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本刀架的转位机构是采用直流伺服电机驱动蜗杆、蜗轮（消除间隙）实现刀架的转位，其中蜗轮蜗杆副的传动比取i?60，伺服电机的转速取n?1400r/min；刀架的转位速度设计为n1?23r/min?0.4r/s，由于刀盘为6工位刀盘，则该刀架换一次刀的最大耗时不到1s[9]。
2.4.2.2 蜗轮蜗杆副的设计计算
设计的普通圆柱蜗杆传动的功率为p?0.3kw，蜗杆的转速为n1?1400r/min，传动比为i12?60，传动反向，工作载荷稳定，但有不大的冲击，要求设计寿命为Lh?12000h。 对蜗轮蜗杆的设计计算如下； (1).选择蜗杆传动类型
根据GB/T1008?1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。 (2).选择材料
根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为40-45 HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。 (3).按齿面接触疲劳强度进行设计
根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。
?EZ?? a?3KTZ?H?
?2???2???1) 确定作用在蜗轮上的转矩T2 按Z1?1，估取效率??0.8，则 T2=9.55?1062) 确定载荷系数K
因为工作载荷稳定，故取载荷分布不均系数为K??1；由西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著的《机械设计》教材表11-5选取使用系数KA?1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数KV?1.05；则
P?0.3?0.8N?mm=98369.1N?mm =9.55?106n1/i121400/60 XXXX毕业设计（论文） 第 17 页
K?KAK?KV=1.15?1?1.05?1.2 3) 确定弹性影响系数ZE
因选用的是铸锡青铜轮和钢蜗杆相配，故ZE?160MPa。 4) 确定接触系数Z?
先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值d1/a?0.35，从图11-18中可查得
Z?=2.9。
125) 确定许用接触应力??H?
根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度?45HRC， 可从表11-7中查得蜗轮的基本许用应力为??H??268MPa。 应力循环次数 N?60jn2Lh?60?1?1400?12000?1.7?107 60'710寿命系数 KHN?8?0.94 71.7?10HN?则 ??H??K??'H??0.9?42?6825M0P. a86) 计算中心距
?2?.9?160?9836?9.1 a?31.2????250.8?2m73m .93取中心距a=80mm，因i?60,故从表11-2中取模数为m=2mm，蜗杆分度圆直径
d1?35.5mm。这时d1/a?35.5/80?0.44，从图11-18中可查得接触系数Z'??2.70，因
为Z'??2.70?Z?，因此以上计算的结果可用。 (2) 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸
1) 蜗杆 轴向齿距 pa??m?3.14?2?6.28mm
1/m?35.5/?2直径系数 q?d17.m7m5
齿顶圆直径 da1?d1?2ha*m?35.5?2?2?39.5mm 齿根圆直径 df1?d1?2(ha*m?c)?35.5?2?2?31.5mm
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分度圆导程角 ??tan(z1/q)?1?tan(1/17.75)?1?3.220
11蜗杆轴向齿厚 sa??m??3.14?2?3.14mm
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图2.3 蜗杆的结构图
1) 蜗轮 蜗轮齿数 z2?62；变位系数 x2?0.125 验算传动比i?z16262?60??62，这时传动比误差为?0.03333?3.3%，是允许的。 z2160蜗轮分度圆直径 d2?mz2?2?62?124mm
蜗轮喉圆直径 da2?d2?2m(ha*?x2)?12?4?2?2?(10.?125mm) 128.5蜗轮齿根圆直 df2?d2?2m(ha*?x2?c*)?124?2?2?(1?0.125?1)?115.5mm
11蜗轮咽喉母圆半径 rg2?a?da2?80??128.5?15.75mm
22
图2.4 蜗轮的结构图
(4) 校核齿根弯曲疲劳强度
1.53KT2YFa2Y????F?
d1d2mz262??62.29 当量齿数 zv2?cos3rcos33.22 ?F?根据x2?0.125，zv2?62.29，从图11-19中可查得齿形系数YFa2?2.25。
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螺旋角系数 Y??1?r3.22?1??0.977 1400140F许用弯曲应力 ??F??????K'FN'
从表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力??F??56MPa
610寿命系数 KFN?9?0.565 71.7?10??F??56?0.565?31.64MPa
?F?弯曲强度满足要求。
(6) 精度等级公差和表面粗糙度的确定
考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T10089—1988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8f GB/T10089—1988。然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度，此处从略[9]。 2.4.3 刀架主轴的结构设计计算
由刀架装配图可知，刀架主轴的支承方式为两端游动支承，其一端与刀盘固连，另一端与液压缸的活塞间隙配合，同时起到左端支承作用。而轴的中间部位由刀盘至液压缸的方向分别与圆柱滚子轴承和蜗轮相连，圆柱滚子轴承起右支承作用。已知伺服电机的功率为0.3kW，电机转速n1?1400r/min，取经蜗轮蜗杆副传动的效率??0.96，蜗轮蜗杆副的传动比i?60。
1) 先求出刀架主轴上的传递功率P2、转速n3和转矩T3
1.53?1.2?98369.1?2.25?0.977?26.57MPa
35.5?124?2??0.3?0.9?6 P2?P0.k2W8 8 n3?n11i?1400/60?23.3r/min
P3于是 T3?9550000?n30.2889550?000?23.31N1?8m0m4 2.92) 初步确定轴的最小直径
由式 d?A03Pn 可初步估算设计轴的最小直径。 式中：A0为系数，轴的材料不同，则A0的值会不同；
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P为轴传递的功率，单位为kW； d为计算截面处轴的直径，单位为mm； n为轴的转速，单位为r/min；
选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15—3，取A0?105，于是得 dmin?A30P30.288?105?3?24.27mm n323.3从而取轴的最小直径为dmin?25mm；轴的最大直径为dmax?40mm[9]。
图2.5 刀架主轴结构图