插齿机设计说明书

1、 a中文摘要插齿机是一种金属切削机床是使用插齿刀按照展成法加工内外直齿和斜齿圆柱齿轮以及其它齿形件的齿轮加工机床插齿机用来加工内外啮合圆柱齿轮的轮齿齿面尤其适合加工内齿轮和多联齿轮中的小齿轮这是滚齿机无法加工的它综合了精密机械制造电机拖动数字控制等多门学科针对它在机械设计中遇到的确定尺寸参数合理布局降低成本实用耐用等问题本设计进行了针对性的思考与改造论文就课题的来源提出做了详细描述基于需加工零件的工艺范围机床的精度机床改造经济性等因素而提出了较合理的方案详细论述了机械改造部分设计与计算包括部件的选择各零件的选择设计计算和校核改造后的插齿机与原来的相比提高了加工精度及加工效率更好地保证了零件加工

2、的一致性和产品质量减轻了劳动强度有效提高了插齿机的生产效率和切割质量AbstractThe Pinion gear machine is a kind of metal cutting tools is to use the knife pinion gear according to recent exhibition processing inside and outside straight tooth and helical gear tooth shape and other pieces of the gear processing machine tools The Pinion

3、 gear machine used for processing inside and outside cylindrical gears mesh of gear tooth surface especially suitable for processing in the gears and split the pinion gear this is not the gear hobbing process It synthesizes many disciplines such as precision machinery manufacturing electric motor dr

4、ive digital control and so on For it in the mechanical encountered in the design of size parameters determined rational layout reduce cost practical durable such issues the design thinking and transformation of the targetedPapers on the source and propose is gave a detailed description then it puts

5、forward a more reasonable scheme on the basis of the processing of components required the precision of machine toolsthe economic factors of Machine transformation and discusses in detail the designing and calculation of the mechanical transformation including the choice of components the selection

6、designing calculation and verification of the components After transformation gantry Pinion gear machine is used for processing plate cutting and compared with the original machine it improves the machining precision and efficiency and better guarantees consistency and the quality of their products

7、and reduces the labor intensitywhats more The mechanism improved production efficiency and cutting quality引言11课题的来源与提出 本课题来源于某企业由山东理工大学导师给予导师希望通过毕业设计学生能够利用所学的知识巩固学生的机械制造工艺学机床夹具金属切削机床液压传动及控制机床电气控制数控技术等专业知识提高学生的工作能力希望能够做出来简单的机电一体化机械的设计12课题研究的目的意义近些年来国内外机床工业及其相关技术的发展十分迅速以计算机数控CNC为特征的现代化机床在生产中广泛应用在现代机械制

8、造工业中加工机器零件的方法有很多种如铸造锻造焊接切削加工和各种特种加工等但切削加工是将金属毛胚加工成具有一定形状尺寸和表面质量的零件的主要加工方法在加工精密零件时目前主要是靠切削加工来达到所需要的加工精度和表面质量所以金属切削机床是完成加工零件的主要设备它的工作量能够约占机器的总制造工作量的45-65机床的加工工艺技术和精度直接影响到机械制造行业中的产品的质量保证和劳动生产率保证 我国的机床工业的发展是在新中国成立后开始发展起来的新中国成立后的50十多年来经过改革开放的努力我国机床工业在众多学者的帮助下吸收外国的先进技术前提下获得了迅速的发展目前我国的机床工业布局还是很合理还是很完整的机床工业

9、体系我国自从对外贸易开放以来以来很多企业从国外引进先进设备和生产线进行改造在借鉴引进技术的基础上发挥主管能动性形成自己的风格这些项目中大部分项目对我国的经济建设有着相当重要的作用我国的机床工业已经取得了巨大的成就但与世界先进水平相比还相差很大一段距离在技术水平和性能方面差距差距也很明显国内的产品质量与可靠性也不够稳定机床理论和应用技术研究明显落后人员技术素质还跟不上机床飞速发展的需要因此我们机床工业面临着光荣而艰巨的任务作为当代的大学生我们是祖国未来的花朵我们身上肩负着祖国的重任我们必须发奋图强努力工作不断的壮大我们的队伍和提高人员的工作能力学习国外的先进科学技术转换为自己所有以便我们能早日赶

10、上世界先进水平 齿轮是最常用的传动件在现代各种工业部门得到广泛的应用在科学技术不断发展的现代社会对齿轮的精度要求也越来越高齿轮的需求量也日益增加这就要求机床制造业生产出高精度高效率和高自动化程度的齿轮加工设备以满足生产发展的需要 插齿机是用来加工内外啮合圆柱齿轮的轮齿齿面尤其适合于加工内齿轮和多联齿轮中的小齿轮这是滚齿机无法加工的插齿机广泛应用于机床制造 造船 压力容器 工程机械 矿山机械 电力 桥梁建筑 钢结构等行业中的齿轮制造具有很高的效率和切割精度而且它的操作方便极大地改善劳动强度和劳动环境 广泛适用于各大 中型企业的齿轮加工 本课题做的是500mm插齿机传动链属于历史插齿机传动链本课题

11、借鉴吸收了YM5150A插齿机的一些技术和结构性能力求做到本结构的简单合理性能稳定13齿轮加工机床的发展现状及其趋势131齿轮加工的方法 制造齿轮的方法有很多种虽然可以热轧铸造或者冲压但目前这些方法的加工精度还不够高精密齿轮现在仍主要靠切削法按照齿形的原理分类切削齿轮的方法可分为两大类成形法和展成法成形法加工齿轮有一个缺点-那就是精度低成形法采用单分齿法就是指加工完一个齿后退回工件用余量分配盘进行分度再加工下一齿因此生产率不高但是这种加工方法简单不需要专用的机床所以适用于单间小批量生产和加工精度要求不高的修配行业中现在圆柱齿轮和圆锥齿轮蜗轮以及应用很少的非圆形齿轮的齿面加工已经成为现代工业生产

12、中的一个重要的工序齿轮加工工艺已经广泛应用于国民经济的许多领域 最近几年我国的机械工业飞速发展我们已经引进很多国外的先进技术我国切割技术开发了很多新的工艺甚至也利用了新能源切割技术的发展早已实现了半自动化和自动化使得切割技术可以代替许多机械加工大大节省了劳动力提高了生产率还可以提高金属材料的利用率 插齿机加工齿轮的方法是展成法展成法加工齿轮只要是相同模数的齿轮不管齿数有多少都能加工而且只用一把刀具生产率和加工精度都比较高可以将齿查到近轴肩处在齿轮加工中展成法应用最广泛加工方法是刨削法和插削法本论文介绍的插齿机传动链是在早期齿轮加工机床传动链的基础上结合近年来齿轮加工机床高速发展的技术特点特别是

13、YM5150A插齿机传动链的特点所设计出的一种插齿机传动链132插齿机的现状 国外的先进国家中齿轮越来越小转速越来越高现在已经开始研发特殊齿轮还有安装齿轮的装置已经越来越先进震动减小了噪声也减小了通过提高渐开线齿轮的承载力可以使齿轮装置变得越来越小这些国家采用硬齿面技术通过提高硬度减小了装置的尺寸值也可以用特殊齿形例如圆弧齿轮现在船舶动力已采用中速柴油机在许多大型船上采用大功率行星齿轮装置有很高的效率在大型机械的大型传动装置中都采用行星齿轮精度等级与生产效率的提高很大程度上促进了齿轮制造工艺的发展从1960年到现在齿轮的制造精度已经提高了2级左右最高的达到了 3级低速齿轮的精度过去是7级现在达

14、到了9级机床传动系统中的齿轮以前是5级现在提高到6级 由于高性能滚齿机的出现和刀具的发展大大提高了小模数中小规格齿轮的滚齿效率如果用多头的滚齿刀能够提高窃谑速度到100ms假如采用超硬的滚齿刀加工模数3的调质钢齿轮切削速度甚至可以达到度可达200ms由于受到插齿机刀具往复运动机构的限制降低了插齿机的效率近年来使用了静压轴承刀架和立柱等新结构刚性得到提高后提高了插齿机的插翅效率新型插齿机呢冲程数已经达到了2000多次min 齿轮用钢的发展趋势一用含NiCr的低合金钢加工齿轮二是硼钢三碳氮共渗用钢四易切削的钢我国呢很少见到NiCr所以用20CrMnTi渗碳钢和含硼加稀土的钢代替大型机械就会用18C

15、rMnNiMo渗碳钢和中碳合金钢在机床这一行还是用40Cr38CrMoAl等钢速度高的齿轮用氮化了的25Cr2MoV钢插齿机分立式和卧式两种，前者使用最普遍立式插齿机又有刀具让刀和工件让刀两种形式高速和大型插齿机用刀具让刀，中小型插齿机一般用工件让刀在立式插齿机上，插齿刀装在刀具主轴上，同时作旋转运动和上下往复插削运动；工件装在工作台上，作旋转运动，工作台 或刀架 可横向移动实现径向切入运动刀具回程时，刀架向后稍作摆动实现让刀运动 图1 立式插齿机 刀具让刀 ，或工作台作让刀运动加工斜齿轮时，通过装在主轴上的附件 螺旋导轨 使插齿刀随上下运动而作相应的附加转动20世纪60年代出现高速插齿机，其

16、主要特点是采用硬质合金插齿刀，刀具主轴的冲程数高达2000次分；采用静压轴承 见液体静压轴承 和静压滑块；由刀架摆动让刀，以减少冲击卧式插齿机具有两个独立的刀具主轴，水平布置作交错往复运动，主要用来加工无空刀槽人字齿轮和各种轴齿轮等此外，还有使用梳齿刀的插齿机，工作时梳齿刀作往复切削运动和让刀运动，工件作相应的转动，并在平行于梳齿刀节线方向上作直线运动，两者构成展成运动 见齿轮加工 ，工件的分齿是间歇的133各种类型的齿轮加工机床的特点及其应用情况1插齿机 插齿机由于它的传动系统的特殊性加工内外啮合的直尺圆柱齿轮会比较方便而且精度高对于双联多联齿轮加工更为方便如果在插齿机的机床上装用一些特殊的

17、专用装置以后它也可以加工斜齿圆柱齿轮和齿条等特殊的齿轮这是目前较为普及的一种齿轮加工机器2滚齿机滚齿机 gear hobbing machine 是齿轮加工机床中应用最广泛的一种机床在滚齿机上可切削直齿斜齿圆柱齿轮还可加工蜗轮链轮等滚齿机的加工方法是展成法它可以加工直齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮人字齿圆柱齿轮和蜗轮的齿轮加工机床当使用特制的滚刀时它也可以用来加工花键链轮等许多具有特殊形状齿的工件普通滚齿机的加工精度为76级 JB179-83 高精度滚齿机为43级它的最大加工直径为150m特点1适用于成批小批及单件生产圆柱斜齿轮和蜗轮尚可滚切一定 参数范围的花健轴 2调整方便具有自动停车机构 3具有可

18、靠的安全装置以及自动润滑滚齿机 gear hobbing machine 是齿轮加工机床中应用最广泛的一种机床在滚齿机上可切削直齿斜齿圆柱齿轮还可加工蜗轮链轮等在汽车拖拉机机床工程机械矿山机械冶金机械石油仪表飞机航天器等各种机械制造业中都有插齿机的身影 齿轮加工机床顾名思义是加工齿轮的机床包括圆柱齿轮圆锥齿轮和有齿的工件由于加工方法有很多种从而机床也有很多种有加工几毫米直径的齿轮的小型机床也有加工十几米直径的齿轮的大型机床还有批量生产的用高效机床加工精密齿轮的高精度的机床3磨齿机 磨齿机常用来对淬硬的齿轮进行齿廓的精加工但也有直接在齿坏上磨出轮齿的由于磨齿能纠正齿轮预加工的各项误差因而加工精度

19、较高磨齿后精度一般可以达到8级以上磨齿机通常分为成型砂轮法磨齿和展成法磨齿两大类成形发磨齿机应用的较少多说类型的磨齿机均以展成法磨齿按成形法加工的成形砂轮磨齿机的砂轮由成形砂轮修整器在轴向剖面内修成齿形砂轮架可作垂直方向进给可修整成与工件齿间的齿廓形状相同因此这种磨齿机的工作精度相当高的但是这种磨齿机通常用来磨削大模数齿轮此机床的运动比较简单用展成法原理工作的磨齿机根据工作方法的不同可分为连续磨削和单齿分度两大类连续磨削型磨齿机称为蜗杆砂轮型磨齿机它的工作原理和加工过程与滚齿机相似这种磨齿机由于砂轮转速很高因此砂轮与工件间的展成传动链各传动件的转速也很高采用机械方式传动则要求传动元件必须有很高

20、的精度因此目前采用两个同步电动机分别传动砂轮和工件不但简化了传动链也提高了传动精度因为这种机床连续磨削在各类磨齿机中它的生产率最高这种机床的缺点是砂轮修整成蜗杆较困难且不易得到很高的精度单齿分度磨齿机根据砂轮的形状又可以分为蝶形砂轮型大平面砂轮型和锥形砂轮型三种它们的基本工作原理相同都是利用齿条和齿轮的啮合原理来磨削齿轮的4锥齿轮加工机床 有两种方法可以加工圆锥齿轮成形法和展成法我们把利用单片铣刀或者指状铣刀在卧式铣床上加工圆锥齿轮的方法称为成形法锥齿轮的基圆直径是变化的沿着齿线不断变小从而法向齿形沿着齿线方向的不同位置是不同的刀具形状是固定的从而导致加工齿形的精度变低粗加工或精度要求要求高的

21、场合成形法不实用展成法广泛应用于锥齿轮加工机床中这种方法可以看作一对啮合的锥齿轮其中一个齿轮当作成平面齿轮14总结概述 从各种齿轮加工机床的应用情况来看国内生产的齿轮加工机床的技术水平整体性能等整体水平都逐渐与世界上先进水平之间的距离越来越小已经逐步满足的国内用户的需求甚至部分先进水平的齿轮加工机床已经开始向国外进行出口从而进一步提高了市场的竞争力度国内的一些齿轮加工机床在许多方面已经形成了自身独有的特点实现了自动化多功能和高可靠性在某些方面产品的技术性能甚至已经超过了国外的技术水平达到了世界上一流的水准 从发展趋势上来看齿轮加工机床的市场上插齿机将保持起独有的基本市场数控齿轮加工机床市场将会

22、在一定程度上增加而数控滚齿机数控插齿机数控磨齿机数控锥齿轮加工机床将会成为齿轮加工市场的主要力量整个齿轮加工机床市场将会不断的扩大提高齿轮加工机床操作系统的易用性提高齿轮加工机床的生产效率和产品质量降低生产使用成本提高齿轮加工机床的整机自动化水平及系统稳定性成为其技术发展的方向机械部分的整体结构设计一插齿机的传动原理图插齿机的加工原理类似一对啮合的圆柱直齿轮一个是齿坯另一个是插齿刀端面具有切削刃的齿轮形刀具按照展成法加工插齿原理及插齿机传动原理图即下图所示插齿刀的沿齿坯齿向的往复运动A2为主运动由偏心轮的曲柄驱动通过调整曲柄偏心距改变插齿刀的插齿行程插齿刀往复运动A2为间接动力源驱动插齿刀旋转

23、运动B11的传动链为圆周进给链圆周进给量为A2插齿刀的旋转运动B11为间接动力源驱动齿坯旋转的传动链为展成运动链展成运动链为内联系传动链其传动联系为式中插齿刀齿坯的齿数二插齿机传动系统本课题所设计的插齿机是在Y5150A基础上通过提高关键零部件的制造精度而成的主要用于加工内外齿的直齿圆柱齿轮多联齿轮轴齿轮传动系统如图所示1 插齿机主运动链本课题设计的插齿机主电动机为Y112M-4额定功率额定转速运动经同步带传递到离合器YL1经主运动链变速机构至曲柄盘带动插齿刀轴向运动由粗加工变为精加工时离合器YL1使插齿刀轴向运动速度自动提高倍主运动链传动路线为插齿刀每分钟的上下往复次数即冲程数为大径向进给量

24、粗加工时离合器YL1的传动比插齿刀每分钟的冲程数列为小径向进给量精加工时离合器YL1的传动比插齿刀每分钟的冲程数列为即主运动链的变速机构共有两个变速组形成六级插齿刀的轴向往复运动等比数列2 插齿机的圆周进给链 圆周进给链为外联系传动链间接动力源是插齿刀的轴向往复运动经圆周进给传动链变速组链传动交换挂轮EF等至蜗杆蜗轮副传动比蜗杆驱动蜗轮转动实现插齿刀圆周进给圆周进给传动链变速组可使插齿刀双向转动圆周进给链传动路线为曲柄盘每转一圈驱动插齿刀轴向往复一次因而可认为曲柄盘为圆周进给链的间接动力源则圆周进给量为式中 插齿刀双冲程当插齿刀的分度圆直径为时圆周进给量为YM5150A插齿机的圆周进给量为用于

25、粗加工用于精加工粗精加工圆周进给量转换由液压摩擦离合器YL2自动控制圆周进给量缩小倍3本课题设计的插齿机的展成运动链插齿机展成运动链的间接动力源是插齿刀末端件是齿坯两端件的传动联系为插齿刀 齿坯本课题设计的插齿机展成运动链的传动路线为本课题设计的插齿机展成运动链变速机构的传动比为4本课题设计的插齿机的快速展成运动链本课题设计的插齿机的快速展成运动链的动力源为M3电动机型号为Y90S-4额定功率额定转速快速展成运动时YL2YL4离合器处于分离状态本课题设计的插齿机的快速展成运动链的传动路线为齿坯转速为插齿刀转速为5本课题所设计的插齿机的径向进给运动链插齿机的径向进给传动链是外联系传动链传动链的动

26、力源为M2电动机型号Y802-4额定功率额定转速运动经两级蜗杆蜗轮副减速后驱动径向进给凸轮慢速旋转径向进给凸轮推动丝杠带动固定于工作台下方的螺母使工作台沿水平方向移动径向进给凸轮由阿基米德螺线组成每隔升程径向进给凸轮每转的总升程为本课题设计的插齿机加工齿轮模数为全齿高为则径向进给齿轮凸轮最多旋转就加工一个齿轮传动路线为径向进给速度为根据机械工程手册推荐的插削用量机械工程手册第二版机械制造工艺及设备二P2-308径向进给量为本课题设计的插齿机的径向进给量为径向进给也可采用步进式每次进给终止齿坯转一圈后再进行第二次径向进给本课题设计的插齿机有径向进给余量分配盘在径向进给余量分配盘上固定行程挡铁在起

27、始位置设置原位一次进给二次进给等行程开关在起始位置原位行程开关动作由于径向进给余量分配盘与径向进给凸轮同步转动每转径向进给当一次进给行程挡铁压下一次进给行程开关时电动机M2断电径向进给停止齿坯转一圈后电动机M2再次通电第二次进给开始最后进给终了且齿坯转一圈后电动机M2通电双向摩擦离合器YL3换向接通齿数为2142齿的齿轮副径向进给凸轮快速反转其转速为当原位行程挡铁压下原位行程开关时电动机M2断电双向摩擦离合器YL3分离然后工作台快速退回本课题设计的插齿机能任意预选和分配切入深度以及实现1-9次自动进给工作循环工作循环由可编程控制器控制6本课题设计的插齿机工作台的快速移动链和手动径向进给链为节省

28、辅助时间减轻劳动强度提高加工效率插齿机应有工作台快速移动功能为使径向进给量精确插齿前工作台应能微量调整本课题设计的插齿机插齿机工作台快速移动由缸体固定在工作台下方的液压油缸M4驱动活塞杆前端为螺纹孔而径向进给凸轮推杆的端部为外螺纹二者构成螺纹副液压油缸上设有导向装置使活塞杆只能轴向移动而不能转动液压油缸的有杆腔进油时由于凸轮推杆始终与凸轮接触活塞杆与凸轮推杆的长度不变液压油缸缸体带动工作台快速靠近齿坯工作台前下方的的支架与活塞杆前端相对滑移液压油缸的无杆腔进油时工作台快速退回本课题设计的插齿机工作台的最大移动行程为本课题设计的插齿机的工作台一侧设置有手柄轴转动手柄轴时运动经锥齿轮副至圆柱齿轮副

29、从动齿轮轴向固定于工作台的支架中可绕支架孔轴线转动传递到凸轮推杆的螺杆上螺杆上设置有导向键槽齿轮中心孔直径与凸轮推杆的螺纹大径相等且设置有传动键这样齿轮可驱动凸轮推杆转动齿轮可相对于凸轮推杆移动当转动手柄轴时圆柱齿轮驱动凸轮推杆转动凸轮推杆端部的螺纹副的配合长度改变进而改变活塞杆与凸轮推杆的总长度在液压油进出油口封闭液压油缸换向阀滑阀机能为M型油泵卸载两油腔封闭时工作台微量移动即活塞杆端部内螺纹带动工作台微量移动此时工作台也带动圆柱齿轮副在凸轮推杆上微量移动手柄旋转一圈工作台的移动距离为式中 凸轮推杆螺纹导程为便于工作台靠近齿坯插齿主运动链中也设有手动机构在此不再赘述7 让刀运动曲柄轴的旋转运

30、动经齿形带传递到让刀凸轮轴使让刀凸轮轴与曲柄轴同步旋转在插齿刀位于向上的冲程时让刀凸轮推压滚轮推动让刀轴压缩弹簧上下移动经连杆使插齿刀轴摆动实现让刀运动如本课题设计的插齿机刀架结构简图所示插齿机中最复杂的部件是插齿机刀架插齿刀的往复冲程运动展成运动以及让刀运动是靠它实现的曲柄盘传动轴带动曲柄盘转动曲柄经球头拉杆机构带动插齿刀轴沿蜗轮中的滑动导轨往复冲程运动调节曲柄至曲柄盘轴心线的距离可改变往复冲程的大小调节球头上端螺杆可调节往复冲程的位置精度较高的蜗杆蜗轮副带动插齿刀轴转动实现展成运动曲柄盘传动轴驱动插齿刀往复冲程的同时将旋转运动经同步齿形带传递到让刀凸轮上让刀凸轮又将运动传递到滚轮上当插齿刀

31、为工作冲程时让刀凸轮旋转让刀凸轮对应的半圆上为凸轮升程让刀凸轮推压滚轮使让刀轴下移让刀轴经连杆推动插齿刀轴靠紧齿坯插齿刀为返回冲程时让刀凸轮同样旋转此时让刀凸轮对应的半圆上为凸轮回程这样让刀轴下方的压缩弹簧推动让刀轴上移让刀轴经连杆拉动蜗杆蜗轮副及插齿刀轴离开齿坯实现让刀当插削内齿轮时让刀运动方向与铣削外圆柱齿轮相反应将曲柄滑块向曲柄盘的反方向调节使插齿刀为工作冲程时让刀轴上移8本课题设计的插齿机工作台工作台是展成运动的末端件也是径向进给运动及快速运动的末端件在插削过程中承受断续的冲击负荷如本课题设计的插齿机工作台结构示意图所示工作台的轴向支承为环形滑动导轨径向承载轴承为锥度为的滑动轴承内锥孔

32、滑动轴承与工作台转轴的径向间隙靠修磨环形道轨面调节蜗杆蜗轮副实现工作台的展成运动500mm插齿机主要传动元件的选择与计算31电机的选择与校核电机的选择原则考虑电动机的主要性能启动过载及调速等额定功率的大小额定转速及结构形式等方面要满足生产机械的要求结构简单运行可靠维护方便又价格合理插齿机所需要的工作场合的环境中考虑必要的保护方式选择电动机的结构形式电动机的电压等级和类型根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求而定电动机的额定转速我们根据机械的最高转速电力传动调速系统过渡过程性能的要求以及减速机构的复杂程度而确定不仅仅如此我们还要考虑到能源的节约考虑运行可靠性考虑设备供货情况考虑备品备件的通用性

33、考虑装修的难易程度产品的价格建造的费用运行和维修费用前后期电动机功率变化关系等各种因素根据机械设备的负载性质选择电动机类型一般调速要求不高的生产机械应优先选用交流电动机负载平稳长期稳定工作的设备应采用一般笼型三相异步电动机 额定电压的选择电动机额定电压一般选择与供电电压一致普通工厂的供电电压为380V或220V因此中小型交流电动机的额定电压大部都是380V或220V本课题插齿机选择380v的供电电压 电动机容量的选择 电动机所需要的工作功率Pd kWPW kW因此Pd kW由电动机至输送链的传动总效率为a 1 233式中123分别为带传动闭式圆柱齿轮传动联轴器的传动效率式中1 0982 097

34、53 096则a 09809753096 087所以pd Fv1000087 381Kw确定电动机转速本课题设计的插齿机所规定的插齿刀冲程为80-520次每分钟主运动链传动路线为电动机100300从而确定电动机转速为1440rmin本课题设计的插齿机为连续工作制根据相关手册查出符合要求的电动机型号为Y112M-4额定功率为4kw额定转速为1440rmin32同步带的传动设计在两个或多个带轮之间用带进行传动而带作为挠性拉拽工件作用这就是带传动工作时带与零件之间靠摩擦或啮合来传递转速或动力工作面有齿的是同步带戴伦的轮缘表面也制有相应的齿槽同步带传动和齿轮传动一样具有一样的传动比同步带承载层是钢丝绳

35、或玻璃纤维绳基底是氯丁橡胶或聚氨酯由于又薄又轻故这种带可用于较高速度转速和传动比可达到50多ms和10而且效率很高可达98同步带用的越来越多了他也是有缺点的他的缺点是安装很难中心距要求较严格以下是同步带的设计过程计算项目 设计公式计算功率Pc Pc KaP 15 4KW 6 KW选择带型和节距 查手册得选择重型带H型节距p为12700mm小带轮齿数Z1 Z1Zmin 18取值为52大带轮齿数Z2 Z2 iZ1 320 80取值为156带轮节圆直径 D1 Z1Pc314 526314 100mm D2 Z2Pc314 1566314 300mm带速V V 314D1n1601000 所以VV 4

36、0ms初定中心距 07D1D2 a 2D1D2即280 a 800 暂选a为500mm带长及齿数 L 31 4D1D22 D1D222acos 2 D2-D1 a 04因此L 1648mm标准节线长度Lp 4445mm齿数为200实际中心距a 由公式得a 5515mm小齿轮啮合齿数Zm Zm Z12-PZ1Z2-Z120a 1875圆整后为18基本额定功率Po Po Fa-qv2v1000 445KW带宽b 由公式得b 73mm轴上载荷Fq Fq 1000Pcv 800N 33齿轮传动齿轮传动的应用范围很广传动功率很高和其他机械传动比较齿轮传动的主要优点是瞬时的传动比为常数使用寿命长且十分可靠

37、传动效率高结构紧凑功率和速度适用范围很广等缺点是制造齿轮的设备成本较高不高精度的噪声震动较高轴之间距离大的传动不适合由于本课题设计的插齿机的运动是由两个直线方向上的运动和转动构成而且齿轮传动精度较高配合准确传递动力不大故采用齿轮齿条想啮合的方式传动同时齿轮齿条传动平稳瞬时传动比不变冲击震动和噪音都较小承载能力较高在尺寸小重量轻的前提下轮齿的强度高耐磨性好 齿轮传动的时间很长后会导致齿轮齿面的损伤甚至齿的折断齿面损伤也有很多种齿面接触疲劳磨损即点蚀齿面胶合齿面磨粒磨损和塑性流动等封闭起来传动的齿轮时间长了会有接触疲劳磨损疲劳折断和胶合对齿轮要进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的计算暴露在外面传动的齿

38、轮时间长了会失效形式是弯曲疲劳折断和磨粒磨损进行弯曲疲劳强度的计算考虑磨粒磨损的影响要适当加大模数普通灰铸铁的铸造性能和切削性能好价廉抗点蚀和抗胶合能力强但弯曲强度低冲击韧性差常用于低速无冲击和大尺寸的场合铸铁中的石墨有自润滑作用尤其适用于开始传动铸铁性脆为避免载荷集中引起齿端折断齿宽宜较窄常用牌号为HT200HT350此处的齿轮齿条以及减速器中的齿轮采用45钢经过调质处理以下是曲柄轴上外啮合齿轮的校核计算项目 计算内容 计算结果齿面接触疲劳强度计算初步计算转矩T1 T1 9551000000Pn1 T1 73462Nmm 95510000004520齿宽系数 d 由手册可取 d 10 d 1

39、0接触疲劳 由手册可得 hlim1 710MPa极限hlim hlim2 580MPa初步计算的许用 h1 09hlim1 h1 639MPa接触应力h 09710 h2 09hlim2 h2 522MPaAd值 由手册可得Ad 85初步计算的 由公示可得 小齿轮直径d1 d160mm 取d1 86mm初步齿宽b b d d1 180 b 86mm校核计算圆周速度 v v 314d1n160000 v 234ms精度等级 由手册可得 选8级精度齿数z和模数m 初选齿数z1 43 z2 47 m d1z1 8643 取m为2 则z1 d1m 862 取z1 43 z2 43 z2 43使用系数K

40、a 由手册可得 Ka 15 动载系数Kv 由手册可得 Kv 12齿间载荷分配系数Kha 先求Ft 2T1d1 27346286 17084N KaFtb 151708486 298Nmm 100Nmm a 188-32 1z11z2 cos 039 Z 11 由此可得Kha 0826 Kha 0826 齿向载荷分布系数Kh 由手册可得 Kh 138载荷系数K K KaKvKhaKh K 205弹性系数Ze 由手册可得 Ze 1898MPa节点区域系数Zh 由手册可得 Zh 25接触最小安全系数Shmin 由手册可得 Shmin 105总工作时间Th Th 10300802 Th 4800h应力

41、循环次数Nl 由手册可得 Nl1 579107 Nl2 193107 接触寿命系数Zn 由手册可得 Zn1 118 Zn2 125许用接触应力h h1 710118105 h1 798MPa h2 580125105 h2 690MPa 验算 由公式可得 h 328MPah2 计算结果表明接触疲劳强度较 为合适齿轮尺寸无序调整确定传动主要尺寸 实际分度圆直径D 因模数取标准值时齿数已重新确定 但并未圆整故分度圆直径不会改变即 d1 mz1 243 86mm d1 86mm d2 mz2 247 94mm d2 94mm中心距a a mZ1Z2 24347 180mm a 180mm齿宽b b

42、d d1 186 取b1 86mm b2 94mm齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数Y Y 025075a Y 2173齿间载荷分配系数Kfa 由手册可得 Kfa 046齿向载荷分布系数Kf bh 86 2225 191 由手册可得 Kf 138载荷系数K K KaKvKfaKf K 114齿形系数Yf 由手册可得 Yfa1 246 Yfa2 219应力修正系数Ysa 由手册可得 Ysa1 165 Ysa2 18弯曲疲劳极限flim 由手册可得 flim1 600MPa flim2 450MPa弯曲最小安全系数Sflim 由手册可得 Sflim 125应力循环次数Nl 估计310 6Nl 10 1

43、0则指数 m 4991 NLl Nv NL1 57610 7 原估计应力循环次数正确 NL2 NL1i NL2 63010 7弯曲寿命系数Yn 由手册可得 Yn1 095 Yn2 097尺寸系数Yx 由手册可得 Yx 10许用弯曲应力f f1 6000951125 f1 456MPa f2 4500971125 f2 349MPa验算 f1 2KT1Yfa1Ysa1Y 180MPa f1 f2 f1Yfa2Ysa2 Yfa1Ysa1 175MPa f2 传动无严重过载故不作静强度校核34轴的选用与校核 轴的材料主要采用碳素钢和合金钢碳素钢比合金钢价廉对应力集中的敏感性小所以应用较为广泛常用的碳

44、素钢有3050钢最常用的为45钢为保证其力学性能应进行调质或正火处理此处轴的材料为45钢进行调质处理在一般情况下轴的工作能力约定于它的强度和刚度对于机床主轴后者尤为重要高速转轴则还决定于它的震动稳定性在设计轴时除应按工作能力准则进行设计计算或校核计算外在结构设计上还须满足其他一系列的要求例如1多数轴上零件不允许在轴上作轴向移动需要轴向固定的方法使它们在轴上有确定的位置2为传递转矩轴上零件还应作周向固定3 对轴与其他零件间有相对滑动的表面应有耐磨性的要求4轴的加工热处理装配检验维修等都应有良好的工艺性5对重型轴还须考虑毛坯制造探伤起重等问题轴的强度校核主要有三种方法许用切应力计算许用弯曲应力计算

45、安全系数校核计算此处用安全系数计算法来校核轴a 轴结构图b 垂直面受力图d 水平面受力图e 垂直面弯矩图f 水平面弯矩图g h i当量弯矩图Nmm校核过程计算项目 计算内容 计算结果判断危险截面 初步分析 四个 截面有较大的应力和应力集中下 面校核截面进行安全系数校核对称循环疲劳极限 轴材料选用45钢调质b 650MPa s 360MPa由手册可求得疲劳极限 -1b 044b 044650 -1b 286MPa -1 030b 030650 -1 312MPa脉动循环疲劳极限 ob 17-1b 17286 ob 486MPa o 16 -1 16195 o 312MPa等效系数 2286-48

46、6486 018 2195-312312 025 截面上的应力弯矩截面 Mi 80036 Mi 28800Nmm弯曲应力幅 a MiW 288000140 3 a 45MPa弯曲平均应力 m 0 m 0 扭曲切应力 TWt 4800000240 3 375MPa扭转切应力幅 a m 2 a m 1875MPa和平均切应力应力集中系数有效应力集中系数 因在此截面处有轴直径变化 过渡圆角半径r 2mm由 Dd 5040 125rd 240 005 和b 650MPa由手册可知K 177K 131 如果一个截面上有多种产生应力 集中的结构则分别求出有效应 力集中系数从中取最大值表面状态系数 由手册可

47、得 092Ra 32m b 650MPa尺寸系数 由手册查得 088 081 按靠近应力集中处的最小直径35查得 安全系数弯曲安全系数 设为无限寿命Kn 1由公式得 S 638扭曲安全系数 S 1962复合安全系数 S 607 15s结论根据校核截面足够安全其他截面尚需作进一步的分析与校核此外安全系数较大时对轴作全面分析后应考虑有无可能减小直径对于重要的轴所有可能出现危险的截面都应校核轴上有过盈配合零件的还应考虑过盈配合对应力集中的影响不能忽略35滚动轴承滚动轴承的内外圈和滚动体用强度高耐磨性好的铬锰高碳钢制造淬火后硬度应不低于61HRC-65HRC工作表面要求磨削抛光保持架选用较软材料制造常

48、用低碳钢板冲压后铆接或焊接而成实体保持架则选用铜合金铝合金酚醛层压布板或工程塑料等材料优点1在一般工作条件下摩擦阻力矩大体和液体动力润滑轴承相当比混合润滑轴承要小很多倍效率比液体动力润滑轴承略低但较混合润滑轴承要高一些采用滚动轴承的机器起动力矩小有利于在负载下起动2径向游隙比较小向心角接触轴承可用预紧方法消除游隙运转精度高3对于同尺寸的轴颈滚动轴承的宽度比滑动轴承小可使机器的轴向结构紧凑4大多数滚动轴承能同时受径向和轴向载荷故轴承组合结构较简单5消耗润滑剂少便于密封易于维护6不需要用有色金属7标准化程度高成批生产成本较低缺点1承受冲击载荷能力较差2高速重载荷下轴承寿命较低3震动及噪声较大4径向尺寸比滑动轴承大5不能制成剖分式插齿机中起承重作用的轴承只有两个而且其承受力的方向只存在于径向且轴承运转速度不高冲击较小故采用