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青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 1 目目 录录 目目 录录.1 第一章第一章 绪论绪论.2 1.1 齿轮加工机床简介 .2 1.2 滚齿机的发展现状及趋势.2 第二章第二章 滚齿机方案设计滚齿机方案设计.4 2.1 总功能分析（黑箱法） .4 2.2 功能原理比较方案的选择 .4 2.3 功能分解图 .6 2.4 各功能元求解方案分析 .8 2.5 最佳方案解的分析及确定.14 2.6 计算有关数据.18 第三章第三章 Y318 滚齿机分齿部分计算滚齿机分齿部分计算.20 3.1 分齿原理.21 3.2 分齿挂轮的计算.21 3.3 分齿挂轮调整表.22 第四章第四章 蜗杆、蜗轮的设计计算及校核蜗杆、蜗轮的设计计算及校核.26 4.1 蜗杆、蜗轮的选择.26 4.2 蜗杆的热平衡核算.29 总总 结结.31 参考文献参考文献.32 致谢致谢.33 附件附件 1.34 附件附件 2.40 附件附件 3 滚齿机系统示意图滚齿机系统示意图.46 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 2 第一章第一章 绪论绪论 1.1 齿轮加工机床简介齿轮加工机床简介 齿轮加工机床系指用齿轮切削工具加工齿轮齿面或齿条齿面的机床及其配套辅机。 齿轮机床按加工原理分为两类，仿形法和范成法(或称展成法)。仿形法是用刀具的刀 刃形状来保证齿轮齿形的准确性，用单分齿来保证分齿的均匀。范成法是按照齿轮啮 合原理进行加工，假想刀具为齿轮的牙形，它在切削被加工齿轮时好似一对齿轮啮合 传动，被加工齿轮就是在类似啮合传动的过程中被范成成形的，范成法具有加工精度 高，粗糙度值低，生产率高等特点，因而得到广泛应用，范成法按其加工方法和加工 对象分为： (1)插齿机：多用于粗、精加工内外啮合的直齿圆柱齿轮，特别适用于双联、多联齿轮， 当机床上装有专用装置后，可以加工斜齿圆柱齿轮及齿条。 (2)滚齿机：可进行滚铣圆柱直齿轮、斜齿轮、蜗轮及花键轴等加工。 (3)剃齿机：按螺旋齿轮啮合原理用剃齿刀带动工件(或工件带动刀具)旋转剃削圆柱齿 轮齿面的齿轮再加工机床。 (4)刨齿机：用于外啮合直齿锥齿轮加工。 (5)铣齿机：用于加工正交、非正交(轴交角不等于 90)的弧齿锥齿轮、双曲线锥齿轮 加工。 (6)磨齿机：用于热处理后各种高精度齿轮再加工。 1.2 滚齿机的发展现状及趋势滚齿机的发展现状及趋势 齿轮制造业是从属于主机制造业的一个配套产业，它随着主机行业的发展而兴衰。 “十五”期间，由于主机行业发展情况良好，中国齿轮制造业到 2005 年底有较大增长， 中国已成为世界齿轮制造大国。齿轮制造行业的高速发展，又反过来要求机床制造水 平不断提高，以满足汽车、航空、航天等行业的发展。 据中国齿轮罗纹花键机床用户协会提供的数据，2005 年全国齿轮制造企业约 为 500 家，其中改制企业约 400 家，从业总人数 25 万人，年销售额可达 750 亿元（未 计国外进口及随成套设备进口中齿轮产品的价值，国内市场齿轮产品实际消费额接近 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 3 1000 亿元） ，其中人均销售额可达 28 万元/年，在世界行业排名中位列第三，在美国和 日本之后。这样的发展规模当然离不开机床业所提供的支持。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 4 第二章第二章 滚齿机方案设计滚齿机方案设计 2.1 总功能分析（黑箱法）总功能分析（黑箱法） 黑箱法是将实现给定功能的机械系统看作为一个未知内部功能结构和功能载体的 “黑箱” ，通过对它的输入量和输出量的全面分析，逐步掌握输入和输出的基本特征和 转换关系，寻求能实现这种基本特性和转换关系的工作原理和功能载体的可行性方案。 滚齿机是齿轮滚刀加工齿轮的专用机床，在齿轮加工应用中最为广泛。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。Y318 是滚齿机的一 种改进型号。Y318 型滚齿机主要用于滚切直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮。此外，使用 涡轮滚刀时，还可以用手动径向进给法滚切涡轮。也可用于加工花键轴。 Y318 滚齿机主要用于成批单件小批量生产中滚切圆柱直齿齿轮，斜齿齿轮及蜗轮。 其总功能是加工齿轮以及花键轴，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；其主要系统包括动力系统，切削系统，控制系 统，润滑系统和冷却系统等。 2.2 功能原理比较方案的选择功能原理比较方案的选择 切削齿轮的方法可分为两大类：成形法成形法和展成法展成法。 成型法成型法就是直接使用齿轮成型铣刀将齿谷铣出,优点是能在铣床上就能获得齿轮, 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 5 在设备受限制的情况下考虑.为了减少刀具的数量而将齿数分段,在一段齿数内用一把 刀,从而齿型会带来系统误差. 展成法加工齿轮是利用齿轮的啮合原理进行的，即把齿轮啮合副中的一个转化成 刀具，另一个转化成工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动，在工件上切出齿廓。 由于齿轮啮合副正常啮合的条件是模数、压力角相等，故展成法加工齿轮所用刀具渐 开线廓形仅与刀具本身的齿数有关，而与被切齿轮的齿数无关。因此，每一种模数， 只需用一把刀具就可以加工各种不同齿数的齿轮。此外，还可以用改变刀具与工件的 中心距来加工变位齿轮。这种方法的加工精度和生产率一般比较高，因此在齿轮加工 机床中应用最为广泛。 数控滚齿机加工精度较难满足要求，因齿轮要求精度高，所以管理操作复杂，传 统滚齿机加工精度高，便于控制，目前仍应用广泛。 通过以上成形法和展成法的比较，以及传统滚齿机和数控滚齿机的比较，最终选 择的齿轮加工设备是传统滚齿机。传统滚齿机既可以加工直齿圆柱齿轮，又可以加工 斜齿圆柱齿轮，现以加工斜齿圆柱齿轮的要求设计滚齿机。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 6 2.3 功能分解图功能分解图 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 7 总 功 能 范 成 切 齿 主 传 动 分 齿 进 给 差 动 动 力 定 传 动 比 传 动 变 速 传 动 直 齿 斜 齿 定 传 动 比 变 速 传 动 圆 柱 齿 轮 差 速 系 统 圆 锥 齿 轮 差 速 电 动 机 液 压 定 轴 轮 系 周 转 轮 系 有 级 变 速 无 级 变 速 定 传 动 比 传 动 变 速 传 动 定 传 动 比 传 动 变 速 传 动 定 轴 轮 系 凸 轮 连 杆 机 构 有 级 变 速 无 级 变 速 定 轴 轮 系 周 转 轮 系 有 级 变 速 无 级 变 速 定 轴 轮 系 周 转 轮 系 有 级 变 速 无 级 变 速 电 气 其 他 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 8 图图 2-22-2 滚齿机总功能分解图滚齿机总功能分解图 2.4 各功能元求解方案分析各功能元求解方案分析 1）主传动： 表 2 方 案 简 图方 案 说 明 方 案 1 定 轴 轮 系 定轴轮系方案：由设计题目 的主要技术参数知，滚刀主轴的 变速级为 6 级，又依据经验，该 传动为降速传动。越接近电动机 的转动件转速越高，在电动机功 率一定的情况下，传动件和传动 轴的几何尺寸就越小。 定轴轮系的原理简单易懂， 传动机构简单。轮系运转时，各 齿轮的轴线相对于机架的位置都 是固定不变的。定轴轮系的制造 和操作都比较简单，价格低廉， 传动精度较高，但是只适用于变 速级数减少的场合。当传动比较 大时，齿轮数目变大，所占空间 变大，影响整个设备的体积和利 用率。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 9 方 案 2 周 转 轮 系 周转轮系中有行星架，周转 轮系的传动比不能直接求的，而 应由反转法来求。周转轮系传动 机构简单。轮系运转时，各齿轮 的轴线相对于机架的位置都是变 化的。 方 案 3 菱 锥 式 无 级 变 速 器 棱锥式无级变速器适应于机 床的主传动系统，可以简化机床 的传动系统，可以在运转中变速， 操纵简单，易于实现自动化。机 构简单，维护方便，制造成本低。 但是该传动是摩擦传动，容 易磨损和发热，寿命较低，不能 满足严格的传动要求，不适用于 机床对传动比有严格要求的传动 链。 H 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 10 2）分齿传动 方 案 简 图方 案 说 明 方 案 1 定轴 轮系 定轴轮系结构简单、 传动结构紧凑、传动效率 较高，制造和操作都比较 方便，价格低廉。在此处 若用定轴轮系，会是进给 系统的变数技术较小。本 系统只 适用于变速级数较 小的场合，当变速级数较 大时，会使其结构庞大。 方 案 2 周转 轮系 周转轮系中有行星架， 周转轮系的传动比不能直 接求的，而应由反转法来 求。周转轮系传动机构简 单。轮系运转时，各齿轮 的轴线相对于机架的位置 都是变化的。 方 案 3 钢球 式无 级变 速器 该无机变速器适用于 机床主传动或进给系统。 结构紧凑、体积小。但输 出转速较高，在机床上采 用时，需采用较大传动比 的齿轮传动来降速。并且 该无极变速器寿命较低、 不能满足严格的传动比要 求 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 11 3）进给传动 方 案 简 图方 案 说 明 方案 1 定轴轮 系 定轴轮系的原理简 单，转动结构紧凑，传 动速度较高，制造和操 作都比较方便，价格低 廉。此处若用没有滑动 齿轮的定轴轮系将会使 变速级数较小。当变速 级数较多时，将会使级 数过于庞大。 方案 2 凸轮连 杆 电动机通过皮带带 动凸轮，使凸轮转动。 本方案中 B 处是高副接 触，易摩擦。连杆机构 的尺寸较大。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 12 方 案 3 棱 锥式无 级变速 器 棱锥式无级变速器 适应于机床的主传动系 统，可以简化机床的传 动系统，可以在运转中 变速，操纵简单，易于 实现自动化。机构简单， 维护方便，制造成本低。 但是该传动是摩擦 传动，容易磨损和发热， 寿命较低，不能满足严 格的传动要求，不适用 于机床对传动比有严格 要求的传动链。 4）差动 方 案 简 图方 案 说 明 方 案 1 圆 柱齿轮 差动系 统 根据自由度的不同划分周转 轮系，当自由度为时，我们称 它为差动轮系。根据机构具有确 定运动的原理，需要给定个独 立的运动规律，该差动轮系才能 有确定的运动。当自由度为时， 我们称为行星轮系，只要给定 个独立运动即可。 差动轮系有两个自由度，因 此可以利用这一特点，实现运动 的合成和分解。与圆锥齿轮差动 器相比，其尺寸结构较大，不如 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 13 圆锥齿轮差动器结构紧凑。 方 案 2 圆 锥齿轮 差动系 统 差动轮系有两个自由度，因 此可以利用这一特点，实现运动 的合成和分解。其结构比圆柱齿 轮差动器。 5）动力 方 案 简 图方 案 说 明 方 案 1 电 动机 电动机简单、可靠、耐用、易维护、 价格低廉。 方 案 2 液 压 在传递相同功率的情况下，液压传 动装置的体积小、重量轻、惯性小、结 构紧凑、布局灵活。 不能得到严格的传动比，因而不能 用于如加工螺纹齿轮等机床的内联传动 链中。不可避免地存在泄漏，动作快速 性好，控制、调节比较简单，操纵比较 方便、省力，便于与电气控制相配合。 方 案 3 电 气 电气传动精确度高、节省能源、精 密控制、改善环保水平、节约成本、降 低噪音。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 14 2.5 最佳方案解的分析及确定最佳方案解的分析及确定 按判别表法定各评价目标的加权系数，对主要参数作评价决策。粗略地从满足功 能要求、成本低廉、可靠性高、操纵性能好、维护方便、外形尺寸环保与美观六个方 面对滚齿机系统各部分的方案解进行评价。 （一） 对该六个方面进行重要性系数确定 重要性系数表重要性系数表 表表 2-12-1 满足功 能要求 成本可靠性操控性维护性外观及 环保 Ki 所占百分比 满足 功能 要求 33334160.267 成本 11333110.183 可靠性 13334140.233 操控性 1112380.133 维护性 1112380.133 外观 及环保 0101130.05 iK 601 注：Ki 为重要性系数。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 15 （二）根据总体得分=（各方面得分*重要性系数）对系统各部分进行优劣评价。以下 各部分的评分分值的意义如下： 表表 2-22-2 不可用可用一般良好优秀理想 012345 1） 、主传动方案的分析比较与确定： 主传动方案比较主传动方案比较 表表 2-32-3 方案 得分 方向 A 定轴轮系B 周转轮系C 棱锥式无级变速器 满足功能要求 443 成本 332 可靠性 434 操控性 343 维护性 223 外观及 环保 233 总体得分： A=4 0.267+3 0.183+4 0.233+3 0.133+2 0.133+2 0.05=3.314 B=4 0.267+3 0.183+4 0.2334 0.133+2 0.133+3 0.05=3.427 =3 0.267+2 0.183+4 0.233+3 0.133+3 0.133+3 0.05=2.681 所以主传动方案中的最优方案为方案 B：周转轮系。 2 ） 、分齿运动方案系统的分析比较与确定： 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 16 分齿运动方案比较分齿运动方案比较 表表 2-42-4 得分 方案 方向 A 定轴轮系B 周转轮系 C 钢球式无级 变速器 满足功能要求 333 成本 432 可靠性 323 操控性 442 维护性 313 外观及环保 324 总体得分： A=3 0.267+4 0.183+3 0.233+4 0.133+3 0.133+3 0.05=3.263 B=3 0.267+3 0.183+2 0.233+4 0.133+1 0.133+2 0.05=2.531 C=3 0.267+2 0.183+3 0.233+2 0.133+3 0.133+4 0.05=2.731 所以分齿传动方案中的最优方案为方案 A：定轴轮系。 3） 、进给运动方案系统的分析比较与确定： 进给方案比较进给方案比较 表表 2-52-5 得分 方案 方向 A 定轴轮系B 凸轮连杆机构C 钢环式无级变速器 满足功能要求 332 成本 334 可靠性 422 操控性 445 维护性 222 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 17 外观及环保 234 总体得分： A=3 0.267+3 0.183+4 0.233+4 0.133+1 0.133+2 0.05=3.047 B=3 0.267+3 0.183+2 0.233+4 0.133+2 0.133+3 0.05=2.764 C=2 0.267+4 0.183+2 0.233+5 0.133+2 0.133+4 0.05=2.863 所以进给传动方案中的最优方案为方案 A：定轴轮系。 4 ）差动运动方案系统的分析比较与确定 差动运动方案比较差动运动方案比较 表表 2-62-6 得分 方案 方向 A 圆柱齿轮差速系统B 圆锥齿轮差速 满足功能要求 33 成本 44 可靠性 34 操控性 44 维护性 22 外观及环保 43 总体得分： A=3 0.267+4 0.183+3 0.233+4 0.133+2 0.133+4 0.05=3.23 B=3 0.267+4 0.183+4 0.233+4 0.133+2 0.133+3 0.05=3.413 所以差动传动方案中的最优方案为方案 B：圆锥齿轮差速 5）系统的分析比较与确定 动力方案动力方案 表表 2-72-7 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 18 得分 方案 方向 A 电动机B 液压传动C 电气传动 满足功能要求 433 成本 534 可靠性 343 操控性 433 维护性 434 外观及环保 423 总体得分： A=4 0.267+5 0.183+3 0.233+4 0.133+4 0.133+4 0.05=3.813 B=3 0.267+4 0.183+3 0.233+3 0.133+3 0.133+4 0.05=2.531 D=3 0.267+4 0.183+3 0.233+3 0.133+4 0.133+3 0.05=3.313 所以动力传动方案中的最优方案为方案 A：电动机。 6)所以整台滚齿机的最佳方案组合为： 最佳方案组合表最佳方案组合表 表表 2-82-8 系统主传动分齿进给差动动力 方案周转轮系定轴轮系定轴轮系圆锥齿轮差速电动机 2.6 计算有关数据计算有关数据 （1 1）计算滚刀的速度）计算滚刀的速度 加工模数 m8 mm 的 45 钢时， V=V= （1-1） 1 . 05 . 033 . 0 67 . 0 60 315 mfT Kv 已知进给量 f=0.44,由手册(3)查得，切削速度修正系数 K K = =1.0, 耐用度 r mm V T=59600， 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 19 将以上参数带入公式得：V= 1 . 05 . 033 . 0 67 . 0 8)44 . 0(5960060 0 . 1315 得：V= 0.21870.6921，化为转速为 n=26.182.7 s m min r (2)(2) 计算滚刀的切削功率计算滚刀的切削功率： 滚刀 45 钢（HB207）时， P P = = (2-2) m m p K d Vmf 0 3 7 . 19 . 0 10 12460 已知进给量 f=0.44mm/r,模数 m=8mm，切削速度 V=0.21870.6921， s m 滚刀外径 d =160mm .并且=0.4mm/r 时,=0.6921m/s; f=4mm/s 时， 01 f 1 V 2 f =0.2187m/s。 2 V 查手册（3）得：功率修正系数 K=1.0 。 m p 由公式（2-2）可知，当的值越大，p 就越大。当 p 的值大时可以满足小Vf 9 . 0 mm 功率要求，但当 p 的值小时，不能满足大功率要求。所以应取与中较大 m1 9 . 0 1 Vf 2 9 . 0 2 Vf 者。 因为，=0.3034 1 9 . 0 1 Vf6921 . 0 4 . 0 9 . 0 =0.7623 2 9 . 0 2 Vf2189. 04 9 . 0 S=0.585,因此，在不必采 取散热措施的情况下可以满足散热要求。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 31 总总 结结 经过历时三个多月的毕业设计，我从中学到了许多东西。我对机械专业整整四年 所学的课程有了更深入的理解，将自己所学的理论知识应用于实践，同时对机械设计 过程的整体把握上有了些许心得体会。 在毕业设计的初级阶段，我忙头无绪，无从下手。在杨志强老师的耐心指导下， 我慢慢理清了做毕业设计的大体思路提出与选取方案、各零件的选取、绘图和编 写说明书等。 在设计的计算阶段，各主要零件都要进行设计与计算，这一阶段的工作量较为庞 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 32 大，使我充分认识到设计任务的艰巨性。但通过设计计算也锻炼了我的耐性和毅力。 在设计的绘图阶段，我对 AUTOCAD 的操作进一步熟练了，此刻，我才真正领悟到 了“温故而知新”的含义。 外文的翻译扩大了我自己专业的词汇量。 在论文的写作过程中，近两万字的文字输入使我提高了打字的速度，可以更加熟 练的运用 Word 软件。 由于水平有限，经验不足，错误在所难免，望读者给予批评指正。 参考文献参考文献 1 成大先主编.械设计手册（1-5 卷）.第四版.北京：北京工业出版社，2002 2 成大先主编.机械设计图册（3、5、6 卷）.北京：化学工业出版社，2000 3 李洪主编.机械加工工艺手册.北京：北京出版社，1990 4 刘会英,杨志强主编.机械原理.北京：机械工业出版社，2003 5 濮良贵等主编.机械设计.北京：高等教育出版社，2000 6 戴曙主编.金属切削机床.北京：机械工业出版社，1996 7 机械设计手册编委会编机械设计手册.北京：机械工业出版社，2005 8 机械工程手册编委会编机械工程手册.北京：机械工业出版社，1979 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 33 9 华东纺织工学院等院校主编.机床设计图册.上海：上海科学技术出版社， 1979 10 申永胜主编.机械原理教程.北京：清华大学出版社，1999 11 黄靖远等主编.机械设计学.北京：机械工业出版社，1999 12 任殿阁等主编.机床设计指导.沈阳：辽宁科学技术出版社，1991 13 吴圣庄主编.金属切削机床.北京：机械工业出版社，1980 14 孟宪源主编.现代机构手册.北京：机械工业出版社，1994 15 现代机械传动手册编辑委员会编.现代机械传动手册.北京：机械工业出 版社，1994 16 现代实用机床设计手册编委会编.现代实用机床设计手册（上、下册）.北京： 机械工业出版社，2006 17 美希格力(Joseph E. Shigley) 米施克(Charles R. Mischke)著. Mechanical Engineering Design. 英文版原书 第 6 版.北京：机械工业出版社， 2002.5 18 美 荷马 D （Homer D）爱克哈德（Eckhardt）著. Kinematic Design of Machines and Mechanisms.机械与机构设计（英文版）北京：机械工业出版社， 2002.3 19 Gere J M，Timoshenko S P.Mechanics of materials. Second SI Edition. NewYork：Van Nostrand Reinhold，1984 致谢致谢 光阴似箭，四年的大学生活就要结束了，美好的大学时光已接近尾声。毕业设计 作为大学期间非常重要的一项任务，要求我们投入相当的精力去完成它。在指导老师 布置完设计任务时，我们小组有条不紊的进行每一项工作，完成每一项任务。初期， 我们积极收集相关资料，拓展自己的知识面，争取做到有的放矢。经过一段时间的精 心准备，再加上杨志强老师的细心指导，我透彻地领悟到了这次设计的主题思想，明 确了自己的设计任务，了解了设计项目中一些关键的部分，可以说我的毕业论文能够 按时顺利完成，与老师的严格要求，耐心指导是分不开的。 本次毕业设计的完成，是整个大学生活结束的标志。在杨志强老师的悉心指导和 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 34 严格要求下，本论文得以圆满完成。同时，我的专业知识也得到了巩固。杨老师严谨 的作风和踏实的态度使我深受感动。借此论文之际，谨向我的导师表示我真诚的感谢 和崇高的敬意！ 在论文完成过程中，我还得到了其他同学的帮助。在此，我向所有给过我无私帮 助的同学表示衷心的感谢! 在论文的写作过程中，我的专业知识得到了巩固和系统化，并且在实践中学到了 许多课堂上学不到的东西，这为我以后的工作和学习打下了坚实的基础。没有导师的 悉心指导，没有同学们的热情帮助，本论文不能顺利完成，感谢所有帮助过我的人！ 附件附件 1 齿轮和轴的介绍齿轮和轴的介绍 摘摘 要要: :在传统机械和现代机械中齿轮和