ee第1页共37页轻型0-90度角度头设计作者:ee指导老师:e【摘要】角度头是机床的一种附件,机床安上角度头后刀具旋转中心线可以与主轴旋转中心线成角度加工工件,并能减少工件重复装夹,提高加工精度和效率。广泛应用于航空、汽车、模具等机械加工的各个领域。设计内容主要为角度头的结构设计、轴承配置、外观设计,然后对0-90度变化的角度头零件进行结构设计计算,计算齿面接触疲劳强度,确定各个公式中的值,校核齿根弯曲强度,轴的直径计算,来确定适合设计的基本要求,通过用CAD软件对已设计的角度头进行二维作图,绘制角度头装配图和部分零件图。【关键词】0-90度角度头;结构设计;二维作图;三维建模。ee第1页共37页Designthesistopic:Structuraloptimizationdesignoftheheadoftheright-angleperspectivee(etutor:eAbstract:Atoolheadattachmentangle,therotationangleofthecenterlineoftheplacementofthemachinetoolheadwiththecenterlineofthespindlerotationangleoftheworkpiece,theworkpiececanbereducedandrepeatedclampingimprovetheprecisionandefficiency.Widelyusedinaerospace,automotive,moldmachiningandotherfields.Designedmainlyforstructuraldesignpointofthehead,bearingconfigurations,designs,Thenchangetheangleof0-90degreesheadpartsforstructuraldesign,calculatedtoothsurfacecontactfatiguestrength,todeterminethevalueofeachformula,checkingtoothrootbendingstrength,theshaftdiameteriscalculatedtodeterminetheappropriatedesignofthebasicrequirements,byusingCADsoftwarehasbeendesignedtohead-dimensionalmappingperspective,drawingangleheadassemblydrawingsandsomeofthepartsdiagram.Keywords:0-90degreeanglehead;structuraldesign;dimensionalmapping;three-dimensionalmodeling.前言角度头是机床的一种附件,机床安上角度头后刀具旋转中心线可以与主轴旋转中心线成角度加工工件。使用角度头,无需改变机床结构就可以增大其加工范围和适应性,使一些用传统方法难以完成的加工得以实现,并能减少工件重复装夹,提高加工精度和效率。主要用于加工中心和龙门铣ee第2页共37页床,其中轻型可以装在刀库中,并可以在刀库和机床主轴之间自由转换;中型及重型拥有较大的刚性和扭矩,可适用于大部分加工需求。是机械加工中非常重要的一种机床附件,所以说这项设计有重要的意义。2.电机选择2.1电动机选择(倒数第三页里有东东)2.1.1选择电动机类型2.1.2选择电动机容量电动机所需工作功率为:ee第3页共37页wdPP;工作机所需功率wP为:1000FvPw;传动装置的总效率为:4321;传动滚筒96.01滚动轴承效率96.02闭式齿轮传动效率97.03联轴器效率99.04代入数值得:8.099.097.099.096.02244321所需电动机功率为:kWkWFvPd52.106010008.040100001000dP略大于dP即可。选用同步转速1460r/min;4级;型号Y160M-4.功率为11kW2.1.3确定电动机转速取滚筒直径mmD500min/6.125500100060rvnw1.分配传动比(1)总传动比62.116.1251460wmnni(2)分配动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比03.44.101ii则低速级的传动比88.203.462.110112iii2.1.4电机端盖组装CAD截图ee第4页共37页图2.1.4电机端盖2.2运动和动力参数计算2.2.1电动机轴mNrkWnPTnnppmd81.689550min/146052.10000002.2.2高速轴mNrkWnpTnnppmd09.68146041.1095509550min/146041.101111412.2.3中间轴ee第5页共37页mNrrkWnpTinnppp6.2632.36210.1095509550min/2.362min/03.4146010.1097.099.052.10222011232001122.2.4低速轴mNrkWnpTinnppp8.735955076.12569.99550min/76.12588.22.36269.997.099.010.10333122332102232.2.5滚筒轴mNrkWnpTinnppp72076.12549.995509550min/76.12549.999.099.069.944423344220334ee第6页共37页3.齿轮计算3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1按传动方案,选用斜齿圆柱齿轮传动。2绞车为一般工作机器,速度不高,故选用7级精度(GB10095-88)。3材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢(调质)硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。4选小齿轮齿数241z,大齿轮齿数76.9603.4242z。取972z5初选螺旋角。初选螺旋角143.2按齿面接触强度设计由《机械设计》设计计算公式(10-21)进行试算,即30112HEHdttZZTKd3.2.1确定公式内的各计算数值(1)试选载荷系数6.1tk1。(2)由《机械设计》第八版图10-30选取区域系数433.2hz。(3)由《机械设计》第八版图10-26查得78.01,87.02,则65.121。(4)计算小齿轮传递的转矩。mmNmmNnpT.108.6.146041.10105.95105.95451051(5)由《机械设计》第八版表10-7选取齿宽系数1d(6)由《机械设计》第八版表10-6查得材料的弹性影响系数MPaZe8.189(7)由《机械设计》第八版图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPaH6001lim;大齿轮的接触疲劳强度极限MPaH5002lim。13计算应力循环次数。911103.61530082114606060hjLnN9121056.103.4NN(9)由《机械设计》第八版图(10-19)取接触疲劳寿命系数90.01HNK;95.02HNK。ee第7页共37页(10)计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%,安全系数S=1,由《机械设计》第八版式(10-12)得MPaMPaSKHNH5406009.01lim11MPaMPaSKHNH5.52255095.02lim22(11)许用接触应力MPaHHH25.5312213.2.2计算(1)试算小齿轮分度圆直径dt103121tHEtdHKTZZd32486.01046.16=341046.167396.0=10738.1213=49.56mm(2)计算圆周速度v0smndt/78.310006056.49146010006011(3)计算齿宽及模数11cos49.56tntmmdmzzdmtnt11cos2414cos56.49=2497.056.49=2mmh=2.25ntm2.252=4.5mmhb49.56/4.5=11.01(4)计算纵向重合度tan318.01zd0.318124tan14=20.73(5)计算载荷系数K。已知使用系数,1KA根据v=7.6m/s,7级精度,由《机械设计》第八版图10-8查得动载系数;11.1Kv由《机械设计》第八版表10-4查得KH的值与齿轮的相同,故;42.1KH由《机械设计》第八版图10-13查得35.1fK由《机械设计》第八版表10-3查得4.1HHKK.故载荷系数HHVAKKKKK11.111.41.42=2.2(6)按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径,由式(10-10a)得ee第8页共37页311KddttKmm11.55375.156.496.12.256.4933(7)计算模数zdmn11cosmm22.22411.5597.02414cos11.553.3按齿根弯曲强度设计由式(10-17)322112cosFSaFadnYYzYTmK3.3.1确定计算参数(1)计算载荷系数。ffVAKKKKK35.14.111.1=2.09(2)根据纵向重合度903.1,从《机械设计》第八版图10-28查得螺旋角影响系数88.0Y(3)计算当量齿数。37.2691.02424142497.0coscos33311zzV59.10691.0971497coscos3322zzv(4)查齿形系数。由表10-5查得18.2;57.221YYFaFa(5)查取应力校正系数。由《机械设计》第八版表10-5查得79.1;6.121YYSaSa(6)由《机械设计》第八版图10-24c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPaFE5001;大齿轮的弯曲强度极限MPaFE3802;(7)由《机械设计》第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数85.01KFN,88.02KFN;(8)计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由《机械设计》第八版式(10-12)得ee第9页共37页MPaMPaSFMPaMPaSFFEFNFEFNKK86.2384.138088.057.3034.185500.0222111(9)计算大、小齿轮的FYYSaFa并加以比较。1363..057.303596.1592.2111FYYSaFaFYYSaFa222=01642.086.238774.1211.2由此可知大齿轮的数值大。3.3.2设计计算mmmmmmmn59.1085.4342.401642.065.1*88.08.610.22332322497.024)14(cos10对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于由齿面齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数,取mn2,已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度,需按接触疲劳强度得的分度圆直径100.677mm来计算应有的齿数。于是由73.26214cos11.55cos11mdzn取271z,则81.10803.4272z取;1092z3.4几何尺寸计算3.4.1计算中心距