直驱电机集成的转塔刀架结构设计
为了保障弹簧能够可靠地工作，其材料除应满足具有较高的强度极限和屈服极限外，还必须具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。表20-2列出了几种主要弹簧材料及其使用性能。实践中应用最广泛的就是弹簧钢，其品种又有碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢等。弹簧材料选择必须充分考虑到弹簧的用途、重要程度与所受的载荷性质、大小、循环特性、工作温度、周围介质等使用条件，以及加工、热处理和经济性等因素，以便使选择结果与实际要求相吻合。钢是最常用的弹簧材料。当受力较小而又要求防腐蚀、防磁等特性时，可以采用有色金属。此外，还有用非金属材料制做的弹簧，如橡胶、塑料、软木及空气等。
弹簧特性曲线：表征弹簧载荷F、T与其变形l之间关系的曲线，称为弹簧特性线。载荷与变形：对于受压或受拉的弹簧，载荷指压力或拉力，变形是指弹簧压缩量或伸长量；对于受扭转的弹簧，载荷是指扭矩，变形是指扭角。常见类型：按照结构型式不同，常见的弹簧特性曲线有如图所示的四种：
图a）所示的直线型弹簧，其刚度为一常数。这种弹簧的特性曲线越陡，弹簧刚度相应愈大，即弹簧愈硬；反之则愈软。
图b）所示的弹簧特性曲线为刚度渐增型，即弹簧随变形量的增大其刚度越大，且在最大或冲击载荷作用时，仍具有较好的缓冲减振性能，故多使用弹簧特性曲线具有该型曲线的走向。
图c）所示弹簧特性曲线为刚度渐减型，即弹簧刚度随变形的增大而越小。动能一定时，获得较小冲击力，则应使用具有刚度渐减型特性曲线的弹簧为宜。
表4-4弹簧直径选择
弹簧丝直径d（mm） C
0.2～0.4 7～14 0.5～1 5～12 1.1～2.2 2.5～6 7～16 5～10 4～10 4～8 18～40 4～6 26
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1、弹簧的主要尺寸
如图所示，圆柱弹簧的主要尺寸有：弹簧丝直径d、弹簧圈外径D、弹簧圈内径D1，弹簧圈中径D2，节距t、螺旋升角a、自由长度H0等。 2、弹簧参数的计算
弹簧设计中，旋绕比（或称弹簧指数）C是最重要的参数之一。
C=D2/d，弹簧指数愈小，其刚度愈大，弹簧愈硬，弹簧内外侧的应力相差愈大，材料利用率低；反之弹簧愈软。常用弹簧指数的选取参见表。
弹簧总圈数与其工作圈数间的关系为：
； （4-19）
设工作圈数n=4；故n0=6 弹簧节距t一般按下式取：
对压缩弹簧：对拉伸弹簧：t=d 式中：λ
max
（4-20）
--- 弹簧的最大变形量；
Δ --- 最大变形时相邻两弹簧丝间的最小距离，一般不小于0.1d。
弹簧钢丝间距：δ = t-d ； （4-21） 弹簧的自由长度： H = n2δ+(n0-0.5)d （两端并紧磨平）； （4-22） 取d=3mm，得H=30mm 弹簧螺旋升角：
得α=8°
节距P=（0.28--0.5）D=0.5*12=6mm
， 通常α取5～9 。 （4-23）
0
图4-6 弹簧零件图
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4.6轴承的选用
4.6.1轴承的分类
轴承是支承轴颈或轴上的回转件。根据轴承的工作原理可分：滚动摩擦轴承（滚动轴承）和滑动摩擦轴承（滑动轴承）。滑动轴承表面能形成润滑膜将运动副表面分开，则滑动摩擦力可大大降低，由于运动副表面不直接接触，因此也避免了磨损。滑动轴承的承载能力大，回转精度高，润滑膜具有抗冲击作用，因此，在工程上获得广泛的应用。 4.6.2轴承材料选择
轴瓦或轴承是滑动轴承的重要零件，轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。由于轴瓦或轴承衬与轴颈直接接触，一般轴颈部分比较耐磨，因此主要失效形式是轴瓦的过度磨损。轴瓦的磨损与轴颈的材料、轴瓦自身材料、润滑剂和润滑状态直接相关，选择轴瓦材料应综合考虑这些因素，以提高滑动轴承的使用寿命和工作性能。 轴承的材料有：
1） 金属材料，如轴承合金、青铜、铝基合金、锌基合金等； 2） 多孔质金属材料（粉末冶金材料）； 3） 非金属材料。
其中轴承合金: 轴承合金又称白合金，主要是锡、铅、锑或其它金属的合金，由于其耐磨性好、塑性高、跑合性能好、导热性好和抗胶合性好及与油的吸附性好，故适用于重载、高速情况下，轴承合金的强度较小，价格较贵，使用时必须浇注在青铜、钢带或铸铁的轴瓦上，形成较薄的涂层。
故滑动轴承外圈选择锡青铜，内圈选择锰黄铜。 4.6.3轴承润滑方式选择
润滑剂的作用是减小摩擦阻力、降低磨损、冷却和吸振等，润滑剂有液态的、固态的和气体及半固态的，液体的润滑剂称为润滑油，半固体的、在常温下呈油膏状为润滑脂。 一般原则：
1. 在高速轻载的工作条件下，为了减小摩擦功耗可选择粘度小的润滑油；
2. 在重载或冲击载荷工作条件下，应采用油性大、粘度大的润滑油，以形成稳定的润滑膜；
3. 静压或动静压滑动轴承可选用粘度小的润滑油； 4. 表面粗糙或未经跑合的表面应选择粘度高的润滑油。
根据任务书所给要求，属于低速重载环境，故选择油脂润滑。润滑脂是用矿物油、各种稠化剂（如钙、钠、锂、铝等金属皂）和水调和而成，润滑脂的稠度（针入度）大，承载能力大。
4.6.3轴承尺寸计算
采用润滑脂、滴油润滑的轴承，由于得不到足够的油量，在相对运动表面间难于产生完整的承载油膜，轴承只能在混合摩擦状态下工作，属于非液体滑动轴承。这类轴承的的主要失效形式是磨损和胶合，其次是表面压溃和点蚀。因此，该轴承的计算准则是，维护轴承材
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料和边界油膜不被破坏为最底要求，即控制轴承的平均压强p、滑动速度v和乘积pv分别不超过许用值，即: p≤[p]；v≤[v]；pv≤[pv]式中:[p]、[v]和[pv]为许用值，见机械设计表4-5常用金属材料性能知
表4-5常用金属材料性能
对于径向轴承:p=F/(Bd)；v=πdn （4-24） 式中:F-轴承载荷；B-轴承宽度；d-轴径直径；n-刀盘的转速。 代入数据得 B=4mm ；d=100mm
锡青铜 黄铜 轴承材料 最大许用值 [p](MPa) [V](m/s) [pV](MPam/s) 15 10 15 12 2 10 第五章 直驱电机集成的转塔刀架三维制作
5.1 典型零部件实体制作
制作软件：Pro\\E
各主要零部件三维图如图所示：
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图5-1 轴
图5-2 刀盘 图5-3 端齿盘转动盘
图5-4 端齿盘固定盘 图5-5 端齿盘移动盘
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