Y3180型滚齿机主轴箱设计

摘要齿轮加工机床是一种技术含量高且结构复杂的机床。主传动箱是滚齿机最重要的部件。齿轮加工中的动力传递和变速主要都是通过主传动箱来完成的。传动箱紧固在床身的背面，其内装有主传动进给差动机构构件和走刀挂轮架及分度轴部件，分度挂轮架也在其中。主传动箱的第一根轴端部连接叶片泵，主电机开动后，叶片泵向机床各自动润滑点提供润滑油，向刀架立柱的液压缸供给压力油。主传动箱中的齿轮传动主要满足四条传动链的要求，特别是两条内传动链：展成运动链和附加运动链。主传动中的轴的设计，要考虑动载和主传动箱结构的要求，设计出来的轴安装好后不能与其他的零部件干涉。在设计的过程中，既要考虑到运动和动力的要求，还要注意不能使结构太臃肿，因此在本滚齿机主传动链的设计中对一些传动比做了适当的调整。走刀挂轮架与分度轴部件安装在主传动箱的后面。设计出的主传动箱能满足加工要求，保证加工精度，且满足强度、刚度、寿命、工艺性与经济性等方面的要求，并使机床运行平稳，工作可靠，结构合理，装卸方便，便于维修与调整。关键词：内传动链；主传动箱；分度轴AbstractThe gear hobbing machine is one kinds of tools with high technology and the complex structure. The master drive box is the most important part of the gear hobbing machine. In the gear processing, power transmission and the speed change mainly is completes through the master driving box. The gear box fastening on the machine tool bodys back, there are the differential transmission, the dividing spindle, and the gear dividing swing frame in it. The first axis nose in main transmission box connects with vane pump. After main electromotor starting, the vane pump supplies the oil each lubricating points and the hydraulic pressure vessels. In the main drive box are four transmission chains, specially two interior transmission chains: the meshing movement chain and the increment motion chain. Design of the axes in main drive box must consider the moving load and structure request of the master drive box, and they cannot interfere with other part after installed. In design process, the movement and the power request must be considered, and the structure can not be too fat. Therefore, some transmission ratios of the drive chain have been made the suitable adjustment. The dividing spindle and the gear swing frame for feeding are installed on the main transmission gear box behind. The main transmission gear box must satisfy some demands, such as intensity, rigidity, life, movement stability, structure rationality, convenience in loading and unloading, machining precision, and technical and economical demands.Key words: interior transmission chain; main transmission gear box; the dividing spindle; the gear swing frame for feeding5目 录摘要IAbstractII目 录1第一章 前言1第二章 滚齿机总体设计32.1总体方案论证32.2 拟定传动方案32.3 确定详细传动方案52.4 床身72.5 主传动箱72.6 刀架立柱82.7 滚刀牙箱82.8 工作台82.9 外支架8第三章 主传动链的设计93.1 主电动机的选择93.2 传动比的计算及分配103.3 V带的设计计算113.4 主传动链的动力计算143.4.1 第二级变速齿轮的动力计算143.4.2 第三级变速齿轮(锥齿轮)的动力计算153.4.3 第四级变速齿轮的动力计算163.5 主传动链中轴的最小径的估算18第四章 主传动箱装配结构设计224.1 主传动箱内分齿挂轮的调整234.2 主传动箱内差动挂轮的调整234.3 变速挂轮的调整24第五章 分度轴及走刀挂轮架的设计265.1 确定分度轴的材料及热处理方法265.2 分度轴的结构设计265.3 分度轴强度的校核275.4 走刀挂轮架的设计28第六章 结论30参考文献31致 谢32附 录33第一章 前言齿轮加工机床是一种技术含量高且结构复杂的机床系统，由于齿轮使用的量大面广，齿轮加工机床已成为汽车、摩托车、工程机械、船舶等行业的关键设备。特别是，随着汽车工业的高速发展，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。随着重型车市场的高速扩张和产销量的迅速增长，变速箱和齿轮制造行业的内部竞争必将进一步加剧，为齿轮机床行业增加了良性发展的大好机会，各生产厂商大规模技改投资齿轮加工机床。目前国际上生产滚齿机的强国美国、德国和日本，也是世界经济强国和汽车生产大国。美国Gleason-pfauter公司，德国的Liebherr 公司，日本的三菱重工公司、坚藤、清和公司和意大利的SU公司是国外最具实力的滚齿机制造商。这些公司目前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。近年来，为更好地满足滚齿加工中的绿色制造，德国Liebherr 公司早在十几年前就开始研究高速干式切削滚齿机。日本三菱重工则是最早将高速干式切削滚齿机商品化的制造商，它们的成功还得益于滚刀制造技术的提高。目前，Liebherr、Gleason-pfauter、三菱重工、SU、坚藤和清和均开发了适用于高速干式切削的滚齿机产品。在特别重视环保的世界著名齿轮制造商中，如德国ZF公司、美国Ford汽车公司等使用高速干式滚齿已成为主流。在我国上海汽车齿轮公司及陕西发士特公司也已开始采购三菱重工公司生产的干式切削滚齿机。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。本次所设计的滚齿机主传动箱是Y3180系列普通型滚齿机的主要部件之一，该机床主要用于单件、小批和成批圆柱齿轮与蜗轮的铣削加工。机床最大切削模数8mm，铣削圆柱齿轮最大外径为800mm，铣刀最大垂直行程长度为350mm，滚刀转速范围为40200rpm。在正常情况下，其加工精度要求达到78级精度，表面粗糙度Ra达3.2m。主要设计任务是机床主传动设计，主传动箱装配结构设计，分度轴及走刀挂轮架设计和主传动箱零件结构设计。主传动箱紧固在床身的背面，其内装有主传动进给差动机构构件，主传动进给与差动挂轮均在其中。牙箱的第一根轴端部连接叶片泵，当主电机开动后，叶片泵开始工作，向机床各部位自动润滑点供给润滑油，并向刀架立柱的液压缸提供压力油。主传动箱中的齿轮传动主要满足四条传动链的要求，特别是两条内传动链：展成运动链和附加运动链。主传动中轴的设计要同时考虑动载和主传动箱结构的要求，设计出来的轴安装好后不能与其他零部件干涉。在设计过程中，既要考虑到运动和动力的要求，还要注意不能使结构太臃肿，因此在本滚齿机的主传动链的设计中对一些传动比做了适当的调整。传统滚齿机在加工过程中有以下特点：(1)滚削齿轮时，应用切削液可提高刀具寿命，改善加工表面质量和利于排出切削热而不致引起机床的热变形。但是，在高速切削过程中切削液的飞溅和形成的油雾对生态环境和人类特别有害，变质切削液的排放也会严重污染环境。(2)机床漏、混油严重。(3)加工成本高。机床的材料用量、能耗、油耗及附加费大，湿式齿轮加工中消耗的切削液及切削液附加装置的费用占加工成本的20%左右。(4)生产效率低下，加工质量差，难以满足现代企业生产的要求。开发研制新的滚齿机可以使公司拥有更大的市场份额，创造更好的经济效益和社会效益，同时在技术上达到一个新的高度。第二章 滚齿机总体设计2.1总体方案论证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一个或几个，螺旋角增大到很大，呈螺杆状，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。滚齿时齿廓的成形方法是展成法，成形滚刀旋转运动和工件旋转运动组成的复合运动就是展成运动，再加上滚刀沿工件轴线垂直方向的进给运动，就可切出整个齿长。其设计依据如下：a) 最大切削模数8mm；b) 铣削圆柱齿轮最大外径800mm；c) 铣刀最大直径180mm；d) 最大加工宽度320mm；e) 铣刀最大垂直行程长度350mm；f) 滚刀转数范围40200r/min。g) 主电机功率及转速5.5kw，1440r/min。2.2 拟定传动方案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。它需具有以下三条传动链： a) 主运动传动链：电动机M123滚刀，是一条外联系得传动链，实现滚刀的旋转运动。其中，为置换机构，用以变换滚刀的转速。b) 展成运动传动链：滚刀3456工作台，是内联系传动链，实现渐开线齿廓的复合成形运动。对单头滚刀而言，滚刀转一转，工件应转过一个齿，所以要求滚刀与工作台之间必须保持严格的传动比关系。其中换置机构为，用于适应工件齿数和滚刀头数的变化，其传动比的要求很精确。由于工作台的旋转方向与滚刀螺旋角的旋向有关，故在这条传动链中，还设有工作台变向机构。c) 轴向进给运动传动链：工作台612111087刀架，是一条外传动链，实现齿宽方向直线形齿形的运动。其中，换置机构为，用于调整轴向进给量的大小和方向，以适应不同加工表面粗糙度的要求，轴向进给运动是一个独立的简单运动，作为外联系传动链它可以使用独立的运动源来驱动，这里所以用工作台作为间接运动源，是因为滚齿时的进给量通常以工件每转1转时，刀架的位移量来计量，且刀架运动速度较低，采用这种传动方案，不仅满足了工艺上的需要，还能简化机床的结构。图2-1所示为滚切直齿圆柱齿轮齿轮的传动原理图。图2-1 滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图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B3（简称附加运动