滾齒機差動機構分度軸及走刀掛輪架設計

1、1 前 言.12 總體設計.32.1 滾齒機工作原理.32.2 擬定選擇傳動方案.32.3 主切削力的估算及電動機的選擇.73 差動機構設計.93.1 總傳動比的計算.93.2 傳動比的分配.93.3 設計計算.103.3.1 螺旋傘齒輪的設計.103.3.2 運動合成機構設計.113.3.3 差動蝸輪設計.123.3.4 圓柱直齒輪的設計.164 分度軸及走刀掛輪架的設計.214.1 軸的設計.214.2 確定分度軸的材料及熱處理方法.214.3 分度軸的結構設計.214.4 分度軸強度的校核.234.5 走刀掛輪架的設計.245 結束語.26參考文獻.27致 謝.28附件清單.29齒輪加工

2、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，生產率高等特點，因而得到廣泛應用，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

3、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，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速可達r/min，工作臺最高轉速可m/min， 機床部件移動速度也高達m/

4、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，國內主要滾齒機制造商重慶機床廠及南京二機床有限責任公司生產的系列數(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，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)今國際上生產滾齒機的強國為美國、德國和日本

5、。這些公司目前生產的滾齒機都是全數(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的提高。圖2-3 y38型機床的傳動系統(tǒng)圖轉速圖的擬定對整臺滾齒機設計的質量，如結構、性能、尺寸、效率、維修等都有較大的影響。轉速圖如圖2-5： 圖2-5 滾齒機轉速圖mmmm4 分度軸及走刀掛輪架的設計4.1 軸的設計軸的設計包括結構設計和工作能力計算兩

6、方面的內容。合理的結構和足夠的強度是軸在設計過程中必須滿足的基本要求。軸的結構設計是根據軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理的確定軸的結構形式和尺寸。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，對應力集中的敏感性低，熱處理及化學處理可得到較高的綜合力學性能（尤其在耐磨性和抗疲勞強度兩個方面），應用最多。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)質碳素鋼。先進行調質HB220250，再部分采用高頻淬火。使抗拉強度極限，屈服極限，彎

7、曲疲勞強度，剪切疲勞強度，許用彎曲應力。4.3 分度軸的結構設計軸的結構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，軸的結構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）軸上零件應便于裝拆和調整；（3）軸應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，直接關系到軸的外形、結構、尺寸及受力狀況以及材料的選擇。擬定軸上零件的裝

8、配方案是進行軸的結構設計的前提。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螺紋孔錐銷與工作臺圓盤固定在一起，蝸桿和蝸輪的旋轉帶動了工作臺圓盤的轉動，這樣工件心軸底座和心軸一起旋轉。工件套在工件心軸上，通過六角螺帽和兩個墊圈進行固定。具體結構如上圖所示。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，應當使工件與工作臺中心同心，在夾緊力的作用下不會產生

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 由材料力學可知，軸的扭轉強度條件為：式中, 軸的扭轉切應力 T軸傳遞的功率 P軸傳遞的功率 n軸的轉速 軸的抗扭截面系數(shù) 許用扭轉切應力。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=126103；把各參數(shù)帶入公式可求得結果。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：要求配合性質不同的表面，直徑應有所不同；加工精度、粗糙度不同的表面，一般直徑應有所不同；還應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、結構特點和定位、固定、裝拆、受力情

10、況對軸結構的要求，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，這樣不僅能簡化結構，節(jié)省材料，又能減少切削量。各軸段的軸端應制成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，軸段就應留有退刀槽

11、。根據以上規(guī)則設計出其結構，示意圖如下：圖4-1 分度軸示意圖其詳細結構見附件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?？蓪⑵淞W模型簡化如下：圖4-2 分度軸簡化的力學模型圖此力學模型為圓軸扭轉，橫截面上每個點都處于純剪切狀態(tài)，切應力沿徑向線性分布，橫截面上最大切應力位于圓軸表面。查12表11.2軸的常用材料及其主要力學性能，得。軸的最大許用彎矩: (4-2)根據材料力學可知：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

12、，（為截面的內徑）。對應其結構可知，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矩: =軸在工作時傳遞的最大轉矩小于截面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 走刀掛輪架的設計走刀掛輪架的材料采用HT200，正火處理。其結構示意圖如下：圖4-3 走刀掛輪結構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構關系見附件3分度軸及走刀掛輪架裝配圖。5 結束語本次畢業(yè)設計的是Y38系列普通型滾齒機，主要用于單件

13、、小批和成批圓柱齒輪與蝸輪的銑削加工。我的主要設計內容為機床的總體設計、機床傳動系統(tǒng)設計、差動機構的設計以及分度軸及走刀掛輪架設計。在總體設計及床身零件的結構設計方面，根據機床的工藝要求，剛度及精度要求，對機床的總體布局、床身結構進行優(yōu)化設計，提高了機床的性能和技術經濟指標，傳動系統(tǒng)的設計參考了很多設計手冊及設計指導書，從機床的性能結構、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)設計即將結束，回顧整個過程，我覺得收獲很大。畢業(yè)設計是檢查學生綜合設計能力的一個重要環(huán)節(jié)，是對學生獨立設計能力的一次考驗。通過理論與實踐相結合，找出了我在設計中的不足之處和能力欠缺之處，加深了我對所學理論知識的理解和掌握，強化了畢業(yè)設計中的感性認識，提高了獨立創(chuàng)新設計的能力。通過深入實踐，我體會到理論聯(lián)系實際的必要性，認識到在學校學過的許多知識與解決實際生產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。向生產實踐學習，了解與課題有關的生產線、設備、工藝等實際知識，使我對機械設計方面的知識有了更深一層的了解。5 胡家秀