齒輪工藝設(shè)計(jì)及滾齒夾具設(shè)計(jì),齒輪,工藝,設(shè)計(jì),夾具 1 緒論 齒輪設(shè)計(jì)及齒輪工藝設(shè)計(jì) 摘 要： 齒輪加工機(jī)床是加工各種圓柱齒輪、錐齒輪和其他帶齒零件齒部的機(jī)床。齒輪加工機(jī)床的品種規(guī)格繁多，有加工幾毫米直徑齒輪的小型機(jī)床，加工十幾米直徑齒輪的大型機(jī)床，還有大量生產(chǎn)用的高效機(jī)床和加工精密齒輪的高精度機(jī)床。齒輪加工機(jī)床廣泛應(yīng)用在汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床、工程機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械、石油、儀表、飛機(jī)和航天器等各種機(jī)械制造業(yè)中。 本次設(shè)計(jì)的題目是齒輪的設(shè)計(jì)及齒輪加工工藝設(shè)計(jì)。首先根據(jù)工況要求設(shè)計(jì)齒輪，再對齒輪進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，進(jìn)而確定設(shè)計(jì)的總體布局，隨后，對滾齒夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：齒輪，滾齒機(jī)，加工工藝，滾齒夾具。 Gear gear design and process design Abstract: Processing a variety of gear cutting machines are cylindrical gears, bevel gears and other parts with teeth teeth of the machine. Variety of gear cutting machines of many specifications, there are a few millimeters in diameter gear of the small processing machine tools, processing ten meters of large diameter gear machine tools, there are a large number of production and processing of high-precision gear machine precision machine tools. Gear cutting machines are widely used in automobiles, tractors, machine tools, construction machinery, mining machinery, metallurgical machinery, petroleum, instrumentation, aircraft and spacecraft and other machinery manufacturing. The subject is designed to gear design and gear machining process design. First, to design the gear according to conditions, then the gear design process, and to determine the overall layout design, then, for hobbing fixture design Keywords: Gear hobbing machine, processing technology, gear hobbing fixture 目 錄 1、緒論………………………………………………………4 1.1齒輪發(fā)展歷史………………………………………………..4 1.2我國齒輪發(fā)展現(xiàn)狀………………………………………..….4 1.3齒輪制造技術(shù)現(xiàn)狀…………………………………………...5 2、齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算…………………………………………9 2.1齒輪參數(shù)確定……………………………………………………9 2.2齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算………………………………………..11 2.3齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算………………………………………13 3、齒輪毛坯與計(jì)算……………………………………….15 3.1毛坯的選擇………………………………………………………15 3.2齒輪的計(jì)算…………………………………………….................15 4、齒輪加工工藝分析……………………………………17 4.1圓柱齒輪加工工藝程的內(nèi)容和要求……………………………17 5、滾齒夾具的設(shè)計(jì)………………………………………..20 5.1頂針芯軸…………………………………………………………20 5.2花檔芯軸…………………………………………………………20 6、結(jié)論……………………………………………………...21 參考文獻(xiàn)…………………………………………………24 致謝………………………………………………………25 1 緒論 1.1 齒輪發(fā)展歷史 人類對齒輪的使用源遠(yuǎn)流長，有史料記載中國是世界上第一個(gè)使用齒輪的國家，公元前400年至前200年間的中國古代就開始使用齒輪，中國山西省出土的青銅齒輪是迄今發(fā)現(xiàn)的最古老齒輪。張衡的候風(fēng)地動(dòng)儀、古印度的棉核剔除機(jī)構(gòu)（現(xiàn)收藏于柏林博物館）都含有齒輪機(jī)構(gòu)。齒輪的具體發(fā)明人無史可考，而亞里士多德可認(rèn)為是第一個(gè)系統(tǒng)論述這一機(jī)構(gòu)的人。而阿基米德不僅對齒輪和蝸輪有詳盡的論述，Pappus更記載了阿基米德通過一個(gè)蝸輪和九個(gè)齒輪的機(jī)構(gòu)，使少數(shù)幾個(gè)奴隸就將大船Syrakusia推下海中。 早期齒輪并沒有齒形和齒距的規(guī)格要求，因此連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)輪往往不能使被動(dòng)輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了解決這一問題，齒形發(fā)展為弧形，并通過減小齒距使被動(dòng)輪獲得連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，這使得齒輪機(jī)構(gòu)的汲水裝置十分普及。由于鐘表的出現(xiàn)和普及，人們產(chǎn)生了對齒輪定速傳動(dòng)的需求。由齒廓嚙合基本定律：一對齒廓的瞬時(shí)速比，等于該瞬時(shí)接觸點(diǎn)的公法線截連心線為兩段線段的反比。過接觸點(diǎn)所作兩齒廓的公法線均須與連心線交于一固定的點(diǎn)。所決定的齒形理論上是無窮多的，OlafRoemer在1674年曾論述外擺線齒形，而1694年P(guān)hilippdelaHire提出了漸開線齒形。在1733年，Camus提出了著名的Camus定理：輪齒接觸點(diǎn)的公法線必須通過中心連繞上的節(jié)點(diǎn)。一條輔助瞬心線分別沿大輪和小輪的瞬心線（節(jié)圓）純滾動(dòng)時(shí)，與輔助瞬心線固聯(lián)的輔助齒形在大輪和小輪上所包絡(luò)形成的兩齒廓曲線是彼此共軛的。 1765年，Euler闡明了相嚙合的齒輪，其齒形曲線的曲率半徑和曲率中心位置的關(guān)系。其后Savary完善了這一關(guān)系，形成了現(xiàn)在使用的Euler-Savary方程。1873年，Hoppe指出了不同齒數(shù)的齒輪在壓力角改變時(shí)的漸開線齒形，從而奠定了變位齒輪的基礎(chǔ)。19世紀(jì)末，范成切齒法原理的提出使?jié)u開線齒形最終戰(zhàn)勝擺線齒形走上了大規(guī)模生產(chǎn)的道路。 1907年，F(xiàn)rankHumphris提出了圓弧齒形。圓弧齒形在使用壽命和減小尺寸方面有一定優(yōu)勢，因此在現(xiàn)代工業(yè)中也逐漸發(fā)揮作用。 1.2 我國齒輪發(fā)展現(xiàn)狀 中國齒輪工業(yè)在“十五”期間得到了快速發(fā)展：2005年齒輪行業(yè)的年產(chǎn)值由2000年的240億元增加到683億元，年復(fù)合增長率23.27%,已成為中國機(jī)械基礎(chǔ)件中規(guī)模最大的行業(yè)。就市場需求與生產(chǎn)規(guī)模而言，中國齒輪行業(yè)在全球排名已超過意大利，居世界第四位。 2006年，中國全部齒輪、傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)部件制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)累計(jì)工業(yè)總產(chǎn)值102628183千元，比上年同期增長24.15%;實(shí)現(xiàn)累計(jì)產(chǎn)品銷售收入98238240千元，比上年同期增長24.37%;實(shí)現(xiàn)累計(jì)利潤總額5665210千元，比上年同期增長26.85%. 2007年1-12月，中國全部齒輪、傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)部件制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)累計(jì)工業(yè)總產(chǎn)值136542841千元，比上年同期增長30.96%;2008年1-10月，中國全部齒輪、傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)部件制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)累計(jì)工業(yè)總產(chǎn)值144529138千元，比上年同期增長32.92%。 中國齒輪制造業(yè)與發(fā)達(dá)國家相比還存在自主創(chuàng)新能力不足、新品開發(fā)慢、市場競爭無序、企業(yè)管理薄弱、信息化程度低、從業(yè)人員綜合素質(zhì)有待提高等問題?，F(xiàn)階段齒輪行業(yè)應(yīng)通過市場競爭與整合，提高行業(yè)集中度，形成一批擁有幾十億元、5億元、1億元資產(chǎn)的大、中、小規(guī)模企業(yè)；通過自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)，形成一批車輛傳動(dòng)系（變速箱、驅(qū)動(dòng)橋總成）牽頭企業(yè)，用牽頭企業(yè)的配套能力整合齒輪行業(yè)的能力與資源；實(shí)現(xiàn)專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化配套，形成大批有特色的工藝、有特色的產(chǎn)品和有快速反應(yīng)能力的名牌企業(yè)；通過技改，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化齒輪制造企業(yè)轉(zhuǎn)型。 “十一五”末期，中國齒輪制造業(yè)年銷售額可達(dá)到1300億元，人均銷售額上升到65萬元/年，在世界行業(yè)排名中達(dá)到世界第二。2006-2010年將新增設(shè)備10萬臺，即每年用于新增設(shè)備投資約60億元，新購機(jī)床2萬臺，每臺平均單價(jià)30萬元。到2010年，中國齒輪制造業(yè)應(yīng)有各類機(jī)床總數(shù)約40萬臺，其中數(shù)控機(jī)床10萬臺，數(shù)控化率25%（高于機(jī)械制造全行業(yè)平均值17%）。 1.3 齒輪制造技術(shù)現(xiàn)狀 隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展，齒輪行業(yè)通過大量引進(jìn)高端設(shè)備使加工能力有了長足的進(jìn)步與國際先進(jìn)水平已相當(dāng)接近。國產(chǎn)齒輪加工機(jī)床已基本形成了較完整的系列已開發(fā)出技術(shù)含量具有國際水準(zhǔn)的螺旋錐齒輪六軸數(shù)控磨床，但齒輪機(jī)床總體制造水平在精度、壽命、穩(wěn)定性、數(shù)控技術(shù)應(yīng)用等方面與歐美相比存在較大差距目前國內(nèi)齒輪加工行業(yè)的精加工特別是數(shù)控齒輪機(jī)床仍然以進(jìn)口設(shè)備為主。如德國普發(fā)特公司、瑞士萊斯豪爾公司的圓柱齒輪滾齒、磨齒機(jī)等，美國格里森公司、德國克林貝格公司（含原瑞士奧利康）的螺旋錐齒輪銑齒、磨齒、研齒機(jī)以及齒輪測量中心在國內(nèi)仍居顯著的優(yōu)勢地位。 齒輪加工要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)及精度需要采用不同的工藝。鑒于設(shè)備投資大，工藝方式的選擇（如表1）通常都充分考慮已有資源。齒輪加工過程中的微小變形及工藝穩(wěn)定性控制相對復(fù)雜，毛坯鍛造后大多要采用等溫正火，以期獲得良好的加工性能和趨勢性變形的均勻金相組織：對于精度要求不高的低速圓柱齒輪可以熱前剃齒而熱后不再加工：圓柱齒輪熱后加工根據(jù)條件有琦齒和磨齒不同方式的選擇，晰齒成本低但齒形修正能力弱，磨齒精度高但成本高：修緣和鼓形齒修形工藝能夠顯著降低齒輪嚙合噪聲和提高傳動(dòng)性能，目前被廣泛采用。直齒錐齒輪主要用于差速器由于速度低精度要求相對較低，目前推薦采用精鍛齒輪。螺旋錐齒輪加工計(jì)算和機(jī)床調(diào)整，以往非常復(fù)雜和耗時(shí)的手工操作已被現(xiàn)代專用軟件和計(jì)算機(jī)程序所取代，有限元分析的引入使工藝參數(shù)設(shè)計(jì)更為可靠和便捷：螺旋錐齒輪熱后加工主要有研齒和磨齒兩種，由于磨齒的成本高、效率低且有局限性而目前大多采用研齒，研齒幾何上的修正能力很弱，因此螺旋錐齒輪的從動(dòng)齒輪多采用滲碳壓淬工藝。齒輪材料及其熱處理技術(shù)發(fā)展是齒輪加工中對變形控制具有挑戰(zhàn)性的課題。 齒輪加工中測量技術(shù)的同步發(fā)展對齒輪制造水平的提高同等重要。傳統(tǒng)的幾何測量與綜合測量方法由于三坐標(biāo)技術(shù)的發(fā)展以至齒輪測量中心的出現(xiàn)而在測量精度、效率、范圍等方面得到極大改善。齒廓空間形面測量成為現(xiàn)實(shí)（如圖1）使螺旋錐齒輪計(jì)算、加工、測量、反饋調(diào)整可在數(shù)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)閉環(huán)。 重要的技術(shù)研究方向 1.數(shù)值分析技術(shù) 作為幾何描述的漸開線、擺線等基干嚙合原理或共扼特性的理論研究起于18世紀(jì)初，將其轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)即世界上出現(xiàn)第一臺齒輪加工機(jī)床距今也有近百年歷程。發(fā)展至今雖然切齒原理并未產(chǎn)生本質(zhì)變化，但在應(yīng)用工程領(lǐng)域無論是圓柱齒輪還是螺旋錐齒輪其制造能力都取得了長足進(jìn)步主要表現(xiàn)在加工機(jī)床、檢測手段、計(jì)算分析技術(shù)等方面，其核心推動(dòng)力是計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展。因此，齒輪進(jìn)入實(shí)際加工前，充分考慮制造因素影響的數(shù)值分析（CAE）技術(shù)的研究和應(yīng)用成為重要課題。 數(shù)值分析技術(shù)是個(gè)比較大的概念，借助不同的專業(yè)軟件可進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、工藝成形等分析。有效的分析可以獲得如下效果。 a.延伸和提升設(shè)計(jì)方法和思路。通過分析對強(qiáng)度、壽命的預(yù)測可使單純的幾何設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽啃栽O(shè)汁；加速由二維CAD轉(zhuǎn)變?yōu)槿S實(shí)本進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)值模型設(shè)計(jì)。 b.最大限度地降低試制、試驗(yàn)成本，縮短開發(fā)周期。通過分析提高試制、試驗(yàn)“一次成功率”。 C.生產(chǎn)時(shí)獲得可靠的齒輪結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和正確的工藝調(diào)整數(shù)據(jù)。通過驗(yàn)證使分析數(shù)據(jù)模型得到預(yù)期性能目標(biāo)的優(yōu)化以指導(dǎo)生產(chǎn)，另一方面生產(chǎn)過程中針對市場進(jìn)行齒輪結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性更改時(shí)通過數(shù)值分析做可行性判定。 齒輪數(shù)值分析的有效性需通過試驗(yàn)進(jìn)行規(guī)律性驗(yàn)證，以判斷其置信度水平是否滿足實(shí)際要求否則將不具實(shí)用意義。數(shù)值分析的有效性取決于計(jì)算數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性、幾何實(shí)體模型的精確程度、各種可知邊界條件輸入數(shù)據(jù)的正確與否。計(jì)算數(shù)學(xué)模型依賴于合適的軟件，目前有LS-DYNA（非線性）、NASTRAN（線性）、ABAQUS（非線性）、FEMFET（疲勞）、ADAMS（多剛體）、ANS丫S（非線性）等不同用途的較多可行選擇：圓柱齒輪易于獲得幾何實(shí)體數(shù)值模型，對于螺旋錐齒輪的齒廓曲面以往很難獲得精確的實(shí)際模型，現(xiàn)在已能夠?qū)崿F(xiàn)（如圖2）：對于各種可知邊界條件中，材料PSN曲線、熱處理狀態(tài)、摩擦因數(shù)等主要性能數(shù)據(jù)可通過試驗(yàn)測試獲得，而對于潤滑、溫度、相對滑移速度等一些重要數(shù)據(jù)的獲得尚需開展深入研究。 可以預(yù)測，實(shí)現(xiàn)齒輪數(shù)值分析技術(shù)的成熟應(yīng)用不會期待很久。 2.預(yù)調(diào)修正技術(shù) 齒輪作為汽車產(chǎn)品零件由于其工況條件具有復(fù)雜性和不確定性，不能簡單地憑借精度及，圖紙符合程度來評判其優(yōu)劣，滿足產(chǎn)品要求同時(shí)又具有最優(yōu)性價(jià)比才是期望得到的齒輪。齒輪制造工藝過程中的工序本身并不復(fù)雜，重要的是滿足設(shè)計(jì)師的思想而不僅僅是圖紙。因此在齒輪制造過程中引入具有目的性要求的預(yù)調(diào)修正方法十分必要。 預(yù)調(diào)修正的目的是最大程度地利用已有條件制造出適合不同產(chǎn)品性能要求的齒輪，目前其方法如下。 （1）熱處理變形的預(yù)調(diào)修正 基本原理是對于新產(chǎn)品、材料 （批次）、工藝等變動(dòng)時(shí)在批量切齒前做小量試切并檢查熱后變形狀態(tài)和規(guī)律，按預(yù)先給定的熱后檢查標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整熱前切齒參數(shù)加以補(bǔ)償，直至滿足要求為止，在螺旋錐齒輪生產(chǎn)中已普遍采用。該修正方法目前大多以接觸區(qū)的形狀、大小、位置變化的趨勢性來確定調(diào)整量，存在的主要問題是試切樣件小、變形規(guī)律性不強(qiáng)時(shí)調(diào)整效果不好。目前有條件的企業(yè)可以利用齒輪測量中心實(shí)測齒面三維數(shù)據(jù)來調(diào)整效果會有較大改善（如圖3）。 （2）結(jié)構(gòu)和裝配誤差的預(yù)調(diào)修正 齒輪被裝配到產(chǎn)品總成中由于結(jié)構(gòu)布局、系統(tǒng)剛度、承載狀態(tài)的不同以及進(jìn)一步考慮裝配誤差等因素應(yīng)采取齒輪加工的預(yù)調(diào)修正，該技術(shù)國內(nèi)應(yīng)用尚少。例如，商用車變速器一軸柱齒輪由于懸臂安裝結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)過程中嚙合齒面齒向正確位置會發(fā)生偏移，可在加工時(shí)進(jìn)行螺旋角修正；對于裝配誤差較大且無有效控制措施的后橋減速器準(zhǔn)雙曲面齒輪可以采用通過V/H檢驗(yàn)的方法來確定切齒預(yù)調(diào)修正，進(jìn)而對接觸區(qū)的敏感性進(jìn)行控制。 （3）噪聲和壽命的預(yù)調(diào)修正 齒輪副嚙合噪聲和壽命不僅與材料和使用條件有關(guān)，也與制造過程中加工精度、表面質(zhì)量導(dǎo)致的傳動(dòng)誤差密切相關(guān)。通過傳動(dòng)誤差測量和分析技術(shù)對噪聲和壽命進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)一步優(yōu)化切齒參數(shù)來進(jìn)行預(yù)調(diào)修正。該技術(shù)尚未進(jìn)入控制生產(chǎn)的實(shí)用階段。 （4）工況載荷的預(yù)調(diào)修正 國內(nèi)已充分關(guān)注這一方面目前尚未形成規(guī)范的方法。對于重載荷齒輪，由于總成支撐剛性往往由于結(jié)構(gòu)限制相對較弱，在實(shí)際滿載或超載工況下產(chǎn)生齒輪錯(cuò)位（偏離正確嚙合位置）在所難免。如對于重型車后橋的準(zhǔn)雙曲面齒輪副，借助于專業(yè)軟件 （如Romax的Design和Gleason的CAGE）可以將模擬系統(tǒng)加載的錯(cuò)位量轉(zhuǎn)化為切齒調(diào)整參數(shù)進(jìn)行修正。 3.微觀修形技術(shù) 汽車齒輪傳動(dòng)追求的技術(shù)目標(biāo)是低噪聲和高壽命。作為商品的齒輪，則應(yīng)具有滿足用戶和法規(guī)要求的最優(yōu)性價(jià)比。可見，汽車齒輪技術(shù)的發(fā)展要在精度、質(zhì)量（性能、壽命）與成本的矛盾平衡中尋求空間。因此，齒輪微觀形貌及其修形技術(shù)的研究十分重要。 （1）修形技術(shù)深入研究的條件 齒輪修形是微量加工技術(shù)，一方面要求有微量加工的條件，即加工設(shè)備要有一定的精度和實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的能力：另一方面又要有精確的測量分析方法和手段。目前，國內(nèi)很多齒輪生產(chǎn)企業(yè)都已具備開展深入研究的條件。 （2）修形技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和問題 國內(nèi)齒輪行業(yè)采用修形技術(shù)的依據(jù)大體來自兩個(gè)方面，一是自身經(jīng)驗(yàn)二是引進(jìn)國外產(chǎn)品技術(shù)轉(zhuǎn)化的要求，對于不同齒輪和加工條件采用的方式有所區(qū)別。 齒形修形分為齒頂修形（俗稱修緣）和齒根修形、沉切，致力于解決齒頂和齒根嚙合干涉問題：解決滾刀、剃齒刀、弧齒銑刀的設(shè)計(jì)和砂輪修整。齒向修形主要控制承載接觸區(qū)位置及其擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)和補(bǔ)償溫升導(dǎo)致螺旋角變化等，根據(jù)不同目的和條件可采用兩端修形、全齒向折線修形、鼓形齒修形等方式，由剃齒機(jī)、磨齒機(jī)以及螺旋錐齒輪銑齒機(jī)（刀傾）調(diào)整完成。存在的主要問題是，修形方法的合理性驗(yàn)證需要研究以及修形參數(shù)的試驗(yàn)依據(jù)不充分，需要建立可行的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范并不斷完善。 （3）齒輪微觀修形意義 在機(jī)械零件中，齒輪相對復(fù)雜而制造成本高，追求高精度來保證高性能的做法帶來的直接后果是高成本既不科學(xué)也不合理。齒輪修形方法的研究基本依托于剃齒、銑齒、磨齒等主要工序設(shè)備的功能擴(kuò)充，可稱為“寄生工藝”，不需要大的工藝成本投入，通過針對性修形改善齒輪的使用性能，一方面盡可能地發(fā)揮齒輪本身的潛在能力，另一方面可合理選擇齒輪生產(chǎn)的控制精度，降低工藝成本。深入研究該方面的應(yīng)用技術(shù)對于提高齒輪性價(jià)比的意義顯而易見。 結(jié)束語 現(xiàn)代齒輪制造技術(shù)又是一個(gè)涉及多學(xué)科交叉混疊的綜合性技、術(shù)，只有在整車使用中顯示出優(yōu)良性能和生命周期.內(nèi)體現(xiàn)出的高性價(jià)比才是產(chǎn)品追求的最終目標(biāo)。因此運(yùn)用技術(shù)發(fā)展過程中形成的各種手段和有利條件來系統(tǒng)地研究齒輪結(jié)構(gòu)及其制造方法，開展以上3方面課題的深入研究工作完善和建立齒輪制造工藝系統(tǒng)控制方法和科學(xué)可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫才最具意義。 - 26 - 2 齒輪設(shè)計(jì)與計(jì)算 2.1 齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)確定 由已知條件齒輪傳遞額定功率為P=125Kw，轉(zhuǎn)速n=260r/min，由公式 T=9549P/n T=9549x125/260= T=1480.92(N·m) 由于傳動(dòng)比i=1:3，得知 齒輪1轉(zhuǎn)速 n1=806(r/min) 齒輪2轉(zhuǎn)速 n2=260(r/min) 原動(dòng)機(jī)載荷特性 SF=均勻平穩(wěn) 　　工作機(jī)載荷特性 WF=均勻平穩(wěn) 　　預(yù)定壽命 H=65000(小時(shí)) 選擇兩齒輪結(jié)構(gòu)形式為閉式 　　齒輪1布置形式和齒輪2的布置形式均為對稱布置。 　　 齒面嚙合類型為硬齒面，采用45號鋼表面淬火處理硬度為HRC45~50 　　熱處理質(zhì)量級別ML 　　齒輪1材料及熱處理 Met1=45<表面淬火> 　　齒輪1硬度取值范圍 HBSP1=45～50 　　齒輪1硬度 HBS1=48 　　齒輪1材料類別 MetN1=0 　　齒輪1極限應(yīng)力類別 MetType1=11 　　齒輪2材料及熱處理 Met2=45<表面淬火> 　　齒輪2硬度取值范圍 HBSP2=45～50 　　齒輪2硬度 HBS2=48 　　齒輪2材料類別 MetN2=0 　　齒輪2極限應(yīng)力類別 MetType2=11 齒輪1第Ⅰ組精度 JD11=7 　　齒輪1第Ⅱ組精度 JD12=7 　　齒輪1第Ⅲ組精度 JD13=7 　　齒輪1齒厚上偏差 JDU1=F 　　齒輪1齒厚下偏差 JDD1=L 　　齒輪2第Ⅰ組精度 JD21=7 　　齒輪2第Ⅱ組精度 JD22=7 　　齒輪2第Ⅲ組精度 JD23=7 　　齒輪2齒厚上偏差 JDU2=F 　　齒輪2齒厚下偏差 JDD2=L 兩齒輪選用模數(shù)為4的圓柱直齒輪，齒輪1齒數(shù)Z1=19，齒輪2齒數(shù)Z2=59，兩齒輪齒寬均為30mm。 齒輪1的分度圓直徑d 1=mz1=4x19=76mm 齒輪2的分度圓直徑d 2=mz2=4x59=236mm 齒輪1和齒輪2的齒頂高h(yuǎn)a=ha* m=4 齒輪1和齒輪2的齒根高h(yuǎn) f=(ha*+c*)m=（1+0.25）4=5 齒輪1和齒輪2的全齒高 h1=h2=ha+hf=4+5=9 齒輪1齒頂圓直徑 da1=d1+2ha=(z1+2)m=84.00000(mm) 齒輪1齒根圓直徑 df1=(d1-2hf)=(z1-2.5)m=66.00000(mm) 齒輪2齒頂圓直徑 da2= d2+2ha=(z2+2)m= 244.00000(mm) 齒輪2齒根圓直徑 df2=(d1-2hf)=(z1-2.5)m =226.00000(mm) 兩齒輪中心距a=d1+d2/2=(z1+z2)m/2=156mm 齒輪1分度圓弦齒厚 sh1=6.27603(mm) 齒輪1分度圓弦齒高 hh1=4.12979(mm) 齒輪1固定弦齒厚 sch1=5.54819(mm) 齒輪1固定弦齒高 hch1=2.99023(mm) 齒輪1公法線跨齒數(shù) K1=3 齒輪1公法線長度 Wk1=30.58573(mm) 齒輪2分度圓弦齒厚 sh2=6.28244(mm) 齒輪2分度圓弦齒高 hh2=4.04182(mm) 齒輪2固定弦齒厚 sch2=5.54819(mm) 齒輪2固定弦齒高 hch2=2.99023(mm) 齒輪2公法線跨齒數(shù) K2=7 齒輪2公法線長度 Wk2=80.06072(mm) 齒輪1齒距累積公差 Fp1=0.04779 　　齒輪1齒圈徑向跳動(dòng)公差 Fr1=0.03969 　　齒輪1公法線長度變動(dòng)公差 Fw1=0.03004 　　齒輪1齒距極限偏差 fpt(±)1=0.01676 　　齒輪1齒形公差 ff1=0.01295 　　齒輪1一齒切向綜合公差 fi'1=0.01783 　　齒輪1一齒徑向綜合公差 fi''1=0.02372 　　齒輪1齒向公差 Fβ1=0.01315 　　齒輪1切向綜合公差 Fi'1=0.06074 　　齒輪1徑向綜合公差 Fi''1=0.05556 　　齒輪1基節(jié)極限偏差 fpb(±)1=0.01575 　　齒輪1螺旋線波度公差 ffβ1=0.01783 　　齒輪1軸向齒距極限偏差 Fpx(±)1=0.01315 　　齒輪1齒向公差 Fb1=0.01315 　　齒輪1x方向軸向平行度公差 fx1=0.01315 　　齒輪1y方向軸向平行度公差 fy1=0.00657 　　齒輪1齒厚上偏差 Eup1=-0.06705 　　齒輪1齒厚下偏差 Edn1=-0.26818 齒輪2齒距累積公差 Fp2=0.07735 　　齒輪2齒圈徑向跳動(dòng)公差 Fr2=0.05271 　　齒輪2公法線長度變動(dòng)公差 Fw2=0.03814 　　齒輪2齒距極限偏差 fpt(±)2=0.01826 　　齒輪2齒形公差 ff2=0.01495 　　齒輪2一齒切向綜合公差 fi'2=0.01992 　　齒輪2一齒徑向綜合公差 fi''2=0.02580 　　齒輪2齒向公差 Fβ2=0.00630 　　齒輪2切向綜合公差 Fi'2=0.09230 　　齒輪2徑向綜合公差 Fi''2=0.07379 　　齒輪2基節(jié)極限偏差 fpb(±)2=0.01716 　　齒輪2螺旋線波度公差 ffβ2=0.01992 　　齒輪2軸向齒距極限偏差 Fpx(±)2=0.00630 　　齒輪2齒向公差 Fb2=0.00630 　　齒輪2x方向軸向平行度公差 fx2=0.00630 　　齒輪2y方向軸向平行度公差 fy2=0.00315 　　齒輪2齒厚上偏差 Eup2=-0.07303 　　齒輪2齒厚下偏差 Edn2=-0.29210 2.2 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 摘自GB/T 3480-1997 漸開線圓柱齒輪承載能力計(jì)算方法) 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算是為防止齒面發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕的一種計(jì)算方法，因?yàn)辄c(diǎn)蝕往往發(fā)生在節(jié)線附近，所以計(jì)算準(zhǔn)則為：保證節(jié)線處的接觸應(yīng)力小于或等于許用接觸應(yīng)力。對于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，其齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式為 齒面接觸強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 由于該兩齒輪材料都選用45鋼時(shí)，可得一對鋼齒輪的齒面接觸強(qiáng)度的校核公式和設(shè)計(jì)公式分別為： 校核公式： 設(shè)計(jì)公式： K―載荷系數(shù)； T1―小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·㎜）； u―大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比； b―齒輪寬度（㎜）； d1―小齒輪的分度圓直徑（㎜） ±—“+” 用于外嚙合，“－” 用于內(nèi)嚙合； 齒輪1接觸強(qiáng)度極限應(yīng)力 σHlim1=960.0(MPa) 　　齒輪1抗彎疲勞基本值 σFE1=480.0(MPa) 　　齒輪1接觸疲勞強(qiáng)度許用值 [σH]1=1210.6(MPa) 　　齒輪1彎曲疲勞強(qiáng)度許用值 [σF]1=589.0(MPa) 　　齒輪2接觸強(qiáng)度極限應(yīng)力 σHlim2=960.0(MPa) 　　齒輪2抗彎疲勞基本值 σFE2=480.0(MPa) 　　齒輪2接觸疲勞強(qiáng)度許用值 [σH]2=1210.6(MPa) 　　齒輪2彎曲疲勞強(qiáng)度許用值 [σF]2=589.0(MPa) 　　接觸強(qiáng)度用安全系數(shù) SHmin=1.00 　　彎曲強(qiáng)度用安全系數(shù) SFmin=1.40 　　接觸強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力 σH=748.5(MPa) 　　接觸疲勞強(qiáng)度校核 σH≤[σH]=滿足 　　齒輪1彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力 σF1=142.9(MPa) 　　齒輪2彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力 σF2=128.5(MPa) 　　齒輪1彎曲疲勞強(qiáng)度校核 σF1≤[σF]1=滿足 　　齒輪2彎曲疲勞強(qiáng)度校核 σF2≤[σF]2=滿足 2.3 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 摘自GB/T 3480-1997 漸開線圓柱齒輪承載能力計(jì)算方法 輪齒的彎曲強(qiáng)度校核公式為 將齒寬系數(shù) 代入上式，得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式 YF―齒形系數(shù)，無單位，其值與齒數(shù)有關(guān)，查表8.36 YS―齒根應(yīng)力修正系數(shù)，查表8.36 ―許用彎曲應(yīng)力。 一對齒輪工作時(shí)，由于兩齒輪的齒數(shù)不同，故齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)不同，所以齒根彎曲應(yīng)力不相等，而許用彎曲應(yīng)力也不一定相等，在進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)分別校核兩齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度；而在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)取兩齒輪的 值進(jìn)行比較，取其中較大值代入計(jì)算，計(jì)算所得的模數(shù)應(yīng)圓整成標(biāo)準(zhǔn)值較小的許用接觸應(yīng)力代入計(jì)算公式。 齒形做特殊處理 Zps=特殊處理 　　齒面經(jīng)表面硬化 Zas=不硬化 　　齒形 Zp=一般 　　潤滑油粘度 V50=120(mm^2/s) 　　有一定量點(diǎn)饋 Us=不允許 　　小齒輪齒面粗糙度 Z1R=Rz＞6μm(Ra≤1μm) 　　載荷類型 Wtype=靜強(qiáng)度 　　齒根表面粗糙度 ZFR=Rz＞16μm (Ra≤2.6μm) 　　刀具基本輪廓尺寸 　　圓周力 Ft=38971.579(N) 　　齒輪線速度 V=3.207(m/s) 　　使用系數(shù) Ka=1.000 　　動(dòng)載系數(shù) Kv=1.104 　　齒向載荷分布系數(shù) KHβ=1.000 　　綜合變形對載荷分布的影響 Kβs=1.000 　　安裝精度對載荷分布的影響 Kβm=0.000 　　齒間載荷分布系數(shù) KHα=1.000 　　節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) Zh=2.495 　　材料的彈性系數(shù) ZE=189.800 　　接觸強(qiáng)度重合度系數(shù) Zε=0.883 　　接觸強(qiáng)度螺旋角系數(shù) Zβ=1.000 　　重合、螺旋角系數(shù) Zεβ=0.883 　　接觸疲勞壽命系數(shù) Zn=1.30000 　　潤滑油膜影響系數(shù) Zlvr=0.97000 　　工作硬化系數(shù) Zw=1.00000 　　接觸強(qiáng)度尺寸系數(shù) Zx=1.00000 　　齒向載荷分布系數(shù) KFβ=1.000 　　齒間載荷分布系數(shù) KFα=1.000 　　抗彎強(qiáng)度重合度系數(shù) Yε=0.701 　　抗彎強(qiáng)度螺旋角系數(shù) Yβ=1.000 　　抗彎強(qiáng)度重合、螺旋角系數(shù) Yεβ=0.701 　　壽命系數(shù) Yn=1.71790 　　齒根圓角敏感系數(shù) Ydr=1.00000 　　齒根表面狀況系數(shù) Yrr=1.00000 　　尺寸系數(shù) Yx=1.00000 　　齒輪1復(fù)合齒形系數(shù) Yfs1=4.42487 　　齒輪1應(yīng)力校正系數(shù) Ysa1=1.53717 　　齒輪2復(fù)合齒形系數(shù) Yfs2=3.98120 　　齒輪2應(yīng)力校正系數(shù) Ysa2=1.73760 3 齒輪的毛坯與計(jì)算 3.1 毛坯的選擇 齒輪材料的基本要求 ：齒面硬、齒芯韌。 (1)齒面應(yīng)有足夠的硬度，以抵抗齒面磨損、點(diǎn)蝕、膠合以及塑性變形等； (2)齒芯應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和較好的韌性，以抵抗齒根折斷和沖擊載荷： (3)應(yīng)有良好的加工工藝性能及熱處理性能．使之便于加工且便于提高其力學(xué)性能。 鍛鋼因具有強(qiáng)度高、韌性好、便于制造、便于熱處理等優(yōu)點(diǎn)，大多數(shù)齒輪都用鍛鋼制造。 1)軟齒面齒輪：齒面硬度<350HBS，常用中碳鋼和中碳合金鋼，如45鋼、40Cr、35SiMn等材料，進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理。這種齒輪適用于強(qiáng)度、精度要求不高的場合，輪坯經(jīng)過熱處理后進(jìn)行插齒或滾齒，生產(chǎn)便利、成本較低。 ???(2)硬齒面齒輪：硬齒面齒輪的齒面硬度>350HBS，常用的材料為中碳鋼或中碳合金鋼經(jīng)表面淬火處理，如： 45鋼、40Cr、35SiMn等材料，若采用低碳鋼或低碳合金鋼，需滲碳淬火，如：20Cr ，20CrMnTi 等 根據(jù)齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算得知其中小齒輪的齒頂圓直徑為84mm，大齒輪的齒頂圓直徑為244mm。 3.2齒輪的計(jì)算 由兩齒輪基本參數(shù)得知兩齒輪模數(shù)均為4，齒數(shù)分別為19和59，壓力角均為20度，精度等級為7級。 3.2.1 確定工序間余量 為使加工過程順利進(jìn)行并穩(wěn)定的保證加工精度，必須合理地確定工序余量。生產(chǎn)中常用查表給出的組合機(jī)床對孔加工的工序余量，由于在本鏜床上鏜孔后重新安裝或在其他多工位機(jī)床上加工下道工序，應(yīng)適當(dāng)加大余量，以消除轉(zhuǎn)、定位誤差的影響。三個(gè)孔在粗鏜后都，直徑上工序間余量1～1.5mm。 3.2.2 選擇切削用量 確定了在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。因?yàn)樗O(shè)計(jì)的組合機(jī)床為多軸同步加工在大多數(shù)情況下，所選切削用量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)比一般通用機(jī)床單刀加工低30%左右．多軸主軸箱上所有刀具共用一個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力滑臺，工作時(shí)，要求所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動(dòng)力滑臺的每分鐘進(jìn)給量（mm/min）應(yīng)是適合有刀具的平均值。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設(shè)計(jì)成不同轉(zhuǎn)速和不同的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足不同直徑的加需要，即：·=·=…=·= 式中：… ——各主軸轉(zhuǎn)速（r/min） … ——各主軸進(jìn)給量（mm/r） ——?jiǎng)恿_每分鐘進(jìn)給量（mm/min） 由于變速箱殼體兩孔φ48、φ80兩孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求都是相同的。按照經(jīng)濟(jì)地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得： 、進(jìn)給量f=0.45mm/r、切削速度v=22.8m/min. 3.2.3 確定切削力、切削扭矩、切削功率 根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度v及進(jìn)給量f）確定切削力，作為選擇動(dòng)力部件（滑臺）及夾具設(shè)計(jì)的依據(jù)；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動(dòng)件（齒輪，傳動(dòng)軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動(dòng)電動(dòng)（一般指動(dòng)力箱）功率，通過查表計(jì)算如下： 布氏硬度：HB =HBmin－(HBmax－HBmin) =200－(241－170) =176.33 切削力：=51.4Gpf -0.75 HB 0.55 =51.4×6.5×0.45-0.75×176.33 0.55 =745.6 N 切削扭矩：=25.7 f -0.75 HB 0.55 =25.7××0.45-0.75×176.33 0.55 =2852.26N·mm 切削功率：=FV/61200 =0.37 kw 式中：HB——布氏硬度 F——切削力（N） D——鏜頭直徑（mm） f——每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r） T——切削扭矩(N·mm) V——切削速度（m/min） P——切削功率(kw) m≥ 4 齒輪加工工藝分析 ?4.1圓柱齒輪加工工藝程的內(nèi)容和要求 圓柱齒輪的加工工藝程一般應(yīng)包括以下內(nèi)容：齒輪毛坯加工、齒面加工、熱處理工藝及齒面的的精加工。在編制工藝過程中，常因齒輪結(jié)構(gòu)、精度等級、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)環(huán)境的不同，而采取各種不同的工藝方案。 ????如圖 為一直齒圓柱齒輪的簡圖， 表9-6 列出了該齒輪機(jī)械加工工藝過程。從中可以看出，編制齒輪加工工藝過程大致可以劃分如下幾個(gè)階段： ????1)齒輪毛坯的形成：鍛件、棒料或鑄件； ????2)粗加工：切除較多的余量； ????3)半精加工：車、滾、插齒； ????4)熱處理：調(diào)質(zhì)、滲碳淬火、齒面高頻感應(yīng)加熱淬火等 ????5)精加工：精修基準(zhǔn)、精加工齒形 4.1.1齒輪加工工藝過程分析 ????1、基準(zhǔn)的選擇 ????對于齒輪加工基準(zhǔn)的選擇常因齒輪的結(jié)構(gòu)形狀不同而有所差異。帶軸齒輪主要采用頂點(diǎn)孔定位；對于空心軸，則在中心內(nèi)孔鉆出后，用兩端孔口的斜面定位；孔徑大時(shí)則采用錐堵。頂點(diǎn)定位的精度高，且能作到基準(zhǔn)重合和統(tǒng)一。對帶孔齒輪在齒面加工時(shí)常采用以下兩種定位、夾緊方式。 ????（1）以內(nèi)孔和端面定位 這種定位方式是以工件內(nèi)孔定位，確定定位位置，再以端面作為 軸向定位基準(zhǔn)，并對著端面夾緊。這樣可使定位基準(zhǔn)、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)和測量基準(zhǔn)重合，定位精度高，適合于批量生產(chǎn)。但對于夾具的制造精度要求較高。 ????（2）以外圓和端面定位 當(dāng)工件和加劇心軸的配合間隙較大時(shí)，采用千分表校正外圓以確定中心的位置，并以端面進(jìn)行軸向定位，從另一端面夾緊。這種定位方式因每個(gè)工件都要校正，故生產(chǎn)率低；同時(shí)對齒坯的內(nèi)、外圓同軸要求高，而對夾具精度要求不高，故適用于單件、小批生產(chǎn)。 ????綜上所述，為了減少定位誤差，提高齒輪加工精度，在加工時(shí)應(yīng)滿足以下要求： ????1)應(yīng)選擇基準(zhǔn)重合、統(tǒng)一的定位方式； ????2)內(nèi)孔定位時(shí)，配合間隙應(yīng)近可能減少； ????3)定位端面與定位孔或外圓應(yīng)在一次裝夾中加工出來，以保證垂直度要求。 ????2、齒輪毛坯的加工 ????齒面 加工前的齒輪毛坯加工，在整個(gè)齒輪加工過程中占有很重要的地位。因?yàn)辇X面加工和檢測所用的基準(zhǔn)必須在此階段加工出來，同時(shí)齒坯加工所占工時(shí)的比例較大，無論從提高生產(chǎn)率，還是從保證齒輪的加工質(zhì)量，都必須重視齒輪毛坯的加工。 ????在齒輪圖樣的技術(shù)部要求中，如果規(guī)定以分度圓選齒厚的減薄量來測定齒側(cè)間隙時(shí)，應(yīng)注意齒頂圓的精度要求，因?yàn)辇X厚的檢測是以齒頂圓為測量基準(zhǔn)的。齒頂圓精度太低，必然使測量出的齒厚無法正確反映出齒側(cè)間隙的大小，所以，在這一加工過程中應(yīng)注意以下三個(gè)問題： ????1)當(dāng)以齒頂圓作為測量基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制齒頂圓的尺寸精度； ????2)保證定位端面和定位孔或外圓間的垂直度； ????3)提高齒輪內(nèi)孔的制造精度，減少與夾具心軸的配合間隙； ????3、齒形及齒端加工 ????齒形加工是齒輪加工的關(guān)鍵，其方案的選擇取決于多方面的因素，如設(shè)備條件、齒輪精度等級、表面粗糙度、硬度等。常用的齒形加工方案在上節(jié)已有講解，在此不再敘述。 ????齒輪的齒端加工有倒圓、倒尖、倒棱和去毛刺等方式。如圖 9-13所示。經(jīng)倒圓、倒尖后的齒輪在換檔時(shí)容易進(jìn)入嚙合狀態(tài)，減少撞擊現(xiàn)象。倒棱可除去齒端尖角和毛刺。圖9-14是用指狀銑刀對齒端進(jìn)行倒圓的加工示意圖。倒圓時(shí)，銑刀告訴旋轉(zhuǎn)，并沿圓弧作擺動(dòng)，加工完一個(gè)齒后，工件退離銑刀，經(jīng)分度再快速向銑刀靠近加工下一個(gè)齒的齒端。 ????齒端加工必須在淬火之前進(jìn)行，通常都在滾（插）齒之后，剃齒之前安排齒端加工。 ????4、輪加工過程中的熱處理要求 在齒輪加工工藝過程中，熱處理工序的位置安排十分重要，它直接影響齒輪的力學(xué)性能及切削加工性。一般在齒輪加工中進(jìn)行兩種熱處理工序，即毛坯熱處理和齒形熱處理 4.1.2 圓柱齒輪加工工藝程的內(nèi)容和要求 ????圓柱齒輪的加工工藝程一般應(yīng)包括以下內(nèi)容：齒輪毛坯加工、齒面加工、熱處理工藝及齒面的的精加工。在編制工藝過程中，常因齒輪結(jié)構(gòu)、精度等級、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)環(huán)境的不同，而采取各種不同的工藝方案。 ????如圖 為一直齒圓柱齒輪的簡圖， 表9-6 列出了該齒輪機(jī)械加工工藝過程。從中可以看出，編制齒輪加工工藝過程大致可以劃分如下幾個(gè)階段： ????1)齒輪毛坯的形成：鍛件、棒料或鑄件； ????2)粗加工：切除較多的余量； ????3)半精加工：車、滾、插齒； ????4)熱處理：調(diào)質(zhì)、滲碳淬火、齒面高頻感應(yīng)加熱淬火等 ????5)精加工：精修基準(zhǔn)、精加工齒形 5 滾齒夾具的設(shè)計(jì) YZM3602 自動(dòng)滾齒機(jī)，是專門用于各種直徑的片齒輪的全自動(dòng)加工，可通過齒輪的輪輻圓孔來定中心進(jìn)行加工。隨著我國工業(yè)的飛速發(fā)展，精密儀器儀表所用的齒輪也各種各樣，五花八門，這對專門用于加工齒輪的自動(dòng)滾齒機(jī)的夾具也提出了新的挑戰(zhàn)。因?yàn)闈L齒機(jī)的夾具是根據(jù)不同的零件而設(shè)計(jì)的，對于每一批次的零件都要有新的夾具相適應(yīng)。 YZM3602 自動(dòng)滾齒機(jī)加工的最常見的片齒輪坯如圖1 所示，它的內(nèi)孔是圓形或正方形，加工這種片齒輪，以它的內(nèi)孔來定位，做定位芯軸，即用頭尾頂針來夾緊工件即可。但還有些特殊形狀的孔，如圖2 所示，就不能用簡單的頭尾頂針來夾緊了，要根據(jù)零件的輪輻形狀尺寸，設(shè)計(jì)出花擋芯軸，來夾緊串片的齒坯。 5.1頂針芯軸 常用的頂針芯軸如圖3 所示，它是由頭架頂針、尾架頂針、頂針芯棒、銷和內(nèi)六角平端緊釘螺釘組成。圖中：D、d 由工件尺寸決定，要和工件的內(nèi)孔直徑相配，D 由片齒輪的齒根圓直徑df 決定，要小于df 值0.2～0.6 mm，與疊片長度也有一定的關(guān)系；芯棒伸出長度L 是由工件厚度和材料決定，一般情況下不超過17 mm，因?yàn)閅ZM3602 自動(dòng)滾齒機(jī)要求最大疊片長度為14 mm，在工作時(shí)，芯棒要插入頭架頂針的孔中2～3 mm。當(dāng)加工片齒輪時(shí)，將與該齒輪配套的頭尾頂針分別通過螺釘安裝在自動(dòng)滾齒機(jī)的頭架和尾架軸上，經(jīng)過校正才能使用。 該結(jié)構(gòu)芯棒是易損件，做成可拆卸式，通過銷和螺釘便于拆換。另外，在尾架頂針的左端裝一卸料套，該套固定在機(jī)架上，與尾架頂針形成間隙配合，當(dāng)加工完 一串工件后，尾架主軸退回，尾架頂針隨之退出，卸料套阻擋工件隨尾架頂針移動(dòng)，從尾架頂針上被卸下，落入下面的料斗中。 5.2花檔芯軸 花擋芯軸如圖4 所示，它是由芯軸、頂軸、頂套、頂桿、芯軸套、彈簧和開槽平端緊釘螺釘組成。 圖中：D、d、D2、L 都與工件尺寸有關(guān)，芯軸的L端A－A 剖面的形狀、尺寸，由工件的形狀、尺寸來決定。若要加工圖2 所示的片齒輪，L 端的A－A 剖 面應(yīng)如圖5（a）所示，將L 端的圓柱沿圓弧四等分，與工件的花擋相吻合。 若片齒輪的花擋是三等分或六等分的，那么芯軸L 端的A－A 剖面應(yīng)如圖5（b）、（c）所示。為了減小應(yīng)力集中，花擋根部交接處要倒成圓角，保證芯軸強(qiáng)度，但又考慮到輪片的定位，在芯軸上裝芯軸套，保證輪片在軸向上的精確定位。 該芯軸的工作原理是這樣的：首先將花擋芯軸的兩部分分別安裝在滾齒機(jī)的頭尾架主軸上，并校正其各自的位置，按一串工件所需要的長度，來調(diào)整尾架主軸的位置；調(diào)整尾架主軸的壓力，其大小根據(jù)工件模數(shù)、材料、切削速度和芯軸的剛度而定。在頭尾架主軸上有相應(yīng)的液壓系統(tǒng)，它們的各個(gè)動(dòng)作由各部位的油缸執(zhí)行。當(dāng)機(jī)械手將串好的一串片輪坯由串片主軸中心位置移動(dòng)到工件主軸中心位置 時(shí)，尾架主軸伸出，壓向工件，工件芯軸剛好通過串好的輪坯，插入頭架的頂套內(nèi)2～3 mm（這里的剛好，是在第一串工件上料后，調(diào)節(jié)尾架上的皮帶輪，使尾架上的芯軸L 端的缺口與工件的輪輻相對吻合，才得到的）。同時(shí)工件推動(dòng)頂桿，使彈簧壓縮，彈簧所受的壓力與調(diào)整好的尾架主軸壓力相當(dāng)。這時(shí)工件被壓緊，滾刀進(jìn)行滾齒加工。加工完畢后，尾架主軸退出，工件芯軸從頂套中退出，彈簧反彈，推動(dòng)頂桿回位，工件落入下面的料斗，然后進(jìn)入下一串工件的加工（不需要調(diào)整）。要強(qiáng)調(diào)的是，每換一次芯軸以后，都要進(jìn)行一次尾架工件芯軸與串片芯軸的同步調(diào)整。 整個(gè)滾齒夾具裝配圖圖如下 4 結(jié)論 6 結(jié)論 本課題開發(fā)研制的齒輪設(shè)計(jì)和滾齒夾具。在開發(fā)過程中，針對加工過程中存在的難點(diǎn)進(jìn)行了攻關(guān)。在滾齒夾具的設(shè)計(jì)上采取了一系列的措施，保證了被加工工藝的加工程度度。主要完成了以下工作： 1、對齒輪加工工藝進(jìn)行了分析研究，明確了齒輪加工的技術(shù)要求和工藝要點(diǎn)。 2、恰當(dāng)?shù)剡x擇了滾齒機(jī)的切削參數(shù)，以及滾齒夾具的設(shè)計(jì)要求。 3、設(shè)計(jì)了整個(gè)齒輪的構(gòu)造設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算。 4、根據(jù)通用、經(jīng)濟(jì)的原則，選擇了刀具，滿足了工藝的需要。 本項(xiàng)工作還有許多值得完善的地方，例如：裝夾、定位由人工完成，效率較低；自動(dòng)化程度有待提高等問題。這些問題通過改進(jìn)設(shè)計(jì)、完善工藝、現(xiàn)場的不斷實(shí)踐、總結(jié)，必將會得到進(jìn)步的提高。 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1] 張展.齒輪設(shè)計(jì)與實(shí)用數(shù)據(jù)速查[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009. 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