YK3150滾齒機(jī)滾刀主軸部件設(shè)計(jì)

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隨著載重汽車，工程機(jī)械，船開(kāi)發(fā)，電梯及軍工行業(yè)中對(duì)齒輪的加工精度、質(zhì)量和效率的要求不斷提高，特別是在這些行業(yè)中經(jīng)常遇見(jiàn) 4~8 模數(shù)的直齒、斜齒、花鍵、小錐度、鼓形齒輪等的加工問(wèn)題，開(kāi)發(fā)一檔數(shù)控高效全新型滾齒機(jī)床，更好地滿足該行業(yè)對(duì)齒輪的精度和效率的需求，為我國(guó)制齒行業(yè)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)設(shè)備顯得迫切而必要。其意義和必要性主要有如下幾個(gè)方面： 1、加速數(shù)控高效滾齒機(jī)床向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展 目前在國(guó)內(nèi)齒輪行業(yè)中，以輕型，標(biāo)準(zhǔn)類型普通數(shù)控滾齒機(jī)的產(chǎn)品占絕大多數(shù)，真正意義上的數(shù)控(穩(wěn)定切削全面達(dá)到國(guó)標(biāo) 7 級(jí)精度)高效、強(qiáng)力，高剛性，能實(shí)現(xiàn)一刀切削中等模數(shù)的數(shù)控高精度滾齒機(jī)尚為空白，這檔機(jī)床的研制成功，無(wú)疑會(huì)加速數(shù)控滾齒機(jī)的系列化，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的進(jìn)一步發(fā)展，從而推動(dòng)數(shù)控機(jī)床在制齒行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。 2、提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和經(jīng)濟(jì)效益 率先將獨(dú)有的數(shù)控高效滾齒機(jī)的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，不僅可以占有更大的市場(chǎng)份額，提高競(jìng)爭(zhēng)能力，而且在此制造行業(yè)中帶來(lái)巨大的市場(chǎng)利潤(rùn)，給后續(xù)的數(shù)控高效的發(fā)展帶動(dòng)無(wú)盡的動(dòng)力。 3、進(jìn)一步縮小設(shè)備與國(guó)外的差距 目前國(guó)內(nèi)外齒輪加工機(jī)床行業(yè)目前已朝著高速、高效、高精度、全數(shù)控功能復(fù)合，柔性，智能化，綠色環(huán)保制造網(wǎng)絡(luò)化方面發(fā)展。以德國(guó)的利波海爾公司，美國(guó)的格里森集團(tuán)以及日三菱重工本等為代表世界著名的成套齒輪加工機(jī)床的制造商，均能生產(chǎn)高檔數(shù)控滾齒機(jī)床，且對(duì)直徑 Φ150~Φ320 規(guī)格的數(shù)控高效滾齒機(jī)床已形成批量化生產(chǎn)，我廠此產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的成功不僅能縮小與國(guó)外滾齒設(shè)備技術(shù)水平的差距，而且也能打破國(guó)內(nèi)制齒設(shè)備無(wú)數(shù)控高效機(jī)床的局面，在一定程度上對(duì)外出口創(chuàng)匯，形成國(guó)產(chǎn)數(shù)控高效制齒機(jī)床自主的核心技術(shù)。 4、體現(xiàn)了我國(guó)機(jī)床數(shù)控化發(fā)展的方向 現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的朝流是，數(shù)控化、信息化、高效和智能化，技術(shù)創(chuàng)新的方法是機(jī)械技術(shù)與高新技術(shù)的融合創(chuàng)新。對(duì)齒輪別制造技術(shù)裝備來(lái)說(shuō)，表現(xiàn)為工藝與裝置一體化，加工與檢測(cè)一體化，機(jī)械與控制一體化，軟件與硬件一體化。需用信息化帶動(dòng)工業(yè)化，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。數(shù)控高效機(jī)床的發(fā)展，不僅關(guān)系到我國(guó)裝備工業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)實(shí)力的增強(qiáng)，更好滿足制齒行業(yè)實(shí)際的需求，打破國(guó)外技術(shù)封鎖的狀態(tài)，同時(shí)也關(guān)系到國(guó)家戰(zhàn)略的安全，擔(dān)負(fù)著我國(guó)機(jī)床數(shù)控化發(fā)展的方向的問(wèn)題。因而對(duì)滾齒行業(yè)來(lái)說(shuō)，發(fā)展和開(kāi)發(fā)數(shù)控高數(shù)滾齒設(shè)備是當(dāng)前行業(yè)裝備的重要而迫切的任務(wù)之一。 1.3 市場(chǎng)需求性 國(guó)內(nèi)機(jī)械行業(yè)對(duì)中等模數(shù)以上(M4~M8)直徑小于400m的圓柱齒輪需求量很大，而目前各行業(yè)的主要齒輪加設(shè)備只相當(dāng)于國(guó)外 20 世紀(jì) 60~70 年代的水平，雖然少數(shù)企業(yè)也購(gòu)買了進(jìn)口機(jī)床，但價(jià)格昂貴，數(shù)量極其有限，且使用的成本較高，難以滿足這些行業(yè)對(duì)產(chǎn)品變化的需求。目前迫切需要性價(jià)比高的數(shù)控高效滾齒機(jī)床，以解決這些行業(yè)日益發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。據(jù)調(diào)查，齒輪行業(yè)現(xiàn)在有些企業(yè)正在實(shí)施或計(jì)劃進(jìn)行技術(shù)改造，資金投入少則3000萬(wàn)元～5000萬(wàn)元，多則1億～5億元，主要用于購(gòu)置各類齒輪加工專用設(shè)備和通用設(shè)備。據(jù)預(yù)測(cè)，2010年前，齒輪行業(yè)需要添置滾齒機(jī) 3000～3500 臺(tái)，磨齒機(jī) 400～500 臺(tái)，熱處理設(shè)備 500 臺(tái)，齒輪測(cè)量中心 200 臺(tái)。此外在 9 萬(wàn)臺(tái)的齒輪機(jī)床中，約有 5 萬(wàn)臺(tái)服役超過(guò) 20 年，已經(jīng)或?qū)⒁獔?bào)廢；余下的4萬(wàn)臺(tái)普通齒輪機(jī)床其中一部分也將進(jìn)行數(shù)控化改造。 本產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成功主要適宜的對(duì)象有： 1、機(jī)車及重型汽車變速箱齒輪加工行業(yè)用戶 2、工程及礦山機(jī)械行業(yè)中的齒輪加工用戶 3、船泊工業(yè)中的齒輪加工及維修用戶 4、高級(jí)電梯行業(yè)中的齒輪和蝸輪加工用戶 5、國(guó)防、軍工企業(yè)的齒輪加工用戶 1.4 滾齒機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析及發(fā)展趨勢(shì) 1.4.1 滾齒機(jī)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 齒輪加工機(jī)床是一種技術(shù)含量高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)床系統(tǒng)，由于齒輪使用的量大面廣，齒輪加工機(jī)床已成為汽車、摩托車、工程機(jī)械、船舶等行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備。特別是隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展對(duì)齒輪的需求量日益增加，對(duì)齒輪加工的效率、質(zhì)量及加工成本的要求愈來(lái)愈高，使齒輪加工機(jī)床在汽車、摩托車等行業(yè)中占有越來(lái)越重要的作用。滾齒機(jī)是齒輪加工機(jī)床中的一種，占齒輪加工機(jī)床擁有量的40%，它主要用來(lái)加工圓柱齒輪和蝸輪等。 我國(guó)生產(chǎn)滾齒機(jī)的歷史始于1953年，經(jīng)過(guò)30年的努力，到80年代初已進(jìn)入世界滾齒機(jī)主要生產(chǎn)國(guó)家行列。目前，國(guó)產(chǎn)滾齒機(jī)以傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)式為主，品種系列齊全，傳統(tǒng)滾齒機(jī)完全依靠機(jī)械內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)滾刀與工件的同步運(yùn)動(dòng)和差動(dòng)運(yùn)動(dòng)，往往需要經(jīng)過(guò)多級(jí)齒輪傳動(dòng)，并且引入蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)，使得機(jī)械結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，調(diào)整維護(hù)非常困難，也降低了加工精度近幾年，我國(guó)在滾齒機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)方面研究的主要經(jīng)歷了從傳統(tǒng)機(jī)械式滾齒機(jī)通過(guò)數(shù)控改造發(fā)展。 目前國(guó)內(nèi)齒輪加工機(jī)床的最高水平如下：在工作臺(tái)直線移動(dòng)方面，采用數(shù)控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)代替普通滾齒機(jī)的各種交換掛輪，采用交流伺服電機(jī)通過(guò)多對(duì)降速齒輪副和一對(duì)滾珠絲杠副來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件，在滾刀回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方面采用交流伺服電機(jī)通過(guò)2、3對(duì)降速齒輪副來(lái)實(shí)現(xiàn)。在工作臺(tái)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方面，絕大多數(shù)齒輪加工機(jī)床仍然需要采用多對(duì)高精度齒輪副和一對(duì)高精度蝸輪蝸桿副實(shí)現(xiàn)。但由于存在著大量的機(jī)械傳動(dòng)元件，對(duì)機(jī)床的加工精度產(chǎn)生極大的影響，也使得機(jī)械結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜，調(diào)整維修也極不方便。 1.4.2 滾齒機(jī)國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)際上生產(chǎn)滾齒機(jī)的強(qiáng)國(guó)主要是美國(guó)、德國(guó)和日本，美國(guó)的Gleason Pfauter公司德國(guó)的Liebherr公司日本的三菱重工公司堅(jiān)藤清和公司和意大利的SU公司是國(guó)外最具實(shí)力的滾齒機(jī)制造商。這些公司目前生產(chǎn)的滾齒機(jī)均是全數(shù)控式滾齒機(jī)，中小規(guī)格滾齒機(jī)都在朝著高速方向發(fā)展，所有高效機(jī)床均采用了全密封護(hù)罩加油霧分離器及磁力排屑器的方式部分地解決了環(huán)保問(wèn)題。 國(guó)外滾齒機(jī)研制的熱點(diǎn)是干式切削滾齒機(jī)Liebherr Gleason Pfauter。三菱重工、SU、堅(jiān)藤以及清和均開(kāi)發(fā)了適用于高速干式切削的滾齒機(jī)產(chǎn)品。國(guó)外制造商由于基礎(chǔ)研究厚實(shí)積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。它們對(duì)滾齒機(jī)的研究已經(jīng)達(dá)到比較高的水準(zhǔn)，將滾刀軸驅(qū)動(dòng)，工件軸驅(qū)動(dòng)各直線運(yùn)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)控制以及控制軟件的開(kāi)發(fā)等因素作為一體來(lái)考慮，將多個(gè)因素結(jié)合在一起進(jìn)行優(yōu)化。目前國(guó)外滾齒機(jī)研制水平如下： ①為了適應(yīng)干式切削的需要，床身設(shè)計(jì)了大角度的斜坡，利于迅速將高溫切屑排出機(jī)床，同時(shí)在床身內(nèi)部采用循環(huán)水冷卻以保證熱穩(wěn)定性。 ②尾架采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液壓方式，不用安裝限位裝置。 ③刀架和活動(dòng)支承的軸承采用水冷，可以達(dá)到更高的速度和最大的熱穩(wěn)定性。 ④標(biāo)準(zhǔn)的熱補(bǔ)償系統(tǒng)能夠根據(jù)機(jī)床溫度的變化自動(dòng)調(diào)整零件的加工尺寸。 ⑤刀架采用機(jī)械方式鎖緊，液壓方式松開(kāi)。 ⑥滾刀軸旋轉(zhuǎn)由電主軸直接驅(qū)動(dòng)，工件軸旋轉(zhuǎn)由力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，極大提升了加工速度。 1.4.3 滾齒機(jī)研制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 目前國(guó)內(nèi)外數(shù)控高效滾齒機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是：高速(滾刀主軸8000r/min以上，工作臺(tái)轉(zhuǎn)速 800 轉(zhuǎn)/r)，高精度(可滾齒 5~6 級(jí)齒輪)，全數(shù)控(六軸五聯(lián)動(dòng)以上)，模塊系列化(直徑 Φ200 規(guī)格機(jī)型向 Φ120~350 雙向覆蓋)，綠色制造(干式滾切和冷風(fēng)滾切)，網(wǎng)絡(luò)化(多臺(tái)滾齒機(jī)聯(lián)網(wǎng))。因此，齒輪加工機(jī)床制造商正不斷地為滿齒輪加工行業(yè)的新需求，提供高效率、高精度、環(huán)保，低成本和高可靠性和穩(wěn)定性的精良齒輪加工裝備方向推進(jìn)。 1.5 本章小結(jié) 本章論述了國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀，以及數(shù)控滾齒機(jī)國(guó)內(nèi)的發(fā)展水平，指出開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)數(shù)控滾齒機(jī)不僅是齒輪加工行業(yè)發(fā)展的的一種需求，而且也是數(shù)控技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)相結(jié)合的必然產(chǎn)物，是制齒機(jī)床行業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向，具有廣闊的技術(shù)發(fā)展前景和市場(chǎng)拓展空間。 5 YK3150滾刀主軸主件設(shè)計(jì) 2 總體設(shè)計(jì) 2.1 總體設(shè)計(jì)要求 為了使 YK3150數(shù)控高效滾齒機(jī)適合汽車尤其是重型汽車，工程機(jī)械，船舶工業(yè)等齒輪行業(yè)的需要,以滿足 4—8 模數(shù)，一刀全齒深切削，穩(wěn)定達(dá)到 GB10095—2001 的7級(jí)精度要求，YK3150E 數(shù)控機(jī)床主軸的各項(xiàng)性能指標(biāo)必須達(dá)到下列設(shè)計(jì)要求： 1、滾刀主軸速度范圍能適應(yīng)采用單、雙頭或多頭滾刀進(jìn)行高速、高效滾齒加工。 2、為了達(dá)到高速、高效的滾齒要求，滾刀刀桿采用自動(dòng)夾緊，自動(dòng)放松，以及快卸螺母鎖緊滾刀的刀架結(jié)構(gòu)。 3、刀架主軸的軸承結(jié)構(gòu)需采用高剛性，高精度方式，其主軸軸承采用高精度滾動(dòng)軸承，主運(yùn)動(dòng)采用二級(jí)齒輪傳動(dòng)，未端應(yīng)采用消除齒輪副間隙結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)，以保證切削剛性。 2.２ 數(shù)控滾齒機(jī)加工原理方案設(shè)計(jì) 2.2.1 普通滾齒機(jī)加工原理 滾切直齒圓柱齒輪的加工原理圖 普通滾齒機(jī)加工原理可用上圖表示。根據(jù)展成法加工原理，滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件必須嚴(yán)格地轉(zhuǎn) K/Z 轉(zhuǎn)。其中 Z 為被加工齒輪的齒數(shù)，k 為滾刀的頭數(shù)。從圖 3.1中可以看出，必須保證 B1和 B2之間的嚴(yán)格傳動(dòng)比關(guān)系，這條傳動(dòng)鏈簡(jiǎn)稱滾齒的內(nèi)鏈。在圖中該內(nèi)鏈的傳動(dòng)路線為：B1—4—5—ix—6—7—B2(工件)。而形成直線導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)則是滾刀架沿工件軸線方向的垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即：工件—7—8—is—9—10—刀架升降絲桿—刀架。此外滾刀的旋轉(zhuǎn)及調(diào)速由主傳動(dòng)鏈電機(jī)—1—2—iv—3—4—B1提供。因而要進(jìn)行加工圓柱齒輪所需傳動(dòng)鏈至少有三個(gè)鏈，即一個(gè)展成運(yùn)動(dòng)內(nèi)鏈，兩個(gè)執(zhí)行簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的外鏈。 2.2.2 數(shù)控滾齒機(jī)加工原理 數(shù)控滾齒機(jī)的加工原理圖 數(shù)控滾齒機(jī)的加工原理方案如圖所示，其內(nèi)鏈 B1 與 B2 傳動(dòng)比關(guān)系仍然遵循展成法加工原理，但數(shù)控滾齒機(jī)嚴(yán)格傳動(dòng)比關(guān)系不是通過(guò)調(diào)整機(jī)械傳動(dòng)比來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是通過(guò)數(shù)控技術(shù)的“電子齒輪箱”來(lái)嚴(yán)格保證，實(shí)現(xiàn)展成運(yùn)動(dòng)?！癆”、“B1”、“B2”運(yùn)動(dòng)分別用單獨(dú)的伺服電機(jī)進(jìn)行控制，它們之間沒(méi)有任何機(jī)械的聯(lián)系，而由數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算控制來(lái)實(shí)現(xiàn)滾齒展成加工。 2.3 主要性能參數(shù)的確定 要設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有高效性能數(shù)控滾齒機(jī),必須對(duì)數(shù)控滾機(jī)的主要性能參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)選取和科學(xué)的制定，這些參數(shù)包括：主軸最高轉(zhuǎn)速、工作臺(tái)最高轉(zhuǎn)速、加工最大模數(shù)、快速進(jìn)給速度等。合理選擇和確定主要性能參數(shù)是決定數(shù)控高效滾齒機(jī)先進(jìn)的技術(shù)水平重要指標(biāo)，為此，必須對(duì)目前滾齒行業(yè)齒輪加工工藝進(jìn)行必要的調(diào)研和科學(xué)的分析，并加以合理的確定。 根據(jù)調(diào)查，目前國(guó)內(nèi)，以一汽大眾，二汽東風(fēng)神龍，大同齒輪廠，哈爾濱變速箱廠，杭州前進(jìn)齒輪箱廠為代表的汽車制造廠家，因種種原因在齒輪加工工藝上仍較為落后，通常切齒速度大都在 60m/min 以下，個(gè)別企業(yè)的僅能達(dá)到 70~80m/min內(nèi)，且軸向進(jìn)給量最大均在 2mm/工作臺(tái)轉(zhuǎn)左右。難以滿足因產(chǎn)品種數(shù)多，產(chǎn)品增加的需求，而且滾齒加工的單向精度和綜合精度也僅能達(dá)到7~8 級(jí)(GB10095—88精度標(biāo)準(zhǔn))，隨著這些龍頭企業(yè)產(chǎn)品不斷升級(jí)，以及載重汽車和客車的需求量不斷增加，以直徑在 Φ200~Φ350mm、模數(shù)為 4～8 的齒輪需求量越來(lái)越多，齒輪加工的精度要求穩(wěn)定在 6—7 級(jí)需求越來(lái)越多。且工程能力指數(shù)大于 1.33 的要求成為機(jī)床驗(yàn)收的重要指標(biāo)，為此對(duì)機(jī)床的可靠性也提出更高的要求，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的滾齒機(jī)難以達(dá)到這一切齒要求。因而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)數(shù)控高效滾齒機(jī)的參數(shù)，必須滿足這一國(guó)內(nèi)機(jī)床新的要求。介于本設(shè)計(jì)只對(duì)主軸部分進(jìn)行設(shè)計(jì),所以只對(duì)主軸最高轉(zhuǎn)速進(jìn)行確定。 2.3.1 主軸最高轉(zhuǎn)速的確定 根據(jù)滾齒原理，滾刀主軸轉(zhuǎn)速可按下式計(jì)算： 式中， n—滾刀的轉(zhuǎn)速 （r/min） v—切削速度 （m/min） D—滾刀的外徑 (mm) 故主軸最高轉(zhuǎn)速為 根據(jù)前述分析，且結(jié)合目前齒輪滾刀濕式加工的最高切削速度范圍80~120m/min，取。 關(guān)于的選取，根據(jù)國(guó)標(biāo)6083—85標(biāo)準(zhǔn)《齒輪滾刀的基本型式和尺寸》，以及德國(guó)DIN3968標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀的尺寸中（見(jiàn)表），綜合實(shí)際的加工考慮。我們?nèi)　? 將，帶入公式得： 取滾刀主軸最高轉(zhuǎn)速為安全值。 國(guó)標(biāo)GB.6083—85標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀尺寸參數(shù) 德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn)滾刀尺寸參數(shù) 2.3.2 模數(shù)確定 數(shù)控高效滾齒機(jī)必須確定它的極限，以便能確定機(jī)床的加工能力，此參數(shù)的確定和適應(yīng)的加工范圍，為了一刀切齒直徑在Φ200~Φ500，模數(shù)在4—8mm，穩(wěn)定達(dá)到全面7級(jí)精度要求，該機(jī)床的最大加工模數(shù)可根據(jù)數(shù)控滾齒機(jī)技術(shù)條件，以及相應(yīng)數(shù)控滾齒機(jī)的精度標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，由對(duì)機(jī)床的最終工作精度進(jìn)行重切和精切的切削規(guī)范所決定。即精切試坯參數(shù)： 　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　式中：　　d—最大加工直徑 　　　　　　　　　m—最大加工模數(shù) 　　　　　　　　　—試件的分度圓直徑 　　　　　　　　　　—試件的加工模數(shù) 重切試坯的加工模數(shù)一般取最大加工模數(shù)的4/5： 　　　　　　　　　　　　　　　 由上述分析綜合確定，10~12模數(shù)為此數(shù)控機(jī)床的最大加工模數(shù)，考慮到 m=10以上的模數(shù)在重型汽車和重型機(jī)械及相關(guān)行業(yè)的傳動(dòng)箱中已較少見(jiàn)，最大模數(shù)取最高線值，還會(huì)增加主電機(jī)功率以及加大安裝最大模數(shù)的裝齒刀尺寸，因而實(shí)際最大加工模數(shù)取為10mm。 滾齒機(jī)各大廠家參數(shù)對(duì)照表 續(xù)上表 2.4 主傳動(dòng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.4.1 主軸箱外形方案初定 與傳統(tǒng)普通滾齒機(jī)主軸傳動(dòng)不同，數(shù)控滾齒機(jī)主軸采用主電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，在主電機(jī)與主軸通過(guò)齒輪傳動(dòng)聯(lián)接，全部裝置安裝在刀架體上。圖為刀架體外形三維圖： 2.4.2 主軸箱傳動(dòng)方案初定 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)由初電機(jī)經(jīng)過(guò)兩級(jí)齒輪傳動(dòng)至主軸，其在刀架體上的安裝模式及傳動(dòng)方案可用下圖表示： 2.5 本章小結(jié) 本章提出了設(shè)計(jì)數(shù)控YK3150E型滾齒機(jī)滾刀主軸部件的總體要求，以及進(jìn)行了普通滾齒機(jī)與數(shù)控滾齒機(jī)加工原理的比較分析，確定了主軸最高轉(zhuǎn)速及工件加工最大直徑和模數(shù)等重要參數(shù)，并對(duì)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方案進(jìn)行了初步確定。 13 YK3150滾刀主軸主件設(shè)計(jì) 3 YK3150E數(shù)控滾齒機(jī)滾刀主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 數(shù)控高效滾齒機(jī)的設(shè)計(jì)不僅要求在參數(shù)的選擇、計(jì)算上應(yīng)科學(xué)合理的，更主要的還應(yīng)合理地設(shè)計(jì)出各主要部件的結(jié)構(gòu)功能，以最優(yōu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)各部件的功能。因而作為最重要的主軸主件的設(shè)計(jì)，必須在結(jié)構(gòu)上有創(chuàng)新的特點(diǎn)，以滿足數(shù)控高效滾齒機(jī)的切齒要求。下面將對(duì)YK3150E數(shù)控高效滾齒機(jī)的主軸部件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析說(shuō)明。 3.1 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 對(duì)于滾齒機(jī)來(lái)講，刀架部件為滾齒機(jī)的關(guān)鍵的部件之一，從滾齒機(jī)的出廠檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)(普通或數(shù)控滾齒機(jī))共有12~16個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目，而刀架部件就占了1/3的內(nèi)容，從滾齒機(jī)的工作精度來(lái)講，刀架這個(gè)部件對(duì)機(jī)床的精度的影響很大，直接對(duì)加工齒輪的精度第1公差組和第2公差組及齒面粗糙度產(chǎn)生作用。例如：刀架主軸的軸向串動(dòng)，影響被加齒輪的相鄰齒距誤差；刀架主軸的徑向跳動(dòng)，影響著被加工齒輪的齒圈徑向跳動(dòng)誤差；刀架的主軸高速切齒的振動(dòng)(刀架整體剛性的強(qiáng)弱)影響著被加工齒輪的表面粗糙度。因而在進(jìn)行刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮數(shù)控高效滾齒機(jī)的切齒特點(diǎn)，以便從結(jié)構(gòu)上最大限度地保證切齒的綜合性能要求。 1—成組軸承 2—拉桿 3—主軸 4—傳動(dòng)軸 5—高精度斜齒輪 6—專用旋轉(zhuǎn)油缸 7—油缸活塞 數(shù)控滾齒機(jī)利用錐孔為 7﹕24的 BT—50 標(biāo)準(zhǔn)銑削刀桿接口模式，有利于滾刀桿自動(dòng)夾緊與放松，縮短了滾齒機(jī)輔助調(diào)整時(shí)間，通常普通滾齒機(jī)采用莫氏5號(hào)錐度的孔徑定心，且為手動(dòng)的夾緊與放松方式，該錐度的標(biāo)準(zhǔn)的孔位(大端)為Φ 47.75mm，不能為滾刀提供更大的刀桿尺寸。在YKX3140 數(shù)控高效滾齒機(jī)的刀桿設(shè)計(jì)中，為了確保刀架整體剛性，最小刀桿直徑為Φ40mm，同時(shí)為了滿足高效強(qiáng)力切齒，對(duì)自動(dòng)夾緊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)夾緊力最低不少于20000N，以充分保證刀桿切齒的剛性要求，而一般自動(dòng)夾緊刀桿系統(tǒng)通常在15000N左右(普通數(shù)控滾齒機(jī)或小規(guī)格數(shù)控滾齒機(jī))。刀桿的自動(dòng)夾緊與放松過(guò)程為：油缸往右前推拉桿壓縮碟形彈簧時(shí)，由拉桿推動(dòng)夾爪向前移動(dòng)并張開(kāi)，此時(shí)為松開(kāi)刀桿；當(dāng)油缸往后移動(dòng)時(shí)，拉桿在縮碟形彈簧恢復(fù)力作用下帶動(dòng)夾爪向后移動(dòng)，由夾爪夾住并拉緊刀桿。顯然，刀桿的拉緊力為碟形彈簧提供的純機(jī)械拉力，油缸的推力僅起著放松刀桿的作用。刀桿的拉緊力不受油壓及電壓波動(dòng)的影響。此種刀桿拉緊方式，能更好地適應(yīng)高效滾齒機(jī)的切齒特點(diǎn)。 傳動(dòng)系統(tǒng)中充分利用傳動(dòng)鏈誤差分析理論提出的未端元件高精度原理，以提高傳動(dòng)鏈精度。即在刀架的末端傳動(dòng)元件的大小斜齒輪，其齒輪的精度達(dá)到 3 級(jí)精度，不但減少傳動(dòng)鏈的總誤差，而且可有效降低高速切制的噪音。 在刀架箱體內(nèi)采用大流量循環(huán)潤(rùn)滑的冷卻系統(tǒng)，有效地保證了高速、重載的切齒時(shí)刀架體的熱平衡，從而保證了機(jī)床刀架主軸冷態(tài)和熱態(tài)精度的一致性；而普通滾齒機(jī)在刀架箱體中，多采用油池潤(rùn)滑方式，切齒時(shí)刀架箱體高速旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)件產(chǎn)生的熱量無(wú)法帶走，機(jī)床的主軸冷態(tài)和熱態(tài)精度變化較大。 3.2 主軸設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題分析 主軸系統(tǒng)是滾齒機(jī)的核心，它在很大程度上影響著齒輪的加工精度。主軸部件的精度主要體現(xiàn)在主軸的回轉(zhuǎn)精度和剛度的提高，而回轉(zhuǎn)精度與剛度又決定于主軸的形式及裝配形式。 數(shù)控滾齒機(jī)最高加工速度相對(duì)于普通數(shù)控滾齒機(jī)有成倍的提高，達(dá)到500轉(zhuǎn)/分，要達(dá)到這樣高的轉(zhuǎn)速，軸承的合理選擇，精度、調(diào)整、潤(rùn)滑和軸系的平衡、阻尼特性等都對(duì)此有影響。滾刀軸軸系如何在這樣的高速下保證精度，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須對(duì)下面幾個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行研究： 3.2.1 主軸回轉(zhuǎn)精度分析 1.回轉(zhuǎn)精度的定義 軸件作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線速度為零的點(diǎn)的連線稱為軸件的回轉(zhuǎn)中心線，軸件回轉(zhuǎn)中心線相對(duì)于某一固定參考系統(tǒng)的空間位置，在理想情況下是不應(yīng)隨時(shí)間變化的。但實(shí)際上由于軸承的誤差，軸件的撓曲和振動(dòng)等原因，軸件的回轉(zhuǎn)中心線的空間位置在每一瞬時(shí)都是變化的，這時(shí)瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心線空間位置的平均中心線稱為理想回轉(zhuǎn)中心線，瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心線相對(duì)于理想回轉(zhuǎn)中心線在空間的位置偏離就是回轉(zhuǎn)軸件的瞬時(shí)誤差，這些瞬時(shí)誤差的范圍就是軸件回轉(zhuǎn)精度。 軸件誤差分為三種基本形式：軸向漂移、徑向漂移、角向漂移。 2.影響滾刀軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素 1)軸頸的圓度誤差，主要引發(fā)主軸周期性的徑向誤差。 2)軸承誤差，如滾道的圓度，滾動(dòng)體直徑及圓度的不一致性引發(fā)徑向誤差。 3)軸承端面對(duì)軸頸的垂直度及推力軸承的滾道與滾動(dòng)體誤差引發(fā)軸向誤差。 4)前后軸承的同軸度及其徑向跳動(dòng)大小和方向的不一致會(huì)引發(fā)擺動(dòng)誤差。 5)滾刀軸的不平衡及其支撐剛度的變化會(huì)引發(fā)徑向誤差和擺角誤差。 6)滾刀軸的振動(dòng)會(huì)引發(fā)徑向誤差。 3.提高零傳動(dòng)滾齒機(jī)滾刀軸部件回轉(zhuǎn)精度的措施 1)裝配時(shí)采用定向選配，定向選配的目的是使誤差相互抵消，注意拆卸時(shí)必須在軸承內(nèi)圈和主軸軸頸間，軸承外圈與箱體孔間畫線為記，重新裝配時(shí)按記號(hào)、裝配，才能保證精度。 2)裝配后精加工，將主軸部件裝配好后，以主軸的安裝基面和定位基面互為基準(zhǔn)進(jìn)行精磨。 3)提高精度要求 選用高精度的軸承，提高軸承配合面比如軸頸和箱體孔的精度要求。 4)對(duì)軸承適當(dāng)預(yù)緊，減小間隙，保持適當(dāng)過(guò)盈，提高剛度。 5)提高抗振性，一般說(shuō)來(lái)，提高抗振性的措施除了提高剛度外，還可以采用增加阻尼，采用彈性傳動(dòng)件，采取隔振措施等方法 。對(duì)于數(shù)控滾齒機(jī)滾刀軸來(lái)說(shuō)，為了保證精度，主要采取提高主軸和支撐部件剛性以及裝配好后進(jìn)行動(dòng)平衡的措施。 6)保證正確潤(rùn)滑，為軸承選擇正確的潤(rùn)滑方式和潤(rùn)滑材料。 3.1.2 主軸靜剛度 主軸的靜剛度又稱主軸剛度，是機(jī)床主軸系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)，它反映主軸單元抵抗靜態(tài)外力的能力，與負(fù)荷能力及抗振性密切相關(guān)。主軸單元最重要的靜剛度指標(biāo)是彎曲剛度和軸向剛度。 彎曲剛度Kr 的定義是：為使主軸前端產(chǎn)生單位徑向位移δ時(shí)所需施加的力Fr，即 主軸單元的軸向剛度Ka，定義為使主軸軸向產(chǎn)生單位位移時(shí)，在軸向所需施加的力。一般情況下，彎曲剛度比軸向剛度要重要的多，是衡量主軸單元?jiǎng)偠鹊闹匾笜?biāo)，通常用來(lái)代指主軸的剛度，它與主軸單元的懸伸量、跨距、幾何尺寸、金屬的物理性能及軸承剛度有關(guān)。 1.靜剛度近似估算 對(duì)滾齒機(jī)滾刀主軸軸系進(jìn)行簡(jiǎn)化將變截面的主軸，簡(jiǎn)化為單一等效截面的等效主軸，設(shè)其截面抗彎慣性距為I，將前后軸承組簡(jiǎn)化為前后兩個(gè)剛度系數(shù)為K1、K2的彈簧支承，確定支反力的合理位置。如圖所示： 主軸本身的彎曲變形引起的軸端位移 ys為 （mm） 式中 F—靜載荷（N） a— 縣伸量（mm） E—彈性模量，鋼的彈性模量為2.1*(N/) L—支承跨距（mm） 前后支承的支反力為： 前后支承的變形為： 由于軸承變形引起的主軸軸端位移為： 主軸軸端總位移y為： 2.懸伸量和跨距對(duì)主軸剛度的影響 由式可知，前懸伸越長(zhǎng)，伸出端撓度越大，對(duì)主軸組件的綜合剛度影響越大，應(yīng)該盡量縮短。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，考慮到軸承的安裝位置及密封等因素，前懸伸量基本上是沒(méi)有優(yōu)化余地的，能夠優(yōu)化的是前后軸承組之間的跨距。 由式可求得主軸柔度為 由式可以看出跨距對(duì)主軸剛度的影響不是單向的，將式對(duì)跨距L求導(dǎo)并令 dy/dL=0得： 對(duì)式求解就可得到最佳跨距值，實(shí)際上，由于實(shí)際設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)的限制，此最佳跨距值是一個(gè)近似的參考值，若實(shí)際跨距在此附近，則有可能使主軸剛度達(dá)到最大值。若結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中實(shí)際跨距不能等于L時(shí)，則寧大勿小，以較大的實(shí)際跨距為宜。因?yàn)楫?dāng)實(shí)際跨距小于最佳跨距時(shí)，綜合剛度的降低比跨距大于最佳值時(shí)要敏感得多。 3.1.3 主軸組件支承問(wèn)題分析 1.主軸軸承的選擇 數(shù)控滾齒機(jī)滾刀軸部件加工速度高，其軸承的選用首先必須滿足高速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求,并且具有高的回轉(zhuǎn)精度和較低的溫升，其次，因?yàn)闈L齒機(jī)承受的是斷續(xù)沖擊的切削力，所以其軸承必須具有盡可能高的徑向和軸向剛度。另外，還必須具有較長(zhǎng)的使用壽命，特別是保持精度的壽命。 滾動(dòng)軸承的選用，主要看轉(zhuǎn)速、載荷、結(jié)構(gòu)尺寸要求等工作條件。一般來(lái)說(shuō)，線接觸軸承、滾柱、滾錐、滾針承載能力大，同時(shí)摩擦大，則相應(yīng)極限轉(zhuǎn)速較低，點(diǎn)接觸球軸承則反之，但推力球軸承由于對(duì)中性較差，極限轉(zhuǎn)速較低，單個(gè)軸承同時(shí)承受徑向載荷和單雙向軸向載荷，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，但滾動(dòng)體受力不在最優(yōu)方向，使極限轉(zhuǎn)速降低。軸系的徑向和軸向載荷分別由不同軸承承受，受力狀態(tài)較好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜尺寸大。 一般軸系要同時(shí)承受徑向載荷與雙向軸向載荷，需按下列條件選用滾動(dòng)軸承。 1)中高速重載，雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸球軸承，若配推力軸承，會(huì)使極限轉(zhuǎn)速降低，成對(duì)圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但極限轉(zhuǎn)速較低，空心圓錐滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速提高，但成本較高。 2)高速輕載，采用成組角接觸球軸承，根據(jù)軸向載荷的大小分別選用250或者150接觸角。 3)軸向載荷為主，精度不高時(shí)，選用推力軸承配深溝球軸承，精度較高時(shí)，選用向心推力軸承。 綜上所述，對(duì)于數(shù)控滾齒機(jī)主軸部件，顯然應(yīng)該以中高速重載的條件來(lái)選擇滾動(dòng)軸承，故選用雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸球軸承。 2.主軸軸承的配置 主軸軸承的配置形式應(yīng)該根據(jù)轉(zhuǎn)速、剛度、承載能力、抗振性和噪聲等要求來(lái)選擇。常見(jiàn)的有以下幾種典型的配置形式：速度型、剛度型和剛度速度型。 1)速度型 主軸前后軸承都采用具有良好高速性能的角接觸球軸承，雙聯(lián)或者三聯(lián)。當(dāng)軸向切削分力較大時(shí)，選用接觸角為250的球軸承；當(dāng)軸向切削分力較小時(shí)，選用接觸角為 150的球軸承載。在相同條件下，前者的軸向剛度比后者大一倍。 2)剛度型 前支承采用雙列圓柱滾子軸承承受徑向載荷和600角接觸雙列推力球軸承承受軸向載荷，后支撐采用雙列短圓柱滾子軸承，這種軸承配置的主軸部件適用于中等轉(zhuǎn)速和切削負(fù)載較大要求剛度高的機(jī)床。 3)速度剛度型 前軸承采用三聯(lián)角接觸球軸承，后支撐采用雙列短圓柱滾子軸承，前軸承組的配置特點(diǎn)是：外測(cè)的兩個(gè)角接觸球軸承大口朝向主軸工作端，承受主要方向的軸向力，第三個(gè)角接觸球軸承則通過(guò)軸套與外測(cè)的兩個(gè)軸承背靠背配置，使三聯(lián)角接觸球軸承有一個(gè)較大的支承跨距以提高承受顛覆力矩的剛度。 數(shù)控滾齒機(jī)加工速度雖然相對(duì)于普通數(shù)控滾齒機(jī)有了很大提高，但絕對(duì)速度與加工中心的主軸相比卻不能算高速，由于其加工特點(diǎn)，它顯然屬于剛度型的結(jié)構(gòu)。 由于YK3150E數(shù)控滾齒機(jī)加工過(guò)程中，主軸前端微小的變形都會(huì)反映到工件的精度上，因此主軸前端必須具有極高的徑向和軸向剛度，因此，前端的雙列圓柱滾子軸承和雙向推力角接觸球軸承都必須施加預(yù)緊力以提高剛度。前端必須固定，后端軸承遠(yuǎn)離加工區(qū)域，承受的徑向力比較小，主軸在加工過(guò)程中，軸承熱和轉(zhuǎn)子熱都會(huì)有一部分傳遞到主軸上，造成主軸溫升變形，因此后端軸承必須浮動(dòng)，否則主軸中段會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。 綜上所述，滾刀主軸采用一端固定一端浮動(dòng)的結(jié)構(gòu)，靠近加工區(qū)域一端固定，遠(yuǎn)離加工區(qū)域一端浮動(dòng)。這樣的結(jié)構(gòu)使的主軸具有高的剛性，同時(shí)避免溫升變形。 3.主軸軸承的潤(rùn)滑 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑目的是減少軸承內(nèi)部摩擦及磨損，防止燒結(jié)，延長(zhǎng)疲勞壽命，防止異物進(jìn)入，防銹防腐。 評(píng)定軸承速度性能的是速度參數(shù)dn值(單位:mm.r/min)，其中d為軸承的中徑，等于軸承內(nèi)外徑的平均值(單位:mm)，n為轉(zhuǎn)速(單位:r/min)，dn值反映了軸承滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)速度，這也是軸承轉(zhuǎn)速的主要限制因素，代表軸承速度性能的dn值同時(shí)表征著相應(yīng)主軸的轉(zhuǎn)速及線速度特性。 我國(guó)主軸單元系列型譜將機(jī)床主軸單元?jiǎng)澐譃閮纱箢悾焊邉偠刃秃透咚俣刃?，其?duì)應(yīng)的dn值及潤(rùn)滑方式見(jiàn)下表： YE3150E滾齒機(jī)滾刀主軸前軸承的dn值為： 按照上表的規(guī)定，屬于高剛度型，采用脂潤(rùn)滑，脂潤(rùn)滑時(shí)要注意不同型號(hào)的脂類不能混用，且補(bǔ)充的周期要短于潤(rùn)滑期限，一般情況下為（0.5 ~0.7）倍潤(rùn)滑期限。 4.主軸軸承的預(yù)緊 滾動(dòng)軸承的預(yù)緊又稱為預(yù)加負(fù)荷，是指在安裝軸承時(shí)采用一定的方法，以消除軸承的游隙，并在滾動(dòng)體和內(nèi)外圈接觸處產(chǎn)生預(yù)變形使工作表面的接觸面積增加。 對(duì)軸承進(jìn)行預(yù)緊的目的有以下幾點(diǎn)： 1)在正確決定軸的徑向方向及軸向方向位置的同時(shí)抑制軸的跳動(dòng)。 2)提高軸的剛性。 3)防止軸向方向的振動(dòng)及由于共振而造成的異音。 4)抑制滾動(dòng)體的旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)，公轉(zhuǎn)滑動(dòng)及自轉(zhuǎn)滑動(dòng)，以減小離心力和陀螺力矩并且可以抑制磨損。 軸承的預(yù)緊有兩種方法，一種是定位預(yù)緊，另一種是定壓預(yù)緊。定位預(yù)緊是對(duì)置軸承在軸方向的相對(duì)位置，在使用中也不會(huì)改變的預(yù)緊方法。定壓預(yù)緊是利用螺旋彈簧、碟形彈簧給予軸承適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力的方法，在使用中軸承的相對(duì)位置即使有變化，預(yù)緊力也可以大體保持一致。定位預(yù)緊與定壓預(yù)緊相比較，在預(yù)緊力相等的情況下，定位預(yù)緊有效于增加軸承的剛性。但是，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于軸與外殼的溫度差而造成的軸向延伸率差，內(nèi)外圈溫度差而造成的徑向熱膨脹差及負(fù)荷而造成的變形等影響會(huì)使預(yù)緊力發(fā)生變化。在定壓預(yù)緊的情況下，由于軸伸縮造成彈簧變形很小，所以幾乎可以不考慮預(yù)緊力的變化。由此可知，一般定位預(yù)緊適合于提高剛性的目的，定壓預(yù)緊適用于高速旋轉(zhuǎn)需要防止軸向振動(dòng)的情況。 定位預(yù)緊與定壓預(yù)緊方式對(duì)剛度的影響 滾動(dòng)軸承的預(yù)緊量應(yīng)該根據(jù)對(duì)剛度和運(yùn)轉(zhuǎn)條件的要求來(lái)決定。較大的預(yù)緊量可以提高軸承的剛度，但是過(guò)大的預(yù)緊量會(huì)增大軸承的工作表面面積，增大摩擦系數(shù)導(dǎo)致溫升增高，潤(rùn)滑條件變壞，軸承的壽命和極限轉(zhuǎn)速降低。因此在預(yù)緊量的選擇上一定要慎重，選擇預(yù)緊量的原則是當(dāng)軸承承受最大工作負(fù)荷時(shí)，軸承始終保持一定的過(guò)盈量而不致于產(chǎn)生間隙。 數(shù)控滾齒機(jī)滾刀主軸前軸承預(yù)緊方式方案為： 主軸前支承預(yù)緊方式 雙列圓柱滾子軸承的預(yù)緊方法是：首先，取掉外圈，用一個(gè)端面平面度和垂直度很高的隔套推其內(nèi)圈，使其沿主軸1：12錐度段軸向移動(dòng)，靠?jī)?nèi)圈的彈性變形將滾子撐開(kāi)，然后測(cè)量各滾子頂點(diǎn)形成的包絡(luò)圓，在測(cè)量的過(guò)程中修磨調(diào)整片6，直到包絡(luò)圓的圓度非常高，并且直徑要和測(cè)量到的外圈滾道直徑一致，一般情況下，調(diào)整好的圓柱滾子軸承會(huì)有2～3個(gè)微米的過(guò)盈量。 雙向推力角接觸球軸承的預(yù)緊方法是：首先通過(guò)密封蓋5，雙列圓柱滾子軸承的外圈將其外圈軸向固定，然后用螺母推動(dòng)隔套頂其內(nèi)圈，使內(nèi)外圈在軸上的相對(duì)位置對(duì)置，通過(guò)修磨調(diào)整片4調(diào)整預(yù)緊力。 4.主軸騙碼器的選擇 （一）、滾刀軸控制精度分析 滾齒機(jī)通過(guò)滾刀軸與工件軸的展成運(yùn)動(dòng)切出工件齒形在嚙合節(jié)線上產(chǎn)生的齒距誤差為： 式中 --工件的齒距誤差 --滾刀或工件模數(shù) --滾刀軸旋轉(zhuǎn)誤差 --工件軸軸旋轉(zhuǎn)誤差 K—滾刀頭數(shù) Z—工件齒數(shù) 由上式可知工件對(duì)工件軸誤差是非常敏感的，假設(shè)滾刀頭數(shù)為1，加工的工件齒數(shù)為100，則工件軸誤差對(duì)工件誤差的影響程度是滾刀軸誤差對(duì)工件誤差影響程度的100倍，因此，在誤差分配的時(shí)候，應(yīng)該盡可能地提高滾刀軸精度以降低對(duì)工件軸精度的要求。 （二）、滾刀軸編碼器選擇原則 數(shù)控滾齒機(jī)由主軸電機(jī)經(jīng)兩級(jí)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)滾刀軸旋轉(zhuǎn)，選用編碼器為角度編碼器，角度編碼器由測(cè)量輪和感應(yīng)頭組成，測(cè)量輪上有刻線或者做成齒輪的形狀由主軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)頭通過(guò)光電感應(yīng)，將測(cè)出的位置信號(hào)傳入控制系統(tǒng)，系統(tǒng)再把測(cè)得的信號(hào)按照設(shè)定的倍頻數(shù)細(xì)分以獲得需要的分辨率。 系統(tǒng)所能達(dá)到的分辨率跟編碼器刻線數(shù)或者齒數(shù)感應(yīng)頭自帶倍頻數(shù)以及數(shù)控系統(tǒng)的細(xì)分倍頻數(shù)有關(guān)，其計(jì)算公式為： 式中 SC為數(shù)控系統(tǒng)的分辨率，S為編碼器刻線數(shù)或者齒數(shù)，N為感應(yīng)頭自帶倍頻數(shù)，DMR為數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定的細(xì)分倍頻數(shù)，目前數(shù)控系統(tǒng)最多可以對(duì)編碼器的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行2048倍細(xì)分。 數(shù)控系統(tǒng)的分辨率是由主軸的控制精度決定的，根據(jù)前面的分析，數(shù)控系統(tǒng)對(duì)零傳動(dòng)滾齒機(jī)滾刀軸的分辨率應(yīng)該達(dá)到0.005o，即脈沖當(dāng)量應(yīng)該達(dá)到0.005度/脈沖。 編碼器的刻線數(shù)S的選擇不是任意的，它跟滾刀軸的轉(zhuǎn)速有很大的關(guān)系。當(dāng)滾刀軸轉(zhuǎn)速比較高時(shí)，選擇刻線數(shù)或者齒數(shù)較多的編碼器會(huì)使感應(yīng)頭來(lái)不及響應(yīng)，造成系統(tǒng)振蕩。當(dāng)滾刀軸轉(zhuǎn)速比較低時(shí)，選擇刻線數(shù)或者齒數(shù)較低的編碼器會(huì)使系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)采到的脈沖數(shù)過(guò)少，造成控制誤差較大。另外由于N值是不可調(diào)的，一般為4，若S值過(guò)小則會(huì)造成DMR值過(guò)大，造成信號(hào)質(zhì)量下降。因此，必須根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速，選擇合適的編碼器。設(shè)定合適的系統(tǒng)倍頻值，使控制系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)。 根據(jù)以上分析，最終選擇德國(guó)海德漢公司的RON886型角度編碼器。其裝配方案如下圖： 3.3 本章小結(jié) 本章主要對(duì)YK3150E數(shù)控滾齒機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析確定。在已做出的裝配草圖的基礎(chǔ)上分析了傳動(dòng)系統(tǒng)中各組件的設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行了主軸組件的機(jī)械性能分析。通過(guò)分析解決了數(shù)控滾齒機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題。 27 YK3150滾刀主軸主件設(shè)計(jì) 4 YK3150E數(shù)控滾齒機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 主電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1.1 電機(jī)選型 籠型異步交流電機(jī)和永磁同步交流電機(jī)是目前機(jī)床電主軸的主力軍，異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，轉(zhuǎn)速高，在變頻調(diào)速下系統(tǒng)有較硬的機(jī)械特性和良好的調(diào)速性能。而永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，矢量控制復(fù)雜，但是與異步電機(jī)相比有下面幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 1、由于不是靠切割磁力線感生磁場(chǎng)，因此轉(zhuǎn)子能量損失更少，這就意味著轉(zhuǎn)子發(fā)熱量少， 使得軸承和主軸的溫升較小，熱變形較小，有較高的主軸系統(tǒng)剛度。 2、在相同的轉(zhuǎn)矩下，需要的冷卻能量較少，節(jié)省了冷卻系統(tǒng)的成本。 3、具有更高的功率密度。 4、在相同的慣性矩下具有更好的加速性能。 滾齒機(jī)加工過(guò)程中滾刀軸與工件軸之間是精密的同步展成運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)滾刀軸來(lái)說(shuō)不僅要求速度匹配，還要求位置同步，這就需要非常高的響應(yīng)速度和精度。滾齒機(jī)刀架要求結(jié)構(gòu)非常緊湊，主軸電機(jī)體積過(guò)大容易引起干涉問(wèn)題。由于同步電機(jī)較異步電機(jī)具有更高的功能密度，因而在相同功率下體積較小。基于上面的理由，永磁同步內(nèi)置電機(jī)是最好的選擇。 4.1.2主電機(jī)功率設(shè)計(jì)計(jì)算 數(shù)控滾齒機(jī)最主要功率參數(shù)之一就是主電機(jī)的功率，如果主電機(jī)的功率選擇過(guò)大，將使機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為困難且機(jī)床過(guò)于笨重，如果主電機(jī)功率選擇過(guò)小，難以滿足高速、高效強(qiáng)力切齒，影響機(jī)床的整體性能。 4.1.2.1 滾齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率 根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)理論，有 (4.1a) 式中： —消耗于切削的功率，又稱有效功率（KW） —空載功率 （KW） —載荷附加功率，指隨載荷而增加的機(jī)械摩擦損耗功率(KW) 4.1.2.2 的計(jì)算 機(jī)床主運(yùn)動(dòng)空轉(zhuǎn)時(shí)，由于傳動(dòng)件的摩擦，攪油，空氣阻力等原因，電動(dòng)機(jī)要消耗一部分功率，其值隨著傳動(dòng)件轉(zhuǎn)速增大而增加，與傳動(dòng)預(yù)緊程度及裝配質(zhì)量有關(guān)，中型機(jī)床主傳動(dòng)空載功率可按下列實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算。 (4.1b) 式中： d平均——主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中除主軸外所有傳動(dòng)軸軸頸的平均直徑(cm) ∑ ni——除主軸外各軸的轉(zhuǎn)速和(r/min) n主 ——主軸轉(zhuǎn)速(r/min) k——潤(rùn)滑修正系數(shù)，k=30~50，潤(rùn)滑情況好時(shí)取小值 d主 ——主軸前后軸頸的平均值(cm) C1——主軸軸承系數(shù) 4.1.2.3 的計(jì)算 機(jī)床切削時(shí)，由于傳動(dòng)件的正壓力加大，則摩擦損失將增加，因而 P輔隨 P切的變化而變化。 (4.1c) 式中，…….，，……. 為主傳動(dòng)系統(tǒng)中各傳動(dòng)副的機(jī)械效率。 將公式(4.1c)代入(4.1a)中得： (4.1d) 式中 ——機(jī)床總機(jī)械效率，= 0.75~0.85(主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))或 =0.4~0.7(主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng))。 顯然從公式(4.1b)中可以看出，在滾齒機(jī)結(jié)構(gòu)尚未確定時(shí)，P空的計(jì)算有較大的難度和不確定性，因而實(shí)際中按照重慶機(jī)床廠所總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算P空。 即 當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速 n＞250(r/min)時(shí)， (4.1e) 當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速 n＜250(r/min)時(shí)， (4.1f) 式中， (m/min) Di——分度蝸輪節(jié)圓直徑 (mm) Z——分度蝸輪齒數(shù) 4.1.2.4 切削功率的計(jì)算 （KW） (4.1g) 式中， Fz——最大切削力 V——切削速度 由于滾齒機(jī)的切削力計(jì)算是較為復(fù)雜，主切削 Fm與切削的模數(shù)，切削速度，垂直進(jìn)給量，齒輪材料螺旋角，吃刀深度，滾刀頭數(shù)和齒形修正系數(shù)等因素都有關(guān)。主切削力計(jì)算公式都是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)研究總結(jié)歸納而得，其中德國(guó)普發(fā)特公司提出的主切削力經(jīng)驗(yàn)公式較具有代表性和完整性。 (4.1h) 式中，Mn——法向模數(shù) （mm） Sa——軸向進(jìn)給量 (mm/轉(zhuǎn)) T——吃刀深度=切削深度×100%/2.25×法向模數(shù) i——滾切深度 T=t/2.25 M V——切削速度 (m/min) I——滾刀溝槽數(shù) Cw——工件材料系數(shù) A——滾刀系數(shù)=滾刀半徑/法向模數(shù) ——齒形修正系數(shù) Z——工件齒數(shù) Z0——滾刀齒數(shù) β——螺旋角 (度) Cg——滾刀頭系數(shù) 滾刀頭數(shù)系數(shù)表 另外重慶機(jī)床廠總結(jié)的滾刀最大力矩公式如下： (4.1i) 最大切削力 ，取最大靜載力 式中：m——法向模數(shù)(mm) D——滾刀半徑 S——軸向進(jìn)給量(mm/r) T——吃刀深度(mm) Z——工件齒數(shù) K材 ——工件材料系數(shù)，見(jiàn)下表 K螺 ——螺旋角修正系數(shù) K硬 —— 工件硬度系數(shù)，見(jiàn)下表 比較公式(4.1h)與公式(4.1i)可知，公式(4.1h)較完整包括了影響切削滾切力的所有因素，而公式(4.1i)未考慮滾刀頭數(shù)、刀齒槽數(shù)、齒形修正對(duì)最大滾切力的影響，僅適用于單刀滾刀的切削力計(jì)算。而對(duì)于YK3150E數(shù)控高效滾齒機(jī)而言，要滿足于4—8個(gè)模數(shù)的高效強(qiáng)力切削，必須考慮多頭滾刀的切削要求，也應(yīng)該考慮大模數(shù)滾齒時(shí)刀齒數(shù)對(duì)包絡(luò)齒形斷續(xù)切齒切削力沖擊變化大的因素，所以最大滾刀切削力的經(jīng)驗(yàn)公式選擇式(4.1h)更符合此機(jī)床的設(shè)計(jì)計(jì)算科學(xué)性和合理性。 在式 (4.1h) 中，各切削參數(shù)可根據(jù)數(shù)控高效滾齒機(jī)重切削規(guī)范來(lái)確定。按JB/T8340.2— — 1994《數(shù)控滾齒機(jī)技術(shù)條件》第8條機(jī)床負(fù)荷試驗(yàn)的規(guī)定，確定此數(shù)控高效滾齒機(jī)的靜載切削規(guī)范的條件是： a.重切齒輪參數(shù)： 模數(shù) M=10 齒數(shù) Z=20 螺旋角 β= 00度 軸向進(jìn)給量 S=4mm/rp 滾齒轉(zhuǎn)速 N=150r/min 切削速度V=70m/min 強(qiáng)切深度 t=20mm b.刀具參數(shù)： 滾齒外徑 D=150mm 滾齒刀頭數(shù) z0=1 滾刀齒數(shù) I=10 滾齒刀內(nèi)徑 d=50mm 將以上參數(shù)代入公式(4.1h)及式(4.1f)進(jìn)行計(jì)算得： Fmax=2114 kgf P空 =2.35 kw 由式(4.1g)算得主切削功率 取 F切 =0.45 Fmax，得：=10.99 kw =15.28 kw 故選擇主電機(jī)在15kw左右為宜。 4.1.3 主電機(jī)與主軸功率特性的匹配設(shè)計(jì) 本數(shù)控高效滾齒機(jī)的主電機(jī)選用交流變頻調(diào)速方式，實(shí)現(xiàn)主軸的無(wú)級(jí)變速的切削要求。對(duì)于交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍可達(dá) 1：10，其恒定率調(diào)速范圍可達(dá)1：3，甚至可達(dá)更高的范圍，此數(shù)控滾齒機(jī)應(yīng)滿足的 1：5 的總調(diào)速比要求和恒定率調(diào)速范圍比1：3要求。 在數(shù)控高效滾齒機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率設(shè)計(jì)選取中，我們還必須考慮電動(dòng)機(jī)的功率與機(jī)床主軸加工的要求功率匹配的問(wèn)題，一般地講，由于機(jī)床主軸要求的恒功率范圍Rnp遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍，但如果要在此數(shù)控高效滾齒機(jī)主軸無(wú)級(jí)變速范圍實(shí)現(xiàn)恒功率全變速，這樣選擇電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速較低，變頻電機(jī)勢(shì)必造成體積較大、功率浪費(fèi)過(guò)大，也會(huì)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)不便和造成切削的功率富余，因而對(duì)于本機(jī)床主軸電機(jī)額定轉(zhuǎn)速選取，應(yīng)通過(guò)增加傳動(dòng)比使電機(jī)的最低轉(zhuǎn)速接近電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。 1、主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速(nj)的確定和電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選取，主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速是指?jìng)鬟f全功率的最低轉(zhuǎn)速，對(duì)滾齒機(jī)nj按下式計(jì)算： 將主軸最高轉(zhuǎn)速 nmax=500r/min 及主軸最低轉(zhuǎn)速 nmin=80r/min 代入上式得：nj=126.5 r/min 又設(shè) i總電機(jī)至主軸的總傳動(dòng)比，恒功率 調(diào)速范圍 RnN為： 計(jì)算得：n電 =1265r/min 故電機(jī)應(yīng)適用功率為 15kw，額定功率轉(zhuǎn)速為 1500r/min。綜上所述，選蘭州電機(jī)廠1PH5系列電機(jī)137型號(hào)。電機(jī)額定功率15kw，基本速度1500r/min，轉(zhuǎn)速范圍為6~6300，額定轉(zhuǎn)矩95Nm。 4.2 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)組件設(shè)計(jì)計(jì)算 4.2.1主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 由前可知:主軸恒功率功率調(diào)速范圍RnN=4，電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍為。取=2＜，由下列公式計(jì)算得： ，取Z=1 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 計(jì)算得， 4.2.2 各軸轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩及功率確定 1、各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算 第Ⅰ軸計(jì)算轉(zhuǎn)速: n1 =1500r/min 第Ⅱ軸計(jì)算轉(zhuǎn)速: n2 =536r/min 第Ⅲ軸計(jì)算轉(zhuǎn)速:　 n3 =149r/min 2、各軸功率計(jì)算 第Ⅰ軸功率: p1 =15*0.97=14.55kw 第Ⅱ軸功率: p2 =14.55*0.93=13.5kw 第Ⅲ軸功率:　 p3 =13.5*0.91=12.2kw 3、各軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算 第Ⅰ軸最大扭矩: T1 =9550*14.55/1500=92.6Nm 第Ⅱ軸最大扭矩: T2 =9550*13.5/536=240.5Nm 第Ⅲ軸最大扭矩:　 T3 =9550*12.1/149=781.9Nm 4.2.3齒輪的設(shè)計(jì)及校核 確定齒輪數(shù)時(shí)，需先初定變速組內(nèi)齒輪副模數(shù)和傳動(dòng)軸直徑，以便根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸判斷其齒輪齒數(shù)或齒數(shù)和是否合適。主傳動(dòng)齒輪要傳遞足夠動(dòng)力，齒輪模數(shù)一般取，在強(qiáng)度允許的條件下盡可能取較小模數(shù)，可方便加工降低噪聲，為了便于設(shè)計(jì)和制造，主傳動(dòng)所用齒輪模數(shù)的種類應(yīng)盡可能少，在同一個(gè)變速組內(nèi)，通常選用相同的模數(shù)，這是因?yàn)楦鼾X輪副的速度和受力情況相差不大的緣故。 齒輪齒數(shù)確定的原則和要求 齒輪齒數(shù)確定的原則是齒輪結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，主軸轉(zhuǎn)速誤差小。其具體要求是： ⑴齒數(shù)和不應(yīng)過(guò)大，推薦齒數(shù)和 ⑵齒數(shù)和不應(yīng)過(guò)小，但需以下述限制中選擇教大值： 其一：受傳動(dòng)性能限制的最小齒數(shù)，為了保證最小齒輪不產(chǎn)生根切以及主軸傳動(dòng)具有良好的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)直齒或斜齒圓柱齒輪。一般取最小齒輪數(shù)，主軸上齒輪，高速齒輪取。 其二：受齒輪結(jié)構(gòu)限制的最小齒數(shù)，齒輪（尤其是最小齒輪）應(yīng)能可靠地安裝到軸上或進(jìn)行套裝，特別要注意齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽處的壁厚不能過(guò)小，以防齒輪熱處理時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的變形或傳動(dòng)中造成斷裂現(xiàn)象。 其三：受兩軸組件結(jié)構(gòu)限制的最小中心距，若齒數(shù)和太小，則過(guò)小的中心距將導(dǎo)致兩軸上的軸承或其它元件之間的距離過(guò)近或相碰。 4.2.3.1一級(jí)齒輪設(shè)計(jì) (一)選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1) 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 2) 傳動(dòng)系統(tǒng)為機(jī)床主軸傳動(dòng)，要求精度等級(jí)高，故選用5級(jí)精度 3) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》10-1小齒輪材料為40Cr ，大齒輪材料為45鋼 4) 選小齒輪齒數(shù)為20，大齒輪齒數(shù)Z=20*2.8=56 (1)計(jì)算一級(jí)齒輪： 其中：ｕ－公比：ｕ＝2 Z—齒數(shù)：z=20 　　?。妱?dòng)機(jī)功率：＝14.55kw 　　?。X寬系數(shù)：?。? －齒輪傳動(dòng)許用應(yīng)力 --齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速，＝1500rpm ＝，取＝600Mpa，安全系數(shù)S=1 由應(yīng)力循環(huán)次數(shù)選?。?.9 =0.9*600/S=540Mpa 將以上數(shù)據(jù)代入式中，得： m1=3.9 根據(jù)模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，于是一級(jí)齒輪的齒輪模數(shù)為4mm，則 d1=4*20=80mm d2=4*56=224mm b=8*4=32mm a=(80+224)/2=152mm (2)齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于大齒輪直徑大于160mm，小于500mm，故選用腹板式結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖紙。 (二)一級(jí)齒輪的校核 計(jì)算公式 校核一級(jí)小齒輪，確定各項(xiàng)參數(shù) ｐ＝14.25kw n=1500r/min T=92.6Nm 確定動(dòng)載系數(shù)： 6.28m/s 齒輪精度為5級(jí)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得使用系數(shù)Kv=0.8 其中b=8*4=32mm 取齒寬系數(shù) 查表得 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4得 b/h=3.5，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得 確定齒間載荷分配系數(shù)：Ft=2T/d=2*92.6/80=2315N 由直齒輪可得 確定動(dòng)載系數(shù)： 1.2 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由圖10-21查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 由圖10-18查得，S=1.3 故齒輪合適。 校核一級(jí)大齒輪，確定各項(xiàng)參數(shù) ｐ＝13.5kw n=536r/min T=240.5Nm 確定動(dòng)載系數(shù)： 6.28m/s 齒輪精度為5級(jí)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得使用系數(shù)Kv=0.8 其中b=8*4=32mm 取齒寬系數(shù) 查表得 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4得 b/h=3.5，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得 確定齒間載荷分配系數(shù)：Ft=2T/d=2*240.5/224=2147N 由直齒輪可得 確定動(dòng)載系數(shù)： 1.41 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 由圖10-21查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 由圖10-18查得，S=1.3 故齒輪合適。 4.2.3.2二級(jí)齒輪設(shè)計(jì) (一)選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) (1) 選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng) (2) 傳動(dòng)系統(tǒng)為機(jī)床主軸傳動(dòng)，要求精度等級(jí)高，故選用3級(jí)精度 (3) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》10-1小齒輪材料為40Cr ，大齒輪材料為45鋼 (4) 選小齒輪齒數(shù)為20，大齒輪齒數(shù)Z=20*3.6=72 (5) 初選螺旋角 (二)按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 (1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1) 試選Kt=1.5 2) 選， 3) 查,,則 4) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù): 5) 取接觸疲勞壽命系數(shù)， 6) 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得接觸疲勞許用應(yīng)力 則許用接觸應(yīng)力 (2) 計(jì)算 1） 試算小齒輪分度圓直徑： 2） 計(jì)算圓周速度： 3） 計(jì)算齒寬b及模數(shù)： 4） 計(jì)算縱向重合度： 5） 計(jì)算載荷系數(shù)K： 查表得：，，，，。 故載荷系數(shù)： 6） 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑： 取=80mm。 7） 計(jì)算模數(shù)： (三)按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算 （1） 確定計(jì)算參數(shù) 1） 計(jì)算載荷系數(shù)： 2） 根據(jù)縱向重合度，查表得螺旋角影響系數(shù)。 3） 確定當(dāng)量齒數(shù)： 4） 查取齒形系數(shù)，；， 5） 查得，； 取彎曲疲勞系數(shù)， 6） 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，則彎曲疲勞許用應(yīng)力為： 7） 計(jì)算并比較的大?。? 大齒輪數(shù)值大。 （2） 計(jì)算 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，取=3，已可滿足彎曲強(qiáng)度。但同時(shí)為了滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑=80mm來(lái)計(jì)算就有的齒數(shù)。于是由 取=26，則=26*3.6=93.6，取=94。 (四) 幾何尺寸計(jì)算 （1） 計(jì)算中心矩 mm 將中心矩圓整為186mm。 （2）按圓整后的中心矩修正螺旋角 因值改變不多，故各參數(shù)不必修正。 （3） 計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑 （4） 計(jì)算齒輪寬度 圓整后取，。 （5） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于齒輪直徑大于160mm，小于500mm，故采用腹板式結(jié)構(gòu)為宜，見(jiàn)圖紙。 4.2.4軸的設(shè)計(jì)及校核 4.2.4.1確定各軸最小直徑 第Ⅰ軸最小直徑: 第Ⅱ軸最小直徑: 主軸最小直徑:　 由上述各軸的最小直徑以及參考軸承的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，可先選用I軸的最小直徑為35;II軸的最小直徑為45；主軸的最小直徑為53。 4.2.4.2軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1、傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)計(jì)算 傳動(dòng)軸一結(jié)構(gòu) 根據(jù)裝配方案，確定軸從左至右各段直徑和長(zhǎng)度分別為： 1—2： d=35mm L=78mm 2—3： d=40mm L=23mm 3—4： d=50mm L=90mm 4—5： d=45mm L=87mm 5—6： d=40mm L=50mm 通過(guò)上一章的分析，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》3選7308B型間列角接觸球軸承及7208AC/DB型背對(duì)背安裝角接觸球軸承。 傳動(dòng)軸二設(shè)計(jì)略，見(jiàn)零件圖。 2、主軸設(shè)計(jì)計(jì)算 主軸結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)零件圖，此處僅對(duì)主軸軸承進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。 通過(guò)上一章分析，查《金屬切削機(jī)簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)》選233420B（國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)）型雙向推力角接觸球軸承及3182120型雙列圓柱滾子軸承作為主軸前支承，3182114型雙列圓柱滾子軸承作為后支承。 3、軸校核 傳動(dòng)軸校核從略，此處僅校核主軸。 主軸的材料為45號(hào)鋼，許用應(yīng)力為 由前面計(jì)算可知，主軸受力Fmax=2114 kgf ，T=781Nm。 取折合系數(shù)，則齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量彎矩： 703NM 故主軸滿足條件。 4.3 本章小結(jié) 本章主要對(duì)滾齒機(jī)主軸主件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，通過(guò)對(duì)電機(jī)參數(shù)選擇，齒輪設(shè)計(jì)校核，軸設(shè)計(jì)校核，軸承選用等進(jìn)行計(jì)算，使主運(yùn)動(dòng)各組件更明確。 43