机电一体化-回转工作台的设计.pdf

机电一体化-回转工作台的设计 二、设计任务及要求 设计题目： 数控回转工作台的设计 1. 设计内容包括：总体设计，机械系统的设计与计算，计算机控制系统设计， 编写设计计算说明书； 2. 设计要求包括：回转角度 0～360° ；最大回转半径400㎜；最大承载重量 50㎏； 3. 机械部分的设计：装配工作图 1 张（ 1 号 ）； 4. 计算机控制的设计：控制系统接口图一张； 5. 控制装置采用步进电机驱动，MCS-51 或单片机 FX2N-PLC 控制系统，软件 环分，由键盘输入实现开环控制。 三、机械系统设计 在数字回转工作台机械传动部分选用蜗轮蜗杆传动,因为蜗杆传动平稳,振 动,冲击和噪声均较小;能以单级传动获得教大的传动比,结构紧凑,有利于实现回 转工作台所要求的分度的实现.故选用蜗轮蜗杆传动. （一）、蜗杆类型的选择: 蜗杆选择为渐开线圆柱蜗杆.因为此种蜗杆不仅可车削还可以像圆柱齿轮那 样用齿轮滚刀滚削,并可用但面或单锥面砂磨削.制造精度高.是普通圆柱蜗杆传 动中较理想的传动.传动效率也高,在动力传动和机床精密传动中应用较为广泛. （二）、蜗杆蜗轮材料的选择: 由于蜗杆传动啮合摩擦较大,且由于蜗轮滚刀的形状尺寸不可能做得和蜗杆 绝对相同,被加工出的蜗轮齿形难以和蜗杆精确共轭,必须依靠运转跑合才渐趋理 想,因此材料副的组合必须具有良好的减摩和跑合性能以及抗胶合性能。所以蜗 轮通常青铜或铸铁做齿圈，并尽可能与淬硬并经磨削的钢制蜗杆相匹配。故选择: 蜗杆材料为：渗碳钢，表面淬硬 56-62HRC 牌号为 20GrMnTi.蜗轮材料为：铸造 锡青铜，牌号为 ZcuSn10Pb1 （三）、蜗杆蜗轮参数计算： 1. 蜗杆传动尺寸的确定： 由设计题目中要求可知：工作台回转直径最大为400mm/50 千克. 由《齿轮手册》（上）表6.2-3 取蜗杆蜗轮中心距标准 a=225mm; 估取蜗杆分度圆直径: 为能获得较大的传动比,取蜗杆头数为: z =1;z =90 估取模数 m: m=(1.4~1.7)a/ z =3.6 取 m=4 q=d /m=80/4=20 6 tanγ= z /q 则 γ=2.86° 2. 确定蜗轮蜗杆各参数值 蜗杆尺寸“ 1) 蜗杆轴向齿距:p =πm=3.14×4=12.56 2) 螺旋线导程:p =p ×z =15.4×4=12.56 3) 法向齿形角:对于 ZI 蜗杆 αn=20°在分度传动中允许减小齿形角 α =15° 4) 直径系数:q= d /m=80/4=20 5) 蜗杆分度圆( 中圆)直径: d (d )= d =qm=80 6) 蜗杆分度圆( 中圆柱)导程角: γ=2.86° 渐开线蜗杆: 基圆柱导程角: γ cosγ =cosαncosγ γ =15.264° 7) 基圆直径:d d = z m/tanγ =14.16 8) 法向基节:p =πm cosγ =12.12 9) 蜗杆齿轮顶高:h =h m=1×4=4 10 蜗杆齿根高:h =1.2m=4.8 11) 蜗杆全齿高:h = h + h =4+4.8=8.8 12) 顶隙:c =0.2m=0.8 13) 齿根圆半径:ρ =0.3m=1.2 14) 蜗杆齿顶圆直径:d =d +2 h =88 15) 蜗杆齿根圆直径:d = d -2 h =70.4 16) 蜗杆齿宽:b =95 蜗轮尺寸: 1) 蜗轮中圆螺旋角:β =γ=2.86° 2) 蜗轮分度圆(节圆)直径:d =m z =4×60=240mm 3) 蜗轮中圆直径:d = d =240mm 4) 蜗轮齿顶高:h =1×4=4mm 5) 蜗轮齿根高:h =1.2×4=4.8mm 6) 蜗轮全齿高:h =h =8.8mm 7) 蜗轮齿顶圆直径:d =d+2ha=240+8=248mm 8) 蜗轮齿根圆直径:df2= d -2h =240-9.6=230.4mm 9) 蜗轮外圆直径:d = d +m=248+5=253mm 10) 蜗轮齿宽:b =80.3mm （四）、蜗轮带动工作台转动需克服的力: 滚动导轨的摩擦系数为:f=0.0025～0.005 取:f=0.005 工作台重量为:50㎏ ×9.8=490N 摩擦力:则可知:周向力 F=G?f=490×0.005=2.46N （五）、蜗轮蜗杆的支承结构: