龙门式数控火焰切割机横向进给系统的设计毕业设计(编辑修改稿)

龙门式数控火焰切割机横向进给系统的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

数 为满足数控切割机切割范围 ，并考虑导轨两端的安全挡板的长度，将横向导轨设计为 3040mm长，其中有效行程为 3000mm；横向导轨的主体是型号为 30303000的方钢。 结构如附件图 : 邵阳学院毕业设计（论文） 15 图 导轨 图 导轨 横梁的设计 Q235 属于碳素结构钢，它的主要特性是：具有较好的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的温度、好的冷弯性能，根据 Q235 的特性，导轨选用材料 Q235钢板焊 接而成，横梁的设计如下图 ： 图 横梁 安全挡板的设计 为了防止横向行车机构不会因故障而冲出导轨，造成事故，所以就设计一安全装置，这一安全装置分为安全挡板和安全挡块。 安全挡板采用 Q235，通过螺栓与横梁相连，邵阳学院毕业设计（论文） 16 安全挡块采用橡胶，通过螺栓与挡板相连。 因为整个横向行车机构运动时有惯性，所以需要在行车机构的横梁的两端头安装安全装置即可，因为当驱动边撞上安全装置的时候就可以马上按急停装置来阻止整个行车机构的冲出。 具体尺寸见图 所示。 图 安全挡板 邵阳学院毕业设计（论文） 17 4 横向驱动机构的设计 横向步进电机的选型 根据技术要求可知所要求的电动机的额定功率为 ，切割速度范围： 0～3500mm/min。 该龙门式数控火焰切割机选用的是非刚性切割刀具，切削阻力为 0，所以电动机的阻力小，转矩较小。 （电动机和变速器均到常州电机电器总厂外购） 综合考虑行车系统所需的动力，初步选择 90BF003 型步进电机，其具体参数 为： （ 1） 相数： 3； （ 2） 步距角： 176。 ； （ 3） 驱动电压： 60V； （ 4） 相电流： 5A； （ 5） 最大静转距： 2Nm； （ 6） 绝缘等级 E 横向驱动齿轮的设计 材料的选择和热处理方式 齿轮材料的选择原则： （ 1） 齿轮材料必须满足工作条件的要求。 （ 2）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。 （ 3）正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作 的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。 （ 4）合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。 （ 5）飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢。 （ 6）金属制的软面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为 30～ 50HRC 或者更多。 一般低速、重载传动的齿轮，齿面易产生塑性变形、齿轮易折断及磨损，应选用机械强度、硬度机械强度、硬度、韧性等综合性能较好的材料；高速传动齿轮，齿面易发生疲劳点蚀，应选用齿面硬度较高的材料；受冲击载荷的齿轮传动，应选用韧 性较好的材料；大载荷的小尺寸齿轮，可选用性能较好的材料；要求不高的齿轮，如低速、轻载，则可采用铸铁等材料；尺寸大或形状复杂的齿轮多采用锻造毛坯。 常用的齿轮材料有钢、铸铁、铸钢、塑料、粉末冶金等。 钢具有强度高，耐冲击的特性，通过热处理可获得较好的力学性能，提高齿轮的承载能力。 较重要的齿轮大多数采用中碳钢和中碳合金钢，常用钢号为 4 40Cr、 40MnB、 40MnVB、 37SiMn2MoV，经整体淬火和低温回火后，具有较高的硬度和强度，合用于作载荷大且没有冲击的齿轮；经调质处理邵阳学院毕业设计（论文） 18 后则强度和韧性等方面的综合性 能较好，硬度不太大，易精加工，但耐磨性较差，适合低速、中等载荷的齿轮。 按使用条件，横向驱动齿轮属低速、轻载，重要性和可靠性一般的齿轮传动。 可选用软齿面齿轮，也可选用硬齿面齿轮。 本设计选用软齿面齿轮。 并具体选用： 齿轮： 40Cr 经调制后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧性及低的缺口敏感性，淬透性良好，根据 40Cr 的特性，齿轮材质为 40Cr，齿部采用表面淬火处理，硬度为 30～ 35HRC。 要求分析 （ 1）使用条件分析 根据所选步进电机的转矩得齿轮的最大静转矩为： T=2Nm 根据设计所给的技术参数中的切割速度： 0~3500mm/min，本机械又属低速、轻载，重要性和可靠性一般的齿轮传动。 估算出主动齿轮的转速： min/101 rn  ； 齿轮与齿条的齿数比： 1u ； 圆周速度：估计 smv /1 ； 设计中把齿条看成与设计的齿轮同样的齿轮。 初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸 （ 1）选择齿轮类型 根据齿轮传动的工作条件，可选用直齿圆柱齿轮传动，也可选用 斜齿圆柱齿轮传动。 本设计选用直齿圆柱齿轮。 （ 2）选择齿轮精度等级 按估算的圆周速度，又因为要求传动平稳，由 [机械设计 ]表 35 初步选用 7 级精度。 （ 3）初选参数 根据龙门式数控切割机的横向驱动机构的结构尺寸，初选： d=60mm （ 4）初步计算齿轮的主要参数 因本设计中横向驱动机构较小较轻，采用步进电机驱动，工作机载荷平稳，齿轮转速不高，轴的刚性较小，所需传递的转矩较小，查 [机械设计手册 3]表 渐开线圆柱齿轮模数（ GB135785），初步选定标准模数为： m=2mm。 邵阳学院毕业设计（论文） 19 则 50 252dz m  ，根据实际，取 z=25 圆周速度： 1 1 0 3 . 1 4 2 5 0 . 0 0 8 / 1 /6 0 0 0 0 6 0 0 0 0ndv m s m s    ，符合要求。 齿轮的各项基本参数都取标准值： ha=2， *  ， 20 计算齿轮的各项几何尺寸如下： 齿顶高 ah： ha=2mm 齿根高 fh ： hf =m= 齿全高 h ： h= ha + hf = 齿顶圆直径 ad ： da =m（ z+2） =54mm 齿根圆直径 fd ： df =m（ ） =45mm 齿厚： B=（ 5～ 8） m=10～ 16mm 齿宽：  mm 槽宽 ：  周节：  横向齿轮的设计尺寸见下图 图 横向驱动齿轮 邵阳学院毕业设计（论文） 20 齿条的设计 齿条具有加工容易、寿命长、传动精度高等特点，根据本机结构的要求，纵向运动采用齿条传动，主体采用 45钢 ，齿部采用表面淬火处理，硬度为 30~35HRC，齿条的底面钻有小孔，通过螺栓联接安装在横梁上。 材料选择 齿条具有加工容易、寿命长、传动精度高等特点，根据本机结构的要求以及 45号钢的特性，纵向运动采用齿条传动，主体采用 45钢 ，齿部采用表面淬火处理，硬度为30~35HRC。 设计分析及计算 齿条的底面钻有小孔，通过螺栓联接安装在横梁上。 根据设计要求切割范围有 3m，现在初步设计齿条的长度为 3040mm，由于齿条在运动时可能会发生弯曲现象，为了保持齿条的直线度，所以在齿条上每隔 150mm 就钻一个 φ8的孔，一共要开 21 个孔，每个孔上都用螺栓定位，保证齿轮和齿条能够很好的啮合。 图 横向驱动齿条 邵阳学院毕业设计（论文） 21 设计 齿条的参数如下： 周节 t=m= 齿厚 s=m= 径向间隙 c=m= 齿顶高 h1=m=2mm 齿根高 h2=m= 齿工作高度 hg=2m=4mm 齿全高 h=m= 齿轮齿条的校核 齿根弯曲强度校核 由《机械设计》式（ 10－ 4）得直齿轮齿根弯曲强度校核公式为： ][0 FSaFatF bm YYKF   （ 1）确定公式内的各计算数值 A、由《机械设计》图 10－ 20c 查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 1 500FE MPa ；齿条的弯曲疲劳强度极限 2 380FE MPa ； B、 由《机械设计》图 10－ 18 查得弯曲疲劳寿命系数 1  ， 2  ； C、计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S＝ ，由《机械设计》式（ 10－ 12）得 111 0 . 8 5[ ] 3 0 3 . 5 7F N F EF K M P a M P aS         222 0 . 8 8[ ] 2 3 8 . 8 6F N F EF K M P a M P aS         D、计算载荷系数 K 1AVK K K K K                 E、查取齿形系数 由《机械设计》表 10－ 5 查得 1  ， 2 。