1、青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書第1章 緒論1.1滾齒機在我國國民經(jīng)濟中的地位齒輪是現(xiàn)代機器和儀器中的重要零件。由于齒輪傳動具有傳動比精確、傳力大、效率高、結(jié)構緊湊、可靠耐用等優(yōu)點，因此，齒輪傳動的應用極為廣泛，齒輪的需要量也日益增加。用來加工齒輪輪齒表面的機床，稱為齒輪加工機床。齒輪加工機床是機械制造工業(yè)中的一種重要的技術裝備。齒輪的加工技術和加工能力反映一個國家的工業(yè)水平。滾齒機是使用最廣泛的齒輪加工機床，其數(shù)量約占整個齒輪加工機床的45%左右。多數(shù)情況下，滾齒機用來加工漸開線齒形的直齒、斜齒、和人字齒輪。只要滾刀與工件齒形共軛，就可以加工相應齒形的工件，如圓弧齒輪、棘輪、鏈輪等。滾

2、齒機既適合于高效率的齒形粗加工，又適合于高精度齒形精加工。由于適應范圍大、調(diào)整簡易、操作方便，因此這種機床不論對于大量生產(chǎn)和成批生產(chǎn)的工廠，或者是小量生產(chǎn)和單件生產(chǎn)的工廠，都是一種比較經(jīng)濟的齒形加工設備。切削加工主要是將金屬毛坯加工成具有較高精度的形狀、尺寸和較高表面質(zhì)量零件的主要加工方法，因此金屬切削機床是加工機器零件的主要設備，他所負擔的工作量，約占及其總制造工作量的40%60%，機床的技術水平直接影響機械制造工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率。以此作為機械制造業(yè)的基礎裝備的金屬切削機床，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。而齒輪作為機械傳動中最常見，最重要的傳動由于其使用的量大面廣，齒輪加工機床已成為汽車

3、、摩托車、工程機械、船舶等行業(yè)的關鍵設備。特別是，隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，對齒輪的需求量日益增加，對齒輪加工的效率、質(zhì)量及加工成本的要求愈來愈高，使齒輪加工機床在汽車、摩托車等行業(yè)中占有越來越重要的作用。例如，汽車齒輪大多數(shù)采用滾齒剃齒熱處理珩齒工藝，少數(shù)企業(yè)和部分轎車企業(yè)采用滾齒熱處理磨齒工藝，而重載齒輪傳動業(yè)則普遍采用滾齒熱處理磨齒工藝。滾齒在汽車齒輪加工方面占據(jù)了70% 以上的份額，可見滾齒在齒輪加工領域的作用不可替代。滾齒機是齒輪加工機床中的一種，其占齒輪加工機床擁有量的4050%，它主要用來加工圓柱齒輪和蝸輪等。1.2滾齒技術及滾齒機制造技術的發(fā)展歷程1694年，法國學者Philip

4、pe Delahire首先提出了漸開線可作為齒形曲線，經(jīng)過無數(shù)人的努力和長時間的完善發(fā)展，已經(jīng)成為目前應用最廣泛的一種齒形。1785年Leonard Euler發(fā)明了漸開線，1835年惠特沃思第一個申請采用范成法的主流滾齒機,19世紀末，展成切齒法原理的出現(xiàn)使得Grant利用此原理于1887年發(fā)明了滾齒機，使?jié)u開線齒輪取得了絕對優(yōu)勢，齒輪從此進入工業(yè)應用。后經(jīng)多方面的改進,1900年赫曼·法烏特又加上差動裝置,首創(chuàng)了可以滾制斜齒輪的萬能滾齒機,從而解決了制造問題。從此漸開線齒輪成為應用最廣泛的齒輪，而展成法加工齒輪也以巨大的優(yōu)勢壓倒范成法成為主要的齒輪加工方法。1940年，重慶機床廠

5、始建，成為中國齒輪機床的搖籃，后來成為世界上規(guī)模最大、生產(chǎn)數(shù)量最多的滾齒及制造商。美國于1952年首先研制成功數(shù)控機床，與此同時，聯(lián)邦德國也在1953年獲得數(shù)控滾齒機專利。1960年我國自行設計研制出國內(nèi)第一臺8m式滾齒機，并在1986-1987年間成功研制出數(shù)控滾齒機并開始加工直齒非圓齒輪。1996年，重慶機床廠向北京華納提供了7臺高效數(shù)控滾齒機，同年以雄厚的實力一舉奪得神龍公司15萬輛轎車工程的國際招標項目，這七臺嚴格按照國際標準和歐洲標準設計制造的數(shù)控滾齒機一舉使我國的滾齒機生產(chǎn)水平達到了國際先進標準。滾齒機制造技術的發(fā)展可劃分為機械式滾齒機和數(shù)控滾齒機兩個階段。傳統(tǒng)的機械傳動式滾齒機，

6、其特征為各主軸采用機械式的傳動形式，包括差動、分齒、工件軸、滾刀軸和進給等。由于傳動鏈固有的理論誤差和安裝間隙，造成速度較慢，精度較低。工作時，滾刀裝在滾刀主軸上，由主電動機通過齒輪副和蝸輪副驅(qū)動作旋轉(zhuǎn)運動；刀架可沿立柱導軋垂直移動，還可繞水平軸線調(diào)整一個角度。工件裝在工件軸上，由分度蝸輪副帶動旋轉(zhuǎn)，與滾刀的運動一起構成展成運動。滾切斜齒時，差動機構使工件作相應的附加轉(zhuǎn)動。工作臺(或立柱)可沿床身導軌移動，以適應不同工件直徑和作徑向進給。隨著數(shù)控技術的發(fā)展，出現(xiàn)了13個軸數(shù)控化的滾齒機，其中的一部分軸采用伺服電機數(shù)字化控制。直到20世紀80年代，世界上才出現(xiàn)真正意義上的六軸數(shù)控滾齒機。在過去的

7、20年中，數(shù)控滾齒機的發(fā)展可以劃分為4代。第一代數(shù)控滾齒機的工件軸和滾刀軸等采用傳統(tǒng)的蝸桿蝸輪副傳動，速度依然較低，但精度有所提高。隨著刀具技術的發(fā)展，切削線速度有了很大的提高，原來的滾齒機已不能滿足刀具的高速切削要求，于是更快的第二代數(shù)控滾齒機誕生。其工件軸和滾刀軸采用齒輪副傳動，速度有很大的提高。第三代數(shù)控滾齒機于90年代末期出現(xiàn)，它與世界上兩大齒輪裝備巨頭的合并不無干系。差動機構滾齒機發(fā)明人H.Pfaute創(chuàng)辦了PFAUTER公司，100多年來，PFAUTER公司不斷探索，使?jié)L齒機制造技術始終處于世界領先地位。1997年，世界著名錐齒輪制造商美國格里森公司成功收購德國PFAUTER公司。

8、通過技術的強強聯(lián)手，第三代數(shù)控滾齒機GP系列誕生。其以全直驅(qū)技術的利用為特征，工件軸和滾刀軸的直接驅(qū)動實現(xiàn)了真正意義的全閉環(huán)控制。直驅(qū)技術的使用，保證了高速度；電子齒輪箱和機械間隙的數(shù)控補償，保證了高精度。這時，數(shù)控滾齒機似乎進入頂峰。近10年間，基于多年的齒輪機床制造經(jīng)驗以及不斷的創(chuàng)新意識，格里森公司又開發(fā)出第四代滾齒機GENESIStm 130H，這也是當今世界上唯一的第四代數(shù)控滾齒機。數(shù)控滾齒機朝著超高速、超精度、超可靠性、超數(shù)字化方向發(fā)展。 2007年4月，中國本土生產(chǎn)的第一臺帶有人造大理石床身、高速主軸直驅(qū)的滾齒機正式問世。這臺滾齒機經(jīng)過嚴格測試，各項精度指標和性能完全滿足格里森美國

9、和德國標準，標志著中國齒輪機床的制造技術從此跨入了一個嶄新的高度。1.3滾齒機的國內(nèi)外現(xiàn)狀分析 隨著數(shù)控技術、軟件技術、信息技術、可靠性技術的發(fā)展，滾齒機正朝著復合功能的方向邁進，實現(xiàn)齒輪加工數(shù)控化和自動化、加工和檢測的一體化是目前齒輪加工的發(fā)展趨勢。以德國西門子、日本發(fā)那科公司數(shù)控系統(tǒng)為主流的數(shù)控滾齒機的出現(xiàn)，大大提高了齒輪加工能力和加工效率。我國目前真正能夠生產(chǎn)數(shù)控滾齒機的只有23個廠家，且使用的多是德國西門子數(shù)控系統(tǒng)，加工中模數(shù)齒輪，沒有自主產(chǎn)權的核心技術，缺少國際競爭力。目前我國仍以生產(chǎn)加工并使用傳統(tǒng)齒輪加工機床進行齒輪類零件的加工。由武漢重型機床集團有限公司設計制造的目前我國最大的Y

10、311250型12.5米滾齒機，已經(jīng)通過了用戶單位唐山盾石機械制造有限公司的驗收。該機床加工齒輪的直徑可達12.5米，加工模數(shù)36，工作臺最大承重100噸，是生產(chǎn)水泥設備、礦山機械、發(fā)電設備的關鍵設備。此前，我國制造的最大規(guī)格的滾齒機加工件直徑為8米，也是由武重生產(chǎn)的。 但是，最近這幾年，我國對滾齒機設計制造技術方面研究的主要內(nèi)容經(jīng)歷了從傳統(tǒng)機械式滾齒機通過數(shù)控改造發(fā)展為23軸(直線運動軸)實用型數(shù)控高效滾齒機，到全新的六軸四聯(lián)動數(shù)控高速滾齒機的開發(fā)。滾齒機加工(鋼件)全部采用濕式滾齒方式，由于滾刀線速度在大于70m/min后，會產(chǎn)生大量油霧，目前油霧的處理是采用全密封護罩加油霧分離器的方式將

11、油和霧分開，將不含油的霧排向車間，冷凝后的油回到機床內(nèi)循環(huán)使用；夾著油污的鐵屑則通過磁力排屑器將鐵屑和大部分油污分離。目前，國內(nèi)主要滾齒機制造商重慶機床廠及南京二機床有限責任公司生產(chǎn)的系列數(shù)控高效滾齒機已采取全密封護罩加油霧分離器和磁力排屑器的方式部分地解決環(huán)保問題。世界上滾齒機產(chǎn)量最大的制造商重慶機床廠從2001年開始研究面向綠色制造的高速干切滾齒技術，2002年初研制成功既能干切又能濕切的YKS3112六軸四聯(lián)動數(shù)控高速滾齒機，2003年初又開始研制面向綠色制造的YE3116CNC7高速干式切削滾齒機，即將進入商品化階段。第2章 Y38滾齒機方案設計2.1明確總共能（黑箱法）：人們常把一些

12、內(nèi)部結(jié)構尚不清楚的系統(tǒng)叫做"黑箱".對某一未知系統(tǒng)(即黑箱)通過實驗和推理來研究其內(nèi)部結(jié)構的問題,稱為黑箱問題.對于黑箱問題的解決,往往是給黑箱輸入某一或某幾個信號,觀察其輸出信息,然后進行推理,最終得出黑箱內(nèi)部結(jié)構信息。圖2-12.2功能原理的選擇齒輪加工方法：按齒面加工原理來分，有范成法和成形法。 1成形法 ：成形法利用與被加工齒輪齒槽截形相一致的刀具齒形，在齒坯上加工齒面。 在銑床上用盤形或指形齒輪銑刀銑削齒輪，在刨床或插床上用成形刀具刨削或插削齒輪。加工時，刀具作快速的切削運動（旋轉(zhuǎn)運動或直線運動），并沿齒槽作進給運動，就可切出齒槽。加工完一個齒槽后，工件分度轉(zhuǎn)動一

13、個齒距，再加工另一齒槽，直至切出全部齒槽。采用成形法加工齒輪，所用機床較簡單，并可以利用通用機床加工。缺點是加工精度較低，生產(chǎn)率不高，通常多用于修配。 2.范成法 ：用范成法加工齒輪時，刀具與工件模擬一對齒輪（或齒輪與齒條）作嚙合運動（范成運動），在運動過程中，刀具齒形的運動軌跡逐步包絡出工件的齒形。 范成法切齒刀具的齒形可以和工件齒形不同，且可以用一把刀具切出同一模數(shù)而齒數(shù)不同的齒輪，加工時連續(xù)分度，具有較高的加工精度和生產(chǎn)率。因此齒輪加工一般采用范成法。圖2-22.3功能分解圖總功能范成切齒主傳動分齒進給差動動力定傳動比傳動變速傳動直齒斜齒定傳動比變速傳動無級變速器差動掛輪電動機液壓定軸輪

14、系周轉(zhuǎn)輪系掛輪傳動無級變速定傳動比傳動變速傳動定傳動比傳動變速傳動定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系掛輪無級變速定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系掛輪無級變速定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系掛輪無級變速氣壓電氣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主傳動帶傳動蝸輪蝸桿傳動掛輪周轉(zhuǎn)輪系定軸輪系分齒分齒掛輪鋼球式無級變速器進給進給掛輪定軸輪系周轉(zhuǎn)輪系鋼環(huán)式無級變速器差動差動掛輪摩擦輪差動裝置鋼球式無級變速器定軸輪系動力電動機氣壓裝置液壓裝置電氣裝置2.5各功能元求解方案分析1）主傳動：表2-2方 案 簡 圖方 案 說 明帶傳動軸間距范圍大，工作平穩(wěn)，噪聲小，能緩和沖擊，吸收震動，摩擦型帶傳動有過載保護的作用，結(jié)構簡單，成本低，安裝

15、要求不高。外廓尺寸較大，摩擦型帶有滑動，不能用于分度鏈，由于帶的摩擦起電，不宜用于易燃易爆的地方，軸和軸承上的作用力大，帶的壽命較短。齒輪傳動承載能力和速度范圍大，傳動比恒定，采用行星傳動可獲得很大傳動比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高，。制造和安裝精度要求高，精度低時，運轉(zhuǎn)有噪聲，無過載保護。蝸輪蝸桿傳動結(jié)構緊湊，單級傳動能獲得很大的傳動比，傳動平穩(wěn)，無噪音，單頭蝸桿可制成自鎖機構。傳動比大，滑動速度低時效率低，中高速傳動需要昂貴的減磨材料，制造精度要求高，刀具費用昂貴。定軸輪系輪系運轉(zhuǎn)時，其中各齒輪軸線相對于機架的位置 固定不動，則稱之為定軸輪系。i1m=1 /m=所有從動輪齒數(shù)的乘積所有主

16、動輪齒數(shù)的乘積周轉(zhuǎn)輪系輪系運轉(zhuǎn)時，有齒輪軸線的位置不固定，而是繞某一固定軸線回轉(zhuǎn)，稱該輪系為周轉(zhuǎn)輪系2）分齒表2-3方 案 簡 圖方 案 說 明分齒掛輪原理簡單，結(jié)構十分緊湊，維護和制造方便，但操作比較麻煩。用于不同轉(zhuǎn)速時需更換不同的掛輪，在傳動比數(shù)目較多時，需要較多組掛輪，因此可能導致成本較高，操作會比較麻煩。鋼球式無級變速器該無級變速器適用于機床主傳動或者進給系統(tǒng)。結(jié)構緊湊，體積小，但輸出轉(zhuǎn)速偏高，在機床上采用時，需要較大傳動比的齒輪傳動來降速，并且該無級變速器壽命較低，不能滿足嚴格的傳動比要求。3）進給表2-4方 案 簡 圖方 案 說 明鋼環(huán)式無級變速器該無級變速器適用于機床的進給系統(tǒng)。

17、變數(shù)范圍寬，原理和結(jié)構簡單，裝配方便。鋼環(huán)有自緊作用，無需另外設置加壓裝置。但是結(jié)構不夠緊湊，不適于大功率和對傳動比有嚴格要求的場合，并且使用壽命較低。定軸輪系定軸輪系的原理簡單，傳動結(jié)構緊湊，傳動進度較高，制造和操作都比較方便，價格低廉。在此處若用定軸輪系的話會使進給系統(tǒng)的變數(shù)級數(shù)較小。此變速系統(tǒng)只適合于變數(shù)級數(shù)較小的場合，當變速級數(shù)較多時會使其結(jié)構龐大。進給掛輪該變速系統(tǒng)原理簡單，結(jié)構十分緊湊，維護和制止方便，但操作比較麻煩。用于不同轉(zhuǎn)速時需要換不同的掛輪，在傳動比數(shù)目較多時，需要較多組掛輪。因此可能導致成本較高，而且當變速效率較高時，操作會比較麻煩 周轉(zhuǎn)輪系輪系運轉(zhuǎn)時，有齒輪軸線的位置不

18、固定，而是繞某一固定軸線回轉(zhuǎn)，稱該輪系為周轉(zhuǎn)輪系4）差動表2-5方 案 簡 圖方 案 說 明差動掛輪原理簡單，結(jié)構十分緊湊，維護和制造方便，但操作比較麻煩。用于不同轉(zhuǎn)速時需更換不同的掛輪，在傳動比數(shù)目較多時，需要較多組掛輪，因此可能導致成本較高，操作會比較麻煩。鋼球式無級變速器該無級變速器適用于機床主傳動或者進給系統(tǒng)。結(jié)構緊湊，體積小，但輸出轉(zhuǎn)速偏高，在機床上采用時，需要較大傳動比的齒輪傳動來降速。并且該無級變速器壽命較低，不能滿足嚴格的傳動比要求。定軸輪系定軸輪系的原理簡單，傳動結(jié)構緊湊，傳動進度較高，制造和操作都比較方便，價格低廉。在此處若用定軸輪系的話會使進給系統(tǒng)的變數(shù)級數(shù)較小。此變速系

19、統(tǒng)只適合于變數(shù)級數(shù)較小的場合，當變速級數(shù)較多時會使其結(jié)構龐大。周轉(zhuǎn)輪系輪系運轉(zhuǎn)時，有齒輪軸線的位置不固定，而是繞某一固定軸線回轉(zhuǎn)，稱該輪系為周轉(zhuǎn)輪系5）動力裝置方案一： 電動機： 簡單，耐用，可靠，易維護，價格低廉。方案二：液壓傳動： 優(yōu)點：可實現(xiàn)無級變速，調(diào)速范圍大；運動件的慣性小，能夠頻繁迅速換向，傳動工作平穩(wěn)；系統(tǒng)容易實現(xiàn)緩沖吸振，并能自動防止過載。 缺點：容易產(chǎn)生泄漏，污染環(huán)境，因有泄漏和彈性變形大，不易做到精確的傳動比，系統(tǒng)內(nèi)混入空氣，會引起爬行，噪聲和振動。故障診斷與排除要求較高技術，在液壓源的場合會使成本增大。方案三：氣壓裝置：優(yōu)點：以空氣為工作介質(zhì)，獲得較容易，用后的空氣排到大

20、氣中，處理方便，與液壓傳動相比不必設置回收的油箱和管道。動作迅速，反應快，維護簡單，工作介質(zhì)清潔，工作環(huán)境適應性好。成本低，過載能自動保護。 缺點：工作速度穩(wěn)定性差，噪聲較大，不宜用于元件級數(shù)較多的復雜回路。方案四：電氣裝置：精確度高，節(jié)省能源，精密控制，改善環(huán)保水平，降低噪音，節(jié)約成本。2.6最佳方案的分析和確定粗略地從滿足功能要求，成本低廉，可靠性高，操控性能好，維護方便，外形美觀與環(huán)保等六個方面對滾齒機系統(tǒng)各部分的方案解進行評價。（一） 對該六個方面進行重要性系數(shù)確定表2-6滿足功能要求成本可靠性操控性維護性外觀及環(huán)保Ki所占百分比滿足功能要求33334160.267成本11333110

21、.183可靠性13334140.233操控性1112380.133維護性1112380.133外觀及環(huán)保0101130.05601根據(jù)總體得分= （各方面得分*重要性系數(shù)）對系統(tǒng)各部分進行優(yōu)劣評價，以下各部分的評分分值的意義如下：表2-7不可用可用一般良好優(yōu)秀理想0123451 主傳動方案的分析比較與確定表2-8得分方案方向A帶傳動B掛輪C蝸輪蝸桿傳動D周轉(zhuǎn)輪系E定軸輪系滿足功能要求35224成本43122可靠性34234操控性33344維護性33222外觀及環(huán)保24311總體得分： A=30.267+40.183+30.233+30.133+30.133+20.05=3.13B=50.267

22、+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所以主傳動系統(tǒng)中的最優(yōu)方案為方案B：掛輪。2 分齒運動方案系統(tǒng)的分析比較與確定：表2-9得分 方案 方向 A分齒掛輪B鋼球式無級變速器滿足功能要求42成本13可靠性52操控性35維護性32外觀及環(huán)保44總體得分： A=40.267+

23、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所以分齒運動系統(tǒng)中的最優(yōu)方案為方案A：分齒掛輪。3 進給運動方案系統(tǒng)的分析比較與確定：表2-10得分 方案方向A定軸輪系B周轉(zhuǎn)輪系C進給掛輪D鋼環(huán)式無級變速器滿足功能要求3342成本1224可靠性4332操控性4225維護性2232外觀及環(huán)保2144總體得分： A=30.267+10.183+40.233+40.133+20.133+20.05=2.988B=30.267+20.183+30.233+20.133+20.1

24、33+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所以進給運動系統(tǒng)中的最優(yōu)方案為方案C：進給掛輪。4 差動運動方案系統(tǒng)的分析比較與確定表2-11得分 方案方向A定軸輪系B周轉(zhuǎn)輪系C差動掛輪D鋼環(huán)式無級變速器滿足功能要求1143成本1214可靠性4341操控性4415維護性2232外觀及環(huán)保1155總體得分：A=10.267+10.183+40.233+40.133+20.133+10.05=2.407B=10.267+20.1

25、83+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所以差動運動系統(tǒng)中的最優(yōu)方案為方案C：差動掛輪。5 動力方案系統(tǒng)的分析比較與確定表2-12得分 方案方向A電動機B液壓傳動C氣壓傳動D電氣傳動滿足功能要求4533成本5344可靠性3433操控性4333維護性4334外觀及環(huán)保4243總體得分：A=40.267+50.183+30.233+40.133+40.133+40.05=3.94

26、6B=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所以動力系統(tǒng)中的最優(yōu)方案為方案A：電動機所以整臺滾齒機的最佳方案組合為：表2-13系統(tǒng)主傳動分齒進給差動動力方案掛輪分齒掛輪進給掛輪差動掛輪電動機2.7草繪整體示意圖和傳動示意圖：（一）總體示意圖確定：影響滾齒機布局的主要因素有：1 工件的尺寸，重量和形狀根據(jù)我們設計滾齒機的技術指標，加工齒輪直徑在450800

27、之間，所以我們這里采用立式布局，工作臺移動布局形式。 加工小直徑齒輪時，多采用臥式布局。這是由于這種布局便于裝夾工件，易于實現(xiàn)自動上下料和單機自動化，且傳動鏈短，滑座與床身導軌接觸面大，縱向進給平穩(wěn)，便于清除碎小金屬，提高加工精度，但這種布局的機床不宜加工直徑和重量較大的工件。如果加工齒輪直徑和重量較大，這時多采用立式布局。立式布局又有工作臺移動與立柱移動式之別。工件直徑相對較小時，宜用工作臺移動式。2 機床性能及生產(chǎn)率的要求，機床的布局也有不同。 中等規(guī)格（最大工件直徑為2001250mm）的萬能型滾齒機宜于采用立式，立柱固定，工作臺水平移動的布局； 而對于較小規(guī)格（最大工作直徑為20032

28、0mm）的高效型滾齒機，為便于使其實現(xiàn)單機自動化和納入自動線，可采用立式，工作臺固定，立柱水平移動的布局，或采用立式，工作臺垂直移動，刀架水平移動的布局形式。3 操縱方便性及其他要求為便于用右手操縱機床，可將立柱布置在工作臺的右側(cè)；為便于用試切法對刀，可將立柱布置在工作臺的左側(cè)。綜上所述，滾齒機布局形式為：1） 機床類型：立式滾齒機。2） 結(jié)構形式：普通型。3） 運動分配：工作臺徑向移動，刀架軸向移動。4） 布局簡圖：圖2-35） 布局特點：立柱與床身緊固連接，工作臺做徑向移動，刀架做軸向移動。傳動示意圖確定：圖2-42.8計算滾刀的速度和功率并選擇電動機一.計算滾刀的速度1.加工模數(shù) m6m

29、m的45鋼時（HB207）時，查參考文獻【12】得：V= （2-1）已知進給量 f=0.253，查資料得：切削速度修正系數(shù) k=1.0,耐用度 T=21600。將以上參數(shù)帶入公式得：V=算得：V=0.428311.48371。2.加工模數(shù) m8mm的鑄鐵（HB170210）時，查參考文獻【12】得：V=， （2-2）已知進給量 f=0.253，查參考文獻【12】得：切削速度修正系數(shù) k=1.0，耐用度 T=59600。將以上參數(shù)帶入公式得： V=算得：V=0.384790.81091。 為了使?jié)L刀既能滿足加工模數(shù)m6mm的45鋼時的速度，同時又能滿足加工模數(shù)m8mm的鑄鐵時的速度，所取滾刀的速

30、度應為此兩種情況的速度范圍的并集，即V=0.384791.48371，化為轉(zhuǎn)速約為n=61236二 計算滾刀的切削功率1.滾刀45鋼（HB207）時，查參考文獻【12】得：P=， （2-3）已知進給量f=0.253,模數(shù)m6mm，切削速度V=0.428311.48371，滾刀外徑 d=120mm .查參考文獻【12】得：功率修正系數(shù) K=1.0 。由公式可知，當?shù)闹翟酱螅琾就越大。當p的值大時可以滿足小功率要求，但當p的值小時，不能滿足大功率要求。所以應取與中較大者。因為，=0.25=0.42608=3=1.15124<,所以,取=1.15124P=1.50112KW2.滾切鑄鐵（HB1

31、70210）時，查參考文獻【12】得：P= （2-4）已知進給量f=0.253,模數(shù)m8mm,切削速度 V=0.384790.81091 滾刀外徑 d=120mm, 查參考文獻【12】得 功率修正系數(shù) kp=1.0由公式可知，當?shù)闹翟酱螅琾就越大。當p的值大時可以滿足小功率要求，但當p的值小時，不能滿足大功率要求。所以應取與中較大者。因為，=0.250.81091=0.23287=30.38479=1.03427所以<,所以,取=1.03427算得：P=1.09963KW根據(jù)大功率能滿足小功率要求，但小功率不能滿足大功率的要求，統(tǒng)一取加工45鋼時的p與加工鑄鐵時的p中較大者。 即取最大功

32、率 p=1.50112kw.三. 選擇電動機1 計算電動機功率：總效率:=, （2-5）,分別為帶傳動，齒輪傳動（包括軸承損失）的效率。取=0.9，=0.975，所以，=0.7538，又因為電動機效率，P= P=1.99KW。2 確定電動機轉(zhuǎn)速：已知滾刀的轉(zhuǎn)速范圍為：n=61236，根據(jù)滾刀的轉(zhuǎn)速范圍粗略取主傳動變速級數(shù)分別為：61 96 131 166 201 236。根據(jù)參考資料得：漸開線齒輪單級傳動比不大于8，為了使主傳動變數(shù)掛輪傳動平穩(wěn)，尺寸不至于過大，粗略取主傳動變速掛輪傳動比=0.42。參考Y38-1型滾齒機的主傳動比取傳動鏈為：n=n得n= n13.4=（2360.4612）13

33、.4，所以： n=12651590（）所以電動機的轉(zhuǎn)速范圍應該在12651590（）之間。根據(jù)參考資料，可以知道符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速只有1500。根據(jù)所求電動機的功率和轉(zhuǎn)速，由滾齒機的工作狀況試選用Y系列三相異步電動機，Y系列為繞線轉(zhuǎn)子電動機，適用于各種機械及其他類系設備的專用產(chǎn)品，具有較大的過載能力和較高的機械強度因此它滿足滾齒機的使用要求與我們所設計的滾齒機工作條件相符，是合適的電動機類型。查有關資料得只有一種適用的電動機型號，即Y100L2-4型電動機。其主要性能如下表：型號額定功率KW轉(zhuǎn)速電流A效率%功率因數(shù)啟動電流啟動轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩Y100L2-4314306

34、.8282.50.817.02.22.2第3章滾刀箱主要零件設計校核3.1軸VII上斜齒圓柱齒輪嚙合設計計算與校核3.1.1計算速度傳動路線中轉(zhuǎn)軸VII所受的最大轉(zhuǎn)矩 電動機的輸出轉(zhuǎn)矩為 （3-1） 軸I的轉(zhuǎn)矩為 軸II的轉(zhuǎn)矩為 軸III的轉(zhuǎn)矩為 由電機的轉(zhuǎn)速和所計算的滾刀主軸的轉(zhuǎn)速確定變速掛輪的傳動比。 由滾齒機的速度傳動路線公式： 得 所以的值取決于滾刀的轉(zhuǎn)速，當滾刀的轉(zhuǎn)速取最小值62r/min時取最大值。此時，最大值max= 0.0767= 軸IV，V，VI，VII，VIII的轉(zhuǎn)矩為max經(jīng)過計算得轉(zhuǎn)軸VII上的最大轉(zhuǎn)矩是348.314N.m3.1.2初選齒輪類型、精度等級、材料等1）按

35、傳動方案（圖3-1）用斜齒圓柱，小齒輪左旋，大齒輪右旋，初選螺旋角為。2）因為齒輪的轉(zhuǎn)速不高，故選用7級精度。3）材料選擇。由參考文獻6表10-1選擇兩齒輪材料為45鋼，硬度為240HB圖3-1 滾刀箱傳動方案4）已知兩齒輪的傳動比為3，取 Z1=18,Z2=54。3.1.3按齒面接觸強度設計 由參考文獻【2】式10-20 （3-2）計算，即 d （3-3）(1)確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值1） 試選載荷系數(shù)。2） 由參考文獻【2】圖10-30選取區(qū)域系數(shù)。3） 由參考文獻【2】圖10-26查得，則。4） 計算接觸疲勞許用應力。計算應力循環(huán)次數(shù)。 （3-4） 由參考文獻【2】圖10-19取接觸疲勞壽

36、命系數(shù)。 由參考文獻【2】圖10-21d按齒面硬度查得兩齒輪的接觸疲勞強度極限。 取失效率為1%，安全系數(shù)S=1，由參考文獻6式10-12 （3-5） 得 5） 許用接觸應力 （3-6）6） 由參考文獻【2】表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。7） 由參考文獻【2】表10-7選取齒寬系數(shù)。(2)計算1） 試計算小齒輪的分度圓直徑，由計算公式（4-3）得 2） 計算圓周速度 3） 計算齒寬b及模數(shù)。 b= (3-7) =1.1557.19=65.77mm m= (3-8) =3.08mm h=2.25m (3-9) =2.253.08mm=6.94mm 4)計算縱向重合度。 (3-10) =1.6

37、45）計算載荷系數(shù)。 已知使用系數(shù)，根據(jù)，8級精度，由參考文獻【6】圖10-8查得動載系數(shù)；按手冊計算得；。故載荷系數(shù) （3-11）8） 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由參考文獻6式10-10a （3-12）9） 計算模數(shù)。 （3-13）3.1.4按齒根彎曲強度設計 由參考文獻【2】式10-17 （3-14）（1） 確定計算參數(shù)1） 計算載荷系數(shù)。 （3-15）2） 根據(jù)縱向重合度從參考文獻【6】圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)。 3） 計算當量齒數(shù)。 （3-16） 4） 查取齒形系數(shù)由參考文獻【2】表10-5查得；5） 查取應力校正系數(shù)。由參考文獻【2】表10-5查得；6） 計算彎曲

38、疲勞極限由參考文獻【2】圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限。7） 由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，。8） 計算彎曲疲勞許用應力。取彎曲疲勞安全系數(shù)，由式 （3-17）得 9） 計算大、小齒輪的并加以比較。 小齒輪的數(shù)值大。（2） 設計計算 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)，取=3mm，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑來計算應有的齒數(shù)。于是由 （3-18） 取，則。3.1.5尺寸計算 （1）計算中心距 （3-19） 將中心距圓整為99mm。（2）按圓整后的中心距休正螺旋角 （3-20） 因值

39、改變不多，故參數(shù)等不必修正。（3） 計算大、小齒輪的分度圓直徑 （3-21） （3-22）（4） 計算齒輪寬度 （3-23） 圓整后取72mm。（5） 結(jié)構圖見圖紙。3.2滾刀箱軸VII的設計計算與校核3.2.1按扭轉(zhuǎn)強度條件初步估算軸徑 軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為（參考文獻【2】式15-1） （3-24） 式中：； 軸所受的扭矩，N.mm； 軸的抗扭截面系數(shù)； 軸的轉(zhuǎn)速，r/min; 軸傳遞的功率，KW； 計算截面處軸的直徑，mm； 許用扭轉(zhuǎn)切應力，MPa。由上式可得軸的直徑 （3-25）式中，選取軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，取=112；/；。將參數(shù)代如式得。 此式求出的直徑，只能

40、作為受扭矩作用的軸段的最小直徑。3.2.2軸的結(jié)構設計（1）擬定軸上零件的裝配方案 裝配方案見下圖。 圖3-2 軸VII的結(jié)構與裝配（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1）為了便于左端齒輪和軸承的安裝，軸是直徑從右至左逐漸增大的階梯軸，根據(jù)計算所得的軸徑的估算值，6-7段的直徑=30mm；右端用軸端直徑取擋圈直徑為38mm；根據(jù)錐齒輪的長度取。 2）為了定位錐齒輪，5-6段的軸徑取，根據(jù)所用滑動軸承的寬度，取。3-4段同5-6段。 3）為了保證滾刀的加工空間，4-5段較長，按照軸徑的估算值取。 4）取安裝齒輪處的軸段2-3的直徑，齒輪的左右兩端為兩個推力球軸承，根據(jù)計算的齒輪輪轂的

41、寬度和推力軸承的寬度去2-3段的長度。 5）根據(jù)1-2段的滑動軸承寬度和推力球軸承的寬度，取1-2段的長度，取軸徑。 至此，已經(jīng)初步確定了軸的各段直徑和長度。（1） 軸上零件的周向定位圓柱斜齒輪采用鍵進行周向定位，由表6-1查得平鍵截面108， 鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為70mm,同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；同樣錐齒輪也采用鍵周向定位，由表6-1查得平鍵截面，錐齒輪的輪轂與軸的配合同樣采用。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此外選軸的直徑尺寸公差。（2） 確定軸上圓角和倒角的尺寸取軸端倒角為2，各軸肩處的圓角半徑為1。3.2.3求作用在齒輪上的力

42、(1)軸VII上斜齒圓柱齒輪的受力分析 由式（2-19）計算分度圓直徑為，則F= （3-26）圖3-3 軸VII上斜齒圓柱齒輪受力 （3-27） （3-28） 其中 齒輪所受的圓周切 向力；齒輪所受的徑向力； 齒輪所受的軸向力； 軸VII上的扭矩； 法向壓力角； 齒輪螺旋角。(2）軸VII上錐齒輪上的受力分析 齒寬中點處的分度圓直徑為 (3-29) 其中 m錐齒輪的模數(shù)； z錐齒輪的齒數(shù)； b錐齒輪的齒寬； R錐齒輪的錐距。 則 （3-30） （3-31） 圖3-4 軸VIII上錐齒輪受力圖 （3-32） 其中錐齒輪所受切向力； 錐齒輪所受的徑向力； 錐齒輪所受的軸向力； 分度圓壓角。 軸VI

43、I上的扭矩； 分度圓錐角。 切向力、徑向力、軸向力的方向如上圖。3.2.4求軸VII上的載荷3.2.4.1用力法求解超靜定結(jié)構 根據(jù)軸的結(jié)構圖將軸簡化為簡支梁，見下圖： 圖3-5 軸VII的簡化圖 這個簡支梁由3個支座，支座反力不能全由平衡方程求出，所以這個結(jié)構是一個超靜定結(jié)構。因為如果解除其中任何一個支座，結(jié)果就變?yōu)殪o定結(jié)構，所以這是一個一次超靜定結(jié)構。因為該梁在兩個平面上受力所以需在兩個平面上分別用力法求解。（1） 求解V面 畫出V面的受力分析圖： 圖3-6 V面受力分析圖 其中斜齒輪上由齒輪的軸向力對軸產(chǎn)生的附加彎矩為 （3-33）將中間支座解除，但要在中間支座處加一向上的力如圖： 圖3-7 中間支座接觸后的等效受力圖設想沿右端支座將外伸梁分成兩部分。AB部分為簡支梁，在截面B上加上剪力和彎矩，且 （3-34） （3-35）如下圖： 圖3-8 右端力轉(zhuǎn)移到支座后的等效圖 為了解出兩個支座處的支座反力需要找出變形協(xié)調(diào)條件，即中間支座處的撓度為0，也就是F的作用點沿與軸橫截面平行的方向上的位移為0。列出方程： （3-36） 根據(jù)平衡條件列出平衡方程： （3-37） 對B點取矩，根據(jù)平衡條件列