Y38滚齿机进给系统设计 毕业设计.doc

本科毕业设计（论文）说明书 摘要摘要 齿轮的地位被各个国家所认同是因为轮是工业生产中的重要基础零件，其加工技 师和加工能力反映一个国家的工业水平。并且齿轮作为机械传动中最常见，最重要的 传动零件，被广泛地应用于机械设备的传动系统中，因此也决定了在一个国家的工业 中齿轮的加工的重要地位。实现齿轮加工数控自动化、加工和检测的一体化是目前齿 轮加工的发展趋势。所以大多数国家都在努力向研究数控机床的方向发展。 由于数控滚齿机的制造难度相当的大，因此目前并没有被广泛的采用。目前各个 国家普遍采用的传统的滚齿机型。滚齿机是齿轮加工机床中应用广泛的一种机床，在 其上可切削直齿、斜齿圆柱齿轮，还可加工蜗轮、链轮等。按照加工原理，齿面加工 可以分为成形法和展成法两大类。y38 滚齿机选择范成法加工齿轮的优点是，只要模 数和压力角相同，一把刀具可以加工任意齿数的齿轮。生产率和加工精度都比较高。 所以在齿轮加工中，范成法应用最为广泛。 本文采用功能分析设计法对机构的功能分析，这是本次设计的一次创新，用黑箱 实现功能作用然后通过功能原理的选择，作功能分解图，对功能元进行求解分析，排 列组合方案系统解，最后采用有限价值法或技术经济评价法对参数作评价决策，最佳 方案解的分析确定。 本说明书重点是介绍 y38 滚齿机的进给的路线以及相关的计算及相关部件的选取 和校核部分。其中有电机的选取，蜗轮蜗杆的计算校核，液压的计算校核以及丝杠的 计算选择。对传动部分如大立柱等部分给予了作图说明。 关键词关键词： 齿轮 滚齿机 黑箱 进给 本科毕业设计（论文）说明书 i abstract gear are in industrial production base of the important parts of the process of technicians and processing ability to reflect a state of the industrial level. as a mechanical equipment manufacturing base metal cutting tools, and in the national economy occupies an important place, and the gear as a mechanical drive the most important parts of the transmission, is widely used in machinery equipment transmission. implement the lean process computer number control and automation, processing and detection of integration is currently one of the development trend. computer number control gear hobbing machine of the difficulty made considerable size, so there is not been widely adopted. at present, all countries of the widespread use of conventional models gear hobbing machine.gear hobbing machine is widely used tools in the process of a kind of machine tools, on which may be cutting spur gear, helical-spur gear, and processing turbine, sprockets, etc. according to the process of principle, and spherical machining to the shaping and generating can be divided into two categories. y38 gear hobbing maching of the options shaping processing gear advantage is that provided by number and the pressure of the same, one of the tool can work any of the gear . productivity and processing are comparatively high precision. in the processing, generation method is used most widely. in the black box analysis of function design of the functional analysis, the function of the principle of choice, as a function is broken. the function of $solution for analysis, the arrangement. the system uses limited value of the law or technical and economic assessment of evaluation parameters for policy-making, best solution for analysis. manual emphasis is on the y38 gear hobbing machine into the line and relevant terms and relevant components s select and check the seleck of motor, the calculate of worm gear , and its check. the calculate of the hydraulic,and its check the seleck of the screw rod. thers are also some graphs show the transmission part ,for column and so on key words: gear gear hobbing machine black box feed 本科毕业设计（论文）说明书 ii 目录 摘要摘要.i abstract. 目录目录.iii 第第 1 章章 绪论绪论.1 1.1 齿轮的重要地位.1 1.2 滚齿机的发展.5 1.3 论文主要研究的内容.5 第第 2 章章 y38 滚齿机的设计方案滚齿机的设计方案.6 2.1 总功能分析.6 2.2 功能原理的选择.8 2.3 功能元求解.11 2.4 方案初步筛选.14 2.5 方案的比较.15 2.6 最佳方案的分析和确定.20 2.7 算滚刀的速度切削功率并选择电动机.25 第第 3 章章 进给部分的设计及其计算进给部分的设计及其计算 30 3.1 蜗轮蜗杆的设计计算.31 3.2 丝杠的设计计算.42 3.3 液压系统的设计计算47 结论结论 51 参考文献参考文献 52 致谢致谢 53 附件附件 1 .54 附件附件 2 .61 本科毕业设计（论文）说明书 0 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 齿轮加工的重要地位齿轮加工的重要地位 各个国家之所以都非常的重视齿轮的加工是因为齿轮是工业生产中的重要基础零 件，其加工技术和加工能力能够反映一个国家的工业水平。齿轮作为机械传动中最常 见，最重要的传动零件，被广泛地应用于机械设备的传动系统中。作为机械制造业的 基础装备的金属切削机床，也因此在国民经济中占有重要地位。 17 世纪末，人们才开始研究，能正确传递运动的轮齿形状。18 世纪，欧洲工业革 命以后，齿轮传动的应用日益广泛；先是发展摆线齿轮，而后是渐开线齿轮，一直到 20 世纪初，渐开线齿轮已在应用中占了优势。齿轮在各种机械、仪器、仪表中应用广 泛，它是传递运动和动力的重要零件，齿轮的质量直接影响到机电产品的工作性能、 承截能力、使用寿命和工作精度等。常用的齿轮副有圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗杆蜗轮 等，其加工技术和加工能力反映一个国家的工业水平。齿轮被广泛地应用于机械设备 的传动系统中，滚齿是应用最广的切齿方法，滚齿加工大多都是在滚齿机上进行的， 因此滚齿机在机械加工中占有举足轻重的作用。在当前的齿轮制造业中，齿轮加工工 艺大致相同。 齿轮加工的方法很多，但最基本的是切削加工方法，齿轮机床按加工原理分为两 类，仿形法和范成法(或称展成法)。仿形法是用刀具的刀刃形状来保证齿轮齿形的准确 性，用单分齿来保证分齿的均匀。范成法是按照齿轮啮合原理进行加工，假想刀具为 齿轮的牙形，它在切削被加工齿轮时好似一对齿轮啮合传动，被加工齿轮就是在类似 啮合传动的过程中被范成成形的范成法具有加工精度高，粗糙度值低，生产率高等特 点，因而得到广泛应用。 齿轮加工机床的种类繁多，但一般可以划分为圆柱齿轮加工机床和锥齿齿轮加工 机床两大类。圆柱齿轮加工机床主要有滚齿机、插齿机车齿机等；锥齿齿轮加工机床 除加工直齿锥齿轮的刨齿机、铣齿机、拉齿机和加工弧齿锥齿轮铣齿机外，还有加工 齿长方向为摆线或渐开线外摆线和准渐开线的铣齿机。研齿机、剃齿机、磨齿机等齿 轮加工机床，则属于齿轮齿面精度加工用的机床。 本科毕业设计（论文）说明书 1 1.2 滚齿机的发展滚齿机的发展 滚齿机是用滚刀按展成法加工直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮以及蜗轮的齿轮加工 机床。传统的机械传动式滚齿机，其特征为各主轴采用机械式的传动形式，包括差动、 分齿、工件轴、滚刀轴和进给等。由于传动链固有的理论误差和安装间隙，造成速度 很慢，精度很低。在齿轮加工中应用最广泛.这种机床使用特制的滚刀时也能加工花键 和链轮等各种特殊齿形的工件。 滚齿机按布局分为立式和卧式两类。大中型滚齿机多为立式，小型滚齿机和专用 于加工长的轴齿轮的滚齿机皆为卧式。立式滚齿机又分为工作台移动和立柱移动两种。 立式滚齿机工作时，滚刀装在滚刀主轴上，由主电动机驱动作旋转运动，刀架可沿立 柱导轧垂直移动，还可绕水平轴线调整一个角度。工件装在工作台上，由分度蜗轮副 带动旋转，与滚刀的运动一起构成展成运动。滚切斜齿时,差动机构使工件作相应的附 加转动。工作台(或立柱)可沿床身导轧移动,以适应不同工件直径和作径向进给。有的 滚齿机的刀架还可沿滚刀轴线方向移动，以便用切向进给法加工蜗轮。大型滚齿机还 设有单齿分度机构、指形铣刀刀架和加工人字齿轮的差动换向机构等。 随着时代发展，各公司对滚齿机的效率和质量要求越来越高，有些用户要求 cpk1.67 以及 f、f、fp 达 din 6 级标准。另外，高可靠性和高数字化程度也是 各公司的重点考虑范围。目前，滚齿机一般有粗、精加工两种，粗加工精度低于 8 级， 一般精加工为 76 级，高精度精加工则高于 6 级。 滚齿机制造技术的发展可划分为机械式滚齿机和数控滚齿机两个阶段。传统的机 械传动式滚齿机，其特征为各主轴采用机械式的传动形式，包括差动、分齿、工件轴、 滚刀轴和进给等。由于传动链固有的理论误差和安装间隙，造成速度很慢，精度很低。 工作时，滚刀装在滚刀主轴上，由主电动机通过齿轮副和蜗轮副驱动作旋转运动；刀 架可沿立柱导轧垂直移动，还可绕水平轴线调整一个角度。工件装在工件轴上，由分 度蜗轮副带动旋转，与滚刀的运动一起构成展成运动。滚切斜齿时，差动机构使工件 作相应的附加转动。工作台(或立柱)可沿床身导轨移动，以适应不同工件直径和作径 向进给。 本说明书重点介绍的 y38 滚齿机的工作原理是利用范成法来加工齿轮的，其主要 工作工程有：切削运动（主运动），即滚刀的旋转运动，其切削速度由变速齿轮的传 动比决定。分齿运动，即工件的旋转运动，其运动的速度必须和滚刀的旋转速度保持 本科毕业设计（论文）说明书 2 齿轮与齿条的啮合关系。其运动关系由分齿挂轮的传动比来实现。对于单线滚刀，当 滚刀每转一转时，齿坯需转过一个齿的分度角度，即 1/z 转。垂直进给运动，即滚刀沿 工件轴线自上而下的垂直移动，这是保证切出整个齿宽所必须的运动，由进给挂轮的 传动比再通过与滚刀架相连接的丝杆螺母来实现。 随着数控技术的发展，出现了 13 个轴数控化的滚齿机，其中的一部分轴采用伺 服电机数字化控制。直到 20 世纪 80 年代，世界上才出现真正意义上的六轴数控滚齿 机。在过去的 20 年中，数控滚齿机的发展可以划分为 4 代。 第一代数控滚齿机的工件轴和滚刀轴等采用传统的蜗杆蜗轮副传动，速度依然较 低，但精度有所提高。随着刀具技术的发展，切削线速度有了很大的提高，原来的滚 齿机已不能满足刀具的高速切削要求，于是更快的第二代数控滚齿机诞生。其工件轴 和滚刀轴采用齿轮副传动，速度有很大的提高。 第三代数控滚齿机于 90 年代末期出现，它与世界上两大齿轮装备巨头的合并不无 干系。差动机构滚齿机发明人 h.pfaute 创办了 pfauter 公司，100 多年来， pfauter 公司不断探索，使滚齿机制造技术始终处于世界领先地位。1997 年，世界 著名锥齿轮制造商美国格里森公司成功收购德国 pfauter 公司。通过技术的强 强联手，第三代数控滚齿机 gp 系列诞生。其以全直驱技术的利用为特征，工件轴和滚 刀轴的直接驱动实现了真正意义的全闭环控制。直驱技术的使用，保证了高速度；电 子齿轮箱和机械间隙的数控补偿，保证了高精度。这时，数控滚齿机似乎进入顶峰。 作为齿轮技术和装备的领导者，近 10 年间，基于多年的齿轮机床制造经验以及不 断的创新意识，格里森公司又开发出第四代滚齿机 genesistm 130h，这也是当今世 界上唯一的第四代数控滚齿机。genesistm 130h 采用“三合一”的人造大理石床身，只 有在高精度磨床上才使用的床身被应用于粗加工机床，可见粗加工对于后续工序的进 行影响很大。同时，genesistm 130h 还应用了快速上下料机构、干切技术、快换夹 具、人性化的人机界面、安全集成模块等最新技术。数控滚齿机朝着超高速、超精度、 超可靠性、超数字化方向发展 格里森 genesistm 130h 立式滚齿机具备突破性的新设计，可以优化干切程序， 显著减少占地面积，大大改善节拍时间。床身采用先进的人造大理石的整体性框形结 构，将传统的床身和机床立柱、尾架立柱铸造为一体，两立柱上部用横杆共同组成整 体框架。采用人造大理石的优点在于，它不会因为时间的推移、温度的变化而降低精 度。另外，它比常规铸铁床身的制成速度更快、更精确，具有更高的刚度。这既保证 本科毕业设计（论文）说明书 3 了优越的减振效果和热稳定性，也保证了更小、更紧凑的机床占地面积，只有 7m2， 使用户只需叉车就可以安装和搬迁机床。2007 年 4 月，中国本土生产的第一台带有人 造大理石床身、高速主轴直驱的滚齿机正式问世。这台滚齿机经过严格测试，各项精 度指标和性能完全满足格里森美国和德国标准，标志着中国齿轮机床的制造技术从此 跨入了一个崭新的高度。 格里森公司首先在中国投产的就是当今世界最先进的数控滚齿机 genesistm 130h。机床采用西门子 840d 数控系统，具有 7 个数控轴（x 轴是径向轴，y 轴是切 向轴，z 轴是轴向轴，a 是刀架旋转轴，b 是滚刀主轴，c 是工件轴，z2 是尾架轴） ， 其中，4 个为联动轴（x、z、b 和 c） ；采用干切技术，高速钢滚刀切削；转速达 955r/min，线速度达 180m/min，完成单件全部（包括上下料）过程仅需 19s；精度高于 din class 7；用于精密加工时可达到 din class 5 甚至更高，真正达到高精度、高速度。 本科毕业设计（论文）说明书 4 1.3 论文主要研究内容论文主要研究内容 本次论文主要是 y38 滚齿机的设计，应用了采用黑箱功能分析设计法对机构的功 能分析。对滚齿机的各个部分：差动，分齿，进给，主传动进行了各种情况的讨论， 最后优化组合确定出最佳的方案。我主要设计的部分是进给部分的设计。 图 1.3.1 如上图所示，本部分主要的是 1 液压缸，2 丝杠，3 蜗轮蜗杆的设计，计算选择及 其校核。 1 2 3 本科毕业设计（论文）说明书 5 第 2 章 y38y38 滚齿机方案设计滚齿机方案设计 2.1.2.1.总功能分析总功能分析 采用黑箱法进行总功能分析： 噪音 工作温度 振动 齿轮 损耗的冷却剂 冷却的润滑剂 机床运作 毛坯 剂冷却 润滑剂 机械能 电力能 齿轮加 工 机床 控制信号 工作台，刀具，及 齿轮等部件的运动 物质流 能量流 信息流 图 2.1 黑箱法通过对其输入量和输出量的全面分析，逐步掌握输入和输出的基本特征和 转换关系，寻求能实现这种基本特性和转换关系的工作原理和功能载。这种设计思想 方法的转变时黑箱法有利于抓住为题的本质、扩大思路、摆脱传统结构的旧框框，从 而获得创造性和高水平设计方案。 物质流是用来制造齿轮的毛坯以及在加工齿轮过程中起润滑、减少摩擦、带走切 屑等作用的润滑油及冷却剂等。 能量流是机械系统完成特定工作过程所需的能量形态变化和实现工作过程所需的 动力。例如，机械能、热能、电能、核能、 信息流是反映信号、数据的检测、传输、变换和显示的过程。实现机械系统工作 过程的操纵、控制以及对某些信号实现传输、变换和显示。例如，某些物理量讯号， 机械运动状态参数，图形显示、数据传输等等。 齿轮加工机床通过对输入、输出的转换，来获得我们所需要的零件，可以知道： 齿轮加工机床的总功能是在一定动力驱动下，通过控制和辅助操作，将齿轮毛坯加工 本科毕业设计（论文）说明书 6 成齿轮。 本科毕业设计（论文）说明书 7 2.22.2 功能原理的选择功能原理的选择 1、成形法 图 2.2 用盘状铣刀和指状铣刀铣齿轮 成形法是利用与被加工齿轮的齿槽断面形状一致的刀具，在齿坯上加工出齿面的 方法。被加工的齿轮齿槽形状相同的成型刀具切削齿轮，盘形铣刀加工直齿齿轮，轮 齿的表面是渐开线柱面。形成母线（渐开线）的方法是成型法，不需要表面成形运动。 形成导线（直线）的方法是相切法，需要两个成形运动。一个是盘形齿轮铣刀的旋转， 一个是铣刀沿齿坯的轴向移动。两个都是简单运动。铣完一个齿槽后，退回原处。齿 坯做分度运动转过 360/ z（z 是被加工齿轮的齿数） ，然后再铣下一个齿，直到 全部齿被铣削完毕。加工模数较大的齿轮时，常用指状齿轮铣刀，所需运动与用盘形 铣刀相同。 成形铣削一般在普通铣床。铣削时工件安装在分度头上，铣刀旋转对工件进行切 削加工，工作台作直线进给运动，加工完一个齿槽，分度头将工件转过一定角度，再 加工另一个齿槽，依次加工出所有齿槽。当加工模数大于 8mm 的齿轮时，采用指状铣 刀进行加工。铣削斜齿圆柱齿轮必须在万能铣床上进行。铣削时工作台偏转一个角度， 使其等于齿轮的螺旋角 工件在随工作台进给的同时，由分度头带动作附加旋转运动 本科毕业设计（论文）说明书 8 而形成螺旋齿槽。此外，也可用成形刨刀在刨齿机上刨齿、在插床上插齿，再像用拉 床拉齿和用冲床冲齿都属于成形法加工。 齿轮的齿廓形状，决定于基圆直径，从公式 db =mzcos 可以看出，即使齿轮的 模数和压力角相同，对于不同的齿数，齿形还是不一样的。实际上，不可能每种齿数 都有一把刀具，而是采用 8 把一套或 15 把一套的齿轮铣刀。每把可以切几个齿数的齿 轮，而刀具齿形是按刀号能切的最小齿数制造的，若用来切其它齿数的齿轮，就会产 生误差。这种加工方式的精度不高，生产效率也低，但可以用通用机床（如普通铣床） 加工，主要用于对齿轮精度要求不高、单件或大件齿轮加工以及修复齿轮加工等。 2、范成法 图 2.3 范成法加工齿轮示意图 范成法加工齿轮运用齿轮啮合原理。在加工直齿和斜齿圆柱齿轮轮齿表面的原理 相当于一对互相啮合的、轴线交叉的螺旋齿轮传动。其中一个螺旋齿齿轮做成刀具， 即齿轮滚刀。因此，滚刀实质就是一个斜齿圆柱齿轮。不过这个斜齿圆柱齿轮的特点 是：螺旋角很大或者说是螺旋升角很小，齿数很少（常用齿数=1，亦即是单头滚刀的 齿数） ；牙齿很长，绕了好多圈。所以，它的外貌就不像通常见到的斜齿圆柱齿轮的样 子了。这种变了样子的斜齿圆柱齿轮就是蜗杆，将蜗杆开槽并铲背形成刀刃。滚刀的 刀刃就处在这个蜗杆的旋转表面上。 切制加工过程： (1) 范成运动：插刀和轮坯按恒定的传动比i= 刀/ 坯回转； (2) 切削运动：插刀沿轮坯轴线方向作往复切削运动； 本科毕业设计（论文）说明书 9 (3) 进给运动：插刀向轮坯中心作径向运动，以便切出齿轮的高度； (4) 让刀运动：防止刀具向上退刀时擦伤已加工好的面，损坏刀刃，轮坯作微 小的径向让刀运动，刀刃再切削时，轮坯回位。 用范成法加工齿轮的优点是，只要模数和压力角相同，一把刀具可以加工任意齿 数的齿轮。生产率和加工精度都比较高。在齿轮加工中，范成法应用最为广泛。 因此，为适应经济和实用的需要， 。而且插齿的切削是不连续的，生产率不高，我 们采用范成法原理，并且采用滚齿加工。 本科毕业设计（论文）说明书 10 2.32.3 功能元求解功能元求解 范成切齿 进给差动主传动动力分齿 图 2.4 功能分解图 1、动力： 动力 电机内燃机 风 能 水 能 太 阳 能 交流 电动 机 直流 电动 机 其 他 同 步 电 机 异 步 电 机 同 步 电 机 异 步 电 机 生 物 能 图 2.6 动力功能元求解图 2、主传动： 本科毕业设计（论文）说明书 11 主传动 定传动比传动变传动比传动 定 轴 轮 系 周 转 轮 系 齿 轮 传 动 蜗 杆 传 动 链 传 动 塔 齿 轮 变 速 无 极 变 速 滚 子 平 盘 式 挂 轮 变 速 三 轴 滑 移 齿 轮 变 速 多 盘 式 带 传 动 塔 轮 变 速 锥 轮 端 面 盘 式 复 合 轮 系 皮 带 传 动 行 星 轮 系 有 级 变 速 图 2.7 主传动功能元求解图 3、差动： 差动合成 差 动 轮 系 连杆差 动机构 螺旋 差动 机构 曲柄 滑块 合成 机 构 数 控 合 成 圆柱 齿轮 差动 轮 系 锥齿 轮差 动轮 系 吸盘 复合 运动 机 构 差动传动 定 轴 传 动 液 压 传 动 挂 轮 传 动 步 进 传 动 差动 齿 轮 传 动 蜗 杆 传 动 链 传 动 同 步 带 有 级 变 速 图 2.8 差动功能元求解图 本科毕业设计（论文）说明书 12 4、进给： 进给 定比传动进给变传动比进给 机 械 进 给 数 控 进 给 液 压 进 给 挂 轮 进 给 图 2.9 进给功能元求解图 5、分齿： 分齿 机 械 传 动 电 轴 机 械 传 动 数 控 分 齿 气 液 压 控 制 分 齿 挂 轮 定 轴 轮 系 周 转 轮 系 行 程 开 关 机 液 机 构 组 合 定传动比变传动比 图 2.10 分齿功能元求解图 本科毕业设计（论文）说明书 13 2.42.4 方案初步筛选方案初步筛选 表 2.4.1 定传动方案 定传动方案方案 1方案 2方案 3备注 主传动定轴轮系周转轮系复合轮系 分齿定轴轮系周转轮系电轴机械传动 进给定轴轮系周转轮系 差动传动定轴轮系周转轮系 表 2.4.2 变传动方案 变传动方案方案 1方案 2方案 3方案 4方案 5备注 主传动挂轮变速塔齿轮变 速 三轴滑移 齿轮变速 钢球锥轮式无 级变速 带传动塔轮 分齿挂轮变速光电液综 合传动 滚子平盘 式无级变 速器 三轴滑移齿轮 变速 数控分齿 进给挂轮变速数控进给液压进给 差动传动挂轮变速无级变速 器 数控变速 表 2.4.3 差动、动力方案 差动、动力方 案 方案 1方案 2方案 3方案 4备注 差动合成圆柱齿轮差动 轮系 圆锥齿轮差动轮系连杆差动 合成 数控差动合 成 动力电机内燃机太阳能 本科毕业设计（论文）说明书 14 2.52.5 方案比较方案比较 2.5.1 定传动比轮系方案定传动比轮系方案 定传动比 传动 方案简图方案说明 定轴轮系 该结构传递载荷和速度范围大、 工作可靠、效率高、寿命长、 运转时各齿轮的几何轴线位置 不会改变 周转轮系 该机构有一个固定的太阳轮，自 由度等于 1，其传动比计算方法 与差动轮系同。传动比计算公式 可以转化成: kii hi h 1 1 复合轮系 由定轴轮系和周转轮系或由几个 周转轮系组成，如图所示，该轮 系用于较大的传动比，它由行星 轮系和差动轮系组成。适当的选 配各轮的齿数，可以获得结构紧 凑的大传动比机构。例如 z1=z5=32 z4=z8=50 z7=z3=20 z6=80 z2=81 i81=n8/n1=(1-z2/z6)/(1- z2z8)=1/426 复合轮系多用于 减速器和变速 器。 本科毕业设计（论文）说明书 15 2.5.22.5.2 变传动比传动变传动比传动 表 5.2.1 变传动比主传动变速方案 变传动比主传 动方案 方案简图方案说明 挂轮变速 此机构结构紧凑，空间 占地少，传动平稳，操 作简单，易实现较大范 围、较多级别的变速。 易加工，易安装，所以 成本低廉。 塔齿轮变速 该结构主轴 1 固有齿数 由少到多 7 齿轮宝塔形 结构紧凑，刚性好，能 在运转过程中实现变速， 变速级数多而且齿轮数 目较少。 三轴滑移齿轮 变速 该机构多用于机床切制 米制或制螺纹的基本传 动时，不需改变传动路 线，可省去移换机构和 简化操作。也可用于按 等差或等比级数跑排列 的变速箱中，但设计计 算较复杂。 本科毕业设计（论文）说明书 16 钢球锥轮式无 级变速 该机构结构较简单，传 动平稳，相对滑动小， 体积小，但钢球精度要 求高。常用于机床等机 械中。将钢球 3 紧压在 主、从动锥轮 1、2 上， 通过摩擦力传动运动。 钢球 3 可在轴 iii 上自 由转动，改变轴 iii 的 倾斜角，即可改变锥轮 1、2 的传动半径 r1、r2，实现无级变速。 常用于电影机械。 带传动塔轮变 速 该变速机构结构简单， 可用于两轴间距较大的 场合，如机床。主轴 i 上的塔轮与从动轴 ii 上的塔轮其装置方向恰 相反，各级带轮直径之 选取，都以同一带长为 基准。通过改变带与不 同直径带轮接触，即可 使从动轴获得不同转速。 本科毕业设计（论文）说明书 17 表 5.2.2 变传动比分齿传动变速方案 变传动比分 齿表传动方 案 方案简图方案说明 滚子平盘式 无级变速器 主、从动轴周线垂直相交，滚子 1 与平盘 2 经弹簧 3 压紧，依靠 摩擦力传动，移动滚子 1 即可实 现无级变速。该机构结构简单， 但几何滑动大，磨损过快，多用 于仪表机构和某些轻机械中。 。 弧锥环盘式 无级变速器 主动弧锥盘 1 的运动经中间环盘 2，依靠摩擦力传递给从动弧锥 盘 3.中间环盘 2 绕点转动即 2 o 可改变主、从动弧锥盘的运动半 径，实现无极变速。该机构传动 平稳，相对滑动小，效率高，但 制造困难。常用于机床、拉丝机 械中。 本科毕业设计（论文）说明书 18 表 5.2.3 差动合成方案 方案简图方案说明 圆 柱 齿 轮 差 动 轮 系 该机构常用于汽车差速器。机构紧凑、 传动平稳。太阳轮 1、4 分别与轴 a、b 固结，行星轮 2、3 为一二联齿轮，分 别与太阳轮 1、4 啮合，并可绕轴 c 自 传，同时随系杆 h 绕 a、b 轴线公转， 系杆 h 做成箱体形。 圆 锥 齿 轮 差 动 轮 系 该机构常用于汽车差速器。机构紧凑、 传动平稳。太阳轮 4、5 尺寸相同，与 行星轮 3 和系杆 h 组成差动轮系，系杆 h 与齿轮 2 固接，其运动由主动锥齿轮 1 输入。 连 杆 差 动 合 成 此机构多用于刹车系统。将操纵杆 1 向 右拉，通过差动连杆机构使杆 4、6 上 的制动块均衡的施加作用力，这样，就 可使车轮轴上不会受到附加的刹车力。 本科毕业设计（论文）说明书 19 2.62.6 最佳方案的分析和确定最佳方案的分析和确定 为了能够考虑到各评价目标的重要程度，我们采用有效值法的总分记分方法。首 先是确定了六项评价目标，按重要程度依次为功能满足度、经济性、使用可靠性、可 操作性和维修性、外观及环保。然后按判别表法确定各评价目标的加权系数。 表 6.1 方案比较评价表 比较 目标 评价 目标 功能 满足 度 经济 性 使用 可靠 性 可操 作性 维修 性 外观 及环 保 i k n i i i i k k g 1 功能满足度 22334140.233 经济性 22333130.217 使用可靠性 22223110.183 可操作性 1122390.150 维修性 1122390.150 外观及环保 0111140.067 60 1 i k i g 最终确定各评价目标的加权系数为： 表 6.2 加权系数表 评价目标功能满足度经济性使用可靠性可操作性维修性外观及环保 加权系数0.2330.2170.1830.1500.1500.067 本科毕业设计（论文）说明书 20 最佳方案的选择： 1、定传动比传动 表 6.9 比较 项目 得分 功能满 足度 0.233 经济性 0.21 7 使用可 靠性 0.183 外观及 环保 0.067 可操作 性 0.150 维修性 0.150 n i iig p n 1 电动机 5454554.716 内燃机 4343343.566 太阳能 3525223.085 由以上分析比较得出变传动比部分： 主传动采用：变速挂轮 分齿采用：变速挂轮、 进给：变速挂轮 差动合成：圆锥齿轮差动合成 动力：鉴于动力方式的普及性，选择电动机 最佳方案： 方案组合方案说明 方 案 定轴轮系+变速挂轮+圆 锥齿轮差速器+电机 此系统采用挂轮系统来实现变速，充分体现了挂轮系统 的优点：结构紧凑，传动平稳，操作简单，变速范围广， 价格低廉，易于维修。 本科毕业设计（论文）说明书 21 图 7.1 传动过程简图 2.7 计算滚刀的速度和功率并选择电动机计算滚刀的速度和功率并选择电动机 2.7 .1 计算滚刀的速度计算滚刀的速度 表 7.1 加工材料模数加工性质切削速度 钢 451.56粗加工 （2-1）5 . 032 . 0 67 . 0 60 281 ft k v v 本科毕业设计（论文）说明书 22 灰铸铁1.58粗加工 （2-2）16. 03 . 02 . 08 . 0 60 178 mft k v v 其中 ：工件每转一圈滚刀的垂直进给量：0.253mm/rf 滚刀最 大输出功率为 1.500kw 。 2.7.3 选择电动机 1、计算电动机功率： 查取各传动副的传递效率如下： v 带传动的传递效率 =0.9 齿轮传递（包括轴承）的传递效率 =0.975 根据主传动路线图和传动链运动平衡式得出总的传动效率为： =0.9=0.754 7 975 . 0 在按主传动计算效率时，对于进给等旁路的效率需要考虑一个系数，在这里我们将这 个系数取为 0.8，则总的传递效率为 总=0.8=0.603 得出计算功率= 1.5000.603=2.488（k） 计算 p 2、选定电机型号 表 7-3 电机型号额定功率/kw转速/ 1 min r效率/额定电流/a y100l2-43143082.56.8 本科毕业设计（论文）说明书 23 第三章第三章 进给部分的设计及其计算进给部分的设计及其计算 相关技术参数的计算相关技术参数的计算 图 2.7.1 传动系统简图 从电动机到滚刀的传递路线为： 电机滚刀 192 105 55 27 36 36 b a 28 24 24 28 42 42 f e 转速的传递路线： n=n电 滚刀 192 105 55 27 36 36 b a 28 24 24 28 42 42 b a f e 其中（变速挂轮）=0.556-2.500； b a （分度挂轮）=； b a 174 . 2 587. 0 109 23763 109 刀 n 本科毕业设计（论文）说明书 24 =0.51； f e 所以令 =n1=1430 （1.2071.468）1 max蜗杆 n 192 105 55 27 36 36 28 24 24 28 42 42 =563.574 r/min564 为了避免过早的损坏分度蜗轮副，切削速度要受到蜗杆滑动速度的限制，工作台 转速不得大于 8 r/min，经上式验算: 工作台转速 n =6.78 r/min8 r/min 84 min/564r 蜗杆输出功率： 许用弯曲应力 fffn k 从参考文献7中图 11-18 中可查得 由 zcusn10p1 制造的蜗轮的基本许用弯曲应力 56 f mpa 寿命系数 6 9 8 10 0.5803 1.3392 10 fn k 56 0.580332.4968 f mpampa 1.53 1.21 100548 2.52 0.919222.4574 40 120 4 f mpampa ff 弯曲强度是满足的。 3.1.6.验算效率验算效率 tan 0.95. tan v 096 已知；与相对滑动速度有关。 “ 11183611.31 arctan vv f v f s v 1 112 80 186 15 11.9182/ 60 1000cos60 1000cos60 1000cos11.31 s d nd n i vm s 从参考文献7中表 11-18 中用插值法查得d、0.01523 v f ；代入式中得arctan0.015230.8727 v 本科毕业设计（论文）说明书 25 大于原估计值，因此不用重算。 tan11.31 0.95.0.8801 tan 11.31 0.8727 0960. 8893 7.扭矩 t100548 .tn mm 4).按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 b）的强度。 根据参考文献【7】中式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转应力为脉动 循环变应力，取，轴的计算应力 0.6 22 22 2 3 205004.50.6 100548 38.9 0.1 38 ca mt mpampa w 前已选定轴的材料为 40cr，调制处理，由参考文献【7】表 15-1 查得。 1 70mpa 因此，故安全。 1ca 5).精确校核轴的疲劳强度 1）判断危险截面 截面 a、f 只受扭矩，虽然键槽、轴肩及过度配合所引起的应力集中均将削弱 轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的。所以截面 a、f 均无需校核。 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面、处过盈配合引起的应力集中最严 重。从受载的情况来看，截面 d 上的应力最大。截面的应力集中的影响和截面的 相近，但截面不受扭矩作用，同时轴颈较大，故不必做强度校核。截面 d 上虽然应 力最大，但应力集中不大，故也不必校核。键槽的应力集中系数比过盈配合小，因而 该轴只需校核截面左，右侧即可。 2）截面左侧 抗弯系数 3333 0.10.1 343930.4wdmmmm 抗扭系数 3333 0.1 20.2 347860.8 t wdmmmm 截面左侧的弯矩 m 为 35 200504.6100252.3 70 mn mmn mm 截面左侧的扭矩 t 为 100548 .tn mm 截面上的弯曲应力 本科毕业设计（论文）说明书 26 100252.3 25.5 3930.4 b m mpampa w 截面上的扭转切应力 mpampa w t t t 79.12 8 . 7860 100548 轴的材料为 45 钢，调制处理，由参考文献【7