3885滚齿机传动机构的设计与运动仿真

本科毕业设计论文题目滚齿机传动机构的设计与运动仿真院系机械工程学院专业机械设计制造及其自动化学号姓名指导教师2016年3月摘要本设计研究的是滚齿机传动机构的设计，主要内容有滚齿机传动机构的传动原理与方法的拟订、传动系统的运动分析与计算和总体结构设计。在设计过程中主要采用机械传动方式，基本上包含了各种比较典型和常用的机械传动，如带传动、圆柱齿轮传动、斜齿轮传动等。总体结构设计上采用了分离式传动，能够比较直观地反映出齿轮滚齿加工的特点。本次设计是关于滚齿机传动机构的设计与运动仿真，设计出的滚齿机传动机构实现了齿轮加工所需的滚齿、圆周进给、径向进给等运动。通过对传统的滚齿机传动机构进行改进和优化，使得此种类型的滚齿机传动机构的使用范围更广泛，更加灵活，并且对今后的选型设计工作有一定的参考价值。关键词滚齿机传动机构滚齿加工；参考价值I目录1概述111本设计的目的和意义112本设计的研究内容22传动装置的总体设计221滚齿机传动机构的总体结构图322传动系统的确定423选择电动机类型624确定传动装置的总传动比和分配传动比725计算主要传动装置的运动和动力参数8251各轴转速8252各轴输入功率9253各轴输入转矩103主要传动零件的设计参数1031V带设计11311V带型号和带轮直径11312计算带长12313求中心距12314求带根数13315求轴上载荷1332圆柱齿轮的设计13321齿轮设计输入参数14322齿轮传动结构形式和布置形式14323材料及热处理15324齿轮基本参数MM15325接触强度、弯曲强度校核结果和参数1533键的选择164各关键零部件的设计与校核1741概述1842轴的结构设计校核19421轴的设计与校核19422轴的设计与校核21423轴的设计与校核2143轴承强度的校核23致谢24参考文献25附录2601概述11本设计的目的和意义在交通，电力，冶金，石化，电力，建筑，纺织，航空，航天，电子，医疗，军事，生活，甚至人们的日常各行各业国民经济的科研成果，被广泛用于各种机械，设备和工具。他们的品种，数量和性能极大地影响了生产能力，劳动效率，这些行业的经济效益。这些机器，仪器和工具被称为机械设备。能生产这些机械设备等行业，被称为机械制造行业。显然，机械制造业的主要任务是提供一个现代化的机械设备，在国民经济各行各业。因此，机械制造业是为国民经济发展和强大支柱的重要基础，它是国家综合国力的重要方面。近年来，由于现代科学技术，特别是由于微电子技术，计算机技术，传统制造技术的快速发展，进入快速发展的新理念的新境界，计算机辅助制造（CAM）。在工艺设计，生产管理，设备制造，质量控制，产品组装及产品储存和销售，计算机区分自己，导致计算机辅助工艺设计（CAPP），计算机辅助生产管理（CAPM），计算机数字控制（CNC）中，计算机辅助质量控制（CAQ），柔性制造系统（FMS），诸如一系列单个技术。基于先进制造系统，如计算机集成制造系统，这些单个技术（CIMS）是生产的未来模式的工厂。制造技术是从气蚀的数量转向灵活，集成化，智能化。这已成为引进现代制造技术。所有这些发展和进步，不仅催生了机械制造学科的理论体系，也成为最具活力，具有学科领域重要的研究价值。如上所述，机械制造业起着国民经济非常重要的作用。这是国家和区域经济发展的重要支柱。但是，先进的技术在我们的学生在实验室的发展有这些答案是不能。我们的实验室甚至连最基本的齿轮加工实验并不常见，也很难给我们的学生在学校和工厂的运行呢所以绝对必要设计教学实验齿轮的驱动机构。这将是在学生的学习理论知识的同时，目前真正的实体，让学生能够理论联系实际，抹去模糊的概念。12本设计的研究内容本设计主要研究滚齿机传动机构的设计与运动仿真,主要体现机械加工装备1的各级传动过程及用滚齿法加工齿轮。其主要内容包括1滚齿机传动机构的传动原理及传动方案的拟订。2传动系统的运动与动力参数的分析与计算。3主要传动零件的设计。4总体结构设计。2传动装置的总体设计21滚齿机传动机构的总体结构图滚齿机传动机构是用来加工内、外啮合的圆柱齿轮，尤其适合于加工内齿轮和多联齿轮。这是滚齿机无法加工的。装上附件，滚齿机传动机构还能加工齿条，但滚齿机传动机构不能加工蜗轮。滚齿机传动机构加工原理为一对圆柱齿轮的啮合。其中一个是工件，另一个是齿轮形刀具滚齿刀。他的模数和压力角与被加工齿轮相同。滚齿机传动机构同样是按展成法加工圆柱齿轮的。滚齿运动包括滚齿刀的旋转和工件的旋转所形成的展成运动以及滚齿刀上下往复所形成的成型运动。滚齿开始时，滚齿刀和工件除做展成运动外，还要做相对的径向切入运动，直到全齿深为止；然后，工件再转过一周，全部轮齿就切削完毕；滚齿刀与工件分开，机床停止。滚齿刀在往复运动的回程中不切削。为了减少刀具的磨损还需要有让刀运动，即刀具在回程中径向退离工件，切削时恢复。用齿轮型滚齿刀滚削直齿圆柱齿轮时，机床的传动机构总体结构图如下图所示222传动系统的确定机通常包括原动机，一个驱动装置和一个工作机械是由三部分组成，所述滚齿机驱动电动机作为原动机的设计中，通过机械传动，使往复运动机构的滚刀。传输被分为三个层次即主传输链的传动链，产生运动和圆周进给运动链链。这是通过交流电动机驱动，单独的传动装置驱动。通过两个齿轮滚刀主传输体系达到所需的速度（带驱动齿轮和齿轮传动）。根据滚动齿轮传动机构的传动原理，首先是对电机转速。通过减速过程完成两次。由皮带第一阶段减速，原因是缓解精度高负荷带，制造和安装，防过载等的影响齿轮传动与第二传动齿轮传动，其原因是工作可靠，使用寿命长，结构紧凑，传动效率高。第二个是传动链被分成两个一通到主滚刀运动链，一通到工件的圆周饲料和接触链的滚刀产生运动。往复式与偏心轮主运动链滚刀和滚刀位置越高，传输距离长，所以滚子链传动。齿轮和工件相对较大，并且两个阶段蜗杆和蜗轮传动被采用。最后，工件的径向进料和切割刀片的移动制成。在径向进给采用棘轮和凸轮机构。让刀运动是齿轮齿刀每让刀一次，和让刀距离是小的时候。所以被添加的偏心盘的偏心轮速度与偏心轮联动机制。23选择电动机类型根据工作要求，稳定，冲击小，时间短，功率小，如采用三相鼠笼式异步电动机，封闭结构，VOLTAJEY，380V型。作为工件的材料是45号钢，切割力的要求是体积小，而电动机的功率只要各级机械传动满足正常即可。因此，没有必要计算功率的选择，这可以根据经验直接选择适当的马达。低速电机的极对，扭矩，所以外形尺寸和重量都大，价格高，但可以使齿轮传动比减小时，该卷的传动装置，较小的重量高速电机是相反的。因此，以确定电机的转速，应考虑，分析和马达和传动装置，大小，重量，价格等因素的性能的比较。综合考虑以上因素选择Y27124电动机，其性能如下表3满载时方案电动机型号额定功率KWEDP同步转速R/MIN电流A效率转速R/MIN1Y2712403715001671380电动机主要外形和安装尺寸表安装型式尺寸MM3B中心高H外形尺寸LAC/2ADHD底脚安装尺寸AB地脚螺孔直径K0571250145/280195112907轴伸尺寸DE装键部位尺寸FDGABA/2C标准机座号143051424150564571M1423确定传动装置的总传动比和分配传动比将已知条件中的滚齿刀次数转换成曲柄偏心盘的转速，即曲柄偏心盘的转速为184R/MIN。将滚齿刀的旋转即圆周进给转换为滚齿刀的转速为1840251/03855R/MIN2NDR由选定的电动机满载转速和滚齿刀偏心盘的转速，可得电机到偏心盘的总MN传动比为75AI1NM8430电机到滚齿刀的总传动比357977CI2NM38501分配传动装置传动比210IIA式中、分别为带传动、圆柱齿轮传动和链传动的传动比。4考虑V带传动比与其外廓尺寸的关系以及链轮传动的稳定性选取V带传动比0I3，1，则圆柱齿轮传动比2I/75/（31）251IA20I滚齿刀圆周进给时经过二级蜗轮传动减速，取第一级蜗轮的传动比为01I255，则第二级蜗轮传动的传动比为357977/（325255）18720102/IIC将蜗轮传动比圆整为19。选定所有传动链中圆锥齿轮传动的传动比为1，则内传动链中工件处蜗轮蜗ZI杆传动的传动比193003I20Z193滚齿刀的实际转速2N0210/IIM1380/（32525519）03798R/MIN15误差允许2N24计算主要传动装置的运动和动力参数为了进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩（或功率）。现将传动装置各轴转速由高至低依次定义为轴、轴，以及，为相邻两轴间的传动效率；012，为各轴的输入功率（KW）；P，为各轴的输入转矩（NM）；T，为各轴的转速（R/MIN），N则可按电动机至工作机传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数。5241各轴转速R/MINIMIN式中电动机转速；MN电动机至轴的传动比。II所以R/MIN4603180INMR/MIN5210II184R/MINN722R/MIN；52318001IM242各轴输入功率KW，PD0101KW，12223KW，3D0134式中、分别为带传动、轴承、圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动的传1234动效率。轴PD01DP103709603552KW；轴12D1230370960980970338KW轴P23P123P2403380980930308KW6243各轴输入转矩NMTD01其中为电动机轴的输出转矩，按下式计算DT9550NM；DDPN所以9550NM；TD01IDMN01INM；1I2T1I23NM；T34电动机输出转矩95509550256NM；DDMPN13807轴输入转矩轴TD01I2560963737NM；轴T1I2T1I23737250980971751NM；轴；TI23TI2417511098093；1596NM；3主要传动零件的设计参数731V带设计311V带型号和带轮直径1根据工作情况查手册得工作情况系数1AK2计算功率1037037KWPKAC3选带型号查手册选用Z型V带，且最小带轮直径为120MMMIND4带轮直径取120MM，140MM1D210DI312计算带长1中心距的取值范围2（）055（）21A21DH6401822初取中心距取500MM3带长L215COS2211D4基准长度取LD1600MM313求中心距1中心距500MM；A28041MMDL2中心距的变动范围（0015LD）（0015D）476524MMA2小带轮包角16081206018012314求带根数1带速578M/S10638106NDV2带根数查手册034，095，116，003PKLK0P8091取Z4LCKPZ0315求轴上载荷1张紧力2052QVKVZFC500278506957853281N2轴上载荷2SIN10ZFQ860I11083N32圆柱齿轮的设计321齿轮设计输入参数1传递功率P037KW2传递转矩T768NM3齿轮1转速N146000R/MIN4齿轮2转速N218400R/MIN5传动比I2506预定寿命H35000小时7原动机载荷特性均匀平稳8工作机载荷特性均匀平稳322齿轮传动结构形式和布置形式1结构形式开式2齿轮1布置形式对称布置3齿轮2布置形式对称布置323材料及热处理1齿面类型软齿面2热处理质量要求级别MQ93齿轮1的材料及热处理材料名称45热处理正火硬度范围162217HBS硬度取值190HBS接触强度极限应力BH1540MPA接触强度安全系数SH1110弯曲强度极限应力BF1214MPA弯曲强度安全系数SF11404齿轮2的材料及热处理材料名称45热处理正火硬度范围162217HBS硬度取值190HBS接触强度安全系数SH2110弯曲强度极限应力BF2214MPA弯曲强度安全系数SF2140弯曲强度许用应力F2294MPA324齿轮基本参数MM名称代号单位小齿轮大齿轮模数MM250齿数Z1845变位系数X000000总变位系数X000齿宽BMM32002700齿宽系数D071024分度圆直径DMM450011250齿顶圆直径AMM499911749齿根圆直径FDMM387510625基圆直径BMM422910572节圆直径DMM450011250齿顶高AHMM250250齿根高FMM313313全齿高HMM562齿数比U25010标准中心距AMM7875实际中心距AMM7875中心距变动系数Y0001端面啮合角（）2000齿高变动系数Y0001齿顶压力角A（）32242588端面重合度163纵向重合度B000总重合度163分度圆弦齿厚SMM392393分度圆弦齿高HMM258253固定弦齿厚CSMM347347固定弦齿高HMM187187公法线跨齿数K25公法线长度KWMM11703479325接触强度、弯曲强度校核结果和参数校核结果1接触疲劳强度HMINLIHXWLVRNSZZEHVATKUDBF1齿轮接触强度许用应力46636MPA1H2接触强度计算应力33937MPA46636MPA满足2弯曲疲劳强度MINFRELTNSYXFYKBFSVANT11齿轮弯曲强度许用应力29387MPA21F齿轮1弯曲强度计算应力2249MPA29387MPA满足；齿轮2弯曲强度计算应力2382MPA29387MPA满足；2F参数1圆周力FT34138N2齿轮线速度V108M/S3使用系数KA1004动载系数KV1395齿向载荷分布系数KH1196综合变形对载荷公布的影响KBS1107安装精度对载荷分布的影响KBM0098齿间载荷分布系数KH1009安装处理方法一般10是否修形齿轮011节点区域系数ZH24912材料的弹性系数ZE1898013接触强度重合度系数ZE08914接触强度螺旋角系数ZB10015重合、螺旋角系数Z08916接触疲劳寿命系数ZN10017是否允许有一定量的点蚀018润滑油膜影响系数ZLVR09519润滑油粘度（50度）1200020工作硬化系数ZW10021接触强度尺寸系数ZX10022齿向载荷分布系数KF11923齿间载荷分布系数KF10024抗弯强度重合度系数YE07125抗弯强度螺旋角系数YB10026抗弯强度重合、螺旋角系数Y07127复合齿形系数YFS44940128应力校正系数YSA15416929寿命系数YN10010030齿根圆角敏感系数YDR09509531齿根表面状况系数YRR10010032尺寸系数YX10110133载荷类型静载荷34齿根表面粗糙度RZ16M1233键的选择键连接是机械设计中几个常用链接方式之一，对于动力的传递有着不可替代的意义。键的类型有多种，例如平键，半圆键等等多种，键的类型可根据使用要求、工作条件和联结的结构特点来选择，键的长度根据轴毂的长度从标准中选取，键的BH根据径来确定。轴和带轮的联结，D30MM,根据标准号GB/T10951979选用B835，B650和B1030的普通A型平键，键长分别为35，50，30。4各关键零部件的设计与校核41概述作为旋转运动的部件安装的轴实现旋转运动，大部分的轴也起着传递转矩的一部分。轴的两端都在滑动轴承或滚动轴承直接轴承。共同的轴线直轴和曲轴，曲轴主要用于往复机械，直轴广泛的应用。这种设计是直线轴的主要设计。轴材料主要采用碳钢和合金钢。碳素钢，合金钢是便宜的，应力集中不敏感，因此应用范围广。这样的设计主要是由碳钢制成。42轴的结构设计校核421轴I的设计与校核估算轴径，选材料为45钢调质，650MPA，360MPA。取DBSC112，则轴的最小直径MM281046351220159336NPCT此根轴上有一带轮和一圆柱直齿齿轮，直齿轮分度圆直径251DMZ60150MM，根圆直径146MM，齿轮根径小，采用轴齿1XMCHDAF13轮结构。轴的结构图图4轴结构图1RFN328TN19RF2RF2RFN1QFMXZ/NMMN19RFN1702RN10QFN19RFNB）水平面受力图A）小齿轮受力图1474819147481C）水平面弯矩图MXY/NMMNFR164NFT328R1642779078437481M/NMM896886534348E）垂直面弯矩图MXZ/NMMF）合成弯矩图H）当量弯矩图G）转矩图NMM22TMT7370NMMT4348NMM图5轴受力图小齿轮受力N73046520159105961NPTD）垂直面受力图15N328457021DTFT小齿轮受力图见图5AN19TANTANR水平面反力N9547161RFN02垂直面反力N16421TR水平面受力图见图5B垂直面受力图见图5C水平面弯矩图见图5D垂直面弯矩图见图5E合成弯矩图M见图5F2XZYM轴受转矩T1T转矩图见图5G用插入法查手册得1025MPA，60MPAB0B1应力校正系数5902601B当量转矩NMM438759T当量弯矩在小齿轮中间截面处NMM9622TM在右轴颈中间截面处NMM85322当量弯矩图见图5H校核轴径375MM4103BD25MM331BM所以，该轴强度合格。16422轴的设计与校核估算轴径，选材料为45钢，650MPA，360MPA。取C112，则DBS轴的最小直径MM721384012201593336NPCT此根轴上左端安装有锥齿轮，右端安装有直齿圆柱齿轮，锥齿轮需用两个角接触球轴承来支承。考虑整体布局安装，此根轴用三个轴承。轴的结构图如下考虑轴传递的功率不是很大，且第一根轴满足强度要求的安全度较高，所以无须再校核该轴强度。423轴的设计与校核估算轴径，选材料为45钢，650MPA，360MPA。取C112，则DBS轴的最小直径MM721384012201593336NPCT该轴特点是左端连接圆锥齿轮，右端连接链轮，中间是蜗杆传动。所以17用三个轴承来支撑，设计轴的结构图如下同上，该轴无须进行强度计算，只须蜗杆部分满足传动要求，而此项计算已在设计蜗杆时校核过。43轴承强度的校核根据根据条件，轴承预计寿命16365848720小时；计算输入轴承（1）已知N4582R/MIN两轴承径向反力FR1FR25002N；初先两轴承为角接触球轴承7206AC型。根据课本P265（1112）得轴承内部轴向力FS063FR则FS1FS2063FR13151N；2FS1FAFS2；FA0故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端FA1FS13151NFA2FS23151N；4计算当量载荷P1、P2根据课本P263表（119）取FP15根据课本P262（116）式得P1FPX1FR1Y1FA1151500207503NP2FPX2FR1Y2FA2151500207503NP1P2故取P7503N；角接触球轴承3；18结论本次毕业设计的题目是滚齿机传动机构的设计与运动仿真，直到今天，毕业设计总算接近尾声了，通过这次对于滚齿机传动机构的设计与运动仿真的设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是滚齿机传动机构的设计与运动仿真，通过初期的方案的制定，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。在本次设计中，设计过程是十分重要的一个环节。在前期的设计中，都是19靠查找相关设计资料来进行的，需要进过理论的分析和考察来确定整个系统的设计，以及各个部分的结构是不是正确。在不断的设计修改过程中发现设计中的问题呵不足，然后针对的逐渐进行改进，从而才能得到现在的完整设计。特别是传动机构的设计中，如果直接进行传动机构的设计和制作的话，对设计的要求十分高，要保证一次行成功。这几乎是不可能的。所以需要经过大量的计算和绘图来确定方案的可靠与否。经过最后的检测，可以证明本次设计是可靠正确的。参考文献1徐灏等机械设计手册第2、3册M第二版）北京机械工业出版社，202003981002程悦荪滚齿机传动机构的设计与运动仿真M北京中国农业出版社，198167693周纪良传动系统的设计M北京机械工业出版社，19911021054吉林工业大学教研室编滚齿机传动机构的设计M北京中国农业出版社，19822092115成大先主编机械设计手册减速器电机与电器M北京化学工业出版社，19