机械毕业设计（论文）-Y318滚齿机主传动设计（全套图纸） .doc

青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 i 摘要摘要 在现代机械制造工业中，齿轮是一种制造机器的重要零件，齿轮传动机构也是在 各种机构中应用最为广泛的一种传动机构。它依靠轮齿齿廓直接接触来传递空间任意 两轴间的运动和动力，并具有传递功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命 长、工作可靠等优点。因此，齿轮应用极为广泛，齿轮的需求量也日益增加。于是， 滚齿机（用来加工齿轮的机床）则更为重要。 本说明书描述了滚齿机在齿轮加工领域的不可或缺的地位及发展趋势，重点介绍 了 y318 滚齿机主传动的设计计算。 本书从介绍课题研究的主要内容和滚齿机的的现状、未来的发展趋势入手，分析 比较了滚齿机的多种方案设计，找出最佳方案，并对滚齿机主传动部分进行设计计算。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 y318：普通滚齿机，能加工直齿和斜齿圆柱齿轮、蜗轮及短花键轴，适于单件、 小批或成批生产齿轮的工厂使用。机床结构优良，刚性强，热变形小，能承受较高 速度的切削负荷，精度良好，操作方便，调整简单。加工齿轮时，机床可按顺铣或 逆铣方式工作。机床带有自动停机机构、安全装置及自动润滑系统，可以根据用户 要求配置进口液压元件或用于滚切蜗轮的切向刀架。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 ii 关键词：关键词： 齿轮、齿轮加工、滚齿机、主传动、轴 abstract in modern machinery manufacturing industry, the gear is an important manufacturing machines spare parts, gear drive mechanism is also in a variety of institutions most widely used as a transmission mechanism.it relies on direct contact with gear tooth profile to convey the space of arbitrary two-axis movement of the shoulders and power, and transmission of power with range, high transmission efficiency, transmission than accurate, long life, reliable and so on. therefore, the application of gear has a wide range of gear is also increasing demand. gear tooth surface for processing of machine tools, machine tool called gear. gear machine machine building industry is an important technology and equipment. therefore, the application of a wide range of gears, gear increasing demand. thus, the hobbing machine (the machine used for processing gear) is more important the manual describes the gear hobbing process in the field of the status of an indispensable and development trends, focusing on the main drive gear-hobbing machine y315 design and calculation. this book from the research introduced the main contents and status of the hobbing machine, start the trend of future development, analysis and comparison of the hobbing machine design of a variety of programs to find the best solution, and main drive gear- hobbing machine parts design and calculation. y315 ：ordinary hobbing machine can be processed straight tooth and helical gears, worm gear and the short spline shaft, suitable for one-piece, small batch or mass production of 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 iii the factory gear. excellent machine tool structure, rigidity, and thermal deformation small, can withstand higher cutting speed of the load, good accuracy, convenient operation, simple to adjust. processing gear, the machine can be cis or milling milling inverse manner. machine tool with automatic shutdown agencies, safety devices and automatic lubrication system can be configured according to user requirements for imports of hydraulic components or roll to the cutting knives to cut the worm. key words: gears, gear machining, hobbing machine, main drive, shaft 目录目录 摘要摘要.i abstract.ii 目录目录 第第 1 章章 绪论绪论 1 1.1 滚齿机的研究意义及现状1 1.2 滚齿机在国内外的发展情况和未来发展趋势2 1.3 论文主要内容.4 第第 2 章章 y318 滚齿机方案设计滚齿机方案设计 5 2.1 总功能分析5 2.2 功能原理方案 .5 2.3 总功能分解 .7 2.4 功能元求解 .7 2.5 功能元求解方案分析.11 2.6 最佳方案的分析及确定.16 2.7 计算滚刀的速度和功率并选择电动机 .21 第第 3 章章 主传动设计主传动设计 24 3.1计算齿轮箱的主传动轴的转速和转矩.24 3.2 主运动传动链的计算 .27 3.3 带轮的设计计算 .28 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 iv 3.4 直齿圆柱齿轮的计算校核.30 3.5轴的设计计算及校核.34 参考文献参考文献 37 致谢致谢 38 附件附件 1 .39 附件附件 2 .46 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 1 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 滚齿机的研究意义及现状滚齿机的研究意义及现状 滚齿机是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器,它是众多金属切削机床 中重要的一种，它是制造机器的机器,所以又称为“工作母机”或工具机，习惯上简称 为机床。 在现代机械制造工业中，加工机器零件的方法有多种，如铸造、锻造、焊接、切 削加工和各种特种加工等。切削加工是将金属毛坯加工成具有较高精度的形状、尺寸 和较高表面质量零件的主要加工方法。在加工精密零件时，目前主要还是依靠切削加 工来达到所需的加工精度和表面质量。因此，金属切削机床是加工机器零件的主要设 备。它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的。机床的技术水平 直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。 滚齿机适用于批量或单件加工生产圆柱直齿轮、斜齿轮、蜗轮、链轮等，尚可加 工一定参数范围内的短花键轴。该机床具有良好的刚性，能适用较高速及重负荷切削。 可采用顺铣或逆铣的加工方法，通过轴向进给或径向进给加工工件。 国民经济各主要行业对数控机床的需求呈稳定增长的态势，像汽车、航天、航空、 发电设备等产业，其发展之路都不再是要扩大多少规模，而是着重于提高产品的质量 和水平。因此，这些行业需要更多的数控机床产品。但传统滚齿机凭借着自身廉价成 本的优势仍占据着一定的市场份额。传统滚齿机的用途和特点： 1、本机床适用于成批，小批及单件生产圆柱齿轮和蜗轮，尚可滚切一定参数范围 的花键轴。 2、机床具有良好的刚性和极小的热变形，能进行较高速切削及重负荷切削。具有 很高的生产效率。 3、机床调整方便，具有自动停车机构。 4、机床具有可靠的安全装置以及自动润滑系统。 这就是我们为什么还要专门研究设计传统的滚齿机的原因。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 2 1.2 滚齿机在国内外的发展情况和未来发展趋势滚齿机在国内外的发展情况和未来发展趋势 近几年，我国在滚齿机设计技术方面研究的主要内容经历了从传统机械式滚齿机 通过数控改造发展为 23 轴(直线运动轴)实用型数控高效滚齿机，到全新的六轴四联 动数控高速滚齿机的开发。滚齿机加工(钢件)全部采用湿式滚齿方式，由于滚刀线速 度在大于 70m/min 后，会产生大量油雾，目前油雾的处理是采用全密封护罩加油雾分 离器的方式将油和雾分开，将不含油的雾排向车间，冷凝后的油回到机床内循环使用； 夹着油污的铁屑则通过磁力排屑器将铁屑和大部分油污分离。目前，国内主要滚齿机 制造商重庆机床厂及南京二机床有限责任公司生产的系列数控高效滚齿机已采取全密 封护罩加油雾分离器和磁力排屑器的方式部分地解决环保问题。世界上滚齿机产量最 大的制造商重庆机床厂从 2001 年开始研究面向绿色制造的高速干切滚齿技术，2002 年初研制成功既能干切又能湿切的 yks3112 六轴四联动数控高速滚齿机，2003 年初又 开始研制面向绿色制造的 ye3116cnc7 高速干式切削滚齿机，即将进入商品化阶段。 提高生产效率、降低制造成本的同时，做到环境保护、清洁加工，这是当前国外 先进发达国家对机床研究的最前端技术。在国外发达国家，由于在工业发展过程中大 量掠夺性使用资源及只注重生产效率，使其工业已发展到较高的水平，人们的物质生 活水平也得到了提高。此时他们已感到早期的掠夺性使用资源及生产过程中不重视对 环境的保护造成了对地球环境的极大破坏。因此，目前发达的工业国家如美国、德国 及日本等都极其重视对环境的保护，在制造业领域绿色制造的要求提出得较早。 目前国际上生产滚齿机的强国美国、德国和日本，也是世界政治大国、经济 强国和汽车生产大国。这些国家的主要的滚齿机制造商如美国的 gleason-pfauter 公 司，德国的 liebherr 公司，日本的三菱重工公司(mitsubishi heavy industry) 生产 的滚齿机都是全数控式的，对于中小规格滚齿机都在朝着高速方面发展，所有高效机 床均采用了全密封护罩加油雾分离器及磁力排屑器的方式部分地解决环保问题。 高速干式切削滚齿机是滚齿机朝着全数控化数控高速化后更进一步发展的结果， 它的实现还得益于滚刀制造技术的提高和数控技术、电主轴及力矩电机等技术的发展。 随着时代发展，生产方对滚齿机的效率和质量要求越来越高。另外，高可靠性和 高数字化程度也是各生产方的重点考虑范围。 因为效率是效益的最根本因素，而质量是产品的生命之源，所以更快、更精是滚 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 3 齿机永恒的发展方向。在科学技术的进步的推动和市场需求的引导下，机床还会朝以 下几个方向继续发展： 首先，新型刀具材料的出现，如陶瓷、金属陶瓷、氮化硅陶瓷、等刀具材料，为 高速切削提供了广阔的空间，为提高切削效率也提供了基础，朝着更高的速度发展。 其次，用于高精密机床的材料和技术在滚齿机上的应用，滚齿技术将朝着更精密 的方向发展。 再次，数控进一步的智能化，内容包括数控系统中的各个方面：在追求加工效率 和加工质量方面的智能化，如：加工过程的自适应控制、工艺参数自动生成；为提高 驱动性能和使用连接方便的智能化，如：前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识 别负载、自动选定模型等；简化编程、简化操作方面的智能化，如：智能化的自动编 程、智能化的人机界面等；还有，智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断 及维修等。 从环保生态学和技术经济角度出发，废除切削油，采用干式切削是大势所趋。干 式滚齿分为高速干式滚齿和低温冷风干式滚齿两种方式。 近年来，随着刀具材料、涂层技术等的发展，现在的滚刀线速度可达到 600m/min，这就为高速干式切削滚齿机的应用提供了保障。干式切削与湿式切削相比， 高速干式切削滚齿机由于完全不需要切削油及不需要增加低温冷风装置，不但极大的 提高了机床的生产效率、降低了工件的加工成本，而且有利于保护环境、节约自然资 源。随着环境保护意识的日益提高和人们越来越重视各种各样的节能技术，高速干式 切削滚齿机将成为齿轮制造商新购加工设备的目标，近几年国际上各大滚齿机制造商 都在集中精力开发高速干式切削滚齿机。所以面向绿色制造的高速干式切削滚齿机将 是绿色滚齿机发展的趋势。 滚齿机正朝着复合功能的方向迈进，随着数控技术、软件技术、信息技术、可靠 性技术的发展，实现构件简约化、结构紧凑化、配置模块化。复合功能滚齿机既会根 据用户的加工要求向多样化发展，也会为适合于多品种、单件和小批量生产条件向全 功能性发展。而在其他方面，随着全球对环境和安全要求的不断提高，安全无污染的 设备也是市场的未来目标。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 4 1.31.3 论文主要内容论文主要内容 本论文主要设计计算 y318 滚齿机主传动的设计，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，机床主要由床身、大立柱、工作台、小立柱、 传动箱、刀架等几部分组成。其床身为箱体结构，内部分隔开两个箱、一个液压箱、 一个冷却箱，其右上部的导轨为 v平导轨，工作台壳体置于其上，可以沿导轨做直 线运动。传动箱、进给箱分别紧固在大立柱的后面和侧面，内装有主运动、进给、 分齿、差动机构以及调整各个传动链的挂轮架。 该机床具有主运动、分齿运动、垂直进给运动、径向进给运动及加工斜齿轮的 差动运动。 全文的主要内容包括：方案设计阶段的功能分解及功能元求解，滚刀速度和功 率的计算以及电动机的选择；技术设计阶段的构型、材料的选择，零部件尺寸的计 算、评价以及最佳结构方案的确定。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 5 第第 2 章章 y318y318 滚齿机的方案设计滚齿机的方案设计 2.1.2.1.总功能分析总功能分析 采用黑箱法进行总功能分析 图 2-1 黑箱分析法 通过对输入、输出的转换，我们可以获得所需要的功能特性，所以得到机床的 总功能是在一定动力驱动下，通过控制和辅助操作，将齿轮毛坯加工成齿轮。通过 分析得到其总功能是加工齿轮，包括主传动、分齿运动、垂直进给运动、径向进给 运动及加工斜齿轮的差动运动等功能。 图 2-2 总功能 2.2.2.2.功能原理方案功能原理方案 成形法成形法 成形法是指用与被切齿轮齿间形状相符的成型刀具，直接切出齿形的加工方法， 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 6 如铣齿,成型法磨齿等。用与被加工的齿轮齿槽形状相同的成型刀具切削齿轮，盘形铣 刀加工直齿齿轮，轮齿的表面是渐开线柱面。形成母线（渐开线）的方法是成型法， 不需要表面成形运动。形成导线（直线）的方法是相切法，需要两个成形运动。一个 是盘形齿轮铣刀的旋转，一个是铣刀沿齿坯的轴向移动。两个都是简单运动。铣完一 个齿槽后，退回原处。齿坯做分度运动转过 360/ z（z 是被加工齿轮的齿数） ， 然后再铣下一个齿，直到全部齿被铣削完毕。加工模数较大的齿轮时，常用指状齿轮 铣刀，所需运动与用盘形铣刀相同。 此外，也可用成形刨刀在刨齿机上刨齿、在插床上插齿，再像用拉床拉齿和用冲 床冲齿都属于成形法加工。 齿轮的齿廓形状，决定于基圆直径，从公式 db =mzcosa 可以看出，即使齿轮的模 数和压力角相同，对于不同的齿数，齿形还是不一样的。实际上，不可能每种齿数都 有一把刀具，而是采用 8 把一套或 15 把一套的齿轮铣刀。每把可以切几个齿数的齿轮， 而刀具齿形是按刀号能切的最小齿数制造的，若用来切其它齿数的齿轮，就会产生误 差。 因此，这种加工方式的精度不高，生产效率也低，但可以用通用机床（如普通铣 床）加工，主要用于对齿轮精度要求不高、单件或大件齿轮加工以及修复齿轮加工等。 范成法范成法 范成法亦称展成法，共扼法或包络法。是目前齿轮加工中最常用的一种方法。 范成法加工齿轮运用齿轮啮合原理。在加工直齿和斜齿圆柱齿轮轮齿表面的原理相当 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 7 于一对互相啮合的、轴线交叉的螺旋齿轮传动。其中一个螺旋齿齿轮做成刀具，即齿 轮滚刀。因此，滚刀实质就是一个斜齿圆柱齿轮。不过这个斜齿圆柱齿轮的特点是： 螺旋角很大或者说是螺旋升角很小，齿数很少（常用齿数=1，亦即是单头滚刀的齿数） ； 牙齿很长，绕了好多圈。所以，它的外貌就不像通常见到的斜齿圆柱齿轮的样子了。 这种变了样子的斜齿圆柱齿轮就是蜗杆，将蜗杆开槽并铲背形成刀刃。滚刀的刀刃就 处在这个蜗杆的旋转表面上。 以齿轮插刀为例，用范成法加工齿轮，刀具与轮坯具有四个相对运动，如图所示： 切制加工过程： (a) 范成运动：插刀和轮坯按恒定的传动比i= 刀/ 坯回转； (b) 切削运动：插刀沿轮坯轴线方向作往复切削运动； (c) 进给运动：插刀向轮坯中心作径向运动，以便切出齿轮的高度； (d) 让刀运动：防止刀具向上退刀时擦伤已加工好的面，损坏刀刃，轮坯作微 小的径向让刀运动，刀刃再切削时，轮坯回位 .。 用范成法加工齿轮的优点是，只要模数和压力角相同，一把刀具可以加工任意齿 数的齿轮。生产率和加工精度都比较高。在齿轮加工中，范成法应用最为广泛。因此， 为适应经济和实用的需要，我们采用范成法原理，并且采用滚齿加工。 优点：用一把滚刀可以加工出 m， 相同而齿数不同的各种齿轮，切削连续，生产 效率高，经济性好。缺点：不能直接加工内齿轮 滚齿原理滚齿原理 滚齿加工是根据展成法原理来加工齿轮轮齿的。用齿轮滚刀加工齿轮的过程，相当 于一对螺旋齿轮啮合滚动的过程。将其中的一个齿数减少到一个或几个，轮齿的螺旋 倾角很大。开槽并铲背后，就成了齿轮滚刀。当机床使滚刀和工件严格地按一对螺旋 齿轮的传动关系作相对旋转运动时，就可在工件上连续不断地切除轮齿来。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 8 2.3.2.3.总功能分解总功能分解 图 2-3 总功能分解 2.4.2.4.功能元求解功能元求解 1 1）. .主传动功能分解 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 9 图 2-4 主传动 2).分齿系统功能分解 图 2-5 分齿 3).差动系统功能分解 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 10 图 2-6 差动系统 4 4）进给系统功能分解 图 2-7 进给系统 差动合成 连杆差 动机构 圆柱齿 轮差动 轮系 锥齿 轮差 动轮 系 差动传动 定 轴 传 动 液 压 传 动 挂 轮 传 动 步 进 传 动 差动 齿 轮 传 动 蜗 杆 传 动 链 传 动 v 带 传 动 进给 定比传动进给变传动比进给 机 械 进 给 数 控 进 给 液 压 进 给 挂 轮 进 给 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 11 5).5).动力系统功能分解 图 2-8 动力系统 6).6).各系统传动比方案： a.各系统定传动比方案 定传动方案方案 1方案 2方案 3备注 主传动定轴轮系周转轮系复合轮系 分齿定轴轮系周转轮系电轴机械传动 差动传动定轴轮系周转轮系 进给定轴轮系周转轮系 b.各系统定传动比方案 变传动方案方案 1方案 2方案 3方案 4方案 5备注 主传动挂轮变速塔齿轮变三轴滑移钢球锥轮式无带传动塔轮 动力 电机内燃机 风能水能太阳能 交流 电动 机 直流 电动 机 其它 同 步 电 机 异 步 电 机 同 步 电 机 异 步 电 机 生物能 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 12 速齿轮变速级变速 分齿挂轮变速光电液综 合传动 滚子平盘 式无级变 速器 三轴滑移齿轮 变速 数控分齿 差动传动挂轮变速无级变速 器 数控变速 进给挂轮变速数控进给液压进给 表 2-3 差动、动力方 案 方案 1方案 2方案 3方案 4备注 差动合成圆柱齿轮差动 轮系 圆锥齿轮差动轮系连杆差动 合成 数控差动合 成 动力电机内燃机太阳能 2.52.5 功能元求解方案分析功能元求解方案分析 a.a.定传动比传动定传动比传动 定传动比传 动 方案简图方案说明 定轴轮系 两个和两个以上组成的系统， 运转时各齿轮的几何轴线位置 均不变，如图所示为三级齿轮 减速器所采用的定轴轮系。传 递载荷和速度范围大、工作可 靠、效率高、寿命长、它广泛 用于各种机械中作减速、增速 机构或作分路传动机构。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 13 周转轮系该机构有一个固定的太阳轮， 自由度等于 1，其传动比计算方 法与差动轮系同。该轮系结构 紧凑、传动比大，常用于中小 功率传动。 复合轮系由定轴轮系和周转轮系或由几 个周转轮系组成，如图所示， 该轮系用于较大的传动比，它 由行星轮系和差动轮系组成。 适当的选配各轮的齿数，可以 获得结构紧凑的大传动比机构。 例如z1=z5=32 z4=z8=50 z7=z3=20 z6=80 z2=81 i81=n8/n1=(1- z2/z6)/(1- z2z8)=1/426 复合轮系多用于 减速器和变速 器。 b.b.变传动比传动变传动比传动 主传动主传动 变传动比主传 动方案 方案简图方案说明 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 14 挂轮变速此机构结构紧凑，空间 占地少，传动平稳，操 作简单，易实现较大范 围、较多级别的变速。 易加工，易安装，所以 成本低廉。 塔齿轮变速 该结构结构紧凑，刚性 好，能在运转过程中实 现变速，变速级数多。 在主轴 i 上固定由少到 多的 7 个齿轮，通过齿 轮 2、3、3，驱动从动 轮 4，操作手柄 m 使齿 轮 2 依次与宝塔轮上的 每个齿轮啮合，从动轮 4 可得到 7 种不同转速。 三轴滑移齿轮 变速 该机构多用于机床切制 米制或制螺纹的基本传 动时，不需改变传动路 线，可省去移换机构和 简化操作。也可用于按 等差或等比级数跑排列 的变速箱中，但设计计 算较复杂。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 15 钢球锥轮式无 级变速 该机构结构较简单，传 动平稳，相对滑动小， 体积小，但钢球精度要 求高。常用于机床、电 影机械。将钢球 3 紧压 在主、从动锥轮 1、2 上， 通过摩擦力传动运动。 钢球 3 可在轴 iii 上自 由转动，改变轴 iii 的 倾斜角，即可改变锥轮 1、2 的传动半径 r1、r2，实现无级变速。 带传动塔轮变 速 该变速机构结构简单， 可用于两轴间距较大的 场合，如机床。主轴 i 上的塔轮与从动轴 ii 上 的塔轮其装置方向恰相 反，各级带轮直径之选 取，都以同一带长为基 准。通过改变带与不同 直径带轮接触，即可使 从动轴获得不同转速。 分齿分齿 变传动比分 齿传动方案 方案简图方案说明 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 16 滚子平盘式 无级变速器 该机构结构简单，但几何滑动大， 磨损过快，多用于仪表机构和某 些轻机械中。主、从动轴周线垂 直相交，滚子 1 与平盘 2 经弹簧 3 压紧，依靠摩擦力传动，移动 滚子 1 即可实现无级变速。其传 动比 i12=rx/r1=0.52,变速范围 rv=n2max/n1min4，圆周速度 v10m/s。 弧锥环盘式 无级变速器 该机构传动平稳，相对滑动小， 效率高，但制造困难。常用于机 床、拉丝机械中。主动弧锥盘 1 的运动经中间环盘 2，依靠摩擦 力传递给从动弧锥盘 3。中间环 盘 2 绕 o2 点转动即可改变主、 从动弧锥盘的运动半径，实现无 级变速。 差动合成差动合成 方案简图方案说明 圆 柱 齿 轮 差 动 轮 系 该机构常用于汽车差速器。机构紧凑、 传动平稳。太阳轮 1、4 分别与轴 a、b 固结，行星轮 2、3 为一二联齿轮，分 别与太阳轮 1、4 啮合，并可绕轴 c 自 传，同时随系杆 h 绕 a、b 轴线公转， 系杆 h 做成箱体形。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 17 圆 锥 齿 轮 差 动 轮 系 该机构常用于汽车差速器。机构紧凑、 传动平稳。太阳轮 4、5 尺寸相同，与 行星轮 3 和系杆 h 组成差动轮系，系杆 h 与齿轮 2 固接，其运动由主动锥齿轮 1 输入。当锥齿轮 1 转速已知时，太阳 轮 4、5 的转速与主动轮 1 的转速的关 系为 n4+n5=2(z1/z2)n1 连 杆 差 动 合 成 此机构多用于刹车系统。将操纵杆 1 向 右拉，通过差动连杆机构使杆 4、6 上 的制动块均衡的施加作用力，这样，就 可使车轮轴上不会受到附加的刹车力。 2.6.2.6.最佳方案的分析与确定最佳方案的分析与确定 为了能够考虑到各评价目标的重要程度，我们采用有效值法的总分记分方法。首 先是确定了六项评价目标，按重要程度依次为功能满足度、经济性、使用可靠性、可 操作性和维修性、外观及环保。然后按判别表法确定各评价目标的加权系数。 比较 目标 评价 目标 功能 满足 度 经济 性 使用 可靠 性 可操 作性 维修 性 外观 及环 保 i k n i i i i k k g 1 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 18 功能满足度 22334140.233 经济性 22333130.217 使用可靠性 22223110.183 可操作性 1122390.150 维修性 1122390.150 外观及环保 0111140.067 60 1 i k i g 最终确定各评价目标的加权系数为：最终确定各评价目标的加权系数为： 评价目 标 功能满足度经济性使用可靠 性 可操作性维修性外观及环 保 加权系 数 0.2330.2170.1830.1500.1500.067 最佳方案的选择最佳方案的选择 a.定传动比传动 比较 项目 得分 功能满 足度 0.23 3 经济 性 0.2 17 使用可靠性 0.183 可操作性 0.150 维修 性 0.1 50 外观及 环保 0.06 7 n i iig p n 1 定轴轮系 3444433.700 周转轮系 3444333.550 复合轮系 4344333.521 电轴机械 传动 2343342.972 因此，定传动比传动采用定轴轮系。因此，定传动比传动采用定轴轮系。 b.变传动比传动 主传动主传动 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 19 比较 项目 得分 功能满 足度 0.233 经济性 0.21 7 使用可 靠性 0.183 可操作 性 0.150 维修性 0.150 外观及 环保 0.067 n i iig p n 1 挂轮变速 5555534.866 塔齿轮变 速 4344433.996 三轴滑移 齿轮变速 4455534.416 滚子平盘 式 3344433.763 带传动塔 轮 3444433.620 分齿分齿 比较 项目 得分 功能满 足度 0.233 经济性 0.21 7 使用可 靠性 0.183 外观及 环保 0.067 可操作 性 0.150 维修性 0.150 n i iig p n 1 挂轮变速 4544454.367 光电液综 合传动 5255423.749 无级变速 器 4324333.117 三轴滑移 齿轮变速 4444444.000 数控分齿 5255523.899 进给进给 比较 项目 得分 功能满 足度 0.233 经济性 0.217 使用可 靠性 0.183 外观及 环保 0.067 可操作 性 0.150 维修性 0.150 n i iig p n 1 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 20 挂轮变速 5554454.783 数控进给 5245533.866 液压进给 4334443.600 差动传动差动传动 比较 项目 得分 功能满 足度 0.23 3 经济性 0.21 7 使用可 靠性 0.183 外观及 环保 0.067 可操作 性 0.150 维修性 0.150 n i iig p n 1 挂轮变速 5554454.783 无级变速 器 4434343.667 数控变速 5245533.866 差动合成与动力差动合成与动力 1）差动合成）差动合成 比较 项目 得分 功能满 足度 0.233 经济性 0.21 7 使用可 靠性 0.183 外观及 环保 0.067 可操作 性 0.150 维修性 0.150 n i iig p n 1 圆柱齿轮 差动轮系 4454454.333 圆锥齿轮 差动轮系 4455454.400 连杆差动 合成 3523333.251 数控差动 合成 5245523.716 2）动力）动力 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 21 比较 项目 得分 功能满 足度 0.233 经济性 0.21 7 使用可 靠性 0.183 外观及 环保 0.067 可操作 性 0.150 维修性 0.150 n i iig p n 1 电动机 5454554.716 内燃机 4343343.566 太阳能 3525223.085 因此，由以上分析比较得出变传动比部分因此，由以上分析比较得出变传动比部分： 主传动采用：变速挂轮 分齿采用：变速挂轮 进给：变速挂轮 差动合成：圆锥齿轮差动合成 动力：鉴于动力方式的普及性，选择电动机 最佳方案组合：最佳方案组合： 方案组合方案说明 方 案 1 定轴轮系+变速挂轮+圆 锥齿轮差速器+电机 此系统采用挂轮系统来实现变速，充分体现了挂轮系统 的优点：结构紧凑，传动平稳，操作简单，变速范围广， 价格低廉，易于维修。 方 案 2 定轴轮系+三轴滑移齿 轮系+圆锥齿轮差速器+ 电机 此系统采用来实现变速，对的特点体现充分：不需改变 传动路线，可省去移换机构和简单操作。也可用于按等 差或等比级数跑排列的变速箱中，但设计计算较复杂。 最佳方案选择：最佳方案选择： 方案功能满 足度 0.233 经济性 0.217 使用可 靠性 0.183 外观及 环保 0.067 可操作 性 0.150 维修性 0.150 n i iig p n 1 方案 1 5543454.533 方案 2 5443444.166 综上可知，方案 1 可以很好的满足我们小组的设计思路与要求，因此，我们将按该方 案展开设计。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 22 2.72.7 计算滚刀的速度和功率，选择电动机计算滚刀的速度和功率，选择电动机 1.1.滚刀速度的计算滚刀速度的计算 （1）加工齿轮模数 m8mm，齿轮材料为钢料时由参考文献【机械加工工艺手册】中公 式 （2-1）5 . 032 . 0 67 . 0 60 281 ft k v v 并由此手册中查得：切削速度修正系数1.0，耐用度21600。 v k t 已知进给量， 0.4f 4mm r 计算得 0.670.320.5 281 1.0 0.37091.1730 6021600 vm s （0. 44） 此时滚刀的最高转速为，其中已知滚刀最大直 60 1000 140.0876 min v r n d 径, 。160dmm 1.1730mv s （2）加工齿轮模数，齿轮材料为铸铁料时8mmm （2-2） 16.03.02.08.0 60 178 mft k v v 查机械加工工艺手册得：切削速度修正系数1.0，耐用度57600。 v k t 已知进给量，0.4f 4mm r 计算得 0.80.20.30.16 178 1.0 0.36290.7240 6057600(0.44)8 vm s 此时滚刀的最低转速为 ，其中已知滚刀最大直径 60 1000 43.340 min v r n d ,160dmm0.3629mv s 为了使滚刀既能满足加工模数的钢料齿轮的速度，又能满足加工模数8mmm 的铸铁齿轮的速度，得到滚刀的转速范围为：8mmm 44n 140minr 2.2.滚刀的切削功率的计算滚刀的切削功率的计算 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 23 （1）加工钢料时： （2-3） m pm k d vmf p 0 3 7.19.0 10 12460 已知进给量，模数，切削速度0.4f 4mm r8mmm ，滚刀的最大直径。 0.37091.1730vm s 0 160dmm 功率修正系数。 1.0 pm k 为满足大功率要求，所以要取较大者，的大小取决于的大小。因此 m p m p 0.9 fv 只要比较与，然后取较大者即可。 0.9 11 fv 0.9 22 fv 因为 0.90.9 11 0.41.17300.5142fv 0.90.9 22 40.30791.0722fv 得 0.9 11 fv 0.9 22 fv 因此取 0.90.9 22 1.0722fvfv 代入公式得： 0.91.7 3 60 124 480.3709 1.02.0598 10160 m pkw （2）加工铸铁料时： （2-4） m pm k d vmf p 0 3 7.19.0 10 6260 已知进给量，模数，切削速度0.4f 4mm r8mmm ，滚刀的最大直径。0.36290.7240vm s 0 160dmm 功率修正系数 。 1.0 pm k 为满足大功率要求，所以要取较大者，的大小取决于的大小。因此 m p m p 0.9 fv 只要比较与，然后取较大者即可。 0.9 11 fv 0.9 22 fv 因为 0.90.9 11 0.40.36290.1591fv 0.90.9 22 40.72402.5211fv 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 24 得 0.9 11 fv 0.9 22 fv 因此取 0.90.9 22 2.5211fvfv 代入公式得： 0.91.7 3 60 62 480.3629 1.01.0077 10160 m pkw 因为大功率能满足小功率的要求，所以取加工钢料和铸铁料中功率较大者，因此， 得出滚刀的切削功率为。 2.0598 m pkw 3.3.选择电动机选择电动机 （1）计算电动机功率： 由 m w a p p ，、分别是带传动、齿轮传动（包括轴承损失） 7 123a 1 2 3 的效率和其它传动进给系统的效率。 取 ， ， 1 0.9 2 0.975 3 0.8 则 ， 0.9 0.975 0.80.702 a 得 。 2.0598 2.9342 0.702 m w a p pkw （2）计算电动机转速： 已知滚刀的转速范围为：，根据滚刀的转速范围粗略取44n 140minr 滚刀主轴的变速级为：44，64，84，104，124，140。 为了使速度主传动中的变速挂轮传动平稳，挂轮的尺寸不至过大，取 b/a=0.41.8。 参考 y-38 滚齿机的速度传动路线及公式： 10527362423 1720 19255362823 1760 a nn b 刀电 得13.04 min b r nn a 刀电 （140 0. 444 1. 8）13. 04=7301032 根据所求得的电机的功率和转速范围，由手册选型号为 y112m4 的电机，该电机 的具体参数如下表： 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 25 型号 额定 功率 kw 转速 1 minr 电 流 a 效 率 （% ） 功率 因数 cos 堵转转矩 额定转矩 堵转电流 额定电流 最大转矩 额定转矩 重量 /kg y112 m4 414408.884.50.822.27.02.247 第第 3 章章 主传动设计主传动设计 滚齿机是一种比较复杂的机床，机床的传动系统也比较复杂，因此，要认识机床 的传动，必须掌握一定的方法。 我们可以把分析换置传动链的方法归纳为：“抓两端，定关系，连中间，算结果” 。 “抓两头”就是在寻找传动链之前，首先应该找出传动链两端的末端件；然后，定出 两末端件之间的计算位移量（即相对运动关系） ；之后，将两末端件之间的传动件连接 起来，就可以了解这条传动链的传动路线，并由此列出两末端之间的运动平衡式；就 可以算出传动换置计算公式。 3.13.1 计算齿轮箱的主传动轴的转速和转矩计算齿轮箱的主传动轴的转速和转矩 主运动传动链是联系电动机和滚刀主轴之间的传动链，由它决定形成渐开线的速 度。起到输入与输出之间的调节与转换关系，通俗说法就是起到所谓“承上启下”的 作用。 传动示意过程 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 26 图 3-1 传动示意图 3.1.13.1.1 主传动轴的转速主传动轴的转速 由方案设计结果可知，电动机的选择为 y112m-4 型电动机，电机额定功率为 4kw, 转速为 1440r/min。 y318 滚齿机主传动由主电动机经过三角皮带轮传动到轴 i轴 ii轴 iii 轴 iv,中间经过变速挂轮，再由轴 iv轴 v轴 vi轴 vii轴 viii 到滚 刀。 图 3-2 主传动简图 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 27 3.1.1.1 计算各轴转速: 由式 r/min (3-1)得： i 轴 14401003.64 r/min 115 165 ii 轴 = 1003.64=501.82r/min 21 42 iii 轴 =501.82=501.82 r/min 35 35 3.1.1.2 iv 轴转速的计算： 由方案设计结果可知，滚刀转速为 44140r/min，由 = , 已知 速度传动比速度传动比 =。(此式计算过程请查看上面电动机选择计算) n 125.5 刀 因此滚刀转速： 3.1.23.1.2 主传动轴的转矩主传动轴的转矩 3.1.2.1 计算各轴输入转矩 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 28 = nm 其中 为电动机轴的输出转矩，按下式计算： 9550 nm (3-2) 电动机轴输出转矩 9550955026.53 nm (3-3) 4 1440 轴承和齿轮传动的总效率 0.975，皮带传动效率 010.9 。 i 轴 = 01=26.53 0.9=37.52 nm 165 105 ii 轴 = =37.520.975=73.166 nm 42 21 iii 轴 = =73.1660.975=71.337 nm 35 35 3.1.2.2 iv 轴转矩计算： 由式 =1/ 速度传动比速度传动比 得： 3.23.2 主运动传动链的计算主运动传动链的计算 3.2.13.2.1 确定主传动链啮合齿轮对和挂轮的齿数确定主传动链啮合齿轮对和挂轮的齿数 （1）末端件 主传动链是展成运动的外联系传动链。它的一端是电动机，一端是滚 刀。 （2）计算位移 电动机转速为 1440r/m，滚刀转速为。 记作 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 29 1440r/min （电动机） r/min（滚刀） （3）运动平衡式 1440r/min(电动机) 变速箱 = 115 165 21 42 35 35 28 28 28 28 28 28 20 80 （4）计算换置公式 $=变速箱 = （3-4） n 125.5 刀 主运动链是外联系链，调整不需很准确，因此按设计要求采用一个 6 速的分级变速 箱来调整。 当给定r/min(滚刀)转速时，就可以算出 变速箱 的传动比，并由此确定主 传动链啮合齿轮对和挂轮的齿数。 确定 由公式（3-4）求得 3.2.23.2.2 确定速度计算表确定速度计算表 在确定滚刀主轴转速 r/min,并选定切削速度$m/min 后，根据选用的滚刀直径 d （外径，毫米） ，可按下列公式计算： r/min (3-5) 因此 通过上面计算结果并结合滚刀主轴速度作出切削速度计算图： 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 30 图 3-3 切削速度计算图 3.33.3 带轮的设计计算带轮的设计计算 3 31 11 1 带型的确定带型的确定 已知电机功率 4kw,转速 1440r/min ，传动比 1.83，工作寿命 10 年（设每年工作 300 天，每天工作 10 小时） 。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 31 (1）计算功率 pca 由参考文献6表 8-7 查得工作情况系数 ka=1.2 因此 pca=ka p=1.24=4.8kw (2)选择 v 带类型: 根据 pca、n，由参考文献6图 8-11 查得选用 a 型带 312 计算带轮直径计算带轮直径 (1)确定小带轮的基准直径: 1) 由参考文献6表 8-6 和表 8-8 取小带轮额定基准直径