YK3180滚齿机传动机构设计【含CAD图纸、SW三维、说明书】
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毕业论文（设计）题目名称： YK3180滚齿机传动机构设计所在学院： 机械工程学院 专业（班级）：机械设计制造及其自动化机英145 学生姓名：指导教师：评阅人：院 长 ： YK3180滚齿机传动机构设计总计：毕业论文： 44 页 表 格： 3 表 插 图： 10 幅 指导教师： 评 阅 人： 完成时间： 摘 要滚齿机传动机构是构成滚齿机的重要组成部分，是对滚齿加工原理进行实践的关键机构。滚齿机传动系统设计的重点问题是构建范成传动链，该传动链的精度从根本上决定了机床的加工精度。本文主要完成了YK3180滚齿机传动机构的设计计算。以阐述课题研究的主要内容和滚齿机传动机构的现状、未来的发展趋势开始，对比分析了滚齿机传动机构的多种设计方案，并且找出了最佳方案，最后对滚齿机传动机构部分进行了设计计算。滚齿机的传动机构设计是将主电机驱动的旋转运动通过齿轮副和蜗轮副转化为刀具与工件所形成的啮合运动。在设计过程中主要采用机械传动方式，基本上包含了各种比较典型和常用的机械传动，如：带传动、圆柱齿轮传动、斜齿轮传动等。总体结构设计上采用了分离式传动，能够比较直观地反映出齿轮滚齿加工的特点。依靠对滚齿机传动机构的设计和改良可以提高滚齿机的生产效率、加工精度、丰富加工品种、减少加工成本以及减少噪音和机油等污染。通过对传统的滚齿机传动机构进行改进和优化，使得此种类型的滚齿机传动机构的使用范围更广泛，更加灵活，并且对今后的选型设计工作有一定的参考价值。关键词：滚齿机；传动机构；主传动IABSTRACTThe gear hobbing mechanism is an important part of the hobbing machine and it is the key mechanism for the hobbing principle. The key problem in the design of the gear hobbing machine drive system is to build a model gear chain. The accuracy of this drive chain fundamentally determines the machining accuracy of the machine tool.This article mainly completes the design and calculation of YK3180 gear hobbing mechanism. In order to elaborate the main contents of the research and the status quo of the gear hobbing mechanism and the future development trend, a variety of design schemes for the gear hobbing mechanism were compared and analyzed, and the best solution was found. Finally, the design of the gear hobbing mechanism was performed. . The gear mechanism design of the gear hobbing machine is to convert the rotational motion driven by the main motor into the meshing motion formed by the tool and the workpiece through the gear pair and the worm gear pair. In the design process, mechanical transmission is mainly adopted, basically including various typical and commonly used mechanical transmissions, such as belt transmission, cylindrical gear transmission, and helical gear transmission. The overall structure design uses a separate transmission, which can intuitively reflect the characteristics of gear hobbing.Relying on the design and improvement of the gear hobbing machines transmission mechanism, it can improve the hobbing machines production efficiency, processing accuracy, rich processing varieties, reduce processing costs and reduce noise and oil and other pollution. Through the improvement and optimization of the traditional gear hobbing machine transmission mechanism, this kind of gear hobbing machine transmission mechanism has a wider range of use, more flexibility, and has certain reference value for the future selection and design work.Key Words：gear machining；transmission organization；main driveI目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 本设计的研究意义及目的11.2 滚齿机目前研究的概况和发展趋势12 传动机构方案设计32.1 滚齿加工原理选择32.2 范成运动分解及各方案选择42.3 各选择方案分析52.4 主传动机构的结构图及传动示意图72.5 计算滚刀的速度和功率并选择电动机83 滚齿机传动部分相关计算113.1 机床传动系统分析113.2 主传动链的计算123.3 带轮的设计计算153.4 齿轮材料的选择和校核163.5 轴的校核224 结 论27参 考 文 献28附录1：外文翻译29附录2：外文原文31致 谢341 绪论1.1 本设计的研究意义及目的滚齿机传动机构的设计是制造滚齿机的关键组成部分，是对滚齿加工原理（即范成法齿轮制造）进行实践的重要机构。滚齿机传动系统设计的主要内容是构建范成传动链，该传动链的精度从根本上决定了机床的加工精度。滚齿机的传动机构设计应用的体现，是将主电机驱动的旋转运动通过齿轮副和蜗轮副转化为刀具与工件所形成的啮合运动。依靠对滚齿机传动机构的设计优劣，将直接决定了所加工齿轮的效率是否高、结构是否紧凑、工作起来是否可靠且寿命长，以及所生产齿轮形成啮合齿轮副的传动比是否稳定。通过对滚齿机传动机构的设计和改良可以提高滚齿机的生产效率、加工精度、丰富加工品种、减少加工成本以及减少噪音和机油等污染。1.2 滚齿机目前研究的概况和发展趋势滚齿机的研究可划分成两个阶段：机械式滚齿机和数控滚齿机。前者机械传动式滚齿机，其特征为各主轴采用机械传动形式，包括差动、分齿、工件轴、滚刀轴和进给等。工作时，滚刀安装至滚刀主轴，由主电动机通过齿轮副和蜗轮副驱动作旋转运动；刀架可沿立柱导轨垂直移动，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，由此便产生了数控滚齿机的出现。滚齿机传动设计的研究可分为机械滚齿机和数控滚齿机两个阶段。前一种机械传动式滚齿机的特征在于，每个主轴采用机械传动方式，包括工件轴、滚刀轴、差动、分齿、和进给等等。在运行过程中，滚刀安装在滚刀主轴上，主电机由齿轮副和蜗轮副驱动形成旋转运动；刀架可以在立柱导轨进行垂直移动，也可以通过水平轴调整角度。工件安装在工件轴上并由分度蜗轮副进行回转运动，该分度蜗杆副随着滚刀的运动一起构成展成运动。当滚切斜齿轮时，差动机构使工件进行附加的旋转。工作台（或立柱）可以沿床轨道移动，使其达到不同的工件直径和径向进给。后一种数控传动式滚齿机，在伴随着数控技术的发展，出现了1至3轴数控滚齿机。一些轴已由伺服电机进行数字控制。这便产生了数控滚齿机的出现。未来发展趋势:随着时代在不断发展、生产技术在不断创新，生产企业对滚齿机的效率和可靠性的要求日益提高。此外，高质量和高度的数字化是所有生产者的关键考虑因素，因为其数字化程度越高，其生产效率越快。而生产效率、可靠性是产品的必备要求，因此滚齿机的发展方向会朝向更快。更精密的方向发展。同时，在市场竞争和环保理念的引导下，滚齿机将继续向以下方向发展：首先，随着陶瓷，金属陶瓷，氮化硅陶瓷等新型刀具材料的出现，使高速切削有了更大的发展空间，为提高切削效率增加了可能性，使其可以朝向更快更高的方向发展。其次，滚齿机技术所采用使用的材料具有更高的精度，使得滚齿机的精密度得以提高。同时，数控系统的智能化也不断升级，包括数控系统的各个方面。再有，通过“零传动”技术，即直接驱动，使电机将动力直接供给到滚刀旋转、工件轴回转、进给运动等各个方面，最为有效的简化了机械传动的结构，使滚齿机的动静刚度得以提高，为其设计重构及发展方向提供了更大的空间。技术层面实现后需要考虑其带来的环境影响，为了达到生态平稳和生产绿色环保，采用干式切削，取消使用切削油是未来滚齿机发展的必要趋势。干式切削滚齿机可分为高速干式滚齿机和低温冷风式滚齿机两种。随着生产技术和生产能力的不断提高，新型的刀具材料，使得高速切削实现，这位干式切削奠定了基础。与传统湿式切削相比，干式切削的切削速度快，所以效率更高，同时没有废弃切削油的使用，生产环境的质量得以改善。也正是基于这样的优势，伴随的人们环保理念的不断提高，生产商对于干式切削技术的青睐也会越来越多。近年来，国内外的滚齿机生产厂商对于高速干式的切削技术不断追求，这也是使干切削成为主流的一大重要因素。2 传动机构方案设计2.1 滚齿加工原理选择成形法（即仿形法）。利用成形刀具加工齿轮的方法叫做成型法，所切齿轮的齿槽形状由切削刃的形状决定。比如利用盘形铣刀和指状铣刀通过铣床加工铣削齿轮，或者用刨床和插床的成形刀具在其机床上刨削加工齿轮等。这种成形法的优点在于利用普通机床就可以加工生产，不需要专门设计专用的机床。根据齿轮的齿廓为渐开线这一标准，通过不同的廓形来决定齿轮的基圆直径，渐开线齿廓的形状不同，那么对于相同模数的齿轮，它的齿数也是不同的，必须依靠使用不同的成形刀具来进行生产。这也是这种方法的弊端所在。展成法（即范成法）。在加工过程中刀具和工件能够形成像齿轮啮合那样的运动形式，并且可以严格的进行啮合运动，这样的加工方法称为展成法。通过这样的方法，可以在工件上加工切出齿廓。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，相同模数不同齿数的齿轮，只需要通过一把刀具就可以加工出。因为我们所设计的是YK3180滚齿机，所以选择展成法（即范成法）作为加工原理，从而设计出相关的传动机构。图2.1 范成法加工原理图2.2 方案设计选择图2.2 范成运动功能分解图 图2.3 主传动方案选择图图2.4 动力装置方案选择图2.3 方案比较分析2.3.1 主传动方案分析表2.1 各主传动方案分析表传 动 简 图方 案 特 点带传动稳定，柔性好，不刚硬，构件工作稳定，传动比较平稳，多用于动力的转化，尤其适用于电机，能够满足较大的轴间距，简单的结构也方便安装维修成本低。缺点在于轮廓大，带有滑动，无法在分度链使用，轴和轴承的承载力过大，无法保证长期使用。链传动轴间距范围广，传动比稳定，链条间的配合能够其缓冲作用，适用于恶劣的工作环境，并且安全可靠，轴上的承载力也不大。但工作瞬时速度不平均，高速运动时比带传动效果差，并且长期使用需要可以控制链条紧张和减震的装置。齿轮传动工作中有噪音，无过载保护，但其承载能力强，传动比精确，工作安全可靠，速度控制范围大，通过齿轮副的啮合运动，传动比基本没有丢失，齿轮的寿命也可以提高机构的使用时长，不过安装时制造的精度要求高。蜗轮蜗杆传动 这种传动结构的传动效率不高，但传动比特别稳定、精确，并且在运行过程中没有噪音的产生，承载能力也较强，带有自锁功能，工作安全可靠，同时无法避免摩擦损耗大，需要高质量的润滑装置，成本高。定轴轮系每个轮都有依靠的轴线，这些轴线之间无相对移动、转动，轴线处于完全固定的状态，这样组成的轮系称为定轴轮系，它的结构简单，传动比稳定精准，但成本高，磨损大。周转轮系当轮系运转时，相对于机架位置，有不固定齿轮轴线位置，相对形成轴的运动的轮系为周转轮系。周转轮系的传动比范围特别大，可以实现速度大的转化。2.3.2 动力装置方案分析方案一伺服电动机：速度可控制，无需换速装置，动力可靠稳定，工作寿命长，成本低。方案二液压装置：优点：无级变速，调速范围大；构件的惯性力小，传动效果好；缓冲吸振可以体现，使其能够自动防止过载。 缺点：容易泄漏液压油；存在的泄漏问题会导致其传动比不精准，不稳定；并且装置的安装损坏过程会混入空气，是其产生噪音。方案三气压装置：优点：环保污染小，用空气做为介质，没有废弃物的产生，处理方便。 缺点：工作状况不稳定，传动比不精确，而且噪声较大。2.3.3 最佳方案的确定表2.2 各方案确定2.4 主传动机构的结构图及传动示意图2.4.1 主传动机构结构图图2.5 主传动机构结构图2.4.2 总体传动示意图图2.6 总体传动示意图2.4.3 主传动示意图图2.7 主传动示意图2.5 伺服电动机的选型设计2.5.1 输出端滚刀的转速由已知条件和所设计的指标：设计的滚齿机能够加工模数 mm的钢，根据下列公式可以计算出滚刀的转速需求： V= （2-1）在设计中，选择滚刀的切削进给量为在切削过程中需要去矫正，利用机械手册可以确定其修正系数，耐用度。代入f、Kv、T等量值，可以算出：V=，转化成转速2.5.2 滚刀输出的切削功率：根据机械设计手册，在滚刀材料为45钢是，其切削的功率公式为：P= （2-2）将确定的数值代入上述公式：进给量 模数 mm切削 滚刀外径 .为了满足滚刀可以提供符合工作需求的功率，取功率修正系数 K=1.0 。在上式中，可以明显地看出p的值是随着来变化的且为正相关变化。为了P输出足够大的功率，我们应该尽可能地选择、中比较大的一个作为依据。这样在工作时不会应为P过小，而不能满足大功率切削的需求，进而不会影响正常的工作。结合上述内容，进行对比分析：=0.3034=0.7623,则=0.7623 P=1.2157KW。2.5.3 确定电动机的主要参数：传动设计中总的效率计算: =, （2-3）查得相关手册，上述公式中：代表带传动的传动效率，代表齿轮传动（包括轴承损失）的传动效率。为了是滚齿机工作有安全可靠的工作性能，选择，计算可得：=0.60304利于公式计算电动机应满足的功率要求： P= P=2.016KW （2-4）电动机转速应满足的要求：根据设计所需的滚刀转速n=44140将滚刀的转速范围分级，使其能够完整覆盖的速级为44，64，84，104，124，140这6个速级，由伺服电机控制，经过主传动箱的传动，可以实现速度分级。根据传动链的计算公式可得： = （2-5）则 = 1/ 为实现最大切削速度要求，所以计算时，代入滚刀的最大速级，即140代入上述公式，由此可得： =1500根据计算所得的数据，伺服电机需要满足的额定转速和额定输出功率，我选择如下图所示规格的HF-SP2000系列中202（B）型号的伺服电机。3 传动分析及计算3.1 分析主传动系统滚齿机的传动系统十分复杂，它不仅可以加工直齿圆柱齿轮，还可以进行斜齿圆柱齿轮的加工。本设计的主要设计研究对象是加工直齿圆柱齿轮的滚齿机传动机构，因此，在传动机构设计方面，我主要设计了滚齿机床的主传动机构，即主电动机到滚齿刀的传动链设计，通过设计一个完备的主传动箱，使得电机可以完成对滚刀输出稳定传动比和提供足够动力的作用。图3.1 总体传动系统示意图依靠对比传动简图可知，这些传动路线必须相互独立，包括其关联的换置机构。在设计主传动链的过程中，需要根据相关的两末端件构成的完整路线去逐步分析设计出中间传动链。因为本次设计主要考虑的是主传动设计，于是我从两末端件电动机和滚刀设计，设计主要的传动路线。3.2 主传动链的计算3.2.1 依据设计标准，利用公式求出下列结果各轴转速：依据公式 r/min I 14401003.64 II = 1003.64=501.82 III =501.82=501.82 IV：根据选则方案可得：滚刀转速为44140利用公式： = 经过计算可得具体滚刀的转速： 由下列扭矩的公式算出： = Nm （3-1）依据上文电机的参数选择可以确定： 9550 Nm (3-2)与电机相连结的轴的转矩： 9550955026.53 Nm查阅相关资料，根据设计的要求，为了确保工作的可靠性，选定主传动中轴与齿轮轴承的总效率 0.975，配合电机的带轮效率 010.9 。这样可以有上述公式计算出各个轴的扭矩大小：I =01=24.720.9=34.96 NmII = =34.960.975=68.172 NmIII =68.1720.975=66.468 NmIV：依据传动比换算公式= 得：3.2.2 主传动链的计算根据主传动链的两末端件来进行分析计算，逐步进行中间传动的运动两分析。通过传动示意图可知，开始从电动机带轮传动一级齿轮变速二级齿轮变速滚刀。在传动链中，后续把带轮的设计进行了计算，接着是齿轮，然后是轴的校核计算。 运动方程 1440换速公式 通过由伺服电机提供的不同转速，由滚刀的转速求出 构成的换速传动比，基于以上的原理确定变速齿轮副的齿数。根据所选定的滚刀转速，去设计工作所需要的滚到直径D，查阅机械设计手册利用公式： r/min 通过下图的内容选择相应的滚刀直径，能提供滚齿机的工作有安全可靠的条件。由图根据滚齿机主轴切削的速度进行选择：图3.2 滚刀主轴速度计算图3.3 电机带轮设计带轮的作用是将电机的转矩及转速传动给主传动箱，所以在设计过程中需要依据电动机的相关参数来进行，为了使工作的要求符合设计标准，设计过程中均以电机的额定工作数据作为参考。额定输出功率 额定转速 传动比 i=1.4353.3.1 计算功率P根据机械设计手册，查阅可知带轮的功率换算时，工作情况系数K=1.1 P= KP=1.14 kW=4.4 kW3.3.2 选择V带的带型为了保证设计的要求，参考机械设计6图8-10，依据P，选用A型带。3.3.3 计算带轮基准直径及带速v初选小带轮的基准直径：根据机械设计6表8-6和表8-8取小带轮的基准直径=90mm。根据所选数据，利用公式，计算带速v=7.07 （3-3）验算带速5v（F）3.3.8 计算得F压轴力的最小值 （F）=2z（F）=788N4 传动齿轮的设计和校核我选择齿轮传动是看重了其效率高、稳定性好、工作安全可靠、使用寿命长等特点，最为重要的是传动比稳定。正常情况下，设计出的齿轮必须要满足正常工作的需求，并且寿命也得符合设计标准，这样在使用寿命期间齿轮能够有足够的相应的工作能力，在设计过程中我采用分析齿轮的疲劳强度进行设计，主要遵循两大准则，从齿根和齿面的接触强度和弯曲强度计算入手，进而完成设计。4.1第一对齿轮设计4.1.1 选择材料及加工精度为了满足正常的工作要求，在选择材料时，需要满足齿芯强韧、齿面耐磨损能力好，于是我选择的基本要求为：材料适用与中高档速度，传动受载能力强，可以承受重载。于是最终采用45钢，调质处理的材料，加工精度选为7级。4.1.2 根据设计工作的能力暂定几何参数为了满足足够的工作能力和使用寿命，设定本滚齿机可正常工作18000个小时，使其能够满足主传动的需求我们可以分配传动比给第一对齿轮，第一对齿轮的小齿轮齿数24，大齿轮齿数82。第二对齿轮的小齿轮齿数30，大齿轮齿数95。4.1.3 依据齿面接触强度设计利用设计计算公式进行试算： (4-1)（1）公式参数选择计算：1）初定载荷系数K.2）小齿轮可传转矩的量值：T2 (4-2)3）利用机械设计中查表选定齿宽系数4）同上可选定材料影响导致的弹性系数=189.8MPa5）根据齿面的刚度选定小齿轮的极限疲劳强度同理，根据硬度选择大齿轮的极限接触疲劳强度6）保证设计质量的应力校验次数：j=3.147 (4-3) =2.157）根据设计要求，查得接触疲劳寿命系数，8）安全应力疲劳试算：这里为了方便计算同时设计不失精准，试定失效机率是1%，安全系数 (4-4) （2）过程计算结果：1）将带入小齿轮分度圆计算公式中，求得其直径=46.054mm (4-5)2）计算齿轮速度：V=3 (4-6)3）求直径根据载荷的大小： (4-7)4）由直径和齿数求得 (4-8)（3）为了实现对比选择，依据齿根弯曲强度设计利用其强度公式： (4-9)1）公式参数选择计算查得，；在弯矩载情况下的寿命系数=0.85， =0.88；2）在需用的应力条件时令受载荷安全系数S=1.4 (4-10) (4-11)3）根据计算所得的安全系数确定K值： (4-12)4）通过机械设计手册查得所设计齿轮的齿形系数 5）通过机械设计手册查得所设计齿轮的校正系数 6）利用公式分别进行分析计算 (4-13) ，大齿轮的数值大（4）完善设计计算进行计算后的结果可以看出，前者按接触强度所得的模数结果比后者弯曲强度所得的结果大，但后者的影响力度更大，对齿轮设计的工作要求有更大的作用，素以尽可能的考虑弯曲疲劳强度所设计模数的结果，因此我取 m=2mm是模数结果与二者较相符合。1） 求得大小齿轮小齿轮 (4-14) 大齿轮 2） 啮合齿轮副的中心距 =106 mm (4-15)3） 利用公式求得齿宽 =40 mm (4-16) 4.2 第二对齿轮设计根据相关齿面接触强度的公式： (4-17)（1）明确选择参数大小：1）同上载荷系数2) 利用公式求得扭矩： (4-18)3）查阅资料同上齿宽系数4）为保证设计准确，令弹性系数5) 分别确认小和大齿轮的极限疲劳强度6）保证设计质量的应力校验次数 N=60j=6014301(830010)=2.05910 （4-19） N=5.157) 由机械设计手册可以得到，按齿轮表面接触设计的寿命系数=0.92，=0.958） 根据机械手册，利用相关公式，求得安全应力可用范围这里为了方便计算同时设计不失精准，假定失效概率1%，安全系数S=1 （4-20） （4-21）（2）代入数值求结果1）利于上面选择的公式，取的较小值，代入设计公式中计算小齿轮=2.32mm=60.521mm （4-22）2）求齿轮转速V （4-23）3）为了确保所设计齿轮的可靠性，加入校核过程，利用实际载荷调整 （4-24）4） 依据所得分度圆直径求其模数 （3）为了实现对比选择，根据齿根的弯曲强度再次设计所依据的设计公式 （4-25）1）明确选择参数大小根据机械设计手册，分别确认小和大齿轮的极限疲劳强度 同时，查得弯曲疲劳寿命系数=0.85， =0.882）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4=303.57 Mpa （4-26） （4-27）3）利用公式，求的载荷系数K。 （4-28）4）根据所设计齿轮的模数和齿数查手册可得其齿形系数 5）据所设计齿轮的模数和齿数查手册可得其应力校正系数6）通过上式各参数的确认，比较求出 小齿轮： （4-29） 大齿轮： （4）最后利用公式求得其模数大小进行计算后的结果可以看出，前者按接触强度所得的模数结果比后者弯曲强度所得的结果大，但后者的影响力度更大，对齿轮设计的工作要求有更大的作用，素以尽可能的考虑弯曲疲劳强度所设计模数的结果，因此我取 m=2mm是模数结果与二者较相符合。（5）尺寸计算1）大小齿轮 （4-30） 2）两齿轮的中心距 =117mm （4-31）3）利用公式齿宽 =60 mm （4-32） 5 进行轴的强度校核5.1强度计算过程5.1.1根据弯扭的情况计算强度 因为 （5-1） （5-2） （5-3）参数说明：-轴上齿轮承载的转矩（Nmm） -轴上齿轮直径（mm） -啮合角。取=15可得 =1000N =359N =1057N由轴的力矩示意图求得： 505N =620N =320N =70N （5-4） （5-5）M=2.137 （5-6）图3.3 轴的力矩示意图5.1.2校核计算所得的收载强度根据力矩示意图，受弯矩最大的地方是最危险处。依据第三强度理论， （5-7）通常弯矩所产生的弯曲应力为变应力，而由扭矩所产生的扭转切应力常常不是对称循环应力。为了考虑两者循环特性不同的影响，引入折合系数，则计算应力为：而输出轴所受的扭转切应力为脉冲循环变应力，取=0.5 （5-8）各参数：轴上弯扭应力（Mpa） M轴上弯矩（Nmm） T轴上扭矩（Nmm） W抗扭及弯系数（） 许用弯曲应力在受循环的对称应力时查阅资料可得材料45钢的许用弯曲应55 5.2 校核轴的疲劳强度疲劳强度的校核是为了检轴的安全性。查阅相关资料可找出：轴的截面抗扭系数： =13645作用在轴界面的扭矩：轴上切应力： =1.3478 Mpa查表文献6表可知钢同样的查表，可知轴截面形状系数：以及轴的截面扭转剪切应力系数：加上轴的表面质量系数：0.87 =1同时合金钢特性的系数令则有并且根据综合系数公式可求得： （5-9） （5-10）因此 =5.23 （5-11） 20.4 （5-12） =4.2S=2.0 （5-13）由上式可知，轴的疲劳强度在安全范围之内。5.3 依据静强度进行安全校核校核轴受到静强度所产生的塑形变形的强弱是我们对轴进行安全校核的一个重要的标准。因为在正常工作中，轴受到的瞬时承载力以及对称性是不相同的，我们只能通过静强度的校核去判断轴的安全系数是否达标。静强度校核的关键影响因素的是轴受到的最大瞬时载荷。满足静强度校核时的强度条件： （5-14）上式参数：校核安全系数在静强度的情况下 得到安全的系数在屈服情况的强度下；因为，类归为偏低的塑性材料，则 （5-15） （5-16）上中： =213 Mpa因此： （5-17）则静强度要求符合标准。5.4 校核轴上刚度5.4.1校核弯曲刚度依据：挠度 （5-18） 偏转角 （5-19）参考文献6可以得到 （5-20） 则有 挠度最大限制 （5-21）因为 ，轴的挠度在限制范围内，于是满足弯曲刚度要求。5.4.2校核扭转刚度 进行校核的要求： （5-22）已知，计算扭转角的公式为： （5-23）通过查表得： 则，满足扭转刚度要求。4 结 论通过查阅国内外文献，我深刻的认识到我所设计的这个题目是多么的重要，齿轮是机械工业中最为常见也是最为基础的零件，设计好的滚齿机首要一点是能够加工出高精度高品质的齿轮，而滚齿机的传动部分对于所生产齿轮的精度影响恰恰是最为重要的一个因素，好的传动机构设计，对于生产效益也是有非常重要的作用，传动机构设计的优秀对于提高生产效率、减少生产污染、降低生产噪音都是有巨大的帮助的。通过对传统的传动机构进行改良和优化，丰富了滚齿机的选择内容，为今后的选型工作提供了一些参考价值。我所设计的题目是YK3180滚齿机的传动机构设计，设计到这里，终于要接近尾声了，对于这个题目，我认为是这个题目能够充分实践并检验四年机械专业学习过程的中所学到的知识。以题目入手，开始查找大量文献，并且看了许多滚齿机工作的视频与原理，对滚齿机的加工原理及制造过程有了最基本的认识，非常感慨前人的智慧，十分佩服前人能够探索这样的知识，进入了设计阶段，大量的计算让我充分认识到知识的重要性以及做一门学问是多么不容易。通过此次设计，我学习到了许多课本中学不到知识与经验，当然这期间离不开老师的耐心帮助与指导，非常感谢老师帮助我解决了许多目前我所认识不到或者无法完成的难题。通过大量的方案选择与分析，让我明白设计就是铁杵磨成针的过程，精益求精这样的理念在设计过程中是尤为重要的，正是这样，让我更加佩服前人的智慧，也正是这样，才使得我们凭借巨人的肩膀在知识的道路上走的越来越远。参 考 文 献1 谭伟明. 混合驱动的滚齿机传动系统设计J. 机械传动, 2016, 4: 87-90.2 谭伟明. 混合驱动内联系传动链中的运动合成机构分析J. 机械传动, 2015, 4: 110-114.3 刘润爱，张根保. 滚齿机及滚齿加工技术的发展趋势J. 现代制造工程,2003(11):84-86.4 黄河,刘福华,曾欣,曾晗,陈清霖. 滚齿加工装备及其技术发展趋势J. 现代机械, 2016, 6: 80-83.5 孙渊涛,杨建玺,崔凤奎,王东寅. 大型直驱静压转台关键技术的分析与结构设计J. 机床与液压, 2014, 13: 90-92.6 濮良贵,陈国定,吴丽言, 机械设计M. 高等教育出版社, 2013.7 关慧贞,冯辛安. 机械制造装备设计M. 机械工业出版社, 2012.8 隋秀凛,高安邦. 实用机床设计手册 M. 机械工业出版社, 2010.9 白城. 齿轮加工机床的绿色设计与制造技术J. 环球市场信息导报, 2016,10:112.10王伟顺,李国斌. 基于普通滚齿机Y31350的数控高效化改造设计J. 制造技术与机床,2016,(05):136-138.11吴先民. Y3180H型滚齿机分度传动链的改进J. 四川机械，1982， 4: 27-30.12张新玉,张根保,黄强,曹东锋,尹洋.零传动滚齿机传动链精度分析J.制造技术与机床,2007，(10):59-61.13C. Brecher, M. Brumm, M. Kromer. Design of Gear Hobbing Processes Using Simulations and Empirical DataJ. Procedia CIRP, 2015, 33:484-489.14Gregory Hyatt, Markus Piber, Nitin Chaphalkar, Orrin Kleinhenz, Masahiko Mori. A Review of New Strategies for Gear ProductionJ. Procedia CIRP, 2014,14:72-76.15Raeymaekers B, Talke F E. Attenuation of lateral tape motion due to frictional interaction with a cylindrical guideJ. Tribology International, 2009,42(5):609-614.16Wang F, Wang L. Dynamic-static analysis of sheet-transfer mechanism for high-speed offset pressC.International Conference on Consumer Electronics, Communications and Networks.IEEE, 2012:295-298. 附录1：外文翻译2010年计算机，机电一体化，控制与电子工程国际会议（CMCE）直驱齿轮滚齿机干切削关键技术研究刘瑞爱,太原理工大学,中国太原吕明,太原理工大学,中国太原lvming摘要 - 首先论述了滚齿机包括数控，高速，高精度，直驱，环保在内的各个方面的发展趋势，并介绍了直切滚齿机干切的设计原理，突破了提出了滚齿机传统的结构设计理论。直接驱动滚齿机采用的内置的电机主轴和DDR转矩电动机，其直接驱动旋转刀具和工作台，并且完全取消高精密齿轮，并在机器传输蜗轮的技术，从而通过电源直接驱动机床的工作部件。这里详细分析研究了直切齿轮滚齿机干式切削的关键技术，如总体布置技术，床身和切屑系统设计技术，滚刀轴和工件主轴结构设计技术。对于高速高精度直驱齿轮箱的研究和开发具有重要的理论意义和实用价值。关键词：直接驱动;滚齿机;结构设计一 导言随着数控，高速，高精度，直驱，环保等滚齿机的发展趋势，对直驱滚齿机进行了研究。直齿滚齿机滚刀主轴和工件主轴的旋转运动，除去普通数控滚齿机的高精度齿轮和蜗轮蜗杆。它们分别由内置主轴电机（用于滚刀主轴的电动主轴）和内置力矩电机（用于工件主轴的DDR电机）驱动。结构的变化可以消除传动装置造成的误差，提高滚齿机的精度。直驱滚齿机实现全数控，高速度，高精度，干切削，是滚齿机向全数控，高速化发展的结果。二 直驱齿轮滚齿机总体布局研究在滚齿机设计中，机床总体布局直接影响加工工艺的灵活性，精度，静态和动态刚度，抗振性，可靠性，加工工艺，操作维修方便性，停留面积，复杂程度配置，外观等。同样，它也决定了整机的技术和经济能力。并且机器是否成功，它的生存能力和竞争力也取决于其总体布局。A影响总体布局设计的主要因素分析影响滚齿的因素很多机器的总体布局，主要因素如同遵循1：1）滚齿机的动态特性机;2）滚齿机的工作方式;3）每个组件的运动分布滚齿机;4）滚齿机的传动形式;5）自动化程度和生产效率的滚齿机;6）工件的尺寸，形状和重量;7）它应该为减少热变形和它的影响力;8）应使机器操作方便调整，加工装配工艺和维修方便程度;9）它应该使机器美观，体面，稳定和和谐。B.不同总体布局的比较分析滚齿机可分为两种形式，即：由于它们的工件主轴的空间搭配方式，所以垂直和水平。根据齿轮产生的原理和每个部件的运动分布，垂直和水平方向也可以分为很多种类。表1特别比较了垂直和水平滚齿机的机器可操作性，夹具设置和对准，切屑处理，中心高度机器等2。C.直接传动滚齿机总体布局设计垂直滚齿机的工件主轴是垂直的，有利于大中型齿轮的安装，夹紧和调整，所以大部分大中型滚齿机都是垂直的。卧式工件主轴水平，大部分用于加工长主轴和小模块齿轮的滚齿机均为卧式。我们根据处理范围和多种因素选择了水平式布局。以下是几种熟悉的水平式布局的比较分析。表I. 立式和卧式滚齿机的比较1)工件主轴移动，因此机芯的间隙和振动可能会影响工件的加工精度。 2)工件主轴不动，滚刀滑块进行轴向和径向运动。根据滚刀轴的位置有两种情况: a)滚刀主轴位于工件下方:去除切屑，在一定程度上通用，滚刀的旋转角度从+ 90到-90。 b)滚刀主轴在工件后面:这使得排屑容易，实现装卸自动化，但滚刀的旋转角度有限，不能达到90的范围。这种类型可以根据Z轴的布局分为两个实例: a. 水平Z轴:滚刀头稳定性好;b. 垂直Z轴:用于去除切屑，但滚刀头的稳定性有点不足。 通过对几种横向布局进行对比分析，为了使机床结构紧凑，加强刚度，提高切削效率，实现排屑。我们采用水平工件主轴，其中工件固定，轴向和径向在工件主轴后面，Z轴是水平的。整体布局与立式滚齿机强刚性滚刀头相似。三 直驱式结构设计 滚刀主轴和工件主轴A.结构字符3 高转速，不再适应的传统换档系统，换成宽广的交流变频换档系统，实现机床主轴换档。采用电主轴作为高速滚齿机的滚刀主轴。电主轴将机床主轴的转子和回转部分作为整体连接起来，将传动链的长度缩短到零，即“直接驱动”。由于直接驱动，高精度齿轮 等关键部件被削减，传输误差被消除。主电机与传动带和齿轮传动方式相比，位于前后主轴轴承之间，大大提高了主轴的刚性和自然频率。同时，集成主轴简化了一些关键工作，如简化机床外形设计，易于实现主轴定位。总之，电主轴具有结构紧凑，重量轻，砂轮惯性大，响应特性好，精度高，可避免振动和噪声的特点。 对于滚齿机的高速，机床不仅保持高速滚刀主 轴，而且相应地还有与之配合的高速工件主轴。与滚 刀主轴相比，工件主轴的转速更低，转动精度更高。 即工件主轴需要低转速，大转矩，高精度的驱动设备 来实现直驱。工件主轴的核心是力矩电机能力，因为 最近一种新型电机 - - D D R 力矩电机才能满足需求。 DDR力矩电机由定子，转子和反馈装置组成，其负载 直接连接到转子上，即转子直接连接到工件主轴上， 可消除齿轮传动产生的反向间隙，网格误差等误差。 其精度决定了反馈设备的准确性。 DDR力矩电机的噪 音很小，因为它只有少数动力部件。轴承是系统中唯 一的易损件，因此大大减少了维护工作。如果轴承可 以定期润滑，设备可以避免日常维护。滚刀主轴和工 件主轴的结构图如图1所示。 图1. 滚刀主轴和工件主轴的结构图B. 关键技术 1)合理确定滚刀轴与电机转子的紧密配合 为保证高速切削，主轴应具有良好的操作精度和传动能力，其零件需要具有良好的加工精度，表面 质量和装配精度。 为了实现简单准确的动态平衡，机床转子与机床主轴无间隙配合紧密连接，因此具有足够的转矩传递能力。干涉的大小直接影响电主轴性能，大的干涉会使主轴组装困难，影响组装精度，甚至破坏表面配合; 相反，小幅度的干涉会影响主轴传 动扭矩的大小。 电主轴紧配合的计算不仅要满足静态传动能力的要求，还要考虑主轴动态特性的影响。 2) 轴承的合理选择和配置 轴承的合理选择和配置 轴承的合理选择和配置是电主轴的关键技术之一。目前这些适合高速切削的轴承中，常用的有陶瓷轴承，磁性轴承和动静压轴承。如果d mn(dm为中径，n为转 速)的值不是很高，但刚度要求高，钢球轴承可用于高速电主轴。如果在高转速下刚性要求不太高，可选用动力和静压轴承。可以选择哪种类型的轴承应该参考工作转速和工作负载。另外，轴承应采取一定措施确保其具有良好的工作性能。例如，冷却，润滑和预加载 轴承必须承受一定的预载荷才能提高主轴的刚性。轴承的预载有两种方式:位置预载和恒压预载。一般来说，位置预加载常用于提高刚性，而恒压预载适用于需要防止轴向振动的高转速主轴。适当的预载荷可以提高轴承的疲劳寿命，降低噪音，抑制滚动体的旋转和滑动，减少高速旋转时轴承滚珠和滚动体之间的接触角的变化，并且还可以影响轴承滚珠和滚动体之间的阻尼特性整个系统。轴承的预紧度应根据刚性和旋转状况的要求来决定。滚刀主轴和工件主轴的预加载应采取简单的位置预加载荷。直驱式工件主轴是高精度的旋转部件，可承受较大的径向和轴向切削载荷。 首先，其轴承必须满足工作转速时的高刚性要求; 并且轴承具有更高的旋转精度 和更低的温升。其次，它们仍然尽可能地具有高的径向和轴向刚度。第三，它们的使用寿命也更长，特别是保持精度的寿命。因此，轴承的性能，类型和支撑形式对直接驱动主轴的使用功能非常重要。为了使主轴能够可靠工作，设计过程中轴承支撑的布局和选择应考虑到实际需要。 3) 主轴冷却系统 在高速滚齿机的干切削过程中，80%以上的切削热被切屑带走。所以，切割热量不是主要的热源。电主轴的热量主要由定子，转子和轴承给出。由于电机位于主轴单元中，所以自然热量输出状况更差。当电机高速运转时，由于电机内部功率消耗和轴承高速运转的摩擦，热量被释放出来。热量很容易传递到主轴和外 壳上，主轴会产生一个偏移，直接影响主轴的性能。如果不采取冷却措施，转换会导致主轴精度下降。因此，强制冷却可以保持整个系统的温度不变。 对于带永磁转子的同步转矩电动机，只有当转子温度低于35C时，才能保证额定转矩。如果转子法兰 温度超过60C，需要冷却以确保电机正常运行。 而 且，如果电机在
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