目 錄第 1 章 緒論 11.1 引言 .11.2 齒輪加工機(jī)床的國內(nèi)外發(fā)展概況 .11.3 論文的主要構(gòu)成 .3第 2 章 滾齒機(jī)的總體設(shè)計 42.1 滾齒原理 .42.2 Y3150E 型滾齒機(jī)的結(jié)構(gòu) .42.3 Y3150E 型滾齒機(jī)技術(shù)規(guī)格 .52.4 回轉(zhuǎn)工作臺的方案設(shè)計 .62.5 回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計結(jié)構(gòu) .62.6 本章小結(jié) .8第 3 章 回轉(zhuǎn)工作臺傳動部分的設(shè)計計算 93.1 電動機(jī)的選擇 .93.2 蝸桿傳動的設(shè)計 .93.2.1 選擇蝸桿傳動的類型 93.2.2 選擇材料 93.2.3 按齒面接觸疲勞強度進(jìn)行設(shè)計 93.2.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)及幾何尺寸 113.2.5 校核齒根彎曲疲勞強度 123.2.6 驗算效率 η.133.3 蝸桿傳動的潤滑 .133.3.1 潤滑方法的選擇 133.3.2 潤滑油的選擇 143.4 本章小結(jié) .14第 4 章 回轉(zhuǎn)工作臺主要部件的設(shè)計計算 154.1 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .154.1.1 蝸桿軸的最小直徑計算 154.1.2 蝸桿軸的強度校核 164.2 軸承壽命分析 .174.3 本章小結(jié) .20總結(jié) 21致謝 22參考文獻(xiàn) 23Y3150E 型滾齒機(jī)的轉(zhuǎn)臺設(shè)計摘要 我國作為一個制造業(yè)的大國，齒輪加工技術(shù)水平一直比較落后，要加工高精度的齒輪具有很大的難度。滾齒機(jī)是使用最廣泛的齒輪加工機(jī)床，作為加工齒輪的一種重要手段，隨著社會和科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，對其加工精度的要求也越來越高?；剞D(zhuǎn)工作臺作為滾齒機(jī)的一個重要的結(jié)構(gòu)大件，它的特性直接關(guān)系到機(jī)床的加工精度和表面粗糙度。因此，回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計是滾齒機(jī)設(shè)計中的一個很重要的環(huán)節(jié)。本文首先介紹了滾齒原理及 Y3150E 型滾齒機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，并對 Y3150E 型滾齒機(jī)的回轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行了方案設(shè)計，其中重點對帶動回轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)的蝸桿傳動進(jìn)行了設(shè)計，校核了蝸桿軸的強度，還對安裝在蝸桿軸上的軸承進(jìn)行了軸承壽命分析。關(guān)鍵詞：滾齒機(jī)；滾齒原理；回轉(zhuǎn)工作臺；蝸桿傳動。Abstract China as a great manufacturing eountry the gear manufaeturing teehnology of which is lower than the world’s level. The gear hobbing machine, as one of the most important way to machinegears, is widely used. As the development of seience and teehnology, the maehining preeision beeome higher and higher. In hobbing machine, its rotary table is an important part influencing its machining preeision and stiffess of greatly. Hence, by means of optimizing analysis, strengthening the stiffness of hobbing machine is one effective way to improve its machining precision.This paper introduced the principle of gear hobbing and the overall structure of Y3150E type hobbing machine, and the Y3150E type hobbing machine rotary table was designed. The worm drive makiing ratory table working is designed. Besides, the worm shaft strength was checked and the bearing installate on this worm shaft was analyed.Key words: hobbing machine; principle of gear hobbing; rotary table; worm drive0第 1 章 緒論 1.1 引言齒輪傳動是傳遞機(jī)器運動和動力的一種主要機(jī)械元件，它以其恒功率輸出、承載能力大、傳動效率高等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備及儀器儀表中，齒輪的質(zhì)量及壽命將直接影響整機(jī)的工作性能。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)水平的不斷提高，對齒輪的制造質(zhì)量要求也越來越高，齒輪的需求量也日益增加。這就要求機(jī)床制造業(yè)生產(chǎn)處高精度、高效率和高自動化程度的齒輪加工設(shè)備，以促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展的需要。對于齒輪產(chǎn)品，其形狀特點造成了齒輪加工的成型運動復(fù)雜、制造難度較大，所以，齒輪制造水平能夠在一定程度上反映一個國家機(jī)械工業(yè)的技術(shù)水平。制造齒輪的方法有很多，如鑄造、熱軋或沖壓，但精密齒輪的加工仍然主要依靠切削法。按照形成齒形的原理不同，可以分為成形法和展成法兩大類。成形法是用與被切齒輪齒槽形狀完全相符的成型銑刀切出齒輪的方法；而展成法加工齒輪是利用齒輪嚙合的原理，其切齒過程模擬成某種齒輪副（齒條、圓柱齒輪、蝸桿、蝸輪、錐齒輪等）的嚙合過程。目前，滾齒是國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的切齒方法，一些國家滾齒機(jī)的擁有量約占所有齒輪機(jī)床總量的 45%～50%，其加工原理是展成法，即把齒輪嚙合副的齒條制作成刀具。另一個則作為工件，靠內(nèi)聯(lián)傳動鏈強制刀具和工件作嚴(yán)格的嚙合運動而展成切出齒廓。滾齒精度一般可以達(dá)到 7～8 級，當(dāng)采用高精度滾刀和高精度滾齒機(jī)時，能夠滾切 5 級的齒輪。1.2 齒輪加工機(jī)床的國內(nèi)外發(fā)展概況德國首先創(chuàng)造了滾齒機(jī)，美國出現(xiàn)了插齒機(jī)，尤其是美國格利森公司研制的刨齒機(jī)和銑齒機(jī)，使直齒錐齒輪和弧齒錐齒輪的加工機(jī)床得到了較大的發(fā)展;瑞士奧利康銑齒機(jī)的出現(xiàn)，使等高齒系列的擺線齒錐齒輪得到應(yīng)用。隨著各行業(yè)對齒輪傳動提出高性能的需求，以磨齒為代表的硬齒面加工技術(shù)開始出現(xiàn)。上世紀(jì) 20 年代，瑞士馬格公司創(chuàng)造了磨齒機(jī)之后，各類型的磨齒機(jī)和磨齒方法相繼出現(xiàn)。40 年代，美國創(chuàng)造了剃齒機(jī)，為軟齒面的高效精加工作出了貢獻(xiàn)。50 年代初，美國首先發(fā)展了晰齒機(jī)，作為淬硬齒輪的高效光整加工設(shè)備，為齒輪生產(chǎn)行業(yè)廣泛使用。60 年代中期，在歐美等國硬齒面制造技術(shù)的發(fā)展居主導(dǎo)地位，相應(yīng)地，硬齒面加工設(shè)備的發(fā)展令人目不暇接。齒輪加工機(jī)床的數(shù)控，1由于技術(shù)難度大和其他原因，起步較晚。但計算機(jī)數(shù)控給齒輪加工機(jī)床帶來了革命性的變化，自 80 年代初進(jìn)入實用期以來，進(jìn)展十分迅速，德國的普法特公司已停止普通滾齒機(jī)生產(chǎn)，日本的三菱和瑞士的萊士豪爾公司生產(chǎn)的齒輪機(jī)床大部也是 CNC 型。90 年代后隨著電子齒輪箱傳動、誤差補償、參數(shù)化編程等技術(shù)在齒輪加工機(jī)床上的廣泛應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展更加迅猛。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，由于采用先進(jìn)的加工軟件及數(shù)控系統(tǒng)，歐美等國的齒輪加工機(jī)床正向著高效、高精度、柔性化、綜合化等方面發(fā)展 [l]。2006 年 9 月美國國際制造技術(shù)展覽會于芝加哥展覽中心舉辦，2006 年 11 月第 23 屆日本國際機(jī)床展覽會于日本東京舉辦，2007 年 4 月第 10 屆中國國際機(jī)床展覽會在北京成功舉辦，2007 年 9 月歐洲國際機(jī)床展覽會于漢諾威國際展覽中心舉辦，通過近幾年的國際四大機(jī)床展可以看出國外先進(jìn)的齒輪加工技術(shù)和制齒機(jī)床已經(jīng)呈現(xiàn)出全數(shù)控化、高速、高效化、高加工精度化、功能復(fù)合化及綠色化等特點 [2-5]。我國的齒輪機(jī)床制造業(yè)，始建于 50 年代初，開始時全面引進(jìn)前蘇聯(lián)的技術(shù)，發(fā)展了我國第一代齒輪加工機(jī)床。從 60 年代起，通過引進(jìn)、吸收德、英、美等國的先進(jìn)技術(shù)并結(jié)合我國國情進(jìn)行創(chuàng)新，開發(fā)了一系列的齒輪機(jī)床新產(chǎn)品，至80 年代初，己達(dá)到全面更新?lián)Q代。在滾、插、剃、晰、磨、錐齒輪加工、倒棱、倒角等主要齒輪加工機(jī)床方面.形成較完整的系列，貫徹了較先進(jìn)的制造標(biāo)準(zhǔn)，能基本上滿足我國齒輪制造業(yè)的需要，并有少量出口 [6]。目前，以齒輪機(jī)床制造為主業(yè)的廠家約 10 家，已成為我國機(jī)床工具行業(yè)的一個重要分支。上世紀(jì) 70 年代以后，由于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的功率、速度、噪聲與結(jié)構(gòu)尺寸等工作參數(shù)的提高，以及對工作可靠性的進(jìn)一步要求，目前齒輪裝置的制造精度和內(nèi)在質(zhì)量都提高了。在很多場合使用的齒輪裝置中，越來越普遍的采用材質(zhì)較好的硬齒面齒輪，尤其在汽車、農(nóng)機(jī)等行業(yè)，齒輪性能不斷提高、批量在擴(kuò)大、規(guī)格品種在增加，對齒輪加工技術(shù)在高精度、高效率、自動化與柔性化等方面提出更高的要求。齒輪機(jī)床制造廠家，為適應(yīng)這一新的要求，進(jìn)行了一系列的基礎(chǔ)研究，同時吸收現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的相關(guān)成果，開發(fā)了新一代的齒輪機(jī)床產(chǎn)品 [7]。尤其是計算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的應(yīng)用，使齒輪機(jī)床面目為之一新。齒輪加工機(jī)床的數(shù)控，由于技術(shù)難度大和其他原因，起步較晚 [4]。我國自 80 年代中期開始研制，通過 10 多年的努力，己能生產(chǎn)各類 CNC 型齒輪加工機(jī)床。進(jìn)入2000 年以來，我國數(shù)控齒輪加工機(jī)床的發(fā)展己由成長期進(jìn)入成熟期，并正向著高速、高效、高精度、綜合化等方面發(fā)展，但在其網(wǎng)絡(luò)化方面與國外仍然有很大差距。從 1989 年起，中國國際機(jī)床展覽會每隔兩年舉辦一次，迄今為止成功舉辦了十屆，CIMT 的展會規(guī)模一直居中國各類國際專業(yè)工業(yè)展覽會之首，己成為國際先進(jìn)制造技術(shù)交流與貿(mào)易的重要場所。2007 年 4 月 9 日第 10 屆中國國2際機(jī)床展覽會(CIMT20O7)在北京成功舉行，國內(nèi)齒輪加工機(jī)床參展商主要有陜西秦川機(jī)床工具集團(tuán)有限公司、天津第一機(jī)床總廠、重慶機(jī)床有限責(zé)任公司、天津市精誠機(jī)床制造有限公司等，他們展出的產(chǎn)品充分展現(xiàn)了國內(nèi)齒輪加工機(jī)床的“精密、高效、復(fù)合、專用、大型”的特點，與國外技術(shù)水平先進(jìn)的機(jī)床相比，國產(chǎn)機(jī)床制造商在提高機(jī)床的可靠性、穩(wěn)定性、加工效率、加工精度上下功夫，加快新產(chǎn)品研發(fā)力度，縮小與國外先進(jìn)技術(shù)的差距，替代進(jìn)口并擴(kuò)大出口，以改變先進(jìn)的加工技術(shù)和加工設(shè)備為西方發(fā)達(dá)國家所壟斷的現(xiàn)實 [8]。滾齒機(jī)是使用最廣泛的齒輪加工機(jī)床，其數(shù)量約占整個齒輪加工機(jī)床的 45%左右。多數(shù)情況下，滾齒機(jī)用來加工漸開線齒形的直齒、斜齒和人字齒輪，只要工件的模數(shù)、壓力角與滾刀一致，通過機(jī)床的調(diào)整便可以加工不同齒數(shù)和不同螺旋角的齒輪。實際上，只要滾刀與工件齒形共轆，就可以加工其他齒形的工件，如圓弧齒輪、擺線齒輪、鏈輪等。大型滾齒機(jī)除按展成法工作外，尚設(shè)分度銑齒裝置，用盤銑刀或指狀銑刀作仿形銑齒;或附設(shè)內(nèi)齒滾刀架，用特定的螺旋滾刀，按展成法滾切內(nèi)齒輪。滾齒機(jī)既適用于高效率的齒形粗加工，又適用于高精度齒形精加工。由于適應(yīng)范圍大、調(diào)整簡易、操作方便，因此這種機(jī)床不論對于大量生產(chǎn)和成批生產(chǎn)的工廠，或者是小量生產(chǎn)和單件生產(chǎn)的工廠，都是一種比較經(jīng)濟(jì)的齒形加工設(shè)備。滾齒尺寸規(guī)格范圍寬，直徑從不足 1 毫米、模數(shù)不足 0.1 毫米(儀表齒輪)至直徑 12 米、模數(shù) 40 毫米的工件都可滾齒。滾齒機(jī)適用于加工目前已實際應(yīng)用的各種齒輪材料。由于滾齒機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，已生產(chǎn)出多種型號的滾齒機(jī)，可以使用硬質(zhì)合金滾刀半精滾或精滾淬過火的硬齒面齒輪，可以減少磨齒余量甚至代替部分磨齒 [1]。由于數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，更加拓展了滾齒機(jī)的工藝性能，但仍有其局限性，例如:不能加工窄空刀槽的齒輪塊、中小尺寸的內(nèi)齒輪和齒條，不能加工節(jié)曲線不封閉或凹形節(jié)曲線的非圓齒輪等。我國作為一個制造業(yè)的大國，各行各業(yè)對齒輪的需求量一直都比較大，但齒輪加工技術(shù)水平卻一直比較落后，要加工高精度的齒輪具有很大的難度。1.3 論文的主要構(gòu)成本文是以 Y3150E 滾齒機(jī)為設(shè)計對象，主要解決 Y3150E 滾齒機(jī)回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算部分。設(shè)計計算部分包括蝸桿傳動的設(shè)計、蝸桿軸的強度校核及軸承的壽命分析。3第 2 章 滾齒機(jī)的總體設(shè)計 2.1 滾齒原理滾齒機(jī)主要用于滾切直齒、斜齒圓柱齒輪和蝸輪，還可以用來加工花鍵軸的鍵。滾齒加工是根據(jù)展成法原理來加工齒輪輪齒的。用齒輪滾刀加工齒輪的過程，相當(dāng)于一對交錯軸斜齒輪副嚙合滾動的過程，如圖 2.1（a）所示。將其中的一個齒數(shù)減少到一個或幾個，輪齒的螺旋傾角很大，就成了蝸桿，如圖2.1（b）所示。再將蝸桿開槽并鏟背，就成了齒輪滾刀，如圖 2.1（c）所示。因此，滾刀是指就是一個斜齒圓柱齒輪，當(dāng)機(jī)床使?jié)L刀和工件嚴(yán)格地按一對斜齒圓柱齒輪的速比關(guān)系作選擇運動時，滾刀就可以在工件上連續(xù)不段地切出齒來。（a） 交錯軸斜齒輪傳動 （b） 蝸桿傳動 （c ） 滾齒加工圖 2.1 滾齒原理圖2.2 Y3150E 型滾齒機(jī)的結(jié)構(gòu)Y3150E 型滾齒機(jī)能夠用于滾切直齒和斜齒圓柱齒輪。此外，還可采用手動徑向進(jìn)給法滾切蝸輪，也可以加工花鍵軸和鏈輪。圖 2.2 是 Y3150E 型滾齒機(jī)床的外形圖。如圖所示，機(jī)床由床身 1、立柱2、刀架溜板 3、刀架 5、后立柱 8 和工作臺 9 等組成。刀架溜板 3 帶動滾刀刀架可沿立柱導(dǎo)軌作垂直進(jìn)給運動和快速移動；安裝滾刀的滾刀桿 4 裝在刀架 5的主軸上；刀架連同滾刀一起可沿刀具溜板的圓形導(dǎo)軌在 240°范圍內(nèi)調(diào)整安裝角度。工件安裝在工作臺 9 的工件心軸 7 上或直接安裝在工作臺上，隨同工作臺一起作旋轉(zhuǎn)運動。工作臺安和后立柱裝在同一溜板上，并沿床身的水平導(dǎo)軌作水平調(diào)整移動，以調(diào)整工件的徑向位置或作手動徑向進(jìn)給運動。后立柱上的4支架 6 可通過軸套或頂尖工件心軸的上端，以提高工件心軸的剛度，使?jié)L切工作平穩(wěn)。圖 2.2 Y3150E 滾齒機(jī)外形圖1—床身；2—立柱；3—刀架溜板；4—刀桿；5—滾刀架；6—支架；7—工件心軸；8—后立柱；9—工作臺轉(zhuǎn)臺設(shè)計采用了蝸桿傳動，與其他傳動形式比較，在傳動比相同的條件下，蝸桿傳動的機(jī)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)更為緊湊；由于蝸桿齒輪是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時在工作過程中，蝸桿傳動所參與的嚙合齒對數(shù)又較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲也低。因此，本文回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計方案采用蝸桿傳動形式。2.3 Y3150E 型滾齒機(jī)技術(shù)規(guī)格Y3150E 型滾齒機(jī)的主要計算規(guī)格如下所示：（1）加工規(guī)范：①工件最大直徑 500mm②工件最大模數(shù) 8mm③最大加工寬度 250mm5④工件最少齒輪 5)(?滾 刀 頭 數(shù)最 少KZ（2）刀架①刀具最大直徑 160mm②刀具最大長度 160mm③刀架最大回轉(zhuǎn)角度 240④刀具最大軸向移動量 55mm⑤刀架垂直快速移動速度 0.5325 公尺/分⑥刀架垂直手移動每轉(zhuǎn)移動量 0.75mm（3）工作臺①工作軸心到刀具軸心間的距離最大 330mm工作軸心到刀具軸心間的距離最小 30mm②工作臺面到刀具軸心間的距離最大 535mm工作臺面到刀具軸心間的距離最小 235mm③工作臺直徑 510mm④工作臺液壓快速移動距離 50mm⑤工作臺水平手移動每轉(zhuǎn)移動量 2mm⑥工作臺工件用心軸直徑 30mm2.4 回轉(zhuǎn)工作臺的方案設(shè)計此轉(zhuǎn)臺關(guān)鍵需滿足以下幾點要求：（1）機(jī)械的功能要求：應(yīng)滿足工作臺的功率、轉(zhuǎn)速和運動形式的要求。（2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。（3）工作性能的要求：保證工作可靠、傳動效率高等。（4）結(jié)構(gòu)工藝性要求：如結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、使用維護(hù)便利、工藝性和經(jīng)濟(jì)合理等。根據(jù)以上要求，滾齒機(jī)轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)采用蝸桿傳動，既可實現(xiàn)自鎖，結(jié)構(gòu)又比較緊湊。與其他傳動形式比較，在傳動比相同的條件下，蝸桿傳動的機(jī)構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)更為緊湊；由于蝸桿齒輪是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時在工作過程中，蝸桿傳動所參與的嚙合齒對數(shù)又較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲也低。因此，本文回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計方案采用蝸桿傳動形式是十分合理的。62.5 回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計結(jié)構(gòu)圖 2.3 為 Y3150E 型滾齒機(jī)的工作臺結(jié)構(gòu)。工作臺采用雙圓環(huán)導(dǎo)軌支承和長錐形滑動軸承定心的結(jié)構(gòu)型式，它的軸向載荷由工作臺底座 1 是上的圓環(huán)導(dǎo)軌M 和 N 承受，徑向載荷由長錐形滑動軸承 17 承受。機(jī)床長期使用后，滑動軸承 17 磨損，間隙增大，影響加工的精度，對此必須調(diào)整。調(diào)整方法為：先拆下墊片 20（該墊片為兩個半圓） ，然后根據(jù)軸承間隙的大小，將墊片 20 磨到一定的厚度再安裝上。這樣便可使得軸承 17 略為向上移，有利于其內(nèi)孔與工作臺下部的圓錐面配合，從而使間隙得以調(diào)整。圖 2.3 Y3150E 滾齒機(jī)的工作臺結(jié)構(gòu)圖1—溜板；2—工作臺；3—分度蝸輪；4—圓錐滾子軸承；5—雙螺母；6—隔套；7—蝸桿；8—角接觸球軸承；9— 套筒；10—T 形槽；12—底座；13、16—壓緊螺母；14—鎖緊套；15—工件心軸；17—錐體滾動軸承；18—支架；19、20—墊片；M、N—環(huán)形7平面導(dǎo)軌；P 1—工作臺中心孔上的面；P 2—底座上的圓柱表面；由蝸桿 7 帶動分度蝸輪 3，從而帶動工作臺 2 旋轉(zhuǎn)。蝸輪和工作臺之間由圓錐銷定位，用螺釘緊固。蝸桿 7 由兩個 P5 級精度的圓錐滾地軸承 32210/P5和兩個 P5 級精度的單列深溝球軸承 6210/P5 支承在支架 18 上，支架用螺釘裝在工作臺底座的側(cè)面，陪磨墊片 19 保證蝸桿與蝸輪間合適的嚙合間隙。蝸輪副采用壓力噴油潤滑。工件心軸底座 12 的內(nèi)孔為莫氏錐度，與工件心軸的錐柄配合。Y3150E 型滾齒機(jī)的工作臺裝有快速移動液壓缸。當(dāng)成批加工同一規(guī)格的齒輪時，為了縮短機(jī)床調(diào)整的時間，可以使用液壓工快速移動工作臺。加工第一個齒輪時，精度調(diào)整滾刀和工件的中心距離，加工好第一個齒輪后，轉(zhuǎn)動“工作臺快速移動” 旋鈕至“ 退后 ”位置，則工作臺在快速液壓缸的活塞帶動下快速退出。當(dāng)裝好第二個齒柸后，將“工作臺快速移動” 旋鈕轉(zhuǎn)到 “向前”位置，工作臺又快速返回原來的位置，這時就可進(jìn)行第二個齒輪的加工。在調(diào)整工作臺時，應(yīng)先使工作臺快速移動后，再手動調(diào)整滾刀和工作臺之間的中心距，夠則可能發(fā)生操作事故。2.6 本章小結(jié)本章主要介紹了滾齒機(jī)的工作原理和 Y3150E 型滾齒機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，并根據(jù)所要求的技術(shù)規(guī)格對 Y3150E 型滾齒機(jī)的回轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行了方案設(shè)計。8第 3 章 回轉(zhuǎn)工作臺傳動部分的設(shè)計計算 3.1 電動機(jī)的選擇滾齒機(jī)回轉(zhuǎn)工作臺主要是由蝸輪、蝸桿、工作臺、主軸、標(biāo)準(zhǔn)件等零件組成。其工作原理簡述如下：回轉(zhuǎn)工作臺的運動是由交流伺服電機(jī)驅(qū)動蝸輪蝸桿系統(tǒng)，使工作臺旋轉(zhuǎn)。當(dāng)機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺接到數(shù)控系統(tǒng)的指令后，啟動交流伺服電機(jī)，按數(shù)控指令確定工作臺的回轉(zhuǎn)方向、回轉(zhuǎn)速度及回轉(zhuǎn)角度大小等參數(shù)。根據(jù)相關(guān)資料，帶動工作臺旋轉(zhuǎn)的蝸輪傳動系統(tǒng)的傳動比為 72，選擇的工作臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)型號為 IFK7083-5AF71-ISHO，其額定扭矩為 16Nm，轉(zhuǎn)速為3000r/min。3.2 蝸桿傳動的設(shè)計3.2.1 選擇蝸桿傳動的類型根據(jù)方案設(shè)計，回轉(zhuǎn)工作臺采用了蝸桿傳動的形式。由 GB/T10085—1988的推薦，選擇漸開線蝸桿（ZI） 。3.2.2 選擇材料由于蝸桿傳動功率并不大，速度中等，故蝸桿選用 45 剛；為提高耐磨性及傳動的效率，蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 45～55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100 制造。3.2.3 按齒面接觸疲勞強度進(jìn)行設(shè)計根據(jù)蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強度進(jìn)行設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強度。由文獻(xiàn) [9]可知，傳動中心距為（3-1）232[]EPHZaKT????????（1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2按 z1=1，根據(jù)電機(jī)的輸出扭矩為 16Nm，估取傳動效率為 0.75，則9（3-2）662 129.5109.50/PPTTinn???????式中，n 1=3000；T 1=16Nm；i=72 。將參數(shù)代入上式，有 T2=864Nm。（2）確定載荷系數(shù) K由于工作載荷較為穩(wěn)定，載荷分布不均系數(shù)可以取為 Kβ=1；參考文獻(xiàn) [9]表11-5 選取使用系數(shù) ;工作臺的轉(zhuǎn)速不高，其沖擊較小，動載系數(shù) Kv 取.5A?為 1；則（3-3）AvK?.51.02K???（3）確定彈性影響系數(shù) ZE由于蝸輪、蝸桿的材料分別為鑄錫磷青銅和剛，故 。1260EZMPa?（4）確定接觸系數(shù) ZP設(shè)蝸桿分度圓直徑為 d1 和傳動中心距 a 的比值為 0.35，由文獻(xiàn) [9]中圖 11-18 可得 ZP=2.9。（5）確定許用接觸應(yīng)力[σ H]根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC，可從文獻(xiàn) [9]表 11-7 中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力 。'[]268HMPa??應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為（3-4）260hNjnL?式中，j 取 1；n 2 為蝸輪轉(zhuǎn)速， ；L h 為蝸桿傳動的壽命，設(shè)為1/i20000h。故 82306025107hjL????壽命系數(shù)（3-5）7810.635HNK??則（3-6）'[][]0.61328164.28HNHKMPaa?????10（6）計算中心距 231603.1.28415.98am??????????取中心距為 a=280mm，因為傳動比 i=72，根據(jù)文獻(xiàn) [10]表 16-8 與表 16-9 取模數(shù) m=6.3mm，蝸桿分度圓直徑 d1=112mm。此時， ，從圖 11-18 可1/0.4da查得接觸系數(shù) ，因此以上計算結(jié)果可用。'2.74ppzz??3.2.4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)及幾何尺寸（1）蝸桿蝸桿頭數(shù) z1=1；分度圓導(dǎo)程角 γ=3°13′10″；軸向齒距（3-7）' 19.72apm??直徑系數(shù)（3-8）1//6.38qd齒頂圓直徑（3-9）*1221.4.6aahmm????齒根圓直徑（3-10）*1()(.3025)98.fadc???蝸桿軸向齒厚（3-19.862asm??11）（2）蝸輪根據(jù)文獻(xiàn) [10]表 16-9 得，蝸輪齒數(shù) z2=71；變位系數(shù) x2=0.0556；驗算傳動比 ，此時傳動比誤差為21/7iz?10%.39???該傳動比誤差在允許的范圍內(nèi)。蝸輪分度圓直徑11（3-12）26.3714.dmzm???蝸輪齒頂圓直徑（3-13）*22()4.(0.5)6.30.aadhx???蝸輪齒根圓直徑（3-14*22()7.3(12).4.25faxcmm??????）蝸輪咽喉母圓半徑（3-15）22118046.9.7gard????3.2.5 校核齒根彎曲疲勞強度（3-16）21.53[]FFaFKTYdm?????當(dāng)量齒數(shù)（3-17）230371.4cos(.vz???（根據(jù) x2=0.0556，z v2=71.34，根據(jù)文獻(xiàn) [9]中圖 11-19 可查得齒形系數(shù)YFa2=2.55。螺旋角系數(shù)（3-18）01.974Y????許用彎曲應(yīng)力蝸輪的材料為鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1，其基本許用彎曲應(yīng)力 。'[]56FMPa??壽命系數(shù)（3-19）66998100.51FNK???許用應(yīng)力12（3-20）'[]560.128.56FNFNKMPa????根據(jù)式（3-16）得 1.5329.973.4[]47.63F F???因此，彎曲強度滿足要求。3.2.6 驗算效率 η（3-21）tan(0.95~.6)()v?????已知，γ=3°13′10″ ；φ v=arctanfv。其中，f v 與相對滑動速度 vs 有關(guān)，計算公式如下（3-22）160cossdn????根據(jù) d1=112mm，n 1=3000，得 03.4217.68/60cos(.)sv ms???由文獻(xiàn) [9]中表 11-18 查得，f v=0.014、φ v=0°48′。將 fv、φ v 代入式（3-22）得，η=0.77，計算所得的效率略大于估算值 0.75，因此不需要重新計算。3.3 蝸桿傳動的潤滑一般說來，由于蝸桿傳動在工作過程中共軛齒面相對滑動速度大，導(dǎo)致?lián)p耗功率增大，油溫也升高，傳動效率低等，限制了蝸桿傳動的承載能力。因此，偉解決上述問題，必須借助于潤滑方法及潤滑油的合理選擇，改善共軛齒面間的潤滑條件。3.3.1 潤滑方法的選擇當(dāng)相對滑動速度 vs≤10m/s 時多采用油池潤滑方式，當(dāng)相對滑動速度vs10m/s 時多采用壓力方式噴油潤滑。由上一節(jié)可知，相對滑動速度vs=17.610m/s，故采用油池潤滑方式。根據(jù)文獻(xiàn) [10]知，當(dāng)中心距 a100mm，因此選擇全浸的方式。3.3.2 潤滑油的選擇潤滑油的種類很多，國內(nèi)外常用的潤滑油大致分為，由聚乙二醇或聚醚有機(jī)化合物組成的特殊潤滑油；由礦物質(zhì)油為基礎(chǔ)油，加入 3%~10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（通常加 5%）的動物脂符合而成的復(fù)合油；礦物油和極性礦物油。潤滑油的選擇必須滿足以下要求：（1）蝸桿傳動主要的實效形式，是發(fā)熱量過大油升過高引起的齒面膠合或磨粒磨損。故要求潤滑油具有良好的油性、極壓性、在高溫下的抗氧化性；（2）為了改善動壓油膜的形成條件，要求潤滑油有較高的粘度，良好的油安定性；（3）對于油中的添加劑，要求對蝸桿傳動的嚙合質(zhì)量有良好的影響，為此應(yīng)選擇油脂性添加劑，其次選用磷型極壓添加劑，再其次選用鉛型添加劑，不選用硫氯型添加劑。根據(jù)上述要求，選擇中極性蝸輪蝸桿油，潤滑油粘度和牌號如下表 3.1 所示。表 3.1 潤滑油的選擇速度 vs/m·s-1 ≤2.2 2.2~5 5~12 12油粘度/cSt/40 0C 612~748 414~506 288~352 198~242油的牌號 680 460 320 2203.4 本章小結(jié)本章對帶動回轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)的蝸桿傳動系統(tǒng)進(jìn)行了具體的設(shè)計計算，確定了蝸桿傳動的類型、主要參數(shù)、蝸輪蝸桿的尺寸及潤滑方式。14第 4 章 回轉(zhuǎn)工作臺主要部件的設(shè)計計算 4.1 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1.1 蝸桿軸的最小直徑計算根據(jù)實心圓軸公式 [9]，其切應(yīng)力（4-1）??TTdnPW?????362.0/159寫成設(shè)計公式，軸的最小直徑（4-2）63309.5102[]TPdAn????上兩式中：——軸的抗扭截面系數(shù)，mm3 ；TW——軸傳遞的功率，kW ；P——軸的轉(zhuǎn)速，r/min；n——許用切應(yīng)力，MPa；??T?A 0——與軸材料有關(guān)的系數(shù)，可由表 15-3 查得 [9]。對于受彎矩較大的軸宜取較小的 值。當(dāng)軸上有鍵槽時，應(yīng)適當(dāng)增大軸??T?徑：單鍵增大 3%，雙鍵增大 6%。表 4.1 軸常用幾種材料的[τ T]及 A0 值軸的材料 Q235,20 Q255,Q275,35 45 40Cr,38SiMnMoτ/MPa 12 15 20 25 30 35 40 45 52C 160 148 135 125 118 112 106 102 98根據(jù) 3.2.3 小節(jié)，可知 P=5.03kw，n=3000r/min。軸的材料選擇 45 剛，有A0=112。15則，軸的最小直徑為 6339.5105.0213.[]TPdmn?????4.1.2 蝸桿軸的強度校核結(jié)合回轉(zhuǎn)工作臺的實際情況，將主軸與蝸桿做成一體，其結(jié)構(gòu)形式如圖 4.1所示。圖中蝸桿軸的結(jié)構(gòu)有退刀槽，螺旋部分可以車制，也可以銑制。圖 4.1 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)形式圖 a圖 4.2 蝸桿軸的受力簡圖蝸桿軸上裝有角接觸球軸承與圓錐滾子軸承。圖 4.2 中符號 1、2 表示角接觸球軸承，符號 3、4 表示圓錐滾子軸承。通過給定的條件進(jìn)行受力分析，算出個支撐點的受力情況，求出蝸桿軸在水平方向與豎直方向的彎矩，然后根據(jù)下式計算總的彎矩：（4-3）2hvM??16式中: 為水平方向承受的彎矩， 為豎直方向承受的彎矩。hMvM通過計算得 38.2610.Nm??按彎扭合成強度條件：（4-4）22313[]TKd??????（式中：——軸計算截面上的工作應(yīng)力（Mpa ）d ——軸計算截面上的直徑（mm）M ——軸計算截面上的彎矩（N.mm）T ——軸計算截面上的轉(zhuǎn)矩（N.mm）——考慮轉(zhuǎn)矩和彎矩的作用性質(zhì)差異的系數(shù)， =1? ?K ——軸類別系數(shù)，實心軸 K=1根據(jù)條件 T=7277.2Nm，按蝸桿軸的一般截面 d=90mm，以及查得蝸桿軸材料的 =60Mpa，M=26.51KNm（由受力分析以及（4-3）式計算得出） ，計算1[]??得到：=46.38Mpa15角接觸軸承 60000 73 0 0.58 0.32 14.6 15620 154.3 本章小結(jié)本章主要對回轉(zhuǎn)工作臺的主軸進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度校核，選擇了主軸的軸承類型，并對其進(jìn)行了壽命分析。20總結(jié) 本文闡述了滾齒機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r和滾齒原理，對 Y3150E 型滾齒機(jī)的回轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，其設(shè)計思路是先原理后結(jié)構(gòu)，先整體后局部，通過該設(shè)計思路首先展開設(shè)計計算，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并盡可能對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使結(jié)構(gòu)變得更為緊湊。Y3150E 型滾齒機(jī)的回轉(zhuǎn)工作臺是采用了蝸桿傳動的形式，滾齒機(jī)回轉(zhuǎn)工作臺主要是由蝸輪、蝸桿、工作臺、主軸、標(biāo)準(zhǔn)件等零件組成?；剞D(zhuǎn)工作臺的運動是由交流伺服電機(jī)驅(qū)動蝸輪蝸桿系統(tǒng)，使工作臺旋轉(zhuǎn)。在回轉(zhuǎn)工作臺的具體設(shè)計過程中，查閱大量資料，根據(jù)設(shè)計計算結(jié)果繪制二維裝配草圖，通過裝配草圖可以很直觀地對工作臺結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行設(shè)計，盡可能地使機(jī)構(gòu)變得緊湊，調(diào)整好結(jié)構(gòu)再進(jìn)行計算并校核計算結(jié)果，如此反復(fù)提高設(shè)計質(zhì)量，最后完成最終的設(shè)計。在這樣的過程中，學(xué)習(xí)到了很多與機(jī)械設(shè)計相關(guān)的重要知識，從而提高了對機(jī)械設(shè)計的認(rèn)識，為將來從事機(jī)械行業(yè)提供了很大的幫助。21致謝論文的完成，首先要感謝我的指導(dǎo)老師，老師學(xué)識淵博、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，他充滿熱情的工作態(tài)度是學(xué)生們學(xué)習(xí)的好榜樣。在論文的撰寫過程中，老師給我提供過許多有益的幫助和建議，幫我開拓思路，深入研究，在此向老師表示最真誠的感謝！感謝與我同專業(yè)的許多同學(xué)，與他們的交流和探討使我獲得了很多啟發(fā)，在生活上也得到了他們的熱心幫助，感謝他們一直以來對我的支持。最后特別感謝我的父母和家人。在四年大學(xué)生活中，是他們默默地支持和鼓勵著我，給了我克服在學(xué)習(xí)和生活中遇到困難的動力和勇氣，他們是我前進(jìn)道路上永遠(yuǎn)的精神支柱。22參考文獻(xiàn) [1] 齒 輪 手 冊 編 委 會 . 齒 輪 手 冊 （ 第 二 版 ） [M]. 北 京 : 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 , 2000(8).[2] 楊 春 林 ,. 美 國 芝 加 哥 國 際 制 造 技 術(shù) 展 覽 會 (IMTS2006)[M]. 世 界 制 造 技 術(shù) 與 裝 備 市 場 , 2006(5): 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The necessary of dealing with more realistic models of system.b. The shift in emphasis towards optimal control and optimal system design. c. The continuing developments in digital computer technology. d. The shortcoming of previous approaches. e. Recognition of the applicability of well-known methods in other fields of knowledge.The transition from simple approximate models, which are easy to work with, to more realistic models, produces two effects. First, a large number of variables must be included in the models. Second, a more realistic model is more likely to contain nonlinearities and time-varying parameters. Previously ignored aspects of the system, such as interactions with feedback through the environment, are more likely to be included. With an advancing technological society, there is a trend towards more ambitious goals. This also means dealing with complex system with a large number of interacting components. The need for greater accuracy and efficiency has changer the emphasis on control system performance. The classical specifications in terms of percent overshoot, setting time, bandwidth, etc. have in many cases given way to optimal criteria such as mini mum energy, minimum cost, and minimum time operation. Optimization of these criteria makes it even more difficult to avoid dealing with unpleasant nonlinearities. Optimal control theory often dictates that nonlinear time-varying control laws are used, even if the basic system is linear and time-invariant. The continuing advances in computer technology have had three principal effects on the controls field. One of these relates to the gigantic supercomputers. The size and the class of the problems that can now be modeled, analyzed, and controlled are considerably large than they were when the first edition of this book was written. The second impact of the computer technology has to so with the 24proliferation and wide availability of the microcomputers in homes and I the work place, classical control theory was dominated by graphical methods because at the time that was the only way to solve certain problems, Now every control designer has easy access to powerful computer packages for systems analysis and design. The old graphical methods have not yet disappeared, but have been automated. They survive because of the insight and intuition that they can provide, some different techniques are often better suited to a computer. Although a computer can be used to carry out the classical transform-inverse transform methods, it is used usually more efficient for a computer to integrate differential equations directly.The third major impact of the computers is that they are now so commonly used as just another component in the control systems. This means that the discrete-time and digital system control now deserves much more attention than Modern control theory is well suited to the above trends because its time-domain techniques and its mathematical language (matrices, linear vector spaces, etc.) are ideal when dealing with a computer. Computers are a major reason for the existence of state variable methods.Most classical control techniques were developed for linear constant coefficient systems with one input and one output (perhaps a few inputs and outputs). The language of classical techniques is the Laplace or Z-transform and transfer functions. When nonlinearities ad time variations are present, the very basis for these classical techniques is removed. Some successful techniques such as phase-plane methods, describing function s, and other ad hoc methods, have been developed to alleviant this shortcoming.However, the greatest success has been limited to low-order systems. The state variable approach of modern control theory provides a uniform and powerful method of representing systems of arbitrary order, linear or nonlinear, with time-varying or constant coefficient. It provides an ideal formulation for computer implementation and is responsible for much of the progress in optimization theory. Modern control theory is a recent development in the field of control. Therefore, the name is justified at least as a descriptive title. However, the foundations of modern control theory are to be found in other well-established fields. Representing a system in terms of state variables is equivalent to the approach of Hamiltonian mechanics, using generalized coordinates and generalized moment. The advantages of this approach have been well-known I classical physics for many years. The advantages of using matrices when dealing with simultaneous equations of various kinds have long been appreciated in applied mathematics. The field of linear algebra also contributes 25heavily to modern control theory. This is due to the concise notation, the generality of the results, and the economy of thought that linear algebra provides. Mechanism of Surface Finish Production There are basically five mechanisms which contribute to the production of a surface which have been machined. There are: (1) The basic geometry of the cutting process. In, for example, single point turning the tool will advance a constant distance axially per revolution of the work piece and the resultant surface will have on it, when viewed perpendicularly to the direction of tool feed motion, a series of cusps which will have a basic form which replicates the shape of the tool in cut. (2) The efficiency of the cutting operation. It has already been mentioned that cutting with unstable built-up-edges will produce a surface which contains hard built-up-edge fragments which will result in a degradation of the surface finish. It can also be demonstrated that cutting under adverse conditions such as apply when using large feeds small rake angles and low cutting