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四轴卧式换刀机械装置,卧式,机械,装置
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xxxx 毕业设计第 1 页 共 34 页四轴卧式加工中心换刀装置设计xxxx 毕业设计第 2 页 共 34 页目 录摘 要.3前 言.5第一章 绪论.61.1 数控机床知识 .61.2 数控铣床的分类 .61.2.1 数控立式铣床.61.2.2 卧式数控铣床.71.3 数控铣床的结构特征 .71.3.1 数控铣床的主轴特征.71.3.2 控制机床运动的坐标特征.71.4 数控铣床的主要功能及加工对象 .71.4.1 数控铣床的功能.71.4.2 自动换刀装置（ATC）及其形式.81.4.3 自动换刀装置应当满足的基本要求.8第二章 总体方案的确定.92.1 四轴卧式加工中心及其主要参数 .92.1.1 主要规格及技术参数.72.2 初定其自动换刀装置的设计参数 .10第 3 章 刀库的设计.113.1 确定刀库容量 .113.2 刀库结构设计.123.3 刀库主要零件设计.123.3.1 刀库驱动电动机的选择.133.3.2 传动装置传动比的设计.133.4 刀库传动机构的设计.143.4.1 蜗杆蜗轮机构的设计.133.4.2 蜗杆轴的设计.13第四章 刀具交换装置的设计.264.1 自动换刀的顺序 .264.2 自动夹紧装置 .264.3 机械手的结构和原理 .274.4 设计计算 .27xxxx 毕业设计第 3 页 共 34 页总结.28致谢.29参考文献.30摘 要四轴卧式加工中心的换刀装置是刀库和换刀机械手组成的，只有在卧式铣床加上换刀装置时，才可以被称为卧式加工中心，所以一套完整的换刀装置对加工中心是非常重要的，如果换刀装置的换刀速度快，就可以减少准备时间，提高加工效率。换刀装置先工作之前，需要编程工程师将所需要的刀具按照程序编码将刀具按照在刀库上面，在机床面板输入换刀代码。刀具交换装置就会从刀库和主轴上面取出刀具，进行位置的互换，换刀结束时旧刀会放入刀库，新刀会插入刀具主轴。机械手的刀具交换工作是油缸提供的动力。根据结构要求，可以采用油缸动，活塞固定；或活塞动，油缸固定的结构形式。关键词：关键词：四轴卧式铣床；自动换刀装置；刀库；刀具交换系统Abstractxxxx 毕业设计第 4 页 共 34 页This design mainly carries on the design to the four axis horizontal processing center automatic tool change system, this design change the knife device to have the circular knife storehouse. The automatic tool changing device with the knife storehouse is composed of a tool magazine and a cutter exchange system. The utility model has the advantages of good tool changing speed, high precision, and can greatly improve the efficiency and speed of the tool changing. Before the work of the tool changing device, it is necessary for the programming engineer to encode the required tools according to the program code. Cutter exchange device will be removed from the cutter and the main shaft of the cutter, the location of the swap, the end of the old knife will be put into the knife library, the new knife will be inserted into the cutter spindle.This mechanical hand sword, knife, mostly from the cylinder moves to complete. According to the requirements of the structure, the cylinder can be used to move, and the piston is fixed. The manipulator is composed of mechanical arm telescopic mechanism, mechanical claw switching mechanism composed of slewing mechanism and handling tool linear motion mechanism. The manipulator is composed of mechanical arm telescopic mechanism, mechanical claw switching mechanism composed of slewing mechanism and handling tool linear motion mechanism.Key words: four axis horizontal milling machine; automatic tool changing device; cutter library; tool exchange systemxxxx 毕业设计第 5 页 共 34 页前 言本次毕业设计主要是对四轴卧式加工中心自动换刀装置的设计，主要包括的是刀库和刀具交换系统，刀库具有存放刀具，正确输送刀具位置到换刀点的功能，刀具交换系统（机械手）是整个加工卧式加工中心换刀装置中最重要的组成部分，主要功能就是把刀库上的刀具和主轴上的刀具进行交换，并且保证将刀具送到安全可靠的位置上面。设计刀库和机械手的目的是为了让四轴卧式加工中心的加工效率更高，是机床的功能得到充分的展现，提现出数字化，智能化的加工目的。其次，数控铣床每把刀具都是 8KG 左右，工人换刀时还要受到主轴箱气缸的阻挡，自动换刀装置的出现，可以改善人工换刀带来的生产效率低，出现事故率高的弊端。所以这次设计我的主要设计内容是幅轮式刀具和油回转液压装置的机械手。由于本人的知识和见识一般，本次设计出现了很多问题，希望老师给予指导帮助。xxxx 毕业设计第 6 页 共 34 页第一章 绪论1.1 数控机床知识数控机床通过字面解释可以了解到是数字代码控制的机床，机床 X 轴，Y轴,z 轴或者是 A 轴的运动，都是由程序和代码控制的，我们可以把这种机床称为数控机床。数控机床的灵活性很高，只要在面板输入正学的程序，就可以自动加工完所需要的零件。加工的精度比一般的自动机床搞，尤其是在尺寸精度要求高，位置精度要求高，曲面复杂的零件上面都可以获得比较好的经济效果。现代化的数控技术发展的很快，很多普通机床都开始向数字化控制系统发展，比较常见的有数控车，数控铣等等。甚至还出来一次装夹多次加工的加工中心设备。数控机床主要由数字化控制系统，机床床身和伺服控制器负载。当我们在面板输入指令，指令会记录在数控系统中，数控系统控制伺服系统进行指令执行。就可以完成数控机床的操作。2017 年是 AI 智能机器人突飞猛进的一年，以代码控制的新型智能机器人开始在服务和生产行业迅猛发展。在数控加工生产方向，最为显著的例子就是在已经出现了自动编程的五轴数控加工中心。在未来会有更多的机床向数控化，智能化和自动化发展，能够满足一次装夹多次加工的数控机床也会越来越多。在未来不仅仅不会金属切割机床，还会水切割，激光切割都现代化基础。所以我的本次设计基于数控机床自动化和智能化的方向设计，设计出可以自动换刀的机械手。1.2 数控铣床的分类1.2.1 数控立式铣床在判断机床类别的时候，可以通过观察机床主轴，一般主轴垂直的就是立式铣床。立式铣床的使用范围比较广，通过三轴联动可以加工出任何想要的精度和曲面要求。如果是五轴联动的机床可以满足一次装夹，多次加工和多面加工的要求。总体来说数控立式铣床的坐标轴越多，机床的功能和加工范围以及加工精度就越高。同时对数控系统和数控编程工程师的要求也就更多，同时设备的使用成本也会增加。1.2.2 卧式数控铣床卧式数控铣床的主轴是水平的，这种主轴水平的机床的加工范围很大，需要立式铣床加工不出的零件，卧式铣床都可以加工出来。四轴卧式加工中心的xxxx 毕业设计第 7 页 共 34 页第四轴由万能分度头来实现驱动。在加工时通过工件的旋转可以对零件实现回转加工，达到多面加工的效果。减少了换刀次数，增加了加工效率。1.3 数控铣床的结构特征1.3.1 数控铣床的主轴特征数控铣床的主轴具备主轴正转和主轴反正得基本特征，还要具备主轴突然加速和减速的能力，这些功能可以通过数控代码控制。普通的数控铣床采用变频机组来固定转速。加工师傅通过刀具的材料和加工的表面粗糙度来选择合适的转速，但是转速一旦选定，在加工的过程中就不可以改变。如果采用变频器调整的话。可以将转速分为几档，编程时可以选择其中一档。目前最常见的就是无级变速。可以随时调整转速，但是这个调整不能过大或者过小，如果加工转速时 1000R/min，突然减少 10 倍。就可以造成刀具断裂。或者是加工表面粗糙度不够。多轴数控铣床的主轴可以有主轴摆动的功能，可以扩大加工效果。1.3.2 控制机床运动的坐标特征数控铣床加工的零件都是复杂伦家组成的，在加工的时候需要控制刀具走直线，走圆弧甚至是空间曲线，所以要求数控机床的伺服系统可以同时控制每个轴的同时运动，并且可以互相配合，达到预期的效果。卧式数控铣床至少是两轴联动，本次设计选择的是 4 轴卧式加工中心，所以需要四轴联动。每增加一个轴，数控机床的质量和加工就会上升很多。1.4 数控铣床的主要功能及加工对象1.4.1 数控铣床的功能数控铣床一般具有点控制工能，这个功能在加工许多孔的时候，可以保证孔的互相位置精度，刀具半径补偿功能，这个功能是最重要的，可以非常清楚的判断对刀的位置。数控铣床的镜像加工功能，就像照镜子一样，可以自动加工完成另外一半一模一样的零件。数控铣床的固定循环功能是非常重要的，尤其是在深孔的钻的时候，可以保证钻孔铁削的排出。数控机床的刀具长度补偿功能可以帮助数控机床操作人员，迅速找到 Z 轴零件。数控铣床可以对平面，曲面，斜角，圆角等特征进行加工，尤其是普通铣床中中级工和高级工的难题，在数控铣床中很简单就可以做出来。1.4.2 自动换刀装置介绍数控铣床如果没有自动换刀装置可以称为数控铣床，如果加上自动换刀装xxxx 毕业设计第 8 页 共 34 页置，可以称为加工中心。为了进一步的提高加工速度，更快的制造成品，压缩切削时间，目前市场上面的机床都在进行改造，向高端机床市场进发，如果让数控机床可以一次装夹完成多个工步，就可以减少工人停车换刀和清扫测量的时间，这个时候需要用到数控机床自动换刀装置。对于工件的多个位置加工儿设置的刀具交换系统，称为自动换刀装置（）主ATCChanger Tool Automatic要就是刀具和机械手组成。比如说价格一个零件需要用到钻孔，铣平面，铣槽三把刀具，就可以把这三把刀放在数控铣床的刀库里面，通过合理的设置，点一次循环启动按钮，机床即可实现自动加工。安装有自动换刀装置的数控机床具有自动换刀时间快，刀具安装定位精度高，简单刀具摆放占据的空间，提高换刀时的工人安全以及工人换刀时的操作失误。xxxx 毕业设计第 9 页 共 34 页第二章 总体方案的确定我们需要设计一套四轴卧式加工中心的自动换刀装置。我们以云南乔鸿机床厂，生产的 TOM800 卧式加工中心位置，本套机床时在普通的卧式铣床上面加上了旋转轴，称为了四轴铣床，现在我们为它设计自动换刀装置，就可以称为四轴卧式加工中心。本次设计的 TOM800 的主要组成部分由主要组成部分是机床床身，机床工作台，铣床头，电气系统，拉刀系统组成。自动换刀系统是一套独立的，完整的机床部件。这样的设计最初的考虑就是在自动换刀系统坏了之后，机床还可以由人工控制进行工作。2.1 四轴卧式加工中心及其主要参数这套机床的机身和其他大件都是由优质灰铸铁树脂砂铸造形成，主轴箱采用全齿轮传动，恒温控制。控制精度的滚珠丝杆和轴承都是由日本公司生产，气动液压装置都是由台湾公司生产，电气元件为国产配置，整体设计全方位保护，并且设有积屑车。机床的控制系统可以自由选择，常见的有西门子，法兰克，华中，广数等先进的系统。控制控制面板操作可以实现 X 轴 Y 轴 Z 轴 A 轴的直线定位，圆弧插补或者是四轴联动等要求。2.1.1 其主要规格及技术参数xxxx 毕业设计第 10 页 共 34 页数控加工中心一般都是进行批量加工，加工的材料也有很多，常见的加工材料有铸铁，铸钢，碳素结构钢，铝材或者是钢铜等，比如在加工碳素结构钢时，选择 D16 的立铣刀就可以满足每刀加工 1.5mm 深度进行铣削。2.2 初定其自动换刀装置的设计参数四轴卧式加工中心在加工零件时，尤其是在表面加工时，选择的刀具半径都会比较大，刀齿比较多的刀具。因为这样的刀具刚性比较高，刀片比较耐磨。还要就是刀具在实际使用中可以减少走刀次数。本次设计卧式铣床的换刀装置，可以选择最大铣床直径 250mm。初估最大直径刀具的重量为 8kg。xxxx 毕业设计第 11 页 共 34 页第三章 刀库的设计刀库的样式，刀库的布局，刀库的结构都会影响到数控机床的换刀速度，对数控机床的性能有很大的影响。3.1 确定刀库容量不同的机床所需要的刀库的容量是不同的，主要是机床的加工类型，加工工艺和相同类型的机床刀库容量决定的。大部分带有自动换刀装置的数控机床都在进行小批量，多种类生产。就可以采集多个加工零件，分析加工时需要的刀具，来确定加工刀具数量，以卧式加工中心为例，常见的加工特征需要用到圆盘刀，立铣刀，铰刀，钻头，镗刀等刀具，在实际工作者，配备刀具的种类和规格越多，工作效率也就越高。如果刀库的容量较大，就会使整体结构变大，会影响和机床的装配，如果刀库的容量很小，会导致刀具数量不够，无法完成加工复杂零件。所以在设计机床时要考虑经济性，合理性，尽可能把所有刀具都装入刀库中，缩短换刀时间。一般数控加工中心在加工时，加工最复杂的零件为模具零件，一般有钻孔加工，平面加工，各种大小不同的槽加工或者是斜面曲面加工等等，所以在设计加工中心刀库时，一定要合理的设计刀库的容量，如果设计刀库的容量较小，则不能满足加工的需求，如果设计的刀库容量过大则会导致刀具载体变大，与卧式加工中心的整体布局格格不入。所以根据观察图 3-1，得出 95%的铣床加工零件可以由四把铣刀加工完成，70%的孔加工需要十把麻花钻或者铰刀。因此，本次的四轴卧式加工中心，通过对比常见的加工零件，设计刀具容量可以同时按照 16 刀具。确定刀具的容量之后，需要选择刀库的刀库类型。常见的刀库类型有斗笠式刀库，链条式刀具等，本次设计选择幅轮式刀库。xxxx 毕业设计第 12 页 共 34 页3.2 刀库结构设计数控机床换刀机械手的设计一般都是采用蜗轮蜗杆传动结构进行设计，这种结构可以改变力的方向。比如数控机床在换刀时，需要正在加工的刀具和刀库中的刀具进行交换，需要改变刀具的位置，选择蜗轮蜗杆传动就符合刀具换刀的运动路线。蜗轮蜗杆的传动属于齿轮传动， 齿轮在运动时需要由电机输入功率。所以本次设计选择交流伺服电机来满足刀库在换刀过程中的驱动力。在设计电机和涡轮蜗杆机构链接的方式时，可以选择键链接，联轴器链接等等。考虑到加工中心在换刀时速度一直不变。并且运动过程很简单，所以选择联轴器作为转矩的传递体。图 3-2 结构示意图3.3 刀库主要零件设计3.3.1 驱动电机的选择电机在运动时需要能够驱动 16 把刀具的重量已经刀具本身的重量，假设这些重量加再一起等于。然后选择可以取代重量的伺服电机，还要考虑到kg8kg8伺服电机本身的转矩比选择好的电动机转矩要下，所以计算电动机负载为：假设传动比，可以设计出本次结构设计的传动效率为20=i0.699=0.99*0.99*0.99*0.723*3*2*1nnnnn总联轴器的机械传动效率1nxxxx 毕业设计第 13 页 共 34 页蜗杆的传动效率2n轴承的传动效率3n1.402n.m=.69919600/20/0=Tl通过计算，确定电机的转矩为 1.402n.m，计算结构为满载计算，所以在实际选择电动机的转矩时，选择 T1x1.2 倍T1x1.5 倍。TlTs)5 . 12 . 1 (1.402*1.5)-(1.2Ts2.103-1.68Ts如果转矩越小则越接近计算值，会对电机的寿命和刀具换刀时所提供的动力有所影响，所以选择巨大转矩计算。电机的最大转矩是根据电机的负债与加速转矩之和计算：TlTaT计算加速转矩如下:Ta=2*()/()NmJlJmTa60;加工时间Ta;工作电机转速Nm；电机轴上的惯量Jl；电机转子管量Jm = 1500r/minNm 0.019n.s.sJm.s0.016n.m.sJl1.8s=180mstaTa=2*n*m*()/()TlTmTa60n.m 3.05=1.8)*0.016)/(60+(0.019*20*1500*3.14*2=Ta4.4551.402+3.05 Tl+TaT根据对比本次设计最大转矩小于电机的额定转矩，满足使用要求T25N.m=T轴孔的直径范围为mm18-12确定其轴孔的直径为16mm在蜗轮蜗杆的传动过程中，轴既受径向力又受轴向力的作用，故轴承的类型选择角接触球轴承，根据轴径选择70000C如图 3-1 所示图 3-3 蜗杆轴在第三段和第五段是轴承，故,长度20mm=20mm;=l第六段和第二段是锁紧螺母，用双螺母来进行锁紧，故,长度18mm=;25mm=l第一段与联轴器相连，故,长度 =30mm,键为，长度为;16mm=l5*820mm第四段长度;250mm=2.蜗杆轴的最小直径蜗轮轴选用调质处理的 45#。根据表 15-3（机械设计基础课设设计指导手册）有=1120A=26.45mm330min3/*nPAd由于该轴上有键槽，在计算的过程中应该考虑这个因素的影响，故计算出来的最小轴。27mm=mind在蜗轮蜗杆的传动过程中，轴既受径向力又受轴向力的作用，故轴承的类型选择角接触球轴承，根据轴径选择。7006Cxxxx 毕业设计第 18 页 共 34 页图 3-4 涡轮轴在第二段和第六段是轴承，故,长度,第六段长度为30mm=20mm=l;50mm第一段和第七段是锁紧螺母，故,长度;28mm=30mm=l第五段与涡轮相连,直径为,长度为，上面有一个键，长度40mm50mm5*12为;28mm第三段直径为,长度;40mm50mm第四段直径为长度为;60mm12mm第八段为花键轴，它与刀盘连接，长度为.100mm蜗杆轴轴径的校核蜗杆轴；由可知=2*4/40tan11mZd 11tandmZ =11.3蜗杆受力轴向力：=1564 N22112dTFFa径向力：=312.85 Ntan221rrtFFF圆周力：=366.26 Ntan221rrrFFF垂直受力； ；0rF0121rRRFFF 0AM0200*373*12rRFF得NFR88.1691NFR38.1962xxxx 毕业设计第 19 页 共 34 页图 3-3 垂直受力图垂直面弯矩图图 3-6 垂直面弯矩图水平面受力 F0 3731731RtFF得=145 N 1RF =167.85 N 2RF图 3-7 水平面受力图xxxx 毕业设计第 20 页 共 34 页水平面弯矩图图 3-8 水平面弯矩图-合成弯矩图图 3-9 合成弯矩图转矩图xxxx 毕业设计第 21 页 共 34 页设他的6 . 0故5320.2T当量弯矩图：图 3-11 当量弯矩图又由可知1222224 WTMWTWMca在涡轮轴中=2195.2323dW故=45542/2185.2=20.84ca查表 15-1（机械设计）可知=55 1故轴满足设计的条件。涡轮轴的校核蜗杆受力：图 3-10 转矩图xxxx 毕业设计第 22 页 共 34 页轴向力：=1564N22222dTFFa径向力：=366.26 Ntan222rrtFFF圆周力：=312.85 Ntan222rrrFFF在垂直方向上受力：图 3-12 垂直方向受力0:0423rrryFFFF0*341*80106*:042rarcFFFM得 NFr1784NFr5143垂直面弯矩图xxxx 毕业设计第 23 页 共 34 页图 3-13 垂直面弯矩图水平面受力图 0 *341106*2:04rcFFtM得：0 :0423rtryFFFF NFr486 4NFr1078 3图 3-14 水平面受力图水平面弯矩图图 3-15 水平面弯矩图合成弯矩图xxxx 毕业设计第 24 页 共 34 页图 3-16 合成弯矩图转矩图图 3-17 转矩图当量弯矩图图 3-18 当量弯矩图有1222224 WTMWTWMca在蜗轮轴上有5120W28.71ca故齿轮轴合格。xxxx 毕业设计第 25 页 共 34 页第四章 刀具交换装置的设计4.1 自动换刀的顺序本次设计的是四轴卧式加工中心的自动换刀装置，设计换刀装置在加工中心机身左边。在使用刀具之前，将刀具按照编程工程师编写的程序代码安装在刀库中。1 号刀具和主轴垂直。在加工中心的操作面板上面输入换刀指令，然后刀库开始选择选刀，将指定的刀具旋转到指定的位置，比如输入 T06 指令，刀库会将 6 号刀具旋转到加工位置。刀具旋转到换刀位置之后，刀库不再做出运动，然后刀套带动刀具旋转角度 90。然后换刀机械手开始运动，分别将主轴上的刀具和刀库上的刀具取下来。取下的过程为，分别抓住，刀套松开刀具，铣床主轴拉杆松开刀具，然后换刀机械手往下拔刀。机械手旋转 180之后，刀具交换完毕。按照拔刀的样式，将刀具安装回去。4.2 自动夹紧装置刀具的夹具装置是依靠主轴上的拉杆对刀具进行锁定的，这种换刀装置比普通铣床的机械加紧式的换刀装置要好用很多。如下图所示，铣刀的导套和夹紧装置都有一个锥面，依靠圆锥面对刀具进行定位和装夹，当刀具夹紧时，蝶形弹簧通过拉杆和双瓣卡爪在套筒的动作可以使刀柄的尾端拉紧从而实现刀具的夹紧。在换刀时压力油就会进入到油腔中，活塞通过推动拉杆来压缩弹簧，在弹簧的作用下卡爪张开，导致喷气头将刀柄顶住，当压力达到一定的值时，刀柄松开，这个时候刀具就可以被机械手拔出，完成拔刀的动作。当机械手换刀后，机械手要把新的刀具放到主轴中，压力油进入油腔中，上述提到的使刀具夹紧。这样就完成了刀具的在主轴上的自动夹紧的过程。在这个装置中，活塞的极限位置中都有行程开关开控制在刀具的夹紧和松开。xxxx 毕业设计第 26 页 共 34 页图 4.1 主轴夹紧装置4.3 机械手的结构和原理图 4.2 机械手爪结构机械手两端设计两个环形手指，主要作用是对刀具进行抓取，刀具上有一个活动销。销和弹簧进行配合就可以在抓取刀具之后将刀具定位，对刀具进行完全定位，防止在刀具换刀过程中将刀具丢出去。4.4 设计计算4.4.1 手指夹紧力的计算手指对工件的夹紧力可按下式计算：xxxx 毕业设计第 27 页 共 34 页kgk1k2k3G N式中本次设计；21.2k1通常选择安全系数1.8=k1 k2=1；动载系数2K数 k3=1.0;方位系数3KG=11kg。刀具重量G则我们设计的机械手手指的夹紧力为：N1.811.011 kgf = 19.8 kgf整个回转头回转 180换刀的运动是由回转液压缸 8 驱动，回转液压缸的输出轴上安装有齿轮 99，齿轮 41 装在套筒上，回转液压缸固定在立柱上。当回转液压缸动片转动时，齿轮 99 带动齿轮 41 转动，其转角的极限位置可由螺钉限定，同时有微动行程开关发出到位信号，其运动的计算公式为：Z2+Z1Z2/=41/99由于在这里，即：280=99180=44180/280= Z2/（Z1+Z2）解得：两齿轮的齿数比 = Z2/Z1=1.8选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）选用直齿圆柱齿轮传动。2）换刀机械手换刀时速度较高，选用 6 级精度。3）材料选择。选择小齿轮材料为 40Cr，表面调质处理，保证齿轮的精度和使用寿命,硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢，表面调质处理，保证齿轮的精度和使用寿命,硬度为 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS。4）选小齿轮齿数为大齿轮齿数取24,=Z143.2,=241.8=Z1=Z2。43=Z2按齿面接触强度设计由设计公式（10-9a）进行计算，即： H)21/31)/)/(Z(KtT1/(K2.32d1t1)确定公式内各计算式数值试选载荷系数1.3=Kt计算小齿轮传递的转矩105N.mm1.962= 1460N.mm30/ 10595.5=105P1/n195.5=T1由表 10-7 选取齿宽系数 d1由表 10-6 查的材料的弹性影响系数2189.8MPa1/= ZE由图 10-21d 按齿轮齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1 xxxx 毕业设计第 28 页 共 34 页=600MPa;大齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim2=550MPa; 由式 10-13 计算应力循环次数N1=60n1jLh=6014601（2830015）=6.307109N2=4.147109/3.2=1.296109由图 10-19 查得接触疲劳寿命系数 KHN1 =0.91;K HN2=0.94计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%,安全系数 S=1,由式(10-12)得546MP=600MPa0.91=/SKHN1HN1H =H 517Mpa=550Mpa0.94=/SKHN2HN2H =H2)计算试算小齿轮分度圆直径 d1t,代入H中较小的值d1t2.32(KtT1/d)(1)/(ZE/H)21/3 =2.32(1.31.962105/1)(4.7+1)/4.7(109.8/517)21/3 =80.445mm计算圆周速度 v6.15m/s=1000m/s1460/6080.445=1000d1tn1/60=v计算齿宽 b80.445=80.4451=dd1t=b计算齿宽与齿高之比 b/h模数 3.352=80.445/24=d1t/ Z1=mt 齿高 7.54mm=3.352mm2.25=2.25mt=h 10.67=480.445/7.5=b/h计算载荷系数根据级精度,由图 10-8 查得动载荷系数：6.15m/s,6=v1.02;=KV直齿轮 ,假设 KAFt/b100N/.由表 10-3 查得：1.2;=KF=KH由表 10-4 查得使用系数：1;=KA由表 10-4 查的 7 级精度、小齿轮相对支承非对称分布时，3b-100.23+0.6.6d2)+0.18(1+1.12=KH将数据代入后得1.75=80.4453-100.23+1212)0.6+0.18(1+1.12=KH由 b/h=10.67, KH=1.75,查图 10-13 得 KF=1.35;故载荷系数：xxxx 毕业设计第 29 页 共 34 页2.142=1.751.21.021=KAKVKHAKV=K按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得95.01=)2/3(2.142/1.380.445=/3d1t(K/Kt)2 =d1 计算模数 m3.95=95.01/24=d1/ Z1=m按齿根弯曲强度设计 由式（10-5）得弯曲强度计算的设计公式为F)1/3(YFaYSa/ Z12)(2KT1/(m1)确定公式内的各计算数值由图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限：500MPa=FE1大齿轮的弯曲疲劳强度极限：380MPa=FE2由图 10-18 查得弯曲疲劳寿命系数：0.85=KFN10.88=KFN2计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数：1.4=S由式（10-12）得303.57Mpa=500/1.4MPa0.85=KFN1/FN1 =F 238.86MPa=380/1.4MPa0.88=KFN2/FN2 =F 计算载荷系数1.944=1.351.21.021=KAKVKFAKV=K查取齿形系数由表 10-5 查得：2.65=YFa12.226=YFa2查取应力校正系数由表 10-5 查得：1.58= YSa11.764=YSa2计算大、小齿轮的 YFaYSa/F并加以比较 0.01379=71.58/303.52.65= F1YFa1YSa1/xxxx 毕业设计第 30 页 共 34 页0.01644=861.764/238.2.226=F2YFa2YSa2/大齿轮的数值大。2）设计计算 2.792=0.16441/3242/11059.9481.9442 m对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数 2.792 并就近圆整为标准值m=3。按接触强度算得的分度圆直径 d1=95.01,算出：小齿轮齿数：z1= d1/m=95.01/3=32大齿轮齿数：z2=z1=1.832=57.6取 z2=58这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。几何尺寸计算1）计算分度圆直径d1=z1m=323=96 d2=z2m=583=1742）计算中心距a= (d1+d2)/2=（96+174）/2=1343）计算齿轮宽度 b=dd1=196=96验算 Ft =2T1/d1=21.965105/96N=4087.
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