滚齿机毕业设计 - 图文

青岛理工大学毕业设计（论文）

毕业设计（论文）任务书

专业 机械设计制造及其自动化 班级 机械091 姓名 谭荣忠 下发日期 2013-3-3 题目 专题 主 要 内 容 及 要 求 主 要 技 术 参 数 Y38滚齿机设计 Y38滚齿机滚刀箱设计 1）进行Y38滚齿机滚刀箱设计，包括主要参数计算和图纸绘制； 2）原理：范成法切削齿轮； 3）适应工况：适用于铣削圆柱形直齿轮、斜齿轮、蜗轮及链轮等； 4）技术经济性要求：满足功能的基础上，生产成本和使用成本相对较低，具有较高的市场竞争力； 5）人机工程及安全性要求：机床造型要美观大方具有现代感，色泽应协调，使操作者感到舒适；操作标志要醒目明确不易误操作；操作应省力、方便、准确；避免渗漏油等可能对环境造成污染的现象； 6）进行较完整和系统的滚齿机零部件设计。 1） 切削齿轮的最大模数：钢料：6mm，铸铁：8mm。 2） 切削圆柱直齿轮的最大直径：有外支架时：450mm，无外支架时：800mm。 3） 切削圆柱斜齿轮的最大直径：当螺旋角为30?时：500mm，当螺旋角为60?时：190mm。 4） 滚刀心轴与齿轮胚轴间距离：最大500mm，最小：80mm. 5） 滚刀的最大垂直行程长度：275mm。 6） 由台面到滚刀主轴轴线的最小距离：195mm。 7） 滚刀的最大直径：120mm。 8） 装滚刀的可换心轴直径：22、27、32mm。 9） 滚刀轴向移动长度：30mm。 10） 后立柱活动支臂行程长度：200mm。 11） 滚刀主轴的变速级：6级。 12） 工件每转一转滚刀的垂直进给量：0.25～3mm。 3 月5日～ 3 月15日：现场调研明确任务要求、了解滚齿机结构，收集查阅资料等，完成实习报告。 进 度 及 完 成 日 期 3月15～ 4 月5日：方案设计阶段：完成功能分析、功能原理方案的比较选择；功能分解、功能元求解并作功能原理方案解的方案评价决策，草画总体示意图和传动示意图。计算滚刀的速度和功率，计算原动机功率并选择电机。运动方案综合、评价，确定系统最佳运动方案。 4月6 ～ 4月22日：技术设计阶段：完成构型、选材料、各项计算、确定零部件尺寸、评价，最后确定最佳结构方案。 4月23 ～ 4月29日：总体设计阶段：完成总体布置、人机工程分析及设计、工业美学造型设计、价值优化分析等。 4月30 ～6 月3日：施工设计阶段：完成零件图、装配图等生产图纸的绘制等工作。 6月4 ～ 6 月10日：完成设计说明书的整理及答辩准备等工作。 教学院长签字 日 期 教研室主任签字 日 期 指导教师签字 日 期

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指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日

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指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人: 年 月 日

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答 辩 委 员 会 评 语 评 定 成 绩 指导教师给定 成绩（30%） 评阅人给定 成绩（30%） 答辩成绩 （40%） 总 评 答辩委员会主席 签字

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摘要

Y38滚齿机是齿轮加工机床中应用广泛的一种机床，在其上可切削直齿、斜齿圆柱齿轮，还可加工蜗轮、链轮等。其工作台由工作台壳体、蜗轮、蜗杆、储油匣等组成。按照加工原理，齿面加工可以分为成形法和展成法两大类。Y38滚齿机选择范成法加工齿轮，其优点是，只要模数和压力角相同，一把刀具可以加工任意齿数的齿轮，生产率和加工精度都比较高。

齿轮是工业生产中的重要基础零件，其加工技术和加工能力反映一个国家的工业水平。作为机械制造业的基础装备的金属切削机床，在国民经济中占有重要地位，而齿轮作为机械传动中最常见，最重要的传动零件，被广泛地应用于机械设备的传动系统中。滚齿是应用最广的切齿方法，滚齿加工大多都是在滚齿机上进行的，因此滚齿机在金属切削机床之中占有举足轻重的作用。

本次方案设计采用了功能分析法，其实质是用科学来解决问题的方法，通过黑箱法，找到输入输出间的关系，分析确定要设计的功能，来达成我们要实现的目的。我主要设计的部分是：Y38滚齿机的主传动系统，变速挂轮主要是通过不同的挂轮来实现滚刀转速的变化。该设计中主要的图纸为立柱的装配图，包括控制滚刀上下移动的丝杠和起导向作用的花键轴，具体外形尺寸，见工作装配。

方案设计中，主要的的方案有定轴轮系、变速挂轮和带传动塔轮变速。最终确定的方案为采用变速挂轮进行变速。在传动件及传动参数的设计计算中，主要进行了电机的选择、V带轮的设计计算、（锥）齿轮的设计及其校核和丝杠的设计校核。特别是，本次设计中在查阅相关书籍和文献后，对轴进行了设计校核，这是以往机械设计课程设计所没接触过的，本次设计后对轴的设计有了一定的了解。

关键词：滚齿机；范成法；挂轮；进给传动；齿轮；锥齿轮；V带轮；丝杠

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Abstract

Y38 is a gear hobbing machine tools in a wide range of machine tools, which can cut straight-tooth gear, helical gears, and worm gear as well as sprocket can also be processed, The table of Y38 is composed of its shell of the table, worm, and reservoir tray. According to the principles of tooth surface forming process, processing can be divided into major categories and exhibition into law.Y38 gear hobbing process selected generating method , and its advantage is that as long as the modulus and the same pressure angle , a tool can be processed in any number of teeth , have higher productivity and machining accuracy .

Industrial production gear is an important foundation for Parts，and its processing technology and capacity reflect the level of a country's industry. As the basis for machinery and equipment manufacturing, the metal cutting machine tools occupies an important position in the national economy, however, as the most common mechanical transmission and important mechanical parts, gear is most widely used in cutting method of hobbing process. Hobbing process are often carried out in the fobbing machine, therefore, gear hobbing machine plays an important role in possession of metal-cutting machine tools.

The design of the most central and most innovative feature is the application of the analysis method , and its essence is to use science to solve problems through the black box method to find the relationship between input and output analysis to determine the functions to be designed to reach us to achieve the purpose . I mainly design part is Y38 main drive gear hobbing , and gear hanging round mainly through different hanging round to achieve hob speed changes . The drawings for the design of the main pillars of the assembly drawings , including control hob move up and down and from the guide screw spline shaft The specific dimensions can see the work of assembly .

The program has given the main shaft gear train , gear hanging belt drive pulley wheel and gear shift . Transmission parts and transmission parameters in the design

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calculations, mainly for the motor selection , V pulley design calculations, ( bevel ) gear check and screw design and design verification . In particular, this design in access to relevant books and literature after the screw has been designed on the check, which is the conventional mechanical design course did not come into contact with this design design of the screw after a certain understanding.

Keywords：Hobbing machine; Generating method; Hanging round; Feed drive; Black box method; Gear ; Bevel gear ; V pulleys ; Screw

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目录

摘要 .................................................... I Abstract ............................................... II 第1章 绪论 ............................ 错误！未定义书签。

1.1滚齿机的发展现状及趋势......................................................................................1 1.2 滚齿机的国内外研究现状分析.............................................................................1 1.3滚齿机的发展趋势..................................................................................................3

第2章 Y-38滚齿机总体方案设计........................................................5

2.1滚齿机工作原理......................................................................................................5 2.2滚齿机各部分功能分析..........................................................................................5 2.3加工直齿轮时机床的运动及传动原理..................................................................6 2.4加工斜齿轮时机床的运动及传动原理..................................................................7 2.5各功能传动方案的评定与选择..............................................................................8 2.6拟定最佳传动方案并绘制传动原理图及计算过程............................................17 2.7滚刀的安装与角度调整........................................................................................20 2.8主切削力的估算及电动机的选择........................................................................21

第3章 Y-38滚齿机滚刀箱详细设计与计算......................................23

3.1滚刀箱介绍............................................................................................................23 3.2滚刀主轴功率的设计计算................................................................................ ...24 3.3斜齿轮设计............................................................................................................27 3.4伞齿轮的设计........................................................................................................36 3.5轴的设计计算........................................................................................................38 3.5.1滚刀心轴的设计及计算.....................................................................................39 3.5.2滚刀主轴的设计及计算.....................................................................................41 3.5.3输入轴的设计计算.............................................................................................44 3.6键的校核.......................................................................................50

附录1........................................................................................................51

中文翻译......................................................................................................................51

附录2........................................................................................................65

英文原文.....................................................................................................................65

参考文献..................................................................................................71 致谢..........................................................................................................72

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第1章 绪论

1.1绿色制造的国内外研究现状分析

绿色制造(GreenManufacturing)，又称环境意识制 造(Environmentaly ConsciousManufacturing)、面 向环 境的制造 (MFE)等。近年来 的研究非常活跃，如： 1996年，美国制造工程师学会(SME)发表了关于绿色 制造的蓝皮书《GreenManufacturing) j，提出绿色制 造的概念，并对其内涵和作用等问题进行了较系统的 介绍 ，1998年 SME又在国际互联网上发表了“绿色制 造的发展趋势”的网上主题报告 。国际电子电器工 程师协会(IEEE)和 日本生态设计(EcoDesign)协会联 合发起，在松下、Sony、IBM、丰田等多家跨国公司赞助 下，国际环境意识设计和逆向制造研讨会迄今已成功 举办了3届。美国的一些国家重点实验室和国家标准 技术研究院，以及麻省理工学院、Berkeley加州大学等著名高等学校，均纷纷开展了这方面的研究。欧洲、日本、美国等发达国家的许多跨国公司都制定了绿色制造实施目标和措施，开展节能、降耗、产品生命周期评 估(LCA)、环境审核、绿色产品开发等具体工作。如 日本本田公司2001年曾提出“到2003年将全面实施绿色制造”的口号。特别是，近年来随着 ISOI4000环境管理体系系列标准、OHSASI8000职业健康与安全卫 生标准系列 、绿色产品标志认证等的颁布，企业环境管理和绿色制造的研究更加活跃。截至 2002年底，已有 118个国家 49462家企业获得 ISO14001环境管理体系认证。2002年度 ，由于中国政府和企业 的积极参 与，有 1718家企业获得认证，列全球第 2位，仅次于 日本。

绿色制造自提出以来受到了国内各单位的高度重 视 ，并展开了大量的研究。目前包括重庆大学 、清华大学、中国工程院、上海交通大学、合肥工业大学 、北京理 工大学、山东大学等在内的许多单位都进行了这方面的研究 。国家 863和国家 自然科学基金也支持 了大量绿色制造方面的课题 ，有力地推动了该领域的研究工作。在近年来的研究工作中，已形成了一批专门从事绿色制造研究的科研队伍，发表了大量的研究 论文，出版了多本绿色制造方面的专著 ，有关技术手册 也收录了绿色设计与制造方面的技术。国家 863现代集成制造系统网络 CIMSNET已将绿色制造列为技术 专题之一 ，跟踪报道绿色制造的研究动态。

1．2 滚齿机的国内外研究现状分析

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(1)滚齿机国内研究现状 近几年，我国在滚齿机设计技术方面研究的主要内容经历了从传统机械式滚齿机通过数控改造发展为 2～3轴(直线运动轴)实用型数控高效滚齿机，到全新 的六轴四联动数控高速滚齿机的开发。滚齿机加工 (钢件)全部采用湿式滚齿方式。由于滚刀线速度在 大于70m／min后会产生大量油雾，目前油雾的处理是采用全密封护罩加油雾分离器的方式将油和雾分开，将不含油的雾排向车间，冷凝后的油回到机床内循环 使用；夹着油污的铁屑则通过磁力排屑器将铁屑和大 部分油污分离。目前，国内主要滚齿机制造商重庆机床厂及南京二机床有限责任公司生产的系列数控高效滚齿机已采取全密封护罩加油雾分离器和磁力排屑器的方式部分地解决环保问题。世界上滚齿机产量最大

的制造商——重庆机床厂从 2001年开始研究面向绿 色制造的高速干切滚齿技术，2002年初研制成功既能 干切又能湿切的 YKS3112六轴四联动数控高速滚齿 机，2003 年 初 又 开 始 研 制 面 向 绿 色 制 造 的 YE3116CNC7高速干式切削滚齿机，即将进入商品化阶段。

(2)滚齿机的国外研究现状 在提高生产效率 、降低制造成本的同时，做到环境保护、清洁加工是当前国外先进发达国家对机床研究 的最前沿技术。在国外发达国家，由于在工业发展过程中大量掠 夺性使用资源及只注重生产效率，使其工业已发展到 较高的水平，人们的物质生活水平也得到了提高。此时他们已感到早期的掠夺性使用资源及生产过程中不 重视对环境的保护，造成了对地球环境的极大破坏。 因此 ，目前发达的工业国家如美国、德国及 日本等都极其重视对环境的保护 ，在制造业领域绿色制造的要求提出得较早。

目前国际上生产滚齿机的强国——美国、德国和日本 ，也是世界经济强国和汽车生产大国。美国的Gl— eason—Pfauter公司，德国的Liebherr公司，日本的三菱 重工公司、坚藤、清和公司和意大利的 SU公司是国外 最具实力的滚齿机制造商。这些公司目前生产的滚齿 机都是全数控式的，中小规格滚齿机都在朝着高速方向发展，所有高效机床均采用了全密封护罩加油雾分离器及磁力排屑器的方式部分地解决环保问题。近年 来 ，为更好地满足滚齿加工中的绿色制造，德国 Lieb— herr公司早在十几年前就开始研究高速干式切削滚齿机。日本三菱重工则是最早将高速干式切削滚齿机商 品化的制造商，它们的成功还得益于滚刀制造技术的 提高。目前，Liebher、Gleason—Pfauter、三菱重工 、SU、坚藤和清和均开发了适用于高速干式切削的滚齿机产品。在特别重视环保 的世界著名齿轮制造商中，如德 国ZF公司、美国 Ford汽车公司等使

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用高速干式滚齿 已成为主流。在我国上海汽车齿轮公司及陕西发士特 公司也已开始采购三菱重工公司生产的干式切削滚齿.1为目前国外最先进干式切削滚齿机的制造商 及代表性产品的主要技术规格参数表。其中 Gleason Pfauter的GP130系列可以达到不用切削液、液压油 和润滑油 。高速干式切削滚齿机是滚齿机朝着全数控化、数控高速化后更进一步发展的结果。它的实现还得益于滚刀制造技术的提高和数控技术、电主轴及力矩电动 机等技术的发展。2 .面向绿色制造的滚齿机的发展趋势从环保生态学和技术经济角度出发，废除切削油 ，采用干式切削是大势所趋。干式滚齿分为高速干式滚齿和低温冷风干式滚齿两种方式。湿式切削法需要配置油箱及油路系统，还需采取 措施防止油变质，以及进行废油处理、工件清洗和切削 油排除处理等。而切削油中含有对人体有害的硫化 物、氯化物等。湿式切削只能通过全密封护罩加油雾分离器的方式部分地达到绿色制造的要求。目前这种环保型湿式切削滚齿机在发展中国家还会有大量需 求。低温冷风切削是在现有高效滚齿机的基础上增加 低温冷风装置并采用极少量的切削润滑油，滚刀线速 度在 70～150m／min均可。这种方式的干式切削在现 有高效滚齿机的绿色化改造中会大有前途。近年来，随着刀具材料、涂层技术等的发展，现在 的滚刀线速度已可达到 600m／min，这就为高速干式 切削滚齿机的应用提供了保障。干式切削与湿式切削 相比，高速干式切削滚齿机由于完全不需要切削油及 不需要增加低温冷风装置，不但极大地提高了机床的 生产效率、降低了工件的加工成本 ，而且有利于保护环 境、节约自然资源。随着环境保护意识的 日益提高和 人们越来越重视各种各样的节能技术，高速干式切削滚齿机将成为齿轮制造商新购加工设备的目标。近几年国际上各大滚齿机制造商都在集中精力开发高速干式切削滚齿机。所以面向绿色制造的高速干式切削滚 齿机将是绿色滚齿机发展的趋势。结语 ：向绿色制造的滚齿机有利于减少齿轮加工的油 。

1.3滚齿机的发展趋势

制造业已成为创造人类财富的支柱产业，是人类社会物质文明和精神文明的基础；但是，另一方面，制造业在将制造资源转变为产品的制造过程中以及在产品的使用和处理过程 中消耗掉了大量人类社会有限资源.1.可取5～6mm，板材为 Q235时厚度可取 10～12mm。这是为了改变砂轮炸裂碎块和碎粒的四散方向，使之折回进入圆环形轨道，并与其它的碎块和碎粒碰撞 ，消耗部分向外冲击的能量。适当增厚内层壁钢板的厚度，

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减薄外层壁钢板的厚度。外层壁与内层壁之间有多连接，以提高内层壁的有效防护能力，使外层壁对内层壁起到辅助防护和支撑内层壁的作用。多点硬连接采应焊接方式连接(也可在硬连接柱两端打螺孔 ，用螺钉连接.

2. 绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装 、 运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境 的负面影响极小，资源利用率极高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。

3.机床设备是制造业进行生产加工的主体。目前绿色机床加工系统的研究已经成为绿色制造领域的一个新的热点，主要体现为四个技术途径：1)研制新型的 加工工艺及工艺设备替代传统的加工机床，如净成型工艺、生长型工艺、粉末冶金等；2)设计和开发出具有绿色环保特性的新型机床设备，如高速干式切削机床、低温冷风切削机床等；3)对现有大量的生产机床进行适当的绿色性改造 ，如通过数控化简化机床结构，增加全密封护罩和油雾分离器减少油雾对车间环境的污 染 ；4)通过对机床加工中的加工 要素(刀具、切削液等)、加工参数进行优化，减少加工过程中的能耗和废液排放，提高机床加工过程的绿色性。轮加工机床是一种技术含量高且结构复杂的机 系统，由于齿轮使用的量大面广，齿加工机床已成 为汽车、摩托车、工程机械 、船舶等行业 的关键设备。特别是，随着汽车工业的高速发展，对齿轮的需求量 日 益增加，对齿轮加工的效率、质量及加工成本的要求愈 来愈高，使齿轮加工机床在汽车、摩托车等行业中占有 越来越重要的作用。滚齿机是齿轮加工机床 中的一 种，其占齿轮加工机床拥有量的40％～50％。它主要用来加工圆柱齿轮和蜗轮等。传统滚齿机在加工过程中有以下特点：(1)滚削钢齿轮时，应用切削液可提高 刀具寿命 ，改善加工表面质量和利于排出切削热而不致引起机床的热变形。但是，在高速切削过程中切削液的飞溅和形成的油雾对生态环境和人类特别有害。变质切削液的排放也会严重污染环境；(2)机床漏、混油严重 ；(3)加工成本高。机床的材料用量、能耗油 耗及附加费大，湿式齿轮加工中消耗的切削液及切削 液附加装置的费用占加工成本的20％左右；(4)生产效率低下，加工质量差，难以满足现代企业生产的要求。在这种背景下，重庆机床厂在2000年提出了开发系列新型绿色环保滚齿机的战略目标 ，具体产品包括YKS3120、YKS3132、YKA3120A、YKX3132M等数控滚 齿机。由于产品的研制成功，工厂取得了巨大的经济 效益和社会效益。在2001年，由于技术的不断成熟和 市场需求，工厂又进一步提 出了研究 “面向绿色制造的高速干式切削滚齿机——YKs3112及 YE3116CNC7系列数控高速干式切削滚齿机”。产品的开发成功将使重庆机床厂制造的滚齿机拥有更大的市场份额 ，创造

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更好的经济效益和社会效益，同时在技术上达到当代国际先进水平。

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第2章 y38滚齿机的总体方案设计

2.1滚齿机工作原理

滚齿机是齿轮滚刀加工齿轮的专用机床，在齿轮加工中应用最广泛。在滚齿机上可切削直齿、斜齿圆柱齿轮。这种机床使用特制的滚刀时也能加工蜗轮、花键和链轮等各种特殊齿形的工件.

滚齿机的齿形加工原理为展成法。展成法是将齿轮啮合副中的一个齿轮转化为刀具，另一个齿轮转化为工件，齿轮刀具做切削主运动的同时，以内联系传动链强制刀具和工件做严格的啮合运动，于是刀具切削刃就在工件上加工出所要求的齿形表面来。这种方法的加工精度和生产效率都很高。滚齿机是依据交错轴螺旋齿啮合原路进行的。用齿轮滚刀加工的过程，就相当于一对螺旋齿啮合的过程。将其中一个齿轮的齿数减少到一个或一个，螺旋角增大到很大，成螺杆状，在开槽并铲背，使其具有切削功能，就成了齿轮滚刀。机床使滚刀和工件保持一对螺旋齿轮副啮合关系做相关旋转运动，就可在工件上滚切出具有渐开线齿廓的齿齿槽。滚齿时，切除的齿廓是滚刀切削刃运动轨迹的包笼线。所以，滚齿时齿郭的成型法是展成法，即成型运动是滚刀螺旋运动和工件旋转运动组成的复合运动，这个复合运动称为展成运动。再加上滚刀沿工件轴线的进给运动就可切出一个齿长。滚齿机工作时，滚刀装在滚刀主轴上，由伺服电机驱动作旋转运动，刀架可沿立柱导轨垂直移动，还可绕水平轴线调整一个角度。工件装在工作台上，由分度蜗轮副带动旋转，与滚刀的运动一起构成展成运动。立柱可沿床身导轨移动,以适应不同工件直径和作径向进给。

2.2滚齿机各部分功能分析

表2-1滚齿机各部分功能分析 总功能 主运动 即滚刀的旋转运动，其切削速度由变速齿轮的传动比决定。 传动链中的换置机构用于调整渐开线齿廓的成形速度，以适应滚刀直径、滚刀材料、工件材料、硬度以及加工质量要求等的变化。 进给运动 为了切出整个齿宽，即形成轮齿表面的导线，滚刀在自身旋转的同时， 6

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必需沿齿坯轴线方向作连续的进给运动，用于调整轴向进给量的大小和进给方向；以适应不同加工表面粗糙度的要求.,滚刀沿工件轴线自上而下的垂直移动。这是保证切出整个齿宽所必须的运动.由进给挂轮的传动比再通过与滚刀架相连接的丝杆螺母来实现。在滚齿时必须保持滚刀刀齿的运动方向与被切齿轮的齿向一致。然而由于滚刀刀齿排列在一条螺旋线上，刀齿的方向与滚刀轴线并不垂直。所以，必须把刀架扳转一个角度使之与齿轮的齿向协调。滚切直齿轮时，扳转的角度就是滚刀的螺旋升角。滚切斜齿轮时，还要根据 斜齿轮的螺旋方向，以及螺旋角的大小来决定扳转角度的大小及扳转方向 。 差动 滚切斜齿圆柱齿轮时，进给是复合运动，需要一条内联系传动链来保证螺旋线的导程。 分齿 即工件的旋转运动其运动的速度必须和滚刀的旋转速度保持齿轮与齿条的啮合关系。其运动关系由分齿挂轮的传动比来实现。对于单线滚刀，当滚刀每转一转时，齿坯需转过一个齿的分度角度，即1/z转，z为被加工齿轮的齿数。 动力

为滚齿机提供动力，用于切削等. 2.3加工直齿轮时机床的运动及传动原理

展成运动及传动链 展成运动是滚刀与工件之间的啮合运动，是一个复合的表面成形运动，可被分解为两个部分：滚刀的旋转运动

和工件的旋转运动

。

和 和

相之

互运动的结果，形成了轮齿表面的母线—渐开线。复合运动的两个组成部分 间需要有一个内联系传动链，这个传动链应能保持

和

之间严格的传动比关系。设

转。如图2.1中联

滚刀头数为 ，工件齿数为 ，则滚刀每转一转，工件应转过 系

和

之间的传动链是：滚刀一4－5－

－6－7一工件，称为展成运动传动链。

传动链中的换置机构 用于适应工件齿数和滚刀头数的变化。

主运动及传动链 每个表面成形运动都应有一个外联系传动链与动力源相联系，以产生切削运动。外联系传动链如下图2.3.1：电动机_l－2－ —3－4—滚刀，提供滚刀的旋转运动。称主运动传动链。传动链中的换置机构用于调整渐开线齿廓的成形速度，以适应滚刀直径、滚刀材料、工件材料、硬度以及加工质量要求等的变化。

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竖直进给运动及传动链 为了切出整个齿宽，即形成轮齿表面的导线，滚刀在自身旋转的同时，必需沿齿坯轴线方向作连续的进给运动 。 是一个简单运动，可以使用独立的动力源驱动。滚齿机的进给以工件每转时滚刀架的轴向移动量计，单位为mm／r。计算时可以把工作台作为间接动力源。在图6-33中，这条传动链如下图2.3.1为：工件一7—8－ －9－10一刀架升降丝杠。这是一条外联系传动链，称为进给传动链。传动链中的换置机构 ，用于调整轴向进给量的大小和进给方向；以适应不同加工表面粗糙度的要求。

差动链如下图2-1丝杠一10－11－ －12一7一工件。传动链中换置机构 用于适应工件螺旋线导程 和螺旋角 的变化

图2-1滚切直齿圆柱齿轮传动原理图

2.4加工斜齿轮时机床的运动及传动原理

斜齿圆柱齿轮与直齿圆柱齿轮相比，端面齿廓都是渐开线，但齿长方向不是直线，而是螺旋线。因此，加工斜齿圆柱齿轮也需要两个运动：一个是产生渐开线（母线）的展成运动；另一个是产生螺旋线（导线）的运动。前者与加工直齿齿轮时相同，后者则有所不同。加工直齿圆柱齿轮时，进给运动是直线运动，是一个简单运动。加工斜齿圆柱齿轮时，进给运动是螺旋运动，是一个复合运动，这个运动可分解为两部分，滚刀架的直线运动

和工作台的旋转运动。工作台要同时完成

和两种旋转运动。称为

附加转动。这两个运动之间必须保持

确定的关系，即滚刀移动一个工件的螺旋线导程 时，工件应准确地附加转过一转.滚

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齿机是根据滚切斜齿圆柱齿轮的原理设计的，当滚切直齿圆柱齿轮时，就将差动传动链断开，并把合成机构通过结构固定成为一个如同联轴器的整体。

工件的附加转动：滚切斜齿圆柱齿轮时，为了获得螺旋线齿线，要求工件附加转动 与滚刀轴向进给运动

之间必须保持确定的关系，即滚刀移动一个工件螺旋线导程

时，工件应准确地附加转过1转，对此，设工件螺旋线为右旋当刀架带着滚刀沿工件轴向进给

，滚刀由 点到 点时，为了能切出螺旋线齿线，应使工件的 点转到 点，

的基础上，再附加转动

。当滚刀进给至 点时，工件应

即在工件原来的旋转运动 附加转动 加运动

。依此类推，当滚刀进给一个工件螺旋线导程T时，工件应附加转1转。附的方向，与工件在展成运动中的旋转运动

方向或者相同，或者相反，这取

决于工件螺旋线方向、滚刀螺旋方向及滚刀进给方向。当滚刀向下送给时，如果工件与滚刀螺旋线方向相同时（即二者都是右旋，或都是左旋），动取十l转。反之，若工件与滚刀螺旋线方向相反时，

和和

同向，计算时附加运

方向相反，则取一1转。

图2-2滚切斜齿圆柱齿轮所需的运动 图2-3滚切斜齿圆柱齿轮的传动链

2.5各功能传动方案的评定与选择

对于同一个系统，可以有不一样的传动方案.也可以利用不一样的传动部件，选择传动系统，不仅要考虑方案的可行性，还要考虑加工工件的经济性等等。所以就下面关于各部分系统的传动选择与评定，并且列出最优方案。 （1）主传动方案

表2-2主传动传动方案表

方案简图 方案说明 9

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定轴轮系方案：由设计题目的主要技方案一定轴轮系术参数知，滚刀主轴的变速级为6级，又依据经验，该传动为降速传动。越接近电 动机的转动件转速越高，在电动机功率一定的情况下，传动件和传动轴的几何尺寸就越小。 定轴轮系结构简单、传动结构紧凑、传动效率较高，制造和操作都比较方便，价格低廉。在此处若用定轴轮系，会是进给系统的变数技术较小。本系统只 适用于变速级数较小的场合，当变速级数较大时，会使其结构庞大。 周转轮系有多种类型，类型选择主要依据不同类型轮系适用的传动比范围以及对该轮系效率的估算 传动比较大，在以传递运动为主时，可选择转化轮系为正号机构的行星轮系。 传动比较大，且以传递动力为主时，应该选用转化轮系为负号机构的行星轮系。但因为负号机构传动比不能很大，可以将多个基本型行星轮系串联起来，或与定轴轮系组成混合轮系，以获得较大的传动比和较高的效率。 方案二周转轮系

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由设计题目的主要技术参数知，滚刀主轴的变速级为6级，又依据经验，该传动为降速传动，需要六组不同传动比的挂轮。 该变速系统原理简单，结构紧凑，制方案三挂轮造和维护比较方便，但操作比较复杂。用于不同转速时需要不同的挂轮。在变速级数较多，变化频率较高时，所需挂轮数目就较多，一台机床就得配带同样数目的挂轮，很麻烦。但可给据不同的传动比要求更换不同的齿轮。 方案四带传动塔轮变速

（2）进给传动方案

该变速机构结构简单，可用于两轴间距较大的场合，如机床。主轴I上的塔轮与从动轴II上的塔轮其装置方向恰相反，各级带轮直径之选取，都以同一带长为基准。通过改变带与不同直径带轮接触，即可使从动轴获得不同转速。

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表2-3进给传动方案表

方案一定轴轮系 方案简图 方案说明 定轴轮系的原理简单易懂，传动机构简单。轮系运转时，各齿轮的轴线相对于机架的位置都是固定不变的。定轴轮系的制造和操作都比较简单，价格低廉，传动精度较高，但是只适用于变速级数减少的 场合。当传动比较大时，齿轮数目变大，所占空间变大，影响整个设备的体积和利用率 周转轮系有多种类型，类型选择主要依据不同类型轮系适用的传动比范围以方案二周转轮系 及对该轮系效率的估算 传动比较大，在以传递运动为主时，可选择转化轮系为正号机构的行星轮系。 传动比较大，且以传递动力为主时，应该选用转化轮系为负号机构的行星轮系。但因为负号机构传动比不能很大，可以将多个基本型行星轮系串联起来，或与定轴轮系组成混合轮系，以获得较大的传动比和较高的效率。 该系统原理简单，结构紧凑，制造和方案三挂轮 维护比较方便，但操作比较复杂。用于不同转速时需要不同的挂轮。在变速级数较多，变化频率较高时，所需挂轮数目就较多，一台机床就得配带同样数目的挂轮， 很麻烦。但可给据不同的传动比要求更换不同的齿轮。

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（3）分齿传动方案

表2-4分齿传动方案表

方案简图 方案说明 定轴轮系的原理简单易懂，传动机构简单。轮系运转时，各齿轮的轴线相方案一定轴轮系 对于机架的位置都是固定不变的。定轴轮系的制造和操作都比较简单，价格低廉，传动精度较高，但是只适用于变速级数减少的场合。当传动比较大时，齿轮数目变大，所占空间变大，影响整个设备的体积和利用率 周转轮系有多种类型，类型选择主要依据不同类型轮系适用的传动比范围。 方案二周转轮系 传动比较大，在以传递运动为主时，可选择转化轮系为正号机构的行星轮系。 传动比较大，且以传递动力为主时，应该选用转化轮系为负号机构的行星轮系。但因为负号机构传动比不能很大，可以将多个基本型行星轮系串联起来以获得较大的传动比和较高的效率。 该系统原理简单，结构紧凑，制造和维护比较方便，但操作比较复杂。用方案三挂轮 于不同转速时需要不同的挂轮。在变速级数较多，变化频率较高时，所需挂轮数目就较多，一台机床就得配带同样数目的挂轮，很麻烦。但可给据不同的传动比要求更换不同的齿轮。 13

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弧锥环盘式无级变速器的主动弧锥盘1的运动经中间环盘2，依靠摩擦力传方案四无级变速器 递给从动弧锥盘3.中间环盘2绕O2点转动即可改变主、从动弧锥盘的运动半径，实现无极变速。该机构传动平稳，相对滑动小，效率高，但制造困难。常用于机床、拉丝机械中。

（4）差动传动方案

表2-5差动传动系统方案表

方案简图 方案说明 定轴轮系的原理简单易懂，传动机构简单。轮系运转时，各齿轮 方案一定轴轮系 的轴线相对于机架的位置都是固定不变的。定轴轮系的制造和操作都比较简单，价格低廉，传动精度较高，但是只适用于变速级数减少的场合。当传动比较大时，齿轮数目变大，所占空间变大，影响整个设备的体积和利用率 该系统原理简单，结构紧凑，制造和维护比较方便，但操作比较 方案二挂轮 复杂。用于不同转速时需要不同的挂轮。在变速级数较多，变化频率较高时，所需挂轮数目就较多，一台机床就得配带同样数目的挂轮，很麻烦。但可给据不同的传动比要求更换不同的齿轮。 14

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钢球锥轮式无级变速器结构较简单，传动平稳，相对滑动小， 方案三无级变速器 体积小，但钢球精度要求高。常用于机床，电影机械中。将钢球3紧压在主、从动锥轮1、2上，通过摩擦力传动运动。钢球3可在轴III上自由转动，改变轴III的倾斜角，即可改变锥轮1、2的传动半径r1、r2，实现无级变速。常用于电影机械

方案一圆柱齿轮差速系统 圆柱齿轮差动：太阳轮1、4分别与轴A、B固结，行星轮2、3为一二联齿轮，分别与太阳轮1、4啮合，并可绕轴C自传，同时随H绕A、B轴线公转，系杆H做成箱体形。当A、B轴以相同转速相同方向转动时，太阳轮1、4将使系杆H以相同转速回转，若A、B轴转速不等，则系杆H转度为： nH?n1z1z2z2z4?n4其中z1z3?z2z4z1z3?z2z4 z1z2z3z4是齿轮1、2、3、4、的齿数，n1n4nH是太阳轮1、4和系杆H的转速 15

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方案二圆锥齿轮差速系统 表2-6差动变速系统方案

圆锥齿轮差动：太阳轮4、5尺寸相同，与行星轮3和系杆H组成差动轮系，系杆H与齿轮2固结，其运动由主运动锥齿轮1输入。当锥齿轮1转速已知时太阳轮4、5的转度与主运动轮1转速的关系为：n4?n5?2z1n1 z2其中z1z2齿轮1、2的齿数n1n4n5太阳轮1、4和系杆H的转速 （5）动力：

表2-7动力系统方案 方案一液压马达 方 案 简 图 方 案 说 明 齿轮液压马达由干密封性差，容租效率较低，输入油压力不能过高，不能产生较大转矩。并且瞬间转速和转矩随着啮合点的位置变化而变化，因此齿轮液压马达仅适合于高速小转矩的场合。一般用干工程机械、农业机械以及对转矩均匀性要求不高的机械设备上 16

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方案二气动马达 气动马达与和它起同样作用的电动机相比，其特点是壳体轻，输送方便；又因为其工作介质是空气，就不必担心引起火灾；气动马达过载时能自动停转，而与供给压力保持平衡状态。由于上述特点，因而气动马达广泛应用于矿山机械及气动工具等场合。 方案三柴油机 柴油发动机的工作过程与汽油发动机有许多相同的地方，每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个行程。传统柴油发动机的特点：热效率。柴油机是一种压缩发火的往复式内燃机。它使用挥发性较差的柴油或劣质燃料油做燃料。采用内部混合法（燃油与空气的混合发生在气缸内部）形成可燃混合气；缸内燃烧采用压缩式（靠缸内空气压缩形成的高温自行发火）。这种工作特点使柴油机在热机领域内具有最高的热效率（已达到 55％左右），而且允许作为船用发动机使用。因而，柴油机在工程界应用十分广泛。尤其在船用发动机中，柴油机已经取得了绝对领先地位。 17

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方案四汽油机 汽油发动机（Gasoline Engine ），是以汽油作为燃料的发动机。由于汽油粘性小，蒸发快，可以用汽油喷射系统将汽油喷入气缸，经过压缩达到一定的温度和压力后，用火花塞点燃，使气体膨胀做功。汽油机的特点是转速高，结构简单，质量轻，造价低廉， 运转平稳，使用维修方便。汽油机在汽车上，特别是小型汽车上大量使用，至今不衰。 方案五三相交流异步电动机 它主要由定子、转子和它们之间的气隙构成。对定子绕组通往三相交流电源后，产生旋转磁场并切割转子，获得转矩。三相交流异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强及使用、安装、维护方便等优点,被广泛应用于各个领域。

2.6拟定最佳传动方案并绘制传动原理图及计算过程

本次所设计的Y38型滚齿机，它主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮，也可用于手动径向进给及加工蜗轮。因此，传动系统中有主运动、展成运动、轴向进给运动和附加运动4条传动链。为了明确各部件之间的传动关系，根据上部中的最佳方案绘制了机床的传动系统图，如图2-2所 其传动路线如下：

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a．主运动：由电动机经过三角皮带轮传到轴Ⅰ--轴Ⅱ—轴Ⅳ（或者由轴Ⅲ—轴Ⅳ）中间经过变速挂轮，由轴Ⅳ—轴Ⅴ—轴Ⅵ—轴Ⅶ—轴Ⅷ到滚刀。

b．进给运动：是由轴ⅩⅢ—轴ⅪⅤ经进给挂轮—轴ⅩⅤ—轴ⅪⅩ—轴ⅩⅩ—轴ⅩⅪ—到轴ⅩⅫ的丝杆使刀架滑板上下运动。

c．差动运动：是由轴ⅩⅤ—轴ⅩⅥ—轴ⅩⅦ经过差动挂轮架—轴ⅩⅧ而传动差动蜗轮副。

d．工作台的水平进给：在工作台下面的床身中间安有一根水平丝杆ⅩⅪⅤ通过手柄用方头扳手来移动工作台，可作水平进给。

各运动传动路线计算的安排如下：

（a）．主运动传动路线计算：电动机 （N1） 滚刀每分钟转速（N0)

N0=N1*105/192*27/55*36/36*A/B*24/28*23/23*17/17*20/60=109*A/B 因此速度传送比i，i=A/B=N0/109

A/B共有7级： （1）A/B=18/42 ,N0=47.5转/分钟 （2）A/B=22/38 ,N0=64转/分钟 （3）A/B=25/35 ,N0=79转/分钟 （4）A/B=28/32 ,N0=97转/分钟 （5）A/B=32/28 ,N0=127转/分钟 （6）A/B=35/25 ,N0=155转/分钟 （7）A/B=28/22 ,N0=192转/分钟

（b）.分齿传动路线计算：

滚刀转一圈 =60/20*17/17*23/23*28/24*42/42*a/b*c/d*e/f*1/84=k/z 即1/24*a/b*c/d*e/f=k/z i分齿挂轮=1/24*a/b*c/d*e/f=k/z

小于161齿 ： i分齿挂轮=1/24*a/b*c/d*36/36=24k/z

大于161齿:i分齿挂轮=1/24*a/b*c/d*24/48=48k/z （C）垂直进给传动及计算过程：

S垂=1*84/1*2/21*a/b*c/d*24/48*22/41*41/44*5/30*10/1

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(工作台每转一周）

即10/3*a/b*c/d=S垂,传动比i=a/b*c/d=3/10*S垂 垂直进给量分10级：

图2-4y38型机床的传动系统图

S垂 a/b*c/d(进给挂轮） 1）0.25mm 20/80*24/79

2）0.5mm 20/79*23/75 3）0.75mm 45/50*20/80 4）1mm 30/40*30/50 5）1.25mm 35/70*60/80 6）1.5mm 35/50*45/70 7）1.75mm 35/40*45/80 8）2mm 30/50 9）2.5mm 60/40*35/70 10）3mm 45/50 (d)差动过程及计算

滚刀每垂直移动一个导程T时导程所需转T/t圈：

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T/t*30/5*44/41*41/22*48/24*25/38*38/25*a2/b2*c2/d2*2/30*1/2(i差)*48k/z(i分）*1/84=1(工作台每转一圈）

T=(?mz）/cosβ/tgβ=?mz/sinβ,即 1/1050*?mz/sinβ*48k/z*a2/b2*c2/d2=1 i差=a2/b2*c2/d2=696301sinβ/mk

2.7滚刀的安装与角度调整

滚刀安装的正确性直接影响加工齿轮的精度，安装时，应将滚刀孔和端面，滚刀心轴用垫圈的端面，主轴锥孔及滚刀心轴的脏物，毛刺等清除干净，并保持清洁。否则，滚刀心轴装入主轴锥孔后，就会发生偏斜，甚至拉坏主轴锥孔和滚刀芯轴，丧失机床精度。为了保证滚刀对工件处于正确的啮合位置，应使滚刀切削刃齿的运动方向与工件齿轮的齿向一致。由于滚刀的齿是螺旋，因此，应使滚刀轴线与工件端面安装成一定角度6(即滚刀轴线与水平位置的夹角)。滚刀的螺旋角大小不一样，螺旋方向有左旋和右旋;同样不同的工件(斜齿圆柱齿轮)的螺旋角大小不一样，螺旋方向也有左旋和右旋的区别，所以，滚刀安装角大小及偏转方向就要因条件不同而进行正确的调整，否则将会出现加工齿轮齿厚不对，严重者影响到不能正常切削直致损坏刀具或机床。 滚刀安装角度的调整涉及到调整角度和调整方向两个参数 1）加工直齿圆柱齿轮时刀架的调整

右 旋 滚 刀 a b 左 旋 滚 刀

图2-5切削直齿圆柱齿轮时滚刀的安装

2）加工斜齿圆柱齿轮时刀架的调整

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图2-6切削斜齿圆柱齿轮时滚刀的正确安装

2.8主切削力的估算及电动机的选择

滚齿切削的最大扭矩

Mmax?0.91m1.75f0.65A0.81V?0.26Z0.27k1k2k3(kgf?m) （2-1） M平均?0.41m1.75f0.65A0.81V?0.26Z0.27k1k2k3?kgf?m? （2-2）

式中：A——切削深度系数是切削深度a和齿高的比值，A?Z——所要加工齿轮的齿数；

a； 2.25mk1——工件材料修正系数； k2——齿轮螺距角修正系数； k3——为硬度修正系数。

当切削铸铁时，模数m=8mm，进给量取f=3，A=0.5，切削速度V?60m/min，Z=100，查得k1?0.48，k2?1.11，k3?1.23，代入式(2-1)可得：

Mmax?0.91?81.75?0.250.65?150.81?60?0.26?300.27?0.48?1.11?1.23?kgf?m?

?119.73?kgf?m?

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?P?kW??由1公式得：MeN?m?9549?n?rmin （3-6）

将求得的滚刀的最大功率P?1.5010kW和最小转速n=68r/min代入公式，即求得滚刀对滚刀心轴的最大外力偶矩如下

?P?kW??M?9549eN?m

?n?rmin滚刀主轴的转矩计算:

?9549?1.5087N?m?210.78N?m 68所以转矩为T=210.78N·m=210780N·mm。

有滚刀箱的传动线路和原理知，滚刀心轴的动力是由滚刀主轴提供的，那么，滚刀心轴所受到的转矩就会作用于滚刀主轴上，即滚刀主轴所受到的转矩为T=210780N2mm. 又因为滚刀主轴的动力来源是由其上的齿轮提供的，因此可以结合齿轮的一系列参数求的齿轮对滚刀主轴的圆周力Ft、径向力Fr及轴向力Fa，进而求得支承件对滚刀主轴的作用力，为后期的设计和校核做准备。

3.3斜齿轮设计:

齿轮材料选择原则：

（1）齿轮材料必须满足工作条件的要求。

（2）应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺。

（3）正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于载荷平稳的工作条件，不能承受 大的冲击载荷，调制碳钢可用于制作在中等冲击下的工作齿轮。 （4）合金钢常用来制作高速重载齿轮。

（5）金属制的软齿面齿轮，配对的硬度差应该保持为30到50HBS甚至更多，当小齿轮的齿面具有较大的硬度差的时候较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面会起到显著的冷作硬化效应，大大提高大齿轮的疲劳极限。 表3-1材料选择与不同的热处理方式

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材料牌号 热处理方法 强度极限 700 650 屈服极限 硬度HBS 齿芯部 齿面 ZG340-640 45 30CrMnSi 35SiMn 40Cr 45 40Cr 调质 380 360 900 450 500 241～269 217～255 310～360 217～269 241～286 217～255 241～286 40～40HRC 48～55HRC 1100 750 700 调质后表面淬火 表3-2 各类机器所用的齿轮传动的精度等级范围

机器名称 汽轮机 金属切削机床 航空发动机 轻型汽车 载重汽车 精度等级 3～6 3～8 4～8 5～8 7～9 机器名称 拖拉机 通用减速器 锻压机床 起重机 农业机械 精度等级 6～8 6～8 6～9 7～10 8～11 注：主传动齿轮或重要的齿轮传动，精度等级偏上选择， 辅助传动齿轮或不重要的齿轮传动，精度等级偏下选择。 经过此表，圆弧齿轮的参数选择：

1）选用斜齿圆柱齿轮传动选用7级精度（GB10095-88）

2）选择小齿轮材料为45（调质+淬火），硬度为240HBS，大齿轮材料为45（调质）硬度为240HBS

3）选小齿轮齿数Z1=18，大齿轮齿数Z2=1833=54。

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4）初选螺旋角为14?。 2. 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算，即

2KtT1u?1ZEZH2?() （3-7） d1t?3???du[?H]确定公式内各计算数值 试选载荷系数 ，Kt?1.6。

选齿宽系数?d?1。查<<机械设计>>课本得

??1?0.74??2?0.86???

??1???2?1.6查《机械设计》课本图10-30， ZH?2.46 查机械设计课本得材料的弹性影响系数

由图10-21d按齿面硬度查得大小齿轮的接触疲劳强度极限 ?Hlim?1?计算应力循环次数

N1?60n1jLh?60?190?1?(8?300?10)?2.74?108 NN12.74?1082?4?4?6.85?107 Hl?i5m520M P (3-8)

(3-9)

(3-10) 30

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由机械设计课本图10-19取接触疲劳寿命系数 KHN1?1.05 KHN2?1.16 计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为1%，安全系数S=1

[?KHN1?lim1H]1?S?1.05?550?577.5MPa [?KHN2?lim2H]2?S?1.16?550?638MPa 计算[?H]=（[?H]2+[?H]1）/2=(577.5+638)/2=607.75MPa 试算小齿轮分度圆直径

dKtT1u?1Z1t?2.323??(E[?)2??duH]?32?1.6?2107801.6?1?54?(189.2?2.433607.8)2 ?67.11mm计算圆周速度

v??d1tn1??67.11?19060?1000?60?1000?0.67m/s 计算齿宽

b??d?d1t?1?67.11?67.11mm 计算齿宽与齿高之比

(3-11) (3-12) (3-13)

(3-14)

(3-15)

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模数

m?d1tcos?67.11??cos14??3.62mm (3-16) tz118齿高

h?2.25mt?2.25?3.62?8.14mm 齿宽齿高比

bh?67.118.14?8.24 计算纵向重合度

???0.318?dz1tan??1.427 计算载荷系数

根据V=0.64m/s，7级精度，由机械设计课本图10-8查得动载系数

Kv?1.02

KH??KF??1.4 由机械设计课本查得使用系数KA?1

查得7级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时，

KH??1.31

由

bh?8.24,KH??1.31

(3-17)

(3-18) (3-19)

(3-20)

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查机械设计课本图10-13得

KF??1.26 故载荷系数

K?KAKVKH?KH??1?1.02?1.4?1.31?1.87 (3-21)

按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得

d3K1?d1tK?67.11?31.871.6?70.69mm t计算模数m

m?d1cos?z?70.69?cos14??3.81mm 1183. 按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为

3m?2KT1Y3?cos?F?YS??[? dz2?Y1??F]确定公式内的各计算数值

由机械设计课本图10-20c查得齿轮的弯曲疲劳强度极限

?FE1??FE2?380MPa

由图10-18取弯曲疲劳寿命系数

KFN1?KFN2?0.95

(3-22) (3-23） (3-24) 33

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计算弯曲疲劳应力。 取弯曲疲劳安全系数S?1.4

??F?2???F?1?KFN1??FE1?0.95?380?257.86MPa (3-25)

S1.4计算载荷系数K?KAKVKF?KFβ?1?1.02?1.4?1.31?1.8 (3-26)

计算重合度系数εβ?1.427，由图10-28得 Yβ?0.88

计算当量齿数 ZZ1v1?cos3β?18cos314??19.7 ZZ2v2?cos3β?54cos314??59.11 查取齿形系数

由机械设计课本表10-5查得

YF?1?2.82 YF?2?2.22

查机械设计课本取应力校正系数。查得

YSa1?1.548 YS?2?1.768

计算大小齿轮的

Y?FaYSa?并加以比较

F?YF?1YS?1[??2.82?1.548?0.0169 F]1257.86YF?2YS?2[??2.22?1.768?0.0152 F]2257.86

(3-27) 3-28) (3-29)

(3-30)

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（ 青岛理工大学毕业设计（论文）

小齿轮的数值较大 设计计算

3m?2KT1Y?cos2??dZ12???YF?YS?[?F]2?1.8?210780?0.88?cos214???0.01691?182?1.6?2.78mm (3-31)

对比计算结果，由齿面接触疲劳计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于接触强度所决定的承载能力，而齿面弯曲疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由接触强度算得的模数，即取 m=4mm

d1?cos?70.69?cos14?z1???17.15 (3.-32)

m4 取z1?17 则z2?uz1?3?17?51 几何尺寸计算 计算中心距

a?(z1?z2)mn?140.16mm (3-33)

2cos?计算齿轮宽度

b??d?d1?1?70.69?70.69mm (3-34)

按圆整后中心距修正螺旋角

β?arccos(z1?z2)mn(17?51)?4?arccos?13.99? (3-35)

2a2?140.16 35

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计算大小齿轮分度圆直径

d1?z1mn17?4??70.07mm (3-36) ?cos?cos13.99 d2?z2mn51?4??210.23mm (3-37) cos?cos13.99? 齿顶圆直径：

da1=d1t+mn=70.07+4=74.07mm （3-38）

da2?d2t?mn?210.23?4?214.23mm (3-39）

齿根圆直径：

df1?d1?1.25mn?70.07-5?65.07mm， (3-40)

df2?d2?1.25mn?210.23?5?205.23mm。 (3-41)

计算齿轮宽度

取小齿轮齿宽为70mm，大齿轮齿宽为65mm 表3-3 小齿轮的参数

法向模数 齿数 齿顶高系数 螺旋方向 螺旋角 mn 4 17 1 左 z ?ha ? 13.99 36

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分度圆直径 齿轮宽度 d b 70.07 70 表3-4 大齿轮的参数

法向模数 齿数 齿顶高系数 螺旋方向 螺旋角 分度圆直径 齿轮宽度

mn 4 51 1 左 z ?ha ? d b 13.99 210.23 65 3.4伞齿轮的设计

假设齿轮之间的传动效率为97%，轴承的传动效率为98%，则伞齿轮所需传递的转矩为：T1= T?97%?210780?0.97?0.98?217299N.mm。

选取螺旋角??00，压力角??200

输入齿轮材料选40Cr,齿面硬度58—62HRC；

输出齿轮材料选45钢,齿面硬度40——50HRC；两者相 差10HBS,都调质后表面淬火。

根据齿轮齿根弯曲疲劳强度的设计： m?34KT1?R?1?0.5?R?Z122u?12?YFa?YSa??F? ( 3-42）

式中： m——齿轮模数； K——载荷系数；

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T1——转矩； YFa——齿形系数； YSa——应力修正系数； ?R——齿宽系数；

?F——齿轮的弯曲疲劳强度极限。

确定公式中的各参数，取载荷系数 K=1.42，Z1=17，已知滚刀的最低转数为47.5r/min。

则：

47.5?6017??142.52017r/min

n=

= T?97%?210780?0.97?217299N.mm

u?17?117

??arctgZv?17?45?17 17?24.04cos45

YFa?2.52,YSa?1.625当量齿数：

齿形系数及应力修正系数：取齿轮的弯曲疲劳强度极限：取齿轮的弯曲疲劳寿命系数，取

?Flim1?240MPa,?Flim2?220MPa

KFN1?0.88,KFN2?0.90

Y?2.0取定弯曲疲劳安全系数SF?1.4,应力修正系数ST，所以代入各个参数得：

[?F1]=KFN1?YST??Flim1SF?301.71MPa （3-43） ?282.9MPa，因为 [?F1]>[?F2]，所以用

[?F2]=KFN2.YST.?Flim2SF把各参数代入公式（3-2）可求得结果m?3.98,按照标准取m=4。则已知m=4，Z=17，与齿数为17的螺旋伞齿轮相啮合，下面我们来计算该螺旋伞齿轮的有关参数尺寸。

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取齿宽系数：

?R?13

分度圆直径： d1?mz1?4?17?68mm (3-44) d2?mz2?4?17?68mm (3-45)

(d12d)?(2)222==48.08mm (3-46)

锥 距： R=齿宽中点直径：

dm1?d1(1?0.5?R)=68?（1-0.5×0.33）=56.78mm (3-47)

dm2?56.78mm

1齿宽中点模数： m1,2?m(1?0.5?R)?4?(1?0.5?)?3.34mm (3-48）

3表3-5锥齿轮参数

名称 齿顶高 齿根高 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 锥矩 分度圆厚度 当量齿数 齿宽 顶锥角 根锥角 螺旋角 齿根角 代号 公式及数值 ha hf ha=ha*m=4 hf=（ha+c*）=5 d da?d1?2hacos??73.66 df?d-2hacos??62.34 d=mz=68 R=48.08 S=?m?2=6.28 24.04 B?R?3?16.03 ?1??f?50.700 ?1-?f?39.300 ??00 ?f?arctanhf/R?5.700 39

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3.5轴的设计计算

1.分度轴的结构设计原则

轴的结构主要取决于轴在机器中的安装位置及形式；轴的毛坯种类；轴上作用力的大小和分布情况；轴上零件的布置及固定方式；轴承类型及位置；轴的加工工艺及其它要求。不论具体情况如何，轴的结构一般满足以下几个方面的要求：（1）轴和轴上的零件要有准确的工作位置；

（2）轴上零件应便于装拆和调整； （3）轴应具有良好的制造工艺性；

（4）轴的受力合理，有利于提高强度和刚度； （5）节省材料，减轻重量；

（6）形状及尺寸有利于减小应力集中。 2.轴上零件的布置和装配

轴上零件布置得是否合理，直接关系到轴的外形、结构、尺寸及受力状况以及材料的选择。拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提。装配方案是指轴上零件的装配方向、顺序和相互关系。轴上零件可以从轴的左端、右端或从轴的两端依次装配。在此选择从左端开始装配。轴的左端固定是通过锁紧螺帽和圆螺母固定的。然后套在工件心轴底座上，工件心轴底座通过六角螺钉和内螺纹孔锥销与工作台圆盘固定在一起，蜗杆和蜗轮的旋转带动了工作台圆盘的转动，这样工件心轴底座和心轴一起旋转。工件套在工件心轴上，通过六角螺帽和两个垫圈进行固定。具体结构如上图所示。工件的安装和固定有一定的要求。工件本身的准确性及安装的正确性直接影响着铣出的齿轮的好坏，因此，要提高工件的固定精度。此外，应当使工件与工作台中心同心，在夹紧力的作用下不会产生变形，可用千分表紧固在刀架上来检查工件安装的情况。 3.心轴是只承受弯矩而不受扭矩，其失效形式主要有： a．因疲劳强度不足而产生疲劳断裂；

b．因静强度不足而产生塑性变形或脆性断裂 ； c．因刚度不足而产生过大弯曲及扭转变形； d．高速时发生共振破坏等。

3.5.1滚刀心轴的设计及计算

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1.初步确定轴的最小直径：

3由公式：d?A0P初步计算滚刀主轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调制处理。n取A0?112mm，于是得：

3dmin?A0P?112?n31.5010mm?20.69mm （3-49） 238

心轴的结构设计图3-2所示：

拟定轴上零件的装配方案如图3-3滚刀心轴装配图所示：

如图所示滚刀心轴上所需要定位的只有滚刀和心轴。所以对于滚刀的径向定位采用平键定位即可，键槽的宽度为 6mm，深度为4mm，长度为90mm。对于滚刀的轴向定位，左侧采用采用轴肩或套筒，右端才用轴套或轴肩即可。将滚刀安装在心轴上后，心轴的左端插入的滚刀主轴的空心轴中，右端则采用安装轴套后在安装在滚刀架上，使心轴与主轴转动。

心轴尺寸参数的拟定：

如下如表3-2可见，可用的滚刀及心轴直径有?22、?27、?32，其长度为40~105mm，所以初步拟定从心轴左端到右端的长度和直径如心轴设计图所示。

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表3-6滚刀参数

重庆浩翔工具制造有限公司M1.0～10 α20°A级　标准齿轮滚刀磨齿参数规格M11.251.51.7522.252.52.7533.253.53.7544.254.555.566.578910D50505555556065657075758080858590100105110115125140150成品尺寸L4040454550505555606570707580859095100100105115130135d2222222222222222272727272727272732323232324040ts公称尺寸一圈允差三圈允差公称尺寸允差3.143 ±0.01±0.0151.57 ±0.0201.25 2.50 0.20 3.928 ±0.01±0.0151.96 ±0.0201.56 3.12 0.25 4.714 ±0.01±0.0152.36 ±0.0201.88 3.75 0.30 5.501 ±0.01±0.0152.75 ±0.0202.19 4.37 0.35 6.288 ±0.01±0.0153.14 ±0.0202.50 5.00 0.40 7.075 ±0.01±0.0153.54 ±0.0202.81 5.62 0.45 7.861 ±0.01±0.0153.93 ±0.0253.13 6.25 0.50 8.649 ±0.01±0.0154.32 ±0.0253.44 6.87 0.55 9.436 ±0.01±0.0154.72 ±0.0253.75 7.50 0.60 10.223 ±0.01±0.0155.11 ±0.0254.06 8.12 0.65 11.012 ±0.01±0.0155.51 ±0.0254.38 8.75 0.70 11.798 ±0.01±0.0155.80 ±0.0254.69 9.37 0.75 12.588 ±0.01±0.0156.29 ±0.0255.00 10.00 0.75 13.375 ±0.015±0.0256.69 ±0.0305.31 10.62 0.75 14.164 ±0.015±0.0257.08 ±0.0305.63 11.25 0.80 15.742 ±0.015±0.0257.87 ±0.0306.25 12.50 0.80 17.315 ±0.015±0.0258.66 ±0.0306.88 13.75 0.80 18.804 ±0.015±0.0259.45 ±0.0307.50 15.00 0.80 20.471 ±0.015±0.02510.24 ±0.0408.13 16.25 0.80 22.050 ±0.015±0.02511.03 ±0.0408.75 17.60 1.00 25.209 ±0.015±0.02512.60 ±0.04010.00 20.00 1.00 28.360 ±0.025±0.04014.18 ±0.05011.25 22.50 1.00 31.521 ±0.025±0.04015.76 ±0.05012.50 25.00 1.00 h1h Rα20°00′20°00′20°00′20°01′20°01′20°01′20°01′20°01′20°01′20°01′20°02′20°02′20°02′20°02′20°02′20°02′20°02′20°03′20°03′20°03′20°03′20°03′20°04′在轴向剖面上齿形误差±0.020±0.020±0.020±0.020±0.020±0.020±0.025±0.025±0.025±0.025±0.025±0.025±0.025±0.030±0.030±0.030±0.030±0.030±0.040±0.040±0.040±0.050±0.050λ1°13′1°33′1°42′2°00′2°19′2°24′2°28′2°45′2°47′2°50′3°05′3°06′3°20′3°20′3°33′3°46′3°43′3°54′4°03′4°11′4°27′4°28′4°40′

3.5.2滚刀主轴的设计及计算

1.初步确定轴的最小直径：

3由公式d?A0P （3-50）初步计算滚刀主轴的最小直径。选取轴的材料为452n（1-?)钢，调制处理。根据机械设计课本表

15-3，取A0?120mm，

?为内径与外径之比，通常取0.5~0.6，取??0.5于是得：

3dmin?A0P?120?n（1-?2）31.5010mm?24.40mm。

238（1-0.52）

2.滚刀主轴轴的结构设计和尺寸设计如主轴设计图3-4所示.

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