端齒盤的參數(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1、文章編號(hào) :1004-2539(2006 05-0076-03端齒盤的參數(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 , 陜西 咸陽(yáng) 712000 南 歡(中州大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 , 河南 鄭州 450005 許春香摘要 端齒盤是具有自動(dòng)定心功能的精密分度定位元件 , 廣泛應(yīng)用于加工中心 、 柔性單元 、 數(shù)控機(jī) 床 、 組合機(jī)床 、 測(cè)量?jī)x器 、 各種高精度間歇式圓周分度裝置 、 多工位定位機(jī)構(gòu)以及其它需要精密分度的各 種設(shè)備上 。 文章介紹了端齒盤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 、 參數(shù)設(shè)計(jì)原則 、 并推導(dǎo)了主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)公式 , 最后給出 了其在數(shù)控電動(dòng)刀架中的應(yīng)用實(shí)例 。 隨著加工技術(shù)的數(shù)控化 、 精密化 , 端齒

2、盤的應(yīng)用將會(huì)有一個(gè)廣闊的 發(fā)展空間 。關(guān)鍵詞 端齒盤 參數(shù)設(shè)計(jì) 應(yīng)用 引言端齒盤 (如圖 1 又稱多齒盤 、 細(xì)齒盤 、 鼠牙盤 , 是具有自動(dòng)定心功能的精密分度定位元件 , 廣泛應(yīng)用于加工中心 、 柔性單元組合機(jī)床 、置 、備上 。 如數(shù)控車床中的多工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 、 銑床及加工中心用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及其它分度裝置中都采用端齒盤作為精確定位元件 。 端齒盤實(shí)際上相當(dāng)于一對(duì)齒數(shù)相同的離合器 , 其嚙合過(guò)程與離合器的嚙合類似 。端齒盤的齒形有直齒和弧齒兩種 , 直齒端齒盤由于加工方便 、 定位精度及重復(fù)定位精度高而最受歡迎 。1 端齒盤的特點(diǎn)在分度及定位裝置中 , 一般用端齒盤作為其精確定位元件

3、。 它具有以下優(yōu)點(diǎn) :1 分度精度高 可高達(dá) 0. 1 , 實(shí)際分度誤差等于所有齒單個(gè)分度誤差的平均值 。 即= 6iz (z 為齒數(shù) 圖 2 差動(dòng)分度示意圖2 分度范圍大 分度大小與齒數(shù)有關(guān) 。 例如齒數(shù)為 360齒時(shí) , 最小分度值為 1°。 用差動(dòng)端齒分度裝置 , 分度范圍更大 , 例如下盤齒數(shù)為 96, 上盤齒數(shù)為 360時(shí) , 就可將一個(gè)整圓分成 1440個(gè)等分 (最小分度值為 0. 25° , 如圖 2所示 。3 重復(fù)定位精度可達(dá) 0. , 因 , 而 因所有齒面同時(shí)參加嚙合 , 不論承受 的是切向力 、 徑向力還是軸向力 , 整個(gè)分度裝置形成一 個(gè)良好的剛性整

4、體 。5 結(jié)構(gòu)緊湊 , 使用方便 , 這一點(diǎn)比其它高精度的分 度裝置更為突出 。6 維護(hù)簡(jiǎn)便 , 多次拆裝不影響其原有的精度 。 除以上優(yōu)點(diǎn)外 , 它也有一些缺點(diǎn) :1 要設(shè)計(jì)升降機(jī)構(gòu) , 使兩齒盤間脫開(kāi)一定的距離 (應(yīng)大于嚙合高度 , 以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位分度 。2 必須有鎖緊機(jī)構(gòu) , 防止在使用過(guò)程中受外力和 力矩作用而使上下齒盤脫開(kāi)或側(cè)傾 。3 要采取防塵防屑措施 , 齒面的灰塵及切屑等雜 物會(huì)影響到定位精度及鎖緊程度 。4 不能進(jìn)行任意連續(xù)分度 , 分度時(shí)至少要轉(zhuǎn)過(guò)一 個(gè)齒 , 所以一般只能將圓周分成有限的等分角 。2 端齒盤主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算本文就齒形為三角形的直齒端齒盤的基本結(jié)構(gòu)參 數(shù)進(jìn)行計(jì)

5、算推導(dǎo) 。2. 1 齒數(shù) z 的確定可根據(jù)分度要求 , 即需要分度的最小分度值 來(lái) 確定 。z =(1 例如最小分度角度 =1°, 則 z =360齒 。2. 2 端齒盤外徑 d主要由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)所允許的空間范圍來(lái)確定 。 在結(jié)67 機(jī)械傳動(dòng) 2006年構(gòu)允許的情況下 , 外徑越大 , 分度或定位機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性 越好 。 2. 3 端齒盤齒形角 D 選取時(shí)應(yīng)考慮作用在端齒盤上的負(fù)荷力矩 M 及 鎖緊力 N 總 的大小 , 如圖 3所示 。將作用于齒盤上每 齒的切向外力 Q 和軸向鎖緊力 N 沿著齒面方向進(jìn)行 分解 , 如圖 4所示 , 應(yīng)滿足以下條件圖 3 端齒盤受力圖 圖 4 齒面上的切

6、向外力和軸向鎖緊力N <>Q <而 N <=N cos2, Q <=Q sin 2, N =2N , Q =dz , 則不等式變?yōu)?N cos 2> Q sin 2, , 即 2z N cos 2>dz Q sin 2。 圖 5 端齒盤剖視圖最后得到N 總 >d tan2(2從式 (2 可以說(shuō)明 , 在外載 M 不變時(shí) , 齒形角 D越小 , 所需自鎖力 N 總 也越小 , 即自鎖性越強(qiáng) , 但齒相 應(yīng)變深 , 齒厚變小 ; 齒形角 D 越大 , 需要的鎖緊力 N 總 也越大 , 即承受外轉(zhuǎn)矩的能力下降 , 但齒高變低 , 端齒 嚙合的高度下降

7、, 結(jié)構(gòu)緊湊 ; 同時(shí)也說(shuō)明了加大外徑 d 有利于提高端齒盤的承載能力 。圖 6 單齒俯視示意圖圖 7 單齒周向展開(kāi)示意圖 在選取時(shí)齒形角 D 時(shí) , 應(yīng)綜合考慮作用在端齒盤上的負(fù)荷 (力矩 及鎖緊力的大小 , 同時(shí)受齒形加工 刀具的限制 , 現(xiàn)已標(biāo)準(zhǔn)化 , 通常取 40°、 60°、 90°等 。 一般60°齒形角最常用 。 2. 4 齒根角 (嚙合斜角 為了保證在齒寬方向上的嚙合質(zhì)量 , 加工端齒時(shí) 必須調(diào)整分度盤回轉(zhuǎn)中心線和工作臺(tái)面傾斜角 , 即齒 根角或嚙合斜角 (如圖 5 , 以保證齒盤大端和小端的 齒厚與齒槽寬度相等 。由式 (1 得 =z,

8、 在圖 6的直角三角形中 , sin2=d/2, 則 y =2sin 2, 在圖 7的直角三角形中 , tan 2=H , 則 H =tan 2=d sin 2tan2, 在圖 8的直角三角 形中 , tan =d/2=d, 將 H 代入此式得圖 8 齒面嚙合剖面示意圖tan =sin2tan2=2cot 2sinz (3式 (3 即為齒根角 的計(jì)算公式 。如采用 D =60°時(shí) , 則式 (3 變?yōu)?tan =2sin z(4 2. 5 最大齒距 (周節(jié) t 和最大齒厚 B齒厚沿著徑向向中心逐漸縮小 , 在沿圓周展開(kāi)方 向上 (如圖 9所示 , 根據(jù)圓周計(jì)算公式 , 最大齒距 (周

9、 節(jié) t 和最大齒厚 B 分別為圖 9 沿周向展開(kāi)的齒面三角形t =d/z (5 B =t/2=d/2z(62. 6 齒頂高 h 及嚙合高度齒頂高就是嚙合平面到齒頂?shù)淖畲缶嚯x , 在如圖9所示的由齒廓展開(kāi)圖形成的直角三角形中 , tan (D /2 =t/2H , 而齒頂高 h 通常取三角形高度 H 的 1/2. 5,77第 30卷 第 5期 端齒盤的參數(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 即 H =2. 5h , 得到齒頂高 h 的計(jì)算公式為h = 5tan 2=5z tan2(7如齒形角 D =60°, 則 h 0. 35t 。上下端齒的嚙合高度為 2h , 端齒在旋轉(zhuǎn)時(shí)的脫齒 高度應(yīng)大于嚙合高度 2h

10、 。2. 7 齒寬 (徑向 F因所有的端齒同時(shí)嚙合 , 故一般不必通過(guò)增加齒 形的徑向?qū)挾?F (如圖 5 來(lái)增加強(qiáng)度 , F 一般根據(jù)經(jīng) 驗(yàn)選取 , 通常取F =2t 3t (8 常在 10mm 30mm 范圍內(nèi) 。2. 8 齒底槽寬 b 和齒頂寬 b 1為了保證齒盤工作時(shí)各個(gè)端齒能很好的嚙合 , 常 在齒底加工一定寬度和深度的槽 , 即齒底槽 , 并將齒頂 做成一定寬度的小平面 , 如圖 9所示。齒底槽寬 b 常 取b 0. 2d/z 齒底槽的作用是 : ,臟物 , 。中產(chǎn)生一定的彈性變形 , 使嚙合面積增大 , 有利于進(jìn)一步提高分度精度 。 根據(jù)齒底槽的深度 , 可將端齒分為剛性齒和彈性

11、齒 。 齒頂寬度 b 1一般按大端 (最外端 的齒頂寬度表 示 , 設(shè)計(jì)時(shí)必須注意其寬窄要適當(dāng) , 如過(guò)窄則在研磨過(guò) 程中會(huì)發(fā)生上下齒盤齒頂碰傷 , 影響研磨質(zhì)量和效率 , 工作時(shí)也容易磨損 。如過(guò)寬 , 則易在轉(zhuǎn)位分度時(shí)引起 上下齒盤嚙合瞬間的齒頂互碰而不易嚙合 。 按齒頂高 公式制作的齒 , 其齒頂寬度自然形成 , 不必另行計(jì)算和 在圖中標(biāo)注 。3 應(yīng)用實(shí)例圖 10是我們開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的與數(shù)控車床配套的立式 4工位不抬起轉(zhuǎn)位電動(dòng)刀架中使用的上端齒盤零件 , 該上齒盤通過(guò)與下齒盤 (分動(dòng) 、 靜齒盤 2個(gè) 的嚙合來(lái) 實(shí)現(xiàn)刀架的轉(zhuǎn)位與定位 , 其重復(fù)定位精度可達(dá) ±3 。 根據(jù)上面的計(jì)算公

12、式 , 其主要參數(shù)設(shè)計(jì)如下1 確定齒數(shù) z , 根據(jù) 4工位刀架分度要求并結(jié)合 生產(chǎn)條件確定 , 齒數(shù) z =60。2 確定齒形角 D , 取標(biāo)準(zhǔn)值 60°。3 計(jì)算齒根角 , 由式 (4 得 tan =2sinz=2sin60=0. 0453,故 :齒根角 =2. 595°=2°36 。4 計(jì) 算 最 大 齒 距 t , 由 式 (5 得 最 大 齒 距 t = 6. 28mm 。(材料 :40Cr 5B , 由式 (6 得 , 最大齒厚 B = . 。6 計(jì)算齒頂高 h , 由式 (7 得 , 齒頂高 h =2. 2mm 。7 確定齒寬 (徑向 F , 由式

13、(8 , 并考慮到刀架在 工作時(shí)要承受較大的力矩 , 取上限并經(jīng)圓整后 , 取 F = 20mm 。8 確定齒底槽寬 b , 由式 (9 得 , 齒底槽寬 b = 1. 3mm 。以上設(shè)計(jì)參數(shù)得到了生產(chǎn)實(shí)踐的驗(yàn)證 , 是合理的 。 4 結(jié)束語(yǔ)1 在所有參數(shù)中 , 齒根角 (嚙合斜角 是關(guān)鍵 , 它是 保證齒形加工及端齒嚙合質(zhì)量的重要參數(shù) 。2 隨著加工技術(shù)的數(shù)控化 、 精密化 , 端齒盤的應(yīng)用 將會(huì)有一個(gè)廣闊的發(fā)展空間 。參 考 文 獻(xiàn)1 林文煥 , 陳本通 . 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) . 北京 :國(guó)防工業(yè)出版社 ,19872 蔡光耀 . 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) . 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,19903 金令誠(chéng)

14、. 端齒盤分度裝置 . 北京 :國(guó)防工業(yè)出版社 ,19954 陶濟(jì)賢 , 謝明才 . 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) . 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1986收稿日期 :20060322 收修改稿日期 :20060425作者簡(jiǎn)介 :南歡 (1965- , 男 , 陜西興平人 , 工程師 /講師 , 在讀碩士87 機(jī)械傳動(dòng) 2006年qualification rate.K ey w ords : F orming roller S tress R oller shape designFinite E lement Analysis of Double Ring -and -trunnion U niversal

15、Joint Xu Jianning , Qu Wentao , Zhao Ning (71 Abstract Through finite element analysis for statical property of a double ring -and -trunnion universal joint based on Pro/E , ANSY S and s o on , the position and distribution of maximum stress , maximum deformation of input and output y okes , middle

16、sphere and axis under load are acquired. The result provides su fficient basis for the design , production and application of doubly ring -and -trunnion universal joint.K ey w ords : Ring -and -trunnion Universal joint Finite ele 2ment AnalysisApplication of Ad aptive G enetic Algorithm in F ault Di

17、agnosis of R olling B earing Qi X iaoli , Pan Z iwei (73 Abstract The method of rolling bearing fault diagnosis based on adaptive genetic Alg orithm is proposed. The test results shows that this method can achieve steady and exact recognition for rolling bearing s fault patterns when applied in roll

18、ing bearing fault , s o new effective diagnostic method K ey w ords : -BP neural netw ork P arameter Design and Application of T ransverse T eeth G earNan Huan ,Xu Chengxiang (76 Abstract T ransverse teeth gear are exact indexing &locatingelements having the function of self centering. They are

19、widely utilized in ma 2chining center , flexible manu facturing system , C NC machine , com 2bined machine tool , measuring instrument , high class intermittent cir 2cum ferential indexing mechanism , multi w orking position locating de 2vice , as well as other exact registration device. The structu

20、ral charac 2teristics the principle of parameters design , the formula derivation of transverse teeth gear are introduced. Finally , an example in C NC turret is given. With the development of numerical control and s ophistication process technology , the application of transverse teeth gear will ha

21、s a wider development.K ey w ords : T ransverse teeth gear Parameter design Application A N ew Method of Cutting Tooth of G ear Ring without G ear H ob 2bing MachineLiu X iping , Z ang X inliang (79 Abstract A new method of cutting the tooth of large gear ring is intro 2duced , which has no upper li

22、mit diameter. The machining principle , selecting and computing on main parameters and cutting experiment re 2sults of the method is als o introduced.K ey w ords : Large gear ring Milling tooth G ear cutting R esearch on the R atchet R educer in the Agricultural MachineryZhang Y anhong , Jiang Y ong

23、jun , He Jinlan (82 Abstract A new transmission plan in which the ratchet reducer is m ore suitable for the speed reduce of the agricultural machinery is put forward , through the kinematics analysis of the basic elements in the device , the adjustable -speed method , the determined method of the st

24、ructure of the crank and rocker , and the stress analysis are explained , Finally , by s ome examples , the superiority of the transmission plan in the cost , structure , size and adjustable -speed are displayed. K ey w ords : Ratchet reducer S tructure the crank and rocker Appilcation of CAM in R e

25、ciprocating -pump -case, Zhang G uanwei (85method of reciprocating -pump driving -centre is illustrated by the C AD/C AM tech 2of the Pro/Engineer s oftware. Though the Pro/E , the case de 2sign , tool path editing and post process of tool path were realized. Fi 2nally NC programe was produced.K ey w ords : Machining centre Driving -case T ool path editing Optimization Design on Tilting Device of C