插齒機插齒主運動部件設(shè)計（改）

1、 廣東工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書1 設(shè)計項目的性質(zhì)和目的本實踐項目課程結(jié)合機械制造裝備設(shè)計課程的教學(xué)進行，是針對理論教學(xué)的實踐活動，學(xué)生應(yīng)該以積極主動的態(tài)度獨立完成。本課程的性質(zhì)是以動手操作為主，以自主創(chuàng)造性設(shè)計為主，以設(shè)計效果為學(xué)生工作成績的主要評判依據(jù)，設(shè)計說明作為補充。學(xué)生必須人人親自動手實施。所設(shè)計的作品注重符合工程要求，即具備一定的結(jié)構(gòu)工藝性、裝配工藝性和滿足功能需要。通過動畫表達操作方式和效果，使學(xué)生體會到設(shè)計和制造、操縱控制設(shè)計模型的樂趣。在簡明扼要的介紹設(shè)計對象和要求之后，對指定裝置進行測繪，然后由學(xué)生完成所有零件圖、部件圖、最后完成總裝圖設(shè)計。根據(jù)學(xué)生的能力，還可進行相關(guān)的改進設(shè)

2、計、進行動畫設(shè)計等。在設(shè)計過程中，學(xué)生可接觸到機械裝備的控制、驅(qū)動、傳動的技術(shù)，重點學(xué)習(xí)機械制造中的工藝、工裝、測量等知識。通過完成本實踐項目課程，學(xué)會較為熟練的操作使用某個設(shè)計軟件；初步掌握開發(fā)、設(shè)計一個產(chǎn)品的有關(guān)過程；學(xué)習(xí)查閱資料，為自己的設(shè)計和分析提供思考的源泉。達到使學(xué)生在完成相關(guān)的機械專業(yè)基礎(chǔ)課以后，得到較為綜合性的專業(yè)設(shè)計訓(xùn)練的目的。 2 設(shè)計項目的任務(wù)和要求本次設(shè)計任務(wù)指定了學(xué)院實驗中心擁有的機床模型，借助這些模型的直觀感覺，然后通過觀摩、外圍零部件的拆裝、查找圖書資料、網(wǎng)絡(luò)收集技術(shù)資料等方法，對模型主要進行機械結(jié)構(gòu)方面的建模設(shè)計。設(shè)計時應(yīng)注意達到如下要求:1） 了解各零件的基本

3、體，熟悉多種部件機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)成和功能，掌握機械部件的裝配結(jié)構(gòu)。2） 分析機械裝置各零件運動聯(lián)系方式，確定機械的傳動鏈以及工作原理，繪制機械結(jié)構(gòu)運動簡圖。3） 學(xué)生采用三維軟件，如solidworks對機械本體進行零件、部件、直至整機裝配建模，要求能正確地反映設(shè)備的工藝結(jié)構(gòu)、裝配結(jié)構(gòu)。4） 每人選擇其中二個以上零件將三維模型轉(zhuǎn)為二維工程圖，注意進行完整的工程信息標注，即尺寸、形位公差、表面粗糙度等。5） 對于較為復(fù)雜的整機設(shè)備，允許以若干人為一組，各自測繪一個部件，然后裝配而成。6） 自學(xué)某個軟件的運動學(xué)仿真工具，如cosmosmotion設(shè)計模塊，模擬機構(gòu)的運動學(xué)和動力學(xué)狀態(tài)，制作動畫效果視頻

4、短片。7） 學(xué)生約定時間到實驗室，保證在實驗臺上工作的時間。寫出每階段工作的小結(jié)。8） 每位學(xué)生必須根據(jù)具體工作內(nèi)容，完成一篇不少于1000字的設(shè)計報告（說明）書。學(xué)生的報告書符合格式要求，內(nèi)容翔實豐滿，數(shù)據(jù)較為準確。3 項目設(shè)計的工作步驟和進程安排周次設(shè)計各階段內(nèi)容地點10布置任務(wù)多媒體教室11收集有關(guān)機械裝備的基本資料，熟悉由老師指定的機械模型結(jié)構(gòu)在實驗室完成12141. 安排在實驗室做機械結(jié)構(gòu)模型的拆裝實驗2. 分析機械本體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動與執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計3. 開展有關(guān)測繪工作在實驗室完成151. 學(xué)習(xí)三維設(shè)計軟件，做好機械機構(gòu)和結(jié)構(gòu)設(shè)計的準備2. 自行進行設(shè)計與分析在宿舍上機161. 自行開展

5、設(shè)計與分析2. 輔導(dǎo)與答疑3. 學(xué)生撰寫分析報告在宿舍上機及實驗室完成17批改報告、答辯、評定成績在實驗室完成摘 要本項目設(shè)計基于實驗?zāi)Ｐ瓦M行。插齒機主運動與分齒運動復(fù)合在插齒機主軸上，主軸既要完成插齒的主切削運動，又要完成展成所需要的分齒運動。一般插齒機的結(jié)構(gòu)，采用花鍵傳遞這兩個運動，花鍵軸向滑動為主切削運動，周向運動為分齒運動。而本實驗采用的曲柄球頭結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)插齒機主運動。 基本任務(wù)如下：1、 設(shè)計插測繪實驗臺模型，擬定基于該模型的技術(shù)指標；2、 床的床身底座，安裝主電機，實施皮帶張緊機構(gòu)；3、 設(shè)計主運動傳動鏈，從動皮帶輪將動力傳遞至插齒機和分齒運動分配機構(gòu)，曲柄球頭結(jié)構(gòu)，注意軸承部位工

6、藝結(jié)構(gòu)與潤滑結(jié)構(gòu)；4、 設(shè)計插齒機刀柄機構(gòu)及其傳動鏈，插齒機構(gòu)通過曲柄連桿機構(gòu)驅(qū)動。插齒切削部件應(yīng)具備一定的剛性、傳動精度。關(guān)鍵詞：機械傳動; 插齒; 主切削運動目錄一：插齒機概述1.1：插齒機各組成部件21.2：插齒原理3二：插齒機插齒主運動部件設(shè)計2.1：設(shè)計任務(wù)：42.2: 總體思路42.3.插齒機插齒主運動部件設(shè)計說明書42.3.1:插齒機插齒主運動部件的機構(gòu)分析5a：輸入機構(gòu)5帶輪機構(gòu)裝配分析：5傳動軸1機構(gòu)裝配分析：5直齒輪機構(gòu)裝配分析：5傳動軸2機構(gòu)裝配分析：5錐齒輪機構(gòu)裝配分析：5傳動軸3機構(gòu)裝配分析：5鏈輪機構(gòu)裝配分析：5傳動軸4機構(gòu)裝配分析6安裝與潤滑6b偏心輪機構(gòu)6偏心輪

7、機構(gòu)裝配分析61：偏心輪機構(gòu)的固定2：偏心輪的軸承選擇3：軸承裝配與潤滑：c插齒切削機構(gòu)8插齒切削機構(gòu)部件裝配及分析81：插齒切削機構(gòu)與偏心輪的連接2：主軸導(dǎo)軌（簡化成套筒形狀）與主軸的配合3：插齒刀的選用與裝配三：插齒機主運動部件的運動分析以及數(shù)據(jù)校核10四：插齒機插齒主運動部件總體裝配圖以及工程圖15輸入軸零件工程圖總體裝備工程圖五：課程設(shè)計心得16六：參考文獻17一：插齒機概述1.1：插齒機各組成部件1、電機3、直齒齒輪副5、蝸桿副7、進給系統(tǒng)棘輪機構(gòu)9、工件轉(zhuǎn)動鏈傳動11連桿13、進給系統(tǒng)連桿機構(gòu)15、工件轉(zhuǎn)動蝸桿副2、v帶傳動4、錐齒輪副6、螺旋齒輪副8、進給系統(tǒng)凸輪機構(gòu)10、插刀移

8、動鏈傳動12、齒輪插刀14、插刀轉(zhuǎn)動蝸桿副16、傳動鏈1.2：插齒原理1.插齒原理 插齒原理類似一對圓柱齒輪相嚙合,其中一個是工件,另一個則演化為齒輪形刀具.它的模數(shù)和壓力角與被加工齒輪相同,但每個齒的漸開線齒廓和齒頂上,都作成切削刃(一個頂刃、兩個側(cè)刃)，即成為齒輪形插齒刀。插削直齒的原理及加工時所需的成形運動上圖表示插削直齒的原理及加工時所需的成形運動。其中插齒刀的旋轉(zhuǎn)b1和工件的旋轉(zhuǎn)b2組成復(fù)合的成形運動范成運動，用以形成漸開線齒廓。插齒刀的上下往復(fù)運動a是一個簡單的成形運動，用以形成輪齒齒面的導(dǎo)線直線。這個運動是主運動。插齒時，插齒刀和工件除作范成運動外，插齒刀相對于工件還要作徑向切入

9、運動，直到全齒深時停止切入，這時工件和插齒刀繼續(xù)對滾（即插齒刀以b1，工件以b2的相對運動關(guān)系轉(zhuǎn)動），當工件轉(zhuǎn)過一圈，全部輪齒均切削完畢，然后插齒刀與工件分開，機床停機。因此，插齒機除了兩個成形運動外，還需要一個徑向切入運動。此外，插齒刀在往復(fù)運動的回程時不切削，為了減少切削刃的磨損，還需要有讓刀運動，即刀具在回程時徑向離開工件，進程切削時復(fù)原。2.插齒機的傳動原理圖 下圖是用齒輪形插齒刀插削直齒圓柱齒輪時機床的傳動原理圖。傳動原理圖中，僅表明成形運動。切入運動和讓刀運動并不影響加工表面的成形，所以在傳動原理圖中沒有表示出來。 插齒機的傳動原理圖工件表面的成形運動需要有三條傳動鏈：主運動傳動鏈

10、12uv34；圓周進給運動傳動鏈456uf78；范成運動傳動鏈89ux1011。圓周進給傳動鏈決定插齒刀和工件對滾的速度。由于插齒刀上下往復(fù)運動一次時，插齒刀本身轉(zhuǎn)動的快慢，與漸開線齒廓精度有關(guān)，同時也決定了插齒刀每一次切削的切削負荷。因此，圓周進給運動是以插齒刀上下往復(fù)一次時，插齒刀在節(jié)圓上所轉(zhuǎn)過的弧長來表示。主運動傳動鏈決定插齒刀每分鐘上下往復(fù)次數(shù)。二：插齒機插齒主運動部件設(shè)計2.1：設(shè)計任務(wù)：1、 設(shè)計插測繪實驗臺模型，擬定基于該模型的技術(shù)指標；2、 床的床身底座，安裝主電機，實施皮帶張緊機構(gòu)；3、 設(shè)計主運動傳動鏈，從動皮帶輪將動力傳遞至插齒機和分齒運動分配機構(gòu)，曲柄球頭結(jié)構(gòu)，注意軸承

11、部位工藝結(jié)構(gòu)與潤滑結(jié)構(gòu)；4、 設(shè)計插齒機刀柄機構(gòu)及其傳動鏈，插齒機構(gòu)通過曲柄連桿機構(gòu)驅(qū)動。插齒切削部件應(yīng)具備一定的剛性、傳動精度。2.總體思路： 1、了解插齒機主運動及其傳動鏈的設(shè)備結(jié)構(gòu)； 2、作出大致裝備模型裝配，分析工作原理； 3、進行資料查閱，網(wǎng)上收集信息，根據(jù)實驗室的數(shù)據(jù)，作出零件尺寸數(shù)據(jù)。4、運用所學(xué)的ug nx6.0進行建模，裝配，做運動仿真。2.3.插齒機插齒主運動部件設(shè)計說明書2.3.1:插齒機主切削部件的機構(gòu)分析 （運用ug建模輔助說明）總體零件爆炸圖（2）重要機構(gòu)說明 a：輸入機構(gòu) 主運動傳動鏈的動力輸入機構(gòu)主要包括帶輪機構(gòu) 傳動軸1直齒輪機構(gòu) 傳動軸2錐齒輪機構(gòu) 傳動軸3

12、 鏈輪機構(gòu) 傳動軸4（與偏心輪機構(gòu)焊接）帶輪機構(gòu)裝配分析：通過鍵跟輸入軸裝配，并用螺母防松直齒輪輪機構(gòu)裝配分析：通過鍵跟輸入軸裝配，并用彈性擋圈防松錐齒輪輪機構(gòu)裝配分析：通過鍵跟輸入軸裝配，并用彈性擋圈防松鏈輪機構(gòu)裝配分析：通過鍵跟輸入軸裝配，并用螺母防松傳動軸機構(gòu)裝配分析傳動軸材料選擇40cr（調(diào)質(zhì)）。傳動軸通過軸承的配合（軸承與軸承座過盈配合）達到穩(wěn)定防松，加長軸承壽命，兩邊都采取過盈配合，限制兩個方向的移動，配合后傳動軸4與偏心輪焊接或通過鍵連接的方式連接。安裝與潤滑1、v帶輪傳動的預(yù)緊v帶輪傳動運轉(zhuǎn)一段時間以后，會因為帶的塑性變形和磨損而松弛。為了保證帶傳動正常工作，應(yīng)定期檢查帶的松弛

13、程度，采取相應(yīng)的補救措施。我們設(shè)計是定期張緊裝置：采用定期改變中心距的方法來調(diào)節(jié)帶的初拉力，使帶重新張緊。如圖所示：2、v帶傳動的安裝各帶輪的軸線應(yīng)相互平行，各帶輪相對應(yīng)的v型槽的對稱平面應(yīng)重合。3、潤滑油的選擇對于齒輪和軸承封閉于減速箱內(nèi)，采用代號為l-an15的全損耗系統(tǒng)用油。對于工作部分的插齒刀，采用運動粘度較大的代號為l-an68的全損耗系統(tǒng)用油。主要零件工藝性(一)低速軸的工藝性分析：（1） 材料：40cr；（2） 熱處理：整體調(diào)質(zhì)，軸頸表面淬火；（3） 性能要求：整體硬度nb220hb240；軸頸及錐孔處硬度hrc52；（4） 工藝路線：鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)精加工表面淬火及低溫回火磨

14、削；（5） 軸上鍵槽置于軸的同一條母線上，以便一次裝夾后就能加工；（6） 為去掉毛刺，利于裝配；（7） 軸向設(shè)有定位軸肩固定齒輪和軸承。（二）齒輪的工藝性分析：（1） 齒輪的功用：按照規(guī)定的速比傳遞運動和動力；（2） 齒輪材料：45鋼（3） 熱處理：正火或調(diào)質(zhì)，綜合力學(xué)性能好，切削性能好；（4） 性能要求：齒輪心部硬度為hbs220hbs250；齒面硬度hrc52；（5） 下料鍛造正火或退火粗加工調(diào)質(zhì)或正火精加工高頻淬火低溫回火 （拉花鍵孔）精磨。b偏心輪機構(gòu)偏心輪機構(gòu)主要包括桿頭 桿身滾針軸承 軸承裝配于桿頭內(nèi)連接連桿機構(gòu)與插齒軸的上下兩個銜接塊，還有提供球鉸的約束用透明化的效果顯示偏心輪機

15、構(gòu)裝配分析1：偏心輪機構(gòu)的固定桿頭與偏心輪伸出部件的防松通過軸承的過盈配合以及加入防松卡環(huán)2：偏心輪的軸承選擇 由于插齒機的部件偏心輪機構(gòu)比較小，而且需要比較小的摩擦力，所以 加入軸承來完成偏心運動。軸承選用滾針軸承。根據(jù)資料，軸承的尺寸如下所以根據(jù)設(shè)計尺寸，選用型號為na4901的滾針軸承3：軸承裝配與潤滑： 滾針軸承通過外圈過盈裝配進搖桿桿頭上。 滾針軸承轉(zhuǎn)速比較低，所以通過脂潤滑作為潤滑方式。c插齒切削機構(gòu) 插齒切削機構(gòu)主要包括 軸（跟連接連桿機構(gòu)的塊體一起加工） 主軸導(dǎo)軌（簡化）長鍵 插齒刀 插齒切削機構(gòu)部件裝配及分析1：插齒切削機構(gòu)與偏心輪的連接： 主軸跟偏心輪之間的連接通過四個螺栓

16、連接2：主軸導(dǎo)軌（簡化成套筒形狀）與主軸的配合 通過長鍵配合，長鍵通過沉頭螺栓固定3：插齒刀的選用與裝配 插齒刀的選用（通過實驗室的數(shù)據(jù)測量以及查閱插齒刀gb/t 6081-2001）選用齒數(shù)z=20 的插齒刀選用齒數(shù)z=20的插齒刀插齒刀裝配通過螺紋連接，來達到固定插齒刀。如圖三：插齒機切削部件的運動分析以及數(shù)據(jù)校核 插齒機的直線插齒運動主要由偏心輪機構(gòu)帶動實現(xiàn)。偏心輪運動分析如下偏心輪式中心曲柄連桿機構(gòu)簡圖如圖2.1所示，圖2.1中主軸運動中心線通過曲軸中心o，ob為曲柄，ab為連桿，b為曲柄銷中心，a為連桿小頭孔中心或活塞銷中心。當曲柄按等角速度旋轉(zhuǎn)時，曲柄ob上任意點都以o點為圓心做等

17、速旋轉(zhuǎn)運動，刀具a點沿主軸中心線做往復(fù)運動，連桿ab則做復(fù)合的平面運動，其b點與曲柄一端相連，做等速的旋轉(zhuǎn)運動，而連桿小頭與主軸相連，做往復(fù)運動。在實際分析中，為使問題簡單化，一般將連桿簡化為分別集中于連桿頭和桿身的兩個集中質(zhì)量，認為它們分別做旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運動，這樣就不需要對連桿的運動規(guī)律進行單獨研究9。 曲柄連桿機構(gòu)運動簡圖刀具做往復(fù)運動時，其速度和加速度是變化的。它的速度和加速度的數(shù)值以及變化規(guī)律對曲柄連桿機構(gòu)以及發(fā)動機整體工作有很大影響，因此，研究偏心輪曲柄連桿機構(gòu)運動規(guī)律的主要任務(wù)就是研究刀具上下的運動規(guī)律。2.1.1 刀具位移假設(shè)在某一時刻，曲柄轉(zhuǎn)角為，并按順時針方向旋轉(zhuǎn)，連桿軸線在其

18、運動平面內(nèi)偏離主軸軸線的角度為，如圖2.1 所示。當=時， 刀具a在最上面的位置a1，此位置稱為上止點。當=180時，a點在最下面的位置a2，此位置稱為下止點。此時刀具的位移x為:x=(r+) = （2.1）式中：連桿比。式（2.1）可進一步簡化，由圖2.1可以看出：即 又由于 （2.2）將式（2.2）帶入式（2.1）得： x= （2.3）式（2.3）是計算活塞位移x的精確公式,為便于計算，可將式（2.3）中的根號按牛頓二項式定理展開，得：考慮到 13，其二次方以上的數(shù)值很小，可以忽略不計。只保留前兩項，則 （2.4）將式（2.4）帶入式（2.3）得 （2.5）2.1.2 刀具的速度 將活塞位

19、移公式（2.1）對時間t進行微分，即可求得刀具速度的精確值為 (2.6)將式（2.5）對時間微分，便可求得刀具速度得近似公式為： （2.7）從式（2.7）可以看出，刀具速度可視為由與兩部分簡諧運動所組成。當或時，刀具速度為零，刀具在這兩點改變運動方向。當時，此時刀具得速度等于曲柄銷中心的圓周速度。2.1.3 刀具的加速度將式（2.6）對時間微分，可求得刀具加速度的精確值為： （2.8）將式（2.7）對時間為微分，可求得刀具加速度的近似值為： （2.9）因此，刀具加速度也可以視為兩個簡諧運動加速度之和，即由與兩部分組成。數(shù)據(jù)校核：由實驗室測量數(shù)據(jù)得：電動機參數(shù)：型號：a07114 功率：370w 電壓：380v 頻率：50hz 電流：1.12a 轉(zhuǎn)速：1380rad/min主運動傳動鏈總比：2.5*3*1=7.5插齒機直線成形運動輸入轉(zhuǎn)速n=1380/7.5=184rad/min 為刀具每分鐘往返次數(shù)設(shè)計偏心距為ob=12mm 連桿長l=60mm 連桿比=5刀具上下運動最大距離為s=24加工裕量設(shè)為2有效加工齒寬為：d=（24-2*