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名稱 插齒機模型實驗平臺設計 目的和要求 培養(yǎng)能力等 畢業(yè)論文內(nèi)容 可以以機械工程實驗教學中心的插齒機模型為基礎 通過對典型空間機構 進行研究分析 設計一臺能夠加工不同參數(shù)齒輪的插齒機模型 1 運用三維設計軟件進行機構建模和運動仿真 2 對插齒機模型關鍵零件進行尺寸計算 3 繪制非標準零件的工程圖和裝配圖 應完成的工作量 4 月 21 日需提交部分做好資料應付中期檢查 部分說明書 CAD 零件圖 1 英文翻譯 2 開題報告 3 SW 三維建模 4 規(guī)定數(shù)量的非標零件工程圖和裝配圖 2A0 CAD 圖 其中 1A0 裝配圖 8 張以上的主要零件 圖 5 畢業(yè)設計論文 插齒機模型實驗平臺設計 目錄 摘要 4 ABSTRACT 5 第一章 緒論 6 1 1引言 6 1 2課題研究的目的意義 7 1 3 齒輪加工機床的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢 8 1 3 1 齒輪加工的方法 8 1 3 2 插齒機的現(xiàn)狀 9 1 3 3 各種類型的齒輪加工機床的特點及其應用情況 10 1 4 本文主要內(nèi)容 12 第二章 插齒機模型機械部分結構設計 14 2 1 插齒機的傳動原理圖 14 2 2 插齒機傳動系統(tǒng) 14 2 2 1 插齒機主運動鏈 15 2 2 2 插齒機的圓周進給鏈 15 2 3 本課題設計的插齒機的展成運動鏈 16 2 4 本課題設計的插齒機的快速展成運動鏈 17 2 5 本課題所設計的插齒機的徑向進給運動鏈 17 2 6 本課題設計的插齒機工作臺的快速移動鏈和手動徑向進給鏈 18 2 7 讓刀運動 19 2 8 本課題設計的插齒機工作臺 19 第三章 插齒機模型主要傳動元件的選擇與計算 22 3 1 電機的選擇與校核 22 3 2 同步帶的傳動設計 23 3 3 齒輪傳動 24 3 4 軸的選用與校核 28 3 5 滾動軸承 33 3 6 鍵連接 35 3 7 銷聯(lián)接 35 3 8 螺紋聯(lián)接 36 3 9圓錐齒輪的設計 37 3 9 1 錐齒輪設計輸入?yún)?shù) 37 3 9 2 材料及熱處理 37 3 9 3 齒輪基本參數(shù) 38 3 9 4 接觸強度 彎曲強度校核結果和參數(shù) 39 3 10 傳動比 i 25 5蝸輪蝸桿的設計 40 3 10 1 普通蝸桿設計輸入?yún)?shù) 40 3 10 2 材料及熱處理 41 3 10 3 蝸桿蝸輪基本參數(shù) mm 41 3 10 4 強度剛度校核結果和參數(shù) 42 3 11傳動比 i 19蝸輪蝸桿的設計 43 3 11 1 普通蝸桿設計輸入?yún)?shù) 43 3 11 2 材料及熱處理 43 3 11 3 蝸桿蝸輪基本參數(shù) mm 44 3 11 4 強度剛度校核結果和參數(shù) 45 3 12 鏈傳動設計 46 致 謝 52 參考文獻 53 摘要 插齒機是一種金屬切削機床 是使用插齒刀按照展成法加工內(nèi) 外直齒和 斜齒圓柱齒輪以及其它齒形件的齒輪加工機床 插齒機用來加工內(nèi) 外嚙合圓 柱齒輪的輪齒齒面 尤其適合加工內(nèi)齒輪和多聯(lián)齒輪中的小齒輪 這是滾齒機 無法加工的 它綜合了精密機械制造 電機拖動 數(shù)字控制等多門學科 針對 它在機械設計中遇到的確定尺寸參數(shù) 合理布局 降低成本 實用耐用等問題 本設計進行了針對性的思考與改造 本課題以機械工程實驗教學中心的插齒機模型為基礎 通過對典型空間機 構進行研究分析 設計一臺能夠加工不同參數(shù)齒輪的插齒機模型 此插齒機傳 動鏈 屬于歷史插齒機傳動鏈 本課題借鑒吸收了機械工程實驗教學中心插齒 機實驗平臺的一些技術和結構性能 力求做到本結構的簡單合理 性能穩(wěn)定 論文就課題的來源提出做了詳細描述 基于需加工零件的工藝范圍 機床的精 度 機床改造經(jīng)濟性等因素而提出了較合理的方案 詳細論述了機械改造部分 設計與計算 包括部件的選擇 各零件的選擇 設計 計算和校核 改造后的 插齒機與原來的相比提高了加工精度及加工效率 更好地保證了零件加工的一 致性和產(chǎn)品質(zhì)量 減輕了勞動強度 有效提高了插齒機的生產(chǎn)效率和切割質(zhì)量 其主要工作內(nèi)容如下 1 插齒機實驗平臺方案的設計 2 運用 SOLIDWORKS三維設計軟件進行機構建模和運動仿真 3 對插齒機模型關鍵零件進行尺寸計算 4 繪制非標準零件的工程圖和裝配圖 關鍵詞 插齒機 實驗平臺 三維設計 鏈傳動 齒輪 ABSTRACT 第一章 緒論 1 1引言 齒輪是最常用的傳動件 在現(xiàn)代各種工業(yè)部門得到廣泛的應用 在科學技 術不斷發(fā)展的現(xiàn)代社會 對齒輪的精度要求也越來越高 齒輪的需求量也日益 增加 這就要求機床制造業(yè)生產(chǎn)出高精度 高效率和高自動化程度的齒輪加工 設備 以滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要 插齒機是用來加工內(nèi) 外嚙合圓柱齒輪的輪齒齒面 尤其適合于加工內(nèi) 齒輪和多聯(lián)齒輪中的小齒輪 這是滾齒機無法加工的 插齒機廣泛應用于機床 制造 造船 壓力容器 工程機械 礦山機械 電力 橋梁建筑 鋼結 構等行業(yè)中的齒輪制造 具有很高的效率和切割精度 而且它的操作方便 極大 地改善勞動強度和勞動環(huán)境 廣泛適用于各大 中型企業(yè)的齒輪加工 插齒機主要加工內(nèi)外直齒圓柱齒輪及各種形狀的直齒非圓齒輪和凸輪 插 齒機在加工過程中從執(zhí)行部件的動作分解 主要有以下五個運動 插齒川往復 運動 主運動 插齒刀回轉(zhuǎn)運動 工作臺主軸回轉(zhuǎn)運動 工作臺部件徑向迸給 運動 刀架部件讓刀運動 機床系三軸數(shù)控插齒機 即 工作臺部件徑向迸給 運動 工作臺主軸回轉(zhuǎn)運動 插齒刀回轉(zhuǎn)運動均可實現(xiàn)數(shù)控軸控制 這三個運 動形成齒輪的漸開線齒廓 另外 插齒刀往復運動產(chǎn)生齒輪齒面 刀架部件讓 刀運動不參與齒廓 齒面的形成 但是讓刀歸位的誤差對齒面的加工精度產(chǎn)生 影響 圖 l 1及圖 l 2所示為插齒機及運動簡圖 1 1插齒機簡圖 圖 1 2 插齒機運動簡圖 1 2課題研究的目的意義 近些年來 國內(nèi)外機床工業(yè)及其相關技術的發(fā)展十分迅速 以計算機數(shù)控 CNC 為特征的現(xiàn)代化機床在生產(chǎn)中廣泛應用 在現(xiàn)代機械制造工業(yè)中加工機 器零件的方法有很多種 如鑄造 鍛造 焊接 切削加工和各種特種加工等 但切削加工是將金屬毛胚加工成具有一定形狀 尺寸和表面質(zhì)量的零件的主要 加工方法 在加工精密零件時 目前主要是靠切削加工來達到所需要的加工精 度和表面質(zhì)量 所以金屬切削機床是完成加工零件的主要設備 它的工作量能 夠約占機器的總制造工作量的 45 65 機床的加工工藝技術和精度直接影響 到機械制造行業(yè)中的產(chǎn)品的質(zhì)量保證和勞動生產(chǎn)率保證 我國的機床工業(yè)的發(fā)展是在新中國成立后開始發(fā)展起來的 新中國成立后 的 50十多年來 經(jīng)過改革開放的努力 我國機床工業(yè)在眾多學者的幫助下吸收 外國的先進技術前提下獲得了迅速的發(fā)展 目前我國的機床工業(yè)布局還是很合 理 還是很完整的機床工業(yè)體系 我國自從對外貿(mào)易開放以來以來 很多企業(yè)從 國外引進先進設備和生產(chǎn)線進行改造 在借鑒引進技術的基礎上發(fā)揮主管能動 性 形成自己的風格 這些項目中 大部分項目對我國的經(jīng)濟建設有著相當重 要的作用 我國的機床工業(yè)已經(jīng)取得了巨大的成就 但與世界先進水平相比還 相差很大一段距離在技術水平和性能方面差距差距也很明顯 國內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量 與可靠性也不夠穩(wěn)定 機床理論和應用技術研究明顯落后 人員技術素質(zhì)還跟 不上機床飛速發(fā)展的需要 因此 我們機床工業(yè)面臨著光榮而艱巨的任務 作 為當代的大學生 我們是祖國未來的花朵 我們身上肩負著祖國的重任 我們 必須發(fā)奮圖強 努力工作 不斷的壯大我們的隊伍和提高人員的工作能力 學 習國外的先進科學技術轉(zhuǎn)換為自己所有 以便我們能早日趕上世界先進水平 齒輪是最常用的傳動件 在現(xiàn)代各種工業(yè)部門得到廣泛的應用 在科學技 術不斷發(fā)展的現(xiàn)代社會 對齒輪的精度要求也越來越高 齒輪的需求量也日益 增加 這就要求機床制造業(yè)生產(chǎn)出高精度 高效率和高自動化程度的齒輪加工 設備 以滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要 插齒機是用來加工內(nèi) 外嚙合圓柱齒輪的輪齒齒面 尤其適合于加工內(nèi)齒 輪和多聯(lián)齒輪中的小齒輪 這是滾齒機無法加工的 插齒機廣泛應用于機床制 造 造船 壓力容器 工程機械 礦山機械 電力 橋梁建筑 鋼結構 等行業(yè)中的齒輪制造 具有很高的效率和切割精度 而且它的操作方便 極大地 改善勞動強度和勞動環(huán)境 廣泛適用于各大 中型企業(yè)的齒輪加工 本課題以機械工程實驗教學中心的插齒機模型為基礎 通過對典型空間機 構進行研究分析 設計一臺能夠加工不同參數(shù)齒輪的插齒機模型 此插齒機傳 動鏈 屬于歷史插齒機傳動鏈 本課題借鑒吸收了機械工程實驗教學中心插齒 機實驗平臺的一些技術和結構性能 力求做到本結構的簡單合理 性能穩(wěn)定 1 3 齒輪加工機床的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢 1 3 1 齒輪加工的方法 制造齒輪的方法有很多種 雖然可以熱軋 鑄造或者沖壓 但目前這些方 法的加工精度還不夠高 精密齒輪現(xiàn)在仍主要靠切削法 按照齒形的原理分類 切削齒輪的方法可分為兩大類 成形法和展成法 成形法加工齒輪有一個缺點 那就是精度低 成形法采用單分齒法 就是指加工完一個齒后退回 工件用余 量分配盤進行分度 再加工下一齒 因此生產(chǎn)率不高 但是這種加工方法簡單 不需要專用的機床 所以適用于單間小批量生產(chǎn)和加工精度要求不高的修配行 業(yè)中 現(xiàn)在 圓柱齒輪和圓錐齒輪 蝸輪以及應用很少的非圓形齒輪的齒面加 工已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的一個重要的工序 齒輪加工工藝已經(jīng)廣泛應用于 國民經(jīng)濟的許多領域 最近幾年 我國的機械工業(yè)飛速發(fā)展 我們已經(jīng)引進很多國外的先進技術 我國切割技術開發(fā)了很多新的工藝 甚至也利用了新能源 切割技術的發(fā)展早 已實現(xiàn)了半自動化和自動化 使得切割技術可以代替許多機械加工 大大節(jié)省 了勞動力 提高了生產(chǎn)率 還可以提高金屬材料的利用率 插齒機加工齒輪的方法是展成法 展成法加工齒輪 只要是相同模數(shù)的齒 輪 不管齒數(shù)有多少都能加工 而且只用一把刀具 生產(chǎn)率和加工精度都比較 高 可以將齒查到近軸肩處 在齒輪加工中 展成法應用最廣泛 加工方法是 刨削法和插削法 本論文介紹的插齒機傳動鏈是在早期齒輪加工機床傳動鏈的 基礎上結合近年來齒輪加工機床高速發(fā)展的技術特點 特別是插齒機傳動鏈的 特點所設計出的一種插齒機傳動鏈 1 3 2 插齒機的現(xiàn)狀 國外的先進國家中 齒輪越來越小 轉(zhuǎn)速越來越高 現(xiàn)在已經(jīng)開始研發(fā) 特殊齒輪 還有安裝齒輪的裝置已經(jīng)越來越先進 震動減小了 噪聲也減小了 通過提高漸開線齒輪的承載力 可以使齒輪裝置變得越來越小 這些國家采用 硬齒面技術 通過提高硬度減小了裝置的尺寸值 也可以用特殊齒形 例如圓 弧齒輪 現(xiàn)在船舶動力已采用中速柴油機 在許多大型船上采用大功率行星齒 輪裝置有很高的效率 在大型機械的大型傳動裝置中 都采用行星齒輪 精度等級與生產(chǎn)效率的提高很大程度上促進了齒輪制造工藝的發(fā)展 從 1960年到現(xiàn)在 齒輪的制造精度已經(jīng)提高了 2級左右 最高的達到了 3級 低 速齒輪的精度過去是 7級 現(xiàn)在達到了 9級 機床傳動系統(tǒng)中的齒輪以前是 5 級 現(xiàn)在提高到 6級 由于高性能滾齒機的出現(xiàn)和刀具的發(fā)展 大大提高了小 模數(shù)中小規(guī)格齒輪的滾齒效率 如果用多頭的滾齒刀 能夠提高竊謔速度到 100m s 假如采用超硬的滾齒刀加工模數(shù) 3的調(diào)質(zhì)鋼齒輪 切削速度甚至可以 達到度可達 200m s 由于受到插齒機刀具往復運動機構的限制 降低了插齒 機的效率 近年來使用了靜壓軸承 刀架和立柱等新結構剛性得到提高后 提 高了插齒機的插翅效率 新型插齒機呢 沖程數(shù)已經(jīng)達到了 2000多次 min 齒輪用鋼的發(fā)展趨勢 一 用含 Ni Cr 的低合金鋼加工齒輪 二是硼鋼 三 碳氮共滲用鋼 四 易切削的鋼 我國呢 很少見到 Ni Cr 所以用 20CrMnTi滲碳鋼和含硼加稀土的鋼代替 大型機械就會用 18CrMnNiMo滲碳鋼 和中碳合金鋼 在機床這一行還是用 40Cr 38CrMoAl 等鋼 速度高的齒輪用氮 化了的 25Cr2MoV鋼 插齒機分立式和臥式兩種 前者使用最普遍 立式插齒機又有刀具讓刀和 工件讓刀兩種形式 高速和大型插齒機用刀具讓刀 中小型插齒機一般用工件 讓刀 在立式插齒機上 插齒刀裝在刀具主軸上 同時作旋轉(zhuǎn)運動和上下往復 插削運動 工件裝在工作臺上 作旋轉(zhuǎn)運動 工作臺 或刀架 可橫向移動實現(xiàn) 徑向切入運動 刀具回程時 刀架向后稍作擺動實現(xiàn)讓刀運動 圖 1 3立式插齒 機 刀具讓刀 或工作臺作讓刀運動 加工斜齒輪時 通過裝在主軸上的附件 螺旋導軌 使插齒刀隨上下運動而作相應的附加轉(zhuǎn)動 20 世紀 60年代出現(xiàn)高 速插齒機 其主要特點是采用硬質(zhì)合金插齒刀 刀具主軸的沖程數(shù)高達 2000次 分 采用靜壓軸承 見液體靜壓軸承 和靜壓滑塊 由刀架擺動讓刀 以減少沖 擊 臥式插齒機具有兩個獨立的刀具主軸 水平布置作交錯往復運動 主要用 來加工無空刀槽人字齒輪和各種軸齒輪等 此外 還有使用梳齒刀的插齒機 工作時梳齒刀作往復切削運動和讓刀運動 工件作相應的轉(zhuǎn)動 并在平行于梳 齒刀節(jié)線方向上作直線運動 兩者構成展成運動 見齒輪加工 工件的分齒是 間歇的 圖 1 3 立式插齒機 1 3 3 各種類型的齒輪加工機床的特點及其應用情況 1 插齒機 插齒機由于它的傳動系統(tǒng)的特殊性 加工內(nèi)外嚙合的直尺圓柱齒輪會比較 方便 而且精度高 對于雙聯(lián) 多聯(lián)齒輪加工更為方便 如果在插齒機的機床 上裝用一些特殊的專用裝置以后 它也可以加工斜齒圓柱齒輪和齒條等特殊的 齒輪 這是目前較為普及的一種齒輪加工機器 2 滾齒機 滾齒機 gear hobbing machine 是齒輪加工機床中應用最廣泛的一種機床 在滾齒機上可切削直齒 斜齒圓柱齒輪 還可加工蝸輪 鏈輪等 滾齒機的加 工方法是展成法 它可以加工直齒圓柱齒輪 斜齒圓柱齒輪 人字齒圓柱齒輪 和蝸輪的齒輪加工機床 當使用特制的滾刀時 它也可以用來加工花鍵 鏈輪 等許多具有特殊形狀齒的工件 普通滾齒機的加工精度為 7 6 級 JB179 83 高精度滾齒機為 4 3 級 它的最大加工直徑為 15 0m 特點 1 適用于成批 小批及單件生產(chǎn)圓柱斜齒輪和蝸輪 尚可滾切一定參數(shù)范圍 的花健軸 2 調(diào)整方便 具有自動停車機構 3 具有可靠的安全裝置以及自動潤滑滾齒機 gear hobbing machine 是齒輪 加工機床中應用最廣泛的一種機床 在滾齒機上可切削直齒 斜齒圓柱齒輪 還可加工蝸輪 鏈輪等 在汽車 拖拉機 機床 工程機械 礦山機械 冶金機械 石油 儀表 飛機航天器等各種機械制造業(yè)中 都有插齒機的身影 齒輪加工機床 顧名思義是加工齒輪的機床 包括圓柱齒輪 圓錐齒輪和 有齒的工件 由于加工方法有很多種 從而機床也有很多種 有加工幾毫米直 徑的齒輪的小型機床 也有加工十幾米直徑的齒輪的大型機床 還有批量生產(chǎn) 的 用高效機床加工精密齒輪的高精度的機床 3 磨齒機 磨齒機常用來對淬硬的齒輪進行齒廓的精加工 但也有直接在齒壞上磨出 輪齒的 由于磨齒能糾正齒輪預加工的各項誤差 因而加工精度較高 磨齒后 精度一般可以達到 8級以上 磨齒機通常分為成型砂輪法磨齒和展成法磨齒兩 大類 成形發(fā)磨齒機應用的較少 多說類型的磨齒機均以展成法磨齒 按成形 法加工的成形砂輪磨齒機的砂輪由成形砂輪修整器在軸向剖面內(nèi)修成齒形 砂 輪架可作垂直方向進給 可修整成與工件齒間的齒廓形狀相同 因此這種磨齒 機的工作精度相當高的 但是這種磨齒機通常用來磨削大模數(shù)齒輪 此機床的 運動比較簡單 用展成法原理工作的磨齒機 根據(jù)工作方法的不同可分為連續(xù) 磨削和單齒分度兩大類 連續(xù)磨削型磨齒機稱為蝸桿砂輪型磨齒機 它的工作 原理和加工過程與滾齒機相似 這種磨齒機由于砂輪轉(zhuǎn)速很高 因此砂輪與工 件間的展成傳動鏈各傳動件的轉(zhuǎn)速也很高 采用機械方式傳動 則要求傳動元 件必須有很高的精度 因此 目前采用兩個同步電動機分別傳動砂輪和工件 不但簡化了傳動鏈 也提高了傳動精度 因為這種機床連續(xù)磨削 在各類磨齒 機中它的生產(chǎn)率最高 這種機床的缺點是 砂輪修整成蝸桿較困難 且不易得 到很高的精度 單齒分度磨齒機根據(jù)砂輪的形狀又可以分為蝶形砂輪型 大平 面砂輪型和錐形砂輪型三種 它們的基本工作原理相同 都是利用齒條和齒輪 的嚙合原理來磨削齒輪的 4 錐齒輪加工機床 有兩種方法可以加工圓錐齒輪 成形法和展成法 我們把利用單片銑刀或 者指狀銑刀在臥式銑床上加工圓錐齒輪的方法稱為成形法 錐齒輪的基圓直徑 是變化的 沿著齒線不斷變小 從而法向齒形沿著齒線方向的不同位置是不同 的 刀具形狀是固定的從而導致加工齒形的精度變低 粗加工或精度要求要求 高的場合成形法不實用 展成法廣泛應用于錐齒輪加工機床中 這種方法可以 看作一對嚙合的錐齒輪其中一個齒輪當作成平面齒輪 1 4 本文主要內(nèi)容 從各種齒輪加工機床的應用情況來看 國內(nèi)生產(chǎn)的齒輪加工機床的技術水 平 整體性能等整體水平都逐漸與世界上先進水平之間的距離越來越小 已經(jīng) 逐步滿足的國內(nèi)用戶的需求 甚至部分先進水平的齒輪加工機床已經(jīng)開始向國 外進行出口 從而進一步提高了市場的競爭力度 國內(nèi)的一些齒輪加工機床在 許多方面已經(jīng)形成了自身獨有的特點 實現(xiàn)了自動化 多功能和高可靠性 在 某些方面產(chǎn)品的技術性能甚至已經(jīng)超過了國外的技術水平 達到了世界上一流 的水準 從發(fā)展趨勢上來看 齒輪加工機床的市場上插齒機將保持起獨有的基本 市場 數(shù)控齒輪加工機床市場將會在一定程度上增加 而數(shù)控滾齒機 數(shù)控插 齒機 數(shù)控磨齒機 數(shù)控錐齒輪加工機床將會成為齒輪加工市場的主要力量 整個齒輪加工機床市場將會不斷的擴大 提高齒輪加工機床操作系統(tǒng)的易用性 提高齒輪加工機床的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量 降低生產(chǎn)使用成本 提高齒輪加工 機床的整機自動化水平及系統(tǒng)穩(wěn)定性成為其技術發(fā)展的方向 本課題以機械工程實驗教學中心的插齒機模型為基礎 通過對典型空間機 構進行研究分析 設計一臺能夠加工不同參數(shù)齒輪的插齒機模型 此插齒機傳 動鏈 屬于歷史插齒機傳動鏈 本課題借鑒吸收了機械工程實驗教學中心插齒 機實驗平臺的一些技術和結構性能 力求做到本結構的簡單合理 性能穩(wěn)定 論文就課題的來源提出做了詳細描述 基于需加工零件的工藝范圍 機床的精 度 機床改造經(jīng)濟性等因素而提出了較合理的方案 詳細論述了機械改造部分 設計與計算 包括部件的選擇 各零件的選擇 設計 計算和校核 改造后的 插齒機與原來的相比提高了加工精度及加工效率 更好地保證了零件加工的一 致性和產(chǎn)品質(zhì)量 減輕了勞動強度 有效提高了插齒機的生產(chǎn)效率和切割質(zhì)量 其主要工作內(nèi)容如下 1 插齒機實驗平臺方案的設計 2 運用 SOLIDWORKS三維設計軟件進行機構建模和運動仿真 3 對插齒機模型關鍵零件進行尺寸計算 4 繪制非標準零件的工程圖和裝配圖 第二章 插齒機模型機械部分結構設計 2 1 插齒機的傳動原理圖 插齒機的加工原理類似一對嚙合的圓柱直齒輪 一個是齒坯 另一個是插 齒刀 端面具有切削刃的齒輪形刀具 按照展成法加工 插齒原理及插齒機傳 動原理圖即下圖所示 插齒刀的沿齒坯齒向的往復運動 A2為主運動 由偏心輪 的曲柄驅(qū)動 通過調(diào)整曲柄偏心距改變插齒刀的插齒行程 插齒刀往復運動 A2 為間接動力源 驅(qū)動插齒刀旋轉(zhuǎn)運動 B11的傳動鏈為圓周進給鏈 圓周進給量 為 A2 插齒刀的旋轉(zhuǎn)運動 B11為間接動力源 驅(qū)動齒坯旋轉(zhuǎn)的傳動鏈為展成 r 運動鏈 展成運動鏈為內(nèi)聯(lián)系傳動鏈 其傳動聯(lián)系為 zi0 式中 插齒刀 齒坯的齒數(shù) z 0 2 2 插齒機傳動系統(tǒng) 本課題所設計的插齒機是在以機械工程實驗教學中心的插齒機模型為基礎 通過對典型空間機構進行研究分析 設計一臺能夠加工不同參數(shù)齒輪的插齒機 模型 通過提高關鍵零部件的制造精度而成的 主要用于加工內(nèi) 外齒的直齒 圓柱齒輪 多聯(lián)齒輪 軸齒輪 傳動系統(tǒng)如圖所示 a b 圖 2 1 插齒原理及插齒機傳動原理圖 a 插齒原理 b 插齒機傳動原理圖 vifi i 2 2 1 插齒機主運動鏈 本課題設計的插齒機主電動機為 Y112M 4 額定功率 額定轉(zhuǎn)速kW4 運動經(jīng)同步帶 傳 遞 到 離 合 器 YL1 經(jīng) 主 運 動 鏈 變 速 機 構 至 曲 柄 盤 min 140r 帶 動 插 齒 刀 軸 向 運 動 由 粗 加工 變 為 精 加 工 時 離 合 器 YL1使 插 齒 刀 軸 向 運 動 速 度 自 動 提 高 倍 主 運 動 鏈 傳 動 路 線 為58 1 301min 4rkW曲 柄 盤 47 359 218 49 插齒刀每分鐘的上下往復次數(shù) 即沖程數(shù)為 47 359 1 2831 49010l 大徑向進給量粗加工時 離合器 YL1的傳動比 插齒刀每分鐘的沖0 1 Li 程數(shù)列為 3259014680 小徑向進給量精加工時 離合器 YL1的傳動比 插齒刀每分鐘的沖1 491 Li 程數(shù)列為 520302176 即主運動鏈的變速機構共有兩個變速組 形成六級插齒刀的軸向往復運動等比 數(shù)列 2 2 2 插齒機的圓周進給鏈 圓周進給鏈為外聯(lián)系傳動鏈 間接動力源是插齒刀的軸向往復運動 經(jīng)圓 周進給傳動鏈變速組 鏈傳動 交換掛輪 E F 等 至蝸桿蝸輪副 傳動比 蝸桿驅(qū)動蝸輪轉(zhuǎn)動 實現(xiàn)插齒刀圓周進給 圓周進給傳動鏈變速組可10 使插齒刀雙向轉(zhuǎn)動 圓周進給鏈傳動路線為 刀 FEz35184 605 43 251 A2 動 刀B1動06 曲柄盤每轉(zhuǎn)一圈 驅(qū)動插齒刀軸向往復一次 因而可認為曲柄盤為圓周進 給鏈的間接動力源 則圓周進給量為 dstrzn FEc 103425635184 605 43 251 strzFEc 02 06 dstrzFE 124 19 3 式中 插齒刀雙沖程 dst 當插齒刀的分度圓直徑為 時 圓周進給量 為md0 cfdstmznf FEcc 24 1376 1 strznFEc 1035584 052 dstrzFE 12 34 13 stmznf FEcc 4 0 插齒機的圓周進給量為 用dt 6 1 dstrnc 10 9 83 4 cf 于粗加工 用于精加工 粗 精加工圓周進給量轉(zhuǎn)換由液壓摩擦離合器 YL2 cf 自動控制 圓周進給量縮小 倍 2 2 3 本課題設計的插齒機的展成運動鏈 插齒機展成運動鏈的間接動力源是插齒刀 末端件是齒坯 兩端件的傳動 聯(lián)系為 插齒刀 齒坯r1z0 本課題設計的插齒機展成運動鏈的傳動路線為 126075623025410 BzBDCBA 齒 坯 插 齒 刀 本課題設計的插齒機展成運動鏈變速機構的傳動比 為 izzziDCBA 00 167526304251 2 4 本課題設計的插齒機的快速展成運動鏈 本課題設計的插齒機的快速展成運動鏈的動力源為 M3 電動機型號為 Y90S 4 額定功率 額定轉(zhuǎn)速 快速展成運動時 YL2 YL4 離kW1 min 140r 合器處于分離狀態(tài) 本課題設計的插齒機的快速展成運動鏈的傳動路線為 齒 坯 電 動 機 16075in 140 rk 齒坯轉(zhuǎn)速為 min 983 in 7512 rrnqB 插齒刀轉(zhuǎn)速為 i 983 10rzqB 2 5 本課題所設計的插齒機的徑向進給運動鏈 插齒機的徑向進給傳動鏈是外聯(lián)系傳動鏈 傳動鏈的動力源為 M2 電動機 型號 Y802 4 額定功率 額定轉(zhuǎn)速 運動經(jīng)兩級蝸桿蝸輪副kW75 0min 1390r 減速后驅(qū)動徑向進給凸輪慢速旋轉(zhuǎn) 徑向進給凸輪推動絲杠帶動固定于工作臺 下方的螺母 使工作臺沿水平方向移動 徑向進給凸輪由阿基米德螺線組成 每隔 升程 徑向進給凸輪每轉(zhuǎn)的總升程為 本課題設計的插齒 30m5 2 30 機加工齒輪模數(shù)為 全齒高為 則徑向進給齒輪凸輪最多旋轉(zhuǎn) 8m18 r6 0 就加工一個齒輪 傳動路線為 徑 向 進 給 凸 輪 電 動 機 6011760324in 13905 7 HGzrkW 徑向進給速度 為rf min 72 min 306176013249 zzf HGHEr 根據(jù)機械工程手冊推薦的插削用量 機械工程手冊 第二版機械制造工 藝及設備 二 P2 308 徑向進給量為 dstmffcr 3 0 1 本課題設計的插齒機的徑向進給量為 2 徑向進給也可采用步進式 每次進給終止 齒坯轉(zhuǎn)一圈后 再進行第二次 徑向進給 本課題設計的插齒機有徑向進給余量分配盤 在徑向進給余量分配 盤上固定行程擋鐵 在起始位置設置原位 一次進給 二次進給等行程開關 在起始位置 原位行程開關動作 由于徑向進給余量分配盤與徑向進給凸輪同 步轉(zhuǎn)動 每轉(zhuǎn) 徑向進給 當一次進給行程擋鐵壓下一次進給行程開 30m5 2 關時 電動機 M2斷電 徑向進給停止 齒坯轉(zhuǎn)一圈后 電動機 M2再次通電 第二次進給開始 最后進給終了且齒坯轉(zhuǎn)一圈后 電動機 M2通電 雙向摩擦離 合器 YL3換向接通齒數(shù)為 21 42 齒的齒輪副 徑向進給凸輪快速反轉(zhuǎn) 其轉(zhuǎn)速 為 smmfr 86 3in 7 231in 3042163190 當原位行程擋鐵壓下原位行程開關時 電動機 M2斷電 雙向摩擦離合器 YL3分 離 然后工作臺快速退回 本課題設計的插齒機能任意預選和分配切入深度以及實現(xiàn) 1 9次自動進給 工作循環(huán) 工作循環(huán)由可編程控制器控制 2 6 本課題設計的插齒機工作臺的快速移動鏈和手動徑向進給鏈 為節(jié)省輔助時間 減輕勞動強度 提高加工效率 插齒機應有工作臺快速 移動功能 為使徑向進給量精確 插齒前工作臺應能微量調(diào)整 本課題設計的插齒機插齒機工作臺快速移動由缸體固定在工作臺下方的液 壓油缸 M4驅(qū)動 活塞桿前端為螺紋孔 而徑向進給凸輪推桿的端部為外螺紋 二者構成螺紋副 液壓油缸上設有導向裝置 使活塞桿只能軸向移動而不能轉(zhuǎn) 動 液壓油缸的有桿腔進油時 由于凸輪推桿始終與凸輪接觸 活塞桿與凸輪 推桿的長度不變 液壓油缸缸體帶動工作臺快速靠近齒坯 工作臺前下方的的 支架與活塞桿前端相對滑移 液壓油缸的無桿腔進油時 工作臺快速退回 本 課題設計的插齒機工作臺的最大移動行程為 m250 本課題設計的插齒機的工作臺一側(cè)設置有手柄軸 轉(zhuǎn)動手柄軸時 運動經(jīng) 錐齒輪副至圓柱齒輪副 從動齒輪軸向固定于工作臺的支架中 可繞支架孔軸 線轉(zhuǎn)動 傳遞到凸輪推桿的螺桿上 螺桿上設置有導向鍵槽 齒輪中心孔直徑 與凸輪推桿的螺紋大徑相等 且設置有傳動鍵 這樣齒輪可驅(qū)動凸輪推桿轉(zhuǎn)動 齒輪可相對于凸輪推桿移動 當轉(zhuǎn)動手柄軸時 圓柱齒輪驅(qū)動凸輪推桿轉(zhuǎn)動 凸輪推桿端部的螺紋副的配合長度改變 進而改變活塞桿與凸輪推桿的總長度 在液壓油進出油口封閉 液壓油缸換向閥滑閥機能為 M型 油泵卸載 兩油腔 封閉 時 工作臺微量移動 即活塞桿端部內(nèi)螺紋帶動工作臺微量移動 此時 工作臺也帶動圓柱齒輪副在凸輪推桿上微量移動 手柄旋轉(zhuǎn)一圈 工作臺的移 動距離為 5 04135msfrs 式中 凸輪推桿螺紋導程 s 為便于工作臺靠近齒坯 插齒主運動鏈中也設有手動機構 在此不再贅述 2 7 讓刀運動 曲柄軸的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)齒形帶傳遞到讓刀凸輪軸 使讓刀凸輪軸與曲柄軸同 步旋轉(zhuǎn) 在插齒刀位于向上的沖程時 讓刀凸輪推壓滾輪推動讓刀軸壓縮彈簧 上下移動 經(jīng)連桿使插齒刀軸擺動 實現(xiàn)讓刀運動 如本課題設計的插齒機刀架結構簡圖所示 插齒機中最復雜的部件是插齒 機刀架 插齒刀的往復沖程運動 展成運動以及讓刀運動是靠它實現(xiàn)的 曲柄 盤傳動軸帶動曲柄盤轉(zhuǎn)動 曲柄經(jīng)球頭拉桿機構帶動插齒刀軸沿蝸輪中的滑動 導軌往復沖程運動 調(diào)節(jié)曲柄至曲柄盤軸心線的距離 可改變往復沖程的大小 調(diào)節(jié)球頭上端螺桿 可調(diào)節(jié)往復沖程的位置 精度較高的蝸桿蝸輪副帶動插齒 刀軸轉(zhuǎn)動 實現(xiàn)展成運動 曲柄盤傳動軸驅(qū)動插齒刀往復沖程的同時 將旋轉(zhuǎn) 運動經(jīng)同步齒形帶傳遞到讓刀凸輪上 讓刀凸輪又將運動傳遞到滾輪上 當插 齒刀為工作沖程時 讓刀凸輪旋轉(zhuǎn) 讓刀凸輪對應的半圓上為凸輪升程 180 讓刀凸輪推壓滾輪使讓刀軸下移 讓刀軸經(jīng)連桿推動插齒刀軸靠緊齒坯 插齒 刀為返回沖程時 讓刀凸輪同樣旋轉(zhuǎn) 此時讓刀凸輪對應的半圓上為凸輪 回程 這樣讓刀軸下方的壓縮彈簧推動讓刀軸上移 讓刀軸經(jīng)連桿拉動蝸桿蝸 輪副及插齒刀軸離開齒坯 實現(xiàn)讓刀 當插削內(nèi)齒輪時 讓刀運動方向與銑削 外圓柱齒輪相反 應將曲柄滑塊向曲柄盤的反方向調(diào)節(jié) 使插齒刀為工作沖程 時 讓刀軸上移 2 8 本課題設計的插齒機工作臺 工作臺是展成運動的末端件 也是徑向進給運動及快速運動的末端件 在 插削過程中 承受斷續(xù)的沖擊負荷 如本課題設計的插齒機工作臺結構示意圖 所示 工作臺的軸向支承為環(huán)形滑動導軌 徑向承載軸承為錐度為 的滑動10 軸承 內(nèi)錐孔滑動軸承與工作臺轉(zhuǎn)軸的徑向間隙靠修磨環(huán)形道軌面調(diào)節(jié) 蝸桿 蝸輪副實現(xiàn)工作臺的展成運動 最后確定 插齒機模型實驗平臺設計方案如圖 2 9 所 示 圖 2 9 插齒機模型實驗平臺設計方案簡圖 圖 2 10 插齒機傳動線路圖 第三章 插齒機模型主要傳動元件的選擇與計算 3 1 電機的選擇與校核 電機的選擇原則 1 考慮電動機的主要性能 啟動 過載及調(diào)速等 額定功率的大小 額 定轉(zhuǎn)速及結構形式等方面要滿足生產(chǎn)機械的要求 2 結構簡單 運行可靠 維護方便又價格合理 3 插齒機所需要的工作場合的環(huán)境中 考慮必要的保護方式 選擇電動機 的結構形式 4 電動機的電壓等級和類型 根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標準和對功率因數(shù)的要 求而定 5 電動機的額定轉(zhuǎn)速 我們根據(jù)機械的最高轉(zhuǎn)速 電力傳動調(diào)速系統(tǒng)過渡 過程性能的要求以及減速機構的復雜程度而確定 不僅僅如此 我們還要考慮到能源的節(jié)約 考慮運行可靠性 考慮設備供 貨情況 考慮備品備件的通用性 考慮裝修的難易程度 產(chǎn)品的價格 建造的 費用 運行和維修費用 前后期電動機功率變化關系等各種因素 根據(jù)機械設備的負載性質(zhì)選擇電動機類型 一般調(diào)速要求不高的生產(chǎn)機械 應優(yōu)先選用交流電動機 負載平穩(wěn) 長期穩(wěn)定工作的設備 應采用一般籠型三 相異步電動機 額定電壓的選擇 電動機額定電壓一般選擇與供電電壓一致 普通工廠的 供電電壓為 380V或 220V 因此中小型交流電動機的額定電壓大部都是 380V或 220V 本課題插齒機選擇 380v的供電電壓 電動機容量的選擇 電動機所需要的工作功率 Pd kWwap PW kW10Fv 因此 Pd kW10aFv 由電動機至輸送鏈的傳動總效率為 a 1 23 3式中 1 2 3分別為帶傳動 閉式圓柱齒輪傳動 聯(lián)軸器的傳動效率 式中 1 0 98 2 0 975 3 0 96則 a 0 98 0 9753 0 96 0 87 所以 pd Fv 1000 0 87 3 81Kw0aFv 確定電動機轉(zhuǎn)速 本課題設計的插齒機所規(guī)定的插齒刀沖程為 80 520次每分鐘 主 運 動 鏈 傳 動 路 線 為 電動機 100 300 曲 柄 盤 47 359 1 2831 490 從而確定電動機轉(zhuǎn)速為 1440r min 本課題設計的插齒機為連續(xù)工作制 根據(jù) 相關手冊查出符合要求的電動機型號為 Y112M 4 額定功率為 4kw 額定轉(zhuǎn)速為 1440r min 3 2 同步帶的傳動設計 在兩個或多個帶輪之間用帶進行傳動 而帶作為撓性拉拽工件作用 這就 是帶傳動 工作時帶與零件之間靠摩擦或嚙合來傳遞轉(zhuǎn)速或動力 工作面有齒 的是同步帶 戴倫的輪緣表面也制有相應的齒槽 同步帶傳動和齒輪傳動一樣 具有一樣的傳動比 同步帶承載層是鋼絲繩或玻璃纖維繩 基底是氯丁橡膠或 聚氨酯 由于又薄又輕 故這種帶可用于較高速度 轉(zhuǎn)速和傳動比可達到 50 多 m s 和 10 而且效率很高 可達 98 同步帶用的越來越多了 他也是有缺點 的 他的缺點是安裝很難 中心距要求較嚴格 以下是同步帶的設計過程 計算項目 設計公式 計算功率 Pc Pc Ka P 1 5 4KW 6 KW 選擇帶型和節(jié)距 查手冊得 選擇重型帶 H型 節(jié)距 p為 12 700mm 小帶輪齒數(shù) Z1 Z1 Zmin 18 取值為 52 大帶輪齒數(shù) Z2 Z2 i Z1 3 20 80 取值為 156 帶輪節(jié)圓直徑 D1 Z1 Pc 3 14 52 6 3 14 100mm D2 Z2 Pc 3 14 156 6 3 14 300mm 帶速 V V 3 14 D1 n1 60 1000 所以 V Vmax 40m s 初定中心距 0 7 D1 D2 a 2 D1 D2 即 280 a 800 暫選 a為 500mm 帶長及齒數(shù) L 3 1 4 D1 D2 2 D1 D2 2 2a cos 2 D2 D1 a 0 4 因此 L 1648mm 標準節(jié)線長度 Lp 4445mm 齒數(shù)為 200 實際中心距 a 由公式得 a 551 5mm 小齒輪嚙合齒數(shù) Zm Zm Z1 2 P Z1 Z2 Z1 20a 18 75 圓整后為 18 基本額定功率 Po Po Fa qv 2 v 1000 4 45KW 帶寬 b 由公式得 b 73mm 軸上載荷 Fq Fq 1000Pc v 800N 3 3 齒輪傳動 齒輪傳動的應用范圍很廣 傳動功率很高 和其他機械傳動比較 齒輪傳 動的主要優(yōu)點是 瞬時的傳動比為常數(shù) 使用壽命長且十分可靠 傳動效率高 結構緊湊 功率和速度適用范圍很廣等 缺點是 制造齒輪的設備 成本較高 不高精度的噪聲震動較高 軸之間距離大的傳動不適合 由于本課題設計的插齒機的運動是由兩個直線方向上的運動和轉(zhuǎn)動構成 而且齒輪傳動精度較高 配合準確 傳遞動力不大 故采用齒輪 齒條想嚙合 的方式傳動 同時齒輪齒條傳動平穩(wěn) 瞬時傳動比不變 沖擊震動和噪音都較 小 承載能力較高 在尺寸小 重量輕的前提下 輪齒的強度高 耐磨性好 齒輪傳動的時間很長后 會導致齒輪齒面的損傷甚至齒的折斷 齒面損傷 也有很多種 齒面接觸疲勞磨損即點蝕 齒面膠合 齒面磨粒磨損和塑性流動 等 封閉起來傳動的齒輪 時間長了會有接觸疲勞磨損 疲勞折斷和膠合 對 齒輪要進行接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度的計算 暴露在外面?zhèn)鲃拥凝X輪 時 間長了會失效 形式是彎曲疲勞折斷和磨粒磨損 進行彎曲疲勞強度的計算 考慮磨粒磨損的影響要適當加大模數(shù) 普通灰鑄鐵的鑄造性能和切削性能好 價廉 抗點蝕和抗膠合能力強 但 彎曲強度低 沖擊韌性差 常用于低速 無沖擊和大尺寸的場合 鑄鐵中的石 墨有自潤滑作用 尤其適用于開始傳動 鑄鐵性脆 為避免載荷集中引起齒端 折斷 齒寬宜較窄 常用牌號為 HT200 HT350 此處的齒輪齒條以及減速器中 的齒輪采用 45鋼 經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理 以下是曲柄軸上外嚙合齒輪的校核 計算項目 計算內(nèi)容 計算結果 3 3 1 齒面接觸疲勞強度計算 1 初步計算 轉(zhuǎn)矩 T1 T1 9 55 1000000 P n1 T1 73462N mm 9 55 1000000 4 520 齒寬系數(shù) d 由手冊可取 d 1 0 d 1 0 接觸疲勞 由手冊可得 hlim1 710MPa 極限 hlim hlim2 580MPa 初步計算的許用 h1 0 9 hlim1 h1 639MPa 接觸應力 h 0 9 710 h2 0 9 hlim2 h2 522MPa Ad值 由手冊可得 Ad 85 初步計算的 由公示可得 小齒輪直徑 d1 d1 60mm 取 d1 86mm 初步齒寬 b b d d1 1 80 b 86mm 2 校核計算 圓周速度 v v 3 14 d1 n1 60000 v 2 34m s 精度等級 由手冊可得 選 8級精度 齒數(shù) z和模數(shù) m 初選齒數(shù) z1 43 z2 47 m d1 z1 86 43 取 m為 2 則 z1 d1 m 86 2 取 z1 43 z2 43 z2 43 使用系數(shù) Ka 由手冊可得 Ka 1 5 動載系數(shù) Kv 由手冊可得 Kv 1 2 齒間載荷分配系數(shù) Kha 先求 Ft 2T1 d1 2 73462 86 1708 4N Ka Ft b 1 5 1708 4 86 29 8N mm1 5 s 結論 根據(jù)校核 截面 足夠安全 其他截面尚需作進一步的分析與校核 此外 安全系數(shù)較大時 對軸作全面分析后應考慮有無可能減小直徑 對 于重要的軸 所有可能出現(xiàn)危險的截面都應校核 軸上有過盈配合零件的 還應考慮過盈配合對應力集中的影響 不能忽略 3 5 滾動軸承 滾動軸承的內(nèi) 外圈和滾動體用強度高 耐磨性好的鉻錳高碳鋼制造 淬 火后硬度應不低于 61HRC 65HRC 工作表面要求磨削拋光 保持架選用較軟材 料制造 常用低碳鋼板沖壓后鉚接或焊接而成 實體保持架則選用銅合金 鋁 合金 酚醛層壓布板或工程塑料等材料 優(yōu)點 1 在一般工作條件下 摩擦阻力矩大體和液體動力潤滑軸承相當 比混合潤滑軸承要小很多倍 效率比液體動力潤滑軸承略低 但較混合潤滑軸 承要高一些 采用滾動軸承的機器起動力矩小 有利于在負載下起動 2 徑向 游 隙比較小 向心角接觸軸承可用預緊方法消除游隙 運轉(zhuǎn)精度高 3 對于同尺 寸的軸頸 滾動軸承的寬度比滑動軸承小 可使機器的軸向結構緊湊 4 大多 數(shù)滾動軸承能同時受徑向和軸向載荷 故軸承組合結構較簡單 5 消耗潤滑劑 少 便于密封 易于維護 6 不需要用有色金屬 7 標準化程度高 成批生 產(chǎn) 成本較低 缺點 1 承受沖擊載荷能力較差 2 高速重載荷下軸承壽命較低 3 震 動及噪聲較大 4 徑向尺寸比滑動軸承大 5 不能制成剖分式 插齒機中 起承重作用的軸承只有兩個 而且其承受力的方向只存在于徑 向 且軸承運轉(zhuǎn)速度不高 沖擊較小 故采用深溝球軸承 其綜合性能較好 應用廣泛 比較經(jīng)濟 而剩余的軸承中有的起導向作用 其主要承受徑向力 而且受力較小 故對軸承要求較低 深溝球軸承能完全滿足要求 故選用 而 另一些軸承基本上都是徑向受力 軸向不受力 故要求都較低 所以都選用深 溝球軸承 深溝球軸承主要承受徑向力 也可以承受一定的雙向軸向載荷 摩 擦系數(shù)小 極限轉(zhuǎn)速高 價廉 可以減少成本 這些軸承一般采用軸間和軸用彈性擋圈固定 有的也采用端蓋固定 負責 承重的輪子里面的軸承就是采用軸間和軸用彈性擋圈固定 而輪子的設計也很 巧妙 其邊緣就像火車車輪一樣卡在導軌上 使其不能左右移動 只能沿著導 軌方向轉(zhuǎn)動 保證工作臺不能左右躥動 而左導軌上方的軸承可以自由移動 可以保證熱脹冷縮時產(chǎn)生的橫向移動使機床不受損壞 另外軸向彈性擋圈裝卸 方便 占位小 制造簡單 用于較小軸向載荷 低轉(zhuǎn)速處 潤滑 為了降低摩擦阻力和減輕磨損滾動軸承需要潤滑 通過潤滑液也能 夠吸震 冷卻 防銹和密封等作用 由于插齒機中軸承轉(zhuǎn)速均較低 故應采用 脂潤滑 且脂潤滑能承受較大載荷 結構簡單 易于密封 潤滑脂的裝填量一 般不超過軸承空間的 1 3 1 2 裝脂過多 易于引起摩擦發(fā)熱 影響軸承的正 常工作 密封 由于潤滑劑容易從軸承中流失 故采用密封 同時也阻擋了外界灰 塵 水分等侵入軸承 如果沒有密封軸承 軸承的壽命會降低很多 軸承的速 度是很低的 為了保證減少軸的磨損及密封的壽命 通常采用接觸式密封 軸 與軸承接觸部分的硬度應在 45HRC以上 軸的表面粗糙度也不能小于 Ra1 50 m Ra0 7 m 采用氈圈密封 結構 簡單 這些軸承受力小 故可以不校核 3 6 鍵連接 鍵主要用于軸和帶轂零件 如齒輪 渦輪 等 實現(xiàn)周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩 的軸轂聯(lián)接 鍵是標準件 可以分為兩大類 平鍵和半圓鍵 構成松聯(lián)接 斜 鍵 構成緊聯(lián)接 普通平鍵用于靜聯(lián)接 按結構分為圓頭的 方頭的和一端圓 頭一端方頭的 圓頭鍵牢固地臥于指狀銑刀銑出的鍵槽中 一端圓頭一端方頭 的鍵用于軸伸處 在火焰切割機中 減速器的軸上采用的是由普通平鍵構成的 松聯(lián)接 工作時 靠鍵與鍵槽的互壓傳遞轉(zhuǎn)矩 鍵與其相對滑動的鍵槽之間的配合為間隙配合 鍵與鍵槽的滑動面應有較 低的粗糙度值 以減少移動時的摩擦阻力 通常被聯(lián)接件的材料 構造和尺寸已初步?jīng)Q定了 才會設計鍵槽連接 而 且聯(lián)接的載荷也已求得 所以我們可根據(jù)聯(lián)接的結構特點 使用要求和工作條 件來選擇鍵的類型 根鍵的截面尺寸據(jù)軸頸從標準中選出 鍵的長度根據(jù)輪轂 長度選出 然后根據(jù)校核計算公式作強度驗算 對于平鍵聯(lián)接 如果忽略摩擦 則當聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩時 鍵軸一體的受力不 對稱 可能的失效有 較弱零件 通常為轂 的工作面被壓潰 靜聯(lián)接 或磨 損 動聯(lián)接 特別是在載荷作用下移動時 和鍵的剪斷等 對于實際采用的材 料組合和標準尺寸來說 壓潰和磨損常是主要失效形式 因此 通常只作聯(lián)接 的擠壓強度或耐磨性計算 但在重要的場合 也要驗算鍵的強度 但在此機器 中 鍵的受力很小 可以不進行驗算 3 7 銷聯(lián)接 銷聯(lián)接通常只傳遞不大的載荷 或者作為安全裝置 銷的另一重要用途是 固定零件的相互位置 它是組合加工和裝配時的重要輔助零件 銷的材料一般 用強 度極限不低于 500MPa 600MPa 的碳素結構鋼和易切鋼等 用作聯(lián)接的銷在工作時通常受到擠壓和剪切 有的還受彎曲 設計時 可 先根據(jù)聯(lián)接的構造和工作要求來選擇銷的類型 材料和尺寸 再作適當?shù)膹姸?計算 定位銷通常不受或只受很小的載荷 其尺寸由經(jīng)驗決定 3 8 螺紋聯(lián)接 螺紋緊固件是有標準的 有雙螺栓 雙頭螺柱 螺釘和緊定螺釘?shù)?擰緊 的螺栓聯(lián)接稱為緊聯(lián)接 不擰緊的聯(lián)接為松聯(lián)接 后者應用較少 連接的螺栓是受力的 有的受拉力有的受剪力 所用螺栓的結構型式和聯(lián) 接的結構細節(jié)也有所不同 前一種制造和裝拆方便 應用廣泛 后一種多用于 板狀件的聯(lián)接 有時兼起定位作用 外螺紋的公差帶為 e f g h 四種 外螺紋的配合選 H g 擰緊聯(lián)接能增強聯(lián)接的剛性 緊密性和防松能力 螺栓受拉力 可以提高 螺栓的疲勞強度 螺栓受剪力 有利于增大聯(lián)接中的摩擦力 控制擰緊力矩由 許多方法 例如 使用測力矩扳手 裝配時測量螺栓的伸長 使用定力矩扳手 規(guī)定開始擰緊后的扳動角度或圈數(shù) 比較大型的螺栓聯(lián)結可采用液壓裝置實現(xiàn) 或加熱使螺栓伸長到需要的變形量再把螺母擰到與倍聯(lián)接件相貼合 在插齒機中螺栓聯(lián)接主要用于固定連接件 螺栓主要承受拉力 很少成少 剪力 故需要擰緊 但考慮到螺栓的強度問題 過度擰緊也是不適當?shù)?螺栓聯(lián)接的防松 在靜載荷下 螺栓聯(lián)接能滿足的自鎖條件為 v 螺 母 螺栓頭承受壓力 產(chǎn)生摩擦力能夠防松 但有的時候會有沖擊 震動等變 載荷 時間長了再加上溫度變化 螺栓就會松動 甚至松開 可能會造成事故 所以螺栓的防松問題在設計螺紋聯(lián)接時必須要考慮 但是怎么樣才能使螺紋對 轉(zhuǎn)動呢 可以利用摩擦 直接鎖住和破壞螺紋副來做到 利用摩擦防松簡單方 便 而直接鎖住則較可靠 兩者還可以聯(lián)合使用 例如用金屬絲繞在螺栓上以 擋住對頂螺母 至于破壞螺紋副關系的方法 多用于很少拆開或不拆的聯(lián)接 橫向壓緊的鎖緊螺母沒有預緊力也能鎖住 它可在任意旋合位置箍緊 即使工 作時回松少許 也不致很快繼續(xù)松開 利用強力擰緊聯(lián)接以防松 效果也好 提高螺栓聯(lián)接強度的措施 影響螺栓強度的因素有很多 有材料 結構 尺寸參數(shù) 制造和裝配工藝等 就其影響而言 涉及螺紋牙受力分配 附加應 力 應力集中 應力幅 材料 機械性能 制造工藝等方面 受拉螺栓的損壞 多屬于疲勞性質(zhì) 應從以下幾個方面分析各種因素對螺栓疲勞強度的影響和提 高疲勞強度的措施 均勻螺紋牙受力分配 懸置螺母 內(nèi)斜螺母 環(huán)槽螺母 減小附加應力 減輕應力集中 降低應力幅 選擇恰當?shù)念A緊力并保持不減退 改善制造工藝 等 3 9 圓錐齒輪的設計 3 9 1 錐齒輪設計輸入?yún)?shù) 1 傳遞功率 P 0 37 kW 2 傳遞轉(zhuǎn)矩 T 19 20 N m 3 齒輪 1轉(zhuǎn)速 n1 184 00 r min 4 齒輪 2轉(zhuǎn)速 n2 184 00 r min 5 傳動比 i 1 00 6 齒數(shù)比 U 1 00 7 預定壽命 H 10000 小時 8 原動機載荷特性 均勻平穩(wěn) 9 工作機載荷特性 輕微振動 3 9 2 材料及熱處理 1 齒面類型 硬齒面 2 熱處理質(zhì)量要求級別 MQ 3 齒輪 1 的材料及熱處理 材料名稱 20CrMnTi 熱處理 滲碳 硬度范圍 56 62 HRC 硬度取值 60 HRC 接觸強度極限應力 b H1 1250 MPa 接觸強度安全系數(shù) S H1 1 10 彎曲強度極限應力 b F1 411 MPa 彎曲強度安全系數(shù) S F1 1 40 4 齒輪 2的材料及熱處理 材料名稱 20CrMnTi 熱處理 滲碳 硬度范圍 56 62 HRC 硬度取值 59 HBS 接觸強度安全系數(shù) S H2 1 10 彎曲強度極限應力 b F2 409 MPa 彎曲強度安全系數(shù) S F2 1 40 彎曲強度許用應力 F2 571 MPa 3 9 3 齒輪基本參數(shù) 項目名稱 符號 單位 齒輪 1 齒輪 2 大端模數(shù) m mm 2 00 2 00 齒 數(shù) z 27 27 大端分度圓直徑 1dmm 54 54 分 錐 度 45 0000 45 0000 切向變位系數(shù) tx0 00 0 00 法向變位系數(shù) x 0 00 0 00 外 錐 距 Re mm 38 18 38 18 齒寬系數(shù) R 0 30 0 30 齒 寬 B mm 11 46 11 46 軸線夾角 90 0000 90 0000 頂 隙 不等頂隙 平均分度圓直徑 mdmm 45 90 45 90 中 錐 距 Rmm 32 46 32 46 平均模數(shù) mMmm 1 70 1 70 齒 頂 高 aHmm 2 00 2 00 齒 根 高 fmm 2 40 2 40 齒 頂 角 a 2 9983 2 9983 齒 根 角 f 3 5965 3 5965 頂 錐 角 a 47 9983 47 9983 齒根頂角 f 41 4035 41 4035 齒頂圓直徑 admm 56 83 56 83 冠 頂 距 KAmm 25 59 25 59 大端分度圓齒厚 s mm 3 14 3 14 大端分度圓法向弦齒厚 nmm 3 14 3 14 大端分度圓法向弦齒高 hmm 1 99 1 99 當量齒數(shù) vZ38 18 38 18 導圓半徑 rmm 0 00 0 00 端面重合度 v 1 70 1 70 軸向重合度 0 00 0 00 法向重合度 nv 1 70 1 70 中點分度圓的切向力 tFN 836 68 836 68 徑 向 力 rN 215 33 215 33 軸 向 力 xN 215 33 215 33 齒輪速度 mVm s 0 44 0 44 3 9 4 接觸強度 彎曲強度校核結果和參數(shù) 校核結果 1 接觸疲勞強度 H minliHXWLVRNSZZ E udbKkFmHvat 185 0 21 齒輪接觸強度許用應力 1163 51 MPa H 2 接觸強度計算應力 1140 57 MPa21 1163 51 MPa 滿足 2 彎曲疲勞強度 min FRrelTrelNFESYxY F YKmbFSFVant 85 0 齒輪彎曲強度許用應力 573 12 MPa 1 2 齒輪彎曲強度計算應力 375 96 MPaF 573 12 MPa 滿足 參數(shù) 1 圓 周 力 Ft 836 68 N 2 齒輪線速度 Vm 0 44 m s 3 使用系數(shù) Ka 1 25 4 動載系數(shù) Kv 1 01 5 齒向載荷分布系數(shù) Khb 2 25 6 齒間載荷分布系數(shù) Kha 1 00 7 是否修形齒輪 否 8 節(jié)點區(qū)域系數(shù) Zh 2 50 9 材料的彈性系數(shù) ZE 189 80 10 接觸強度重合度系數(shù) Ze 0 87 11 接觸強度螺旋角系數(shù) Zb 1 00 12 重合 螺旋角系數(shù) Zeb 0 87 13 錐齒輪系數(shù) Zk 1 00 14 接觸疲勞壽命系數(shù) Zn 1 00 15 是否允許有一定量的點蝕 否 16 潤滑油膜影響系數(shù) Zlvr 0 97 17 潤滑油粘度 50 度 120 00 18 工作硬化系數(shù) Zw 1 00 19 接觸強度尺寸系數(shù) Zx 1 06 20 齒向載荷分布系數(shù) Kfb 2 25 21 齒間載荷分布系數(shù) Kfa 1 00 22 抗彎強度重合度系數(shù) Ye 0 69 23 抗彎強度螺旋角系數(shù) Yb 1 00 24 抗彎強度重合 螺旋角系數(shù) Yeb 0 69 25 復合齒形系數(shù) Yfs 4 45 4 45 26 壽命系數(shù) Yn 1 00 1 00 27 齒根圓角敏感系數(shù) Ydr 0 95 0 95 28 齒根表面狀況系數(shù) Yrr 1 00 1 00 29 尺寸系數(shù) Yx 1 03 1 03 30 載荷類型 靜載荷 31 齒根表面粗糙度 Rz 16 m 32 基本齒條類別 hf Mnm 1 25 pf Mnm 0 20 3 10 傳動比 i 25 5 蝸輪蝸桿的設計 3 10 1 普通蝸桿設計輸入?yún)?shù) 1 傳遞功率 P 0 37 kW 2 蝸桿轉(zhuǎn)矩 T1 2 42 N m 3 蝸輪轉(zhuǎn)矩 T2 42 52 N m 4 蝸桿轉(zhuǎn)速 n1 51 00 r min 5 蝸輪轉(zhuǎn)速 n2 2 00 r min 6 理論傳動比 i 25 50 7 實際傳動比 i 25 50 8 傳動比誤差 0 00 9 預定壽命 H 4800 小時 10 原動機類別 電動機 11 工作機載荷特性 平 穩(wěn) 12 潤滑方式 噴油 13 蝸桿類型 阿基米德蝸桿 14 受載側(cè)面 一側(cè) 3 10 2 材料及熱處理 1 蝸桿材料牌號 45 表面淬火 2 蝸桿熱處理 表面