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1、 ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 畢 業(yè) 論 文 QKA1212數(shù)控管螺紋車床主軸箱 中齒輪的設(shè)計(jì)(一) QKA1212 CNC lathe spindle box of thread in the design of gear(Ⅰ) 系（院）名稱： 機(jī) 械 工 程 系 專 業(yè) 班 級(jí)： 學(xué) 生 姓 名： 指導(dǎo)教師姓名： 指導(dǎo)教師職稱：

2、2008年5月 QKA1212數(shù)控管螺紋車床主軸箱中齒輪的設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職 稱：工程師 摘要 近年來，隨著國(guó)內(nèi)各種類型機(jī)床改造需求的擴(kuò)大，機(jī)床改造已經(jīng)逐漸形成了一個(gè)產(chǎn)業(yè)，其中絕大部分是數(shù)控機(jī)床的改造，我們畢業(yè)設(shè)計(jì)組選擇了QKA1212數(shù)控管螺紋車床主軸箱設(shè)計(jì)作為我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題。 設(shè)計(jì)的目的：提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，提高機(jī)床生產(chǎn)率及加工成品的一致性，降低操作者勞動(dòng)強(qiáng)度，降低機(jī)床對(duì)操作者熟練程度的要求。以數(shù)控機(jī)床為代表的數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)與應(yīng)用水平反映了一個(gè)國(guó)家的機(jī)械與電子工業(yè)水平。它的推廣應(yīng)用對(duì)提高勞

3、動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，改變我國(guó)制造技術(shù)落后的狀況起著極為重要的作用。 本篇關(guān)于QKA1212數(shù)控管螺紋車床主箱設(shè)計(jì)，重點(diǎn)論述齒輪傳動(dòng)材料、熱處理方式、 精度等級(jí)的選擇，如何根據(jù)強(qiáng)度條件初步計(jì)算出齒輪的分度圓直徑或模數(shù)，計(jì)算出齒輪的主要幾何尺寸并設(shè)計(jì)齒輪結(jié)構(gòu)，并繪制出零件工作圖。 關(guān)鍵詞 數(shù)控機(jī)床 數(shù)控管螺紋車床 齒輪傳動(dòng) QKA1212 numerical control pipe thread lathe headstock intermediate gears design Abstract In recent yea

4、rs, transformed the demand along with the domestic various types molding machine bed the expansion, the engine bed transforms gradually had already formed an industry, the major part was numerically-controlled machine tools transformation, we graduated the design team to choose the QKA1212 numerical

5、 control pipe thread lathe headstock intermediate gears design to take our graduation project the topic. Design goal: Enhances engine beds automaticity, raises the engine bed productivity and the processing end product uniformity, reduces the operator labor intensity, reduces the engine bed to the

6、operator level of expertise request. Has reflected a national machinery and the electronics industry level take the numerically-controlled machine tool as representatives numerical control equipments production and the application level. Its promoted application to raises the labor productivity and

7、the product quality, changes our country technique of manufacture backward condition to play the great importance the role. This does about the QKA1212 numerical control pipe thread lathe main tank design, the key elaboration gear drive material, the heat treatment way, precision classs choice, h

8、ow according to the intensity condition preliminary calculation gears pitch line diameter or the modulus, calculate gears main geometry size and designs the gear structure, and draws up the components shop drawing. . Key words CNC machine tools Numerical control pipe thread lathe

9、 Gear drive 目 錄 第一章緒論…………………………………………………………………………………5 1.1概述…………………………………………………………………………………5 1.2數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)………………………………………………………………………6 1.3 齒輪的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)……………………………………………………………7 1.4 本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容、目的和意義…………………………………………………9 第二章齒輪傳動(dòng)……………………………………………………………………………10 2.1齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)…………………………………………………

10、…………………10 2.2齒輪傳動(dòng)的失效形式………………………………………………………………11 2.3齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………12 2.4齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………………13 2.5齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)步驟…………………………………………………………………14 第三章 齒輪設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………18 3.1 齒輪設(shè)計(jì)（1）……………………………………………………………………18 3.2 齒輪設(shè)計(jì)（2）……………………………………………………………………22 3.

11、3 齒輪設(shè)計(jì)（3）………………………………………………………………………23 結(jié)論……………………………………………………………………… …………………23 附圖……………………………………………………………………… …………………24 致謝………………………………………… ………………………………………………26 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………27 引 言 隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，機(jī)械制造技術(shù)有了深刻的變化。由于社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化的需求更加強(qiáng)烈，多品種、中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加，采用傳統(tǒng)的普通加工

12、設(shè)備已難于適應(yīng)高效率、高質(zhì)量、多樣化的加工要求。這就要求加工設(shè)備具有很高的效率和加工精度。而傳統(tǒng)的普通機(jī)床已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。 隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制的飛速發(fā)展，信息處理功能不斷提高，而價(jià)格不斷降低。這使得計(jì)算機(jī)在機(jī)械制造行業(yè)得以廣泛的應(yīng)用。以數(shù)控技術(shù)為核心的現(xiàn)代制造技術(shù)，以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)，將傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，構(gòu)成高度信息化、高柔性、高度自動(dòng)化的制造系統(tǒng)。微機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床以其高精度、高柔性及適合加工復(fù)雜零件的性能，正好滿足當(dāng)今市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱CNC，可根據(jù)不同的指令進(jìn)行不同方式的信息處理。由于

13、計(jì)算機(jī)可完全由軟件來確定數(shù)字信息的處理過程，從而使機(jī)床具有真正的柔性，并可以處理硬件邏輯電路難以處理的復(fù)雜信息，使機(jī)床控制系統(tǒng)的性能和可靠性大大提高。 以數(shù)控機(jī)床為代表的數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)與應(yīng)用水平反映了一個(gè)國(guó)家的機(jī)械與電子水平。它的推廣應(yīng)用對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，改變我國(guó)制造技術(shù)落后的狀況起著極為重要的作用。 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化》專業(yè)的教學(xué)大綱要求：本專業(yè)學(xué)生熟悉掌握機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、使用與維修，培養(yǎng)學(xué)生能夠靈活運(yùn)用所學(xué)專業(yè)課程知識(shí)，具有研究開發(fā)的綜合素質(zhì)與能力；這次畢業(yè)設(shè)計(jì)以QKA1212數(shù)控管螺紋車床設(shè)計(jì)作為課題，是我們綜合運(yùn)用所學(xué)的基本知識(shí)、基礎(chǔ)理論和基本技能，

14、提高分析解決實(shí)際問題的能力,提高實(shí)際工作能力的檢驗(yàn)。是對(duì)四年學(xué)習(xí)的一個(gè)總結(jié)與回顧。 第一章 緒論 1.1概述 1．1．1、數(shù)控機(jī)床 　　 數(shù)控機(jī)床(numerical control machine)是一種綜合了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制、精密測(cè)量和機(jī)床等方面的最新成就而發(fā)展起來的高效自動(dòng)化精密機(jī)床，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。它集高效率、高精度和高柔性于一身，代表了機(jī)床的主要發(fā)展方向。機(jī)床的所有運(yùn)動(dòng)都是用輸入數(shù)控裝置的數(shù)字信號(hào)宋控制的，它是機(jī)械加工自動(dòng)化的核心設(shè)備。 1．1．2 、加工原理 數(shù)控機(jī)床加工工件的工作過程。首先，對(duì)被加工的零件及其毛

15、坯進(jìn)行分析，根據(jù)工件圖樣要求，制定工件加工的工藝過程，具體包括確定有關(guān)基準(zhǔn)、選擇加工方案、選擇刀具和切削用量、制定補(bǔ)償方案及確定工藝指令等。然后，用規(guī)定的代碼和程序格式將它們編制成加工程序，并記錄在信息載體(如紙帶或磁盤)上，或者外部計(jì)算機(jī)的硬盤上。在加工工件時(shí)，由數(shù)控系統(tǒng)的輸入裝置或直接從外部計(jì)算機(jī)將加工程序輸入或調(diào)入數(shù)控裝置，數(shù)控系統(tǒng)對(duì)這些信息進(jìn)行處理和運(yùn)算后，向伺服系統(tǒng)輸出相應(yīng)的指令信號(hào)，伺服系統(tǒng)便按照數(shù)控系統(tǒng)發(fā)來的指令驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件按照預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，從而自動(dòng)加工出所要求的合格工件。 數(shù)控機(jī)床加工零件與普通機(jī)床加工零件有所不同。普通機(jī)床加工零件是操作者依據(jù)工藝規(guī)程或者工程圖樣的要求，不

16、斷改變刀具與工件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)(位置、速度等)，使刀具對(duì)工件進(jìn)行加工，加工的工作過程如下所示： 　　 數(shù)控機(jī)床的加工，是把刀具與工件的運(yùn)動(dòng)軌跡按坐標(biāo)分割成一些最小的單位量，即最小位移量，由數(shù)控系統(tǒng)按照零件程序的要求，用這些最小位移量控制刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，從而實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)零件的加工。 　　 刀具沿各個(gè)坐標(biāo)軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是以脈沖當(dāng)量J為單位的(mm／脈沖)。 　　 當(dāng)走刀軌跡為直線或圓弧時(shí)，數(shù)控裝置則在線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值之間進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”，求出一系列中間點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后按中間點(diǎn)的坐標(biāo)值向各坐標(biāo)輸出脈沖數(shù)，保證加工出需要的直線或圓弧

17、輪廓。 　　 數(shù)控裝置進(jìn)行的這種“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”稱做插補(bǔ)，一般數(shù)控裝置都具有對(duì)基本函數(shù)(如直線函數(shù)和圓函數(shù))進(jìn)行插補(bǔ)的功能。 　　 對(duì)任意曲面零件的加工，必須使刀具運(yùn)動(dòng)的軌跡與該曲面完全吻合，才能加工出所需的零件。 　　 普通機(jī)床中的操作者和操縱機(jī)構(gòu)，在數(shù)控機(jī)床中則被數(shù)控系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)所代替。數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)控制主要包括三個(gè)方面： 　　 (1)刀具和工件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的程序控制。 　　 (2)變換主軸轉(zhuǎn)速、改變進(jìn)給機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度、更換刀具以及開閉冷卻液和潤(rùn)滑液等輔助功能的控制。 　　 (3)對(duì)有關(guān)運(yùn)動(dòng)部件的位移量和相對(duì)位移關(guān)系的坐標(biāo)控制。 　　1．1．3、數(shù)控機(jī)床的組成 　　 數(shù)

18、控機(jī)床的組成(constitute)—般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測(cè)量反饋裝置和機(jī)床主機(jī)五部分組成。 1.2數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) (1) 加工對(duì)象改型的適應(yīng)性強(qiáng)利用數(shù)控機(jī)床加工改型零件，只需要重新編制程序就能實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的加工。它不同于傳統(tǒng)的機(jī)床，不需要制造、更換許多工具、夾具和量具，更不需要重新調(diào)整機(jī)床。因此，數(shù)控機(jī)床可以快速地從加工一種零件轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸ち硪环N零件，這就為單件、小批量以及試制新產(chǎn)品提供了極大的便利。它不僅縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，而且節(jié)省了大量工藝裝備費(fèi)用。 (2)加工精度高數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字形式給出指令進(jìn)行加工的，由于目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量(即每輸出一個(gè)脈沖后數(shù)控機(jī)床移動(dòng)部件

19、相應(yīng)的移動(dòng)量)一般達(dá)到了0.001mm也就是1μm。而進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)償，因此，數(shù)控機(jī)床能達(dá)到比較高的加工精度和質(zhì)量穩(wěn)定性。這是由數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了必要的措施以及具有機(jī)電結(jié)合的特點(diǎn)決定的。首先是在結(jié)構(gòu)上引入了滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)、各種消除間隙結(jié)構(gòu)等，使機(jī)械傳動(dòng)的誤差盡可能小；其次是采用了軟件精度補(bǔ)償技術(shù)，使機(jī)械誤差進(jìn)一步減??；第三是用程序控制加工，減少了人為因素對(duì)加工精度的影響。這些措施不僅保證了較高的加工精度，同時(shí)還保持了較高的質(zhì)量穩(wěn)定性。 在采用點(diǎn)位控制系統(tǒng)的鉆孔加工中，由于不需要使用鉆模板與鉆套，鉆模板的坐標(biāo)誤差造成的影響也不復(fù)存在。又由于加

20、工中排除切屑的條件得以改善，可以進(jìn)行有效地冷卻，被加工孔的精度及表面質(zhì)量都有所提高。對(duì)于復(fù)雜零件的輪廓加工，在編制程序時(shí)已考慮到對(duì)進(jìn)給速度的控制，可以做到在曲率變化時(shí)，刀具沿輪廓的切向進(jìn)給速度基本不變，被加工表面就可獲得較高的精度和表面質(zhì)量。 (3)生產(chǎn)效率高零件加工所需要的時(shí)間包括在線加工時(shí)間與輔助時(shí)間兩部分。數(shù)控機(jī)床能夠有效地減少這兩部分時(shí)間，因而加工生產(chǎn)率比一般機(jī)床高得多。數(shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的范圍比普通機(jī)床的范圍大，每一道工序都能選用最有利的切削用量，良好的結(jié)構(gòu)剛性允許數(shù)控機(jī)床進(jìn)行大切削用量的強(qiáng)力切削，有效地節(jié)省了在線加工時(shí)間。數(shù)控機(jī)床移動(dòng)部件的快速移動(dòng)和定位均采用了加速與減速措

21、施，由于選用了很高的空行程運(yùn)動(dòng)速度，因而消耗在快進(jìn)、快退和定位的時(shí)間要比一般機(jī)床少得多。 數(shù)控機(jī)床在更換被加工零件時(shí)幾乎不需要重新調(diào)整機(jī)床，而零件又都安裝在簡(jiǎn)單的定位夾緊裝置中，可以節(jié)省用于停機(jī)進(jìn)行零件安裝調(diào)整的時(shí)間。 數(shù)控機(jī)床的加工精度比較穩(wěn)定，一般只做首件檢驗(yàn)或工序間關(guān)鍵尺寸的抽樣檢驗(yàn)，因而可以減少停機(jī)檢驗(yàn)的時(shí)間。在使用帶有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控加工中心時(shí)，在一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)了多道工序的連續(xù)加工，減少了半成品的周轉(zhuǎn)時(shí)間，生產(chǎn)效率的提高就更為明顯。 (4)自動(dòng)化程度高數(shù)控機(jī)床對(duì)零件的加工是按事先編好的程序自動(dòng)完成的，操作者除了操作面板、裝卸零件、關(guān)鍵工序的中間測(cè)量以及觀察機(jī)床的運(yùn)

22、行之外，其他的機(jī)床動(dòng)作直至加工完畢，都是自動(dòng)連續(xù)完成、不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)性手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度與緊張程度均可大為減輕，勞動(dòng)條件也得到相應(yīng)的改善。 (5)良好的經(jīng)濟(jì)效益 使用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，分?jǐn)傇诿總€(gè)零件上的設(shè)備費(fèi)用是較昂貴的。但在單件、小批生產(chǎn)情況下，可以節(jié)省工藝裝備費(fèi)用、輔助生產(chǎn)工時(shí)、生產(chǎn)管理費(fèi)用及降低廢品率等，因此能夠獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 (6)有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 用數(shù)控機(jī)床加工零件，能準(zhǔn)確地計(jì)算零件的加工工時(shí)，并有效地簡(jiǎn)化了檢驗(yàn)和工夾具、半成品的管理工作。這些特點(diǎn)都有利于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。數(shù)控機(jī)床在應(yīng)用中也有不利的一面，如提高了起始階段的投資，對(duì)設(shè)備維護(hù)的要求較高，對(duì)操作

23、人員的技術(shù)水平要求較高等。 1.3齒輪的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 中國(guó)齒輪行業(yè)基本由三部分組成：工業(yè)齒輪、車輛齒輪和齒輪裝備。其中，車輛齒輪其市場(chǎng)份額達(dá)到60%；工業(yè)齒輪由工業(yè)通用、專用、特種齒輪構(gòu)成，其市場(chǎng)份額分別為18%、12%、8%；齒輪裝備占市場(chǎng)份額的2%。經(jīng)過近20年的發(fā)展，中國(guó)齒輪行業(yè)已經(jīng)形成100億元產(chǎn)值的配套規(guī)模，進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，再次成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的熱點(diǎn)和亮點(diǎn)。預(yù)計(jì)今后10年，中國(guó)齒輪傳動(dòng)產(chǎn)品市場(chǎng)需求將翻一番。2007年1-5月，中國(guó)全部齒輪、傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)部件制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)累計(jì)工業(yè)總產(chǎn)值17898696千元，比上年同期增長(zhǎng)31.79％；實(shí)現(xiàn)累計(jì)產(chǎn)品銷售收入17389397千元，比上年同期

24、增長(zhǎng)33.26％；實(shí)現(xiàn)累計(jì)利潤(rùn)總額1002019千元，比上年同期增長(zhǎng)37.62％。就市場(chǎng)需求與生產(chǎn)規(guī)模而言，中國(guó)齒輪行業(yè)在全球排名已超過意大利，居世界第四位。 國(guó)際上，齒輪裝置正沿著小型化、高速化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展．特殊齒輪的應(yīng)用、行星齒輪裝置的發(fā)展、低振動(dòng)、低噪聲齒輪裝置的研制是齒輪設(shè)計(jì)方面的一些特點(diǎn)．為達(dá)到齒輪裝置小型化目的，可以提高現(xiàn)有漸開線齒輪的承載推力。各國(guó)普遍采用硬齒面技術(shù)，提高硬度以縮小裝置的尺寸；也可應(yīng)用以圓弧齒輪為代表的特殊齒形。英法合作研制的艦載直升飛機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)采用圓弧齒輪后，使減速器高度大為降低。隨著船舶動(dòng)力由中速柴油機(jī)代替的趨勢(shì)，在大型船上采用大功率行星齒輪裝置確有成

25、效；現(xiàn)在冶金、礦山、水泥一軋機(jī)等大型傳動(dòng)裝置中，行星齒輪以其體積小、同軸性好、效率高的優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用愈來愈多。 （1）.齒輪制造工藝 齒輪制造工藝的發(fā)展很大程度上表現(xiàn)在精度等級(jí)與生產(chǎn)效率的提高．自七十年代以來各種齒輪的制造精度，普遍提高一級(jí)左右．有的甚至2～3級(jí)．一般低速齒輪精度由過去的8～9級(jí)提高到7～8級(jí)。機(jī)床齒輪由6～8級(jí)提高到4～6級(jí)．軋機(jī)齒輪由7～8級(jí)提高到5～6級(jí)。對(duì)于模數(shù)不大的中小規(guī)格齒輪，由于高性能滾齒機(jī)的開發(fā)，加上刀具材料的改善，滾齒效率有了顯著提高。采用多頭滾刀，在大進(jìn)給且條件下，可達(dá)到的切削速度為90m/s。如用超硬滾刀加工模數(shù)3左右的調(diào)質(zhì)鋼齒輪，切削過度可達(dá)200m／s

26、．提高插齒效率，要受到插齒機(jī)刀具往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的限制。最近在開發(fā)采用刀具卸載，使用靜壓軸承，增強(qiáng)刀架與立柱剛性等新結(jié)構(gòu)后，效率有明顯提高。新型插齒機(jī)的沖程數(shù)可達(dá)到2000次／分。 （2）.齒輪用鋼 齒輪用鋼的發(fā)展趨勢(shì)；一是含Cr，Ni，Mo的低合金鋼；二是硼鋼；三是碳氮共滲用鋼；四是易切削鋼。由于我國(guó)缺乏Ni、Cr，常用20CrMnTi滲碳鋼或用含硼加稀土鋼。重型機(jī)械常用18CrMnNiMo滲碳鋼或中碳合金鋼。機(jī)床行業(yè)食用40Cr，38CrMoAl等鋼以及高速齒 輪用25Cr2MoV鋼進(jìn)行氮化。 （3）.信息化趨勢(shì) 人們利用計(jì)算機(jī)能對(duì)各種可能的設(shè)計(jì)方實(shí)進(jìn)行計(jì)算、分析和比較，并通過優(yōu)選，

27、取得較為理想的結(jié)果．例如在分析齒面接觸區(qū)，求嚙合線與相對(duì)速度夾角中，對(duì)彈流潤(rùn)滑計(jì)算以及幾何參數(shù)計(jì)算等方面編制了程序。還有，在齒輪修形計(jì)算與齒輪承載能力計(jì)算方面都編有程序．我國(guó)已編制了GB3480-83漸開線圓柱齒輪承載能力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的程序軟件,供生產(chǎn)應(yīng)用．在齒輪加工方面，可以利用計(jì)算機(jī)控制整個(gè)切齒過程．使制造質(zhì)量穩(wěn)定可靠．目前，國(guó)內(nèi)在研究應(yīng)用微機(jī)對(duì)弧齒錐齒輪的切齒調(diào)整卡進(jìn)行計(jì)算，可對(duì)加工偏差及時(shí)調(diào)整．使齒面接觸達(dá)到比較理想的位置，并大大提高了工效。此外，根據(jù)數(shù)控原理，應(yīng)用微機(jī)對(duì)環(huán)面蝸桿螺旋齒面進(jìn)行拋物線修形，已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)。雖然這方面的工作在國(guó)內(nèi)還處于起步階段，但它對(duì)提高齒輪制造質(zhì)量和技術(shù)水平具

28、有重要意義。 1.4本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容、目的和意義 1.4.1研究的內(nèi)容： QKA1212數(shù)控管螺紋車床主要為油田管螺紋的車削而開發(fā)，且適合于各類管螺紋的車削，還可作普通數(shù)控車床使用。該機(jī)床屬于半閉環(huán)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)式數(shù)控管螺紋車床，可以加工以各種曲線為母線的連續(xù)的回轉(zhuǎn)體，加工分辨為0.001mm。適合多品種、中小批量的輪番加工。QKA1212數(shù)控管螺紋車床主軸箱的設(shè)計(jì)，可以分為主軸組件設(shè)計(jì)、主傳動(dòng)設(shè)計(jì)、主軸箱中傳動(dòng)軸和齒輪設(shè)計(jì)等小題目，由6名同學(xué)共同完成。我們6位同學(xué)經(jīng)過調(diào)查研究，分析討論，反復(fù)論證，最終確定了QKA1212數(shù)控管螺紋車床主軸箱的總體方案。主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖見附圖一，主軸箱

29、孔系坐標(biāo)圖見附圖二。 本課題主要是研究該機(jī)床變速箱中的齒輪，因此研究的主要內(nèi)容包括： 1.設(shè)計(jì)的原始資料和數(shù)據(jù) （1）.該機(jī)床類型、規(guī)格、轉(zhuǎn)速、功率、起動(dòng)特性、短時(shí)過載能力、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等。 （2）.工作機(jī)械類型、規(guī)格、用途、轉(zhuǎn)速、功率。 2.確定減速器的額定功率 減速器的額定功率是指箱體內(nèi)所有靜態(tài)及轉(zhuǎn)動(dòng)零部件中最薄弱的零部件所決定的機(jī)械功率。它必須能滿足在使用工況下的壽命和可靠性要求。 3.選定性能水平，初定齒輪及主要機(jī)件的材料、熱處理工藝、精加工方法、潤(rùn)滑方法及潤(rùn)滑油品。 4.按總傳動(dòng)比，確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比。 5.初算齒輪傳動(dòng)中心距(或節(jié)圓直徑)、模數(shù)及其他幾何參數(shù)。

30、6.整體方案設(shè)計(jì)，確定減速器的結(jié)構(gòu)、軸的尺寸、跨距及軸承型號(hào)等。 7.校核齒輪、軸、鍵等的強(qiáng)度，計(jì)算軸承壽命。 8.繪制圖紙、寫出說明書。 1.4.2 研究的目的和意義： 變速箱是用來改變發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速的，使工作機(jī)器獲得所需的牽引力和行駛速度，以適應(yīng)各種條件下的起步，爬坡和速度的要求；而齒輪系統(tǒng)是變速箱中最為重要的裝置，研究并設(shè)計(jì)好齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于提高變速箱和整個(gè)機(jī)器的性能具有非常重要的意義。 本設(shè)計(jì)正是基于提高變速箱和機(jī)床性能而制定的，對(duì)齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和性能給與探討、設(shè)計(jì)、研究。 第二章 齒輪傳動(dòng) 2.1齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) 齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要、應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)。

31、 齒輪傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)有：傳動(dòng)效率高，工作可靠，壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊。 主要缺點(diǎn)是：制造精度要求高，制造費(fèi)用大，精度低時(shí)振動(dòng)和噪聲大，不宜用于軸間距離較大的傳動(dòng)。 齒輪傳動(dòng)可做成開式、半開式和閉式齒輪傳動(dòng)。 開式齒輪傳動(dòng)：齒輪完全外露，易落入灰砂和雜物，不能保證良好的潤(rùn)滑，輪齒易磨損，多用于低速、不重要的場(chǎng)合。 半開式齒輪傳動(dòng)：裝有簡(jiǎn)單的防護(hù)罩，有時(shí)還把大齒輪部分的浸入油池中，比開式傳動(dòng)潤(rùn)滑好些，但仍不能嚴(yán)密防止灰砂及雜物的侵入。 閉式齒輪傳動(dòng)：齒輪和軸承完全封閉在箱體內(nèi)，能保證良好的潤(rùn)滑和較好的嚙合精度，應(yīng)用廣泛。 機(jī)械系統(tǒng)對(duì)齒輪傳動(dòng)的功能要求主要有： (1) 能傳遞兩

32、個(gè)平行軸或相交軸或交錯(cuò)軸間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩； (2) 保證傳動(dòng)比恒定不變； (3) 能傳遞足夠大的動(dòng)力，工作可靠； (4) 保證較高的運(yùn)動(dòng)精度； (5) 能達(dá)到預(yù)定的工作壽命。 只要齒輪設(shè)計(jì)合理，制造質(zhì)量高，達(dá)到規(guī)定的制造精度，就能達(dá)到預(yù)期的功能要求 2.2齒輪傳動(dòng)的失效形式 　　 齒輪傳動(dòng)是靠齒與齒的嚙合進(jìn)行工作的，輪齒是齒輪直接參與工作的部分，所以齒輪的失效主要發(fā)生在輪齒上。主要的失效形式有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面磨損、齒面膠合以及塑性變形等。 　　 (一)輪齒折斷 　　 輪齒折斷通常有兩種情況：一種是由于多次重復(fù)的彎曲應(yīng)力和應(yīng)力集中造成的疲勞折斷；另一種是由于突然產(chǎn)生嚴(yán)

33、重過載或沖擊載荷作用引起的過載折斷。尤其是脆性材料(鑄鐵、淬火鋼等)制成的齒輪更容易發(fā)生輪齒折斷。兩種折斷均起始于輪齒受拉應(yīng)力的一側(cè)。 　　 增大齒根過渡圓角半徑、改善材料的力學(xué)性能、降低表面粗糙度以減小應(yīng)力集中，以及對(duì)齒根處進(jìn)行強(qiáng)化處理(如噴丸、滾擠壓)等，均可提高輪齒的抗折斷能力。 　　 (二)齒面點(diǎn)蝕 　　 輪齒工作時(shí)，齒面嚙合處在交變接觸應(yīng)力的多次反復(fù)作用下，在靠近節(jié)線的齒面上會(huì)產(chǎn)生若干小裂紋。隨著裂紋的擴(kuò)展，將導(dǎo)致小塊金屬剝落，這種現(xiàn)象稱為齒面點(diǎn)蝕。齒面點(diǎn)蝕的繼續(xù)擴(kuò)展會(huì)影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性，并產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，導(dǎo)致齒輪不能正常工作。 　　 點(diǎn)蝕是潤(rùn)滑良好的閉式齒輪傳動(dòng)常見的失效形式

34、。開式齒輪傳動(dòng)，由于齒面磨損較快，很少出現(xiàn)點(diǎn)蝕。 　　 提高齒面硬度和降低表面粗糙度值，均可提高齒面的抗點(diǎn)蝕能力。 　　 (三)齒面磨損 　　 輪齒嚙合時(shí)，由于相對(duì)滑動(dòng)，特別是外界硬質(zhì)微粒進(jìn)入嚙合工作面之間時(shí)，會(huì)導(dǎo)致輪齒表面磨損。齒面逐漸磨損后，將失去正確的齒形，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致輪齒過薄而折斷，齒面磨損是開式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式。 　　 為了減少磨損，重要的齒輪傳動(dòng)應(yīng)采用閉式傳動(dòng)，并注意潤(rùn)滑。 　　 (四)齒面膠合 　　 在高速重載的齒輪傳動(dòng)中，齒面間的壓力大，溫升高，潤(rùn)滑效果差，當(dāng)瞬時(shí)溫度過高時(shí)，將使兩齒面局部熔融、金屬相互粘連，當(dāng)兩齒面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，粘住的地方被撕破，從而在齒面上沿

35、著滑動(dòng)方向形成帶狀或大面積的傷痕，低速重載的傳動(dòng)不易形成油膜，摩擦發(fā)熱雖不大，但也可能因重載而出現(xiàn)冷膠合。 　　 采用黏度較大或抗膠合性能好的潤(rùn)滑油，降低表面粗糙度以形成良好的潤(rùn)滑條件；提高齒面硬度等均可增強(qiáng)齒面的抗膠合能力?！　? 　　 (五)齒面塑性變形 　　 硬度較低的軟齒面齒輪，在低速重載時(shí)，由于齒面壓力過大，在摩擦力作用下，齒面金屬產(chǎn)生塑性流動(dòng)而失去原來的齒形。 　　 提高齒面硬度和采用黏度較高的潤(rùn)滑油，均有助于防止或減輕齒面塑性變形。 綜上所述，在選擇齒輪材料時(shí)。必須了解我國(guó)工業(yè)發(fā)展形式，結(jié)合我國(guó)資源和生產(chǎn)條件，從實(shí)際出發(fā)，全面考慮機(jī)械性能、工藝性能和經(jīng)濟(jì)性等方面的問題，只

36、有合理選材才能保證齒輪質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本，從而提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 2.3齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 2.3.1、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 　　 齒輪傳動(dòng)在具體的工作條件下，必須有足夠的工作能力，以保證齒輪在整個(gè)工作過程中 不致失效。因此，必須針對(duì)齒輪輪齒的失效形式，建立相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。但在工程上，不可能對(duì)所有的失效形式進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)計(jì)算。例如，對(duì)磨損，由于影響磨損的因素很多，而且很復(fù)雜，對(duì)磨損的本質(zhì)和規(guī)律目前還在研究之中。因此，對(duì)磨損還沒有比較成熟的計(jì)算方法。對(duì)于抗膠合能力計(jì)算，由于一些測(cè)試因素比較困難，計(jì)算方法也比較繁雜，因此在工程上還沒有普遍采用。目前，工程實(shí)際應(yīng)用的計(jì)算方法是：齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算和齒面的接

37、觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 由理論分析和實(shí)踐證明，對(duì)于閉式齒輪傳動(dòng)，當(dāng)一對(duì)齒或其中的一個(gè)齒輪為軟齒面（HB≤350）時(shí)，通常輪齒的齒面接觸疲勞強(qiáng)度較低，故應(yīng)先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再校核輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度。當(dāng)一對(duì)齒輪均為硬齒面（HB>350）時(shí)，通常輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度較低，故應(yīng)先按輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度。當(dāng)一對(duì)齒輪的材料均為鑄鐵時(shí)，則只需計(jì)算輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度。 對(duì)于開式齒輪傳動(dòng)，通常只按輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式計(jì)算模數(shù)，然后可根據(jù)具體情況，把求得的模數(shù)加大10~20%，以考慮磨損的影響 2.3.2、設(shè)計(jì)過程和方法 1、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)過程如下： (1)

38、選擇齒輪材料、熱處理方式、 精度等級(jí) (2)初選齒數(shù)、齒寬系數(shù)、螺旋角 (3)根據(jù)強(qiáng)度條件初步計(jì)算出齒輪的分度圓直徑或模數(shù) (4)計(jì)算出齒輪的主要幾何尺寸 (5)設(shè)計(jì)齒輪結(jié)構(gòu)，并繪制出零件工作圖 應(yīng)注意的是，有些參量往往不是經(jīng)一次選擇，就能滿足設(shè)計(jì)要求的，計(jì)算過程中，須不斷修改或重選，進(jìn)行多次反復(fù)計(jì)算，才能得到最佳結(jié)果。 2.4齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要確定齒輪的輪緣、輪轂及腹板（輪輻）的結(jié)構(gòu)形式和尺寸大小。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常要考慮齒輪的幾何尺寸、材料、使用要求、工藝性及經(jīng)濟(jì)性等因素，確定適合的結(jié)構(gòu)型式，再按設(shè)計(jì)手冊(cè)薦用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定結(jié)構(gòu)尺寸。齒輪結(jié)構(gòu)形式有以下四種： 1. 齒輪

39、軸 當(dāng)齒輪的齒根圓到鍵槽底面的距離e很小，如圓柱齒輪e≤2.5mn，圓錐齒輪的小端e≤1.6m，為了保證輪轂鍵槽足夠的強(qiáng)度，應(yīng)將齒輪與軸作成一體，形成齒輪軸。 2. 實(shí)心齒輪 當(dāng)齒頂圓直徑da≤200mm或高速傳動(dòng)且要求低噪聲時(shí)，可采用實(shí)心結(jié)構(gòu)。實(shí)心齒輪和齒輪軸可以用熱軋型材或鍛造毛坯加工。 3. 輻板式齒輪 對(duì)于齒頂圓直徑da≤500mm時(shí)，可采用輻板式結(jié)構(gòu)，以減輕重量、節(jié)約材料。通常多選用鍛造毛坯，也可用鑄造毛坯及焊接結(jié)構(gòu)。有時(shí)為了節(jié)省材料或解決工藝問題等，而采用組合裝配式結(jié)構(gòu)，如過盈組合和螺栓聯(lián)結(jié)組合。 4. 輪輻式齒輪 對(duì)于齒輪直徑 時(shí)，采用輪輻式結(jié)構(gòu)。受鍛造設(shè)備的限制，

40、輪輻式齒輪多為鑄造齒輪。輪輻剖面形狀可以采用橢圓形（輕載）、十字形（中載）、及工字形（重載）等。 2.5齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)步驟 齒輪是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)零件。齒輪傳動(dòng)通過輪齒互相嚙合來傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可以改變運(yùn)動(dòng)的形式和速度。齒輪傳動(dòng)使用范圍廣，傳動(dòng)比恒定，效率較高，使用壽命長(zhǎng)。在機(jī)械零件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造過程中，不僅要考慮材料的性能能夠適應(yīng)零件的工作條件，使零件經(jīng)久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能和經(jīng)濟(jì)性，以便提高零件的生產(chǎn)率，降低成本，減少消耗。如果齒輪材料選擇不當(dāng)，則會(huì)出現(xiàn)零件的過早損傷，甚至失效。因此如何合理地選擇和使用金屬材料是一項(xiàng)十分重要的工

41、作。 2.5.1齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)的合理選擇 (1)壓力角α的選擇 由《機(jī)械原理》可知，增大壓力角α，齒輪的齒厚及節(jié)點(diǎn)處的齒廓曲率半徑亦皆隨之增加，有利于提高齒輪傳動(dòng)的彎曲強(qiáng)度及接觸強(qiáng)度。我國(guó)對(duì)一般用途的齒輪傳動(dòng)規(guī)定的壓力角為α=20o。為增強(qiáng)航空有齒輪傳動(dòng)的彎曲強(qiáng)度及接觸強(qiáng)度，我國(guó)航空齒輪傳動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了α=25o的標(biāo)準(zhǔn)壓力角。但增大壓力角并不一定都對(duì)傳動(dòng)有利。對(duì)重合度接近2的高速齒輪傳動(dòng)，推薦采用齒頂高系數(shù)為1～1.2，壓力角為16 o～18 o的齒輪，這樣做可增加齒輪的柔性，降低噪聲和動(dòng)載荷。 (2) 小齒輪齒數(shù)Z1的選擇 若保持齒輪傳動(dòng)的中心距α不變，增加齒數(shù)，除能增大

42、重合度、改善傳動(dòng)的平穩(wěn)性外，還可減小模數(shù)，降低齒高，因而減少金屬切削量，節(jié)省制造費(fèi)用。另外，降低齒高還能減小滑動(dòng)速度，減少磨損及減小膠合的可能性。但模數(shù)小了，齒厚隨之減薄，則要降低齒輪的彎曲強(qiáng)度。不過在一定的齒數(shù)范圍內(nèi)，尤其是當(dāng)承載能力主要取決于齒面接觸強(qiáng)度時(shí)，以齒數(shù)多一些為好。 閉式齒輪傳動(dòng)一般轉(zhuǎn)速較高，為了提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，減小沖擊振動(dòng)，以齒數(shù)多一些為好，小一些為好，小齒輪的齒數(shù)可取為z1=20~40。開式（半開式）齒輪傳動(dòng)，由于輪齒主要為磨損失效，為使齒輪不致過小，故小齒輪不亦選用過多的齒數(shù)，一般可取z1=17~20。 為使齒輪免于根切，對(duì)于α=20o的標(biāo)準(zhǔn)支持圓柱齒輪，應(yīng)取z1≥1

43、7。Z2=uz1。 (3)齒寬系數(shù)fd的選擇 由齒輪的強(qiáng)度公式可知，輪齒越寬，承載能力也愈高，因而輪齒不宜過窄；但增大齒寬又會(huì)使齒面上的載荷分布更趨不均勻，故齒寬系數(shù)應(yīng)取得適合。圓柱齒輪齒寬系數(shù)的薦用值列于下表。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪減速器，齒寬系數(shù)取為 所以對(duì)于外捏合齒輪傳動(dòng)fa的值規(guī)定為0.2，0.25，0.30，0.40，0.50，0.60，0.80，1.0，1.2。運(yùn)用設(shè)計(jì)計(jì)算公式時(shí)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)減速器，可先選定再用上式計(jì)算出相應(yīng)的fd值 表1： 圓柱齒輪的齒寬系數(shù)fd 裝置狀況 兩支撐相對(duì)小齒輪作對(duì)稱布置 兩支撐相對(duì)小齒輪作不對(duì)稱布置 小齒輪作懸臂布置

44、 fd 0.9～1.4（1.2～1.9） 0.7～1.15（1.1～1.65） 0.4～0.6 注：大、小齒輪皆為硬齒面時(shí)fd應(yīng)取表中偏下限的數(shù)值；若皆為軟齒面或僅大齒輪為 軟齒面時(shí)fd可取表中偏上限的數(shù)值； 2)括號(hào)內(nèi)的數(shù)值用于人自齒輪，此時(shí)b為人字齒輪的總寬度； 3)金屬切削機(jī)床的齒輪傳動(dòng)，若傳遞的功率不大時(shí)，fd可小到0.2； 4)非金屬齒輪可取fd≈0.5～1.2。 齒輪傳動(dòng)的許用應(yīng)力 齒輪的許用應(yīng)力[σ]按下式計(jì)算 (4)疲勞安全系數(shù)S 對(duì)接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，由于點(diǎn)蝕破壞發(fā)生后只引起噪聲、振動(dòng)增大，并不立即導(dǎo)致不能繼續(xù)工作的后果，故

45、可取S=SH=1。但是，如果一旦發(fā)生斷齒，就會(huì)引起嚴(yán)重的事故，因此在進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算時(shí)取S=SF=1.25~1.5. 2.5.2齒輪材料、熱處理方式和精度等級(jí)的合理選擇 (1)滿足材料的機(jī)械性能 材料的機(jī)械性能包括強(qiáng)度、硬度、塑性及韌性等，反映材料在使用過程中所表現(xiàn)出來的特性。齒輪在嚙合時(shí)齒面接觸處有接觸應(yīng)力，齒根部有最大彎曲應(yīng)力，可能產(chǎn)生齒面或齒體強(qiáng)度失效。齒面各點(diǎn)都有相對(duì)滑動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生磨損。齒輪主要的失效形式有齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合、齒面塑性變形和輪齒折斷等。因此要求齒輪材料有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，齒面要有足夠的硬度和耐磨性，芯部要有一定的強(qiáng)度和韌性。 例如，在

46、確定大、小齒輪硬度時(shí)應(yīng)注意使小齒輪的齒面硬度比大齒輪的齒面硬度高30-50HBS，這是因?yàn)樾↓X輪受載荷次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄，強(qiáng)度低于大齒輪。為使兩齒輪的輪齒接近等強(qiáng)度，小齒輪的齒面要比大齒輪的齒面硬一些。 另一方面，根據(jù)材料的使用性能確定了材料牌號(hào)后。要明確材料的機(jī)械性能或材料硬度，然后我們可以通過不同的熱處理工藝達(dá)到所要求的硬度范圍，從而賦予材料不同的機(jī)械性能。如材料為40Cr合金鋼的齒輪，當(dāng)840-860℃油淬，540-620℃回火時(shí)，調(diào)質(zhì)硬度可達(dá)28-32HRC，可改善組織、提高綜合機(jī)械性能；當(dāng)860-880℃油淬，240—280℃回火時(shí)，硬度可達(dá)46-51HRC，則鋼的

47、表面耐磨性能好，芯部韌性好，變形??；當(dāng)500-560℃氮化處理，氮化層0.15-0.6mm時(shí)，硬度可達(dá)52-54HRC，則鋼具有高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲勞強(qiáng)度，較高的抗蝕性和抗膠合性能且變形極?。划?dāng)通過電鍍或表面合金化處里后，則可改善齒輪工作表面摩擦性能，提高抗腐蝕性能。 (2)滿足材料的工藝性能 材料的工藝性能是指材料本身能夠適應(yīng)各種加工工藝要求的能力。齒輪的制造要經(jīng)過鍛造、切削加工和熱處理等幾種加工，因此選材時(shí)要對(duì)材料的工藝性能加以注意。一般來說，碳鋼的鍛造、切削加工等工藝性能較好，其機(jī)械性能可以滿足一般工作條件的要求。但強(qiáng)度不夠高，淬透性較差。而合金鋼淬透性好、強(qiáng)度高，但鍛

48、造、切削加工性能較差。我們可以通過改變工藝規(guī)程、熱處理方法等途經(jīng)來改善材料的工藝性能。 例如汽車變速箱中的齒輪選擇20CrMnTi鋼，該鋼具有較高的機(jī)械性能，在滲碳淬火低溫回火后，表面硬度為58-62HRC，芯部硬度為30-45HRC。20CrMnTi的工藝性能較好，鍛造后以正火來改善其切削加工性。此外，20 CrMnTi還具有較好的淬透性，由于合金元素鈦的影響，對(duì)過熱不敏感，故在滲碳后可直接降溫淬火。且滲碳速度較快，過渡層較均勻，滲碳淬火后變形小。適合于制造承受高速中載及沖擊、摩擦的重要零件，因此根據(jù)齒輪的工作條件選用20CrMnTi鋼是比較合適的。 (3)材料的經(jīng)濟(jì)性要求 所謂經(jīng)

49、濟(jì)性是指最小的耗費(fèi)取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。在滿足使用性能的前提下，選用齒輪材料還應(yīng)注意盡量降低零件的總成本。我們可以從以下幾方面考慮： 從材料本身價(jià)格來考慮。碳鋼和鑄鐵的價(jià)格是比較低廉的，因此在滿足零件機(jī)械性能的前提下選用碳鋼和鑄鐵，不僅具有較好的加工工藝性能，而且可降低成本。從金屬資源和供應(yīng)情況來看，應(yīng)盡可能減少材料的進(jìn)口量及價(jià)格昂貴材料的使用量。 從齒輪生產(chǎn)過程的耗費(fèi)來考慮。首先，采用不同的熱處理方法相對(duì)加工費(fèi)用也不一樣，如12CrNi3A鋼滲碳表面淬火的費(fèi)用要比氮化處理的費(fèi)用少得多，而碳氮共滲又具有生產(chǎn)周期短和成本低的特點(diǎn)。其次，通過改進(jìn)熱處理工藝也可以降低成本。如某齒輪工作時(shí)在高速

50、、中載且承受中等沖擊條件下，原選用中合金高級(jí)滲碳鋼18cr2Ni4WA材料，其經(jīng)過910-940℃滲碳，850℃淬火，180-200℃回火后機(jī)械性能的抗拉強(qiáng)度≥1177Mpa、屈服強(qiáng)度≥834Mpa、延伸率≥10％、斷面收縮率≥45％，沖擊韌性≥980kJ／m2，硬度為58-62HRC。雖能滿足齒輪的使用性能和工藝性能，但零件的價(jià)格高。現(xiàn)選用價(jià)格相對(duì)便宜的低碳中合金、中淬透性滲碳鋼20CrMnTi。經(jīng)過910-940℃滲碳，870℃淬火，180-200℃回火后機(jī)械性能的抗拉強(qiáng)度≥1100Mpa、屈服強(qiáng)度≥850Mpa、延伸率≥10％、斷面收縮率≥45％，沖擊韌性≥680，硬度為58-62HRC

51、。僅此一項(xiàng)改進(jìn)，材料費(fèi)用不僅大大降低，而且滿足了其使用性能和工藝性能。第三，所選鋼種應(yīng)盡量少而集中，以便采購(gòu)和管理。隨著齒輪形狀、尺寸和材料向著多品種、多系列和個(gè)性化的方向發(fā)展，尤其是在型號(hào)多、產(chǎn)量小時(shí)，在齒輪鍛造、機(jī)加工和熱處理等生產(chǎn)工藝方面，存在著設(shè)計(jì)量大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)、效率低、成本高、能耗大、管理難和質(zhì)量不易保證等不利狀況，因此在齒輪選材時(shí)精選、優(yōu)選和壓縮材料牌號(hào)和規(guī)格有利于提高選材通用化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化程度，提高材料的利用率，提高材料采購(gòu)的計(jì)劃性，以減少庫(kù)存積壓、加快資金流動(dòng)，方便儲(chǔ)存和保管以及降低材料的成本消耗。最后，我們還可以通過改進(jìn)工藝來提高經(jīng)濟(jì)效益。如模鍛件生產(chǎn)的模鍛工藝已突破傳

52、統(tǒng)工藝的要求，在提供成型毛坯時(shí)，可利用少無切削工藝，模鍛與機(jī)械精加工相結(jié)合，部分或全部取代切削加工直接生產(chǎn)零件，或在生產(chǎn)中采用成組技術(shù)與工藝，也可提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和降低成本。 (4)齒輪精度選擇 齒輪精度選擇各類機(jī)器所用齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)范圍，列于下表中，按載荷及速度推薦的齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)如下圖所示。 表2： 各類機(jī)器所用齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)范圍 機(jī)器名稱 精度等級(jí) 機(jī)器名稱 精度等級(jí) 汽輪機(jī) 3~6 拖拉機(jī) 6~8 金屬切削機(jī)床 3~8 通用減速機(jī) 6~8 航空發(fā)動(dòng)機(jī) 4~8 鍛壓機(jī)床 6~9 輕型汽車 5~8

53、 起重機(jī) 7~10 載重汽車 7~9 農(nóng)用機(jī)器 8~11 注：主傳動(dòng)齒輪或重要的齒輪傳動(dòng)，精度等級(jí)偏上限選擇；輔助傳動(dòng)的齒輪或一般齒輪傳 動(dòng)，精度等級(jí)居中或偏下限選擇。 2.5.3齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 通過齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算，只能確定出齒輪的主要尺寸，如齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、螺旋角、分度圓直徑等，而齒圈、輪輻、輪轂等的結(jié)構(gòu)形式及尺寸大小，通常都由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定。齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與齒輪的幾何尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求及經(jīng)濟(jì)性等因素有關(guān)。進(jìn)行齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合地考慮上述各方面的因素。通常是先按齒輪的直徑大小，選定合適的結(jié)構(gòu)形式，然后再根據(jù)薦用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行結(jié)

54、構(gòu)設(shè)計(jì)。 第三章 齒輪設(shè)計(jì) 3.1齒輪設(shè)計(jì)（1） 已知：Ⅰ軸與Ⅱ軸之間傳遞功率P=10.25KW，兩齒輪之間的傳動(dòng)比為u=1.38，小齒輪轉(zhuǎn)速為=1019r/min，由于此機(jī)床主要是為油田管螺紋的車削而開發(fā)，因此計(jì)算壽命可以按15年（設(shè)每年工作300天），兩班制，工作平穩(wěn)轉(zhuǎn)向不變。 （注：以下計(jì)算所參考表格及資料均來自所附參考書目[1]。） 3.1.1選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1） 根據(jù)該機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的受力方向，可選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 2） 由系統(tǒng)的各級(jí)轉(zhuǎn)速表，可知所設(shè)計(jì)齒輪的轉(zhuǎn)速不高，故選用7級(jí)精度 3） 材料選擇。 由表10-1選擇小齒輪材料為40C

55、r（調(diào)質(zhì)）硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。 4）選小齒輪齒數(shù)=37，大齒輪齒數(shù)=1.3837=51.06，取=51 3.1.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行計(jì)算，即 （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1）試選載荷系數(shù) 2) 試選小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 3）由表選取齒寬系數(shù) 4）查表查得材料的彈性影響系數(shù) 5）查表按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7）由圖取接觸疲勞壽命系數(shù) 8）計(jì)算

56、接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)s=1，得 =506Mpa （2）計(jì)算 1)試計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中較小值 =91.688mm 2）計(jì)算圓周速度v： 3） 計(jì)算齒寬b： 4） 計(jì)算齒寬與齒高制比： 模數(shù) 齒高 5） 計(jì)算載荷系數(shù)： 根據(jù)v=3.82m/s，7級(jí)精度，查得動(dòng)載系數(shù) 直齒輪 由表查得使用系數(shù) 查表用插值法查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支撐，非對(duì)稱布置時(shí)，。 由，查圖得；故載荷系數(shù)： 6） 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，得： 7） 計(jì)算模數(shù)m： 3.1.3按齒根彎曲強(qiáng)度

57、設(shè)計(jì) 由式得彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為： （1）確定公式內(nèi)的個(gè)計(jì)算數(shù)值 1）查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限； 2）查圖取彎曲疲勞壽命系數(shù) ； 3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，得 a) 計(jì)算載荷系數(shù)K。 b) 查取齒形系數(shù) 查得 6）查得 7）計(jì)算大小齒輪的并加以比較： 0.0135 0.0284 大齒輪的數(shù)值大。 （2）設(shè)計(jì)計(jì)算：

58、 =1.862mm 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒輪接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決與彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度的模數(shù)2.12并就近遠(yuǎn)征為標(biāo)準(zhǔn)值m=2.5mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑105mm，算出小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù) ，取 這樣設(shè)計(jì)出來的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。

59、 3.1.4 幾何尺寸計(jì)算 1）計(jì)算分度圓直徑 2）計(jì)算中心距 3）計(jì)算齒輪寬度 取 3.2 齒輪設(shè)計(jì)（2） 齒輪設(shè)計(jì)（2）與齒輪設(shè)計(jì)（1）步驟完全一樣，這里只列出計(jì)算結(jié)果： 查表選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS。 3.3齒輪設(shè)計(jì)（3） 同樣可得出齒輪設(shè)計(jì)（3）的相關(guān)結(jié)果： 小齒輪材料為HT350，硬度為260HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為24

60、0HBS。 m=4.5mm d1=138mm d2=144mm z1 =45 z2=77 結(jié) 論 經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次QKA1212數(shù)控管螺紋車床部分的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我明白學(xué)習(xí)是一個(gè)系統(tǒng)工程，是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程，在以后的工作、生

61、活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。 在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)QKA1212數(shù)控管螺紋車床部分設(shè)計(jì)的資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并通過網(wǎng)絡(luò)和學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)輔助軟件等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我通過查資料了解到目前國(guó)內(nèi)的設(shè)

62、備數(shù)控化率還很低，特別是河南省。因此，開發(fā)普及型數(shù)控車床既是市場(chǎng)的需求，也符合國(guó)家發(fā)展數(shù)控產(chǎn)業(yè)的政策，具有廣闊的市場(chǎng)空間和現(xiàn)實(shí)意義。 而且隨著刀具技術(shù)的發(fā)展，高速切削、強(qiáng)力切削技術(shù)已日益成熟，市場(chǎng)將對(duì)數(shù)控車床提出更高的要求。在保持高精度等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還必須具有能適應(yīng)高速切削、強(qiáng)力切削的性能。具有高剛性、高速度、大功率，能適應(yīng)高速切削、強(qiáng)力切削的機(jī)床，將是普及型數(shù)控車床的發(fā)展方向。 致 謝 經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有老師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是

63、難以想象的。 在這里首先要感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師000000老師。00老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是宋老師仍然細(xì)心地糾正我在設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。除了敬佩龐老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 其次要感謝和我一起作畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)，他們?cè)谠O(shè)計(jì)中勤奮工作，克服了許多困難來完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，并承擔(dān)了大部分的工作量。如果沒有他們的幫助工作，此次設(shè)計(jì)的完成將變得非常困難。 然后還要感謝大學(xué)四年來所

64、有的老師，為我們打下機(jī)械專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。 最后感謝感謝000工學(xué)院校方及000工學(xué)院老師四年來的教誨；感謝機(jī)械工程系老師給予作者在學(xué)習(xí)上的幫助；感謝00000老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中的悉心指導(dǎo)和幫助；感謝0機(jī)床有限公司給畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)良好的環(huán)境；感謝本組同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予的積極合作！ 參考文獻(xiàn)： 1、 張新義主編．經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998 2、 余英良主編．機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994 3、 王貴明主編．?dāng)?shù)控實(shí)用

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