齒輪工藝設計及滾齒夾具設計,齒輪,工藝,設計,夾具 1 緒論 齒輪設計及齒輪工藝設計 摘 要： 齒輪加工機床是加工各種圓柱齒輪、錐齒輪和其他帶齒零件齒部的機床。齒輪加工機床的品種規(guī)格繁多，有加工幾毫米直徑齒輪的小型機床，加工十幾米直徑齒輪的大型機床，還有大量生產用的高效機床和加工精密齒輪的高精度機床。齒輪加工機床廣泛應用在汽車、拖拉機、機床、工程機械、礦山機械、冶金機械、石油、儀表、飛機和航天器等各種機械制造業(yè)中。 本次設計的題目是齒輪的設計及齒輪加工工藝設計。首先根據工況要求設計齒輪，再對齒輪進行工藝設計，進而確定設計的總體布局，隨后，對滾齒夾具進行設計。 關鍵詞：齒輪，滾齒機，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)展現狀………………………………………..….4 1.3齒輪制造技術現狀…………………………………………...5 2、齒輪設計與計算…………………………………………9 2.1齒輪參數確定……………………………………………………9 2.2齒面接觸疲勞強度計算………………………………………..11 2.3齒根彎曲疲勞強度計算………………………………………13 3、齒輪毛坯與計算……………………………………….15 3.1毛坯的選擇………………………………………………………15 3.2齒輪的計算…………………………………………….................15 4、齒輪加工工藝分析……………………………………17 4.1圓柱齒輪加工工藝程的內容和要求……………………………17 5、滾齒夾具的設計………………………………………..20 5.1頂針芯軸…………………………………………………………20 5.2花檔芯軸…………………………………………………………20 6、結論……………………………………………………...21 參考文獻…………………………………………………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流長，有史料記載中國是世界上第一個使用齒輪的國家，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)現的最古老齒輪。張衡的候風地動儀、古印度的棉核剔除機構（現收藏于柏林博物館）都含有齒輪機構。齒輪的具體發(fā)明人無史可考，而亞里士多德可認為是第一個系統(tǒng)論述這一機構的人。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蝸輪和九個齒輪的機構，使少數幾個奴隸就將大船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)轉動的主動輪往往不能使被動輪連續(xù)轉動。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輪獲得連續(xù)轉動，這使得齒輪機構的汲水裝置十分普及。由于鐘表的出現和普及，人們產生了對齒輪定速傳動的需求。由齒廓嚙合基本定律：一對齒廓的瞬時速比，等于該瞬時接觸點的公法線截連心線為兩段線段的反比。過接觸點所作兩齒廓的公法線均須與連心線交于一固定的點。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PhilippdelaHire提出了漸開線齒形。在1733年，Camus提出了著名的Camus定理：輪齒接觸點的公法線必須通過中心連繞上的節(jié)點。一條輔助瞬心線分別沿大輪和小輪的瞬心線（節(jié)圓）純滾動時，與輔助瞬心線固聯的輔助齒形在大輪和小輪上所包絡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系。其后Savary完善了這一關系，形成了現在使用的Euler-Savary方程。1873年，Hoppe指出了不同齒數的齒輪在壓力角改變時的漸開線齒形，從而奠定了變位齒輪的基礎。19世紀末，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)模生產的道路。 1907年，FrankHumphris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，因此在現代工業(yè)中也逐漸發(fā)揮作用。 1.2 我國齒輪發(fā)展現狀 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)的年產值由2000年的240億元增加到683億元，年復合增長率23.27%,已成為中國機械基礎件中規(guī)模最大的行業(yè)。就市場需求與生產規(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、傳動和驅動部件制造企業(yè)實現累計工業(yè)總產值102628183千元，比上年同期增長24.15%;實現累計產品銷售收入98238240千元，比上年同期增長24.37%;實現累計利潤總額5665210千元，比上年同期增長26.85%. 2007年1-12月，中國全部齒輪、傳動和驅動部件制造企業(yè)實現累計工業(yè)總產值136542841千元，比上年同期增長30.96%;2008年1-10月，中國全部齒輪、傳動和驅動部件制造企業(yè)實現累計工業(yè)總產值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)人員綜合素質有待提高等問題。現階段齒輪行業(yè)應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、1億元資產的大、中、小規(guī)模企業(yè)；通過自主知識產權產品設計開發(fā)，形成一批車輛傳動系（變速箱、驅動橋總成）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；實現專業(yè)化、網絡化配套，形成大批有特色的工藝、有特色的產品和有快速反應能力的名牌企業(yè)；通過技改，實現現代化齒輪制造企業(yè)轉型。 “十一五”末期，中國齒輪制造業(yè)年銷售額可達到1300億元，人均銷售額上升到65萬元/年，在世界行業(yè)排名中達到世界第二。2006-2010年將新增設備10萬臺，即每年用于新增設備投資約60億元，新購機床2萬臺，每臺平均單價30萬元。到2010年，中國齒輪制造業(yè)應有各類機床總數約40萬臺，其中數控機床10萬臺，數控化率25%（高于機械制造全行業(yè)平均值17%）。 1.3 齒輪制造技術現狀 隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展，齒輪行業(yè)通過大量引進高端設備使加工能力有了長足的進步與國際先進水平已相當接近。國產齒輪加工機床已基本形成了較完整的系列已開發(fā)出技術含量具有國際水準的螺旋錐齒輪六軸數控磨床，但齒輪機床總體制造水平在精度、壽命、穩(wěn)定性、數控技術應用等方面與歐美相比存在較大差距目前國內齒輪加工行業(yè)的精加工特別是數控齒輪機床仍然以進口設備為主。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、研齒機以及齒輪測量中心在國內仍居顯著的優(yōu)勢地位。 齒輪加工要根據不同結構及精度需要采用不同的工藝。鑒于設備投資大，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。螺旋錐齒輪加工計算和機床調整，以往非常復雜和耗時的手工操作已被現代專用軟件和計算機程序所取代，有限元分析的引入使工藝參數設計更為可靠和便捷：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齒輪多采用滲碳壓淬工藝。齒輪材料及其熱處理技術發(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技術的發(fā)展以至齒輪測量中心的出現而在測量精度、效率、范圍等方面得到極大改善。齒廓空間形面測量成為現實（如圖1）使螺旋錐齒輪計算、加工、測量、反饋調整可在數控系統(tǒng)中實現數據閉環(huán)。 重要的技術研究方向 1.數值分析技術 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世紀初，將其轉化為現實即世界上出現第一臺齒輪加工機床距今也有近百年歷程。發(fā)展至今雖然切齒原理并未產生本質變化，但在應用工程領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步主要表現在加工機床、檢測手段、計算分析技術等方面，其核心推動力是計算機數字技術的快速發(fā)展。因此，齒輪進入實際加工前，充分考慮制造因素影響的數值分析（CAE）技術的研究和應用成為重要課題。 數值分析技術是個比較大的概念，借助不同的專業(yè)軟件可進行結構強度、運動學、動力學、工藝成形等分析。有效的分析可以獲得如下效果。 a.延伸和提升設計方法和思路。通過分析對強度、壽命的預測可使單純的幾何設計轉變?yōu)榭煽啃栽O汁；加速由二維CAD轉變?yōu)槿S實本進而實現數值模型設計。 b.最大限度地降低試制、試驗成本，縮短開發(fā)周期。通過分析提高試制、試驗“一次成功率”。 C.生產時獲得可靠的齒輪結構數據和正確的工藝調整數據。通過驗證使分析數據模型得到預期性能目標的優(yōu)化以指導生產，另一方面生產過程中針對市場進行齒輪結構的適應性更改時通過數值分析做可行性判定。 齒輪數值分析的有效性需通過試驗進行規(guī)律性驗證，以判斷其置信度水平是否滿足實際要求否則將不具實用意義。數值分析的有效性取決于計算數學模型的準確性、幾何實體模型的精確程度、各種可知邊界條件輸入數據的正確與否。計算數學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體數值模型，對于螺旋錐齒輪的齒廓曲面以往很難獲得精確的實際模型，現在已能夠實現（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)、摩擦因數等主要性能數據可通過試驗測試獲得，而對于潤滑、溫度、相對滑移速度等一些重要數據的獲得尚需開展深入研究。 可以預測，實現齒輪數值分析技術的成熟應用不會期待很久。 2.預調修正技術 齒輪作為汽車產品零件由于其工況條件具有復雜性和不確定性，不能簡單地憑借精度及，圖紙符合程度來評判其優(yōu)劣，滿足產品要求同時又具有最優(yōu)性價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雜，重要的是滿足設計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調修正方法十分必要。 預調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品性能要求的齒輪，目前其方法如下。 （1）熱處理變形的預調修正 基本原理是對于新產品、材料 （批次）、工藝等變動時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，按預先給定的熱后檢查標準調整熱前切齒參數加以補償，直至滿足要求為止，在螺旋錐齒輪生產中已普遍采用。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整量，存在的主要問題是試切樣件小、變形規(guī)律性不強時調整效果不好。目前有條件的企業(yè)可以利用齒輪測量中心實測齒面三維數據來調整效果會有較大改善（如圖3）。 （2）結構和裝配誤差的預調修正 齒輪被裝配到產品總成中由于結構布局、系統(tǒng)剛度、承載狀態(tài)的不同以及進一步考慮裝配誤差等因素應采取齒輪加工的預調修正，該技術國內應用尚少。例如，商用車變速器一軸柱齒輪由于懸臂安裝結構，傳動過程中嚙合齒面齒向正確位置會發(fā)生偏移，可在加工時進行螺旋角修正；對于裝配誤差較大且無有效控制措施的后橋減速器準雙曲面齒輪可以采用通過V/H檢驗的方法來確定切齒預調修正，進而對接觸區(qū)的敏感性進行控制。 （3）噪聲和壽命的預調修正 齒輪副嚙合噪聲和壽命不僅與材料和使用條件有關，也與制造過程中加工精度、表面質量導致的傳動誤差密切相關。通過傳動誤差測量和分析技術對噪聲和壽命進行預測，進一步優(yōu)化切齒參數來進行預調修正。該技術尚未進入控制生產的實用階段。 （4）工況載荷的預調修正 國內已充分關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構限制相對較弱，在實際滿載或超載工況下產生齒輪錯位（偏離正確嚙合位置）在所難免。如對于重型車后橋的準雙曲面齒輪副，借助于專業(yè)軟件 （如Romax的Design和Gleason的CAGE）可以將模擬系統(tǒng)加載的錯位量轉化為切齒調整參數進行修正。 3.微觀修形技術 汽車齒輪傳動追求的技術目標是低噪聲和高壽命。作為商品的齒輪，則應具有滿足用戶和法規(guī)要求的最優(yōu)性價比?？梢?，汽車齒輪技術的發(fā)展要在精度、質量（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的研究十分重要。 （1）修形技術深入研究的條件 齒輪修形是微量加工技術，一方面要求有微量加工的條件，即加工設備要有一定的精度和實現運動的能力：另一方面又要有精確的測量分析方法和手段。目前，國內很多齒輪生產企業(yè)都已具備開展深入研究的條件。 （2）修形技術應用現狀和問題 國內齒輪行業(yè)采用修形技術的依據大體來自兩個方面，一是自身經驗二是引進國外產品技術轉化的要求，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、弧齒銑刀的設計和砂輪修整。齒向修形主要控制承載接觸區(qū)位置及其擴展狀態(tài)和補償溫升導致螺旋角變化等，根據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、磨齒機以及螺旋錐齒輪銑齒機（刀傾）調整完成。存在的主要問題是，修形方法的合理性驗證需要研究以及修形參數的試驗依據不充分，需要建立可行的標準和規(guī)范并不斷完善。 （3）齒輪微觀修形意義 在機械零件中，齒輪相對復雜而制造成本高，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、磨齒等主要工序設備的功能擴充，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的控制精度，降低工藝成本。深入研究該方面的應用技術對于提高齒輪性價比的意義顯而易見。 結束語 現代齒輪制造技術又是一個涉及多學科交叉混疊的綜合性技、術，只有在整車使用中顯示出優(yōu)良性能和生命周期.內體現出的高性價比才是產品追求的最終目標。因此運用技術發(fā)展過程中形成的各種手段和有利條件來系統(tǒng)地研究齒輪結構及其制造方法，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)控制方法和科學可靠的試驗數據庫才最具意義。 - 26 - 2 齒輪設計與計算 2.1 齒輪設計參數確定 由已知條件齒輪傳遞額定功率為P=125Kw，轉速n=260r/min，由公式 T=9549P/n T=9549x125/260= T=1480.92(N·m) 由于傳動比i=1:3，得知 齒輪1轉速 n1=806(r/min) 齒輪2轉速 n2=260(r/min) 原動機載荷特性 SF=均勻平穩(wěn) 　　工作機載荷特性 WF=均勻平穩(wěn) 　　預定壽命 H=65000(小時) 選擇兩齒輪結構形式為閉式 　　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 兩齒輪選用模數為4的圓柱直齒輪，齒輪1齒數Z1=19，齒輪2齒數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ha=ha* m=4 齒輪1和齒輪2的齒根高h 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 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 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齒圈徑向跳動公差 Fr1=0.03969 　　齒輪1公法線長度變動公差 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齒圈徑向跳動公差 Fr2=0.05271 　　齒輪2公法線長度變動公差 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 齒面接觸疲勞強度計算 摘自GB/T 3480-1997 漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法) 齒面接觸疲勞強度計算是為防止齒面發(fā)生疲勞點蝕的一種計算方法，因為點蝕往往發(fā)生在節(jié)線附近，所以計算準則為：保證節(jié)線處的接觸應力小于或等于許用接觸應力。對于標準直齒圓柱齒輪傳動，其齒面接觸疲勞強度的校核公式為 齒面接觸強度的設計公式為 由于該兩齒輪材料都選用45鋼時，可得一對鋼齒輪的齒面接觸強度的校核公式和設計公式分別為： 校核公式： 設計公式： K―載荷系數； T1―小齒輪傳遞的轉矩（N·㎜）； u―大齒輪齒數與小齒輪齒數之比； b―齒輪寬度（㎜）； d1―小齒輪的分度圓直徑（㎜） ±—“+” 用于外嚙合，“－” 用于內嚙合； 齒輪1接觸強度極限應力 σHlim1=960.0(MPa) 　　齒輪1抗彎疲勞基本值 σFE1=480.0(MPa) 　　齒輪1接觸疲勞強度許用值 [σH]1=1210.6(MPa) 　　齒輪1彎曲疲勞強度許用值 [σF]1=589.0(MPa) 　　齒輪2接觸強度極限應力 σHlim2=960.0(MPa) 　　齒輪2抗彎疲勞基本值 σFE2=480.0(MPa) 　　齒輪2接觸疲勞強度許用值 [σH]2=1210.6(MPa) 　　齒輪2彎曲疲勞強度許用值 [σF]2=589.0(MPa) 　　接觸強度用安全系數 SHmin=1.00 　　彎曲強度用安全系數 SFmin=1.40 　　接觸強度計算應力 σH=748.5(MPa) 　　接觸疲勞強度校核 σH≤[σH]=滿足 　　齒輪1彎曲疲勞強度計算應力 σF1=142.9(MPa) 　　齒輪2彎曲疲勞強度計算應力 σF2=128.5(MPa) 　　齒輪1彎曲疲勞強度校核 σF1≤[σF]1=滿足 　　齒輪2彎曲疲勞強度校核 σF2≤[σF]2=滿足 2.3 齒根彎曲疲勞強度計算 摘自GB/T 3480-1997 漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法 輪齒的彎曲強度校核公式為 將齒寬系數 代入上式，得彎曲強度的設計公式 YF―齒形系數，無單位，其值與齒數有關，查表8.36 YS―齒根應力修正系數，查表8.36 ―許用彎曲應力。 一對齒輪工作時，由于兩齒輪的齒數不同，故齒形系數和應力修正系數不同，所以齒根彎曲應力不相等，而許用彎曲應力也不一定相等，在進行彎曲強度計算時，應分別校核兩齒輪的齒根彎曲強度；而在設計計算時，應取兩齒輪的 值進行比較，取其中較大值代入計算，計算所得的模數應圓整成標準值較小的許用接觸應力代入計算公式。 齒形做特殊處理 Zps=特殊處理 　　齒面經表面硬化 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 Ka=1.000 　　動載系數 Kv=1.104 　　齒向載荷分布系數 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 KHα=1.000 　　節(jié)點區(qū)域系數 Zh=2.495 　　材料的彈性系數 ZE=189.800 　　接觸強度重合度系數 Zε=0.883 　　接觸強度螺旋角系數 Zβ=1.000 　　重合、螺旋角系數 Zεβ=0.883 　　接觸疲勞壽命系數 Zn=1.30000 　　潤滑油膜影響系數 Zlvr=0.97000 　　工作硬化系數 Zw=1.00000 　　接觸強度尺寸系數 Zx=1.00000 　　齒向載荷分布系數 KFβ=1.000 　　齒間載荷分布系數 KFα=1.000 　　抗彎強度重合度系數 Yε=0.701 　　抗彎強度螺旋角系數 Yβ=1.000 　　抗彎強度重合、螺旋角系數 Yεβ=0.701 　　壽命系數 Yn=1.71790 　　齒根圓角敏感系數 Ydr=1.00000 　　齒根表面狀況系數 Yrr=1.00000 　　尺寸系數 Yx=1.00000 　　齒輪1復合齒形系數 Yfs1=4.42487 　　齒輪1應力校正系數 Ysa1=1.53717 　　齒輪2復合齒形系數 Yfs2=3.98120 　　齒輪2應力校正系數 Ysa2=1.73760 3 齒輪的毛坯與計算 3.1 毛坯的選擇 齒輪材料的基本要求 ：齒面硬、齒芯韌。 (1)齒面應有足夠的硬度，以抵抗齒面磨損、點蝕、膠合以及塑性變形等； (2)齒芯應有足夠的強度和較好的韌性，以抵抗齒根折斷和沖擊載荷： (3)應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性能。 鍛鋼因具有強度高、韌性好、便于制造、便于熱處理等優(yōu)點，大多數齒輪都用鍛鋼制造。 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，進行調質或正火處理。這種齒輪適用于強度、精度要求不高的場合，輪坯經過熱處理后進行插齒或滾齒，生產便利、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 根據齒輪的設計與計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齒輪的計算 由兩齒輪基本參數得知兩齒輪模數均為4，齒數分別為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。生產中常用查表給出的組合機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床上加工下道工序，應適當加大余量，以消除轉、定位誤差的影響。三個孔在粗鏜后都，直徑上工序間余量1～1.5mm。 3.2.2 選擇切削用量 確定了在組合機床上完成的工藝內容了，就可以著手選擇切削用量了。因為所設計的組合機床為多軸同步加工在大多數情況下，所選切削用量，根據經驗比一般通用機床單刀加工低30%左右．多軸主軸箱上所有刀具共用一個進給系統(tǒng)，通常為標準動力滑臺，工作時，要求所有刀具的每分鐘進給量相同，且等于動力滑臺的每分鐘進給量（mm/min）應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計成不同轉速和不同的每轉進給量（mm/r）與其適應。以滿足不同直徑的加需要，即：·=·=…=·= 式中：… ——各主軸轉速（r/min） … ——各主軸進給量（mm/r） ——動力滑臺每分鐘進給量（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、技術要求都是相同的。按照經濟地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得： 、進給量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 根據選定的切削用量（主要指切削速度v及進給量f）確定切削力，作為選擇動力部件（滑臺）及夾具設計的依據；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動件（齒輪，傳動軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動電動（一般指動力箱）功率，通過查表計算如下： 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——每轉進給量（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容和要求 圓柱齒輪的加工工藝程一般應包括以下內容：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，常因齒輪結構、精度等級、生產批量和生產環(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：調質、滲碳淬火、齒面高頻感應加熱淬火等 ????5)精加工：精修基準、精加工齒形 4.1.1齒輪加工工藝過程分析 ????1、基準的選擇 ????對于齒輪加工基準的選擇常因齒輪的結構形狀不同而有所差異。帶軸齒輪主要采用頂點孔定位；對于空心軸，則在中心內孔鉆出后，用兩端孔口的斜面定位；孔徑大時則采用錐堵。頂點定位的精度高，且能作到基準重合和統(tǒng)一。對帶孔齒輪在齒面加工時常采用以下兩種定位、夾緊方式。 ????（1）以內孔和端面定位 這種定位方式是以工件內孔定位，確定定位位置，再以端面作為 軸向定位基準，并對著端面夾緊。這樣可使定位基準、設計基準、裝配基準和測量基準重合，定位精度高，適合于批量生產。但對于夾具的制造精度要求較高。 ????（2）以外圓和端面定位 當工件和加劇心軸的配合間隙較大時，采用千分表校正外圓以確定中心的位置，并以端面進行軸向定位，從另一端面夾緊。這種定位方式因每個工件都要校正，故生產率低；同時對齒坯的內、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。 ????綜上所述，為了減少定位誤差，提高齒輪加工精度，在加工時應滿足以下要求： ????1)應選擇基準重合、統(tǒng)一的定位方式； ????2)內孔定位時，配合間隙應近可能減少； ????3)定位端面與定位孔或外圓應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，在整個齒輪加工過程中占有很重要的地位。因為齒面加工和檢測所用的基準必須在此階段加工出來，同時齒坯加工所占工時的比例較大，無論從提高生產率，還是從保證齒輪的加工質量，都必須重視齒輪毛坯的加工。 ????在齒輪圖樣的技術部要求中，如果規(guī)定以分度圓選齒厚的減薄量來測定齒側間隙時，應注意齒頂圓的精度要求，因為齒厚的檢測是以齒頂圓為測量基準的。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間隙的大小，所以，在這一加工過程中應注意以下三個問題： ????1)當以齒頂圓作為測量基準時，應嚴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鍵，其方案的選擇取決于多方面的因素，如設備條件、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。經倒圓、倒尖后的齒輪在換檔時容易進入嚙合狀態(tài)，減少撞擊現象。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行倒圓的加工示意圖。倒圓時，銑刀告訴旋轉，并沿圓弧作擺動，加工完一個齒后，工件退離銑刀，經分度再快速向銑刀靠近加工下一個齒的齒端。 ????齒端加工必須在淬火之前進行，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性能及切削加工性。一般在齒輪加工中進行兩種熱處理工序，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容和要求 ????圓柱齒輪的加工工藝程一般應包括以下內容：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，常因齒輪結構、精度等級、生產批量和生產環(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：調質、滲碳淬火、齒面高頻感應加熱淬火等 ????5)精加工：精修基準、精加工齒形 5 滾齒夾具的設計 YZM3602 自動滾齒機，是專門用于各種直徑的片齒輪的全自動加工，可通過齒輪的輪輻圓孔來定中心進行加工。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滾齒機的夾具也提出了新的挑戰(zhàn)。因為滾齒機的夾具是根據不同的零件而設計的，對于每一批次的零件都要有新的夾具相適應。 YZM3602 自動滾齒機加工的最常見的片齒輪坯如圖1 所示，它的內孔是圓形或正方形，加工這種片齒輪，以它的內孔來定位，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，要根據零件的輪輻形狀尺寸，設計出花擋芯軸，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，因為YZM3602 自動滾齒機要求最大疊片長度為14 mm，在工作時，芯棒要插入頭架頂針的孔中2～3 mm。當加工片齒輪時，將與該齒輪配套的頭尾頂針分別通過螺釘安裝在自動滾齒機的頭架和尾架軸上，經過校正才能使用。 該結構芯棒是易損件，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，該套固定在機架上，與尾架頂針形成間隙配合，當加工完 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，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，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 剖面應如圖5（b）、（c）所示。為了減小應力集中，花擋根部交接處要倒成圓角，保證芯軸強度，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，來調整尾架主軸的位置；調整尾架主軸的壓力，其大小根據工件模數、材料、切削速度和芯軸的剛度而定。在頭尾架主軸上有相應的液壓系統(tǒng)，它們的各個動作由各部位的油缸執(zhí)行。當機械手將串好的一串片輪坯由串片主軸中心位置移動到工件主軸中心位置 時，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2～3 mm（這里的剛好，是在第一串工件上料后，調節(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）。同時工件推動頂桿，使彈簧壓縮，彈簧所受的壓力與調整好的尾架主軸壓力相當。這時工件被壓緊，滾刀進行滾齒加工。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，推動頂桿回位，工件落入下面的料斗，然后進入下一串工件的加工（不需要調整）。要強調的是，每換一次芯軸以后，都要進行一次尾架工件芯軸與串片芯軸的同步調整。 整個滾齒夾具裝配圖圖如下 4 結論 6 結論 本課題開發(fā)研制的齒輪設計和滾齒夾具。在開發(fā)過程中，針對加工過程中存在的難點進行了攻關。在滾齒夾具的設計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、對齒輪加工工藝進行了分析研究，明確了齒輪加工的技術要求和工藝要點。 2、恰當地選擇了滾齒機的切削參數，以及滾齒夾具的設計要求。 3、設計了整個齒輪的構造設計及相關計算。 4、根據通用、經濟的原則，選擇了刀具，滿足了工藝的需要。 本項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；自動化程度有待提高等問題。這些問題通過改進設計、完善工藝、現場的不斷實踐、總結，必將會得到進步的提高。 參考文獻 參考文獻 [1] 張展.齒輪設計與實用數據速查[M].北京:機械工業(yè)出版社，2009. [2] 陳宏鈞.機械加工工藝設計員手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，2008. [3] 吳拓.簡明機床夾具設計手冊[M]. 北京:化學工業(yè)出版社，2010. [4] 于愛武.機械加工工藝編制[M]. 北京:北京大學出版社，2010. [5] 李凱嶺. 機械制造技術基礎[M]. 北京：清華大學出版社，2010. [6] 賈文. 零件加工工藝與工裝設計[M]. 北京：北京理工大學出版社，2010. [7] 郭圣路. Visual Basic 6.0中文版從入門到精通[M].北京: 電子工業(yè)出版社，2008. [8] 高春艷. Visual Basic應用開發(fā)完全手冊[M].北京: 人民郵電出版社，2006. 致 謝 致 謝 本次畢業(yè)設計涉及的全部內容是在指導老師XXX教授的悉心指導下完成的。感謝周教授給我提供了良好的課題條件，讓我從這次設計中得到了很好的鍛煉。同時也為我講解了不少難題，在此特別感謝。教授淵博的學識、嚴謹的治學態(tài)度、平易近人的作風和認真負責的工作態(tài)度讓我們受益非淺。從周教授處我們學到了許多的專業(yè)知識和相關的設計方法。在此，謹向恩師表示最真誠的感謝。感謝他在百忙中給予我們的指導。 在這次的設計過程中也得到了老師的指導。當然還有本院其他老師的指導。在此我向各位給予我指導的老師表示忠心的感謝和致敬。 最后還要感謝的，也是最應該感謝的是xxx學院，學院讓我們有這么好的學習條件。通過四年的學習，讓我們成為有用之才；也是學院給我們了這次畢業(yè)設計機會，讓我們在走上工作崗位之前好好的鍛煉一下自己。