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A C 980he a C (C We to of it to to U to to by a of In an I. it in of a C of to be at a to a 2 2 0 000 r/a 6 2 N.m 000 r/WM of a in WM a to it is to of to to to a of to of to of In an is 11. Y of of is of of is of we 1995 of in is by a of is 00 V of 2 of to be 00 A at a a of of a of of of to a of is 0 pH at l it is to of .5 pH 5 WM is is we a WM to In to of l(a) is of Z C 00 V. u, Ev w of on of , V, W. l(b) by eV ew eg of 5 2(a) is an of of 00 As 2(a), is by 2(b) by of WM of of at in of of by is a in C to be in to I a of LL a 92 U E v W V b) 1. V, , V, I, I, I, n 3 E s U E V . I, I I . I . I . I . I I 0 1 2 3 (a) 2(b) of 2. of V of to 111. Y he by a is of is it is to of we of LL in LL l 2-4. 3 is of of C of by A is of to of LL so as to By of LL of to A. of of he we a we of of by LL as 4 to of of to 3, so in is a , i) A of ,) is by a CO is so as to of is by of D V/F CO 93 r 1 I . 3. A C 4. of to is a of is to a in is in OM it is D/A OM to is so as to of by , LL is in up to as to 3, a as at at 00 r/at 0 000 r/m 000 r/Of we to In so is by it is to 5 an of 5, As 5, is by is no it is CO is We , by B. LL as is 6. A 94 ) 5. of of ( 500 A f 1 6. of of of LL is to to . of is a of ;, e;), is by i , - ; , = d - ; , + ; , = d (1) * a of of is d = 8; - 8,. we d as of LL of is is to is on LL in as By of we is is 0 000 r/t *- I I I I 0 7. of 8OMs U 1 t To To OMs D/A To 8. of 000 r/7(a) a of 7, it is of C. of by LL is is of is by of of is as 8. As 8, of a is of is by 95 of RMs 8, of 18. of RM is by by OMs in it is to by , of by of is to be to a As of is 00 A of 5 to by a is A. O 1, 3 as 9(a). 10 is of 11 is of , is C of is to of of to WM of 10 A. 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(a) q= -q=w 3d d (b) 100/H, 7 1 (c) 100 % -.*=l;m l+ d I (d) 100 710. of o, of is WM of of LL to of a to of (1) it of is by WM of (2) LL is It (3) is of (a) 50 (a) I 4,1 高速数控齿轮磨床的一种无噪音磨削主轴 密工程 和机械部 , 学 仙台 ,980本 摘要 本文作者为汽车工厂发明了一种高产的 控型 ) 齿轮磨床。 这一数控机器需要在磨削主轴和运转主轴间保持高度同步性。我们必须使用高压驱动电动机和驱动变压器来满足高速磨床的规格。然而 , 由于高压驱动变压器在 冲宽度调节 )频率上会引起很大的电波，并产生强烈噪音，所以很难在主轴之间保持稳定的同步云运转。因此，作者试着使用二相型 试着通过一种电流过滤器来减少电波引起的噪音。本文将描述减少噪音的方法及其实验结果。 1. 介绍 齿轮研磨需要花费极多的磨削时间，而且在齿轮的大批量生产中会阻碍生产效率的提高。因此，作者为汽车工厂发明了一种高产的 正是效率最高的齿轮生产工厂。这种机器需要二大高压 伺服 电动机来驱动磨削主轴和运转主轴。这两种驱动电动机也必须 有高度同步控制且能高速运转。作者使用高压高速 伺服 电动机来驱动主轴。举例来说 , 磨削主轴的驱动电动机有额定的功率22定的输出量扭矩 22最大转速 10000r/转主轴的驱动电动机有额定功率 16定输出量扭矩 82及最大转速 2000r/ 这些驱动电动机由 冲宽度调节 )型变压驱动器带动 ,而这种 于这种强大电波引发了强烈噪音，将影响控制系统，难以实现高度同步控制。因此，作者试着使用二相型 步锁槽 ) 制成无噪音高速同步主轴，并试着通过一种电流过滤器来减少电波。目前已做了大量实验确认无噪音系统的功效。本文将通过实验结果来描述减少噪音、制造高速、高度同步性主轴的方法。 2. 磨削主轴的噪音问题比运转主轴问题严重，因为磨削主轴的额定电压比运转主轴大。因此下面我们主要来探讨磨削主轴的情况。磨削主轴由无刷驱动电动机带动。由于驱动变压器的最大输出电压最高限于 200v，驱动电动机的额定功率是22以磁场线圈的电流在波峰必须超过 200A。由于这个强大电流 , 磁场线圈的金属线直径变大，由于运转 空间的限制，转动次变少。于是磁场线圈的电感仅限于一个非常小的数值。一个阶段的电感测量值约为 10 25上所述， 因为线圈电感极其小，它的电力时间系数非常小。这就意味着我们能很好的控制它。然而，这个极其小的电力时间系数在 个电波就造成了强烈的噪音。强烈噪音给控制系统带来了严重的问题。 为了分析电波，我们进行电动电流的数字摹拟。图 l(一 )是用于模拟的简化同步电动机模型 ,其中线圈电感 圈电阻 直流线电压 服放大器的 u， ， V， 1（ b）展示了 是通过用频率为 25电压而得到的。 图 2（ a）是一个模拟结果的实例，伺服放大器的输出频率为 300图 2（ a）所示，电机电流与大的噪音交迭。图 2（ b）给出了通过比较线圈电流的模拟和标准结果的详细情况。而模拟结果和标准结果完全吻合。因而模拟结果表明了电机电流在 这个模拟非常清楚地表明伺服电机和电压放 大器对线圈感应系数的减小产生了很强的噪音。由于铁心的磁场特性，如此大功率的电机，线圈电感在高的转换频率下急剧减小。由转换而产生的噪音是这种数控磨床的一格非常严重的问题。为了达到高精度同步控制，这也是我们必须克服的问题。 因此，接下来的部分将描述二种不同的方法来克服转换噪音的问题。第 部分将介绍二相型 种方法可以使系统在强的噪音环境下获得高精度和高速同步控制。第 部分将给出使用大功率滤波器来抑制转换噪音的讨论和试验结果。 3. 二相型 这种齿轮磨床需要高度、高速同步控制。通常，我们都使用一种高辨识率、高速的入码器来实现其高度、高速同步控制，因为这种入码器能输出二相正弦电波。然而 ,由于这种二相正弦电波的电压非常小，在上述强烈噪音环境中很难检测出该电压是否不存在噪音问题。这就意味着我们不能够使用传统的高度同步系统。因此，作者在这里的同步系统中采用了二相型 次提出使用二相型 l，它消除噪音的能力已经得到了认证 2-4。 图 3是高速数控齿轮磨床中磨削主轴与运转主轴之间的高速同步系统结 构图。其中，两个驱动主轴都是由二相型 令脉冲发电机产生二个脉冲列，它们的频率比是磨削主轴与运转主轴的速度比。二相型 过使用二相型 速、高度同步控制得以真正实现。二相型 轮转角内导入的输出脉冲被送到驱动变压器。 A. 应用二相型 我们这次用的驱动变压器需要利用一个二相型矩形信号来产生一个与转角同步的三相磁场。然而 ,由于电流感应引起的噪音，我们不能使用传统的比 测仪型内插器。于是 ,作者设计出特殊的内插器，如图 4所示，使用二相型 一内插器的电路主要依照 3所描述的样子来设计的 ,因此一下只对他们进行简短的描述。 输入信号是从入码器获得的一个二相正弦波 (i &,i)。摆动器 (制的电压则产生一个二相正弦波 (0 &,0)的追踪信号。这个 入信号与追踪信号的相差则由相位检查器 (计算。回路滤波器 (移相位检查器的输出结果，输入到 含在 ，并发送到输入电压。 脉冲序列是用一个二进制的计数器来计数，这个计数器的输出又储存到一个。这样二相正弦曲线波以数字量的形式写入到 其被访问时又从这里输出。 D/弦曲线波是受约束的以至于通过控制相位部位 0来追踪输入的二相位正弦曲线信号。这就意味着 锁定状态下，从 V/是译码器的旋转角度。 二相型 常通过输入信号来获得真正的二相正弦曲线波。这就意味着它有卓越的噪音抑制特性和宽范围的输入频率。这种电路也可以当电机改变它的旋转方向时锁定。 高精度的光传感器被用于探测轴的旋转角度。磨削心轴的光学缝隙的数量为1800，工作轴的数量是 9000。我们可以从传感器那里获得二相正弦曲线波。发展的内插器把他们分成 128份，并输出二相矩形脉冲信号。因此分别分解成每份和 最大频率上升到 冲提供给功率放大器也用于监控同步控制。在 3里。一个磁性的具有感应能力的探头被用作旋转传感器。因为感应类型的探头不能 在低速的条件下工作，内插器也不能在转速低于 300r/而，这个新的组合起来的系统却可以在任何低于 10000r/低于 2000r/然，我们也可以使轴反转。 一般说来，以如此的高精度和高频率来监测不可避免的会受到噪音的影响，而且会很难达到稳定的控制。然后新的内插器可以在没有任何误动作的情况下测出回转体的角度。图 5图解了一个实例的试验结果。在图 5里，输入信号就是从传感器得到的信号，追踪信号就是 如图 5所示，从传感器获得的信号被强的 噪音干扰，然而，正弦曲线波却正好为输入信号的轨迹没有任何失真。因为它是由 们可以从 V/弦曲线波形是由 V/ B二相型 伺服控制器也是用二相型 意图如图 6。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 1 数控滚齿机刀架设计 摘要 滚齿机 是齿轮滚刀加工齿轮的专用机床，在齿轮加工中应用最广泛 。 在滚齿机上可切削直齿、斜齿圆柱齿轮。这种机床使用特制的滚刀时也能加工蜗轮、花键和链轮等各种特殊齿形的工件。 本滚齿机由床身、立柱、刀架及滑板、工作台组成。滚齿机工作时，滚刀装在滚刀主轴上，由伺服电机驱动作旋转运动，刀架可沿立柱导轨垂直移动，还可绕水平轴线调整一个角度。工件装在工作台上，由分度蜗轮副带动旋转，与滚刀的运动一起构成展成运动。立柱可沿床身导轨移动 ,以适应不同工件直径和作径向进给。 刀架与滑板通过 T 型槽和螺栓联接， 滑板后联接立柱，通过双 V 轨道实现沿立柱导轨的上下直线运动。刀架体装有三根轴，动力从伺服电机传出，经过减速器，通过斜齿轮轴传递到主轴，这两根轴实现动力传动；蜗杆蜗轮轴通过一对内啮合的直齿轮实现分度功能，切削斜齿轮。其中在主轴上安装滚刀，滚刀通过锥度主轴孔和拉杆定位，通过辅助轴承的滑动实现对刀。 刀架滑板的设计：计算出主轴的转矩，然后进行主要零部件如轴、蜗轮蜗杆、斜齿轮、直齿轮的设计计算及轴承、键选择校核。 关 键 词 ：滚齿机，刀架滑板，轴，齿轮 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 2 is it is It be it co is of is in of s it a is up on is by of to do an in to an or to is to It is v it up in of of to to so as to is in it is of of of 文） 目 录 前言 . 1 第 1 章 滚齿机概述 . 2 滚齿机工作原理 . 2 内外同类滚齿机的发展概况综述 . 4 床的使用范围和主要规格 . 5 第 2 章 刀架滑板结构介绍 . 7 第 3 章 伺服电机与减速器的选择 . 9 电机的选择 . 9 减速器的选择 . 9 第 4 章 刀架滑板结构设计 . 9 轴转矩的计算 . 10 动轴上斜齿轮的设计计算 . 10 齿轮传动的失效形式及设计准则 . 10 齿轮的材料及其选择原则 . 11 轮齿传动的计算载荷 . 12 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 . 12 本机构中齿轮传动设计与校核 . 13 的设计计算 . 17 的设计概述 . 17 轴的设计及 校核 . 20 二根轴的强度校核 . 21 的校核 . 24 结论 . 25 参考文献 . 26 致 谢 . 28购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 1 前言 齿轮被广泛地应用于机械设备的传动系统中，滚齿是应用最广的切齿方法 1，传统的机械滚齿机床机械结构非常复杂，一台主电机不仅要驱动展成分度传动链，还要驱动差动和进给传动链，各传动链中的每一个传动元件本身的加工误差都会影响被 加工齿轮的加工精度，同时为加工不同齿轮，还需要更换各种挂轮调整起来复杂费时 2，大大降低了劳动生产率。 以德国西门子、日本发那科公司数控系统为主流的数控滚齿机的出现，大大提高了齿轮加工能力和加工效率。我国目前真正能够生产数控滚齿机的只有个厂家，且使用的多是德国西门子数控系统，加工中模数齿轮，没有自主产权的核心技术，缺少国际竞争力。 随着微处理机的发展，数控机床已向机电一体化方向发展。历经几代进化，计算机数控系统不仅比原来的数控系统使用范围广，功能全、精度高，而且还有相当大的通用性，改善了对机床操作 的控制，并开始向人工智能化发展 现代数控系统的发展新趋势： (1) 采用交流数字伺服系统；（ 2）实现多轴控制；（ 3） 智能化；（ 4）有很强的通讯功能；（ 5）可靠性大大提高。现代数控系统的发展为滚齿机的数控化提供了强有力的支持。 本文重点介绍数控滚齿机的刀架滑板设计 。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 2 第 1 章 滚齿机概述 滚齿机工作原理 图 齿机 立式滚齿机工作时，滚刀装在滚刀主轴上，由主电动机驱动作旋转运动，刀架可沿立柱导轧垂直移动，还可绕水平轴线调整一个角度。工件装在工作台上，由分度蜗轮副 带动旋转，与滚刀的运动一起构成展成运动。滚切斜齿时 ,差动机构使工件作相应的附加转动。工作台 (或立柱 )可沿床身导轨移动 ,以适应不同工件直径和作径向进给。 滚齿机的齿形加工原理为展成法。展成法是将齿轮啮合副中的一个齿轮转化为刀具，另一个齿轮转化为工件，齿轮刀具做切削主运动的同时，以内联系传动链强制刀具和工件做严格的啮合运动，于是刀具切削刃就在工件上加工出所要求的齿形表面来。这种方法的加工精度和生产效率都很高。 滚齿机的立柱固定在床身上，刀架滑板可沿立柱上的导轨做轴向进给运动。安装滚刀的刀杆固定在刀架体的刀具主轴 上，刀架体能绕自身轴线倾斜一个角度，这个角度成为滚刀安装角，其大小与滚刀螺旋升角大小及旋向有关。安装工件用的心轴固定在工作台上，工作台与后立柱装在床鞍上，可沿床身导轨做径向进给运动或调整径向进给位置支架用于支撑工件心轴上端，以提高心轴的刚度。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 3 该机床的传动链有四条：主运动传动链、展成运动传动链、轴向进给传动链、差动运动传动链。 1） 主运动传动链： 电动机（ M） 1 23 滚刀（ 1B ），是一条将运动源（电动机）与滚刀相联系的 外联系传动链。 2） 展成运动传动链： 滚刀（ 1B ） 3 4 56 工作台（ 2B ），是一条内联系传动链，实现渐开线齿廓的复合成形运动。 3） 轴 向 进 给 运 动 传 动 链 ： 工 作 台 （ 2B ） 6 12 11 10 8 7 刀架（ 2A ），是一条外联系传动链，实现齿廓方向直线齿形的运动。 4） 差动运动传动链：刀架 工斜齿轮时的进给运动是一个螺旋运动，是一个复合运动。 图 1切直齿圆柱齿轮的传动原理图 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 4 图 1切斜齿圆柱齿轮的传动原理图 普通滚齿机工作时，滚刀装在主轴上，由主电动机驱动做旋转运动，而数控滚齿机，对于刀架滑板结构来说，主要是动力源变了，不在由原来的主电动机驱动，而是由刀架内的伺服电机经过减速器直接驱动。 内外同类滚齿机的发展概况综述 古代齿轮用手工修锉成形。 1540 年， 意大利 托里 亚诺 制造钟表时，制成一台使用旋转锉刀切齿装置； 1783 年， 法国 勒内制成了使用铣刀齿轮加工机床，并有切削齿条内齿轮附件； 1820 年前后，英国怀特制造出第一台既能加工圆柱齿轮又能加工圆锥齿轮机床。具有这一性能机床到19 世纪后半叶又有发展 。 1835 年，英国 惠特沃思 获得蜗轮滚齿机专利； 1858 年， 席勒 取得圆柱齿轮滚齿机专利；以后经多次改进，至 1897 年 德国 普福特制成带差动机构滚齿机，才圆满解决了加工斜齿轮问题。制成齿轮形插齿刀后，美国费洛斯于 1897 年制成 了插齿机。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 5 20 世纪 60 年代以后出现的高效滚齿机，主要采用硬质合金滚刀作高速和大进给量滚 齿，滚刀主轴常采用 液体静压轴承 ，能自动处理油雾和排屑。这种滚齿机适用于齿轮的大量生产。 滚齿机按布局分为立式和卧式两类。大中型滚齿机多为立式，小型滚齿机和专用于加工长的轴齿轮的滚齿机皆为卧式。立式滚齿机又分为工作台移动和立柱移动两种。立式滚齿机工作时，滚刀装在滚刀主轴上，由主电动机驱动 作旋转运动，刀架可沿立柱导轧垂直移动，还可绕水平轴线调整一个角度。工件装在工作台上，由分度蜗轮副带动旋转，与滚刀的运动一起构成展成运动。滚切斜齿时 ,差动机构使工件作相应的附加转动。工作台 (或立柱 )可沿床身导轧移动 ,以适应不同工件直径和作径向进给。有的滚齿机的刀架还可沿滚刀轴线方向移动，以便用切向进给法加工蜗轮。大型滚齿机还设有单齿分度机构、指形铣刀刀架和加工人字齿轮的差动换向机构等。小型滚齿机用于加工仪表齿轮。手表齿轮滚齿机普遍使用硬质合金滚刀加工钟表摆线齿轮，循环节拍快，对机床可靠性要求高，每台机床都配备 自动上下料装置进行单机自动加工。此外，尚有多种特殊用途的滚齿机，如加工高精度蜗轮的分度蜗轮滚齿机等。 由于传统的机械式滚齿机存在许多的不足，因此在现在许多的场合以不能适应生产的要求。而数控滚齿机具有传统机械式机床不可比拟的优点，它机械结构简单，加工效率高，加工将度高，自动化程度高，能在加工过程中减少人为干预。滚齿机采用数控后加工范围扩大，生产和生产准备周期缩短，并且能减轻工人劳动强度，改善劳动条件。因此数控滚齿机的研究具有重大意义。随着微处理机的发展，数控机床已向机电一体化方向发展。历经几代进化，计算机数控 系统不仅比原来的数控系统使用范围广，功能全、精度高，而且还有相当大的通用性，改善了对机床操作的控制，并开始向人工智能化发展。 床的使用范围和主要规格 滚齿机 (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。 用购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 6 滚刀按展成法加工直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮以及蜗轮的齿轮加工机床。这种机床使用特制的滚刀时也能加工花键和链轮等各种特殊齿形的工件。普通滚齿机的加工精度为 7 6 级 (高精度滚齿机为 4 3 级。最大加工直径达 15 米 。 一般滚齿机有以下特点： （ 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）具有可靠的安全装置以及自动润滑系统 该机床的主要规格 加工圆柱形直齿轮时最大直径 有外支架 450 毫米 无外支架 800 毫米 加工圆柱形斜齿轮时最大直径 螺旋角为 30 时 500 毫米 螺旋角为 60 时 190 毫米 最大加工模数 钢材 6 毫米，铸铁 8 毫米 最大加工长度 240 毫米 刀具最大垂直行程 270 毫米 由台面到刀具主轴中心线最小距离 205 毫米 刀具的最大直径 120 毫 米 装刀具的可换心轴直径 22、 27、 32 毫米 工作台孔的直径 80 毫米 分度蜗轮的节径 624 毫米 刀具转速范围 /分 工件每转一转刀具的垂直进给量 米 /转 工件每转一转刀具的径向进给量 米 /转 主电动机功率 瓦 主电动机转速 4500 转 /分 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 7 第 2 章 刀架滑板结构介绍 该机床的刀架体由三个框形结构组成，见图 架体其刚性好。滚刀主轴由两个推力球轴承和内锥外圆滑动轴承，支撑在前轴承座内。轴承磨损后可以修磨垫片，经调整后就可恢复主轴的回转精度。滚刀主轴由大的斜齿轮带动，而大齿轮是支撑在刀架体上，这样在主轴传动过程中只受扭矩作用而不受弯矩作用。主轴右端有一套筒和主轴外圆配合定心，支撑主轴在大齿轮 上。另外转动方头手柄，可通过螺纹传动，使主轴带动滚刀一起做轴向移动。 刀架与滑板通过 T 型槽和螺栓联接，滑板后联接立柱，通过双 V 轨道实现沿立柱导轨的上下直线运动。刀架体装有三根轴，动力从伺服电机传出，通过斜齿轮轴传递到主轴，这两根轴实现动力传动；蜗杆蜗轮轴通过一对内啮合的直齿轮实现分度功能，切削斜齿轮。其中在主轴上安装滚刀，滚刀通过锥度主轴孔和拉杆定位，通过辅助轴承的滑动实现对刀。 刀架主轴前轴承的调隙：为了消除轴承的间隙，必须取下端盖，用开口螺帽扳手使轴承转动，使外锥的轴承套轴向移动来达到消除间隙，保证主轴精密的运转。 刀架部位利用主轴前支撑、末级齿轮等两级油池进行飞溅润滑。这样保证刀架扳转角后仍得到充分的润滑。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 8 图 架体 图 架滑板装配图 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 9 第 3 章 伺服电机与减速器的选择 电机的选择 a x 1.9 (3(33(3式中： m 被加工齿轮的法向模数； f 轴向进给量 mm/ A 切削深度，为切削深度 a 和齿高的比值，即 m V 切削速度 m/ Z 被加工齿轮的齿数； 1k 工件材料的修正系数； 2k 齿轮螺旋角修正系数； 3k 工件硬度修正系数； 最大切削力； 垂直切削力； 1P 滚刀轴的滚率； 2P 斜齿轮轴的功率。 根据斜齿轮轴功率 ，滚刀转速 m ，可选择电机型号为 1额定功率为 P=适，输出扭矩为 T=减速器的选择 由 所 选 电 机 型 号 可 知 ， 电 机 额 定 功 率 P =额 定 输 出 扭 矩 为T=而滚刀转速 m ，可选减速器型号为 速比为 6:1，额定输出扭矩为 . 8,5,2,a xm a 取纸和说明书 ,咨询 10 第 4 章 刀架滑板结构设计 轴转矩的计算 图 架主轴箱简图 由刀具最小转速为 /分，伺服电机的功率为 行以下计算（忽略各级传递功率损耗） 1 轴： 55151 (42 轴： m i n/1 9 55252 0 动轴上斜齿轮的设计计算 齿轮传动的失效形式及设计准则 (1)齿轮传动就装置形式来说，有开式、半开式及闭式之分；就使用情况来说，有低速、高速及轻载、重载之别；就齿轮材料性能及热处 理工艺的不同，齿轮有较脆（如经整体淬火、齿面硬度很高的钢齿轮或铸铁齿轮）或较韧（如经调质、常化的优质碳钢及合金钢齿轮），齿面有较硬（轮齿工作面的硬度大于 350 38称为硬齿面齿轮）或较软（轮齿工作面的硬度小购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 11 于或等于 350 38称为软齿面齿轮）的差别等。由于上述条件的不同，齿轮传动也就出现了不同的失效形式。一般来说，齿轮的失效主要是轮齿的失效，而轮齿的失效形式有常见的以下几种：轮齿折弯和工作面磨损、点蚀、胶合剂塑性变形等。 (2)设计准则 由上述分析可知，所设计的齿轮传动在具体 的工作情况下，必须具有足够的、相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致失效。因此，针对上述各种工作情况及失效形式，都应分别确立相应的设计准则。但是对于齿面磨损、塑性变形等，通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。对于高速大功率的齿轮传动，还要按保证齿面抗胶合能力的准则进行计算。 齿轮的材料及其选择原则 由齿轮的失效形式可知，设计齿轮传动时，应使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合及抗塑性变形的能力，而齿根要有较高的抗折断能力。因此，对齿轮材料性能的基本要求为齿面 要硬，齿心要韧。 (1)1)钢 钢材的韧性好，耐冲击，还可通过热处理或化学热处理改善其力学性能及提高齿面的硬度，故最适于用来制造齿轮。 2）铸铁 灰铸铁性能较脆，抗冲击及耐磨性都较差，但抗胶合及抗点蚀的能力较好。灰铸铁常用于工作平稳，速度较低，功率不大的场合。 3）非金属材料 对高速、轻载及精度要求不高的齿轮传动，为了降低噪声，常用非金属材料（如加布塑胶、尼龙等）做小齿轮，大齿轮仍用钢或铸铁制造。为使大齿轮具有足够的抗磨损及抗点蚀的能力，齿面的硬度应为 250350 (2)的选用原则 齿轮材料的种类很多，但选择时应考虑以下几点： 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、毛坯成形方法及热处理和制造工艺。 3）金属制的软齿面齿轮，配对两齿轮齿面的硬度差应保持在 3050纸和说明书 ,咨询 12 或更多。 轮齿传动的计算载荷 为了便于分析计算，通常取沿齿面接触线单位长度上所受的载荷进行计算。沿齿面接触线单位长度上的平均载荷 p（单位为 N/m）为 n(4式中： 作用于齿面接触线上的法向载荷， N； L 沿齿面的接触线长， 法向载荷实际传动中，由于原动机及工作机性能的影响，以及齿轮的制造精度，特别是基节误差和齿形误差的影响，会使法向载荷增大。因此，在同时啮合的齿对间，载荷的 分布并不是均匀的，即使在一对齿上，载荷也不可能沿接触线均匀分布。因此在计算齿 轮传动的强度时，应该按接触线单位长度上的最大载荷，即计算载荷位为 N/行计算。即 (4式中： K 为载荷系数；L 的意义和单位同前。 计算齿轮强度用的载荷系数 K，包括使用系数 动载荷系数间载荷分配系数，即 A(4标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 (1) 轮齿的受力分析 齿轮传动一般均加以润滑，啮合齿轮间的摩擦力通常很小，计算轮齿受力时，可不予考虑。沿啮合线作用在齿面上的法向载荷了计算方便，将法向载荷位为 N）在节点 P 处分解为两个相互垂直的分力，即圆周力 1F 与径向力 单位均为 N），由此得 112(4F (4 (4 式中： 1T 小齿轮传递的转矩， ； 1d 小齿轮的节圆直径，对标准齿轮即为分度圆直径， 啮合角，对标准齿轮， 20 。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 13 以上分析的是主动齿轮上的力，从动轮轮齿上的力分别与其大小相等、方向相反。 (2) 齿根弯曲疲劳强度计算 轮齿在受载时， 齿根所受的弯矩最大，因此齿根处的弯曲疲劳强度最弱。当轮齿在齿顶处啮合时，处于双对啮合区，此时弯矩的力臂最大，但力不是最大，因此弯矩并不是最大。根据分析，齿根所受的最大弯矩发生在轮齿啮合点位于单对啮合区最高点时。因此，齿根弯曲强度也应按载荷作用于单对啮合区最高点来计算。由于此种算法比较复杂，通常只用于高精度齿轮传动。 对于制造精度不高的齿轮传动，由于制造误差较大，实际上多由在齿顶处啮合的轮齿分担较多的载荷。为便于计算，通常按全部载荷作用于齿顶来计算齿根的弯曲强度。当然，采用这样的方法，轮齿的弯曲强度比较富裕。 本机构中齿轮传动设计与校核 1. 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数。 1）选用斜齿圆柱齿轮传动选用 7 级精度（ 2）选择小齿轮材料为 45（调质），硬度为 240齿轮材料为 45（调质）硬度为 240）选小齿轮齿数 1Z =18，大齿轮齿数 2Z =184=72。 4）初选螺旋角为 14 。 2. 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算， 即 23 11 )(12 (4确定公式内各计算数值 试选载荷系数 6.1由表 10 7 选齿宽系数 1d 由图 10 (4查机械设计课本图 10 由表 10得材料的弹性影响系数 12图 10齿 面硬度查得大小齿轮的接触疲劳强度极限 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 14 H l i m 1 H l i m 2 0 M P(4计算应力循环次数 811 03008(11906060N (47812 (4 由图 10接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为 1%，安全 系数 S=1 1 (4 2 (4计算 试算小齿轮分度圆直径 (53211 (4计算圆周速度 t / 0 060 1 9 0 060 11 (4计算齿宽 (4计算齿宽与齿高之比 模数 (4齿高 t (4齿宽齿高比 (4计算纵向重合度 4 2 计算载荷系数 根据 V=s， 7 级精度，由图 10得动载系数 02.1斜齿轮 K (4购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 15 由表 10得使用系数 1由表 10插值法查得 7 级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时， 由 查图 10 故载荷系数 (46）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得 311 (4计算模数 m (4 3. 按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为 c o (4确定公式内的各计算数值 由图 10得齿轮的弯曲疲劳强度极限 F E 1 F E 2 0 M P由图 10弯曲疲劳寿命系数 K 计算弯曲疲劳应力。 取弯曲疲劳安全系数 S M P (4计算载荷系数 1 . 81 . 3 11 . 41 . 0 21 (4计算重合度系数 由图 10 计算当量齿数 1 9 . 714c o o (4 7 8 . 814c o o (4购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 16 查取齿形系数 由表 10得 查取应力校正系数。 由表 10得 7）计算大小齿轮的 加以比较 0 1 6 7 5 4 111 Y (40 1 5 7 7 6 222 Y (4小齿轮的数值较大 设计计算 o c o (4 对比计算结果，由齿面接触疲劳计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 m 的大小主要取决于接触强度所决定的承载能力，而齿面弯曲疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由接触强度算得的模数，即取 m=44c o o (4取 171 z 则 6817412 几何尺寸计算 计算中心距 5co ( 21 (4计算齿轮宽度 d 707011 (4按圆整后中心距修正螺旋角 1 3 . 7 31752 468)( 1 7a r c c o mz(za r c c o s (4 计算大小齿轮分度圆直径 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 17 o s 417c o (4 8 o s 464c o (4 计算齿轮宽度 取小齿轮齿宽为 140齿轮齿宽为 70的设计计算 的设计概述 轴的作用， 做回转运动的传动零件，如减速器中的齿轮、联轴器 等，都是安装在轴上，并通过轴才能实现传动。因此，轴的主要功能就是支承传动零件并传递运动和动力 。 轴可以根据不同的条件加以分类。 按受载情况分 同时承受弯矩和转矩作用的轴称为转轴；只承受转矩作用的轴称为传动轴；只承受弯矩作用的轴称为心轴。 按结构形状分 有实心轴（一般齿轮轴）、空心轴（车床的主轴）；曲轴、挠性钢丝轴和直轴。而直轴又可分为截面相等的光轴和截面分段变化的阶梯轴。 工程中最常见的是同时承受弯矩和转矩作用的阶梯轴。 轴的失效形式 轴的失效形式与轴的应力性质和大小，轴的材料的力学性能、轴的结构形状， 轴的加工方法及轴的工作环境等因素有关。 常见的失效形式有： 疲劳断裂，椐统计资料表明，轴团疲劳断裂失效约占轴的失效总数 的40% 塑性变形或脆性断裂。 过大的弯曲变形或扭转变形。 高速工作振幅过大。 其他失效形式，如轴颈或导向花键的磨损，高温下工作时的蠕变，被腐蚀介质腐蚀等。 轴的设计准则： 为了保证轴在预工作寿命条件正常工作，要遵守以下准购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 18 则进行设计。 正确选择轴的材料、毛坯种类和热处理方法。 合理设计轴的结构。 正确选择设计计算方法，对多数转轴要进行疲劳强度设计计算或精确验算；对受力大的细长轴（ 如蜗杆轴）和刚度要求高的轴（如机床主轴）还应刚度计算；对高速轴（如汽轮机轴），因有共振危险，还应进行振动稳定性计算。 按轴各段所起的作用不同，可将轴分为 5 部分： 轴头：与联轴器和齿轮等传动零件配合的轴段 轴颈：与轴承配合的轴段 轴身：连接轴头和轴颈的轴段 轴环：直径最大用于定位的窄轴段 轴肩：截面尺寸变化处 此外，还有轴肩的过度圆角；轴端的倒角；与键连接处的键槽等结构。 长期变应力作用下的疲劳 破 坏是轴的主要失效形式。因此，轴的材料要求具有较好的强度、韧性，与轴上零件有相对滑动的部位还应具有较好的耐磨性。 此外，还必须考虑应力集中的影响。 轴的常用材料有： 碳素钢 工程中广泛采用 35 45 50 等优质碳素钢，价格低廉，对应力集中敏感性较小，可以通过调质或正火处理以保证其力学性能，通过表面淬火或低温回火以保证其耐磨性。对于轻载和不重要的轴也可采用 合金钢 常用于高温、高速、重载以及结构要求紧凑的轴。合金钢有较高的力学性，但价格较贵，对应力集中较敏感，所以在结构设计时必须尽量减少应力集中。 球墨铸铁 耐磨、价格低，但可靠性较差，一般用于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等。 钻床的 主轴承受中等扭转 速略高，并承受一定冲击载荷。所以主轴毛坯可以选用 45 钢，并进行一系列热处理一满足各方面的性能要求。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 19 轴上零件的轴向定位、固定和周向固定 轴上零件的轴向定位主要靠轴肩和轴环来完成。为了保证轴上零件靠紧定位面，轴肩处的圆角半径 R 必须小于零件内孔的圆角半径 倒角 肩高度一般取 h=（ d，轴环宽度 b=可采用套筒定位，其尺寸可参照轴肩尺寸。 轴上零件的轴向固定就是不许轴上零件沿轴向窜动，必须双向固定。此外，常用的轴向固定措施还有：轴的一端可采用 轴端挡圈；套筒过长可采用圆螺母；受载较小时可采用弹性挡圈、紧定螺钉和销钉等固定。 轴上零件的周向固定就是保证轴上的传动零件要与轴一起转动。常用的固定方式有键连接和过盈配合。转矩较大时，可采用花键连接，也可同时采用平键连接和过盈配合连接来实现周向固定。转矩较小时，可采用紧定螺钉、
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