高速平动冲压装置的设计及装置设计【含CAD图纸】
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- 内容简介：
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编编 号号无锡太湖学院毕毕业业设设计计（论论文文）题目题目： 高速平动冲压装置的设计方法及高速平动冲压装置的设计方法及 装置设计装置设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业学 号： 0923051 学生姓名： 汤玲 指导教师： 陈伟明 （职称： ） （职称： ）2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚诚 信信 承承 诺诺 书书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）高速平动冲压装置的设计及装置设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 92 学 号： 0923051 作者姓名： 2015 年 5 月 25 日摘摘 要要 创新教育是加速培养创造性人才的重要手段和方法，是素质教育的一个重要组成部分，是把创新学、发明学、基础知识等相关学科的一般原理有机综合起来，培养学生的创新思维和提高创新能力的一个重要过程。高速冲压技术是集设备、模具、材料和工艺等多种技术于一体的高新技术。相对于普通冲压而言，高速冲压的速度每分钟在几百次到上千次，因此其生产效率要高出普通冲压上十倍甚至几十倍，被誉为是一种质量好、效率高、适合于大规模生产、成本低的先进制造技术，在电子、电器、汽车家电等工业领域的应用越来越广泛，如电子接插件、电器接插件、各类连接器、IC 框架、汽车连接件、空调器散热片、医疗器件等一些中小型及微细金属零件及超微细金属零件均可实现高速冲压。高速冲压技术是集设备、模具、材料和工艺等多种技术于一体的高新技术。主要表现为：实现高速冲压的设备不但本身具有高的加工精度和全自动化数字化功能，其配套的周边设备、模具的结构设计、材料选用等均需考虑由于高速条件下温度、振动等效应带来的影响；工艺设计时的排样和出料、定位和导料等都必须考虑速度因素。这些也是高速冲压需要达到高生产率、获得高精度零件，并保证模具和设备的使用寿命长、制品的材料利用率高的关键技术。高速冲压技术是近 20 年发展起来的先进成形加工技术，20 世纪 80 年代末开始在我国的一些外资企业应用，当初其设备和模具均是依靠进口。最近 10 年来我国在高速冲压技术方面从引进、消化吸收到自主开发都有了较快的发展，有了自主开发的高速压力机、高速冲压用模具材料、可自行设计和加工高速冲压用多工位级进模具等。但是其水平与发达国家相比还有较大的差距。如何缩小与发达国家的差距，加快我国高速冲压技术的推广。关键词：关键词：创新；功能元；高速冲压 Abstract Innovative education is important to accelerate training creative talent means and methods, quality education is an important component of the innovation and science, inventions science, basic knowledge of related disciplines such as general principles of organic synthesis up to train students in creative thinking and improve the innovation ability of an important process. Using functional element for the Creative Design.Technology is a high-speed stamping equipment, tooling, materials and technology and other technologies in one high-tech. Compared with the general press, the rate of high-speed stamping hundreds of times per minute to thousands of times, so its efficiency is higher than normal times or even dozens of times on the press, hailed as a good quality, high efficiency suitable for mass production, low cost, advanced manufacturing technology, electronics, appliances, automobiles and home appliances industry is widely applied, such as electronic connectors, electrical connectors, various connectors, IC frame, car connection parts, air conditioner heat sink, medical devices and some small, medium and micro metal parts and metal parts can be ultra-fine high-speed stamping. Technology is a high-speed stamping equipment, tooling, materials and technology and other technologies in one high-tech. Mainly as follows: high-speed stamping equipment for not only its high precision and fully automated processing of digital features, its supporting peripheral equipment, die structure design, material selection, and must be subject to conditions as high temperature, vibration and other effects caused impact; process design the layout and the materials, positioning and guidance material and so the speed factor to be considered. These are also high-speed pressing need to achieve high productivity, access to high-precision parts and tooling and equipment to ensure long life products, high utilization ratio of key technologies. High-speed stamping technology in the last 20 years developed advanced forming technology since the late 80s of the 20th century a number of foreign applications in China, had their equipment and molds are imported. The last 10 years in China in the high-speed press technology from the introduction, digestion and absorption to have developed a rapid development, with self-developed high-speed presses, high-speed press with a mold material can be designed and processed with multiple high-speed stamping the Progressive molds. But the level of developed countries there is a large gap. How to narrow the gap with the developed countries to speed up our high-speed press technology promotion and application of engineering and technical personnel is stamping industry incumbent. Keywords: innovation; functional element; high-speed stamping目目 录录摘 要.IIIAbstract.IV目录.V1 绪论 .1 1.1 课题背景 .11.2 课题的研究意义.11.3 本文研究的主要内容和关键问题.2 1.4 功能分析法 .2 1.5 用功能分析法确定设计方案.5 2 总体设计. 72.1 方案设计.72.2 功率计算及电动机的选择.83 技术计算与设计 .83.1 传动齿轮的计算.113.3 轴的计算与设计.153.4 滚动轴承的选择及校核计算.173.5 凸轮的计算与设计.19 3.6 键联接的选择及校核计算 .20 3.7 润滑与密封 .204 齿轮加工工艺 .214.1 直齿圆柱齿轮的主要技术要求.21 4.2 直齿圆柱机械加工的主要工艺问题 .22 4.3 实施装置中的齿轮.255 三维图的绘制 .255.1 三维图绘制方案的确定.255.2 三维图的图样.266 设计的不足以及展望.30致谢 .32参考文献.3311 绪论绪论1.1 课题背景课题背景创新设计是指充分发挥设计者的创造力,利用人类已有的相关科技成果进行创新构思,设计出具有科学性、创造性、新颖性及实用性的一种实践活动。在创新过程中，利用功能元方法有着重要的实际创新意义。为了实施创新设计，突出创新教育加速培养创造性人才是关键。在整个教学实践中，把创新学、发明学、基础知识等相关学科的一般原理有机综合起来，利用功能元创新方法完成一个工程实例是一个重要过程.高速冲压技术是集设备、模具、材料和工艺等多种技术于一体的高新技术.相对于普通冲压而言，高速冲压的速度每分钟在几百次到上千次，因此其生产效率要高出普通冲压上十倍甚至几十倍，被誉为是一种质量好、效率高、适合于大规模生产、成本低的先进制造技术，在电子、电器、汽车家电等工业领域的应用越来越广泛，如电子接插件、电器接插件、各类连接器、IC 框架、汽车连接件、空调器散热片、医疗器件等一些中小型及微细金属零件及超微细金属零件均可实现高速冲压.高速冲压技术是集设备、模具、材料和工艺等多种技术于一体的高新技术.现有的高速薄板冲压装置，有气动冲压装置和气液压冲压装置等。这些装置在工作过程中均是在固定的位置，上模作等速运动或同时作横向往返运动，下模是静止的。其缺陷是随着工作频率提高，振动、噪音等不利因素将增大而影响工作质量和工作环境。1.2 课题的研究意义课题的研究意义实现高速冲压的设备不但本身具有高的加工精度和全自动化数字化功能，其配套的周边设备、模具的结构设计、材料选用等均需考虑由于高速条件下温度、振动等效应带来的影响；工艺设计时的排样和出料、定位和导料等都必须考虑速度因素.这些也是高速冲压需要达到高生产率、获得高精度零件，并保证模具和设备的使用寿命长、制品的材料利用率高的关键技术.高速冲压技术是近 20 年发展起来的先进成形加工技术，20 世纪80 年代末开始在我国的一些外资企业应用，当初其设备和模具均是依靠进口.最近 10 年来我国在高速冲压技术方面从引进、消化吸收到自主开发都有了较快的发展，有了自主开发的高速压力机、高速冲压用模具材料、可自行设计和加工高速冲压用多工位级进模具等。但是其水平与发达国家相比还有较大的差距。如何缩小与发达国家的差距，加快我国高速冲压技术的推广应用，是冲压行业工程技术人员义不容辞的责任。冲压是汽车制造的四大工艺之一，车身的制造精度在很大程度上取决於冲压及其总成的精度。冲压技术源於大批量生产的发展和需要，尤其是汽车工业的发展，现在依然如此。1.3 本文研究的主要内容和关键问题本文研究的主要内容和关键问题同步高速冲压.板厚 1mm，孔长 4.5mm,孔宽 1.5mm,孔距 2mm,板以 50M/m 直线匀速。要求工作平稳，噪音小。冲压时工件与冲压机构同步横向运动。实现高速冲压的设备不91但本身具有高的加工精度和全自动化数字化功能，其配套的周边设备、模具的结构设计、材料2选用等均需考虑由于高速条件下温度、振动等效应带来的影响；工艺设计时的排样和出料、定位和导料等都必须考虑速度因素。这些也是高速冲压需要达到高生产率、获得高精度零件，并保证模具和设备的使用寿命长、制品的材料利用率高的关键技术。本设计的关键问题是怎样利用功能元分析法进行创新方案的确定，以及对设计方案的分析，最后就是图纸的绘制。 1.4 功能分析法功能分析法为了更好地开发和发展产品， 明确产品的功能是非常重要的。基于从产品设计的观点对功能的理解，提出一种比较仝面、系统、便于使用的功能分析法。它可用于产品的功能分析和功能结构的建立，并为寻求产品的合理实体解答打下良好基础， 为改进现有产品及发展新产品找出方向.它还可作为某些新的设计技术与方法的基础。任何产品都是为了满足人类的某种需要而存在的，亦即要求它在一定的环境条件下完成所需要的某种动作或发挥所要求的作用，这就构成了对产品的功能要求。整个产品的构成就是为了完成这种功能要求。为了设计出高质量的产品，不少学者在其所提出的设计进程中都提到了设汁对象的功能问题，并将功能结构的建立作为发展产品方案的苇要阶段。功能结构的建立，不仅对新产品的实体结构设汁具有指导意义，通过对现有产品的功能结构分析，可以明确或找出其改进及发展方向.曾在设计进程建议中专门提出了建直功能结构圈的要求，以期取得设汁人员的重视.但目前大家对功能的理解还很不统一， 功能的分析及功能结构罔的建立还缺少简明可行的方法。本文试罔存分析冉天功能的概念的基础上提出分析广 品功能和建立其功能结构的一般方法。目前，功能的概念已广泛应用在许多领域中。例如在价值分析中，有人提出功能是产品所具有的能够满足用户需要的特性。或者说是产品所具有的效能、用途、使用价值。在设计领域内，许多学者也对功能有一定的描述， 如.功能是某系统的输人与输出间的一般关系，其目的在于执行或掌握某种任务。功能是由某量 (如输人量)的元素到某量 (如输出量)的元素问的明确的编排 说法很多，理解不一。尽管如此，从各种说法中可以看出： 功能是系统所具有的苇要特征之一，是对系统一个侧面的抽象捕述： 功能是从使用角度提出的系统所应完成的任务；功能常表达为输人和输出之间的艾系。 由于系统 是在一定的环境条件下为完成某既定要求而工作的，它所应具有的功能显然离不开环境条件的影响。因而为了更全面地理解功能，为了更有利于产品的开发和改进，可以认为： 功能是在一定环境条件下系统所必须解决的问题。或为解决某问题系统所应完成的动作或发挥的作用。1.5 用功能分析法确定设计方案用功能分析法确定设计方案功能分析法指紧紧围绕产品功能进行分析、分解、求解、组合、优选的方案设计方法。功能的抽象描述应该能够放映出产品或技术系统在特定约束条件下输入与输出量之间的因果关系。由总功能分解为分功能再分解至功能至功能元，最后做出功能树状结构图的构成，即为功能分析。3为了找到正确合适的设计方案，我利用功能元分析法，将总功能分解为功能远的目的是为了便于找到实现功能元的功能载体。设计功能载体是完成原理方案的重要设计环节。而功能载体是具有完成某一功能属性的物体。当功能元的解法求出后，将各功能元的解合理地组合起来成为一个整体，便形成实现系统总功能的原理解。系统原理解可以用功能元-解法形态学矩阵求出。以系统的功能元为行，各功能元的相应解法为列，构成形态学矩阵。将各功能元的不同解法进行组合可以形成多个系统原理解，即得到多个原理设计方法。在组合过程中应当注意：组合在一起的各功能元的解应具有相容性，即各功能元的解在几何学、运动学、能量流、物理流和信息流上分析是相互协调的，不相互干扰，不相互矛盾，否则形成的方案应予以剔除；其次，组合的方案从技术和经济效益上衡量具有先进性、合理性和经济型。 功能原理方案设计步骤：图 1.1 功能原理方案设计图常用的五种物理功能元： 4图 1.2 物理功能元图1）包括各种类型能量之间的转变、运动形式的转变、材料性质的转变、物态的转变及信号种类的转换等。2）指各种物理量(如位移、速度、力)的放大或缩小等。3）包括能量流、物料流、信息流的结合或分离（如运动的合成或分解）。4) 反映能量流、物料流、信息流的位置变化。如离合器、开关、阀门等。5) 体现三大流在一定时间范围内保存的功能，如弹簧、电池、录音带、光盘等的储存.功能元（分功能）的求解: 一个功能元（分功能）都要找出相应的技术、物理效应来实现，有时一个功能元（分功能）可以相应地提出几个技术、物理效应。 功能元的求解方法主要有： 参考有关资料、专刊或产品求解法； 利用各种创造性方法以开阔思想去探讨求解法； 利用设计目录求解法。设计目录是把能实现某种功能元的各种原理和结构综合在一起的一种表格或分类资料。部分功能元解法目录：表 1-1 功能元解法表连连杆杆5机械一次增力功能元解法目录:表 1-2 机械一次增力功能元解法表四杆机构运动转换解法目录:表 1-3 四杆机构运动转换解法表211212llFllF1212FllF 1tantan12FFtan12FF 2sin212FF 当量摩擦角螺纹升角螺纹中径22)tan(2ddTF212FF 62 总体设计总体设计2.1 方案设计方案设计 在功能元目录表 3-9（参考吕仲文主编 机械工业出版社机械创新设计），查出以上三个功能元的解法，将功能元及其解法（功能载体）组成分功能形态矩阵如下： 表 2-1 传动方案形态学矩阵 功能载体（形态） 传动方案形态学矩阵功能因素 1 2 3 4 5 6A上下运动曲柄滑块机构汽缸液压缸凸轮机构链传动齿轮机构B左右运动曲柄滑块机构 汽缸 液压缸凸轮机构 链传动齿轮机构C同步冲压 齿轮系组合凸轮机构 取三种功能的各一种解法组合可得 N=6 6 2=72 共 72 种方案。根据本身的使用情况 还有设计的方便实用，并且排除那些带有冲击与急回特性的方案，故从 72 种方案中选用共轭直动从动件凸轮机构和齿轮机构，即 A4+B4+C1,因为要同步冲压所以选择齿轮机构，用 4 个齿轮成正方形互相啮合来达到同步以及传动的作用。图 2.1 方案运动原理图 方案运动原理：如图 1 所示：包括第一齿轮 1、上模 2、第一凸轮 3、第二凸轮 4、第三凸轮 5、第四凸轮 6、第二齿轮 7、下模 8、第三齿轮 9、第五凸轮 10、第六凸轮 11、第七凸轮 12、第八凸轮 13、第四齿轮 14、凸模 15 及凹模 16 等。 本发明是一种平动式同步高速薄板冲压装置，包括上模 2 及下模 8，上模 2 的本体及7下模 8 的本体是相同的矩形框架。上模 2 的矩形框架的底部设置有凸模 15，下模 8 的矩形框架的顶部设置有凹模 16。上模 2 及下模 8 的传动系统由四个相同的齿轮和八个相同的凸轮构成。四个相同的齿轮分别是第一齿轮 1、第二齿轮 7、第三齿轮 9 及第四齿轮 14，四个齿轮中至少有一个是主动齿轮。八个相同的凸轮分别是第一凸轮 3、第二凸轮 4、第三凸轮 5、第四凸轮6、第五凸轮 10、第六凸轮 11、第七凸轮 12 及第八凸轮 13。四个齿轮排成二行二列矩形阵列，两两啮合，每个齿轮的传动轴上装配有两个凸轮，该两个凸轮的长轴方向正交布置。上模 2 的矩形框架套装在处在上面一行的四个凸轮外，即套装在第一凸轮 3、第二凸轮 4、第三凸轮 5 及第四凸轮 6 外。下模 8 的矩形框架套装在处在下面一行的四个凸轮外，即套装在第五凸轮 10、第六凸轮 11、第七凸轮 12 及第八凸轮 13 外。所有八个凸轮均是等宽凸轮。如图 1 所示，驱动第一齿轮 1 顺时方向转动，第二齿轮 7 逆时方向转动，利用等宽凸轮第二凸轮 4、第三凸轮 5 的轮廓曲线控制上模 2 的内侧上下面上下运动，并在冲压工件时作等速运动，用第一凸轮 3、第四凸轮 6 的轮廓曲线控制上模 2 内侧的左右面横向运动，与工件的输送速度一致。同理，第四齿轮 14 逆时方向转动，第三齿轮 9 顺时方向转动，利用等宽凸轮第六凸轮 11、第八凸轮 13 的轮廓曲线控制下模 8 的内侧上下面上下运动，并在冲压工件时作等速运动（与上模 2 相对应） ，用第五凸轮 10、第七凸轮 12 的轮廓曲线控制下模 8 的内侧左右面横向运动，与工件的输送速度一致（与上模 2 相对应） 。在本发明的工作过程中，第二凸轮 4、第三凸轮 5、第六凸轮 11 及第八凸轮 13 控制上模 2 与下模 8 作冲压运动并实现等速，第一凸轮 3、第四凸轮 6、第五凸轮 10 及第七凸轮 12 控制上模 2 与下模 8 作相同的横向运动并实现同步工件的输送速度（在冲压工件时间段） 。上模 2 在第二凸轮 4、第三凸轮 5、第一凸轮 3、第四凸轮 6 的控制下只能在平面中作平动，同理下模 8 也只能在平面中作平动，从而实现了平动同步高速冲压。2.2 功率计算及功率计算及电动机的选择电动机的选择1、电动机类型和结构型式的选择：按已知的工作要求和 条件，选用 Y 系列三相异步电动机。2、确定电动机的功率： (1)确定冲压力大小 根据冲压力公式 P = kltT 其中 k 表示系数，通常取值为 1.3； l 表示冲压形状的周长； t 表示冲压的厚度； T 表示材料的抗剪强度.l=2 b+4(a-b) 根据给定的数据可知 a=2.25 b=0.75；所以 l=23.140.75+4（2.25-0.75）=10.7。 因为冲孔的材料为 45 号钢 所以经过查找得到 8b=600MPa s=355MPa 所以抗剪强度为 178MPa=178N/mm2 最后得到 P=1.310.711178=2478.294N2478.3N (2)电机所需的工作功率： 根据给定的数据，我们假设在冲压的瞬间，转过角度为 30，向下的距离为 2mm； 通过计算得到 r=15mm V=0.48m/s 前面得到冲压力 P=2478.3N 所以功率 W=PV=2478.30.48=1189.584N m/s =(齿轮)8 次方=0.85总 =1399Nm/s1400Nm/s总总85. 0584.11893、确定电动机转速：轴的工作转速：Nw=601000V/D=1282r/min因为要去稍微大点的转速的电动机，所以取转速为 1400r/min。综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比,故选择电动机型号 Y90L-4。4、确定电动机型号根据以上选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为 Y100l2-4.其主要性能：额定功率：1.5KW，满载转速 1400r/min，额定转矩 2.2。93 技术计算与设计技术计算与设计3.1 传动齿轮的计算传动齿轮的计算与与设计设计根据之前计算出来的数据得到： 转速为 1400r/min 额定转矩为 2.2 ；wPk5 . 1电因为齿轮的传递效率是 0.99，所以wP194.142698. 099. 015002齿 传动比 ;12092. 112821400zznni齿底下的计算参考机械设计 211 页 213 页 P1 = 1500 w ，小齿轮转速 n1 = 1400 r/min ,齿数比为 1.092。 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿轮。1） 根据传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动；2） 机构为一般机器，速度不高，故选用 7 级精度（GB 1009-88）3） 材料选择.由表 10-1 选择小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS,大齿轮材料为 45 钢（调质） ，硬度为 240HBS，二者硬度差为 40HBS。4） 选小齿轮齿数，大齿轮齿数241z27208.2624092. 12z 按齿面接触强度设计，由设计计算公式（10-9a）进行计算 即dlt2.32 duZukTE2111）确定公式内的各计算数值。1）试选载荷系数 Kt=1.32）计算小齿轮传递的转矩mmNnPT41151100232. 114005 . 19550000105 .95 3)由表 10-7 选取齿宽系数 d=1 4）由表 10-6 查得材料的弹性影响系数=189.8EZ21MPa 5）由图 10-6d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1=600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim2=550MPa 6)由式 10-13 机选应力循环次数91110408. 61530082114006060jLhnN 921054. 5N7)由图 10-19 取接触疲劳寿命系数 KHN1=0.90;KHN2=0.958)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 s=1 由式（10-12）得10 MPasKNHH540lim11 MPasKNHH5 .522lim222）计算 1）计算小齿轮分度圆直径,带入H中较小的值td12.32 =34.7536mmtd1 duZukTE211 2）计算圆周速度vsmsmndvlt/546. 2/10006014007536.34100601 3）计算齿宽 bb=134.7536mm=34.7536mmdltd 4）计算齿宽和齿高之比模数 mt=1.448mm齿高 h=2.25 mt =2.251.448mm=3.258mmb/h=34.7536/3.258=10.66710.67 5）计算载荷系数根据 v=2.546m/s,7 级精度，由图 10-8 查得动载系数 Kv=1.1直齿轮 KH=KF=1由表 10-2 查得使用系数 KA=1;有表 10-4 用插值法查得 7 级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，KH=1.423.由 b/h=10.67 KH=1.423 查图 10-13 得 KF=1.35故载荷系数 5653. 1423. 111 . 11 . 1HHVAKKKKK 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a）得 mmkkddtt97.36)(3111 7）计算模数mmndm54. 1113）按齿根弯曲强度设计 由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为 m 311212FaaYSYFdZKT1）确定公式内的各计算数值.112）由图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限.大齿轮的弯曲强MPaFE5001度极限；MPaFE38023）由图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 ；85. 01FNK88. 02FNK4）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 s=1.4，由式（10-12）得MPaSKFEFNF57.303111MPaSKFEFNF86.2382225）计算载荷系数 K.485. 135. 111 . 11HHVAKKKKK 6)查取齿型系数由表 10-15 查得 58. 11saY764. 12saY 7)计算大小齿轮的 YFaYSa/F并加以比较，01379. 0111FSaFaYY01644. 0222FSaFaYY大齿轮的数值大 4） 设计计算 mmYYdKTmFSaFaz2)2(31211对比计算结果 mmm5 . 2 mmd97.361算出小齿轮齿数 1511mdz大齿轮齿数 1715092. 12z这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿跟弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。5）几何尺寸计算1， 计算分度圆直径mmmzd5 .37155 . 211mmmzd5 .42175 . 2222， 计算中心距12mmdda402)(213， 计算齿轮宽数mmdbtd5 .371取 mmB382mmB401最后经验算检查，合适。3.2 轴的计算与设计轴的计算与设计 3.2.1 从动轴设计从动轴设计 1、选择轴的材料 确定许用应力 选轴的材料为 45 号钢，调质处理.查2表 13-1可知： MPab650MPas360 查2表 13-6 可知：b+1bb=215Mpa 0bb=102Mpa,-1bb=60Mpa 2、按扭转强度估算轴的最小直径 单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为： dC 查表 13-5 可得，45 钢取 C=118 则 d118(2.53/121.67)1/3mm=32.44mm 考虑键槽的影响以及联轴器孔径系列标准，取 d=35mm 以下凡是出现见表或见图均是参考濮良贵主编的第八版机械设计教材。 3、齿轮上作用力的计算 齿轮所受的转矩：T=9.55106P/n=9.551062.53/121.67=198582 N 齿轮作用力： 圆周力：Ft=2T/d=2198582/195N=2036N 径向力：Fr=Fttan200=2036tan200=741N 4、轴的结构设计 轴结构设计时，需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定方式，按比例绘制轴系结构草图。 （1）联轴器的选择 可采用弹性柱销联轴器，查表 9.4 可得联轴器的型号为 HL3 联轴器：3582 GB5014-85 （2）确定轴上零件的位置与固定方式 单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置在齿轮两边.轴外伸端安装联轴器，齿轮靠油环和套筒实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通过两端轴承盖实现轴向定位，联轴器靠轴肩平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位。 （3）确定各段轴的直径13将估算轴 d=35mm 作为外伸端直径 d1 与联轴器相配，考虑联轴器用轴肩实现轴向定位，取第二段直径为 d2=40mm齿轮和左端轴承从左侧装入，考虑装拆方便以及零件固定的要求，装轴处 d3 应大于d2，取 d3=4 5mm，为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径 d4 应大于 d3，取 d4=50mm.齿轮左端用用套筒固定,右端用轴环定位,轴环直径 d5 满足齿轮定位的同时,还应满足右侧轴承的安装要求,根据选定轴承型号确定。右端轴承型号与左端轴承相同,取 d6=45mm。 (4) 选择轴承型号由1P270 初选深沟球轴承,代号为 6209,查手册可得:轴承宽度 B=19,安装尺寸D=52,故轴环直径 d5=52mm。 (5）确定轴各段直径和长度段：d1=35mm 长度取 L1=50mmII 段:d2=40mm 初选用 6209 深沟球轴承，其内径为 45mm,宽度为 19mm.考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离.取套筒长为20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为 55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小 2mm,故 II 段长：L2=（2+20+19+55）=96mm III 段直径 d3=45mmL3=L1-L=50-2=48段直径 d4=50mm长度与右面的套筒相同，即 L4=20mm段直径 d5=52mm. 长度 L5=19mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距 L=96mm （6)按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知 d1=195mm求转矩：已知 T2=198.58Nm贵主编的第八版机械设计教材。5、齿轮上作用力的计算 齿轮所受的转矩：T=9.55106P/n=9.551062.53/121.67=198582 N 齿轮作用力： 圆周力：Ft=2T/d=2198582/195N=2036N 径向力：Fr=Fttan200=2036tan200=741N6、轴的结构设计 轴结构设计时，需要考虑轴系中相配零件的尺寸以及轴上零件的固定方式，按比例绘制轴系结构草图。 （1）联轴器的选择 可采用弹性柱销联轴器，查表 9.4 可得联轴器的型号为 HL3 联轴器：3582 GB5014-8514 （2）确定轴上零件的位置与固定方式 单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置在齿轮两边.轴外伸端安装联轴器，齿轮靠油环和套筒实现轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通过两端轴承盖实现轴向定位，联轴器靠轴肩平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位。 （3）确定各段轴的直径将估算轴 d=35mm 作为外伸端直径 d1 与联轴器相配，考虑联轴器用轴肩实现轴向定位，取第二段直径为 d2=40mm齿轮和左端轴承从左侧装入，考虑装拆方便以及零件固定的要求，装轴处 d3 应大于d2，取 d3=4 5mm，为便于齿轮装拆与齿轮配合处轴径 d4 应大于 d3，取 d4=50mm.齿轮左端用用套筒固定,右端用轴环定位,轴环直径 d5 满足齿轮定位的同时,还应满足右侧轴承的安装要求,根据选定轴承型号确定.右端轴承型号与左端轴承相同,取 d6=45mm。 (4) 选择轴承型号由1P270 初选深沟球轴承,代号为 6209,查手册可得:轴承宽度 B=19,安装尺寸D=52,故轴环直径 d5=52mm。 (5）确定轴各段直径和长度段：d1=35mm 长度取 L1=50mmII 段:d2=40mm 初选用 6209 深沟球轴承，其内径为 45mm,宽度为 19mm.考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离.取套筒长为20mm，通过密封盖轴段长应根据密封盖的宽度，并考虑联轴器和箱体外壁应有一定矩离而定，为此，取该段长为 55mm，安装齿轮段长度应比轮毂宽度小 2mm,故 II 段长：L2=（2+20+19+55）=96mmIII 段直径 d3=45mmL3=L1-L=50-2=48mm段直径 d4=50mm长度与右面的套筒相同，即 L4=20mm段直径 d5=52mm 长度 L5=19mm由上述轴各段长度可算得轴支承跨距 L=96mm (6)按弯矩复合强度计算求分度圆直径：已知 d1=195mm求转矩：已知 T2=198.58Nm求圆周力：Ft根据课本 P127（6-34）式得Ft=2T2/d2=2198.58/195=2.03N求径向力 Fr根据课本 P127（6-35）式得Fr=Fttan=2.03tan200=0.741N15因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=48mm轴承支反力：FAY=FBY=Fr/2=0.74/2=0.37NFAZ=FBZ=Ft/2=2.03/2=1.01N由两边对称，知截面 C 的弯矩也对称.截面 C 在垂直面弯矩为MC1=FAyL/2=0.37962=17.76mN 截面 C 在水平面上弯矩为：MC2=FAZL/2=1.01962=48.48mN MC=(MC12+MC22)1/2=（17.762+48.482)1/2=51.63mN 转矩：T=9.55（P2/n2）106=198.58mN 求圆周力：Ft根据课本 P127（6-34）式得NdTFt03. 219558.1982222求径向力 Fr根据课本 P127（6-35）式得NFFtr741. 0200tan03. 2tan因为该轴两轴承对称，所以：LA=LB=48mm轴承支反力：NFFFrBYAY37. 0274. 02NFFFtBZAZ01. 1203. 22由两边对称，知截面 C 的弯矩也对称.截面 C 在垂直面弯矩为:mmNLFMAYC76.1729637. 021截面 C 在水平面上弯矩为：mmNLFMAZC48.4829601. 122mmNMMMCCC63.512482.48762.17221转矩：T=9.55（P2/n2）106=198.58mN 转矩产生的扭剪文治武功力按脉动循环变化，取 =0.2，截面 C 处的当量弯矩：mNTMMcec13.652)58.1982 . 0(632.512)(222(7)校核危险截面 C 的强度 由式（6-3)得16MPaMPadbe6014. 7451 . 0100013.651 . 013.651333该轴强度足够。 3.2.2 主动轴的设计主动轴的设计1、选择轴的材料 确定许用应力 选轴的材料为 45 号钢，调质处理.查2表 13-1 可知： MPab650MPas360查表 13-6 可知：b+1bb=215Mpa 0bb=102Mpa,-1bb=60Mpa2、按扭转强度估算轴的最小直径 单级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接，从结构要求考虑，输出端轴径应最小，最小直径为： dC 查2表 13-5 可得，45 钢取 C=118 则 mmnPAd92.2033.47364. 211833330 考虑键槽的影响以系列标准，取mmd223、齿轮上作用力的计算 齿轮所受的转矩： NnPT5326533.47364. 21055. 91055. 966 齿轮作用力： 圆周力：NdTFt2130505326522 径向力：NFFtr775200tan2130200tan 确定轴上零件的位置与固定方式 单级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置 在齿轮两边.齿轮靠油环和套筒实现 轴向定位和固定，靠平键和过盈配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通过两端轴承盖实现轴向定位， 4、 确定轴的各段直径和长度初选用 6206 深沟球轴承，其内径为 30mm,宽度为 16mm.考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面与箱体内壁应有一定矩离，则取套筒长为 20mm，则该段长 36mm，安装齿轮段长度为轮毂宽度为 2mm。(2)按弯扭复合强度计算求分度圆直径：已知mmd502求转矩：已知mNT26.53求圆周力 Ft：根据课本 P127（6-34）式得17NdTFt13. 25026.532223求径向力 Fr 根据课本 P127（6-35）式得NFFtr76. 036379. 013. 2tan两轴承对称LA=LB=50mm(1)求支反力BZAZBYAXFFFF、 NFFFrBYAX38. 0276. 02 NFFFtBZAZ065. 1213. 22(2) 截面 C 在垂直面弯矩为 mNLFMAXC19210038. 021(3)截面 C 在水平面弯矩为 mNLFMAZC5 .522100065. 122(4)计算合成弯矩 mNMMMCCC83.55252.5219222212(5)计算当量弯矩：根据课本 P235 得 =0.4 mNTMMCec74.592)26.534 . 0(832.552)(222(6)校核危险截面 C 的强度由式（10-3）MPaMPadMbece6012.22301 . 010007 .591 . 0133此轴强度足够3.3 滚动轴承的选择及校核计算滚动轴承的选择及校核计算 3.3.1 从动轴上的轴承从动轴上的轴承根据根据条件，轴承预计寿命Lh=1030016=48000h (1)由初选的轴承的型号为: 6209, 查1表 14-19 可知:d=55mm,外径 D=85mm,宽度 B=19mm,基本额定动载荷C=31.5KN, 基本静载荷 CO=20.5KN, 查2表 10.1 可知极限转速 9000r/min （1）已知 nII=121.67(r/min)两轴承径向反力：FR1=FR2=1083N根据课本 P265（11-12）得轴承内部轴向力18 则RSFF63. 0NFFFRSS682108363. 063. 0121(2) FS1+Fa=FS2 Fa=0故任意取一端为压紧端，现取 1 端为压紧端FA1=FS1=682N FA2=FS2=682N(3)求系数 x、yFA1/FR1=682N/1038N =0.63FA2/FR2=682N/1038N =0.63根据课本 P265 表（14-14）得 e=0.68FA1/FR1e x1=1 FA2/FR248000h 预期寿命足够 3.3.2 主动轴上的轴承主动轴上的轴承 (1)由初选的轴承的型号为:6206 查表 14-19 可知:d=30mm,外径 D=62mm,宽度 B=16mm,基本额定动载荷 C=19.5KN,基本静载荷 CO=111.5KN, 查表 10.1 可知极限转速 13000r/min 根据根据条件，轴承预计寿命Lh=1030016=48000h （1）已知 nI=473.33(r/min)两轴承径向反力：FR1=FR2=1129N根据课本 P265（11-12）得轴承内部轴向力FS=0.63FR 则 FS1=FS2=0.63FR1=0.63x1129=711.8N (2) FS1+Fa=FS2 Fa=0故任意取一端为压紧端，现取 1 端为压紧端FA1=FS1=711.8N FA2=FS2=711.8N(3)求系数 x、yFA1/FR1=711.8N/711.8N =0.63FA2/FR2=711.8N/711.8N =0.6319根据课本 P265 表（14-14）得 e=0.68FA1/FR1e x1=1 FA2/FR248000h 预期寿命足够3.4 凸轮的设计与计算凸轮的设计与计算 凸轮机构是使从动件作预期规律运动的高副机构,按封闭方式的不同可分为力封闭和形封闭两类：靠弹簧力、从动件自重等外力使从动件与凸轮始终保持接触的凸轮机构,属于力封闭类凸轮机构；靠凸轮(组)的几何形状来保持从动件和凸轮之间始终可靠接触的凸轮机构属于形封闭类凸轮机构,也称几何封闭凸轮机构,共轭凸轮机构就属于此类.在一个共轭凸轮机构中,往往包含两组(或两组以上)完整的凸轮机构,其同类构件相互刚性联接,两凸轮分别控制同一从动件运动规律中的不同行程,其中刚性联接的两个凸轮称为共轭凸轮。根据从动件的运动形式的不同,共轭凸轮机构又可分为往复直动从动件共轭凸轮机构、往复摆动从动件共轭凸轮机构及步进分度转动从动件共轭凸轮机构等。在力封闭类凸轮机构中,必须设置回程弹簧或设计成沟槽凸轮,其设计较为简单,机构冲击较大,仅能用于要求不高的中、低速场合；而形封闭共轭凸轮机构是靠共轭凸轮的几何形状实现从动件与凸轮的可靠接触,因而可省去回程弹簧,减小接触应力,提高传动精度,从而较适于中、高速场合,因此各类共轭凸轮机构在自动化和半自动化机器中有着十分广泛的应用前景。然而由于共轭凸轮机构中参与啮合的零件多、凸轮廓线存在条件较苛刻导致设计分析复杂,使其应用受到了一定限制.因此有必要研究出较为简便的设计方法.共轭凸轮机构设计的核心任务是凸轮廓线的分析和求解。目前,对共轭凸轮机构的设计研究大多是采用传统的直角坐标、极坐标法等 ,设计较为复杂。现在以平底直动从动件共轭凸轮机构的设计分析为例,提出一种复极矢量函数与速度瞬心法相结合的设计方法,并通过设计实例,结合Matlab进行共轭凸轮机构的可视化设计分析,简捷、方便而有效地解决该问题。平底直动从动件共轭凸轮机构工作原理：如图1所示,在平底直动从动件共轭凸轮机构中,主动件为凸轮由同轴安装刚性联接的一对共轭凸轮(凸轮1、凸轮2)组成,凸轮作匀速转动；从动件为推杆作往复直线运动,推20杆是一个中部呈框形的构件,有两处与凸轮接触的平面(上平底、下平底) .凸轮1始终与推杆的上平底接触,凸轮2始终与推杆的下平底接触。这一对共轭凸轮共同协调地控制从动件推杆的推程和回程.利用此凸轮机构就可将凸轮的匀速转动转换为推杆所需要的往复直线运动。图3.1 推杆往复直线运动图根据机器工作要求,为推杆选择合适的加速度运动规律A () ,为凸轮从推程起始时刻开始匀速转过的角度(角度范围为0360) 。相应的有位移运动规律S () 、速度V ()和跃度J ()的变化规律。为设计方便可设凸轮角速度 =1,则 =t = t。2数学模型的建立2. 1坐标系的建立xOy为一固定坐标系(见图1) , O为凸轮回转中心,动坐标系x1Oy1固定在凸轮上， 随凸轮转动而转动， 动坐标系x1Oy1的轴x1与推程开始时刻凸轮1的半径位置相重合。设凸轮顺21时针方向匀速转动，M0为推程开始时刻推杆的上平底与凸轮1的接触啮合点，随着凸轮的转动，啮合点从M0变化到M,凸轮转过的角度为，相应的,从动推杆产生一定的直线位移。这里从M0到M 的轨迹即为凸轮1的工作廓线。2. 2凸轮1工作廓线及刀具中心轨迹设从动件推杆的行程为h，凸轮基圆半径为rb ,选定的运动规律为S ()。则在固定坐标系xOy中推杆往复运动的位移:L () = rb + hS () (1)由于矢量可以用来表示平面上的一个点,当一个动点在平面上按一定的规律连续运动时，就形成一条轨迹平面曲线。因此平面曲线可以用复极矢量函数来表达6 .为求解方便，用复极矢量函数R1 来表达凸轮1的工作廓线:在动坐标系x1Oy1中，矢量R1 的矢径为OM ,极角为x1OM = +,其中为凸轮1转过的角度，即为角yOM。 由图中的几何关系可得:OM =L()cos （2)下面利用速度瞬心三心定理1 求:对凸轮1的凸轮机构进行分析:平底直动从动件凸轮机构包含三个构件：机架、凸轮1、推杆(上平底)。机架与凸轮1之间的速度瞬心为凸轮的回转中心O,机架与推杆之间的速度瞬心在垂直于推杆移动方向的x轴上的无穷远处。根据三心定理,凸轮1与推杆之间的速度瞬心必定在上述两个瞬心连成的直线上(即x轴上) ;又因高副接触的两构件其速度瞬心在接触点的公法线上(即直线MP上, MPx轴) ;则此瞬心为x轴与直线M P的交点P;根据速度瞬心的定义,故可得v推杆= dL ()dt= dL ()d= OP =L () tan 即= arctan1L ()dL ()d(4)因此,凸轮1的工作廓线的复极矢量R1为:R1 =OM ei( +) (5)即为可求。设加工凸轮的刀具半径为,在动坐标系x1Oy1中,刀具中心O1的轨迹用复极矢量R刀表示。R刀的矢径为OO1 , 极角为x1OO1 = +, 其中 为凸轮1 转过的角度, =yOO1。由图中的几何关系可得:OO1 =L ( ) +cos(6)夹角的分析求解与夹角的类似,同理可得= arctan1(L () +)dL ()d(7)因此,凸轮1的刀具中心轨迹的矢量函数R刀为:R刀=OO1 ei( +) 即为可求。2. 3凸轮2的工作廓线及刀具中心轨迹根据共轭条件,从动件推杆上的上平底与下平底属同一个构件,其间距恒等于常数c。当凸轮1与推杆的上平底接触点在M 的时候, 凸轮2与推杆的下平底必须同时保持接触,设接触点为N。下面利用速度瞬心三心定理来证明凸轮2与推杆的下平底的接触点N 一定在M P 直线的延长线上, 即图示的N 点:对凸轮2的凸轮机构进行分析:平底直动从动件凸轮机构包含三个构件:机架、凸轮2、推杆(下平底)。机架与凸轮2之间的速度瞬心为凸轮的回转中心O,机架与推杆之间的速度瞬心在垂直于推杆移动方向的x轴上的无穷远处。根据三心定理,凸22轮2与推杆之间的速度瞬心必定在上述两个瞬心连成的直线上(即x轴上) ;又因高副接触的两构件其速度瞬心必在接触点的公法线上(即与推杆往复移动的方向平行) ;则此瞬心为x 轴与直线NQ 的交点Q (Q 未在图中示出) ;同前,在图示瞬时,根据速度瞬心的定义有:推杆的速度=凸轮1的凸轮机构的瞬心P点(凸轮的)速度=凸轮2的凸轮机构的瞬心Q点(凸轮的)速度。因为凸轮1与凸轮2是一对刚性联接的共轭凸轮,故可得P点Q 点必定重合, 即凸轮2与推杆下平底的接触点为图示的N 点。在动坐标系x1Oy1中, 设凸轮2工作廓线的复极矢量函数R2。由三角形OMN 可得:R2 =ON =OM +MN =R1 +MN (9)式中:矢量R1 为已知,即式(5) ;矢量MN,其矢径等于c,相角( +)。因此矢量R2 也是的函数,这就是凸轮2的工作廓线。凸轮2的刀具中心轨迹的求解与凸轮1的步骤相同。3.5 键联接的选择及校核计算键联接的选择及校核计算1根据轴径的尺寸，由1中表 12-6大齿轮与轴连接的键为：键 1445 GB1096-79轴与凸轮的键为：键 1040 GB1096-792键的强度校核 大齿轮与轴上的键 ：键 1445 GB1096-79bh=149,L=45,则 Ls=L-b=31mm圆周力：Fr=2TII/d=2198580/50=7943.2N挤压强度： =56.93125150MPa=p因此挤压强度足够剪切强度： =36.60120MPa因此剪切强度足够键 836 GB1096-79 和键 1040 GB1096-79 根据上面的步骤校核，并且符合要求。3.6 润滑与密封润滑与密封1.齿轮的润滑采用浸油润滑，由于为单级圆柱齿轮减速器，速度 12m/s，当 m20 时，浸油深度 h约为 1 个齿高，但不小于 10mm，所以浸油高度约为 36mm。2.滚动轴承的润滑由于轴承周向速度为，所以宜开设油沟、飞溅润滑。3.润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用 GB443-89 全损耗系统用油 L-AN15 润滑油。4.密封方法的选取选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确定为 GB894.1-86-25 轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。234 齿轮加工工艺齿轮加工工艺4.1 直齿圆柱齿轮的主要技术要求直齿圆柱齿轮的主要技术要求 4.1.1 齿轮精度和齿侧间隙齿轮精度和齿侧间隙 GBl0095渐开线圆柱齿轮精度对齿轮及齿轮副规定了 12 个精度等级。其中，12 级为超精密等级；35 级为高精度等级；68 级为中等精度等级；912 级为低精度等级。用切齿工艺方法加工、机械中普遍应用的等级为 7 级。按照齿轮各项误差的特性及它们对传动性能的主要影响，齿轮的各项公差和极限偏差分为三个公差组(表 134)。根据齿轮使用要求不同，各公差组可以选用不同的精度等级。齿轮副的侧隙是指齿轮副啮合时，两非工作齿面沿法线方向的距离(即法向侧隙)，侧隙用以保证齿轮副的正常工作。加工齿轮时，用齿厚的极限偏差来控制和保证齿轮副侧隙的大小。 4.1.2 齿轮基准表面的精度齿轮基准表面的精度齿轮基准表面的尺寸误差和形状位置误差直接影响齿轮与齿轮副的精度。因此GBl0095 附录中对齿坯公差作了相应规定。对于精度等级为 68 级的齿轮，带孔齿轮基准孔的尺寸公差和形状公差为 IT6-IT7，用作测量基准的齿顶圆直径公差为 IT8；基准面的径向和端面圆跳动公差，在 11-22m 之间(分度圆直径不大于 400mm 的中小齿轮)。 4.1.3 表面粗糙度表面粗糙度齿轮齿面及齿坯基准面的表面粗糙度，对齿轮的寿命、传动中的噪声有一定的影响。68 级精度的齿轮，齿面表面粗糙度 Ra 值一般为 0832m，基准孔为 0816 m，基准轴颈为 0416m，基准端面为 1632m，齿顶圆柱面为 32m。4.24.2 直齿圆柱齿轮机械加工的主要工艺问题直齿圆柱齿轮机械加工的主要工艺问题 4.2.1 定位基准定位基准齿轮加工定位基准的选择应符合基准重合的原则，尽可能与装配基准、测量基准一致，同时在齿轮加工的整个过程中(如滚、剃、珩齿等)应选用同一定位基准，以保持基准统一。带孔齿轮或装配式齿轮的齿圈，常使用专用心轴，以齿坯内孔和端面作定位基准。这种方法定位精度高，生产率也高，适用于成批生产。单件小批生产时，则常用外圆和端面作定位基准，以省去心轴，但要求外圆对孔的径向圆跳动要小，这种方法生产率较低。 4.2.2 齿坯加工齿坯加工齿坯加工主要包括带孔齿轮的孔和端面 (1)齿坯孔加工的主要方案如下：24 1)钻孔一扩孔一铰孔一插键槽 2)钻孔一扩孔一拉键槽一磨孔 3)车孔或镗孔一拉或插键槽磨孔 (2)齿坯外圆和端面主要采用车削。大批、大量生产时，常采用高生产率机床加工齿坯，如多轴或多工位、多刀半自动机床；单件、小批生产时，一般采用通用车床，但必须注意内孔和基准端面的精加工应在一次安装内完成，并在基准端面作标记。 4.2.3 齿面切削方法的选择齿面切削方法的选择齿面切削方法的选择主要取决于齿轮的精度等级、生产批量、生产条件和热处理要求。78 级精度不淬硬的齿轮可用滚齿或插齿达到要求；67 级精度不淬硬的齿轮可用滚齿一剃齿达到要求；67 级精度淬硬的齿轮在生产批量较小时可采用滚齿一（或插齿)一齿面热处理磨齿的加工方案，生产批量大时可采用滚齿一剃齿一齿面热处理一珩齿的加工方案。4.2.4 圆柱齿轮的加工工艺过程圆柱齿轮的加工工艺过程 (1)只需调质热处理的齿轮毛坯制造一毛坯热处理(正火)一齿坯粗加工一调质一齿坯精加工一齿面粗加工一齿面精加工。 (2)齿面须经表面淬火的中碳结构钢、合金结构钢齿轮毛坯制造一正火一齿坯粗加工一调质一齿坯半精加工一齿面粗加工(半精加工)一齿面表面淬火一齿坯精加工一齿面精加工。 (3)齿面须经渗碳或渗氮的齿轮毛坯制造一正火一齿坯粗加工一正火或调质一齿坯半精加工一齿面粗加工一齿面半精加工一渗碳淬火或渗氮一齿坯精加工一齿面精加工。4.34.3 实施装置中的齿轮实施装置中的齿轮 .1 零件分析零件分析该齿轮为模数 m=2.5mm，齿数 z=15，齿宽 B=40m;的标准直齿圆柱齿轮。由于装置中的齿轮要求齿面要硬，齿心要韧，所以选择锻造毛坯；采用 40Cr (1)主要技术要求 1)精度等级设第 I 公差组为 6 级精度，检测项目齿距累积误差 Fp;第公差组为 5 级精度，检测项目齿形误差 ff 和基节偏差 fpb，；第公差组为 5 级精度，检测项目齿向误差 F；用测公法线长度的方法测齿厚偏差 Wk；齿厚上偏差代号 M，齿厚下偏差代号 P； (精度等级表示中，齿厚极限偏差用以控制侧隙，本例用代号 MP表示)。2)齿坯基准面精度基准内孔为精度 IT6；两端面对内孔轴线的端面圆跳动业有要求；3)表面粗糙度 Ra 值基准孔为 08m，两端面为 16m，齿面为 08m，齿顶圆柱面为 32m。 (2)毛坯选择采用锻造毛坯以改善材料的力学性能。小批生产时采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。 (3)主要表面加工方法的选择该齿轮精度等级较高，各主要表面精加工的方法如25下；基准孔：磨削端面：磨削齿面：滚齿一表面淬火磨齿加工圆柱齿轮的一般过程：工艺流程卡产品型号零部件图号文件编号产品名称齿轮零部件名称共页 第页序号工序内容设备数量量具工时定额备注 1 下料锯床 1 2 粗车端面、内孔及倒角立车 1 3 毛坯检验无损探伤仪 4 粗车止口、外圆倒角及端面车床 1 5 热处理（调质）箱式炉 6 精车内孔和端面 车床 1 7 钻孔 立钻 8 磨大端面 平面磨床 9 扩孔 钻床 10 拉键槽拉床 11 中间检验 卡尺和角度尺 12 打厂标 钳工台 13 粗滚齿 滚齿机 14 精滚齿 滚齿机 15 齿端加工铣床 16 清洗 清洗机 17 中间检验 18 热处理 （表面淬火） 箱式炉 19 精磨内孔 内圆磨床 20 清洗 清洗机 21 中间检验 22 配对 检验机 23 磨研齿 磨齿机 24 清洗 清洗机 25 配对 检验机 26 写配对号 27 清洗 清洗机 28 最终检验 设计校对审核批准26 齿轮加工工艺过程大致要经过如下几个阶段：毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿端加工、齿面热处理、精基准修正及齿形精加工等。 加工的第一阶段是齿坯最初进入机械加工的阶段。由于齿轮的传动精度主要决定于齿形精度和齿距分布均匀性，而这与切齿时采用的定位基准（孔和端面）的精度有着直接的关系，所以，这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿的内孔和端面的精度基本达到规定的技术要求。在这个阶段中除了加工出基准外，对于齿形以外的次要表面的加工，也应 尽量在这一阶段的后期加以完成。第二阶段是齿形的加工。对于不需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的最后加工阶段，经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来。对于需要淬硬的齿轮，必须在这个阶段中加工出能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度，所以这个阶段的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段。应予以特别注意。齿端加工: a)倒圆 b)倒尖 c)倒棱图 1 齿端加工齿轮的齿端加工方式有：倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺四种方式。经倒圆、倒尖、倒棱后的齿轮(图 1)。沿轴向移动时容易进入啮合。齿端倒圆应用最多，图 2 是表示用指状铣刀倒圆的原理图。倒圆时，齿轮慢速旋转，指状铣刀在高速度旋转的同时沿齿轮轴向作往复直线运动。齿轮每转过一齿，铣刀往复运动一次，两者在相对运动中即完成齿端倒圆。同时由齿轮的旋转实现连续分齿，生产率较高。齿端加工应安排在齿形淬火之前进行。 图 2 齿端倒圆加工的第三阶段是热处理阶段。在这个阶段中主要对齿面的淬火处理，使齿面达到规定的硬度要求。 加工的最后阶段是齿形的精加工阶段。这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形，进一步提高齿形精度和降低表面粗糙度，使之达到最终的精度要求。在这个阶段中首先应对定位基准面（孔和端面）进行修整，因淬火以后齿轮的内孔和端面均会产生变形，如果在淬火后直接采用这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工，是很难达到齿轮精度的要求的。以修整过的基准面定位进行齿形精加工，可以使定位准确可靠，余量分布也比较均匀，以便达到精加工的目的。 齿端加工必须安排在齿轮淬火之前，通常多在滚（插）齿之后。 齿轮淬火后基准孔产生变形，为保证齿形精加工质量，对基准孔必须给予修正。圆柱孔齿轮的修正，可采用推孔或磨孔，推孔生产率高，常用于未淬硬齿轮；磨孔精度高，但生产率低，对于整体淬火后内孔变形大硬度高的齿轮，或内孔较大、厚度较薄的齿轮，则以磨孔为宜。磨孔时一般以齿轮分度圆定心，这样可使磨孔后的齿圈径向跳动较小，对以后磨齿或珩齿有利。为提高生产率，有的工厂以金刚镗代替磨孔也取得了较好的效果。27 285 三维图的绘制三维图的绘制5.1 三维图的绘制方案确定三维图的绘制方案确定 对于我设计的机构，绘制这个机构的三维图。首先要确定它是由哪些部件组成：这个同步高速冲压机构有一个箱体，箱体内主要由四根传动轴组成，每根传动轴上的零件是一样的，有一个齿轮和两个凸轮进行传动。齿轮和凸轮之间由轴套来固定。四个轴上的齿轮互相啮合，以此来传动，带动凸轮的转动，用共轭平底凸轮来控制机架的上下和左右的运动，从而完成同步高速冲压。然后确定用什么画图软件来完成三维图的绘制。对于三维图我们学过的软件有 Pro-E 和 Catia，综合对这两个软件的熟练程度以及对这个机构的适合程度，我选择用 Catia 来完成这个机构的三维图的绘制。CATIA 是英文 Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application 的缩写。 是世界上一种主流的 CAD/CAE/CAM 一体化软件。在 70 年代 Dassault Aviation 成为了第一个用户，CATIA 也应运而生.从 1982 年到 1988 年，CATIA 相继发布了 1 版本、2 版本、3 版本，并于 1993 年发布了功能强大的 4 版本，现在的 CATIA 软件分为 V4 版本和 V5 版本两个系列。V4 版本应用于 UNIX 平台，V5 版本应用于 UNIX 和 Windows 两种平台.V5 版本的开发开始于 1994 年。为了使软件能够易学易用，Dassault System 于 94 年开始重新开发全新的 CATIA V5 版本，新的 V5 版本界面更加友好，功能也日趋强大，并且开创了 CAD/CAE/CAM 软件的一种全新风格。一个产品仅有设计是不够的，还必须制造出来.CATIA 擅长为棱柱和工具零件作 2D/3D关联，分析和 NC ；CATIA 规程驱动的混合建模方案保证高速生产和组装精密产品，如机床，医疗器械、胶印机钟表及工厂设备等均能作到一次成功。 在机床工业中，用户要求产品能够迅速地进行精确制造和装配。Dassault System 产品的强大功能使其应用于产品设计与制造的广泛领域。大的制造商像 Staubli 从Dassault System 的产品中受益匪浅。Staubli 使用 CATIA 设计和制造纺织机械和机器人.Gidding &Lewis 使用 CATIA 设计和制造大型机床。 模块化的 CATIA 系列产品旨在满足客户在产品开发活动中的需要，包括风格和外型设计、机械设计、设备与系统工程、管理数字样机、机械加工、分析和模拟.CATIA 产品基于开放式可扩展的 V5 架构。 通过使企业能够重用产品设计知识，缩短开发周期，CATIA 解决方案加快企业对市场的需求的反应。自 1999 年以来，市场上广泛采用它的数字样机流程，从而使之成为世界上最常用的产品开发系统。 CATIA 系列产品已经在七大领域里成为首要的 3D 设计和模拟解决方案：汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计、电力与电子、消费品和通用机械制造。5.2 三维图的图样三维图的图样（1）传动轴以及齿轮和凸轮的三维图29图 5.1 传动轴、齿轮、凸轮三维图图 5.2 传动轴、齿轮、凸轮三维图（2）机构的三维图30 图 5.3 箱体三维图 图 5.4 外壳三维图（3） 打开前盖的机构三维图31 图 5.5 前盖三维图 图 5.6 前盖三维图32 6 结论与展望结论与展望6.1 设计的不足对于这次对同步
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