剃齿机示教仪说明书

1、剃齿机示教仪设计说明书设计者:程春林，李凯，罗飞，皮富阳，徐小东（联系人：罗飞，成都学院工业制造学院10级机设4班）一. 研制背景和意义2二. 设计方案2 1 总体设计构思2 2. 方案结构设计4 2.1 一级变速齿轮设计4 2.1.1工作示意图4 2.1.2按齿面接触强度设计4 （1）确定公式内的各计算数值5 （2）计算5 2.1.3按齿根弯曲强度设计7 （1） 确定公式内的各计算值7 （2） 设计计算8 2.1.4几何尺寸计算8 （1）计算分度圆直径8 （2）计算中心距8 （3） 计算齿轮宽度8 2.2 刀具轴设计9 2.2.1按弯曲强度校核10 2.3 悬臂梁和上盖设计11 2.4悬臂梁

2、套筒14 2.5 悬臂梁支撑轴14 （1）轴的强度计算14 （2）螺旋角计算15 2.6 主动轮轴16 2.7 手柄轴18 2.8 手柄套筒18 2.9 齿坯的设计算19三. 工作原理25四. 创新点及应用25五. 社会价值及经济价值25摘要：剃齿机这样的大型工业设备搬进学生课堂难以实现，学生对剃齿机精加工齿轮齿面的的工作原理及加工过程仅仅通过课本和一些相关视屏加以理解，这样的理解不仅有一定的难度还造成理解不全面。“纸上得来终觉浅 ，绝知此事要躬行”，本着唯有课本知识、相关视频、实物三者联系起来才能让学生全面深刻理解剃齿机精加工原理和过程的意图研发了此剃齿机示教仪。关键字： 剃齿机、精加工、示

3、教仪、加工原理作品简介剃齿机演示教具是一台模拟剃齿加工过程的演示教具。通过对真实剃齿机的结构的简化，机构的创新比例的缩小设计出来的一台与剃齿机剃齿的原理相同的机械结构。用以展示剃齿加工的原理和过程，让学生更加直观的认识剃齿的原理。一. 研制背景和意义：齿轮作为机械传动的一种零件，在现实生活中广泛被运用于各个领域。大到汽车、飞机甚至火箭等等许多大型机械结构和非机械结构，小到手表这种零件结构极小的器件都采用了齿轮。足见齿轮是一种非常优秀的传动零件。齿轮传动具有效率高、结构紧凑、工作可靠寿命长、传动比稳定等优点。 所以齿轮的加工非常重要。齿轮加工分粗加工和精加工。其中精加工的工序有剃齿和磨齿。剃齿是

4、采用的展成法原理对齿坯进行精加工。清楚地认识剃齿加工原理对于学习机械的同学来说是非常重要的。在将来从事齿轮设计及齿轮加工有着非常重要的意义。二设计方案1 总体设计构思为了展示剃齿机加工齿面的原理和过程，对其中传动链和转速并没有严格的要求，只需保证刀具和被加工齿轮正确啮合。所以采用手动和一级变速齿轮带动剃齿刀精加工被加工齿轮。考虑到剃齿机示教仪方便拆卸和携带到教室则其大小要适中材料要选择质量尽量轻刚度和强度好的材料，将刀具和传动链作为一个模块一（如图1-1），将被加工齿轮和机座作为一个模块二（如图1-2）。剃齿机加工齿坯时的受力分析如图1-3所示。 图1-1 模块一 图1-2 模块二 ·

5、; 图1-32. 方案结构设计 2.1 一级变速齿轮设计2.1.1工作示意图 图1-4 刀具传动链简图预设输入功率 P=25W，主动齿轮转速 n=120r/min,齿数比 u=1/2.,工作寿命1200h。2.1.2按齿面接触强度设计选取齿轮材料为45号钢 调质。试取从动轮齿数=20，则主动齿齿数=20×2=40。由（1）确定公式内的各计算数值（1） 试选载荷系数=1.（2） 主动齿传递转矩 T= （3） 由表10-7选取齿宽系数。（4） 由表10-6查得材料的弹性影响系数。（5） 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度，大齿轮的接触疲劳极限。（6） 计算应力循环系数 （

6、7） 由图10-19取接触疲劳寿命系数，。（8） 计算疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1 （2）计算（1） 试算从动轮分度圆直径代入的最小值 （2） 计算圆周速度v （3） 计算齿宽b （4） 计算齿宽与齿高之比b/h 模数 齿高 （5） 根据v=2.222 ，7级精度，由图10-8查得动载荷系数； 直齿轮； 由表10-2查得使用系数； 由表10-4用插值法查得7级精度； 由b/h=1.78， 故载荷系数 （6） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 （7） 计算模数m。 2.1.3按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为 （1） 确定公式内的各计算值（1） 由图10-21c查得小

7、齿轮的弯曲强度极限； 大齿轮的弯曲强度极限；（2） 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数；（3） 计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数s=1.4， （4） 计算载荷系数K。 （5） 查取齿形系数。 由表10-5查得 （6） 查取应力校正系数。 由表10-5查得 （7） 计算大、小齿轮的并加以比较。 小齿轮的数值大。（2） 设计计算 取m=2. 小齿轮齿数 取 2.1.4几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 （2）计算中心距 （3） 计算齿轮宽度 取 ，。2.2 刀具轴设计根据刀具轴采用的轴承为7004C，以及轴上安装的各个零件计算出轴的受力长度为45mm。考虑自身材料及所受外力考虑安装在轴上的零

8、件的力，对轴进行强度校核。轴的直径d=20mm。受力分析图： 图1-5 轴的载荷分析图1 图1-5 轴的载荷分析图2 图1-5 轴的载荷分析图32.2.1按弯曲强度校核 强度合格。经计算刀具轴三维图如下： 图1-6 刀具轴2.3 悬臂梁和上盖设计 由于刀具和手柄的中心轴采用的是20mm的直径。刀具轴承由于刀具是斜齿所以有轴向力采用角接触轴承型号为7004C，手柄中心轴采用深沟球轴承型号是6004。根据轴承结构设计悬臂梁宽度B=15mm由于传动的需要和安装的需要悬臂梁长度L=140mm。悬臂梁高度H受力分析图： 图1-7 悬臂梁的受力分析图1 图1-7 悬臂梁的受力分析图2 图1-7 悬臂梁的受

9、力分析图3按照弯曲强度计算： 取h=19mm，H=h+21=40mm。其三维图为 图1-8 悬臂梁 图1-9 上盖2.4悬臂梁套筒 图1-10 悬臂梁套筒2.5 悬臂梁支撑轴悬臂梁支撑轴主要其支撑悬臂梁的作用。同时悬臂梁还要能够在轴上上下移动和左右旋转。因此轴上加工了螺纹，因为是传动轴所以采用的是矩形螺纹。采用螺纹必须具有自锁功能，同时轴的刚度也必须足够。所以必须计算轴的螺纹的螺旋角以及校核轴的强度和刚度，计算如下。（1）轴的强度计算受力分析 图1-11 悬臂梁支承受力分析图经计算合格。（2）螺旋角计算绘出受力分析图 图1-12和给条件为 图1-13 悬臂梁支承轴螺距三维图为2.6 主动轮轴根

10、据该轴采用的轴承为6004号轴承，因此该轴承的直径为20mm。其长度考虑安装在轴上的零件分析其受力有效长度为60mm。由此对轴进行刚度强度校核。受力分析图： 图1-14 主动轮轴受力分析图1 图1-14 主动轮轴受力分析图2力矩图 图1-14 主动轮轴受力分析图3对轴进行刚度校核经校核强度够，所以该轴合格。 图1-15 主动轮轴2.7 手柄轴 图1-16 手柄轴2.8 手柄套筒 图1-17 手柄套筒 2.9 齿坯的设计算待加工的齿坯考虑到质量、观察齿坯的齿数取=15。模数，齿宽。直径： 齿坯轴预选外径内径。两端采用直线轴承查表得其尺寸为： 图1-18采用LM-20。轴的设计长度：由于齿坯宽度为

11、30mm，直线轴承宽42mm，以及齿坯的运动行程30mm，轴取L=160mm。受力分析： 图1-19 齿坯轴受力分析1. . 以F1为原点分析力矩： . 由 得 F1=F2=1.4145543 图1-19 齿坯轴受力分析2由弯曲强度校核得：所以该轴大小满足要求。轴、齿坯、机架、直线轴承图： 图1-20 直线轴承 图1-21齿坯 轴1图 图1-21 齿坯轴2图 图1-22 齿坯 图1-23 机架对机架有solidworks进行受力分析如图： 图1-24 机架受力分析图从图可已看出此机架刚度、强度都在安全范围内。所以这个机架的结构和尺寸都符合要求。两轴采用螺纹连接，依靠螺纹的预紧力将齿坯加紧从而使

12、齿坯与轴一起转动。所以轴的两端安装了两个手盘如图： 图1-25 手盘齿坯安装在机架上的结构简图如图： 图1-26 三. 工作原理剃齿加工是利用交错轴齿轮传动的原理，剃齿刀为主动轮，被剃齿轮为被动轮，二者以交错轴齿轮无侧隙的的形式进行自由对滚，并对剃齿刀和工件接触面间施以一定的压力，在对滚过程中，二者在齿形和齿向方向上均产生相对滑动，由于剃齿刀沿齿向开有许多道锯齿刃槽，故工件沿齿向切去一层金属；工件在齿形方向，因剃齿刀无刃槽，虽有相对滑动，但却不起切削作用。四. 创新点及应用该产品的创新点：在教学方块还没有同类的产品，填补了教学剃齿机示教仪的空白；让学生更能清晰地理解剃齿机的加工原理，能更有效的

13、将理论知识实际化并加深对知识的理解和吸收。五. 社会价值及经济价值据教育部门户网站公布，截至2009年12月24日我国共有普通高等学校2263所，大学、专门学院1079所，高职高专院校1184所。其中“综合大学”和“理工院校”共有1334所，机械方面的学科和专业涉及很广，大部分工科类学科和专业都涉及到了机械这块。只总结一下几个涉及机械相对较多的几个学科和专业。其中机械设计制造及其自动化、农业机械工程、机械电子工程、轮机工程技术是主要的机械方面学科和专业。有此表可以看出各高校的人才招收和培养在逐年提升，而学习机械类专业的学生也在增长并且机械类专业的就业前景是比较乐观的，这样一来报考的人数会增多这样就会使学校的在“硬件”和“软件”方面都要加强。该产品投入到学校以后将会是学机械类的学生从中受益，剃齿机示教仪对学生理解理论基础知识有很好的诠释作用，让学生在短时间内深刻的理解并记住剃齿机的工作原理。“硬件”是基础，高效率的学习离不开实践，在现代竞争激烈知识大爆炸的时代效率就是生命，谁能更好更快的掌握好知识谁就赢在起跑线上。让学生走出学习机械枯燥的境地，化抽象为具体。该产品投入市场以后会带动一定的经济及解决一