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滚齿机床身部件结构设计【13张CAD图纸+毕业答辩论文】

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A3轴.dwg

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Y38滚齿机传动系统图.dwg

Y38滚齿机差动机构装配图.dwg

Y38滚齿机床身装配图1.dwg

Y38滚齿机床身装配图2.dwg

Y38滚齿机床身装配图3.dwg

Y38滚齿机总图.dwg

圆柱直齿轮.dwg

差动蜗轮.dwg

皮带轮.dwg

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关键词：: 机床部件结构设计全套 cad 图纸毕业答辩论文

资源描述：

滚齿机床身部件结构设计

摘要：齿轮加工机床是一种技术含量高且结构复杂的机床。滚齿机又是齿轮加工机床中应用最为广泛的一种，滚齿机主要是用于加工圆柱齿轮和蜗轮的。

滚齿机床身为箱形结构，与底座铸成一个整体，左上部是方形导轨，留安放工作台之用；右上部是用来固定刀架、立柱；床身内部安装差动机构；床身后端连出分齿挂轮架；背面为主传动牙箱；左面底盘为冷却箱；右面底盘为润滑油箱；主电动机和冷却电动机都安装在床身上，方形导轨中间装一丝杆供移动工作台之用，分度挂轮架处的手柄供铣正齿轮或者斜齿轮时操纵使用。

差动机构是用来加工斜齿轮的，分析了差动机构的组成原理，并进行了相应的设计计算，确定了其结构形状与参数。

这次设计是在传统的设计思路上对原有产品的改造，力求满足强度、刚度、经济性、工艺性等方面的要求。

关键词：滚齿机；床身装配结构；差动机构

Abstract: The gear finishing lathe is one kind of technical content high also the structure complex engine bed. The gear-hobbing machine also is a machine equipment which is applies the most widespread, the gear-hobbing machine mainly is uses in processing the cylindrical gears and the worm gear.

The body of gear-hobbing machine is box shape structure, casts a whole with the foundation upside, the left is the square shape of guide rail, remains places using of the work table; Right upside is uses for the immovable support of the column; The interior of the body installs the differential motion organization; Behind the body is main transmission gear-box; Back transmission is tooth box, in left side of it is a cooling tank; the right side of it is lubricating-oil tank; The main motor and the cooling electric motor all are installed on the lathe bed, among the square shape guide rail installs a lead screw to move the work table, divides the swing frame gear place handle for when milling spur gear or the helical gear operates the use.

The differential device is uses for to process the helical gear, analyzed the differential device composition principle, carried on the corresponding design calculation, and determined its structure shape and the parameter.

This design improves product transformation on the basic of traditional design, makes effort to satisfy the request as intensity, rigidity, efficiency, process.

Key words: Gear-hobbing machine; assembling structure of the body; Differential motion mechanism

1 前言1

2 总体设计3

2.1滚齿机工作原理3

2.1.1加工直齿轮时机床的运动和传动原理3

2.1.2加工斜齿圆柱齿轮时的运动和传动原理3

2.2拟定选择传动方案4

2.3 主切削力的估算及电动机的选择8

3 机床床身装配结构设计9

3.1 滚齿机床身的特性9

3.2 滚齿机床身的结构分析9

3.3 床身材料的选择10

3.4 床身导轨及机床的润滑11

4 差动机构设计13

4.1 总传动比的计算13

4.2 传动比的分配13

4.3 设计计算14

4.3.1 螺旋伞齿轮的设计14

4.3.2 运动合成机构设计15

4.3.3差动蜗轮设计16

4.3.4圆柱直齿轮的设计20

5 结束语25

参考文献26

致谢27

附件清单28

1 前言

齿轮加工机床是一种技术含量高而且机构复杂的机床系统，由于齿轮使用的量大面广，齿轮加工机床已成为机械等行业的关键设备。特别是，随着汽车行业的高速发展，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。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40%~50%。它主要用来加工圆柱齿轮和蜗轮等。传统滚齿机在加工过程中有以下特点：

a．滚削钢齿轮时，应用切削液可提高刀具寿命，改善加工表面的质量和利于排出切削热而不致引起机床的热变形；

b．机床漏、混油严重；

c．加工成本高；

d．生产效率低下，加工质量差，难以满足现代企业生产的要求。

近几年，我国在滚齿机设计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2-3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。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。

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Y38滚齿机总图.gif

Y38滚齿机床身装配图3.gif

Y38滚齿机床身装配图1.gif

Y38滚齿机床身装配图2.gif

Y38滚齿机差动机构装配图.gif

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内容简介：: 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 目录 1 前言 . 1 2 总体设计 . 3 2.1滚齿机工作原理 . 3 2.1.1加工直齿轮时机床的运动和传动原理 . 3 2.1.2加工斜齿圆柱齿轮时的运动和传动原理 . 3 2.2拟定选择传动方案 . 4 2.3 主切削力的估算及电动机的选择 . 8 3 机床床身装配结构设计 . 9 3.1 滚齿机床身的特性 . 9 3.2 滚齿机床身的结构分析 . 9 3.3 床身材料的选择 . 10 3.4 床身导轨及机床的润滑 . 11 4 差动机构设计 . 13 4.1 总传动比的计算 . 13 4.2 传动比的分配 . 13 4.3 设计计算 . 14 4.3.1 螺旋伞齿轮的设计 20 . 14 4.3.2 运动合成机构设计 . 15 4.3.3差动蜗轮设计 20 . 16 4.3.4圆柱直齿轮的设计 20 . 20 5 结束语 . 25 参考文献 . 26 致谢 . 27 附件清单 . 28 nts盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 1 1 前言齿轮加工机床是一种技术含量高而且机构复杂的机床系统，由于齿轮使用的量大面广，齿轮加工机床已成为机械等行业的关键设备。特别是，随着汽车行业的高速发展，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。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 40%50%。它主要用来加工圆柱齿轮和蜗轮等。传统滚齿机在加工过程中有以下特点： a 滚削钢齿轮时，应用切削液可提高刀具寿命，改善加工表面的质量和利于排出切削热而不致引起机床的热变形； b 机床漏、混油严重； c 加工成本高； d 生产效率低下，加工质量差，难以满足现代企业生产的要求。近几年，我国在滚齿机设计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 2-3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。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。在提高生产效率、降低制造成本的同时，做到环境保护、清洁加工是当前国外先进发达国家对机床研究的最前沿技术。如美国、德国及日本，他们的部分公司生产的滚齿机都是全数控式的，中小规格滚齿机都在朝着高速方向发展，所有高效机床均采用了全密封护罩加油雾分离器及磁力排屑器的方式部分地解决环保问题。面向绿色制造的先进滚齿机主要有带有全密封护罩和油雾分离器的湿切滚齿机、低温冷风切削滚齿机、高速干式切削滚齿机等类别，其中高速干式切削滚齿机以其高速、高效、不使用切削液、单件生产成本低等优势将成为面向绿色制造的滚齿机今后发展的主要趋势。随着工业的发展，先进技术的不断更新进步，对加工设备的要求也不断提高，在机床的设计中，需要对其组成部件进行严密的分析和计算。机床床身等支承件的重量要占机床总重量的 80%-85%，因此对支承件的单位重量、刚度提出了较高的要求。在重量轻的条件下，需要保证支承件具有足够的静刚度。所以对支承件材料的选择、分布、支承件壁厚和开孔位置的合理性提出了要求，必须进行分析计算。我所设计的课题来源于生产实践，是滚齿机床身部件结构设计。该床身为箱形结构，与底座铸成一个整体，左上部是方形导轨，留安放工作台之用；右上部是用来固定刀架、立柱；床身内部安装差动机构；床身后端连出分齿挂轮架；背面为主传动牙箱；左面底盘为冷却箱；右面底盘为润滑油箱；主电动机和冷却电动机都安nts滚齿机床身部件结构设计 2 装在床身上，方形导轨中间装一丝杆供移动工作台之用，分度挂轮架处的手柄供铣正齿轮或者斜齿轮时操纵使用。床身结构的静、动态特性对床身的机械特性、机床产品质量、机床的动态加工精度具有重要意义。通过市场调查，对国内现有机型进行对比分析。选择适合于我国目前的生产水平使用的机型作为参考，改进其不足，以达到各方面的要求。床身结构的静、动态特性与机床产品的整体性能有着密切的关系，提高床身的机械特性，对于提高机床产品质量，保证机车的动态加工精度具有重要意义。传统的结构大件设计方法，往往仅注重床身件静态性能、制造工艺性以及外形美观协调等方面的要求，而忽略了它对产品动态性能的影响。结构件的动态特性与其尺寸、形状、材料等有着密切关系。我所设计的滚齿机床身，其技术要求如下： a 机床能满足强度、刚度、寿命、工艺性与经济性等方面的要求； b 机床要求运行平稳、工件可靠、结构合理、装卸方便、便于维修与调整； c 机床应能满足加工要求，保证加工精度。本次设计的滚齿机床身的预期效果是： a 能满足机床的基本要求，如强度、刚度、寿命、工艺性与经济性等； b 运行可靠，便于维修和装卸； c 保证加工质量和精度要求。由于我国的工业水平发展与发达国家相比还有一定的差距，齿轮加工生产在质量、精度等方面还需要进行提高。因此必须对现有机床进行优化改造。当前，齿轮加工行业对制造精度、生产效率、质量及清洁等都有着非常高的要求，所以我们必须集思广益，通过学习、研究来进行机床的设计。从毕业设计布置任务开始，就必须投入全部精力，因为整个设计过程中必须考虑各方面的问题。首先，对滚齿机的形状和工作原理都很陌生，必须要到工厂参观实习；其次，所学的理论知识只是一些最基本的机械常识，根本不能达到设计的要求。因此，还要查阅大量的资料、图纸、说明书等信息来补充自己的不足之处。要顺利完成这次设计，对我们提出了以下要求。扎实的专业知识是设计的基本条件，并且要做到开拓创新、举一反三。整个设计也就是不断复习和学习的过程。其次要有丰富的实践经验，因为只靠资料是不够的，通过指导老师的带领，我们到盐城市机床厂进行参观实习，并且向企业的技术人员询问相关的原理。只有这样，设计的成果在合理性、经济性、工艺性、实用性等方面才能满足要求。 nts盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 3 2 总体设计 2.1 滚齿机工作原理滚齿加工是依照交错轴螺旋齿轮啮合原理进行的。用齿轮滚刀加工的过程，就相当于一对螺旋齿轮啮合的过程。将其中的一个齿轮的齿数减少到几个或一个，螺旋角增大到很大，成螺杆状，再开槽并铲背，使其具有切削性能，就成了齿轮滚刀。机床使滚刀和工件保持一对螺旋齿轮副啮合关系作相关旋转运动时，就可在工件上滚切出具有渐开线齿廓的齿槽。滚齿时，切出的齿廓是滚刀切削刃运动轨迹的包络线。所以，滚齿时齿廓的成形方法是展成法，即成形运动是滚刀旋转运动和工件旋转运动组成的复合运动，这个复合运动称为展成运动。再加上滚刀沿工件轴线垂直进给运动就可切出一个齿长。 2.1.1 加工直齿轮时机床的运动和传动原理加工直齿圆柱齿轮时，滚刀轴线与齿轮端面倾斜一个角度，其值等于滚刀螺旋升角，使滚刀螺纹方向与被切齿轮齿向一致。图 2-1所示为滚切直齿圆柱齿轮齿轮的传动原理图。为了完成滚切直齿圆柱齿轮，它需要三条传动链： a 主运动传动链电动机（ M） 1 2vu 3 滚刀（ 1B ），是一条将运动源（电动机）与滚刀相联系的外联系传动链。 b 展成运动传动链滚刀（ 1B ） 3 4 5-xu 6 工作台（ 2B ），是一条内联系传动链，实现渐开线齿廓的复合成形运动。 c 轴向进给运动传动链工作台（ 2B ） 6 12 uf 11 M1 10 8 7 刀架（ 2A ），是一条外联系传动链，实现齿廓方向直线齿形的运动。 2.1.2 加工斜齿圆柱齿轮时的运动和传动原理斜齿圆柱齿轮在齿长方向为一条螺旋线，为了形成螺旋线齿线，在滚刀作轴向进给运动的同时，工件还应作附加旋转运动 B2（简称附加运动），且这两个运动之间必须保持确定的关系：滚刀移动一个螺旋线导程 S时工件应准确地附加转过 1转，因此，加工斜齿轮时的进给运动是一个螺旋运动，是一个复合运动。实现滚齿切斜齿轮所需成形运动的传动原理图如图 2-2所示。其中，主运动，展成运动以及轴向运动传动链与加工直齿轮时相同，只是在刀架与工作台之间增加了一条附加运动链：刀架 -8-9-10-11-12-uy-13-14-合u-5-ux-6-7-工作台。在保证刀架沿工作台轴线方向移动一个螺旋导程 s时，工件附加转过 1转，形成螺旋线齿线。 nts滚齿机床身部件结构设计 4 2.2 拟定选择传动方案本次所设计的 Y38 型滚齿机，它主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮，也可用于手动径向进给及加工蜗轮。因此，传动系统中有主运动、展成运动、轴向进给运动和附加运动 4条传动链。为了明确各部件之间的传动关系，绘制了机床的传动系统图，如图 2-3所示。图 2-1 滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图 nts盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 5 图 2-2 滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图图 2-3 Y38 型机床的传动系统图 nts滚齿机床身部件结构设计 6 其传动路线如下： a 主运动：由电动机经过三角皮带轮传到轴 -轴轴（或者由轴轴）中间经过变速挂轮，由轴轴轴轴轴到滚刀。 b 展成运动：滚刀主轴传至分齿蜗轮和工作台的动力来源则由轴轴经过差动机构再经轴轴分齿挂轮轴轴而到工作台。 c 进给运动：是由轴轴经进给挂轮轴轴轴轴到轴的丝杆使刀架滑板上下运动。 d 差动运动：是由轴轴轴经过差动挂轮架轴而传动差动蜗轮副。 e 工作台的水平进给：在工作台下面的床身中间安有一根水平丝杆通过手柄用方头扳手来移动工作台，可作水平进给。 f 快速移动刀架的运动线：机床的快速移动刀架，是由主传动电动机来拖动的，将位在操作一方床身上手柄搬到快速位置，则传动路线由马达经三角皮带轴轴轴轴轴轴轴轴轴丝杆旋转快速移动，电气系统的说明书说过只将按向上或者向下的按钮就可以完成快速的工作。各运动传动路线的安排如下： a 主运动：电动机滚刀主电动机 105190（带轮） 2755 挂轮挂轮36/362428232317172060滚刀 b 展成运动：滚刀工作台滚刀 6020171723232824合成机构 4242分度挂轮 fe841工作台 c 进给运动：工作台刀架 841221进刀挂轮 244822616144530刀架 d 附加运动：刀架工作台刀架 30506144226128242k 25383825差动机构 230合成 4242分度挂轮 ef184工作台 nts盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 7 转速图如图 2-4所示。图 2-4 Y38型滚齿机转速图滚齿机速度计算图如图 2-5所示图 2-5 Y38型滚齿机速度计算图 nts滚齿机床身部件结构设计 8 2.3 主切削力的估算及电动机的选择滚齿切削的最大扭矩（用铸铁齿轮计算） 32127.026.081.065.075.1m a x 91.0 kkkZVAfmM (kgf.m) (2-1) 32127.026.081.065.075.141.0 kkkZVAfmM 平均(kgf.m) (2-2) 式中： A 切削深度系数是切削深度 a 和齿高的比值，maA 25.2； Z 所要加工齿轮的齿数； 1k 工件材料修正系数； 2k 齿轮螺距角修正系数； 3k 为硬度修正系数。其中，模数 mm8m ，进给量取 25.0f ，切削深度取 mm270 ，所以，mm270max a ， 15825.2 270 A ，切削速度 min/m60V ， 30Z ，查得 48.01 k ，11.12 k ， 23.13 k ，代入式 (2-1)可得： mk g fM 23.111.148.030601525.0891.0 27.026.081.065.075.1m a x mkgf73.119 根据 mm8m ， 30Z ，取滚刀直径 mm110d ，有 138.22/ d mF kN 1 38.260601 38.2 FVP kW 机床电动机的功率 EP 取效率 77.0m， 78.2/ mE PP kW，选电动机功率 3EP kW。为满足转速和滚齿机结构的要求选择电动机的转速为 min/r1430n ，查机械设计手册 V2.0（软件版）选择的电动机的型号为： Y100L2-4。 nts盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 9 3 机床床身装配结构设计 3 1 滚齿机床身的特性床身结构的静、动态特性与机床产品的整体性能有着密切的关系，提高床身的机械特性，对于提高机床产品质量，保证机车的动态加工精度具有重要意义。传统的结构大件设计方法，往往仅注重床身件静态性能、制造工艺性以及外形美观协调等方面的要求，而忽略了它对产品动态性能的影响。结构件的动态特性与其尺寸、形状、材料等有着密切关系。 3 2 滚齿机床身的结构分析该床身与底座铸成一个整体，左上部是方形导轨，留安放工作台之用；右上部是用来固定刀架、立柱；床身内部安装差动机构；床身后端连出分齿挂轮架；背面为主传动牙箱；左面底盘为冷却箱；右面底盘为润滑油箱；主电动机和冷却电动机都安装在床身上，方形导轨中间装一丝杆供移动工作台之用，分度挂轮架处的手柄供铣正齿轮或者斜齿轮时操纵使用。图 3 1、 3 1、 3 3 为床身示意图。图 3-1 床身主视图 nts滚齿机床身部件结构设计 10 图 3-2 床身左视图图 3-3 床身俯视图 3.3 床身材料的选择材料的选择是机械零件设计中非常重要的环节，特别是随着实际工程对现代机器及零件要求的不断提高，以及各种新材料的不断出现，合理选择零件材料已经成为提高零件质量、降低成本的重要手段。通常零件材料选择的一般原则是满足使用要求、工艺要求和经济要求。为了保证机床的强度、硬度、刚度、寿命等个方面的要求，根据机床的工作环境及载荷情况，所设计的滚齿机床身采用 HT250 材料。 nts盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 11 3.4 床身导轨及机床的润滑床身左上部是方形导轨，用来安放工作台，且导轨中间有一丝杆，用来快速移动工作台。其剖面示意图如图 3-4所示。图 3-4 导轨剖面图对于滚齿机而言，润滑是关键的维护手段，为了降低摩擦、减少磨损、散热、防锈、减震降噪等作用，必须及时对机床进行润滑，只有这样才可以提高产品质量，降低生产成本，提高生产效率和产品精度，延长设备使用寿命和保障生产安全等。根据滚齿机的工作环境及负荷要求，采用流体润滑方式。此外，正确的选择润滑剂对于保护机械设备的正常持久运转至关重要，因此在选用润滑剂时，必须要深入了解其基本性能，一般要求润滑剂具有尽可能小的摩擦系数，保证机械运行敏捷而平稳，减少能耗。另外还要考虑粘度是否合适，高粘度易于形成动压油膜，油膜较厚，能支承较大负荷，防止磨损。但粘度太大也会造成摩擦热增大，摩擦面温度升高；而且在低温下不易流动，不利于低温启动。低粘度时，摩擦阻力小，能耗低，机械运行稳捷，温升不高。但如粘度太低，则油膜太薄，承受负荷的能力小，易于磨损，且易渗漏流失，特别是容易渗入疲劳裂纹，加速疲劳扩展，从而加速疲劳磨损，降低机械零件寿命。在使用机床之前，要清理机床的防锈油和脏物，然后用润滑油注满所有的润滑孔和油箱。工作中，为了避免床身导轨或刀架立柱由于润滑的不良而卡住，也要进行很好的润滑，可用油轮通过刀架滑板上的镶条油孔及工作台上的球形油眼来把油压入润滑面，润滑油应当是去酸水及杂质，最好用 10号车用机油。机床内部的润滑方式是自动润滑，依靠叶片泵打上来的油通入床身的三通管分别润滑传动牙箱、立柱、床身的差动机构。滚刀牙箱事先注满油到油标线位置，工作台注油到超出油标即可，用以润滑分度蜗轮付，同时应加油润滑滚刀主轴承和刀架上中心齿轮，并在工作台旁侧油盒内每班至少加油（注满）一次，以保证工作台环形面的润滑。 nts滚齿机床身部件结构设计 12 机床使用后，第一次换油应在工作 300 小时后，以后可以每隔半年换油一次，在主传动牙箱下方的床身内，装润滑油。床身的结构装配图见附件 2、 3、 4。 nts盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 13 4 差动机构设计由图 2-3可以知道，差动机构是由螺旋伞齿轮（ 3212382A）、其与轴上的螺旋伞齿轮（ Y38-11202）相啮合，两个直伞齿轮（ Y38-11014）与直伞齿轮（ Y38-11013）及直伞齿轮（ Y38-11015）相啮合并通过十字轴连接。此外还有差动蜗轮（ Y38-11016），他们共同安装在轴上与安装在轴上的圆柱直齿轮（ Y38-11204）一起通过若干个标准件构成了差动机构。其结构装配图见附件 5。 4.1 总传动比的计算展成运动传动链的运动平衡式如下： zkfeudbcai 合总11 （ 4-1）设被加工齿轮为圆柱直齿轮，齿数为 Z=45 滚刀头数为 K=1 查分度挂轮调整表得： a=24,b=c,d=45,又因为被加工的齿轮是圆柱直齿轮，所以差动机构里的合成机构其传动比为 1，即 1u 合，又因为被加工齿轮的齿数为 45，小于 160，为了保证由分齿运动与差动装置的辅助回转运动的总和达到工作要求，即 k 头滚刀回转一转时，齿坯转动zk周，所以取 1fe，把上述已知参数代入公式可得： 24总i。 4.2 传动比的分配如图 2-3 所示，展成运动链采用了三级变速。第一级变速为直齿圆柱齿轮对啮合，取 20,60,3 211 ZZi ，（见主传动链设计）。第二、三级传动为同齿数锥齿轮等速传动，取 123231717 32 ii。第四级传动为变速锥齿轮传动，取 15.14 i ，查 18表 7.3-14，取齿轮对24Z28 小大，Z ，则 17.12428 实i 。校核： %7.1%1 0015.1 15.117.1 误i）（ 1%10%7.1 。第五级为同齿数的直齿圆柱齿轮等速传动，取 142425 i。第六级为蜗杆蜗轮传动，根据上述已知条件，可以得出：nts滚齿机床身部件结构设计 14 8414242242823231717206024543216 iiiii ii 总，查 18表 7.2 得， ,4084126 ZZi所以取 84,1 21 ZZ 。其运动平衡式如下：841424228242323171760201 ef分度挂轮合成机构。 4.3 设计计算 4.3.1 螺旋伞齿轮的设计 20 根据齿轮齿根弯曲疲劳强度的设计： 3 2212 1 15.014FSaFaRRYYuZKTm（ 4-2）式中： m 齿轮模数； K 载荷系数； T1 转矩； FaY 齿形系数； SaY 应力修正系数； R 齿宽系数； F 齿轮的弯曲疲劳强度极限。确定公式中的各参数，取载荷系数 K=1.42， 1Z =24，已知滚刀的最低转数为47.5r/min。则： n= 3.16 6242820605.47 r/min mmN1072.13.166 31055.9 561 T17.12428 u 6.402428ar ctg当量齿数： 6.316.40c o s 24 vZ。齿形系数及应力修正系数：查 20 P120表 6.4 取 625.1,52.2 SaFa YYnts盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 15 齿轮的弯曲疲劳强度极限：查 20 P111 图 6.9 取 M P a2 2 0,M P a2 4 0 2l i m1l i m FF 齿轮的弯曲疲劳寿命系数，查 20 P109图 6.7 取 90.0,88.021 FNFN KK查 20 取定弯曲疲劳安全系数 ,4.1FS 应力修正系数 0.2STY，所以代入各个参数得： 1F = MP a71.3 0 11l im1 FFSTFN SYK 2F = MP a86.2 8 22l i m2 FFSTFN SYK 把各参数代入公式（ 4-2）可求得结果 m 06.4 ,按照标准取 m=4.5。则已知 m=4.5，Z=24，与齿数为 28 的螺旋伞齿轮（ Y38-11202）相啮合，下面我们来计算该螺旋伞齿轮的有关参数尺寸。取齿宽系数： 31R分度圆直径： mm1 0 8245.411 Zmd mm1 2 6285.422 Zmd 锥距： R= 2221 )2()2(dd =108 21)2428( 2 =82.9mm 齿宽中点直径： )5.01(11 Rm dd =108 （ 1-0.531） =90mm 1052 mdmm 齿宽中点模数： 75.3)315.01(5.4)5.01(2,1 Rmm mm 齿顶圆直径： 48.1 1 42111 aa hddmm 40.1 3 02222 aa hddmm 4.3.2 运动合成机构设计设计的 Y38 型滚齿机的合成机构是具有两个自由度的圆锥齿轮行星机构。利用运动合成机构，在滚切斜齿圆柱齿轮时，将展运动传动链中工作台的旋转运动和附加运动传动链中工作台的附加旋转运动合成为一个运动后传送到工作台；而在滚切直齿圆柱齿轮时，则断开附加运动传动链，同时把运动合成机构调整为一个如同“联轴器”的机构。 Y38 型滚齿机所用的合成机构是由模数 m=4mm，齿数 Z=21，螺旋角 0 的两个相同直伞齿轮和同模数同齿数两个直伞齿轮组成。则我们来计算该nts滚齿机床身部件结构设计 16 合成机构的有关参数和尺寸：分度圆直径：4321 mm84214 dddmzd 齿数比： 211212 tgct gddZZu 所以： 4521 锥距： R= 39.5921)2()2(212221 uddd mm 取齿宽系数31R，齿宽 b=59.39mm 齿宽中点分度圆直径： 15.6745s i n2084s i n1121 bddd mmmm 齿顶高： 08.4)(1*4321 mhhhhh aaaaa mm 齿全高： 8.82.24321 mhhhhmm 齿厚： )22( 114321 ttgMSSSS =6.284mm 4.3.3 差动蜗轮设计 20 蜗杆蜗轮传动是用来传递空间交错轴之间运动和动力的，由蜗杆、蜗轮、机架组成。主要优点有以下几点： a 传动比大，机构紧凑； b 蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、振动小、噪声低； c 当蜗杆的导程角小于当量摩擦角时，可实现反向自锁，即有自锁性。经过差动挂轮，传递轴和轴之间的动力，从而实现附加运动链的联系，实现加工斜齿圆柱齿轮的目的。下面我们来对其相关尺寸和参数进行计算：由差动传动链的传动比分配计算可得，分配到差动蜗轮副的传动比 i=15，查 20表 7.2，选择取 Z1 =2， Z2 =Z1 i=30，那么下面我们来设计蜗轮、蜗杆的有关参数和尺寸。已知 5.2494,3.166 21 nn ， kW31 P 。按蜗轮蜗杆的接触疲劳强度设计 2221225.3 ZZKTdmHE （ 4-3）式中： m 齿轮模数； d1 蜗轮的分度圆直径； nts盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 17 K 载荷系数； T2 转矩； EZ 材料系数； H 许用接触应力。 A 确定公式中各参数的值： a 选 Z1 、 Z2 查 20 表取 Z1 =2， Z2 =Z1 i=30 b 蜗轮转矩 2T 初估传动效率 82.0 ，则 mmN3.1 1 4 853.166 31055.9 61 T2T = iT1 mmN79.141 2 683.166 382.0151055.9 6 c 载荷系数 K ，取 K =1。 d 查 20 P150表 7.2 取材料系数 EZ ： MPZ E 155 e 许用接触应力 H ：查 20 P160表 7.9 取 MPa2200 H2 4 0 0 013.1666060 2 atnN 81039.2 8 710NZ N 673.01039.210887 H = MPZHN 2 2 06 7 3.00 =147.9MPa f 计算 12dm 12dm 2222 309.14715525.379.141268125.3 ZZKTHE =1820.9 mm3 初选 m、 d1 查 20 表 7.1 取 m=4mm、 d1 =120mm nts滚齿机床身部件结构设计 18 33212 mm9.1 8 2 0mm1 9 2 01 2 04 dm g 导程角 0 6 6 6 6 7.01 2 024t an11 dZm 8.3066667.0a r c t a n h 滑动速度ss= 8.3co s1 0 0 060 5.2 4 9 4120co s1 0 0 060 11 nd (m/s) =15.7(m/s) i 啮合效率 1 由s=15.7m/s 查 20 表 7.5 得 8.0v1 = 93.08.08.3t an 8.3t ant an t an v j 传动效率取轴承效率，96.02 搅油效率 96.03 8 5 7.096.096.093.0321 k 检验 12dm 的值 857.0155.2494 31055.9 612 iTT=147658.28N.mm 12dm = 3222 mm25.3 ZZKTHE = 32 mm309.14715525.328.1476581 =1903.3 33 mm192 0mm B 确定传动主要尺寸已知 mm4m , 30,2,mm120 211 ZZd nts盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 19 a 中心距 a a= mm1202 3041202 21 mZd(蜗杆尺寸 ) b 分度圆直径 1d 1d =120mm c 齿顶圆直径1ad1ad= 1d +2 mm1 2 8mm421 2 01 ahd 齿根圆直径1fd1fd= 1d -2 mm)42.12120( fh=110.4mm e 导程角 = 8.3 f 轴向齿距1xp1xp= mm56.124 m g 轮齿部分长度 1b 1b mm2.51mm3006.011406.011 2 Zm 取 1b =55mm。 (蜗轮尺寸 ) h 分度圆直径 2d 2d = mm1203042 mZ i 齿顶高2ah2ah= mm4* mhaj 齿根高2fh2fh=（ * cha ） m= mm8.44)2.01( nts滚齿机床身部件结构设计 20 k 齿顶圆直径2ad2ad= 2d +2 mha*=120+2 41 =128mm l 齿根圆直径2fd2fd= 2.01421 2 02 *2 chmd a=110.4mm m 蜗轮齿宽，取 mm5512 bb n 蜗轮齿宽角，122sin db， 56.54 o 蜗轮咽喉母圆半径2g2g= mm5621 2 81 2 02 2 ada4.3.4 圆柱直齿轮的设计 20 齿轮传动是现代机械中应用最广泛的一种传动形式。齿轮传动的主要优点有以下几种： a 瞬时传动比恒定，工作平稳，传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力； b 适用的功率和速度范围广，功率从接近于零的微小值到数万千瓦，圆周速度从很低到 300m/s； c 传动效率高， =0.92-0.98，在常用的机械传动中，齿轮传动的效率高；工作可靠，使用寿命长； d 外廓尺寸小，机构紧凑。轴与轴之间为一对圆柱齿轮传动，且为等速传动，即 i=1，已知 n=166.3r/min。初选 4221 ZZ 。考虑到该对齿轮的工作环境及载荷情况。故两齿轮都用 45 钢调质处理，齿面硬度分别为 220HBS、 220HBS。属软齿面闭式传动，载荷平稳，初选 7 级精度，齿轮齿数为 4221 ZZ ，按软齿面齿轮非对称安装，查 20表 6.5，取齿宽系数 0.1d。按齿轮的齿面接触疲劳强度设计： 32.21 td 321 1 HEdZuuKT（ 4-4）式中： dt1 齿轮分度圆直径 nts盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 21 tK 载荷系数 1T 转矩 EZ 材料系数 u 传动比 H 齿轮的接触疲劳强度极限 A 确定公式中各参数： a 载荷系数tK，试选tK=1.5 b 齿轮传递的转矩 1T ： 1T =9.553.1 6 631055.910 616 nP=1.7 mmN10 5 c 材料系数 EZ ：查 20 P17表 6.3 取 EZ =189.8 MP d 齿轮的接触疲劳强度极限，查 20 P10图 6.8 取 M P a5 6 02lim1lim HH e 应力循环次数 N N 8121 1039.283 0 01013.1 6 66060 hjLnNf 接触疲劳寿命系数21 HNHN KK 、，查 20 P108图 6.6取 95.021 HNHN KKg 确定许用接触应力 21 HH 、，取安全系数 1HS HtHHNHH SK 1lim121 = M P a5 3 25 6 095.0 B 设计计算 a 试算齿轮分度圆直径td1td1 3255328.1891111107.15.132.2 =93.23 b 计算圆周速度 = 811.01 0 0 060 3.16623.931 0 0 060 11 nd t(m/s) nts滚齿机床身部件结构设计 22 c 计算载荷系数 K，取使用系数 1AK ，根据 =0.811m/s， 7 级精度可查得动载系数 1.1VK，得 15.1K。则 K= 2 6 5.115.11.11 KKK VAd 校正分度圆直径 mm08.885.1265.123.93 3311 tt KKdd C 计算齿轮传动几何尺寸 a 计算模数 m 09.24208.8811 Zdm按标准取模数 m=3mm 下面来计算齿轮 Y38-11210的有关参数和尺寸： b 分度圆直径 d d=mZ=3 42=126mm c 齿顶高ahah= mha*=1 3=3mm d 齿根高fhfh=（ah+ *c ） m=（ 1+0.25） 3=3.75mm e 齿全高 h 75.675.33 fa hhhmm f 齿顶圆直径adad=d+2ah=126+2 3=132mm g 齿根圆直径fdfd=d-2fh=126-2 3.75=118.5mm h 基圆直径bdbd=dcos =126 cos 20 =118.40mm i 齿距 p nts盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 23 P= m=9.42mm j 齿厚 S S= 2m4.71mm k 齿槽宽 e e= 2m4.71mm l 顶隙 c c= mc* =3.75mm D 下面是两齿轮之间的参数关系： a 两轮分度圆直径： mm1 2 6423121 mZdd b 中心距 a a= mm1262 424232 21 ZZmc 齿宽 b b= mm1 2 61 2 60.11 dd取 mmbb 13021 d 齿高 h h=2.25m=2.25 mm75.63 校核齿根弯曲疲劳强度 20 FSaFadF YYmZKT 321 12 （ 4-5）式中： F 齿轮的弯曲疲劳强度极限； K 载荷系数； T1 转矩； YSa 应力修正系数； YFa 齿形系数； m 齿轮模数。 A 确定公式中的各参数值： nts滚齿机床身部件结构设计 24 a 齿轮的弯曲疲劳强度极限，查 20 P111 图 6.9取 M P a2 2 021 F linF lin b 弯曲疲劳寿命系数21 FNFN KK 、，查 20 P109图 6.7取 90.021 FNFN KKc 许用弯曲应力 21 FF 、，取定弯曲疲劳安全系数0.24.1 STF YS ，应力修正系数得： M P a86.2 8 24.1290.02 2 01l i m1121 FFSTFNFF SYK d 齿形系数2121 SaSaFaFa YYYY 、和应力修正系数、：取 22.221 FaFa YY，77.121 SaSa YY 计算齿轮的 1 11 F SaFaYY ，代入公式计算。 B 校核计算： 13252 M P a48.3577.122.23421107.12 6 5.12FF 所以弯曲疲劳强度足够。 nts盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009 25 5 结束语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 40%50%。它主要用来加工圆柱齿轮和蜗轮等。传统的滚齿机床的主要特点在于加工成本高，生产效率低下，加工质量差，难以满足现代企业生产的要求。我所设计的滚齿机为 y38-1型，课题是床身部件结构设计，床身结构的静、动态特性与机床产品的整体性能有着密切关系。提高床身件的机械特性，对于提高机床产品质量、保证机床的动态加工精度具有重要意义。传统的结构大件设计方法，往往仅注意床身件静态性能、制造工艺性以及外形美观协调等方面的要求。在传统的设计思路基础上，通过市场调查，对国内现有机型进行对比分析。选择适合于我国目前的生产水平使用的机型作为参考，改进其不足，以达到各方面的要求。通过认真分析、计算，选择材料等方面的设计，所设计的滚齿机能满足机床的基本要求，如强度、刚度、寿命、工艺性与经济性等，且运行可靠，便于维修和装卸，保证加工质量和精度要求。本机床设计合理，符合实际应用，满足加工要求，且较大部分采用通用件和标准件，制造成本合理，设备维修方便。 nts滚齿机床身部件结构设计 26 参考文献 1 刘润爱，张根保滚齿机及滚齿加工技术的发展趋势 J现代制造工程， 2003, (11):84 86 2 廖绍军，李先广面向绿色制造的滚齿机研究现状分析及发展趋势 J制造技术与机床，2004， (11):47 50 3 徐鸿根齿轮制造技术的发展动态 J制造技术与机床， 1994， (9):43 45 4 钟晓勤，朱贤达双重差动机构在滚齿机分齿上的分析与研究 J上海冶金高等专科学校学报， 2000， (1):21 24 5 胡家秀，机械零件设计实用手册 M 机械工业出版社 , 1999 10 6 马国亮，曹秋霞滚齿机差动挂轮引起齿向误差的实

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