零前角阿基米德齿轮滚刀的齿形误差检测.doc

目录 摘要 I ABSTRACT II 第1章 绪论 1 1 1 课题分析 1 第2章 齿轮滚刀概述 3 2 1 齿轮刀具的主要类型 工作原理和选用 3 2 2 齿轮滚刀基本蜗杆 4 2 3 齿轮滚刀的原理误差 5 2 4 齿轮滚刀的重磨误差 8 第3章 课题分析与检测装置总体方案设计 11 3 1 检测装置总体方案设计 11 3 1 1系统运动方式的确定 11 3 1 2伺服系统的选择 11 3 1 5设计方案的可行性分析 13 第四章 机械部分设计 14 4 1 步进电机的选用 14 4 1 1 步进电机的计算 14 4 1 2步进电机的选用 14 4 2 滚动导轨的设计与尺寸确定 15 4 2 1 滚珠导轨的选择 16 4 2 2 滚动导轨的预紧 18 4 2 3 额定寿命的计算 18 4 2 4 载荷计算 19 4 2 5 滚动体确定 20 4 2 6 许用负荷验算 20 4 2 7 滚动导轨的材料和热处理 21 4 3 滚珠丝杠螺母副的设计与尺寸确定 21 4 3 1滚珠丝杠螺母副的选用 22 4 3 2滚珠丝杠螺母副的计算 23 4 3 3 滚珠丝杠螺母副的验算 26 4 4变速机构中齿轮的设计 28 4 4 1 齿轮参数计算 29 结论 34 致谢 35 参考文献 36 附录1 38 附录2 43 摘要摘要 在工业化发展的今天 各种机械产品层出不穷 精度要求不断提高 齿轮传 动作为传动机构的重要组成部分 其精度高低直接影响产品质量 因此 提高齿轮 传动精度成为了提高产品质量的一种方法 齿轮传动精度的高低主要受装配精度 齿轮制造精度两方面的影响 齿轮制造精度是由加工刀具来保证 而齿轮滚刀是加工齿轮的重要刀具 尤其 是阿基米德齿轮滚刀在加工各种齿轮的过程中得到了广泛的应用 所以 对阿基米 德齿轮滚刀精度的分析检测是非常有必要的 本设计主要任务是对零前角阿基米德齿轮滚刀的齿形误差进行检测 主要设 计内容包括 检测装置总装配图 纵向进给装配图 箱体零件图 横向进给工作台 零件图 立柱导轨零件图 关键词 齿轮滚刀 齿形误差 检查仪 齿轮 Abstract In industrialized development today endless variety of mechanical products the accuracy improved Gear drive as a major component of its accuracy will directly affect the quality of products Therefore improving the precision gear drive into improving the quality of products of a rational design Precision Gear mainly by the level of two aspects the assembly of precision the gear manufacturing precision Gear manufacturing precision machining tool is to be guaranteed And Hob processing gear is an important tool Archimedes is particularly Hob in the processing of various gear the process to be widely used Therefore Archimedes Hob accuracy of detection is very necessary The design is in this particular period of birth Its main task is to zero angle before the Archimedes Hob profile error was detected Keywords Hob profile error Tester Gear 第 1 章 绪论 随着国内工业化的飞速发展 如汽车制造业 航空航天工业 造船业 机械装备 制造业以及IT行业等的飞速发展 对各种工业产品的质量 提出了更高的要求 特别是 各行业生产设备 而衡量这些生产设备的质量的好坏最重要的一点就是其性能 性 能的好坏主要又是由构成设备的零部件精度决定的 所以 对零部件精度的掌握在 一定程度上就体现出了公司对产品质量把握 决定了公司的效益 齿轮作为机械产品传动机构的重要组成部分 对机械产品的性能有很重要的影 响 所以 各大 齿轮制造商在扩大齿轮产量 增加齿轮 品种的同时 更加注重提高齿 轮质量 影响齿轮质量的因数很多 最直接的因数就是齿轮的加工刀具 齿轮滚刀是加工 齿轮的重要刀具 尤其是阿基米德齿轮滚刀在加工各种齿轮的过程中得到了广泛的 应用 因此 研究阿基米德齿轮滚刀的 测量技术和 研制相应的检测 仪器是非常必要的 在早期的生产中 检测齿轮加工刀具是否达到自己所希望的精度 通常用的 是手动测量装置 不仅检测精度很难保证 而且工作效率低 越来越难满足人们生 产需要 随着机械工业和电子信息技术的发展与融合 我们把传感器 脉冲电机等 电子设备与机械机构相结合得到了检测更精确 工作效率更高的齿轮加工刀具误差 测量仪 本设计 主要是对零前角阿基米德齿轮滚刀的齿形误差进行检测 由于在设计中 采用了先进的机械电子技术 提高了设备检测精度与生产效率 所以 我们相信本 设计的产品一定会比早期的产品更适合工业化生产 1 1 课题分析 1 1 1设计目标 研制 改进一台齿轮滚刀检测装置 设计参数 模数 m6 齿形角a20 前角0 加工齿轮精度 8级 1 1 2拟解决的关键问题 1 拆装方便 灵活 2 精度高 从简化结构方面提高精度 1 1 3研究内容 1 检测装置的横向和纵向运动的实现 2 检测装置精度如何保证 3 被测滚刀定位夹紧装置的确定 第2 章 齿轮滚刀概述 2 1 齿轮刀具的主要类型 工作原理和选用 齿轮刀具是用于加工齿轮齿形的刀具 由于齿轮的种类很多 其生产批量和质 量的要求以及加工方法有各不相同 所以齿轮刀具的种类也很多 通常按下列的方 法来分类 2 1 1按被加工的齿轮类型分 有三类刀具 1 圆柱齿轮刀具 1 渐开线圆柱齿轮滚刀 如盘形齿轮铣刀 指形齿轮铣刀 齿轮拉刀 插齿刀盘 齿轮滚刀 插齿刀 梳齿刀和剃齿刀等 2 非渐开线圆柱齿轮刀具 如圆弧齿轮滚刀 摆线齿轮滚刀和花键滚刀等 2 蜗轮刀具 如蜗轮滚刀 蜗轮飞刀 蜗轮剃齿刀等 3 锥齿轮刀具 1 直齿锥齿轮刀具 如成对刨刀 成对盘铣刀 拉 铣刀盘等 2 曲线齿锥齿轮刀具 如弧齿锥齿轮铣刀盘 摆线齿锥齿轮铣刀盘等 2 1 2按刀具的工作原理分 有两类刀具 1 成形齿轮刀具 这类刀具的切削刃廓形与被加工的直齿齿轮端剖面内的槽形相同 这类刀具中 有盘形齿轮铣刀 指形齿轮铣刀 齿轮拉刀 插齿刀盘等 用盘形或指形齿轮铣刀 加工斜齿齿轮时 工件齿槽任何剖面中的形状都不和刀具的廓形相同 工件的齿形 是由刀具的切削刃在相对于工件运动过程中包络而成的 这种加工方法称为无瞬心 包络法 但由于这些刀具的结构和成形齿轮刀具相同 所以也将它们归纳在成形齿 轮刀具一类之中 2 展成齿轮刀具 这类刀具加工齿轮时 刀具本身好像也是一个齿轮 它和被加工的齿轮各自按 啮合关系要求的速比传动 而由刀具齿形包络出齿轮的齿形 这类刀具中有齿轮滚刀 插齿刀 梳齿刀 剔齿刀 加工非渐开线齿形的各种滚刀 蜗轮刀具和锥齿轮刀具等 展成齿轮刀具的一个基本特点是通用性比成形齿轮刀具好 也就是说 用同一把展成齿 轮刀具 可以加工模数和齿形角相同而齿数不同的齿轮 也可用标准刀具加工不同 变位系数的变位齿轮 根据不同的生产要求和条件 选用结合市的齿轮刀具是很重要的 在以上所说 的各类齿轮刀具中 要数加工渐开线圆柱齿轮的刀具应用最广泛 而在这类刀具中 又以齿轮滚刀最为常用 因为他的加工效率较高 也能保证一般齿轮的精度要求 而且他既能加工外啮合的直齿齿轮 也能加工外啮合的斜齿齿轮 2 2 齿轮滚刀基本蜗杆 齿轮滚刀一般是指加工渐开线齿轮所用的滚刀 它是按螺旋齿轮啮合原理加工 齿轮的 由于被加工的齿轮是渐开线齿轮 所以它本身应具有渐开线齿轮的几何特征 齿轮滚刀从其外貌看来并不像齿轮 实际上它是仅有一个齿 或两 三个齿 但 齿痕长而螺旋角很大 一般为 80 以上 接近90 的斜齿圆柱齿轮 因为他的齿 很长而螺旋角又很大 可以绕滚刀轴线转好几圈 因此从外貌上看 它很像一个螺 杆 如图2 1中所示 为了使这个蜗杆能起切削作用 需沿其长度方向开出好多容屑槽 直槽或螺旋槽 因此把蜗杆上的螺纹割成许多较短的刀齿 并产生了前刀面2和切削刃3 每个刀齿有 一个顶刃和两个侧刃 为了使刀齿有后角 还要用铲齿方法铲出后刀面4和顶后刀面 1 但是各个刀齿的切削刃必须位于这个相当于斜齿圆柱齿轮的蜗杆的螺纹表面上 因此这个螺杆就称为滚刀的基本蜗杆 基本蜗杆的螺纹通常做成右螺旋的 有时也 做成左螺旋的 基本蜗杆的螺纹表面若是渐开螺旋面 则称为渐开线基本蜗杆 而这样的滚刀 称为渐开线滚刀 用这种滚刀可以切出理论上完全理想的渐开线齿轮 但这种滚刀 制造困难 生产中很少采用 而是采用易于制造的近似齿形滚刀 如阿基米德滚刀 和法向直廓螺旋面 这两种螺纹表面在端剖面中的截形不是渐开线 而是阿基米德 螺线和延长渐开线 当滚刀的分圆柱导程角较小时 这种蜗杆与渐开线蜗杆非常近 似 所以用近似齿形滚刀切出的齿轮齿形虽然理论上不是渐开线 但误差是很小的 1 顶后面 2 前刀面 3 切削刃 4 侧后刀面 图 2 1 齿轮滚刀的基本蜗杆 2 3 齿轮滚刀的原理误差 生产中普遍使用的齿轮滚刀是阿基米德滚刀 但是它与渐开线滚刀相比 其齿 形是有误差的 这个误差就是由于其基本蜗杆是阿基米德蜗杆 而不是渐开线蜗杆 当这两种蜗杆的模数 螺纹头数 分圆柱直径 法向齿形角 导程 齿厚和齿高等 都分别相同时 那么唯一不同的就是齿形 以轴向齿形来说 渐开线蜗杆的轴向齿 形是曲线 图2 2中的虚线 而阿基米德蜗杆的轴向齿形是直线 图2 2中实线 这 两种齿形相切于分圆柱面上 由此可知 若以渐开线滚刀为基准 则阿基米德滚刀 的齿形在分圆柱面上的误差为零 但越到齿顶盒齿根误差越大 图中的和 x a f 分别为齿顶和齿根处的最大轴向齿形误差 x i f 图 2 2 两种轴向齿形的比较 用滚刀加工齿轮时 滚刀和工件相当于一对螺旋齿轮啮合 滚刀的齿形误差试 验奇迹圆柱且平面内的啮合线方向传递到工件上去的 这个切平面与渐开线基本螺 杆螺纹表面的交线是一条直线 A 图2 3 它与蜗杆端面的夹角等于基圆柱导程角 b 而这个切平面与阿基米德基本蜗杆螺纹表面的交线是一条曲线B 它与直线A在分圆柱 面上相切 图中的和分别为阿基米德滚刀在齿顶盒齿根处的最大法向 n a f n i f 齿形误差 由图 2 2可知 大于 所以通常就把称为阿基米德滚 n i f n a f n i f 刀的齿形误差 阿基米德滚刀基本蜗杆的分圆柱导程角越小 则其齿形误差越小 如图 2 4的 0 曲线所示 所以精加工用的阿基米德齿轮滚刀通常做成较大的分圆柱直径 目的就 是使其导程角较小 从而减少滚刀的齿形误差 有图2 2和图2 3可以看出 阿基米德蜗杆的螺纹在齿顶和齿根处都比渐开线 蜗杆的螺纹宽一些 所以用阿基米德滚刀切出的齿轮齿形与正确的渐开线齿轮齿形 相比 在齿顶和齿根处就窄一些 这就使得齿轮的齿顶部分以及齿根部分得到轻微 的修形 因而对于高速重载齿轮能啮合时的干涉和噪音 图 2 3 阿基米德滚刀齿形误差 图 2 4 齿形误差与导程角的关系 2 4 齿轮滚刀的重磨误差 1 滚刀重磨 齿轮滚刀使用久了就会磨损 使用磨损了的齿轮滚刀加工齿轮时 会降低被加 工齿轮的齿形精度和恶化表面质量 还会加剧机床的震动 滚刀的磨损量在粗切时超过 0 8 1mm或精切时超过0 2 0 5mm 就需要重磨前刀面 滚刀的重磨精度对于滚刀 的齿形精度有很大影响 必须十分重视 直槽滚刀的前刀面是平面 可以用直母线 的锥形砂轮来重磨 图 2 5是重磨滚刀时砂轮的位置 需要样板来对准 使砂轮的锥面 母线方向通过滚刀轴线 图 2 5 零前角滚刀刃磨时砂轮的相对位置 2 重磨误差 重磨或刃磨滚刀时可能产生的误差主要有三项 1 前刀面径向误差 这是因为砂轮和滚刀的相对位置调整不准确而引起的 由于前刀面不通过滚刀轴线 使刀齿的齿形发生了畸变 而加工出来的齿轮齿形也 产生了误差 2 前刀面与滚刀轴线的平行性误差 这是因为滚刀在磨刀机床上的安装误差 引起的 这种误差会使滚刀各刀面的侧刃依次而逐渐地离开正确的基本蜗杆表面 而顶刃的外径也形成锥度 这样的滚刀切出的齿轮齿形会向一侧歪斜 使牙齿的两 侧齿形不对称 3 圆周齿距误差 这是因为磨刀机床的分度机构不准确而引起的 滚刀的侧后 刀面是经过铲磨的 当圆周齿距不相等时 各刀齿的齿厚就大小不均匀 因而各侧刃就 在同一个基本蜗杆的螺纹表面上 这样就造成工件上不规则的齿形误差 第3章 检测装置总体方案设计 3 1 检测装置总体方案设计 系统总体方案设计内容包括 系统运动方式的确定 伺服系统的选择 执行机构得结构及传动方式的确定 3 1 1系统运动方式的确定 数控系统按运动方式可分点位控制系统 点位直线系统 连续控制系统 点位 控制系统是指被控制件由一点到另一点快速准确定位 却不能在两点之间工作的系 统 点位直线系统是指被控制件沿平面内平行于导轨作直线工作的系统 连续控制 系统是指被控制件沿平面内任何曲线都能工作的系统 点位控制系统造价低廉 适 用于两点之间快速点位的系统 连续控制系统造价高 适用于连续工作的系统 点 位直线系统造价介于前两者之间 适用于简单直线运动 由于齿轮滚刀齿形是直线 检测齿形误差只需沿直线运动 所以选择点位直线 控制系统 3 1 2伺服系统的选择 开环伺服系统在负荷不大时多采用功率步进电机作为伺服电机 开环控制系统 由于没有检测反馈部件 因而不能纠正系统的传动误差 但开环系统结构简单 调 整维修容易 在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用 闭环伺服系统具有在设备移动部件上得检测反馈元件来检测实际位移量 能补 偿系统的传动误差 因而伺服控制精度高 闭环系统造价高 结构和调试较复杂 多用于精度要求高的场合 此仪器属于测量仪器 其分辨率为 0 005mm 所测齿轮滚刀加工的齿轮精度 8级 所以采用闭环伺服系统 3 1 3执行机构的确定 为保证数控系统得传动精度和工作平稳性 在设计机械传动装配时 通常采用 低摩擦 低惯量 高刚度 无间隙 高谐振以及有适宜的阻尼比要求的传动方式 考虑以上几点 本设计采用以下措施 1 尽量采用低摩擦的传动和导向元件 如采用滚珠丝杠螺母副 滚动导轨等 2 提高系统的传动刚度 如应用预加负载的滚动导轨和滚珠丝杠传动副 丝 杠支承设计成两端轴向固定 并加预拉伸的结构等提高传动刚度 3 1 4系统的工作原理 阿基米德齿轮滚刀轴截面的齿形是直线 要形成直线轨迹只须两个方向的运动 如图3 1 所以只要两个方向的速度成一定比例关系 如图3 1 两个方向速度的比例 关系由程序控制 图3 1 X轴与Y轴速度关系 具体结构如图3 2 左右方向进给都采用步进电机驱动滚珠丝杆 配合滚珠导轨 形成平面运动 由于垂直方向精度要求不高 所以垂直方向采用齿轮齿条配合手动 进给 图3 2 齿轮滚刀检测装置结构 3 1 5设计方案的可行性分析 在本设计装置中 关键问题有 1 横向 纵向进给精度的保证 2 20 斜线轨迹的形成 3 被测齿轮滚刀在装置中分度精度的保证 通过对以上问题的分析采用以下相应的措施 1 采用步进电机驱动丝杠 带动工作台运动 2 采用横向 纵向速度匹配 形成平面内各种运动 3 采用脉冲步进电机保证分度精度 通过对机械原理课程的学习分析得出装置原理可行 通过对机械设计课程的确 学习分析得出装置结构可行 通过对机械工程学的确学习分析得出装置工艺可行 第四章 机械部分设计 4 1 步进电机的选用 4 1 1 步进电机的 计算 1 步进电机的步距角 b 取系统脉冲当量 p 0 005mm step 初选步进电机步距角 b度 2 步进电机启动力矩的计算 设步进电机等效负载力矩为 T 负载力为P 根据能量守衡原理 电机所做的功 与负载力所做的功有如下关系 TPS 式中 电机转角 S 移动部件的相对位移 机械传动效率 若取 b 则S p 且 所以 4 1 式中 p 移动部件负载 N G 移动部件重量 P 与重力方向一致作用在移动部件上的负载力 导轨摩擦系数 b 步进电机步距角 rad T 电机轴负载力矩 N cm 本设计中 取 0 003 淬火钢珠导轨的摩擦系数 0 96 P 200N P z为 0 所以 4 1 2步进电机的选用 通过以上计算选择电机 45BF3 3A 步距角 b 0 9 额定负载转矩 T 98N mm外 36 2 pZ b PGP TN cm 36 0 005 2000 03 2000 6 82 20 9 0 96 TN cm Z PPGP 形L D 63 45mm 4 2 滚动导轨的设计与尺寸确定 在相配的两导轨面间放置滚动体或滚动支承 使导轨面间的摩擦性质成为滚动 摩擦 此为滚动导轨 它的最大优点是摩擦因数小 动 静摩擦因数差小 因此 运动轻便灵活 运动所需的功率小 摩擦发热少 磨损小 精度保持性好 低速运 动平稳性好 移动精度和定位精度高 滚动导轨还具有润滑简单 有时可以油脂润滑 高速运动时不会像滑动导轨那样因动压效应而使导轨浮起等优点 但滚动导轨结构 比较复杂 制造比较困难 成本比较高 抗震性比较差 对灰尘比较敏感 因此必 须有良好的防护 4 2 1 滚珠导轨的特点 滚动导轨广泛的应用于各种类型机床和机械 每一种机床和机械都利用了它的 某些特点 例如 数控机床 坐标镗床 仿形机床和外圆磨床砂轮架导轨等 采用 滚动导轨是为了实现低速平稳无爬行和精确位移 工具磨床的工作台采用滚动导轨 为了防止高速时因动压效应使工作台浮起来 以便提高加工精度 立式车床工作台 采用滚动导轨是为了提高速度 等等 滚动导轨的类型很多 按运动轨迹分有直线运动导轨和圆运动导轨 按滚动体 的形式分有滚珠 滚珠和滚针导轨 按滚动体是否循环可分为滚动体循环和滚动体 不循环导轨 滚动导轨类型 特点及应用见表4 2 表4 2滚动导轨类型 特点及应用 类型特点及应用 滚珠导轨 行程不能太长 摩擦阻力小 刚度低 承载能力差 不能承 受大的颠覆力矩和水平力 这种导轨适用于载荷不超过 1000N的机床 如工具磨床 滚动体不 循环的滚 动导轨 滚柱导轨载荷能力及刚度比滚珠导轨高 交叉滚珠导轨副四个方向均 能承载 滚针导轨 滚针导轨承载能力最高 滚柱 滚针对导轨面的平行度误差要求比较敏感 且容易侧向 偏移和滑动 主要用于承载能力较大的机床上 如立式车床 磨床等 滚动直线导轨 副 滚柱交叉导轨 副 滚柱导轨块 滚动直线导轨 套副 滚动花键副 有专业化生产厂生产品种规格比较齐全 技术质量保证 设 计制造机器采用这类导轨副 可缩短设计制造周期 提高质量 降低成本 滚动体循 环的滚动 导轨 滚动轴承滚动 导轨 任何能承受径向力的滚动轴承 或轴承组 都可以作为这种导轨 的滚动元件 轴承的规格多 可以设计成任意尺寸和承受能力的导轨 导 轨行程可以很长 很适合大载荷 高刚度 行程长的导轨 如大型磨头移动式 平面磨床 绘图机等导轨 4 2 1 滚珠导轨的选择 此设计为齿轮误差检测装置 属于高精度的检测仪器 所以采用滚珠导轨而不 是滑动导轨 根据设计的需要和各种不同导轨的优缺点 决定采用滚珠导轨其结构如图 4 1所示 图4 1 滚珠导轨原理图 在原理图中可以看到在 V型槽 V型槽一般为90 中安装了滚珠 为了防止滚 珠滑落 安装了保持架 并且保持架可以保证各个滚珠之间的相对位置 之所以选择V形滚珠导轨是因为它的工艺性好 容易达到较高的加工精度 但 滚珠导轨在工作时滚珠和导轨间是点接触 应力比较大 容易压出沟槽 所压沟槽 的深度若不均匀 将会降低导轨的刚度及精度 为了改善这种情况 可采用以下的 工艺 1 在V形槽与滚珠接触处预先研磨出一窄条圆弧面的浅槽 从而增加了滚珠 与滚到的接触面积 提高了承载能力和耐磨性 但这种工艺的缺点是导轨中的摩擦 力略有增加 2 采用双圆弧滚珠导轨 这种导轨是把导轨的滚道改为为圆弧形滚道 以增 大滚动体与滚道接触点的曲率半径 从而提高了导轨的承载能力 以及刚度 使用 寿命 但双圆弧导轨由于形状的特殊性也有它本身的不足 形状复杂 工艺较差 摩擦力较大 因此当精度要求很高时不易满足使用要求 在工程设计中为使双圆弧滚珠导轨能发挥接触面积较大 变形较小的优点 又 不至于过分增大摩擦力 一般都根据经验把其参数控制在一个合理的范围内 在此 设计中 由于滚珠导轨在工作时承受的力为130N 相对于滚珠到过的极限力来说是 很小的 所以在此设计中不需那样的计算 4 2 2 滚动导轨的预紧 使滚动体与滚道表面产生初始接触弹性变形的方法称之为预紧 预紧导轨刚度 比没有预紧的刚度大 在合理的预紧条件下 导轨磨损比较小 预紧的主要方式有 1 采用过盈装配形成预加负载 装配导轨时 根据滚动体的实际尺寸 刮研压板与滑板的结合面或在其间加上 一定厚度的垫片 从而形成包容尺寸 过盈有一个合理的数值 达到此数值时 导 轨刚度较好 而驱动力又不至于过大 2 用移动导轨板的方法实现预紧 预紧时先松开导轨体的连接螺钉 然后拧动侧面螺钉 即可调整导轨两边的距 离而预紧 此外 也可用斜镶条来调整 这样导轨的预紧量沿全长分布比较均匀 故也常采用 由图4 1可以看到在本设计中采用的是第二种预紧方法 4 2 3 额定寿命的计算 滚动直线导轨副额定寿命的计算与滚动轴承基本相同 4 2 max pF 式中L 额定寿命 km 额定动载荷 KN a C P 当量动载荷 KN 受力最大的滑块所受的载荷 KN max F Z 导轨上的滑块数 指数 当滚动体为滚珠时 3 当为滚柱时 10 3 额定寿命单位 km 滚珠时 K 50km 滚柱时 K 100km 硬度系数 1 h f htcaa w f f f f C LK fP 确 故选用5级精度 小齿轮材料用 40Cr 调质 硬度为280HBS 大齿轮材料用45钢 调质 硬度为240HBS 两者材料硬度差 40HBS 小齿轮齿数Z1 25 大齿轮齿数 Z2 Z1 2 25 50 2 按齿面强度设计计算 由设计公式 1 确定公式内的各计算数值 2 1 3 1 1 2 32 E t dH KTZ d 1 选载荷系数K 1 3 2 计算小齿轮的转矩 T1 95 5 105 5 5 960N mm 5 47 104 N mm 3 查文献 机械设计 表10 7选取齿宽系数 0 4 4 查文献 机械设计 表10 6查得材料的弹性影响系数 ZE 189 8MPa1 2 5 查文献 机械设计 图10 21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 大齿 轮按照接触疲劳强度极限 6 由公式计算应力循环次数 N1 60n1jLh 60 960 1 2 8 300 15 4 147 109 N2 N1 4 147 109 2 2 074 109 7 查文献 机械设计 图10 19查的接触疲劳寿命系数 0 90 8 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1 安全系数S 1 由式 2 计算 1 试计算小齿轮分度圆直径 代入中较小的值 1t d H 2 计算圆周速度v 3 计算齿宽 1 0 4 76 02430 41 dt bdmmmm 4 计算齿宽与齿高之比 b h 2 1 3 1 4 2 3 1 2 32 1 3 5 47 102 1 189 8 2 32 76 024mm 0 42522 5 tE t dH K TZ d mm 11 76 024 960 3 82 60 100060 1000 t d n m s 11 1 0 9 600540 HNHLim H K MPaMPa S 22 2 0 95 550522 5 HNHLim H K MPaMPa S d E Z lim1 600 H MPa lim2 550 H MPa 1HN K 2 0 95 HN K 模数 齿高 2 252 25 3 046 84hmmmmm 76 024 6 8411 11b h 5 计算载荷系数 根据v 3 82m s 5级精度 查文献 机械设计 图10 8查得动载系数齿 轮 假设 100 At K F bN mm 由表10 3查得 1 HF KK 查文献 机械设计 表10 2查得使用系数 1 A K 查文献 机械设计 表10 4查得5级精度 小齿轮相对支承非对称布置时 将数据代入后得 223 1 050 18 1 0 6 0 4 0 40 23 1030 411 089 h K 由b h 11 11 1 089 H K 查文献 机械设计 图10 13的 故载荷系数 1 08 f K 4 7 6 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 由式 7 计算模数m 223 1 050 18 1 0 6 0 23 10 hdd Kb 1 05 v K 11 76 024 253 04 tt mdzmmmm 3 3 11 76 0241 143 1 372 83 tt ddK Kmm 1 1 05 1 1 0891 143 AvhF KK K KK 11 72 83 252 91mdzmmmm 取整 m 3 3 按齿根弯曲强度设计 由文献 机械设计 式 10 5 得弯曲强度设计公式为 1 确定公式内的各计算数值 1 由文献 机械设计 图10 20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 1 500 FE MPa 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 2 380 FE MPa 2 由文献 机械设计 图10 18查得弯曲疲劳寿命系数 1 0 85 FN K FN2 K0 88 3 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S 1 4 由查文献 机械设计 式 10 12 得 4 计算载荷系数K AVFF K K K KK1 1 05 1 1 081 134 5 查得齿形系数 由文献 机械设计 表10 5查得 1 2 62 Fa Y 2 2 32 Fa Y 6 由文献 机械设计 表10 5查得 1 1 59 Sa Y 2 1 70 Sa Y 7 计算大 小齿轮的 并加以比较 22 2 0 88 380 238 86 1 4 FNFE F K MPa S 1 1 0 85 500 303 57 1 4 FNFE F K MPa S 1 3 2 1 2 FaSa dF Y YKT m z Fasa F Y Y 大齿轮的数值大 2 设计计算 对此计算结果 由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算 的模数 由于齿轮模数 得大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力 而齿面接触 疲劳强度所决定的承载能力 仅与齿轮直径有关 可取由弯曲强度算得的模数2 016 并就近圆整为标准值 m 2 5mm 按接触疲劳算得的分度圆直径 算出小 1 72 83dmm 齿轮齿数 取整 1 1 72 83 29 1 2 5 d z m 1 30z 21 2 3060zz 4 几何尺寸计算 1 z1 30 z2 60 计算分度圆直径为 11 30 2 575 0dz mmmmm 22 60 2 5150 0dz mmmmm 2 计算中心距 a d2 d1 2 75 150 2mm 112 5mm 3 计算齿轮宽度 4 1 3 3 22 1 22 1 134 5 47 10 N mm 0 016512 016 0 4 25 FaSa dF Y YKT mmm z 22 2 2 32 1 70 0 01651 238 86 Fasa F YY 11 1 2 62 1 59 0 01342 303 57 Fasa F YY 1 0 4 7530 d bdmm 取B2 30mm B1 32mm 5 验算 合适 4 1 1 22 5 47 10 1458 7 75 0 t T FNN d 1 1458 7 19 45 100 75 At K F N mmN mmN mm b 结论 本设计的 主要任务是对零前角阿基米德齿轮滚刀的齿形误差进行检测 设计的开始要对设计课题进行分析 由分析得出多种设计方案 然后对各设计方 案进行比较选择 确定设计方案 根据设计方案分析设计的主要内容与难点问题 最后对设计的主要内容与难点问题实施有计划的完成 本设计的难点问题是 1 检测装置的横向和纵向运动的实现 2 检测装置精度如何保证 3 被测滚刀定位夹紧装置的确定 解决问题所采取的措施 检测装置的横向和纵向运动采用相同型号的步进电机驱动滚珠丝杠旋转 滚珠 丝杠通过丝杠螺母把旋转运动转换成直线运动并带动工作台工作 本设计要求精度很高 导轨选用滚动导轨 选用一定