初始條件：刀盤中心高為120mm，相鄰刀具相差30，相鄰刀具轉(zhuǎn)位時間0.2s
即主軸轉(zhuǎn)速為25r/min。
轉(zhuǎn)動慣量是描述剛體在轉(zhuǎn)動中的慣性大小的物理量。當(dāng)兩個繞定軸轉(zhuǎn)動的不同剛體受到相同的力矩分別作用時，它們所獲得的角加速度一般是不一樣的，轉(zhuǎn)動慣量大的剛體所獲得的角加速度小，即角速度改變得慢；反之，轉(zhuǎn)動慣量小的剛體所獲得的角加速度大，即角速度改變得快。
剛體的轉(zhuǎn)動慣量的定義是：
若剛體為連續(xù)體，則用積分代替求和：
根據(jù)加工的要求，所需的動力刀具也不盡相同，但是重量差別不是很多，估算時可以用平均重量進(jìn)行估算。受到電動機(jī)的力矩驅(qū)動時，整個盤共搭載12把刀具，估算時假設(shè)質(zhì)量平均分部于刀盤。
由刀架的結(jié)構(gòu)簡圖可知,刀架在完成換刀動作時,伺服電機(jī)帶動其旋轉(zhuǎn)的部件共四個,它們分別是傳動齒輪，刀架主軸和刀盤，因而只需估算這些元素的轉(zhuǎn)動慣量然后累加在一起就能初步估算出來整個轉(zhuǎn)位系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量，進(jìn)而可以求得電機(jī)需要提供的力矩大小。
現(xiàn)選取sauter公司的刀盤，刀盤外徑為=410mm，刀具孔中心圓=370mm與刀盤座連接的螺孔中心圓為120mm。刀盤中心通孔=70mm。如圖
圖 刀盤二維圖
刀盤三維模型如圖
圖 刀盤三維圖
按照公式計算刀盤轉(zhuǎn)動慣量即
即刀盤的轉(zhuǎn)動慣量可近似看成1.53。
刀盤座根據(jù)設(shè)計，三維模型如圖
圖 刀盤座三維圖
根據(jù)公式計算其轉(zhuǎn)動慣量：
主軸根據(jù)空間結(jié)構(gòu)其傳動要求初步設(shè)計，三維模型如圖
圖 大軸三維圖
二維圖及尺寸如圖
圖 大軸二維圖
根據(jù)公式計算其轉(zhuǎn)動慣量
其余零件由于轉(zhuǎn)動慣量太小，在初步計算中不列于考慮范圍。
等效轉(zhuǎn)動慣量折算電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，根據(jù)公式根據(jù)相鄰刀位轉(zhuǎn)動時間0.2s的初始條件，若連續(xù)轉(zhuǎn)動則電機(jī)轉(zhuǎn)速為25。則按照公式初步計算電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為
=22
根據(jù)查閱的資料，初步選擇為安川伺服電機(jī)，根據(jù)查閱安川伺服電機(jī)說明手冊，選取安川伺服電機(jī)SGMGH-44A。此伺服電機(jī)的數(shù)據(jù)如圖
圖 安川伺服電機(jī)部分?jǐn)?shù)據(jù)
伺服電機(jī)型號
SGMGH-44A
額定輸出
4.4kw
額定扭矩
28.4
瞬間最大扭矩
71.7
額定電流
32.8A
額定轉(zhuǎn)速
3000r/min
最高轉(zhuǎn)速
6000r/min
根據(jù)查閱安川伺服電機(jī)說明手冊，安川伺服電機(jī)的SGMGH-44A的額定功率為4.4kw。額定扭矩為28.4。滿足初步計算的扭矩要求。
根據(jù)電機(jī)的額定輸出功率計算刀盤轉(zhuǎn)位驅(qū)動軸的最小軸徑，運(yùn)用公式。經(jīng)過計算結(jié)果為=48mm，經(jīng)過圓整為50mm。
根據(jù)電機(jī)的額定輸出功率計算動力刀具傳動軸的最小軸徑，運(yùn)用公式。經(jīng)過計算結(jié)果為=22mm，經(jīng)過圓整為25mm。
刀盤轉(zhuǎn)位傳動齒輪計算
電機(jī)輸出功率為4.4kw，小齒輪轉(zhuǎn)速根據(jù)初始條件計算為50r/mm。根據(jù)公式計算其轉(zhuǎn)矩為：
刀盤轉(zhuǎn)位驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)矩根據(jù)公式計算為
根據(jù)設(shè)計要求，傳動比為2。
小齒輪初選材料為40Cr，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度HBS=241—286。
大齒輪初選材料為45鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度為HBS=217-253。
初選
選用斜齒輪。
選擇齒寬系數(shù)
齒寬系數(shù)不宜過大，因此取。
按齒面接觸強(qiáng)度計算
根據(jù)資料選 選 ，取，，，
查得許用接觸應(yīng)力，。
根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)查得，。
取失效概率1%，安全系數(shù)S=1。
計算
計算圓周速度
計算齒寬b及計算模數(shù)
計算齒寬吃高之比
計算縱向重合度
計算載荷系數(shù)K
已知使用系數(shù)根據(jù)v=0.984m/s，8級精度，查得動載系數(shù)，，，。
按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑
計算模數(shù)
按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計
計算載荷系數(shù)
根據(jù)縱向重合度查得螺旋角影響系數(shù)
計算當(dāng)量齒數(shù)
查取齒形系數(shù)
由資料查得，
查應(yīng)力校正系數(shù)
由資料查得，
計算大小齒輪的并加以比較
由資料查得小齒輪的彎曲疲勞極限，大齒輪的彎曲疲勞極限。
由資料查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，。
去彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4計算
故，。
所以設(shè)計計算得
對比計算結(jié)果，由彎曲疲勞強(qiáng)度計算的法面模數(shù)小于由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算去，可滿足彎曲疲勞強(qiáng)度，為滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按照接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑。
計算齒數(shù) 。
可取，。
計算中心距圓整為83mm
齒輪寬度，
驅(qū)動齒輪如圖
圖 驅(qū)動齒輪三維圖
因?yàn)樵O(shè)計中驅(qū)動齒輪及動力刀具傳動齒輪的傳動比為1：1，所以動力刀具傳動軸上的齒輪可以選用與驅(qū)動齒輪一樣的齒輪。
計算過度齒輪
動力刀具傳動軸轉(zhuǎn)矩計算運(yùn)用公式
過度齒輪的轉(zhuǎn)矩為
根據(jù)設(shè)計要求，傳動比為4。
小齒輪初選材料為40Cr，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度HBS=241—286。
大齒輪初選材料為45鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度為HBS=217-253。
初選
選用斜齒輪。
選擇齒寬系數(shù)
因?yàn)闇p速器為閉式傳動，所以齒寬系數(shù)不宜過大，因此取。
選螺旋角
初選螺旋角
按齒面接觸強(qiáng)度計算
根據(jù)資料選 選 ，取，，，
查得許用接觸應(yīng)力，。
根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)查得，。
取失效概率1%，安全系數(shù)S=1。
計算
計算圓周速度
計算齒寬b及計算模數(shù)
計算齒寬吃高之比
計算縱向重合度
計算載荷系數(shù)K
已知使用系數(shù)根據(jù)v=0.984m/s，8級精度，查得動載系數(shù)，，，。
按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑
計算模數(shù)
按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計
計算載荷系數(shù)
根據(jù)縱向重合度查得螺旋角影響系數(shù)
計算當(dāng)量齒數(shù)
查取齒形系數(shù)
由資料查得，
查應(yīng)力校正系數(shù)
由資料查得，
計算大小齒輪的并加以比較
由資料查得小齒輪的彎曲疲勞極限，大齒輪的彎曲疲勞極限。
由資料查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，。
去彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4計算
故，。
所以設(shè)計計算得
對比計算結(jié)果，由彎曲疲勞強(qiáng)度計算的法面模數(shù)小于由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算去，可滿足彎曲疲勞強(qiáng)度，為滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按照接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑。
計算齒數(shù) 。
可取，。
計算中心距圓整為138mm。
齒輪寬度，。
因?yàn)檫^度齒輪是動力刀具的傳動齒輪，但是安裝在刀盤轉(zhuǎn)位驅(qū)動軸上。因?yàn)檫^度齒輪轉(zhuǎn)動不能帶動刀盤轉(zhuǎn)位驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動，所以在過度齒輪與刀盤轉(zhuǎn)位驅(qū)動軸之間加入一個軸承，以便實(shí)現(xiàn)過度齒輪在軸上空轉(zhuǎn)。由于過度齒輪不承受多少軸向力，所以在其內(nèi)可安裝深溝球軸承。如圖
圖 過度齒輪二維圖
動力刀具驅(qū)動齒輪和過度齒輪的傳動比根據(jù)設(shè)計為1：1，可以采用與動力刀具傳動軸相同直徑以及模數(shù)的齒輪。
軸的設(shè)計計算
刀盤轉(zhuǎn)位驅(qū)動軸
最小軸徑計算=48mm，圓整為50mm。
軸如圖
圖 大軸設(shè)計圖
取d1=50mm，在軸的后端需要安裝軸承，所以設(shè)計L1=25mm。第二段加工為花鍵軸，以便實(shí)現(xiàn)刀盤轉(zhuǎn)位與動力刀具驅(qū)動之間的動力切換。L2=74mm，然后查閱花鍵國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1144-2001,取軸的大徑為60mm，小徑為52mm，鍵寬為10mm。花鍵部分國家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)如表
小徑
d
輕系列
中系列
規(guī)格
鍵數(shù)
大徑
D
鍵寬B
規(guī)格
鍵數(shù)
大徑D
鍵寬B
11
6x11x14x3
6
14
3
13
6x13x16x3.5
16
3.5
16
6x16x20x4
20
4
18
6x18x22x5
22
5
21
6x21x25x5
25
23
6x23x26x6
6
26
6
6x23x28x6
28
6
26
6x26x30x6
30
6x26x32x6
32
28
6x28x32x7
32
7
6x28x34x7
34
7
32
6x32x38x6
36
6
8x32x38x6
8
38
6
36
8x36x40x7
8
40
7
8x36x42x7
42
7
42
8x42x46x8
46
8
8x42x48x8
48
8
46
8x46x50x9
50
9
8x46x54x9
54
9
52
8x52x59x10
58
10
8x52x60x10
60
10
56
8x56x62x10
62
8x56x65x10
65
62
8x62x68x10
68
12
8x62x72x12
72
12
72
10x72x78x10
76
10x72x82x12
82
82
10x82x88x12
88
10x82x92x12
92
表 部分花鍵國家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)
L3段需安裝軸承取d3=70mm，L3=28.5mm。軸承需軸肩定位，去d4=80mm，L4段需要安裝端齒盤及液壓系統(tǒng)，為其流出安裝空間，設(shè)計L4=101mm。L5段為與端齒盤中的動盤的連接需要，d5=100mm，L5=10mm。L6段安裝過度齒輪，d6=80mm，L6=55mm。
動力刀具傳動軸設(shè)計計算
根據(jù)電機(jī)的額定輸出功率確定最小軸徑，運(yùn)用公式計算得=11mm，圓整為20mm。動力刀具傳動軸如圖
圖 動力刀具傳動軸設(shè)計圖
L1段需安裝齒輪，故需安裝鍵槽，由于齒輪相對與軸承為懸臂支撐，所以軸兩端需要安裝軸端擋圈，設(shè)計d1=20mm，L1=35mm。L2和L4段需要安裝軸承，d2=d4=25mm，L2=L4=17mm。L3段為刀架空間設(shè)計需要，同時軸承需要軸肩定位，取d3=30mm。L5段為了實(shí)現(xiàn)動力刀具和動力脫開嚙合設(shè)計為花鍵軸，大徑為25mm，小徑為21mm，取中系列，花鍵國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1144-2011的部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖 。
軸承的選擇計算
各種軸承特性如表
軸承名稱
特點(diǎn)
調(diào)心球軸承
能承受少量軸向力，因外圈滾道是以軸承中心為中心的球面，故能自動調(diào)心，允許內(nèi)圈相對外圈軸線偏斜量。一般不宜承受純軸向載荷。
調(diào)心滾子軸承
性能、特點(diǎn)與調(diào)心球軸承相同，但具有較大的徑向承載能力，允許內(nèi)圈對外圈軸線偏斜量。
推力調(diào)心滾子軸承
用于承受以軸向載荷為主的軸向、徑向聯(lián)合載荷，但徑向載荷不得超過軸向載荷的55%。運(yùn)轉(zhuǎn)中滾動體受離心力矩作用，滾動體與滾道間產(chǎn)生滑動，并導(dǎo)致軸圈與座圈分離。為保證正常工作，需是施加一定的軸向預(yù)載荷。允許軸圈對座圈軸線偏斜量。
圓錐滾子軸承
可以同時承受徑向載荷及軸向載荷（30000型以徑向載荷為主，3000B型以軸向載荷為主）。外圈可分離，安裝時可調(diào)整軸承的游隙。一般成對使用。
推力球軸承
只能承受軸向載荷。高速時離心力大，鋼球與保持架磨損，發(fā)熱嚴(yán)重，壽命降低，故極限轉(zhuǎn)速很低。為了防止鋼球與滾道之間的滑動，工作是必須加有一定的軸向載荷。軸線必須與軸承座底面垂直，載荷必須與軸線重合，以保證鋼球載荷的均勻分配。
深溝球軸承
主要承受徑向載荷，也可同時承受小的軸向載荷。當(dāng)量摩擦系數(shù)最小。在高轉(zhuǎn)速時，可用來承受純軸向載荷，工作中允許內(nèi)、外圈軸線偏斜量，大量生產(chǎn)，價格最低。
角接觸球軸承
可以同時承受徑向載荷及軸向載荷及軸向載荷，也可以單獨(dú)承受軸向載荷。能在較高轉(zhuǎn)速下正常工作。由于宇哥軸承只能承受單向的軸向力，因此，一般成對使用。承受軸向載荷的能力與接觸角有關(guān)。接觸角大的，承受軸向載荷的能力也高。
圓柱滾子軸承
有較大的徑向承載能力。外圈可以分離，故不能承受軸向載荷，滾子由內(nèi)圈的擋邊軸向定位，工作時允許內(nèi)、外圈有少量的軸向錯動。內(nèi)外圈軸線的允許偏斜量有?。?’-4’）.此類軸承還可以不帶外圈或內(nèi)圈。
滾針軸承
在同樣內(nèi)徑條件下，與其他類型軸承相比，其外徑最小，內(nèi)圈或外圈可以分離，工作室允許內(nèi)、外圈有少量的軸向錯動。有較大的徑向承載能力。一般不帶保持架。摩擦系數(shù)較大。
帶頂絲外球面球軸承
內(nèi)部結(jié)構(gòu)與深溝球軸承相同，但外圈具有球形外表面，與帶有凹球面的軸承座相配能自動調(diào)心。常用緊定螺釘、偏心套或緊定套將軸承內(nèi)圈固定在軸上。軸心線語序偏斜。
根據(jù)各軸受力情況分析選取軸承，在刀盤轉(zhuǎn)位驅(qū)動軸的L1段選取深溝球軸承6010GB/T276-1994，因?yàn)樯顪锨蜉S承可承受徑向力，也可以承受較小的軸向力，在L3段選用圓錐滾子軸承30214GB/T297-1994來承受由端齒盤嚙合以及齒輪滑移帶來的軸向力。
在動力刀具傳動軸的的L2與L4段因?yàn)閾懿鎿軇踊讫X輪產(chǎn)生的軸向力較小，所以可以選用深溝球軸承來承受較小的軸向力，選用6005GB/T276-1994。
在動力刀具驅(qū)動軸上因基本不承受軸向力，所以選用兩個深溝球軸承承受徑向力。選用
6007GB/T276-1994。
液壓系統(tǒng)計算
本次設(shè)計中運(yùn)用到了液壓系統(tǒng)。一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件（附件）和液壓油。
動力元件：動力元件的作用是將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵。
執(zhí)行元件：執(zhí)行元件(如液壓缸和液壓馬達(dá))的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動負(fù)載作直線往復(fù)運(yùn)動或回轉(zhuǎn)運(yùn)動。
控制元件：控制元件(即各種液壓閥)在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥包括溢流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。
輔助元件：輔助元件包括油箱、濾油器、冷卻器、加熱器、蓄能器、油管及管接頭、密封圈、快換接頭、高壓球閥、膠管總成、測壓接頭、壓力表、油位計、油溫計等。
液壓油：液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。
本次設(shè)計中涉及要液壓系統(tǒng)的有兩處：鼠牙盤離合系統(tǒng)以及動力切換裝置中的撥叉撥動滑移齒輪。所以需要計算液壓缸直徑，查資料取液壓缸的工作壓力位0-2.5MPa。運(yùn)用公式計算液壓直徑。所以設(shè)計鼠牙盤離合系統(tǒng)液壓缸直為90mm。撥叉驅(qū)動液壓缸運(yùn)用公式計算其直徑，設(shè)計撥叉驅(qū)動液壓缸直徑為20mm。
強(qiáng)度校核
如圖 為主軸和刀盤連接示意圖，通過8個M12的螺栓螺母將刀盤座和刀盤連接在一起，通過4個M10的內(nèi)六角頭螺釘將刀盤座和主軸連接。不難發(fā)現(xiàn)，4個M10的內(nèi)六角頭螺釘承受相當(dāng)大的剪切應(yīng)力，是連接的薄弱部分，需要對其進(jìn)行校核。
1. 刀盤 2.螺栓 3.內(nèi)六角頭螺釘 4.主軸
刀盤以及刀盤座的轉(zhuǎn)動慣量之和為1.7設(shè)刀盤轉(zhuǎn)動時的啟動加速度為α。則通過螺釘傳遞的轉(zhuǎn)矩以及負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量滿足下列公式：
得出結(jié)果帶入上式得出。
螺釘受的剪切力運(yùn)用公式計算如下：
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊查得，所用內(nèi)六角頭螺釘?shù)脑S用剪切應(yīng)力為120MPa，所以此內(nèi)六角頭螺釘滿足剪切應(yīng)力的要求，下面校核擠壓應(yīng)力：
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊查得，所用內(nèi)六角頭螺釘?shù)脑S用擠壓應(yīng)力為150MPa，所以此內(nèi)六角頭螺釘滿足擠壓應(yīng)力的要求。
綜上所述，在這部分的連接中，所設(shè)計的連接時可靠的，滿足材料的許用應(yīng)力的要求。