毕业设计（论文）-Y38滚齿机滚刀箱设计（全套图纸）.pdf

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 滚齿机在我国国民经济中的地位滚齿机在我国国民经济中的地位 齿轮是现代机器和仪器中的重要零件。由于齿轮传动具有传动比精确、传力 大、效率高、结构紧凑、可靠耐用等优点，因此，齿轮传动的应用极为广泛，齿 轮的需要量也日益增加。用来加工齿轮轮齿表面的机床，称为齿轮加工机床。齿 轮加工机床是机械制造工业中的一种重要的技术装备。 齿轮的加工技术和加工能 力反映一个国家的工业水平。滚齿机是使用最广泛的齿轮加工机床，其数量约占 整个齿轮加工机床的 45%左右。 多数情况下， 滚齿机用来加工渐开线齿形的直齿、 斜齿、和人字齿轮。只要滚刀与工件齿形共轭，就可以加工相应齿形的工件，如 圆弧齿轮、棘轮、链轮等。滚齿机既适合于高效率的齿形粗加工，又适合于高精 度齿形精加工。由于适应范围大、调整简易、操作方便，因此这种机床不论对于 大量生产和成批生产的工厂，或者是小量生产和单件生产的工厂，都是一种比较 经济的齿形加工设备。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 切削加工主要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，因此金属切削机床是加工机器零件的主要设备，他所负 担的工作量，约占及其总制造工作量的 40%60%，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。 以此作为机械制造业的基础装备的金属切 削机床，在国民经济中占有重要地位。而齿轮作为机械传动中最常见，最重要的 传动由于其使用的量大面广，齿轮加工机床已成为汽车、摩托车、工程机械、船 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 2 舶等行业的关键设备。特别是，随着汽车工业的高速发展，对齿轮的需求量日益 增加，对齿轮加工的效率、质量及加工成本的要求愈来愈高，使齿轮加工机床在 汽车、摩托车等行业中占有越来越重要的作用。例如，汽车齿轮大多数采用滚齿 剃齿热处理珩齿工艺， 少数企业和部分轿车企业采用滚齿热处理磨齿 工艺， 而重载齿轮传动业则普遍采用滚齿热处理磨齿工艺。滚齿在汽车齿轮 加工方面占据了 70% 以上的份额，可见滚齿在齿轮加工领域的作用不可替代。 滚齿机是齿轮加工机床中的一种，其占齿轮加工机床拥有量的 4050%，它主要 用来加工圆柱齿轮和蜗轮等。 1.2 滚齿技术及滚齿机制造技术的发展历程滚齿技术及滚齿机制造技术的发展历程 1694 年，法国学者 Philippe Delahire 首先提出了渐开线可作为齿形曲线， 经过无数人的努力和长时间的完善发展，已经成为目前应用最广泛的一种齿形。 1785 年 Leonard Euler 发明了渐开线，1835 年惠特沃思第一个申请采用范成法 的主流滚齿机,19 世纪末， 展成切齿法原理的出现使得 Grant 利用此原理于 1887 年发明了滚齿机，使渐开线齿轮取得了绝对优势，齿轮从此进入工业应用。后经 多方面的改进,1900 年赫曼法乌特又加上差动装置,首创了可以滚制斜齿轮的 万能滚齿机,从而解决了制造问题。从此渐开线齿轮成为应用最广泛的齿轮，而 展成法加工齿轮也以巨大的优势压倒范成法成为主要的齿轮加工方法。1940 年， 重庆机床厂始建，成为中国齿轮机床的摇篮，后来成为世界上规模最大、生产数 量最多的滚齿及制造商。美国于 1952 年首先研制成功数控机床，与此同时，联 邦德国也在 1953 年获得数控滚齿机专利。1960 年我国自行设计研制出国内第一 台 8m 式滚齿机，并在 1986-1987 年间成功研制出数控滚齿机并开始加工直齿非 圆齿轮。1996 年，重庆机床厂向北京华纳提供了 7 台高效数控滚齿机，同年以 雄厚的实力一举夺得神龙公司 15 万辆轿车工程的国际招标项目，这七台严格按 照国际标准和欧洲标准设计制造的数控滚齿机一举使我国的滚齿机生产水平达 到了国际先进标准。 滚齿机制造技术的发展可划分为机械式滚齿机和数控滚齿机两个阶段。 传统 的机械传动式滚齿机， 其特征为各主轴采用机械式的传动形式， 包括差动、 分齿、 工件轴、滚刀轴和进给等。由于传动链固有的理论误差和安装间隙，造成速度较 慢，精度较低。工作时，滚刀装在滚刀主轴上，由主电动机通过齿轮副和蜗轮副 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 3 驱动作旋转运动；刀架可沿立柱导轧垂直移动，还可绕水平轴线调整一个角度。 工件装在工件轴上，由分度蜗轮副带动旋转，与滚刀的运动一起构成展成运动。 滚切斜齿时，差动机构使工件作相应的附加转动。工作台(或立柱)可沿床身导轨 移动，以适应不同工件直径和作径向进给。 随着数控技术的发展，出现了 13 个轴数控化的滚齿机，其中的一部分轴 采用伺服电机数字化控制。直到 20 世纪 80 年代，世界上才出现真正意义上的六 轴数控滚齿机。在过去的 20 年中，数控滚齿机的发展可以划分为 4 代。第一代 数控滚齿机的工件轴和滚刀轴等采用传统的蜗杆蜗轮副传动，速度依然较低，但 精度有所提高。随着刀具技术的发展，切削线速度有了很大的提高，原来的滚齿 机已不能满足刀具的高速切削要求，于是更快的第二代数控滚齿机诞生。其工件 轴和滚刀轴采用齿轮副传动，速度有很大的提高。第三代数控滚齿机于 90 年代 末期出现，它与世界上两大齿轮装备巨头的合并不无干系。差动机构滚齿机发明 人 H.Pfaute 创办了 PFAUTER 公司，100 多年来，PFAUTER 公司不断探索，使滚齿 机制造技术始终处于世界领先地位。1997 年，世界著名锥齿轮制造商美国 格里森公司成功收购德国 PFAUTER 公司。通过技术的强强联手，第三代数控滚齿 机 GP 系列诞生。其以全直驱技术的利用为特征，工件轴和滚刀轴的直接驱动实 现了真正意义的全闭环控制。直驱技术的使用，保证了高速度；电子齿轮箱和机 械间隙的数控补偿，保证了高精度。这时，数控滚齿机似乎进入顶峰。 近 10 年间，基于多年的齿轮机床制造经验以及不断的创新意识，格里森公 司又开发出第四代滚齿机 GENESIStm 130H，这也是当今世界上唯一的第四代数 控滚齿机。数控滚齿机朝着超高速、超精度、超可靠性、超数字化方向发展。 2007 年 4 月，中国本土生产的第一台带有人造大理石床身、高速主轴直驱 的滚齿机正式问世。这台滚齿机经过严格测试，各项精度指标和性能完全满足格 里森美国和德国标准， 标志着中国齿轮机床的制造技术从此跨入了一个崭新的高 度。 1.3 滚齿机的国内外现状分析滚齿机的国内外现状分析 随着数控技术、软件技术、信息技术、可靠性技术的发展，滚齿机正朝着复 合功能的方向迈进，实现齿轮加工数控化和自动化、加工和检测的一体化是目前 齿轮加工的发展趋势。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 4 以德国西门子、日本发那科公司数控系统为主流的数控滚齿机的出现，大大 提高了齿轮加工能力和加工效率。我国目前真正能够生产数控滚齿机的只有 2 3 个厂家，且使用的多是德国西门子数控系统，加工中模数齿轮，没有自主产权 的核心技术，缺少国际竞争力。 目前我国仍以生产加工并使用传统齿轮加工机床进行齿轮类零件的加工。 由 武汉重型机床集团有限公司设计制造的目前我国最大的 Y311250 型 12.5 米滚齿 机， 已经通过了用户单位唐山盾石机械制造有限公司的验收。该机床加工齿轮的 直径可达 12.5 米，加工模数 36，工作台最大承重 100 吨，是生产水泥设备、矿 山机械、发电设备的关键设备。此前，我国制造的最大规格的滚齿机加工件直径 为 8 米，也是由武重生产的。 但是，最近这几年，我国对滚齿机设计制造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。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 5 第第 2 章章 Y38 滚齿机方案设计滚齿机方案设计 2.1 明确总共能（黑箱法） ：明确总共能（黑箱法） ： 人们常把一些内部结构尚不清楚的系统叫做黑箱.对某一未知系统(即黑 箱)通过实验和推理来研究其内部结构的问题,称为黑箱问题.对于黑箱问题的解 决,往往是给黑箱输入某一或某几个信号,观察其输出信息,然后进行推理,最终 得出黑箱内部结构信息。 图 2- 1 2.2 功能原理的选择功能原理的选择 齿轮加工方法：按齿面加工原理来分，有范成法和成形法。 待设计系统 进行能量流、物料流、 信息流的转换 功能分析黑箱图 信息 输入物料 能量 信息 物料 能量 输出 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 6 1成形法 ：成形法利用与被加工齿轮齿槽截形相一致的刀具齿形，在齿坯上加 工齿面。 在铣床上用盘形或指形齿轮铣刀铣削齿轮，在刨床或插床上用成形刀 具刨削或插削齿轮。加工时，刀具作快速的切削运动（旋转运动或直线运动） ， 并沿齿槽作进给运动，就可切出齿槽。加工完一个齿槽后，工件分度转动一个齿 距，再加工另一齿槽，直至切出全部齿槽。采用成形法加工齿轮，所用机床较简 单，并可以利用通用机床加工。缺点是加工精度较低，生产率不高，通常多用于 修配。 2.范成法 ：用范成法加工齿轮时，刀具与工件模拟一对齿轮（或齿轮与齿条） 作啮合运动（范成运动） ，在运动过程中，刀具齿形的运动轨迹逐步包络出工件 的齿形。 范成法切齿刀具的齿形可以和工件齿形不同，且可以用一把刀具切出 同一模数而齿数不同的齿轮，加工时连续分度，具有较高的加工精度和生产率。 因此齿轮加工一般采用范成法。 图 2-2 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 无级 变速 器 差动 挂轮 电动机 液压 定轴轮 系 周转轮 系 挂轮传 动 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 周转轮 系 挂轮 无级变 速 定轴轮 系 周转轮 系 挂轮 无级变无级变 速速 定轴轮 系 周转轮 系 挂轮 无级变 速 气压 电气 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 8 2.4 功能元求解功能元求解 表 2- 1 方案 1 方案 2 方案 3 方案 4 方案 5 主传动主传动 带传动 蜗轮蜗杆传 动 挂轮 周转轮系 定轴轮系 分齿分齿 分齿挂轮 钢球式无级 变速器 进给进给 进给挂轮 定轴轮系 周转轮系 钢环式无级 变速器 差动差动 差动挂轮 摩擦轮差动 装置 钢球式无级 变速器 定轴轮系 动力动力 电动机 气压装置 液压装置 电气装置 2.5 各功能元求解方案分析各功能元求解方案分析 1）主传动：）主传动： 表 2-2 方方 案案 简简 图图 方方 案案 说说 明明 带带 传传 动动 轴间距范围大，工作 平稳，噪声小，能缓 和冲击，吸收震动， 摩擦型带传动有过载 保护的作用，结构简 单，成本低，安装要 求不高。 外廓尺寸较大，摩擦 型带有滑动，不能用 于分度链，由于带的 摩擦起电，不宜用于 易燃易爆的地方，轴 和轴承上的作用力 大，带的寿命较短。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 9 齿 轮 传 动 齿 轮 传 动 承载能力和速度范围 大，传动比恒定，采 用行星传动可获得很 大传动比，外廓尺寸 小，工作可靠，效率 高， 。 制造和安装精度要求 高，精度低时，运转 有噪声，无过载保护。 蜗 轮 蜗 杆 传 动 蜗 轮 蜗 杆 传 动 结构紧凑，单级传动 能获得很大的传动 比，传动平稳，无噪 音，单头蜗杆可制成 自锁机构。 传动比大，滑动速度 低时效率低，中高速 传动需要昂贵的减磨 材料，制造精度要求 高，刀具费用昂贵。 定 轴 轮 系 定 轴 轮 系 轮系运转时，其中各 齿轮轴线相对于机架 的位置 固定不动，则 称之为定轴轮系。 i1m=1 /m= 所有从动轮齿数的乘 积 所有主动轮齿数的乘 积 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 10 周 转 轮 系 周 转 轮 系 轮系运转时，有齿轮 轴线的位置不固定， 而是绕某一固 定轴线回转，称该轮 系为周转轮系 2）分齿）分齿 表 2-3 方方 案案 简简 图图 方方 案案 说说 明明 分分 齿齿 挂挂 轮轮 原理简单，结 构十分紧凑， 维护和制造方 便，但操作比 较麻烦。用于 不同转速时需 更换不同的挂 轮，在传动比 数目较多时， 需要较多组挂 轮，因此可能 导 致 成 本 较 高，操作会比 较麻烦。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 11 钢 球 式 无 级 变 速 器 钢 球 式 无 级 变 速 器 该无级变速器 适用于机床主 传动或者进给 系统。结构紧 凑，体积小， 但输出转速偏 高，在机床上 采用时，需要 较大传动比的 齿轮传动来降 速，并且该无 级变速器寿命 较低，不能满 足严格的传动 比要求。 3）进给）进给 表 2-4 方方 案案 简简 图图 方方 案案 说说 明明 钢 环 式 无 级 变 速 器 钢 环 式 无 级 变 速 器 该无级变速器适 用于机床的进给 系统。变数范围 宽，原理和结构简 单，装配方便。钢 环有自紧作用，无 需另外设置加压 装置。但是结构不 够紧凑，不适于大 功率和对传动比 有严格要求的场 合，并且使用寿命 较低。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 12 定 轴 轮 系 定 轴 轮 系 定轴轮系的原理 简单，传动结构紧 凑，传动进度较 高，制造和操作都 比较方便，价格低 廉。在此处若用定 轴轮系的话会使 进给系统的变数 级数较小。此变速 系统只适合于变 数级数较小的场 合，当变速级数较 多时会使其结构 庞大。 进 给 挂 轮 进 给 挂 轮 该变速系统原理 简单，结构十分紧 凑，维护和制止方 便，但操作比较麻 烦。用于不同转速 时需要换不同的 挂轮，在传动比数 目较多时，需要较 多组挂轮。因此可 能导致成本较高， 而且当变速效率 较高时，操作会比 较麻烦 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 13 周 转 轮 系 周 转 轮 系 轮系运转时，有齿 轮轴线的位置不 固定，而是绕某一 固 定轴线回转，称该 轮系为周转轮系 4）差动）差动 表 2-5 方方 案案 简简 图图 方方 案案 说说 明明 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 14 差 动 挂 轮 差 动 挂 轮 原理简单， 结构十分紧 凑，维护和 制造方便， 但操作比较 麻烦。用于 不同转速时 需更换不同 的挂轮，在 传动比数目 较多时，需 要较多组挂 轮，因此可 能导致成本 较高，操作 会 比 较 麻 烦。 钢 球 式 无 级 变 速 器 钢 球 式 无 级 变 速 器 该无级变速 器适用于机 床主传动或 者 进 给 系 统。结构紧 凑， 体积小， 但输出转速 偏高，在机 床 上 采 用 时，需要较 大传动比的 齿轮传动来 降速。并且 该无级变速 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 15 定 轴 轮 系 定 轴 轮 系 定轴轮系的 原理简单， 传动结构紧 凑，传动进 度较高，制 造和操作都 比较方便， 价格低廉。 在此处若用 定轴轮系的 话会使进给 系统的变数 级数较小。 此变速系统 只适合于变 数级数较小 的场合，当 变速级数较 多时会使其 结构庞大。 周 转 轮 系 周 转 轮 系 轮 系 运 转 时，有齿轮 轴线的位置 不固定，而 是绕某一固 定 轴 线 回 转，称该轮 系为周转轮 系 5）动力装置）动力装置 方案一： 电动机： 简单，耐用，可靠，易维护，价格低廉。 方案二：液压传动： 优点：可实现无级变速，调速范围大；运动件的惯性小， 能够频繁迅速换向， 传动工作平稳； 系统容易实现缓冲吸振， 并能自动防止过载。 缺点：容易产生泄漏，污染环境，因有泄漏和弹性变形大， 不易做到精确的传动比，系统内混入空气，会引起爬行，噪 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 16 声和振动。故障诊断与排除要求较高技术，在液压源的场合 会使成本增大。 方案三：气压装置：优点：以空气为工作介质，获得较容易，用后的空气排到大 气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管 道。动作迅速，反应快，维护简单，工作介质清洁，工作环 境适应性好。成本低，过载能自动保护。 缺点：工作速度稳定性差，噪声较大，不宜用于元件级数较 多的复杂回路。 方案四：电气装置：精确度高，节省能源，精密控制，改善环保水平，降低噪音， 节约成本。 2.6 最佳方案的分析和确定最佳方案的分析和确定 粗略地从满足功能要求，成本低廉，可靠性高，操控性能好，维护方便，外形美 观与环保等六个方面对滚齿机系统各部分的方案解进行评价。 （一）（一） 对该六个对该六个方方面面进进行重要性行重要性系系数数确定确定 表 2- 6 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 3 3 3 3 4 16 0.267 成本 1 1 3 3 3 11 0.183 可靠性 1 3 3 3 4 14 0.233 操控性 1 1 1 2 3 8 0.133 维护性 1 1 1 2 3 8 0.133 外观 及 环保 0 1 0 1 1 3 0.05 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 17 iK 60 1 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 2- 7 不可用 可用 一般 良好 优秀 理想 0 1 2 3 4 5 1 主传动方案的分析主传动方案的分析比较与比较与确定确定 表 2- 8 得分方案 方向 A 带传动 B 挂轮 C 蜗轮蜗 杆传动 D 周转轮 系 E 定轴轮 系 满足功能 要求 3 5 2 2 4 成本 4 3 1 2 2 可靠性 3 4 2 3 4 操控性 3 3 3 4 4 维护性 3 3 2 2 2 外观及 环保 2 4 3 1 1 总体得分： A=30.267+40.183+30.233+30.133+30.133+20.05=3.13 B=50.267+30.183+40.233+30.133+30.133+40.05=3.814 C=20.267+10.183+20.233+30.133+20.133+30.05=1.998 D=20.267+20.183+30.233+40.133+20.133+10.05=2.447 E=40.267+20.183+40.233+40.133+20.133+10.05=3.214 所以主传动系统中的最优方案为方案 B：挂轮。 2 分齿分齿运运动方案系动方案系统统的分析的分析比较与比较与确定：确定： 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 18 表 2- 9 得分 方案 方向 A 分齿挂轮 B 钢球式无级变速器 满足功能要求 4 2 成本 1 3 可靠性 5 2 操控性 3 5 维护性 3 2 外观及环保 4 4 总体得分： A=40.267+10.183+50.233+30.133+30.133+40.05=3.357 B=20.267+30.183+20.233+50.133+20.133+40.05=3.124 所以分齿运动系统中的最优方案为方案 A：分齿挂轮。 3 进给运动方案系统的分析比较与确定：进给运动方案系统的分析比较与确定： 表 2- 10 得分 方案 方向 A 定轴轮系 B 周转轮系 C 进给挂 轮 D 钢环式 无级变速 器 满足功能要求 3 3 4 2 成本 1 2 2 4 可靠性 4 3 3 2 操控性 4 2 2 5 维护性 2 2 3 2 外观及环保 2 1 4 4 总体得分： A=30.267+10.183+40.233+40.133+20.133+20.05=2.988 B=30.267+20.183+30.233+20.133+20.133+10.05=2.448 C=40.267+20.183+30.233+20.133+30.133+40.05=3.102 D=20.267+40.183+20.233+50.133+20.133+40.05=2.995 所以进给运动系统中的最优方案为方案 C：进给挂轮。 4 差动运动方案系统的分析比较与确定差动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 19 表 2- 11 得分 方案 方向 A 定轴轮 系 B 周转轮系 C 差动挂 轮 D 钢环式无 级变速器 满足功能要求 1 1 4 3 成本 1 2 1 4 可靠性 4 3 4 1 操控性 4 4 1 5 维护性 2 2 3 2 外观及环保 1 1 5 5 总体得分： A=10.267+10.183+40.233+40.133+20.133+10.05=2.407 B=10.267+20.183+30.233+40.133+20.133+10.05=2.013 C=40.267+10.183+40.233+10.133+30.133+50.05=2.965 D=30.267+40.183+10.233+50.133+20.133+50.05=2.947 所以差动运动系统中的最优方案为方案 C：差动挂轮。 5 动力方案系统的分析比较与确定动力方案系统的分析比较与确定 表 2-12 得分 方案 方向 A 电动机 B 液压传动 C 气压传动 D 电气传动 满足功能要求 4 5 3 3 成本 5 3 4 4 可靠性 3 4 3 3 操控性 4 3 3 3 维护性 4 3 3 4 外观及环保 4 2 4 3 总体得分： A=40.267+50.183+30.233+40.133+40.133+40.05=3.946 B=50.267+30.183+40.233+30.133+30.133+20.05=3.714 C=30.267+40.183+30.233+30.133+30.133+40.05=3.23 D=30.267+40.183+30.233+30.133+40.133+30.05=2.914 所以动力系统中的最优方案为方案 A：电动机 所以整台滚齿机的最佳方案组合为： 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 20 表 2-13 系统 主传动 分齿 进给 差动 动力 方案 挂轮 分齿挂轮 进给挂轮 差动挂轮 电动机 2.7 草绘整体示意图和传动示意图：草绘整体示意图和传动示意图： （一）总体示意图确定： 影响滚齿机布局的主要因素有： 1 工件的尺寸，重量和形状 根据我们设计滚齿机的技术指标，加工齿轮直径在 450800 之间，所以我 们这里采用立式布局，工作台移动布局形式。 加工小直径齿轮时，多采用卧式布局。这是由于这种布局便于装夹工件，易 于实现自动上下料和单机自动化，且传动链短，滑座与床身导轨接触面大，纵向 进给平稳，便于清除碎小金属，提高加工精度，但这种布局的机床不宜加工直径 和重量较大的工件。 如果加工齿轮直径和重量较大，这时多采用立式布局。立式布局又有工作 台移动与立柱移动式之别。工件直径相对较小时，宜用工作台移动式。 2 机床性能及生产率的要求，机床的布局也有不同。 中等规格（最大工件直径为 2001250mm）的万能型滚齿机宜于采用立式， 立柱固定，工作台水平移动的布局； 而对于较小规格（最大工作直径为 200320mm）的高效型滚齿机，为便于 使其实现单机自动化和纳入自动线，可采用立式，工作台固定，立柱水平移动的 布局，或采用立式，工作台垂直移动，刀架水平移动的布局形式。 3 操纵方便性及其他要求 为便于用右手操纵机床，可将立柱布置在工作台的右侧；为便于用试切法对 刀，可将立柱布置在工作台的左侧。 综上所述，滚齿机布局形式为： 1） 机床类型：立式滚齿机。 2） 结构形式：普通型。 3） 运动分配：工作台径向移动，刀架轴向移动。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 21 4） 布局简图： 图 2- 3 5） 布局特点：立柱与床身紧固连接，工作台做径向移动，刀架做轴向移动。 传动示意图确定： 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 22 图 2- 4 2.8 计算滚刀的速度和功率并选择电动机计算滚刀的速度和功率并选择电动机 一.计算滚刀的速度 1.加工模数 m6mm 的 45 钢时（HB207）时，查参考文献【12】得： V= 5 . 032 . 0 67. 0 60 281 fT kv （2- 1） 已知进给量 f=0.253 r mm ，查资料得：切削速度修正系数 k v=1.0,耐用度 T=21600。将以上参数带入公式得： V= 5 . 032 . 0 67. 0 )325 . 0 (2160060 0 . 1281 算得：V=0.428311.48371 s m 。 2.加工模数 m8mm 的铸铁（HB170210）时，查参考文献【12】得： V= 16. 03 . 02 . 08 . 0 60 178 mfT kv ， （2- 2） 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 23 已知进给量 f=0.253 r mm ，查参考文献【12】得：切削速度修正系数 k v =1.0 ， 耐 用 度 T=59600 。 将 以 上 参 数 带 入 公 式 得 ： V= 16 . 0 3 . 02 . 08 . 0 8)3 . 025 . 0 (5960060 0 . 1178 算得：V=0.384790.81091 s m 。 为了使滚刀既能满足加工模数 m6mm 的 45 钢时的速度，同时又能满足加工 模数 m8mm 的铸铁时的速度，所取滚刀的速度应为此两种情况的速度范围的 并集，即 V=0.384791.48371 s m ，化为转速约为 n=61236 min r 二 计算滚刀的切削功率 1.滚刀 45 钢（HB207）时，查参考文献【12】得： Pm= m p K d Vmf 0 3 7 . 19 . 0 10 12460 ， （2- 3） 已知进给量 f=0.253 r mm ,模数 m6mm，切削速度 V=0.428311.48371 s m ， 滚刀外径 d0=120mm . 查参考文献【12】得：功率修正系数 K m p =1.0 。 由公式可知，当Vf 9 . 0 的值越大，pm就越大。当 pm的值大时可以满足小功率要 求， 但当 pm的值小时， 不能满足大功率要求。 所以应取 1 9 . 0 1 Vf与 2 9 . 0 2 Vf中较大者。 因为， 1 9 . 0 1 Vf=0.2548371 . 1 9 . 0 =0.42608 2 9 . 0 2 Vf=342831 . 0 9 . 0 =1.15124 1 9 . 0 1 Vf 2 9 . 0 2 Vf, 所以,取Vf 9 . 0 = 2 9 . 0 2 Vf=1.15124 Pm=1.50112KW 2.滚切铸铁（HB170210）时，查参考文献【12】得： Pm= m kp d vmf 0 3 7 . 19 . 0 10 6260 （2- 4） 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 24 已知进给量 f=0.253 r mm ,模数 m 8mm,切削速度 V=0.384790.81091 s m 滚刀外径 d0=120mm, 查参考文献【12】得 功率修正系数 kpm=1.0 由公式可知，当Vf 9 . 0 的值越大，pm就越大。当 pm的值大时可以满足小功率要 求， 但当 pm的值小时， 不能满足大功率要求。 所以应取 1 9 . 0 1 Vf与 2 9 . 0 2 Vf中较大者。 因为， 1 9 . 0 1 Vf=0.25 9 . 0 0.81091=0.23287 2 9 . 0 2 Vf=3 9 . 0 0.38479=1.03427 所以 1 9 . 0 1 Vf 2 9 . 0 2 Vf, 所以,取Vf 9 . 0 = 2 9 . 0 2 Vf=1.03427 算得：Pm=1.09963KW 根据大功率能满足小功率要求，但小功率不能满足大功率的要求，统一取加工 45 钢时的 pm与加工铸铁时的 pm中较大者。 即取最大功率 pm=1.50112kw. 三. 选择电动机 1 计算电动机功率：总效率:=12 7 8 . 0, （2-5） 1,2分别为带传动，齿轮传动（包括轴承损失）的效率。 取1=0.9，2=0.975， 所以，=0.7538， 又因为电动机效率，P= Pm=1.99KW。 2 确定电动机转速： 已知滚刀的转速范围为：n=61236 min r ，根据滚刀的转速范围粗略取主传动变 速级数分别为：61 96 131 166 201 236。 根据参考资料得：渐开线齿轮单级传动比不大于 8，为了使主传动变数挂轮传动 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 25 平稳，尺寸不至于过大，粗略取主传动变速挂轮传动比 A B =0.42。 参考 Y38- 1 型滚齿机的主传动比取传动链为： n刀=n电机 192 105 55 27 36 36 B A 28 24 23 23 17 17 60 20 得 n电机= n刀 A B 13.4=（2360.4612）13.4， 所以： n电机=12651590（ min r ） 所以电动机的转速范围应该在 12651590（ min r ）之间。根据参考资料，可以 知道符合这一范围的同步转速只有 1500 min r 。 根据所求电动机的功率和转速， 由滚齿机的工作状况试选用 Y 系列三相异步电动 机，Y 系列为绕线转子电动机，适用于各种机械及其他类系设备的专用产品，具 有较大的过载能力和较高的机械强度因此它满足滚齿机的使用要求与我们所设 计的滚齿机工作条件相符，是合适的电动机类型。 查有关资料得只有一种适用的电动机型号，即 Y100L2-4 型电动机。其主要 性能如下表： 型号 额定 功率 KW 转速 min r 电流 A 效率% 功率 因数 启动 电流 启动 转矩 最大 转矩 额定 电流 额定 转矩 额定 转矩 Y100L2-4 3 1430 6.82 82.5 0.81 7.0 2.2 2.2 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 26 第第 3 章滚刀箱主要零件设计校核章滚刀箱主要零件设计校核 3.1 轴轴 VII 上斜上斜齿齿圆柱圆柱齿轮齿轮啮合啮合设计计设计计算与校核算与校核 3.1.1 计计算算速速度度传动传动路线路线中转轴中转轴 VII 所受所受的最的最大大转转矩矩 电动机的输出转矩为 （3-1） 轴 I 的转矩为 轴 II 的转矩为 轴 III 的转矩为 由电机的转速和所计算的滚刀主轴的转速确定变速挂轮的传动比。 由滚齿机的速度传动路线公式： 得 所以的值取决于滚刀的转速，当滚刀的转速取最小值 62r/min 时取最大 值。此时，最大值 max= 0.0767= 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 27 轴 IV，V，VI，VII，VIII 的转矩为 A B max 经过计算得转轴 VII 上的最大转矩是 348.314N.m 3.1.2 初初选齿轮选齿轮类型、精度等类型、精度等级级、材料等、材料等 1）按传动方案（图 3-1）用斜齿圆柱，小齿轮左旋，大齿轮右旋，初选螺旋角为 。 2）因为齿轮的转速不高，故选用 7 级精度。 3）材料选择。由参考文献 6 表 10-1 选择两齿轮材料为 45 钢，硬度为 240HB 图 3-1 滚刀箱传动方案 4）已知两齿轮的传动比为 3，取 Z1=18,Z2=54。 3.1.3 按按齿齿面接触强度面接触强度设计设计 由参考文献【2】式 10-20 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 28 1KF 1 HHFH t ZZ bd = （3-2） 计算，即 d t 1 3 21 ) ( 12 H EH d t ZZTK （3-3） (1)确定公式内的各计算数值 1） 试选载荷系数。 2） 由参考文献【2】图 10-30 选取区域系数。 3 ） 由 参 考 文 献 【 2 】 图 10-26 查 得， 则 。 4） 计算接触疲劳许用应力。计算应力循环次数。 （3-4） 由 参 考 文 献 【 2 】 图10-19取 接 触 疲 劳 寿 命 系 数 。 由参考文献【2】图 10-21d 按齿面硬度查得两齿轮的接触疲劳强度极 限 。 取失效率为 1%，安全系数 S=1，由参考文献 6 式 10-12 （3-5） 得 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 29 5） 许用接触应力 Mpa HH 561 2 H = + = （3-6） 6） 由参考文献【2】表 10-6 查得材料的弹性影响系数。 7） 由参考文献【2】表 10-7 选取齿宽系数。 (2)计算 1） 试计算小齿轮的分度圆直径，由计算公式（4-3）得 2） 计算圆周速度 3） 计算齿宽 b 及模数。 b= tdd1 (3-7) =1.1557.19=65.77mm mnt= 1 1 cos Z d t (3-8) = 18 14cos19.57 =3.08mm h=2.25mnt (3-9) =2.253.08mm=6.94mm 4)计算纵向重合度。 tan318 . 0 1 Z d = (3- 10) =14tan1815. 1318. 0=1.64 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 30 5）计算载荷系数。 已知使用系数，根据，8 级精度，由参考文献【6】图 10-8 查得动载系数；按手册计算得； 。故载荷系数 （3-11） 8） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由参考文献 6 式 10-10a （3-12） 9） 计算模数。 （3-13） 3.1.4 按齿根弯曲强度设计按齿根弯曲强度设计 由参考文献【2】式 10-17 （3-14） （1） 确定计算参数 1） 计算载荷系数。 （3-15） 2） 根据纵向重合度从参考文献【6】图 10-28 查得螺旋角影响系 数。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 31 3） 计算当量齿数。 （3-16） 4） 查取齿形系数 由参考文献【2】表 10-5 查得； 5） 查取应力校正系数。 由参考文献【2】表 10-5 查得； 6） 计算弯曲疲劳极限 由参考文献【2】图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。 7） 由图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数，。 8） 计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数，由式 （3-17） 得 9） 计算大、小齿轮的并加以比较。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 32 小齿轮的数值大。 （2） 设计计算 对比计算结果， 由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲 疲劳强度计算的法面模数，取=3mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接 触疲劳强度， 需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的 齿数。于是由 （3-18） 取，则。 3.1.5 尺寸计算尺寸计算 （1）计算中心距 （3-19） 将中心距圆整为 99mm。 （2）按圆整后的中心距休正螺旋角 （3-20） 因值改变不多，故参数等不必修正。 （3） 计算大、小齿轮的分度圆直径 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 33 （3-21） （3-22） （4） 计算齿轮宽度 （3-23） 圆整后取 72mm。 （5） 结构图见图纸。 3.2 滚刀箱轴滚刀箱轴 VII 的设计计算与校核的设计计算与校核 3.2.1 按扭按扭转转强度条件初步估算强度条件初步估算轴轴径径 轴的扭转强度条件为（参考文献【2】式 15-1） （3-24） 式中：； 轴所受的扭矩，N.mm； 轴的抗扭截面系数； 轴的转速，r/min; 轴传递的功率，KW； 计算截面处轴的直径，mm； 许用扭转切应力，MPa。 由上式可得轴的直径 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 34 （3-25） 式中， 选取轴的材料为 40Cr， 调质处理。 根据表 15-3， 取 =112； /； 。 将参数代如式得。 此式求出的直径，只能作为受扭矩作用的轴 段的最小直径。 3.2.2 轴的结构设计轴的结构设计 （1）拟定轴上零件的装配方案 装配方案见下图。 图 3-2 轴 VII 的结构与装配 （2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1）为了便于左端齿轮和轴承的安装，轴是直径从右至左逐渐增大的阶梯轴， 根据计算所得的轴径的估算值，6-7 段的直径=30mm；右端用轴端直径取挡 圈直径为 38mm；根据锥齿轮的长度取。 2）为了定位锥齿轮，5-6 段的轴径取，根据所用滑动轴承的宽 度，取。3-4 段同 5-6 段。 3） 为了保证滚刀的加工空间， 4-5 段较长， 按照轴径的估算值取。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 35 4）取安装齿轮处的轴段 2-3 的直径，齿轮的左右两端为两个