毕业设计（论文）-滚齿机传动机构的设计与运动仿真（全套图纸三维）.pdf

本科毕业设计(论文) 题目： 滚齿机传动机构的设计与运动仿真 院 系： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 姓 名： 指导教师： 2016 年 3 月 I 摘摘 要要 本设计研究的是滚齿机传动机构的设计， 主要内容有滚齿机传动机构的传动 原理与方法的拟订、传动系统的运动分析与计算和总体结构设计。 在设计过程中主要采用机械传动方式， 基本上包含了各种比较典型和常用的 机械传动，如：带传动、圆柱齿轮传动、斜齿轮传动等。总体结构设计上采用了 分离式传动，能够比较直观地反映出齿轮滚齿加工的特点。 本次设计是关于滚齿机传动机构的设计与运动仿真， 设计出的滚齿机传动机 构实现了齿轮加工所需的滚齿、圆周进给、径向进给等运动。通过对传统的滚齿 机传动机构进行改进和优化，使得此种类型的滚齿机传动机构的使用范围更广 泛，更加灵活，并且对今后的选型设计工作有一定的参考价值。 关键词：关键词：滚齿机; 传动机构; 滚齿加工；参考价值 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 II II 目目 录录 1 概述概述 . 1 1.1 本设计的目的和意义 . 1 1.2 本设计的研究内容 . 2 2 传动装置的总体设计传动装置的总体设计 . 2 2.1 滚齿机传动机构的总体结构图 . 3 2.2 传动系统的确定 . 4 2.3 选择电动机类型 . 6 2.4 确定传动装置的总传动比和分配传动比 . 7 2.5 计算主要传动装置的运动和动力参数 . 8 2.5.1 各轴转速 . 8 2.5.2 各轴输入功率 . 9 2.5.3 各轴输入转矩 . 7 3 主要传动零件的设计参数主要传动零件的设计参数 . 7 3.1V 带设计 . 8 3.1.1V 带型号和带轮直径 . 8 3.1.2 计算带长 . 8 3.1.3 求中心距 . 8 3.1.4 求带根数 . 8 3.1.5 求轴上载荷 . 9 3.2 圆柱齿轮的设计 . 9 3.2.1 齿轮设计输入参数 . 9 3.2.2 齿轮传动结构形式和布置形式 . 9 3.2.3 材料及热处理 . 9 3.2.4 齿轮基本参数(mm) . 10 3.2.5 接触强度、弯曲强度校核结果和参数 . 11 3.3 键的选择 . 11 4 各关键零部件的设计与校核各关键零部件的设计与校核 . 13 4.1 概述 . 13 4.2 轴的结构设计校核 . 13 4.2.1 轴的设计与校核 . 13 4.2.2 轴的设计与校核 . 17 4.2.3 轴的设计与校核 . 17 4.3 轴承强度的校核 . 17 致致 谢谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 附附 录录 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1 1 概述 1.1 本设计的目的和意义本设计的目的和意义 在交通，电力，冶金，石化，电力，建筑，纺织，航空，航天，电子，医疗， 军事，生活，甚至人们的日常各行各业国民经济的科研成果，被广泛用于各种机 械，设备和工具。他们的品种，数量和性能极大地影响了生产能力，劳动效率， 这些行业的经济效益。这些机器，仪器和工具被称为机械设备。能生产这些机械 设备等行业，被称为机械制造行业。显然，机械制造业的主要任务是提供一个现 代化的机械设备，在国民经济各行各业。因此，机械制造业是为国民经济发展和 强大支柱的重要基础，它是国家综合国力的重要方面。 近年来，由于现代科学技术，特别是由于微电子技术，计算机技术，传统制 造技术的快速发展， 进入快速发展的新理念的新境界， 计算机辅助制造 （CAM） 。 在工艺设计，生产管理，设备制造，质量控制，产品组装及产品储存和销售，计 算机区分自己，导致计算机辅助工艺设计（CAPP） ，计算机辅助生产管理 （CAPM） ，计算机数字控制（CNC）中，计算机辅助质量控制（CAQ） ，柔性制 造系统（FMS） ，诸如一系列单个技术。基于先进制造系统，如计算机集成制造 系统，这些单个技术（CIMS）是生产的未来模式的工厂。制造技术是从气蚀的 数量转向灵活，集成化，智能化。这已成为引进现代制造技术。所有这些发展和 进步，不仅催生了机械制造学科的理论体系，也成为最具活力，具有学科领域重 要的研究价值。 如上所述，机械制造业起着国民经济非常重要的作用。这是国家和区域经济 发展的重要支柱。但是，先进的技术在我们的学生在实验室的发展有这些？答案 是不能。我们的实验室甚至连最基本的齿轮加工实验并不常见，也很难给我们的 学生在学校和工厂的运行呢？所以绝对必要设计教学实验齿轮的驱动机构。 这将 是在学生的学习理论知识的同时，目前真正的实体，让学生能够理论联系实际， 抹去模糊的概念。 1.2 本设计的研究内容本设计的研究内容 本设计主要研究滚齿机传动机构的设计与运动仿真,主要体现机械加工装备 2 的各级传动过程及用滚齿法加工齿轮。其主要内容包括： (1) 滚齿机传动机构的传动原理及传动方案的拟订。 (2) 传动系统的运动与动力参数的分析与计算。 (3) 主要传动零件的设计。 (4) 总体结构设计。 2 传动装置的总体设计 2.1 滚齿机传动机构的总体结构图滚齿机传动机构的总体结构图 滚齿机传动机构是用来加工内、 外啮合的圆柱齿轮，尤其适合于加工内齿轮 和多联齿轮。 这是滚齿机无法加工的。 装上附件， 滚齿机传动机构还能加工齿条， 但滚齿机传动机构不能加工蜗轮。 滚齿机传动机构加工原理为一对圆柱齿轮的啮合。其中一个是工件，另一个 是齿轮形刀具滚齿刀。他的模数和压力角与被加工齿轮相同。滚齿机传动机 构同样是按展成法加工圆柱齿轮的。 滚齿运动包括滚齿刀的旋转和工件的旋转所 形成的展成运动以及滚齿刀上下往复所形成的成型运动。 滚齿开始时，滚齿刀和工件除做展成运动外，还要做相对的径向切入运动， 直到全齿深为止；然后，工件再转过一周，全部轮齿就切削完毕；滚齿刀与工件 分开，机床停止。滚齿刀在往复运动的回程中不切削。为了减少刀具的磨损还需 要有让刀运动，即刀具在回程中径向退离工件，切削时恢复。 用齿轮型滚齿刀滚削直齿圆柱齿轮时，机床的传动机构总体结构图如下图所 示： 3 2.2 传动系统的确定传动系统的确定 机通常包括原动机，一个驱动装置和一个工作机械是由三部分组成，所述滚 齿机驱动电动机作为原动机的设计中，通过机械传动，使往复运动机构的滚刀。 传输被分为三个层次即主传输链的传动链，产生运动和圆周进给运动链链。这是 通过交流电动机驱动，单独的传动装置驱动。通过两个齿轮滚刀主传输体系达到 所需的速度（带驱动齿轮和齿轮传动） 。根据滚动齿轮传动机构的传动原理，首 先是对电机转速。通过减速过程完成两次。由皮带第一阶段减速，原因是缓解精 度高负荷带，制造和安装，防过载等的影响.齿轮传动与第二传动齿轮传动，其 原因是工作可靠，使用寿命长，结构紧凑，传动效率高。 第二个是传动链被分成两个：一通到主滚刀运动链，一通到工件的圆周饲料 和接触链的滚刀产生运动。往复式与偏心轮主运动链滚刀和滚刀位置越高，传输 距离长，所以滚子链传动。齿轮和工件相对较大，并且两个阶段蜗杆和蜗轮传动 被采用。 最后，工件的径向进料和切割刀片的移动制成。在径向进给采用棘轮和凸轮 机构。让刀运动是齿轮齿刀每让刀一次，和让刀距离是小的时候。所以被添加的 偏心盘的偏心轮速度与偏心轮联动机制。 2.3 选择电动机类型选择电动机类型 根据工作要求，稳定，冲击小，时间短，功率小，如采用三相鼠笼式异步电 动机，封闭结构，voltaje Y，380V 型。作为工件的材料是 45 号钢，切割力的 要求是体积小，而电动机的功率只要各级机械传动满足正常即可。因此，没有必 要计算功率的选择，这可以根据经验直接选择适当的马达。低速电机的极对，扭 矩，所以外形尺寸和重量都大，价格高，但可以使齿轮传动比减小时，该卷的传 动装置，较小的重量;高速电机是相反的。因此，以确定电机的转速，应考虑， 分析和马达和传动装置，大小，重量，价格等因素的性能的比较。综合考虑以上 因素选择 Y2-712-4 电动机，其性能如下表： 4 方案 电动机型号 额定功率 ed P (kw) 同步转速 r/min 满载时 电流 A 效率 转速 r/min 1 Y2-712-4 0.37 1500 1 67 1380 电动机主要外形和安装尺寸表( 3 B 安装型式尺寸): (mm) 中心高 H 外形尺寸 L(AC/2+AD)HD 底脚安装尺寸 AB 地脚螺孔直径 K 0 5 . 0 71 250(145/2+80)195 11290 7 轴伸尺寸 DE 装键部位尺寸 FD G AB A/2 C 标准机座号 1430 514 24 150 56 45 71M14 2.3 确定传动装置的总传动比和分配传动比确定传动装置的总传动比和分配传动比 将已知条件中的滚齿刀次数转换成曲柄偏心盘的转速， 即曲柄偏心盘的转速 为 184r/min。将滚齿刀的旋转即圆周进给转换为滚齿刀的转速为 2 n =1840.251/dr=0.3855 r/min 由选定的电动机满载转速 m n 和滚齿刀偏心盘的转速n ，可得电机到偏心盘的总 传动比为 a i = 1 n nm = 184 1380 =7.5 电机到滚齿刀的总传动比 c i = 2 n nm = 3855 . 0 1380 =3579.77 分配传动装置传动比 210 iiiia= 式中 0 i 、 1 i 、 2 i 分别为带传动、圆柱齿轮传动和链传动的传动比。 5 考虑 V 带传动比与其外廓尺寸的关系以及链轮传动的稳定性选取 V 带传动比 0 i =3， 2 i =1，则圆柱齿轮传动比 1 i = a i / 20 ii =7.5/（31）=2.5 滚齿刀圆周进给时经过二级蜗轮传动减速，取第一级蜗轮的传动比为 01 i =25.5， 则第二级蜗轮传动的传动比为 011002 /iiiii c =3579.77/（32.525.5）=18.72 将蜗轮传动比圆整为 02 i =19。 选定所有传动链中圆锥齿轮传动的传动比为 z i =1，则内传动链中工件处蜗轮蜗 杆传动的传动比 03 i = 02 i 0 z z =19 19 30 =30 滚齿刀的实际转速 2 n = 020110 /iiiinm =1380/（32.525.519） =0.3798 r/min = 2 22 n nn 1.5% 误差允许 2.4 计算主要传动装置的运动和动力参数计算主要传动装置的运动和动力参数 为了进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩（或功率） 。现将 传动装置各轴转速由高至低依次定义为轴、轴，以及 01 ， 02 ，为相邻两轴间的传动效率； P ， P ，为各轴的输入功率（kW） ； T ， T ，为各轴的输入转矩（Nm） ； n ， n ，为各轴的转速（r/min） ， 则可按电动机至工作机传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数。 6 2.4.1各轴转速各轴转速 i m i i n n = r/min 式中： m n 电动机转速； i i 电动机至i轴的传动比。 所以 460 3 1380 0 = i n i n n mm r/min 184 5 . 23 1380 10 = = = ii n i n n mm r/min = nnn184 r/min = = = 5 . 255 . 23 1380 0110 iii n nnn m 7.22 r/min； 2.4.2 各轴输入功率各轴输入功率 p d p 01 kW， 01 = 1 p= p 12 = d p 01 12 kW， 12 = 2 3 p= p 23 = d p 01 12 23 kW， 23 = 2 4 式中 1 、 2 、 3 、 4 分别为带传动、轴承、圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动的传 动效率。 轴 p d p 01 d p 1 0.370.960.3552 kW； 轴 p= p 12 = d p 1 2 3 0.370.960.980.970.338 kW 轴 p= p 23 p 12 23 = p 2 4 0.3380.980.930.308 kW 7 2.4.3 各轴输入转矩各轴输入转矩 T d T 01 Nm 其中 d T 为电动机轴的输出转矩，按下式计算： d T 9550 d m P n Nm； 所以 T d T 01 0 i 9550 d m P n 01 0i Nm； TT 1 i 12 T 1 i 2 3 Nm； TTi 23 = T i 2 4 Nm； 电动机输出转矩 d T 9550 d m P n 9550 1380 37 . 0 2.56 Nm； 轴输入转矩 轴 T d T 01 0 i =2.560.963 =7.37 Nm； 轴 TT 1 i 12 T 1 i 2 3 =7.372.50.980.97 =17.51 Nm； 轴 TTi 23 = T i 2 4 ； =17.5110.980.93； =15.96 Nm； 3 主要传动零件的设计参数 8 3.1 V 带设计带设计 3.1.1 v 带型号和带轮直径带型号和带轮直径 1.根据工作情况查手册得工作情况系数 A K =1 2.计算功率 =PKP Ac 10.37=0.37 kW 3.选带型号 查手册选用 Z 型 V 带，且最小带轮直径为 min D=120mm 4.带轮直径 取 1 D =120 mm， 2 D = 10D i=140 mm 3.1.2 计算带长计算带长 1.中心距的取值范围 2（ 21 DD +）a0.55（ 21 DD +）+h 640a182 2.初取中心距 取a=500 mm 3.带长 L= 2 . 1515 2 cos2 22 )( 2121 + + + DDDD 4.基准长度 取 Ld =1600 mm 3.1.3 求中心距求中心距 1.中心距 a= 22 80)(4 1 4 + m m DL dL =500 mm； 2.中心距的变动范围 （a-0.015Ld）（a+0.015d）=476524 mm 2.小带轮包角 oo 60180 12 1 = a DD =160.8 o 120 o 3.1.4 求带根数求带根数 1.带速 = = = 100060 138080 100060 11 nD v5.78m/s 2.带根数 查手册 0 P =0.34， k =0.95， L k =1.16， 0 P=0.03 9 () L c kkPP P z 0 + =0.91 取 z=4 3.1.5 求轴上载荷求轴上载荷 1.张紧力 2 0 5 . 2 500qv k k vz P F c + = =500 2 78 . 5 06 . 0 95 . 0 95 . 0 5 . 2 278 . 5 37 . 0 + =28.1 N 2.轴上载荷 2 sin2 1 0 ZFFQ= = 2 8 . 160 sin 1 . 2822 o =110.83 N 3.2 圆柱齿轮的设计圆柱齿轮的设计 3.2.1 齿轮设计输入参数齿轮设计输入参数 1.传递功率 P 0.37 (kW) 2.传递转矩 T 7.68 (N.m) 3.齿轮 1 转速 n1 460.00 (r/min) 4.齿轮 2 转速 n2 184.00 (r/min) 5.传动比 i 2.50 6.预定寿命 H 35000 (小时) 7.原动机载荷特性 均匀平稳 8.工作机载荷特性 均匀平稳 3.2.2 齿轮传动结构形式和布置形式齿轮传动结构形式和布置形式 1. 结构形式 开式 2. 齿轮 1 布置形式 对称布置 3. 齿轮 2 布置形式 对称布置 3.2.3 材料及热处理材料及热处理 1.齿面类型 软齿面 2.热处理质量要求级别 MQ 10 3.齿轮 1 的材料及热处理 材料名称 45 热处理 正火 硬度范围 162217(HBS) 硬度取值 190 (HBS) 接触强度极限应力 b(H1) 540 MPa 接触强度安全系数 S(H1) 1.10 弯曲强度极限应力 b(F1) 214 MPa 弯曲强度安全系数 S(F1) 1.40 4.齿轮 2 的材料及热处理 材料名称 45 热处理 正火 硬度范围 162217(HBS) 硬度取值 190 (HBS) 接触强度安全系数 S(H2) 1.10 弯曲强度极限应力 b(F2) 214 MPa 弯曲强度安全系数 S(F2) 1.40 弯曲强度许用应力 (F2) 294 MPa 3.2.4 齿轮基本参数齿轮基本参数(mm) 名 称 代 号 单 位 小 齿 轮 大 齿 轮 模数 m Mm 2.50 齿数 z 18 45 变位系数 X 0.00 0.00 总变位系数 x 0.00 齿宽 B Mm 32.00 27.00 齿宽系数 d 0.71 0.24 分度圆直径 D Mm 45.00 112.50 齿顶圆直径 a d Mm 49.99 117.49 齿根圆直径 f d Mm 38.75 106.25 基圆直径 b d Mm 42.29 105.72 节圆直径 d Mm 45.00 112.50 齿顶高 a h Mm 2.50 2.50 齿根高 f h Mm 3.13 3.13 全齿高 H Mm 5.62 齿数比 U 2.50 11 标准中心距 A Mm 78.75 实际中心距 A Mm 78.75 中心距变动系数 Y -0.001 端面啮合角 （） 20.00 齿高变动系数 y 0.001 齿顶压力角 a （） 32.24 25.88 端面重合度 a 1.63 纵向重合度 b 0.00 总重合度 1.63 分度圆弦齿厚 S Mm 3.92 3.93 分度圆弦齿高 H Mm 2.58 2.53 固定弦齿厚 c s Mm 3.47 3.47 固定弦齿高 c h Mm 1.87 1.87 公法线跨齿数 K 2 5 公法线长度 k W Mm 11.70 34.79 3.2.5 接触强度、弯曲强度校核结果和参数接触强度、弯曲强度校核结果和参数 校核结果： 1. 接触疲劳强度： H = min lim H XWLVRNH S ZZZZ H = ZZZ EH HHVa t KKKK u u db F 1 1 齿轮接触强度许用应力1 H =2 H =466.36 MPa 接触强度计算应力 21HH =339.37 MPa 466.36 MPa 满足 2. 弯曲疲劳强度： min F relTN S YxYYF F = F = YYKKKK mb F FSFFVa n t 12 齿轮弯曲强度许用应力= 21FF 293.87 MPa 齿轮 1 弯曲强度计算应力= 1F 22.49 MPa 293.87 MPa 满足； 齿轮 2 弯曲强度计算应力 = 2F 23.82 MPa 293.87 MPa 满足； 参数： 1. 圆 周 力 Ft 341.38 (N) 2. 齿轮线速度 V 1.08 (m/s) 3. 使用系数 Ka 1.00 4. 动载系数 Kv 1.39 5. 齿向载荷分布系数 KH 1.19 6. 综合变形对载荷公布的影响 Kbs 1.10 7. 安装精度对载荷分布的影响 Kbm 0.09 8. 齿间载荷分布系数 KH 1.00 9. 安装处理方法 一般 10. 是否修形齿轮 0 11. 节点区域系数 Zh 2.49 12. 材料的弹性系数 ZE 189.80 13. 接触强度重合度系数 Ze 0.89 14. 接触强度螺旋角系数 Zb 1.00 15. 重合、螺旋角系数 Z 0.89 16. 接触疲劳寿命系数 Zn 1.00 17. 是否允许有一定量的点蚀 0 18. 润滑油膜影响系数 Zlvr 0.95 19. 润滑油粘度（50 度） 120.00 20. 工作硬化系数 Zw 1.00 21. 接触强度尺寸系数 Zx 1.00 22. 齿向载荷分布系数 KF 1.19 23. 齿间载荷分布系数 KF 1.00 24. 抗弯强度重合度系数 Ye 0.71 25. 抗弯强度螺旋角系数 Yb 1.00 26. 抗弯强度重合、螺旋角系数 Y 0.71 27. 复合齿形系数 Yfs 4.49 4.01 28. 应力校正系数 Ysa 1.54 1.69 29. 寿命系数 Yn 1.00 1.00 30. 齿根圆角敏感系数 Ydr 0.95 0.95 31. 齿根表面状况系数 Yrr 1.00 1.00 32. 尺寸系数 Yx 1.01 1.01 33. 载荷类型 静载荷 34. 齿根表面粗糙度 Rz16m 13 3.3 键的选择键的选择 键连接是机械设计中几个常用链接方式之一， 对于动力的传递有着不可替代 的意义。键的类型有多种，例如平键，半圆键等等多种，键的类型可根据使用要 求、 工作条件和联结的结构特点来选择， 键的长度根据轴毂的长度从标准中选取， 键的 bh 根据径来确定。 轴和带轮的联结，d=30mm,根据标准号(GB/T1095-1979)选用 B835，B6 50 和 B1030 的普通 A 型平键，键长分别为 35 ，50 ，30 。 4 各关键零部件的设计与校核 4.1 概述概述 作为旋转运动的部件安装的轴实现旋转运动， 大部分的轴也起着传递转矩的 一部分。轴的两端都在滑动轴承或滚动轴承直接轴承。共同的轴线直轴和曲轴， 曲轴主要用于往复机械，直轴广泛的应用。这种设计是直线轴的主要设计。轴材 料主要采用碳钢和合金钢。碳素钢，合金钢是便宜的，应力集中不敏感，因此应 用范围广。这样的设计主要是由碳钢制成。 4.2 轴的结构设计校核轴的结构设计校核 4.2.1 轴轴 I 的设计与校核的设计与校核 估算轴径d，选材料为 45 钢调质， B =650 MPa， S =360MPa。取 C=112， 则轴的最小直径 d 28.10 460 3552 . 0 112 2 . 0 1055 . 9 33 3 6 = n P C n P T mm 此根轴上有一带轮和一圆柱直齿齿轮，直齿轮分度圆直径 1 d = mz =2.5 60=150mm，根圆直径=+=)(2 1 xmchdd af 146 mm，齿轮根径小，采用轴齿轮 14 结构。 轴的结构图 图- 4 轴结构图 1R F 1R F 328= t FN 119= r FN 2R F 2R F 111= Q FN 119= r FN 170 2 = R FN 110= Q FN 19 1 = R FN 19 1 = R FN b）水平面 受力图 a）小齿轮 受力图 15 图- 5 轴受力图 小齿轮受力： 7370 460 3552 . 0 1055 . 9 1055 . 9 66 1 = n P T N 914 7481 c）水平面 弯矩图 Mxy/Nmm NFR164 1 = NFt328= NFR164 2 = 7790 7843 7481 M/Nmm 8968 8653 4348 e） 垂直面 弯矩图 Mxz/Nmm f）合成 弯矩图 h）当量 弯矩图 g）转矩图 22 )( TMM+= Nmm T=7370 N mm T=4348 Nmm d）垂直面 受力图 16 328 45 737022 1 1 = = d T Ft N 小齿轮受力图 见图- 5a 11920tan328tan= o ntr FF N 水平面反力 19 95 5 . 47119 5 . 67111 1 = = R F N 170 95 5 . 4711995111 2 = + = R F N 垂直面反力 164 2 21 = t RR F FF N 水平面受力图 见图- 5b 垂直面受力图 见图- 5c 水平面弯矩图 见图