毕业设计（论文）-Y38滚齿机分齿系统设计（全套图纸）.doc

青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 I 摘要摘要 Y38 滚齿机是齿轮加工机床中应用广泛的一种机床，在其上可切削直齿、斜齿圆 柱齿轮，还可加工蜗轮、链轮等。其工作台由工作台壳体、蜗轮、蜗杆、储油匣等组 成。按照加工原理，齿面加工可以分为成形法和展成法两大类。Y38 滚齿机选择范成 法加工齿轮的优点是，只要模数和压力角相同，一把刀具可以加工任意齿数的齿轮。 生产率和加工精度都比较高。所以在齿轮加工中，范成法应用最为广泛。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 齿轮是工业生产中的重要基础零件，其加工技术和加工能力反映一个国家的工业 水平。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，最重要的传动零件，被广泛地应用于机械设备的传动系 统中。滚齿是应用最广的切齿方法，滚齿加工大多都是在滚齿机上进行的，因此滚齿 机在金属切削机床之中占有举足轻重的作用。 本次方案设计中最核心和最创新的是应用了功能分析法，其实质是用科学来解决 问题的方法，通过黑箱法，找到输入输出间的关系，分析确定要设计的功能，来达成 我们要实现的目的。我主要设计的部分是：分齿挂轮系统和机床工作台的，分齿挂轮 主要是通过不同的挂轮来实现两末端件的复杂的关系。工作台为箱型结构，装在床身 的矩形轨道上，工作台壳体以其环形表面支撑工作台圆盘，并以其锥孔来定工作台中 心，分度蜗轮与工作台壳体连在一起，分度蜗杆与工作台座连接在一起，壳体内油室 是供给装置润滑油的。具体外形尺寸，见工作装配 (图 Y38-4-6)。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 II 关键词关键词：滚齿机；Y38；分齿挂轮 Abstract Y38 is a gear hobbing machine tools in a wide range of machine tools, which can cut straight-tooth gear, helical gears, and worm gear as well as sprocket can also be processed, The table of Y38 is composed of its shell of the table, worm, and reservoir tray. According to the principles of tooth surface forming process, processing can be divided into major categories and exhibition into law. As long as the modulus and the pressure angle of the same, the advantage of choosing Y38 hobbing method to process gear is processing any number of teeth of the gear, as well as higher productivity and machining accuracy. Therefore, processing gear is most widely used in gear processing method. Industrial production gear is an important foundation for Parts，and its processing technology and capacity reflect the level of a countrys industry. As the basis for machinery and equipment manufacturing, the metal cutting machine tools occupies an important position in the national economy, however, as the most common mechanical transmission and important mechanical parts, gear is most widely used in cutting method of hobbing process. Hobbing process are often carried out in the fobbing machine, therefore, gear hobbing machine plays an important role in possession of metal-cutting machine tools. The design of the core and the most innovative feature is the application of the 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 III analysis, which is the essence of scientific method to solve the problem, using the black box to find the relationship between input and output, analyzing and deciding the content of design, and achieving what we aim to. The part of the main design of mine is sub-system and the gear teeth of the machine tool table. Sub-tooth gear achieves the two main pieces of the end of the transmission chain. The box structure of table is mounted on a rectangular bed track, with its circular table and surface of the shell plate supporting the table, and its cone center hole sets the table, and table indexing worm shell is together with the table indexing. Block worm connected to the shell inside the chamber is the device of storing oil lubricants. Specific dimensions see the work of the assembly (Figure Y38-4-6). KeyKey words:words: gear hobbing machine; y38; sub-tooth gear 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 IV 目录目录 摘要摘要.I ABSTRACT.II 目录目录.IV 第第 1 章章 绪论绪论 .1 1.1 滚齿机研究的意义及发展现状.1 1.2 滚齿技术的未来发展方向.3 1.3 论文主要研究内容.4 第第 2 章章 Y38 滚齿机方案设计滚齿机方案设计 .5 2.1 用功能分析法（黑箱法）明确总功能：.5 2.2 功能原理选择.6 2.3 针对机械传动的滚齿机作功能元分解.8 2.3.1 功能分解图.8 2.3.2 功能元求解.8 2.3.3 功能元求解方案分析.9 2.4 最佳方案分析及确定.15 2.4.1 加权系数分析.16 2.4.2 最佳方案选择.16 2.5 计算滚刀速度和功率并选择电动机.19 2.5.1 计算滚刀（单头）速度：.19 2.5.2 滚刀的切削功率计算：.20 2.5.3 选择电动机.21 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 V 第第 3 章章 Y38 滚齿机分齿设计及其计算滚齿机分齿设计及其计算 .23 3.1 分齿功能原理分析.23 3. 2 分齿挂轮的计算.25 3. 3 分齿挂轮搭配表.26 第第 4 章章 蜗轮、蜗杆设计计算及校核蜗轮、蜗杆设计计算及校核 .36 4.1 蜗轮、蜗杆的选择 .36 4.1.1 蜗杆的输入转矩及输入功率：.36 4.1.2 蜗杆的选取.36 4.1.3 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸.38 4.1.4 校核齿根弯曲疲劳强度.40 4.1.5 传动的热平衡计算.40 结论结论 .42 参参 考考 文文 献献 .43 致谢致谢 .44 附件附件 1 .45 附件附件 2 .50 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 VI 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 1 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.11.1 滚齿机研究的意义及发展现状滚齿机研究的意义及发展现状 滚齿机是齿轮加工机床中应用最广泛的一种机床，在滚齿机上可切削直齿、斜齿 圆柱齿轮，还可加工蜗轮、链轮等 滚齿机按布局分为立式和卧式两类。分别有数控滚齿机,小型滚齿机,少齿数滚齿 机等等。 一般滚齿机有以下特点： 1、适用于成批，小批及单件生产圆柱斜齿轮和蜗轮，尚可滚切一定参数范围的花 健轴. 2、调整方便，具有自动停车机构 3、具有可靠的安全装置以及自动润滑系统 17 世纪末，人们才开始研究，能正确传递运动的轮齿形状。18 世纪，欧洲工业革 命以后，齿轮传动的应用日益广泛；先是发展摆线齿轮，而后是渐开线齿轮，一直到 20 世纪初，渐开线齿轮已在应用中占了优势。齿轮在各种机械、仪器、仪表中应用广 泛，它是传递运动和动力的重要零件，齿轮的质量直接影响到机电产品的工作性能、 承截能力、使用寿命和工作精度等。常用的齿轮副有圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗杆蜗轮 等，其加工技术和加工能力反映一个国家的工业水平。齿轮被广泛地应用于机械设备 的传动系统中，滚齿是应用最广的切齿方法，滚齿加工大多都是在滚齿机上进行的， 因此滚齿机在机械加工中占有举足轻重的作用。在当前的齿轮制造业中，齿轮加工工 艺大致相同。 在现代机电产品中，虽然数控技术和液压电气传动技术有很大的发展，但由于齿 轮传动的传动效率高、传动比准确，在高速重载条件下工作，齿轮传动体积小，所以 应用仍很广泛。随着科学技术的发展和机电产品精度的不断提高，对齿轮的传动精度 和圆周速度等方面的要求越来越高。因此，齿轮齿形加工在机械制造业中仍占重要地 位。所以说研究滚齿机具有非常重要的意义。 当今，我们正处于制造技术快速发展的时期，齿轮加工已进入了高效率、高精度 的发展新阶段。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 2 早在公元前 400 年，中国已开始使用手工修锉成形的齿轮。1540 年，意大利的 J. 托里亚诺在制造钟表时制成一台使用旋转锉刀的切齿装置。1835 年，英国的 J.B.惠特 沃思获得蜗轮滚齿机的专利。1858 年，C.席勒取得圆柱齿轮滚齿机的专利。以后几经 改进，直至 1897 年德国人 H.Pfauter 制成带差动机构的滚齿机，才圆满解决了加工斜 齿轮的问题。20 世纪初，由于齿轮需求量迅速发展，特别是为了满足汽车工业的生产 需要，又先后出现了插齿机、刨齿机、铣齿机、磨齿机、剃齿机和珩齿机。经过半个 世纪的发展，形成了滚、插、剃、珩、磨的齿轮加工基础。 在当前的齿轮制造业中，各家公司的齿轮加工工艺大致相同。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。 随着时代发展，各公司对滚齿机的效率和质量要求越来越高，有些用户要求 CPK1.67 以及 f、f、Fp 达 DIN 6 级标准。另外，高可靠性和高数字化程度也是 各公司的重点考虑范围。目前，滚齿机一般有粗、精加工两种，粗加工精度低于 8 级， 一般精加工为 76 级，高精度精加工则高于 6 级。 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，造成速度很慢，精度很低。 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。 Y38 滚齿机的工作原理是利用范成法来加工齿轮的，其主要工作工程有： 1.切削运动（主运动）：即滚刀的旋转运动，其切削速度由变速齿轮的传动比决 定。 2分齿运动：即工件的旋转运动，其运动的速度必须和滚刀的旋转速度保持齿轮 与齿条的啮合关系。其运动关系由分齿挂轮的传动比来实现。对于单线滚刀，当滚刀 每转一转时，齿坯需转过一个齿的分度角度，即 1/z 转。 3垂直进给运动：即滚刀沿工件轴线自上而下的垂直移动，这是保证切出整个齿 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 3 宽所必须的运动，由进给挂轮的传动比再通过与滚刀架相连接的丝杆螺母来实现。 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。 1.21.2 滚齿技术的未来发展方向滚齿技术的未来发展方向 效率是效益的最根本因素，质量是产品的生命之源，更快、更精是滚齿机永恒的 发展方向。在科学技术的进步和市场需求的引导下，未来，机床还会朝以下几个方向 继续发展。 首先，新型刀具材料的出现，如陶瓷、金属陶瓷、氮化硅陶瓷、PCBN、PCD 等刀具 材料，为高速切削提供了广阔的空间，为提高切削效率也提供了基础，朝着更高的速 度发展。 其次，用于高精密机床的材料和技术在滚齿机上的应用，滚齿技术将朝着更精密 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 4 的方向发展。 再次，数控进一步智能化，内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率 和加工质量方面的智能化，如：加工过程的自适应控制、工艺参数自动生成；为提高 驱动性能及使用连接方便的智能化，如：前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识 别负载、自动选定模型等；简化编程、简化操作方面的智能化，如：智能化的自动编 程、智能化的人机界面等；还有，智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断 及维修等。 滚齿机正朝着复合功能的方向迈进，随着数控技术、软件技术、信息技术、可靠 性技术的发展，实现构件简约化、结构紧凑化、配置模块化。复合功能滚齿机既会根 据用户的加工要求向多样化发展，也会为适合于多品种、单件和小批量生产条件向全 功能性发展。而在其他方面，随着全球对环境和安全要求的不断提高，安全无污染的 设备也是市场的未来目标。 1.31.3 论文主要研究内容论文主要研究内容 本次论文主要是 Y38 滚齿机的设计，其方案设计应用了功能分析法。我主要设计 的部分是：分齿挂轮系统和机床工作台的，挂轮的选择搭配；工作台的结构和零件的 校核计算。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 5 第第 2 2 章章 Y38Y38 滚齿机方案设计滚齿机方案设计 2.12.1 用功能分析法（黑箱法）明确总功能：用功能分析法（黑箱法）明确总功能： 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方案。 这种从未知到已知，使黑色逐步白化的过程就是功能载体的求解过程。 黑箱法要求设计者不要首先从机械产品具体结构出发考虑设计方案，而应从系统 的功能出发构思机械产品的可行性方案。这种设计思想方法的转变时黑箱法有利于抓 住为题的本质、扩大思路、摆脱传统结构的旧框框，从而获得创造性和高水平设计方 案。黑箱法的优点是可以不打开黑箱，不干扰其正常工作，而对其内部结构和功能进 行研究。 首先把待求的齿轮系统看做“黑箱” ，分析比较系统输入输出的能量、物料和信号， 输入输出的转换关系即反映系统的总功能。如图 2.1 所示 齿轮、切 屑冷却液 残液 齿轮毛坯 冷却液 待设计齿轮待设计齿轮 加工系统加工系统 进行物质流、能量流、进行物质流、能量流、 信息流的转换信息流的转换 图 2.1 黑箱法分析齿轮加工系统功能分析图 电能、风 能、水能 摩擦热、 切削热等 控制信息机械动作 能量流是在机械系统中存在于能量变换和传递的整个过程之中。它是机械系统完 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 6 成特定工作过程所需的能量形态变化和实现工作过程所需的动力。能量的形式是多种 多样的。 物质流在机械系统中存在的主要形式是物料流，他是机械系统完成特定工作过程 中的工作的对象和载体。物料流是物料的运动形态的变化、物料的构型变化以及两种 以上物料包容和混合等的物料变化过程。 信息流是反映信号、数据的检测、传输、变换和显示的过程。信息流的作用是实 现机械系统工作过程的操纵、控制以及对某些信号实现传输、变换和显示。信息流的 种类是多种多样的。 针对图 2.1 的功能我们可以设计出各种齿轮加工设备，如滚齿机，插齿机等，再 经过设计和各方面的计算，当系统设计方案得到完全确定时， “黑箱”即变为“玻璃箱” 设计方案问题就得到解决。 2.22.2 功能原理选择功能原理选择 常见的齿轮有直齿、斜齿和人字齿的圆柱齿轮，直齿和弧齿圆锥齿轮，蜗轮以及 应用很少的非圆形齿轮。齿轮轮齿的加工，按照加工方法大体分为两种:仿形法（也称 成形法）和范成法（也称展成法、创成法、瞬心包络法） 。 1）成形法 成形法是在通用铣床上用盘状或指状成形铣刀加工，但每铣一个齿槽后应分度一 次，对于同一模数不同齿数的齿轮，齿廓形状就不同，需采用不同规格的成形铣刀， 这显然是不经济的。在实际生产中，为减少成形铣刀的数量，通常每一种只配八把或 十五把成形铣刀，每把成形铣刀只加工一定齿数范围内的一组齿轮。每把成形铣刀的 齿形曲线是按其加工范围内的最小齿数制造的，当用于加工其它齿数的齿轮时，均存 在不同程度的齿形误差。同时由于分度装置的影响，齿轮的加工精度和生产率都不高。 该方法用于齿轮精度要求不高的单件小批量生产。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 7 图2.2 成形法加工原理 2）范成法 范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、螺旋角相等，故范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。 图 2.3 范成法加工原理 出于对加工精度的要求，经济成本的考虑，数控滚齿机由于人员操作培养难度大， 在大批量的齿轮加工中精度难以控制，而且机床价格普遍高于传统滚齿机。我们选择 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 8 传统滚齿机作为齿轮加工机床，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 9 2.32.3 针对机械传动的滚齿机作功能元分解针对机械传动的滚齿机作功能元分解 2.3.1 功能分解图功能分解图 图 2.4 Y38 滚齿机总功能分解图 2.3.2 功能元求解功能元求解 通过前面进行的各个工作步骤，已经弄清机械系统的总功能、分功能、功能元之间 的关系。现在的任务是，寻找实现各个分功能的物理作用，就是求得功能元的原理解。 表表 2.1 功能元列表功能元列表 总功能范成法 切齿 主传动进给传动分齿传动差动传动动力 定传 动比 定轴 轮系 变速 传动 挂轮 带传 动 周转 轮系 定传 动比 定传 动比 传动 系统 变速 传动 变速 传动 差速 系统 定轴 轮系 挂轮 液压 进给 周转 轮系 复合 轮系 数控 进给 定轴 轮系 周转 轮系 挂轮 无级 变速 器 挂轮 定轴 轮系 无级 变速 器 圆柱 齿轮 差速 圆锥 齿轮 差速 其他 电动 机 风能 太阳 能 水能 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 10 方案 1方案 2方案 3方案 4备注 主传动定轴轮系定轴轮系周转轮系周转轮系挂轮挂轮带传动塔轮带传动塔轮 变速变速 进给传动定轴轮系定轴轮系周转轮系周转轮系挂轮挂轮数控进给数控进给 分齿传动定轴轮系定轴轮系周转轮系周转轮系挂轮挂轮无级变速器无级变速器 差动传动定轴轮系定轴轮系无级变速器无级变速器挂轮挂轮齿轮差速齿轮差速 动力系统电动机风能动力太阳能动力水能动力 2.3.3 功能元求解方案分析功能元求解方案分析 1）主传动方案 表表 2.22.2 主传动传动方案表主传动传动方案表 方案简图方案说明 方 案 一 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。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 11 方 案 二 周 转 轮 系 周转轮系有多种类型，类型选择主 要依据不同类型轮系适用的传动比范围 以及对该轮系效率的估算 传动比较大，在以传递运动为主时， 可选择转化轮系为正号机构的行星轮系。 传动比较大，且以传递动力为主时， 应该选用转化轮系为负号机构的行星轮 系。但因为负号机构传动比不能很大， 可以将多个基本型行星轮系串联起来， 或与定轴轮系组成混合轮系，以获得较 大的传动比和较高的效率。 方 案 三 挂 轮 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，需要六组不同传动 比的挂轮。 该变速系统原理简单，结构紧凑， 制造和维护比较方便，但操作比较复杂。 用于不同转速时需要不同的挂轮。在变 速级数较多，变化频率较高时，所需挂 轮数目就较多，一台机床就得配带同样 数目的挂轮，很麻烦。但可给据不同的 传动比要求更换不同的齿轮。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 12 方 案 四 带 传 动 塔 轮 变 速 该变速机构结构简单，可用于两轴 间距较大的场合，如机床。主轴 I 上的 塔轮与从动轴 II 上的塔轮其装置方向恰 相反，各级带轮直径之选取，都以同一 带长为基准。通过改变带与不同直径带 轮接触，即可使从动轴获得不同转速。 2）进给传动方案 表表 2.32.3 进给传动方案表进给传动方案表 方案简图方案说明 方 案 一 定 轴 轮 系 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 方 案 二 周 转 轮 周转轮系有多种类型，类型选择主 要依据不同类型轮系适用的传动比范围 以及对该轮系效率的估算 传动比较大，在以传递运动为主时， 可选择转化轮系为正号机构的行星轮系。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 13 系传动比较大，且以传递动力为主时， 应该选用转化轮系为负号机构的行星轮 系。但因为负号机构传动比不能很大， 可以将多个基本型行星轮系串联起来， 或与定轴轮系组成混合轮系，以获得较 大的传动比和较高的效率。 方 案 三 挂 轮 该系统原理简单，结构紧凑，制造 和维护比较方便，但操作比较复杂。用 于不同转速时需要不同的挂轮。在变速 级数较多，变化频率较高时，所需挂轮 数目就较多，一台机床就得配带同样数 目的挂轮，很麻烦。但可给据不同的传 动比要求更换不同的齿轮。 3）分齿传动方案 表表 2.42.4 分齿传动方案表分齿传动方案表 方案简图方案说明 方 案 一 定 轴 轮 系 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 14 方 案 二 周 转 轮 系 周转轮系有多种类型，类型选择主 要依据不同类型轮系适用的传动比范围。 传动比较大，在以传递运动为主时， 可选择转化轮系为正号机构的行星轮系。 传动比较大，且以传递动力为主时， 应该选用转化轮系为负号机构的行星轮 系。但因为负号机构传动比不能很大， 可以将多个基本型行星轮系串联起来以 获得较大的传动比和较高的效率。 方 案 三 挂 轮 该系统原理简单，结构紧凑，制造 和维护比较方便，但操作比较复杂。用 于不同转速时需要不同的挂轮。在变速 级数较多，变化频率较高时，所需挂轮 数目就较多，一台机床就得配带同样数 目的挂轮，很麻烦。但可给据不同的传 动比要求更换不同的齿轮。 方 案 四 无 级 变 速 器 弧锥环盘式无级变速器的主动弧锥 盘 1 的运动经中间环盘 2，依靠摩擦力传 递给从动弧锥盘 3.中间环盘 2 绕点转 2 O 动即可改变主、从动弧锥盘的运动半径， 实现无极变速。该机构传动平稳，相对 滑动小，效率高，但制造困难。常用于 机床、拉丝机械中。 4）差动传动方案 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 15 表表 2.52.5 差动传动系统方案表差动传动系统方案表 方案简图方案说明 方 案 一 定 轴 轮 系 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 方 案 二 挂 轮 该系统原理简单，结构紧凑， 制造和维护比较方便，但操作比较 复杂。用于不同转速时需要不同的 挂轮。在变速级数较多，变化频率 较高时，所需挂轮数目就较多，一 台机床就得配带同样数目的挂轮， 很麻烦。但可给据不同的传动比要 求更换不同的齿轮。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 16 方 案 三 无 级 变 速 器 钢球锥轮式无级变速器结构较 简单，传动平稳，相对滑动小，体 积小，但钢球精度要求高。常用于 机床，电影机械中。将钢球 3 紧压 在主、从动锥轮 1、2 上，通过摩 擦力传动运动。钢球 3 可在轴 III 上自由转动，改变轴 III 的倾斜角， 即可改变锥轮 1、2 的传动半径 r1、r2，实现无级变速。常用于电 影机械 表表 2.62.6 差动变速系统方案差动变速系统方案 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 17 方 案 一 圆 柱 齿 轮 差 速 系 统 圆柱齿轮差动：太阳轮 1、4 分别与轴 A、B 固结，行星 轮 2、3 为一二联齿轮，分别与 太阳轮 1、4 啮合，并可绕轴 C 自传，同时随 H 绕 A、B 轴线公 转，系杆 H 做成箱体形。当 A、B 轴以相同转速相同方向转动 时，太阳轮 1、4 将使系杆 H 以 相同转速回转，若 A、B 轴转速 不等，则系杆 H 转度为： 4231 42 4 4231 21 1 zzzz zz n zzzz zz nnH 其中是齿轮 4321 zzzz 1、2、3、4、的齿数， 是太阳轮 1、4 和系杆 H H nnn 41 的转速 方 案 二 圆 锥 齿 轮 差 速 系 圆锥齿轮差动：太阳轮 4、5 尺 寸相同，与行星轮 3 和系杆 H 组成 差动轮系，系杆 H 与齿轮 2 固结， 其运动由主运动锥齿轮 1 输入。当 锥齿轮 1 转速已知时太阳轮 4、5 的 转度与主运动轮 1 转速的关系为： 1 2 1 54 2n z z nn 其中齿轮 1、2 的齿数 21z z 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 18 统 太阳轮 1、4 和系杆 H 的转速 541 nnn 2.42.4 最佳方案分析及确定最佳方案分析及确定 设计具有约束性，多解性，相对性这样三个特性，尤其是它的多解性，即解答方 案不是唯一的，这就要求先对某问题提出尽可能多的解决方案，然后从众多满足要求 的方案中，优选出拟采用的方案。为了选出拟采用的方案，首先要对各候选方案进行 评价。即对方案的质量、价值或就其某一性质做出说明。按重要程度分为功能满足度， 经济性，使用性和维护性，外观的舒适性，寿命，产品环保性。按判别表法确定各评 价目标的加权系数。评价结果如下表： 2.4.12.4.1 加权系数分析加权系数分析 表表 2.72.7 加权系数判别计算表加权系数判别计算表 比较 目标 评价 功能 满足 度 经济 性 使用 可靠 性 可操 作性 维修 性 外观 及环 保 i k n i i i i k k g 1 功能满足度 22334140.233 经济性 22333130.217 使用可靠性 22223110.183 可操作性 1122390.150 维修性 1122390.150 外观及环保 0111140.067 60 1 i k i g 最终确定各评价目标的加权系数为： 评价目标功能满足度经济性使用可靠性可操作性维修性外观及环保 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 19 加权系数0.2330.2170.1830.1500.1500.067 2.4.2 最佳方案选择最佳方案选择 根据总体得分=（各方面得分*加权系数）对系统各部分进行优劣评价。评分如下表： 表表 2.82.8 评分分数表评分分数表 不可用可用一般中等良好优秀 012345 1）主传动方案分析及比较： 表表 2.92.9 主传动方案评分表主传动方案评分表 评价目标功能满 足度 0.223 经济性 0.217 使用可 靠性 0.183 可操作 性 0.150 维修性 0.150 外观及 环保 0.067 总体得 分 n i iig P N 1 定轴轮系 4342333.226 周转轮系 4333333.193 挂轮 5444434.116 带传动塔 轮变速 3243332.937 因此主传动传动方案最优选择为：挂轮。 2）进给传动方案分析及比较： 表表 2.102.10 进给传动方案评分表进给传动方案评分表 评价目标功能满 足度 0.223 经济性 0.217 使用可 靠性 0.183 可操作 性 0.150 维修性 0.150 外观及 环保 0.067 总体得 分 n i iig P N 1 定轴轮系 4333333.193 周转轮系 4333333.193 挂轮 5445434.266 因此进给传动方案最优选择为：挂轮。 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 20 1）分齿传动方案分析及比较： 表表 2.112.11 分齿传动方案评分表分齿传动方案评分表 评价目标功能满 足度 0.223 经济性 0.217 使用可 靠性 0.183 可操作 性 0.150 维修性 0.150 外观及 环保 0.067 总体得 分 n i iig P N 1 定轴轮系 4342333.226 周转轮系 4333333.193 挂轮 5444434.116 弧锥环盘 式无级变 速器 3243332.937 因此分齿传动方案的最优选择为：挂轮。 2）差动传动方案分析及比较： 1. 传动系统： 表表 2.122.12 差动传动系统评分表差动传动系统评分表 评价目标功能满 足度 0.223 经济性 0.217 使用可 靠性 0.183 可操作 性 0.150 维修性 0.150 外观及 环保 0.067 总体得 分 n i iig P N 1 定轴轮系 4342333.226 挂轮 5444434.116 钢球锥轮 式无级变 速器 3243332.937 因此差动传动的差速系统最优选择为：挂轮。 2. 差速系统： 表表 2.132.13 差动差速系统评分表差动差速系统评分表 评价目标功能满经济性使用可可操作维修性外观及总体得 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 21 足度 0.223 0.217 靠性 0.183 性 0.150 0.150 环保 0.067 分 n i iig P N 1 圆柱齿轮 差动系统 4454454.333 圆锥齿轮 差速系统 4455454.400 因此差动传动的差速系统最优选择为：圆锥齿轮差速系统。 3）动力系统方案分析及比较： 表表 2.142.14 动力系统方案评分表动力系统方案评分表 评价目 标 功能满 足度 0.223 经济性 0.217 使用可 靠性 0.183 可操作 性 0.150 维修性 0.150