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畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書
課題：滾齒機差動機構(gòu)、分度軸及走刀掛輪架設(shè)計
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué) 生 姓 名 卞 文 超
班 級 BD機制051
學(xué) 號 0520110128
指 導(dǎo) 教 師 邢 青 松
專 業(yè) 系 主 任 吳 祥
發(fā) 放 日 期 2009年1月12日
一、設(shè)計內(nèi)容
根據(jù)設(shè)計要求，進行課題的調(diào)研和資料的收集，熟悉滾齒機的工作原理，與同組
同學(xué)一起分析討論滾齒機的設(shè)計方案和機床的傳動與調(diào)整情況，并最終確定機床總體
結(jié)構(gòu)和傳動方案。主要設(shè)計內(nèi)容包括：
1、機床總體設(shè)計，繪制機床總圖；
2、機床傳動系統(tǒng)設(shè)計，繪制機床傳動系統(tǒng)圖；
3、滾齒機差動機構(gòu)設(shè)計；
4、分度軸及走刀掛輪架設(shè)計；
5、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計。
二、設(shè)計依據(jù)
所設(shè)計的機床為Y38系列普通型滾齒機，機床主要用于單件、小批和成批圓柱齒
輪與蝸輪的銑削加工。在正常情況下，其加工精度達7－8級精度，表面粗糙度Ra
達3.2μm。
1、最大切削模數(shù)6mm(鋼材)、8mm(鑄鐵)；
2、銑削圓柱齒輪最大外徑800mm；
3、銑刀最大直徑120mm；
4、銑刀最大垂直行程長度275mm；
5、滾刀轉(zhuǎn)數(shù)范圍47.5~192rpm。
三、設(shè)計要求
1、機床應(yīng)能滿足加工要求，保證加工精度；
2、機床應(yīng)能滿足強度、剛度、壽命、工藝性與經(jīng)濟性等方面的要求；
3、機床應(yīng)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整；
4、設(shè)計圖樣總量：折合成A0幅面在3張以上；工具要求：應(yīng)用計算機軟件繪圖。
5、到相關(guān)單位進行畢業(yè)實習(xí)，撰寫不少于3000字實習(xí)報告；
6、查閱文獻資料10篇以上，并有不少于3000漢字的外文資料翻譯；
7、撰寫開題報告，不少于3000字；
8、畢業(yè)設(shè)計說明書按照學(xué)校規(guī)定的格式規(guī)范統(tǒng)一編排、打印，字數(shù)不少于1萬字。
四、畢業(yè)設(shè)計物化成果的具體內(nèi)容及要求
1、設(shè)計成果要求
1）畢業(yè)設(shè)計說明書 1 份
2）機床總圖 1 張
3）機床傳動系統(tǒng)總圖 1 張
4）滾齒機差動機構(gòu)部件圖 1 張
5）分度軸及走刀掛輪架部件圖 1 張
6）零件圖 不少于7張
2、外文資料翻譯（英譯中）要求
1）外文翻譯材料中文字不少于3000字；
2）內(nèi)容必須與畢業(yè)設(shè)計課題相關(guān)；
3）所選外文資料應(yīng)是近10年的文章，并標明文章出處。
五、 畢業(yè)設(shè)計（論文）進度計劃
起訖日期
工作內(nèi)容
備 注
2月26日～2月28日
布置任務(wù)，收集資料，熟悉課題
3月1日～3月14日
調(diào)查研究，畢業(yè)實習(xí)
3月15日～3月31日
方案論證，總體設(shè)計
4月1日～4月14日
技術(shù)設(shè)計（部件設(shè)計）
4月14日～5月14日
工作設(shè)計（零件設(shè)計）
5月15日～5月31日
撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書
6月1日～6月2日
畢業(yè)設(shè)計預(yù)答辯
6月3日～6月9日
修改資料
6月10日～6月11日
評閱材料
6月12日～6月13日
畢業(yè)答辯
6月14日～6月15日
材料整理裝袋
六、 主要參考文獻：
[1] 趙汝嘉. 機械設(shè)計手冊(軟件版). 北京: 機械工業(yè)出版社. 2003.
[2] 成大先. 機械設(shè)計手冊[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2004.
[3] 機械設(shè)計手冊編委會. 機械設(shè)計手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2004.
[4] 徐灝. 機械設(shè)計手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2001.
[5] 楊叔子. 機械加工工藝師手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2002.
[6] 王健石. 機械加工常用刀具數(shù)據(jù)速查手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2005.
[7] 蔡學(xué)熙. 現(xiàn)代機械設(shè)計方法實用手冊[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2004.
[8] 手冊編委會. 機械加工工藝裝備設(shè)計手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1998.
[9] 手冊編委會. 現(xiàn)代機械傳動手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2002.
[10] 朱孝錄. 機械傳動裝置選用手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1999.
[11] 機床設(shè)計手冊編寫組. 機床設(shè)計手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1986.
[12] 胡家秀. 機械零件設(shè)計實用手冊[M].北京: 機械工業(yè)出版社, 1999.
[13] 葉偉昌. 機械工程及自動化簡明設(shè)計手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2001.
[14] 李益民. 機械制造工藝設(shè)計手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1995.
[15] 范云漲, 陳兆年. 金屬切削機床設(shè)計簡明手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1994?.
[16] 吳圣莊. 金屬切削機床概論[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1985?.
[17] 黃鶴汀. 金屬切削機床設(shè)計[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社,?1997.
[18] 上海紡織工學(xué)院. 機床設(shè)計圖冊[M]. 上海: 科學(xué)技術(shù)出版社, 1979.
[19] 成大先. 機械設(shè)計圖冊[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2000.
[20] 李洪. 實用機床設(shè)計手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1999.
七、其他
八、專業(yè)系審查意見
負責(zé)人：
年 月 日
九、機械工程學(xué)院意見
機械工程學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)：
年 月 日
5
滾齒機差動機構(gòu)?分度軸及走刀掛輪架設(shè)計
摘 要：隨著工業(yè)技術(shù)的進步，滾齒機的發(fā)展也上升到了一個新的水平。滾齒機主要是用于加工圓柱齒輪和蝸輪的，在加工機床中占有很重要的地位。而現(xiàn)時我國的滾齒機發(fā)展還相對落后，極大限制了整個工業(yè)生產(chǎn)力水平的提高，所以我們必須對其進行設(shè)計改造。
課題研究的主要內(nèi)容是滾齒機的差動機構(gòu)、分度軸及走刀掛輪架。滾斜齒時就要使用差動機構(gòu)，差動機構(gòu)位于齒輪箱的側(cè)面，側(cè)面最上方的方頭上是機床工作臺的光杠，方頭下面第一個軸就是差動掛輪的主動軸。而傳動箱內(nèi)裝有主傳動進給差動機構(gòu)構(gòu)件和走刀掛輪架及分度軸部件，設(shè)計出的分度軸能滿足加工要求，保證加工精度，且滿足強度、剛度、壽命、工藝性與經(jīng)濟性等方面的要求。
關(guān)鍵詞：滾齒機；分度軸；走刀掛輪架；差動機構(gòu)
Design of Differential Motion Mechanism and the Dividing Spindle and the Gear Swing Frame for Feeding of the Gear-hobbing Machine
Abstract: Along with the industry technology progress, the gear-hobbing machine development also rose to a new level. The gear-hobbing machine mainly is uses in processing the cylindrical gears and the worm gear, in processes the machine hold the very important status. But at present our country's gear-hobbing machine development relatively is also backward, the entire industry productive forces level has been enormously limited, therefore we must carry on.
The main issue is the differential motion mechanism, the gear swing frame for feeding and the dividing spindle.Helical rolling will have the use of the differential motion mechanism,it is located in the side of the gearbox,the top side of the square head is a machine tool table light bars,square head is below the first axis of the active differential gear shaft.And there are the differential transmission, the dividing spindle, and the gear dividing swing frame in the gear box., The dividing spindle must satisfy some demands, such as intensity, rigidity, life, movement stability, structure rationality, convenience in loading and unloading, machining precision.
Key words: Gear-hobbing machine; the dividing spindle; the gear swing frame for feeding;Differential motion mechanism
鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2009
目 錄
1 前 言...............................................................1
2 總體設(shè)計.............................................................3
2.1 滾齒機工作原理.....................................................3
2.2 擬定選擇傳動方案...................................................3
2.3 主切削力的估算及電動機的選擇.......................................7
3 差動機構(gòu)設(shè)計........................................................9
3.1 總傳動比的計算.....................................................9
3.2 傳動比的分配.......................................................9
3.3 設(shè)計計算..........................................................10
3.3.1 螺旋傘齒輪的設(shè)計................................................10
3.3.2 運動合成機構(gòu)設(shè)計................................................11
3.3.3 差動蝸輪設(shè)計....................................................12
3.3.4 圓柱直齒輪的設(shè)計................................................16
4 分度軸及走刀掛輪架的設(shè)計...........................................21
4.1 軸的設(shè)計..........................................................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..................................................21
4.4 分度軸強度的校核..................................................23
4.5 走刀掛輪架的設(shè)計..................................................24
5 結(jié)束語.............................................................26
參考文獻..............................................................27
致 謝...............................................................28
29
目 錄
1 前 言...............................................................1
2 總體設(shè)計.............................................................3
2.1 滾齒機工作原理.....................................................3
2.2 擬定選擇傳動方案...................................................3
2.3 主切削力的估算及電動機的選擇.......................................7
3 差動機構(gòu)設(shè)計........................................................9
3.1 總傳動比的計算.....................................................9
3.2 傳動比的分配.......................................................9
3.3 設(shè)計計算..........................................................10
3.3.1 螺旋傘齒輪的設(shè)計................................................10
3.3.2 運動合成機構(gòu)設(shè)計................................................11
3.3.3 差動蝸輪設(shè)計....................................................12
3.3.4 圓柱直齒輪的設(shè)計................................................16
4 分度軸及走刀掛輪架的設(shè)計...........................................21
4.1 軸的設(shè)計..........................................................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..................................................21
4.4 分度軸強度的校核..................................................23
4.5 走刀掛輪架的設(shè)計..................................................24
5 結(jié)束語.............................................................26
參考文獻..............................................................27
致 謝...............................................................28
附件清單..............................................................29
1 前 言
齒輪加工機床指用齒輪切削工具加工齒輪齒面或齒條齒面的機床及其配套輔機。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保證齒輪齒形的準確性，用單分齒來保證分齒的均勻。范成法是按照齒輪嚙合原理進行加工，假想刀具為齒輪的牙形，它在切削被加工齒輪時好似一對齒輪嚙合傳動，被加工齒輪就是在類似嚙合傳動的過程中被范成成形的，范成法具有加工精度高，粗糙度值低，生產(chǎn)率高等特點，因而得到廣泛應(yīng)用，范成法按其加工方法和加工對象分為：
a) 插齒機：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，當機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：可進行滾銑圓柱直齒輪、斜齒輪、蝸輪及花鍵軸等加工。
c) 剃齒機：按螺旋齒輪嚙合原理，用剃齒刀帶動工件(或工件帶動刀具)旋轉(zhuǎn)，剃削圓柱齒輪齒面的齒輪再加工機床。
d) 刨齒機：用于外嚙合直齒錐齒輪加工。
e) 銑齒機：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：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，滾齒機主軸的最高轉(zhuǎn)速可達r/min，工作臺最高轉(zhuǎn)速可m/min， 機床部件移動速度也高達m/min；大功率主軸系統(tǒng)使機床可運用直徑和長度均較大的砂輪進行切削，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)來完成滾齒加工。
目前，國內(nèi)主要滾齒機制造商重慶機床廠及南京二機床有限責(zé)任公司生產(chǎn)的系列數(shù)控高效滾齒機已采取全密封護罩加油霧分離器和磁力排屑器的方式部分地解決環(huán)保問題。世界上滾齒機產(chǎn)量最大的制造商——重慶機床廠從2001 年開始研究面向綠色制造的高速干切滾齒技術(shù)，2002 年初研制成功既能干切又能濕切的YKS3112 六軸四聯(lián)動數(shù)控高速滾齒機，2003 年初又開始研制面向綠色制造的YE3116CNC7 高速干式切削滾齒機，即將進入商品化階段。
而現(xiàn)今國際上生產(chǎn)滾齒機的強國為美國、德國和日本。這些公司目前生產(chǎn)的滾齒機都是全數(shù)控式的，中小規(guī)格滾齒機都在朝著高速方向發(fā)展，所有高效機床均采用了全密封護罩加油霧分離器及磁力排屑器的方式部分地解決環(huán)保問題。為更好地滿足滾齒加工中的綠色制造，德國Liebherr公司早在十幾年前就開始研究高速干式切削滾齒機。日本三菱重工則是最早將高速干式切削滾齒機商品化的制造商，它們的成功還得益于滾刀制造技術(shù)的提高。
我所設(shè)計的課題來源于生產(chǎn)實踐，是滾齒機差動機構(gòu)?分度軸及走刀掛輪架的設(shè)計。分度掛輪架處的手柄供銑正齒輪或者斜齒輪時操縱使用。通過市場調(diào)查，對國內(nèi)現(xiàn)有機型進行對比分析。選擇適合于我國目前的生產(chǎn)水平使用的機型作為參考，改進其不足，以達到各方面的要求。床身結(jié)構(gòu)的靜、動態(tài)特性與機床產(chǎn)品的整體性能有著密切的關(guān)系，提高床身的機械特性，對于提高機床產(chǎn)品質(zhì)量，保證機車的動態(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，而忽略了它對產(chǎn)品動態(tài)性能的影響。結(jié)構(gòu)件的動態(tài)特性與其尺寸、形狀、材料等有著密切關(guān)系。我所設(shè)計的滾齒機床身，其技術(shù)要求如下：
a．機床能滿足強度、剛度、壽命、工藝性與經(jīng)濟性等方面的要求；
b．機床要求運行平穩(wěn)、工件可靠、結(jié)構(gòu)合理、裝卸方便、便于維修與調(diào)整；
c．機床應(yīng)能滿足加工要求，保證加工精度。
本次設(shè)計的滾齒機床身的預(yù)期效果是：
a．能滿足機床的基本要求，如強度、剛度、壽命、工藝性與經(jīng)濟性等；
b．運行可靠，便于維修和裝卸；
c．保證加工質(zhì)量和精度要求。
由于我國的工業(yè)水平發(fā)展與發(fā)達國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行提高。因此必須對現(xiàn)有機床進行優(yōu)化改造。當前，齒輪加工行業(yè)對制造精度、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，通過學(xué)習(xí)、研究來進行機床的設(shè)計。
從畢業(yè)設(shè)計布置任務(wù)開始，就必須投入全部精力，因為整個設(shè)計過程中必須考慮各方面的問題。首先，對滾齒機的形狀和工作原理都很陌生，必須要到工廠參觀實習(xí)；其次，所學(xué)的理論知識只是一些最基本的機械常識，根本不能達到設(shè)計的要求。因此，還要查閱大量的資料、圖紙、說明書等信息來補充自己的不足之處。要順利完成這次設(shè)計，對我們提出了以下要求。
扎實的專業(yè)知識是設(shè)計的基本條件，并且要做到開拓創(chuàng)新、舉一反三。整個設(shè)計也就是不斷復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)的過程。其次要有豐富的實踐經(jīng)驗，因為只靠資料是不夠的，通過指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)，我們到鹽城市機床廠進行參觀實習(xí)，并且向企業(yè)的技術(shù)人員詢問相關(guān)的原理。只有這樣，設(shè)計的成果在合理性、經(jīng)濟性、工藝性、實用性等方面才能滿足要求。
2 總體設(shè)計
2.1滾齒機工作原理
滾齒加工是依照交錯軸螺旋齒輪嚙合原理進行的。用齒輪滾刀加工的過程，就相當于一對螺旋齒輪嚙合的過程。將其中的一個齒輪的齒數(shù)減少到幾個或一個，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。機床使?jié)L刀和工件保持一對螺旋齒輪副嚙合關(guān)系作相關(guān)旋轉(zhuǎn)運動時，就可在工件上滾切出具有漸開線齒廓的齒槽。滾齒時，切出的齒廓是滾刀切削刃運動軌跡的包絡(luò)線。所以，滾齒時齒廓的成形方法是展成法，即成形運動是滾刀旋轉(zhuǎn)運動和工件旋轉(zhuǎn)運動組成的復(fù)合運動，這個復(fù)合運動稱為展成運動。再加上滾刀沿工件軸線垂直進給運動就可切出一個齒長。
2.1.1加工直齒輪時機床的運動和傳動原理
加工直齒圓柱齒輪時，滾刀軸線與齒輪端面傾斜一個角度，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原理圖。為了完成滾切直齒圓柱齒輪，它需要三條傳動鏈：
a．主運動傳動鏈 電動機（M）—1—2——3—滾刀（），是一條將運動源（電動機）與滾刀相聯(lián)系的外聯(lián)系傳動鏈。
b．展成運動傳動鏈 滾刀（）—3—4—5--—6—工作臺（），是一條內(nèi)聯(lián)系傳動鏈，實現(xiàn)漸開線齒廓的復(fù)合成形運動。
c．軸向進給運動傳動鏈 工作臺（）—6—12—uf—11—M1—10—8—7—刀架（），是一條外聯(lián)系傳動鏈，實現(xiàn)齒廓方向直線齒形的運動。
2.1.2加工斜齒圓柱齒輪時的運動和傳動原理
斜齒圓柱齒輪在齒長方向為一條螺旋線，為了形成螺旋線齒線，在滾刀作軸向進給運動的同時，工件還應(yīng)作附加旋轉(zhuǎn)運動B2（簡稱附加運動），且這兩個運動之間必須保持確定的關(guān)系：滾刀移動一個螺旋線導(dǎo)程S時工件應(yīng)準確地附加轉(zhuǎn)過1轉(zhuǎn)，因此，加工斜齒輪時的進給運動是一個螺旋運動，是一個復(fù)合運動。實現(xiàn)滾齒切斜齒輪所需成形運動的傳動原理圖如圖2-2所示。其中，主運動，展成運動以及軸向運動傳動鏈與加工直齒輪時相同，只是在刀架與工作臺之間增加了一條附加運動鏈：刀架 -8-9-10-11-12-uy-13-14--5-ux-6-7-工作臺。
在保證刀架沿工作臺軸線方向移動一個螺旋導(dǎo)程s時，工件附加轉(zhuǎn)過±1轉(zhuǎn)，形成螺旋線齒線。
2.2擬定選擇傳動方案
本次所設(shè)計的Y38型滾齒機，它主要用于加工直齒和斜齒圓柱齒輪，也可用于手動徑向進給及加工蝸輪。因此，傳動系統(tǒng)中有主運動、展成運動、軸向進給運動和附加運動4條傳動鏈。為了明確各部件之間的傳動關(guān)系，繪制了機床的傳動系統(tǒng)圖，如圖2-3所示。
圖2-1 滾切直齒圓柱齒輪的傳動原理圖
圖2-2 滾切斜齒圓柱齒輪的傳動原理圖
圖2-3 y38型機床的傳動系統(tǒng)圖
其傳動路線如下：
a．主運動：由電動機經(jīng)過三角皮帶輪傳到軸Ⅰ--軸Ⅱ—軸Ⅳ（或者由軸Ⅲ—軸Ⅳ）中間經(jīng)過變速掛輪，由軸Ⅳ—軸Ⅴ—軸Ⅵ—軸Ⅶ—軸Ⅷ到滾刀。
b．展成運動：滾刀主軸傳至分齒蝸輪和工作臺的動力來源則由軸Ⅴ—軸Ⅸ經(jīng)過差動機構(gòu)再經(jīng)軸Ⅹ—軸Ⅺ—分齒掛輪—軸Ⅻ—軸ⅩⅢ而到工作臺。
c．進給運動：是由軸ⅩⅢ—軸ⅪⅤ經(jīng)進給掛輪—軸ⅩⅤ—軸ⅪⅩ—軸ⅩⅩ—軸ⅩⅪ—到軸ⅩⅫ的絲桿使刀架滑板上下運動。
d．差動運動：是由軸ⅩⅤ—軸ⅩⅥ—軸ⅩⅦ經(jīng)過差動掛輪架—軸ⅩⅧ而傳動差動蝸輪副。
e．工作臺的水平進給：在工作臺下面的床身中間安有一根水平絲桿ⅩⅪⅤ通過手柄用方頭扳手來移動工作臺，可作水平進給。
f．快速移動刀架的運動線：機床的快速移動刀架，是由主傳動電動機來拖動的，將位在操作一方床身上手柄搬到快速位置，則傳動路線由馬達經(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，電氣系統(tǒng)的說明書說過只將按向上或者向下的按鈕就可以完成快速的工作。
各運動傳動路線的安排如下：
a．主運動：電動機 滾刀
主電動機 （帶輪）
滾刀
b．展成運動：滾刀 工作臺
滾刀 合成機構(gòu)
分度掛輪 工作臺
c．進給運動：工作臺 刀架
進刀掛輪
刀架
d．附加運動：刀架 工作臺
刀架
差動機構(gòu) 合成
分度掛輪 工作臺
轉(zhuǎn)速圖的擬定對整臺滾齒機設(shè)計的質(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 滾齒機轉(zhuǎn)速圖
2.3 主切削力的估算及電動機的選擇
滾齒切削的最大扭矩（用鑄鐵齒輪計算）
（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
機床電動機的功率
取效率，，選電動機功率
為滿足轉(zhuǎn)速和滾齒機結(jié)構(gòu)的要求選擇電動機的轉(zhuǎn)速為，查機械設(shè)計手冊V2.0（軟件版）選擇的電動機的型號為：Y100L2-4。
3 差動機構(gòu)設(shè)計
由圖2-3可以知道，差動機構(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）相嚙合并通過十字軸連接。此外還有差動蝸輪（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）一起通過若干個標準件構(gòu)成了差動機構(gòu)。其結(jié)構(gòu)裝配圖見附件2。
3.1 總傳動比的計算
展成運動傳動鏈的運動平衡式如下：
（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,又因為被加工的齒輪是圓柱直齒輪，所以差動機構(gòu)里的合成機構(gòu)其傳動比為1，即，又因為被加工齒輪的齒數(shù)為45，小于160，為了保證由分齒運動與差動裝置的輔助回轉(zhuǎn)運動的總和達到工作要求，即k頭滾刀回轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，齒坯轉(zhuǎn)動周，所以取，把上述已知參數(shù)代入公式可得：
3.2 傳動比的分配
如圖2-3所示，展成運動鏈采用了三級變速。
第一級變速為直齒圓柱齒輪對嚙合，取，（見主傳動鏈
設(shè)計）。
第二、三級傳動為同齒數(shù)錐齒輪等速傳動，取
第四級傳動為變速錐齒輪傳動，取，查[18]表7.3-14，取齒輪對，則。
校核：
第五級為同齒數(shù)的直齒圓柱齒輪等速傳動，取。
第六級為蝸桿蝸輪傳動，根據(jù)上述已知條件，可以得出：，查[18]表7.2得， 所以取
其運動平衡式如下：
3.3 設(shè)計計算
3.3.1 螺旋傘齒輪的設(shè)計
根據(jù)齒輪齒根彎曲疲勞強度的設(shè)計：
（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,按照標準取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，下面我們來計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
齒寬中點直徑： =108（1-0.5）=90
齒寬中點模數(shù)：
齒頂圓直徑：
3.3.2 運動合成機構(gòu)設(shè)計
設(shè)計的y38-1型滾齒機的合成機構(gòu)是具有兩個自由度的圓錐齒輪行星機構(gòu)。利用運動合成機構(gòu)，在滾切斜齒圓柱齒輪時，將展運動傳動鏈中工作臺的旋轉(zhuǎn)運動和附加運動傳動鏈中工作臺的附加旋轉(zhuǎn)運動合成為一個運動后傳送到工作臺；而在滾切直齒圓柱齒輪時，則斷開附加運動傳動鏈，同時把運動合成機構(gòu)調(diào)整為一個如同“聯(lián)軸器”的機構(gòu)。y38-1型滾齒機所用的合成機構(gòu)是由模數(shù)m=4，齒數(shù)Z=21，螺旋角的兩個相同直傘齒輪和同模數(shù)同齒數(shù)兩個直傘齒輪組成。則我們來計算該合成機構(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
齒寬中點分度圓直徑：
齒頂高：
齒全高：
齒 厚：=6.284
3.3.3差動蝸輪設(shè)計
蝸桿蝸輪傳動是用來傳遞空間交錯軸之間運動和動力的，由蝸桿、蝸輪、機架組成。主要優(yōu)點有以下幾點：
a．傳動比大，機構(gòu)緊湊；
b．蝸桿傳動相當于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、振動小、噪聲低；
c．當蝸桿的導(dǎo)程角小于當量摩擦角時，可實現(xiàn)反向自鎖，即有自鎖性。
經(jīng)過差動掛輪，傳遞軸ⅩⅦ和軸ⅩⅧ之間的動力，從而實現(xiàn)附加運動鏈的聯(lián)系，實現(xiàn)加工斜齒圓柱齒輪的目的。下面我們來對其相關(guān)尺寸和參數(shù)進行計算：
由差動傳動鏈的傳動比分配計算可得，分配到差動蝸輪副的傳動比i=15，查[20]表7.2，選擇取Z=2，Z=Zi=30，那么下面我們來設(shè)計蝸輪、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度設(shè)計
（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．計算
=1820.9
初選m、d
查表7.1取m=4、d=120
g．導(dǎo)程角
h．滑動速度
=(m/s)
=15.7(m/s)
i．嚙合效率
由=15.7m/s查表7.5得
=
j．傳動效率
取軸承效率攪油效率
k．檢驗的值
=147658.28
=
=
=1903.3
B．確定傳動主要尺寸
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
齒輪傳動是現(xiàn)代機械中應(yīng)用最廣泛的一種傳動形式。齒輪傳動的主要優(yōu)點有以下幾種：
a．瞬時傳動比恒定，工作平穩(wěn)，傳動準確可靠，可傳遞空間任意兩軸之間的運動和動力；
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)萬千瓦，圓周速度從很低到300m/s；
c．傳動效率高，=0.920.98，在常用的機械傳動中，齒輪傳動的效率高；
工作可靠，使用壽命長；
d．外廓尺寸小，機構(gòu)緊湊。
軸ⅹ與軸Ⅺ之間為一對圓柱齒輪傳動，且為等速傳動，即i=1，已知n=166.3r/min。
初選。
考慮到該對齒輪的工作環(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，載荷平穩(wěn)，初選7級精度，齒輪齒數(shù)為，按軟齒面齒輪非對稱安裝，查[20]表6.5，取齒寬系數(shù)。
按齒輪的齒面接觸疲勞強度設(shè)計：
（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——傳動比
——齒輪的接觸疲勞強度極限
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)計計算
a．試算齒輪分度圓直徑
=93.23
b．計算圓周速度
=(m/s)
c．計算載荷系數(shù)K，取使用系數(shù)，根據(jù)=0.811m/s，7級精度可查得動載系數(shù)，得。則
K=
d．校正分度圓直徑
C．計算齒輪傳動幾何尺寸
a．計算模數(shù)m
按標準取模數(shù)m=3
下面來計算齒輪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
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
h=2.25m=2.25
校核齒根彎曲疲勞強度
（3-5）
式中： ——齒輪的彎曲疲勞強度極限；
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，
計算齒輪的代入公式計算
B．校核計算：
所以彎曲疲勞強度足夠。
4 分度軸及走刀掛輪架的設(shè)計
4.1 軸的設(shè)計
軸的設(shè)計包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力計算兩方面的內(nèi)容。合理的結(jié)構(gòu)和足夠的強度是軸在設(shè)計過程中必須滿足的基本要求。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(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。軸的工作能力計算包括軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計算。
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。碳鋼比合金鋼價廉，對應(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度兩個方面），應(yīng)用最多。滾齒機上的分度軸要有好的耐磨性和抗疲勞強度，所以，選用碳鋼，分度軸的材料采用45優(yōu)質(zhì)碳素鋼。先進行調(diào)質(zhì)HB220～250，再部分采用高頻淬火。使抗拉強度極限，屈服極限，彎曲疲勞強度，剪切疲勞強度，許用彎曲應(yīng)力。
4.3 分度軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
軸的結(jié)構(gòu)主要取決于軸在機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)一般滿足以下幾個方面的要求：（1）軸和軸上的零件要有準確的工作位置；（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行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提。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，工件心軸底座通過六角螺釘和內(nèi)螺紋孔錐銷與工作臺圓盤固定在一起，蝸桿和蝸輪的旋轉(zhuǎn)帶動了工作臺圓盤的轉(zhuǎn)動，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，通過六角螺帽和兩個墊圈進行固定。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)當使工件與工作臺中心同心，在夾緊力的作用下不會產(chǎn)生變形，可用千分表緊固在刀架上來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。
由此推得實心圓柱的最小直徑
式中 C——計算常數(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準尺寸、結(jié)構(gòu)特點和定位、固定、裝拆、受力情況對軸結(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確而可靠的工作位置，防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件和軸本身都必須做到定位準確，固定可靠。
在軸的最左端用圓螺母固定，因為它固定可靠，可承受較大軸向力，能實現(xiàn)軸上零件的間隙調(diào)整。為減小對軸的強度的削弱及提高鎖緊效果，采用細牙螺紋；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)計出其結(jié)構(gòu)，示意圖如下：
圖4-1 分度軸示意圖
其詳細結(jié)構(gòu)見附件5里的分度軸。
4.4 分度軸強度的校核
對分度軸進行受力分析，由于分度軸除了受到本身重力的作用，在x,y,z
三個方向上沒受到其他力的作用，因而不承載彎矩，只受扭矩的作用。可將其力學(xué)模型簡化如下：
圖4-2 分度軸簡化的力學(xué)模型圖
此力學(xué)模型為圓軸扭轉(zhuǎn)，橫截面上每個點都處于純剪切狀態(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）。
對應(yīng)其結(jié)構(gòu)可知，危險截面可能在兩個位置，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。
分度軸在工作時傳遞的最大轉(zhuǎn)矩:
=
軸在工作時傳遞的最大轉(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1截面為空心截面的時候也滿足強度要求。分度軸滿足強度的要求。
4.5 走刀掛輪架的設(shè)計
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
本次畢業(yè)設(shè)計的是Y38系列普通型滾齒機，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)計內(nèi)容為機床的總體設(shè)計、機床傳動系統(tǒng)設(shè)計、差動機構(gòu)的設(shè)計以及分度軸及走刀掛輪架設(shè)計。在總體設(shè)計及床身零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，根據(jù)機床的工藝要求，剛度及精度要求，對機床的總體布局、床身結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，提高了機床的性能和技術(shù)經(jīng)濟指標，在強度、剛度、壽命等方面能滿足要求。傳動系統(tǒng)的設(shè)計參考了很多設(shè)計手冊及設(shè)計指導(dǎo)書，從機床的性能結(jié)構(gòu)、工作需要出發(fā)，對照傳動方案和總體布局，確定了較優(yōu)的傳動系統(tǒng)。
為期三個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，回顧整個過程，我覺得收獲很大。畢業(yè)設(shè)計是檢查學(xué)生綜合設(shè)計能力的一個重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生獨立設(shè)計能力的一次考驗。通過理論與實踐相結(jié)合，找出了我在設(shè)計中的不足之處和能力欠缺之處，加深了我對所學(xué)理論知識的理解和掌握，強化了畢業(yè)設(shè)計中的感性認識，提高了獨立創(chuàng)新設(shè)計的能力。通過深入實踐，我體會到理論聯(lián)系實際的必要性，認識到在學(xué)校學(xué)過的許多知識與解決實際生產(chǎn)問題還有很大的差距，而縮短差距的方法只有到實踐中去。只有到實踐中去才能真正的鍛煉自己。向生產(chǎn)實踐學(xué)習(xí)，了解與課題有關(guān)的生產(chǎn)線、設(shè)備、工藝等實際知識，使我對機械設(shè)計方面的知識有了更深一層的了解。
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