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Y315
滚齿机
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Y315滚齿机总体设计【说明书+CAD】,Y315,滚齿机,总体,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I摘要摘要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。大立柱坚固在床身的左上方，刀架滑板装在大立柱的双 V 导轨上，其上装有挡块，滚切工作时可根据工件的需求，将撞块调到适当位置，当进刀到位撞下挡块时，可使机床自动停车。本论文结合 Y315 滚齿机的基本要求和特点，重点对滚齿机的总体设计和后立柱设计计算进行了介绍。主要工作有一下几个方面：1.绪论部分主要是介绍了 Y315 滚齿机的组成、工作原理和传统滚齿机的生存空间2.方案设计主要是采用功能分析法分析 Y315 滚齿机的各功能并求解，确定最佳方案并进行分析3.技术设计主要是计算绘图所需要的主要尺寸，并且对主要零件：后立柱链轮和连轮轴进行计算，校核4.总体设计和人机工程设计主要是着重介绍合理利用人机工程进行 Y215 滚齿机的总体设计关键词关键词：滚齿机；总体设计；人机工程青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书IIAbstractGear hobbing is a gear hob special processing machine tools, gear processing in the most widely, primarily by machine bed, the column, table, small column, transmission boxes, tool carrier, such as a few parts. As the bed box structure, separating the two parts of me, a hydraulic box, a cooling box, the upper right of the guide rail for the V-level, working platforms under its shell, it can be along the rail do linear motion. Large column of solid in the upper left corner bed, slide tool carrier mounted on a large column of dual-V rail, which is equipped with a block, the work roll can be cut in accordance with the needs of the workpiece will be transferred into the appropriate location block, when feed into the next block in place, the machine can automatically. In this paper, combined with the basic requirements for hobbing Y315 and characteristics, focusing on the overall design of the hobbing machine and post-column design and calculation are introduced. About the main work areas: 1. Introduction is to introduce some of the major components of the Y315 Hobbing Machine, working principle and the living space of the traditional gear-hobbing machine 2. Program design is the introduction of the functional analysis of the main analysis of the function of Y315 Hobbing and solving to determine the best solution and analysis 3. Technical design is needed to calculate the main drawing size, and the main parts: sprocket and even after the column to calculate axle, checking 4. The overall design and ergonomic design mainly focuses on the rational use of man-machine engineering design for the Y215 Hobbing Machine Key words: hobbing machine；design；man-machine engineering青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书III目目 录录摘要摘要.IABSTRACT .II目录目录.III第一章第一章 绪论绪论.11.1Y315 滚齿机的主要组成 .11.2 传统滚齿机的主要工作原理 .11.3 传统滚齿机的生存空间 .2第二章第二章 方案设计方案设计.42.1 明确总功能 .42.2 功能原理方案的选择 .42.3 功能图分解 .52.4 最佳方案的分析及确定 .142.5 计算滚刀的速度和功率并选择电动机 .18第三章第三章 Y315 滚齿机技术设计滚齿机技术设计.243.1 后立柱链轮和链的计算 .243.2 轴计算.323.2.1 小链轮轴的计算.323.2.2 大链轮轴的计算.36第四章第四章 总体设计总体设计.404.1 综述 .404.2 总体造型设计 .404.3 各大部件的尺寸设计 .414.3.1 机架设计.414.3.2 导轨的设计.42第五章第五章 人机工程设计人机工程设计.445.1 机器造型设计 .445.2 工作环境设计 .455.3 机器的色彩设计 .46青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书IV参考文献参考文献.49致谢致谢.50青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书1第一章第一章 绪论绪论1.1Y315 滚齿机的主要组成滚齿机的主要组成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、工作台、小立柱、传动箱、刀架等几部分组成。Y315 只是传统滚齿机中的一个型号。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。大立柱坚固在床身的左上方，刀架滑板装在大立柱的双 V导轨上，其上装有挡块，滚切工作时可根据工件的需求，将撞块调到适当位置，当进刀到位撞下挡块时，可使机床自动停车。小立柱固定在工作台底座上，其上有双V 导轨。支承工件心轴的支架可在导轨上由液压驱动上下移动。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。1.2 传统滚齿机的主要工作原理传统滚齿机的主要工作原理Y315 滚齿机是利用展成原理加工渐开线齿轮，适用于成批单件小批量生产中滚切圆柱直齿齿轮，斜齿齿轮及蜗轮。本机床还可用花键滚刀加工 6 齿以及 6 齿以上的短花键轴。本机床特别适用于批量加工齿轮，当工件首件调整好并加工完后，液压工作台，可以将工件快速撤离刀具，当第二个工件安放在工作台上后，液压工作台又可以将工件不再找正的快速推进到原来已经找好的工位上去开机加工，故可以用于大批量生产加工各种齿轮。而且本机的特点是结构简单，布局紧凑，操作和维修方便，造价低廉。在工程中，齿轮加工的方法很多，如铸造、精锻、热轧、粉末冶金、切削加工等，但最基本的是切削加工方法，按其切齿原理可分为成型法和范成法两类。成型法是指用与被切齿轮齿间形状相符的成型刀具，直接切出齿形的加工方法，如铣齿,成型法磨齿等。由于成型法加工齿轮需要专用的成型刀具，制造费用高，并不适合多类型齿轮加工，所以大多数加工使用范成法加工，范成法又称展成法或包络法，是利用其共轭齿廓互为包络的原理进行齿轮加工。其刀具有齿轮插刀、齿条插刀和滚刀。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书2315 滚齿机的工作原理是利用范成法来加工齿轮的，其主要工作工程有：1.切削运动（主运动）即滚刀的旋转运动，其切削速度由变速齿轮的传动比决定。2分齿运动即工件的旋转运动，其运动的速度必须和滚刀的旋转速度保持齿轮与齿条的啮合关系。其运动关系由分齿挂轮的传动比来实现。对于单线滚刀，当滚刀每转一转时，齿坯需转过一个齿的分度角度，即 1/z 转（z 为被加工齿轮的齿数）。3垂直进给运动即滚刀沿工件轴线自上而下的垂直移动，这是保证切出整个齿宽所必须的运动，由进给挂轮的传动比再通过与滚刀架相连接的丝杆螺母来实现。在滚齿时，必须保持滚刀刀齿的运动方向与被切齿轮的齿向一致，然而由于滚刀刀齿排列在一条螺旋线上，刀齿的方向与滚刀轴线并不垂直。所以，必须把刀架扳转一个角度使之与齿轮的齿向协调。滚切直齿轮时，扳转的角度就是滚刀的螺旋升角。滚切斜齿轮时，还要根据斜齿轮的螺旋方向，以及螺旋角的大小来决定扳转角度的大小及扳转方向。1.3 传统滚齿机的生存空间传统滚齿机的生存空间传统的机械传动式滚齿机，其特征为哥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，造成速度很慢，精度很低。工作时，滚刀装在滚刀主轴上，由主电动机通过齿轮副和涡轮副驱动作螺旋运动；刀架可沿立柱导轨垂直移动，还可以绕水平轴线调整一个角度。工件安装在工件轴上，由分度涡轮副带动的附加运动。工作台可沿床身导轨移动，以适应不同工件直径和径向进给。随着科学技术的发展，美国于 1952 年发明了数控机床。此后的几十年中，数控技术一直不断发展，bing 且不断完善。数控滚齿机通过取消传统滚齿机中的传动机构，实现了电机与滚刀主轴以及电机与工作台的直联，大大缩短了传动链，减少了传动元件的制造误差以及间隙和装配误差对齿轮加工的影响。所以在注重效率和效益的前提下，数控技术应用越来越广泛。但是，尽管滚齿机向数控方向发展是大势所趋，传统滚齿机传统滚齿机凭借着自身廉价成本的优势还是仍占据着一定的市场份额。首先，我国人口众多，劳动力廉价，传统滚齿机易于操作，维护简单，而且价格便宜，厂家使用会获得更多的利润，因此，仍有不少厂家使用此类滚齿机。其次，数控滚齿机造价高昂，对操作的技术工人的素质要求高，需经过专门的培训，这将使使用成本大大的提高。对于一青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书3些资金比较紧张的中小型企业来说是很难使用如此高端的产品的。第三，根据数控机床的特点可知：数控机床适合于单件小批量和形状比较复杂的产品，若用数控机床进行大批量生产，不但使产品生产成本增加，也会使数控机床的加工精度降低。同时，对于一般精度要求的产品，普通机床就能满足其精度要求，若用高精度机床或者数控机床加工不但会使成本增加，而且还会使机床的精度降低。所以传统滚齿机完全退出江湖在当前社会劳动力发展水平下还是不现实的。也就是说，传统滚齿机的生存空间还会维持较长一段时间。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书4第二章第二章 方案设计方案设计2.1 明确总功能明确总功能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、工作台、小立柱、传动箱、刀架等几部分组成。Y3150E 型滚齿机主要用于滚切直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮。此外，使用涡轮滚刀时，还可以用手动径向进给法滚切涡轮。也可用于加工花键轴。 图 2-1 Y315 功能分析黑箱图通过对输入、输出的转换，我们可以获得所需要的零件，所以得到机床的总功能是在一定的驱动力驱动下，通过控制和辅助操作，将齿轮毛胚加工成齿轮。机床的主要系统应该由动力系统，切削系统，控制系统，润滑系统和冷却系统来完成将齿轮毛坯加工成齿轮的功能。2.2 功能原理方案的选择功能原理方案的选择（1）成形法成型法就是直接使用齿轮成型铣刀将齿谷铣出，用与被加工的齿轮齿槽形状相同的成型刀具切削齿轮。齿轮的表面是渐开线柱面。形成母线的方法是成型法，不需要表面成行运动。形成导线的方法是相切法，需要两个成形运动。一个是盘形铣刀的的旋转，一个是齿坯的轴向移动。两个都是简单运动。铣完一个齿槽后，退回原处。齿坯做分度运动转过 360Z（Z 是被加工齿轮的齿数） 。 加工模数较大的齿轮时，常用指状齿轮铣刀。所需运动与用盘铣刀相同。齿轮的齿廓形状决定于基圆直径，从公式 d=mzcos 可以看出，即使齿轮的模数相同，对于不同的齿数，齿形还是不一样的。实际上，不可能每种齿数都用一把刀，而是采用 8青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书5把一套或 15 把一套的齿轮铣刀。每把铣刀可以切几个齿数的齿轮，而刀具齿形是按刀号能切的最小齿数制造的，若用来切其它齿数的齿轮，就会产生误差。这种刀具的优点是在铣床上就能获得齿轮,在设备受限制的情况下考虑.缺点不少,为了减少刀具的数量而将齿数分段,在一段齿数内用一把刀,从而齿型会带来系统误差.这种方法的加工精度不高，生产效率也低。但可以用通用机床加工，多用于对精度要求不高的修配行业。（2）展成法展成法是利用刀具和齿轮形成展成运动,来加工齿轮.主要有滚齿和插齿,滚齿是模拟蜗杆齿轮啮合来加工的。展成法加工齿轮运用齿轮啮合原理。切齿过程中，模拟某种齿轮副的切齿过程，如交错轴齿轮副、齿轮-齿轮副、齿轮-齿条幅等。把其中的一个作为刀具来加工另外一个。被加工齿的齿廓表面是在刀具和工件包络过程中，由刀具切削刃的位置连续变化形成的。范成法加工齿轮的优点是只要模数和压力角相同，一把刀具可以加工任意齿数的齿轮。生产效率和加工精度都比较高。因此在齿轮加工中，范成法应用最为广泛。2.3 功能图分解功能图分解（1）功能分解总功能范成切齿进给差动主传动动力分齿总功能分解青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书6动力电机内燃机其它交流电动机直流电动机风能水能太阳能动力系统功能系统分析分齿定传动比变传动比机械传动电轴机械传动数控分齿液压控制分齿挂轮分齿系统功能分析进给定传动比进给变传动比进给机械进给数控进给液压进给挂轮进给进给系统功能分析青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书7差动差动合成差动传动差动系统功能分析主传动定传动比传动变传动比传动定轴轮系复合轮系周转轮系有级变速无级变速主传动系统功能分析（2） 、功能元求解方案 1方案 2方案 3方案 4方案 5备注主传动定轴轮系周转轮系复合轮系带传动塔轮钢球锥轮无级变速分齿定轴轮系周转轮系分齿挂轮液压控制分齿挂轮进给定轴轮系周转轮系周转轮系液压进给挂轮进给差动圆柱齿轮差动圆锥齿轮差动涡轮蜗杆差动圆柱齿轮差动圆锥齿轮差动动力交流电动机直流电动机交流电动机内燃机交流电动机图 4青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书8（3）功能元求解方案分析1）主传动：方 案 简 图方 案 说 明方案1定轴轮系：由两个或者两个以上的齿轮组成的系统。传动时各齿轮的几何轴线位置不变，图示为三级齿轮减速器采用的定轴轮系方案2周转轮系：该机构有一固定的太阳轮，自由度为 1，其传动比计算方法与差动轮系相同。方案3复合轮系：由定轴轮系和周转轮系或者几个周转轮系组成，如图示，该轮系用于较大的传动比，适当的选配各齿轮的齿数，可以获得结构紧凑的大传动比机构。复合轮系多用于变速器。方 带传动塔轮：主轴青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书9案4I 上的塔轮与从动轴 II 上的塔轮其装置方向恰相反，各级带轮直径的选取，都以统一带长为基准。通过改变不同带轮接触，即可使从动轴获得不同的转速。该变速机构结构简单，可用于两轴间距较大的场合。方案5塔齿轮有级变速：在轴 I 上装有宝塔齿轮（由少到多的7 个齿轮） ，通过齿轮 2，3，3驱动从动轮 4，操作手柄 M 使齿轮 2 依次与宝塔轮上的每个齿轮啮合，从动轮4 可以得到 7 种转速青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书10方案6钢球锥轮式无级变速：将钢球 3 紧压在主、从动锥轮1、2 上，通过摩擦力传动。钢球 3 可以在轴 III 上自由转动，改变轴 III的倾斜角，即可以改变锥齿轮 1、2的传动半径R1、R2 实现无级变速。该机构机构简单，传动平稳，相对滑动小，体积小，但是钢球精度要求高。 、常用机床，电影机械中。2）分齿方 案 简 图方 案 说 明方案1分齿挂轮：此机构结构紧凑，空间占地少，传动平稳，操作简单，易实现较大范围、较多级别的变速。且易加工、易安装，所以成本低青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书11方案2主、从动轴轴线垂直相交，滚子 1 与平盘2 经弹簧 3 压紧，依靠摩擦力传动，移动滚子 1 即可实现无级变速。该机构简单，但几何滑动大，磨损快，多用于仪表机构和某些轻机械中。3)进给方 案 简 图方 案 说 明方案 1液压进给：传动范围大，易用于机床。并且传动平稳，噪音小，易于维护，结构简单经济性好青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书124）差动方 案 简 图方 案 说 明方案1弧锥环盘式无级变速器：动弧锥环盘 1 的运动经过中间环盘 2，依靠摩擦力传递给从动弧锥环盘 3.中间环盘 2绕 O 点传动即可实现改变主、从动弧锥盘的运动半径，实现无级变速。该机构传动平稳，相对滑动小，效率高，但是制造困难。常用于机床、拉丝机械中。方案2圆柱齿轮差动：太阳轮1、4 分别与轴 A、B 固结，行星轮 2、3 为一二联齿轮，分别与太阳轮 1、4 啮合，并可绕轴 C 自传，同时随H 绕 A、B 轴线公转，系杆H做成箱体形。当 A、B 轴以相同转速相同方向转动时，太阳轮 1、4 将使系杆 H 以相同转速回转，若 A、B 轴转速不等，则系杆 H 转度为：1 324141 3241 324Hz zz znnnz zz zz zz z其中是齿轮1 234z z z z1、2、3、4、的齿数，青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书13是太阳轮 1、4 和系14Hn n n杆 H 的转速方案3圆锥齿轮差动：太阳轮4、5 尺寸相同，与行星轮3 和系杆 H 组成差动轮系，系杆 H 与齿轮 2 固结，其运动由主运动锥齿轮 1 输入。当锥齿轮 1 转速已知时太阳轮 4、5 的转度与主运动轮1 转速的关系为：145122znnnz其中齿轮 1、2 的齿数1 2z z太阳轮 1、4 和系杆145n n nH 的转速方案4连杆差动合成：此机构多用于刹车系统。将操纵杆 1 向左拉，通过差动连杆机构使杆 4、6 上的制动块均衡的施加作用力，这样，就可以使车轮轴上不会受到附加的刹车力。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书142.4 最佳方案的分析及确定最佳方案的分析及确定 为了实现形成渐开线的范成运动，在机床的传动中，包括一条确定它的轨迹（渐开线） ，属于“内联系”传动性质的传动链，称为范成运动传动链。以及另一条确定速度的，属于“外联系”传动性质的传动链，称为主运动传动链。为了能够考虑到各评价目标的重要程度，可以采用有效值法的总分记分方法。 首先是确定了六项评价目标，按重要程度依次为功能满足程度、经济性、使用可靠性、可操作性和维护性、外观及环保。按判别表法定各评价目标的加权系数。1)加权系数判别计算表比较目标评价目标功能满足度经济性使用可靠性可操作性维护性外观及环保得分ik加权系数= ig1iniikk功能满足度 2 2 3 3 4 140.233经济性 2 1 2 2 3100.167使用可靠性 2 3 2 2 3 120.200可操作性 1 2 2 2 2 90.150维护性 1 2 2 2 2 90.150外观及环保 0 1 1 2 2 60.100=60 =11niik1niig青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书15经以上判别表可得，个评判目标的加权系数为：评价目标功能满足度经济性使用可靠性可操作性维修性外观及环保加权系数0.2330.1670.2000.1500.1500.1002)最佳方案的选择a.主传动传动方案比较功能得 分ip轮系功能满足程度得分经济性得分使用可靠性得分可操作性得分维护性得分外观及环保得分N =1niiip g定轴轮系 3 4 4 4 4 33.667周转轮系 3 4 4 4 3 33.517复合轮系 4 3 4 4 3 33.583塔齿轮变速34 43433.583带传动塔轮3443433.583钢球锥轮式无级变速3344433.500b.分齿传动方案比较功能得分ip功能满足程度经济性得分使用可靠性得可操作性得分维护性得分外观及环保得N =青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书16分齿得分分分1niiip g挂轮变速4544544.317数控分齿5255153.899三轴滑移齿轮变速4444444.000液压分齿4323343.133c.进给传动方案比较功能得分ip进给功能满足程度得分经济性得分使用可靠性得分可操作性得分维护性得分外观及环保得分N =1niiip g挂轮变速5554544.750数控进给5245353.999液压进给4334443.633青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书17d.差动传动方案比较功能得分ip差动功能满足程度得分经济性得分使用可靠性得分可操作性得分维护性得分外观及环保得分N =1niiip g挂轮变速5544544.550无级变速器4433443.650数控变速5245353.849圆柱齿轮差动轮系4454544.350圆锥齿轮差动轮系5454554.683涡轮蜗杆差动轮系3523333.134数控差动轮系5245253.849e.动力传动方案比较功能得分ip动力功能满足程度得分经济性得分使用可靠性得分可操作性得分维护性得分外观及环保得分N =1niiip g电动机5455544.733内燃机4343433.583 由以上图表得出变传动比传动部分的最佳方案：青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书18主传动采用：定轴轮系；分齿采用：变速挂轮、三轴滑移齿轮变速；进给：变速挂轮；差动合成：圆锥齿轮差动合成；动力：电动机。3)最佳方案的组合与选择 a.最佳方案的组合方案组合方案说明方案 1定轴轮系+变速挂轮+圆锥齿轮差速器+电动机此方案采用挂轮系统来实现变速，充分体现了挂轮系统的要点：结构紧凑，传动平稳，操作简单，变速范围广，价格低廉，易于维修。方案 2定轴轮系+三轴滑移齿轮系+圆锥齿轮差速器+电动机此系统采用三轴滑移齿轮来实现变速，充分体现了滑移齿轮变速的特点：不需要改变传动路线，可省去移换机构和简化操作。也可用于按等差或等比级数排列的变速箱内。但设计计算较复杂。b.最佳方案的选择功能得分ip动力功能满足程度得分经济性得分使用可靠性得分可操作性得分维护性得分外观及环保得分N =1niiip g方案 15544534.450方案 25444434.133由此可得，方案 1 为最佳的设计方案，所以我们将按照方案 1 进行设计计算。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书192.5 计算滚刀的速度和功率并选择电动机计算滚刀的速度和功率并选择电动机（1）滚刀转速的计算由于 Y315 滚齿机加工齿轮模数 m8mm，查参考文献1知：当齿轮毛坯材料为钢材时，应将计算分为 1.56mm 和 726mm 两个范围来计算，但是考虑到 Y315 滚齿机的最大加工模数小于 8mm，故将第二个范围修改为 78mm；当齿轮毛坯为灰铸铁时，只有一个计算范围，即：1.526mm，同样考虑到此次设计的要求，修改为1.58mm。a当齿轮毛坯材料为钢材时 若被加工齿轮模数为 1.56mm： 查参考文献1得：（21）5 . 032. 067. 060281fTkVv查参考文献1可以确定切削速度修正系数1.0，耐用度21600。vkT查参考文献2可得进给量，0.4f 4mm r将、带入公式（21）计算得：vkTf I0.670.320.5281 1.00.3709 1.17306021600Vm s （0. 44） 若被加工齿轮模数为 78mm： 查参考文献1得： （22）0.670.320.50.131560vkVTfm查参考文献1可以确定切削速度修正系数1.0，耐用度21600。vkT查参考文献2可得进给量， 78mm，0.4f 4mm rm将、带入公式（22）计算得：vkTfm0.670.320.50.1315 1.060216007 8V（0. 44）（）青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书20 II0.3377 1.0824/m s比较 I、II 可知：在计算滚刀最高转速时应取 V=1.1730m/s查参考文献2可知滚刀最大直径160dmm则滚刀的最高转速应为：60 100060 1000 1.1730140.0162min3.1416 160vrndb当齿轮毛坯材料为铸铁时 查参考文献1得：(23)16. 03 . 02 . 08 . 060178mfTkVv切削速度修正系数1.0，耐用度57600。vkT查参考文献2得，0.4f 4mm r将、带入（23）得：vkTf 0.80.20.30.16178 1.00.3629 0.72406057600(0.44)8Vm s此时滚刀的最低转速为 60 100043.340minvrnd 因此，为了使滚刀既能满足加工模数的钢料齿轮的转速，又能满足加工模8mmm数 m8mm 的灰铸铁齿轮的转速，滚刀的转速范围应为：。44 140 / minnr（2）滚刀切削功率的计算a当齿轮毛坯材料为钢材时 查参考文献1得：(2-4)mpmkdVmfP037 . 19 . 01012460功率修正系数1.0pmk查参考文献2得：，模数，滚刀的最大直径0.4f 4mm r8mmm。0160dmm根据前面的滚齿刀具的速度计算，切削速度取 0.30791.1730m/s。 为满足大功率要求，所以要取较大者，的大小取决于的大小。因此mpmp0.9fv青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书21只要比较与，然后取较大者即可。0.911fv0.922fv 因为 0.90.9110.41.17300.5142fv 0.90.92240.30791.0722fv 得 0.911fv0.922fv 因此取 0.90.9221.0722fvfv将以上结果代入公式 IV 得： 0.9 1.7360 124 4 80.37091.02.059810160mPkwb当齿轮毛坯材料为铸铁时 查参考文献1得：（2-5）mpmkdVmfP037 . 19 . 0106260功率修正系数1.0pmk查参考文献2得：，模数，滚刀的最大直径0.4f 4mm r8mmm。0160dmm根据前面的滚齿刀具的速度计算，切削速度取 0.30791.1730m/s。为满足大功率要求，所以要取较大者，的大小取决于的大小，然mpmp0.9fv后取与较大的值即可。0.911fv0.922fv 因为 0.90.9110.40.36290.1591fv 0.90.92240.72402.5211fv 得 43.8 9.8N=429N 满足要求 大链轮的同轴链轮和大链轮选择统一种类链轮，计算尺寸同上。3.2 轴计算轴计算考虑到此处轴的转速不高，属于轻载间歇性工作，故选用滑动轴承。3.2.1 小链轮轴的计算查参考资料6得 成人用手工作功率一般为 P=0.15kw，转动手轮一般转速 n=40r/min，即小链轮的转速=n=40r/min 1n10.159550000955000035812.540PTN mmN mmn小 作用在小链轮上的力 22 35812.51349.6353.07tTFNND小青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书33NNFFoontr93.167769.13cos38.50tan63.1349costanNNFFota02.32869.13tan63.1349tan圆周力、径向力、轴向力的方向如下tFrFaF根据轴的结构图做出轴的计算简图。再根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书34从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面 C 是危险截面，现将计算出的截面C 处的、以及的值列于下表：hMvMM载荷水平面 H垂直面 V支反力 FNFh4 .235NFv62.334弯矩 MmmNMh45.20244mmNMmmNMvv95.2516817.2877721总弯矩mmNMmmNM37.3230095.2516845.202447 .3518417.2877745.20244222221扭矩 TmmNT5 .35812小a.初步确定轴的最小直径查参考资料5得轴最小直径计算公式青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书35 （3-23）30nPAd 并且选取轴的材料为 45 钢，调质处理，取=112，于是得：0AmmmmnPAd4 .174015. 0112330min小链轮轴的最小直径是安装小链轮处。根据小链轮的齿根圆直径，选取mmDt56.44最小直径为 22mm，最小半径处长 48mm。b.轴的结构设计根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了加工精度，要使用磨床加工 III-IV。在轴直径最小处 III-IV 和与下一轴段处 II-III 制出长 3mm 的越程槽。此处小链轮的轴向定位靠下一轴段，径向定位选用键。查参考资料8选取长 20mm，高 6mm，宽 6mm 的键。参考键可选键槽的长、高、宽分别为 20mm、3.8mm、6mm。轴段 II-III 直径取 25mm，并且取长度 119mm。并在与下一轴段处 I-II 留有 3mm 的越程槽。此段主要是装有一个手轮，手轮的径向定位也采取键定位。查参考资料8选取键长、高、宽分别为 18mm、8mm、7mm，同样参考键参数选择键槽的长、高、宽为 18mm、4.5mm、7mm。轴段 I-II 主要作为手轮的轴向定位，只是起到一个轴肩的作用，直径取 32mm，长度取 5mm。轴两端都取倒角。此o451轴转速载荷都不高，采用轴套即可。c.按弯扭合成力校核轴的强度进行校核通常只需要校核轴上承受最大弯扭力的截面即可，故在此只要校核危险青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书36界面 C。查参考资料5得轴计算应力公式：（3-24）WTMca221)(小由于该轴扭转应力为对称循环应变力，查参考资料5选。1将式中各值代入得：MPaMPaWTMca5 .57222)8 . 322(8 . 36322214. 3)5 .358121 (7 .35184)(2322221小选择轴材料为 45 钢，调质处理，查参考资料5查得。因此 MPa601，故安全。 1ca此轴并没有瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。3.2.2 大链轮轴的计算考虑到其中有一链轮只是悬挂重物，没有与别的链轮啮合，相当于只是一个向下的作用力。故此轴相当于只有一个链轮啮合。查参考资料6得成人用手工作功率一般为 P=0.15kw，转动手轮一般转速 n=40r/min，即小链轮的转速=n=40r/min 根据传动比可得：大链轮的转速1nmin/15min/3513402112rrzznn10.15955000095500009550015PTN mmN mmn大作用在大链轮上的力22 955001348.11141.68tTFNND大NNFFoontr65.188440.16cos29.53tan11.1348costan青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书37NNFFota77.39640.16tan11.1348tan圆周力、径向力、轴向力的方向如下tFrFaF根据轴的结构图做出轴的计算简图。再根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭距图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面 B 是危险截面，现将计算出的截面青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书38B 处的、以及的值列于下表：hMvMM载荷水平面 H垂直面 V支反力 FNFNFhh03.33708.101121NFNFvv79.78586.158821弯矩 MmmNMh45.128070mmNMmmNMvv75.1790413 .18499332总弯矩mmNMmmNM75.22013175.17904145.12807002.2249993 .18499345.128070223222扭矩 TmmNT 95500大a.初步确定轴的最小直径查参考资料5得轴最小直径计算公式 （3-25）30nPAd 并且选取轴的材料为 45 钢，调质处理，取=112，于是得：0AmmmmnPAd1 .241515. 0112330min选取最小直径为 25mm，最小半径处长 50mm。b.轴的结构设计根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书39为了加工精度，要使用磨床加工 VIII-IVV。在轴直径最小处 VIII-IVV 和与下一轴段处 VII-VIII 制出长 3mm 的越程槽。参考大链轮的直径和最小轴段的直径，VII-VIII轴段选取直径 30mm，长取 70mm。大链轮的轴向定位靠轴套，径向定位选用键。查参考资料8选取长 18 mm，高 7mm，宽 8mm 的键。参考键可选键槽的长、高、宽分别为 18mm、4.5mm、8mm。轴段 VI-VII 直径取 29mm，并且取长度 100mm。V-VI 轴段主要安装另一个大链轮，参考大链轮的直径和 VI-VII 轴段的直径，选择直径 30mm，长度取 60mm。大链轮的径向定位也采取键定位。查参考资料8选取键长、高、宽分别为 20mm、7mm、8mm，同样参考键参数选择键槽的长、高、宽为20mm、4.5mm、8mm。轴段 IV-V 轴段取长 70mm 直径选择 29mm。轴段 II-III 主要是安装滑动轴承，直径选择 35mm 长取 45mm。轴段 III-IV 主要是对滑动轴承轴向定位，用卡子定位，有一 3 0.5 的越程槽。直径取 35mm 长取 9mm。轴段 I-II 主要作为轴套另一边的轴向定位，只是起到一个轴肩的作用，直径取 40mm，长度取 6mm。轴两端都取倒角。o451c.按弯扭合成力校核轴的强度进行校核通常只需要校核轴上承受最大弯扭力的截面即可，故在此只要校核危险界面 C。查参考资料5得轴计算应力公式：（3-26）WTMca221)(小由于该轴扭转应力为对称循环应变力，查参考资料5选。1将式中各值代入得：MPaMPaWTMca2 .58302)5 . 430(5 . 48323014. 3)955001 (02.224999)(2322222大选择轴材料为 45 钢，调质处理，查参考资料5查得。因此 MPa601，故安全。 1ca青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书40第四章第四章 总体设计总体设计4.1 综述综述设计，无论是机床设计还是其他方面的设计，都是一种创造性劳动。总体设计的原则是实用、经济、美观。机床的设计是设计者根据市场的需求和现有的制造条件及工艺技术，运用科学的设计思想及步骤而进行的。随着科学技术的不断发展，设计的方法和途径也日新月异。机床的设计由原来的单纯靠类比发展到现在的功能分析计算;由原来的单纯静力分析发展到现在的静态、动态以及热变形、热应的分析;由原来的定性分析发展到现在的定向和定量综合分析，在设计阶段就能预测其功能，提高设计的一次成功率。随着技术的发展，设计工作也不仅仅是单一学科的活动，考虑的方面也越来越多，每次设计都由原来的单一满足工程需要改为以人为本，人机结合的设计目标。在参考我们所有设计的图纸以及计算数据的前提下，我开始了总体设计。总体设计主要就是将所有的部分有机的组合起来，并在不合适的地方从整体出发修改。对总体设计采用人机工程学原理进行全面分析，反复论证，确保产品操作使用与维修方便、安全与舒适，有利于创造良好的环境条件，满足人们的心理需要，并使经济效益、工作效率均佳。通过人机工程设计从整体上使 “机”与人体相适应。因此总体设计的主要问题是人与机器之间的分工以及人与机器之间如何有效地交流信息的问题。4.2 总体造型设计总体造型设计机器的造型设计，归属于工业产品的造型设计，成为工业造型设计。工业造型设计是将与工业造型有关的功能、结构、材料、工艺、视觉传递、市场关系等方面，进行综合的创造性设计，进而获得人机环境协调统一、符合时代要求的一种创造性活动。机器造型设计是指与机器造型形态方面有关的设计，包括充分体现机器功能的形态构成设计，实现形态的结构方法和工艺方面的设计以及达到方便宜人与环境协调的人机关系设计。通过机器的造型设计把机器的功能、结构、工艺、材料、人机关系、形态、色彩等因素与造型设计有关的工程技术问题，以及造型设计的艺术表现自然的融合起来造型设计的艺术表现法则包括：机器造型的比例与尺度、机器形态的均衡与稳定、青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书41机器形态的统一与变化。造型的比率美是一种用几何语言和数比词汇去表现机器美的抽象艺术形成。正确的比例尺度是完美造型的基础。造型的比例关系是依据功能效用的要求、可能的技术条件以及材料、结构、时代特征等因素，再结合人们对造型的欣赏习惯和审美爱好而形成的。造型的比例关系不是一成不变的，随其构成因素的变化、功能要求、生产工艺的革新、科学技术的发展、审美观念的变化而变化。机器形态的均衡是指造型物各部分之间前后左右的轻重关系，而获得平衡的视觉感。机器形态的稳定是指造型物形体大小呈现的上下轻重关系，而获得视觉上的稳定感。产品实际质量的中心符合稳定条件，达到稳定。造型要素表现既要统一，又要有变化，使之达到活跃生动、富有情趣的美感要求。4.3 各大部件的尺寸设计各大部件的尺寸设计根据上面提到的总体设计思路与总体设计原则和方法，可以进行各大部件的尺寸设计。首先为了能够满足功能要求，所以先由设计条件及加工范围等设计出立柱以及工作台的大体尺寸。最终立柱的高为 1170mm，按照比例 2：1 可得基座高度为 600mm左右。由加工能力设计要求可以确定工作台的基础尺寸，在根据工作太的基础尺寸得到基座宽度约为 700mm，然后根据工作台的加工范围确定工作台导轨长度，再结合立柱的宽度就可以确定整个基座的长度，其数值为 2250mm 左右。为使机器呈现稳重感，采用上细下粗的视觉效果。所以立柱和后立柱都采用一定的锥度，锥度为 1/101/15。在立柱、工作台、床身等大部件的尺寸范围都确定以后，后立柱的尺寸范围便也确定，其尺寸范围为高 855mm，底座尺寸为 505mm320mm。4.3.1 机架设计机架是底座、机体、床身、壳体、箱体的统称。机架设计的一般要求包括：1.在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本低2 抗震性好，把受迫震动振幅限制在允许范围内，使得噪音最小3 温度场分布合理，使热变形对精度的要求最小4 机构设计合理，公益性好，便于铸造和机械加工5 结构力求便于安装和调整，方便维修和更换零部件6 有导轨的机架要求导轨面受力合理，耐磨性好青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书427 造型好，使之既适用于经济又美观大方机架常用材料根据具体设计的机器要求而定，机床床身等部件的结构比较复杂，所以采用铸铁，由于铸铁的铸造性能好、廉价、吸震能力强，所以应用最广。目前，铸铁是机架使用最多的一种材料，其流动性好，体收缩和线收缩小，容易获得形状复杂的铸件，在铸件中加入少量合金元素就可以提高耐磨性。铸铁的内摩擦大、阻尼作用大，股动态性能好。铸铁还具有切削性能好、价格便宜易于大量生产等优点。但铸铁的壁厚超过临界值时，其力学性能就会明显下降，故不易设计成厚度很大的铸件。铸件生产后，必须进行失效处理。失效处理的目的在于不降低铸铁力学性能的前提下，使铸铁的内应力和机加工切削应力得到消除或稳定，以消除长期使用中的变形，保证几何精度。时效处理主要包括自然时效和人工时效。自然时效的工艺过程为：加工后，在室外搁置相当长一段时间，一般要求在一年以上，以使内应力自然松弛或消除。其特点是方法简单、效果好，但是生产周期长占地面积大，挤压资金多。人工时效主要有热处理方法和机械振动法。热处理方法的主要工艺过程为：将铸件慢加热到共析点以下，一般为 500600，保温一段时间，然后慢慢冷却，以消除内应力。其特点是在人工时效后配以短时间的自然时效，一般为 36 个月，对精度稳定性可获得良好的效果。机械振动法的工艺过程主要为：将激振器装卡在机架上，使其产生共振，经持续一段时间，对于形状复杂的机架只要几十分钟，金属产生局部微观塑性变形，消除残余应力。其特点是能耗少、时间短，效果显著。对于各种时效处理，应根据各工厂的实际情况选用。另外，机架的力学性能特征除受机架界面形状、肋的布置、机架壁板上的孔等因素的影响。所以，最终确定床身、支架的壁厚为 17mm。4.3.2 导轨的设计首先，分析导轨工作需求特点。床身上的导轨承重比较大，倾覆力矩较小，移动频率较低，精度要求较高。立柱上的导轨移动频率也很低，主要承受倾覆力矩，精度要求较高。所以根据导轨特点，查参考资料15得：床身采用 V 形和一个平面的导轨组合，如图 4-1。这个导轨的特点是导向性好，刚性较好，可以自动补偿磨损，制造方便，应用广泛。立柱的导轨采用双燕尾导轨组合，如图 4-2.这个导轨组合的特点是：闭式导轨中接触面个数最少的一种结构，用镶条即可调节各接触面的间隙，并且可以青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书43承受一定的倾覆力矩，并且可以承受一定的倾覆力矩，但是需要通过调节镶条才能补偿磨损。 图 4-1 图 4-2青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书44第五章第五章 人机工程设计人机工程设计5.1 机器造型设计机器造型设计人机工程主要是研究与解决人机器环境的协调统一，形成有机联系，使机器或设备适合人的生理和心里需求，以及其他因素，从而达到工作环境舒适安全，操作准确、省力、简便，减轻操作疲劳，提高工作效率。造型设计中应用人体尺寸数据，是为工业产品造型、工作位置和工作环境设计提供与人有关的尺寸及造型空间数据。总观机床的整体设计不难看出，机床与人的交流主要是通过人的感官和操纵。所以机床的造型设计也就主要是通过对指示装置和操纵手柄的设计。指示装置主要是指示灯。操纵装置主要是操纵按钮、操纵杆和操纵手柄。对于信息的接收与传递，应与人的信息感觉通道、传递方式和人的操作反应的生理、心理方面的有关要求相适应。显示与信号的选择设计与布置，应与人的感觉能力相适应。显示与信号种类的选择与设计，应确保接收的信息明确无误，应特别考虑信号的强度、形式、大小、确切性、对比度，使其突出于声觉或视觉背景。据此，将指示灯和仪表盘的背景设为银白色。指示灯，按照手册确定其颜色。红色的一般意义是停止、直接危险、紧急开关等，所以所以急停和停止指示灯及按钮应采用红色；绿色的一般表示无危险、自由运动等，所以启动和正常工作按钮采用绿色；黄色一般意义是小心、警告有潜伏危险等，所以其变化操作和危险提示按钮采用黄色。并且，无论是指示灯还是仪表盘，都应该在视角范围内。头部舒适的仰度为前俯 2030 度，视角的范围为 535 度，视距为500700mm。查手册可知按 99 个百分位数（表示某一身体尺寸范围内，有百分之几的人，大于或者小于给定值） ，年龄在 1860 岁男性，眼高为 1714mm。而机床操作者的视距为 500700mm，可以得到视角下边界与水平方向成 45 度角，所以仪表按钮操作盘的下边界为 10141214，又因为视角范围为 535 度，所以可以求得操作盘上边界为18481902，在本设计中我们设计仪表按钮操作盘的下边界高度为 1150mm，操作盘高度为 150mm，总高度为 1300mm，符合设计原则。另一个就是手柄的设计。工作空间的设计应按人体尺寸确定的各项技术原则与工作空间，以人体活动的要求空间为依据。工作面的高度应适合人体尺寸和工作类型，青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书45手、臂、腿应有足够的活动空间，各种操纵器应分布在人体功能可能实施的范围内。使用的体力必须保持在生理上可承受的范围内，所以手柄及调节部件的造型、布置及选择，应是工作者只使用一般的体力。身体运动符合自然的运动规律，要求精度很高的操作运动，应付出较小的体力，按必须有一定的阻力，才能感知操作精度。按 99 个百分数，年龄在 1860 岁的男性，手功能高 831mm，手柄高度都在 831mm 以上，高度上满足了设计要求。其次是手柄本身的设计。对于端部旋转操作采用可装卸曲柄，全金属制造。对于换档操作杆，采用橡胶杆头和金属竿身的结构，长度以人机设计原则，参考功能要求设定，所以手柄 1 的操作长度为 300mm，到床身的距离为 75mm，手部有足够的操作空间，并且操纵力度也是适合人体作用力的范围要求。5.2 工作环境设计工作环境设计工作环境设计的基本要求是保证化学、物理、生物等条件对人们的健康无不良影响，并能使工作者保持其效率，促进其效率的发挥。为此，既要考虑客观的可测量条件，又要考虑主观方面可确定的条件，主要方面包括：工作室空间尺寸要足够大，取决于工作室人数、操作性质及空间、设备占有面积、通道等；空气条件应满足基本要求，取决于工作室内人数、体力劳动的轻重、工作室的大小、室内空气的污染、消耗空气的设备；工作气候适宜，在一般条件下，穿着合适的服装时，可以适应气候条件，主要包括气温、空气湿度、辐射等；应根据具体工作活动布置照明，使视觉舒适，包括照明的均匀性、无眩光、对比度、光色、人的年龄等；应以心理学的观点来考虑工作室和工作器具的色彩搭配，体现在色调倾向、色彩的色相、明度、纯度和配置的调和与对比关系、色面质地；应避免有害于健康或导致危险的噪声影响，体现在降低和控制生源噪音、个人防噪措施；应避免达到生理临界范围的振动和冲撞传递到人体上，体现于降低和控制振动源、个人防振措施；必须防止有危险的物质和有害射线的作用。工作环境的照明采用暖白光或中性白光，采用荧光灯或白炽灯照明。查参考资料6得，室内照明器符合限制眩光要求的最低悬挂高度为：白炽灯 100w 及以下，最低悬挂高度为 2.5m；荧光灯 40w 及以下，最低徐昂高度为 2.0m。工作环境的安全措施：首先禁止非工作人员私自进入工作区，并且安置警示牌。机床上在滚刀箱及立柱与支架的滑动导轨处应设置警示标志，并且设置在显眼的位置。青岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书46在机床工作时工作台两侧应安置挡板。错作人员应据工作台一个合适的安全距离，这个距离相当于可及范围或身体尺寸，另加相应的附加距离。5.3 机器的色彩设计机器的色彩设计不同的色彩还具有
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