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2205 Y3150E型滚齿机的转台设计 Y3150E 型滚齿机 转台 设计

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XXXXXXXXX毕业设计说明书题 目： Y3150E型滚齿机的转台设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： XXXXXXXXX 姓 名： XXXXXXXXX 指导教师： XXXXXXXXX 完成日期： 2012.5.30 XXXXXXXXX毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目： Y3150E滚齿机的转台设计 学号： XXXXXXXXX 姓名： XXXXXXXXX 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： XXXXXXXXX 系主任： 周友行 1、 主要内容及基本要求 本课题完成对Y3150E滚齿机转台系统的分析设计，主要完成转台系统主要技术参数确定，蜗杆轴承的设计计算。需编写相应的设计说明书，并用二维软件绘制总装配图以及非标准件零件图。 二、重点研究的问题 Y3150E滚齿机回转工作台的工作原理和机械结构的设计和计算，蜗杆传动的设计和蜗杆轴的强度校核、轴承的寿命分析计算。 三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1查阅相关文献资料2012年2月中旬2通过阅读文献资料完成开题报告2012年3月中旬3研究转台系统的基本工作原理，完成方案设计、论证2012年4月上旬4完成总体设计，及其设计图的绘制2012年4月下旬5撰写毕业设计说明书，准备论文答辩2012年5月下旬6答辩2012年5月31日四、应收集的资料及主要参考文献1 齿轮手册编委会. 齿轮手册（第二版）M. 北京: 机械工业出版社, 2000(8).2 杨春林,. 美国芝加哥国际制造技术展览会(IMTS2006)M. 世界制造技术与装备市场, 2006(5): 45-46.3 沈福金. 日本机床技术的发展动向J. 世界制造技术与装备市场, 2007(1): 60-68.4 王红利. 从CIMT2007看齿轮加工机床的发展趋势J. 世界制造技术与装备市场, 2007(3): 40-44.5 李先广, 廖绍华. 从EMO2007看齿轮加工机床的发展J. 世界制造技术与装备市场, 2008(1): 62-66.6 李先广. 当代先进制齿及制齿机床技术的发展趋势J.制造技术与机床, 2003(2): 66-68.7 李先广. 当今制齿技术及制齿机床J. 现代制造工程, 2002(11): 66-68.8 庄磊, 王珉, 左敦稳. 齿轮加工机床的发展特点及相关技术J. 江苏机械制造与自动化, 2000(5): 9-11.9 濮良贵, 纪名刚. 机械设计（第八版）M. 北京: 高等教育出版社, 2006(5).10 吴宗泽. 机械设计师（上册）M. 北京: 机械工业出版社, 2002(1).XXXXXXXXX毕业论文（设计）评阅表学号 XXXXXXXXX 姓名 XXXXXXXXX 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目： Y3150E型滚齿机的转台设计 评价项目评 价 内 容选题1符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量适中；3.与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.有综合运用知识的能力；3.具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论正确，论述充分，结构严谨合理；实验正确，设计、计算、分析处理科学；技术用语准确，符号统一，图表图纸完备、整洁、正确，引文规范；2.文字通顺，有观点提炼，综合概括能力好；3.有理论价值或实际应用价值，有创新之处。综合评 价 本设计选题综合性较强，符合机械专业培养目标和要求；题目难度适中，与工业生产实际结合紧密。该生具有较强的查阅文献和综合归纳资料的能力，综合应用本科所学知识能力较强；计算机应用能力较好，英文水平及应用不错。 论文立论正确，论述比较充分，整体结构尚可；设计与计算科学，技术用语准确，图纸完备，引文规范。论文文字通顺，该设计具有一定的实际应用价值。同意参加答辨。评阅人： 2012年5月27日目 录第1章 绪论11.1 引言11.2 齿轮加工机床的国内外发展概况11.3 论文的主要构成3第2章 滚齿机的总体设计42.1 滚齿原理42.2 Y3150E型滚齿机的结构42.3 Y3150E型滚齿机技术规格52.4 回转工作台的方案设计62.5 回转工作台的设计结构62.6 本章小结8第3章 回转工作台传动部分的设计计算93.1 电动机的选择93.2 蜗杆传动的设计93.2.1 选择蜗杆传动的类型93.2.2 选择材料93.2.3 按齿面接触疲劳强度进行设计93.2.4 蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸113.2.5 校核齿根弯曲疲劳强度123.2.6 验算效率133.3 蜗杆传动的润滑133.3.1 润滑方法的选择133.3.2 润滑油的选择143.4 本章小结14第4章 回转工作台主要部件的设计计算154.1 蜗杆轴的结构设计154.1.1 蜗杆轴的最小直径计算154.1.2 蜗杆轴的强度校核164.2 轴承寿命分析174.3 本章小结20总结21致谢22参考文献23Y3150E型滚齿机的转台设计摘要 我国作为一个制造业的大国，齿轮加工技术水平一直比较落后，要加工高精度的齿轮具有很大的难度。滚齿机是使用最广泛的齿轮加工机床，作为加工齿轮的一种重要手段，随着社会和科学技术水平的发展，对其加工精度的要求也越来越高。回转工作台作为滚齿机的一个重要的结构大件，它的特性直接关系到机床的加工精度和表面粗糙度。因此，回转工作台的设计是滚齿机设计中的一个很重要的环节。本文首先介绍了滚齿原理及Y3150E型滚齿机的总体结构，并对Y3150E型滚齿机的回转工作台进行了方案设计，其中重点对带动回转工作台旋转的蜗杆传动进行了设计，校核了蜗杆轴的强度，还对安装在蜗杆轴上的轴承进行了轴承寿命分析。关键词：滚齿机；滚齿原理；回转工作台；蜗杆传动。Abstract China as a great manufacturing eountry the gear manufaeturing teehnology of which is lower than the worlds level. The gear hobbing machine, as one of the most important way to machinegears, is widely used. As the development of seience and teehnology, the maehining preeision beeome higher and higher. In hobbing machine, its rotary table is an important part influencing its machining preeision and stiffess of greatly. Hence, by means of optimizing analysis, strengthening the stiffness of hobbing machine is one effective way to improve its machining precision.This paper introduced the principle of gear hobbing and the overall structure of Y3150E type hobbing machine, and the Y3150E type hobbing machine rotary table was designed. The worm drive makiing ratory table working is designed. Besides, the worm shaft strength was checked and the bearing installate on this worm shaft was analyed.Key words: hobbing machine; principle of gear hobbing; rotary table; worm drive第1章 绪论 1.1 引言齿轮传动是传递机器运动和动力的一种主要机械元件，它以其恒功率输出、承载能力大、传动效率高等优点而被广泛应用于各种机械设备及仪器仪表中，齿轮的质量及寿命将直接影响整机的工作性能。随着现代科学技术和工业水平的不断提高，对齿轮的制造质量要求也越来越高，齿轮的需求量也日益增加。这就要求机床制造业生产处高精度、高效率和高自动化程度的齿轮加工设备，以促进生产发展的需要。对于齿轮产品，其形状特点造成了齿轮加工的成型运动复杂、制造难度较大，所以，齿轮制造水平能够在一定程度上反映一个国家机械工业的技术水平。制造齿轮的方法有很多，如铸造、热轧或冲压，但精密齿轮的加工仍然主要依靠切削法。按照形成齿形的原理不同，可以分为成形法和展成法两大类。成形法是用与被切齿轮齿槽形状完全相符的成型铣刀切出齿轮的方法；而展成法加工齿轮是利用齿轮啮合的原理，其切齿过程模拟成某种齿轮副（齿条、圆柱齿轮、蜗杆、蜗轮、锥齿轮等）的啮合过程。目前，滚齿是国内外应用最为广泛的切齿方法，一些国家滚齿机的拥有量约占所有齿轮机床总量的45%50%，其加工原理是展成法，即把齿轮啮合副的齿条制作成刀具。另一个则作为工件，靠内联传动链强制刀具和工件作严格的啮合运动而展成切出齿廓。滚齿精度一般可以达到78级，当采用高精度滚刀和高精度滚齿机时，能够滚切5级的齿轮。1.2 齿轮加工机床的国内外发展概况德国首先创造了滚齿机，美国出现了插齿机，尤其是美国格利森公司研制的刨齿机和铣齿机，使直齿锥齿轮和弧齿锥齿轮的加工机床得到了较大的发展;瑞士奥利康铣齿机的出现，使等高齿系列的摆线齿锥齿轮得到应用。随着各行业对齿轮传动提出高性能的需求，以磨齿为代表的硬齿面加工技术开始出现。上世纪20年代，瑞士马格公司创造了磨齿机之后，各类型的磨齿机和磨齿方法相继出现。40年代，美国创造了剃齿机，为软齿面的高效精加工作出了贡献。50年代初，美国首先发展了晰齿机，作为淬硬齿轮的高效光整加工设备，为齿轮生产行业广泛使用。60年代中期，在欧美等国硬齿面制造技术的发展居主导地位，相应地，硬齿面加工设备的发展令人目不暇接。齿轮加工机床的数控，由于技术难度大和其他原因，起步较晚。但计算机数控给齿轮加工机床带来了革命性的变化，自80年代初进入实用期以来，进展十分迅速，德国的普法特公司已停止普通滚齿机生产，日本的三菱和瑞士的莱士豪尔公司生产的齿轮机床大部也是CNC型。90年代后随着电子齿轮箱传动、误差补偿、参数化编程等技术在齿轮加工机床上的广泛应用，数控机床的发展更加迅猛。进入21世纪以来，由于采用先进的加工软件及数控系统，欧美等国的齿轮加工机床正向着高效、高精度、柔性化、综合化等方面发展l。2006年9月美国国际制造技术展览会于芝加哥展览中心举办，2006年11月第23届日本国际机床展览会于日本东京举办，2007年4月第10届中国国际机床展览会在北京成功举办，2007年9月欧洲国际机床展览会于汉诺威国际展览中心举办，通过近几年的国际四大机床展可以看出国外先进的齿轮加工技术和制齿机床已经呈现出全数控化、高速、高效化、高加工精度化、功能复合化及绿色化等特点2-5。我国的齿轮机床制造业，始建于50年代初，开始时全面引进前苏联的技术，发展了我国第一代齿轮加工机床。从60年代起，通过引进、吸收德、英、美等国的先进技术并结合我国国情进行创新，开发了一系列的齿轮机床新产品，至80年代初，己达到全面更新换代。在滚、插、剃、晰、磨、锥齿轮加工、倒棱、倒角等主要齿轮加工机床方面.形成较完整的系列，贯彻了较先进的制造标准，能基本上满足我国齿轮制造业的需要，并有少量出口6。目前，以齿轮机床制造为主业的厂家约10家，已成为我国机床工具行业的一个重要分支。上世纪70年代以后，由于现代机械设备的功率、速度、噪声与结构尺寸等工作参数的提高，以及对工作可靠性的进一步要求，目前齿轮装置的制造精度和内在质量都提高了。在很多场合使用的齿轮装置中，越来越普遍的采用材质较好的硬齿面齿轮，尤其在汽车、农机等行业，齿轮性能不断提高、批量在扩大、规格品种在增加，对齿轮加工技术在高精度、高效率、自动化与柔性化等方面提出更高的要求。齿轮机床制造厂家，为适应这一新的要求，进行了一系列的基础研究，同时吸收现代科学技术的相关成果，开发了新一代的齿轮机床产品7。尤其是计算机技术和电子技术的应用，使齿轮机床面目为之一新。齿轮加工机床的数控，由于技术难度大和其他原因，起步较晚4。我国自80年代中期开始研制，通过10多年的努力，己能生产各类CNC型齿轮加工机床。进入2000年以来，我国数控齿轮加工机床的发展己由成长期进入成熟期，并正向着高速、高效、高精度、综合化等方面发展，但在其网络化方面与国外仍然有很大差距。从1989年起，中国国际机床展览会每隔两年举办一次，迄今为止成功举办了十届，CIMT的展会规模一直居中国各类国际专业工业展览会之首，己成为国际先进制造技术交流与贸易的重要场所。2007年4月9日第10届中国国际机床展览会(CIMT20O7)在北京成功举行，国内齿轮加工机床参展商主要有陕西秦川机床工具集团有限公司、天津第一机床总厂、重庆机床有限责任公司、天津市精诚机床制造有限公司等，他们展出的产品充分展现了国内齿轮加工机床的“精密、高效、复合、专用、大型”的特点，与国外技术水平先进的机床相比，国产机床制造商在提高机床的可靠性、稳定性、加工效率、加工精度上下功夫，加快新产品研发力度，缩小与国外先进技术的差距，替代进口并扩大出口，以改变先进的加工技术和加工设备为西方发达国家所垄断的现实8。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，只要工件的模数、压力角与滚刀一致，通过机床的调整便可以加工不同齿数和不同螺旋角的齿轮。实际上，只要滚刀与工件齿形共辘，就可以加工其他齿形的工件，如圆弧齿轮、摆线齿轮、链轮等。大型滚齿机除按展成法工作外，尚设分度铣齿装置，用盘铣刀或指状铣刀作仿形铣齿;或附设内齿滚刀架，用特定的螺旋滚刀，按展成法滚切内齿轮。滚齿机既适用于高效率的齿形粗加工，又适用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。滚齿尺寸规格范围宽，直径从不足1毫米、模数不足0.1毫米(仪表齿轮)至直径12米、模数40毫米的工件都可滚齿。滚齿机适用于加工目前已实际应用的各种齿轮材料。由于滚齿机技术的进步，已生产出多种型号的滚齿机，可以使用硬质合金滚刀半精滚或精滚淬过火的硬齿面齿轮，可以减少磨齿余量甚至代替部分磨齿1。由于数控技术的应用，更加拓展了滚齿机的工艺性能，但仍有其局限性，例如:不能加工窄空刀槽的齿轮块、中小尺寸的内齿轮和齿条，不能加工节曲线不封闭或凹形节曲线的非圆齿轮等。我国作为一个制造业的大国，各行各业对齿轮的需求量一直都比较大，但齿轮加工技术水平却一直比较落后，要加工高精度的齿轮具有很大的难度。1.3 论文的主要构成本文是以Y3150E滚齿机为设计对象，主要解决Y3150E滚齿机回转工作台的工作原理和机械结构的设计与计算部分。设计计算部分包括蜗杆传动的设计、蜗杆轴的强度校核及轴承的寿命分析。33第2章 滚齿机的总体设计 2.1 滚齿原理滚齿机主要用于滚切直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮，还可以用来加工花键轴的键。滚齿加工是根据展成法原理来加工齿轮轮齿的。用齿轮滚刀加工齿轮的过程，相当于一对交错轴斜齿轮副啮合滚动的过程，如图2.1（a）所示。将其中的一个齿数减少到一个或几个，轮齿的螺旋倾角很大，就成了蜗杆，如图2.1（b）所示。再将蜗杆开槽并铲背，就成了齿轮滚刀，如图2.1（c）所示。因此，滚刀是指就是一个斜齿圆柱齿轮，当机床使滚刀和工件严格地按一对斜齿圆柱齿轮的速比关系作选择运动时，滚刀就可以在工件上连续不段地切出齿来。 （a） 交错轴斜齿轮传动 （b） 蜗杆传动 （c） 滚齿加工图2.1 滚齿原理图2.2 Y3150E型滚齿机的结构Y3150E型滚齿机能够用于滚切直齿和斜齿圆柱齿轮。此外，还可采用手动径向进给法滚切蜗轮，也可以加工花键轴和链轮。图2.2是Y3150E型滚齿机床的外形图。如图所示，机床由床身1、立柱2、刀架溜板3、刀架5、后立柱8和工作台9等组成。刀架溜板3带动滚刀刀架可沿立柱导轨作垂直进给运动和快速移动；安装滚刀的滚刀杆4装在刀架5的主轴上；刀架连同滚刀一起可沿刀具溜板的圆形导轨在240范围内调整安装角度。工件安装在工作台9的工件心轴7上或直接安装在工作台上，随同工作台一起作旋转运动。工作台安和后立柱装在同一溜板上，并沿床身的水平导轨作水平调整移动，以调整工件的径向位置或作手动径向进给运动。后立柱上的支架6可通过轴套或顶尖工件心轴的上端，以提高工件心轴的刚度，使滚切工作平稳。图2.2 Y3150E滚齿机外形图1床身；2立柱；3刀架溜板；4刀杆；5滚刀架；6支架；7工件心轴；8后立柱；9工作台转台设计采用了蜗杆传动，与其他传动形式比较，在传动比相同的条件下，蜗杆传动的机构尺寸小，因而结构更为紧凑；由于蜗杆齿轮是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时在工作过程中，蜗杆传动所参与的啮合齿对数又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声也低。因此，本文回转工作台的设计方案采用蜗杆传动形式。2.3 Y3150E型滚齿机技术规格Y3150E型滚齿机的主要计算规格如下所示：（1）加工规范：工件最大直径 500mm工件最大模数 8mm最大加工宽度 250mm工件最少齿轮 （2）刀架刀具最大直径 160mm刀具最大长度 160mm刀架最大回转角度 240刀具最大轴向移动量 55mm刀架垂直快速移动速度 0.5325公尺/分刀架垂直手移动每转移动量 0.75mm（3）工作台工作轴心到刀具轴心间的距离最大 330mm工作轴心到刀具轴心间的距离最小 30mm工作台面到刀具轴心间的距离最大 535mm工作台面到刀具轴心间的距离最小 235mm工作台直径 510mm工作台液压快速移动距离 50mm工作台水平手移动每转移动量 2mm工作台工件用心轴直径 30mm2.4 回转工作台的方案设计此转台关键需满足以下几点要求： （1）机械的功能要求：应满足工作台的功率、转速和运动形式的要求。 （2）工作条件的要求：例如工作环境、场地、工作制度等。 （3）工作性能的要求：保证工作可靠、传动效率高等。 （4）结构工艺性要求：如结构简单、尺寸紧凑、使用维护便利、工艺性和经济合理等。根据以上要求，滚齿机转台的旋转采用蜗杆传动，既可实现自锁，结构又比较紧凑。与其他传动形式比较，在传动比相同的条件下，蜗杆传动的机构尺寸小，因而结构更为紧凑；由于蜗杆齿轮是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时在工作过程中，蜗杆传动所参与的啮合齿对数又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声也低。因此，本文回转工作台的设计方案采用蜗杆传动形式是十分合理的。2.5 回转工作台的设计结构图2.3为Y3150E型滚齿机的工作台结构。工作台采用双圆环导轨支承和长锥形滑动轴承定心的结构型式，它的轴向载荷由工作台底座1是上的圆环导轨M和N承受，径向载荷由长锥形滑动轴承17承受。机床长期使用后，滑动轴承17磨损，间隙增大，影响加工的精度，对此必须调整。调整方法为：先拆下垫片20（该垫片为两个半圆），然后根据轴承间隙的大小，将垫片20磨到一定的厚度再安装上。这样便可使得轴承17略为向上移，有利于其内孔与工作台下部的圆锥面配合，从而使间隙得以调整。图2.3 Y3150E滚齿机的工作台结构图1溜板；2工作台；3分度蜗轮；4圆锥滚子轴承；5双螺母；6隔套；7蜗杆；8角接触球轴承；9套筒；10T形槽；12底座；13、16压紧螺母；14锁紧套；15工件心轴；17锥体滚动轴承；18支架；19、20垫片；M、N环形平面导轨；P1工作台中心孔上的面；P2底座上的圆柱表面；由蜗杆7带动分度蜗轮3，从而带动工作台2旋转。蜗轮和工作台之间由圆锥销定位，用螺钉紧固。蜗杆7由两个P5级精度的圆锥滚地轴承32210/P5和两个P5级精度的单列深沟球轴承6210/P5支承在支架18上，支架用螺钉装在工作台底座的侧面，陪磨垫片19保证蜗杆与蜗轮间合适的啮合间隙。蜗轮副采用压力喷油润滑。工件心轴底座12的内孔为莫氏锥度，与工件心轴的锥柄配合。Y3150E型滚齿机的工作台装有快速移动液压缸。当成批加工同一规格的齿轮时，为了缩短机床调整的时间，可以使用液压工快速移动工作台。加工第一个齿轮时，精度调整滚刀和工件的中心距离，加工好第一个齿轮后，转动“工作台快速移动”旋钮至“退后”位置，则工作台在快速液压缸的活塞带动下快速退出。当装好第二个齿柸后，将“工作台快速移动”旋钮转到“向前”位置，工作台又快速返回原来的位置，这时就可进行第二个齿轮的加工。在调整工作台时，应先使工作台快速移动后，再手动调整滚刀和工作台之间的中心距，够则可能发生操作事故。2.6 本章小结本章主要介绍了滚齿机的工作原理和Y3150E型滚齿机的总体结构，并根据所要求的技术规格对Y3150E型滚齿机的回转工作台进行了方案设计。第3章 回转工作台传动部分的设计计算 3.1 电动机的选择滚齿机回转工作台主要是由蜗轮、蜗杆、工作台、主轴、标准件等零件组成。其工作原理简述如下：回转工作台的运动是由交流伺服电机驱动蜗轮蜗杆系统，使工作台旋转。当机床回转工作台接到数控系统的指令后，启动交流伺服电机，按数控指令确定工作台的回转方向、回转速度及回转角度大小等参数。根据相关资料，带动工作台旋转的蜗轮传动系统的传动比为72，选择的工作台旋转电机型号为IFK7083-5AF71-ISHO，其额定扭矩为16Nm，转速为3000r/min。3.2 蜗杆传动的设计3.2.1 选择蜗杆传动的类型根据方案设计，回转工作台采用了蜗杆传动的形式。由GB/T100851988的推荐，选择渐开线蜗杆（ZI）。3.2.2 选择材料由于蜗杆传动功率并不大，速度中等，故蜗杆选用45刚；为提高耐磨性及传动的效率，蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。3.2.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由文献9可知，传动中心距为 （3-1）（1）确定作用在蜗轮上的转矩T2按z1=1，根据电机的输出扭矩为16Nm，估取传动效率为0.75，则 （3-2）式中，n1=3000；T1=16Nm；i=72。将参数代入上式，有T2=864Nm。（2）确定载荷系数K由于工作载荷较为稳定，载荷分布不均系数可以取为K=1；参考文献9表11-5选取使用系数;工作台的转速不高，其冲击较小，动载系数Kv取为1；则 （3-3）（3）确定弹性影响系数ZE由于蜗轮、蜗杆的材料分别为铸锡磷青铜和刚，故。（4）确定接触系数ZP设蜗杆分度圆直径为d1和传动中心距a的比值为0.35，由文献9中图11-18可得ZP=2.9。（5）确定许用接触应力H根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，可从文献9表11-7中查得蜗轮的基本许用应力。应力循环次数为 （3-4）式中，j取1；n2为蜗轮转速，；Lh为蜗杆传动的寿命，设为20000h。故寿命系数 （3-5）则 （3-6）（6）计算中心距取中心距为a=280mm，因为传动比i=72，根据文献10表16-8与表16-9取模数m=6.3mm，蜗杆分度圆直径d1=112mm。此时，从图11-18可查得接触系数，因此以上计算结果可用。3.2.4 蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸（1）蜗杆蜗杆头数z1=1；分度圆导程角=31310；轴向齿距 （3-7）直径系数 （3-8）齿顶圆直径 （3-9）齿根圆直径 （3-10）蜗杆轴向齿厚 （3-11）（2）蜗轮根据文献10表16-9得，蜗轮齿数z2=71；变位系数x2=0.0556；验算传动比，此时传动比误差为该传动比误差在允许的范围内。蜗轮分度圆直径 （3-12）蜗轮齿顶圆直径 （3-13）蜗轮齿根圆直径 （3-14）蜗轮咽喉母圆半径 （3-15）3.2.5 校核齿根弯曲疲劳强度 （3-16）当量齿数 （3-17）根据x2=0.0556，zv2=71.34，根据文献9中图11-19可查得齿形系数YFa2=2.55。螺旋角系数 （3-18）许用弯曲应力蜗轮的材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，其基本许用弯曲应力。寿命系数 （3-19）许用应力 （3-20）根据式（3-16）得因此，弯曲强度满足要求。3.2.6 验算效率 （3-21）已知，=31310；v=arctanfv。其中，fv与相对滑动速度vs有关，计算公式如下 （3-22）根据d1=112mm，n1=3000，得由文献9中表11-18查得，fv=0.014、v=048。将fv、v代入式（3-22）得，=0.77，计算所得的效率略大于估算值0.75，因此不需要重新计算。3.3 蜗杆传动的润滑一般说来，由于蜗杆传动在工作过程中共轭齿面相对滑动速度大，导致损耗功率增大，油温也升高，传动效率低等，限制了蜗杆传动的承载能力。因此，伟解决上述问题，必须借助于润滑方法及润滑油的合理选择，改善共轭齿面间的润滑条件。3.3.1 润滑方法的选择当相对滑动速度vs10m/s时多采用油池润滑方式，当相对滑动速度vs10m/s时多采用压力方式喷油润滑。由上一节可知，相对滑动速度vs=17.610m/s，故采用油池润滑方式。根据文献10知，当中心距a100mm，因此选择全浸的方式。3.3.2 润滑油的选择润滑油的种类很多，国内外常用的润滑油大致分为，由聚乙二醇或聚醚有机化合物组成的特殊润滑油；由矿物质油为基础油，加入3%10%（质量分数）（通常加5%）的动物脂符合而成的复合油；矿物油和极性矿物油。润滑油的选择必须满足以下要求：（1）蜗杆传动主要的实效形式，是发热量过大油升过高引起的齿面胶合或磨粒磨损。故要求润滑油具有良好的油性、极压性、在高温下的抗氧化性；（2）为了改善动压油膜的形成条件，要求润滑油有较高的粘度，良好的油安定性；（3）对于油中的添加剂，要求对蜗杆传动的啮合质量有良好的影响，为此应选择油脂性添加剂，其次选用磷型极压添加剂，再其次选用铅型添加剂，不选用硫氯型添加剂。根据上述要求，选择中极性蜗轮蜗杆油，润滑油粘度和牌号如下表3.1所示。表3.1 润滑油的选择速度vs/ms-12.22.2551212油粘度/cSt/400C612748414506288352198242油的牌号6804603202203.4 本章小结本章对带动回转工作台旋转的蜗杆传动系统进行了具体的设计计算，确定了蜗杆传动的类型、主要参数、蜗轮蜗杆的尺寸及润滑方式。第4章 回转工作台主要部件的设计计算 4.1 蜗杆轴的结构设计4.1.1 蜗杆轴的最小直径计算根据实心圆轴公式9，其切应力 （4-1）写成设计公式，轴的最小直径 （4-2）上两式中： 轴的抗扭截面系数，mm； 轴传递的功率，kW； 轴的转速，r/min；许用切应力，MPa；A0与轴材料有关的系数，可由表15-3查得9。对于受弯矩较大的轴宜取较小的值。当轴上有键槽时，应适当增大轴径：单键增大3%，双键增大6%。表4.1 轴常用几种材料的T及A0值轴的材料Q235,20Q255,Q275,354540Cr,38SiMnMo/MPa121520253035404552C16014813512511811210610298根据3.2.3小节，可知P=5.03kw，n=3000r/min。轴的材料选择45刚，有A0=112。则，轴的最小直径为4.1.2 蜗杆轴的强度校核结合回转工作台的实际情况，将主轴与蜗杆做成一体，其结构形式如图4.1所示。图中蜗杆轴的结构有退刀槽，螺旋部分可以车制，也可以铣制。图4.1 蜗杆轴的结构形式图图4.2 蜗杆轴的受力简图蜗杆轴上装有角接触球轴承与圆锥滚子轴承。图4.2中符号1、2表示角接触球轴承，符号3、4表示圆锥滚子轴承。通过给定的条件进行受力分析，算出个支撑点的受力情况，求出蜗杆轴在水平方向与竖直方向的弯矩，然后根据下式计算总的弯矩： （4-3）式中: 为水平方向承受的弯矩，为竖直方向承受的弯矩。通过计算得按弯扭合成强度条件： （4-4）式中：轴计算截面上的工作应力（Mpa） d 轴计算截面上的直径（mm） M 轴计算截面上的弯矩（N.mm） T 轴计算截面上的转矩（N.mm） 考虑转矩和弯矩的作用性质差异的系数，=1 K 轴类别系数，实心轴K=1根据条件T=7277.2Nm，按蜗杆轴的一般截面d=90mm，以及查得蜗杆轴材料的=60Mpa，M=26.51KNm（由受力分析以及（4-3）式计算得出），计算得到：=46.38Mpa15角接触轴承600007300.580.3214.615620154.3 本章小结本章主要对回转工作台的主轴进行了结构设计及强度校核，选择了主轴的轴承类型，并对其进行了寿命分析。总结 本文阐述了滚齿机的发展状况和滚齿原理，对Y3150E型滚齿机的回转工作台进行了结构设计，其设计思路是先原理后结构，先整体后局部，通过该设计思路首先展开设计计算，然后进行结构设计，并尽可能对结构进行优化，使结构变得更为紧凑。Y3150E型滚齿机的回转工作台是采用了蜗杆传动的形式，滚齿机回转工作台主要是由蜗轮、蜗杆、工作台、主轴、标准件等零件组成。回转工作台的运动是由交流伺服电机驱动蜗轮蜗杆系统，使工作台旋转。在回转工作台的具体设计过程中，查阅大量资料，根据设计计算结果绘制二维装配草图，通过装配草图可以很直观地对工作台结构尺寸进行设计，尽可能地使机构变得紧凑，调整好结构再进行计算并校核计算结果，如此反复提高设计质量，最后完成最终的设计。在这样的过程中，学习到了很多与机械设计相关的重要知识，从而提高了对机械设计的认识，为将来从事机械行业提供了很大的帮助。致谢论文的完成，首先要感谢我的指导老师，老师学识渊博、治学严谨，他充满热情的工作态度是学生们学习的好榜样。在论文的撰写过程中，老师给我提供过许多有益的帮助和建议，帮我开拓思路，深入研究，在此向老师表示最真诚的感谢！感谢与我同专业的许多同学，与他们的交流和探讨使我获得了很多启发，在生活上也得到了他们的热心帮助，感谢他们一直以来对我的支持。最后特别感谢我的父母和家人。在四年大学生活中，是他们默默地支持和鼓励着我，给了我克服在学习和生活中遇到困难的动力和勇气，他们是我前进道路上永远的精神支柱。参考文献 1 齿轮手册编委会. 齿轮手册（第二版）M. 北京: 机械工业出版社, 2000(8).2 杨春林,. 美国芝加哥国际制造技术展览会(IMTS2006)M. 世界制造技术与装备市场, 2006(5): 45-46.3 沈福金. 日本机床技术的发展动向J. 世界制造技术与装备市场, 2007(1): 60-68.4 王红利. 从CIMT2007看齿轮加工机床的发展趋势J. 世界制造技术与装备市场, 2007(3): 40-44.5 李先广, 廖绍华. 从EMO2007看齿轮加工机床的发展J. 世界制造技术与装备市场, 2008(1): 62-66.6 李先广. 当代先进制齿及制齿机床技术的发展趋势J.制造技术与机床, 2003(2): 66-68.7 李先广. 当今制齿技术及制齿机床J. 现代制造工程, 2002(11): 66-68.8 庄磊, 王珉, 左敦稳. 齿轮加工机床的发展特点及相关技术J. 江苏机械制造与自动化, 2000(5): 9-11.9 濮良贵, 纪名刚. 机械设计（第八版）M. 北京: 高等教育出版社, 2006(5).10 吴宗泽. 机械设计师（上册）M. 北京: 机械工业出版社, 2002(1).11 齿轮手册编委会. 齿轮手册（第二版）M. 北京: 机械工业出版社, 2000(8).12 杨春林,. 美国芝加哥国际制造技术展览会(IMTS2006)M. 世界制造技术与装备市场, 2006(5): 45-46.13 沈福金. 日本机床技术的发展动向J. 世界制造技术与装备市场, 2007(1): 60-68.14 王红利. 从CIMT2007看齿轮加工机床的发展趋势J. 世界制造技术与装备市场, 2007(3): 40-44.15 李先广, 廖绍华. 从EMO2007看齿轮加工机床的发展J. 世界制造技术与装备市场, 2008(1): 62-66.16 李先广. 当代先进制齿及制齿机床技术的发展趋势J.制造技术与机床, 2003(2): 66-68.17 李先广. 当今制齿技术及制齿机床J. 现代制造工程, 2002(11): 66-68.18 庄磊, 王珉, 左敦稳. 齿轮加工机床的发展特点及相关技术J. 江苏机械制造与自动化, 2000(5): 9-11.19 濮良贵, 纪名刚. 机械设计（第八版）M. 北京: 高等教育出版社, 2006(5).吴宗泽. 机械设计师（上册）M. 北京: 机械工业出版社,1：外文文献翻译原文及其译文Introduction to Modern Control TheorySeveral factors provided the stimulus for the development of modern control theory: a. The necessary of dealing with more realistic models of system.b. The shift in emphasis towards optimal control and optimal system design. c. The continuing developments in digital computer technology. d. The shortcoming of previous approaches. e. Recognition of the applicability of well-known methods in other fields of knowledge.The transition from simple approximate models, which are easy to work with, to more realistic models, produces two effects. First, a large number of variables must be included in the models. Second, a more realistic model is more likely to contain nonlinearities and time-varying parameters. Previously ignored aspects of the system, such as interactions with feedback through the environment, are more likely to be included. With an advancing technological society, there is a trend towards more ambitious goals. This also means dealing with complex system with a large number of interacting components. The need for greater accuracy and efficiency has changer the emphasis on control system performance. The classical specifications in terms of percent overshoot, setting time, bandwidth, etc. have in many cases given way to optimal criteria such as mini mum energy, minimum cost, and minimum time operation. Optimization of these criteria makes it even more difficult to avoid dealing with unpleasant nonlinearities. Optimal control theory often dictates that nonlinear time-varying control laws are used, even if the basic system is linear and time-invariant. The continuing advances in computer technology have had three principal effects on the controls field. One of these relates to the gigantic supercomputers. The size and the class of the problems that can now be modeled, analyzed, and controlled are considerably large than they were when the first edition of this book was written. The second impact of the computer technology has to so with the proliferation and wide availability of the microcomputers in homes and I the work place, classical control theory was dominated by graphical methods because at the time that was the only way to solve certain problems, Now every control designer has easy access to powerful computer packages for systems analysis and design. The old graphical methods have not yet disappeared, but have been automated. They survive because of the insight and intuition that they can provide, some different techniques are often better suited to a computer. Although a computer can be used to carry out the classical transform-inverse transform methods, it is used usually more efficient for a computer to integrate differential equations directly.The third major impact of the computers is that they are now so commonly used as just another component in the control systems. This means that the discrete-time and digital system control now deserves much more attention than Modern control theory is well suited to the above trends because its time-domain techniques and its mathematical language (matrices, linear vector spaces, etc.) are ideal when dealing with a computer. Computers are a major reason for the existence of state variable methods.Most classical control techniques were developed for linear constant coefficient systems with one input and one output (perhaps a few inputs and outputs). The language of classical techniques is the Laplace or Z-transform and transfer functions. When nonlinearities ad time variations are present, the very basis for these classical techniques is removed. Some successful techniques such as phase-plane methods, describing function s, and other ad hoc methods, have been developed to alleviant this shortcoming.However, the greatest success has been limited to low-order systems. The state variable approach of modern control theory provides a uniform and powerful method of representing systems of arbitrary order, linear or nonlinear, with time-varying or constant coefficient. It provides an ideal formulation for computer implementation and is responsible for much of the progress in optimization theory. Modern control theory is a recent development in the field of control. Therefore, the name is justified at least as a descriptive title. However, the foundations of modern control theory are to be found in other well-established fields. Representing a system in terms of state variables is equivalent to the approach of Hamiltonian mechanics, using generalized coordinates and generalized moment. The advantages of this approach have been well-known I classical physics for many years. The advantages of using matrices when dealing with simultaneous equations of various kinds have long been appreciated in applied mathematics. The field of linear algebra also contributes heavily to modern control theory. This is due to the concise notation, the generality of the results, and the economy of thought that linear algebra provides. Mechanism of Surface Finish Production There are basically five mechanisms which contribute to the production of a surface which have been machined. There are: (1) The basic geometry of the cutting process. In, for example, single point turning the tool will advance a constant distance axially per revolution of the work piece and the resultant surface will have on it, when viewed perpendicularly to the direction of tool feed motion, a series of cusps which will have a basic form which replicates the shape of the tool in cut. (2) The efficiency of the cutting operation. It has already been mentioned that cutting with unstable built-up-edges will produce a surface which contains hard built-up-edge fragments which will result in a degradation of the surface finish. It can also be demonstrated that cutting under adverse conditions such as apply when using large feeds small rake angles and low cutting speeds, besides producing conditions which continuous shear occurring in the shear zone, tearing takes place, discontinuous chips of uneven thickness are produced, and the resultant surface is poor. This situation is particularly noticeable when machining very ductile materials such as copper and aluminum. (3) The stability of the machine tool. Under some combinations of cutting conditions: work piece size , method of clamping, and cutting tool rigidity relative to the machine tool structure, instability can be set up in the tool which causes it to vibrate. Under some conditions the vibration will built up and unless cutting is stopped considerable damage to both the cutting tool and work piece may occur. This phenomenon is known as chatter and in axial turning is characterized by long pitch helical bands on the work piece surface and short pitch undulations on the transient machined surface.(4) The effectiveness of removing sward. In discontinuous chip production machining, such as milling or turning of brittle materials, it is expected that the chip (sward) will leave the cutting zone either under gravity or with the assistance of a jet of cutting fluid and that they will not influence the cut surface in any way. However, when continuous chip production is evident, unless steps ate taken to control the swarf it is likely that it will impinge on the cut surface and mark it. Inevitably, this marking beside a looking unattractive, often results in a poorer surface finishing, (5) The effective clearance angle on the cutting tool. For certain geometries of minor cutting edge relief and clearance angles it is possible to cut on the major cutting edge and burnish on the minor cutting edge. This can produce a good surface finish but, of course, it is strictly a combination of metal cutting and metal forming and is not to be recommended as a practical cutting method. However, due to cutting tool wear, these conditions occasionally arise and lead to a marked change in the surface characteristics.Surface Finishing and Dimensional ControlProducts that have been completed to their proper shape and size frequently require some type of surface finishing to enable than to satisfactorily fulfill their function. In some cases, tit is necessary to improve the physical properties of the surface material for resistance to penetration or abrasion. In many manufacturing processes, the product surface is left with dirt, chips, grease, or other harmful material upon it. Assemblies that are made of different materials, or from the same materials processed in different manners, many require some special surface treatment to provide uniformity of appearance. Surface finishing many sometimes become an intermediate step processing. For instance, cleaning and polishing are usually essential before any kind of plating process. Some of the cleaning procedures are also used for improving surface smoothness on mating parts and for removing burrs and sharp corners, which might be harmful in later use. Another 马棚网 important need for surface finishing is for corrosion protection in a variety of environments. The type of protection procedure will depend largely upon the anticipated exposure, with due consideration to the material being protected and the economic factors involved. Satisfying the above objectives necessitates the use of main surface-finishing methods that involve chemical change of the surface mechanical work affecting surface properties, cleaning by a variety of methods, and the application of protective coatings, organic and metallic. In the early days of engineering, the mating of parts was achieved by machining one part as nearly as possible to the required size, machining the mating part nearly to size, and then completing its machining, continually offering the other part to it, until the desired relationship was obtained. If it was inconvenient to offer one par to the other part during machining, the final work was done at the bench by a fitter, who scraped the mating parts until the desired fit was obtained, the fitter therefore being a fitter in the literal sense. It is obvious that the two parts would have to remain together, and in the event of one having to be replaced, the fitting would have to be done all over again. I n these days, we expect to be able to purchase a replacement for a broken part, and for it to function correctly without the need for scraping and other fitting operations.When one part can be used off the shelf to replace another of the same dimension and material specification, the parts are said to be interchangeable. A system of interchangeability usually lowers the production costs as there is no need for an expensive, fiddling operation, and it benefits the customer in the event of the need to replace worn parts. Limits and TolerancesMachine parts are manufactured so they are interchangeable. In other words, each part of a machine or mechanism is made to a certain size and shape so it will fit into any other machine or mechanism of the same type. To make the part interchangeable, each individual part must be made to a size that will fit the mating part in the correct way. It is not only impossible, but also impractical to make many parts to an exact size. This is because machines are not perfect, and the tools become worn. A slight variation from the exact size is always allowed. The amount of this variation depends on the kind of part being manufactured. For example, a part might be made 6 in. long with a variation allowed of 0.003(three thousandths) in. above and below this size. Therefore, the part could be 5.997 to 6.003 in. and still be the correct size. These are known as the limits. The difference between upper and lower limits is called the tolerance.A tolerance is the total permissible variation in the size of a part.The basic size is that size from which limits of size are derived by the application of allowances and tolerances.Sometimes the limit is allowed in only one direction. This is known as unilateral tolerance. Unilateral tolerancing is a system of dimensioning where the tolerance (that is variation) is shown I only one direction from the nominal size. Unilateral tolerancing allow the changing of tolerance on a hole or shaft without seriously affecting the fit. When the tolerance is in both directions from the basic size, it is known as a bilateral tolerance (plus and minus). Bilateral tolerancing is a system of dimensioning where the tolerance (that is variation) is split and is shown on either side of the nominal size. Limit dimensioning is a system of dimensioning where only the maximum and minimum dimensions are shown. Thus, the tolerance is the difference between these two dimensions.Introduction of Machining of:Machining as a shape-producing method is the most universally used and the most important of all manufacturing processes. Machining is a shape-producing process in which a power-driven device causes material to be removed in chip form. Most machining is done with equipment that supports both the work piece and cutting tool although in some cases portable equipment is used with unsupported work piece.Low setup cost for small quantities. Machining has two applications in manufacturing. For casting, forging, and pressworking, each specific shape to be produced, even one part, nearly always has a high tooling cost. The shapes that may be produced by welding depend to a large degree on the shapes of raw material that are available. By making use of generally high cost equipment but without special tooling, it is possible, by machining, to start with nearly any form of raw material, so long as the exterior dimensions are great enough, and produce any desired shape from any material. Therefore, machining is usually the preferred method for producing one or a few parts, even when the design of the part would logically lead to casting, forging or pressworking if a high quantity were to be produced. Close accuracies, good finishes. The second application for machining is based on the high accuracies and surface finishes possible. Many of the parts machined in low quantities would be produced with lower but acceptable tolerances if produced I high quantities by some other process. On the other hand, many parts are given their general shapes by some high quantity deformation process and machined only on selected surfaces where high accuracies are needed. Internal threads, for example, are seldom produced by any means other than machining and small holes in pressworked parts may be machined following the pressworking operations. 现代的控制理论简介下列几方面为现代控制理论发展的促进因素: 1.处理更多的现实模型系统的必要性2.强调向最佳的控制和最佳的系统设计的升级3.数字化计算机技术的持续发展.4.当前技术的不成熟.众所周知的方法在其它知识领域的适用性得到承认.从容易解决的简单近似的模型到更多的现实模型的转变产生了两种效果：首先，模型必须包括很多的变量。其次，一个十分逼真的模型是尽可能的包括非线性和随时间变化的参数。早先的忽略了系统的一些方面，例如很有可能的一方面就是在环境中有着反馈的交互作用。 在现代科技高度发达的社会，存在一种非常雄心的目标的趋势，这也意味着要处理有着很多相互关联成分的复杂系统，高精确度与高效率的需要改变了控制系统的执行重点。在超频百分比，时间设置，频宽等等方面的经典规范，在很多情况下解决了优化标准如最小能量，最小花费，最小时间控制，优化这些标准时很难避免和不开心的非线性打交道。即使基础系统是线性的和不随时间变化的，优化控制理论显示非线性时间变化控制也被应用到了。不停发展的计算机技术在控制领域创造了三条最重要的影响。其中一项是有关数字化的超级计算机，较之这本书首印时期，现在能模拟，分析，控制的问题的大小和种类都要大得惊人。计算机技术的第二个问题就是必须处理微型计算机在家庭和工作地的扩散与广泛的可靠性。古典的控制理论是以图画似的方法为主导的. 因为在时间那是唯一的解决确定的问题的途径。为了系统分析和设计,现在每一个控制设计者很容易有机会接近强大的计算机内部。老的图画似的方法不但没有消失, 并且还使其自动化了.它们之所以能生存是因为提供了洞察力与直觉，许多不同的技术经常能更适合于计算机。虽然计算机能被用于执行经典的改变-到转的改变方法，但它通常更多的有效用于直接整合微分方程。计算机的第三个，也是最重要的方面，就是它们现在已经如此普遍地应用于控制系统，俨然其中的一员。其价格，型号和稳定性使得能够在许多系统中常规的使用。这也意味着离散的-时间和数字的系统控制现在比在它过去更受人关注。现代的控制理论更适合上面的趋势. 因为它的时间-领域技术和它的数学的语言(公式, 线性向量空间,