畢業(yè)設計——數控滾齒機刀架設計

1、<p><b>　　數控滾齒機刀架設計</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　滾齒機是齒輪滾刀加工齒輪的專用機床，在齒輪加工中應用最廣泛。在滾齒機上可切削直齒、斜齒圓柱齒輪。這種機床使用特制的滾刀時也能加工蝸輪、花鍵和鏈輪等各種特殊齒形的工件。</p><p>　　本滾齒機由床身、

2、立柱、刀架及滑板、工作臺組成。滾齒機工作時，滾刀裝在滾刀主軸上，由伺服電機驅動作旋轉運動，刀架可沿立柱導軌垂直移動，還可繞水平軸線調整一個角度。工件裝在工作臺上，由分度蝸輪副帶動旋轉，與滾刀的運動一起構成展成運動。立柱可沿床身導軌移動,以適應不同工件直徑和作徑向進給。</p><p>　　刀架與滑板通過T型槽和螺栓聯接，滑板后聯接立柱，通過雙V軌道實現沿立柱導軌的上下直線運動。刀架體裝有三根軸，動力從伺服電機傳出

3、，經過減速器，通過斜齒輪軸傳遞到主軸，這兩根軸實現動力傳動；蝸桿蝸輪軸通過一對內嚙合的直齒輪實現分度功能，切削斜齒輪。其中在主軸上安裝滾刀，滾刀通過錐度主軸孔和拉桿定位，通過輔助軸承的滑動實現對刀。</p><p>　　刀架滑板的設計：計算出主軸的轉矩，然后進行主要零部件如軸、蝸輪蝸桿、斜齒輪、直齒輪的設計計算及軸承、鍵選擇校核。</p><p>　　關 鍵 詞：滾齒機，刀架滑板，軸，齒輪

4、</p><p>　　GEAR HOBBING MACHINE TOOL REST AND SLIDER DESIGNING</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Gear hobbing machine is special purpose machine tools for cutting gear wi

5、th gear hob and it is widely used. It can be used for machining spur cylindrical gears, helical cylindrical gears. With special hobbing cutter , it could machine worm gears multiple spline and sprocket wheels whose tooth

6、 profile are special. </p><p>　　This gear hobbing machine is composed of bed, column, tool rest, slider, and machine table. When machining, the hobbing cutter is installed in the spindle and rotating with th

7、e drive of motor. The tool rest makes vertical motion along the column guide rail. Whats more, it can form a angle between tool rest and horizontal axis. The workpiece is set up on the machine table and is moved by worm

8、gear pair with which generate the motion of gear hobbing. For hobbing helical gears, the differential str</p><p>　　The tool rest is linked to the slider with T groove and bolts. It is column behind the slide

9、r. Along the double v guide rail, it can achieve up and down straight motion. There are three shafts in the body of tool rest. Two of them are used to transmit power and the others are to obtain the function index so as

10、to cut helical gears. The gear hobbing cutter is mounted in the spindle and it is located with taper hole of the shaft and pull rod, while presenting with the auxiliary sliding bearing.</p><p>　　Designing of

11、 tool rest and slider: figure out torque of the spindle, then design the main parts like shafts, worm gear, gears and check.</p><p>　　KEY WORDS: gear hobbing machine, tool rest, slider, shaft, gear</p>

12、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　第1章 滾齒機概述2</p><p>　　§1.1 滾齒機工作原理2</p><p>　　§1.2 國內外同類滾齒機的發(fā)展概況綜述4</p>

13、<p>　　§1.3 機床的使用范圍和主要規(guī)格5</p><p>　　第2章 刀架滑板結構介紹7</p><p>　　第3章 伺服電機與減速器的選擇9</p><p>　　§3.1 電機的選擇9</p><p>　　§3.2 減速器的選擇9</p><p>　　第4

14、章 刀架滑板結構設計10</p><p>　　§4.1 各軸轉矩的計算10</p><p>　　§4.2 傳動軸上斜齒輪的設計計算10</p><p>　　§4.2.1. 齒輪傳動的失效形式及設計準則10</p><p>　　§4.2.2. 齒輪的材料及其選擇原則11</p>&

15、lt;p>　　§4.2.3. 輪齒傳動的計算載荷12</p><p>　　§4.2.4. 標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算12</p><p>　　§4.2.5. 本機構中齒輪傳動設計與校核13</p><p>　　§4.3 軸的設計計算17</p><p>　　§4.3.1軸的設

16、計概述17</p><p>　　§4.3.2 主軸的設計及校核20</p><p>　　§4.4第二根軸的強度校核21</p><p>　　§4.5 鍵的校核24</p><p><b>　　結論25</b></p><p><b>　　參考文獻

17、26</b></p><p><b>　　致 謝28</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　齒輪被廣泛地應用于機械設備的傳動系統(tǒng)中，滾齒是應用最廣的切齒方法[1]，傳統(tǒng)的機械滾齒機床機械結構非常復雜，一臺主電機不僅要驅動展成分度傳動鏈，還要驅動差動和進給傳動鏈，各傳動鏈中的每一

18、個傳動元件本身的加工誤差都會影響被加工齒輪的加工精度，同時為加工不同齒輪，還需要更換各種掛輪調整起來復雜費時[2]，大大降低了勞動生產率。 </p><p>　　以德國西門子、日本發(fā)那科公司數控系統(tǒng)為主流的數控滾齒機的出現，大大提高了齒輪加工能力和加工效率。我國目前真正能夠生產數控滾齒機的只有２－３個廠家，且使用的多是德國西門子數控系統(tǒng)，加工中模數齒輪，沒有自主產權的核心技術，缺少國際競爭力。</p>

19、<p>　　隨著微處理機的發(fā)展，數控機床已向機電一體化方向發(fā)展。歷經幾代進化，計算機數控系統(tǒng)不僅比原來的數控系統(tǒng)使用范圍廣，功能全、精度高，而且還有相當大的通用性，改善了對機床操作的控制，并開始向人工智能化發(fā)展</p><p>　　現代數控系統(tǒng)的發(fā)展新趨勢：(1) 采用交流數字伺服系統(tǒng)；（2）實現多軸控制；（3）CNC的智能化；（4）有很強的通訊功能；（5）可靠性大大提高?，F代數控系統(tǒng)的發(fā)展為滾齒機

20、的數控化提供了強有力的支持。</p><p>　　本文重點介紹數控滾齒機的刀架滑板設計。 </p><p><b>　　第1章 滾齒機概述</b></p><p>　　§1.1 滾齒機工作原理</p><p><b>　　圖1.1滾齒機</b></p><p

21、>　　立式滾齒機工作時，滾刀裝在滾刀主軸上，由主電動機驅動作旋轉運動，刀架可沿立柱導軋垂直移動，還可繞水平軸線調整一個角度。工件裝在工作臺上，由分度蝸輪副帶動旋轉，與滾刀的運動一起構成展成運動。滾切斜齒時,差動機構使工件作相應的附加轉動。工作臺(或立柱)可沿床身導軌移動,以適應不同工件直徑和作徑向進給。</p><p>　　滾齒機的齒形加工原理為展成法。展成法是將齒輪嚙合副中的一個齒輪轉化為刀具，另一個齒輪

22、轉化為工件，齒輪刀具做切削主運動的同時，以內聯系傳動鏈強制刀具和工件做嚴格的嚙合運動，于是刀具切削刃就在工件上加工出所要求的齒形表面來。這種方法的加工精度和生產效率都很高。</p><p>　　滾齒機的立柱固定在床身上，刀架滑板可沿立柱上的導軌做軸向進給運動。安裝滾刀的刀桿固定在刀架體的刀具主軸上，刀架體能繞自身軸線傾斜一個角度，這個角度成為滾刀安裝角，其大小與滾刀螺旋升角大小及旋向有關。安裝工件用的心軸固定在工

23、作臺上，工作臺與后立柱裝在床鞍上，可沿床身導軌做徑向進給運動或調整徑向進給位置支架用于支撐工件心軸上端，以提高心軸的剛度。</p><p>　　該機床的傳動鏈有四條：主運動傳動鏈、展成運動傳動鏈、軸向進給傳動鏈、差動運動傳動鏈。</p><p>　　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）與滾刀相聯系的外聯系傳動鏈。</p><p&g

24、t;　　展成運動傳動鏈：滾刀（）—3—4—5--—6—工作臺（），是一條內聯系傳動鏈，實現漸開線齒廓的復合成形運動。</p><p>　　軸向進給運動傳動鏈：工作臺（）—6—12—uf—11—M1—10—8—7—刀架（），是一條外聯系傳動鏈，實現齒廓方向直線齒形的運動。</p><p>　　差動運動傳動鏈：刀架-8-9-10-11-12-uy-13-14--5-ux-6-7-工作臺。加

25、工斜齒輪時的進給運動是一個螺旋運動，是一個復合運動。</p><p>　　圖1-2 滾切直齒圓柱齒輪的傳動原理圖</p><p>　　圖1-3 滾切斜齒圓柱齒輪的傳動原理圖</p><p>　　普通滾齒機工作時，滾刀裝在主軸上，由主電動機驅動做旋轉運動，而數控滾齒機，對于刀架滑板結構來說，主要是動力源變了，不在由原來的主電動機驅動，而是由刀架內的伺服電機經過減速器直

26、接驅動。</p><p>　　§1.2 國內外同類滾齒機的發(fā)展概況綜述</p><p>　　古代齒輪用手工修銼成形。1540年，意大利托里亞諾制造鐘表時，制成一臺使用旋轉銼刀切齒裝置；1783年，法國勒內制成了使用銑刀齒輪加工機床，并有切削齒條內齒輪附件；1820年前后，英國懷特制造出第一臺既能加工圓柱齒輪又能加工圓錐齒輪機床。具有這一性能機床到19世紀后半葉又有發(fā)展。</

27、p><p>　　1835年，英國惠特沃思獲得蝸輪滾齒機專利；1858年，席勒取得圓柱齒輪滾齒機專利；以后經多次改進，至1897年德國普福特制成帶差動機構滾齒機，才圓滿解決了加工斜齒輪問題。制成齒輪形插齒刀后，美國費洛斯于1897年制成了插齒機。</p><p>　　20世紀60年代以后出現的高效滾齒機，主要采用硬質合金滾刀作高速和大進給量滾 齒，滾刀主軸常采用液體靜壓軸承，能自動處理油霧和排屑

28、。這種滾齒機適用于齒輪的大量生產。</p><p>　　滾齒機按布局分為立式和臥式兩類。大中型滾齒機多為立式，小型滾齒機和專用于加工長的軸齒輪的滾齒機皆為臥式。立式滾齒機又分為工作臺移動和立柱移動兩種。立式滾齒機工作時，滾刀裝在滾刀主軸上，由主電動機驅動作旋轉運動，刀架可沿立柱導軋垂直移動，還可繞水平軸線調整一個角度。工件裝在工作臺上，由分度蝸輪副帶動旋轉，與滾刀的運動一起構成展成運動。滾切斜齒時,差動機構使工件

29、作相應的附加轉動。工作臺(或立柱)可沿床身導軋移動,以適應不同工件直徑和作徑向進給。有的滾齒機的刀架還可沿滾刀軸線方向移動，以便用切向進給法加工蝸輪。大型滾齒機還設有單齒分度機構、指形銑刀刀架和加工人字齒輪的差動換向機構等。小型滾齒機用于加工儀表齒輪。手表齒輪滾齒機普遍使用硬質合金滾刀加工鐘表擺線齒輪，循環(huán)節(jié)拍快，對機床可靠性要求高，每臺機床都配備自動上下料裝置進行單機自動加工。此外，尚有多種特殊用途的滾齒機，如加工高精度蝸輪的分度蝸輪

30、滾齒機等。</p><p>　　由于傳統(tǒng)的機械式滾齒機存在許多的不足，因此在現在許多的場合以不能適應生產的要求。而數控滾齒機具有傳統(tǒng)機械式機床不可比擬的優(yōu)點，它機械結構簡單，加工效率高，加工將度高，自動化程度高，能在加工過程中減少人為干預。滾齒機采用數控后加工范圍擴大，生產和生產準備周期縮短，并且能減輕工人勞動強度，改善勞動條件。因此數控滾齒機的研究具有重大意義。隨著微處理機的發(fā)展，數控機床已向機電一體化方向發(fā)展

31、。歷經幾代進化，計算機數控系統(tǒng)不僅比原來的數控系統(tǒng)使用范圍廣，功能全、精度高，而且還有相當大的通用性，改善了對機床操作的控制，并開始向人工智能化發(fā)展。</p><p>　　§1.3 機床的使用范圍和主要規(guī)格</p><p>　　滾齒機(gear hobbing machine)是齒輪加工機床中應用最廣泛的一種機床，在滾齒機上可切削直齒、斜齒圓柱齒輪，還可加工蝸輪、鏈輪等。 用滾刀

32、按展成法加工直齒、斜齒和人字齒圓柱齒輪以及蝸輪的齒輪加工機床。這種機床使用特制的滾刀時也能加工花鍵和鏈輪等各種特殊齒形的工件。普通滾齒機的加工精度為7～6級(JB179-83),高精度滾齒機為4～3級。最大加工直徑達15米。 </p><p>　　一般滾齒機有以下特點：</p><p>　　（1）適用于成批，小批及單件生產圓柱斜齒輪和蝸輪，尚可滾切一定參數范圍的花健軸.</p>

33、<p>　?。?）調整方便，具有自動停車機構</p><p>　?。?）具有可靠的安全裝置以及自動潤滑系統(tǒng)</p><p><b>　　該機床的主要規(guī)格</b></p><p>　　加工圓柱形直齒輪時最大直徑 有外支架450毫米</p><p>　　無外支架800毫米 </p&g

34、t;<p>　　加工圓柱形斜齒輪時最大直徑 螺旋角為時500毫米 </p><p>　　螺旋角為時190毫米</p><p>　　最大加工模數 鋼材6毫米，鑄鐵8毫米</p><p>　　最大加工長度 240毫米<

35、;/p><p>　　刀具最大垂直行程 270毫米</p><p>　　由臺面到刀具主軸中心線最小距離 205毫米 </p><p>　　刀具的最大直徑 120毫米</p><p>　　裝刀具的可換心軸直徑

36、 22、27、32毫米</p><p>　　工作臺孔的直徑 80毫米</p><p>　　分度蝸輪的節(jié)徑 624毫米</p><p>　　刀具轉速范圍 47.5-192轉/分&

37、lt;/p><p>　　工件每轉一轉刀具的垂直進給量 0.5-3毫米/轉</p><p>　　工件每轉一轉刀具的徑向進給量 0.06-0.36毫米/轉</p><p>　　主電動機功率 3.8千瓦</p><p>　　主電動機轉速

38、 4500轉/分</p><p>　　第2章 刀架滑板結構介紹</p><p>　　該機床的刀架體由三個框形結構組成，見圖2.1刀架體其剛性好。滾刀主軸由兩個推力球軸承和內錐外圓滑動軸承，支撐在前軸承座內。軸承磨損后可以修磨墊片，經調整后就可恢復主軸的回轉精度。滾刀主軸由大的斜齒輪帶動，而大齒輪是支撐在刀架體上，這樣在主軸傳動過程中只受扭矩作用而

39、不受彎矩作用。主軸右端有一套筒和主軸外圓配合定心，支撐主軸在大齒輪上。另外轉動方頭手柄，可通過螺紋傳動，使主軸帶動滾刀一起做軸向移動。</p><p>　　刀架與滑板通過T型槽和螺栓聯接，滑板后聯接立柱，通過雙V軌道實現沿立柱導軌的上下直線運動。刀架體裝有三根軸，動力從伺服電機傳出，通過斜齒輪軸傳遞到主軸，這兩根軸實現動力傳動；蝸桿蝸輪軸通過一對內嚙合的直齒輪實現分度功能，切削斜齒輪。其中在主軸上安裝滾刀，滾刀通

40、過錐度主軸孔和拉桿定位，通過輔助軸承的滑動實現對刀。</p><p>　　刀架主軸前軸承的調隙：為了消除軸承的間隙，必須取下端蓋，用開口螺帽扳手使軸承轉動，使外錐的軸承套軸向移動來達到消除間隙，保證主軸精密的運轉。</p><p>　　刀架部位利用主軸前支撐、末級齒輪等兩級油池進行飛濺潤滑。這樣保證刀架扳轉角后仍得到充分的潤滑。</p><p><b>　

41、　圖2.1刀架體</b></p><p>　　圖2.2刀架滑板裝配圖</p><p>　　第3章 伺服電機與減速器的選擇</p><p>　　§3.1 電機的選擇</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　(3-2) (3-3)<

42、/p><p>　　(3-4)式中：m—被加工齒輪的法向模數；</p><p>　　f—軸向進給量 mm/min；</p><p>　　A—切削深度，為切削深度a和齒高的比值，即</p><p>　　V—切削速度 m/min；</p><p>　　Z—被加工齒輪的齒數； —工件材料的修正系數；</p>

43、<p>　　—齒輪螺旋角修正系數； —工件硬度修正系數；</p><p>　　—最大切削力； —垂直切削力；</p><p>　　—滾刀軸的滾率； —斜齒輪軸的功率。</p><p>　　根據斜齒輪軸功率，滾刀轉速，可選擇電機型號為1FT6102-8ABT,其額定功率為P=3.8kw,合適，輸出扭矩為T=24.5N

44、.m </p><p>　　§3.2 減速器的選擇 </p><p>　　由所選電機型號可知，電機額定功率P =3.8kw,額定輸出扭矩為T=24.5N.m ，而滾刀轉速，可選減速器型號為PS115,減速比為6:1，額定輸出扭矩為130N.m</p><p>　　第4章 刀架滑板結構設計</p><p>　　§4.1 各

45、軸轉矩的計算</p><p>　　圖4.1 刀架主軸箱簡圖</p><p>　　由刀具最小轉速為47.5轉/分，伺服電機的功率為3.8KW，進行以下計算（忽略各級傳遞功率損耗）</p><p><b>　　1軸：</b></p><p><b>　　(4-1)</b></p><

46、p><b>　　2軸： </b></p><p><b>　　(4-2)</b></p><p>　　§4.2 傳動軸上斜齒輪的設計計算</p><p>　　§4.2.1. 齒輪傳動的失效形式及設計準則</p><p><b>　　(1).失效形式</b&g

47、t;</p><p>　　齒輪傳動就裝置形式來說，有開式、半開式及閉式之分；就使用情況來說，有低速、高速及輕載、重載之別；就齒輪材料性能及熱處理工藝的不同，齒輪有較脆（如經整體淬火、齒面硬度很高的鋼齒輪或鑄鐵齒輪）或較韌（如經調質、?；膬?yōu)質碳鋼及合金鋼齒輪），齒面有較硬（輪齒工作面的硬度大于350HBS或38HRC，并稱為硬齒面齒輪）或較軟（輪齒工作面的硬度小于或等于350HBS或38HRC，并稱為軟齒面齒輪）

48、的差別等。由于上述條件的不同，齒輪傳動也就出現了不同的失效形式。一般來說，齒輪的失效主要是輪齒的失效，而輪齒的失效形式有常見的以下幾種：輪齒折彎和工作面磨損、點蝕、膠合劑塑性變形等。</p><p><b>　　(2)設計準則</b></p><p>　　由上述分析可知，所設計的齒輪傳動在具體的工作情況下，必須具有足夠的、相應的工作能力，以保證在整個工作壽命期間不致失

49、效。因此，針對上述各種工作情況及失效形式，都應分別確立相應的設計準則。但是對于齒面磨損、塑性變形等，通常只按保證齒根彎曲疲勞強度及保證齒面接觸疲勞強度兩準則進行計算。對于高速大功率的齒輪傳動，還要按保證齒面抗膠合能力的準則進行計算。</p><p>　　§4.2.2. 齒輪的材料及其選擇原則</p><p>　　由齒輪的失效形式可知，設計齒輪傳動時，應使齒面具有較高的抗磨損、抗點

50、蝕、抗膠合及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷能力。因此，對齒輪材料性能的基本要求為齒面要硬，齒心要韌。</p><p>　　(1).常用的齒輪材料</p><p><b>　　1)鋼</b></p><p>　　鋼材的韌性好，耐沖擊，還可通過熱處理或化學熱處理改善其力學性能及提高齒面的硬度，故最適于用來制造齒輪。</p>

51、<p><b>　　2）鑄鐵</b></p><p>　　灰鑄鐵性能較脆，抗沖擊及耐磨性都較差，但抗膠合及抗點蝕的能力較好?；诣T鐵常用于工作平穩(wěn)，速度較低，功率不大的場合。</p><p><b>　　3）非金屬材料</b></p><p>　　對高速、輕載及精度要求不高的齒輪傳動，為了降低噪聲，常用非金屬材料（

52、如加布塑膠、尼龍等）做小齒輪，大齒輪仍用鋼或鑄鐵制造。為使大齒輪具有足夠的抗磨損及抗點蝕的能力，齒面的硬度應為250~350HBS。</p><p>　　(2).齒輪材料的選用原則</p><p>　　齒輪材料的種類很多，但選擇時應考慮以下幾點：</p><p>　　1）齒輪材料必須滿足工作條件的要求。</p><p>　　2）應考慮齒輪尺寸

53、的大小、毛坯成形方法及熱處理和制造工藝。</p><p>　　3）金屬制的軟齒面齒輪，配對兩齒輪齒面的硬度差應保持在30~50HBS或更多。</p><p>　　§4.2.3. 輪齒傳動的計算載荷</p><p>　　為了便于分析計算，通常取沿齒面接觸線單位長度上所受的載荷進行計算。沿齒面接觸線單位長度上的平均載荷p（單位為N/m）為</p>

54、<p><b>　　(4-3)</b></p><p>　　式中：——作用于齒面接觸線上的法向載荷，N；</p><p>　　L——沿齒面的接觸線長，mm。</p><p>　　法向載荷為公稱載荷，在實際傳動中，由于原動機及工作機性能的影響，以及齒輪的制造精度，特別是基節(jié)誤差和齒形誤差的影響，會使法向載荷增大。因此，在同時嚙合的齒對

55、間，載荷的 分布并不是均勻的，即使在一對齒上，載荷也不可能沿接觸線均勻分布。因此在計算齒輪傳動的強度時，應該按接觸線單位長度上的最大載荷，即計算載荷（單位為N/mm）進行計算。即</p><p><b>　　(4-4)</b></p><p>　　式中：K為載荷系數；、L的意義和單位同前。</p><p>　　計算齒輪強度用的載荷系數K，包括使

56、用系數、動載荷系數、齒間載荷分配系數及齒向載荷分布系數，即</p><p><b>　　(4-5)</b></p><p>　　§4.2.4. 標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算 </p><p>　　(1) 輪齒的受力分析</p><p>　　齒輪傳動一般均加以潤滑，嚙合齒輪間的摩擦力通常很小，計算輪齒受力時，可

57、不予考慮。沿嚙合線作用在齒面上的法向載荷垂直于齒面，為了計算方便，將法向載荷（單位為N）在節(jié)點P處分解為兩個相互垂直的分力，即圓周力與徑向力（單位均為N），由此得</p><p><b>　　(4-6)</b></p><p><b>　　(4-7) </b></p><p><b>　　(4-8) </

58、b></p><p>　　式中：——小齒輪傳遞的轉矩，；</p><p>　　——小齒輪的節(jié)圓直徑，對標準齒輪即為分度圓直徑，mm；</p><p>　　——嚙合角，對標準齒輪，。</p><p>　　以上分析的是主動齒輪上的力，從動輪輪齒上的力分別與其大小相等、方向相反。</p><p>　　(2) 齒根彎曲疲

59、勞強度計算</p><p>　　輪齒在受載時，齒根所受的彎矩最大，因此齒根處的彎曲疲勞強度最弱。當輪齒在齒頂處嚙合時，處于雙對嚙合區(qū)，此時彎矩的力臂最大，但力不是最大，因此彎矩并不是最大。根據分析，齒根所受的最大彎矩發(fā)生在輪齒嚙合點位于單對嚙合區(qū)最高點時。因此，齒根彎曲強度也應按載荷作用于單對嚙合區(qū)最高點來計算。由于此種算法比較復雜，通常只用于高精度齒輪傳動。</p><p>　　對于制造

60、精度不高的齒輪傳動，由于制造誤差較大，實際上多由在齒頂處嚙合的輪齒分擔較多的載荷。為便于計算，通常按全部載荷作用于齒頂來計算齒根的彎曲強度。當然，采用這樣的方法，輪齒的彎曲強度比較富裕。</p><p>　　§4.2.5. 本機構中齒輪傳動設計與校核</p><p>　　1. 選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數。</p><p>　　1）選用斜齒圓柱齒輪傳

61、動選用7級精度（GB10095-88）</p><p>　　2）選擇小齒輪材料為45（調質），硬度為240HBS，大齒輪材料為45（調質）硬度為240HBS</p><p>　　3）選小齒輪齒數=18，大齒輪齒數=18×4=72。</p><p><b>　　4）初選螺旋角為。</b></p><p>　　2.

62、 按齒面接觸強度設計</p><p>　　由設計計算公式進行試算，即</p><p><b>　　(4-9)</b></p><p>　　確定公式內各計算數值</p><p><b>　　試選載荷系數 </b></p><p>　　由表10—7選齒寬系數</p>

63、<p><b>　　由圖10-26得</b></p><p><b>　　(4-10)</b></p><p>　　查《機械設計》課本圖10-30</p><p>　　由表10-6查得材料的彈性影響系數</p><p>　　由圖10-21d按齒面硬度查得大小齒輪的接觸疲勞強度極限<

64、;/p><p><b>　　(4-11)</b></p><p><b>　　計算應力循環(huán)次數</b></p><p><b>　　(4-12)</b></p><p><b>　　(4-13) </b></p><p>　　由圖10

65、-19取接觸疲勞壽命系數</p><p>　　計算接觸疲勞許用應力。</p><p>　　取失效概率為1%，安全系數S=1</p><p><b>　　(4-14) </b></p><p><b>　　(4-15)</b></p><p><b>　　計算<

66、;/b></p><p>　　試算小齒輪分度圓直徑</p><p><b>　　(4-16)</b></p><p><b>　　計算圓周速度</b></p><p><b>　　(4-17)</b></p><p><b>　　計算齒寬

67、</b></p><p><b>　　(4-18)</b></p><p><b>　　計算齒寬與齒高之比</b></p><p><b>　　模數 </b></p><p><b>　　(4-19)</b></p><

68、p><b>　　齒高 </b></p><p><b>　　(4-20)</b></p><p><b>　　齒寬齒高比</b></p><p><b>　　(4-21)</b></p><p><b>　　計算縱向重合度</b&

69、gt;</p><p><b>　　(4-22)</b></p><p><b>　　計算載荷系數</b></p><p>　　根據V=0.64m/s，7級精度，由圖10-8查得動載系數</p><p><b>　　斜齒輪</b></p><p><

70、;b>　　(4-23)</b></p><p>　　由表10-2查得使用系數</p><p>　　由表10-4用插值法查得7級精度，小齒輪相對支撐非對稱布置時，</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　查圖10-13得</b></p>&l

71、t;p><b>　　故載荷系數</b></p><p><b>　　(4-24)</b></p><p>　　6）按實際的載荷系數校正所得的分度圓直徑，得</p><p><b>　　(4-25)</b></p><p><b>　　計算模數m</b>

72、;</p><p><b>　　(4-26) </b></p><p>　　3. 按齒根彎曲強度設計</p><p>　　彎曲強度的設計公式為</p><p><b>　　(4-27)</b></p><p>　　確定公式內的各計算數值</p><p>

73、;　　由圖10-20c查得齒輪的彎曲疲勞強度極限</p><p>　　由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數</p><p><b>　　計算彎曲疲勞應力。</b></p><p><b>　　取彎曲疲勞安全系數</b></p><p><b>　　(4-28)</b></p&

74、gt;<p><b>　　計算載荷系數</b></p><p><b>　　(4-29)</b></p><p><b>　　計算重合度系數</b></p><p>　　，由圖10-28得 </p><p><b>　　計算當量齒數</b>&

75、lt;/p><p><b>　　(4-30) </b></p><p><b>　　(4-31)</b></p><p><b>　　查取齒形系數</b></p><p><b>　　由表10-5查得</b></p><p><b

76、>　　查取應力校正系數。</b></p><p><b>　　由表10-5查得</b></p><p>　　7）計算大小齒輪的并加以比較</p><p><b>　　(4-32)</b></p><p><b>　　(4-33)</b></p>

77、<p><b>　　小齒輪的數值較大</b></p><p><b>　　設計計算</b></p><p><b>　　(4-34) </b></p><p>　　對比計算結果，由齒面接觸疲勞計算的模數m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪模數m的大小主要取決于接觸強度所決定的承載

78、能力，而齒面彎曲疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取由接觸強度算得的模數，即取 m=4mm</p><p><b>　　(4-35)</b></p><p><b>　　取 則</b></p><p><b>　　幾何尺寸計算</b></p><p><b&g

79、t;　　計算中心距</b></p><p>　　mm (4-36)</p><p><b>　　計算齒輪寬度</b></p><p><b>　　(4-37)</b></p><p>　　按圓整后中心距修正螺旋角</p><p&

80、gt;<b>　　(4-38) </b></p><p>　　計算大小齒輪分度圓直徑</p><p><b>　　(4-39)</b></p><p><b>　　(4-40) </b></p><p><b>　　計算齒輪寬度</b></p&

81、gt;<p>　　取小齒輪齒寬為140mm，大齒輪齒寬為70mm</p><p>　　§4.3 軸的設計計算</p><p>　　§4.3.1軸的設計概述 </p><p>　　軸的作用，做回轉運動的傳動零件，如減速器中的齒輪、聯軸器等，都是安裝在軸上，并通過軸才能實現傳動。因此，軸的主要功能就是支承傳動零件并傳遞運動和動力。 &l

82、t;/p><p>　　軸可以根據不同的條件加以分類。</p><p><b>　　按受載情況分</b></p><p>　　同時承受彎矩和轉矩作用的軸稱為轉軸；只承受轉矩作用的軸稱為傳動軸；只承受彎矩作用的軸稱為心軸。</p><p><b>　　按結構形狀分</b></p><p&

83、gt;　　有實心軸（一般齒輪軸）、空心軸（車床的主軸）；曲軸、撓性鋼絲軸和直軸。而直軸又可分為截面相等的光軸和截面分段變化的階梯軸。</p><p>　　工程中最常見的是同時承受彎矩和轉矩作用的階梯軸。</p><p>　　軸的失效形式 軸的失效形式與軸的應力性質和大小，軸的材料的力學性能、軸的結構形狀，軸的加工方法及軸的工作環(huán)境等因素有關。</p><p>&l

84、t;b>　　常見的失效形式有：</b></p><p>　　疲勞斷裂，椐統(tǒng)計資料表明，軸團疲勞斷裂失效約占軸的失效總數的40%-50%。</p><p>　　塑性變形或脆性斷裂。</p><p>　　過大的彎曲變形或扭轉變形。</p><p><b>　　高速工作振幅過大。</b></p>

85、<p>　　其他失效形式，如軸頸或導向花鍵的磨損，高溫下工作時的蠕變，被腐蝕介質腐蝕等。 </p><p>　　軸的設計準則：為了保證軸在預工作壽命條件正常工作，要遵守以下準則進行設計。</p><p>　　正確選擇軸的材料、毛坯種類和熱處理方法。</p><p><b>　　合理設計軸的結構。</b></p>&l

86、t;p>　　正確選擇設計計算方法，對多數轉軸要進行疲勞強度設計計算或精確驗算；對受力大的細長軸（如蝸桿軸）和剛度要求高的軸（如機床主軸）還應剛度計算；對高速軸（如汽輪機軸），因有共振危險，還應進行振動穩(wěn)定性計算。 </p><p>　　按軸各段所起的作用不同，可將軸分為5部分：</p><p>　　軸頭：與聯軸器和齒輪等傳動零件配合的軸段</p><p>　　

87、軸頸：與軸承配合的軸段</p><p>　　軸身：連接軸頭和軸頸的軸段</p><p>　　軸環(huán)：直徑最大用于定位的窄軸段</p><p>　　軸肩：截面尺寸變化處</p><p>　　此外，還有軸肩的過度圓角；軸端的倒角；與鍵連接處的鍵槽等結構。 </p><p>　　長期變應力作用下的疲勞破壞是軸的主要失效形式。因

88、此，軸的材料要求具有較好的強度、韌性，與軸上零件有相對滑動的部位還應具有較好的耐磨性。此外，還必須考慮應力集中的影響。</p><p><b>　　軸的常用材料有：</b></p><p>　　碳素鋼  工程中廣泛采用35 45 50等優(yōu)質碳素鋼，價格低廉，對應力集中敏感性較小，可以通過調質或正火處理以保證其力學性能，通過表面淬火或低溫回火以保證其耐磨性。對

89、于輕載和不重要的軸也可采用Q235、Q275等普通碳素鋼。</p><p>　　合金鋼  常用于高溫、高速、重載以及結構要求緊湊的軸。合金鋼有較高的力學性，但價格較貴，對應力集中較敏感，所以在結構設計時必須盡量減少應力集中。</p><p>　　球墨鑄鐵  耐磨、價格低，但可靠性較差，一般用于形狀復雜的軸，如曲軸、凸輪軸等。</p><p>　　

90、鉆床的主軸承受中等扭轉-彎曲復合載荷，轉速略高，并承受一定沖擊載荷。所以主軸毛坯可以選用45鋼，并進行一系列熱處理一滿足各方面的性能要求。 </p><p>　　軸上零件的軸向定位、固定和周向固定</p><p>　　軸上零件的軸向定位主要靠軸肩和軸環(huán)來完成。為了保證軸上零件靠緊定位面，軸肩處的圓角半徑R必須小于零件內孔的圓角半徑R1或倒角C1；軸肩高度一般取h=（0.07~0.1）d，軸

91、環(huán)寬度b=1.4h，也可采用套筒定位，其尺寸可參照軸肩尺寸。</p><p>　　軸上零件的軸向固定就是不許軸上零件沿軸向竄動，必須雙向固定。此外，常用的軸向固定措施還有：軸的一端可采用軸端擋圈；套筒過長可采用圓螺母；受載較小時可采用彈性擋圈、緊定螺釘和銷釘等固定。</p><p>　　軸上零件的周向固定就是保證軸上的傳動零件要與軸一起轉動。常用的固定方式有鍵連接和過盈配合。轉矩較大時，可

92、采用花鍵連接，也可同時采用平鍵連接和過盈配合連接來實現周向固定。轉矩較小時，可采用緊定螺釘、銷釘等措施。</p><p>　　制造工藝和裝配工藝要求</p><p>　　制造工藝要求是指軸的結構應盡可能簡單加工、降低成本。為此，軸端倒角的尺寸應盡量一致；軸肩的圓角半徑也要盡可能相同。若軸上采用多個單鍵連接時，鍵寬應盡可能統(tǒng)一，并在同一條加工直線上。在有磨削工藝的軸段應設有砂輪越程槽，在車螺

93、紋的軸段應設有螺紋退刀槽。</p><p>　　裝配工藝要求是指軸上零件應便于安裝和拆卸。為此，一般將軸制成中間粗兩端細的階梯形；軸端應倒角；軸端的鍵槽應盡量靠近軸端；與滾動軸承配合的軸肩高度和套筒高度應小于軸承內圈的厚度；與傳動零件過盈配合的軸段應制有10°左右的導向錐面；要盡量減少裝配長度。 </p><p><b>　　標準尺寸要求</b></

94、p><p>　　軸上的零件多數都是標準零件，如滾動軸承、聯軸器、圓螺母等，因此與標準零件配合處的軸段尺寸必需符合標準零件的尺寸系列。</p><p><b>　　提高軸的疲勞強度</b></p><p>　　加大軸肩處的過度圓角半徑和減小軸肩高度，就可以減少應力集中，從而提高軸的疲勞強度。提高軸的表面質量、合理分布載荷等也可以提高軸的疲勞強度。&l

95、t;/p><p>　　安裝時，要嚴格按照軸上零件得先后順序進行，注意保證安裝精度。對于過盈配合得軸段要采用專門工具進行裝配，例如大尺寸得軸承可用壓力機在內圈上加壓裝配，中小尺寸得軸承可借助手捶加力進行裝配，軸承得拆卸應使用專門工具，應盡量使軸避免承受過量得沖擊載荷，以免破壞其表面質量。安裝結束后要嚴格檢查軸在機器中得位置以及軸上零件得位置，并將其調整到最佳工作位置，同時軸承得游隙也要按工作要求進行調整。在工作中，必須

96、嚴格按照規(guī)程進行，盡量使軸避免承受過量載荷和沖擊載荷，并保證軸得疲勞強度。</p><p>　　在工作過程中，對機械要定期檢查和維修，對于軸得維護重點注意三個方面。</p><p>　　認真檢查軸和軸上零件得完好程度，若發(fā)現問題應及時維修或更換。軸得維修部位主要是軸頸和軸頭，對精度要求較高得軸，在磨損量較小時，可采用電鍍法在其配合表面鍍上一層硬質合金層，并磨削至規(guī)定尺寸精度。對尺寸較大得軸

97、頸和軸頭，還可采用熱噴涂（或噴焊）進行修復。軸上花鍵、鍵槽得損傷，可以用氣焊或堆焊修復，然后再銑出花鍵或鍵槽。也可以將原鍵槽焊補后再銑制新鍵槽。</p><p>　　認真檢查軸和軸上主要傳動零件工作位置得準確性、軸承的游隙變化并及時調整。軸上得傳動零件（如齒輪、鏈輪等）和軸承必須保證良好得潤滑。應當根據季節(jié)和地點，按規(guī)定選用潤滑劑并定期加注。要對潤滑油得數量及時檢查、補充和更換。</p><p

98、>　　§4.3.2 主軸的設計及校核</p><p>　　1）初步確定軸的最小直徑</p><p>　　先按公式確定軸的最小直徑。選取軸材料為40Cr,局部淬火處理。取,于是得：</p><p><b>　　(4-41) </b></p><p>　　軸上有三個鍵槽，最小軸徑增加20%。由于主軸中要裝滾

99、刀，所以選用空心軸。計算公式為：</p><p><b>　　(4-42) </b></p><p>　　式子中，，即空心軸的直徑與外徑d之比，取=0.4</p><p>　　所以，選最小軸徑為50mm。</p><p>　　2）軸的結構設計如下：</p><p>　　圖4.2 主軸結構圖<

100、;/p><p><b>　　3）主軸的校核</b></p><p>　　由于主軸靠滑動軸承和套筒來支撐，可以認為主軸只受扭矩作用，而不受彎矩作用，按扭轉強度來校核軸的強度。只需校核齒輪所在剖面處的強度 </p><p><b>　　(4-43) </b></p><p><b>　　故安

101、全 </b></p><p>　　§4.4第二根軸的強度校核</p><p>　　2軸上的功率P，轉速n，和轉矩T 取軸承的效率為0.98，齒輪的效率為0.98</p><p>　　P==3.58 (4-44)</p><p>　　n (4-45)</p>

102、<p>　　初步確定軸的最小直徑</p><p>　　選材料為45鋼時，取A=110</p><p>　　d (4-46)</p><p>　　取最小軸徑30mm，其結構詳見圖紙，下面僅對軸進行強度校核</p><p><b>　　軸的材料的選擇</b></p><p>　　該

103、軸無特殊要求，因而選用調質處理的45鋼，查得</p><p><b>　　軸上的載荷</b></p><p><b>　　軸上所受力為</b></p><p>　　轉速n 功率 P</p><p>　　齒輪截面處的M 如下所示</p><p>　　載荷

104、 水平面H 垂直面V</p><p><b>　　R </b></p><p><b>　　R </b></p><p><b>　　彎矩M </b></p><p><b>　　M M</b><

105、;/p><p><b>　　總彎矩M </b></p><p>　　M = = 269000 (4-47)</p><p>　　扭矩T </p><p>　　T = (4-48)</p><p><b>　　計算彎矩M </b>

106、</p><p>　　M==289000 </p><p><b>　　(4-49)</b></p><p>　　按彎扭合成應力校核軸的強度</p><p>　　只校核軸的齒輪所在截面處的強度即可：</p><p><b>　　(4-50)</b></p&

107、gt;<p>　　對 的碳鋼，承受對稱循環(huán)變應力時的</p><p>　　許用應力 故安全</p><p><b>　　圖4.3 力矩圖</b></p><p><b>　　§4.5 鍵的校核</b></p><p><b>　　校核刀架上的四個鍵</b

108、></p><p>　　主軸 鍵 </p><p>　　斜齒輪軸 鍵 </p><p>　　電機 鍵 </p><p>　　減速器 鍵 </p><p>　　1）主軸的鍵的強度校核</p&g

109、t;<p><b>　　(4-51)</b></p><p><b>　　鍵的強度安全</b></p><p>　　2）斜齒輪軸鍵的強度校核</p><p><b>　　(4-52)</b></p><p><b>　　減速器上的鍵的校核</b&g

110、t;</p><p><b>　　(4-53) </b></p><p><b>　　鍵的強度安全</b></p><p><b>　　電機上鍵的校核</b></p><p><b>　　(4-54)</b></p><p><

111、;b>　　鍵的強度安全</b></p><p><b>　　結論</b></p><p>　　畢業(yè)設計是教學的重要環(huán)節(jié)，我們從上學開始到現在，一直接觸的是理論的課本知識，對于實際的東西知之甚少。本次設計是我們由理論走向實踐的開始，用理論來指導實踐正是我們這次設計的目的。以后走向工作崗位，做的都是實際的東西，因此，本次設計對于我們走向工作起到了鏈接作用

112、，為我們在走上工作崗位之后很快適應自己的工作奠定了基礎。</p><p>　　這次滾齒機的設計是在自己充分調研的情況下，在老師的指導下，獨立查閱資料，獨立思考，確定方案來設計的，可以說用到了我們大學四年所有理論和專業(yè)課的知識，對以前學的知識進行了鞏固，并且學到了許多設計方面的知識，和查閱資料方面的知識，并且獨立思考，學會了分析問題和解決問題的能力，收獲頗豐，更加有利于以后的工作學習。</p><

113、;p>　　本人設計的滾齒機刀架滑板涉及的東西很多，用到了許多以前沒接觸過的材料和加工安裝方法，增長了見識，明白了理論和實踐的統(tǒng)一以及如何在設計合理的基礎上盡量減少材料用量和節(jié)約資金，降低成本。</p><p>　　本次畢業(yè)設計所完成的內容有：</p><p>　　1. 明確設計任務，查閱相關資料，翻譯相關外文資料，寫出開題報告。</p><p>　　2. 完成

114、滾齒機滑板及刀架結構設計計算及總體結構圖設計。 </p><p>　　3. 完成滑板及刀架結構裝配圖設計。</p><p>　　4. 整理圖紙，撰寫設計計算說明書。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 劉潤愛，張根保．滾齒機及滾齒加工技術的發(fā)展趨勢[J]．現代制造工程，20

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123、s in Materialsand Manufacturing Engineering. published in revised form 01.12.2011：103-114.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　轉眼間兩個多月過去了，在尊敬的xxx老師的悉心指導下，經過自己的努力，我完成了畢業(yè)設計。在整個畢業(yè)設計中，我得到了各位老師和

124、同學的熱情指導和幫助，使我的研究課題得以順利、圓滿地完成。在此我對大家表示深深的感謝！</p><p>　　通過這次比較完整的刀架滑板設計，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，和實際設計的結合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、為期一個學期的畢業(yè)設計已接近尾聲了，我的四年大學生涯也即將畫上一個句號。此刻我既激動又有些悵然若失，激動是由于自己將要去闖蕩更廣闊