滾齒機(jī)差動(dòng)機(jī)構(gòu)分度軸及走刀掛輪架設(shè)計(jì)

1、1 前 言.12 總體設(shè)計(jì).32.1 滾齒機(jī)工作原理.32.2 擬定選擇傳動(dòng)方案.32.3 主切削力的估算及電動(dòng)機(jī)的選擇.73 差動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).93.1 總傳動(dòng)比的計(jì)算.93.2 傳動(dòng)比的分配.93.3 設(shè)計(jì)計(jì)算.103.3.1 螺旋傘齒輪的設(shè)計(jì).103.3.2 運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).113.3.3 差動(dòng)蝸輪設(shè)計(jì).123.3.4 圓柱直齒輪的設(shè)計(jì).164 分度軸及走刀掛輪架的設(shè)計(jì).214.1 軸的設(shè)計(jì).214.2 確定分度軸的材料及熱處理方法.214.3 分度軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).214.4 分度軸強(qiáng)度的校核.234.5 走刀掛輪架的設(shè)計(jì).245 結(jié)束語.26參考文獻(xiàn).27致 謝.28附件清單.29齒輪加工

2、機(jī)床指用齒輪切削工具加工齒輪齒面或齒條齒面的機(jī)床及其配套輔機(jī)。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(zhǔn)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(jìn)行加工，假想刀具為齒輪的牙形，它在切削被加工齒輪時(shí)好似一對(duì)齒輪嚙合傳動(dòng)，被加工齒輪就是在類似嚙合傳動(dòng)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(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用，范成法按其加工方法和加工對(duì)象分為： a) 插齒機(jī)：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(dāng)機(jī)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(jī)：可進(jìn)行

3、滾銑圓柱直齒輪、斜齒輪、蝸輪及花鍵軸等加工。 c) 剃齒機(jī)：按螺旋齒輪嚙合原理，用剃齒刀帶動(dòng)工件(或工件帶動(dòng)刀具)旋轉(zhuǎn)，剃削圓柱齒輪齒面的齒輪再加工機(jī)床。 d) 刨齒機(jī)：用于外嚙合直齒錐齒輪加工。 e) 銑齒機(jī)：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(jī)：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(jī)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(jī)主軸的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)r/min，工作臺(tái)最高轉(zhuǎn)速可m/min， 機(jī)床部件移動(dòng)速度也高達(dá)m/

4、min；大功率主軸系統(tǒng)使機(jī)床可運(yùn)用直徑和長度均較大的砂輪進(jìn)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(jī)制造商重慶機(jī)床廠及南京二機(jī)床有限責(zé)任公司生產(chǎn)的系列數(shù)控高效滾齒機(jī)已采取全密封護(hù)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(jī)產(chǎn)量最大的制造商重慶機(jī)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(dòng)數(shù)控高速滾齒機(jī)，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(jī)，即將進(jìn)入商品化階段。而現(xiàn)今國際上生產(chǎn)滾齒機(jī)的強(qiáng)國為美國、德國和日本

5、。這些公司目前生產(chǎn)的滾齒機(jī)都是全數(shù)控式的，中小規(guī)格滾齒機(jī)都在朝著高速方向發(fā)展，所有高效機(jī)床均采用了全密封護(hù)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(jī)。日本三菱重工則是最早將高速干式切削滾齒機(jī)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。圖2-3 y38型機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)圖轉(zhuǎn)速圖的擬定對(duì)整臺(tái)滾齒機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)轉(zhuǎn)速圖mmmm4 分度軸及走刀掛輪架的設(shè)計(jì)4.1 軸的設(shè)計(jì)軸的設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩

6、方面的內(nèi)容。合理的結(jié)構(gòu)和足夠的強(qiáng)度是軸在設(shè)計(jì)過程中必須滿足的基本要求。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)算包括軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)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(jià)廉，對(duì)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(qiáng)度兩個(gè)方面），應(yīng)用最多。滾齒機(jī)上的分度軸要有好的耐磨性和抗疲勞強(qiáng)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(jìn)行調(diào)質(zhì)HB220250，再部分采用高頻淬火。使抗拉強(qiáng)度極限，屈服極限，彎

7、曲疲勞強(qiáng)度，剪切疲勞強(qiáng)度，許用彎曲應(yīng)力。4.3 分度軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)主要取決于軸在機(jī)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(gè)方面的要求：（1）軸和軸上的零件要有準(zhǔn)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(qiáng)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

8、配方案是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(tái)圓盤固定在一起，蝸桿和蝸輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)了工作臺(tái)圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(gè)墊圈進(jìn)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(zhǔn)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(dāng)使工件與工作臺(tái)中心同心，在夾緊力的作用下不會(huì)產(chǎn)生

9、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(qiáng)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(shí)心圓柱的最小直徑 式中 C計(jì)算常數(shù)，取決于軸的材料和受載情況。查表11.3得 C=126103；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(biāo)準(zhǔn)尺寸、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和定位、固定、裝拆、受力情

10、況對(duì)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(zhǔn)確而可靠的工作位置，防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向或周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，軸上零件和軸本身都必須做到定位準(zhǔn)確，固定可靠。在軸的最左端用圓螺母固定，因?yàn)樗潭煽?，可承受較大軸向力，能實(shí)現(xiàn)軸上零件的間隙調(diào)整。為減小對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱及提高鎖緊效果，采用細(xì)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

11、。根據(jù)以上規(guī)則設(shè)計(jì)出其結(jié)構(gòu)，示意圖如下：圖4-1 分度軸示意圖其詳細(xì)結(jié)構(gòu)見附件5里的分度軸。4.4 分度軸強(qiáng)度的校核對(duì)分度軸進(jìn)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(gè)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?？蓪⑵淞W(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(gè)點(diǎn)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(shí)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

12、，（為截面的內(nèi)徑）。對(duì)應(yīng)其結(jié)構(gòu)可知，危險(xiǎn)截面可能在兩個(gè)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(shí)傳遞的最大轉(zhuǎn)矩: =軸在工作時(shí)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(dāng)1截面為空心截面的時(shí)候也滿足強(qiáng)度要求。分度軸滿足強(qiáng)度的要求。4.5 走刀掛輪架的設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)的是Y38系列普通型滾齒機(jī)，主要用于單件

13、、小批和成批圓柱齒輪與蝸輪的銑削加工。我的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為機(jī)床的總體設(shè)計(jì)、機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、差動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及分度軸及走刀掛輪架設(shè)計(jì)。在總體設(shè)計(jì)及床身零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，根據(jù)機(jī)床的工藝要求，剛度及精度要求，對(duì)機(jī)床的總體布局、床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了機(jī)床的性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參考了很多設(shè)計(jì)手冊及設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，從機(jī)床的性能結(jié)構(gòu)、工作需要出發(fā)，對(duì)照傳動(dòng)方案和總體布局，確定了較優(yōu)的傳動(dòng)系統(tǒng)。為期三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，回顧整個(gè)過程，我覺得收獲很大。畢業(yè)設(shè)計(jì)是檢查學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)能力的一次考驗(yàn)。通過理論與實(shí)踐相結(jié)合，找出了我在設(shè)計(jì)中的不足之處和能力欠缺之處，加深了我對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解和掌握，強(qiáng)化了畢業(yè)設(shè)計(jì)中的感性認(rèn)識(shí)，提高了獨(dú)立創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。通過深入實(shí)踐，我體會(huì)到理論聯(lián)系實(shí)際的必要性，認(rèn)識(shí)到在學(xué)校學(xué)過的許多知識(shí)與解決實(shí)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(shí)踐中去。只有到實(shí)踐中去才能真正的鍛煉自己。向生產(chǎn)實(shí)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(shí)際知識(shí)，使我對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)有了更深一層的了解。5 胡家秀