发布时间 : 星期一 文章毕业设计（论文）-加工中心机械换刀手结构设计 - 图文更新完毕开始阅读89a748f681c758f5f61f678b
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图3-8
整个上下运动过程需要的时间由机械手下降、拔刀、插刀，上升所需要的时间组成。根据最初设上升时间为1s，下降距离为90mm，故可以求出速度0.09m/s。
大齿轮的圆周长L=2?r=2×3.14×0.047=0.29516m，故可以推算出大齿轮的转速
v大=0.09/0.29516=0.3r/s=18r/min。根据传动比可以求出小齿轮的速度=18×45/17=48r/min,电机的转速也为48r/min。
箱体、齿轮、轴、键、轴承、机械手和刀具（机械手有夹持刀具插刀的过程，故
v小要算上刀具的质量）的总质量为56.5kg。根据《电机拖动学》中对电机提升重物时负载转矩的计算公式：
TL?GZRi?c? （3-5）
其中GZ是提升重物的重力，R为滚筒的半径，在实际传动中，大齿轮可以看成滚筒，?c为提升的传动效率。
将数值代入式3-5得TL=
56.5?0.047?9.8=11.6N?M。通过具体分析
2.6?0.95?0.95?0.95?0.95?知道系统J=0.005,所以T=9+0.0005×48=11.8N?M。根据求出的折算到电机的负载转矩可以查相关的书籍查出步进电机的型号：（见表3-2）
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表3-2 步进电机参数表 电机型号 110BYG3501 相电感mH 5 步距角 0.6/1.2 惯量 9kg/cm3 相数 3 电压（v） 80-350 电流A 3.5 转矩 12 启动频率Hz 空载频率 1600 30000 3.2.3齿轮及齿条设计
1.选定齿轮3、4和齿条类型、精度等级、材料及齿数 1)选择齿轮材料确定许用应力
选材料 齿轮3： 40MnB钢，调质处理，齿面硬度241-286HBS,?Hlim1=730MPa，弯曲疲劳极限?FE=600MPa；
齿轮4: 40MnB,表面淬火，接触疲劳极限?Hlim4=1130MPa，?FE4=690MPa； 根据使用要求可以选择最小安全系数SH=1.1,SF=1.25；齿条因为要承受箱体、轴、机械手和刀柄的重量，故力学性能要求比较高，所以选择材料为20CrMnTi，滲氮淬火回火处理，其硬度为56-62HRC,接触疲劳极限1500MPa，弯曲疲劳极限为850MPa。根据上述可以求出齿轮3、4的许用接触应力：
?H3=?Hlim3=730/1.1=664MPa;
??SH ?H4=1130/1.1=1027MPa；
可以求出齿轮3、4的许用弯曲应力：
?F3=?FE3=600/1.25=480MPa;
????SF ?F4=690/1.25=552MPa；
2）按齿面接触强度设计
T1=9.55?106?P??N=11.9N?mm
3 初取有关系数 因为齿轮参数尚未确定，载荷系数K无法准确确定，需要预选。
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初选K=1.1,设齿轮按8级精度制造，原动机是电动机且载荷为均匀载荷，取载荷系数K=1.0,齿宽系数?=0.4，由齿轮副材料查弹性系数表得弹性系数zE=188,传动比
ai=2.6，节点区域系数ZH=2.5.确定齿轮3的分度圆直径：
2KT1i?1?ZEZH????35 ? d3?3??di??H??2??3)确定齿数、模数、齿宽和中心距
取Z3 =17，Z4=2.6×17=44.2，取整数45； 模数m?d3?2
z3 b=?a?d3=0.4×34=13.6mm; 实际Z3=2x17=34mm; Z4=2x45=90mm; 所以d3=34mm d4=90mm;
?dd 中心距a=
342=62mm
4)验算齿轮弯曲强度
通过查齿轮齿形系数表可知道YFal3=3.05，YFal4=2.4 通过查外齿轮齿根修正系数表可得YSal3=1.53，YSal4=1.68 则可以验算设计的齿轮的弯曲强度是否满足使用要求：
?F3?2KT1YFal3YSal3bm2Z3=100MP
?? ?F4??F3YFal4YSal4?84MP
YYFa3??Sal3 5)齿轮的圆周速度：
v? 6）齿条参数：
因为齿条和齿轮4啮合，故齿条的模数和压力角及齿距都和齿轮4一致，所以
?d3n360?1000?0.2m/s
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m=2，?=200，p=6.28。选用的材料为ZG35SiMn，表面淬火，硬度为45HRC,接触疲劳极限?Hlim=1130MPa，弯曲疲劳极限?FE=690MPa，弯曲强度的验算和齿轮一样，这里就不再具体分析。 3.2.4滚动轴承的选择
1)选择轴承型号：
在本次设计中根据轴的大小和受力的情况来选择轴承的。在升降运动中，轴承主要受到径向力，所以选择深沟球轴承。轴3与滚动轴承配合的轴径为12mm，查机械手册可以查出轴承的型号为6201，基本额定载荷Cr=6.82KN,C0r=3.05KN,极限转速为18000r/min。轴4的受力情况和轴3相同也是只受径向力，且轴径也为12mm，故选用一对型号为6201的深沟球轴承。所选用的轴承的润滑方式都是脂润滑。
2)轴承的计算：
这里我以与轴3配合的深沟球轴承为例。 轴上齿轮受切向力 Ft=2T1/d=8670/90 N=192N； 齿轮受径向力 Fr=Ft=192N； 齿轮的分度圆直径为 d=90㎜； 齿轮转速为 n=48r/min；
运动中无冲击，轴承要求寿命为Lh=10000h。
因为转速不是很高，主要承受径向力，Fa/Fr是一个很小的值，所以轴承当量动载荷系数X=1,Y=0,当量动载荷P=X×Fr=192N。 计算所需要的径向基本额定动载荷值：
Cr=fp?P/ft??60n?Lh/106? （3-6）
1/? 其中通过查机械设计手册可以查出载荷系数fp=1.1，温度系数ft=1，?=3，将数值代入式3-6可以求出Cr?6028N,根据选用的轴承型号为6201，查得
Cr=6820N>6028N,所以最先选择的轴承型号合用。