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目 錄
1 前 言...............................................................1
2 總體設(shè)計(jì).............................................................3
2.1 滾齒機(jī)工作原理.....................................................3
2.2 擬定選擇傳動(dòng)方案...................................................3
2.3 主切削力的估算及電動(dòng)機(jī)的選擇.......................................7
3 差動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)........................................................9
3.1 總傳動(dòng)比的計(jì)算.....................................................9
3.2 傳動(dòng)比的分配.......................................................9
3.3 設(shè)計(jì)計(jì)算..........................................................10
3.3.1 螺旋傘齒輪的設(shè)計(jì)................................................10
3.3.2 運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)................................................11
3.3.3 差動(dòng)蝸輪設(shè)計(jì)....................................................12
3.3.4 圓柱直齒輪的設(shè)計(jì)................................................16
4 分度軸及走刀掛輪架的設(shè)計(jì)...........................................21
4.1 軸的設(shè)計(jì)..........................................................21
4.2 確定分度軸的材料及熱處理方法......................................21
4.3 分度軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)..................................................21
4.4 分度軸強(qiáng)度的校核..................................................23
4.5 走刀掛輪架的設(shè)計(jì)..................................................24
5 結(jié)束語(yǔ).............................................................26
參考文獻(xiàn)..............................................................27
致 謝...............................................................28
附件清單..............................................................29
1 前 言
齒輪加工機(jī)床指用齒輪切削工具加工齒輪齒面或齒條齒面的機(jī)床及其配套輔機(jī)。齒輪加工按加工原理分為兩類，仿形法和范成法(或稱展成法)。仿形法是用刀具的刀刃形狀來(lái)保證齒輪齒形的準(zhǔn)確性，用單分齒來(lái)保證分齒的均勻。范成法是按照齒輪嚙合原理進(jìn)行加工，假想刀具為齒輪的牙形，它在切削被加工齒輪時(shí)好似一對(duì)齒輪嚙合傳動(dòng)，被加工齒輪就是在類似嚙合傳動(dòng)的過(guò)程中被范成成形的，范成法具有加工精度高，粗糙度值低，生產(chǎn)率高等特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用，范成法按其加工方法和加工對(duì)象分為：
a) 插齒機(jī)：多用于粗、精加工內(nèi)外嚙合的直齒圓柱齒輪，特別適用于雙聯(lián)、多聯(lián)齒輪，當(dāng)機(jī)床上裝有專用裝置后，可以加工斜齒圓柱齒輪及齒條。
b) 滾齒機(jī)：可進(jìn)行滾銑圓柱直齒輪、斜齒輪、蝸輪及花鍵軸等加工。
c) 剃齒機(jī)：按螺旋齒輪嚙合原理，用剃齒刀帶動(dòng)工件(或工件帶動(dòng)刀具)旋轉(zhuǎn)，剃削圓柱齒輪齒面的齒輪再加工機(jī)床。
d) 刨齒機(jī)：用于外嚙合直齒錐齒輪加工。
e) 銑齒機(jī)：用于加工正交、非正交(軸交角不等于90°)的弧齒錐齒輪、雙曲線錐齒輪加工。
f) 磨齒機(jī)：用于熱處理后各種高精度齒輪再加工。
隨著齒輪加工刀具性能的提高，齒輪加工機(jī)床的高速、高效切削得到了飛速發(fā)展和成熟，齒輪滾齒切削速度由m/min，發(fā)展到m/min，切削走刀速度由mm/r發(fā)展mm/r，滾齒機(jī)主軸的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)r/min，工作臺(tái)最高轉(zhuǎn)速可m/min， 機(jī)床部件移動(dòng)速度也高達(dá)m/min；大功率主軸系統(tǒng)使機(jī)床可運(yùn)用直徑和長(zhǎng)度均較大的砂輪進(jìn)行切削，有利于增加砂輪壽命，也有利于操作者選擇最優(yōu)的參數(shù)來(lái)完成滾齒加工。
目前，國(guó)內(nèi)主要滾齒機(jī)制造商重慶機(jī)床廠及南京二機(jī)床有限責(zé)任公司生產(chǎn)的系列數(shù)控高效滾齒機(jī)已采取全密封護(hù)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(wèn)題。世界上滾齒機(jī)產(chǎn)量最大的制造商——重慶機(jī)床廠從2001 年開(kāi)始研究面向綠色制造的高速干切滾齒技術(shù)，2002 年初研制成功既能干切又能濕切的YKS3112 六軸四聯(lián)動(dòng)數(shù)控高速滾齒機(jī)，2003 年初又開(kāi)始研制面向綠色制造的YE3116CNC7 高速干式切削滾齒機(jī)，即將進(jìn)入商品化階段。
而現(xiàn)今國(guó)際上生產(chǎn)滾齒機(jī)的強(qiáng)國(guó)為美國(guó)、德國(guó)和日本。這些公司目前生產(chǎn)的滾齒機(jī)都是全數(shù)控式的，中小規(guī)格滾齒機(jī)都在朝著高速方向發(fā)展，所有高效機(jī)床均采用了全密封護(hù)罩加油霧分離器及磁力排屑器的方式部分地解決環(huán)保問(wèn)題。為更好地滿足滾齒加工中的綠色制造，德國(guó)Liebherr公司早在十幾年前就開(kāi)始研究高速干式切削滾齒機(jī)。日本三菱重工則是最早將高速干式切削滾齒機(jī)商品化的制造商，它們的成功還得益于滾刀制造技術(shù)的提高。
我所設(shè)計(jì)的課題來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)踐，是滾齒機(jī)差動(dòng)機(jī)構(gòu)?分度軸及走刀掛輪架的設(shè)計(jì)。分度掛輪架處的手柄供銑正齒輪或者斜齒輪時(shí)操縱使用。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有機(jī)型進(jìn)行對(duì)比分析。選擇適合于我國(guó)目前的生產(chǎn)水平使用的機(jī)型作為參考，改進(jìn)其不足，以達(dá)到各方面的要求。床身結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)特性與機(jī)床產(chǎn)品的整體性能有著密切的關(guān)系，提高床身的機(jī)械特性，對(duì)于提高機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量，保證機(jī)車的動(dòng)態(tài)加工精度具有重要意義。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大件設(shè)計(jì)方法，往往僅注重床身件靜態(tài)性能、制造工藝性以及外形美觀協(xié)調(diào)等方面的要求，而忽略了它對(duì)產(chǎn)品動(dòng)態(tài)性能的影響。結(jié)構(gòu)件的動(dòng)態(tài)特性與其尺寸、形狀、材料等有著密切關(guān)系。我所設(shè)計(jì)的滾齒機(jī)床身，其技術(shù)要求如下：
a．機(jī)床能滿足強(qiáng)度、剛度、壽命、工藝性與經(jīng)濟(jì)性等方面的要求；
b．機(jī)床要求運(yùn)行平穩(wěn)、工件可靠、結(jié)構(gòu)合理、裝卸方便、便于維修與調(diào)整；
c．機(jī)床應(yīng)能滿足加工要求，保證加工精度。
本次設(shè)計(jì)的滾齒機(jī)床身的預(yù)期效果是：
a．能滿足機(jī)床的基本要求，如強(qiáng)度、剛度、壽命、工藝性與經(jīng)濟(jì)性等；
b．運(yùn)行可靠，便于維修和裝卸；
c．保證加工質(zhì)量和精度要求。
由于我國(guó)的工業(yè)水平發(fā)展與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的差距，齒輪加工生產(chǎn)在質(zhì)量、精度等方面還需要進(jìn)行提高。因此必須對(duì)現(xiàn)有機(jī)床進(jìn)行優(yōu)化改造。當(dāng)前，齒輪加工行業(yè)對(duì)制造精度、生產(chǎn)效率、質(zhì)量及清潔等都有著非常高的要求，所以我們必須集思廣益，通過(guò)學(xué)習(xí)、研究來(lái)進(jìn)行機(jī)床的設(shè)計(jì)。
從畢業(yè)設(shè)計(jì)布置任務(wù)開(kāi)始，就必須投入全部精力，因?yàn)檎麄€(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮各方面的問(wèn)題。首先，對(duì)滾齒機(jī)的形狀和工作原理都很陌生，必須要到工廠參觀實(shí)習(xí)；其次，所學(xué)的理論知識(shí)只是一些最基本的機(jī)械常識(shí)，根本不能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。因此，還要查閱大量的資料、圖紙、說(shuō)明書(shū)等信息來(lái)補(bǔ)充自己的不足之處。要順利完成這次設(shè)計(jì)，對(duì)我們提出了以下要求。
扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)是設(shè)計(jì)的基本條件，并且要做到開(kāi)拓創(chuàng)新、舉一反三。整個(gè)設(shè)計(jì)也就是不斷復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)的過(guò)程。其次要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)橹豢抠Y料是不夠的，通過(guò)指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)，我們到鹽城市機(jī)床廠進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)，并且向企業(yè)的技術(shù)人員詢問(wèn)相關(guān)的原理。只有這樣，設(shè)計(jì)的成果在合理性、經(jīng)濟(jì)性、工藝性、實(shí)用性等方面才能滿足要求。
2 總體設(shè)計(jì)
2.1滾齒機(jī)工作原理
滾齒加工是依照交錯(cuò)軸螺旋齒輪嚙合原理進(jìn)行的。用齒輪滾刀加工的過(guò)程，就相當(dāng)于一對(duì)螺旋齒輪嚙合的過(guò)程。將其中的一個(gè)齒輪的齒數(shù)減少到幾個(gè)或一個(gè)，螺旋角增大到很大，成螺桿狀，再開(kāi)槽并鏟背，使其具有切削性能，就成了齒輪滾刀。機(jī)床使?jié)L刀和工件保持一對(duì)螺旋齒輪副嚙合關(guān)系作相關(guān)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可在工件上滾切出具有漸開(kāi)線齒廓的齒槽。滾齒時(shí)，切出的齒廓是滾刀切削刃運(yùn)動(dòng)軌跡的包絡(luò)線。所以，滾齒時(shí)齒廓的成形方法是展成法，即成形運(yùn)動(dòng)是滾刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，這個(gè)復(fù)合運(yùn)動(dòng)稱為展成運(yùn)動(dòng)。再加上滾刀沿工件軸線垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)就可切出一個(gè)齒長(zhǎng)。
2.1.1加工直齒輪時(shí)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)原理
加工直齒圓柱齒輪時(shí)，滾刀軸線與齒輪端面傾斜一個(gè)角度，其值等于滾刀螺旋升角，使?jié)L刀螺紋方向與被切齒輪齒向一致。圖2-1所示為滾切直齒圓柱齒輪齒輪的傳動(dòng)原理圖。為了完成滾切直齒圓柱齒輪，它需要三條傳動(dòng)鏈：
a．主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈 電動(dòng)機(jī)（M）—1—2——3—滾刀（），是一條將運(yùn)動(dòng)源（電動(dòng)機(jī)）與滾刀相聯(lián)系的外聯(lián)系傳動(dòng)鏈。
b．展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈 滾刀（）—3—4—5--—6—工作臺(tái)（），是一條內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈，實(shí)現(xiàn)漸開(kāi)線齒廓的復(fù)合成形運(yùn)動(dòng)。
c．軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈 工作臺(tái)（）—6—12—uf—11—M1—10—8—7—刀架（），是一條外聯(lián)系傳動(dòng)鏈，實(shí)現(xiàn)齒廓方向直線齒形的運(yùn)動(dòng)。
2.1.2加工斜齒圓柱齒輪時(shí)的運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)原理
斜齒圓柱齒輪在齒長(zhǎng)方向?yàn)橐粭l螺旋線，為了形成螺旋線齒線，在滾刀作軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，工件還應(yīng)作附加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)B2（簡(jiǎn)稱附加運(yùn)動(dòng)），且這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)之間必須保持確定的關(guān)系：滾刀移動(dòng)一個(gè)螺旋線導(dǎo)程S時(shí)工件應(yīng)準(zhǔn)確地附加轉(zhuǎn)過(guò)1轉(zhuǎn)，因此，加工斜齒輪時(shí)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是一個(gè)螺旋運(yùn)動(dòng)，是一個(gè)復(fù)合運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)滾齒切斜齒輪所需成形運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)原理圖如圖2-2所示。其中，主運(yùn)動(dòng)，展成運(yùn)動(dòng)以及軸向運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈與加工直齒輪時(shí)相同，只是在刀架與工作臺(tái)之間增加了一條附加運(yùn)動(dòng)鏈：刀架 -8-9-10-11-12-uy-13-14--5-ux-6-7-工作臺(tái)。
在保證刀架沿工作臺(tái)軸線方向移動(dòng)一個(gè)螺旋導(dǎo)程s時(shí)，工件附加轉(zhuǎn)過(guò)±1轉(zhuǎn)，形成螺旋線齒線。
2.2擬定選擇傳動(dòng)方案
本次所設(shè)計(jì)的Y38型滾齒機(jī)，它主要用于加工直齒和斜齒圓柱齒輪，也可用于手動(dòng)徑向進(jìn)給及加工蝸輪。因此，傳動(dòng)系統(tǒng)中有主運(yùn)動(dòng)、展成運(yùn)動(dòng)、軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和附加運(yùn)動(dòng)4條傳動(dòng)鏈。為了明確各部件之間的傳動(dòng)關(guān)系，繪制了機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)圖，如圖2-3所示。
圖2-1 滾切直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖
圖2-2 滾切斜齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖
圖2-3 y38型機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)圖
其傳動(dòng)路線如下：
a．主運(yùn)動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)三角皮帶輪傳到軸Ⅰ--軸Ⅱ—軸Ⅳ（或者由軸Ⅲ—軸Ⅳ）中間經(jīng)過(guò)變速掛輪，由軸Ⅳ—軸Ⅴ—軸Ⅵ—軸Ⅶ—軸Ⅷ到滾刀。
b．展成運(yùn)動(dòng)：滾刀主軸傳至分齒蝸輪和工作臺(tái)的動(dòng)力來(lái)源則由軸Ⅴ—軸Ⅸ經(jīng)過(guò)差動(dòng)機(jī)構(gòu)再經(jīng)軸Ⅹ—軸Ⅺ—分齒掛輪—軸Ⅻ—軸ⅩⅢ而到工作臺(tái)。
c．進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：是由軸ⅩⅢ—軸ⅪⅤ經(jīng)進(jìn)給掛輪—軸ⅩⅤ—軸ⅪⅩ—軸ⅩⅩ—軸ⅩⅪ—到軸ⅩⅫ的絲桿使刀架滑板上下運(yùn)動(dòng)。
d．差動(dòng)運(yùn)動(dòng)：是由軸ⅩⅤ—軸ⅩⅥ—軸ⅩⅦ經(jīng)過(guò)差動(dòng)掛輪架—軸ⅩⅧ而傳動(dòng)差動(dòng)蝸輪副。
e．工作臺(tái)的水平進(jìn)給：在工作臺(tái)下面的床身中間安有一根水平絲桿ⅩⅪⅤ通過(guò)手柄用方頭扳手來(lái)移動(dòng)工作臺(tái)，可作水平進(jìn)給。
f．快速移動(dòng)刀架的運(yùn)動(dòng)線：機(jī)床的快速移動(dòng)刀架，是由主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)的，將位在操作一方床身上手柄搬到快速位置，則傳動(dòng)路線由馬達(dá)經(jīng)三角皮帶軸Ⅰ—軸Ⅱ—軸ⅩⅩⅢ—軸ⅩⅥ—軸ⅩⅤ—軸ⅪⅩ—軸ⅩⅩ—軸ⅩⅪ—軸ⅩⅫ—絲桿旋轉(zhuǎn)快速移動(dòng)，電氣系統(tǒng)的說(shuō)明書(shū)說(shuō)過(guò)只將按向上或者向下的按鈕就可以完成快速的工作。
各運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)路線的安排如下：
a．主運(yùn)動(dòng)：電動(dòng)機(jī) 滾刀
主電動(dòng)機(jī) （帶輪）
滾刀
b．展成運(yùn)動(dòng)：滾刀 工作臺(tái)
滾刀 合成機(jī)構(gòu)
分度掛輪 工作臺(tái)
c．進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：工作臺(tái) 刀架
進(jìn)刀掛輪
刀架
d．附加運(yùn)動(dòng)：刀架 工作臺(tái)
刀架
差動(dòng)機(jī)構(gòu) 合成
分度掛輪 工作臺(tái)
轉(zhuǎn)速圖的擬定對(duì)整臺(tái)滾齒機(jī)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，如結(jié)構(gòu)、性能、尺寸、效率、維修等都有較大的影響。轉(zhuǎn)速圖如圖2-5：
圖2-5 滾齒機(jī)轉(zhuǎn)速圖
2.3 主切削力的估算及電動(dòng)機(jī)的選擇
滾齒切削的最大扭矩（用鑄鐵齒輪計(jì)算）
（2-1）
（2-2）
式中：——切削深度系數(shù)是切削深度a和齒高的比值，；
Z——所要加工齒輪的齒數(shù)；
——工件材料修正系數(shù)；
——齒輪螺距角修正系數(shù)；
——為硬度修正系數(shù)。
其中，模數(shù)m=8mm，進(jìn)給量取，切削深度取270mm，所以，，切削速度，，查得，，，代入式(2-1)可得：
根據(jù)， ，取滾刀直徑，有
機(jī)床電動(dòng)機(jī)的功率
取效率，，選電動(dòng)機(jī)功率
為滿足轉(zhuǎn)速和滾齒機(jī)結(jié)構(gòu)的要求選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)V2.0（軟件版）選擇的電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為：Y100L2-4。
3 差動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
由圖2-3可以知道，差動(dòng)機(jī)構(gòu)是由螺旋傘齒輪（3212382A）、其與軸Ⅴ上的螺旋傘齒輪（y38-11202）相嚙合，兩個(gè)直傘齒輪（y38-11014）與直傘齒輪（y38-11013）及直傘齒輪（y38-11015）相嚙合并通過(guò)十字軸連接。此外還有差動(dòng)蝸輪（y38-11016），他們共同安裝在軸Ⅸ上與安裝在軸Ⅹ上的圓柱直齒輪（y38-11204）一起通過(guò)若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件構(gòu)成了差動(dòng)機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)裝配圖見(jiàn)附件2。
3.1 總傳動(dòng)比的計(jì)算
展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的運(yùn)動(dòng)平衡式如下：
（3-1）
設(shè)被加工齒輪為圓柱直齒輪，齒數(shù)為Z=45 滾刀頭數(shù)為K=1 查分度掛輪調(diào)整表得：a=24,b=c,d=45,又因?yàn)楸患庸さ凝X輪是圓柱直齒輪，所以差動(dòng)機(jī)構(gòu)里的合成機(jī)構(gòu)其傳動(dòng)比為1，即，又因?yàn)楸患庸X輪的齒數(shù)為45，小于160，為了保證由分齒運(yùn)動(dòng)與差動(dòng)裝置的輔助回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的總和達(dá)到工作要求，即k頭滾刀回轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，齒坯轉(zhuǎn)動(dòng)周，所以取，把上述已知參數(shù)代入公式可得：
3.2 傳動(dòng)比的分配
如圖2-3所示，展成運(yùn)動(dòng)鏈采用了三級(jí)變速。
第一級(jí)變速為直齒圓柱齒輪對(duì)嚙合，取，（見(jiàn)主傳動(dòng)鏈
設(shè)計(jì)）。
第二、三級(jí)傳動(dòng)為同齒數(shù)錐齒輪等速傳動(dòng)，取
第四級(jí)傳動(dòng)為變速錐齒輪傳動(dòng)，取，查[18]表7.3-14，取齒輪對(duì)，則。
校核：
第五級(jí)為同齒數(shù)的直齒圓柱齒輪等速傳動(dòng)，取。
第六級(jí)為蝸桿蝸輪傳動(dòng)，根據(jù)上述已知條件，可以得出：，查[18]表7.2得， 所以取
其運(yùn)動(dòng)平衡式如下：
3.3 設(shè)計(jì)計(jì)算
3.3.1 螺旋傘齒輪的設(shè)計(jì)
根據(jù)齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)：
（3-2）
式中： m——齒輪模數(shù)；
K——載荷系數(shù)；
T——轉(zhuǎn)矩；
——齒形系數(shù)；
Y——應(yīng)力修正系數(shù)；
——齒寬系數(shù)；
——齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。
確定公式中的各參數(shù)，取載荷系數(shù) K=1.42，=24，已知滾刀的最低轉(zhuǎn)數(shù)為47.5r/min。
則：
n=r/min
當(dāng)量齒數(shù)：
齒形系數(shù)及應(yīng)力修正系數(shù)：查P表6.4取
齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限：查 P圖6.9取
齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù)，查 P圖6.7取
查取定彎曲疲勞安全系數(shù)應(yīng)力修正系數(shù)，所以代入各個(gè)參數(shù)得： []=
[]=
把各參數(shù)代入公式（3-2）可求得結(jié)果m,按照標(biāo)準(zhǔn)取m=4.5。則已知m=4.5，Z=24，與齒數(shù)為28的螺旋傘齒輪（y38-11202）相嚙合，下面我們來(lái)計(jì)算該螺旋傘齒輪的有關(guān)參數(shù)尺寸。
取齒寬系數(shù)：
分度圓直徑：
錐 距： R==108=82.9
齒寬中點(diǎn)直徑： =108（1-0.5）=90
齒寬中點(diǎn)模數(shù)：
齒頂圓直徑：
3.3.2 運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)的y38-1型滾齒機(jī)的合成機(jī)構(gòu)是具有兩個(gè)自由度的圓錐齒輪行星機(jī)構(gòu)。利用運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)，在滾切斜齒圓柱齒輪時(shí)，將展運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈中工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈中工作臺(tái)的附加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)合成為一個(gè)運(yùn)動(dòng)后傳送到工作臺(tái)；而在滾切直齒圓柱齒輪時(shí)，則斷開(kāi)附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，同時(shí)把運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)調(diào)整為一個(gè)如同“聯(lián)軸器”的機(jī)構(gòu)。y38-1型滾齒機(jī)所用的合成機(jī)構(gòu)是由模數(shù)m=4，齒數(shù)Z=21，螺旋角的兩個(gè)相同直傘齒輪和同模數(shù)同齒數(shù)兩個(gè)直傘齒輪組成。則我們來(lái)計(jì)算該合成機(jī)構(gòu)的有關(guān)參數(shù)和尺寸：
分度圓直徑：
齒數(shù)比：
所以：
錐 距：R=
取齒寬系數(shù)，齒寬b=59.39
齒寬中點(diǎn)分度圓直徑：
齒頂高：
齒全高：
齒 厚：=6.284
3.3.3差動(dòng)蝸輪設(shè)計(jì)
蝸桿蝸輪傳動(dòng)是用來(lái)傳遞空間交錯(cuò)軸之間運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，由蝸桿、蝸輪、機(jī)架組成。主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：
a．傳動(dòng)比大，機(jī)構(gòu)緊湊；
b．蝸桿傳動(dòng)相當(dāng)于螺旋傳動(dòng)，為多齒嚙合傳動(dòng)，故傳動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)小、噪聲低；
c．當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于當(dāng)量摩擦角時(shí)，可實(shí)現(xiàn)反向自鎖，即有自鎖性。
經(jīng)過(guò)差動(dòng)掛輪，傳遞軸ⅩⅦ和軸ⅩⅧ之間的動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)附加運(yùn)動(dòng)鏈的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)加工斜齒圓柱齒輪的目的。下面我們來(lái)對(duì)其相關(guān)尺寸和參數(shù)進(jìn)行計(jì)算：
由差動(dòng)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比分配計(jì)算可得，分配到差動(dòng)蝸輪副的傳動(dòng)比i=15，查[20]表7.2，選擇取Z=2，Z=Zi=30，那么下面我們來(lái)設(shè)計(jì)蝸輪、蝸桿的有關(guān)參數(shù)和尺寸。已知，。
按蝸輪蝸桿的接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
（3-3）
式中：
m——齒輪模數(shù)；
d——蝸輪的分度圓直徑；
K——載荷系數(shù)；
T——轉(zhuǎn)矩；
——材料系數(shù)；
——許用接觸應(yīng)力。
A．確定公式中各參數(shù)的值：
a．選Z、Z
查表取Z=2，Z=Zi=30
b．蝸輪轉(zhuǎn)矩
初估傳動(dòng)效率，則
=
c．載荷系數(shù)，取=1。
d．查 P表7.2取材料系數(shù)：
e．許用接觸應(yīng)力：查 P表7.9取
==147.9a
f．計(jì)算
=1820.9
初選m、d
查表7.1取m=4、d=120
g．導(dǎo)程角
h．滑動(dòng)速度
=(m/s)
=15.7(m/s)
i．嚙合效率
由=15.7m/s查表7.5得
=
j．傳動(dòng)效率
取軸承效率攪油效率
k．檢驗(yàn)的值
=147658.28
=
=
=1903.3
B．確定傳動(dòng)主要尺寸
已知,
a．中心距a
a=
(蝸桿尺寸)
b．分度圓直徑
=120
c．齒頂圓直徑
=+2
d．齒根圓直徑
=-2=110.4
e．導(dǎo)程角
=
f．軸向齒距
=
g．輪齒部分長(zhǎng)度
取=55。
(蝸輪尺寸)
h．分度圓直徑
=
i．齒頂高
=
j．齒根高
=（）m=
k．齒頂圓直徑
=+2=120+2=128
l．齒根圓直徑
=
=110.4
m．蝸輪齒寬，取
n．蝸輪齒寬角，，
o．蝸輪咽喉母圓半徑
=
3.3.4圓柱直齒輪的設(shè)計(jì)
齒輪傳動(dòng)是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)形式。齒輪傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾種：
a．瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，工作平穩(wěn)，傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠，可傳遞空間任意兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力；
b．適用的功率和速度范圍廣，功率從接近于零的微小值到數(shù)萬(wàn)千瓦，圓周速度從很低到300m/s；
c．傳動(dòng)效率高，=0.920.98，在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，齒輪傳動(dòng)的效率高；
工作可靠，使用壽命長(zhǎng)；
d．外廓尺寸小，機(jī)構(gòu)緊湊。
軸ⅹ與軸Ⅺ之間為一對(duì)圓柱齒輪傳動(dòng)，且為等速傳動(dòng)，即i=1，已知n=166.3r/min。
初選。
考慮到該對(duì)齒輪的工作環(huán)境及載荷情況。故兩齒輪都用45鋼調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度分別為220HBS、220HBS。屬軟齒面閉式傳動(dòng)，載荷平穩(wěn)，初選7級(jí)精度，齒輪齒數(shù)為，按軟齒面齒輪非對(duì)稱安裝，查[20]表6.5，取齒寬系數(shù)。
按齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：
（3-4）
式中： d——齒輪分度圓直徑
——載荷系數(shù)
——轉(zhuǎn)矩
——材料系數(shù)
u——傳動(dòng)比
——齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
A．確定公式中各參數(shù)：
a．載荷系數(shù)，試選=1.5
b．齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：
=9.55
=1.7
c．材料系數(shù)：查 P表6.3取=189.8
d．齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，查 P圖6.8取
e．應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N
N
f．接觸疲勞壽命系數(shù)，查 P圖6.6取
g．確定許用接觸應(yīng)力，取安全系數(shù)
=
B．設(shè)計(jì)計(jì)算
a．試算齒輪分度圓直徑
=93.23
b．計(jì)算圓周速度
=(m/s)
c．計(jì)算載荷系數(shù)K，取使用系數(shù)，根據(jù)=0.811m/s，7級(jí)精度可查得動(dòng)載系數(shù)，得。則
K=
d．校正分度圓直徑
C．計(jì)算齒輪傳動(dòng)幾何尺寸
a．計(jì)算模數(shù)m
按標(biāo)準(zhǔn)取模數(shù)m=3
下面來(lái)計(jì)算齒輪y38-11210的有關(guān)參數(shù)和尺寸：
b．分度圓直徑d
d=mZ=342=126
c．齒頂高
==13=3
d．齒根高
=（+）m=（1+0.25）3=3.75
e．齒全高h(yuǎn)
f．齒頂圓直徑
=d+2=126+23=132
g．齒根圓直徑
=d-2=126-23.75=118.5
h．基圓直徑
=dcos=126cos=118.40
i．齒距p
P=m=9.42
j．齒厚S
S=4.71
k．齒槽寬e
e=4.71
l．頂隙c
c==3.75
D．下面是兩齒輪之間的參數(shù)關(guān)系：
a．兩輪分度圓直徑：
b．中心距a
a=
c．齒寬b
b=
取
d．齒高h(yuǎn)
h=2.25m=2.25
校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
（3-5）
式中： ——齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；
K——載荷系數(shù)；
T——轉(zhuǎn)矩；
Y——應(yīng)力修正系數(shù)；
Y——齒形系數(shù)；
m——齒輪模數(shù)。
A．確定公式中的各參數(shù)值
a．齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，查 P圖6.9取
b．彎曲疲勞壽命系數(shù)，查 P圖6.7取
c．許用彎曲應(yīng)力，取定彎曲疲勞安全系數(shù)得：
d．齒形系數(shù)：取，
計(jì)算齒輪的代入公式計(jì)算
B．校核計(jì)算：
所以彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。
4 分度軸及走刀掛輪架的設(shè)計(jì)
4.1 軸的設(shè)計(jì)
軸的設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。合理的結(jié)構(gòu)和足夠的強(qiáng)度是軸在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須滿足的基本要求。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的工作能力計(jì)算包括軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。
4.2 確定分度軸的材料及熱處理方法
軸的常用材料是碳素鋼、合金鋼及球墨鑄鐵。碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，熱處理及化學(xué)處理可得到較高的綜合力學(xué)性能（尤其在耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度兩個(gè)方面），應(yīng)用最多。滾齒機(jī)上的分度軸要有好的耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，所以，選用碳鋼，分度軸的材料采用45優(yōu)質(zhì)碳素鋼。先進(jìn)行調(diào)質(zhì)HB220～250，再部分采用高頻淬火。使抗拉強(qiáng)度極限，屈服極限，彎曲疲勞強(qiáng)度，剪切疲勞強(qiáng)度，許用彎曲應(yīng)力。
4.3 分度軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)主要取決于軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸的毛坯種類；軸上作用力的大小和分布情況；軸上零件的布置及固定方式；軸承類型及位置；軸的加工工藝及其它要求。不論具體情況如何，軸的結(jié)構(gòu)一般滿足以下幾個(gè)方面的要求：（1）軸和軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；（2）軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；（3）軸應(yīng)具有良好的制造工藝性；（4）軸的受力合理，有利于提高強(qiáng)度和剛度；（5）節(jié)省材料，減輕重量；（6）形狀及尺寸有利于減小應(yīng)力集中。
a.軸上零件的布置和裝配
軸上零件布置得是否合理，直接關(guān)系到軸的外形、結(jié)構(gòu)、尺寸及受力狀況以及材料的選擇。擬定軸上零件的裝配方案是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提。裝配方案是指軸上零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系。軸上零件可以從軸的左端、右端或從軸的兩端依次裝配。在此選擇從左端開(kāi)始裝配。軸的左端固定是通過(guò)鎖緊螺帽和圓螺母固定的。然后套在工件心軸底座上，工件心軸底座通過(guò)六角螺釘和內(nèi)螺紋孔錐銷與工作臺(tái)圓盤(pán)固定在一起，蝸桿和蝸輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了工作臺(tái)圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣工件心軸底座和心軸一起旋轉(zhuǎn)。工件套在工件心軸上，通過(guò)六角螺帽和兩個(gè)墊圈進(jìn)行固定。具體結(jié)構(gòu)如上圖所示。工件的安裝和固定有一定的要求。工件本身的準(zhǔn)確性及安裝的正確性直接影響著銑出的齒輪的好壞，因此，要提高工件的固定精度。此外，應(yīng)當(dāng)使工件與工作臺(tái)中心同心，在夾緊力的作用下不會(huì)產(chǎn)生變形，可用千分表緊固在刀架上來(lái)檢查工件安裝的情況。
b.軸的最小直徑的估算
由材料力學(xué)可知，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：
式中, ——軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力；
T——軸傳遞的功率；
P——軸傳遞的功率；
n——軸的轉(zhuǎn)速；
——軸的抗扭截面系數(shù)；
——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。
由此推得實(shí)心圓柱的最小直徑
式中 C——計(jì)算常數(shù)，，取決于軸的材料和受載情況。
查表11.3得 C=126～103；
把各參數(shù)帶入公式可求得結(jié)果。
c.各階梯軸軸段直徑和長(zhǎng)度的確定
階梯軸各軸段直徑的變化：要求配合性質(zhì)不同的表面，直徑應(yīng)有所不同；加工精度、粗糙度不同的表面，一般直徑應(yīng)有所不同；還應(yīng)便于軸上零件的裝拆。通常從軸端最小直徑開(kāi)始考慮軸上配合零部件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和定位、固定、裝拆、受力情況對(duì)軸結(jié)構(gòu)的要求，依次確定各軸段的直徑。
d.軸上零件的軸向定位與固定
為了保證軸和軸上零件具有準(zhǔn)確而可靠的工作位置，防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向或周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，軸上零件和軸本身都必須做到定位準(zhǔn)確，固定可靠。
在軸的最左端用圓螺母固定，因?yàn)樗潭煽?，可承受較大軸向力，能實(shí)現(xiàn)軸上零件的間隙調(diào)整。為減小對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱及提高鎖緊效果，采用細(xì)牙螺紋；為了防松，加了鎖緊螺母。
此外，軸的直徑變化盡可能少，應(yīng)盡量限制軸的最大直徑及各軸段的間的直徑差，這樣不僅能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，節(jié)省材料，又能減少切削量。各軸段的軸端應(yīng)制成45°的倒角。在這里心軸要緊定工件，裝有六角螺母，所以需要切削螺紋，軸段就應(yīng)留有退刀槽。
根據(jù)以上規(guī)則設(shè)計(jì)出其結(jié)構(gòu)，示意圖如下：
圖4-1 分度軸示意圖
其詳細(xì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)附件5里的分度軸。
4.4 分度軸強(qiáng)度的校核
對(duì)分度軸進(jìn)行受力分析，由于分度軸除了受到本身重力的作用，在x,y,z
三個(gè)方向上沒(méi)受到其他力的作用，因而不承載彎矩，只受扭矩的作用?？蓪⑵淞W(xué)模型簡(jiǎn)化如下：
圖4-2 分度軸簡(jiǎn)化的力學(xué)模型圖
此力學(xué)模型為圓軸扭轉(zhuǎn)，橫截面上每個(gè)點(diǎn)都處于純剪切狀態(tài)，切應(yīng)力沿徑向線性分布，橫截面上最大切應(yīng)力位于圓軸表面。
查[12]表11.2軸的常用材料及其主要力學(xué)性能，得。
軸的最大許用彎矩: (4-2)
根據(jù)材料力學(xué)可知：實(shí)心圓截面的抗扭截面模量為 (4-3)
空心圓截面的抗扭截面模量為 (4-4)
式中為軸的外徑，（為截面的內(nèi)徑）。
對(duì)應(yīng)其結(jié)構(gòu)可知，危險(xiǎn)截面可能在兩個(gè)位置，即在裝齒輪和蝸桿的兩處，他們的外徑分別為，。
將數(shù)據(jù)代入式5-1，得1截面處，2截面處。
分度軸在工作時(shí)傳遞的最大轉(zhuǎn)矩:
=
軸在工作時(shí)傳遞的最大轉(zhuǎn)矩小于截面1和2處的許用彎矩。
若1截面處看作空心截面，且，則
得，可知當(dāng)1截面為空心截面的時(shí)候也滿足強(qiáng)度要求。分度軸滿足強(qiáng)度的要求。
4.5 走刀掛輪架的設(shè)計(jì)
走刀掛輪架的材料采用HT200，正火處理。其結(jié)構(gòu)示意圖如下：
圖4-3 走刀掛輪結(jié)構(gòu)示意圖
分度軸與走刀掛輪架為一個(gè)部件，走刀掛輪與分度軸的裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系見(jiàn)附件3分度軸及走刀掛輪架裝配圖。
5 結(jié)束語(yǔ)
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的是Y38系列普通型滾齒機(jī)，主要用于單件、小批和成批圓柱齒輪與蝸輪的銑削加工。我的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為機(jī)床的總體設(shè)計(jì)、機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、差動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及分度軸及走刀掛輪架設(shè)計(jì)。在總體設(shè)計(jì)及床身零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，根據(jù)機(jī)床的工藝要求，剛度及精度要求，對(duì)機(jī)床的總體布局、床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了機(jī)床的性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在強(qiáng)度、剛度、壽命等方面能滿足要求。傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參考了很多設(shè)計(jì)手冊(cè)及設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)，從機(jī)床的性能結(jié)構(gòu)、工作需要出發(fā)，對(duì)照傳動(dòng)方案和總體布局，確定了較優(yōu)的傳動(dòng)系統(tǒng)。
為期三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，回顧整個(gè)過(guò)程，我覺(jué)得收獲很大。畢業(yè)設(shè)計(jì)是檢查學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)能力的一次考驗(yàn)。通過(guò)理論與實(shí)踐相結(jié)合，找出了我在設(shè)計(jì)中的不足之處和能力欠缺之處，加深了我對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解和掌握，強(qiáng)化了畢業(yè)設(shè)計(jì)中的感性認(rèn)識(shí)，提高了獨(dú)立創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。通過(guò)深入實(shí)踐，我體會(huì)到理論聯(lián)系實(shí)際的必要性，認(rèn)識(shí)到在學(xué)校學(xué)過(guò)的許多知識(shí)與解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題還有很大的差距，而縮短差距的方法只有到實(shí)踐中去。只有到實(shí)踐中去才能真正的鍛煉自己。向生產(chǎn)實(shí)踐學(xué)習(xí)，了解與課題有關(guān)的生產(chǎn)線、設(shè)備、工藝等實(shí)際知識(shí)，使我對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)有了更深一層的了解。
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