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机械毕业设计全套

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JD01-102@自动攻丝机,机械毕业设计全套

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本科学生毕业设计 自动攻丝机设计 系部名称 ： 机电工程学院 专业班级 ： 机械设计制造及自动化 06-4 学生姓名 ： 刘璐 指导教师 ： 国绍文 职 称 ： 讲师 黑 龙 江 工 程 学 院 二一 年六月 nts The Graduation Design for Bachelors Degree Design for automatic tapping machine Candidate： Liu Lu Specialty： Mechanical Design and Manufacture Automation Class： 06-4 Supervisor： Lecturer. Guo Shaowen Heilongjiang Institute of Technology 2010-06 Harbin nts 毕业设计（论文） 开题报告 学生姓名 刘璐 系部 机电工程 学院 专业、班级 机械 06-4 指导教师姓名 国绍文 职称 讲 师 从事 专业 机械电子工程 是否 外聘 是 否 题目名称 自动攻丝机 设计 一、 课题研究 现状 、 选题 目的 和意义 研究现状： 攻丝是机械零部件制造、安装及整机装配过程中必不可少的一个步骤。目前的螺纹孔通常是在零件上先加工螺纹底孔，然后再攻丝而成的。攻丝可采用手工操作或专门的攻丝机来攻丝，专用的攻丝机只能用于攻丝，而钻床只能用于钻孔，造成加工工艺烦琐，生产效率低，劳动条件差，设备 占地面积大。自动攻丝机具有轻便灵活、重复定位准确迅速、切削速度快、生产效率高、操作简单、工作范围大等显著特点。避免并克服了车床、钻床或手动攻丝的局限和不足，省时省力、不断丝锥、不烂牙。能够广泛应用于机床、模具、塑料机械，印刷机械，工程机械，包装机械制造厂、汽车摩托车另部件，航空发动机，机动车辆及通用机械等行业 。 在螺母自动攻丝机上，螺纹刀具基本上采用直柄丝锥和弯柄丝锥（切削式无屑滚压）两种形式。采用弯柄丝锥可以获得更高的生产率，但却不能获得高精度的螺纹。此外，弯柄丝锥的加工制造业较为复杂，且很难刃磨。采用直 柄丝锥可以获得精度好的螺纹，但生产率较低。通过电液装置，电气装置或机械装置可以保证螺纹行程的工作周期。 在螺纹生产的工艺工程中，攻丝是劳动量最大，耗时最多的工序。在采用转子式自动攻丝机的情况下，攻丝过程可以同时在几个工位上进行。加工位置的数量变化之后，可以不管加工工艺循环时间如果而选定生产率。 意义：螺纹加工在机器制造中占有重要地位，而对于小尺寸的内螺纹，攻丝几乎是唯一有效的加工方法。随着加工中心的出现，数字化的高速车、铣、钻孔等的加工效率大幅度的提高，而攻丝加工的方式和技术没有突破，攻丝加工更加成为机械加 工中的瓶颈。因此，研制 自动攻丝机， 提高攻丝加工的效率和精度具有比较重要的意义 。 二、 设计（论文） 的基本内容 、 拟解决的主要问题 设计基本内容： 1) 根据 任务书给定 基本技术参数， 确定 自动攻丝机的 总体 技术 方案。 2) 根据总体技术方案 进行零部件详细设计，功率，电机选型 等方面的计算，确定各个零部件 结构形式 进行强度校核。完成总装图及零件图的详细设计。 拟解决的主要问题包括： 1、 根据 自动攻丝机工作对象 的 形状 及尺寸要求，进行 攻丝 设计。 2、 丝锥驱动系统设计 。 3、 总体框架和工作台设计、零部件结构设计、设计计算与校核。 4、总装配图中各零部件的安装问题，及零件的定位问题。 SY-025-BY-3 nts 三、 技术路线 （研究方法） 1、 参阅相关产品的技术资料，如 通用自动攻丝机设计 的设计方法等， 设计出若干种实现设计任务的技术方案。 分析 和比较 各方案的优缺点，综合 考虑性能和经济性 ，从中 优选 确定 本课题的总体技术方案 。 2、 完成 各 功能部件的 结构设计 和元器件选型，如 丝锥驱动系统设计 、驱动电机选型 。 3、 体框架和工作台设计、零部件结构设计、设计计算与校核 。 4、 完成总装配图 、 部件图 、 零件图 设计 和说明书的撰 写。 四、 进度安排 3 月 1 日 3 月 31 日：查找和阅读参考资料，熟悉课题，撰写开题报告。 4 月 1 日 4 月 30 日：总体技术方案设计与优化，绘制系统总装配图草图。 5 月 1 日 5 月 31 日：装配图、零部件图设计，设计计算、校核及撰写设计说明书。 6 月 1 日 6 月 15 日：修改图纸和设计说明书，准备答辩。 五、 参考文献 1 濮良贵，纪名刚编著 . 机械设计 . 高等教育出版社， 2006 2 成大先主编 . 机械设计手册（第四版） . 北京：化学工业出版社， 2002 3 胡家秀编著 . 机械零件设计实用手册 . 北京：机械工业出版社 . 1999 4 金光良编著 . 螺纹加工与测量手册 . 国防工业出版社， 1982 5 王先逵编著 . 机械制造工艺学 . 北京：机械工业出版社， 2006 6 廖念钊，莫雨松等编著 .互换性与技术测量 . 北京：中国计量出版社， 2000 7 徐灏主编 . 机械设计手册第三卷 . 北京：机械工业出版社， 1991 8 机械设计手册编委会编著 . 机械设计手册（新版） . 北京：机械工业出版社，2004 9 晨光主编 . 不锈钢螺纹加工 . 北京：机械工业出版社 . 1977 10 哈尔滨工业大学，哈尔滨市教育局专用机床设计与制造编写组编著 . 专用机床设计与制造 . 哈尔滨：黑龙江人民出版社 . 1979 11 东北工学院机械零件设计手册编写组编著 . 机械零件设计手册 . 1979 六、备注 nts 指导教师意见： 签字 ： 年 月 日 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 46 钻头扭矩的测量 作者 D.G.bellow and G.C.Kiss 来自 Experimental Mechanics 引言 测量一个旋转轴的扭矩是一个 简单 ，然而，复杂的过程。说它 简单 是因为 ，通过使用适当的电阻应变片 ，从应变片读数分析计算扭矩很容易。然而，过程复杂的是传递从一根旋转轴采集器来的电信号。使用滑环去克服这一问题被广泛采用，然而还有问题，采集到的信号叠加了噪声，这也产生了问题。这些都是目前遇到的然而可采用一些可依赖的开发的系统来测量扭矩，可依据各种内螺纹的速度和加工条件来确定。 在 大量 测量钻井 力的报告 中 ， Galloway 利用测力机在钻的地方测出夹紧力了。Loewen 的 另一个 报告描述相似的测力计测量钻井扭矩，使用电阻应变片和一变矩管片。而这些设备足够做他们描述的实验，他们要求测试在实验室里实施而不是在生产环境下。在实验室测试是 方便 的， 不过没有在现场或生产状况下测试更令人信服。 本文的目的是描述两个简单负荷测力机，已成功在实验室和生产环境下测量攻丝扭矩。在测力机的设计中采用了某些功能以便适用于不同尺寸的钻头或丝锥。为了方便评估，他设计成了测量在生产环境下攻一英寸内螺纹的扭矩。 攻丝扭矩的测量可以确定 钻头的攻丝扭矩或在工件上产生的对应扭矩 。用于这个项目的主应用程序，它认为太成本高昂，而且复杂，对修改夹紧装置作为一个测力机的生产机器，而且，它是设计成对钻头进行检测以测量活动变矩的线切割过程中。一旦他决定测量丝锥，下一步是从信号采集器那获得扭矩信号。这通过两种方式来实现：一是使用一个小的连在旋转钻头上的 调频 传送器，另一个是使用一机床，工件 旋转 和钻头 固定。这些测力机的结构和采集到的结果会在下面描述。 调频 测矩器 使用调频扭矩测量装置从远处传送旋转轴来的扭矩信号到目的地并不新鲜。然而，此设备的应用，瞬态扭矩的记 录，到目前为止已背离常规测量攻丝力的方法。虽然一个调频发射机和接收机的成本并不微不足道（现在， 2500 美元），这代表在此转矩测量系统中的主要成本。一样，调频发射机是一个通用的设备，可以根据它合理的初始成本用于其他测量系统，不需要 专们 使用测量扭矩。 这项调查的结果，一 Inmet 型号的 T-208B 发射机和一 Inmet 型号 的 RI0-B 的接收器被采用。传送器测量在 1 又 3/4 英寸（ 44 毫米）二栋直径和 1 又 1/2 英寸（ 38 毫米）nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 47 长。发射器是装有提供的充电镉镍电池桥梁励磁电压，以及所需的电源到接收机信号的传输。该发射重量 为 2 盎司（ 57 克） 。随着 4 个电阻在惠斯通电桥中的使用，使得该电阻应变片灵敏度为 125 的满量程输出。精度是 2%，线性度超过 1%的且频率范围超过 2000 赫兹，该发射器和接收器在调频波段 (88-108 MHz)中任意可调，且操作时有一载波为 10 kHz 的频率。 已确定预期的扭矩要求，生产 1 英寸（ 25 毫米 ) 内部螺线会不足以产生足够的应变 在 丝锥柄 面上 ， 则需要 没有加工的柄或 改变 的丝锥。四个电阻为 350 欧姆的电阻应变片面向 45纵向布置，以及连接在四臂惠斯登桥中，连接到丝锥柄。在测试的情况下，发现从应变片的测量数据高于 125 ，所以必须调整接收器的放大器。而且，增加了两电阻（ 75 270 ）降低了全面的灵敏性，有效降低了输出信号。用调频发射机仪表 连接丝锥柄 和 电阻片的一般贴法 示意图 如图 Fig.1。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 48 调频发射机测 力 仪的校准通过使用一个分流电阻 ， 它产生一个明显的应变值 （ 1） 其中gR是 应变片电阻 ，sR是分流电阻 ， k 为使用的应变片的应变系数 。 在输出测量紫外线示波器结构图 中， 如果所有 电阻 片都处于活动状态 ， 指定的分流电阻为一个应变片记录仪 的 四分之一。 结果， 根据实际记录仪中的输出测量值除以四 就是 攻丝情况 。 对于四个 活动 电阻 片 ， 扭矩 结果 可以 这样计算： （ 2） 其中 G 是刚性丝锥 的模量， r 是 丝锥柄 半径和 是 单桥 的应变 值 。此公式 (2)假定四臂活动桥用于连接 电阻 片 是叠加的 。 测力机机床 第二个的 测力机被 开发测量攻丝扭矩是被设计为 在 实验室 里在车床上 使用 的 。这是为了使攻丝 扭矩的测量在 生产条件下 和 那些在实验室测 得的相比较。 车床测 力 机还nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 49 可以在更大的灵活性选择 攻丝速度 ， 这 比一个生产线 更灵活 ，并 且得到了 结果 而不影响生产进度表， Fig.2 显示车床的 测力 机 一般 布置 在丝锥 柄的 末端，它套进 一平方米的称重传感器 在 A 点。 该矩形柄 B 连接 到 车床的一工具箱套 。该测 力 机扭矩臂 安装了 4个 350 欧姆的应变 片来 测量弯曲手臂的应变。 固定 （轴承点）由 车床刀具座 。 刀具 被设置为在移动与线程正制作，一致的进给速度 ， 但运载时没有提供任何的轴向推力，但丝锥是自己供给 。 在车床上 A 点的丝锥侧力矩的图片如图 Fig.3。 车床 测力 机 的校准 是通过在 Fig.3 中 的地点的测力 机， 除外，在 Fig.3 中的 靠在车床刀具箱的臂 C 被悬吊成 180且重量 连接到轴承点 (请参见 Fig.2） 。 校准曲线被绘制的这两个在调频发射机 测力 机和车床 测力 机的结果为线性的 比 例 。 典型输出增益为15-25 英尺磅（ 20-34 牛顿米）每厘 米 在 示波器上的输出 记录仪 。 尽管没有一个因素在自动穿线丝锥中， 可 末端仍可被测量，如在钻孔中，通过轴向测值到工具箱柄，如图Fig.2。 结果 为了 评估目的，一 1 英寸（ 25 毫米）的 API-10 卷 螺纹丝锥及一 1 英寸（ 25 毫米）API-10 常规 切螺纹丝锥用于加工内表面，它经 AIS1 8635 钢淬火 和 回火至 28C 洛氏硬度 。为了比较 调频发射机 测力 机与车床测 力 机 的 结果， 对 获得 声望应变片值的丝锥发射器 安装在车床测力机 一 螺距 输出信号同时 记录到 一个示波器 记录仪。 Fig.4 从测 力机的输出显示 相比 彼此 相当 ，以一般当 1 英寸 （ 25 毫 米 ）的 API- 10 冷轧螺纹制作 在每分钟 120 转。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 50 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 51 Fig.5 图表 比较 了 l 英寸（ 25 毫米） API-10 螺距 切割 丝锥和旋转丝锥和扭矩 。这些文件，得到使用测 力 机车床在此期间，一个 螺距 内正在生产的 4 英寸 （ 100 毫米）长的圆 筒。 这是显而易见的 丝锥 的切割作用是不同的切 割丝锥。 值得注意的是， 120的 英尺磅 （ 164 牛米）的 切割丝锥比 最大扭矩 一百四十 英尺磅（ 190 牛米）的要求 的旋转丝锥。 它此外发现切削的丝锥建立起到最大当气瓶的线程是 60%的扭矩跟在扭矩作为一个快速落客的完整，分路器的最终出来柱状 体的另一面 。对于旋转丝锥，扭矩 迅速 产生 并保持相对恒定，几乎穿过整个气缸（ 100 毫米）。 在 Fig.6 中显示的攻 丝 速度为 l 英寸（ 25 毫米 ) APi-10 螺距时的 攻丝扭矩。 大量的测试结果是光滑的曲线来 绘制来表示一个平均的值 。 结果，轧制和 切割丝锥 获得使用车床 测力 机，而这两种绘制在 165 和 240 rpm 获得使用调频发射机上一个过程中的轧制螺纹立式攻丝机 在 一生产 周期运行中。 所有速度测量 在攻丝载荷下。 有趣的是注意到，扭矩在垂直攻丝机线程 显在 车床采用 要少，在 相同的 丝锥 和切削速度 。我们 相信这是因为垂直攻丝机提供了更好 的润滑和垂直 润滑和 提供了更直接的 攻丝路径。从Fig.6 可以看到，在 120rpm 的攻丝速度， 它需要大约百分之 35 以上马力生产 一轧螺纹线 比生产 一切割线程 。 结果发现，在生产经营厂调频发射机导致接收的信号因贫困过度从焊接机电磁干扰，无线电控制的桥式起重机，和附近的电 器 机械 。 由于旋转 的 攻丝机 的丝锥 ，几乎失去了整个信号时，天线发射器是由 丝锥 柄从模糊视线向接收天线 。 此问题已主要 被解决靠在丝锥周围多设发射器 如图 Fig.1 所示。 nts黑龙江工程学院本科生毕业设计 52 在本次调查的线程使用 丝锥 下生产条件被用来生产 螺纹 4 英寸 （ 100 毫米）长的圆筒 。丝锥 所需没有终点 推力，但允许运行通过缸体的长度， 且在终点停止。在 车床测力 机 的 情况下，这种做法已继续但与附加到该的 丝锥 柄的调频发射机，线程过程不得不停止之前完成了关 丝锥 应变片防止损害其运行和发射器。 这不被视为是一个重大在这一问题足够的数据进行分析可以获得 丝锥 前完成跳动。 在 Fig.6 绘制取得的结果发现，一些 丝锥 和旋转速度，过高的 工具振动 阻止任何有意义的输出信号进行测量从评价测 力 机的。 例如， 与 丝锥 有禁铅单锥度，发现 速度超过 220 rpm 有工具振动 发生 。然而， 锥度切割为两个 丝锥一些列 可读的输出信号，得到了旋转速度高达 480 转（最 高速度计算）， 当丝锥第一次加工金属时 一些 振动可被观察 到。这些测试 复使用 损坏的钻头； 这 些将不再在生产中使用 。 在这些例子中，可以发现在 Fig.4 和 Fig.5 中从测力计输出的信号清晰，可读且类似。 从本研究 的 测试 可知 ， 工具的振动视乎占更大的因素比攻丝速度和 丝锥类型以及丝锥的工作条件 。 总结 这篇论文描述了两种测力机可成功地进行扭矩的测量。它表明测力机的结果具有可比性而且测力机可以用来有效地检测一些攻丝的特性，例如最大扭矩和给定攻丝长度时的扭矩图。车床测力机由一个优势那就是在一大速度范围下它可以用来测量攻丝状 况来模拟在攻丝机上生产。 这里验证性的测试是必须的，调频发射机测力机是一个简单的机器，它可以实现上述目的。 nts I 摘 要 本次设计的任务是自动攻丝机的设计。自动攻丝机一般由主传动系统，丝锥驱动系统，机架和工作台等部分组成。 攻丝机主要有三种驱动方式：气压驱动，液压驱动，电机驱动。气动马达转速高，扭力小。气动攻丝机效率高，操作方便，但是由于扭力小对大直径的内螺纹能力不足。液压驱动式攻丝机输出扭力大、攻丝速度快、操作方便、适用于加工大工件，攻牙多，尺寸大的模板和机床部件。电机驱动攻丝机通过电动机和传动方案的不同可以调节扭力和转速的输出。能同时满足小直径的内螺纹加工和大直径内螺纹的加工，传动稳定，生产技术成熟，在攻丝机领域 依然占有很重要的地位。选电机传动为本机的最终方案，加上立式机架。 在确定传动方案之后， 本设计 根据攻丝的最大直径及行程，设计计算主传动齿轮及丝锥进给机构的蜗杆蜗轮和齿轮齿条机构，然后设计校核轴和轴承。 关键词 ： 自动攻丝 ； 齿轮齿条机构 ；丝锥进给机构； 主传动系统 ； 蜗轮蜗杆机构 nts II ABSTRACT This design task is the design of automatic tapping machines. Automatic tapping machine generally by the main drive, tap drive system, chassis components and platforms The tapping machine mainly has three drive modes: gas pressure drive, hydraulic pressure drive, motor drive. Gas motor works on high speed, but on little torsion force. Gas drive tapping machine has high productivity, easy operation, but it do not suit large diameter inside thread because of shortage torsion force. Hydraulic driving tapping machine, with high tapping speed and easy operation, suits to tap big blank, because of enough torsion force. Motor drive tapping machines speed and torsion force is adjustable, using different electromotor and transmission way. It can content the requirement both of large diameter inside thread and small diameter inside thread. It still takes an important part of the tapping machine area, because of firm transmission and thorough skill. So I choose motor drive to my final scheme with vertical rack. After the determination of the transmission scheme, it have designed and calculated the main drive gears and the worm gear system and rack and pinion system of the tap feeding system recording to the tapping maximum diameter and travelling length. Then, I have designed and checked shafts and bearings. Keywords： Automatic tapping； Gear rack mechanism； tap feeding system; Main drive；worm gear systemnts 目 录 摘要 . I Abstract . II 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 攻丝机的介绍 . 1 1.2 攻丝机的分类 . 2 1.2.1 气动攻丝机 . 2 1.2.2 液压攻丝机 . 3 1.2.3 电动攻丝机 . 4 第 2 章 总体方案设计 . 11 2.1 主传动方案设计 . 11 2.2 丝锥驱动系统的方案设计 . 12 2.3 机架总体布局设计 . 15 2.4 本章小结 . 16 第 3 章 零部件 的选择及校核 . 17 3.1 电动机的选择 . 17 3.2 主传动系统设计计算 . 17 3.2.1 皮带轮的设计 . 18 3.2.2 第一对齿轮的设计计算 . 19 3.3 进给运动传动机构的计算 . 23 3.3.1 挂轮的尺寸及模数的取定 . 23 3.3.2 蜗轮蜗杆的设计计算 . 24 3.3.3 齿轮齿条的设计计算 . 27 3.4 轴的校核和轴承的校核 . 30 3.4.1 轴 1校核计算 . 30 3.4.2 轴 4 的校核计算 . 34 3.4.3 轴承校核 . 37 3.5 本章小结 . 38 结论 . 39 nts 参考文献 . 40 致谢 . 41 附录 42 nts 1 第 1 章 绪 论 螺纹加工在机器制造中占有重要地位，而对于小尺寸的内螺纹，攻丝几乎是唯一有效的加工方法。 攻丝是机械零部件制造、安装及整机装 配过程中必不可少的一个步骤。虽然在不少工作现场人们也能 用钻床来达到攻丝的目的，但无不存在过程繁琐、质量 不高、易出事故等弊端 。 随着加工中心的出现，数字化的高速车、铣、钻孔等的加工效率大幅度的提高，而攻丝加工的方式和技术没有突破，攻丝加工更加成为机械加工中的瓶颈。因此，研制 自动攻丝机， 提高攻丝加工的效率和精度具有比较重要的意义。本课题的设计目的是 完成一台自动攻丝机的整体设计，实现最大直径为 10mm的内螺纹攻丝自动加工 。 1.1 攻丝机的介绍 攻丝机是一种攻制螺纹时用的专用机械 。攻丝机一般由主传动系统，丝锥驱动 系统，机架和工作台等部分组成。 下面结合一个目前国内常见的自动攻丝机实例主要部分来说明。 攻丝机工作时带动攻牙器旋转，再将攻牙器上所夹持的丝锥对准并顶入预先制好的底孔中，底孔的孔壁上就被攻出螺纹而成为螺孔。 1. 缸体 2. 主轴套筒 3. 同步带轮 4. 花键套筒 5. 牙杆螺母 6.牙杆 7. 主轴 图 1.1 导 螺 杆式攻丝机的传动结构示意图 如图 1.1所示，导螺杆式攻丝机的传动结构是：电动机带轮带动同步带轮 3转动，同步带轮通过与它相配合的花键套筒 4带动与花键套筒相配合的主轴 7旋转；主nts 2 轴又带 动牙 36旋转，牙杆与固定在带轮架上的牙杆螺母 5啮合，使得主轴套筒 2在主轴的驱使下与缸体 1 之间产生轴线方向的滑动（及攻丝机的进给运动）。所攻制螺纹的螺距由牙杆与牙杆螺母的螺纹螺距决定。 1.2 攻丝机的分类 根据现在市面上销售的攻丝机大致可以分为气动攻丝机，液动攻丝机和 电 动攻丝机。 1.2.1 气动攻丝机 气动攻丝机是用 气 缸的伸缩来代替手工操作控制丝锥的进给和退出的自动攻丝机。它既减轻了操作工人的劳动强度，也保证了攻丝机加工的精度要求。下面就以市面上出现的一种气动自动攻丝机为例，进一步介绍气动攻丝机。 1. 主轴箱 2. 主动轮 3. 从动轮 4. 主轴机构 5. 上摩擦轮 6. 下摩擦轮 7. 拨叉 8. 调压阀 9. 电磁换向阀 10. 节流阀 11. 气缸 12. 输气管 13. 输气管 14. 活动铰链 15. 连杆 16. 脚踏开关 图 1.2 台式气动自动攻丝机 nts 3 台式气动攻丝机（如图 1.2所示）的工作过程： 打开气泵 及台式气动攻丝机电源开关，气泵产生的压缩空气经过调压阀达到理想稳定的工作压力。踩下脚踏开关，电磁换向阀动作，压缩空气经节流阀、输气管进入气缸上腔 ，同时气缸下腔排气，推动气缸活塞 向下运动（运动速度的快慢和压力大小可以调节节流阀，控制压缩空气的流量来实现），向下运动的气缸活塞带动连杆向下运动，是拨叉向下动作，向下动作的拨叉控制主轴机构、下摩擦轮向下运动 ，当丝锥与工件接触后，下摩擦轮啮合，主轴构件立即正转，丝锥开始攻丝，攻丝到位后，松开脚踏开关，使电磁换向阀切换，气缸下腔进气，上腔排气，推动活塞向上运动，带动连杆向上运动，使拨叉向上动作，此时下摩擦轮脱离啮合，上摩擦轮啮合，主轴机构反转，丝锥退出工件，完成一次攻丝。 1.2.2 液压攻丝机 液压攻丝机 是 用液压马达来驱动攻丝装置 的攻丝机器。一般适用于加工大工件，大螺纹，攻牙多、尺寸大的模板和机床部件。 1. 摆线式液压马达 2. 连接组建 3. 变速行星齿轮组 4. 丝锥夹头 图 1.3 液压攻丝机攻丝装置总装图 nts 4 图 1.4 液压攻丝机油路和电控结合线路图 液压攻丝机工作原理：（如图 1.3、 1.4所示） 由电气系统控制电动机工作，电动机工作带动油泵出油，油泵抽出的油经过电磁换向阀和调速阀进入液压马达。液压马达的转动带动连接组件的转动，连接组件将转动传进变速行星齿轮组，变速行星齿轮组带动丝锥夹头，进而丝 锥夹头上夹持的丝锥进行攻丝。其中正反控制按钮能控制电磁换向阀，进而控制液压马达的正反转。同时，通过调节调速阀能够控制进入马达的液压油流量，进而控制液压马达的转速。 1.2.3 电动攻丝机 电动攻丝机的特点是它的攻丝机构由电动机驱动。 电动攻丝机是市面上比较传统的攻丝机，在机械加工中仍占有很重要的地位。下面就 MA152型转子自动攻丝机来大致介绍电动攻丝机的工作原理。 nts 5 1. 转子共用轴 2. 齿轮 3. 转子鼓 4. 滑板 5. 滚柱 6. 靠模 7. 攻丝转子 8. 攻丝部件 9. 丝锥 10. 上料转子 11. 上料槽 12. 鸡心夹头 13. 壳体 14. 主轴转子 15. 主轴 16. 夹头加紧机构 17. 滚柱 18. 靠模 19. 齿轮 图 1.5 MA152型转子自动攻丝机 在所研制的自动攻丝机上，视其应用功能和所要求的攻丝精度不同，可以采用直柄丝锥，也可以采用弯柄丝锥。用于家具附件圆螺母攻丝加工的 MA152 型转子式自动攻丝机，从 1990年起已成功地应用于生产中其主要技术参数为；被切螺纹 M6 M8 ，生产率 80件 min ，转子转速 1 0r min ，主轴 转速 500r min ，主轴数量 8，额定功率 4.19 k W，外形尺寸 ( 长宽高 ) 1950 1230 x1680 mm， 重量 2700 k g 。 原理如图 1.5 所示，攻丝加工采用弯柄丝锥以自进方式同时在 5个工位上进行。每一个工位包括带有鸡心夹头 l2 的主轴 l5 和装有丝锥 9的攻丝头 8。这些工位完成连续输送的旋转功能。自动攻丝机采用焊接床身，上面装有采用磁力分离机的冷却液供应和净化系统。在床身上，转子的共用轴 l水平安装在轴承中，由一个独立的传动系统驱动，而这个独立的传动系统则靠电机通过蜗 轮减速器和齿轮 2来驱动。转子轴上装有主轴转子 l4 、攻丝转子 7，转子鼓 3。主轴转子 l4上装有 8根主轴 l5 ，这些主轴配有鸡心夹头 12并与夹头夹紧机构 16相连接。主轴装在单独的壳体 l3 上，因而装拆方便。 主轴由电机通过蜗轮减速器和齿轮 l9带动旋转 。 当转子旋转时， 夹头夹紧机构的滚柱 l7沿靠模 18滚动，从而带动夹紧机构做夹紧和松开夹头所必需的往复运动。在主轴转子 l4 的前部装有上料转子 l0，紧靠上料转子的是从振动料斗中供应工件的上料 装置的上料槽 11。在处于导向槽中的攻丝转子 7上，装有 8个带丝锥 9的攻丝部件 8。攻丝部件与装在转子鼓 3上的滑板 4灵活地连接，从而由沿着靠模 6滚动的滚柱 5带动攻丝部件做往复运动。自动攻丝机是按如下方式工作的。 圆螺母毛坯装到上料装置的材料中，并由此移至上料转子，当上料装置旋转时， 便nts 6 以自身的夹头把毛坯夹紧，同时装在攻丝部件中的丝锥以自己的锥部将毛坯挤 入张开的 主轴夹头中并加以固定。攻丝 则 以自进给的方法进行。攻丝结束后，尖头 张 开，攻丝部件退回原始位置。至此，一个 工位 上的加工循环结束，空出的工位重新靠近毛坯夹紧区，循环重复进行。为了避免折断 丝锥， 在自动攻丝机上装有一个测量毛坯上是否有 孔 的机构。它装在 机 床的上框架上，由 主 轴转 子 上的凸轮带动工作。 当毛坯上没有孔时，毛坯就会被检测机构的顶针顶出侧窗并落 入 排屑的滑道中。 自动攻丝机上还装有 检测丝锥完好性的测量装置。当丝锥出现断裂时，便会停机并 亮起信号灯。 自动攻丝机可以 调整到加工其它规格的螺母的状态，并靠提高切削速度来提高生产率。 根据机床的 总体布局来分可以分为立式攻丝机和卧式攻丝机。 图 1.6 立式自动攻丝机主视图 nts 7 1. 底座 2. 立柱 3. 主轴 4. 上横梁 5. 下横梁 6. 上离合器 7. 下离合器 8. 定位套筒 9. 转轴 10. 连动机构 11. 电动机 12. 金属片 13. 传感器 14. 限位螺栓 15. 感应器 图 1.7 立式自动攻丝机后视图 接下来 再通过国内常见的两种攻丝机来介绍立式攻丝机和卧式攻丝机的区别。现在市面上的攻丝机类型有很多，工作原理也不尽相同。通过各种分类和举例，旨在厚积薄发，尽可能多的了解各种攻丝机的结构和原理。 1、立式自动攻丝机 立式自动攻丝机顾名思义就是它的主轴布置方向是竖直方向。下面来看一种很有特色的立式自动攻丝机。 由图 1.6、 1.7所示，可以 清晰的看清该立式自动攻丝机的结构；由图 1.8可以了解到该自动攻丝机的控制原理。 当自动攻丝机应用到自动加式系统中时，利用控制电路可以对攻丝机进行手动控制也额可以进行自动控制。当进行手动控制时，开关 S3 扳到下方。 S1开关扳到左边时，继电器 K7 得电，正反转电动机正向旋转带动转轴转动使主轴下降，攻丝机进行nts 8 攻丝。 S1 开关扳到右边时，继电器 K8 得电，正反转电动机反向转动带动转轴转动使主轴上升，攻丝机退出攻丝。而开关 S 2 控制进料装置的进料动作。当进行自动控制时，开关 S3扳到上方。此时，系统的工作步骤如下 ： 1.扳到上方打到自动位置，然后控制进料装置的电磁阀 D1得电，然后进料装置送料，然后料送至限定位置的传感器 X3处，然后传感器 X3发讯，然后继电器 K3 得电。 2.继电器 K3得电，使电磁阀 D1断电 、电磁阀 D2得电，进料装置停止进料，并进料转置的气缸后退，当进料装置的气缸后退到传感器 X4的位置时，传感器 X4发讯使得继电器 K4得电，然后电磁阀 D2断电使进料装置的气缸停止返回。同时，继电器 K3得电使继电器 K7得电，时间延时器 KT开始通电计时，然后电动机 M 正转，电动机带动转轴转动，主轴下降，开始攻丝。 图 1.8 立式自动攻丝机控制电路原理图 3.如果主轴的攻丝在时间延时器 KT设定的时间未完成时，即主轴在设定的时间内没有到达下限位置时，时间延时器 KT发讯，继电器 K6自锁，切断控制电源，控制电路停止工作。 4.如果主轴的攻丝在时间延时器 KT设定的时间内完成时，即主轴在设定的时间内到nts 9 达下限位置时，连接机构的连动杆 18使传感器 13发讯，然后继电器 K1得电，继电器K7断电，电动机 M反转，主轴上升，攻丝过程停止，返回。当主轴上升到上限位置时，此时金属片 12到达感应器 15处，从而上限位置传感器 X2发讯。然后，继电器 K2得电 ， K8断电，电动机 M停止，然后电磁阀 D1 得电，开始一个新的循环。 2、卧式自动攻丝机 卧式自动攻丝机顾名思义就是指它的主轴布置方向是水平布置的。下面来看一种常见的卧式自动攻丝机（ MA 452型转子式自动攻丝机）。 1. 靠模 2. 滚柱 3. 滑板 4. 滚柱 5. 靠模 6. 滑板 7. 导杆 8. 毛坯 9. 加紧转置 10. 丝锥 11. 导向套 12. 定位销 13. 主轴 14. 转子 图 1.9 MA 452 型转子式自动攻丝机示意图 如图 1.9所示 MA 452 型转 子式自动攻丝机是一种典型的卧式自动攻丝机。 它攻丝采用毛坯由靠摸按步进给的非逆转方式同时在 5个工位上进行。每一个工位包括 (如图 1.9所示 )带有丝锥 10 的主轴 13、导向套 11、刀杆 7和带滑板 3、 6的夹紧装置 9。各工位处于连续不断的传送旋转中。转子和主轴由双速电机通过皮带传动和圆柱齿轮减速器带动旋转，它们相互保持着传动关系。为了对不同螺距 (1和 1.25 mm) 的螺母进行攻丝加工，减速器装有改变主轴和转子间传动比的装置。主轴具有向丝锥传递扭矩的专门夹套，它们可以 在攻丝完成后把丝锥退出。在安装丝锥之前，丝锥上穿 满螺母为了把丝锥保持在退出夹套的位置上，采用了带有定位销 12 的可更换导向套 11。 在攻丝过程中，丝锥 10的前部被心轴 7 通过中心孔顶紧，以此来保持丝锥与毛坯 8 的同轴度。在毛坯装上之后，该心轴在夹紧之前使之定心并且使毛坯端面垂直于丝锥中心线。 当转子 14 旋转时，心轴和夹紧装置的推杆的滚柱 2和 4 沿靠模 1和 5滚动，带动它们做攻丝循环所必需的往复运动。 自动攻丝机的工作方式如下。毛坯从振动料斗落人下部具有挡板的上料槽中。在转子旋转时，它们被一个一个取走并进入夹紧装置的夹套中。这时，夹紧装置开始运nts 10 动，其扁楔在一 个松开的弹簧的作用下从侧面把毛坯固定。 用这种方式夹紧的毛坯向旋转的丝锥降落，每转的下降量相当于一个螺距，这要靠固 定端面靠模和转子及主轴间的传动关系来保证。在攻丝过程中，螺母沿丝锥降落，至尾柄处推动先已攻丝完毕的螺母。这时，后一螺母向定位销和导向套退出。攻丝结束后，夹紧装置返回原始位置。这时，被夹紧的已攻丝完毕的螺母使丝锥从夹套中退出，于是已经加工好的螺母便从丝锥尾柄上退下来，落人成品零件槽中。接下来，心轴将丝锥推回到主轴的夹套中，此后它就从槽中退出，以便能抓取下一个毛坯。至此，攻丝循环就告结束。 空出的 工位重新靠近毛坯抓取区，循环再度重复。 另外，自动攻丝机的分类还可以根据丝锥的类型分为弯柄丝锥攻丝机和直柄丝锥攻丝机。 弯柄丝锥攻丝机和直柄丝锥攻丝机的工 作原理大致相同，只是它们用于攻丝的丝锥形态有所区别。具体情况 可以根据图 1.5 所示 MA152型转子自动攻丝机 （弯柄丝锥攻丝机）和图 1.9 所示 MA452型转子式自动攻丝机（直柄丝锥攻丝机）进行比较了解。 nts 11 第 2 章 总体方案设计 现在出现的自动攻丝机品类繁多，功能相似，却又各有特色。通过对各种攻丝机的深入研究，比较各种攻丝机 的各自特色和优缺点，综合考虑 设计要求和经济效益等各方面， 进行了如下总体方案设计。总体方案设计主要包括主传动方案设计，丝锥驱动系统设计，机架总体布局设计。 2.1 主传动方案设计 攻丝机主要有三种驱动方式：气压驱动，液压驱动，电 机 驱动。 气动马达转速高，扭力小。气动攻丝机效率高，操作方便，但是由于扭力小对大直径的内螺纹能力不足。液压驱动式攻丝机输出扭力大、攻丝速度快、操作方便、适用于加工大工件，攻牙多，尺寸大的模板和机床部件。电 机 驱动攻丝机通过电动机和传动方案的不同可以调节扭力和转速的输出。能同时满足小直径的 内螺纹加工和大直径内螺纹的加工，传动稳定，生产技术成熟 ，在攻丝机领域依然占有很重要的地位。 通过综合考虑各种传动方案的优缺点和适用范围， 决定选用电气驱动来进行主传动方案设计。 通过深入研究和比较各种类型的攻丝机的传动方案和性能特点， 设计的攻丝机传动方案如图 2.1所示。 工作原理：电动机 1带动小带轮 2，小带轮 2通过皮带带动大带轮 3，大带轮 3的转动带动轴 1同步转动，轴 1的转动会同时带动安装在轴 1上的齿轮 4和轴 1末端的蜗杆 6转动；齿轮 4将驱动与之啮合的齿轮 5转动，同时装有齿轮 5的主轴 4也会同步转动，主轴 4的转动将带 动主轴末端夹持的丝锥转动，进而进行攻丝。轴 1末端的蜗杆 6的转动将带动与之啮合的涡轮 7转动，涡轮 7的转动将驱动与之同安装在轴2上的齿轮 8转动，齿轮 8的转动带动与之啮合的齿轮 9转动，齿轮 9的转动将带动轴 3转动，同时安装在轴 3上的齿轮 10也会同步转动，齿轮 10的转动将驱动安装在丝锥套 11上与之啮合的齿条做上下运动，进而齿条的上下运动驱动了丝锥套上夹持的丝锥做进给运动。该方案的特点是，用齿轮传动稳定有效，能通过各齿轮的齿数间的调节，按要求调节主轴的转速和进给速度，进而达到一转一螺距，一转攻一牙的要求，提高攻丝的质量 。 nts 12 1. 电动机 2. 小带轮 3. 大带轮 4. 齿轮 1 5. 齿轮 2 6. 蜗杆 7. 涡轮 8.挂齿轮 1 9. 挂齿轮 2 10.齿轮 3 11 丝锥套 图 2.1 传动方案示意图 2.2 丝锥驱动系统的方案设计 丝锥驱动系统在各种自动攻丝机上的设计各不一样。丝锥驱动系统也是攻丝机发展的一个重要标志。丝锥的运动包括丝锥用来切削的转动和丝锥的进给运动。 丝锥的转动主要有三种驱动方式： 1. 气压泵驱动装夹在主轴上的丝锥转动 （如图 2.2所示） ；2. 液压泵驱动装 夹在主轴上的丝锥转动 （如图 2.3所示） ； 3. 电动机驱动装夹在主轴上的丝锥转动 （如图 2.4所示） 。 nts 13 1.气压源 2. 气缸 3. 气马达 4. 工作管路 5. 主轴 6. 丝锥 图 2.2 气动攻丝机结构示意图 丝锥的进给运动有多种方案实现：主要有 原始的 人力 压下，自动攻丝机上常用的气缸驱动，油缸驱动，电动机驱动。各种驱动功能相同，方法各异，优缺点也各不相同。 原始的人力压下，虽然不像自动攻丝机那么有效率，但他也不像自动攻丝机那么复杂。人力压下驱动丝锥进给的一般结构比较简单，操作也很好上手。虽然 对攻丝经验有一定的要求，但是操作者能够对攻丝过程中的问题进行及时调整，达到较高的要求。人力压下驱动丝锥进给的攻丝机一般用于攻丝随机性较大，产量要求不高，攻丝位置、攻丝环境多变甚至自动攻丝机无法进行攻丝的场合。有时也用于对精度要一定要求的特殊场合。 气缸驱动丝锥进给 （如图 2.2 所示） 的特点是反映速度快，效率高，但是限于技术水平和成本问题，气缸驱动能提供的压力有限，在需要加工大直径内螺纹时能力不足，难以达到要求。液压油缸驱动丝锥进给 （如图 2.3所示） 的特点是传动平稳，压力输出能力大，需要专门的油泵、油箱和 液压 阀 来 支持。液压油缸驱动能较好的对大直径内螺纹进行加工，不过需要有专门的液压系统进行支撑。 电动机驱动丝锥进给运动是一种比较成熟也比较机动丰富的方式。电动机驱动丝锥进给运动一般需要通过传动机构进行传动，最终驱动丝锥的进给运动。 如图 1.1所示的导螺杆式攻丝机就是采用电动机驱动主轴转动，主轴的转动和主轴前端的牙杆套筒螺纹相配合，驱动主轴前端夹持的丝锥做进给运动。 如图 1.9所示的 MA 452型转子式自动攻丝机是通过电动机驱动转子 14 旋转，同时心轴和夹紧装置的推杆的滚柱沿靠模滚动，带动它们做攻丝循环所必需的往复进给运 动。如图 2.1所示的电动机驱动nts 14 丝锥进给运动是电动机通过几级传动驱动齿轮 10转动，从而带动与之啮合的齿条（固定在丝锥套同上）做上线往复运动，进而驱动丝锥套筒做竖直方向的进给运动。 如图2.4所示的电动机驱动丝锥进给运动是通过电动机带动皮带轮转动，皮带轮的转动传动到一根丝杆，丝杆的转动在带动与丝杆配合 的（ 固定 在丝锥套筒上的） 螺母 做垂直方向的进给运动。 1. 油箱 2. 液压马达 3. 油管 4. 丝锥套 5. 丝锥杆 6. 液压油缸 图 2.3 液压攻丝机 nts 15 1. 电动机 1 2. 小带 轮 3. 大带轮 4. 锥齿轮 1 5. 电动机 2 6. 联轴器 7. 减速器 8. 锥齿轮 2 9. 丝锥套 10. 轴承 11. 丝母丝杆机构 图 2.4 电气攻丝机 通过深入了解各种方案的优缺点， 决定用一个电动机通过齿轮传动的方式来驱动丝锥的切削转动，通过齿轮齿条的方式来驱动丝锥的进给运动。 2.3 机架总体布局设计 机架通常由床身、立柱、底座、横梁、横臂等支承组成。这些部件或者单独使用，或者组合起来，作为机床的支承。这些部件安放的位置的不同，就组成了不同的支承形式。常见的支承 形式可归纳为以下集中： （ 1） 横一字形支承。支承部件是床身或床身与底座的组合。由这种支承部件所组成的机床，称为卧式机床。 （ 2） 竖一字形支承。支承部件是立柱，或立柱和底座的组合。由这种 支承部件所组成的机床，称为立式机床。 （ 3） 倒 T字形支承。支承部件是床身和立柱的组合。由它组成的机床，称为复合式机床。 （ 4） 侧开口形支承。支承部件是床身（或底座）、立柱、横臂的组合。由它组成的机床称为单臂式机床。 （ 5） 方框支承。机床的支承由床身 、横梁以及两个立柱组合而成，形成封闭的方框。其所组成的机床，称为龙门式机床。 nts 16 上述机床的特点如下： （ 1） 立 式机床的特点： 1 占地面积小； 2 运动自由度大； 3 操作方便，操作者可以站在机床的前面、左边、右边操作； 4 当工件比较长时，机床的重心较高，易造成加工时工件的振动。 （ 2） 卧式机床的特点： 1 占地面积比较大； 2 机床重心比较低，有利于减少机床振动； 3 机床的执行部件可以在纵横两个方向移 动。 （ 3） 单臂式 机床的特点： 可加工横向尺寸较大的工件，但受力时横臂相当于悬臂梁，机床的刚度较低。 横臂越长，则可加工的横向尺寸就越大，但刚度也就越低。 （ 4）龙门式机床的特点： 它的支承部件组成了封闭的方框，因此大大提高了机床的刚度。但龙门式机床的支承部件较多，结构庞大，布局时要特别注意避免支承部件对操作者实现的妨碍。 （ 5）复合式机床的特点： 复合式机床的主要特点是它可以根据要求同时加工多个面，相应的结构会较为复杂，占地面积也比较大，设计是需要考虑的因素也比较多。 通过对各种形式机床的了解和 设 计要求， 决定选用立式机床， 排屑方便，占地面积小，操作方便，能较好的满足设计的加工要求。 2.4 本章小结 本章主要分析比较了各种攻丝机方案的优缺点，充分结合本次的设计要求，逐步确定了本次设计的总体方案。本次设计采用电机驱动，通过齿轮传动来驱动主轴转动，通过齿轮齿条传动来驱动丝锥的进给运动，采用立式机架作为整体机架方案。 nts 17 第 3 章 零部件的 选择 及校核 3.1 电动机的选择 切削转矩可由 4经验公式计算 P料KstDCM vMxMqMM （ 3.1） 其中： D为丝锥直径， )(21 dDt ， d为毛坯攻丝前的直径， s为攻丝的距离。 查 4表得 0.02CM ， 0.1qM ， 9.0xM ， 8.0vM PnbPK 75料（ 3.2） 查 4表得 75.0Pn ，由 MPab 75，取 1PK料计算得 ： 2.212011002.0 8.0 M 公斤力 功率 kwnMN 58.1974 7002.2974 电动机的功率NN 0（ 3.3） 其中 9.0 ，算出 kwN 75.10 由 计算出的攻丝功率， 由 2选电机型号为 YH100L1-4，功率为 2.2KW，额定转速为 1440r/min，重量为 34kg。 3.2 主传动系统设计计算 对于主驱动传动系统，由一对皮带轮和一对圆柱齿轮传动。 即120 iii ，其中0i为皮带传动比， 12i 为第一对齿轮的传动比。 由经验可知，丝锥旋转速度为 700r/min，则有 ： 06.27 0 01 4 4 04 rri （ 3.4） 轴 1和轴 4转速相同，则有 nts 18 112i 06.2120 iii （ 3.5） 查机械设计手册 2有皮带的传动效率 95.0 3.2.1 皮带轮的设计 1） 由 1图 8-10，选定皮带类型为 A型。 2） 初选小带轮的直径1dd，并验算带速 取小带轮的基准直径 mmdd 751 ，小带轮的转速即电动机的转速。 smndv d /35.51 0 0 060 1 4 4 0751 0 0 060 11 （ 3.6） smvsm /30/5 ，选带合适。 3） 计算大带轮直径 mmdid dd 5.1 5 47506.2102 据 1表 8-8，取 mmdd 1552 4） 初定中心距 定 mma 4500 5） 由 1式 8-22 计算所需带的基准长度 mma ddddaL ddddd 5.12644504 )75155()75155(245024 )()(22 202122100 （ 3.7） 由 1表 8-2，选带的基 准长度为 mmLd 1250。 6） 计算实际中心距 a mmLLaa dd 4432 5.126412504502 00 （ 3.8） 查 1表 8-2得带长修正系数 93.0LK 。 7）验算小带轮上的包角 nts 19 906.169443 3.57)75155(1803.57)(180 121 add dd（ 3.9） 满足条件。 8）计算单根 V带的额定功率 rP 由 mmdd 751 ， min/14400 rn ，查 1表 8-4a 得 kwP 67.00 根据 min/14400 rn ， 06.20 i和 A型带，查 1表 8-4b 得 kwP 16.00 查 1表 8-5得 98.0K， 93.0LK 有 kwKKPPPLr 76.093.098.0)16.067.0()( 00 （ 3.10） 9）计算 V带的根数 z 90.276.0 12.2 rcaPPz（ 3.11） 取 3z 10）计算单根 V带的初拉力额定最小值min0)(F由 1表 8-3得 A型带的单位长度质量为 mkgq /1.0 ，所以 NqvvK PKF ca 14135.51.035.597.02 2.2)97.05.2(4002 )5.2(400)( 22m i n0 （ 3.12） 则应使带的实际初拉力min00 )(FF 11）计算压轴 力pF压轴力的最小值为 NFzFp 4.8432 8.167s in141322s in)(2)( 1m i n0m i n （ 3.13） 3.2.2 第一对齿轮的设计计算 这对齿轮传递简图如图所示： nts 20 图 4.1 第一对齿轮传动简图 112i ； m in/70014 rnn 此处由于齿轮 2会在齿轮 1上有轴向移动，可以采用直齿轮传动，只需修正顶隙即可，这里采用直齿轮传动， 7级精度，齿轮材料为 45钢，硬度为 240HBS。 1） 初定中心距 021 )(21 azzm ，由攻丝机的结构可知，取 mma 700 。 2） 定齿数 1z 、 2z mmmzmz 7021 取 mmm 5.2 则 2821 zz 为了齿轮啮合的稳定性，取 2921 zz 3） 计算实际中心距 mmmza 5.72295.2 4） 计算 1z 、 2z 的分度圆、齿顶圆和齿根圆直径 mmmzddtt 5.72121 （ 3.14） mmhdddtaa 75.7825.15.225.722121 （ 3.15） nts 21 mmhdddtff 25.6625.65.722121 （ 3.16） 5）计算圆周速度 v smndv t /66.2100060 7005.72100060 11 （ 3.17） 6） 计算齿宽 mmdbdt 294.05.7211 ，由于其结构的特殊性，取 mmb 201 。 mmbb 75605512 7） 计算齿宽与齿高之比hb齿