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Y38
滚齿机滚刀箱
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Y38滚齿机滚刀箱设计【说明书+CAD】,Y38,滚齿机滚刀箱,设计,说明书,CAD
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青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书第1章 绪论1.1滚齿机在我国国民经济中的地位齿轮是现代机器和仪器中的重要零件。由于齿轮传动具有传动比精确、传力大、效率高、结构紧凑、可靠耐用等优点，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的技术装备。齿轮的加工技术和加工能力反映一个国家的工业水平。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。只要滚刀与工件齿形共轭，就可以加工相应齿形的工件，如圆弧齿轮、棘轮、链轮等。滚齿机既适合于高效率的齿形粗加工，又适合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。切削加工主要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，因此金属切削机床是加工机器零件的主要设备，他所负担的工作量，约占及其总制造工作量的40%60%，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。以此作为机械制造业的基础装备的金属切削机床，在国民经济中占有重要地位。而齿轮作为机械传动中最常见，最重要的传动由于其使用的量大面广，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。例如，汽车齿轮大多数采用滚齿剃齿热处理珩齿工艺，少数企业和部分轿车企业采用滚齿热处理磨齿工艺，而重载齿轮传动业则普遍采用滚齿热处理磨齿工艺。滚齿在汽车齿轮加工方面占据了70% 以上的份额，可见滚齿在齿轮加工领域的作用不可替代。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4050%，它主要用来加工圆柱齿轮和蜗轮等。1.2滚齿技术及滚齿机制造技术的发展历程1694年，法国学者Philippe Delahire首先提出了渐开线可作为齿形曲线，经过无数人的努力和长时间的完善发展，已经成为目前应用最广泛的一种齿形。1785年Leonard Euler发明了渐开线，1835年惠特沃思第一个申请采用范成法的主流滚齿机,19世纪末，展成切齿法原理的出现使得Grant利用此原理于1887年发明了滚齿机，使渐开线齿轮取得了绝对优势，齿轮从此进入工业应用。后经多方面的改进,1900年赫曼法乌特又加上差动装置,首创了可以滚制斜齿轮的万能滚齿机,从而解决了制造问题。从此渐开线齿轮成为应用最广泛的齿轮，而展成法加工齿轮也以巨大的优势压倒范成法成为主要的齿轮加工方法。1940年，重庆机床厂始建，成为中国齿轮机床的摇篮，后来成为世界上规模最大、生产数量最多的滚齿及制造商。美国于1952年首先研制成功数控机床，与此同时，联邦德国也在1953年获得数控滚齿机专利。1960年我国自行设计研制出国内第一台8m式滚齿机，并在1986-1987年间成功研制出数控滚齿机并开始加工直齿非圆齿轮。1996年，重庆机床厂向北京华纳提供了7台高效数控滚齿机，同年以雄厚的实力一举夺得神龙公司15万辆轿车工程的国际招标项目，这七台严格按照国际标准和欧洲标准设计制造的数控滚齿机一举使我国的滚齿机生产水平达到了国际先进标准。滚齿机制造技术的发展可划分为机械式滚齿机和数控滚齿机两个阶段。传统的机械传动式滚齿机，其特征为各主轴采用机械式的传动形式，包括差动、分齿、工件轴、滚刀轴和进给等。由于传动链固有的理论误差和安装间隙，造成速度较慢，精度较低。工作时，滚刀装在滚刀主轴上，由主电动机通过齿轮副和蜗轮副驱动作旋转运动；刀架可沿立柱导轧垂直移动，还可绕水平轴线调整一个角度。工件装在工件轴上，由分度蜗轮副带动旋转，与滚刀的运动一起构成展成运动。滚切斜齿时，差动机构使工件作相应的附加转动。工作台(或立柱)可沿床身导轨移动，以适应不同工件直径和作径向进给。随着数控技术的发展，出现了13个轴数控化的滚齿机，其中的一部分轴采用伺服电机数字化控制。直到20世纪80年代，世界上才出现真正意义上的六轴数控滚齿机。在过去的20年中，数控滚齿机的发展可以划分为4代。第一代数控滚齿机的工件轴和滚刀轴等采用传统的蜗杆蜗轮副传动，速度依然较低，但精度有所提高。随着刀具技术的发展，切削线速度有了很大的提高，原来的滚齿机已不能满足刀具的高速切削要求，于是更快的第二代数控滚齿机诞生。其工件轴和滚刀轴采用齿轮副传动，速度有很大的提高。第三代数控滚齿机于90年代末期出现，它与世界上两大齿轮装备巨头的合并不无干系。差动机构滚齿机发明人H.Pfaute创办了PFAUTER公司，100多年来，PFAUTER公司不断探索，使滚齿机制造技术始终处于世界领先地位。1997年，世界著名锥齿轮制造商美国格里森公司成功收购德国PFAUTER公司。通过技术的强强联手，第三代数控滚齿机GP系列诞生。其以全直驱技术的利用为特征，工件轴和滚刀轴的直接驱动实现了真正意义的全闭环控制。直驱技术的使用，保证了高速度；电子齿轮箱和机械间隙的数控补偿，保证了高精度。这时，数控滚齿机似乎进入顶峰。近10年间，基于多年的齿轮机床制造经验以及不断的创新意识，格里森公司又开发出第四代滚齿机GENESIStm 130H，这也是当今世界上唯一的第四代数控滚齿机。数控滚齿机朝着超高速、超精度、超可靠性、超数字化方向发展。 2007年4月，中国本土生产的第一台带有人造大理石床身、高速主轴直驱的滚齿机正式问世。这台滚齿机经过严格测试，各项精度指标和性能完全满足格里森美国和德国标准，标志着中国齿轮机床的制造技术从此跨入了一个崭新的高度。1.3滚齿机的国内外现状分析 随着数控技术、软件技术、信息技术、可靠性技术的发展，滚齿机正朝着复合功能的方向迈进，实现齿轮加工数控化和自动化、加工和检测的一体化是目前齿轮加工的发展趋势。以德国西门子、日本发那科公司数控系统为主流的数控滚齿机的出现，大大提高了齿轮加工能力和加工效率。我国目前真正能够生产数控滚齿机的只有23个厂家，且使用的多是德国西门子数控系统，加工中模数齿轮，没有自主产权的核心技术，缺少国际竞争力。目前我国仍以生产加工并使用传统齿轮加工机床进行齿轮类零件的加工。由武汉重型机床集团有限公司设计制造的目前我国最大的Y311250型12.5米滚齿机，已经通过了用户单位唐山盾石机械制造有限公司的验收。该机床加工齿轮的直径可达12.5米，加工模数36，工作台最大承重100吨，是生产水泥设备、矿山机械、发电设备的关键设备。此前，我国制造的最大规格的滚齿机加工件直径为8米，也是由武重生产的。 但是，最近这几年，我国对滚齿机设计制造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23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/min后，会产生大量油雾，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。第2章 Y38滚齿机方案设计2.1明确总共能（黑箱法）：人们常把一些内部结构尚不清楚的系统叫做黑箱.对某一未知系统(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.对于黑箱问题的解决,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2-12.2功能原理的选择齿轮加工方法：按齿面加工原理来分，有范成法和成形法。 1成形法 ：成形法利用与被加工齿轮齿槽截形相一致的刀具齿形，在齿坯上加工齿面。 在铣床上用盘形或指形齿轮铣刀铣削齿轮，在刨床或插床上用成形刀具刨削或插削齿轮。加工时，刀具作快速的切削运动（旋转运动或直线运动），并沿齿槽作进给运动，就可切出齿槽。加工完一个齿槽后，工件分度转动一个齿距，再加工另一齿槽，直至切出全部齿槽。采用成形法加工齿轮，所用机床较简单，并可以利用通用机床加工。缺点是加工精度较低，生产率不高，通常多用于修配。 2.范成法 ：用范成法加工齿轮时，刀具与工件模拟一对齿轮（或齿轮与齿条）作啮合运动（范成运动），在运动过程中，刀具齿形的运动轨迹逐步包络出工件的齿形。 范成法切齿刀具的齿形可以和工件齿形不同，且可以用一把刀具切出同一模数而齿数不同的齿轮，加工时连续分度，具有较高的加工精度和生产率。因此齿轮加工一般采用范成法。图2-22.3功能分解图总功能范成切齿主传动分齿进给差动动力定传动比传动变速传动直齿斜齿定传动比变速传动无级变速器差动挂轮电动机液压定轴轮系周转轮系挂轮传动无级变速定传动比传动变速传动定传动比传动变速传动定轴轮系周转轮系挂轮无级变速定轴轮系周转轮系挂轮无级变速定轴轮系周转轮系挂轮无级变速气压电气2.4 功能元求解表2-1方案1方案2方案3方案4方案5主传动带传动蜗轮蜗杆传动挂轮周转轮系定轴轮系分齿分齿挂轮钢球式无级变速器进给进给挂轮定轴轮系周转轮系钢环式无级变速器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2.5各功能元求解方案分析1）主传动：表2-2方 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。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。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。i1m=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2）分齿表2-3方 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。3）进给表2-4方 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。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。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4）差动表2-5方 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。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。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。2.6最佳方案的分析和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2-6满足功能要求成本可靠性操控性维护性外观及环保Ki所占百分比满足功能要求33334160.267成本11333110.183可靠性13334140.233操控性1112380.133维护性1112380.133外观及环保0101130.05601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2-7不可用可用一般良好优秀理想0123451 主传动方案的分析比较与确定表2-8得分方案方向A带传动B挂轮C蜗轮蜗杆传动D周转轮系E定轴轮系满足功能要求35224成本43122可靠性34234操控性33344维护性33222外观及环保24311总体得分： A=30.267+40.183+30.233+30.133+30.133+20.05=3.13B=50.267+30.183+40.233+30.133+30.133+40.05=3.814C=20.267+10.183+20.233+30.133+20.133+30.05=1.998D=20.267+20.183+30.233+40.133+20.133+10.05=2.447E=40.267+20.183+40.233+40.133+20.133+10.05=3.214所以主传动系统中的最优方案为方案B：挂轮。2 分齿运动方案系统的分析比较与确定：表2-9得分 方案 方向 A分齿挂轮B钢球式无级变速器满足功能要求42成本13可靠性52操控性35维护性32外观及环保44总体得分： A=40.267+10.183+50.233+30.133+30.133+40.05=3.357B=20.267+30.183+20.233+50.133+20.133+40.05=3.124所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2-10得分 方案方向A定轴轮系B周转轮系C进给挂轮D钢环式无级变速器满足功能要求3342成本1224可靠性4332操控性4225维护性2232外观及环保2144总体得分： A=30.267+10.183+40.233+40.133+20.133+20.05=2.988B=30.267+20.183+30.233+20.133+20.133+10.05=2.448C=40.267+20.183+30.233+20.133+30.133+40.05=3.102D=20.267+40.183+20.233+50.133+20.133+40.05=2.995所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表2-11得分 方案方向A定轴轮系B周转轮系C差动挂轮D钢环式无级变速器满足功能要求1143成本1214可靠性4341操控性4415维护性2232外观及环保1155总体得分：A=10.267+10.183+40.233+40.133+20.133+10.05=2.407B=10.267+20.183+30.233+40.133+20.133+10.05=2.013C=40.267+10.183+40.233+10.133+30.133+50.05=2.965D=30.267+40.183+10.233+50.133+20.133+50.05=2.947所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2-12得分 方案方向A电动机B液压传动C气压传动D电气传动满足功能要求4533成本5344可靠性3433操控性4333维护性4334外观及环保4243总体得分：A=40.267+50.183+30.233+40.133+40.133+40.05=3.946B=50.267+30.183+40.233+30.133+30.133+20.05=3.714C=30.267+40.183+30.233+30.133+30.133+40.05=3.23D=30.267+40.183+30.233+30.133+40.133+30.05=2.914所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2-13系统主传动分齿进给差动动力方案挂轮分齿挂轮进给挂轮差动挂轮电动机2.7草绘整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450800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。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2001250mm）的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200320mm）的高效型滚齿机，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2-35） 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。传动示意图确定：图2-42.8计算滚刀的速度和功率并选择电动机一.计算滚刀的速度1.加工模数 m6mm的45钢时（HB207）时，查参考文献【12】得：V= （2-1）已知进给量 f=0.253，查资料得：切削速度修正系数 k=1.0,耐用度 T=21600。将以上参数带入公式得：V=算得：V=0.428311.48371。2.加工模数 m8mm的铸铁（HB170210）时，查参考文献【12】得：V=， （2-2）已知进给量 f=0.253，查参考文献【12】得：切削速度修正系数 k=1.0，耐用度 T=59600。将以上参数带入公式得： V=算得：V=0.384790.81091。 为了使滚刀既能满足加工模数m6mm的45钢时的速度，同时又能满足加工模数m8mm的铸铁时的速度，所取滚刀的速度应为此两种情况的速度范围的并集，即V=0.384791.48371，化为转速约为n=61236二 计算滚刀的切削功率1.滚刀45钢（HB207）时，查参考文献【12】得：P=， （2-3）已知进给量f=0.253,模数m6mm，切削速度V=0.428311.48371，滚刀外径 d=120mm .查参考文献【12】得：功率修正系数 K=1.0 。由公式可知，当的值越大，p就越大。当p的值大时可以满足小功率要求，但当p的值小时，不能满足大功率要求。所以应取与中较大者。因为，=0.25=0.42608=3=1.15124,所以,取=1.15124P=1.50112KW2.滚切铸铁（HB170210）时，查参考文献【12】得：P= （2-4）已知进给量f=0.253,模数m8mm,切削速度 V=0.384790.81091 滚刀外径 d=120mm, 查参考文献【12】得 功率修正系数 kp=1.0由公式可知，当的值越大，p就越大。当p的值大时可以满足小功率要求，但当p的值小时，不能满足大功率要求。所以应取与中较大者。因为，=0.250.81091=0.23287=30.38479=1.03427所以,所以,取=1.03427算得：P=1.09963KW根据大功率能满足小功率要求，但小功率不能满足大功率的要求，统一取加工45钢时的p与加工铸铁时的p中较大者。 即取最大功率 p=1.50112kw.三. 选择电动机1 计算电动机功率：总效率:=, （2-5）,分别为带传动，齿轮传动（包括轴承损失）的效率。取=0.9，=0.975，所以，=0.7538，又因为电动机效率，P= P=1.99KW。2 确定电动机转速：已知滚刀的转速范围为：n=61236，根据滚刀的转速范围粗略取主传动变速级数分别为：61 96 131 166 201 236。根据参考资料得：渐开线齿轮单级传动比不大于8，为了使主传动变数挂轮传动平稳，尺寸不至于过大，粗略取主传动变速挂轮传动比=0.42。参考Y38-1型滚齿机的主传动比取传动链为：n=n得n= n13.4=（2360.4612）13.4，所以： n=12651590（）所以电动机的转速范围应该在12651590（）之间。根据参考资料，可以知道符合这一范围的同步转速只有1500。根据所求电动机的功率和转速，由滚齿机的工作状况试选用Y系列三相异步电动机，Y系列为绕线转子电动机，适用于各种机械及其他类系设备的专用产品，具有较大的过载能力和较高的机械强度因此它满足滚齿机的使用要求与我们所设计的滚齿机工作条件相符，是合适的电动机类型。查有关资料得只有一种适用的电动机型号，即Y100L2-4型电动机。其主要性能如下表：型号额定功率KW转速电流A效率%功率因数启动电流启动转矩最大转矩额定电流额定转矩额定转矩Y100L2-4314306.8282.50.817.02.22.2第3章滚刀箱主要零件设计校核3.1轴VII上斜齿圆柱齿轮啮合设计计算与校核3.1.1计算速度传动路线中转轴VII所受的最大转矩 电动机的输出转矩为 （3-1） 轴I的转矩为 轴II的转矩为 轴III的转矩为 由电机的转速和所计算的滚刀主轴的转速确定变速挂轮的传动比。 由滚齿机的速度传动路线公式： 得 所以的值取决于滚刀的转速，当滚刀的转速取最小值62r/min时取最大值。此时，最大值max= 0.0767= 轴IV，V，VI，VII，VIII的转矩为max经过计算得转轴VII上的最大转矩是348.314N.m3.1.2初选齿轮类型、精度等级、材料等1）按传动方案（图3-1）用斜齿圆柱，小齿轮左旋，大齿轮右旋，初选螺旋角为。2）因为齿轮的转速不高，故选用7级精度。3）材料选择。由参考文献6表10-1选择两齿轮材料为45钢，硬度为240HB图3-1 滚刀箱传动方案4）已知两齿轮的传动比为3，取 Z1=18,Z2=54。3.1.3按齿面接触强度设计 由参考文献【2】式10-20 （3-2）计算，即 d （3-3）(1)确定公式内的各计算数值1） 试选载荷系数。2） 由参考文献【2】图10-30选取区域系数。3） 由参考文献【2】图10-26查得，则。4） 计算接触疲劳许用应力。计算应力循环次数。 （3-4） 由参考文献【2】图10-19取接触疲劳寿命系数。 由参考文献【2】图10-21d按齿面硬度查得两齿轮的接触疲劳强度极限。 取失效率为1%，安全系数S=1，由参考文献6式10-12 （3-5） 得 5） 许用接触应力 （3-6）6） 由参考文献【2】表10-6查得材料的弹性影响系数。7） 由参考文献【2】表10-7选取齿宽系数。(2)计算1） 试计算小齿轮的分度圆直径，由计算公式（4-3）得 2） 计算圆周速度 3） 计算齿宽b及模数。 b= (3-7) =1.1557.19=65.77mm m= (3-8) =3.08mm h=2.25m (3-9) =2.253.08mm=6.94mm 4)计算纵向重合度。 (3-10) =1.645）计算载荷系数。 已知使用系数，根据，8级精度，由参考文献【6】图10-8查得动载系数；按手册计算得；。故载荷系数 （3-11）8） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由参考文献6式10-10a （3-12）9） 计算模数。 （3-13）3.1.4按齿根弯曲强度设计 由参考文献【2】式10-17 （3-14）（1） 确定计算参数1） 计算载荷系数。 （3-15）2） 根据纵向重合度从参考文献【6】图10-28查得螺旋角影响系数。 3） 计算当量齿数。 （3-16） 4） 查取齿形系数由参考文献【2】表10-5查得；5） 查取应力校正系数。由参考文献【2】表10-5查得；6） 计算弯曲疲劳极限由参考文献【2】图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。7） 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数，。8） 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数，由式 （3-17）得 9） 计算大、小齿轮的并加以比较。 小齿轮的数值大。（2） 设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取=3mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径来计算应有的齿数。于是由 （3-18） 取，则。3.1.5尺寸计算 （1）计算中心距 （3-19） 将中心距圆整为99mm。（2）按圆整后的中心距休正螺旋角 （3-20） 因值改变不多，故参数等不必修正。（3） 计算大、小齿轮的分度圆直径 （3-21） （3-22）（4） 计算齿轮宽度 （3-23） 圆整后取72mm。（5） 结构图见图纸。3.2滚刀箱轴VII的设计计算与校核3.2.1按扭转强度条件初步估算轴径 轴的扭转强度条件为（参考文献【2】式15-1） （3-24） 式中：； 轴所受的扭矩，N.mm； 轴的抗扭截面系数； 轴的转速，r/min; 轴传递的功率，KW； 计算截面处轴的直径，mm； 许用扭转切应力，MPa。由上式可得轴的直径 （3-25）式中，选取轴的材料为40Cr，调质处理。根据表15-3，取=112；/；。将参数代如式得。 此式求出的直径，只能作为受扭矩作用的轴段的最小直径。3.2.2轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案 装配方案见下图。 图3-2 轴VII的结构与装配（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1）为了便于左端齿轮和轴承的安装，轴是直径从右至左逐渐增大的阶梯轴，根据计算所得的轴径的估算值，6-7段的直径=30mm；右端用轴端直径取挡圈直径为38mm；根据锥齿轮的长度取。 2）为了定位锥齿轮，5-6段的轴径取，根据所用滑动轴承的宽度，取。3-4段同5-6段。 3）为了保证滚刀的加工空间，4-5段较长，按照轴径的估算值取。 4）取安装齿轮处的轴段2-3的直径，齿轮的左右两端为两个推力球轴承，根据计算的齿轮轮毂的宽度和推力轴承的宽度去2-3段的长度。 5）根据1-2段的滑动轴承宽度和推力球轴承的宽度，取1-2段的长度，取轴径。 至此，已经初步确定了轴的各段直径和长度。（1） 轴上零件的周向定位圆柱斜齿轮采用键进行周向定位，由表6-1查得平键截面108， 键槽用键槽铣刀加工，长为70mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样锥齿轮也采用键周向定位，由表6-1查得平键截面，锥齿轮的轮毂与轴的配合同样采用。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此外选轴的直径尺寸公差。（2） 确定轴上圆角和倒角的尺寸取轴端倒角为2，各轴肩处的圆角半径为1。3.2.3求作用在齿轮上的力(1)轴VII上斜齿圆柱齿轮的受力分析 由式（2-19）计算分度圆直径为，则F= （3-26）图3-3 轴VII上斜齿圆柱齿轮受力 （3-27） （3-28） 其中 齿轮所受的圆周切 向力；齿轮所受的径向力； 齿轮所受的轴向力； 轴VII上的扭矩； 法向压力角； 齿轮螺旋角。(2）轴VII上锥齿轮上的受力分析 齿宽中点处的分度圆直径为 (3-29) 其中 m锥齿轮的模数； z锥齿轮的齿数； b锥齿轮的齿宽； R锥齿轮的锥距。 则 （3-30） （3-31） 图3-4 轴VIII上锥齿轮受力图 （3-32） 其中锥齿轮所受切向力； 锥齿轮所受的径向力； 锥齿轮所受的轴向力； 分度圆压角。 轴VII上的扭矩； 分度圆锥角。 切向力、径向力、轴向力的方向如上图。3.2.4求轴VII上的载荷3.2.4.1用力法求解超静定结构 根据轴的结构图将轴简化为简支梁，见下图： 图3-5 轴VII的简化图 这个简支梁由3个支座，支座反力不能全由平衡方程求出，所以这个结构是一个超静定结构。因为如果解除其中任何一个支座，结果就变为静定结构，所以这是一个一次超静定结构。因为该梁在两个平面上受力所以需在两个平面上分别用力法求解。（1） 求解V面 画出V面的受力分析图： 图3-6 V面受力分析图 其中斜齿轮上由齿轮的轴向力对轴产生的附加弯矩为 （3-33）将中间支座解除，但要在中间支座处加一向上的力如图： 图3-7 中间支座接触后的等效受力图设想沿右端支座将外伸梁分成两部分。AB部分为简支梁，在截面B上加上剪力和弯矩，且 （3-34） （3-35）如下图： 图3-8 右端力转移到支座后的等效图 为了解出两个支座处的支座反力需要找出变形协调条件，即中间支座处的挠度为0，也就是F的作用点沿与轴横截面平行的方向上的位移为0。列出方程： （3-36） 根据平衡条件列出平衡方程： （3-37） 对B点取矩，根据平衡条件列方程： （3-38） 其中 （3-39） （3-40） （3-41） （3-42） 由联立得： （2） 求解H面画出H面的受力分析图: 图3-9 H面受力分析图 锥齿轮上齿轮的轴向力对轴产生的附加弯矩为 （3-43）设想沿右端支座将外伸梁分成两部分。AB部分为简支梁，在截面B上加上剪力和弯矩，见下图： 图3-10 右端力转移到支座后的等效图其中 （3-44） (3-45）为了解出两个支座处的支座反力需要找出变形协调条件，即中间支座处的挠度为0，也就是F的作用点沿与轴横截面平行的方向上的位移为0。列出方程： （3-46） 根据平衡条件列出平衡方程： （3-47） 对B点取矩，根据平衡条件列方程： （3-48） 其中 （3-49） （3-50） （3-51） 由联立得： 3.2.4.2画H面和V面的弯矩图和轴的扭矩图 根据计算得到的支座反力计算每段轴的弯矩，从而得到整段轴的弯矩图，V面和H面的弯矩图如下： 图3-11 V面的弯矩图 图3-12 H面的弯矩图 图3-13 轴VII的扭矩图从轴的结构图和扭矩图中可以看出两齿轮与轴配合处的受力截面为危险截面，现将计算出的两截面处的H面和V面的弯矩以及总弯矩和扭矩值列于下表。 表3-1 轴VII载荷计算表载荷水平面H 垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T 3.2.4.3按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即上面的计算所确定的两个危险截面）强度。根据上表中的数据和式（15-5），以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取。由参考文献6式15-5： （3-52） （3-53） 前已选定轴的材料为40Cr,调质处理，由表15-1查得。因此，故安全。3.3.轴VII上键的校核(1) 键的类型和尺寸前面的轴的结构设计中已经对两个齿轮的周向固定进行了设计，对键的类型和尺寸已经做了选择。与圆柱斜齿轮配合的键为的平键；与锥齿轮配合的键为的平键。(2) 校核键连接的强度键、轴和毂的材料是钢，由表6-2查得许用挤压应力为，取其平均值，。与斜齿圆柱齿轮配合的键的校核 键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度。由参考文献【2】式6-1 （3-54） 可见连接的挤压强度足够。 与锥齿轮配合的键的校核 键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度 。由参考文献【2】式6-1 可见连接的挤压强度足够。3.4.轴VI 和轴VII上啮合锥齿轮的校核 该锥齿轮为7级精度，软面，材料为45钢，锻件，齿数，3.4.1按齿面接触强度校核按参考文献【6】式10-25 （3-55）计算齿面接触应力：1. 已知传动比；2. 齿宽系数；3. 转矩；4. 计算载荷系数 (1) 工况系数 ；(2) 动载系数；(3) 齿向载荷系数。 得5. 材料弹性影响系数6.计算齿面接触疲劳应力 7.许用接触疲劳应力 （3-56）(1) 由参考文献【2】图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限： (2) 小齿轮和大齿轮的许用安全系数 (3) 接触疲劳寿命系数 小齿轮和大齿轮每转一周同一侧齿面啮合次数 小齿轮和大齿轮的最高转速 齿轮传动工作时间 (设寿命为10年，1年300天，两班制) 大小齿轮接触应力循环次数 由参考文献【2】图10-19取接触疲劳寿命系数 代入式 得 显然，所以，接触疲劳强度足够。3.4.2按齿根弯曲疲劳强度校核 按参考文献【2】式10-23 （3-57）计算齿根弯曲应力。1.齿形系数(1) 计算分锥角 ；(3) 计算当量齿数 由参考文献【2】表10-5得 1. 应力修正系数 查参考文献【2】表10-5得 3.计算圆周力 （3-58）4. 计算齿根弯曲应力得 6. 计算许用齿根弯曲疲劳应力 (1) 由参考文献【2】图10-20C查得两齿轮的弯曲疲劳强度极限(2) 由参考文献【2】图10-18取弯曲疲劳寿命系数(3) 计算许用齿根弯曲疲劳应力 显然，所以，齿根弯曲疲劳强度足够。3.5.按扭转强度校核滚刀箱主轴 轴VIII是一个截面形状不同的空心轴，其结构如下图所示： 图3-14 轴VIII的结构
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