目錄緒論1第一章 數(shù)控加工技術(shù)概論31.1 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控加工的基本概念31.2 數(shù)控機床的組成與分類41.3數(shù)控機床的特點與數(shù)控機床的發(fā)展方向6第二章 數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)72.1 數(shù)控機床對主傳動的要求72.2 數(shù)控銑床主傳動的配置方式7第三章 主軸電動機的選取10第四章 同步帶傳動114.1 材料選擇114.2 參數(shù)計算11第五章 主軸組件的設(shè)計145.1 主軸組件的設(shè)計要求145.2 主軸材料的選擇及尺寸、參數(shù)的計算165.3 主軸傳動裝置箱體的作用205.4 主軸箱體的截面形狀和壁厚計算20第六章 主軸軸承的選擇216.1 軸承的選擇和軸承的精度216.2 軸承預(yù)緊力的要求226.3 主軸軸承的潤滑與密封236.4 軸承壽命校核24第七章 聯(lián)接鍵的選擇和碟形彈簧的選擇與計算257.1聯(lián)接鍵的選擇257.2碟形彈簧的選擇與計算257.3碟形彈簧材料及熱處理、厚度和脫碳267.4碟形彈簧的強壓處理、表面強化處理和防腐處理26第八章 螺釘聯(lián)接的設(shè)計28第九章 液壓缸與密封件的設(shè)計309.1液壓缸安裝時應(yīng)注意的問題319.2液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)及主要尺寸的確定319.3強度校核319.4 密封件的作用及其意義329.5 密封的分類及密封件的材料要求329.6防塵圈設(shè)計要求33結(jié) 論34致 謝35參考文獻36附錄37緒論在工業(yè)生產(chǎn)中，金屬熱切割一般有氣割、等離子切割、數(shù)控銑床等。其中數(shù)控銑床與氣割相比，其切割范圍更廣、效率更高。而精細等離子切割技術(shù)在材料的切割表面質(zhì)量方面已接近了激光切割的質(zhì)量，但成本卻遠低于激光切割。因此，數(shù)控銑床自20世紀50年代中期在美國研制成功以來，得到迅速發(fā)展。1 國外數(shù)控銑床現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢國外數(shù)控銑床的生產(chǎn)廠家主要集中在德國、美國和日本。從機械結(jié)構(gòu)上看，其發(fā)展經(jīng)歷了十字架型（輕型）、門型（小型）、龍門型（大型）3個階段，相應(yīng)的型號種類繁多。能夠代表數(shù)控銑床技術(shù)最高水平的廠家主要集中在德國，目前，國外已有廠家在龍門式切割機上安裝一個專用切割機械手，開發(fā)出五軸控制系統(tǒng)的龍門式專用切割工具，該系統(tǒng)可以在空間切割出各種軌跡，利用特殊的跟蹤探頭，在切割過程中控制切割運行軌跡。我國工廠的板材下料中應(yīng)用最為普遍的是數(shù)控銑床和等離子切割，所用的設(shè)備包括手工下料、仿形機下料、半自動切割機下料及數(shù)控切割機下料等。與其他切割方式比較而言，手工下料隨意性大、靈活方便，并且不需要專用配套下料設(shè)備。但手工切割下料的缺點也是顯而易見的，其割縫質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費大、后道加工工序的工作量大，同時勞動條件惡劣。用仿形機下料，雖可大大提高下料工件的質(zhì)量，但必須預(yù)先加工與工件相適應(yīng)的靠模，不適于單件、小批量和大工件下料。半自動切割機雖然降低了工人勞動強度，但其功能簡單，只適合一種形狀的切割。上述3種切割方式，相對于數(shù)控切割來說由于設(shè)備成本較低、操作簡單，所以在我國的中小企業(yè)甚至在一些大型企業(yè)中仍在廣泛使用。隨著國內(nèi)經(jīng)濟形勢的蓬勃發(fā)展以及以焊代鑄趨勢的加速，數(shù)控銑床的優(yōu)勢正在逐漸為人們所認識。數(shù)控銑床不僅使板材利用率大幅度提高，產(chǎn)品質(zhì)量得到改進，而且改善了工人的勞動環(huán)境，勞動效率進一步提高。目前，我國金屬加工行業(yè)使用的數(shù)控銑床是以火焰和普通等離子切割機為主，但純火焰切割，已不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，該類切割機可滿足不同材料、不同厚度的金屬板材的下料以及金屬零件的加工的需要，因此需求量將會越來越大，但與國外的差距仍極為明顯，主要表現(xiàn)為：發(fā)達國家金屬加工行業(yè)90%為數(shù)控切割機下料，僅10%為手工下料；而我國數(shù)控切割機下料僅占下料總量的10%，其中數(shù)控銑床下料所占比例更小。我國數(shù)控銑床每年市場需求量約在400500臺之間。相較而言，仿形切割機每年銷售幾千臺，半自動切割機每年銷售達上萬臺。由此可見，我國數(shù)控切割市場，尤其是數(shù)控銑床市場的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮摹? 數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展計算機技術(shù)的飛速發(fā)展推動了數(shù)控技術(shù)的更新?lián)Q代，而這也日益完善了數(shù)控銑床的高精、高速、高效功能。代表世界先進水平的歐洲、美國、日本的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商利用工控機豐富的軟硬件資源開發(fā)的新一代數(shù)控系統(tǒng)具有開放式體系結(jié)構(gòu)，即數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向最終用戶，通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次產(chǎn)品的開發(fā)。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴展性，并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。近幾年來，由于對切割質(zhì)量、勞動環(huán)境等的要求越來越高，其相應(yīng)產(chǎn)品在我國的市場需求量也逐年上升。在我國的數(shù)控銑床設(shè)備生產(chǎn)行業(yè)中，由于缺乏切割理論研究與生產(chǎn)實踐相轉(zhuǎn)換的機制，因此新技術(shù)運用不廣、新產(chǎn)品開發(fā)速度不快，制約了數(shù)控銑床技術(shù)的進一步發(fā)展和運用。第一章 數(shù)控加工技術(shù)概論1.1 數(shù)控技術(shù)及數(shù)控加工的基本概念一 數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù)是本世紀中期發(fā)展起來的機床控制技術(shù)，是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)。數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透行程的機電一體化鏟平，即所謂的數(shù)字化裝備。 (1)數(shù)控與數(shù)控機床數(shù)字控制 （Numerical Control，簡稱NC）,國家標準定義為：“是用數(shù)字化信號對機床的運動及其加工過程進行控制的一種方法”。定義中的“機床”，不僅指金屬切削機床，還包括其他各類機床，如線切割機床等。數(shù)控機床 （Numerical Control Machine Tools）是技術(shù)密集度及自動化程度很高的機電一體化加工裝備。簡單地說就是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。國際信息處理聯(lián)盟 （Internaional Federation of Information Proceccing，簡稱 IFIP）第五技術(shù)委員會對數(shù)控機床作了如下定義：數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能邏輯地處理具有特定代碼和其他符號編碼指令規(guī)定的程序。（2） 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) （NC System）就是上訴定義中所指的那種程序控制系統(tǒng)，它是邏輯地處理駛?cè)氲较到y(tǒng)中具有特定代碼的程序，并將其譯碼，從而使機床運行并加工零件。數(shù)控系統(tǒng)在本質(zhì)上是一臺計算機。在硬件方面，它經(jīng)歷了電子管、晶體管、小規(guī)模集成電路、微處理機到當前PC結(jié)構(gòu)的五代發(fā)展；在體系結(jié)構(gòu)上，經(jīng)歷了硬件數(shù)控系統(tǒng)（NC）、計算機數(shù)控（CNC）、到目前的PC數(shù)控（PC-NC）三個階段。9二 數(shù)控加工數(shù)控加工技術(shù)是20世紀40年代后期為適應(yīng)加工復(fù)雜外形零件而發(fā)展起來的一種自動化加工技術(shù)。數(shù)控加工就是用數(shù)控機床加工零件的方法。數(shù)控加工是伴隨數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來的一種應(yīng)用技術(shù)，它是人們長期從事數(shù)控加工實踐的經(jīng)驗總結(jié)。1.2 數(shù)控機床的組成與分類一 數(shù)控機床的組成數(shù)控機床的種類很多，但是任何一種數(shù)控機床都主要由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機械系統(tǒng)組成。1 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，是數(shù)控機床的“指揮系統(tǒng)”。 數(shù)控系統(tǒng)通常是一臺帶有專門系統(tǒng)軟件的專用微型計算機。2 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)（或稱驅(qū)動系統(tǒng)）是數(shù)控機床的執(zhí)行機構(gòu)，是由驅(qū)動和執(zhí)行兩大部分組成。用于實現(xiàn)數(shù)控機床的進給伺服控制和株洲伺服控制。它接受數(shù)控裝置的指令信息，并按指令信息的要求控制執(zhí)行部件的進給熟讀、方向和位移。3 機械系統(tǒng)數(shù)控機床的機械系統(tǒng)，除機床基礎(chǔ)件意外，有下列各部分組成:(1)主軸部件：包括主軸電動機和主軸傳動系統(tǒng)。(2)進給系統(tǒng)：包括進給執(zhí)行電動機和進給傳動系統(tǒng)。(3)實現(xiàn)共建回轉(zhuǎn)、定位的裝置和附件。(4)實現(xiàn)某些部件動作和輔助功能的系統(tǒng)和裝置。(5)刀庫和自動換刀裝置(Autormatic Tools Changer, 簡稱 ATC)(6)自動托盤交換裝置（Autormatic Pallet Changer，簡稱 APC）機床基礎(chǔ)件或稱機床大件，通常是指床身(或底座)、立柱、滑座和工作臺等，它是整臺機床的基礎(chǔ)和框架。9二 數(shù)控機床的分類1 按工藝用途分按照工藝的不同，數(shù)控機床可分為數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控齒輪加工機床、數(shù)控電火花加工機床、數(shù)控線切割機床、數(shù)控沖床、數(shù)控剪床、數(shù)控液壓機等各種工藝用途的數(shù)控機床。2 按運動方式劃分按運動方式即刀具與工件相對運動方式，數(shù)控機床可分為：點位控制、直線控制和輪廓控制。3 按伺服系統(tǒng)類型劃分按伺服系統(tǒng)類型的不同，數(shù)控機床可分為：開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床、閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)時空機床。（1） 開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床是一種不叫原始的數(shù)控機床。這類機床的數(shù)控系統(tǒng)將零件的程序處理后，輸出數(shù)據(jù)指令給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動機床運動，沒有來自位置傳感器的反饋信號。最典型的系統(tǒng)就是采用步進電動機的伺服系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的信息流是單向的，即進給脈沖發(fā)出去以后，實際移動值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制。這類機床較為經(jīng)濟，但加工速度和加工精度較低。（2） 閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床帶有檢測裝置，直接對工作臺的位移量進行檢測。這類控制系統(tǒng)，因為把機床工作臺納入位置控制環(huán)，故稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以消除包括工作臺傳動鏈在內(nèi)的運動誤差，因而定位精度高、調(diào)節(jié)速度快。但由于該系統(tǒng)受進給絲杠的拉壓剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、摩擦阻尼特性和間隙等非線性因素的影響，給調(diào)試工作造成較大的困難。由于閉環(huán)伺服系統(tǒng)復(fù)雜和成本高，故適用于精度要求很高的數(shù)控機床，如精密鏜銑床、超精密數(shù)控機床等。（3） 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機床大多數(shù)數(shù)控機床是半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，這類系統(tǒng)介于開環(huán)和閉環(huán)之間，精度沒有閉環(huán)高，調(diào)試卻比閉環(huán)方便，因而得到了廣泛的應(yīng)用。4 按數(shù)控機床系統(tǒng)的功能水平劃分按數(shù)控機床系統(tǒng)的功能水平可分為：低檔、中檔和高檔。按控制軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)可分為幾軸聯(lián)動等多種數(shù)控機床；按數(shù)控機床功能多少可分為經(jīng)濟型數(shù)控機床和全功能型數(shù)控機床等。91.3數(shù)控機床的特點與數(shù)控機床的發(fā)展方向1 數(shù)控機床的特點數(shù)控機床與普通機床比較具有以下特點。（1） 自動化程度高。（2） 進給傳動機構(gòu)簡單。（3） 工藝復(fù)合化和功能集成化。（4） 具有加工復(fù)雜形狀兩件的能力。（5） 具有高度柔性，適用性強。（6） 加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定。（7） 生產(chǎn)效率高。2 數(shù)控機床的發(fā)展方向當今數(shù)控機床正朝著以下幾個方向發(fā)展。（1） 高速度、高精度。（2） 多功能化。（3） 智能化。（4） 目前CAD/CAM圖形交互式自動變成已得到較多的應(yīng)用，是數(shù)控技術(shù)發(fā)展的新趨勢。（5） 可靠性最大化數(shù)控機床的可靠性一直是用戶最關(guān)心的主要指標。（6） 控制系統(tǒng)小型化和時空系統(tǒng)小型化便于將機、電裝置結(jié)合為一體。20第二章 數(shù)控銑床主傳動系統(tǒng)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)包括主軸電動機，傳動系統(tǒng)和主軸組件。與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比數(shù)控機床在結(jié)構(gòu)上比較簡單，這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調(diào)速來承擔。省去了繁雜的齒輪變速機構(gòu)，還有一些數(shù)控機床設(shè)計中還存在二級或三級齒輪變速機構(gòu)用以擴大主軸電動機無級變速的范圍。2.1 數(shù)控機床對主傳動的要求1. 范圍： 各種不同的機床對調(diào)速范圍的要求不同，多用途，通用性比較大的機床，要求主軸的調(diào)速范圍大，不但有低速大轉(zhuǎn)距的功能，而且還要有比較高的速度。2. 熱變形：電動機、主軸及傳動件都有熱源。降低溫升，減少熱變形是對主傳動系統(tǒng)要求的重要指標。3. 旋轉(zhuǎn)精度和運動精度（1）主軸的旋轉(zhuǎn)精度:是指裝配后，在無載荷，低速轉(zhuǎn)動條件下，測量主軸前端和300mm處的徑向和軸向跳動值。（2）主軸在以工作速度旋轉(zhuǎn)時，測量上述兩項精度稱為運動精度。4. 主軸的靜剛度和抗振性由于數(shù)控機床的加工精度比較高，主軸的轉(zhuǎn)速又很高。因此，主軸組件的質(zhì)量分布是否均勻以及主軸組件的阻尼等，對主軸組件的靜剛度和抗振性都會產(chǎn)生影響。5. 主軸組件的耐磨性 主軸組件必須有足夠的耐磨性，使之能夠長期保持要求的準確精度。凡是有機械摩擦的部位，軸承，錐孔等都要有足夠的硬度，軸承還應(yīng)具有良好的潤滑。62.2 數(shù)控銑床主傳動的配置方式數(shù)控銑床的主傳動系統(tǒng)要求有較大的調(diào)速范圍，以保證進行加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)效率、加工精度和表面質(zhì)量。數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此機構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。大多數(shù)的數(shù)控銑床是用無級變速系統(tǒng)控制的。數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要有以下三種配置方式：1. 帶有變速齒輪的主傳動這種配置方式在大中型數(shù)控機床中采用比較普遍。它通過少數(shù)幾對齒輪進行降速，使之能夠分段變速，確保低速時擁有足夠的扭矩，以滿足主軸輸出扭矩特性。但也有一部分小型數(shù)控機床也采用這種傳動方式，以獲得強力切削時所需要的扭矩。2. 通過帶傳動的主傳動主要應(yīng)用在中小數(shù)控機床上，可以避免齒輪傳動時引起的振動和噪聲，但它只能適用于低扭矩特性要求的主軸。同步帶有多楔帶，齒形帶，圓弧帶等，是一種綜合了帶傳動和鏈傳動優(yōu)點的新型傳動。帶的工作面及帶輪外圓上均制成齒形，通過帶輪與輪齒相嵌合，做無滑動的嚙合傳動。帶內(nèi)采用了承載后無彈性伸長的材料作強力層，以保持帶的節(jié)距不變，使主動和從動帶輪可做無相對滑動的同步傳動。與一般帶傳動相比，同步帶傳動具有以下優(yōu)點：（1）無滑動，傳動比準確。（2）傳動效率高，可達98%以上。（3） 傳動平穩(wěn)可靠，噪聲小。（4） 使用范圍廣，速度要達到50m/s，速比可達10左右，傳動功率由幾瓦到數(shù)千瓦。（5） 修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。但是同步帶也有不足之處，其安裝時中心距要求嚴格，帶與帶輪制造工藝較復(fù)雜，成本高。3. 由調(diào)速電動機直接驅(qū)動的主傳動這種主傳動方式大大簡化了主軸箱與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度。但主軸輸出扭矩小，電動機轉(zhuǎn)動時發(fā)出的熱量對主軸的精度影響比較大。在低于額定轉(zhuǎn)速時為恒轉(zhuǎn)矩輸出，高于額定轉(zhuǎn)矩時為恒功率輸出。使用這種電動機可實現(xiàn)電氣定向。我們把機床主軸驅(qū)動與一般工業(yè)的驅(qū)動相比較，便可知機床要求其驅(qū)動系統(tǒng)有較高的速度精度和動態(tài)剛度，而且要求具有能連續(xù)輸出的高轉(zhuǎn)距能力和非常寬的恒功率運動范圍。隨著功率電子，計算機技術(shù)，控制理論，新材料和電動機設(shè)計的進一步發(fā)展和完善，矢量控制交流主軸電動機驅(qū)動系統(tǒng)的性能已經(jīng)達到甚至超過了直流電動機驅(qū)動系統(tǒng)，交流主軸驅(qū)動系統(tǒng)正在逐步取代直流系統(tǒng)。4第三章 主軸電動機的選取正確選擇電動機的類型、型號及容量是機床設(shè)計的重要問題之一，它直接影響著機床的結(jié)構(gòu)和壽命，選擇時要根據(jù)機床的功能要求，所設(shè)計的結(jié)構(gòu)，工作狀況等全面考慮，然后選擇適宜的結(jié)構(gòu)型式及容量。圖3-1主軸電動機電動機功率的選擇，工作機所需的有效功率為：Pw=Fv/1000=17.5kw1,為了計算電動機所需的功率，先要確定從電動機到工作部件的總效率，設(shè)1、2、分別為同步帶輪和同步帶的傳動效率，查表所得1和2都等于0.97。則傳動的總效率為=12=0.941， 所以電動機所需的功率為Pd=Pw/=18.5KW1電動機傳速的選擇:此次設(shè)計要求電動機必須有額定轉(zhuǎn)速1500r/min,最高轉(zhuǎn)速必須達到4000r/min.電動機型號的選?。焊鶕?jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計中選取蘭州電機廠生產(chǎn)的1PH5167-4CF4型號交流主軸電動機。其主要參數(shù)如下表：額定轉(zhuǎn)速（r/min）最高轉(zhuǎn)速(r/min)額定轉(zhuǎn)矩慣性矩(N.M)電機功率(KW)恒功率范圍15006000117.70.04618.51:90表3-1 1PH5167-4CF4型號交流主軸電動機的主要參數(shù)11第四章 同步帶傳動同步帶傳動綜合了帶傳動和鏈傳動的特點，同步帶傳動的優(yōu)點是:（1）無相對滑動，帶長不變，傳動比穩(wěn)定；（2）帶薄而輕，強力層強度高，適用于高速傳動，速度可達40 m/s；（3）帶的柔性好，課用直徑較小的帶輪，傳動結(jié)構(gòu)緊湊，能獲得較大的傳動比；（4）傳動效率高，可達0.98-0.99，因而應(yīng)用日益廣泛；（5）初拉力較小，故軸和軸承上所受的載荷小。主要缺點是制造、安裝精度要求較高、成本高。同步帶主要用于要求傳動比準確的中、小功率傳動中，如計算機、錄音機、磨床和紡織機等。134.1 材料選擇根據(jù)設(shè)計要求，選用聚氨酯同步帶，由帶背、帶齒、抗拉層三部分組成。帶背和帶齒材料為聚氨酯，抗拉層采用鋼絲繩，適用于中小功率的高速運轉(zhuǎn)部分。134.2 參數(shù)計算設(shè)計計算的內(nèi)容主要是：齒形帶的模數(shù)、齒數(shù)、和寬度的結(jié)構(gòu)和尺寸，傳動中心距，作用在軸上載荷以及結(jié)構(gòu)設(shè)計。1. 模數(shù)的選取模數(shù)主要根據(jù)齒形帶所傳遞的計算功率Pd和小帶輪轉(zhuǎn)速n1確定的，通過查現(xiàn)代數(shù)控機床表4-33查得Pd=KA*P, 式中P傳動功率表4-1 工作情況系數(shù)KA載荷性質(zhì)一天運轉(zhuǎn)時間/h10101616以上載荷平穩(wěn)1.01.11.2載荷變化小1.21.41.6載荷變化大1.41.72.0選取KA=1.7，所以PC=5.51.7=9.35KW由齒形帶模數(shù)選用圖可選m=42. 小帶輪齒數(shù)Z1:由機械傳動裝置設(shè)計手冊表8-38 得Zmin=22,所以取Z1=243. 同步帶節(jié)距Pb:由PD=9.35KW n1=1500r/min, 查表選取節(jié)距Pb=12.566mm, 齒形角2=40。齒根厚S=5.75mm。齒頂厚St=4mm, 齒高hg=ht+e=2.4+2.7=5.1mm, 齒根圓半徑Rr=齒頂圓半徑Ra=0.40mm, 帶高hs=4.4mm, 節(jié)頂距=1.000mm, 帶bs=3540mm。4. 節(jié)圓直徑d1:d1=96 5. 大帶輪齒數(shù)z2與直徑：z2=iz1=366. 大帶輪直徑d2=id1=1.596=144 7. 帶的速度V:V=7.536， (式4-1)由表查得13Vmax=3540 V<Vmax 所以合格。8. 定中心距a0: 5(d1+d2) a02(d1+d2)所以：0.7（96+144）a02(96+144)則有168a0480 初選a0=3009. 帶的節(jié)線長度Lp以及齒數(shù)Zb：Lp0=2a0+(d1+d2)+=2300+240+=978.72 （式4-2）查表選取Lp=1005 Zb=8010. 計算中心距a（采用中心距可調(diào)）aa0+=300+ （式4-3 ）選取a=31411. 帶輪與帶的嚙合齒數(shù)Zm：Zm=11.82 取Zm=12 （式4-4）因為當m2時，Zm應(yīng)不小于6 ，所以計算的Zm滿足條件。12. 帶寬bs: bs 查表取Kz=1.20, Fa=20N/mm （式4-5）Fc=mbV2=4.810-3 7.5362=0.273所以 bs選取bs=4013. 作用與軸上的力Fr：Fr= （式4-6）14. 小帶輪最小包角：180-60（d2-d1）/a=180。-60。（144-96）/314=170.8。15. 帶輪寬度bf, bf1, bf2 bf=bs+(1.53)=41.543bf1=bs+(67)=4647bf2=bs+(35)=43414第五章 主軸組件的設(shè)計主軸組件主要包括：主軸、主軸支撐和安裝在主軸上的傳動件、密封件等，因為主軸帶動工件或刀具直接參加工件表面形成運動，所以它的工作性能對加工質(zhì)量和生產(chǎn)率產(chǎn)生直接影響，是機床最重要的部件之一。5.1 主軸組件的設(shè)計要求1. 回轉(zhuǎn)精度 主軸組件的回轉(zhuǎn)精度,是指主軸的回轉(zhuǎn)精度。當主軸做回轉(zhuǎn)運動時，線速度為零的點的連線稱為主軸的得回轉(zhuǎn)中心線。回轉(zhuǎn)中心線的空間位置，每一瞬間都是變化的，這些瞬間回轉(zhuǎn)中心線的平均空單位轉(zhuǎn)移不為理想回轉(zhuǎn)中心線。瞬時回轉(zhuǎn)中心線相對于理想回轉(zhuǎn)中心線在空間位置的距離，就是主軸的回轉(zhuǎn)誤差，而回轉(zhuǎn)誤差的范圍，就是主軸的回轉(zhuǎn)精度。純徑轉(zhuǎn)誤差、角度誤差和軸向誤差，它們很少單獨存在。當徑向誤差和角度誤差同時存在構(gòu)成徑向跳動，而軸向誤差和角度誤差同時存在構(gòu)成端面跳動。由于主軸的回轉(zhuǎn)誤差一般都是一個空間旋轉(zhuǎn)矢量，它并不是在所有的情況下都表示為被加工工件所得的加工形狀。主軸回轉(zhuǎn)精度的測量，一般分為三種靜態(tài)測量、動態(tài)測量和間接測量。目前我國在生產(chǎn)中沿著傳統(tǒng)的靜態(tài)測量法，用一個精密的檢測棒插入主軸錐孔中千分表觸頭觸及檢測棒圓柱表面，以低速轉(zhuǎn)動主軸進行測量。千分表最大和最小的讀數(shù)差既認為是主軸的徑向回轉(zhuǎn)誤差。端面誤差一般以包括主軸所在平面內(nèi)的直角坐標系的垂直度，數(shù)據(jù)綜合表示。動態(tài)測量是用一標準球裝在主軸中心線上，與主軸中心線上，與主軸同時旋轉(zhuǎn)；在主軸同時旋轉(zhuǎn)；在工作臺上安裝兩個互成90度角的非接觸傳感器，通過儀器記錄回轉(zhuǎn)情況。間接測量是用小的切削量用小的切削量回工有色金屬試件，然后在圓度儀上測量試件的圓度來評價。出廠時，普通級加工中心的回轉(zhuǎn)精度用靜態(tài)測量法測量，當L=300mm時允許誤差應(yīng)小于0.02。造成主軸回轉(zhuǎn)誤差的原因主要是由于主軸的結(jié)構(gòu)及其加工精度、主軸軸承的選用及剛度等，而主軸及其回轉(zhuǎn)零件的不平衡，在回轉(zhuǎn)時引起的激振力，也會造成主軸的回轉(zhuǎn)誤差。因此加工中心的主軸不平衡量要控制在0.4/s以下。2. 主軸剛度主軸組件的剛度是指受外力作用時，主軸組件抵抗變形的能力。通常抵以主軸前端產(chǎn)生單位位移時，在位移方向上所施加的作用力大小來表示。主軸組件的剛度越大，主軸受力的變形就越小。主軸組件的剛度不足，在切削力及其他力的作用下，主軸將產(chǎn)生較大的彈性變形，不僅影響工件的加工質(zhì)量，還會破壞齒輪、軸承的正常工作條件，使其加快磨損，降低精度。主軸部件的剛度與主軸結(jié)構(gòu)尺寸、支撐跨距、所選軸承類型及配置形勢、砂間隙的調(diào)整、主軸上傳動元件的位置等有關(guān)。3. 主軸抗振性主軸組件的抗振性是指切削加工時，主軸保持平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動的能力。主軸組件抗振性及在必要時安裝阻尼（消振）器。另外，使主軸固有頻率遠遠大于激振力的頻率。4. 主軸溫升主軸組件在運轉(zhuǎn)中，溫升過高會起兩方面的不良結(jié)果：一是主軸組件和箱體因熱膨脹而變形，主軸的回轉(zhuǎn)中心線和機床其他件的相對位置會有變化，直接影響加工精度；其次是軸承等元件會因溫度過高而改變已調(diào)好的間隙和破壞正常潤滑條件，影響軸承的正常工作。嚴重時甚至會發(fā)生：“抱軸”。數(shù)控機床在解決溫升問題時，一般采用恒溫主軸箱。5. 主軸的耐磨性主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便長期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工件的安裝部位以及移動式主軸的工作部位。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應(yīng)該淬硬，或者經(jīng)過氮化處理，以提高硬度增加耐磨性。主軸軸承也需要有良好的潤滑，提高其耐磨性。以上這些要求，有的還是矛盾的，例如高剛度和高速，高速和高精度等，這就要具體問題具體分析，例如設(shè)計高效數(shù)控機床的主軸組件的主軸應(yīng)滿足高速和高剛度的要求；設(shè)計高精度數(shù)控機床時，主軸應(yīng)滿足高剛度、低溫升的要求。同時，主軸結(jié)構(gòu)要保證個部件定位可靠，工藝性能好等要求。6. 提高主軸組件抗振性的措施（1）盡量縮短主軸前軸承結(jié)構(gòu)的長度， 適當增大跨矩；（2）盡量提高前軸承的剛度和阻尼；（3）提高前軸承的精度，把推力軸承放在前支撐初可提高抗振性；（4）對高速旋轉(zhuǎn)的零件作靜、動平衡，提高齒輪、主軸的制造精度都可適當減少強迫振動源；（5）對于非連續(xù)切削過程的銑削，滾削等加裝飛輪可減少振動；（6）應(yīng)用阻尼器消耗振動能量是有效的措施；考慮系統(tǒng)的固有頻率，避免共振。7. 減少主軸組件熱變形的措施（1）把熱源移至機床以外。（2）改善主傳動的潤滑條件。如進行箱外循環(huán)潤滑，用低粘度的潤滑油、油霧潤滑等，特別注意前軸承的潤滑情況。（3）采用冷卻散熱裝置。例如用熱管冷卻減少機床各部位的溫差,進行熱補償。如可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計采用一些自動補償?shù)难b置設(shè)法使熱變形朝不影響加工精度的方向發(fā)展。還可以在工藝上減少熱變形的影響。如先空運轉(zhuǎn)一段時間再加工。把粗、精加工分開等。5.2 主軸材料的選擇及尺寸、參數(shù)的計算圖5-1主軸主軸是主軸組件的重要組成部分，它的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、制造精度、材料、及其熱處理，對主軸組件的工作性能都有很大的影響。主軸結(jié)構(gòu)隨系統(tǒng)設(shè)計要求的不同而有各種形式。主軸的主要尺寸參數(shù)包括：主軸直徑、內(nèi)孔直徑、懸伸長度和支撐跨距。評價和考慮主軸的主要尺寸參數(shù)的依據(jù)使主軸的剛度、結(jié)構(gòu)工藝性和主軸組件的工藝適應(yīng)范圍。1. 主軸直徑 主軸直徑越大，其剛度越高，但使得軸承和軸上其他零件的尺寸相應(yīng)增大。軸承的直徑越大，同等級精度軸承的公差值也越大，要保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度就越困難。同時極限轉(zhuǎn)數(shù)下降。主軸后端支撐軸頸的直徑可視為0.70.8的前支承軸頸值，實際尺寸要在主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計時確定。前、后軸頸的差值越小則主軸的剛度越高，工藝性能也越好。2. 主軸內(nèi)孔直徑 主軸的內(nèi)孔用來安放棒料、刀具夾緊裝置固定刀具、傳動氣動或液動卡盤等。主軸孔徑越大，可通過的棒料直徑也越大，機床的適用范圍就越廣，同時主軸部件的相對重量也越輕。主軸孔徑的大小主要受主軸剛度的制約。主軸的孔徑與主軸的直徑之比，小于0.3時空心主軸的剛度幾乎與實心主軸的剛度相當；等于0.35時，空心主軸的剛度為實心主軸剛度的90%；大于0.7時空心主軸的剛度急劇下降。一般可取其比值為0.5左右。根據(jù)設(shè)計要求，此設(shè)計選用的主軸材料是45號鋼。其熱處理及參數(shù)如下表表5-1 45號鋼熱處理參數(shù)13材料熱處理硬度（HBS）抗拉強度極限屈服強度極限s彎曲疲勞極限-1剪切疲勞極限-1許用彎曲應(yīng)力-1 45調(diào)質(zhì)、滲氮21725564035530015560因為選用的主軸電機功率為P=18.5KW，額定轉(zhuǎn)速nc=1500r/min所以主軸功率 p=pc/123=9.67 kw (式5-1)因為主軸是空心轉(zhuǎn)軸，所以 d1=21.68 . （式5-2）查表得=1.23 所以d1=21.681.2321.23=56.6 又因為此處軸上有一個鍵槽，所以d1=d(1+5%)=59.45 取d1=60;d2=d1+2a,a為軸肩高度，用于軸上零件的定位和固定，故a值應(yīng)該稍微大于轂孔的圓角半徑或倒角深，通常取a（0.070.1）d1；d2應(yīng)符合密封件的孔徑要求。所以 d2=63mmd3=d2+58mm=72mm。 d4=d3+15mm=74mm。d5=d4+15mm=78mm。d6=d5+2a。a(0.070.1)d1 所以d6=80mm。根據(jù)選用的軸承確定d7=98mm主軸的疲勞強度安全系數(shù)校核，危險截面安全系數(shù)s的校核計算： s=s （式5-3）只考慮彎距作用的安全系數(shù)；s只考慮扭距作用是的安全系數(shù)；s 許用安全系數(shù)；14在此查表所得s=1.31.5；s= 查表得出-1=270Mpa -1=155Mpa k=1.71 k=1.44 =1.6 =0.78 =0.74， =0.3，=0.21，=， m= M= Wp= 所以：s=1.08<s=1.31.5 所以主軸設(shè)計符合要求。3. 主軸的軸端結(jié)構(gòu)主軸的軸端是用于安裝夾具和刀具。要求夾具和刀具在軸端定位精度高、定位好、裝卸方便，同時使主軸的懸伸長度短。數(shù)控銑床的主軸端部結(jié)構(gòu)，一般采用短圓錐法蘭盤式。4. 軸主要精度指標 前支承軸承軸頸得同軸度約為5m左右；軸承軸頸需要按軸承內(nèi)孔“實際尺寸”配合，并且需要保證配合過盈1m5m；錐孔與軸承軸頸得同軸度為3m5m，與錐面的接觸面積不小于80%，且大端接觸較好；裝圓柱滾子軸承與軸承內(nèi)圈的接觸面積應(yīng)該不小于85%。5. 主軸動態(tài)特性的改善 改善主軸動態(tài)特性的措施有以下幾個方面：（1）使主軸組件的固有頻率避開激振力的頻率 通常應(yīng)該使固有頻率高于激振力頻率的30%以上。如果發(fā)生共振的那階模態(tài)屬于主軸在彈性基礎(chǔ)上（軸承）的剛度振動則應(yīng)提高軸承的剛度。如果屬于主軸的彎曲振動，則應(yīng)提高主軸的剛度，如加粗直徑。激振力可能來自主軸組件的不平衡，這時激振頻率等于主軸轉(zhuǎn)速乘以/30。也可能來自斷續(xù)切削，這時激振頻率還應(yīng)該乘以刀齒數(shù)z。（2）增大阻尼 如前面所述，低階模態(tài)常是主軸的剛體振動。這時主軸軸承，特別是前軸承的阻尼對主軸組件的抗振性影響很大。如果要求得到很光的加工表面，主軸又是水平的，可用滑動軸承。滾動軸承適當預(yù)緊可以增大阻尼，但過大的預(yù)緊反而使阻尼減少，故選擇預(yù)緊時還應(yīng)該考慮阻尼的因素。（3）采用三支承 如主軸后端懸深很長，可增加輔助支承，成為三支承主軸。輔助支承可用深溝球軸承，保留游動間隙。輔助支承的作用，與其說是提高剛度，不如說是為了提高抗振性。125.3 主軸傳動裝置箱體的作用通過傳動軸承支撐傳動件的軸；存儲潤滑劑，實現(xiàn)傳動件和軸承的潤滑；密封作用，減少環(huán)境不良因素；保護機器操作者的人身安全，避免傷亡事故。5.4 主軸箱體的截面形狀和壁厚計算 傳動裝置箱體的典型縱截面形狀為矩形或圓形。箱體壁厚N的計算: N=14 （式5-4）第六章 主軸軸承的選擇主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、安裝、調(diào)整、潤滑和冷卻都直接影響了主軸組件的工作性能。在數(shù)控機床上主軸軸承常用的有滾動軸承和滑動軸承兩大類。滾動軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤滑維護簡單，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動范圍下穩(wěn)定的工作。滾動軸承由專業(yè)化的工廠生產(chǎn)，選購維修很方便，在數(shù)控機床上被廣泛采用。但與滑動軸承相比，滾動軸承的噪聲大，滾動體數(shù)目有限，剛度是變化的，抗振性略差，并且對轉(zhuǎn)速有很大的限制。數(shù)控機床主軸組件在可能條件下，盡量使用了滾動軸承，特別是大多數(shù)立式主軸和主軸裝在套筒內(nèi)能夠作軸向移動的主軸。這時用滾動軸承可以用潤滑脂潤滑以避免漏油。滾動軸承根據(jù)滾動體的結(jié)構(gòu)的不同可分為球軸承、圓柱軸承、圓錐滾子軸承三大類。66.1 軸承的選擇和軸承的精度選用軸承時，首先是選擇類型。選擇軸承類型應(yīng)考慮多種因素，如軸承所受載荷的大小、方向及性質(zhì)；軸向的固定方式；轉(zhuǎn)速與工作環(huán)境；調(diào)心性能要求；經(jīng)濟性和其他特殊要求等。滾動軸承的選，用原則課概括如下。1. 載荷條件軸承承受載荷的大小、方向、性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。載荷較大時應(yīng)選用線接觸的滾子軸承。受純軸向載荷時通常選用推力軸承；主要受徑向載荷時應(yīng)選用深溝球軸承；同時受徑向和軸向載荷時應(yīng)選用角接觸軸承；受沖擊載荷時宜選用滾子軸承。2. 轉(zhuǎn)速條件當轉(zhuǎn)速較高且旋轉(zhuǎn)精度要求較高時，應(yīng)選用球軸承。推力軸承的極限轉(zhuǎn)速低。當工作轉(zhuǎn)速較高，而軸向載荷不大時，可采用角接觸軸承或深溝球軸承。對高速回轉(zhuǎn)的軸承，為減小滾動體施加于外圈滾道的離心力，宜選用外徑和滾動體直徑較小的軸承。3. 裝調(diào)性能3類（圓錐滾子軸承）和N類（圓柱滾子軸承）的內(nèi)外圈可分離，便于裝拆。為方便安裝在長軸上軸承的裝拆和緊固，可選用帶內(nèi)綴孔和緊定套的軸承。4. 調(diào)心性能軸承內(nèi)、外圈軸線間的偏位角應(yīng)控制在極限值之內(nèi)，否則會增加軸承的附加載荷而降低其壽命。對于剛度差或安裝精度較差的軸組件，宜選用調(diào)心軸承，如1類（調(diào)心球軸承）、2類（調(diào)心滾子軸承）軸承。5. 經(jīng)濟性在滿足使用要求的情況下優(yōu)先選用價格低廉的軸承。一般球軸承的價格低于滾子軸承。軸承的精度要求越高價格就越高。在同精度的軸承中深溝球軸承的價格最低。同型號不同公差等級軸承的價格比為：P0:P6:P5:P4=1:1.5:1.8:6。選用高精度軸承時應(yīng)進行性能價格比的分析。本次設(shè)計中選用了的軸承是角接觸軸承和雙向推力向心球軸承。角接觸軸承可以同時承受徑向載荷和軸向載荷的聯(lián)合作用，其軸上載荷能力的大小，隨接觸角的增大而增大；軸承的精度，分為2、4、5、6、0五級。其中2級最高，0級為普通精度級。主軸軸承以4級為主。高精度主軸可用P2級。要求較低的主軸或三支撐主軸的輔助軸承可用P5級。P6級和P0級一般不用。66.2 軸承預(yù)緊力的要求因為預(yù)緊力提高剛度有一定的效果,這是與線接觸的滾子軸承不同的。點接觸的球軸承，應(yīng)在溫升允許的條件下，盡量用較高的預(yù)緊力。在軸向力的作用下，不受力測軸承的滾動體與滾道不配時為最大軸向載荷的35%；三聯(lián)組配時為24%。6.3 主軸軸承的潤滑與密封主軸的密封有接觸式密封和非接觸式密封，主軸軸承的潤滑與密封是機床使用和維護過程中值得重視的兩個問題。良好的潤滑效果可以較低軸承的工作溫度和延長使用壽命。密封不僅要防止灰塵屑末和切削液進入，還要防止?jié)櫥偷男孤?。?shù)控機床上，主軸軸承潤滑方式有：油脂潤滑、油液循環(huán)潤滑、油霧潤滑、油氣潤滑等方式。此次設(shè)計選用的是油脂潤滑方式。主軸的潤滑狀態(tài)可分為流體潤滑狀態(tài)和非流體潤滑狀態(tài)兩大類，流體潤滑狀態(tài)又可分為邊界潤滑狀態(tài)和干摩擦潤滑狀態(tài)。除上述外，還常見有混合潤滑狀態(tài)，即流體潤滑狀態(tài)和邊界潤滑狀態(tài)同時存在。油脂潤滑方式： 是目前在數(shù)控機床的主軸軸承上最常用的潤滑方式，特別是在前支承軸承上更是常常用到。當然，如果主軸箱中沒有冷卻潤滑油系統(tǒng)，那么后支承軸承和其他軸承，一般采用油脂潤滑方式潤滑。（1）油液潤滑方式： 在數(shù)控機床主軸上，有采用油液循環(huán)潤滑方式的。裝有CA-MET軸承的主軸，即可使用這種方式潤滑，對一般主軸軸承，后支承上采用這種方式潤滑比較常見。不過在用油液潤滑角接觸軸承的時候，要注意角接觸軸承有泵油效應(yīng)，必須使油液從小口進入。（2）油霧潤滑方式： 油霧潤滑方式是將油液經(jīng)高壓氣體霧化后從噴嘴成霧狀噴出倒需要潤滑的部位達到潤滑目的的方式。由于霧狀油吸熱性好，又無油液攪拌作用，所以常用于高速主軸軸承的潤滑。但是，油霧容易吹出，污染環(huán)境。（3）油氣潤滑方式： 油氣潤滑方式是針對高速主軸而開發(fā)的新型的潤滑方式。它是用極微量的油（約0.033）潤滑軸承，以抑制軸承發(fā)熱。油箱中的油位開關(guān)和管路的壓力開關(guān)，確保在油箱中無油或者壓力不足的時候，能自動啟動切斷主電動機電源。軸承間隙調(diào)整和預(yù)緊 主軸軸承的內(nèi)部間隙，必須能夠調(diào)整。多數(shù)軸承，還應(yīng)在過盈狀態(tài)下滾動體與滾道之間有一定的預(yù)變形，這就叫做軸承的預(yù)緊。軸承預(yù)緊后，內(nèi)部無間隙，滾動體從各個方向支承主軸，有利于提高運動精度。滾動體的直徑不可能絕對相等，滾道也不可能絕對正圓，因而預(yù)緊前只有部分滾動體與滾道接觸。預(yù)緊后，滾動體和滾道都有了一定的變形，參加工作的滾動體將更多，各滾動體的受力將更為均勻。這些都有利于提高軸承的精度、剛度和壽命。如主軸產(chǎn)生振動，則由于各個方面都有滾動體支承，可以提高抗振性。但是，預(yù)緊將使軸承壽命下降，故預(yù)緊要適量。176.4 軸承壽命校核主軸軸承通常載荷相對較輕,除一些特殊的重載主軸外,軸承的承載能力是沒有問題的。主軸軸成的壽命，主要不是取決于疲勞點蝕，而是因為磨損而降低精度。通常，如軸承精度為P4級，經(jīng)使用導(dǎo)致磨損后跳動精度降至P5級時，這個軸承就不能滿足加工精度要求了。應(yīng)該更換了。雖然還遠未達到其疲勞壽命，但是這種“精度壽命”目前還難以估算準確。所選軸承按照每天兩班工作制，每班工作8小時，預(yù)計使用五年。則T=163655=29200h根據(jù)軸承壽命校核公式： Lh= （式6-1）Lh-軸承壽命。T-滾動軸承許用壽命。C-滾動軸承額定動負荷。fn-速度系數(shù)fn=-壽命指數(shù)。 對球軸承=3；對滾子軸承=10/3。KA-使用系數(shù)。查表取KA=1.2.Kn-轉(zhuǎn)速變化系數(shù)，查表取Kn=0.89。KL-齒輪輪換工作系數(shù)，查表取KL=0.8.P-當量動載荷。14所以根據(jù)公式計算得：Lh=500h>T 因為軸承使用壽命遠大于軸承預(yù)期的壽命所以軸承合格的。第七章 聯(lián)接鍵的選擇和碟形彈簧的選擇與計算7.1聯(lián)接鍵的選擇鍵的類型可根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點，使用要求和工作條件選擇，鍵截面尺寸通常根據(jù)軸的直徑，從標準中選取，對于某些特殊情況（如階梯軸）在保證傳遞所需的轉(zhuǎn)矩的條件下，允許選用較標準規(guī)定小一擋的截面尺寸，有時候由于工藝和強度原因，也可以選用較標準規(guī)定尺寸大一擋的鍵，鍵的長度按輪轂長度而定，即鍵的長度等于略短于輪轂的長度，而導(dǎo)向平鍵就得按輪轂的長度及滑動距離而定，鍵的長度應(yīng)該符合標準規(guī)定的長度系列。根據(jù)設(shè)計尺寸和GB/T1096-1979選普通平鍵聯(lián)接，鍵的公稱尺寸是bhL=108(2836)，材料選取45號鋼。7.2碟形彈簧的選擇與計算碟形彈簧它是一種用鋼板沖壓的截面錐形壓縮彈簧，其特點是： 圖7-1碟形彈簧（1）剛度大，用于負荷大，軸向空間要求小的地方。（2）具有變剛度特性，適應(yīng)范圍廣，根據(jù)其極限變形量h0和彈簧板厚度t不同，可有各種不同的特性曲線和承載能力。（3）在工作過程中，碟片之間有摩擦損失，加載和卸載時的特性曲線不重合，吸振能力強，制造維修方便。根據(jù)設(shè)計要求，選用A系列碟形彈簧。采用對合組合方式安裝。177.3碟形彈簧材料及熱處理、厚度和脫碳碟形彈簧材料為60Si2MnA，碟簧成型后，進行淬火，回火后的硬度必須在HRC4245范圍內(nèi)單面脫碳層深度，對于厚度小于1.25mm的第一類碟形彈簧，不得超過其厚度的5%，對于厚度不小于1.25mm的碟形彈簧，不超過其厚度的3%（其最小值允許為0.06）。7.4碟形彈簧的強壓處理、表面強化處理和防腐處理碟形彈簧應(yīng)全部進行強壓處理，處理方法為：一次壓平，持續(xù)時間不少于12h，或者進行短時壓平，壓平次數(shù)不小于5次，壓平力不小于二倍的Pf=0.75h0,強化處理后自由高度應(yīng)穩(wěn)定。對于受變負荷的碟形彈簧，內(nèi)錐面推薦表面作強化處理，例如噴丸處理等，根據(jù)需要，碟形彈簧表面進行防腐處理（如磷化、氧化、鍍鋅等），經(jīng)電鍍后的碟形彈簧，必須進行去氫處理，不過對受變負載的碟形彈簧應(yīng)該避免采用電鍍方法處理。6其主要設(shè)計參數(shù)如下：D=50 d=25.4 t=3 h0=1.1 H0=4.1 P=12000N f=0.83 H0-f=3.27 M=-1250N/2 =1430 N/2 Q=34.30kg/1000件D/t18 h0=0.4 E=206000N/2 =0.3 K4=1 C=2 壓平彈簧的負載：PC= （式7-1） K1=0.69， （式7-2）P/Pc=5000/8410=0.59 因為h0/t=0.4 (查表所得) 所以 f=0.57h0=0.51 所以對合組合的片數(shù)為I= 取12片.未受負載的高度是HZ=i.H0=223.15=69.3受負載時的高度H1=HZ-if=69.3-220.51=58.08壓平彈簧時(f=h0)M點的應(yīng)力 M= （式7-3）此數(shù)據(jù)與60Si2MnA的屈服極限1400接近碟形彈簧的剛度 P=9015.53N （式7-4）第八章 螺釘聯(lián)接的設(shè)計設(shè)計要求：1.螺釘?shù)牟贾靡话銓ΨQ形式，并應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)和力流方向使螺釘受力合理，加工與安裝方便。2.形心與結(jié)合面的形心應(yīng)該重合。3.用鉸制孔螺釘（受剪切螺釘）承受橫向載荷時，沿力流方向的螺釘應(yīng)不多于6個。4.一組螺釘?shù)闹睆胶烷L度應(yīng)該盡量相同。5.一組螺釘中每個螺釘?shù)念A(yù)緊力應(yīng)該相同。6.釘中心線間的最小距離t=（1.52.0）s，s為六角螺母的對邊寬度，最大距離與聯(lián)接用途有關(guān)。7.該滿足擰螺釘時需要的最小扳手空間。8.校核計算時只計算受力最大的螺釘。六角頭頭部帶槽螺釘： 圖8-1六角頭頭部帶槽螺釘 根據(jù)要求計算：選用M6和M8兩種螺釘，其中M6型號螺釘主要尺寸參數(shù)為：b=24, dk=9.7810, K=3.9, t=2, B=4.15, l=1060,精度等級為8.8級。M8型號螺釘主要尺寸參數(shù)為：b=28, dk=12.7313, K=5, t=2.6, B=5, l=1280， 精度等級為8.8級。螺釘?shù)膹姸扔嬎闩c校核：承受橫向載荷和軸向載荷的普通螺釘?shù)男：薓6螺釘校核公式：41.3F0/(d1)2, 96.32=106.2所以合格。設(shè)計公式：d141.3F0/1/2 =5.96 式中 (d1是螺釘?shù)穆菁y小徑，是螺釘?shù)脑S用拉應(yīng)力) 12第九章 液壓缸與密封件的設(shè)計設(shè)計液壓缸時，要在對液壓系統(tǒng)工作情況分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)液壓缸在機構(gòu)中所要完成的任務(wù)來選擇液壓缸的結(jié)構(gòu)形式，然后按負載、運動要求、運動要求、最大行程等確定主要尺寸，進行強度、穩(wěn)定性和緩沖驗算，最后進行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。此次設(shè)計選用的是雙桿活塞式液壓缸，這種液壓缸是缸筒固定的雙桿活塞缸，活塞的兩側(cè)的活塞桿直徑相等，它的進油口和出油口位于缸筒的兩端，當工作壓力和輸入流量向同時，兩個方向上的推力和速度是相等的。 圖9-1液壓缸9.1液壓缸安裝時應(yīng)注意的問題（1）液壓缸的基座必須有足夠的剛度，如果按裝基座不夠堅固，加壓時，缸筒將會呈弓形和向上翹起，致使活塞桿彎曲或折損，還有得就是盡量使活塞桿在受拉力狀態(tài)下能夠承受最大負載，或在受壓狀態(tài)下活塞桿具有良好的縱向穩(wěn)定性。（2）液壓缸軸向兩端不要固定死， 因為液壓缸熱膨脹等因素，會在軸向伸縮，假若兩端固定死，將會使液壓缸的整體向上彎曲，而導(dǎo)致個部分變形，當活塞移動時，會產(chǎn)生阻滯現(xiàn)象，活塞和活塞桿的導(dǎo)向套等表面產(chǎn)生不均勻的磨損等不良現(xiàn)象，所以必須避免這種安裝方法。（3）安裝前，先要檢查加工零件上有無毛刺或銳角；裝入密封件時，要用高熔點潤滑油；正確安裝，搞清安裝方向；注意密封件的擠出和擰扭； 密封圈要順利的通過螺紋或孔口。12 9.2液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)及主要尺寸的確定盡可能按推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計標準進行設(shè)計，盡量做到結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、加工、裝配和維修方便。正確確定液壓缸的安裝和固定方式?？紤]液壓缸的熱變形，它只能一端固定。缸筒內(nèi)徑D： 根據(jù)負載大小和選定的工作壓力，或運動速度和輸入流量計算，再參考GB2348-80標準選取缸筒內(nèi)徑D=78.5mm活塞桿直徑d： 按工作時受力情況，參考GB3458-80標準確定d=27mm鋼筒長度L: 根據(jù)最大工作行程確定L=126mm9.3強度校核對于液壓缸的缸筒壁厚活塞桿直徑d缸蓋處固定螺釘?shù)闹睆剑诟邏合到y(tǒng)中，必須進行強度校核。筒壁厚，在中、低壓液壓系統(tǒng)中，缸筒壁厚往往由結(jié)構(gòu)工藝要求決定，一般不要校核。在高壓系統(tǒng)中，須按下列情況進行校核。當D/>10時為薄壁，可按下式校核， = 23mm 式中 D-缸筒的內(nèi)徑py-試驗壓力，當缸的額定壓力pn16Mpa時，取 py=1.5pn；pn>16Mpa時，取py=1.25 -缸筒材料的許用應(yīng)力, =b/n, b為材料抗拉強度,n為安全系數(shù),一般取n=5?；钊麠U直徑d的校核 =26.66mm （式9-1）式中F-活塞桿上的作用力。-活塞桿上的許用應(yīng)力，= b/1.9.4 密封件的作用及其意義 在液壓與氣壓系統(tǒng)及其元件中，安置密封裝置和密封的作用，在于防止工作介質(zhì)的泄漏及外界塵埃和異物的侵入。設(shè)置于密封裝置中、起密封作用的元件稱為密封件。液壓與氣壓傳動工作介質(zhì)，在系統(tǒng)及元件的容腔內(nèi)流動或暫存時，由于壓力、間隙、黏度等因素的變化，而導(dǎo)致少量工作介質(zhì)越過容腔邊界，由高壓腔或外界流出，這種“越界流出”現(xiàn)象就叫做泄漏。泄漏分為內(nèi)泄漏和外泄漏兩類。內(nèi)泄漏指在系統(tǒng)或元件內(nèi)部工作介質(zhì)由高壓腔向低壓腔的泄漏；外泄漏則是由系統(tǒng)或元件內(nèi)部向外界的泄漏。單位時間內(nèi)泄漏的工作介質(zhì)的體積稱為泄漏量。對于液壓傳動系統(tǒng)，內(nèi)泄漏會引起系統(tǒng)容積效率的急劇下降，達不到所需的工作壓力，使設(shè)備無法正常運轉(zhuǎn)；外泄漏則造成工作介質(zhì)的浪費和環(huán)境的污染，甚至引發(fā)設(shè)備操作失靈和人身事故。因此，正確和合理的使用密封件事液壓系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的重要保證。9.5 密封的分類及密封件的材料要求密封的作用是阻止泄漏。造成泄漏的原因主要有兩方面：一是密封面上有間隙；二是密封部位兩側(cè)存在較大壓力差。消去或減少任一因素都可以阻止或減少泄漏。因此，密封的方法通常有：封住結(jié)合面的間隙；切斷泄漏通道；增加泄漏通道中的阻力；設(shè)置做功元件，