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壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢Q 197216396 或 11970985 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 論文（設(shè)計(jì)）題目： 動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì) 姓 名 學(xué) 號(hào) 學(xué) 院 專 業(yè) 年 級(jí) 指導(dǎo)教師 壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢Q 197216396 或 11970985目錄 目錄 摘 要 I Abstract III 第1章 概 述 1 1.1 液體靜壓支承技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況 1 1.2 動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)的目的和意義 2 1.3 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 3 1.4 靜壓技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 3 第2章 動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理與應(yīng)用 5 2.1 動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 5 2.2 主要技術(shù)參數(shù) 6 2.3 靜壓支承相關(guān)設(shè)計(jì) 6 2.4 閉式靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)計(jì)算 10 2.5 相關(guān)部件的選型 13 2.6 本章小結(jié) 13 第3章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 3.1 傳動(dòng)方案的確定 15 3.2 軸的設(shè)計(jì)與校核 20 3.3 軸上配合件的選用 23 3.4 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與校核 29 3.5 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與校核 36 3.6 本章小結(jié) 39 結(jié) 論 41 參考文獻(xiàn) 43 致 謝 45 譯文和原文 47 72 摘要 摘 要 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，即帶有可轉(zhuǎn)動(dòng)的工作臺(tái)面、用以裝夾加工工件并實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)和分度的機(jī)械設(shè)備，簡(jiǎn)稱為轉(zhuǎn)臺(tái)或第四軸。隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，機(jī)械加工對(duì)加工精度的要求越來(lái)越高，而回轉(zhuǎn)工作臺(tái)作為鏜床、鉆床、銑床等的重要附件，其性能對(duì)加工精度的影響極為顯著。傳統(tǒng)工作臺(tái)由于結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等條件的限制，已經(jīng)難以滿足日益提高的技術(shù)需求。動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，是在傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，加入一層常轉(zhuǎn)中盤(pán)結(jié)構(gòu)，并輔以靜壓支承技術(shù)，在純液體潤(rùn)滑工作條件下實(shí)現(xiàn)差動(dòng)回轉(zhuǎn)，從而克服如爬行等運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，提高回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度和抗震能力，擴(kuò)大工作臺(tái)的速度范圍，提高承載能力，使之具有較高的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，以符合更高的生產(chǎn)要求。本課題主要從主體結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方式、動(dòng)靜壓支承等方面探究了動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作原理及其實(shí)現(xiàn)方式。 關(guān)鍵詞 動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；液體靜壓支承；供油回路；蝸桿傳動(dòng)；帶傳動(dòng)  Abstract Abstract Rotating table is a mechanical equipment which is for workpiece clamping fixture. With development of modern industry, the demand for machining precision has greatly increased. As an important accessory for machine tools, rotating table has obvious significance on working accuracy. But the traditional rotating table is limited by lagging design and mechanical structure, this leads to a huge disparity between traditional rotating table and increasing technical requirement. Hybrid rotating table is an improvement based on old-fashioned rotating table. Changes in the mechanical structure and hydrostatic support make performance a big progress. Hybrid rotating table works in the pure liquid lubricant condition, and it helps to cover some motion problems like “crawling”. The new design brings better kinematic accuracy and shock resistance, amplifies the range of speed and carrying capacity. It makes hybrid rotating table high stability. This topic is trying to explore the working principle and implementation about hybrid rotating table by means of designing the major structure, kind of drive, dynamic and static pressure bearing. Key word hybrid rotating table; hydrostatic support; fuel supply circuit; worm drive; belt drive  第1章 概述 第1章 概 述 1.1 液體靜壓支承技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況 液體靜壓支承是指借助外部的液壓系統(tǒng)將壓力油輸入支承工作面之間，借助液體的靜壓力來(lái)支承載荷，從而實(shí)現(xiàn)純液體摩擦的滑動(dòng)支承。 與傳統(tǒng)支承技術(shù)相比，液體靜壓支承具有速度范圍寬、承載能力大、運(yùn)動(dòng)精度高等一系列的優(yōu)點(diǎn)，它也因此獲得了普遍的重視和廣泛的應(yīng)用。早在1878年的巴黎國(guó)際博覽會(huì)上，就曾出現(xiàn)了能靈活浮動(dòng)的展品，這也被視作是液體靜壓支承最早的雛形。在1938年美國(guó)加利福尼亞州的帕洛馬爾山天文觀測(cè)站里，設(shè)計(jì)師在一臺(tái)200英寸天文望遠(yuǎn)鏡上首次成功使用了液體靜壓推力軸承。這一望遠(yuǎn)鏡雖然重達(dá)500t，轉(zhuǎn)速僅為1轉(zhuǎn)/天，但驅(qū)動(dòng)功率僅為70W[[] 丁振乾. 我國(guó)機(jī)床液體靜壓技術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)況[J]. 精密制造與自動(dòng)化, 2003, 3: 19-21. ]。液體靜壓支承技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在此得到了充分的展示。1945年，法國(guó)工程師P.Gerard發(fā)明了向心靜壓軸承，并將其成功地應(yīng)用于磨床砂輪主軸。在之后的數(shù)十年里，靜壓支承技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，幾乎滲透進(jìn)了整個(gè)機(jī)械制造行業(yè)，催生了一批又一批的新興技術(shù)。 在國(guó)內(nèi)，上海機(jī)床廠于1958年首先開(kāi)展了對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究，以制造精密磨床。隨著研究的不斷深入和推廣，靜壓支承技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用也越來(lái)越頻繁，特別是在高精度、高效率和重型機(jī)床中取得了良好的成效。 伴隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，靜壓支承技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，靜壓支承的應(yīng)用在今天已經(jīng)相當(dāng)?shù)钠毡椋⑶页蔀榱烁呔群椭剌d設(shè)備的主要手段，衍生出靜壓蝸桿齒條、靜壓花鍵、自調(diào)節(jié)靜壓支承、動(dòng)靜壓混合軸承等新型設(shè)備。這些技術(shù)的出現(xiàn)，不僅給新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了性能良好的新型支承，使產(chǎn)品的整體性能有了質(zhì)的飛躍，而且也有利于舊設(shè)備的改進(jìn)。液體靜壓支承的作用并不僅僅限于支承元件，由于其油腔壓力會(huì)隨外載荷而變動(dòng)，它也被應(yīng)用于自動(dòng)控制及測(cè)量裝置中，例如用于實(shí)現(xiàn)高精度微進(jìn)給裝置[[] 戴一帆, 李圣怡. 超精密加工精度分析[J]. 中國(guó)機(jī)械工程, 1999, 10(2): 203-206. ]、對(duì)刀裝置、砂輪自動(dòng)平穩(wěn)等。靜壓支承的實(shí)際應(yīng)用還有很多。 作為引入靜壓支承技術(shù)的新型工作臺(tái)，液體靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)在歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家有著十分普遍的應(yīng)用。英國(guó)LOADPOINT公司生產(chǎn)的PICOACE系列研磨設(shè)備，就采用了液體靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)。該轉(zhuǎn)臺(tái)最大工作直徑305mm，最大轉(zhuǎn)速200r/min，在保持高動(dòng)靜剛度的同時(shí)，還擁有較小的運(yùn)動(dòng)誤差，能夠進(jìn)行納米級(jí)的加工，同時(shí)保證較小的表面損傷[[] 周堃, 熊萬(wàn)里, 呂浪, 等. 液體靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)綜述[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床, 2011, 4: 012. ]。美國(guó)PRECITECH公司將麻省理工大學(xué)研制的新型液體靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)成功應(yīng)用于NANOFORM系列高精度金剛石車(chē)床，也取得了極好的效果，為后來(lái)者提供了極具參考價(jià)值的技術(shù)案例。在國(guó)內(nèi)，陜西秦川機(jī)械發(fā)展股份有限公司[[] 薛宏麗, 王貴成, 劉鋼. 高速刀柄及其工具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與性能[J]. 工具技術(shù), 2008, 42(10): 31-34. ]和無(wú)錫永凱達(dá)齒輪有限公司[[] 胡雅琴, 何楨. 響應(yīng)曲面二階設(shè)計(jì)方法比較研究 [D]. 天津大學(xué), 2005. ]開(kāi)發(fā)了用于YK73125磨齒機(jī)床的液體靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)，這一成果提高了成形磨齒機(jī)的齒形加工精度。在學(xué)術(shù)界，學(xué)者們對(duì)靜壓支承技術(shù)也是格外的重視，諸如《機(jī)床與液壓》《潤(rùn)滑與密封》《磨床與磨削》等知名技術(shù)雜志上也頻頻出現(xiàn)以這項(xiàng)技術(shù)為研究對(duì)象的文章。 1.2 動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)的目的和意義 近年來(lái)，隨著機(jī)械加工中心不可避免地向著大型化、精確化、重型化的方向發(fā)展，人們對(duì)工作臺(tái)承載能力的需求急速上漲，對(duì)回轉(zhuǎn)精度、剛度的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的工作臺(tái)由于其結(jié)構(gòu)、材料、裝備制造能力等方面的缺陷，已經(jīng)不可能滿足日益復(fù)雜的加工需求。于是，具有更大承載能力和高回轉(zhuǎn)精度的新型回轉(zhuǎn)工作臺(tái)成為機(jī)械加工的必需品。動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)工作，就是在這樣的背景下進(jìn)行的。 動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)采用了液體靜壓回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌作為支承，以壓力油膜作為工作介質(zhì)，這使得它具有高承載剛度的特性。摩擦副在純液體潤(rùn)滑條件下工作，受到的磨損極小，并且可克服爬行現(xiàn)象，運(yùn)轉(zhuǎn)靈敏度高，運(yùn)行平穩(wěn)。 相較于傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的性能優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)上： （1）動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度范圍很寬，其承載能力受滑動(dòng)表面相對(duì)速度的影響較小，只要液壓系統(tǒng)正常工作，各部分尺寸設(shè)計(jì)也合理，那么在極低的速度甚至是靜止?fàn)顟B(tài)下也能正常的工作，實(shí)現(xiàn)液體摩擦。 （2）如果能選擇合理的支承有效承載面積和節(jié)流器形式，則能夠獲得很大的承載能力。 （3）油膜將支承件和滑動(dòng)件隔開(kāi)，油膜均化效應(yīng)[[] 許尚賢. 液體靜壓和動(dòng)靜壓軸承綜述[J]. 精密制造與自動(dòng)化, 1985, 4: 004. ]減小了兩相對(duì)滑動(dòng)面本身的制造誤差對(duì)運(yùn)動(dòng)精度的影響，從而使動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)能保持較高水平的運(yùn)轉(zhuǎn)精度。 （4）油膜具有良好的吸振作用，能削弱沖擊對(duì)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的影響，因此回轉(zhuǎn)臺(tái)能平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)。 （5）由于工作部件處于純液體潤(rùn)滑狀態(tài)，兩相對(duì)滑動(dòng)面并不直接接觸，因此磨損教少，使用壽命長(zhǎng)，啟動(dòng)功率的消耗也隨之減少。 1.3 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 此次課題的題目為：動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)。其研究范圍主要包括了對(duì)傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和靜壓支承技術(shù)的應(yīng)用。具體來(lái)說(shuō)，本次設(shè)計(jì)任務(wù)需要解決的問(wèn)題有：在傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行必要的改良和創(chuàng)新，以確定動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的功能結(jié)構(gòu)；完成相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（傳動(dòng)、鎖緊、潤(rùn)滑等）和尺寸計(jì)算；進(jìn)行關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度校核；設(shè)計(jì)供油回路；根據(jù)主要的設(shè)計(jì)參數(shù)要求，分析計(jì)算靜壓油腔數(shù)量、形狀及尺寸；繪制相關(guān)圖紙。 1.4 靜壓技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 靜壓支承技術(shù)在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中的應(yīng)用，將朝著大規(guī)模、高回轉(zhuǎn)精度、高承載能力、高剛度、高熱穩(wěn)定性等方面發(fā)展，以滿足日益復(fù)雜的技術(shù)需求。具體來(lái)說(shuō)主要集中在以下幾個(gè)方面： （1）改良現(xiàn)有的油腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，在不損害回轉(zhuǎn)精度和承載能力的條件下，解決系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性問(wèn)題。 （2）降低供油回路，特別是定量泵的成本及功耗問(wèn)題，同時(shí)也要保證油膜剛度。通過(guò)對(duì)油路設(shè)備的改良來(lái)簡(jiǎn)化油路本身的復(fù)雜性。 （3）研發(fā)特大規(guī)模靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，并開(kāi)發(fā)相應(yīng)的精密加工工藝和精密裝配工藝，提高制造效率。 （4）運(yùn)用更為先進(jìn)的分析設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精確定量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)超精密工作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工藝的復(fù)合性。 有靜壓支承技術(shù)支持的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，必將得到業(yè)內(nèi)越來(lái)越多的重視。   第2章 動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理與應(yīng)用 第2章 動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的原理與應(yīng)用 2.1 動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的外形與一般工作臺(tái)幾乎無(wú)異，但其采用三層差動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的工作方式，中間層保持較高的轉(zhuǎn)速，消除了工作臺(tái)啟動(dòng)時(shí)因克服靜摩擦所導(dǎo)致的不穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因而提高了工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，克服了爬行等運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。 1—上轉(zhuǎn)臺(tái) 2—上轉(zhuǎn)臺(tái)軸（低速軸） 3—中盤(pán)軸（高速軸） 4—中盤(pán) 5—蝸桿 6—蝸輪 7—帶輪 圖2-1 動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 圖2-1為動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的上轉(zhuǎn)臺(tái)為放置工件的工作臺(tái)面，用蝸桿傳動(dòng)方式為其傳遞動(dòng)力，并借此獲得較低的轉(zhuǎn)速。上轉(zhuǎn)臺(tái)與上轉(zhuǎn)臺(tái)軸（即低速軸）用鍵連接在一起，二者之間為間隙配合。低速軸可以完成上轉(zhuǎn)臺(tái)的徑向定位，而上轉(zhuǎn)臺(tái)的軸向定位通過(guò)與上轉(zhuǎn)臺(tái)相連接的摩擦副的特殊結(jié)構(gòu)來(lái)完成。該結(jié)構(gòu)使動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)成為閉式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，可加強(qiáng)臺(tái)面對(duì)偏載荷的承載能力，并負(fù)責(zé)保證蝸輪的對(duì)中性。中盤(pán)軸（即高速軸）與中盤(pán)用鍵連接在一起，并通過(guò)帶傳動(dòng)方式傳遞動(dòng)力，使中盤(pán)以較高的轉(zhuǎn)速長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)。帶傳動(dòng)的電機(jī)放置于動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的底座之外，以節(jié)省內(nèi)部空間，用于供油回路的設(shè)計(jì)。兩軸的軸承組都選用角接觸球軸承，背對(duì)背安裝，并通過(guò)預(yù)緊裝置提高回轉(zhuǎn)精度。 2.2 主要技術(shù)參數(shù) 動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下： （1）工作臺(tái)面直徑左右。 （2）工作臺(tái)面承受載荷左右（包括動(dòng)載荷）。 （3）供油壓力不超過(guò)。 （4）上臺(tái)面轉(zhuǎn)速小于1轉(zhuǎn)/分。 （5）中間臺(tái)面轉(zhuǎn)速500~1000轉(zhuǎn)/分。 2.3 靜壓支承相關(guān)設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜壓支承的設(shè)計(jì)理念，需要進(jìn)行一系列的設(shè)計(jì)工作，比如：合理的基本結(jié)構(gòu)形式；一套運(yùn)行良好的液壓供油系統(tǒng)，為靜壓支承系統(tǒng)提供壓力油，保證油壓能隨著外載荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，以使工作面始終處于純液體摩擦狀態(tài)；合理的油腔數(shù)量、形狀、尺寸和分布位置。 2.3.1 靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式 靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)按其結(jié)構(gòu)可分為開(kāi)式及閉式兩類(lèi)[[] 李列. XK2125 床身工作臺(tái)導(dǎo)軌副采用恒流供油式靜壓導(dǎo)軌的探討[J]. 機(jī)床與液壓, 2006, 10: 64-66. ]。 左圖為開(kāi)式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu) 右圖為閉式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu) 圖2-2 回轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)對(duì)比圖 開(kāi)式靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)依靠運(yùn)動(dòng)件的自重或載荷保持運(yùn)動(dòng)件不與支承件分離，沒(méi)有結(jié)構(gòu)上的限制，屬于力封閉。開(kāi)式靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)只能在回轉(zhuǎn)臺(tái)的一個(gè)方向上開(kāi)有油腔。開(kāi)式靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的特點(diǎn)可總結(jié)為以下幾點(diǎn)： （1）承受正向載荷的能力大，承受偏置載荷及顛覆力矩的能力較差，不能承受反向載荷。 （2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造及調(diào)整方便。 （3）當(dāng)幾何尺寸確定后油腔壓力唯一由載荷確定，因此小載荷時(shí)油膜剛度低。 閉式靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)件，除在其運(yùn)動(dòng)方向具有一個(gè)自由度外，其余運(yùn)動(dòng)自由度都由回轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)所約束，屬于幾何封閉。閉式回轉(zhuǎn)臺(tái)的特點(diǎn)為： （1）能承受正、反向的載荷，承受偏載荷及顛覆力矩的能力較強(qiáng)。 （2）油膜剛度高，因此導(dǎo)軌本身的結(jié)構(gòu)剛度要求較高。 （3）制造及調(diào)整較復(fù)雜。 （4）為減少功率消耗，閉式回轉(zhuǎn)臺(tái)一般采用不等面積油腔的結(jié)構(gòu)。 動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的載荷不均勻，偏載較大，且需要設(shè)計(jì)對(duì)置油腔結(jié)構(gòu)，因此設(shè)計(jì)為閉式結(jié)構(gòu)。 2.3.2 供油形式的選擇 液體靜壓支承按液壓系統(tǒng)供油形式不同，可分為定壓供油式靜壓支承和定量供油式液壓支承[[] 謝黎明, 徐錚. 重載荷靜壓支承供油方式的選擇[J]. 中國(guó)制造業(yè)信息化, 2008, 11. ]。 左圖為定壓式供油 右圖為定量式供油 圖 2-3 供油方式對(duì)比圖 定壓供油式靜壓支承，是通過(guò)調(diào)節(jié)油腔的流量來(lái)調(diào)節(jié)油腔的油膜厚度，常用的節(jié)流方式有毛細(xì)管節(jié)流、小孔節(jié)流、滑閥節(jié)流和薄膜節(jié)流等。在實(shí)際工程應(yīng)用中，上述節(jié)流器存在易堵塞、難于維修調(diào)整等缺陷。 定量供油式靜壓支承，不需要節(jié)流器，采用多個(gè)油泵對(duì)每個(gè)油腔進(jìn)行定流量供油，并在壓力允許的范圍內(nèi)形成油膜。相對(duì)于定壓供油式，定量供油式調(diào)節(jié)的工作可靠、方便、易于控制、油泵功率小、對(duì)油的清潔度要求低，且對(duì)溫度變化不敏感、穩(wěn)定性好、基本上消除了節(jié)流間隙的堵塞現(xiàn)象。由于每個(gè)油腔需要一個(gè)流量相同的油泵供油、成本較高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。隨著液壓元件的發(fā)展，工程上開(kāi)始使用多供油點(diǎn)的定量油泵。 動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)選用定量供油的方式。 實(shí)現(xiàn)定量供油有兩種方法[[] 丁振乾. 流體靜壓支承設(shè)計(jì)[M]. 上海科學(xué)技術(shù)出版社, 1989. ]： （1）用定量油泵：油泵以恒定的流量直接供油給油腔，所以油腔壓力始終等于油泵壓力。 （2）用定量節(jié)流閥：類(lèi)似于定壓式，僅是用定量節(jié)流閥代替節(jié)流器，使通過(guò)油腔的流量恒定。 2.3.3 油腔的結(jié)構(gòu)形式 油腔的數(shù)量、形狀及尺寸，都對(duì)動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的動(dòng)靜壓支承性能有極大的影響。油腔設(shè)計(jì)的基本形式如下： （1）單油腔。單油腔是靜壓支承最基本的形式。一個(gè)單油腔靜壓支承由油腔、進(jìn)油孔及四周封閉的封油面組成。單油腔的靜壓支承往往不能承受偏載荷，若載荷偏置時(shí)，偏離載荷遠(yuǎn)的一邊間隙大，壓力小，而間隙小處壓力大，滑動(dòng)件會(huì)發(fā)生傾斜。 （2）多油腔。在一個(gè)支承上開(kāi)有兩個(gè)以上的油腔，即為多油腔。多油腔可承受偏置載荷，各個(gè)油腔的壓力可以不同，以平衡各自承受的不同載荷。 （3）對(duì)置油腔和向心軸承。對(duì)置油腔由兩個(gè)互相對(duì)置的油腔組成惡棍，這種結(jié)構(gòu)的閉式靜壓導(dǎo)軌中極為常見(jiàn)。而向心靜壓軸承實(shí)際上是多個(gè)油腔沿著圓周分布而成的。 為了使油膜均勻，本次設(shè)計(jì)采用多油腔的承載方案。由于載荷分布可能不均勻，并且對(duì)運(yùn)動(dòng)精度要求較高，油腔的數(shù)目可相應(yīng)增多。在油腔之間留適當(dāng)?shù)拈g隔，其上不設(shè)油槽。在動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，要保證油腔不得外露，因此油腔開(kāi)在支撐件上。 在確定油腔的主要參數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮多方的因素[[] 汪星橋, 盛伯浩, 遇立基. 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[J]. 1986. ]： （1）油腔要有足夠的初始托舉力。初始托舉力是指油泵供油壓力剛建立，而運(yùn)動(dòng)件尚未浮起時(shí)的靜壓推力。 （2）油槽不能太寬。 （3）要減小動(dòng)壓力的影響，使回轉(zhuǎn)工作臺(tái)運(yùn)行平穩(wěn)。 （4）油槽應(yīng)便于加工。 本次設(shè)計(jì)的油腔形狀及分布的情況如下圖： A、C—支承平臺(tái) B—靜壓腔 D—油楔 β—螺旋角 圖2-4 油腔及其分布圖 靜壓油腔部分為環(huán)形，半徑為100mm到150mm，深度為5mm左右，其結(jié)構(gòu)類(lèi)似于推力軸承。 動(dòng)壓油腔部分，其邊緣線為對(duì)數(shù)螺旋線[[] 周偉, 葉林, 李蒲建, 等. 對(duì)數(shù)螺旋線與對(duì)數(shù)螺旋型拱壩研究[J]. 電網(wǎng)與水力發(fā)電進(jìn)展, 2008, 24(3): 66-69. ]，曲線方程為：。分布范圍從半徑150mm到210mm，油楔等深，其深度約為2mm。共有6個(gè)油楔，油楔D與支承平面C所占角度比為2:1。 由《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得，油膜厚度的推薦值為0.015~0.030mm。 2.4 閉式靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.4.1 確定油腔的初始?jí)毫? 按已知的最大外載荷并選定相對(duì)位移（一般?。氤休d能力的計(jì)算公式，即可求得油腔初始?jí)毫虬匆阎璧挠湍偠却胗湍偠鹊挠?jì)算公式中，即可求得值。 （2-1） 式中 ——副導(dǎo)軌的有效承載面積 ——主副導(dǎo)軌面積比 一個(gè)油腔的有效承載面積指的是：假設(shè)在該面積上均勻地分布著油腔壓力，且其產(chǎn)生的總推力等于一個(gè)油腔和它周?chē)姆庥兔嫔系膶?shí)際總推力，即。由此可計(jì)算環(huán)形油腔推力軸承的有效面積。 環(huán)形油腔推力軸承的總推力可分為三部分，即環(huán)內(nèi)支承平臺(tái)部分（），油腔部分（），環(huán)外支承平臺(tái)部分（）。三部分皆按環(huán)形面積計(jì)算，則各圓環(huán)面積上的推力分別為： 可得 則環(huán)形油腔推力軸承的有效承載面積為： 由設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)可知，工作臺(tái)面承受載荷400左右（包含動(dòng)載荷），即。取。動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的軸向位移極小，取正反向載荷比，則有效承載面積之比為： 由式（2-1）可得： 2.4.2 確定油泵額定供油壓力 由油腔的初始?jí)毫跋鄬?duì)位移代入壓力的計(jì)算公式即可求得，此值即油泵的確定輸出壓力。 （2-2） 由式（2-2）得： 2.4.3 確定每個(gè)油腔的流量 每個(gè)油腔的流量即定量泵的流量，選擇合理的潤(rùn)滑油粘度后，按最高允許工作濕度（一般低于50~60°）的粘度值及值代入流量計(jì)算式，就可確定所需的定量泵流量。 （2-3） 式中 ——流量系數(shù) ——初始油膜厚度 ——潤(rùn)滑油粘度 取，取20號(hào)機(jī)油，則，流量系數(shù)由下式計(jì)算可得： 由式（2-3）得： 計(jì)算油膜剛度： （2-4） 式中 ——無(wú)綱量油膜剛度 由式（2-4）得： 2.5 相關(guān)部件的選型 首先選擇定量泵。外嚙合齒輪泵流量和壓力脈動(dòng)大，噪聲大；內(nèi)嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工性能差，價(jià)格較貴；柱塞泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)油污染敏感，皆不予選用。可從雙作用葉片泵、凸輪轉(zhuǎn)子葉片泵選用。 由前文的計(jì)算可知，油泵的輸出壓力，流量。由此選擇定量葉片泵，其技術(shù)參數(shù)如下表： 表2-1 定量葉片泵技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 排量/ 額定壓力/ 轉(zhuǎn)速范圍/ 備注 2.5~100 6.3 900~1450 可雙聯(lián) 2.6 本章小結(jié) 本章從整體上介紹了動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)，總結(jié)了本次設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)，并借助動(dòng)靜壓支承技術(shù)的相關(guān)理論，為動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)了一套供油系統(tǒng)及相應(yīng)的油腔結(jié)構(gòu)。最后通過(guò)計(jì)算確定靜壓支承的相關(guān)參數(shù)。   第3章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第3章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 傳動(dòng)方案的確定 傳動(dòng)是指機(jī)械之間的動(dòng)力傳遞，是將機(jī)械力通過(guò)中間媒介傳遞給終端設(shè)備的過(guò)程。傳動(dòng)應(yīng)當(dāng)滿足機(jī)械設(shè)備工作部分的要求，并且使得動(dòng)力機(jī)能在較佳工況下運(yùn)轉(zhuǎn)。 3.1.1 傳動(dòng)方案的選擇原理 傳動(dòng)裝置負(fù)責(zé)傳送原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，變換其運(yùn)動(dòng)形式，以實(shí)現(xiàn)工作機(jī)預(yù)定的工作要求。傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)是否合理，直接影響到整部機(jī)器的性能、成本及整體的尺寸。傳動(dòng)裝置首先應(yīng)滿足工作機(jī)的性能要求，適應(yīng)工作條件，此外還應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，成本低。傳動(dòng)效率高和操作維護(hù)方便等。當(dāng)然，同時(shí)滿足所有要求往往比較困難，因此要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)任務(wù)有側(cè)重地保證主要設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行合理地選擇和組合[[] 卜炎, 機(jī)械設(shè)計(jì). 機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 1999. ]。參考如下： （1）大功率、高強(qiáng)度、長(zhǎng)期工作的工況，宜用齒輪傳動(dòng)。 （2）低速、大傳動(dòng)比，可用單級(jí)蝸桿傳動(dòng)或是多級(jí)齒輪傳動(dòng)。 （3）帶傳動(dòng)多用于平行軸傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)只能用于平行軸傳動(dòng)，齒輪可用于各向軸線傳動(dòng)，蝸桿常用于空間垂直交錯(cuò)軸傳動(dòng)。 （4）有自鎖要求時(shí)宜采用螺旋傳動(dòng)或蝸桿傳動(dòng)。 （5）帶傳動(dòng)可以緩沖吸振，同時(shí)還有過(guò)載保護(hù)作用，但不宜用于易燃、易爆的場(chǎng)合。 （6）改變運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)構(gòu)（連桿、凸輪）應(yīng)布置在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的末端或低速級(jí)。 3.1.2 高速軸的傳動(dòng)方案 3.1.2.1 高速軸的傳動(dòng)方式 高速軸為中盤(pán)的連接軸，在動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作過(guò)程中一直保持高速旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速為500~1000轉(zhuǎn)/分，作為回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的差速層，不要求十分精確的轉(zhuǎn)速。為節(jié)省工作臺(tái)的內(nèi)部空間以安置液壓泵，高速軸選擇帶傳動(dòng)作為傳動(dòng)方式，將電機(jī)置于工作臺(tái)外部。 帶傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)在于[[] 秦書(shū)安. 帶傳動(dòng)技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展前景[J]. 機(jī)械傳動(dòng), 2002, 26(4): 1-2. ]： （1）能夠在一定程度上緩和載荷的沖擊。 （2）運(yùn)動(dòng)較為平穩(wěn)，無(wú)噪聲。 （3）制造和安裝精度相對(duì)較低，不像嚙合傳動(dòng)那樣嚴(yán)格要求。 （4）如過(guò)載，則將引起帶與帶輪之間打滑，可有效防止其他零件的損壞。 （5）通過(guò)增加帶長(zhǎng)，可以適應(yīng)中心距較大的工作條件。 （6）兩帶輪的相對(duì)位置要求不嚴(yán)格。 帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比可以滿足高速軸傳動(dòng)的要求，高速軸的傳動(dòng)方案為：電機(jī)—帶傳動(dòng)—工作臺(tái)。 3.1.2.2 高速軸傳動(dòng)裝置的選型 高速軸帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比估算約為，大帶輪基準(zhǔn)直徑估算為，則電機(jī)功率約為。選擇Z3-41直流電動(dòng)機(jī)，其主要參數(shù)如下表： 表3-1 Z3-41直流電動(dòng)機(jī)主要參數(shù) 機(jī)座號(hào) 序號(hào) 功率/ 電壓/ 額定轉(zhuǎn)速/ 電流/ Z3-41 5 3 220 1500 17 3.1.3 低速軸的傳動(dòng)方案 3.1.3.1 低速軸的傳動(dòng)方式 低速軸為上轉(zhuǎn)臺(tái)的連接軸，在動(dòng)靜壓工作回轉(zhuǎn)臺(tái)的工作過(guò)程中只做低速的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速小于1轉(zhuǎn)/分。為了實(shí)現(xiàn)低速轉(zhuǎn)動(dòng)并占用較小的空間，低速軸的傳動(dòng)采用蝸桿傳動(dòng)。 蝸桿傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)在于[[] 楊蘭春. 蝸桿傳動(dòng)手冊(cè)[M]. 華東化工學(xué)院出版社, 1990. ]： （1）傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊。若換用齒輪傳動(dòng)，則需要采取多級(jí)傳動(dòng)才行，所以蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、重量輕。 （2）結(jié)構(gòu)平穩(wěn)，無(wú)噪聲，沖擊、震動(dòng)都比較小。 （3）具有自鎖性，只能蝸桿帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而蝸輪不能帶動(dòng)蝸桿傳動(dòng)，可防止機(jī)器倒轉(zhuǎn)。 僅憑借蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比，難以滿足低速軸的傳動(dòng)要求，因此加入減速器對(duì)傳動(dòng)比加以調(diào)整，使低速軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步降低。低速軸的傳動(dòng)方案為：電機(jī)—減速器—蝸桿傳動(dòng)—工作臺(tái)。 3.1.3.2 低速軸傳動(dòng)裝置的選型 減速器是用于降低轉(zhuǎn)速、傳遞動(dòng)力、增大轉(zhuǎn)矩的獨(dú)立傳動(dòng)部件，用以滿足工作需要，在現(xiàn)在機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛。本次設(shè)計(jì)初選ZDY、ZLY、ZSY型硬齒面圓柱齒輪減速器（JB/T 8853—2001） 減速器的承載能力受到熱平衡許用功率和機(jī)械強(qiáng)度兩方面的限制。因此選用減速器必需經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟[[] 吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社, 1999. ]： （1）選用減速器的公稱輸入功率 應(yīng)滿足： （3-1） 式中 ——機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算功率（） ——負(fù)載功率（） ——工況系數(shù)（即使用系數(shù)），見(jiàn)表（3-2） ——安全系數(shù)，見(jiàn)表（3-3） ——減速器公稱輸入功率（） 表3-2 工況系數(shù) 原動(dòng)機(jī) 每日工作時(shí)間/h 均勻載荷U 中等沖擊載荷M 強(qiáng)沖擊載荷H 電機(jī) 汽輪機(jī) 水力機(jī) 0.8 1 1.5 1 1.25 1.75 1.25 1.5 2 表3-3 安全系數(shù) 重要性與安全要求 一般設(shè)備，減速器失效僅引起單機(jī)停產(chǎn)且易更換設(shè)備 重要設(shè)備，減速器失效引起機(jī)組、生產(chǎn)線或全廠停產(chǎn) 高度安全要求，減速器失效引起設(shè)備、人身事故 1.1~1.3 1.3~1.5 1.5~1.7 按動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)要求，從上述各表中選取數(shù)據(jù)。工作臺(tái)不受沖擊載荷作用，按工作時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)選擇，可得，，負(fù)載功率預(yù)估，由式（3-1）得： （2）校核熱平衡許用功率 應(yīng)滿足： （3-2） 式中 ——計(jì)算熱功率（） ，——減速器熱功率，無(wú)冷卻裝置為， 有冷卻裝置為 ，，——系數(shù)，查表（3-4），（3-5），（3-6） 表3-4 環(huán)境溫度系數(shù) 冷卻條件 環(huán)境溫度/ 10 20 30 40 50 無(wú)冷卻 0.9 1 1.15 1.35 1.65 冷卻管冷卻 0.9 1 1.1 1.2 1.3 表3-5 載荷率系數(shù) 小時(shí)載荷率/% 100 80 60 40 20 1 0.94 0.86 0.74 0.56 表3-6 公稱功率利用率 40 50 60 70 80~100 1.25 1.15 1.1 1.05 1 根據(jù)動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)要求，從上述各表中選取數(shù)據(jù)，得，，。由式（3-2）得： 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，按照使用要求，選擇減速器ZLY型。該減速器主要參數(shù)如下表： 表3-7 ZLY型電動(dòng)機(jī)基本參數(shù) 型號(hào)ZLY（低速級(jí)中心距） 公稱傳動(dòng)比 公稱轉(zhuǎn)速/ 輸入 輸出 112 8 750 94 根據(jù)設(shè)計(jì)要求及減速器參數(shù)，選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Z3-52，重要參數(shù)如下表： 表3-8 Z3-52電動(dòng)機(jī)主要參數(shù) 機(jī)座號(hào) 序號(hào) 功率/ 電壓/ 額定轉(zhuǎn)速/ 電流/ Z3-52 10 3 220 750 17.4 3.2 軸的設(shè)計(jì)與校核 3.2.1 軸的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)步驟 作為組成機(jī)械的重要零件之一，軸的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足多方面的要求，比如：受力合理，盡量避免或減少應(yīng)力集中，足夠的強(qiáng)度和必要的剛度等。 通常的設(shè)計(jì)步驟如下[[] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè): 單行本: 軸及其聯(lián)接[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社, 2004. ]： （1）擬定軸上零件的布置和裝配方案。 （2）選擇軸的材料 （3）對(duì)軸的直徑進(jìn)行初步估算 （4）對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核 （5）必要時(shí)應(yīng)校核軸的剛度和臨界轉(zhuǎn)速 3.2.2 高速軸的設(shè)計(jì) 3.2.2.1 高速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 高速軸與動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的中盤(pán)相連接，用于傳遞轉(zhuǎn)矩并完成中盤(pán)的徑向定位，為空心傳動(dòng)軸。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)使軸系部件有較準(zhǔn)確的軸向工作位置，便于安裝拆卸，且便于加工。高速軸的設(shè)計(jì)如下圖： 圖3-1 高速軸 3.2.2.2 高速軸的強(qiáng)度計(jì)算 軸的強(qiáng)度計(jì)算一般可以分為三種：按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度或剛度計(jì)算；按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算；精確強(qiáng)度校核計(jì)算。 此高速軸不受彎矩或僅受較小的彎矩，強(qiáng)度計(jì)算的重點(diǎn)在于傳遞扭矩，所以選擇按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算。 空心軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算公式為： （3-3） 式中 ——軸端直徑（） ——軸所傳遞的扭矩（） ——軸所傳遞的功率（） ——軸的工作轉(zhuǎn)速（） ——許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力（），見(jiàn)表（3-9） ——系數(shù)，見(jiàn)表（3-9） ——空心軸的內(nèi)徑與外徑之比（） 表3-9 幾種常用軸材料的及A值 軸的材料 Q235-A、20 Q275、35（1Cr18Ni9Ti） 45 40Cr、35SiMn、42SiMn、40MnB、38SiMnMo、3Cr13 /MPa 15~25 20~35 25~45 35~55 A 149~126 135~112 126~103 112~97 注：1、表中所給出的值已考慮了彎曲影響。 2、當(dāng)彎矩較小或只受扭矩作用、載荷較為平穩(wěn)、無(wú)軸向載荷或只有較小的軸向載荷、軸單向旋轉(zhuǎn)時(shí)，取較大值、A取較小值。反之，取較小值、A取較大值。 高速軸為空心軸，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為保持尺寸穩(wěn)定性和減少熱處理變形，選擇鉻鋼，40Cr，查表（3-9）可得：取較大值55，A取較小值100。 由設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)可知，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)需承受的最大載荷約為400（包含動(dòng)載荷）。動(dòng)壓潤(rùn)滑摩擦系數(shù)為0.001到0.01，取較大值0.01。由此可計(jì)算高速軸所受摩擦力，即軸所傳遞的扭矩。 計(jì)算過(guò)程如下： 摩擦力 中間層上下表面均受摩擦力，則 設(shè)單位面積質(zhì)量為，取面積微元，質(zhì)量微元。 則 由式（3-3）得： 即高速軸最小半徑為。 3.2.3 低速軸的設(shè)計(jì) 低速軸的直徑受高速軸內(nèi)徑以及配合軸承內(nèi)徑的限制，并且需考慮到油路的通行。其直徑在可行范圍內(nèi)盡量大，為油路的設(shè)計(jì)保證足夠的空間。 3.2.3.1 低速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 低速軸與動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的上轉(zhuǎn)臺(tái)相連接，用于完成上轉(zhuǎn)臺(tái)的徑向定位，基本不傳遞轉(zhuǎn)矩和彎矩，因此強(qiáng)度上的要求較高速軸低。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更多的考慮到使軸系部件有較準(zhǔn)確的軸向工作位置，便于安裝拆卸，且便于加工。低速軸的設(shè)計(jì)如圖（3-2）。低速軸內(nèi)需要通行油路，但油路幾何尺寸在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖內(nèi)未標(biāo)出。 圖3-2 低速軸 3.2.3.2 低速軸的強(qiáng)度計(jì)算 按照最初的設(shè)計(jì)，低速軸需要通行油路，以實(shí)現(xiàn)上轉(zhuǎn)臺(tái)的供油。但相對(duì)于軸的半徑，油路尺寸要小得多，因此低速軸可按實(shí)心軸進(jìn)行校核，其校核過(guò)程與高速軸基本一致。 實(shí)心軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算公式為： （3-4）式中系數(shù)按表（3-9）選取。低速軸的材料選用45號(hào)鋼。 3.3 軸上配合件的選用 作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零部件，都需要轉(zhuǎn)在軸上以實(shí)現(xiàn)其回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。軸不能獨(dú)立完成傳遞轉(zhuǎn)矩的功能，還需要如鍵、螺栓等配合件的協(xié)助。正確的選擇軸上配合件，能夠保證軸系的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 3.3.1 鍵的選取與校核 所謂鍵聯(lián)接，是指通過(guò)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件之間的周向定位，并傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩的連接方式。鍵的類(lèi)型一般可以通過(guò)使用要求、工作條件以及聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行選取。 鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，它的剖面尺寸是根據(jù)軸的直徑來(lái)制定標(biāo)準(zhǔn)，鍵的長(zhǎng)度則是按軸轂長(zhǎng)度從標(biāo)準(zhǔn)中選取[[] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè): 單行本. 聯(lián)接與緊固[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社, 2004. ]。鍵的相關(guān)尺寸可通過(guò)設(shè)計(jì)手冊(cè)查詢，設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度校核即可。 鍵或鍵槽工作面的擠壓或磨損： （3-5） 鍵的剪切： （3-6） 式中 ——轉(zhuǎn)矩（） ——軸的直徑（） ——鍵與輪轂的接觸高度（），平鍵 ——鍵的工作長(zhǎng)度（） ——鍵的寬度（） 、——鍵連接的許用擠壓應(yīng)力及許用擠壓壓強(qiáng)（），見(jiàn)表3-10 ——鍵連接的許用剪切應(yīng)力（）見(jiàn)表3-10 表3-10 鍵連接的許用擠壓應(yīng)力、許用擠壓壓強(qiáng)和許用剪應(yīng)力 許用應(yīng)力及許用壓強(qiáng) 聯(lián)接工作方式 被連接零件材料 不同載荷性質(zhì)的許用值 靜載 輕微沖擊 沖擊 靜聯(lián)接 鋼 125~150 100~120 60~90 鑄鐵 70~80 50~60 30~45 動(dòng)聯(lián)接 鋼 50 40 30 120 90 60 高速軸上端的鍵用于聯(lián)接高速軸和中盤(pán)，其作用是傳遞扭矩，選用薄型平鍵。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得鍵的公稱尺寸為，。鍵和軸的材料都是鋼，因此由表（3-10）可查得，取較小值125MPa；。由式（3-5）得： 由式（3-6）得： 滿足強(qiáng)度要求。 高速軸下端的鍵用于聯(lián)接高速軸和帶輪，其作用是傳遞扭矩，選用薄型平鍵。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得鍵的公稱尺寸為，。鍵和軸的材料都是鋼，由表（3-10）可得其參數(shù)同上。由式（3-5）得： 由式（3-6）得： 滿足強(qiáng)度要求。 低速軸的鍵用于聯(lián)接低速軸和上轉(zhuǎn)臺(tái)，其作用是對(duì)上轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行徑向定位，不傳遞扭矩，選用普通平鍵。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得鍵的公稱尺寸為，。鍵和軸的材料都是鋼，由表（3-10）可查得其參數(shù)同上。由式（3-5）得： 由式（3-6）得： 滿足強(qiáng)度要求。 3.3.2 軸承的選用及組合設(shè)計(jì) 滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，在機(jī)械設(shè)計(jì)中一般根據(jù)工作條件選用合適的滾動(dòng)軸承類(lèi)型和型號(hào)進(jìn)行組合設(shè)計(jì)。作為現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一，滾動(dòng)軸承安裝、維修方便，價(jià)格也較為便宜。 選擇滾動(dòng)軸承的類(lèi)型時(shí)，必須了解軸承的工作載荷（大小、性質(zhì)、方向）、轉(zhuǎn)速及其使用要求。本次設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速較高、載荷較小，且要求較高的旋轉(zhuǎn)精度，此時(shí)宜選用球軸承[[] 唐金松, 機(jī)械設(shè)計(jì). 簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2000. ]?？紤]到軸承上可能同時(shí)受徑向載荷和軸向聯(lián)合載荷，選用角接觸球軸承。 高速軸選用軸承的軸承代號(hào)為7024C，低速軸選用代號(hào)為7010C，其主要參數(shù)見(jiàn)表（3-11）。 表3-11 選用軸承主要參數(shù) 軸承代號(hào) 基本尺寸/mm 基本額定載荷/kN 極限轉(zhuǎn)速/ d D B 脂 油 7024C 120 180 28 108 110 2800 3800 7010C 50 80 16 26.5 22.0 6700 9000 為了保證軸承的正常工作，除了正確選擇軸承類(lèi)型和確定型號(hào)外，還需要設(shè)計(jì)合理的軸承組合。軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題[[] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè): 單行本: 軸承[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社, 2004. ]： （1）軸系的固定。 （2）軸承與相關(guān)零件的配合。 （3）軸承的潤(rùn)滑與密封。 （4）提高軸承系統(tǒng)的剛度。 此次設(shè)計(jì)中，工作間處于軸的懸伸端，背對(duì)背安裝能保證較好的剛度。同時(shí)需要設(shè)計(jì)軸承預(yù)緊裝置，使?jié)L動(dòng)體和內(nèi)、外套圈之間產(chǎn)生一定的預(yù)變形，使軸承帶負(fù)游隙運(yùn)行，借此增加軸承剛度，提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，延長(zhǎng)其使用壽命。 3.3.3 軸承預(yù)緊裝置的設(shè)計(jì) 動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)所使用的角接觸球軸承，常常處于高速輕載的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。適當(dāng)?shù)念A(yù)緊可以有效地防止軸承在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)鋼球發(fā)生公轉(zhuǎn)打滑及陀螺旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，減小鋼球的自旋滑動(dòng)，從而減小軸承內(nèi)部的摩擦和發(fā)熱，延長(zhǎng)軸承的使用壽命。 軸承的預(yù)緊方式有兩種，即徑向預(yù)緊和軸向預(yù)緊[[] 姜韶峰, 劉正士, 楊孟祥. 角接觸球軸承的預(yù)緊技術(shù)[J]. 軸承, 2003, 3(1): 4. ]。角接觸球軸承通常采用軸向預(yù)緊的方式。本次設(shè)計(jì)中，使用預(yù)選的內(nèi)外圈隔套使一組軸承的內(nèi)圈和外圈之間處于某一固定位置，從而使軸承獲得合適的預(yù)緊，即所謂的定位預(yù)緊。定位預(yù)緊的軸承在使用過(guò)程中，其相對(duì)位置是不會(huì)改變的。但是工作溫度的變化所引起的軸及軸承座的尺寸以及相關(guān)定位部件尺寸的變化會(huì)直接影響到軸承預(yù)緊力的變化。 本次設(shè)計(jì)的預(yù)緊系統(tǒng)如下圖： A— 套筒 B—端蓋 C—內(nèi)螺紋盤(pán) D—軸上外螺紋部 E—特制墊圈 圖3-3 預(yù)緊系統(tǒng) 低速軸上，兩軸承之間的相對(duì)位置用套筒固定，使得兩軸承外圈的距離一定。而兩側(cè)分別用軸肩和內(nèi)螺紋盤(pán)固定軸承的內(nèi)圈。內(nèi)螺紋盤(pán)可在軸上有外螺紋的部分上下移動(dòng)，通過(guò)旋緊螺紋盤(pán)，可對(duì)軸承內(nèi)圈施加軸向力的作用，來(lái)達(dá)到預(yù)緊的目的，且預(yù)緊力可調(diào)整。 高速軸上，兩軸承的位置用套筒和特制墊圈固定，兩軸承內(nèi)圈的距離一定，特制墊圈與端蓋上的螺栓接觸，通過(guò)擰緊螺栓來(lái)對(duì)軸承外圈施加軸向力的作用，以達(dá)到預(yù)緊的目的，且預(yù)緊力可調(diào)整。 3.3.4 軸承端蓋的設(shè)計(jì) 為了完成高速軸軸承的軸向定位及預(yù)緊工作，需要對(duì)高速軸軸承端蓋進(jìn)行設(shè)計(jì)。 軸承端蓋是用于固定軸承、調(diào)整軸承間隙，并且承受軸向力的軸承配件。軸承端蓋的結(jié)構(gòu)有嵌入式和凸緣式兩種[[] 夏仁豐, 高偉, 姜威, 等. 便捷式端蓋[J]. 現(xiàn)代機(jī)械, 2002, 4: 045. ]。 嵌入式軸承端蓋的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、緊湊，且不需要固定螺釘，外徑小，重量輕，但裝拆端蓋和調(diào)整軸承的間隙相對(duì)困難，密封性能差。在座孔上開(kāi)槽，加工費(fèi)時(shí)。 凸緣式軸承端蓋安裝。拆卸、調(diào)整軸承間隙都比較方便，密封性能也好，但外廓尺寸較大，需要螺釘來(lái)連接。 為了滿足預(yù)緊要求，保證密封性能，本次設(shè)計(jì)選用凸緣式軸承端蓋。 由前文可知，軸承外徑為，其相關(guān)數(shù)據(jù)可按下表選?。? 圖3-12 凸緣式軸承端蓋的尺寸 軸承外徑 螺栓直徑 端蓋上螺栓數(shù)目 45~65 6 4 70~100 8 4 100~140 10 6 150~230 12~16 6 由表（3-12）可查得：螺栓直徑，端蓋上螺栓數(shù)目為6。選擇螺栓直徑為，由此可計(jì)算得： 螺栓間距，端蓋外徑，軸承接觸內(nèi)徑。 固定端蓋所用的螺栓選型為：GB/T 5781 M5X13（螺紋規(guī)格d=M5、公稱長(zhǎng)度l=13mm、性能等級(jí)為4.8級(jí)、不經(jīng)表面處理、C級(jí)的六角頭螺栓）。 為了方便調(diào)整軸承的游隙，在端蓋上設(shè)計(jì)了一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)，通過(guò)螺栓推進(jìn)特殊墊圈，由特殊墊圈擠壓軸承外圈，以完成預(yù)緊工作。預(yù)緊螺栓選型為：GB/T 5781 M5X13（螺紋規(guī)格d=M5、公稱長(zhǎng)度l=13mm、性能等級(jí)為4.8級(jí)、不經(jīng)表面處理、C級(jí)的六角頭螺栓） 3.4 蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與校核 蝸桿傳動(dòng)可用于傳遞空間交錯(cuò)軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其軸線夾角可以為任意值，最為常用的是90°。其主要優(yōu)點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)較為緊湊、工作平穩(wěn)、無(wú)噪聲、沖擊振動(dòng)小，并且能夠得到很大的單機(jī)傳動(dòng)比，在部分機(jī)床工作臺(tái)中，傳動(dòng)比甚至可到1000，同樣的傳動(dòng)比用其他的機(jī)構(gòu)則極難實(shí)現(xiàn)。蝸桿傳動(dòng)多以蝸桿作為原動(dòng)件，用于減速運(yùn)動(dòng)。在動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的上轉(zhuǎn)臺(tái)部分選用蝸輪蝸桿作為傳動(dòng)方式。 3.4.1 傳動(dòng)類(lèi)型 按照蝸桿螺旋線方向的不同，蝸桿分為左旋和右旋兩種。除了特殊需要外，一般多采用右旋。兩者的運(yùn)行原理相同，計(jì)算方法也一樣，但作用力的方向不同（除徑向力外）。此次選用右旋。 按照蝸桿頭數(shù)的不同，蝸桿可分為單頭蝸桿和多頭蝸桿兩種。單頭蝸桿主要適用于要求傳動(dòng)比較大的場(chǎng)合。如果傳動(dòng)要求自鎖功能，則此時(shí)必須采用單頭蝸桿。而多頭蝸桿則主要用于傳動(dòng)比不大和要求效率較高的場(chǎng)合。此次選用單頭蝸桿。 按照蝸桿形狀的不同，蝸桿可分為圓柱蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)、錐蝸桿傳動(dòng)三大類(lèi)。由于刀具的加工位置不同，圓柱蝸桿又可以分為阿基米德蝸桿（ZA型）、漸開(kāi)線蝸桿（ZI型）、法向直廓蝸桿（ZN型）等多種類(lèi)型。由于要求較為精密的傳動(dòng)，本次設(shè)計(jì)選用圓柱蝸桿傳動(dòng)中的漸開(kāi)線蝸桿（ZI型）[[] 邱宣懷, 郭可謙, 吳宗澤, 等. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 高等教育出版社, 1997. ]，其端面齒廓為漸開(kāi)線。 3.4.2 材料的選擇 蝸桿按材料分有碳鋼和合金鋼，其工藝要求見(jiàn)表（3-13）。按熱處理不同可分為硬面蝸桿和調(diào)制蝸桿。一般首先考慮選用硬面蝸桿。 表3-13 蝸桿材料及工藝要求 蝸桿材料 熱處理 硬度 表面粗糙度 40 45 45Cr40CrNi 42SiMn 表面淬火 45HRC~55HRC 1.6~0.8 20Cr 20CrMnTi 12CrNi3A 表面滲碳淬火 58HRC~63HRC 1.6~0.8 32CrMo 50CrV 滲氮 65HRC~70HRC 3.2~1.6 45 40Cr 40CrNi 42CrMo 調(diào)質(zhì) 270HB 6.3 本次設(shè)計(jì)需要保證持久性高的動(dòng)力傳動(dòng)，因此蝸桿選用45號(hào)鋼進(jìn)行表面滲碳淬火。 渦輪材料通常是指渦輪齒冠部分的材料。主要有： （1）鑄錫青鋼。適用于和持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的工況。 （2）鑄鋁青鋼。適用于的工況，抗膠和能力較差，蝸桿硬度不得低于45HRC。 （3）鑄鋁黃銅。點(diǎn)蝕強(qiáng)度高，但磨損性能差，宜用于低滑動(dòng)速度場(chǎng)合。 （4）灰鑄鐵和球墨鑄鐵。適用于的工況，前者的表面若經(jīng)硫化處理，有利于減輕磨損，后者若與淬火蝸桿配對(duì)，能用于重載場(chǎng)合。 本次設(shè)計(jì)要求蝸桿轉(zhuǎn)速較低，所以選用灰鑄鐵蝸輪（HT200）。 3.4.3 主要參數(shù)和幾何尺寸 模數(shù)：在圓柱蝸桿傳動(dòng)中，蝸桿的軸向模數(shù)和蝸輪的端面模數(shù)已經(jīng)定為標(biāo)準(zhǔn)值，查詢?cè)O(shè)計(jì)手冊(cè)可得。查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)后》后，選取。（GB/T 10088-1988） 中心距：一般圓柱蝸桿傳動(dòng)作為減速裝置的中心距，可從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中選取，本次設(shè)計(jì)選取。 蝸桿分度圓直徑：查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得：。 蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角：。 式中 ，為蝸桿直徑系數(shù)。 變位系數(shù)：圓柱蝸桿傳動(dòng)變位的主要目的是配湊中心距。根據(jù)本次的設(shè)計(jì)要求，。 由此可計(jì)算蝸輪蝸桿的各相關(guān)參數(shù)和幾何尺寸。 傳動(dòng)比 齒頂高系數(shù)，齒頂高 頂隙系數(shù)，頂隙 （1）蝸桿： 蝸桿軸向齒距 蝸桿導(dǎo)程 蝸桿齒頂圓直徑 蝸桿齒根圓直徑 蝸桿節(jié)圓直徑 蝸桿分度圓導(dǎo)程角 蝸桿齒寬（螺紋長(zhǎng)度） （2）蝸輪： 蝸輪分度圓直徑 蝸輪喉圓直徑 蝸輪齒根圓直徑 渦輪外徑 蝸輪咽喉圓半徑 蝸輪節(jié)圓直徑 蝸輪齒寬 蝸輪齒寬角 根據(jù)計(jì)算出的數(shù)據(jù)，繪制蝸輪蝸桿如下圖： 圖3-4 蝸輪蝸桿 3.4.4 蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 圓柱蝸桿傳動(dòng)的破壞形式，主要是蝸輪的輪齒表面產(chǎn)生膠合、點(diǎn)蝕和磨損等問(wèn)題，而齒輪的彎曲折斷則少有發(fā)生。通常多按齒面接觸強(qiáng)度對(duì)蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，只是當(dāng)時(shí)，才進(jìn)行彎曲強(qiáng)度核算[[] 秦大同, 謝里陽(yáng). 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社, 2011. ]。本次蝸桿傳動(dòng)需進(jìn)行這兩種強(qiáng)度校核。 3.4.4.1 蝸桿傳動(dòng)齒面接觸強(qiáng)度驗(yàn)算 齒面接觸強(qiáng)度的驗(yàn)算公式為： （3-7） 式中 ——許用接觸應(yīng)力，其值與蝸輪輪緣的材料有關(guān)。對(duì)無(wú)錫青銅、黃銅和鑄鐵的輪緣，取決于膠合，其值可按表（3-14）查詢 ——作用于蝸輪軸上的名義轉(zhuǎn)矩（） ——彈性系數(shù)，查表（3-15） ——使用系數(shù)，查表（3-16） ——?jiǎng)虞d系數(shù)，其值按速度選取。當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)， ——載荷分布系數(shù)，載荷平穩(wěn)時(shí)，，載荷變化時(shí)， 表3-14 無(wú)錫青銅、黃銅及鑄鐵的許用接觸應(yīng)力 蝸輪材料 蝸桿材料 滑動(dòng)速度 0.25 0.5 1 2 3 4 6 8 ZCuAl10Fe3、ZCuAl10Fe3Mn2 鋼經(jīng)淬火 — 245 225 210 180 160 115 90 ZCuZn38Mn2Pb2 鋼經(jīng)淬火 — 210 200 180 130 130 95 75 HT200、HT150（120~150HB） 滲碳鋼 160 130 115 90 — — — — HT150（120~150HB） 調(diào)質(zhì)或淬火鋼 140 110 90 70 — — — — 表3-15 彈性系數(shù) 蝸桿材料 渦輪材料 鑄錫青銅 鑄鋁青銅 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 鋼 155 156 162 181.4 表3-16 使用系數(shù) 原動(dòng)機(jī) 工作特點(diǎn) 平穩(wěn) 中等沖擊 嚴(yán)重沖擊 電動(dòng)機(jī)、透平 0.8~12.5 0.9~1.5 1~1.75 多缸內(nèi)燃機(jī) 0.9~1.5 1~1.75 1.25~2 單杠內(nèi)燃機(jī) 1~17.5 1.25~2 1.5~2.25 根據(jù)設(shè)計(jì)中蝸桿傳動(dòng)的工作情況，查表（3-14）得，查表（3-15）得，查表（3-16）得。，。 由式（3-7）得： 滿足強(qiáng)度要求。 3.4.4.2 蝸桿傳動(dòng)齒根彎曲強(qiáng)度 動(dòng)靜壓回轉(zhuǎn)工作臺(tái)所使用的蝸輪齒數(shù)為，需進(jìn)行齒根彎曲強(qiáng)度的校核工作。 齒根彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算公式為： （3-8） 式中 ——蝸輪的綜合齒形系數(shù)，可根據(jù)圖（3-5）選取 ——導(dǎo)程角系數(shù)， 蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)，由此可根據(jù)圖（3-5）查得蝸輪的綜合齒形系數(shù)。 由式（3-8）得： 滿足強(qiáng)度要求。 圖3-5 齒輪綜合齒形系數(shù) 3.4.5 蝸桿傳動(dòng)的剛度驗(yàn)算 蝸桿軸剛度驗(yàn)算公式為： （3-9） 式中： ——蝸桿材料的彈性模量， ——蝸桿齒根截面的慣性矩， ——蝸桿的跨度（） 蝸桿齒根截面的慣性矩 由式（3-9）得： 剛度滿足要求。 3.4.6 蝸桿傳動(dòng)支承設(shè)計(jì) 蝸桿用軸承組進(jìn)行支撐，軸承用軸肩和軸承端蓋進(jìn)行固定。軸承選用角接觸球軸承，軸承代號(hào)為7004C，主要參數(shù)如下表： 表3-17 所選軸承主要參數(shù) 軸承代號(hào) 基本尺寸/ 基本額定載荷/ 極限轉(zhuǎn)速/