滾齒機(jī)差動(dòng)機(jī)構(gòu)、分度軸及走刀掛輪架設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+PDF圖】
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目 錄1 前 言.12 總體設(shè)計(jì).32.1 滾齒機(jī)工作原理.32.2 擬定選擇傳動(dòng)方案.32.3 主切削力的估算及電動(dòng)機(jī)的選擇.73 差動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).93.1 總傳動(dòng)比的計(jì)算.93.2 傳動(dòng)比的分配.93.3 設(shè)計(jì)計(jì)算.103.3.1 螺旋傘齒輪的設(shè)計(jì).103.3.2 運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).113.3.3 差動(dòng)蝸輪設(shè)計(jì).123.3.4 圓柱直齒輪的設(shè)計(jì).164 分度軸及走刀掛輪架的設(shè)計(jì).214.1 軸的設(shè)計(jì).214.2 確定分度軸的材料及熱處理方法.214.3 分度軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).214.4 分度軸強(qiáng)度的校核.234.5 走刀掛輪架的設(shè)計(jì).245 結(jié)束語(yǔ).26參考文獻(xiàn).27致 謝.28附件清單.291 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)123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()345-6工作臺(tái)(),是一條內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈,實(shí)現(xiàn)漸開線齒廓的復(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)()612uf11M11087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-軸軸(或者由軸軸)中間經(jīng)過(guò)變速掛輪,由軸軸軸軸軸到滾刀。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)源則由軸軸經(jīng)過(guò)差動(dòng)機(jī)構(gòu)再經(jīng)軸軸分齒掛輪軸軸而到工作臺(tái)。c進(jìn)給運(yùn)動(dòng):是由軸軸經(jīng)進(jìn)給掛輪軸軸軸軸到軸的絲桿使刀架滑板上下運(yùn)動(dòng)。d差動(dòng)運(yùn)動(dòng):是由軸軸軸經(jīng)過(guò)差動(dòng)掛輪架軸而傳動(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)三角皮帶軸軸軸軸軸軸軸軸軸絲桿旋轉(zhuǎn)快速移動(dòng),電氣系統(tǒng)的說(shuō)明書說(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),他們共同安裝在軸上與安裝在軸上的圓柱直齒輪(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:=6.2843.3.3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,傳遞軸和軸之間的動(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=30b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 =147.9af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 = = =1903.3B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 =120c齒頂圓直徑 =+2d齒根圓直徑 =-2=110.4e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=128l齒根圓直徑 = =110.4m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。軸與軸之間為一對(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??紤]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=1.5b齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩: =9.55 =1.7c材料系數(shù):查 P表6.3取=189.8d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 Nf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 =93.23b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=126c齒頂高 =13=3d齒根高 =(+)m=(1+0.25)3=3.75e齒全高h(yuǎn) f齒頂圓直徑 =d+2=126+23=132g齒根圓直徑 =d-2=126-23.75=118.5h基圓直徑 =dcos=126cos=118.40i齒距p P=m=9.42j齒厚S S=4.71k齒槽寬e e=4.71l頂隙c c=3.75D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)HB220250,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)圓盤固定在一起,蝸桿和蝸輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了工作臺(tái)圓盤的轉(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=126103;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,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。參考文獻(xiàn)1 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