动手册选择CB-B4齿轮油泵，为工作台液压系统的液压泵，其具体参数如表22： 表22 液压泵参数型号流量l/min压力MPa转速rpm容积效率%重量kg驱动功率kWCBB442.51450852.80.212.4液压式数控分度工作台的数控系统设计 根据液压式数控分度工作台的动作过程，设置了四个数控指示灯，其数控指令的动作顺序如表23： 表23 液压式数控分度工作台数控系统动作顺序指令动作完成信号抬起工作台抬起，开关D松开发出抬起到位信号分度挡块17压到推杆16，E开关闭合发出分度到位信号下降工作台下降，开关D闭合发出下降夹紧信号返回挡块14压到推到15，开关C闭合发出分度结束信号3液压式数控分度工作台部件设计3.1工作台的设计3.1.1工作台整体尺寸的设计 液压式数控分度工作台作为需要回转的部件，在其上还会有专业的夹具。为了满足其分度的功能，所以工作台做成圆形件，且根据工作台的加工零件范围：最大载重量为3000kg,所以工作台台面选取800mm，工作台的高度为130mm。工作台表面需要T型槽，用于工作台上夹具的定位夹紧。为了使工作台耐用，在工作台的中心处设计一个中心孔，用于安装衬套的安装。工作台的下端面需要与中心转轴和端齿盘安装定位，所以要设计一个槽，槽宽与槽深都是根据端齿盘的尺寸来设计确定的。3.1.2工作台T型槽设计 工作台T型槽的作用是用T型槽固定工作台上的夹具。T型槽的布置需要根据工作台的尺寸确定，根据设计时的方案，T型槽长度为320mm，由于是五工位，所以布置5个T型槽，均布在工作台的上表面。 根据工作台的结构要求和机械设计简明手册T型槽及螺栓头部尺寸（摘自GB/T158-1996），选择如下： 图31 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 螺栓选择 公称尺寸/mm：M203.1.3工作台中心孔设计 工作台的中心孔设计，是根据在工作台中心孔上有一个衬套，衬套的作用是：当衬套磨损了，可以方便更换。如果不用衬套，磨损后，则需要更换工作台。因其是标准件，加工方便，更换成本低，而且还能起到一定的导向作用。衬套与工作台的中心孔为小过盈配合。所以根据工作台结构要求和衬套的标准规定可得，工作台中心孔的孔径为39mm。选取的衬套为外径30mm，长45mm的衬套。3.1.4工作台螺孔分布设计 液压式数控分度工作台需要中心轴和端齿盘与工作台具有精确的相对位置。而工作台是由许多点、线、面组成的一个复杂空间几何体。当考虑中心轴和端齿盘在工作中占据一正确位置时，在实际安装，进行零部件需要螺栓的夹紧和定位销的定位相结合才能满足工作台的动作要求。对于中心轴本设计采用螺栓和定位销在工作台上圆周均布，一般都采用三个螺栓与两个定位销对工作台及其部件进行定位夹紧。而对于端齿盘，由于选用的是标准件，工作台上的孔必须与端齿盘向对应。估设计出的工作台如下： 图3.23.2端齿盘 由于端齿盘是标准件，根据工作台的尺寸，依据JB-T4316.11999 选用端齿盘的参数如下： 图3.3外径D：630mm内径d：500mm齿数z：180齿长F：25mm齿盘副厚度H：80mm体厚H1:30mm齿盘厚度H/2+m：42.16mm齿距t：11mm齿厚S：5.5mm齿内径d0:580mm全齿高h:7.2mm齿顶高m：2.17mm空刀槽宽P：3.0mm槽底倾角a：05158分布圆直径D1：540mm螺栓孔数量：12直径：d1:17.5mm沉孔：d2:28mm 沉孔深度b：16mm锥孔d3：16mm倒角C：2最小抬起量：4.8mmd4：M163.3中心轴设计3.3.1中心轴尺寸设计 液压式数控分度工作台的中心转轴其结构尺寸基本上是按照工作台的整体尺寸确定的，其上端面的螺孔与定位销都是根据工作台的上端面的螺孔分布来设计的。其下端面的螺孔是根据与之配合的齿圈设计的，中心轴会有20mm嵌进齿圈的中心槽进行定位，再使用三个均布的螺栓紧固。 中心轴最重要的部分是其右端面的直径大小，在工作台结构允许的条件下，尽可能的使中心轴的支撑面大。因为液压式数控分度工作台在分度旋转的时候，需要液压油顶起活塞，活塞两端都有推力球轴承，通过推力球轴承顶起中心轴支撑面，在此过程中工作台的重心不一定在中心，所以会产生一定的倾覆力。中心轴的支撑面越大则产生的倾覆力越小，分度后的中心重复定位精度也将会提高。所以根据工作台和端齿盘的尺寸，允许中心轴支撑面的最大尺寸为494mm。 图3.43.3.2中心轴轴承选择 根据中心轴的动作原理，可知需要选择推力球轴承： 推力球轴承：推力球轴承由底圈、轴圈和钢球保持架组件三部分构成。与轴配合的称轴圈，与外壳配合的称底座圈。 推力球轴承种类：按受力情况分单向推力球轴承和双向推力球轴承。单向推力球轴承可承受的单向轴向负荷。双向推力球轴承可承受双向轴向负荷。双向推力球轴承，其中圈与轴配合。底圈的安装面成球面的轴承，具有调心性能，可以减少安装误差的影响。推力球轴承不能承受径向负荷，极限转速较低。 推力球轴承的用途：只适用于承受一面轴向负荷、转速较低的机件上，例如起重机吊钩、立时水泵、立时离心机、千斤顶、低速减速器等。轴承的轴圈、底圈和滚动体是分离的，可以分别拆装。 根据中心轴的轴颈：上端的轴颈100mm，查机械设计课程设计手册表68推力球轴承（GB/T3011995摘录）可知，选用轴承代号为：51120。为了便于轴上零件的安装，下端轴颈是90mm，查机械设计课程设计手册表68推力球轴承（GB/T3011995摘录）可知，选用轴承代号为：5118。 图3.53.4活塞设计 液压式数控分度工作台的活塞设计，根据轴心转轴的结构尺寸可以确定活塞中心孔的大小为94mm，在设计中，当两个接触面的距离较长时，尅适当减少接触面的距离，降低加工难度，也提高了精度。如图活塞的的上端面是一个专门的推力球轴承的支撑槽，推力球轴承的外径为135mm，根据要求选择了支撑槽的直径为140mm。活塞尺寸如图3.6所示： 图3.6 活塞的半径是根据液压系统的工作压力确定的，活塞作为液压油驱动的部件，在其运动过程中难免会发生泄漏现象，所以也需要密封圈，根据密封圈可以设计出活塞上的密封槽。根据结构要求，活塞需要液压油才能驱动，根据活塞工作原理，所以齿条需要密封。密封可以分为静密封和动密封两大类。静密封主要有垫密封、密封胶密封盒直接接触密封三大类。根据工作压力，静密封又可以分为中低压静密封和高压静密封。中低压静密封常用材料较软宽度较宽的垫密封，高压静密封则用材料较硬接触宽度窄的金属垫片。动密封可以分为螺旋密封盒往复密封两种基本类型。按密封件与其相对运动的零部件是否接触，可分为接触式密封盒非接触式密封；按密封件和接触位置又可以分为圆周密封和端面密封，端面密封又称机械密封。动密封中的离心密封盒螺旋密封，是借助机械转动时给介质以动力得到密封。 经过以上的介绍，可知活塞需要往复的运动，所以需要动密封元件，本设计选择O型橡胶密封圈，它适用于装在各种机械设备上，在工作压力070MPA、温度为-40+120的不同液体和气体介质中，在固定或运动的情况下起密封作用。根据机械设计课程设计手册查表713查得适用于活塞的密封圈如图3.7所示： 图3.7 表31 密封圈尺寸选型表小密封圈尺寸大密封圈尺寸D11551.19D12121.57D23.550.10D25.300.133.5传动系统设计3.5.1传动系统总体方案设计 根据液压式数控分度工作台的工作原理，在工作台需要分度的时候，液压油进入活塞下部将工作台顶起，同时齿圈和下齿轮啮合，准备分度。上升到位后，液压系统将使液压油进入齿条油腔，推动齿条，齿条与上齿轮啮合，并带动上齿轮运动，上齿轮与下齿轮是做成一体的，所以上齿轮带动下齿轮旋转。下齿轮与齿圈啮合在一起，并且齿圈与转轴是固定的，所以齿条的水平运动馆将会带动工作台的旋转。 综上所诉，此传动系统的最主要的作用就是通过齿轮齿条和齿轮齿圈的啮合使齿条的水平运动转变成工作台的分度运动。即为图3.8所示： 图3.8 经过动作的分析，在此设计中，齿轮齿条的作用只是分度时进行啮合，而且分度时传递的力只是克服转轴与活塞内孔壁摩擦力，此摩擦力比较小，所以齿轮齿条的设计计算只是根据传动系统的设计方案和工作他的具体尺寸确定的。所以齿条半径为35mm，齿轮分度圆半径为130mm。 液压泵的工作压力是2.5MPa。 1、齿轮齿条转矩 根据工作台零部件之间合理的分布，可以确定齿条半径为35mm，齿条油腔的面积为： S=*R=3.1435=3846.5mm 所以齿条在分度时受也养过的推理为： F=P*S=2.53846.5=9616.5N 齿轮齿条啮合时，所受的转矩就是克服中心转轴与活塞内壁的摩擦力，此摩擦力比较小。假设1000Nmm 2、齿轮齿条的转速 由齿轮齿条的分度圆啮合条件可知，工作台实现72分度时，齿轮需要转动五分之一个圆周，所以 L=*d1/5 =3.142601/5 =163.28mm 齿轮转动的圆周长度也即是齿条分度时需要运动的长度，即为齿条油缸的长度。所以齿条油缸的体积为： V=*r*L =3.1435163.28 =0.642250E6mm 选择的液压泵流量为:4L/min 所以分度工作台分度需要的时间为： t=V/q=9.5s 综上所诉，齿条在分度啮合的时候速度为： V=L/t=17.4mm/s 齿轮在分度时的转速： n=60/(t5)=1.25r/min3.5.2齿轮齿条设计计算项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果1.选齿轮精度等级查1表108选用7级精度级72.材料选择查1表101齿条选用45号钢（正火处理）硬度为200HBS大齿轮选择45号钢（正火处理）200HBS齿轮200HBS齿条200HBS3.选择齿数ZZ117Z2=iZ1U=Z2/Z1取Z1=130Z2=1130 =130U=Z2/Z1=1个选择：齿轮齿数为40，齿条齿数为42 传动比1:14.按齿面接触强度设计(1)试选KtKt=1.2-1.4取Kt=1.3Kt=1.3(2)区域系数ZH由1图10-30ZH=2.433ZH=2.433(3)计算齿条传递的转矩根据上述可知T=19110NmmT=19110Nmm(4)齿宽由结构可知B=22mmB=22mm(5)材料的弹性影响系数ZE由1表106ZE=189.8MPaZE=189.8(6)齿轮接触疲劳强度极限由1图10-21c由1图10-21dMPa(7)应力循环次数N由1式10-13(8)接触疲劳强度寿命由1图10-19(9)计算解除疲劳强度许用应力取是小概率为1%，安全系数S=1，由1式10-12得(10)试算小齿轮分度圆直径按1式10-21试算(11)计算圆周速度vv=17.4mm/sm/s0.0174m/s(12)模数b/h=22/3.9=5.64(13)计算载荷系数K由1表10-2查得使用系数根据v=0.0174m/s，7级精度，由1图10-8查得动载荷系数由1表10-4查得由1图10-13查得假定，由1表10-3查得 故载荷系数(14)按实际的载荷系数校正分度圆直径由1式10-10amm(15)计算模数mm5.按齿根弯曲强度设计(1)计算载荷系数KK=11.071.51.35=2.167K=2.167(2)齿形系数由1表10-5(3)应力校正系数由1表10-5(4)齿轮的弯曲疲劳强度极限由1图10-20b由1图10-20cMPa(5)弯曲疲劳强度寿命由1图10-18利用插值法可得(6)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.3，由1式10-12得MPa(7)计算大小齿轮的结论：齿条和齿轮的系数一样，所以任选其一都可，此设计选齿轮(8)齿根弯曲强度设计计算由1式10-17mm结论：对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的发面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的发面模数，取 =2，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=260mm来计算应有的齿数。于是由：，取，则6.几何尺寸计算(1)计算中心距a根据结构需求齿轮齿条中心距无穷大mma无穷大(2)计算齿轮的分度圆直径dd1=zm=1302=260d2是齿条无穷大d1=zm=260mmd1=260d2是齿条无穷大(3) 计算齿轮的齿根圆直径dfdf=d-2.5mndf1=d-2.5mn=260-22.5=255df2为齿条齿根圆，所以无穷大mmdf1=255df2无穷大(4)计算齿轮的宽度B根据结构需求圆整后取：B1=22B2=10mmB1=22B2=10(5)验算所以合适 注：上表依据均来自机械设计第十章齿轮传动 所以，由工作台的结构尺寸可以确定齿轮的结构尺寸。齿轮的分度齿分布分布在115 范围内，且齿数为40齿。齿轮具体结构如图3.9所示： 图3.9 根据结构要求，分度齿条需要液压缸进行驱动，所以液压系统中相当于活塞的作用，根据活塞的工作原理，所以齿条需要密封。 经过以上的介绍，可知齿条需要往复的运动，所以需要动密封元件，本设计选择O型橡胶密封圈，它适用于装在各种机械设备上，在工作压力070MPa、温度为-40+120的不同液体和气体介质中，在固定或运动的情况下起密封作用。根据液压设计传动手册表9-4查得适用于此齿条的密封圈如图3.10： 图3.10 如图所示：密封圈的公称内径 D=67mm 端面尺寸 d=3.55mm 密封圈沟槽设计 根据上表面截图尺寸d=3.55可以得出密封圈沟槽尺寸。 沟槽深度E1=3.1mm 沟槽宽度G0=4.2mm 在工作台分度时，需要转动72齿轮的分度齿分布在115范围内，所以与齿轮啮合的齿条分布长度L 取与齿条啮合的长度为270mm，齿条齿数为42齿。 所以齿条的尺寸如图3.11所示： 图3.113.5.3齿圈设计 在分度工作台进行分度的时候，齿条带动上齿轮，下齿轮与齿圈啮合而带动工作台和中心轴一起转动72。所以在此过程中下齿轮与齿圈的啮合只是做精确定位的作用并没有相对的转动。所以下齿轮和齿圈只是需要按结构尺寸确定即可： 齿圈的分度圆直径等于下齿轮的直径已知为227.5mm 由d=zm可知，齿圈分度圆直径已知为227.5mm。 根据工作台的工作原理，可知下齿轮和齿圈的齿数应为5的倍数才能满足要求，查实用机械传动设计手册表1-3，可以推算，当m=1.75时，根据： d=mz, z=d/m=227.5/1.75=130 根据选定的d=227.5mm,m=1.75,z=130可以得出： 齿圈的齿顶圆直径： 时， 齿圈齿根圆直径： 齿圈需要带动中心中（工作台）旋转，所以需要定位在中心轴上，根据定位原理，中心轴和齿圈需要选定位，之后再用螺栓紧固。在此设计中齿圈与中心轴的定位是在齿圈的中心开一个与中心轴一样的槽，使中心轴下端嵌进齿圈槽，再用三个螺栓在轴端均匀分布紧固。其具体结构如图3.12： 图3.123.6工作台底座设计3.6.1材料选择 工作台的底座在铸件经加工后的一个零部件，工作台底座的壁厚与选择的材料有关，所以据表3-2： 表3-2 铸造碳钢机架常用材料牌号特点及应用举例ZG200-400及ZG230-450有一定的强度、良好的塑性与韧性，有较高的导热性、焊接性切削加工性。但排除钢水中的气体和杂志比较困难，所以容易氧化和热裂。常用语模锻锤座、外壳、机座、轧钢机机架、锻锤气缸体和箱体等。ZG270-500它是大型铸钢件生产中最常用的碳素铸钢、具有较好的铸造性和焊接性，但易产生较大的铸造应力引起热裂。广泛应用于轧钢、锻压、矿山等设备，如轧钢机机架、辊道架、连轧机机座、万能板坯扎机机架，水压机横梁和中间底座，水压机基础平台、曲柄压力机机身、锻锤。ZG310570用于重要机架。 选择ZG200400作为工作台底座的材料。3.6.2壁厚选择 铸件的壁厚太薄，容易发生白口和裂纹，故必须结合零件的复杂程度、尺寸大小、材料以及制造工艺来确定。根据机械设计手册铸件最小允许壁厚可查得，壁厚选择为30mm。在工作台底座需要有液压油管道，所以根据液压传动手册设计管道庇护计算公式： 工作台底座管道壁厚的计算，根据工程材料表67工程用碳素铸钢的牌号、含碳量、力学能与应用。可知ZG200400的许用应力为：200NPa。 由上式可得： 所以在工作台的底座设计的液压油管道与底座壁有0.025mm就不会发生 泄漏，为其安全考虑在本设计中一般都大于3mm。3.6.3铸造斜度 根据设计的要求工作台底座需要的铸造斜度从表33中可知 表33 铸造斜度斜度b:h角度应用范围1:51130h25mm时钢和铁的铸件1:10530h=2550mm时钢和铁的铸件1:203h=2550mm时钢和铁的铸件 工作台底座的铸造斜度选择第三种方案，即是3。3.6.4加强筋 图3.13 根据图3.12的设计依据，加强筋分布在工作台的外部，所以选择工作台底座的加强筋为：a=0.830=24mm 加强筋的分布按照工作台底座的结构要求分布的。3.6.5定位分布 液压式数控分布工作台运用于加工中心机床上，所以工作台底座还需要在机床上定位与夹紧设计。较常用的机床与工作台的定位与夹紧是通过T行槽的设计完成的，机床上的T型槽如下： 根据工作台的结构要求和机械设计手册T型槽及螺栓头部尺寸（摘自GB/T1581996），选择如下： T型槽|A|基本尺寸/mm：54 T型槽|B|基本尺寸/mm： 90 T型槽|C|基本尺寸/mm：40 螺栓选择 公称尺寸/mm：M48 图3.14 工作台底座的设计需要用定位键进行定位，选择M48的螺栓进行固定，所以槽宽为85。螺栓安装的尺寸中心线为T型槽的间距尺寸，根据机械设计手册T型槽间距尺寸 摘自（GB/T 1581996） 表34 T型槽间距尺寸 由上表可知选择p=500mm 工作台底座的其他结构可根据工作台的功能要求和其他部件的结构尺寸确定，最终确定如图3.15工作台： 图 3.153.7活塞密封块设计 分度工作台的活塞腔有两部分组成：一是活塞上腔，其作用是在工作台完成分度以后，通过液压油使工作台下降、端齿盘啮合；二是活塞下腔，其作用是工作台在需要分度时候通液压油，使工作台上升，端齿盘脱离啮合，准备分度。活塞的下腔是由工作台底座的内壁和活塞形成的，而活塞的下腔是活塞和工作台底座内壁和活塞密封块组成的。 活塞密封块的内壁是根据活塞杆的直径设计的，密封块的定位使用定位键M1240，使用螺栓固定。所以根据其他结构和密封块本身的要求，其结构如图3.16： 图3.163.8推杆导向块设计 推杆导向块的设计主要是根据工作台底座的设计尺寸，与分度工作台分度时需要的角度相结合。因为在工作台分度的时候是利用挡块和推杆实现分度信号的传送的。所以再设计推杆导向块时应按挡块的位置设计推杆孔。 图3.173.9设计原理和结构 根据设计时的思路完成了工作台的设计，在本设计中首先我把设计分成了三大部分，其中包括：工作台的定位结构、工作台的夹紧与松开结构、工作台的分度结构。3.9.1工作台的定位原理和结构 图3.18 如上图317所示，在工作台分度完成后的定位主要是通过端齿盘实现的，也即是下端齿盘3和上端齿盘4的啮合对工作台进行定位。而在需要分度的时候，工作台的定心精度主要是通过活塞6、中心轴和工作台底座及密封块安装固定的。3.9.2工作台松开、夹紧原理和机构 图3.19 如上图3.18所示，工作台需要分度时是通过油道1进油使活塞2向上运动，同时推动推力球轴承4使中心轴5向上运动，从而工作台也向上移动，实现上端齿盘6和下端齿盘7的松开，为实现分度动作做好准备。 当工作台分度完成后，需要下降使工作台夹紧时，油液会从油道8进入活塞缸上腔，使活塞2向下移动，中心轴5带动工作台下降。使上端齿盘6和下端齿盘7啮合，实现工作台的夹紧定位。3.93工作台分度的原理和机构 图3.20 液压式数控分度工作台设计最重要的结构就是分度部分，此设计中的分度结构如上图3.19所示，工作台需要分度时，上升到一定高度，使中心轴5下端的内齿圈12与下齿轮9啮合，为分度做好准备。数控指令控制液压油进入齿条8油腔推动齿条活塞运动，齿条的运动带动与之啮合的齿轮9转动，使齿条8的直线运动转变为齿轮9的旋转运动。齿轮9的转动带动内齿圈12的转动，因为内齿圈12与工作台的中心轴5固定，所以齿轮传动系统的运动带动工作台的转动，当工作台转动到位时发出数控信号，表示转动到位，实现了工作台72分度动作。4总结 为期半学期的紧张而艰苦的毕业设计就要结束了。此时此刻我仿佛历经一次翻山越岭。登上了高山之巅，顿时心旷神怡，眼前豁然开朗。 毕业设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次毕业设计我们深深体会到这句千古名句的真正含义。我今天认真的进行了毕业设计， 学会脚踏实地地迈开这一步，就是为了明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。 书是前人正确经验的总结，我们做毕业设计是离不开工具书的。它可以给我们很多有用的知识，帮我们解决一些难题，但事非躬亲很难在脑海中留下深刻的印象，对别人的经验，自己要从实际出发，多动点手去做，把前人的只是经验变成自己的力量。摸着石头过河是我们初学者必须要的精神，只有自己动手了，错误的会改正，正确的继续发扬，这样才符合毕业设计的要求。 老师是我们做毕业设计的最好导航，无论在做设计数据筛选，加工工艺遇上的种种问题我们自己不能解决都需要老师的帮助。老师具备专业的知识和过硬的事迹操作经验，是我们在机械制造业中航行的指明灯，老师不会什么都亲手的帮我们做好，他主要的工作是指引我们，启发我们。“授之以鱼不入授之以渔”，以老师的话来说：亲手帮你做好