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y315 机主 传动 设计 机械 毕业设计 全套 资料 已经 通过 答辩

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毕业设计（论文）任务书 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机械 066 姓名 任鹏伟 下发日期 2009目 齿机设计 专题 主 要 内 容 及 要 求 功能 :范成法切削齿轮 技术指标 :切削齿轮的最大模数 :钢料 :8 最大加工直径： 500 滚刀心轴与齿轮胚轴间距离：最大 330小： 30 最大加工宽度： 250 刀架最大垂直行程： 300 滚刀主轴轴线到工作台面的距离： 235535 滚刀的最大直径： 160 装滚刀的 可换心轴直径： 22、 27、 32 滚刀轴向移动长度： 55 后立柱活动支臂行程长度： 200 滚刀主轴的变速级： 6 级（ 40250）。 工件每转一转滚刀的垂直进给量： 适应工况：适用于铣削圆柱形直齿轮、斜齿轮、涡轮及链轮等。 技术经济性要求：满足功能的基础上，生产成本和使用成本相对较低，价值高，具有较高的市场竞争力。 人机工程及安全性要求：机床造型要美观大方具有现代感，色泽应协调，使操作者感到舒适；操作标志要醒目明确不易误操作；操作应省力、方便、准确；工作噪音要低于7585 分贝 ，避免渗漏油等可能对环境造成污染的现象。 主要技术参数 进 度 及 完 成 日 期 3 月 23 4 月 05 日：现场调研明确任务要求、收集查阅资料等，完成实习报告。 4 月 064 月 19 日：方案设计阶段：完成功能分析、功能原理方案的比较选择；功能分解、功能元求解并作功能原理方案解的方案评价决策，草画总体示意图和传动示意图。计算滚刀的速度和功率，计算原动机功率并选择电机。运动方案综合、评价、确定系统最佳运动方案。 4 月 205 月 03 日：技术设计阶段：完成构型、选材料、各项计算、零部件尺寸、评价，最后确定最佳 结构方案。 5 月 045 月 10 日：总体设计阶段：完成总体布置、人机工程分析及设计、工业美学造型设计、价值优化分析等。 5 月 16 月 07 日：施工设计阶段：完成零件图、装配图等的生产图纸的绘制等工作。 6 月 086 月 14 日：完成设计说明书的整理及答辩准备等工作。 教学院长签字 日 期 教研 室 主任签字 日 期 指导 教师 签字 日 期 指 导 教 师 评 语 指导教师 : 年 月 日 指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人 : 年 月 日 答 辩 委 员 会 评 语 评 定 成 绩 指导教师给定 成绩 (30%) 评阅人 给定 成绩 (30%) 答辩成绩 （ 40%） 总 评 答辩委员会主席 签字 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 I 摘要 齿轮 是 现代机器和仪器中的重要零件，齿轮机构是在各种机构中应用最为广泛的一种传动机构。 它依靠轮齿齿廓直接接触来传递空间任意两轴 间 的运动和动力，并具有传递功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作可靠等优点。 因此，齿轮传动的应用极为广泛，齿轮的需要量也日益增加。用来加工齿轮轮齿表面的机床，称为齿轮加工机床。齿轮加工机床是机械制造工业中的一种重要技术装备。 齿轮传动也是在各种传动机构中应用最为广泛的一种传动机构。 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。正是由于其具有这一特点 ， 齿轮传动获得广泛应用 。于 是，用来加工齿轮的滚齿机变的更为重要。 本说明书描述了滚齿机在齿轮加工领域的不可或缺的地位及发展趋势，重点介绍了齿机主传动的设计计算。 本书从介绍课题研究的主要内容和滚齿机的的现状、未来的发展趋势入手，分析比较了滚齿机的多种方案设计，找出最佳方案，并对滚齿机主传动部分进行设计计算。 普通滚齿机，能加工直齿和斜齿圆柱齿轮、蜗轮及短花键轴，适于单件、小批或成批生产齿轮的工厂使用。机床结构优良，刚性强，热变形小，能承受较高速度的切削负荷，精度良好，操作方便，调整简单。加工齿轮时，机床可 按顺铣或逆铣方式工作。机床带有自动停机机构、安全装置及自动润滑系统，可以根据用户要求配置进口液压元件或用于滚切蜗轮的切向刀架。 关键词 ： 齿轮、齿轮加工、滚齿机、主传动、轴 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 is an of of in a of It on of to of in of a of so of is of is is to is an is in a of in a of is is it of is of of of of a of to be or of of to be or be to of or to to 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 录 摘要 . I . 录 . 第 1 章 绪论 . 1 齿机的研究意义及现状 . 1 1. 2 滚齿机的发展史及未来发展趋势 . 2 文主要内容 . 4 第 2 章 齿机方案设计 . 6 确总功能 . 6 能原理 . 6 能分解图 . 8 能元求解 . 10 能元求解方案分析 . 11 佳方案的分析及确定 . 19 绘整体示意图和传动示意图 . 24 算滚刀的速度和功率并选择电动机 . 26 第 3 章 滚齿机传动部分相关计算 . 29 床传动系统分析 . 29 速挂轮的计算 . 29 轮的设计计算 . 33 轮的材料选择和校核 . 35 的校核 . 41 参考文献 . 48 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 谢 . 49 附件 1 . 50 附件 2 . 55 青岛理工大学本科毕业设计说明书 1 第 1 章 绪论 齿机的研究意义及现状 滚齿机是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器 ,它是众多金属切削机床中重要的一种，它是制造机器的机器 ,所以又称为 “ 工作母机 ” 或工具机，习惯上简称为机床。 在现代机械制造工业中，加工机器零件的方法有多种，如铸造、锻造、焊接、切削加工和各种特种加工等。切削加工是将金属毛坯加工成具有较高精度的形状、尺寸和较高表面质量零件的主要加工方法。在加工精密零件时，目前主要还是依靠切削加工来达到所需的加工精度和表面质量。因此，金属切削机床是加工机器零件的主要设备。它所担负的工 作量，约占机器总制造工作量的 。机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。 滚齿机适用于批量或单件加工生产圆柱直齿轮、斜齿轮、蜗轮、链轮等，尚可加工一定参数范围内的短花键轴。该机床具有良好的刚性，能适用较高速及重负荷切削。可采用顺铣或逆铣的加工方法，通过轴向进给或径向进给加工工件。工件完成切削，机床能够自动停车，工作台自动快速移出，下一工件装夹完成无需找正即可快速自动回位。该机床操作使用安全方便，生产效率高，加工同一规格工件只需进行一次调整。 国民经济各主要行业对数控机床的需求呈 稳定增长的态势，像汽车、航天、航空、发电设备等产业，其发展之路都不再是要扩大多少规模，而是着重于提高产品的质量和水平。因此，这些行业需要更多的数控机床产品。 但 传统滚齿机凭借着自身廉价成本的优势仍占据着一定的市场份额。 传统 滚齿机的 用途和特点 ： 1、本机床适用于成批，小批及单件生产圆柱齿轮和蜗轮，尚可滚切一定参数范围的花键轴。 2、机床具有良好的刚性和极小的热变形，能进行较高速切削及重负荷切削。具有很高的生产效率。 3、机床调整方便，具有自动停车机构。 青岛理工大学本科毕业设计说明书 2 4、机床具有可靠的安全装置以及自动润滑系统。 这就是 我们为 什么还要专门研究设计传统的滚齿机的原因。 齿机的发展史和未来发展趋势 古代的齿轮是用手工修锉成形的。 1540 年，意大利的托里亚诺在制造钟表时，制成一台使用旋转锉刀的切齿装置； 1783年，法国的勒内制成了使用铣刀的齿轮加工机床，并有切削齿条和内齿轮的附件； 1820年前后，英国的怀特制造出第一台既能加工圆柱齿轮又能加工圆锥齿轮的机床。具有这一性能的机床到 19世纪后半叶又有发展。 二十世纪初，由于汽车工业的需要，各种磨齿机相继问世。 1930年左右在美国制成剃齿机 ； 1956年制成珩 齿机。 60年代以后，现代技术在一些先进的圆柱齿轮加工机床上获得应用，比如在大型机床上采用数字显示指示移动量和切齿深度；在滚齿机、插齿机和磨齿机上采用电子伺服系统和数控系统代替机械传动链和交换齿轮；用设有故障诊断功能的可编程序控制器，控制工作循环和变换切削参数；发展了数字控制非圆齿轮插齿机和适应控制滚齿机；在滚齿机上用电子传感器检测传动链运动误差，并自动反馈补偿误差等。 1905年在美国制造出带有两把刨刀的直齿锥齿轮刨齿机，又于 1913 年制成弧齿锥齿轮铣齿机； 1923年，出现了准渐开线齿锥齿轮铣齿机； 30年代研 制成能把直齿锥齿轮一次拉削成形的拉齿机，主要用于汽车差动齿轮的制造。 40 年代，为适应航空工业的需要，发展了弧齿锥齿轮磨齿机。 1944 年，瑞士厄利康公司制成延长外摆线齿锥齿轮铣齿机； 从 50 年代起，又发展了用双刀体组合式端面铣刀盘，加工延长外摆线齿锥齿轮的铣齿机 。 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，由于滚刀线速度在大于 70m/产生大量油雾，目前油雾的处理是采用全密封护罩加油雾分离器的方式将油和雾分开，将不含油的雾排向车间，冷凝后的油回到机青岛理工大学本科毕业设计说明书 3 床内循环使用；夹着油污的铁屑则通过磁力排屑器将铁屑和大部分油污分离。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将进入商品化阶段。 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，这是当前国外先进发达国家对机床研究的最前端技术。在国外发达国家，由于在工业发展过程中大量掠夺性使用资源及只注重生产效率，使其工业已发展到较高的水平，人们的物质生活水平也得到了提高。此时他们已感到早期的掠夺性使用资源及生产过程中不重视对环境的保护造成了对地球环境的极大破坏。因此，目前发达的工业国家如美国、德国及日本等都极其重视对环境的保护，在制造业领域绿色 制造的要求提出得较早。 目前国际上生产滚齿机的强国 美国、德国和日本，也是世界政治大国、经济强国和汽车生产大国。 这些国家的主要的滚齿机制造商如 美国的国的 本的三菱重工公司 (生产的滚齿机都是全数控式的 ， 对于中小规格滚齿机都在朝着高速方面发展，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。 高速干式切削滚齿机是滚齿机朝着全数控化 数控高速化后更进一步发展的结果，它 的实现还得益于滚刀制造技术的提高和数控技术、电主轴及力矩电机等技术的发展。 随着时代发展， 生产方 对滚齿机的效率和质量要求越来越高 。 另外，高可靠性和高数字化程度也是各 生产方 的重点考虑范围。 因为 效率是效益的最根本因素， 而 质量是产品的生命之源， 所以 更快、更精是滚齿机永恒的发展方向。在科学技术的进步 的推动 和市场需求的引导下，机床还会朝以下几个方向继续发展 ： 首先，新型刀具材料的出现，如陶瓷、金属陶瓷、氮化硅陶瓷、等刀具材料，青岛理工大学本科毕业设计说明书 4 为高速切削提供了广阔的空间，为提高切削效率也提供了基础，朝着更高的速度发展。 其次，用于高 精密机床的材料和技术在滚齿机上的应用，滚齿技术将朝着更精密的方向发展。 再次，数控进一步 的 智能化，内容包括数控系统中的各个方面： 在 追求加工效率和加工质量方面的智能化，如：加工过程的自适应控制、工艺参数自动生成；为提高驱动性能 和 使用连接方便的智能化，如：前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型等；简化编程、简化操作方面的智能化，如：智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有，智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 从环保生态学和技术经济角度出发，废除切削油，采用干式切削是大势 所趋。干式滚齿分为高速干式滚齿和低温冷风干式滚齿两种方式。 近年来，随着刀具材料、涂层技术等的发展，现在的滚刀线速度可达到600m/就为高速干式切削滚齿机的应用提供了保障。干式切削与湿式切削相比，高速干式切削滚齿机由于完全不需要切削油及不需要增加低温冷风装置，不但极大的提高了机床的生产效率、降低了工件的加工成本，而且有利于保护环境、节约自然资源。随着环境保护意识的日益提高和人们越来越重视各种各样的节能技术，高速干式切削滚齿机将成为齿轮制造商新购加工设备的目标，近几年国际上各大滚齿机制造商都在集中精 力开发高速干式切削滚齿机。所以面向绿色制造的高速干式切削滚齿机将是绿色滚齿机发展的趋势。 滚齿机正朝着复合功能的方向迈进，随着数控技术、软件技术、信息技术、可靠性技术的发展，实现构件简约化、结构紧凑化、配置模块化。复合功能滚齿机既会根据用户的加工要求向多样化发展，也会为适合于多品种、单件和小批量生产条件向全功能性发展。而在其他方面，随着全球对环境和安全要求的不断提高，安全无污染的设备也是市场的未来目标。 文主要内容 本论文主要设计计算 滚齿机是 齿轮滚刀加工齿轮的专用机床， 在齿轮加工中应用最广泛，机床主要由床身、大立柱、工作青岛理工大学本科毕业设计说明书 5 台、小立柱、传动箱、刀架等几部分组成。 其 床身为箱体结构，内部分隔开两个箱、一个液压箱、一个冷却箱，其右上部的导轨为 V平导轨，工作台壳体置于其上，可以沿导轨做直线运动。 传动箱、进给箱分别紧固在大立柱的后面和侧面，内装有主运动、进给、分齿、差动机构以及调整各个传动链 的挂轮架。 该机床具有主运动、分齿运动、垂直进给运动、径向进给运动及加工斜齿轮的差动运动。 全文的主要内容包括：方案设计阶段的功能分解及功能元求解，滚刀速度和功率的计算以及电动机的选择； 技术设计阶段的构型、材料的选择，零部件尺寸的计算、评价以及最佳结构方案的确定。 青岛理工大学本科毕业设计说明书 6 第 2 章 齿机 方案设计 能分析 （采用黑箱法） ： 人们常把一些内部结构尚不清楚的系统叫做 黑箱 即黑箱 )通过实验和推理来研究其内部结构的问题 ,称为黑箱问题 往往是给黑箱输入某一或某几个信号 ,观察其输出信息 ,然后进行推理 ,最终得出黑箱内部结构 信息 。 图 2 制 造齿轮的方法很多，但铸造，碾压（冷轧，热轧）等方法的加工精度还不够高，精密齿轮现在仍主要靠切削法。按形成齿形的原理分类，切削齿轮的方法可分为两大类：成形法和展成法。 成形法（也称仿形法）。成形法加工齿轮所采用的刀具为成形刀具，其切削刃形状与。被切齿轮的齿槽形状相吻合。例如在铣床上用盘形铣刀或指状铣刀铣削齿轮，在刨床或插床上用成形刀具刨削或插削齿轮等。这种方法的优点是不需要专门的齿轮加工机床，而可以在通用机床上进行加工。由于齿轮的齿廓为渐开线，其廓形取决于齿轮的基圆直径，故对于同一模数的齿轮，只有齿数不同，其 渐开线齿廓形状就不相同，需采用不同的成形刀具。而在实际生产中，为了减少成形刀具的数量，每一种模数通常只配有 8 把或 15 把一套的成形铣刀，每把刀具适输入 设计系统 进行能量流 ，物料 流，信息流的转换 能量 物料 待 设 计 系 统进行能量流、物料流、信 息 流 的 转 换功 能 分 析 黑 箱 图信息输入物料能量信息物料能量输出信息 待 设 计 系 统进行能量流、物料流、信 息 流 的 转 换功 能 分 析 黑 箱 图信息输入物料能量信息物料能量输出物料 输 出 能量 青岛理工大学本科毕业设计说明书 7 用于一定的范围。 标准齿轮铣刀的模数，压力角和加工的齿数范围都标记在铣刀的端面上，由于每种编号的刀齿形状均按加工齿数范围中的最小齿数设计，因此，加工范围内的其他齿数的齿轮时，就会产生一定的齿廓形状误差。 铣加工出来的渐开线齿廓是近似的，加工精度较低。而且，每加工一个齿槽后，工件需要分度一次，生产效率也较低。所以，本方法常用于修配行业中加工精度要求不高的齿轮 ，或用于重型机器制造业中，以解决缺乏大型齿轮加工机床的问题。 在大批量生产中，也有采用多齿廓成形刀具加工齿轮，如用齿轮拉刀，齿轮推刀或多齿刀盘等刀具，此时，其渐开线齿形可按工件齿廓的要求精确制造。加工时在机床的一个工作循环中即可完成全部齿槽的加工，生产效率较高，但刀具制造比较复杂且成本较高。 展成法（也称范成法或包络法）。展成法加工齿轮是利用齿轮的啮合原理进行的，即把齿轮啮合副（齿条与齿轮，齿轮与齿轮）中的一个转化为刀具，另一个转化为工件，并强制刀具和工件做严格的啮合运动，在工件上切出齿廓。由于 齿轮啮合副正常啮合的条件是模数形同，故展成法加工齿轮所用刀具切削刃的渐开线廓形仅与刀具本身的齿数相关，而与被切齿轮的齿数无关。因此，每一种模数，只需用一把刀具就可以加工不同齿数的齿轮。 图 2岛理工大学本科毕业设计说明书 8 此外，还可以用改变刀具与工件的中心距来加工变位齿轮。这种方法的加工精度和生产效率一般比较高，因而在齿轮加工机床中应用最为广泛，如插齿，滚齿，剃齿和展成法磨齿等。因此齿轮加工一般采用展成法。 能分解图 总功能 范成切齿 主传动 进给运动 差动 分齿 动力装置 主传动 带传动 链传动 齿轮传动 蜗轮蜗杆传动 定轴轮系 周转轮系 青岛理工大学本科毕业设计说明书 9 差动 差动挂轮 摩擦轮差动 装置 钢球式无级 变速器 定轴轮系 周转轮系 分齿运动 分齿挂轮 摩擦轮分齿装置 钢球式无级变速器 进给运动 进给挂轮 定轴轮系 摩擦轮进给 装置 钢环式无级 变速器 周转轮系 青岛理工大学本科毕业设计说明书 10 能元求解 表 2案 1 方案 2 方案 3 方案 4 方案 5 方案 6 主传动 带传动 链传动 齿轮传动 蜗轮蜗杆 传动 定轴轮系 周转轮系 分齿 分齿挂轮 摩擦轮分 齿装置 钢球式无级变速器 进给 进给挂轮 定轴轮系 摩擦轮进 给装置 钢环式无级变速器 周转轮系 差动 差动挂轮 摩擦轮差 动装置 钢球式无级变速器 定轴轮系 动力 电动机 气压装置 液压装置 电气装置 太阳能 风能 动力装置 电动机 气压装置 液压装置 电气装置 其他 太阳能 风能 青岛理工大学本科毕业设计说明书 11 功能元求解方案分析 1）主传动： 表 2 案 简 图 方 案 说 明 带 传 动 轴间距范围大，工作平稳，噪声小，能缓和冲击，吸收震动，摩擦型带传动有过载保护的作用，结构简单，成本低，安装要求不高。 外廓尺寸较大，摩擦型带有滑动，不能用于分度链，由于带的摩擦起电，不宜用于易燃易爆的地方，轴和轴承上的作用力大，带的寿命较短。 链传动 轴间距范围大，传动比恒定，链条组成件间形成的油膜能吸振，对恶劣环境有一定的适应能力，工作可靠，作用在轴上的载荷小。 运转的瞬时速度不均匀，高速时不如带传动平稳，链条工作时，特别是因磨损产生伸长后，容易引起共振，因此需增设张紧和减振装置 齿轮传动 承载能力和速度范围大，传动比恒定，采用行星传动可获得很大传动比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高，。 制造和安装精度要求高，精度低时，运转有噪声，无过载保护。 青岛理工大学本科毕业设计说明书 12 蜗轮蜗杆传动 结构紧凑，单级传动能获得很大的传动比，传动平稳，无噪音，单头蜗杆可制成自锁机构。 传动比大，滑动速度低时效率低，中高速传动需要昂贵的减磨材料，制造精度要求高，刀具费用昂贵。 定轴轮系 轮系运转时，其中各齿轮轴线相对于机架的位置 固定不动，则称之为定轴轮系。 1 / m= 所有从动轮齿数的乘积 所有主动轮齿数的乘积 周转轮系 轮系运转时，有齿轮轴线的位置不固定，而是绕某一固 定轴 线回转，称该轮系为周转轮系 青岛理工大学本科毕业设计说明书 13 2）分齿 表 2 案 简 图 方 案 说 明 分齿挂轮 原理简单，结构十分紧凑，维护和制造方便，但操作比较麻烦。用于不同转速时需更换不同的挂轮，在传动比数目较多时，需要较多组挂轮，因此可能导 致 成 本 较高，操作会比较麻烦。 钢球式无级变速器 该无级变速器适用于机床主传动或者进给系统。结构紧凑，体积小，但输出转速偏高，在机床上采用时，需要较大传动比的齿轮传动来降速，并且该无级变速器寿命较低，不能满足严格的传动比要求。 青岛理工大学本科毕业设计说明书 14 摩擦轮分齿装置 运动平稳，噪声小，可在传动中平稳的调整传动比，有过 载 保 护 作用，结构简单。 轴和轴承上的作用力很大，有滑动，工作表 面 磨 损 较快，不能用于分度链 3）进给 表 2 案 简 图 方 案 说 明 钢环式无级变速器 该无级变速器适用于机床的进给系统。变数范围宽，原理和结构简单，装配方便。钢环有自紧作用，无需另外设置加压装置。但是结构不够紧凑，不适于大功率和对传动比有严格要求的场合，并且使用寿命较低。 青岛理工大学本科毕业设计说明书 15 摩擦轮进给装置 运动平稳，噪声小，可在传动中平稳的调整传动比，有 过载保护作用，结构简单。 轴和轴承上的作用力很大，有滑动，工作表面磨损较快，不能用于分度链 定轴轮系 定轴轮系的原理简单，传动结构紧凑，传动进度较高，制造和操作都比较方便，价格低廉。在此处若用定轴轮系的话会使进给系统的变数级数较小。此变速系统只适合于变数级数较小的场合，当变速级数较多时会使其结构庞大。 青岛理工大学本科毕业设计说明书 16 进给挂轮 该变速系统原理简单，结构十分紧凑，维护和制止方便，但操作比较麻烦。用于不同转速时需要换不同的挂轮，在传动比数目较多时，需要较多组挂轮。因此可能导致成本较高，而且当变速 效率较高时，操作会比较麻烦 周转轮系 轮系运转时，有齿轮轴线的位置不固定，而是绕某一固 定轴线回转，称该轮系为周转轮系 青岛理工大学本科毕业设计说明书 17 4）差动 表 2 案 简 图 方 案 说 明 差动挂轮 原理简单，结构十分紧凑，维护和制造方便，但操作比较麻烦。用于不同转速时需更换不同的挂轮，在传动比数目较多时，需要较多组挂轮，因此可能导致成本较高，操作会比较麻烦。 钢球式无级变速器 该无 级变速器适用于机床主传动或者进给系统。结构紧凑，体积小，但输出转速偏高，在机床上采用时，需要较大传动比的齿轮传动来降速。并且该无级变速器寿命较低，不能满足严格的传动比要求。 青岛理工大学本科毕业设计说明书 18 定轴轮系 定轴轮系的原理简单，传动结构紧凑，传动进度较高，制造和操作都比较方便，价格低廉。在此处若用定轴轮系的话会使进给系统的变数级数较小。此变速系统只适合于变数级数较小的场合，当变速级数较多时会使其结构庞大。 摩擦轮差动装置 运动平稳，噪声小，可在传动中平稳的调整传动比，有过载保护作用，结构简单。 轴和 轴承上的作用力很大，有滑动，工作表面磨损较快，不能用于分度链。 青岛理工大学本科毕业设计说明书 19 周转轮系 轮系运转时，有齿轮轴线的位置不固定，而是绕某一固 定轴线回转，称该轮系为周转轮系 5）动力装置 方案一： 电动机： 简单，耐用，可靠，易维护，价格低廉。 方案二：液压传动： 优点：可实现无级变速，调速范围大；运动件的惯性小，能够频繁迅速换向，传动工作平稳；系统容易实现缓冲吸振，并能自动防止过载。 缺点：容易产生泄漏，污染环 境，因有泄漏和弹性变形大，不易做到精确的传动比，系统内混入空气，会引起爬行，噪声和振动。故障诊断与排除要求较高技术，在液压源的场合会使成本增大。 方案三：气压装置：优点：以空气为工作介质，获得较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道。动作迅速，反应快，维护简单，工作介质清洁，工作环境适应性好。成本低，过载能自动保护。 缺点：工作速度稳定性差，噪声较大，不宜用于元件级数较多的复杂回路。 方案四：电气装置：精确度高，节省能源，精密控制，改 善环保水平，降低噪音，节约成本。 佳方案的分析 及 确定 粗略地从满足功能要求，成本低廉，可靠性高，操控性能好，维护方便，外形美青岛理工大学本科毕业设计说明书 20 观与环保等六个方面对滚齿机系统各部分的方案解进行评价。 （一） 对该六个方面进行重要性系数确定 表 2足 功能 要求 成本 可靠性 操控性 维护性 外观 及 环保 占 百分比 满足 功能 要求 3 3 3 3 4 16 本 1 1 3 3 3 11 靠性 1 3 3 3 4 14 控性 1 1 1 2 3 8 护性 1 1 1 2 3 8 观 及 环保 0 1 0 1 1 3 60 1 （一） 根据总体得分 = （各方面得分 *重要性系数）对系统各部分进行优劣评价，以下各部分的评分分值的意义如下： 表 2可用 可用 一般 良好 优秀 理想 0 1 2 3 4 5 1 主传动方案的分析比较 与确定 青岛理工大学本科毕业设计说明书 21 表 2分方案 方向 满足功能要求 3 3 5 2 2 4 成本 4 4 3 1 2 2 可靠性 3 2 4 2 3 4 操控性 3 3 3 3 4 4 维护性 3 3 3 2 2 2 外观及 环保 2 2 4 3 1 1 总体得分： A=3 =3 =5 =2 =2 =4 以主传动系统中的最优方案为方案 C：齿轮传动 。 2 分齿运动方案系统的分析比较与确定： 表 2分 方案 方向 满足功能要求 4 2 3 成本 1 3 2 可靠性 5 2 4 操控性 3 5 3 维护性 3 2 2 青岛理工大学本科毕业设计说明书 22 外观及环保 4 4 3 总体得分： A=4 =2 =3 以分齿运动系统中的最优方案为方案 A：分齿挂轮 。 3 进给运动方案系统的分析比较与确定： 表 2分 方案 方向 满足功能要求 3 3 4 2 3 成本 1 2 2 4 2 可靠性 4 3 3 2 4 操控性 4 2 2 5 3 维护性 2 2 3 2 2 外观及环保 2 1 4 4 3 总体得分： A=3 =3 =4 =2 =3 以进给运动系统中的最优方案为方案 C：进给挂轮。 4 差动运动方案系统的分析比较与确定 青岛理工大学本科毕业设计说明书 23 表 2分 方案 方向 满足功能要求 1 1 4 3 2 成本 1 2 1 4 2 可靠性 4 3 4 1 3 操控性 4 4 1 5 2 维护性 2 2 3 2 2 外观及环保 1 1 5 5 3 总体得分： A=1 =1 =4 =3 =2 以差动运动系统中的最优方案为方案 C：差动挂轮。 5 动力方案系统的分析比较与确定 表 2分 方案 方向 满足功能要求 4 5 3 3 成本 5 3 4 4 可靠性 3 4 3 3 操控性 4 3 3 3 维护性 4 3 3 4 外观及环保 4 2 4 3 总体得分： A=4 =5 =3 岛理工大学本科毕业设计说明书 24 D=3 以动力系统中的最优方案为方案 A：电动机 所以整台滚齿机的最佳方案组合为： 表 2统 主传动 分齿 进给 差动 动力 方案 齿轮传动 分齿挂轮 进给挂轮 差动挂轮 电动机 绘总体示意图和传动示意图： （一）总体示意图确定： 影响滚齿机布局的主要因素有： 1 工件的尺寸，重量和形状 根据我们设计滚齿机的技术指标，加工齿轮直径在 450 800 之间，所以我们这里采用立式布局，工作台移动布局形式。 加工小直径齿轮时，多采用卧式布局。这是由于这种布局便于装夹工件，易于实现自动上下料和单机自动化，且传动链短，滑座与床身导轨接触面大，纵向进给平稳，便于清除碎小金属，提高加工精度，但这种布局的机床不宜加工直径和重量较大的工件。 如果加工齿轮直径和重量较大，这时多采用立式布局。立式布 局又有工作台移动与立柱移动式之别。工件直径相对较小时，宜用工作 台移动式。图 2岛理工大学本科毕业设计说明书 25 2 机床性能及生产率的要求，机床的布局也有不同。 中等规格（最大工件直径为 200 1250万能型滚齿机宜于采用立式，立柱固定，工作台水平移动的布局； 而对于较小规格（最大工作直径为 200 320高效型滚齿机，为便于使其实现单机自动化和纳入自动线，可采用立式，工作台固定，立柱水平移动的布局，或采用立式，工作台垂直移动，刀架水平移动的布局形式。 3 操纵方便性及其他要求 为便于用右手操纵机床，可 将立柱布置在工作台的右侧；为便于用试切法对刀，可将立柱布置在工作台的左侧。 综上所述，滚齿机布局形式为： 1） 机床类型：立式滚齿机。 2） 结构形式：普通型。 3） 运动分配：工作台径向移动，刀架轴向移动。 4） 布局简图： 图 2） 布局特点：立柱与床身紧固连接，工作台做径向移动，刀架做轴向移动。 青岛理工大学本科毕业设计说明书 26 （二） 传动示意图确定： 图 2（一）计算滚刀的速度 加工模数 m 8 5钢时 ，查 参考文献【 1】 得： V=v ， （ 2 已知进给量 f= 查 参考文献【 1】 得 ，切削速度修正系数 耐用度 T=59600， 将以上参数带入公式 2： V=)4 9 6 0 青岛理工大学本科毕业设计说明书 27 得： V= 化为转速为 n=44140 (二 ) 计算滚刀的切削功率： 滚刀 45钢（ ， 查 参考文献【 1】 得 ： Pm=460 ， （ 2 已知进给量 f=,模数 m 8削速度 V= 滚刀外径 60 查 参考文献【 1】 得 ：功率修正系数 由公式可知，当 值越大， 当 能满足大功率要求。所以应取 f 与 f 中较大者。 因为， f = =f = =f （ 8 计算压轴力 （ 2z（ =788N 轮的材料选择和校核 我们所设计 的滚齿机的传动形式主要是齿轮传动，它具有效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长，传动比稳定等特点。一般来说，齿轮传动的失效形式主要是轮齿的失效，而轮齿的失效形式包括轮齿折断和工作齿面磨损，点蚀，胶合及塑性变形等。我们所设计的齿轮传动在具体的工作情况下，必须具有足够的，相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致失效，所以目前设计一般使用的齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。 择材料和加工精度 针对齿轮的失效形式，我们选择齿轮材料的基本要求是：齿面要硬 ，齿芯要韧。综上考虑，我们选择齿轮材料为： 45 钢，调质处理。 适于低速，轻载或中速，中载的一般动力传动。 加工精度 7 级 选几何参数 假设本滚齿机使用 10 年，每年工作 300 日，每日工作 8 小时，每小时负荷时间 50 分钟，第一对齿轮的小齿轮齿数 21，大齿轮齿数 42。第二对齿轮的小齿轮齿数 20，大齿轮齿数 80 一对齿轮按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算，即 青岛理工大学本科毕业设计说明书 36 23 11 )( (3（ 1） 确定公式内的各计算数值 1） 试选载荷系数 2） 计算小齿轮传递的转矩 n P = 1430 N (3=2 410 N ） 由参考文献【 6】表 10取齿宽系数d=1 4） 查 参考文献【 6】表 10材料的弹性影响系数 5) 由参考文献【 6】图 10齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限1=600 齿轮的接触疲劳强度极限 2=550 ）计算应力循环次数。 60 1n 0 1430 1 (8 300 10)=109 (3 =109 7) 由参考文献【 6】图 10接触疲劳寿命系数1）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1 =600=552 (3 =550= （ 2） 计算 1） 试算小齿轮分度圆直径入 H 中较小的值 青岛理工大学本科毕业设计说明书 37 23 11 )( = )31 (32)计算圆周速度 v V=100060 11 nd t=3 (33)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 311 = (34） 计算模数 11 (33 第一对齿轮按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为 3 211 )(2(3（ 1） 确定公式内的各计算数值 1） 由参考文献【 6】图 10得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 1=500 轮的弯曲疲劳强度极限 2=380 2） 由参考文献【 6】图 10弯曲疲劳寿命系数1 3） 计算弯曲疲劳许用应力 取弯 曲疲劳安全系数 S= 111 = (3M P 222 (34） 计算载荷系数 K。 (3青岛理工大学本科毕业设计说明书 38 5） 由参考文献【 6】表 10得 齿形系数 由参考文献【 6】表 10得 应力校正系数 6 7 计算大，小齿轮的 加以比较 1 11 Y (30 1 6 6 86 7 2 22 Y ，大齿轮的数值大 （ 2） 设计计算 4 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的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 m=2 几何尺寸计算 （ 1）计算分度圆直径 222111 (3424222 (2) 计算中心距 2 21 =63 (3（ 3） 计算齿轮宽度 1db d=40 (3取 5,40 12 二对齿轮按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算，即 23 11 )( (3（ 1） 确定公式内的各计算数值 1） 试选载荷系数 青岛理工大学本科毕业设计说明书 39 2） 计算小齿轮传递的转矩 n P = 1430 N (3=2 410 N ） 由参考文献【 6】表 10取齿宽系数d=1 4） 查 参考文献【 6】表 10 材料的弹性影响系数 5) 由参考文献【 6】图 10齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限1=600 齿轮的接触疲劳强度极限 2=550 ）计算应力循环次数。 60 1n 0 1430 1 (8 300 10)=109 （ 3 =10 7) 由参考文献【 6】图 10接触疲劳寿命系数1）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1 =600=