3076 立式銑床橫向工作臺設(shè)計,立式,銑床,橫向,工作臺,設(shè)計 Acta Mechanica Solida Sinica, Vol. 22, No. 5, October, 2009 ISSN 0894-9166Published by AMSS Press, Wuhan, ChinaEFFECTS OF POISSON’S RATIO ON SCALING LAW INHERTZIAN FRACTUREJing Liu Xuyue Wang(Shenzhen Graduate School, Harbin Institute of Technology, Shenzhen 518055, China)Received 3 August 2009, revision received 13 September 2009ABSTRACT In this paper the Auerbach’s scaling law of Hertzian fracture induced by a sphericalindenter pressing on a brittle solid is studied. In the analysis, the singular integral equation methodis used to analyze the fracture behavior of the Hertzian contact problem. The results show thatthe Auerbach’s constant sensitively depends on the Poisson’s ratio, and the e?ective Auerbach’sdomain is also determined for a given value of the Poisson’s ratio.KEY WORDS scaling law, Hertzian fracture, Poisson’s ratioI. INTRODUCTIONWith the rapid development of materials science and technology, investigations on the Hertzianindentation/scratch tests have become an interesting project due to their advantage of relative ease inoperation. Many experimental approaches and physical models have been presented for the purposeto measure material parameters such as hardness and fracture toughness. With regard to the fracturetoughness, Frank and Lawn[1] studied the Auerbach’s scaling law[2] by virtue of fracture mechanics.They obtained a fracture scaling law to estimate the surface energy of the material. The major drawbackof their work lies in the following two aspects: on one hand, they used the Green function of a Gri?thcrack to approximate the solution of a cone crack or an initial cylindrical crack, but this approximationmight be inaccurate; on the other hand, they did not give a criterion to determine the situation ofan initial crack. Mouginot and Maugis[3] investigated the same problem using a revised formulationof a penny-shaped crack in an in?nite space. By introducing the maximum strain energy release ratecriterion for determining the starting radius of an axisymmetric crack, they attributed Auerbach’s lawto the competition between the increase in the surface crack size and the decrease in the stress ?eldalong the crack depth. Their numerical simulation showed that an Auerbach range exists during theformation of a shallow ring crack. They also gave the Auerbach constant for the optical glass. However,their model cannot describe the di?erence between a shallow ring crack and a cone crack. Later, Zeng,Breder and Rowcli?e[4] used a similar method to derive an approximate relationship between the stressintensity factor and the indentation force. Furthermore, Warren et al.[5] described the growth of surface?aw by virtue of eigenstrain methods. Finite element and boundary element methods have also beendeveloped for studying di?erent aspects of the Hertzian indentation problem[6–9]. However, the in?uenceof the Poisson’s ratio on the Hertzian fracture remains unclear.In this paper, the attention is centered to evaluating the e?ects of Poisson’s ratio on the fracturescaling law. Based on our previous work[10], the Somigliana ring dislocation will be used to simulateCorresponding author. E-mail: mewxy@hitsz.edu.cnProject supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 10772058).z zr rσrr (a, z ? z )f (z )dz + σrr(a, z ? z )g(z )dzσrz (a, z ? z )f (z )dz + σrz (a, z ? z )g(z )dzσrr(a, z) + σrr(a, z) = 0σrz (a, z) + σrz (a, z) = 0σrr (a, z) = √ + √ (1 + ν) u tan?1 √ + (1 ? ν)ρζ 2σrz (a, z) = ? √Vol. 22, No. 5 Jing Liu et al.: E?ects of Poisson’s Ratio on Scaling Law in Hertzian Fracture · 475 ·the initially cracking behavior in the sense that the Somigliana ring dislocation solution is equivalentto the basic solution of the correspondent axisymmetric crack problem.II. MODEL AND METHODConsider the axisymmetric Hertzian fractureproblem of a semi-in?nite body, as shown in Fig.1,where r and z are the cylindrical coordinate, cis the contact radius, a is the pre-existing ringcrack radius, and h is the crack depth. A sphericalindenter with radius R is applied to the surfaceof the semi-in?nite space with a normal load, P .The material is assumed to be isotropic and lin-early elastic, with Young’s modulus E and Pois-son’s ratio ν, while the indenter is assumed to berigid. Fig. 1 Hertzian fracture problem.The relative normal and shear displacements along the ring crack surfaces can be quantitatively de-scribed by the pile-up of Somigliana ring dislocations[10]. Hence, the fracture problem is reduced tosolving a radial edge ring dislocation of unit intensity and an axial glide ring dislocation of unit intensity,as shown in Fig.1. First, we de?ne the dislocation density functions at any point z = z along the cracksurface asf (z ) = ?g(z ) = ??(u+ ? u?)?z?(u+ ? u?)?z(1)(2)The stress ?elds along the ring crack surfaces can be integrated asσrr(a, z) =σrz (a, z) =00hhAA00hhRR(3)(4)where σijA and σijR are the stress ?elds[10] at (a, z) due to an axial glide ring dislocation and a radialring dislocation, with unit Burgers vectors at (a, z ), respectively.Consider the traction-free boundary conditions on the ring crack surfaces, the stress ?elds in Eqs.(3)and (4) need to be equilibrated by the stress ?elds at r = a that are induced by the indentation forceP in the absence of the ring crack[11]. Thus, one haswherePP(0 < z < h)(0 < z < h)(5)(6)P (1 ? 2ν)3ρ2 1 ?ζu3 ζu√ 1uu1+ u + u2 + ζ 2ζ 2? 2 p0(7)Ps u(1 + u) p0 (8)p0 =3P2πc2, ρ = ac, ζ = zc (9)s = [ζ 2 + (ρ ? 1)2] [ζ 2 + (ρ + 1)2] (10)= ?σrr(a, z)= ?σrz (a, z)→h→hh a KIpm ch a KIIpm cc c,h a 3π3Rγ ?1 h a· 476 · ACTA MECHANICA SOLIDA SINICA 2009u = 12(ρ2 + ζ 2 ? 1 + s) (11)Equations (5) and (6) can be further transformed to the following Cauchy singular integral equations:μ2π(1 ? ν) 0h g(z )z ? z dz + 0hQr11(z ? z )g(z )dz +0hQa12(z ? z )f (z )dz P (12)μ2π(1 ? ν) 0h f (z )z ? z dz + 0hQa22(z ? z )f (z )dz +0hQr21(z ? z )g(z )dz P (13)where the Fredholm kernels Qij ( ) are given in Ref.[10].By means of the numerical method developed by Erdogan[12], the stress intensity factors KI andKIIand the strain energy release rate G can be obtained asKI = zlim+KII = zlim+2π(z ? h)σrr(a, z)2π(z ? h)σrz (a, z)(14)(15)G = 1 ? ν 2E (KI2 + KII2 ) (16)In Hertzian fracture tests, crack initiation occurs always outside the contact area, and the crackinitiation radius is signi?cantly dependent on both the surface ?aw size and the indenter-induced stressdistribution near the contact edge. In our model, for a given initial ring crack with size h, we determinethe corresponding crack radius a by using the criterion of maximal strain energy release rate G. Forconvenience, we normalize the stress intensity factors and strain energy release rate as follows:K1K2,c c,c c==√√(17)(18)φh a,c c =π3c3 E4P 2 1 ? ν 2G (19)where pm is the mean stress on the contact area and is expressed bypm =Pπc2(20)Using the relation[11]c3 = 3(1 ? ν 2)4E PR (21)the normalized strain energy release rate in Eq.(19) can be simpli?ed asφh a, =3π3R16P G (22)For a critical indentation force PC at which the crack begins to grow, one hasG = 2γ = 4PC2 (1 ? ν 2)π3c3E φh ac c (23)PC =π3Eγ2(1 ? ν 2) φ?1/2 ,c c c3/2 = 8 φ ,c c (24)where γ is the surface energy of the indented material.Vol. 22, No. 5 Jing Liu et al.: E?ects of Poisson’s Ratio on Scaling Law in Hertzian Fracture · 477 ·III. NUMERICAL RESULTS AND DISCUSSIONSFor instance, numerical calculations have been conducted for an optical glass with the followingelastic constants[3]: E = 8.0 × 1010 Pa and ν = 0.22. In the calculations, we take ν = 0.26, 0.32 and0.36 to evaluate the e?ect of the Poisson’s ratio of the indented material on the fracture scaling law.In the case of ν = 0.22, we have obtained a fracture scaling law in our previous paper[10], asshown in Fig.2, where the Auerbach constant is A = 4.65 × 103γ. The corresponding scaling law,PC = 4.65 × 103Rγ, was demonstrated to be e?ective in the range of 0.02 < h/c < 0.1. Comparingwith Mouginot’s scaling law[3], PC = 6.7 × 103Rγ, we concluded that they underestimated the surfaceenergy by about 30%. For the representative values of the Poisson’s ratio, we obtain the scaling laws,the Auerbach constant, and the corresponding validation scopes asPC = 4.65 × 103Rγ, A = 4.65 × 103γ, 0.02 < h/c < 0.10 for ν = 0.22,PC = 7.28 × 103Rγ, A = 7.28 × 103γ, 0.02 < h/c < 0.08 for ν = 0.26,PC = 18.7 × 103Rγ, A = 18.7 × 103γ, 0.02 < h/c < 0.06 for ν = 0.32,PC = 36.3 × 103Rγ, A = 36.3 × 103γ, 0.02 < h/c < 0.04 for ν = 0.36,as shown in Figs.2-5, respectively. The results above show that there always exists an e?ective Auerbachdomain for a given Poisson’s ratio. The surface energy can be measured by virtue of the fracture scalinglaw which is consistent with empirical Auerbach’s law. As the e?ect of Poisson’s ratio is concerned, itcan be found that the fracture scaling law greatly depends on the magnitude of Poisson’s ratio, and thistendency was also found in Mouginot’s work[3]. On the other hand, the e?ective Auerbach domain willdecrease with the increase in the Poisson’s ratio of the measured material. In summary, the dependenceof the scaling law on Poisson’s ratio indicates that a larger Poisson’s ratio enhances the failure-resistingability of the material by accommodating larger elastic deformation.Fig. 2. Normalized strain energy release rate φ?1/2 (h/c)versus the crack size h/c when the Poisson’s ratio ν = 0.22.Fig. 4. Normalized strain energy release rate φ?1/2 (h/c)versus the crack size h/c when the Poisson’s ratio ν = 0.32.Fig. 3. Normalized strain energy release rate φ?1/2(h/c)versus the crack size h/c when the Poisson’s ratio ν = 0.26.Fig. 5. Normalized strain energy release rate φ?1/2(h/c)versus the crack size h/c when the Poisson’s ratio ν = 0.36.· 478 · ACTA MECHANICA SOLIDA SINICA 2009IV. CONCLUSIONSThe e?ect of Poisson’s ratio on the fracture scaling law in the indentation of brittle materials has beenexamined by using the singular integral equation method. It is found that for a speci?ed Poisson’s ratioof the indented solid, the fracture scaling law is usually in the form of Auerbach’s empirical relation. Wedemonstrate that with the increase in the Poisson’s ratio, the Auerbach constant signi?cantly increasesand correspondingly, the e?ective Auerbach range decreases. This conclusion suggests that the role ofAuerbach’s law will be decreased in measuring the toughness of the material with a larger Poisson’sratio. However, in order to understand the physical mechanisms of failure in Hertzian contact, it isimportant to develop new methods which can be used to describe the measurable relation in Hertzianfracture test.References[1] Lawn,B., Fracture of Brittle Solids. Cambridge: Cambridge University Press, 1993.[2] Auerbach,F., Measurement of hardness. 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New York: Academic Press, 1975.感謝您試用AnyBizSoft PDF to Word。試用版僅能轉(zhuǎn)換5頁文檔。要轉(zhuǎn)換全部文檔，免費獲取注冊碼請訪問http://www.anypdftools.com/pdf-to-word-cn.html3大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書題 目： 立式銑床橫向工作臺設(shè)計 學(xué) 院： 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號： 2008963224 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2012 年 5月 30 日 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書論文（設(shè)計）題目： 立式銑床橫向工作臺設(shè)計 學(xué)號： 姓名： 專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求 主要內(nèi)容：1、調(diào)研分析銑床的加工特點，確定新設(shè)計的銑床工作臺的主要參數(shù)。 2、進行銑床的橫向進給系統(tǒng)的總體布局。 3、完成銑床橫向進給運動的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 4、主體數(shù)據(jù)計算，校核驗證。 5、畫出裝配圖及主要零件圖，共計兩張半 A0 圖紙。 6、設(shè)計說明書的編寫。 基本要求：要求銑床橫向移動工作臺的結(jié)構(gòu)合理，性能優(yōu)越，能方便的拆卸和安裝。橫 向工作臺能實現(xiàn)手動和機動兩種運動方式。橫向與升降臺之間由操作機構(gòu)中的機械動作 獲得互鎖。 二、重點研究的問題1.了解機床工作臺的機械結(jié)構(gòu)，及其工作原理。 2.傳動部分的設(shè)計與計算，校核，包括絲桿，螺母等裝置設(shè)計 3.設(shè)計橫向工作臺機動操作機構(gòu)及了解其工作原理。 4.熟悉 CAD 制圖。 三、進度安排序號 各階段完成的內(nèi)容 舉例： 完成時間1 查閱資料、熟悉了解課題 第 1 周——第 2 周2 文獻(xiàn)與資料的查詢 第 3 周——第 4 周3 進行最終方案的敲定 第 5 周——第 6 周4 進行相關(guān)數(shù)據(jù)的計算 第 6 周——第 8 周5 完成圖紙的繪制 第 9 周——第 13 周6 整理資料寫說明書 第 14 周7 英語翻譯、準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 第 15 周四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)[1] 濮良貴.紀(jì)名剛. 機械設(shè)計[M]. 北京:高等教育出版社，2006 [2] 技工學(xué)校機械類通用教材編審委員會.銑工工藝學(xué)[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,1980. [3] 陳宏鈞. 實用機械加工工藝手冊[M].機械工業(yè)出版社,1996. [4] 趙家奇. 機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書[M].2 版.北京:機械工業(yè)出版，1998. [5] 機械加工工藝裝備設(shè)計手冊編委會.機械加工工藝裝備設(shè)計手冊[M].機械工業(yè)出版 社.1998. [6] 徐圣群.簡明機械加工工藝手冊[M]. 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社. 1991. [7] 孟少農(nóng).機械加工工藝手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社。1991 [8] 周增文.張亮峰. 機械加工工藝基礎(chǔ)[M].長沙:中南大學(xué)出版社，2003 [9] 浦林祥. 金屬切削機床夾具設(shè)計手冊機械工業(yè)出版社[M].1995. [10] 李云主.機械制造及設(shè)備指導(dǎo)手冊[M]. 北京:機械工業(yè)出版社.1997. 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱表學(xué)號 2008963224 姓名 張 海 海 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：立式銑床橫向工作臺設(shè)計 評價項目 評 價 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點和教學(xué)計劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；2.難度、份量是否適當(dāng)；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運用知識的能力；3.是否具備研究方案的設(shè)計能力、研究方法和手段的運用能力；4.是否具備一定的外文與計算機應(yīng)用能力；5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。論文（設(shè)計）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實驗是否正確，設(shè)計、計算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語是否準(zhǔn)確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值，有無創(chuàng)新之處。綜合評價同學(xué)在立式銑床-橫向工作臺設(shè)計中表現(xiàn)良好、工作刻苦，按時完成老師布置的任務(wù)。在畢業(yè)設(shè)計中遇上難題時積極查閱資料，同時積極向老師詢問。該生具有很強的動手能力和好奇心，已經(jīng)具備獨立工作的能力。希望該生在以后的工作中繼續(xù)保持不驕不躁的精神，把理論知識與社會實踐很好的結(jié)合，為祖國做出更大的貢獻(xiàn)。評閱人： 年 月 日 大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）鑒定意見學(xué)號： 2008963224 姓名： 張 海 海 專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 52 頁 圖 表 8 張論文（設(shè)計）題目： 立式銑床橫向工作臺設(shè)計 內(nèi)容提要： 本次課題主要對橫向工作臺的齒輪、絲桿、螺母、機動換向、機動進給、手動進給、手動操作等設(shè)計計算。本次課題設(shè)計主要分為三個部分。第一部分：為設(shè)計計算部分，主要對工作臺的絲杠和傳動齒輪進行設(shè)計計算、第二部分為圖紙部分，主要由設(shè)計參數(shù)畫出具體的圖紙；第三部分為說明書部分，主要通過文字表達(dá)設(shè)計的思路與結(jié)果。由于之前沒有經(jīng)驗，難于動手，通過指導(dǎo)老師和同學(xué)的幫助，在不斷的嘗試中逐步的了解了本次設(shè)計的內(nèi)容。通過老師的鼓勵和教導(dǎo)我也逐步明白了此次設(shè)計的真正含義。即：1.要有正確的設(shè)計思想并勇于探索創(chuàng)新；2.掌握通用零件的設(shè)計原理、方法和一般規(guī)律，進而綜合運用所學(xué)的知識，研究改進或開發(fā)新的基礎(chǔ)件及設(shè)計簡單機械 的能力；3.具有運用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力；4.掌握典型機械零件的試驗方法，獲得試驗技能的基本訓(xùn)練；5.了解國家當(dāng)前的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟政策，并對機械設(shè)計的新發(fā)展有所了解。通過這幾個月的畢業(yè)設(shè)計，我的設(shè)計能力和動手畫圖的能力大大的提高，極大地提高了我的獨立解決事情的能力。在設(shè)計的過程中，遇到了很多以前沒有預(yù)料到的問題，一直重復(fù)著去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程。提高了自己獨立的思考和解決問題的能力；最重要的是提升了自己的自信心，以前覺得自己不能完成的事情一件一件逐漸實現(xiàn)，開始真正的體會到學(xué)以致用。指導(dǎo)教師評語同學(xué)所設(shè)計的銑床橫向工作臺的設(shè)計基本符合機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的基本要求，加強了對機械專業(yè)學(xué)生在工程設(shè)計方面的訓(xùn)練，難度和工作量達(dá)到基本要求。該生在設(shè)計中掌握了查閱文獻(xiàn)、利用相關(guān)資料和運用所學(xué)知識進行設(shè)計的能力，具備了較強的機械系統(tǒng)方案設(shè)計的能力，具有較好計算機應(yīng)用能力。他的設(shè)計計算合理并且具有一定的創(chuàng)新，設(shè)計的圖紙有一定的難度并且能夠完成，設(shè)計計算說明書的內(nèi)容表述也基本正確?？傊?，該生基本具備了獨立工作和解決問題的能力。同意其參加答辯，建議成績評定為： 指導(dǎo)教師： 年 月 日答辯簡要情況及評語答辯小組組長： 年 月 日答辯委員會意見答辯委員會主任： 年 月 日目 錄摘 要 .................................................................................................................3Abstract..................................................................................................................3第一章 緒 論 .......................................................................................................41.1 金屬切削機床的簡介 ..............................................................................41.2中國機床行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ..................................................41.3中國數(shù)控機床行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ..........................................71.4 設(shè)計的主要參數(shù) ....................................................................................10第二章 橫向進給主要設(shè)計計算 .......................................................................112.1 絲桿和螺母的選擇 .................................................................................112.2 絲杠的計算 ............................................................................................112.3 直齒輪的設(shè)計 .......................................................................................142.4 直齒輪的計算 ........................................................................................172.5 錐齒輪的計算 ........................................................................................21第三章 工作臺主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 ...........................................................................233.1 工作臺的設(shè)計 ........................................................................................233.2 離合器的設(shè)計 ........................................................................................243.3 操縱機構(gòu)的設(shè)計 ....................................................................................24致 謝 ...............................................................................................................26參考文獻(xiàn) .............................................................................................................27附 錄:英文文獻(xiàn)翻譯 ......................................................................................283摘 要銑床，這是目前我國使用較廣泛的通用機床。這種機床可以安裝各種類型的銑刀，適宜于對中小型零件進行各種銑削工作，如銑平面、階臺、溝槽、螺旋槽和成型面等等。在同類型銑床中，它的轉(zhuǎn)速高、剛度好、功率大，故可做高速銑削和強力銑削；工作臺縱向絲杠有間隙調(diào)整裝置，因此它既能逆銑又能順銑。主要設(shè)計內(nèi)容為銑床橫向進給工作臺的設(shè)計與計算。關(guān)鍵詞 銑床 工作臺 橫向AbstractThe design of the milling machine for vertical milling machine, which is widely used as the general machines. This machine can be installed with various types of cutters, suitable for small parts of various jobs, such as milling machine, milling, planar slot and molding, spiral groove surface etc. In the same type of milling machine, it's high speed, good stiffness, the power can be done, high speed milling and strong milling, Workbench longitudinal ball screw gap adjusting device, so is it to the inverse milling and milling. Main design content for milling transverse into the design and calculation for table.Keywords Milling Workbench Transverse4第一章 緒 論1.1 金屬切削機床的簡介金屬切削機床（習(xí)慣上簡稱為“機床” ）是用刀具切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器，它是制造機器的機器，所以又稱為“工作母機”或“工具機” 。一切工具都是人手的現(xiàn)延伸，機床延生也是這樣。它的發(fā)展把人們從繁重的手工勞動中解放出來，大大的提高了勞動生產(chǎn)效率，大大的促進了生產(chǎn)力的發(fā)展?，F(xiàn)代機械制造中加工機械零件的方法很多：除切削加工外，還有鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓等，但凡屬精度要求較高和表面粗糙度要求較細(xì)的零件，一般都需在機床上用切削的方法進行最終加工。在一般的機器制造中，機床所擔(dān)負(fù)的加工工作量占機器總制造工作量的40％-60％，機床在國民經(jīng)濟現(xiàn)代化的建設(shè)中起著重大作用。各種機床分類中，金屬切削機床是使用最廣泛、數(shù)量最多的機床類別，因此通常狹義的機床僅指金屬切削機床類產(chǎn)品。金屬切削機床分類方法很多，最常用的分類方法是按機床的加工性質(zhì)和所用刀具來分類；此外還可以根據(jù)車床萬能性程度、機床工作精度、重量和尺寸、機床主要器官數(shù)目、自動化程度不同等進行分類。1.2中國機床行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢金屬切削機床行業(yè)資產(chǎn)規(guī)模在機床各子行業(yè)中居第一位，遠(yuǎn)高于其他各類子行業(yè)。截止 2008年底，中國金屬切削機床制造業(yè)擁有 646家企業(yè)，比 2007年增加 133家；資產(chǎn)總額 978.72億元，比 2007年增長了 17.66%。2008 年中國金屬切削機床和數(shù)控機床產(chǎn)量較 2007年有所下滑，全年金屬切削機床總產(chǎn)量 61.69萬臺，其中數(shù)控機床 12.2萬臺，同比分別降低 2.4%和 3.3%。2008 年，金屬切削機床制造業(yè)實現(xiàn)銷售收入783.19億元，增長 18.32%，但增速比 2007年下滑 9.92個百分點。2009 年我國首次成為世界機床第一大生產(chǎn)國，但我國機床行業(yè)大而不強的局面依然沒有改變，產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)、服務(wù)較國際先進水平仍然差距很大。目前國內(nèi)所需的高檔數(shù)控機床主要依賴進口，發(fā)展中高檔數(shù)控機床所需的數(shù)控系統(tǒng)和功能部件主要來自海外。2010 年 10月，國務(wù)院出臺的《加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》指出，積極發(fā)展以數(shù)字化、柔性化及系統(tǒng)集成技術(shù)為核心的智能制造裝備，其中以高檔數(shù)控機床為重中之重?！∧壳爸袊幱诠I(yè)化中期，即從解決短缺為主的階段逐步向建設(shè)經(jīng)濟強國轉(zhuǎn)變，煤炭、汽車、鋼鐵、房地產(chǎn)、建材、機械、電子、化工等一批以重工業(yè)為基礎(chǔ)的高增長行業(yè)5發(fā)展勢頭強勁。中國目前是世界第一大機床消費國，其中數(shù)控機床逐漸成為機床消費的主流。2010 年，中國金切機床行業(yè)會有更大的需求，尤其是中高檔數(shù)控機床產(chǎn)品。預(yù)計 2010年中，中國數(shù)控機床消費有望超過 60億美元，臺數(shù)超過 10萬臺，中高檔數(shù)控機床比例大幅增加。整個“十二五”期間，高端裝備制造業(yè)的發(fā)展將在很大程度上推動機床行業(yè)快速增長。以重型機床為例，雖然經(jīng)過近幾年技術(shù)改造和產(chǎn)品自主研發(fā)的鍛煉，無論是生產(chǎn)能力還是產(chǎn)品技術(shù)水平都有長足進步，但是與國外產(chǎn)品相比還有很大不足。最大的差距體現(xiàn)在核心運行部件的技術(shù)水平和運行速度、產(chǎn)品精度保持性、機床可靠性，以及整體機床制造工藝水平與質(zhì)量等幾個方面?？煽啃允歉邫n重型機床質(zhì)量的一個關(guān)鍵指標(biāo)。目前，國產(chǎn)數(shù)控重型機床的平均無故障工作時間在 300小時左右，而進口的高檔重型機床平均無故障工作時間在 2000小時以上。隨著中國機床工具行業(yè)產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度的增強，數(shù)控機床、高端機床占比明顯增強，低端產(chǎn)品占比持續(xù)降低，目前機床工業(yè)國產(chǎn)化率已提升到 70%。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，機床行業(yè)高速增長的同時，進一步加快行業(yè)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進產(chǎn)業(yè)升級，仍是我國機床工業(yè)首要而迫切的任務(wù)。除了傳統(tǒng)的發(fā)電、石化設(shè)備外，風(fēng)電、核電等新能源裝備也正成為推動機床業(yè)快速增長和技術(shù)進步的一大動力。業(yè)內(nèi)人士透露， “新能源裝備的加工將成為機床需求的主力，這需要多種精密、大型數(shù)控、專用機床與之配套。先進的裝備制造工藝，尤其是先進的機床設(shè)備是新能源裝備制造產(chǎn)業(yè)升級的根本保障” 。有風(fēng)電專家表示，大型風(fēng)力機組的總體設(shè)計和載荷計算能力差，控制系統(tǒng)、發(fā)電機、齒輪箱、軸承的設(shè)計和生產(chǎn)能力差，風(fēng)機的軸承、控制系統(tǒng)等零部件還需要從國外進口。我國風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)雖然發(fā)展速度快，但真正擁有核心技術(shù)的企業(yè)不多，關(guān)鍵零部件基本依賴進口。而制約其提升的關(guān)鍵就是國內(nèi)的制造工藝和加工裝備相對落后。核電設(shè)備制造也面臨著類似的情況。據(jù)介紹，一座核電站需要 200多臺各種類型的泵。其中主泵是位于核島心臟部位的關(guān)鍵部件，是核電運轉(zhuǎn)控制水循環(huán)的關(guān)鍵，雖然核島主泵的結(jié)構(gòu)并不比其他泵復(fù)雜，但是要求極高，必須具有絕對的可靠性。主泵承壓部件和功能部件的加工都需要高精度性能可靠的機床設(shè)備。正是由于沒有相應(yīng)的機床加工設(shè)備，核島主泵曾長期受制于人。此外，生產(chǎn)百萬千瓦級核電站壓力容器等，需要萬噸壓力機鍛壓成型。后續(xù)切削加工需要超重型數(shù)控立式車床、超重型數(shù)控臥式車床、大鏜桿多軸聯(lián)動數(shù)控鏜銑床等加工設(shè)備。這些工件的價格昂貴，而且沒有備件，要求成品率必須 100%，因此對機床的可靠性和穩(wěn)定性都有很高的要求。中國機床產(chǎn)業(yè)未來 5至 10年的發(fā)展趨勢如果同樣用一句話進行概括的話，就是要“實現(xiàn)由大而不強，向既強又大的轉(zhuǎn)變”.途徑是：轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、調(diào)整產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品結(jié)6構(gòu)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級，表現(xiàn)在以下三個方面：1.市場變化趨勢（1）國內(nèi)市場需求將繼續(xù)保持快速增長 2009年，中國機床市場消費額 194.4億美元，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和市場需求提高，特別是來自汽車制造、高速鐵路建設(shè)、高速公路建設(shè)、綠色能源建設(shè)（太陽能綜合利用、核電、風(fēng)電、水電；石油天然氣的開采和輸送） 、工程機械、大型飛機、支線飛機以及船舶制造等行業(yè)快速發(fā)展的拉動，國內(nèi)機床消費量還會有巨大的上升空間，預(yù)計年平均仍將保持兩位數(shù)增長，在國際市場方面，中國機床產(chǎn)品的主要出口市場仍然是歐美和東南亞，同時新興經(jīng)濟體的需求將呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢。出口產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將以中低檔產(chǎn)品為主向中高檔數(shù)控機床、高檔刃量具和成套設(shè)備為主轉(zhuǎn)變。預(yù)計今后十年，中國機床出口排名有望進入世界前三名之列。（2）市場需求水平提高，市場細(xì)分加劇在中國從“制造大國”向“制造強國”轉(zhuǎn)變的過程中，國民經(jīng)濟重點行業(yè)核心制造領(lǐng)域?qū)?shù)控機床產(chǎn)品的需求結(jié)構(gòu)和水平將發(fā)生較大變化，主要表現(xiàn)在：陸路交通及交通工具制造業(yè)將成為國民經(jīng)濟的發(fā)展重點，其中汽車制造業(yè)將快速發(fā)展，預(yù)計 2020年產(chǎn)量達(dá)到 1500萬輛以上，排名將躍居世界第一。為滿足節(jié)能、環(huán)保、安全的需要，所需設(shè)備的精度、效率和自動化要求將大幅度提高。高速鐵路建設(shè)也將全面展開，貨運專線網(wǎng)絡(luò)初具規(guī)模，最高時速將達(dá)到 300公里以上。在以上建設(shè)中，不僅需要大量通用數(shù)控機床，而且還需要大量專用數(shù)控加工設(shè)備，尤其是成套生產(chǎn)線。這些都將提升中國機床市場的需求水平。航空制造業(yè)將以發(fā)展支線飛機為重點，同時啟動大飛機的研制，重視發(fā)展通用飛機、民用直升機和轉(zhuǎn)包生產(chǎn)，初步實現(xiàn)民用飛機產(chǎn)業(yè)化；航天制造業(yè)以發(fā)展載人航天與探月工程、大容量通信衛(wèi)星、新一代大推力無毒無污染運載火箭、高分辨率對地觀測系統(tǒng)為重點。從以上幾個領(lǐng)域的需求可以預(yù)見，未來十年中國機床市場需求將向更高的水平發(fā)展，同時市場細(xì)分也將越來越明顯。2.產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢（1）產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間巨大，產(chǎn)業(yè)整體技術(shù)水平提升趨勢明顯。中國機床行業(yè)目前產(chǎn)品門類比較齊全、具備一定的技術(shù)基礎(chǔ)和制造能力，在強勁市場需求拉動下，產(chǎn)業(yè)的上升空間很大。在政府主管部門的合理規(guī)劃和支持下，中國機床行業(yè)的整體技術(shù)水平提升趨勢十分明顯。（2）高中低需求將長期存在，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與產(chǎn)能將逐步優(yōu)化中國機床產(chǎn)品目前數(shù)控化7率還比較低，地區(qū)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展也不平衡，多種經(jīng)濟形式將長期存在，這些因素都決定未來中國機床市場的高中低需求將長期存在。但經(jīng)歷本次國際金融危機后，隨著市場需求的提升，裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整也成為行業(yè)共識，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將進一步優(yōu)化?？梢灶A(yù)見未來中低檔產(chǎn)品市場需求將逐步下降，高檔產(chǎn)品需求將快速增長。（3）行業(yè)內(nèi)將會涌現(xiàn)出一批大而強、小而精或小而專的企業(yè)以研制重型機床、加工中心、數(shù)控車床、精密磨床、齒輪加工機床、電加工機床和鍛壓機床為代表的大型企業(yè)集團或?qū)I(yè)化企業(yè)將逐漸形成并得到快速發(fā)展。產(chǎn)業(yè)的國際化水平將進一步提升，預(yù)計未來十年內(nèi)進入世界機床百強的企業(yè)將增至十家以上。（4）產(chǎn)業(yè)地域分布更趨合理，產(chǎn)業(yè)聚集度將進一步提高隨著國家區(qū)域經(jīng)濟規(guī)劃的逐步落實，特別是市場配置資源手段在地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展中作用的顯現(xiàn)，機床行業(yè)的產(chǎn)業(yè)布局將呈現(xiàn)地域分布的特點。未來將形成以東北、西北、華東、西南、江浙等地區(qū)為代表的機床產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，在集聚區(qū)內(nèi)圍繞特色產(chǎn)品或機床產(chǎn)業(yè)集團將形成支撐產(chǎn)業(yè)群3.技術(shù)發(fā)展趨勢（1）技術(shù)研究模式轉(zhuǎn)變，市場需求拉動成為主導(dǎo)中國機床行業(yè)技術(shù)研究模式將從跟隨式向探索式、從被動式到自主創(chuàng)新轉(zhuǎn)變，研究主體從單一向多元轉(zhuǎn)變，市場需求成為研究的主要動力。如超重型龍門車銑復(fù)合機床、加工直徑 28米立式車床等產(chǎn)品都是在國內(nèi)不斷提高的市場需求下研制成功的。因此，在市場需求拉動下，中國機床行業(yè)的研究模式將發(fā)生重大轉(zhuǎn)變。（2）技術(shù)投入多元化，技術(shù)創(chuàng)新平臺和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟將發(fā)揮主導(dǎo)作用在國家投資繼續(xù)發(fā)揮導(dǎo)向性作用的同時，企業(yè)自籌資金、社會化融資、外資將成為技術(shù)投入的重要組成部分。以企業(yè)為龍頭、高校和科研院所參與形成的技術(shù)創(chuàng)新平臺和同行業(yè)企業(yè)組成的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟將發(fā)揮主導(dǎo)作用。（3）技術(shù)研究的國際化程度提高，人才全球化配置趨勢明顯由于研究模式的轉(zhuǎn)變和研究投入的多元化，中國機床行業(yè)的技術(shù)研究國際化參與度將顯著提升。這將主要體現(xiàn)在兩個方面：一是更多的企業(yè)開始與國際領(lǐng)先的研究機構(gòu)或公司合作研究；二是更多的企業(yè)有能力為國際機床用戶提供技術(shù)服務(wù)。1.3中國數(shù)控機床行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢數(shù)字控制機床是用數(shù)字代碼形式的信息（程序指令） ，控制刀具按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床，簡稱數(shù)控機床。加工精度高，具有穩(wěn)定的加工8質(zhì)量，可進行多坐標(biāo)的聯(lián)動，能加工形狀復(fù)雜的零件，加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，機床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機床的 3~5倍） ，機床自動化程度高，可以減輕勞動強度，對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前的數(shù)控機床已實現(xiàn)了計算機控制并在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用，在模具制造行業(yè)的應(yīng)用尤為普及。 針對車削、銑削、磨削、鉆削和刨削等金屬切削加工工藝及電加工、激光加工等特種加工工藝的需求，開發(fā)了各種門類的數(shù)控加工機床。數(shù)控機床種類繁多，一般將數(shù)控機床分為 16大類：數(shù)控車床(含有銑削功能的車削中心) 數(shù)控銑床(含銑削中心) 數(shù)控鏗床 以銑程削為主的加工中心． 數(shù)控磨床(含磨削中心) 數(shù)控鉆床(含鉆削中心) 數(shù)控拉床 數(shù)控刨床 數(shù)控切斷機床 數(shù)控齒輪加工機床 數(shù)控激光加工機床 數(shù)控電火花線切割機床 數(shù)控電火花成型機床(含電加工中心) 數(shù)控板村成型加工機床 數(shù)控管料成型加工機床 其他數(shù)控機床中國于 1958年研制出第一臺數(shù)控機床，發(fā)展過程大致可分為兩大階段。在1958～1979 年間為第一階段，從 1979年至今為第二階段。第一階段中對數(shù)控機床特點、發(fā)展條件缺乏認(rèn)識，在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套件不過關(guān)的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現(xiàn)欠佳，無法用于生產(chǎn)而停頓。主要存在的問題是盲目性大，缺乏實事求是的科學(xué)精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國、臺灣省共 11國(地區(qū))引進數(shù)控機床先進技術(shù)和合作、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問題，數(shù)控機床開始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。在 20余年間，數(shù)控機床的設(shè)計和制造技術(shù)有較9大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計、制造、使用和維護的人才；通過合作生產(chǎn)先進數(shù)控機床，使設(shè)計、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術(shù)的差距；通過利用國外先進元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始能自行設(shè)計及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動加工的數(shù)控機床，供應(yīng)國內(nèi)市場的需求，但對關(guān)鍵技術(shù)的試驗、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國外技術(shù)支撐，不能獨立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開發(fā)階段，與日本數(shù)控機床的水平差距很大。存在的主要問題包括：缺乏像日本“機電法” 、 “機信法”那樣的指引；嚴(yán)重缺乏各方面專家人才和熟練技術(shù)工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作；元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；企業(yè)和專業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然廠多人眾，但形成不了合力。中國今后要加速發(fā)展數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)，既要深入總結(jié)過往的經(jīng)驗教訓(xùn)，切實改善存在的問題，又要認(rèn)真學(xué)習(xí)國外的先進經(jīng)驗，沿正確的道路前進。中國廠多人眾，極需正確的方針、政策對數(shù)控機床的發(fā)展進行有力的指引。應(yīng)學(xué)習(xí)美、德、日經(jīng)驗，政府高度重視、正確決策、大力扶植。在方針政策上，應(yīng)講究科學(xué)精神、經(jīng)濟實效，以切實提高生產(chǎn)率、勞動生產(chǎn)率為原則。在方法上，深入用戶，精通工藝，低中高檔并舉，學(xué)習(xí)日本，首先解決量大而廣的中檔數(shù)控機床，批量生產(chǎn)，占領(lǐng)市場，減少進口，擴大出口。在步驟措施上，必須使國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)先進、可靠，狠抓產(chǎn)品質(zhì)量與配套件過關(guān)，打好技術(shù)基礎(chǔ)。近期重在打基礎(chǔ)，建立信譽，擴大國產(chǎn)數(shù)控機床的國內(nèi)市場份額，遠(yuǎn)期謀求趕超世界先進水平，大步走向世界市場； 必須狠抓根本，堅持“以人為本” ，加速提高人員素質(zhì)、培養(yǎng)各種專家人才，從根本上改變目前低效、落后的狀態(tài)。人是一切事業(yè)成敗的根本，層層都要重視“培才、選才、用才” ，建立學(xué)習(xí)型企業(yè)，樹立企業(yè)文化，加速培育新人，培訓(xùn)在職人員，建立師徒相傳制度，舉辦各種技術(shù)講座、訓(xùn)練班和專題討論會，甚至聘請外國專家、顧問等，盡力提高數(shù)控技術(shù)。當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國家對機床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機電一體化、高精、高效、高自動化先進機床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，已形成一條無形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計算機技術(shù)的進步，數(shù)控機床在 20世紀(jì) 80年代以後加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早已成為四大國際機床展上各國機床制造商競相展示先進技術(shù)、爭奪用戶、擴大市場的焦點。中國加入 WTO后，正式參與世界市場激烈競爭，今后如何加強機床工業(yè)實力、加速數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實是緊迫而又艱巨的任務(wù)。 101.4 設(shè)計的主要參數(shù)本次設(shè)計的機床的主要技術(shù)規(guī)格如下：（1） 工作臺工作面積（寬 長） 320 1250 mm??（2） 工作臺最大行程（手動/機動）縱向 700\680 mm橫向 255 \240 mm垂向 320 \300 mm（3） 工作臺最大回轉(zhuǎn)角度 45° （4） 工作臺 T型槽 （寬度×距離×條數(shù)） 18 mm×70 mm×3 （5） 主軸孔錐度 7：24（6） 主軸軸心線至橫梁的距離 30 mm（7） 床身垂直導(dǎo)軌至工作臺中心的距離最大 470 mm最小 215 mm（8） 主軸轉(zhuǎn)速 18 級 30~1750 r \min（9） 工作臺工作進給量 18 級縱向、橫向 23.5~1500 mm \min垂向 8~400 mm \min（10） 主電動機（功率×轉(zhuǎn)速） 7.5KW×1410 r \min（11） 進給電動機（功率×轉(zhuǎn)速） 1.5KW×1410 r \min（12）最大載重量 500Kg11第二章 橫向進給主要設(shè)計計算2.1 絲桿和螺母的選擇絲桿主要用于傳導(dǎo)，且使用頻繁，要求耐用并且精確高，所以根據(jù)以上要求選擇40Cr為絲桿材料。螺母比絲桿的要求略低，選用錫青銅 ZQSn10-1進行絲桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是確定軸的合理外形和全部的結(jié)構(gòu)尺寸。決定絲桿結(jié)構(gòu)的主要因素：1.軸在機器中的安裝位置及形式；2.軸上零件的安裝尺寸、數(shù)量、連接方式等；3.載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；4.軸的加工工藝等。由于對軸加工的影響因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式有要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計時，必須針對不同情況進行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)該滿足：軸和安裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；而且軸應(yīng)該進行強度疲勞計算和校核，同時軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。2.2 絲杠的計算電機傳動到絲桿則經(jīng)過了十對齒輪的傳動，則設(shè)經(jīng)過每對齒輪的傳動效率 =0.99而1?經(jīng)過每對齒輪的傳動比分別為:i1=26/44；i 2=24/64；i 3=18/36；i 4=18/40；i 5=13/45；i 6=40/40；i 7=28/35；i 8=18/33；i 9=33/37；i 10=37/33。而橫向絲桿的最小進給量Smin=1410r/minX26/44X24/64X18/36X18/40X13/45X40/40X28/35X18/33X33/37X37/33X6 =23.5 r/min （2-1）由此可知：12N 絲 =N 電 X I 總 = 3.92 r/min （2-2）P 絲 =P電 X =1.5X0.895 =1.3425 （2-3）總?則可計算處絲杠的扭矩為：（2-4）661027.3105.9T????絲 絲NP查<<機械零件設(shè)計手冊》有絲桿的螺紋的牙型角 a=30 0切切切 F28.atnd??F(2-5)查《機械設(shè)計》對于梯形螺紋有 h=0.5Pd =0.8(2-6 ) 2?][PhF???][F式中： 在傳動精度較高，載荷較大，壽命長時，取? 4?為材料的許用壓力，查《機械設(shè)計》 可得 =22Mpa ][P??1][(2-7)m8.3p.0d23??軸F可以取 d =39 mm，滿足 d 的要求。22根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)選取其公稱直徑 d=42 mm查《機械設(shè)計》 ??1外螺紋 d 1 =42 mm中徑 d =39 mm2內(nèi)螺紋大徑 D =43mm4內(nèi)螺紋小徑 D =36mm1（3）絲桿強度計算由扭矩13T=F tan（ ）（2-8）0V??2d查《機械設(shè)計》 得，對于 M10~M16普通螺紋取 tan =0.17??1 vcos =（2-9）?Dd?已知 D=100mm t=25mmcos = =0.52所以 tan =1.732?查《機械設(shè)計》 得， =900Mpa??1s?（2-10）NAFs 7.831545.90)6.~5()6.0~5( 210 ??????T=F tan（ ） =831353.77 =54346955.41(Pa) （2-11）0V??2d07.13.??危險截面 = =（2-12）ca?)4(3112dTFA][??s式中：A---是絲桿的最小截面積A=（2-13）24?=ca?)(3112dTFA?MPa.?所以 ca?][?結(jié)論是之前取的絲桿數(shù)據(jù)符合強度要求（4）絲桿強度計算由于螺母的材料強度小于絲桿，故只需要校核螺母螺紋牙的強度螺紋牙危險截面 a—a的彎曲強度條件為（2-14）][62buDlF??????式中：b---螺紋牙根部的厚度，mm，對于梯形螺紋，b=0.65P14l---彎曲力臂，mm，l= 2D?[ ]---螺母材料的許用切應(yīng)力?[ ]---螺母材料的許用彎曲應(yīng)力b?所以=6.045ubDlF??26??][b??取 =30][b?所以l=P =8 30=240mm][b?所以左螺母和右螺母分別為 120mm調(diào)整螺母定為 20mm（5）絲桿的穩(wěn)定性計算臨界載荷 Fcr可以按歐拉公式計算Fcr=（2-15）2lIE???式中：E---絲桿材料的拉壓彈性模量，Mpa，E=2.06 Mpa510I---絲桿危險截面的慣性矩，I= ，mm641d?4所以：Fcr= =1400（KN）2lIE??Fcr/F=1400/340=4.2 S =2.5~4.0?s所以得出結(jié)論：絲桿的穩(wěn)定性可靠。2.3 直齒輪的設(shè)計（1）車床齒輪的設(shè)計目的和方法在主軸箱的傳動中用到齒輪，齒輪在傳動中起到關(guān)鍵的橋梁作用，也就是說齒輪設(shè)計15的好壞關(guān)系到主傳動的成敗。在齒輪的設(shè)計中，首先應(yīng)該了解到齒輪的主要失效形式以及設(shè)計齒輪的準(zhǔn)則，使其滿足工作條件的要求而且要經(jīng)久耐用，然后要選擇齒輪材料以及各種材料的性能和硬度剛度等性質(zhì)，以及所要采取的熱處理方法，因為合適的熱處理能夠提高材料的各種特性，而且簡要了解齒輪的各種加工方法，以便為主軸箱齒輪選擇合適的加工方法。齒輪最容易發(fā)生齒根折斷和疲勞失效，故推導(dǎo)出兩種失效的計算方法，以便為后面齒輪的設(shè)計找出理論依據(jù)。在最后具體設(shè)計主軸箱的齒輪，使設(shè)計的齒輪既滿足要求，又不浪費材料，方面合理。（2） 齒輪傳動的優(yōu)點 齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一,型式很多,應(yīng)用廣泛,傳動的功率可達(dá)近十萬千瓦,圓周速度可達(dá) 200m/s。齒輪傳動的主要特點有:1） 效率高,在常用的機械傳動中,以齒輪傳動的效率為最高。如一級圓柱齒輪傳動的效率可達(dá) 99%.這對大功率傳動十分重要,因為即使效率只提高 1%,也有很大的經(jīng)濟意義。2） 結(jié)構(gòu)緊湊,在同樣的使用條件下,齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。3） 工作可靠,壽命長。設(shè)計制造正確合理,使用維護良好的齒輪傳動,工作十分可靠,壽命可達(dá)一、二十年,這也是其它機械傳動所不能比擬的。這對車輛及礦井內(nèi)工作的機器尤為重要。4） 傳動比穩(wěn)定。 傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的最基本的要求。齒輪傳動獲得廣泛應(yīng)用,也就是由于這一基本原因。根據(jù)以上齒輪傳動的優(yōu)點，結(jié)合銑床主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，故本次設(shè)計采用齒輪傳動，結(jié)構(gòu)緊湊而且傳動效率高。（3） 齒輪的失效形式1） 輪齒折斷齒輪工作時；若輪齒危險截面的應(yīng)力超過材料所允許的極限值，輪齒將發(fā)生折斷。具體如下圖所示。圖2-1 齒面折斷162） 齒面磨損互相嚙合的兩齒廓表面間有相對滑動，在載荷作用下會引起齒面的磨損。尤其是在開式齒輪傳動中，由于灰塵、砂粒等硬顆粒容易進入齒面間而發(fā)生磨損.齒面嚴(yán)重磨損后，輪齒將失去正確的齒形，會導(dǎo)致嚴(yán)重噪音和振動，影響輪齒正常工作，最終使傳動失效。采用閉式傳動，減小齒面粗糙度值和保持良好的潤滑可以減少齒面磨損。3） 齒面點蝕在潤滑良好的閉式齒輪傳動中，當(dāng)齒輪工作了一定時間后，在輪齒工作表面上會產(chǎn)生一些細(xì)小的凹坑，稱為點蝕.點蝕的產(chǎn)生主要是由于輪齒嚙合時，齒面的接觸應(yīng)力按脈動循環(huán)變化，在這種脈動循環(huán)變化接觸應(yīng)力的多次重復(fù)作用下，由于疲勞，在輪齒表面層會產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋的擴展使金屬微粒剝落下來而形成疲勞點蝕，具體如下圖所示。圖2-2 齒面點蝕4）齒面膠合在高速重載傳動中，由于齒面嚙合區(qū)的壓力很大，潤滑油膜因溫度升高容易破裂，造成齒面金屬直接接觸，其接觸區(qū)產(chǎn)生瞬時高溫，致使兩輪齒表面焊粘在一起，當(dāng)兩齒面相對運動時，使較軟的齒面金屬被撕下，在輪齒工作表面形成與滑動方向一致的溝痕，這種現(xiàn)象稱為齒面膠合.具體如下圖所示。圖2-3 齒面膠合175）塑性變形在重載的條件下，較軟的齒面上表層金屬可能沿滑動方向滑移，出現(xiàn)局部金屬流動現(xiàn)象，使齒面產(chǎn)生塑性變形，齒廓失去正確的齒形.在起動和過載頻繁的傳動中較易產(chǎn)生這種失效形式。（4）齒輪的設(shè)計準(zhǔn)則所設(shè)計的齒輪傳動在具體的工作情況下,必須具有足夠的、相應(yīng)的工作能力,以保證在整個工作壽命期間不致失效。針對上述各種工作情況及失效形式,都應(yīng)分別確定相應(yīng)的設(shè)計準(zhǔn)則。但是對于齒面磨損、塑性變形等,由于尚未建立起廣為工程使用而且行之有效的計算方法及設(shè)計數(shù)據(jù),所以目前設(shè)計一般使用的齒輪傳動時,通常只按保證只按齒根彎曲疲勞強度及保證齒面接觸疲勞強度兩準(zhǔn)則進行計算。由實踐得知,在閉式齒輪傳動中,通常以保證齒面接觸疲勞強度為主。但對于齒面硬度很高,齒芯強度又低的齒輪(如用 20、20Cr 鋼經(jīng)滲碳后淬火的齒輪)或材質(zhì)較脆的齒輪,通常則以保證齒根彎曲疲勞強度為主。如果兩齒輪均為硬齒面且齒面硬度一樣高時,則視具體情況而定。開式（半開式)齒輪傳動,按理應(yīng)根據(jù)保證齒面抗磨損及齒根抗折斷能力兩準(zhǔn)則進行計算,但如前所述,對齒面抗磨損能力的計算迄今尚不夠完善,故對開式(半開式)齒輪傳動,目前僅以保證齒根彎曲疲勞強度作為設(shè)計準(zhǔn)則。為了延長開式(半開式)齒輪傳動的壽命,可視具體需要而將所求得的模數(shù)適當(dāng)增加。2.4 直齒輪的計算（1）選定精度等級、材料及齒數(shù)：1）確定齒輪類型兩齒輪均為標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪。2）材料選擇采用硬齒面?zhèn)鲃?，大、小齒輪材料都為 20CrMnTi調(diào)質(zhì)后表面淬火，齒面硬度為55~60HRC。銑床為一般工作機器，速度不高，選用 7級制造精度。小齒輪齒數(shù)為 33，大齒輪齒數(shù)為 37，傳動比為 i =37/33=1.12因為速度低時轉(zhuǎn)矩更大，所以在設(shè)計此對齒輪傳動時以低轉(zhuǎn)速時的參數(shù)來設(shè)計。按齒面接觸疲勞強度設(shè)計：由設(shè)計計算公式 10-9a進行試算即：d ≥2.32 （2-16）t132Hd1]u[??EZKT）（ ?確定公式中的各計算數(shù)值：18a、由設(shè)計對象知外嚙合時公式中的正負(fù)號取正號b、對于直齒圓柱齒輪，試選 K =1.3tc、計算小齒輪的轉(zhuǎn)矩：T =11605.9nP?其中 P = P =1.5 Kw× × =1.343 Kw；；?92634電 98.02.n = = =3.92 r/min11430852ii背電 1.835.346.2.67n???電代入數(shù)據(jù)得：T = =3.27 N·mm （2-17）1920.315660d、根據(jù)齒輪的裝置狀況，查教材表 10-7中選取齒寬系數(shù) =0.3d?--3)金屬切削機床齒輪傳動，若傳遞功率不大時 可取到 0.2e、根據(jù)配對齒輪的材料類型為鍛鋼-鍛鋼，由教材表 10-6查得的彈性影響系數(shù)Z =189.8 MPaEf、由教材圖 10-21e中并按齒面硬度查得大、小齒輪的接觸疲勞強度極限均為 =lim1H?=1500 Mpalim2H?g、由教材式 10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)得:(已知銑床為兩班制，工作壽命為 15年)N =60 n jL =60×3.92×1×2×8×300×15=1.690 （2-18）1h 710?N = =1.508×21.0697?710h、根據(jù)齒輪的材料，熱處理方法及應(yīng)力循環(huán)次數(shù)查教材中圖 10-19取大、小齒輪的接觸疲勞系數(shù) K =1.13 K =1.141HN2HNi、計算接觸疲勞許用應(yīng)力：取失效概率為 1%，對接觸疲勞強度計算，由于點蝕破壞發(fā)生后只引起噪聲、振動增大，并不立即導(dǎo)致不能繼續(xù)工作的后果，故安全系數(shù) S=1.由教材中式 10-12得：19= =1.13×1500=1695 Mpa1][H?SKHN1lim= =1.14×1500=1710 Mpa2][2li① 計算：a、試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 與 中較小的值：t1d2][H?1][≥2.32 = 2.32 = 148.6mm（2-t1d32Hd1]u[??EZKT）（ ?3 22695.08.158.???）（19）b、計算圓周速度為 V：V= = =0.031m/s106nt??c、計算齒寬：b= ·d =0.3×148.6=44.58mmd?t1d、計算齒寬與齒高的比：模數(shù) = = =4.5mmtm1tZ348.6齒高 h=2.25 =2.25×4.5mm=10.125mmt= =4.403hb10.2548e、計算載荷系數(shù)：根據(jù)齒輪 V=0.031m/s,且齒輪精度等級為 7級，由教材圖 10-8查得動載系數(shù)K =1.0015；V對直齒輪有 = =1；?HFK由教材表 10-2查得使用系數(shù) K =1；A由教材表 10-4并且運用插值法查得對于 7級精度，且兩支承相對于齒輪做非對稱布置時，取 =1.169；?H由 =7.336， =1.169查教材圖 10-13得 =1.15；hb ?F故載荷系數(shù) K= K K =1×1.0015×1×1.169=1.17AV?H?20f、按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑：由教材式 10-10a得：d = d =148.6 =143.4 mm1t3tK3.17g、計算模數(shù) m：= = =4.345 mm1Z34.1、按齒根彎曲強度設(shè)計：由教材式 10-5得彎曲強度的設(shè)計公式為：m≥ （2-20）321da][FSZYKT??① 確定公式中的各個計算數(shù)值：a、由教材圖 10-20c查得兩個齒輪的彎曲疲勞強度極限均為 = =920 Mpa2FE?1b、根據(jù)齒輪材料類型、熱處理方法及應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由教材圖 10-18中取彎曲疲勞強度壽命系數(shù) =0.95 =0.961FNK2FNc、計算彎曲疲勞許用應(yīng)力對于彎曲疲勞強度來說，一旦發(fā)生斷齒就會引起嚴(yán)重的事故，故取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4由教材式 10-12得：= = =624.29 Mpa1][F?SKFEN14.9502?= = =630.86 Mpa2][FFE2.6d、計算載荷系數(shù) K由前面查得的數(shù)據(jù)并代入表達(dá)式得：K= K K =1×1.0015×1×1.15=1.152AV?F?e、查取齒形系數(shù) 和應(yīng)力校正系數(shù) ：aYaSY查教材表 10-5取 =2.47 =2.431Fa2F查教材表 10-5取 =1.64 =1.66aSSf、計算大小齒輪的 ，并加以比較：][FY?21= =0.00651a][FSY?624.97?= =0.00642a][FS30.8由上述計算值知大齒輪的數(shù)值更大② 設(shè)計計算：m≥ = mm=4.14 mm （2-21）321da][FSZYKT??32635.010.861.?對比以上兩種設(shè)計方案的計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲疲勞強度所決定的承載能力，可取由彎曲疲勞強度所算得的模數(shù) 4.345mm并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值為 4.5mm4、幾何尺寸的計算：①計算分度圓直徑：d = m×Z =4.5×32=144 mm11d = m×Z =4.5×36=162 mm22②計算中心距：a= = =153 mm21?164③ 齒輪寬度 B= · =0.3 144=43.2mmd?1?為了防止齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯位導(dǎo)致嚙合齒寬減小而增大輪齒單位齒寬的工作載荷，所以將小齒輪齒寬在圓整的基礎(chǔ)上人為地加寬 5mm，取 B =45mm，B =40mm。122.5 錐齒輪的計算1.選定齒輪精度等級、材料熱處理方式及齒數(shù)本機床工作速度、功率都不高，故選用 8級精度。選擇小齒輪材料為 40Gr，調(diào)質(zhì)處理，硬度 270HBS，大齒輪材料為 45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為 230HBS，二者硬度差為 40HBS。選取小齒輪齒數(shù) Z1=16，Z 2=18 125.6812?zu222.錐齒輪的選擇和校核已知錐齒輪的齒數(shù) Z=18輸入功率在經(jīng)過傳導(dǎo)以后P = P =1.5 Kw× × =1.156Kw14?2電 498.02.查《機械設(shè)計》 可得錐齒輪設(shè)計計算公式??1m （2-22）?3 221][)5.0(4FRRSAFUZYKT????載荷系數(shù) K=K K