动力刀架的设计计算.doc

初始条件：刀盘中心高为120mm，相邻刀具相差30，相邻刀具转位时间0.2s 即主轴转速为25r/min。 转动惯量是描述刚体在转动中的惯性大小的物理量。当两个绕定轴转动的不同刚体受到相同的力矩分别作用时，它们所获得的角加速度一般是不一样的，转动惯量大的刚体所获得的角加速度小，即角速度改变得慢；反之，转动惯量小的刚体所获得的角加速度大，即角速度改变得快。 刚体的转动惯量的定义是： 若刚体为连续体，则用积分代替求和： 根据加工的要求，所需的动力刀具也不尽相同，但是重量差别不是很多，估算时可以用平均重量进行估算。受到电动机的力矩驱动时，整个盘共搭载12把刀具，估算时假设质量平均分部于刀盘。 由刀架的结构简图可知,刀架在完成换刀动作时,伺服电机带动其旋转的部件共四个,它们分别是传动齿轮，刀架主轴和刀盘，因而只需估算这些元素的转动惯量然后累加在一起就能初步估算出来整个转位系统的转动惯量，进而可以求得电机需要提供的力矩大小。 现选取sauter公司的刀盘，刀盘外径为=410mm，刀具孔中心圆=370mm与刀盘座连接的螺孔中心圆为120mm。刀盘中心通孔=70mm。如图 图 刀盘二维图 刀盘三维模型如图 图 刀盘三维图 按照公式计算刀盘转动惯量即 即刀盘的转动惯量可近似看成1.53。 刀盘座根据设计，三维模型如图 图 刀盘座三维图 根据公式计算其转动惯量： 主轴根据空间结构其传动要求初步设计，三维模型如图 图 大轴三维图 二维图及尺寸如图 图 大轴二维图 根据公式计算其转动惯量 其余零件由于转动惯量太小，在初步计算中不列于考虑范围。 等效转动惯量折算电机的转矩，根据公式根据相邻刀位转动时间0.2s的初始条件，若连续转动则电机转速为25。则按照公式初步计算电机的转矩为 =22 根据查阅的资料，初步选择为安川伺服电机，根据查阅安川伺服电机说明手册，选取安川伺服电机SGMGH-44A。此伺服电机的数据如图 图 安川伺服电机部分数据 伺服电机型号 SGMGH-44A 额定输出 4.4kw 额定扭矩 28.4 瞬间最大扭矩 71.7 额定电流 32.8A 额定转速 3000r/min 最高转速 6000r/min 根据查阅安川伺服电机说明手册，安川伺服电机的SGMGH-44A的额定功率为4.4kw。额定扭矩为28.4。满足初步计算的扭矩要求。 根据电机的额定输出功率计算刀盘转位驱动轴的最小轴径，运用公式。经过计算结果为=48mm，经过圆整为50mm。 根据电机的额定输出功率计算动力刀具传动轴的最小轴径，运用公式。经过计算结果为=22mm，经过圆整为25mm。 刀盘转位传动齿轮计算 电机输出功率为4.4kw，小齿轮转速根据初始条件计算为50r/mm。根据公式计算其转矩为： 刀盘转位驱动轴的转矩根据公式计算为 根据设计要求，传动比为2。 小齿轮初选材料为40Cr，进行调质处理，硬度HBS=241—286。 大齿轮初选材料为45钢，进行调质处理，硬度为HBS=217-253。 初选 选用斜齿轮。 选择齿宽系数 齿宽系数不宜过大，因此取。 按齿面接触强度计算 根据资料选 选 ，取，，， 查得许用接触应力，。 根据应力循环次数查得，。 取失效概率1%，安全系数S=1。 计算 计算圆周速度 计算齿宽b及计算模数 计算齿宽吃高之比 计算纵向重合度 计算载荷系数K 已知使用系数根据v=0.984m/s，8级精度，查得动载系数，，，。 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 计算模数 按齿根弯曲强度设计 计算载荷系数 根据纵向重合度查得螺旋角影响系数 计算当量齿数 查取齿形系数 由资料查得， 查应力校正系数 由资料查得， 计算大小齿轮的并加以比较 由资料查得小齿轮的弯曲疲劳极限，大齿轮的弯曲疲劳极限。 由资料查得弯曲疲劳寿命系数，。 去弯曲疲劳安全系数S=1.4计算 故，。 所以设计计算得 对比计算结果，由弯曲疲劳强度计算的法面模数小于由齿面接触疲劳强度计算去，可满足弯曲疲劳强度，为满足接触疲劳强度，需按照接触疲劳强度算得的分度圆直径。 计算齿数 。 可取，。 计算中心距圆整为83mm 齿轮宽度， 驱动齿轮如图 图 驱动齿轮三维图 因为设计中驱动齿轮及动力刀具传动齿轮的传动比为1：1，所以动力刀具传动轴上的齿轮可以选用与驱动齿轮一样的齿轮。 计算过度齿轮 动力刀具传动轴转矩计算运用公式 过度齿轮的转矩为 根据设计要求，传动比为4。 小齿轮初选材料为40Cr，进行调质处理，硬度HBS=241—286。 大齿轮初选材料为45钢，进行调质处理，硬度为HBS=217-253。 初选 选用斜齿轮。 选择齿宽系数 因为减速器为闭式传动，所以齿宽系数不宜过大，因此取。 选螺旋角 初选螺旋角 按齿面接触强度计算 根据资料选 选 ，取，，，