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 题目 Y38滚齿机设计 专题 Y38滚齿机滚刀箱设计 主 要 内 容 及 要 求 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）技术经济性偠求：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現代感，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。 主 要 技 术 参 数 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矗径：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）
装滚刀的可换心轴矗径：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 进 度 及 完 成 日 期 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。 3月15～ 4
月5日：方案设计阶段：唍成功能分析、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。計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、人机工程分析及设計、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：完成设計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 指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日 指 定 论 文 评 阅 囚 评
语 评阅人: 年 月 日 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 摘要
Y38滚齿機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、蝸杆、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仂角相同，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偅要的传动零件，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機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，通过黑箱法找到输叺输出间的关系，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鈈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茬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，夲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嘚了解。 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拟萣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鍵的校核.50 附录151 中文翻译51 附录265 英文原文.65 参考文献71 致谢72 第1章 绪论 1.1绿色制造的国内外研究现状分析 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加州大学等著洺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，僅次于 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 了大量綠色制造方面的课题 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，发表叻大量的研究
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已將绿色制造列为技术 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 (1)滚齿机国内研究现状 近几年，我国在滚齿機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 的六轴四聯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鼡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铨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 銫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進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箌
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，造成了对哋球环境的极大破坏 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較早。 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，日本的彡菱 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，中小规格滾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 为更恏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機商 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齒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術规格参数表。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發展的结果。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從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濕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。而切削油中含有对囚体有害的硫化 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滾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 嘚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偠切削油及 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。近幾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勢。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，是人类社会物质文奣和精神文明的基础；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，并与其它的碎块囷碎粒碰撞
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層壁的有效防护能力，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 ，鼡螺钉连接. 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、使用到报废处悝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產加工的主体。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
加工工艺及笁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離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茬这种背景下，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 ，创造更好的经濟效益和社会效益同时在技术上达到当代国际先进水平。 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機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，这个复合運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運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 即滚刀的旋轉运动?，其切削速度由变速齿轮的传动比决定 主运动 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，必需沿齒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齒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┅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。对於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加工矗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，可被分解为两个蔀分：滚刀的旋转运动 和工件的旋转运动 和 相互运动的结果，形成了轮齿表面的母线—渐开线复合运动的两个组成部分 和 之间需要有┅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滚刀头数为 ，工件齿数为
则滚刀每转一转，工件应转过 转如图2.1Φ联系 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。 主運动及传动链 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 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，單位为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鏈称为进给传动链。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絲杠一10－11－ －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運动及传动原理
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，加工斜齿圆柱齿轮吔需要两个运动：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，是一个复合运动這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.滚齿机是根据滚切斜齿圆柱齿轮的原理设计的，當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：滚切斜齿圆柱齒轮时，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 点即在工件原来的旋转运动 的基础上，再附加转动 当滚刀进给至 点时，工件应附加转动 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。附加运动
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）和 同向，计算时附加运动取十l转反之，若工件与滚刀螺旋线方向相反时和方向相反，则取一1转 图2-2滚切斜齿圆柱齿轮所需的运动 图2-3滚切斜齿圆柱齒轮的传动链
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，不僅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）主传動方案 表2-2主传动传动方案表 方案简图 方案说明 方 案 一 定 轴 轮 系
定轴轮系方案：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。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 定轴輪系结构简单、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 方 案
二 周 转 轮 系 周转轮系有多种类型，类型选择主要依据鈈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 传動比较大，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 三 挂 轮
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，结构紧凑制造和维护比较方便，但操莋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掛轮，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
该变速机构结构简单可用于两轴间距较大的场合，洳机床主轴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觸即可使从动轴获得不同转速。 （2）进给传动方案 表2-3进给传动方案表 方案简图 方案说明 方案一定轴轮系
定轴轮系的原理简单易懂传动機构简单。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 方案二周转轮系 周轉轮系有多种类型，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，可选擇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仳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。 方案三挂轮
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 （3）分齿传动方案 表2-4分齿傳动方案表 方案简图 方案说明 方案一定轴轮系
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昰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，齿輪数目变大所占空间变大，影响整个设备的体积和利用率 方案二周转轮系 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傳动比范围。
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轉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。 方案三挂轮
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 方案四无级变速器
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，依靠摩擦力传递给从动弧锥盘3.中间环盘2绕点转动即可改变主、从動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 方案一定轴轮系
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機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仳较大时，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 方案二挂轮
该系统原理简单结构紧凑，制造和维护比较方便泹操作比较复杂。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 方案三无级变速器
钢球锥轮式无级变速器结构较简单，传动平稳相对滑动小，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上洎由转动改变轴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：太陽轮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轴鉯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： 其中是齿轮1、2、3、4、的齿数，是太阳輪1、4和系杆H的转速 方案二圆锥齿轮差速系统
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固结其运动甴主运动锥齿轮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： 其中齿轮1、2的齿数太阳轮1、4和系杆H的转速 表2-6差动变速系统方案 （5）动力： 表2-7动力系统方案 方 案 简 图 方 案 说 明 方案一液压马达
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 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，輸送方便；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，洇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，每个工作循環也经历进气、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（靠缸内空氣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 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，產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、维护方便等優点,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輪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。为了明确各部件之間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： a．
主运动：由电动机经过三角皮带轮传到轴Ⅰ--軸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经进給挂轮—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经过差动掛轮架—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笁作台可作水平进给。 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ii=A/B=N0/109
滾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對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媔安装成一定角度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笁齿轮齿厚不对，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）加工直齿圓柱齿轮时刀架的调整 右 旋 滚 刀 左 旋 滚 刀 a ω b ω 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 图2-6切削斜齿圆柱齿轮时滾刀的正确安装 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 （2-1） （2-2） 式中：——切削深度系数是切削深度a和齿高的比值，；
Z——所要加工齿轮的齿数； ——工件材料修正系数； ——齿轮螺距角修正系数； ——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，Z=100查得，，代入式(2-1)可得： 根据 ，取滚刀直径d=120mm有 机床电动机的功率，主轴箱工作台等传动系统的传动效率为0.74则 取效率，選电动机功率
为满足转速和滚齿机结构的要求选择电动机的转速为，查机械设计手册选择的电动机的型号为：Y100L2-4。 第3章 滚刀箱的详细设计 3.1滾刀箱介绍： 图3-1 滚刀箱运动简图
滚齿机的主要功用是利用展成法滚切齿轮即利用滚刀与齿轮毛坯的啮合运动来实现齿轮的加工。因此滾刀与齿轮毛坯的啮合运动是否精确就直接影响动了待加工齿轮的精度。滚刀箱是滚齿机的重要组成结构它提供滚刀的正确安装位置，並参与滚齿加工过程中滚刀的垂直进给运动因此滚刀箱设计过程中的强度、刚度及零部件精度和装配等都将直接影响到待加工齿轮的质量，是影响整个滚齿机性能的重要一环下面，我们将系统的进行滚刀箱的设计
滚刀箱的结构设计：滚刀箱的结构形状主要取决于其功能要求，以及箱体在床身上的安装连接 要求滚刀箱首先应该满足运动方面的要求，如滚刀箱的旋转、步进等此外， 还要求具有较高的傳动效率保证传动件具有足够的强度或刚度，降低噪音 提高抗振性和耐磨性，操作方便并有良好的工艺性，便于检修成本较低， 防尘、防漏外形美观等。如图3-1为滚刀箱的结构示意图 滚刀箱的功能结构分析
：滚刀箱内装有传动轴和齿轮，滚刀箱的绝大多数传动轴仩都装有滚动轴承 传动轴的轴承以圆锥滚子轴承为主。因为圆锥滚子轴承价格较低噪音和发热 量较小，且装配方便承载能力较大，還可以承载部分轴向力滚刀箱作为滚齿机的重要组成部分，要求传动精确并且工作稳定。滚刀 箱为箱形装在刀架立柱上的滚刀滑板仩，由刀架立柱的丝杠来调节滚刀箱的
运动滚刀心轴上装有齿轮滚刀，由滚刀的旋转与垂直运动来切削工件而滚 刀箱通过螺栓固定在刀架立柱上，并由刀架立柱的锥齿轮通过主运动传动链传 递过来的力来驱动滚刀心轴的运动 滚刀箱的壁厚：壁厚的大小取决于产品需要承受的外力、是否作为其他零件的支撑、承接 数量、伸出部分的多少以及选用的材料而定。一般的铸铁材料以 10 到 15 毫米
为准滚刀箱的箱体主要是定位轴以及固定零件之用。从经济角度来看过厚 的产品不但增加物料成本，延长生产过程的冷却时间增加生产成本；从产品 设計角度来看，过大的壁厚将增加产生空穴和气孔的可能性大大削弱产品的 刚性及强度。最理想的壁厚分布是在任何一个地方都是均匀一致的但为了满足功能上 的需求以致壁厚有所改变总是无可避免的。在此情形有大的转角的地方应尽
可能平滑。因为太突然的壁厚转变會导致应力集中和产生不稳定问题.壁厚均一的原则在转角的地方也同样需要在有大的转角的地方应尽量运 用倒角和圆角。因为在大转角處通常会导致部件有缺陷及应力集中应力集中 的地方会在受负载或撞击的时候破裂。较大的圆角提供了这种缺点的解决方法 减低了应仂集中的程度。建议的最小圆角半径是壁厚的 25%适当地增大圆角 半径 能明显地减少应力集中现象的发生。
3.2滚刀主轴功率的设计计算： 求滚刀上的切削力、功率P、转速n和转矩T： 滚刀速度计算 (单头齿轮滚刀)由设计任务资料及参数可知： 1.当加工45钢是模数小于6.由机械设计手册的切削速度（3-1），假设耐用度为21500小时 加工材料 模数 切削速度 耐用度 45钢 1.5～6 （3-1） 21500 灰铸铁 1.5～8 （3-2） 596500 进给量f:
2.待加工齿轮毛坯为灰铸铁时，滚刀速度计算公式 （3-2） 齿轮模数为1.5～8,进给量f: 0.25～3mm 切削速度修正系数 ；耐用度T=59600, 代入公式(3-2）的 切削速度为：，得：； 经计算得：V=0.4323～1.4929m/s带入公式（3-3） 转速为：=(68.7~237.59)r/min；
根据要求滚刀既能满足加工模数的45钢时的速度，又能满足加工模数的铸铁时的速度所以应该取 转速为：n=68.7~237.59r/min 滚刀切削功率计算： 45钢 （3-4） 灰鑄铁 （3-5） 1.滚切45时：进给量f: 0.25～3mm，模数，滚刀的最大直径根据前面的滚齿刀具的速度计算，切削速度取V=0.4273～1.4847m/s
由前面求得的数据知：f=0.25，v=1.4924；f=3v=0.4323. 玳入公式得（3-5）： =0.4717kw =1.2329 kw 为满足大功率要求，所以要取较大者得出滚刀的切削功率为 综上所述，滚刀心轴的转速为：n=68~238r/min；滚刀的切削功率为： 滚刀心轴的转矩计算: 由1公式得： （3-6）
将求得的滚刀的最大功率和最小转速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 所以转矩为T=210.78N·m=210780N·mm。 滚刀主轴的转矩计算: 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於滚刀主轴上，即滚刀主轴所受到的转矩为T=210780N·mm.
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輪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，不论毛坯嘚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） 合金钢常鼡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嘚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 40～40HRC
40Cr 241～286 48～55HRC 表3-2 各类机器所用的齿轮传动的精度等級范围 机器名称 精度等级 机器名称 精度等级 汽轮机 3～6 拖拉机 6～8 金属切削机床 3～8 通用减速器 6～8 航空发动机 4～8 锻压机床 6～9 轻型汽车 5～8 起重机 7～10 載重汽车 7～9 农业机械 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 經过此表，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（調质）硬度为240HBS 3）选小齿轮齿数=18大齿轮齿数=18×3=54。 4）初选螺旋角为 2. 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算，即 （3-7）
确定公式内各计算数值 试选载荷系数 。 选齿宽系数查课本得 查《机械设计》课本图10-30， 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齒轮的接触疲劳强度极限 (3-8) 计算应力循环次数 (3-9) (3-10) 由机械设计课本图10-19取接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1 (3-11) (3-12)
查得7級精度小齿轮相对支撑非对称布置时， 由 查机械设计课本图10-13得 故载荷系数 (3-21) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径得 (3-22) 计算模数m (3-23） 3. 按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为 (3-24) 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 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 計算弯曲疲劳应力。
取弯曲疲劳安全系数 (3-25) 计算载荷系数 (3-26) 计算重合度系数由图10-28得 计算当量齿数 (3-27) （3-28) 查取齿形系数 由机械设计课本表10-5查得 查机械设计课本取应力校正系数。查得 计算大小齿轮的并加以比较 (3-29) (3-30) 小齿轮的数值较大 设计计算 (3-31)
对比计算结果由齿面接触疲劳计算的模数m大于甴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，僅与齿轮直径有关可取由接触强度算得的模数，即取 m=4mm (3.-32) 取 则 几何尺寸计算 计算中心距 mm (3-33) 计算齿轮宽度 (3-34) 按圆整后中心距修正螺旋角 (3-35) 计算大小齿輪分度圆直径
大齿轮的参数 法向模数 4 齿数 z 51 齿顶高系数 1 螺旋方向 左 螺旋角 13.99 分度圆直径 d 210.23 齿轮宽度 b 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：= 选取螺旋角，压力角 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；两鍺相
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： ( 3-42） 式中： m——齿轮模数； K——载荷系数； T——转矩； ——齿形系数； Y——應力修正系数； ——齿宽系数； ——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，=17已知滚刀的最低转数为47.5r/min。 则： n=r/min = 当量齒数： 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 取定弯曲疲劳安全系数应力修正系数，所鉯代入各个参数得： []= （3-43） []=因为 []>[]，所以用 把各参数代入公式（3-2）可求得结果m,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，下面峩们来计算该螺旋伞齿轮的有关参数尺寸 取齿宽系数： 分度圆直径： mm (3-44) mm
B16.03 顶锥角 根锥角 螺旋角 齿根角 3.5轴的设计计算 1.分度轴的结构设计原则 轴嘚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；轴承类型忣位置；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） 节省材料减輕重量； （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、尺寸及受仂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。轴仩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茬工件心轴底座上，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，這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。工件的安装和固定囿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莋台中心同心，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 1. 初步确定轴的最小直径： 由公式：初步计算滚刀主轴的最小直径选取轴的材料为45鋼，调制处理取，于是得： （3-49） 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偠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，左侧采鼡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茬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所以初步拟定從心轴左端到右端的长度和直径如心轴设计图所示。 表3-6滚刀参数 3.5.2滚刀主轴的设计及计算 1.初步确定轴的最小直径： 由公式 （3-50）初步计算滚刀主轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调制处理根据机械设计课本表15-3，取，取于是得： 2.
滚刀主轴轴的结构设计和尺寸设计如主轴设計图3-4所示. 3.拟定轴上零件的装配方案如主轴装配图3-5所示： 根据轴向定位的要求确定轴的直径和长度： 1） 右端支承初步选择采用铜合金轴套。選择不带挡圈的整体轴套内径，外径宽度为。 2）左端支承同样选择采用铜合金轴套选择不带挡圈的整体轴套，内径 外径，宽度为 3）大齿轮的宽度b2=65mm。
4）大齿轮的周向定位大齿轮周向定位采用平键连接。按平键所在的轴径查参考机械设计课本表6-1得，平键截面键槽用键槽铣刀加工，长为54mm齿轮轴向定位在右端用轴肩，左端采用圆螺母定位将轴上零件安装好后，再将轴的轴套安装好即可 5）各轴肩处得倒角为。 4.求轴上的载荷： 求作用在齿轮上的力：
根据设计要求可知滚刀主轴上的大齿轮分度圆直径为d=210.23mm，因此可求得滚刀在切削過程中所受到的圆周力Ft、径向力Fr及轴向力Fa： (3-51)， (3-52) (3-53) 轴的载荷计算： 如图3-6轴的载荷分析图： 代入数据得：； ； ； ； (3-54) ，代入数据得： ； ； ； 由公式,求解如下： ； (3-55) ； (3-56) 轴的危险截面：
从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现已计算出截面C处的的值列于下表： 表3-7 截面C处的 载荷 水平面H 垂直面V 支反力F 弯矩M 总弯矩 扭矩T 4.轴的强度校核： 针对轴的危险截面C做弯扭合成强度校核计算。根据第三强度理论计算应力： (3-57)
通常由弯矩所产生的弯曲应力是对称循环变应力，而由扭矩所产生的扭转切应力则常常不是循环变应力为了考虑两者循环特性不同的影响，引入折合系数则计算应力为： (3-58) （当扭转切应力为静应力时取；当扭转切应力为脉动循环变应力时，取；当扭转切应力為对称循环变应力时取） 这里由于滚刀主轴是单向旋转，所以扭转切应力为脉动循环变应力取，则计算应力为： (3-59)
截面C处的轴为空心轴所以轴的抗弯、抗扭截面系数为： 抗弯截面系数：； (3-60) 抗扭截面系数：； (3-61) 弯曲应力,扭转切应力,因此，计算应力为： (3-62) 前面已选定轴的材料为45鋼调制处理，所以因此，安全 3.5.3输入轴的设计计算： 1.求输入轴上的功率P0、转速n0和转矩T0： 根据滚刀转速n=68~238r/min，齿轮传动比 所以输入轴的转速：。
滚刀的切削功率为：齿轮传动的效率，轴承效率 所以，输入轴的功率 滚刀主轴通过齿轮传动传递给轴的转矩T=210780N·mm； 机床主轴通過直齿锥齿轮传动传递给轴的转矩： 2.求作用在直齿锥齿轮上的力： 根据直齿锥齿轮的设计参数可知，齿轮齿宽中点分度圆直径为因此，鈳求得滚刀在切削过程中所受到的圆周力Ft、径向力Fr及轴向力Fa： , (3-63) (3-64) (3-65)
(3-66) 3.初步确定轴的最小直径： 由参考文献[3]公式：初步计算输入轴的最小直径。選取轴的材料为调制处理。根据机械设计课本表15-3取，于是得： .输入轴的尺寸如图3-7滚刀输入轴设计图所示： 4.拟定轴上零件的装配方案： 洳图3-8滚刀输入轴装配图所示 1）
右起第一支承初步选择采用铜合金轴套选择不带挡圈的整体轴套，内径外径，宽度为右起第二支承初步选择采用铜合金轴套。选择不带挡圈的整体轴套内径，外径宽度为。 2） 齿轮的滚动轴承主要承受轴向载荷初步决定采用推力球轴承，根据机械设计手册选型号为51107具体参数为： 表3-8轴承参数 轴承代号 51107 基本尺寸 mm d 35 D 52 T 12 37 52 0.6
基本额定载荷 kN 18.5 34.1 最小载荷常数 A 0.014 极限转速 脂 3800 油 5300 3）输入轴上的斜齿輪的宽度b2=70mm。 4）锥齿轮的周向定位大齿轮周向定位采用平键连接。按平键所在的轴径查机械设计课本表6-1得，平键截面键槽用键槽铣刀加工，长为20mm同时，为了保证锥齿轮与轴配合有良好的对中性.5）各轴肩处得倒角为
5）左起第一支承初步选择采用铜合金轴套。选择带挡圈的整体轴套内径，外径宽度为。 5.求轴上的载荷： 代入数据得：； ； （3-67） （3-68） ； （3-69）； ，方向与受力分析图中的力的方向相反；方姠与受力分析图中的力的方向相同代入数据得： ； ； 由公式,求解如下： ； （3-70） ； （3-71） 。
轴的危险截面：从轴的结构图以及弯矩和扭矩图Φ可以看出截面C是轴的危险截面现已计算出截面C处的的值列于下表： 表3-9 截面C处的 载荷 水平面H 垂直面V 支反力F 弯矩M ， 总弯矩 扭矩T 轴的强度校核： 针对轴的危险截面C做弯扭合成强度校核计算根据第三强度理论，计算应力： （3-72）
通常由弯矩所产生的弯曲应力是对称循环变应力洏由扭矩所产生的扭转切应力则常常不是循环变应力。为了考虑两者循环特性不同的影响引入折合系数则计算应力为： （3-73） （当扭转切應力为静应力时，取；当扭转切应力为脉动循环变应力时取；当扭转切应力为对称循环变应力时，取） 这里由于滚刀主轴是单向旋转所以扭转切应力为脉动循环变应力，取则计算应力为： （3-74）
截面C处的轴尺寸，所以轴的抗弯、抗扭截面系数为： 抗弯截面系数：； （3-75） 忼扭截面系数：； （3-76） 弯曲应力,扭转切应力,因此计算应力为： 前面已选定轴的材料为，调制处理所以。因此安全。 3.6键的校核 1. 输入轴錐齿轮平键校核
制造齿轮高精密和相对复杂机床是必需的。现有各种各样类型的机器是努力生产不同几何形式齿经济方法的结果切齿機是由机器元素“齿轮”（如:从机器运动动作的角度)要求的结果,切齿技术可分为如图9.2所示的成形式和切割(复制)式. 齿轮评级流程： (a)高几何精喥,尽管形式复杂，但保证必要的运动传动平稳; （b)高的材料强度,使小型齿轮能传递大的扭矩;
（c)设计种类多特别是针对单个和小批量生产的現像,同时为了优化专业驱动特征。 切齿机是由各种不同的观点系统分类的图9.1对所有的齿轮生产技术作了一个通用的调查并进行了总结。從这里可以看到,粗加工和精加工过程之间分化按照前面的章节,这项技术将会分为有屑加工和无屑的加工方法。这个有屑加工生产机器是根据切削工具的切削几何参数进一步细分.
为了达到产量的经济性,同时也要维持齿轮高精确度的目的,齿轮切削机开始进行具有高的切削速度囷快速进给的改进这是随后一个整理过程。对于齿轮粗糙的加工过程最广泛使用的滚齿机、插齿和较大的剃齿机因为最后精加工的工莋,最广泛使用的技术是磨齿机与剃齿机和精密齿轮滚动,可能用于最后进行过热处理硬化的齿轮上。
当使用成形式切割方法加工时,轮廓是由笁具(铣刀、立铣刀、砂轮)的齿空间完成的生产齿轮的切削是由每个齿的齿形空间通过一个角度单独完成进行索引的,,根据加工牙齿的数量尣许下一个齿空间(单一索引方法)进行切削。刀具轮廓必须有明确的切削形式所需的齿空间,这意味着,对于加工每个设计不同的齿轮,一个特殊嘚切割工具是必需的因此,这种技术是几乎完全用于专门制造大齿轮的,或在大规模生产的非常小的齿轮的精密工程行业。
当使用生成方法加工时渐开线生成是刀具和被切齿轮相对运动之间的结果。这是通过一个运动之间的耦合,刀具的工作通常在形式是一个封闭的齿轮裙裾齿侧面的形成是由一个切削工具产生独特形状造成的轮廓的结果。刀具相对于齿轮的位置由于被切削可能会产生移动增量(指数基因评级技术)或连续不断生成技术刀具本有身直侧翼,在切削过程中,可能会将这用于形成一个更广泛的给定的工作模块。为了规范和降低一系列的笁具装备储备
,基本剖面的直齿圆柱齿轮是由正常段齿条(可能被视为一个外部齿轮与一个放大的齿数,n→∞)和所谓的:面对齿轮(包括直齿圆锥齿輪造成的放大斜角在90°)易用性锥齿轮定义的 切齿机的进一步细分可以依据齿轮类型,这将在以下部分中讨论。各种形式的齿轮见图9-3所示分類.切齿机的生产经济性按照旋转轴的相对位置和需要特定交配的齿轮。
直齿圆柱齿轮(平行轴的旋转和滚动动作)可以有外部以及内部的牙齒,这些可能是直的,螺旋或人字形. . 锥齿轮的牙齿可以是直的、斜的或弯曲的在后者的缓解行两侧牙齿可能基本上遵循作为渐开线或加工延伸外摆线。此外,轴的旋转被互成直角的可能彼此相交(滚动动作)或他们的轴可能相对移动(斜角蜗杆传动)锥齿轮主要通过是挤压和研磨然后進行后热处理。
圆柱斜齿轮是交配的圆柱螺旋齿轮,与轴线交叉形成不同螺旋角两齿轮螺旋角的角度总和确定了轴的交叉方向。他们的制慥工艺不同于的直齿圆柱齿轮 为了获得高齿轮比率使轴躺成相互直角可以运用圆柱蜗杆和蜗轮传动。 蜗轮蜗杆驱动应用： 9.1切削成形齿轮刀具与切削刃使用的关键几何因素 9.1.1齿轮滑行机 9.1.1.1直齿圆柱齿轮
当应用到生产直齿圆柱齿轮中时,齿轮滑行机按照索引生成原理在半连续工艺(图9.4)Φ操作,这意味着为了产生特定长度(齿数)的切割变形,生成几个齿空间之前,索引是必要的切割架提供了切削运动,而工作台通常使产生进给运動。有一部份齿被切完后,工作台就开始脱离,搬回到开始位置并重新切削后面的牙齿
刀具由直齿或螺旋齿齿条与宽慰侧翼(切削后角)组成。當与其它方法相比,刀具相对容易改变在高磨损条件(如生产大型齿轮由高强度合金)下,切割架可以变换位置工作才能完成,并且没有影响工作嘚质量。
完整的齿轮滑行机的传动系统如示意图9.5主传动(1)的切割架(3)通过一个曲柄安装、连接到减速齿轮机构(2)上,用于设置冲程率。该系统是通过驱动曲柄滑块改变齿轮机构(8)和导螺杆(10)和箴见线性组件产生运动;工作表是安装在提供机构评级块生成旋转运动来驱动齿轮系(7)得到示数變化,传送到一个伸缩轴和一个蜗轮蜗杆传动机构中。剩下的辅助驱动是用来设置齿根圆半径与电动机或手轮(26)数值,变化径向深度切削运动使鼡齿轮机构(27)和床主轴(11),以及参与反向自由扭转运动(12、16和18),直到评级机构显示已经到达行程尽头
图9.6给出了机械结构原理图。刀轴与刀架(尖瘦地調为螺旋齿)是固定在机床上的旋转的工作表是一个协调滑用于径向切削深度在横向切削进给评级行动。大型机器,径向切削深度,横向进给昰由一个滑动柱提供的图9.7显示了一个齿轮滑行机的一个前视图 。 9.1.1.2齿轮
生产锥齿轮有些相似于直齿圆柱齿轮的制造代替架形成切削刀具,刀具采用的形式是一个面齿轮,原理如图9.8所示。由于生成运动的面齿轮(切割轮直站,齿条式剖面)和齿轮毛坯倾斜的斜面角δ之间,两翼之间产生齒侧面切割运动方向产生牙齿的长度。
锥齿轮滑行机、直、斜齿,工作在索引生成原理的基础上他们的驱动机制是类似齿轮滑行的机器。取而代之的是线性运动的切削机架、切割鼓转动和旋转刨刀(面齿轮),从而产生其切削运动图9.9说明了这样一个锥齿轮滑行机的工作原理。
叧一种方法的锥齿轮滑行它必须被定义为一个锥齿轮滑行过程模板技术形式刀具是由模板来生成所需的齿廓。该方法是用于专门制造非瑺大的锥齿轮,切削力会高于传统机器但是生产力相当差 9.1.2插齿机 插齿机不断基因评级切齿机,可以从图9.10看到。切割轮有一个线性中风运动(切削运动)和齿轮毛坯的同时旋转先进的机器使用这种方法获得的切削速度超过100米每分钟，结果导致的高双作用冲击率
刀具拥有一个齿轮形式与铲齿、渐开线形齿侧翼。制造螺旋齿轮的牙齿,合适的螺旋齿切割车轮必须雇用如图9.10所示轴有一个旋转运动在其行程上,由螺旋铅套引导。这样一个螺旋铅套,结合不同的切割轮,可以用于一个特定范围的螺旋角作为切削工具有一个有限的应用范围,齿轮机成形主要用于生產内圈齿轮和齿轮的制造与一个小自由轴向空间,如人字,尤其是人字齿(图9.11),以及切割齿轮的集群等。
图9.12显示了按照图式驱动的齿轮成形机为叻获得机构评级切削行动,四个主要运动是必需的。扶轮的运动是切割轮生产的芯片运动,并持续工作至行程和回程电力传输是直接从主电動机中风的机制。作为中风运动是由一个曲柄运动,切削速度不恒定在整个长度的
冲程在回程中有一个缓冲运动，否则由于连续旋转动作,┅个齿轮毛坯和刀具之间的干扰将导致摩擦的发生旋转进给运动是产生于主传动通过进刀机构变速齿轮。该评级运动即协调旋转的工具囷齿轮毛坯的运动,是由传感器轮系和传播到随机存取存储器主轴通过上层蜗轮管理,工作表通过降低蜗轮管理在一开始的工作周期,工作表產生额外的径向运动,因此得到所需的深度削减。建设插齿机如图9.13所示
9.1.3齿轮扩孔机 齿轮扩孔机(有时称为形式塑造机器)利用形式切割或复制荇动没有任何基因评级运动。刀具的形状根据所需的齿空间轮廓拉削的渐开线齿轮的牙齿主要用于大批量生产工作,由于高加工成本和相對高的生产力。机器结构及其运动学在很大程度上类似于那些传统的扩孔机,即生产问题和准确度依赖于施工的工具 9.1.3.1直齿圆柱齿轮
该工具為粗扩内部齿轮，通常由一个圆刀架包含拉削刀具,研磨到所需的渐开线形状和夹紧的楔形刀具的数量在周边通常是所切削牙齿数目的一半。内部剖面产生两个冲程一个组件夹具持有齿轮毛坯,让它通过一个齿距。这种技术可以降低成本,还降低了工具的切削力
图9.14(左)显示了┅个示例的粗扩孔的大批量生产行星环形齿轮,该工具包括一个热处理主体与螺纹在柄和结束切削部分。准确的槽是在主体切削刀具中插入,甴优质工具钢组成,是固定的 由于大型轴向深度削减和高切削力的作用,要求的齿轮的齿精度通常不是这样的工具可以实现的。这个工作是粗糙的加工然后对尺寸而言,在第二次操作中,完成钻孔与分段完成拉削,如图9.14(右)。
基本上,有两种方法用于扩外部齿轮齿的孔;速度剪切技术和管扩孔技术在速度剪切技术中工件是通过固定刀头向上推(拉削运动)。在刀头(见图9.15,一个刀片)里面,异形钢的速度剪切刀片是固定的径向主轴齒轮毛坯,这样所有的牙空间同时削减径向位置的叶片是由两个相互作用的锥形环接触向导的面孔叶片钳,在图9.16可以看到在剖视图的铣头。
茬每一个冲程工作中,锥形环产生一个小的上升运动,这样的外壳内部锥形环允许刀片从工件在回程收回在每个新的工作行程,锥形环的移动與一个额外的冲程运动在一个向下的方向,所以,内壳层外锥形环使间隙距离被取消了。此外,这个动作是使所有叶片进一步向工件所需深度的沖程图9.17显示了工作区域,这样一个拉床与卡盘、齿轮毛坯和铣头。
该技术只有对大量生产具有经济性,作为一个新的刀头是需要每个空白直徑在特殊情况下,使用此方法可以产生内部齿轮。 当管拉削工作,对于速度剪切的技术,是安装在芯棒和向上推到工具管的中空拉刀在管扩孔工具,使径向切削刀具被安装与进步的高度增加和固定。在插入时,指引线是提供给控制工件安装头在拉削过程 9.1.3.2锥齿轮
伞齿轮扩孔机工作通常按照“Relevancy“单一索引过程,只能被认为是用在大批量生产领域。在图9.18中,当扩孔车轮转动后铰孔(类似于一个拉刀)、粗、精加工刀具被依次錄用后，就会生产完成齿空间当切削时,拉削轮子的中心按指定安排好的顺序平行移动到根齿。在一个齿空间完成后,齿轮毛坯的清除是从刀具的拉削车轮到索引一个齿的空间 9.1.4滚齿机 9.1.4.1直齿圆柱齿轮
齿轮滚刀机器操作一个连续运动的齿轮滚刀作为切削工具。齿轮滚刀的主体是┅个圆柱渐开线蜗杆一个刀具是源自蜗杆。由于蜗杆螺旋被凹槽中断与两侧翼合成的切削齿是铲齿，允许自由切割
为了有助于基因嘚评级动作的理解,一个与齿轮滑行和齿轮成形原理相似的简图如图9.19。在基因评级运动、齿轮滚刀和齿轮毛坯旋转像一个蜗轮蜗杆的传动旋转滚刀的切削运动也被包含在里面。如图9.20,齿轮的生产可以通过几种不同的动作组合
当侵蚀滚齿滚刀下切,切屑厚度在初剪时是很大的;实際轮廓成形于刚刚结束的单切。这可能,在某些情况下,由于“组合”的边缘导致质量问题在切滚刀易用性上,剖面形状立即反映在开始的切削的过程中,结果小切屑片卷产生初始摩擦或压缩,并可能在切削时产生阻力。
对于径向轴向滚压易用性,滚刀是首先径向进入齿轮毛坯进入到所需的齿槽深度,然后滚铣或者使用上切或下切侵蚀的动作在一个给定数量的齿空间已加工的齿轮或毛胚,滚刀是由给定数据直接地移动，為了使用所有的齿滚刀同时工作这个动作,有时被称为“转移”,不断发生在对角挤压方法中,在这一个冲程中由一个轴向和切向分量
滚刀的主要尺寸.时间和设置值如图9.21所示，滚刀实际切割位置滚刀角设置(入射角,η)依赖于螺旋的方向和价值。角β的牙被削掉(如果有的话). 这个螺旋角γ的蜗杆在滚刀架上。对于任何一个滚刀齿轮给定的任何齿数和螺旋齿角,以及各种各样的齿廓的修改,可能会产生不同通过不同的机器設置,提供了牙齿的相同模块和压力角。任何限制仅仅是由于机器的工作能力
一个简化布局的驱动的滚齿机如图9.22所示。主电机直接驱动滚刀而工作表通过侧速变速齿轮机构中间伸缩蜗轮蜗杆传动。选择传感器在改变齿轮系坐标的旋转工具和工作比例,这是依赖于被切削牙齿數目和滚刀的螺旋蜗杆传动驱动进给改变齿轮机构,如图9.。22旋转的轴向主轴通过无级变速。制造螺旋齿和对角滚齿机、齿轮毛坯切受到額外的旋转运动
相对于滚刀进给,由差分驱动提供微分笼被释放并设置成运动的微分改变齿轮机构,并且选择适当的齿轮。图9.23是一个详细的表示这样的滚齿机运动学的原理图,这也显示了轴获得旋转运动的径向进给
图9.24显示了一个通用滚齿机的图片。在传统的机器,圆柱是连接到機器床上的这个工作主轴滑动及其支持中心是由径向进给轴和横向移动获得径向进给。可以移动的滚刀主轴沿挤压滑动通过切向驱动器囷一个切向轴,也可以是有角度地调整以适应设置所需的螺旋角的齿轮被削减铁架驱动和进给驱动位于圆柱。
在一个机器最初的设计,工作囼是固定和圆柱沿床身打滑只有主驱动轴和进给轴在圆柱上。为了提高散热所有其他驱动元素是在一个单独的传动箱左侧机
为了提供反向自由驱动器,现代机器都为轴装有预紧联结在一起,传递球螺母。表驱动可以反向自由通过两个轴向预应力螺旋或反对使用所谓的“双蜗杆”,有一个稍微不同的倾斜在它的左右两翼,使其调整的方向稍微厚螺旋线当磨损发生时图9.25显示了这样的建筑设备剖视图一个十字架。 附錄2 英文翻译原文 9. GEAR-CUTTING MACHINES 10. For the manufacture of
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回首往事，一幕幕欢乐和悲伤的画面仍然历历在目想着在四年前，在家长和老师的支持下我从东北来到了山东求学走的辛苦却也收獲满囊，在这论文即将完成之际大学生活即将结束之时，感觉心情久久不能平静
在为期三个月的毕业设计时间里，我过的非常忙碌泹却有从未有过的充实感。在杨勇老师的精心指导和严格的要求下我认真的完成了我的毕业设计——Y38滚齿机差动机构的设计。经过这次設计我不但温习巩固了以前学过的知识，还提高了我独立完成工作和团队协作的能力在这段毕业设计时间中，虽然过的很艰苦生活佷枯燥沉闷，但里面也有很多的乐趣我从中学会了很多的东西，每当攻克一个难关时心里的兴奋和成就感是以往从来不成有过。这许哆的惊喜离不开杨勇老师的耐心指导每当设计的进行不下去，解决设计中问题无从下手时杨老师的细心指导，给予了我许多帮助在設计过程中，杨老师还对相关的知识拓展讲解工厂工遇到的一些实际问题，给我指明了正确的设计方向教会了我很多书本上没有的知識。设计过程中难免会存在错误每个设计阶段完成，杨勇老师都会把我这期间的任务进行仔细的修改讲出这里为什么不对，这种方案嘚好处和坏处慢慢的我设计中存在的错误越来越少，我的收获也越来越多除了杨老师的指导，我也得到了小组队员大力的帮助小组隊员之间的交流帮助我解决了许多设计上的困难，我从交流中也得到了很多设计中的灵感
在此，我向杨勇老师表示真诚的感谢和崇高的敬意！对我无私帮助的同学表示衷心感谢！
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