毕业设计（论文）-电火花线切割机切割机设计.doc

成都电子机械高等专科学校毕业设计(论文)第1章 绪论1.1 课题来源与意义近年来，随着在我国国民经济的飞速发展，特别是工业技术飞速发展的新形势下，急需大力发模具加工技术，而数控电火花切割技术正是模具加工工艺领域中的一种关健技术。目前在电机、仪表等行业新产品的研制开发过程中，常采用数控电火花线切割方法直接切割出零件，大大缩短了研制周期，并降低了成本。在重多工业产品的生产过程中，都用到了数控电火花线切割机床，如飞机制造、汽车模具制造、手机零部件的生产等，因此电火花机床的研究与改进是我国国内市场的需要，也能为我国的工业的发展起一定的推动作用。以增加电火花线切割机的切割范围、切割工艺为出发点，本课题是针对电火花线切割机DK7745工作台的改进，使其工作台能在X轴线上偏移015度，以增加走丝对工件的切削范围，从而提高机床的切肖范围。使电火花线切割机更有效的服务于生产领域，更好的为我国工业产品的生产服务。1.1 设计要求和设计内容对电火花线切割机DK7745工作台的改进，在原来的基础上，协调的增加一蜗轮、蜗杆机构，使工作台能在X轴线上偏移015度，并将原来的滚珠导轨设计为滚柱导轨，使其摩擦力更小，寿命更长，以增加走丝对工件的切削范围，提高机床的切肖范围，加在工艺性能。第2章 基 础 知 识本章介绍线切割加工机发展史，中国的线切割机床，高速走丝线切割加工技术的现状.2.1 线切割机简介2.1.1 世界线切割机的发展 20世纪中期, 苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法, 线切割放电机也于1960年发明于苏联。当时以投影器观看轮廓面前后左右手动进给工作台面加工，其实认为加工速度虽慢，却可加工传统机械不易加工的微细形状。代表的实用例子是化织喷嘴的异形孔加工。当时使用之加工液用矿物质性油(灯油)。绝缘性高，极间距离小，加工速度低于现在械械，实用性受限。将之NC化，在脱离子水(接近蒸馏水)中加工的机种首先由瑞士放电加工机械制造厂在1969年巴黎工作母机展览会中展出，改进加工速度，确立无人运转状况的安全性。但NC纸带的制成却很费事，若不用大型计算机自动程序设计，对使用者是很大的负担。在廉价的自动程序设计装置(Automatic Programed Tools APT)出现前，普及甚缓。日本制造厂开发用小型计算机自动程序设计的线切割放电加工机廉价，加速普及。线切割放电加工的加工形状为二次元轮廓。自动程序装置广用简易形APT(APT语言比正式机型容易)，简易形APT的出现为线切割放电机发展的重要因素2.1.2 国内线切割机的发展线切割机床起源于20世纪70年代初，在实行市场经济以前线切割机床的发展比较缓慢，主要是因为当时中国的电子工业比较落后，线切割机床的生产厂均为国有企业。 虽然技术能力强，但是由于与市场脱节，加之计划经济的束缚生产出的线切割机床不仅故障率高，而且性能也很有限（只能切割50mm厚，效率为30mm²/min左右）但是无论如何这种线切割机床是中国特有的一种机床，它同国外的线切割机床相比虽然精度低一些，但是它的制造及使用成本是有绝对优势的，对于那些发展中国家是非常适合的，正是由于这种潜在市场的需求。 在中国实行市场经济以后，全国涌现出了很多的线切割机床生产厂，于是线切割市场上出现了无序竞争，无序竞争演变成价格竞争，为了降低成本，一些技术实力差的企业降低生产标准，加之国家有关技术监督机构管理不得力，使市场上的不同厂家的线切割机床质量出现巨大差异，同是线切割机床有的可以使用10年精度不衰减，有的只能使用二年，同一规格的线切割机床价格可以相差10万人民币，这确实给用户的选型造成很大困难（特别是国外用户），稍有不甚就会上当，那幺这些不合格的线切割机床为什幺还能在市场上出现？ 造业对线切割应用的普及，现在的线切割机床的应用已不仅仅局限在模具制造，有大部分机械零件的粗加工也在用线切割机床，所以低档次的线切割机床也有一定市场。另一个原因就是GB792687线切割机床精度标准中明确规定：在达到本标准之前首先要达到JB267082金属切削机床精度检验通则，而一些不具能力的生产厂钻国家标准的空子，他们无视JB267080国家标准，在生产过程中降低加工精度选用劣质材料，于是就出现了如前所述的12年以后精度完全丧失。 从社会环境来看，中国实行市场经济的时间不长，一些小型的线切割机床生产厂还处在原始资本的积累阶段，这些厂家往往不具备整机制造能力，只能是组装式生产，生产全过程的质量控制根本谈不上，研发、创新就更不可能，这类制造商在中国的东部地区非常之多，再加上目前中国与市场经济相配套的法律还不成熟，以及因利益驱使的地方政府保护，所以这些不具生产能力的企业还会继续生存，从目前的现状看国家对此的态度是通过市场的竞争而自然淘汰。2.2 高速走丝切割机2.2.1 高速走丝线切割加工技术的现状有我国特色的数控高速走丝电火花线切割加工技术自60年代末研制成功以来，经过30年的不断完善和发展，现已成为制造业中不可缺少的加工手段。目前，高速走丝线切割机的切割速度已由过去的2040mm2/min普遍提高到100mm2/min以上，有的可达到260mm2/min，机床的加工精度为0.01mm，工件的表面粗糙度为Ra1.252.5m,因而可满足一般模具加工和其他复杂零件制造的要求。随着科学技术的发展，对各类产品的制造要求越来越高，对线切割加工技术也提出了更高的要求。国外(欧美、日本等)研究发展的数控低速走丝电火花线切割机为适应对制造加工技术的要求，采用闭环数字交(直)流伺服控制系统，确保优良的动态性能和高定位精度，加工精度可控制在若干微米以内。同时机床具有数字自适应控制电源、自动穿丝、自动卸除废料、短路自动回退等自动化技术，此外对电极丝张力和工作液压力也可进行控制。由于使用了新技术并注重计算机软件技术的更新和发展，低速走丝线切割机的工艺指标已达到了相当高的水平。即使对形状复杂零件的加工，最高切割速度也可超过300mm2/min；尺寸精度可达到25m；表面粗糙度可达到Ra0.10.2m(多次切割)。机床的自动化程度高，加工稳定性好，已向无人化加工发展。由于高、低速走丝线切割加工采用不同的技术方案，无论是机床的结构，还是运丝系统或是加工条件都有很大的差异。简单地对比机床的加工性能未必十分恰当，但排除价格因素，与低速走丝线切割加工技术水平相比，高速走丝线切割加工的精度、功能、工艺指标、自动化程度等方面还有明显的差距。随着科技的发展，对制造技术的要求越来越高，高速走丝线切割机面临相当严峻的形势，应加快发展机床新技术，运用新工艺，奋力赶上。本文针对高速走丝线切割加工技术的发展趋势，结合当前数控技术的发展，进行了探讨。2.2.2 高速走丝线切割加工技术的发展趋势高速走丝线切割机由于受到电极丝损耗、机械部分的结构与精度、进给系统的开环控制、加工中工作液导电率的变化、加工环境的温度变化及本身加工的特点(如运丝速度快、振源比较多、导轮磨损大)等因素影响，机床的加工精度有限。以目前机床的现状，要在较短的时间内与低速走丝线切割机在加工精度方面进行竞争，困难是相当大的，而且研究开发的代价也会很高，机床的制造成本将大幅度提高，从现实和市场的角度来考虑都是不太适宜的。因此，高速走丝线切割机的发展策略是扬长避短，以发展中低档机床为主，使机床向适当加工精度、良好的加工稳定性和容易操作的方向发展，来满足不断发展的生产需要。目前市场上高速走丝线切割机最大的优势在于拥有良好的性能价格比，机床的进一步发展必须以此为基本出发点，不能过分强调机床加工精度，而忽视机床性能价格比的因素。如违背这一原则，机床制造商和用户都难以接受。为在较短的时间内，使高速走丝线切割机的加工性能有较大的提高，在今后的发展中应优先注意以下方面的研究。2.3 电火花线切割机2.3.1 电火花线切和成型机区别1电火花线切割的工具电极是沿着电极丝轴线移动着的线电极，成型机工具电极是成型电极，与要求加工出的零件有相适应的截面或形状。2线切割加工时工具和工件在水平两个方向同时有相对伺服进给运动，成型机工件和工具只有一个相对的伺服进给运动。2.3.2 电火花线切割机床的组成1机床主体：床身、丝架、走丝机构、XY数控工作台2工作液系统3.高频电源：产生高频矩形脉冲，脉冲信号的幅值、脉冲宽度可以根据不同工作状况调节。4.数控和伺服系统2.3.3 线切割加工的应用1广泛应用于加工各种冲模。2可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件3加工样板和成型刀具。4加工粉末冶金模、镶拼型腔模、拉丝模、波纹板成型模5加工硬质材料、切割薄片，切割贵重金属材料。6加工凸轮，特殊的齿轮。7适合于小批量、多品种零件的加工，减少模具制作费用，缩短生产周期。2.3.4 线切割放电加工基本原理 线切割放电加工以铜线作为工具电极在铜线与铜钢或超硬合金等被加工物材料之间施加60300V的脉冲电压并保持550um间隙间隙中充满煤油纯水等绝缘介质使电极与被加工物之间发生火花放电并彼此被消耗腐蚀.在工件表面上电蚀出无数的小坑通过NC控制的监测和管控伺服机构执行使这种放电现象均匀一致从而达到加工物被加工使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品. 2.3.5 电火花加工的物理原理为了在2个电极之间产生电火花，这2个电极之间的电压必须高于间隙(电极-工件之间)击穿电压取决于： 1) 电极和工件之间的距离2) 电介液的绝缘能力(水质比电阻) 3) 间隙的污染状况(腐蚀废物) 放电首先在电场最强的点发生，这是个复杂的过程；自由正离子和电子在场中积累，很快形成一个被电离的导电通道；在这个阶段，两板间形成电流。导致粒子间发生无数次碰撞，形成一个等离子区，并很快升高到8000到12000度的高温，在两导体表面瞬间熔化一些材料，同时，由于电极和电介液的汽化，形成一个气泡，并且它的压力规则上升直到非常高；然后电流中断，温度突然降，引起气泡内向爆炸，产生的动力把溶化的物质抛出弹坑，然后被腐蚀的材料在电介液中重新凝结成小的球体，并被电介液排走；对于电极及工件腐蚀对不对称的问题，主要取决于电极热传导性，材料的熔点,持续时间以及放电密度，发生在电极上称作损耗，发生在工件上称作去除材。2.3.6 结论和展望高速走丝电火花线切割机是我国独创的电加工机床，在模具制造及零件加工领域内有广泛的应用，在中低档市场中占有相当的分量。目前，高速走丝线切割机如何发展是电加工行业十分关心的课题。我们必须吸取国外的成功经验，扬长避短，直接应用当今计算机技术的最新成果，尽快研制功能强大的基于PC的数控系统，从硬件上为高速走丝线切割机的发展打下良好的基础；同时注意人工智能技术与高速走丝线切割机的结合，运用计算机软件技术来提高机床的性能。此外，加强机床本体的研究和开展多次切割工艺技术的应用，使机床的整体加工水平有一个较大的提高，不断增强高速走丝线切割机在市场上的竞争能力。在运用新技术、新工艺的同时，还必须重视对电火花线切割加工工艺规律进行深入细致的基础理论和实验研究，这也是一个非常重要的环节。同时，对线切割机结构的改进也是可取的，只对DK7745线切割机工作台，进行改进，使其能在X轴线上能上下倾斜15度，而加大其切削度，从而起到增加工艺的效果。并且希望在以后的工作中，能继续向这个方向发展，从而增加线切割机在加工领域的地位，让线切割更好的服务于生产，服务于加工。第3章 各 机 构 的 设 计3.1 导轨设计导轨的精度直接影响到线切割机台精度，工作台的精度又对线切割机的加工精度非常重要，所以导轨的设计与选择就显得非常的重要。3.1.1 初步确定导轨方案导轨副由作相对运动的两个构件组成，导轨的功能是起导向和支承作用。因此导轨需满足导向精度，承载能力大，摩擦阻力小，运动平稳性好。这里，采用摩擦系数小的滚动导轨。并且采用独特的“V平”滚动导轨结构。按滚动体的类型，滚动导轨可分为滚珠、滚柱、滚针和滚动导轨支承等形式。滚珠导轨结构简单，制造方便，但由于接触面积小，刚度低，因而承载能力较小，只适用于运动部件重量轻和倾覆力矩较小的场合。滚柱导轨的承载能力和刚度都比滚珠导轨大，适用于载荷较大的机床等。滚动导轨支承是一种理论上行和无限大的标准导轨块，可直接装在任意行程长度的运动部件上其特点是刚度高，承载能力大，便于拆装。导轨是保证工作台运动精度的关键。导轨的横截面的大小，在同等条件下，越粗状，刚性越好，加工中越不易产生变形，导轨的材料和热处理工艺。为保证其强度且变形小，以高碳合金钢、整体淬火或越音频淬火工艺为较好。顾选用对导轨整体淬火。在本设计中，由于承载能力较大，因此须采用滚柱导轨。由于工作台在工作过程中，常常会在X轴方向倾斜15度，。因此在Y轴方向的导轨，还应考虑承载倾斜力方面的因素。设计滚示意图如图3.1、图3.2所示。滚柱1的作用是承载，滚柱2、3是导向作用，并防工作台沿导轨横向倾覆，在工作台在X轴上倾斜时，起承载工作台倾斜力的作用。工作台台面尺寸830550450（mm），工作最大行程为120mm。滚动导轨中的滚动体（及滚柱）和保持架随导轨移动。为了提高滚动导轨的刚度，常使动导轨的全长始终与滚动体相接触。3.1.2 结构和长度的确定1)结构形式的选择：滚动导轨按其结构特点，分为开式和闭式两种。开式滚动导轨用于外加载荷作用在两条导轨中间，依靠运动件本身重量即可保持导轨良好接触的场合。滚柱（针）导轨刚度大，承载能力强，但对位置精度要求高。滚动导轨采用标准滚动轴承，结构简单，制造容易，润滑方便。宜用于中等精度的场合。为了增加滚动导轨的承载能力，可施预加载荷。这时刚度大，且没有间隙，精度相应提高，但阻尼比无预加载荷时大，制造复杂，成本高。故多用于精密导轨。2)选择长度：在满足导轨运动行程的前提下，尽可能使导轨的长度短一些。 为防止滚动体在行程的极端位置时脱落，运动件的长度应为 L=l+2a+Smax/2 式中L-运动件或承导件的长度，计算时取较短者的长度（毫米）l-支承点的距离（毫米）； 在极端位置时的余量。 滚动体尺寸和数目：滚动体直径大，承载能力大，摩擦阻力小。因此，如果不受结构的限制，应有限选用尺寸较大的滚动体。这里选择的的滚动体尺寸为直径为15mm，长度为20mm。 滚针导轨的摩擦阻力较大，且滚针可能产生滑动，并且这里滚动体要承载的是工作台的重量，属于重大载核型，选择滚柱作为滚动体。当滚动体的数目增加时，导轨的承载能力和刚度也增加。但滚动体的数目不宜太多，过多会增加载荷在滚动体上分布的不均匀性，刚度反而下降。若滚动体数目太少，制造误差将会显著地影响运动件的导向精度。一般在一个滚动带归上，滚动体的数目最少为12个。这里选择18个。经验表明：运动部件的重量，使滚柱单位长度上的载荷q4公斤/厘米时。 在滚柱导轨中，增加滚柱的长度，可减小接触应力和增大刚度，但载荷分布的不均匀性也增大。由于是钢制摸削导轨，故滚柱导轨和直径之比l/d350HB）。并且都为两级齿轮传动。3.2.2 此渐开线标准直齿圆柱齿轮机构的设计（1） 齿顶圆 过齿轮各齿顶所作的圆，其直径和半径分别用da和ra表示。（2） 齿根圆 过齿轮各齿槽底部的圆，其直径和半径分别用df和rf表示。（3） 分度圆 齿顶圆和齿根圆之间的圆，是计算齿轮几何尺寸的基准圆其直径和半径分别用d和r表示。（4） 基圆 形成渐开线的圆，其直径和半径分别用db和rb表示。（5） 齿顶高、齿根高及齿全高 齿顶高为分度圆与齿顶圆之间的径向距离，用ha表示；齿根高为分度圆与齿根圆之间的径向距离，用hf表示；齿全高为齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，用h表示，显然h=ha+hf。（6） 齿厚、齿槽宽及齿距 在半径为rk的圆周上，用sk表示齿厚；齿槽宽用ek表示；齿距用pk表示，pk=sk+ek。分度圆上的齿厚、齿槽宽及齿距依次用s、e及p表示，p=s+e。基节用pb表示。此标准齿轮及其几何尺寸计算公式 ：由齿轮各部分名称的定义可以得到标准齿轮的几何尺寸计算公式，分度圆直径 d=mz基圆直径 db=dcos齿顶圆直径 齿根圆直径 基本参数：（1） 齿数z 在齿轮整个圆周上轮齿的总数。（2） 模数m 分度圆直径d = mz，分度圆齿距p = m。 （3） 分度圆压力角 设计分度圆压力角的标准值为20。（4）顶高系数h*a和顶隙系数c* 齿轮齿顶高和齿根高的计算式分别是： 其中h*a和c*分别称为齿顶高系数和顶隙系数。GB1356-88规定了h*a和c*的标准值：1）正常齿制 当m1mm时，h*a=1，c*=0.25；当m1mm时，h*a=1，c*=0.352）短齿制 h*a=0.8，c*=0.33.2.3 标准齿轮的几何尺寸标准齿轮: 基本参数取标准值，具有标准的齿顶高和齿根高，分度圆齿厚等于齿槽宽的直齿圆柱齿轮称为标准齿轮，不能同时具备上述特征的直齿轮都是非标准齿轮。标准齿轮的几何尺寸公式见下表。由上公式，经过计算得X轴和Y轴齿轮参数相同为：M=? Z=? d=?3.2.4 齿轮的精度选择渐开线圆柱齿轮精度标准（GB/T10095.1）规定齿轮共有13个精度等级，齿轮精度等级选择，应据传动用途、使用条件、圆周速度、传动功率及性能指标等要求确定。 根据设计要求，选用5等级3.2.5 齿轮材料的选择齿轮材料对齿轮的承载能力和结构尺寸影响很大，此齿轮为小尺寸，低载用于X轴和Y轴方向工作台工作的齿轮，选用40Cr，调质-表面淬火。用于传递蜗轮、蜗杆上动力的齿轮，选用42SiMn，调质-表面淬火。3.2.6 齿轮传动的润滑设计开式齿轮传动，及X轴和Y轴上的齿轮传动，因速度低，所以采用人工定期加润滑油或润滑脂，润滑方式。3.2.7 渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动设计重合度计算公式外啮合齿轮的重合度计算公式可参照右图推出：实际啮合线段， 而式中：啮合角，两轮齿顶圆压力角、。重合度的物理意义重合度的大小表明同时参与啮合的轮齿对数的多少。如=1表示，齿轮传动的过程中始终只有一对齿啮合。若=1.3 的情况如图所示，在实际啮合线的B2A1和A2B1（长度各为0.3Pb）段有两对轮齿同时在啮合，称为双齿啮合区；而在节点P附近A1A2段（长度为0.7Pb），只有一对轮齿在啮合，称为单齿啮合区。总之，值愈大，表明同时参加啮合轮齿的对数愈多，这对提高齿轮传动的承载能力和传动的平稳性都有十分重要的意义。无齿侧隙啮合条件齿轮啮合传动时，为了在啮合齿廓之间形成润滑油膜，避免因轮齿摩檫发热膨胀而卡死，齿廓之间必须留有间隙，此间隙称为齿侧间隙，简称侧隙。但是，齿侧间隙的存在会产生齿间冲击，影响齿轮传动的平稳性。因此，这个间隙只能很小，通常由齿轮公差来保证。对于齿轮运动设计仍按无齿侧间隙（侧隙为零）进行设计。一对齿轮啮合过程中，两节圆作纯滚动。因此，两齿轮的节圆齿距应相等，即p1=p2 。为保证无齿侧间隙啮合，一齿轮的节圆齿厚必须等于另一齿轮节圆齿槽宽，即s1=e2 或s2=e1。这样有p1=s1+e1+p1=s2+e2，故p=s1+s2节圆齿距等于两轮节圆齿厚之和。齿廓不根切条件（1） 根切现象及其产生原因根切现象 如图所示，用范成法切制齿轮的过程中，有时刀具会把齿轮根部已加工好的渐开线齿廓切去一部分，这种现象称为根切。根切将削弱齿根的强度，甚至可能降低重合度，影响传动质量，应尽量避免。产生原因图为齿条刀的齿顶线超过极限啮合点N1（啮合线与被切齿轮基圆的切点）的情况。当刀具以速度移动到达位置时，刀刃齿廓将被加工轮齿的渐开线齿廓完全切出。范成加工继续进行，刀具移动距离s到达位置，刀刃齿廓与啮合线NN交于点K。与此同时，齿轮相应转过角，其基圆转过的弧长而刀具两位置的垂直距离为，则，因此有。该式表明渐开线齿廓上的点N1落在刀刃的左内侧，即点N1附近的渐开线被刀刃切掉而产生根切，如图中的阴影部分所示。（2） 避免根切的方法以上分析可知，产生根切的原因是刀具的齿顶线超过极限啮合点N1，因此可以利用移距变位的方法避免根切。如图所示，为了避免根切齿条刀采用正变位，变位量为 。这样使刀具齿顶线通过极限啮合点N1，刚好不根切。由此可得不根切的条件为：因，所以有避免根切的几种方法1） 标准齿轮不产生根切的最少齿数条件因标准齿轮x=0 ，得不根切条件得出标准齿条刀加工标准齿轮不产生根切的最少齿数zmin ：当ha* =1、=20。时，可以得到标准齿轮不产生根切的最少齿数zmin =17。2）变位齿轮不产生根切的最小变位系数式得不根切条件将式代入上式并整理，可得变位齿轮不产生根切的最小变位系数为上式表明：当z0 ；当 zzmin时，可以采用负变位（x350HBS）齿轮，不会出现局限性点蚀，一旦出现点蚀就会继续发展，称为扩展性点蚀。对于润滑良好的闭式齿轮传动，点蚀是主要失效形式。而在开式传动中，由于齿面磨损较快，一般不会出现点蚀。提高齿面硬度，降低齿面粗糙度值，合理选择润滑油的粘度及采用正变位齿轮传动等，都可以提高齿面抗点蚀能力。3 齿面磨损由于粗糙齿面的摩擦或有砂粒、金属屑等磨料落入齿面之间，都会引起齿面磨损。磨损引起齿廓变形和齿厚减薄，产生振动和噪声，甚至因轮齿过薄而断裂。磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。采用闭式齿轮传动，提高齿面硬度，降低齿面粗糙度值，注意保持润滑油清洁等，都有利于减轻齿面磨损。4 齿面胶合高速重载齿轮传动，因齿面间压力大、相对滑动速度大，在啮合处摩擦发热多，产生瞬间高温，使油膜破裂，造成齿面金属直接接触并相互粘着，而后随齿面相对运动，又将粘接金属撕落，使齿面形成条状沟痕，产生齿面热胶合。低速重载齿轮传动（v4m/s ），由于啮合处局部压力很高齿，使油膜破裂而粘着，产生齿面冷胶合。齿面胶合会引起振动和噪声，导致失效。采用正变位齿轮、减小模数及降低齿高以减小滑动速度，提高齿面硬度，降低齿面粗糙度值，采用抗胶合能力强的齿轮材料，在润滑油中加入极压添加剂等，都可以提高抗胶合能力。5 齿面塑性变形用较软齿面材料制造的齿轮，在承受重载的传动中，由于摩擦力的作用，齿面表层材料沿摩擦力的方向发生塑性变形。主动轮齿面节线处产生凹坑，从动轮齿面节线处产生凸起。提高齿面硬度和润滑油粘度，可以减轻或防止齿面塑性变形的产生。3.3 蜗轮、蜗杆的设计3.3.1 蜗杆传动的特点1、 传动比大 i= 5080动力传动 300 分度机构 1000只传递运动2、连续啮合，传动平稳，冲击载荷小，噪音低3、具有自锁性，即当4、齿面滑动速度VS大、磨损、发热，容易使润滑失效，较低，易磨损、胶合。 此课题设计的蜗轮、蜗杆机构为分度机构，因此设计的传动比300，设1、模数m和压力角（中间轴）主平面内蜗杆蜗轮传动相当于齿条与渐开线齿轮（阿基米德蜗杆）主平面：蜗杆轴面,；蜗轮端面，正确正确合条件 2、蜗杆的分度圆直径d1和直径系数q由于加工蜗轮须用与之啮合的蜗杆参数相同的滚刀来加工，所以对于同一尺寸的蜗杆必须一把对应的蜗轮滚刀，即对同一模数不同直径的蜗杆，必须配相应数量的滚刀。为了限制蜗轮滚刀的数量，取蜗杆直径d1为标准值，并引入直径系数q.d1=mqmZ1d1、q一般同m，只用1个，q、d1即只面12把滚刀。及采用标准滚切的方式切制蜗轮，因为这样蜗轮的d1，q的选用就不受标准的限制。3、蜗杆头数Z1一般Z1=16： 单头，i大，易自锁，效率低，但精度好 多头杆，但加工困难，精度 此设计的蜗轮蜗杆机构为精密的分度机构，因此选择精度好的单头，及Z=1。4、导程角将蜗杆分度圆上的螺旋线展开，则蜗杆的导程角为=1/p5、传动比和齿数比u 齿数比大齿轮齿数比小齿轮齿数； 传动比从动轮齿数比主动轮齿数=300因为此蜗轮蜗杆机构为，分度机构，所以选择传动比为300。6、蜗轮齿数Z2为避免根切，而时，啮合区较小，传动平稳性差，动力传动d2不变时，Z2过大，m过小，轮齿弯曲强度m不变，Z2过大，d2过大，蜗杆支承跨距，蜗杆弯曲强度7、标准中心距a按GB10085-88定普通圆柱蜗杆和蜗轮基本尺寸和参数。7、常用材料要求：1）足够的强度；2）良好的减摩、耐磨性；3）良好的抗胶合性蜗杆材料40、45，调质HBS220300低速，不太重要40、45、40Cr，表面淬火，HRC4555一般传动15Cr、20Cr、12CrNiA、18CrMnT1、O20CrK渗碳淬火、HRC5863高速重载蜗轮铸铸青铜（ZCuSn10P1，ZCuSn5P65Zn5）VS3m/s时，减摩性好，抗胶合性好，价贵，强度稍低。铸铝铁青铜（ZcuAl10Fe3）VS4m/s，减摩性、抗胶合性稍差，但强度高，价兼铸铁：灰；球墨。VS2m/s，要进行时效处理、防止变形。 此课题设计的蜗轮、蜗杆机构作用于重要部位，直接影响到加工精度，综合考虑，材料选O20Crk渗碳淬火。3.3.4 蜗杆传动的受力分析蜗杆主动，法向力Fn作用在垂直于蜗杆轮齿齿向的法平面内，法平面与轴面的夹角为，与水平面夹角为，法向力Fn可分解为三个相互垂直的分力Ft、,Fr和轴向力Fa。1、力的大小 传动效率 考虑摩擦力f Fn（沿蜗杆齿向），则法向力Q：标准圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算公式见下表。 名称符号蜗杆蜗轮齿顶高齿根高全齿高分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径蜗杆导程角蜗轮螺旋角节圆直径中心距蜗杆传动的润滑 目的：1）提高效率；2）降低温升，防止磨损和胶合。 方法： 蜗杆上置式浸油润滑：润滑效果较差，但搅油损失小； 蜗杆下置式浸油润滑：润滑效果较好，但搅油损失大。 考虑到方便和可能性，这里选择蜗杆下置式浸油润滑3.3.5 蜗轮蜗杆各参数的确定精度与等级滚动轴承的精度,主要分为尺寸精度与旋转精度。精度等级已标准化，分为P级、P级、P级、P级、P级五个等级。 精度从级起依次提高，对于一般用途0级已足够，但在用于特殊条件或场合时，需要5级或更高的精度。 以上的精度等级虽然是以ISO标准为基准制定的，但其称呼在各国标准中有所不同。 尺寸精度（与轴及外壳安装有关的项目） 、内径、外径、宽度及装配宽度的允许偏差 、滚子组内复圆直径及外复圆直径的允许偏差 、倒角尺寸的允许界限值 、宽度的允许变动量 旋转精度（与旋转体跳动有关的项目） 、内圈及外圈的允许径向跳动和轴向跳动 、内圈的允许横向跳动 、外径面倾斜度的允许变动量 、推力轴承滚道厚度的允许变动量 、圆锥孔的允许偏差和允许变动量3.3.6 蜗杆传动的润滑及热平衡计算一、蜗杆传动的润滑目的：1）提高；2）降低温升，防止磨损和胶合由于摩擦损耗大，油温升比较高，润滑油的精度易胶合，所以，应采用较高粘度的润滑油。1、润滑油2、润滑油粘度及给油方法推荐一般低速重载用粘度高的润滑油；一般高速轻载用粘度低的润滑油高速（VS大）喷油润滑；低速（VS小）油池润滑3、润滑油量适当浸油深度 1/3蜗轮外径上置式蜗杆，润滑较差，但搅油损失小i个蜗杆齿高下（侧）置式蜗杆，润滑较好，但搅油损失大二、蜗杆传动热平衡计算蜗杆传动效率较低，摩擦发热较大，温升较高，过高的温度使润滑油稀释，粘度下降，啮合时从齿面间被稀释，会加剧磨损和胶合。要进行热平衡计算：设蜗杆传动功率为PKW,效率为蜗杆传动单位时间的发热量为H1H1=1000P（1-） W若以自然冷却方式，单位时间散热量为H2H2=KdS(t-t0) WK d箱体表面散热系数，取K d=8.1517.45 W/(m2、) （与通风条件有关）S箱体散热面积（内表面能被油溅到，而外表面又可为周围空气冷却的箱体表面面积）t油的工作温度，一般应限制在6070，最高不超过80，t max80t0环境温度，一般取t0=20达到热平衡时：1000P（1-）=K d S(t-t0)热平衡时的温度： 所需的最小散热面积： （m2） 如t80时措施：1、加散热片以增大散热面积2、蜗杆轴端加风扇，用强制风冷却3、在传动箱内安装循环冷却管路如加装风扇，引起附加功率损耗：（KW）（总功率损耗），UF风扇时轮圆用速度（ （m/s），其中，DF为风扇叶轮外径mm；nF风扇转速（r/min）单位时间内产生热量： KW单位时间内散热量： WS1，S2分别为风冷面积和自然冷却面积，m2Kd风冷时的表面传热系数由H1=H2，同样可得热平衡时的油温t （）3.3.7 蜗轮轴和轴承的选择与设计滑动轴承的轴瓦结构和轴承材料轴瓦分为剖分式和整体式结构。为了改善轴瓦表面的摩擦性质，常在其内径面上浇铸一层或两层减摩材料，通常称为轴承衬，所以轴瓦又有双金属轴瓦和三金属轴瓦。 轴承材料 轴瓦或轴承是滑动轴承的重要零件，轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。由于轴瓦或轴承衬与轴颈直接接触，一般轴颈部分比较耐磨，因此轴瓦的主要失效形式是磨损。轴瓦的磨损与轴颈的材料、轴瓦自身材料、润滑剂和润滑状态直接相关，选择轴瓦材料应综合考虑这些因素，以提高滑动轴承的使用寿命和工作性能。 轴承的材料有： 1）金属材料，如轴承合金、青铜、铝基合金、锌基合金等； 2）多孔质金属材料（粉末冶金材料）； 3）非金属材料。 其中: 轴承合金:轴承合金又称白合金，主要是锡、铅、锑或其它金属的合金，由于其耐磨型好、塑性高、跑合性能好、导热性好和抗胶和性好及与油的吸附性好，故适用于重载、高速情况下，轴承合金的强度较小，价格较贵，使用时必须浇筑在青铜、钢带或铸铁的轴瓦上，形成较薄的涂层。 多孔质金属材料:多孔质金属是一种粉末材料，它具有多孔组织，若将其浸在润滑油中，使微孔中充满润滑油，变成了含油轴承，具有自润滑性能。多孔质金属材料的韧性小，只适应于平稳的无冲击载荷及中、小速度情况下。 轴承塑料:常用的轴承塑料有酚醛塑料、尼龙、聚四氟乙烯等，塑料轴承有较大的抗压强度和耐磨性，可用油和水润滑，也有自润滑性能，但导热性差。轴承保持架用材料的技术要求滚动轴承在工作时，由于滑动摩擦而造成轴承发热和磨损，特别在高温运转条件下，惯性离心力的作用加剧了摩擦、磨损与发热，严重时会造成保持架烧伤或断裂，致使轴承不能正常工作。因此，要求保持架的材料除具有一定强度外，还必须导热性好、摩擦系数小、耐磨性好、冲击韧性强、密度较小，且线胀系数要与滚动体相接近。此外，冲压保持架需经受较复杂的冲压变形，还要求材料具有良好的加工性能。通常采用08、10或08A1冷轧薄钢板制造各类型冲压保持架，其技术要求应符合YB/T5059-1993的规定：表面质量为一组、磨光、切边；尺寸精度为较高精度；力学性能为“特软”；晶粒度为69级。钢板技术要求应符合GB/T3275-1991的规定：表面质量为1组；尺寸精度为一级；拉延级别为Z级。 采用中碳不锈钢带或板（1Cr18Ni9、Cr18Ni9、3Cr13和4Cr13等）的冲压保持架，适用于耐腐蚀轴承钢制造的轴承工况及环境。关于轴承的维护轴承性能中只有25%取决于轴承的质量。其它因素，如安装，润滑和维护实际上对轴承寿命的影响最大。 装配不当 各种轴承提前失效的16%是由于装配不当（通常是由于用力过大）和不会正确使用装配工具造成的。有些设备要求采用机械，液压或加热方法来进行正确而有效的安装和拆卸。SKF提供了基于各种专业工程服务技术的全套工具和设备，使得这些工作变得简单，快捷和更具成本核算效益。使用专用工具和技术进行专业的装配，是实现最大限度的延长机器运行时间的另一种解决方法。 润滑不当 尽管可以安装各种“免维护”密封轴承，但提前失效轴承中仍有36%是由于润滑脂的技术应用不正确和使用不当造成的。任何润滑不当的轴承都不可避免地在正常使用寿命之前提前失效。由于轴承通常是机械设备中最不容易装卸的部件，不经常润滑就会出现问题。在无法实现人工维护的情况下，SKF 可以制定全自动润滑系统来达到最佳润滑效果。只要根据要求采用了SKF 润滑脂，工具和技术进行有效的润滑，将有助于大幅度减少停机时间。 污染 轴承是精密零件，如果轴承及润滑脂受到污染，将无法有效运行。此外，由于已经注有润滑脂的免维护密封轴承只占所有使用轴承中的一小部分，所以所有提前失效的轴承中至少有14%是由于污染问题造成的。SKF 拥有卓越的轴承制造和设计能力，可以为各种恶劣的工作环境提供密封解决方案。 疲劳 如果机器出现过载、使用或维护不当，轴承都会受到影响，导致提前失效的轴承中有34%是由于疲劳引起的。由于轴承在维护不当或应力过大时会发出“提前警告”，可以用SKF状态监控设备进行检测和分析，因此突然的或计划外的失效是可以避免的。SKF系列产品包括手持式测量仪器、固定式系统和数据管理软件，可以对关键的运行参数进行定期或连续监控。滚动轴承的安装轴承安装的好坏与否，将影响到轴承的精度、寿命和性能。因此，请充分研究轴承的安装，即请按照包含如下项目在内的操作标准进行轴承安装。 一、清洗轴承及相关零件 对已经用油脂润滑的轴承及双侧具油封或防尘盖，密封圈轴承安装前无需清洗。 二、检查相关零件的尺寸及精加工情况 三、安装方法 轴承的安装应根据轴承结构，尺寸大小和轴承部件的配合性质而定，压力应直接加在紧配合得套圈端面上，不得通过滚动体传递压力，轴承安装一般采用