JX02-022@Y3150E型滚齿机的转台设计
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JX02-022@Y3150E型滚齿机的转台设计,机械毕业设计全套
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毕业设计说明书 题 目： Y3150E 型滚齿机工作台设计 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 学 号： 姓 名： 指导教师： 、 完成日期： 2014.5.20 nts 目 录 第 1章 绪论 . III 1.1 引言 . 1 1.2 齿轮加工机床的国内外发展概况 . 1 1.3 论文的主要构成 . 3 第 2章 滚齿机的总体设计 . 4 2.1 滚齿原理 . 4 2.2 Y3150E 型滚齿机的结构 . 4 2.3 Y3150E 型滚齿机技术规格 . 5 2.4 回转工作台的方案设计 . 6 2.5 回转工作台的设计结构 . 6 2.6 本章小结 . 8 第 3章 回转工作台传动部分的设计计算 . 9 3.1 电动机的选择 . 9 3.2 蜗杆传动的设计 . 9 3.2.1 选择蜗杆传动的类型 . 9 3.2.2 选择材料 . 9 3.2.3 按齿面 接触疲劳强度进行设计 . 9 3.2.4 蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸 . 11 3.2.5 校核齿根弯曲疲劳强度 . 12 3.2.6 验算效率 . 13 3.3 蜗杆传动的润滑 . 13 3.3.1 润滑方法的选择 . 13 3.3.2 润滑油的选择 . 13 3.4 本章小结 . 14 第 4章 回转工作台主要部件的设计计算 . 15 4.1 蜗杆轴的结构设计 . 15 4.1.1 蜗杆轴的最小直径计算 . 15 4.1.2 蜗杆轴的强度校核 . 16 4.2 轴承寿命分析 . 17 4.3 本章小结 . 20 总结 . 21 nts致谢 . 22 参考文献 . 23 Y3150E 型滚齿机的转台设计 摘要 我国作为一个制造业的大国，齿轮加工技术水平一直比较落后，要加工高精 度的齿轮具有很大的难度。滚齿机是使用最广泛的齿轮加工机床，作为加工齿轮的一种重要手段，随着社会和科学技术水平的发展，对其加工精度的要求也越来越高。回转工作台作为滚齿机的一个重要的结构大件，它的特性直接关系到机床的加工精度和表面粗糙度。因此，回转工作台的设计是滚齿机设计中的一个很重要的环节。 本文首先介绍了滚齿原理及 Y3150E 型滚齿机的总体结构，并对 Y3150E 型滚齿机的回转工作台进行了方案设 计，其中重点对带动回转工作台旋转的蜗杆传动进行了设计，校核了蜗杆轴的强度，还对安装在蜗杆轴上的轴承进行了轴承寿命分析。 关键词： 滚齿机；滚齿原理；回转工作台；蜗杆传动。ntsAbstract China as a great manufacturing eountry the gear manufaeturing teehnology of which is lower than the worlds level. The gear hobbing machine, as one of the most important way to machinegears, is widely used. As the development of seience and teehnology, the maehining preeision beeome higher and higher. In hobbing machine, its rotary table is an important part influencing its machining preeision and stiffess of greatly. Hence, by means of optimizing analysis, strengthening the stiffness of hobbing machine is one effective way to improve its machining precision. This paper introduced the principle of gear hobbing and the overall structure of Y3150E type hobbing machine, and the Y3150E type hobbing machine rotary table was designed. The worm drive makiing ratory table working is designed. Besides, the worm shaft strength was checked and the bearing installate on this worm shaft was analyed. Key words: hobbing machine; principle of gear hobbing; rotary table; worm drivents 1 第 1 章 绪论 1.1 引言 齿轮传动是传递机器运动和动力的一种主要机械元件，它以其恒功率输出、承载能力大、传动效率高等优点而被广泛应用于各种机械设备及仪器仪表中，齿轮的质量及寿命将直接影响整机的工作性能。随着现代科学技术和工业水平的不断提高，对齿轮的制造质量要求也越来越高，齿轮的需求量也日益增加。这就要求机床制造业生产处高精度、高效率和高自动化程度的齿轮加工设备，以促进生产发展的需要。 对于齿轮产品，其形状特点造成了齿轮加工的成型运动复杂、制造难度较大，所以，齿轮制造水平能够在一定程度上反映一个国家机械工 业的技术水平。制造齿轮的方法有很多，如铸造、热轧或冲压，但精密齿轮的加工仍然主要依靠切削法。按照形成齿形的原理不同，可以分为成形法和展成法两大类。成形法是用与被切齿轮齿槽形状完全相符的成型铣刀切出齿轮的方法；而展成法加工齿轮是利用齿轮啮合的原理，其切齿过程模拟成某种齿轮副（齿条、圆柱齿轮、蜗杆、蜗轮、锥齿轮等）的啮合过程。 目前，滚齿是国内外应用最为广泛的切齿方法，一些国家滚齿机的拥有量约占所有齿轮机床总量的 45% 50%，其加工原理是展成法，即把齿轮啮合副的齿条制作成刀具。另一个则作为工件，靠内联传动链强 制刀具和工件作严格的啮合运动而展成切出齿廓。滚齿精度一般可以达到 7 8 级，当采用高精度滚刀和高精度滚齿机时，能够滚切 5 级的齿轮。 1.2 齿轮加工机床的国内外发展概况 德国首先创造了滚齿机，美国出现了插齿机，尤其是美国格利森公司研制的刨齿机和铣齿机，使直齿锥齿轮和弧齿锥齿轮的加工机床得到了较大的发展 ;瑞士奥利康铣齿机的出现，使等高齿系列的摆线齿锥齿轮得到应用。随着各行业对齿轮传动提出高性能的需求，以磨齿为代表的硬齿面加工技术开始出现。上世纪20 年代，瑞士马格公司创造了磨齿机之后，各类型的磨齿机和磨齿方法相继 出现。 40 年代，美国创造了剃齿机，为软齿面的高效精加工作出了贡献。 50 年代初，美国首先发展了晰齿机，作为淬硬齿轮的高效光整加工设备，为齿轮生产行业广泛使用。 60 年代中期，在欧美等国硬齿面制造技术的发展居主导地位，相应地，硬齿面加工设备的发展令人目不暇接。齿轮加工机床的数控，由于技术难nts 2 度大和其他原因，起步较晚。但计算机数控给齿轮加工机床带来了革命性的变化，自 80 年代初进入实用期以来，进展十分迅速，德国的普法特公司已停止普通滚齿机生产，日本的三菱和瑞士的莱士豪尔公司生产的齿轮机床大部也是 CNC 型。90 年代后随着 电子齿轮箱传动、误差补偿、参数化编程等技术在齿轮加工机床上的广泛应用，数控机床的发展更加迅猛。进入 21 世纪以来，由于采用先进的加工软件及数控系统，欧美等国的齿轮加工机床正向着高效、高精度、柔性化、综合化等方面发展 l。 2006 年 9 月美国国际制造技术展览会于芝加哥展览中心举办， 2006 年 11 月第 23 届日本国际机床展览会于日本东京举办， 2007 年 4 月第10 届中国国际机床展览会在北京成功举办， 2007 年 9 月欧洲国际机床展览会于汉诺威国际展览中心举办，通过近几年的国际四大机床展可以看出国外先进的齿轮加工技术和制齿 机床已经呈现出全数控化、高速、高效化、高加工精度化、功能复合化及绿色化等特点 2-5。 我国的齿轮机床制造业，始建于 50 年代初，开始时全面引进前苏联的技术，发展了我国第一代齿轮加工机床。从 60 年代起，通过引进、吸收德、英、美等国的先进技术并结合我国国情进行创新，开发了一系列的齿轮机床新产品，至80 年代初，己达到全面更新换代。在滚、插、剃、晰、磨、锥齿轮加工、倒棱、倒角等主要齿轮加工机床方面 .形成较完整的系列，贯彻了较先进的制造标准，能基本上满足我国齿轮制造业的需要，并有少量出口 6。目前，以齿轮机床制造为主业的厂家约 10 家，已成为我国机床工具行业的一个重要分支。 上世纪 70 年代以后，由于现代机械设备的功率、速度、噪声与结构尺寸等工作参数的提高，以及对工作可靠性的进一步要求，目前齿轮装置的制造精度和内在质量都提高了。在很多场合使用的齿轮装置中，越来越普遍的采用材质较好的硬齿面齿轮，尤其在汽车、农机等行业，齿轮性能不断提高、批量在扩大、规格品种在增加，对齿轮加工技术在高精度、高效率、自动化与柔性化等方面提出更高的要求。齿轮机床制造厂家，为适应这一新的要求，进行了一系列的基础研究，同时吸收现代科学技术的相关成果 ，开发了新一代的齿轮机床产品 7。尤其是计算机技术和电子技术的应用，使齿轮机床面目为之一新。齿轮加工机床的数控，由于技术难度大和其他原因，起步较晚 4。我国自 80 年代中期开始研制，通过 10 多年的努力，己能生产各类 CNC 型齿轮加工机床。进入 2000 年以来，我国数控齿轮加工机床的发展己由成长期进入成熟期，并正向着高速、高效、高精度、综合化等方面发展，但在其网络化方面与国外仍然有很大差距。从 1989 年起，中国国际机床展览会每隔两年举办一次，迄今为止成功举办了十届， CIMT的展会规模一直居中国各类国际专业工业展 览会之首，己成为国际先进制造技术交流与贸易的重要场所。 2007年 4月 9日第 10届中国国际机床展览会 (CIMT20O7)nts 3 在北京成功举行，国内齿轮加工机床参展商主要有陕西秦川机床工具集团有限公司、天津第一机床总厂、重庆机床有限责任公司、天津市精诚机床制造有限公司等，他们展出的产品充分展现了国内齿轮加工机床的 “ 精密、高效、复合、专用、大型 ” 的特点，与国外技术水平先进的机床相比，国产机床制造商在提高机床的可靠性、稳定性、加工效率、加工精度上下功夫，加快新产品研发力度，缩小与国外先进技术的差距，替代进口并扩大出口，以 改变先进的加工技术和加工设备为西方发达国家所垄断的现实 8。 滚齿机是使用最广泛的齿轮加工机床，其数量约占整个齿轮加工机床的 45%左右。多数情况下，滚齿机用来加工渐开线齿形的直齿、斜齿和人字齿轮，只要工件的模数、压力角与滚刀一致，通过机床的调整便可以加工不同齿数和不同螺旋角的齿轮。实际上，只要滚刀与工件齿形共辘，就可以加工其他齿形的工件，如圆弧齿轮、摆线齿轮、链轮等。大型滚齿机除按展成法工作外，尚设分度铣齿装置，用盘铣刀或指状铣刀作仿形铣齿 ;或附设内齿滚刀架，用特定的螺旋滚刀，按展成法滚切内齿轮。 滚齿机 既适用于高效率的齿形粗加工，又适用于高精度齿形精加工。由于适应范围大、调整简易、操作方便，因此这种机床不论对于大量生产和成批生产的工厂，或者是小量生产和单件生产的工厂，都是一种比较经济的齿形加工设备。滚齿尺寸规格范围宽，直径从不足 1 毫米、模数不足 0.1 毫米 (仪表齿轮 )至直径12 米、模数 40 毫米的工件都可滚齿。滚齿机适用于加工目前已实际应用的各种齿轮材料。由于滚齿机技术的进步，已生产出多种型号的滚齿机，可以使用硬质合金滚刀半精滚或精滚淬过火的硬齿面齿轮，可以减少磨齿余量甚至代替部分磨齿 1。 由于数控技术的 应用，更加拓展了滚齿机的工艺性能，但仍有其局限性，例如 :不能加工窄空刀槽的齿轮块、中小尺寸的内齿轮和齿条，不能加工节曲线不封闭或凹形节曲线的非圆齿轮等。 我国作为一个制造业的大国，各行各业对齿轮的需求量一直都比较大，但齿轮加工技术水平却一直比较落后，要加工高精度的齿轮具有很大的难度。 1.3 论文的主要构成 本文是以 Y3150E 滚齿机为设计对象，主要解决 Y3150E 滚齿机回转工作台的工作原理和机械结构的设计与计算部分。设计计算部分包括蜗杆传动的设计、蜗杆轴的强度校核及轴承的寿命分析。nts 4 第 2 章 滚齿机的总体设 计 2.1 滚齿原理 滚齿机主要用于滚切直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮，还可以用来加工花键轴的键。滚齿加工是根据展成法原理来加工齿轮轮齿的。用齿轮滚刀加工齿轮的过程，相当于一对交错轴斜齿轮副啮合滚动的过程，如图 2.1（ a）所示。将其中的一个齿数减少到一个或几个，轮齿的螺旋倾角很大，就成了蜗杆，如图 2.1（ b）所示。再将蜗杆开槽并铲背，就成了齿轮滚刀，如图 2.1（ c）所示。因此，滚刀是指就是一个斜齿圆柱齿轮，当机床使滚刀和工件严格地按一对斜齿圆柱齿轮的速比关系作选择运动时，滚刀就可以在工件上连续不段地切出齿来。 （ a） 交错轴斜齿轮传动 （ b） 蜗杆传动 （ c） 滚齿加工 图 2.1 滚齿原理图 2.2 Y3150E 型滚齿机的结构 Y3150E 型滚齿机能够用于滚切直齿和斜齿圆柱齿轮。此外，还可采用手动径向进给法滚切蜗轮，也可以加工花键轴和链轮。 图 2.2 是 Y3150E 型滚齿机床的外形图。如图所示，机床由床身 1、立柱 2、刀架溜板 3、刀架 5、后立柱 8 和工作台 9 等组成。刀架溜板 3 带动滚刀刀架可沿立柱导轨作垂直进给运动和快速移动；安装滚刀的滚刀杆 4 装在刀架 5 的主轴上；刀架连同 滚刀一起可沿刀具溜板的圆形导轨在 240范围内调整安装角度。工件安装在工作台 9 的工件心轴 7 上或直接安装在工作台上，随同工作台一起作旋转运动。工作台安和后立柱装在同一溜板上，并沿床身的水平导轨作水平调整移动，以调整工件的径向位置或作手动径向进给运动。后立柱上的支架 6 可通过轴套或顶尖工件心轴的上端，以提高工件心轴的刚度，使滚切工作平稳。 nts 5 图 2.2 Y3150E 滚齿机外形图 1床身； 2立柱； 3刀架溜板； 4刀杆； 5滚刀架； 6支架； 7工件心轴； 8后立柱； 9工作台 转台设计采用了蜗杆传动，与其 他传动形式比较，在传动比相同的条件下，蜗杆传动的机构尺寸小，因而结构更为紧凑；由于蜗杆齿轮是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时在工作过程中，蜗杆传动所参与的啮合齿对数又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声也低。因此，本文回转工作台的设计方案采用蜗杆传动形式。 2.3 Y3150E 型滚齿机技术规格 Y3150E 型滚齿机的主要计算规格如下所示： （ 1）加工规范： 工件最大直径 500mm 工件最大模数 8mm 最大加工宽度 250mm 工件最少齿轮 5)( 滚刀头数最少KZ nts 6 （ 2）刀架 刀具最大直径 160mm 刀具最大长度 160mm 刀架最大回转角度 240 刀具最大轴向移动量 55mm 刀架垂直快速移动速度 0.5325 公尺 /分 刀架垂直手移动每转移动量 0.75mm （ 3）工作台 工作轴心到刀具轴心间的距离最大 330mm 工作轴心到刀具轴心间的距离最小 30mm 工作台面到刀具轴心间的距离最大 535mm 工作台面到刀具轴心间的距离最小 235mm 工作台直径 510mm 工作台液压快速移动距离 50mm 工作台水平手移动每转移动量 2mm 工作台工件用心轴直径 30mm 2.4 回转工作台的方案设计 此转台关键需满足以下几点要求： （ 1）机械的功能要求：应满足工作台的功率、转速和运动形式的要求。 （ 2）工作条 件的要求：例如工作环境、场地、工作制度等。 （ 3）工作性能的要求：保证工作可靠、传动效率高等。 （ 4）结构工艺性要求：如结构简单、尺寸紧凑、使用维护便利、工艺性和经济合理等。 根据以上要求，滚齿机转台的旋转采用蜗杆传动，既可实现自锁，结构又比较紧凑。与其他传动形式比较，在传动比相同的条件下，蜗杆传动的机构尺寸小，因而结构更为紧凑；由于蜗杆齿轮是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时在工作过程中，蜗杆传动所参与的啮合齿对数又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声也低。因此，本文回转工 作台的设计方案采用蜗杆传动形式是十分合理的。 2.5 回转工作台的设计结构 图 2.3 为 Y3150E 型滚齿机的工作台结构。工作台采用双圆环导轨支承和长nts 7 锥形滑动轴承定心的结构型式，它的轴向载荷由工作台底座 1 是上的圆环导轨 M和 N 承受，径向载荷由长锥形滑动轴承 17 承受。机床长期使用后，滑动轴承 17磨损，间隙增大，影响加工的精度，对此必须调整。调整方法为：先拆下垫片20（该垫片为两个半圆），然后根据轴承间隙的大小，将垫片 20 磨到一定的厚度再安装上。这样便可使得轴承 17 略为向上移，有利于其内孔与工作台下部的圆锥面配合， 从而使间隙得以调整。 图 2.3 Y3150E 滚齿机的工作台结构图 1溜板； 2工作台； 3分度蜗轮； 4圆锥滚子轴承； 5双螺母； 6隔套； 7蜗杆； 8角接触球轴承； 9套筒； 10T 形槽； 12底座； 13、 16压紧螺母； 14锁紧套； 15工件心轴； 17锥体滚动轴承； 18支架； 19、 20垫片； M、 N环形平面导轨； P1工作台中心孔上的面； P2底座上的圆柱表面； 由蜗杆 7 带动分度蜗轮 3，从而带动工作台 2 旋转。蜗轮和工作台之间由 圆nts 8 锥销定位，用螺钉紧固。蜗杆 7 由两个 P5 级精度的圆锥滚地轴承 32210/P5 和两个 P5 级精度的单列深沟球轴承 6210/P5 支承在支架 18 上，支架用螺钉装在工作台底座的侧面，陪磨垫片 19 保证蜗杆与蜗轮间合适的啮合间隙。蜗轮副采用压力喷油润滑。工件心轴底座 12 的内孔为莫氏锥度，与工件心轴的锥柄配合。 Y3150E 型滚齿机的工作台装有快速移动液压缸。当成批加工同一规格的齿轮时，为了缩短机床调整的时间，可以使用液压工快速移动工作台。加工第一个齿轮时，精度调整滚刀和工件的中心距离，加工好第一个齿轮后，转动 “工作台快速 移动 ”旋钮至 “退后 ”位置，则工作台在快速液压缸的活塞带动下快速退出。当装好第二个齿柸后，将 “工作台快速移动 ”旋钮转到 “向前 ”位置，工作台又快速返回原来的位置，这时就可进行第二个齿轮的加工。在调整工作台时，应先使工作台快速移动后，再手动调整滚刀和工作台之间的中心距，够则可能发生操作事故。 2.6 本章小结 本章主要介绍了滚齿机的工作原理和 Y3150E 型滚齿机的总体结构，并根据所要求的技术规格对 Y3150E 型滚齿机的回转工作台进行了方案设计。nts 9 第 3 章 回转工作台传动部分的设计计算 3.1 电动机的选择 滚齿机 回转工作台主要是由蜗轮、蜗杆、工作台、主轴、标准件等零件组成。其工作原理简述如下：回转工作台的运动是由交流伺服电机驱动蜗轮蜗杆系统，使工作台旋转。当机床回转工作台接到数控系统的指令后，启动交流伺服电机，按数控指令确定工作台的回转方向、回转速度及回转角度大小等参数。 根据相关资料，带动工作台旋转的蜗轮传动系统的传动比为 72，选择的工作台旋转电机型号为 IFK7083-5AF71-ISHO，其额定扭矩为 16Nm，转速为3000r/min。 3.2 蜗杆传动的设计 3.2.1 选择蜗杆传动的类型 根据方案设计，回转 工作台采用了蜗杆传动的形式。由 GB/T100851988的推荐，选择渐开线蜗杆（ ZI）。 3.2.2 选择材料 由于蜗杆传动功率并不大，速度中等，故蜗杆选用 45 刚；为提高耐磨性及传动的效率，蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为 45 55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁 HT100 制造。 3.2.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 根据蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由文献 9可知，传动中心距为 23 2 EPHZZa K T （ 3-1） （ 1）确定作用在蜗轮上的转矩 T2 按 z1=1，根据电机的输出扭矩为 16Nm，估取传动效率为 0.75，则 nts 10 6621219 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 /PPT T in n i （ 3-2） 式中， n1=3000； T1=16Nm； i=72。将参数代入上式，有 T2=864Nm。 （ 2）确定载荷系数 K 由于工作载荷较为稳定，载荷分布不均系数可以取为 K=1；参考文献 9表11-5 选取使用系数 1.15AK ;工作台的转速不高，其冲击较小，动载系数 Kv 取为1；则 AvK K K K（ 3-3） 1 . 1 5 1 1 . 0 5 1 . 2 1K （ 3）确定弹性影响系数 ZE 由于蜗轮、蜗杆的材料分别为铸锡磷青铜和刚，故 12160EZ M P a。 （ 4）确定接触系数 ZP 设蜗杆分度圆直径为 d1 和传动中心距 a 的比值为 0.35，由文献 9中图 11-18可得 ZP=2.9。 （ 5）确定许用接触应力 H 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度 45HRC，可从文献 9表 11-7 中查得蜗轮的基本许用应力 2 6 8H M P a 。 应力循环次数为 260 hN jn L（ 3-4） 式中， j 取 1； n2 为蜗轮转速，21/n n i； Lh 为蜗杆传动的寿命，设为 20000h。故 82 30006 0 6 0 1 2 0 0 0 0 0 5 1 072hN j n L 寿命系数 78 810 0 . 6 1 35 1 0HNK （ 3-5） 则 0 . 6 1 3 2 6 8 1 6 4 . 2 8 4H H N HK M P a M P a （ 3-6） nts 11 （ 6）计算中心距 23 1 6 0 3 . 11 . 2 1 8 6 4 0 0 0 1 5 2 . 9 9268a m m m m 取中心距为 a=280mm，因为传动比 i=72，根据文献 10表 16-8 与表 16-9 取模数 m=6.3mm，蜗杆分度圆直径 d1=112mm。此时，1 / 0.4da，从图 11-18 可查得接触系数 2 .7 4ppzz，因此以上计算结果可用。 3.2.4 蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸 （ 1）蜗杆 蜗杆头数 z1=1；分度圆导程角 =31310； 轴向齿距 1 9 . 7 9 2ap m m m （ 3-7） 直径系数 1 / 1 1 2 / 6 . 3 1 7 . 7 8q d m （ 3-8） 齿顶圆直径 *11 2 1 1 2 2 1 6 . 3 1 2 4 . 6aad d h m m m （ 3-9） 齿根圆直径 *11 2 ( ) 1 1 2 2 (1 6 . 3 0 . 2 5 ) 9 8 . 9fad d h m c m m （ 3-10） 蜗杆轴向齿厚 1 9 . 8 9 62as m m m（ 3-11） （ 2）蜗轮 根据文献 10表 16-9 得，蜗轮齿数 z2=71；变位系数 x2=0.0556； 验算传动比21/ 71i z z，此时传动比误差为 7 1 7 2 1 0 0 % 1 . 3 9 %72 该传动比误差在允许的范围内。 蜗轮分度圆直径 22 6 . 3 7 1 4 4 7 . 3d m z m m （ 3-12） nts 12 蜗轮齿顶圆直径 *2 2 22 ( ) 4 4 7 . 3 2 ( 1 0 . 0 5 5 6 ) 6 . 3 4 6 0 . 6aad d h x m m m （ 3-13） 蜗轮齿根圆直径 *2 2 22 ( ) 4 4 7 . 3 2 (1 0 . 0 5 5 6 0 . 2 5 ) 6 . 3 4 3 2 . 2 5fad d h x c m m m （ 3-14） 蜗轮咽喉母圆半径 22112 8 0 4 6 0 . 6 4 9 . 722gar a d m m （ 3-15） 3.2.5 校核齿根弯曲疲劳强度 2 2121 . 5 3 F F a FKT YYd d m（ 3-16） 当量齿数 22 3 0 371 7 1 . 3 4c o s c o s ( 3 . 2 2v zz ）（ 3-17） 根据 x2=0.0556， zv2=71.34，根据文献 9中图 11-19 可查得齿形系数 YFa2=2.55。 螺旋角系数 01 0 . 9 7 7140Y （ 3-18） 许用弯曲应力 蜗轮的材料为铸锡磷青铜 ZCuSn10P1，其基本许用弯曲 应力 5 6F M P a 。 寿命系数 6699 81 0 1 0 0 . 5 0 15 1 0FNK N （ 3-19） 许用应力 5 6 0 . 5 0 1 2 8 . 0 5 6F N F N F NK M P a （ 3-20） 根据式（ 3-16）得 1 . 5 3 1 . 2 1 9 2 1 6 0 0 2 . 5 5 0 . 9 7 7 1 3 . 4 7 1 1 2 4 4 7 . 3 6 . 3FF M P a nts 13 因此，弯曲强度满足要求。 3.2.6 验算效率 t a n( 0 . 9 5 0 . 9 6 ) t a n ( )v （ 3-21） 已 知， =31310； v=arctanfv。 其中， fv 与相对滑动速度 vs 有关，计算公式如下 116 0 1 0 0 0 c o ss dnv （ 3-22） 根据 d1=112mm， n1=3000，得 03 . 1 4 1 1 2 3 0 0 0 1 7 . 6 1 1 8 /6 0 1 0 0 0 c o s ( 3 . 2 2 )sv m s 由文献 9中表 11-18 查得， fv=0.014、 v=048。 将 fv、 v 代入式（ 3-22）得， =0.77，计算所得的效率略大于估算值 0.75，因此不需要重新计算。 3.3 蜗杆传动的润滑 一般说来，由于 蜗杆传动在工作过程中共轭齿面相对滑动速度大，导致损耗功率增大，油温也升高，传动效率低等，限制了蜗杆传动的承载能力。因此，伟解决上述问题，必须借助于润滑方法及润滑油的合理选择，改善共轭齿面间的润滑条件。 3.3.1 润滑方法的选择 当相对滑动速度 vs10m/s时多采用油池润滑方式，当相对滑动速度 vs10m/s时多采用压力方式喷油润滑。由上一节可知，相对滑动速度 vs=17.610m/s，故采用油池润滑方式。 根据文献 10知，当中心距 a100mm，因此选择全浸的方式。 3.3.2 润滑油的选择 润滑油的种类很多，国内外常用的润滑油大致分为，由聚乙二醇或聚醚有机nts 14 化合物组成的特殊润滑油；由矿物质油为基础油，加入 3%10%（质量分数）（通常加 5%）的动物脂符合而成的复合油；矿物油和极性矿物油。 润滑油的选择必须满足以下要求： （ 1）蜗杆传动主要的实效形式，是发热量过大油升过高引起的齿面胶合或磨粒磨损。故要求润滑油具有良好的油性、极压性、在高温下的抗氧化性； （ 2）为了改善动压油膜的形成条件，要求润滑油有 较高的粘度，良好的油安定性； （ 3）对于油中的添加剂，要求对蜗杆传动的啮合质量有良好的影响，为此应选择油脂性添加剂，其次选用磷型极压添加剂，再其次选用铅型添加剂，不选用硫氯型添加剂。 根据上述要求，选择中极性蜗轮蜗杆油，润滑油粘度和牌号如下表 3.1 所示。 表 3.1 润滑油的选择 速度 vs/ms-1 2.2 2.25 512 12 油粘度 /cSt/400C 612748 414506 288352 198242 油的牌号 680 460 320 220 3.4 本章小结 本章对带动 回转工作台旋转的蜗杆传动系统进行了具体的设计计算，确定了蜗杆传动的类型、主要参数、蜗轮蜗杆的尺寸及润滑方式。nts 15 第 4 章 回转工作台主要部件的设计计算 4.1 蜗 杆 轴的结构设计 4.1.1 蜗 杆 轴的最小直径计算 根据实心圆轴公式 9，其切应力 TTT dnPWT 362.0/1055.9 （ 4-1） 写成设计公式，轴的最小直径 633 09 . 5 5 1 00 . 2 TPPdAnn （ 4-2） 上两式中： TW 轴的抗扭截面系数， mm； P 轴传递的功率， kW； n 轴的转速， r/min； T 许用切应力， MPa； A0与轴材料有关的系数，可由表 15-3 查得 9。 对于受弯矩较大的轴宜取较小的 T 值。当轴上有键槽时，应适当增大轴径：单键增大 3%，双键增大 6%。 表 4.1 轴常用几种材料的 T及 A0 值 轴的材料 Q235,20 Q255,Q275,35 45 40Cr,38SiMnMo /MPa 12 15 20 25 30 35 40 45 52 C 160 148 135 125 118 112 106 102 98 根据 3.2.3小节，可知 P=5.03kw， n=3000r/min。轴的材料选择 45刚，有 A0=112。 则，轴的最小直径为 nts 16 633 9 . 5 5 1 0 5 . 0 31 1 2 1 3 . 30 . 2 3 0 0 0TPd m m m mn 4.1.2 蜗 杆 轴的强度校核 结合回转工作台的实际情况，将主轴与蜗杆做成一体，其 结构形式如图 4.1所示。图中蜗杆轴的结构有退刀槽，螺旋部分可以车制，也可以铣制。 图 4.1 蜗杆轴的结构形式图 a图 4.2 蜗杆轴的受力简图 蜗杆轴上装有角接触球轴承与圆锥滚子轴承。图 4.2 中符号 1、 2 表示角接触球轴承，符号 3、 4 表示圆锥滚子轴承。 通过给定的条件进行受力分析，算出个支撑点的受力情况，求出蜗杆轴在水平方向与竖直方向的弯矩，然后根据下式计算总的弯矩： 22hvM M M （ 4-3） 式中 : hM为水平方向承受的弯矩，vM为竖直方向承受的弯矩。 nts 17 通过计算得 38 . 2 6 1 0 .M N m 按弯扭合成强度条件： 22 31310 MT Kd（ ） （ 4-4） 式中： 轴计算截面上的工作应力（ Mpa） d 轴计算截面上的直径（ mm） M 轴计算截面上的弯矩（ N.mm） T 轴计算截面上的转矩（ N.mm） 考虑转矩和弯矩的作用性质差异的系数， =1 K 轴类别系数，实心轴 K=1 根据条件 T=7277.2Nm，按蜗杆轴的一般截面 d=90mm，以及查得蜗杆轴材料的1=60Mpa， M=26.51KNm（由受力分析以及（ 4-3）式计算得出），计算得到： =46.38Mpa15 角接触轴承 60000 73 0 0.58 0.32 14.6 15620 15 4.3 本章小结 本章主要对回转工作台的主轴进行了结构设计及强度校核，选择了主轴的轴承类型，并对其进行了寿命分析。nts 21 总结 本文阐述了滚齿机的 发展状况和滚齿原理，对 Y3150E 型滚齿机的回转工作台进行了结构设计，其设计思路是先原理后结构，先整体后局部，通过该设计思路首先展开设计计算，然后进行结构设计，并尽可能对结构进行优化，使结构变得更为紧凑。 Y3150E 型滚齿机的回转工作台是采用了蜗杆传动的形式，滚齿机回转工作台主要是由蜗轮、蜗杆、工作台、主轴、标准件等零件组成。回转工作台的运动是由交流伺服电机驱动蜗轮蜗杆系统，使工作台旋转。 在回转工作台的具体设计过程中，查阅大量资料，根据设计计算结果绘制二维装配草图，通过装配草图可以很直观地对工作台结构尺 寸进行设计，尽可能地使机构变得紧凑，调整好结构再进行计算并校核计算结果，如此反复提高设计质量，最后完成最终的设计。在这样的过程中，学习到了很多与机械设计相关的重要知识，从而提高了对机械设计的认识，为将来从事机械行业提供了很大的帮助。nts 22 致谢 论文的完成，首先要感谢我的指导老师，老师学识渊博、治学严谨，他充满热情的工作态度是学生们学习的好榜样。在论文的撰写过程中，老师给我提供过许多有益的帮助和建议，帮我开拓思路，深入研究，在此向老师表示最真诚的感谢！ 感谢与我同专业的许多同学，与他们的交流和探讨使我获得了很多启 发，在生活上也得到了他们的热心帮助，感谢他们一直以来对我的支持。 最后特别感谢我的父母和家人。在四年大学生活中，是他们默默地支持和鼓励着我，给了我克服在学习和生活中遇到困难的动力和勇气，他们是我前进道路上永远的精神支柱。nts 23 参考文献 1 齿轮手册编委会 . 齿轮手册（第二版） M. 北京 : 机械工业出版社 , 2000(8). 2 杨春林 ,. 美国芝加哥国际制造技术展览会 (IMTS2006)M. 世界制造技术与装备市场 , 2006(5): 45-46. 3 沈福金 . 日本机床技术的发展动向 J. 世界制造技术与装备 市场 , 2007(1): 60-68. 4 王红利 . 从 CIMT2007看齿轮加工机床的发展趋势 J. 世界制造技术与装备市场 , 2007(3): 40-44. 5 李先广 , 廖绍华 . 从 EMO2007看齿轮加工机床的发展 J. 世界制造技术与装备市场 , 2008(1): 62-66. 6 李先广 . 当代先进制齿及制齿机床技术的发展趋势 J.制造技术与机床 , 2003(2): 66-68. 7 李先广 . 当今制齿技术及制齿机床 J. 现代制造工程 , 2002(11
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