1、精選優質文檔-傾情為你奉上（2011屆）專科畢業設計（論文）題 目 名 稱：回轉工作臺設計 學 院（部）： 機械工程學院 專 業： 機械設計與制造專業 學 生 姓 名： 張金超 班 級： 機械0823 學號 40 指導教師姓名： 蘇再軍 職稱 最終評定成績： 2011 年5 月 專心-專注-專業摘 要本文主要論述了回轉工作臺的設計過程。工作臺是加工中心的重要部分。加工中心機床除了沿X、Y和Z三個坐標軸直線進給運動外，往往還帶有繞X、Y和Z軸的圓周進給運動。一般圓周進給運動由回轉工作臺來實現。回轉工作臺是采用分度工作臺的設計。工作臺分度轉位動作包括：工作臺旋轉，凸輪脫離嚙合，完成分度前的準備工作

2、；回轉分度；凸輪重新嚙合，完成定位夾緊共二個步驟。正文部分著重講述了電機、同步帶和主要軸承的選擇、同步帶輪、凸輪和圓盤滾子的設計計算。設計過程中使用CAD技術進行設計。關鍵詞：工作臺分度轉位目錄致 謝25前 言機械工業擔負著國民經濟各部門，包括工業、農業、和社會生活各個方面提供各種性能先進、價格低廉、使用安全可靠的技術裝備的任務，所以在現代化建設中是舉足輕重的。市場競爭的生命力在于產品的水平。任何科技成果要轉變為競爭力的商品，設計起著關鍵性的作用。機械設計是機械產品研制的第一道工序，設計工作的質量和水平，直接關系到產品質量、性能、研制周期和技術經濟效益。工業發達的國家都十分重視產品設計：美國認

3、為，設計是一本萬利的事，對產品設計投資1美元，帶來的利潤卻是1500美元；英國認為：產品設計是英國工業的命脈，英國工業革新必須以設計為中心，始終應把產品設計多為企業的頭等大事，應時常探索研究使產品設盡善盡美；法國認為：設計是工業的生命，要培養超一流設計大師，要大膽啟用有才華和有實踐工作經驗的設計人員。隨著科學技術的進步與發展，數控機床及加工中心的應用已日趨普及，現代數控加工技術使得制造過程發生了巨大的變化，對技術人員的要求也越來越高。因此，我們要充分了解和熟悉現代數控機床的基本知識，使企業盡可能投入少，見效快，讓資源合理化運用、讓投資更加合適已成為眾多企業所不可忽視的一項重要任務。課題的設計對

4、于我們綜合運用所學的理論知識和技能方面有很大的幫助，并要求我們必須具備扎實的機械設計基礎，具有全方面的機械專業知識，熟悉組合機床等相關部件的設計原理，并且在設計過程中遇到的問題要及時反饋和查閱相關資料，對于那些計算的設計過程，更是要保證計算數據的準確，同時也要考慮設計的情況能否符合實際生產加工中的要求。第一章 緒 論1.1 回轉工作臺簡介帶有可轉動的臺面、用以裝夾工件并實現回轉和分度定位的附件，簡稱轉臺或第四軸。轉臺按功能的不同可分為通用轉臺和精密轉臺兩類。 圖1-1 回轉工作臺1.1.1 通用轉臺是、和等重要附件，用于加工有分度要求的孔、槽和斜面，加工時轉動工作臺，則可加工圓弧面和圓弧槽等。

5、通用轉臺按結構不同又分為水平轉臺、立臥轉臺和萬能轉臺。 水平轉臺:在圓臺面上有工件定位用的中心孔和夾緊用的T型槽 。臺面外圓周上刻有360°的等分刻線。臺面與底座之間設有蝸桿-蝸輪副（見）,速比為90:1或120:1，用以傳動和分度,蝸桿從底座伸出的一端裝有細分刻度盤和手輪。轉動手輪即可驅動臺面，并由臺面外圓周上的刻度（以度為單位）與細分刻度盤讀出旋轉角度。分度精度一般為±60。水平轉臺的蝸桿伸出端也可用聯軸器與機床傳動裝置聯接，以實現動力驅動。 立臥轉臺：底座有兩個相互垂直的安裝基面，使臺面既可水平也可垂直放置。 萬能轉臺:臺面可以在0°90°范圍內傾

6、斜任意角度, 使工件在空間的任何角度都能準確調整。 回轉工作臺精密回轉工作臺rotary table精密轉臺用于在精密機床上加工或角度計量。常見的有光學轉臺、數顯轉臺和超精密端面齒盤轉臺。 圖1-2精密轉臺1.1.2 精密轉臺光學轉臺：主軸上裝有玻璃或金屬精密刻度盤，經光學系統將刻度細分、放大，通過目鏡或光屏讀出角度值。 數顯轉臺：轉臺主軸上裝有精密圓或圓，由數字顯示裝置讀出角度值。上述兩種精密轉臺的分度精度最高可達±1。 超精密端面齒盤轉臺：利用一對經過精密對研的1440齒、720齒或360齒的端面齒盤分度定位,其分度精度最高可達±0.01，作精密角度計量用。1.2 工作

7、臺交換系統有的加工中心為了實現進一步的無人化運行或進一步縮短非切削時間，采用多個自動交換工作臺方式儲備工件。一個工件安裝在工作臺上加工的同時，另外一個或幾個可交換的工作臺面上還可以裝卸別的工件。當完成一個托盤上工件的加工后，便自動交換托盤，進行新零件的加工，這樣可以減少輔助時間，提高加工效率。1.3本文主要研究內容本課題主要完成回轉工作臺設計，確定回轉工作臺的結構，確定其分度、轉位和定位方式，完成其分度、定位、轉位機構的設計，工作臺尺寸滿足：，工作臺承重：80Kg.第二章 傳動部分設計 對于本課題所設計的回轉工作臺，我的設計內容主要為進行電機的選擇、完成傳動比的分配、對同步帶、主要軸承的選擇和

8、同步帶輪、圓柱凸輪與滾子圓盤的設計計算。2.1電動機的選擇電動機已經標準化、系列化。應按照工作機的要求，根據選擇的傳動方案，選擇電動機的類型、容量和轉速，并在產品目錄中查出其型號和尺寸。電動機有交流電動機和直流電動機之分，一般工廠都采用三相交流電，因而多采用交流電動機。交流電動機有異步電動機和同步電動機兩類，異步電動機又分為籠型和繞線型兩種，其中以普通籠型異步電動機應用最多。目前應用最廣的是Y系列自扇冷式籠型三相異步電動機，其結構簡單、起動性能好、工作可靠、價格低廉、維護方便，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體、無特殊要求的場合，如運輸機、機床、風機、農機、輕工機械等。在經常需要起動、制動和正

9、、反轉的場合（如起重機），則要求電動機轉動慣量小、過載能力大，應選用起重及冶金用三相異步電動機YZ型（籠型）或YZR型（繞線型）。在連續運轉的條件下，電動機發熱不超過許可溫升的最大功率稱為額定功率。當負荷達到額定功率時的電動機轉速稱為滿載轉速。三相交流異步電動機的銘牌上都標有額定功率和滿載轉速。為滿足不同的輸出軸要求和安裝需要，同一類型的電動機可制成幾種安裝結構型式，并以不同的機座號來區別。各型號電動機的技術數據，如額定功率、滿載轉速、起動轉矩和額定轉矩之比、最大轉矩和額定轉矩之比、外形及安裝尺寸等，可查閱有關機械設計手冊或電動機產品目錄。2.1.1選擇電動機類型按已知的工作要求和條件，選用Y

10、型全封閉籠型三相異步電動機。2.1.2選擇電動機功率工作機所需要的電動機輸出功率為 =2.2kw2.1.3確定電動機轉速同一類型、相同額定功率的電動機也有幾種不同的轉速。低轉速電動機的極數多、外廓尺寸及重量較大、價格較高，但可使傳動裝置的總傳動比及尺寸減小，高轉速電動機則與其相反。設計時應綜合考慮各方面因素選取適當的電機轉速。三相異步電動機有四種常用的同步轉速，即3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min,一般多選用同步轉速為1500r/min或1000r/min的電動機。電機基本參數見下表：表2-1 電機參數表型號額定功率KW滿載時額定電流堵塞轉 距最大轉矩

11、重量Kg轉速r/min效 率 /額定轉距額定轉距Y100L1-42.2143081.052.22.334Y112M-62.294080.55.62.02.245綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量以及帶傳動和減速器的傳動比，方案1比較適合。因此選定電動機型號為Y100L1-4，所選電動機的額定功率Ped=2.2kW, 滿載轉速nm=1430r/min,總傳動比適中，傳動裝置結構較緊湊。圖2-1 電動機2.2 傳動比的分配電機型號為Y100L1-4，滿載轉速r/min。凸輪轉速8.6 r/min。（1）總傳動比（2）分配傳動裝置傳動比=式中、分別為帶傳動、減速器傳動的傳動比。同步帶的傳動比： 初

12、選=2.5減速器傳動的傳動比： 2.3 V帶設計步驟和方法計算 2.3.1 確定設計功率，選取V帶類型 設計功率是根據需要傳遞的名義功率再考慮載荷性質、原動機類型和每天連續工作的時間長短等因素而確定的，表達如下。 查機械設計教程表7-14得工作情況系數，根據公式有 根據，從圖7-10中選用A型普通V帶。2.3.2 確定帶輪基準直徑 由機械設計教程表2-2查得主動輪的最小基準直徑，根據帶輪的基準直徑系列，取。 根據公式=，計算從動輪基準直徑 表2-2 V帶輪的最小基準直徑型號YZ SPZA SPAB SPBC SPC D E 2050 6375 90125 140200 224 355 5002

13、.3.3驗算帶的速度 根據公式有 速度在內，合適。 2.3.4 距確定普通V帶的基準長度和傳動中心 根據公式 0.7（+），得 初步確定中心距。 根據公式計算帶的初選長度 根據機械設計教程表7-2選帶的基準長度。 根據公式，帶的實際中心距 當采用改變中心距方法進行安裝調整和補償初拉力時，其中心距的變化范圍為： 所以中心距可調整范圍為； 2.3.5 驗算主動輪上的包角 根據公式有 > 主動輪上的包角合適。 2.3.6計算V帶的根數 根據公式 由B型普通V帶，查機械設計教程表7-9得,由，得;查機械設計教程表7-13得；由，查機械設計教程表7-2得。則 取Z=3根。2.3.7計算初拉力 查表

14、7-1，得q=0.11,根據公式得 2.3.8計算作用在軸上的壓力 根據公式有 圖2-2小帶輪圖2-3 大帶輪 2.4減速器的分析與選擇 根據減速器的傳動比i=70與回轉工作臺的傳動方式，選擇三級圓柱齒輪減速器。第三章 工作臺的設計3.1圓柱凸輪的設計計算 工作臺的傳動方式為分度傳動，所以采用圓柱凸輪，圓柱凸輪機構能把主動軸的連續轉動轉換為從動軸的周期性間歇運動。常用于各種轉位機構中3.1.1圓柱分度凸輪工作輪廓的設計計算步驟公式和方法選取坐標系與表4-2-48類似，選取四套右手直角坐標系，見圖4-2-66轉盤滾子圓柱面在動坐標系中的方程式式中r、滾子圓柱形工作面的方程參數凸輪與滾子的共軛接觸

15、方程式式中滾子的位置角凸輪工作輪廓在動坐標系中的方程式求解凸輪工作輪廓的三維坐標值凸輪工作輪廓的三維坐標是上述三組非線性方程的連立求解，用CAD求其數值解時的具體步驟同表4-2-48，但滾子位置角為圖4-2-66所示情況，各個滾子的起始位置角按下表求得：滾子代號No.1No.2No.3凸輪工作輪廓的計算機繪圖同表4-2-48項目計算公式與說明凸輪分度期的矩形長度=，寬度=轉盤角位置式中p旋向系數，右旋p=-1;轉盤分度期角位移；滾子起始位置角；滾子中心角滾子代號No.1No.2No.3與No.2滾子嚙合的凸輪理論廓線方程式由矢量多邊形，得極坐標方程式直角坐標方程式 式中凸輪角位移；轉盤分度期轉

16、位角；轉盤節圓半徑凸輪理論理論廓線的切線傾角壓力角轉盤分度期中點的最大壓力角3.1.2圓柱分度凸輪輪廓曲面展開為平面矩形時的設計計算凸輪工作廓線2L、2R的方程式（圖4-2-68）式中滾子半徑與No.1和No.3滾子嚙合的凸輪理論廓線和工作廓線1L和3R的方程式將上述公式中No.2滾子的起始位置角分別用No.1和No.3的相應值代入即可求得。受凸輪寬度的限制，只需計算在范圍內的y值凸輪按外圓直徑展開時的各值將上述公式中的均以/2代替即可求得3.1.3圓柱分度凸輪機構的主要運動參數名稱單位計算公式及說明凸輪（包括凸輪軸）轉動能量J1Kg. J11式中p材料密度Kg/mm2凸輪質量（包括軸）Kg轉

17、盤（包括滾子）轉動能量J2Kg. J式中轉盤質量Kg工作臺的轉動能量J3Kg. Jg式中_工作臺的厚度及外徑m工作臺的質量 Kg3.2滾子圓盤的設計選用根據機械設計手冊化工版，受力條件滾子選用45#，圓盤選用HT150。根據滾子數量為12，圓柱凸輪與滾子的嚙合可得相鄰兩滾子之間距離d=80mm，所以圓盤的半徑R=40/sin15=154mm，厚度15mm，滾子的直徑d=30mm。3.3工作臺的設計 根據工件的重量G=80kg，根據機械設計手冊化工版，如圖： 圖3-1 回轉工作臺3.4軸的設計與計算（1）選擇軸的材料及熱處理 由于滾子圓盤傳遞的功率不大，對其重量和尺寸也無特殊要求，故選用常用材料

18、45鋼，調質處理。（2）初估軸徑按扭矩初估軸的直徑，查表10-2，得C=106117，取中間值C=112，=1.54 =0.714r/min 11239mm（3）結構設計軸的結構形式如下所示。 各軸段直徑的確定。計算了最小直徑之后就可以初估軸徑了。軸段2處安裝滾動向心軸承和聯軸器，由于滾動向心軸承分度圓直徑=55，故取軸段2處直徑mm。軸段1處安裝聯軸器d=40mm，故取軸段1處直徑=40mm。軸段2安裝軸承，其直徑應既便于軸承安裝，又應符合軸承內徑系列。現暫取軸承型號為32011，其徑=55mm，故軸段2直徑mm。用來固定軸承，取mm。 各軸段長度的確定。軸段1處，聯軸器長度L=112mm，

19、軸段2圓柱齒輪軸，尺寸見圓柱齒輪設計段落里，L1=640mm 軸的受力分析。因軸的實際最小直徑遠大于計算出來的最小直徑，而且該軸的長度很短，故其彎扭合成強度和疲勞強度均是足夠的。圖3-2 軸3.5主要軸承的選擇 軸承是用以支承軸和軸上回轉或擺動零件的部件，在各種機械中應用廣泛。根據軸承工作時的摩擦性質，可分為滾動軸承和滑動軸承兩大類。本課題中所選擇的軸承都為滾動軸承。滾動軸承依靠主要原件間的滾動接觸來承受載荷，它與滑動軸承相比，具有摩擦阻力小、效率高、起動容易、潤滑簡便等優點。同時，滾動軸承絕大多數已經標準化，并由專業廠家生產，選用和更換都很方便。其缺點是抗沖擊能力差，工作時有噪聲，以及工作壽

20、命不及液體摩擦的滑動軸承。軸承的選用原則一般為：(1) 根據機械設計實用手冊 一般情況下，滾子軸承承載能力大，宜用于較大載荷；球軸承承載能力小，宜用于較輕或中等載荷，對于純徑向載荷作用，宜選用深溝球軸承；對于純軸向載荷作用宜用推力球軸承或者推力滾子軸承；對于徑向載荷及軸向載荷聯合作用時，一般選擇角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。但要注意，這兩類軸承隨接觸角的增大承受軸向載荷能力提高，若徑向載荷大而軸向載荷較小時，也可以選用深溝球軸承和內外圈都有擋邊的圓柱滾子軸承；若軸向載荷較大而徑向載荷較小時，可選推力調心滾子軸承或推力圓錐滾子軸承。但如果有沖擊載荷時，宜選用滾子軸承。（2）軸承轉速選用主軸軸承時，

21、應注意對該主軸部件的主要性能要求，結合制造條件和經濟效果綜合考慮，由于滾動軸承已經標準化，并有專門工廠批量生產，而且它在旋轉精度，剛度，承載能力，轉速，發熱等主要性能上滿足大多數主軸部件的要求，特別是它具有能在轉速和載荷幅度很大的條件下工作的優點，因此在設計軸部件的時，在可能的條件下應盡量選用滾動軸承(3) 軸承的允許的空間徑向尺寸受限制機械裝置，可選用滾針軸承或特輕型軸承。軸向尺寸受限制，宜選用窄或特窄的軸承。所以考慮到主軸箱的工作狀態和工作轉速以及工作環境等因素，所以選擇深溝球軸承、圓錐滾子軸承和圓柱滾子軸承機床一般傳動軸的滾動軸承失效形式主要是疲勞破壞，故應進行疲勞壽命計算。小軸上選擇一

22、對36108軸承，背對背安裝。軸承尺寸 d=40mm D=68mm T=15載荷容量 =1570kg =1230kg滾動軸承壽命驗算 式中：基本額定靜載荷，單位N ； P當量動載荷，單位N ； 壽命因數 ； 速度因數 ； 沖擊載荷因數 ； 力矩載荷因數 ； 溫度因數 ；得 已知 =1570kg預期壽命取 = 20000 h 查機械設計手冊第三版 第2卷得=3.02 =0.329 =1.2 =1.5 =1 = = 950.20N式中：軸承的壽命，單位h ；n軸承的轉速，單位r/min ； P軸承所受的當量動載荷，單位N ； 溫度系數 ； 基本額定靜載荷，單位N ；已知：n=1305r/min P

23、=950.20N=15700N = = 57610 h > = 2000所以這對軸承滿足要求。大軸上選擇一對36211向心滾子軸承，背對背安裝。軸承尺寸 d=55 D=100 T=21載荷容量 =51800N =71000N對壽命進行驗算已知 =51800N 軸承的預期壽命取 = 20000 h =3.02 =0.475 =1.2 =1.5 =1 = = 4526.30N已知：n=401r/min =1 P=4526.30N =51800N = = 62297.7 h > = 20000 h所以這對軸承滿足要求。第四章 其他元件的選擇4.1平鍵的選擇平鍵聯接是齒輪、帶輪等與軸聯接的

24、主要形式。平鍵的橫截面呈正方形或矩形，鍵的兩側面是工作面，鍵的頂面與輪轂上鍵槽的底面間留有間隙，工作時靠鍵與鍵槽側面的擠壓傳遞轉矩。平鍵聯接結構簡單、裝拆方便、對中性好，故得到廣泛的應用。在鉆軸主軸箱的主軸和傳動軸上的鍵用的是平鍵。選擇的依據主要是因為機械設計實用手冊中的（GB/T 1095）4.2潤滑與密封潤滑劑的主要作用是降低摩擦、減小摩擦、提高效率、延長機件的使用壽命，同時還起到冷卻、緩沖、防腐蝕、密封和排污等作用。故正確使用潤滑劑十分重要。從運動速度、載荷大小、工作環境溫度、摩擦表面、周圍環境、潤滑裝置等因素考慮。根據軸頸的速度，軸承用的是脂潤滑。因為齒輪的圓周速度小于2m/s，宜用潤

25、滑脂潤滑。但為了防止潤滑脂潤滑軸承時潤滑脂流失，應在軸承旁加擋油板或者密封圈。在輸入軸和輸出軸的外伸處，都必須在端蓋軸孔內安裝密封件，以防止潤滑油外漏及灰塵、水汽和其他雜質進入多軸頭箱體內。油封廣泛應用在低壓潤滑系統中用作旋轉密封件。油封結構簡單，尺寸緊湊，成本低，對工作環境要求苛刻。在液壓系統進油和出油口，工作臺與心軸之間均采用橡膠密封圈進行密封。型號均采用GB1235型。工作臺與心軸之間采用油液潤滑。第五章 設計總結通過一個學期的努力，我的畢業設計工作已經順利完成。從最初接到課題時的一無所知、茫然無緒，不知道從何下手，到現在對課題的全面了解，畢業設計工作的順利完成。這期間收獲很大，讓我對一

26、個系統的設計有了一定設計思路，也讓我對以前所學的的一些專業基礎知識有了很多的溫習，讓這些基礎知識重新回到我的腦中。對以前的知識進行回顧，再運用到當前的設計中，個人能力自然得到很大的提高。在學期即將結束的時候，我能順利的完成我的畢業設計，對此非常感謝老師的幫助，每周指導老師都會抽一天時間給我們進行集中輔導，讓我們把設計中的遇到的疑難問題拿出來共同討論，一起解決。在這種討論中，我解決了很多問題，這使得我的畢業設計工作得以順利進行。經過老師的認真指導，我對課題有了更深刻的了解，也對我設計的過程有了更好的把握，能夠更清晰的完善我的設計思路。最后把我設計成果繪成圖形，把設計過程編寫成設計說明書，并對設計內容進行相關的修改，