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自动齿轮倒角机 自动倒角机齿轮

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摘 要齿轮作为机械领域中重要的传动零件，它的加工制造一直受到人们的重视。其加工可分为粗加工和精加工。粗加工有滚齿、插齿等，精加工有剃齿、磨齿等。在经过粗加工后，齿的端部会产生飞边以及毛刺。由于锋利的棱角和毛刺的存在，影响其外观、传动精度、再加工和装配，并产生传动噪音，以至使齿轮的性能可靠性、寿命和润滑效果下降，更主要的是降低了齿轮的质量，而且还会导致整个机械系统不能正常工作，因此我们需要考虑给齿轮倒角去毛刺。现在齿轮加工后的去翻边毛刺已成为齿轮加工的必要工序。本设计中的倒角并不是指圆柱倒角，而是小倒角，也就是齿廓倒棱，所以我设计用磨头进行倒角，即磨棱倒角。由此我设计一个磨棱倒角机来实现对齿轮的自动倒角。本文对齿轮倒角技术进行了分析，并提出了齿轮自动倒角机的可行性方案。对机床进行了整体工作原理的设计和分析。对机床在工作情况下进行受力分析，设计出传动方案，并对其传动件进行设计、计算。得出了较合理的设计方案，解决了大型齿轮磨棱倒角效率低、工时长的问题，设计的齿轮磨棱倒角机有较为广阔的使用前景。关键词：齿轮加工；机床结构设计；传动系统；磨削；磨棱倒角AbstractAs an important mechanical part of the machinery field, the processing and manufacturing of the gear has always been taken seriously. Its processing can be divided into rough processing and finishing. It has a rolling teeth, inserted teeth, etc. When processed, the end of the tooth produces a flying edge, usually accompanied by a burr. Due to the presence of sharp edges and burrs, affect the appearance, the transmission accuracy and machining and assembly, and transmission noise, so the performance of the gear reliability, life and lubrication effect, more important is to reduce the quality of the gear, but also will cause the whole mechanical system can not work normally, so we need to consider for gear chamfering deburring. Along with the development of science and technology, the processing of the gear has become higher and higher, and the gear processing has become the necessary procedure of gear processing.This chamfering in the topic does not mean that the gear end chamfering, but a small chamfer, namely tooth profile chamfer, so I design using the chamfering grinding head, grinding chamfer edges. So I design a grinding machine to make the automatic chamfer of gear. In this paper, the technology of gear chamfering Angle is analyzed, and the feasible scheme of gear automatic chamfering machine is put forward. The design and analysis of the whole principle of machine tool. In the working condition of machine tool, the driving plan is designed and the transmission is designed and calculated. The more reasonable design scheme is obtained, solve the low efficiency of large gear grinding chamfer edges, long hours, design of gear grinding edges there are broad prospects for the use of the chamfering machine.Key words: gear processing; grinding machine structure design;driving system; grinding; edge grinding and chamfering目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 课题背景11.2齿轮磨棱机研究目的和意义11.3齿轮磨棱机国内外发展状况21.4课题概述31.4.1 齿轮磨棱的实质和种类31.4.2 磨棱的作用31.4.3 齿轮磨棱机的分类及工作41.5 本课题主要研究内容4第2章 齿轮磨棱倒角运动分析52.1 随动系统52.2 磨头的选择52.3 磨头的磨削力分析82.4 磨头位置及角度分析92.4.1 磨头位置92.4.2 磨棱角度分析102.5 磨削过程中力平衡分析及调节112.6本章小结11第3章 齿轮磨棱机结构设计133.1 机床总体结构分析及设计思路133.1.1 待磨削齿轮的规格133.1.2 预确定齿轮磨棱机床的技术参数133.1.3 机床总体机构分析及设计思路133.2 回转工作台的设计153.2.1 传动系统的设计153.2.2 检测台的设计及其它部件的介绍353.3 本章小结37结 论38参考文献39附录1：外文翻译43附录2：外文原文39致 谢53- 53 -齿轮自动倒角机1 绪论1.1 课题背景在大型设备中的齿轮其模数和齿数往往都很大，其质量也自然很大，对这样的齿轮其装夹和加工通常都很困难，特别是像齿轮齿廓磨棱这样的特殊工艺将更为困难。因此目前对于大型齿轮的齿廓磨棱国内外还没有专门的设备进行，因此有必要针对大型齿轮的齿廓磨棱的相关原理进行分析并对机床进行设计。目前由于没有专用的设备，该工艺都是通过工人的手工进行的。先用磨头手工粗倒棱，然后用油石抛光，这种做法工人的劳动强度大，工作环境恶劣，劳动效率低下，对工人的操作要求高，而且加工质量不高。过去，用户对倒棱的质量要求不高，齿轮倒棱不作为很重要的工艺，并且生产任务量少，手工倒棱可以满足质量和效率的要求，但是随着科学技术的发展和市场的不断扩大，用户对产品的质量要求越来越高，齿轮倒棱不再是可粗可精可有可无的工艺，已经成为很重要的生产工艺，甚至因为倒棱质量达不到要求导致产品不合格，并且生产任务量也越来越大，手工生产已满足不了生产的需要。因此有必要对齿端倒棱工艺的原理进行分析并设计出相应的机床。以适应现代对齿轮倒棱加工的生产需要。1.2齿轮磨棱机研究目的和意义齿轮作为重要的传动零件，由于毛刺的存在，影响其外观、传动精度、再加工和装配，并产生传动噪音，以至使齿轮的性能可靠性、寿命和润滑效果下降，更主要的是降低了齿轮的质量1。由于毛刺的存在会导致整个机械系统不能正常工作, 使可靠性、稳定性降低。当存在毛刺的机器作机械运动或振动时, 脱落的毛刺会造成机器滑动表面过早磨损、噪音增大。因此我们必须考虑去除齿轮的毛刺。而齿轮磨棱机恰是一种很好的用于给齿轮去除毛刺的设备，他在齿轮生产中是极为重要的3。齿轮磨棱机是一种用于给齿轮去翻边毛刺的自动化机械设备，它采用气动或电动的高速转动，带动砂轮片进行磨削工作，该机床为汽车、摩托车、工程机械、减速器、机器制造等行业提供了可靠的装备，极大的提高传动零件的啮合精度，有效地降低了传动噪音。1.3齿轮磨棱机国内外发展状况随着生产几十点发展和使用要求的提高，齿轮正朝着高精度、高强度、高承载、低噪声、轻量化及长寿命方向发展。对齿轮轮齿进行倒棱是控制齿轮噪声等的一个十分重要的工艺措施，已引起国内外齿轮加工制造杭寅普遍的关注和重视4。19世纪末，为了磨削插齿刀，在美国创制了大平面砂轮磨齿机。20世纪初，随着汽车工业的发展，德国研制出锥面砂轮磨齿机，美国采用成形砂轮磨削汽车齿轮。1914年，为了提高齿轮精度，瑞士制造出碟形砂轮磨齿机，采取了补偿砂轮磨损等措施。30年代后期，瑞士又研制出蜗杆砂轮磨齿机，提高了效率。对美国产齿轮的研究发现，美国无论是同应公司，还是博格华纳、GE、BUCYRUS、AllisonTransmissions、TEREX、CAT等公司，生产地无论是闭塞式与或是开放式的齿轮，均对其进行倒棱。虽然美国商务通移动齿轮倒棱国家标准，但个公司对齿轮倒棱有着相同的共识必修倒棱，并且按各公司的有关标准进行实施。国外对这一技术的应用十分重视，足以表明齿轮倒棱的重要性和必要性6。中国的齿轮磨床研究制造已有四十余年历史，从八十年代初至今近二十多年间发展较快，制造出七个系列60余种规格的齿轮磨床。其中1997年由秦川机床集团有限公司研制成功的YK7250蜗杆砂轮磨齿机（数控八轴五联动）在国际机床博览会上被有关专家誉为“具国际水平的机床”，标志着中国齿轮磨床制造技术水平跨入世界先进行列。 随着科学技术和经济的发展，齿轮加工业对于齿轮加工机床的性能要求不断提高，反之，齿轮加工机床制造业对于齿轮加工又具有导向作用，形成有机的联动发展。为此，一批能适应社会科技和经济发展节拍的新产品应运而生6。温岭市美日机床有限公司、重庆机床有限公司、宝鸡虢西磨棱机厂、陕西秦川机床有限公司、天津第一机床总厂等众多厂家都对齿轮磨棱机研发和生产。其中宝鸡虢西磨棱机厂生产的YM系列齿轮磨棱倒角机是由科技人员经多年研发、精心设计而成，主要应用于各种齿形零件的磨棱倒角加工。该系列机床已有三项技术取得了国家专利，并获得陕西省优秀专利二等奖。图1-1 重庆识金实验检测设备有限公司生产的SJ-1C2气动双磨头齿轮磨棱倒角机1.4课题概述1.4.1 齿轮磨棱的实质和种类倒棱实质上是小倒角，也就是在齿轮的齿形加工后对所有裸露的尖角再倒一个小倒角为了与齿轮两端的大倒角相区别，故称为倒棱。倒棱是沿轮齿断面的倒角，是防止由于小的磕碰造成齿面突起而产生噪声和损伤啮合齿面的一项重要措施。倒棱又分为齿顶倒棱和齿廓倒棱8。1.4.2 磨棱的作用1.降低齿轮啮合时的噪声；2.提高齿轮啮合精度，减少啮合冲击；3.减小扒齿，延长齿轮使用寿命；4.减少热处理时的应力集中；5.避免胶合打齿的危险；6.在对硬齿面滚、刮、磨以及滚、刮工艺中有利于刮刀切入，有效地避免打刀和刀刃崩缺；7.齿轮倒棱后不仅外形美观，而且比较安全，在齿轮的装配与调试中，手不易被划伤7。1.4.3 齿轮磨棱机的分类及工作磨齿机的工作原理分成形法和展成法(见齿轮加工)两类。按展成法加工的磨齿机根据砂轮形状可分为 4种：碟形砂轮磨齿机 锥面砂轮磨齿机 蜗杆砂轮磨齿机大平面砂轮磨齿机4。齿轮磨棱机采用锥形砂轮磨齿, 该磨齿是按齿轮齿条啮合原理进行加工的。 砂轮相当于假想齿条上的一个齿, 工件节圆沿假想齿条节线作纯滚动。工件通过展成运动链, 作展成运动( 往复移动和绕自身轴线的反复转动)。 移动和转动必须保持一定的相对关系, 即工件转1 转, 其移动长度应等于磨削节圆圆周的展开长度。这样就可磨出所需的渐开线齿形。 砂轮倒角是将工件( 齿轮)固定于旋转轴并与旋转轴一起旋转( 如图1) , 砂轮片由电动机带动旋转, 砂轮片由于重力的原因作用于齿轮, 齿轮匀速旋转, 砂轮片沿着齿轮的边缘进行切削运动, 将齿轮边缘的棱边磨成斜角。由于工件在电机带动下旋转, 当磨完一个齿后, 将自动磨下一个齿。这样只需工件转一转, 即可完成加工10。1.5 本课题主要研究内容 1. 根据基本技术参数，给出齿轮磨棱机总体结构初步设计方案。2.进行磨削力，功率，运动行程等方面的计算，确定各个零部件的具体外形尺寸并进行强度校核。完成总装图及部分零件图。 3.根据工件所要加工的形状及尺寸要求，进行总体设计。 4.传动方案的设计。 5.生产能力、磨削力、传送功率的计算。 2 磨棱倒角运动分析2.1 随动系统随动系统是一种反馈控制系统。在这种系统中，输出量是机械位移、速度或者加速度。因此随动系统这一术语，与位置或速度，或加速度控制系统是同义语。在随动系统中，有一类，它的参考输入不是时间的解析函数，如何变化事先并不知道(随着时间任意变化)。控制系统的任务是在各种情况下保证输出以一定精度跟随着参考输入的变化而变化。微机位置伺服系统概述在自动控制系统中，把输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为随动系统，亦称伺服系统。在控制系统中若给定的输入信号是预先未知且随时间变化的并且系统的输出量随输入量的变化而变化这种系统就称为随动系统。快速跟踪和准确定位是随动系统的两个重要技术指标。2.2 磨头的选择根据待加工零件的材料、磨削率以及加工要求的表面粗糙度来选择砂轮，这是挑选磨具的一般规律。砂轮的选取一般按照这几个分类进行选取：即选取磨粒，选取粒度，选取硬度，选取结合剂，选取组织，选取形状，外径、厚度、内径。使用结合剂将较多微小的磨粒凝结成一定比例形状的磨削工具称为磨具，目前所使用的磨料，它的种类可划分为以下几种：刚玉类，氧化铝（Al2O3）是它的主要成分。硬度低于SiC类，然而其韧性较好，一般用于磨削属于抗拉能力较强的工件材料（例如钢料）。还能划分成白玉刚和棕刚玉，的颜色呈现为棕褐色，和比较，它的硬度小且韧性较好，适宜碳钢等材料的磨削；和GZ对比，GB的硬度较高，然而韧性确较低，应用于高速钢精磨淬火钢等这些工件。另外还存在单晶刚玉，各个粒子差不多都属于单晶体，其多面体的形状为球状，在进行生产时会生成这类单晶体，由于GD因为将较多晶体进行机械碾碎，然后在砂粒内形产生残余应力，所以和GB与GZ比较，它的硬度和韧性都较高，并且磨削性能也高。适宜成型、不锈钢、以及精密这三类磨削。当机械工件加工时，因为快速冷却导致产生极微细的晶体结构称为微晶刚玉，很多微小的切削刃存在于各个砂粒中，GW磨料的韧性比GZ和GB的高且强度也比它们大，并且具有良好的自锐性，这是因为这些微晶稳定地结合在一起。在磨削力很大的情况下，仅失去微小的碎块，并且在GW处造成刃口，所以磨削效率高以及消耗少是使用砂轮进行磨削的特点，对于难度较大的成型磨削以及磨削不锈钢等这些特别钢体材料，包括磨削光洁度，GW比较适用。在提炼GB过程中加入的氧化铬用以增强它的磨削能力，这种刚玉称为铬钢玉，颜色一般为紫红色或者玫瑰红，与GB的硬度相似，比GB的韧性好，在磨削加工过程中，难以损坏工件以及产生裂缝，能够极好的维持砂轮的外形。对于仪表部件、成型磨削、以及磨削精密部件的光洁度，用GG比较适合。除此之外，还可应用于冶炼结刚玉、钛钢玉和锆刚玉等等。碳化硅（SiC）类，和刚玉比较，它的硬度较高而且脆性也大，在粉碎之后，新的尖锐刃口会在晶体表面上分化出来，适合磨削硬度大且脆性高的材料，例如铸铁。SiC还可以划分成黑SiC以及绿SiC。其中TH中存在很多的杂质，所以纯度比TL低，并且价钱合理，购买它成本低，经济适用。在磨削铸铁等材料时比较适合用TH，TL中存在的杂质较少，它的硬度比TH略高。对于硬度极高且不易磨削的脆性材料，例如tungsten carbide alloy等，比较适合用TL。金刚石类，其硬度极高，而且价钱也是这些分类中最高的一种，它可以划分成人造类和天然类。因为它存在人口较尖、硬度极强、难以损坏、磨削过程中产生的热量少，并且精度以及表面光洁度极高等特点，所以该类砂轮可以使用的时间较长。在硬质合金磨削过程中，若是使用TL，那么极易在表面出现裂缝。但是若采用的砂轮是属于金刚石磨料的，那么这种情况就不会出现，因此其极其适合磨削的材料是属于硬度极高的，就如硬质合金等。在磨削钢铁的过程中，因为金刚石和钢铁之间会发生化学反应，产生的化学亲和力较强，所以砂轮会迅速损坏。综上所诉，选取磨料的原则主要是判断工件属于何种材料。按照设计需求，因为这个机床是向刚完成粗加工的大齿轮二次加工，也就是合金钢没有进行淬火，因此选择的刚玉类磨具，再按照设计需要以及价格，最终选择GZ，类型：A。磨料颗粒的尺寸通过磨料粒度体现出来，要确保其拥有充足的切削刃数，那么必须选取好磨粒形状以及尺寸大小，这样才能足够确保它拥有对应的切削性能。影响选定粒度的因素，主要有两种，即工件加工的Ra要求以及要确保生产率。普通情况下，普遍应用的磨具最多的就是中等磨粒。在精磨、研磨以及抛光过程中一般选择细粒度磨具。进行批量生产时，首先要达到零件粗糙度设计要求，其次尽可能选取粒度稍微粗一点的磨具，使之能达到提升生产率的要求。但是在小批量货物单件加工情况下，首先侧重思虑零件的加工是否符合质量要求，因此选取的磨具其粒度要小，这样才能有优势。尽管这个机床是对齿轮完成去毛刺、飞边等加工，然而由于齿轮属于比较精密且关键的零件，因此选取的磨具粒度号位于区间，通过查表，粒度号选定：F40。磨粒被结合剂连接的稳定水平称为磨具硬度，当有外力时，若磨具轮廓上的磨粒，极易掉落，那么表示其硬度比较小，相反，硬度比较高。结合剂是对磨具硬度造成影响的关键成分。它的使用性能受磨具硬度的影响比较大。为了达到适宜加工各类工件材料以及满足磨削加工的要求，要求设有各类硬度等级的磨具能够让其挑选使用。磨具硬度代号有硬至软的排序为：Y，T，S，R，Q，P，N，M，L，K，J，H，G，F，E，D，C，B，A根据设计需求查选择中硬度型号：M。将若干细小的磨粒粘合为一体，以达到拥有指定外形以及需求强度，这是结合剂的重要功能。在进行磨削时，因为有结合剂辅助，磨粒可以实现对零件的磨削。当磨粒以及发生钝化时，还可以让其准时破碎或者脱落。这样就可以使磨具维持优良的磨削功能。结合剂根据磨削速度、方法和零件Ra要求等，来选取。现在所用齿轮磨齿机，其使用的结合剂，大多数是陶瓷类。按照查表选取陶瓷结合剂的型号为：V。气孔、结合剂以及磨料这三个的容积比例就是磨具组织。通常使用配方的方法来控制。它的表示方法有两类：第一类：使用磨粒占有的磨具容积%，即普遍所讲的磨粒率；第二类：使用气孔占有%和尺寸，即气孔率。磨具组织根据第一类表示，总共划分为十五个组织号，即分类的规则为：将百分之六十二的磨粒率定为零号，此后每次降低百分之二，组织号提高一，依次往后推。根据磨粒率，磨具组织号从小至大的排序为：14，13，12，11，10，9，8，7，6，5，4，3，2，1，0磨粒占有的体积%数越大，说明组织号越小且组织精密，虽然磨具比较容易被切削阻碍，并且磨削效率小，然而确可以承担较高的磨削压力。磨具轮廓较难改变，要求很小的磨削Ra。通常的，对于磨削精度极高且加工压力较大的工件，适合选用精密组织的磨具。普通的磨削，选用中等组织的磨具就可以了。对于接触面积多和材料不硬的部件，可以选用松组织的磨具。然而砂轮确适合对工件压力偏低的条件。按照设计需求，查选择组织号：6。为了满足不同的磨削加工形式以及确保磨削加工能够在正常条件下进行，那么必须要确定磨具确切的几何形状和尺寸大小，。按照该机床的加工需要，且通过查，选择圆头锥磨头，它的型号是：17b。外径mm，厚度mm，孔径mm。图2-1 磨头尺寸视图2.3 磨头的磨削力分析所谓磨削力，也就是在磨粒对零件磨削过程中，磨粒所受到的力，磨削力能够分为2个力，也就是垂直于磨粒的以及与磨粒相切的，它们能够与结合力保持稳定。当某种材料齿轮被磨削时，首先必须先满足磨棱角度的要求，在此前提下，影响切削力的重要因素为磨头的线速度（v），至于其他的因素，都为次要因素。根据下方图2.3分析得出，磨削过程中，在磨棱角度被满足之后，可以经过调整磨头的v以及磨头的受力F，就能调整磨棱宽度，然后成功满足需要加工的尺寸。图2-2 磨头磨削力分析2.4 磨头位置及角度分析2.4.1 磨头位置磨头的空间布置的目标是：和相比，齿顶以及齿根的磨棱角度与其相差的+、-数值大体相同。对齿根进行加工时，其示意图为下图：图2-3齿根加工过程切削点的坐标磨头对齿根进行切削的过程中，切削点坐标(X，Y)公式如下：: （2-1）对齿渐开线进行加工时，其示意图为下图：图2-4齿渐开线加工过程切削点的坐标磨头对齿渐开线进行切削加工过程中，切削点坐标（X，Y）公式如下：x=xy=-x （2-2）2.4.2 磨棱角度分析磨削角度满足下式： （2-3） 式中： 根据上面的公式（2-3）可以得出：和是影响磨棱角度的主要因素。和满足下式： （2-4）根据（2-4）推论出下式： （2-5）根据（2-5）得出：磨头轴线与齿轮端面的角度取决于L和x的比值，即L/x，通过此来达到影响磨削角度的目的。2.5 磨削时分析力平衡以及调整在磨削过程中，磨头对自身的固定点关键是受到一个力的作用，也就是部件对磨头的切向力Ft ；磨头固定点受到2个转矩的作用，第一个是对应的调节力F所引起的转矩，第二个是磨头主轴重力G所引起的转矩。由于它受到这2个转矩作用，所以在ZOY平面内磨头能够恰当的旋转确定的角度，以使得力矩保持平衡状态，以至于完成随动式的加工。分析磨头的受力得到下图2-7：图2-6 磨头力平衡分析通过图2-7力平衡分析得出， （2-6） （2-7）已经完成设计的磨头，它的Lg，Lf这两个参数都为确定值， 仅仅是Ft能够任意调整，当调节Ft时，F也会随着Ft的调节而得到调节，这就可以实现对磨削宽度的调整。2.6 本章小结根据对理论知识的分析，能够让我们明白，在机械中，设计适当的尺寸大小以及合适的角度，能够使得磨头可以随动的加工制造出满足角度需求的棱角。当调节Ft时，F也会随着Ft的调节而得到调节，这就可以实现对磨削宽度的调整。不过呢，这些都只是理论性的知识分析。在进行生产实践时，你会发现还有很多的问题需要我们去解决和高度重视，极有可能有些是不在理论知识中的。这就要求我们要多实践，实践才能出真知。举一个例子，在现实的生产过程中，齿轮转速的高低会改变磨头的受力大小，然而能够推测出在磨头转速较高的情况下，这种影响是较小的。不过如果齿轮转速过于低的话，那么会特别影响磨头的受力情况。第3章 设计磨棱机机床结构3.1 机床总体结构分析及设计思路3.1.1 待磨削齿轮的规格加工齿轮直径（mm） 200800mm加工模数（mm） 216mm3.1.2 预选定机床的主要参数见表3-13.1.3 机床总体机构分析及设计思路根据第二章的理论性知识原理分析，能够懂得在使用该原理对齿轮进行磨削加工的过程中，磨头的主轴近似垂直于齿轮中心孔轴心。当机床进行磨削加工的时候，齿轮的宽度会发生变化，所以在设计磨头主轴时，必须使其相对于齿轮端面的位置距离可以进行调节。为满足这种需求，该齿轮磨棱机机床可以使用人工调节的方式，使用这种方式来调节磨头主轴相对与齿轮工作台这两者之间的距离。因为本机床需要加工齿数与模数不一样的齿轮，因此要满足在机床Y方向磨头主轴是可以调节的，即要求拥有可调性能。但是具体条件具体分析，例如当齿轮只需要具体加工一次时，这种调节只需要调节一次。所以可以使用手动调节。此外固定齿轮的工作台需要进行低速旋转，同时在实际加工齿轮的过程中，必须保持工作台的持续转动，还需要实现转速能够调节。综上所诉，所以电源选择电动机，同时为了保证空间大小，节省空间，选择带轮传动。本机床设计对磨头的要求是转速必须要高并且功率要小，同时因为受到结构以及质量的约束，所以调速机构或者变速箱不可以成为被选择用以进行调速，故选择马达，马达极易进行调节转速。根据上面的分析，可以确定本次设计的机器一共要求完成四个运动。在这四个运动中，有两个运动使用手轮进行调节、其中有一个运用电动机进行调节、还有一个采用马达来完成调节。磨头主轴的空间位置通过使用两个手轮来进行调整。按照上面的需求，磨棱机床的结构设计可以划分为两大部分：一、用于齿轮固定的回转工作台；二、用于固定磨头主轴的检测架。第一步是先根据预定需求把上诉两个部分的结构完全设计出来。那么磨棱机大概结构就可以大致被设计出来了，它的结构简图见下图3-1：表3-1 技术参数技术参数单位参数指标工件模数范围mm216工件直径范围mm200800磨头主轴转速rpm60-100加工效率秒 /件300磨头电机功率kw1.5磨头主轴的前端面至工件主轴端面的机动距离mm大于100磨头主轴回转角度度10工作台主轴安装孔径mm500回转工作台转速r/min4-10工件主轴电动机功率kw1.0电动机转速r/min720机床外型尺寸mm1200x1200x1500图3-1 机床示意图3.2 回转工作台的设计根据上面的分析，可以知道回转工作台的驱动装置选择电机进行驱动，通过电机，可以带动带轮转动，从而直接使得回转工作台发生转动。其传动的示意图如下图3-3所示：图3-2 回转工作台传动简图通过示意图可以看出，它的设计有三个部分，一是设计其传动系统、二是设计工作台，三是设计其它零部件。3.2.1 设计传动系统确定各级传动比、选择电动机型号、设计带轮、两个传动齿轮的计算、轴的计算以及选取还有计算蜗轮蜗杆等，这些都是设计传动系统的核心内容。传动系统如图3-4所示：(a)(b)传动系统示意图3-31. 选择电动机机床进行加工过程中，电机输出功率计算公式为： （3-1）（3-1）中： （3-2） （3-3）(1) 确定（3-1）、（3-2）、（3-3）公式中的参数根据经验公式，计算出磨削力的大小为：N在选择磨头的直径时，按照最大直径10mm进行计算，这样可以得出主轴的最高线速度V为： V=170m/s 下面进行、的选取：齿轮传动效率， =0.97：蜗杆传动效率， =0.73：离合器传动效率，=0.99：带传动效率， =0.94(2) 将上述数据依次代入（3-2）和（3-3）得：(3) 电动机的选择根据，进行查表，其额定功率选取，载荷最大时，转动速度是 选定型，属于笼型三相异步电机2. 分配传动比这个区间的转速就是使工作台旋转的的速度，根据已经选取了的电机转速，计算传动比，选取。圆柱齿轮要求低于，蜗轮蜗杆要求低于，带轮要求低于，因此大致确定，,。由此计算出总传动比，设计合理。3. 齿轮的设计(1) 对齿轮需要进行精度、齿数、热处理以及材料的选取设计。由于本次设计的齿轮磨棱机速度低，所以选择8级精度即可。（这是根据查表GB/T100952000得出的）。材料选择。根据设计要求，按1查表，对于小齿轮，选择钢，并进行调质，其齿面硬度是；大齿轮也是选择钢，正火处理， 它的齿面硬度是，它们之间齿面硬度差距是40HBS，选择恰当。齿数的选择，先选定小齿轮，那么就可以得出大齿轮。它们的齿数比为： ，设计合理。因为它们的齿面硬度都，属于软齿面，因此可以按照齿面接触疲劳强度进行设计，再使用齿根弯曲疲劳强度进行校核。(2) 按照齿面接触疲劳强度计算，根据公式 （3-4）1) 设计式（3-4）中的各类参数：-小齿轮传递的转矩，单位Nm， Nm；-载荷系数，在计算设计过程中，由于v的值不知道，又未能选定，所以载荷系数可以先选定为1.8，即-齿宽系数，根据1查表8.6得出，取齿宽系数；-弹性系数，根据1查表8.6得出，；-区域系数，根据1查表8.6得出，=2.5 -齿数比， -许用接触应力， ，公式中，应力循环次数 按照，根据1查表得，；选定安全系数.因此： 所以：代入公式（3-4）得： =67.84mm2)圆周速度v的计算； m/s3) 齿宽b的计算：mm4)齿宽和齿高之比的计算：模数齿高所以：5) 的计算，按照上述，精度等级为级，查表选择。直齿轮查1中的表7-6得出；查1中的表7-8并采用插值法查出为8级精度、当非对称布置作为小齿轮的相对支承的时候：根据，查1中的图7-16得；因此载荷系数K为： 6)对已算出分度圆直径按照现实的K进行校核得出：7) 模数m的计算：,选定标准模数mmmmmm9) 齿宽b的计算：mm选取，(3)齿根弯曲疲劳强度的校核其校核的公式为： 1) 确定出式中各个参数载荷系数：2) 小齿轮与大齿轮的和分别为：小齿轮大齿轮3) 的计算，查1中图表得到小齿轮；大齿轮的。根据1中图表查得弯曲疲劳的安全系数，那么4) 小齿轮受到的圆周力大小为：5) 计算校核因此大、小齿轮都合理。4. 带轮设计(1) 选择带型：按照上面设计结果，可以知道是小带轮转动速度区间。按照设计的功率，选择带型为B型。(2) 带轮的基准直径与的确定：回转工作台的主轴需要安装上大带轮，因为要加工的齿轮比较大，所以工作台的直径也要求很大。对于主轴内孔直径，也需要设计成比较大的直径。按照所需加工的最大齿轮直径的二分之一进行计算是，那么设计大带轮时，大带轮直径要大于该尺寸大约，即高于。所以选定其直径：，那么的配对的小带轮。(3) 带速度的验算：进行带速的设计过程中，不能设计太高。应该要求，其中m/s。 （3-5）（3-5）式中： -带速，单位m/s； -小带轮直径，单位mm； -小带轮转速，单位r/min；将这些参数带人（3-5）式中，得到： m/s满足要求，设计合理。(4) V带基准长度与中心距的确定：较小的中心距，能够保证传动结构能够紧密的连接在一起，然而若带的长度过小，就会造成绕过带轮的次数过多在单位时间内，从而会导致带的寿命下降。反之，当中心距太大时，在带轮进行高速转动过程中，极易造成带在工作的时候发生颤动。进行带轮设计的时候，通常按下式对中心距进行初步的选取：. （3-6）由此： 初选mm计算带基准长度时采用下面的式子mm通过查表，选定基准长度mm .实际轴间距：mm(5) 小带轮包角的计算可以通过提高小带轮包角来增强其传动性能，其设计式子如下：(6) 确定V带根数：（3-7）式中: -包角修正系数，选择时，由于包角时对带轮的传动性能有一定的影响，根据1查表7.8得出，； -带长修正系数，选择时需要想到带长不确定为特定时，其寿命会受到一定的影响，根据1查表7.2得出，；- V带单根传递功率，根据1查表7.3得出，kW； -传动比不为1时额定功率增量，根据2查表14.1得：kW；因此： 取4。(7) 初拉力的确定：为了使带轮能够进行正常的传动，是关键因素。带的传动性能以及寿命长短也受影响。当过小时，比较容易发生打滑，发挥传动能力比较困难；当过大时，会减少带的使用期限，并且会增加轴承以及轴的受力。对于单根普通V带，其初拉力按照下面的式子进行计算： （3-8）公式（3-8）中各个符号的意思和前面的一样，其中表示普通V带kg/m，根据1查表7.1得出kg/m。N(8) 轴上压力的计算： （3-9）（3-9）中个个符号和前面所提的意思一样 ，因此： N5. 蜗轮蜗杆传动设计蜗杆以及蜗轮这两部分构成了蜗杆传动，其用以传输相交轴之间的动力以及旋转运动，两相交轴的交错角普通情况下是。在传动过程中，主动件蜗杆一般属于主动件，而蜗轮则属于从动件。蜗杆传动在很多机器或者仪器中都被普遍应用。在传动过程中，可以得到较大传动比、且传动过程平稳、发生的噪声很小、结构十分的紧凑等等，这些都是蜗杆传动时所具有的优势。其传动比极高，当它使用于分度机构的时候，i可以高达1000。使用于动力传动时，i一般为880。传动效率偏低是蜗杆传动存在的关键缺点；在传动时，为了达到减少摩擦并且比较扛得住研磨的目的，一般使用青铜来对蜗轮齿圈进行制造，因此其价格过高。蜗杆根据形状分类，可划分成：环面蜗杆以及圆柱蜗杆。根据螺旋面形状的不同，圆柱蜗杆还可以划分成分两类，一类是阿基米德蜗杆（或称为蜗杆）；另一类是渐开线蜗杆（或称为蜗杆）。ZA蜗杆与梯形螺纹这两者的车削方式雷同。它所采用的车刀其切削刃夹角，在进行加工时，蜗杆的轴线被切削刃所在平面经过。所以齿形被切出来的，在轴线的截面中，其侧边呈现的齿条为直线；但是蜗杆轴线被垂直的截面中，齿形为ZA螺旋线。对于ZI蜗杆，它的齿形有两种，在蜗杆轴线与其垂直的截面中齿形是渐开线；在蜗杆轴线的截面中，齿形呈现为凸廓曲线。该类蜗杆，能够和圆柱齿轮一样，使用滚刀进行铣切，在成批生产时比较适合用它。与螺纹相同，蜗杆也具有左旋与右旋的区别，普遍使用的为右旋类蜗杆。通常情况下的动力传动，一般根据9级精度（）、8级精度（）以及7级精度（适合蜗杆圆周速度）来进行制造。磨损、点蚀以及胶合等这些都是使用蜗杆传动时所会发生的几个重要的失效方式。因为使用蜗杆传动时，齿面之间会发生很大的相对滑动，并且伴随着热量的产生，这就会造成润滑时，温度增加导致润滑剂浓度下降，润滑条件边的糟糕，提升了发生胶合的概率。对于闭式传动，若散发热量不及时，蜗杆传动承受载荷的性能就会由于胶合从而受到影响。闭式传动中若发生润滑密封不紧密或者对于开式传动，那么就会特别突出显得蜗轮轮齿的磨损严重。根据蜗杆传动的特征，要求蜗杆副材料具有充足的强度，然而具有优良的抗胶合性能以及减小摩擦和抗磨能力才是关键要求。所有蜗轮的齿圈一般选择青铜制造，利用其和钢制蜗杆（经过淬硬磨削的）配对。合金钢或者碳素钢普遍用于制造蜗杆，制造蜗杆时必须保证硬度较高并且需要齿面光洁。当蜗杆用于高速重载时一般选用（淬火渗碳到）、；或者、45(表面淬火)、等，同时还应进行磨削。对于普通的蜗杆，进行调制处理时选择 40、45等碳素钢（硬度为）。对于人工传动或者低速情况，蜗杆允许不用经过热处理，所以可以选择铸铁。对于蜗杆传动使用于高速传动的情况，一般选择 锡青铜（）来制造蜗轮，其耐磨能力以及抗胶合性能都很好，它的移动速度能够使用的上限是，使用这种材料比较方便完成切削加工，但它的价格却很贵。对于蜗杆传动中滑动速度的情况，我们可以选择含锡量比较少的锡青铜（）。对于铝青铜（），其特点是铸造功能较好、价廉、耐冲击、并且具有充足的强度，然而它的抗胶合能力却比不上锡青铜，并且切削能力也比较差，所以通常将其使用在的传动中。对于速度比较小的传动情况，灰铸铁或者球墨铸铁是比较好的选择。当然还可以选择提升尼龙或者尼龙材料来制造蜗轮。由于较多的蜗杆一般都与轴相配，所以可以叫做蜗杆轴。蜗轮是允许单独制造成整体的。然而为了减少珍贵的有色金属的使用，普通情况下选择组合式结构来制造尺寸较大的蜗轮，也就有色金属用于齿圈的制造，铸铁或者钢则用来制造轮芯。对于使用组合结构的情况，使用过盈连接可以将齿圈与轮芯间连接起来。为了保证能够安全工作，将颗螺钉圆周的安装到接合面上。为了使钻孔更加方便，材料相对比较硬的一边应该距离螺孔中心线。工作温度改变不大并且尺寸比较小的场合适用于该结构。还可以选择铰制孔用螺栓将轮芯和轮圈也连接起来，因为该方式便于装卸，所以一般适用在破损时急需更换齿圈或较大尺寸的地方。当蜗轮需要大量生产加工时，青铜齿圈可以普遍在铸铁轮芯上通过浇铸被加工出来。容易发热且发热量比较大、以及传动效率小是蜗杆传动的劣势，所以如果散热工作不及时进行，就会影响箱体内润滑效果，使得润滑失效并且油温增加，从而加速了轮齿的破损，严重时更是会发生胶合。所以闭式蜗杆传动若有确保能够连续工作，热平衡计算是必须要进行的。蜗轮的设计：(1) 主要传动尺寸的初步计算对于蜗杆传动，根据齿面接触疲劳强度设计，按照下式： （3-10）式中 -蜗轮的转矩，单位Nm， Nm； -载荷系数，在设计过程中，由于不知道值，也还未选定，所以可以先选定为. -齿宽系数，根据查表可得，选定； -弹性系数，根据查表可得，； -齿数比，蜗杆头数初步选定为1，则有，； -重合度系数，的选取是根据重合度来进行的，蜗轮蜗杆选定；根据1可得，；(3-10)中-许用接触应力，公式中，应力循环次数，中，表示蜗轮旋转360度，位于相同侧的齿面啮合次数，齿轮的工作期限通过表示，因此：由，根据1查表选择，安全系数选定为.由此： 由此： -节点区域系数，根据1查表选定； -螺旋角系数，根据蜗轮，选取由此： (2) 传动尺寸的选定1)载荷系数的计算：m/s根据1查出， 根据1查出， 根据1查出， 根据1查出， 由此：2) 由于和两者差距很大，因此要修正，根据： mm选定3)模数m的确定：mm选定。蜗轮蜗杆不需要进行弯曲强度的校核。设计蜗杆：(3) 材料以及许用应力的确定对于蜗杆，选择钢，表面需经过淬火处理，选择硬度，根据蜗轮设计公式，选定(4) 蜗杆头数Z的确定，传动效率的估计因为，根据4查表，选定，那么因为，根据4查表，估计。(5) 蜗轮转矩的确定 Nm(6) 使用系数的选定，表示综合弹性系数选定，(7) 接触系数的选定假设，根据4查出，选定(8) 中心距a的计算 mm取(9) 蜗杆齿数，蜗杆直径系数，蜗轮齿数，模数，中心距，蜗杆导程角的确定。根据查得： 根据查得：取，取根据查出：取接触强度足够，合理。导程角下表为蜗轮蜗杆经常使用的尺寸：表蜗轮蜗杆经常使用的尺寸名 称计 算 公 式蜗 杆蜗 轮蜗杆分度圆直径，蜗轮分度圆直径d1=mq=56mmd2=mz2=133mm齿顶高ha=m=3.15mmha=m=3.15mm齿根高hf=1.2m=3.78mmhf=1.2m=3.78mm蜗杆齿顶圆直径，蜗轮喉圆直径da1=m(q+2)=62.3mmda2=m(z2+2)=139mm齿根圆直径df1=m(q-2.4)=49mmdf2=m(z2-2.4)=125mm蜗杆轴向齿距，蜗轮端面齿距pa1=pt2=px=m=9.9mm径向间隙c=0.20m=0.63中心距a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)=100mm5. 轴的设计（1）轴I的设计轴I连接的是蜗轮并通过离合器连接带轮已知参数：求作用在齿轮上的力：因已知蜗轮的分度圆直径为而 由受力分析,带轮上：，2)初步确定轴的 根据115-2式初步估算轴的。轴的材料选定为45钢，调质处理。根据1表15-3，取，所以得：为了便于计算，把轴的各段按照从左到右编号:1、2、3、4、5、6。轴端直径=35mm，取， ，1) 轴的结构设计为达到小带轮能够进行轴向定位的要求，左端1-2段选择双孔轴端挡圈JB/ZQ ，右端则需求制造出一轴肩，并且要和轴承的尺寸配对，所以取，和轴承32213（GB/T297）的孔径一样。因为轴承和带轮这两者的直径差别过大，因此要求有过渡段，。每个轴段的公差配合和Ra如下：轴承处为，带轮处是，Ra=3.2m，蜗轮处是。带轮和蜗轮的轴向固定，选择轴肩以及双孔轴端挡圈，反装角接触球轴承，2个支承点相距的大小取=60mm。轴的结构图如以及装配图如下图：图3-4轴I装配图图3-5轴I尺寸图2) 键连接的强度校核蜗轮处选用A型平键，与蜗轮连接处键的尺寸，宽度。轴与毂连接紧凑，与小带轮连接处键的尺寸 因与小带轮连接处键的尺寸及轴径均较小且受载大，故只需校验此键2。 键2连接传递转矩T为，验算挤压强度 键的工作长度，查表12-2，取 满足挤压强度。3）轴I的弯矩与扭矩分析轴I的危险截面为小带轮或者蜗轮的中点截面, 图3-6轴I的弯矩和扭矩图表3-3 轴I的危险截面受力分析载荷水平面H垂直面V支反力F弯距M总弯距扭距T按弯矩进行对轴的强度校核在校核过程中，仅仅对轴所受最高弯距以及扭距的截面进行校核（也就是校核危险截面C的强度），根据1查表15-5及上表中的数据，以及轴是单向旋转，扭转切应力属于脉动循环变应力，取，轴的计算应力由1查表15-1得。因此，故安全。 (3)主轴的计算由于主轴的作用是用于使回转台转动，所以根据带轮，确定直径为D=560mm，精度级别为n5,长度为600mm6. 选择轴承和润滑(1) 求比值：根据表16.11查出，,Y=0因此当量动载荷N(2) 径向基本额定动载荷值Cr的计算根据查出，根据查出，对于蜗杆轴，采用型角接触球轴承，其参数，所以型角接触球轴承的,该值和初步估计值相差不大，合理。由于本设计加工的齿轮为大齿轮，因此回转工作台主轴受到很大的轴向力，由此采用圆锥滚子轴承用于安装在主轴上，检测架右边安装主轴工作台。由于回转工作台要求进行低速转动，所以不会选择的润滑油是稀油。综上选择干油来完成对主轴的润滑。使用蜗轮蜗杆时，因为它产生大量的热量且发生较大的摩擦，因此选择油池来进行润滑，同时该润滑方式也用于周围的其他轴承。3.2.2 设计磨棱机检测台和简要介绍其它零件1. 检测台的设计在进行设计检测台时，必须要确保能够完成3个主要运动：第一个是磨头主轴的转动，其他两个是位于XOY平面内，在X和Y方向上的直线滑动。在加工齿轮时，调节检测台在X和Y方向上的直线滑动，可以在相同尺寸内经过一次调定即可。所以丝杠螺母通过使用手柄调整可以完成这两个直线滑动。由于人工用于手柄上的力较小，因此无需校核。2. 气动马达在气压进行传输的过程中，把压力能转变成机械能，同时发生转动，这类由气压形成动力的执行元件称为气动马达。容积式是普遍使用的气动马达，其工作原理是：通过容积在工作腔内发生的改变来完成做功。它主要分为这几种类型：活塞式、叶片式以及齿轮式。气动马达的功能等同于液压马达或者电机，都是动力来源装置。也就是利用输出转矩来造就驱动机构能够进行转动。(1) 气动马达工作原则以及分类普遍使用的气动马达有3类，第一类是活塞式、第二类是叶片式(或叫滑片式)、第三类是薄膜式。比较活塞式和叶片式这两者：叶片式具有较高的转动速度，而扭矩稍小，活塞式具有较大的扭矩而转动速度偏低。但是它和液压马达进行比较的话，它自身的转速较高，扭矩也小。叶片式类工作原理：当气体从孔进入马达时，就开始分成两种流动路线：第一种是气体通过槽到达叶片低端，然后推动叶片出来，从而使得叶片能够紧密贴于定子内壁。第二种是气体从孔进入其他对应工作空间，这些空间是密封的，然后在2个叶片上面发生作用。因为2叶片被推出不同的长度，使得出现转矩差，导致了转子和叶片能够逆时针转动。气体在完成做功之后，流出来的位置是定子上的孔，其他残余气体通过孔占流出。如果变换输入气体的方向，那么转子的转动方向就可以改变。径向活塞式类工作原则：气体通过进气口流到配气阀，然后流到气缸，使得连杆和活塞能够进行运动，从而造成曲轴发生旋转运动。在曲轴发生旋转过程中，也会造就安装于曲轴上的配气阀发生同步运动，从而导致了气体进入配气阀的角度位置的不同，那么进入的气缸也不同，这样就可以轮流驱动不同的活塞进行运动。曲轴进行持续转动就是通过这些连杆和活塞的运动来完成的，此时，排气缸处于排气状态。薄膜式工作原则。其实它相当于薄膜式气缸，在进行往复运动的情况下，棘轮的旋转运动是由位于推杆顶端的棘爪部件来完成的。(2) 气动马达特点和电动机比较，它的特点是：壳体质量轻，便于输送；由于使用空气作为工作介质，所以不需要为造成火灾隐患担忧；面对过载的情况，它会自动暂停转动，并与供给压力形成状态平衡。因为它存在着这些特点，所以在气动工具以及矿山机械这些方面，它被普遍应用。和液压马达比较，它具有这几个优点：一、在工作的时候是比较安全的，且还带有防爆功能，就算发生振动和高温，也不能影响它工作；二、满载工作可以一直持久进行，同时温度提升偏小；三、转速和功率的使用范围都很大，有时功率可以小到零点几千瓦，大到几十千瓦；四、初始启动转矩小，还可以有载起动；五、便于操纵，便于维修，结构简单，价格便宜。和液压马达比较，它的缺点有这几点：一、传动效率小，功率输出低，大量消耗气体；二、速度不够稳定；三、极易产生振动，发生的噪声较大。 虽然这三类气动马达它们的结构不一样，而且工作原理不同，然而绝大数都具备这些特点：即能够实现无级调速。一旦排气阀或者进气阀的开度得到控制，也就是调节好气体的流量，那么就可以实现对转速以及输出功率的控制。能控制其进行反转或者正转。其排气和进气的位置只需通过操纵阀进行控制，这就可以完成输出轴的正、反转，还能刹那转换方向。在进行正反转向交换的情况中，冲击较小。刹那几乎提升至最高速这是其进行换向工作时拥有的重要优势。叶片式提升到最高速只需3/2转；活塞式提升到最高速的时间少于1秒。完成正、反转所需的t较少，且完成的速度较快，带来的冲击比较小，同事还不用卸荷；安全性高，高温、振动、辐射、电磁等这些都不能影响其工作，能够在比较差的环境中工作，还可以工作于易燃、易爆、高温等这些极差的环境；过载时，还具有保护功能，使其避免了故障。发生过载的时候，转速减小或暂停，在过载消失后，又能回复正常工作，机件不会发生损坏。能长期满载工作，温度提升的比较小。3. 靠模靠模是指根据一定比例制造出来的模型，在仿形加工过程中，其一般作为母型来使用。在本次设计中，通过安装在随动磨头上的靠模来顺着还没有被磨棱的齿轮的齿廓形状移动，磨头就会根据靠模的滑动来完成齿轮的磨棱倒角加工，如此，设计时要求的齿轮磨棱角就可以被仿形出来。3.3 本章小结对于这部分的设计，主要是根据前几章的知识性理论来进行分析研究，经过阅读和查找大量的有用资料，首先从能够完成该机床3个关键运动着手，进行具体机械结构的设计，还细致的阐述了一些重要的部件的设计根据以及运动原则。同时还进行了其他传动部件的校核以及分析。确保它们能够符合需求。结 论本次设计研究的内容是大型齿轮齿端磨棱,面对齿轮在经过粗加工之后所留下的毛刺和翻边不易进行高质量、高效率除掉的现状，通过对齿轮齿端倒棱原理的详细分析研究，从而设计出的加工方法是使用随动磨头来进行磨棱，通过对此方法所用原理的分析研究，进而完成了该机床的设计。经过本次设计，归纳出了以下几点结论：第一点当对齿轮进行磨棱的时候，调整好齿轮的受力大小能够达到所需要的棱角；第二点对机床进行符合要求的设计，在加工时，进行合理调整，能够加工出符合要求的棱角；第三点合理的机床设计进一步体现出原理分析结果。齿轮是机械传动中重要的部件，因为在粗加工时产生毛刺和飞边，它们对齿轮传动精度、外形、装配以及再加工有着严重的影响，同时还会发生噪音，导致齿轮的寿命、可靠性以及润滑效果减弱，最重要的是严重影响齿轮质量。因为存在毛刺，从而造成机械系统不能正常完成加工,可靠性降低，同时稳定性也下降。机器中，如果存在毛刺，但它依然进行机械运动,这时候毛刺会发生脱落，从而导致机械滑动部分的表面提前发生磨损、提高了噪音。本次设计的齿轮磨棱机，一定程度上处理了该问题，它的使用价值还是挺广阔的当其用于实际加工中时。参考文献1 杨建伟，王宁侠.机械设