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购买设计文档后加 费领取图纸 毕业 设计说明书 题 目： 滚齿机的刀架 设计 专 业： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 购买设计文档后加 费领取图纸 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目： 滚齿机的刀架设计 学号： 姓名： 专业： 指导教师： 系主任： 一、主要内容及基本要求 研究内容：以 8大加工模数为基本参数，对滚齿机刀架进行设计，拟定总体 方案，进行结构设计，对主要的零件进行设计计算和强度校核。使设计的刀架可用于齿 轮加工，最后用 件生成图纸。具体内容如下： 阅相关资料，翻译相关外文资料，写出开题报告。 写设计说明书。 基本要求： 1技术指标要求符合设计要求 。 2绘制测试台总装配图和主要零件图。要求图纸不少于 3翻译一篇不少于 3000 字的外文文献。 4撰写毕业设计说明书，要求不少于 1 万字。 二、重点研究的问题 滚齿机 刀架的系统设计。 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 完成时间 1 查阅文献，收集资料 第 1 周 2 确定总体方案 第 23 周 3 开题报告 第 4 周 4 主要零部件的设计与计算 第 58 周 5 中期检查 第 9 周 6 完成所有零部件的设计 第 1012 周 7 撰写毕业设计说明书 第 1314 周 8 准备答辩 第 15 周 四、应收集的资料及主要参考文献 1 吴宗泽 . 机械设计课程设计手册 等教育出版社， 2006. 2 晏初宏 . 金属切削机床 械工业出版社， 2007. 3 李洪 . 实用机床设计手册 M. 北京：辽宁科学技术出版社， 1999. 4 濮良贵 . 机械设计 等教育出版社， 2005. 5 吴良 . 机床设计图册 海科学技术出版社， 1979. 6 张德全 天津：天津大学出版社， 2003. 7 赵汝嘉 . 机械设计手册 (软件版 ). 北京 : 机械工业出版社 . 2003. 8 成大先 . 机械设计手册 M. 北京 : 化学工业出版社 , 2004. 9 王健石 . 机械加工常用刀具数据速查手册 M. 北京 : 机械工业出版社 , 2005. 10 蔡学熙 . 现代机械设计方法实用手册 M. 北京 : 化学工业出版社 , 2004. 11 手册编委会 . 机械加工工艺装备设计手册 M. 北京 : 机械工业出版社 , 1998. 12 朱孝录 . 机械传动装置选用手册 M. 北京 : 机械工业出版社 , 1999. 13 胡家秀 . 机械零件设计实 用手册 M 机械工业出版社 , 1999. 购买设计文档后加 费领取图纸 毕业论文（设计）评阅表 学号 姓名 专业 毕业论文（设计）题目： 滚齿机的刀架 设计 评价项目 评 价 内 容 选题 现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的； 量是否适当； 研、社会等实际相结合。 能力 合归纳资料的能力； 究方法和手段的运用能力； 论文 （设计）质量 述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语 是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 无观点提炼，综合概括能力如何； 无创新之处。 综 合 评 价 作者的毕业设计为 滚齿机的刀架 设计，论文选题符合培养目标要求，能体现学科专业特点，达到了综合训练的目的。该生具有较强的文献查阅、资料综合归纳整理的能力，能在设计工作中较熟练运用所学知识，毕业设计技术方案可行，工作量适当，设计思路较清晰，研究内容具有一定的实际应用价值，论文质量较好，同意参加答辩 评 阅人： 年 月 日 购买设计文档后加 费领取图纸 毕业论文（设计）鉴定意见 学号： 姓名： 专业： 毕业论文（设计说明书） 页 图 表 张 论文（设计）题目： 滚齿机的刀架 设计 内容提要： 研究内容：以 8大加工模数为基本参数，对滚齿机刀架进行设计，拟定总体 方案，进行结构设计，对主要的零件进行设计计算和强度校核。使设计的刀架可用于齿 轮加工，最后用 件生成图纸。 具体内容如下： 阅相关资料，翻译相关外文资料，写出开题报告 。 写设计计算说明书。 主要特色：该滚齿机主要用于单件、小批和成批圆柱齿轮的加工，设计出的刀架系 统结构简单紧凑， 主传动箱中的零件绝大多数采用标准件，使制造成本大大降低。能够， 满足强度、刚度、寿命、工艺性与经济性等方面的要求，满足加工要求，保证加工精度 并使机床运行平稳，工作可靠，结构合理，装卸方便，便于维修与调整。 指导教师评语 曾建主 同学在毕业设计期间态度比较认真，其毕业设计的内容为 滚齿机的刀架 设计，在认真阅读国内外相关参考文献基础上，基本了解相关领域的研究现状。在毕业设计期间，对 滚齿机的 的 刀架 部分进行了结构设计及相关的设计计算。通过毕业设计 曾建主 同学对机械设计的相 关技巧、以及机械设制造相关领域的基础知识的掌握有了较大的进步，初步掌握了相关制图软件在机械设计中的应用。论文达到毕业设计要求，同意参加答辩，推荐毕业设计成绩为“ ”。 指导教师： 年 月 日 答辩简要情况及评语 根据答辩情况 ,答辩小组同意其成绩评定为 。 答辩小组组长： 年 月 日 答辩委员会意见 经答辩委员会讨论 ,同意该毕业设计成绩评定为 。 答辩 委员会主任： 年 月 日 目录 摘 要 第一章 绪论 第二章 滚齿机总体设计 齿机的结构设计 齿机的传动方案设计 1 2 第三章 刀架结构设计 3 3 架结构的设计计算 4 齿轮的设计 4 刀心轴的结构设计 7 第四章 滚刀箱及其余部件设计 1 1 刀牙箱设计 2 架立柱设计 2 总 结 3 参考文献 4 致 谢 5 附录一 6 附录二 1 1 滚齿机刀架设计 摘 要 滚齿机是齿轮滚刀加工齿轮的专用机床，在齿轮加工中应用最广泛。在滚齿机上可切削直齿、斜齿圆柱齿轮。这种机床使用特制的滚刀时也能加工涡轮、花键和链轮等各种特殊齿形的工件。 本滚齿机由床身、立柱、刀架及滑板、工作台组成。 滚刀箱固定在刀架滑板上，滚刀心轴插入滚刀主轴并用拉紧螺栓固定在主轴上 。为了保证主轴与前轴承的适当间隙，前轴承是做成外锥并开口。调整轴承上的两个螺母，可以使前轴承做轴向移动，使前轴承孔收缩便可消除主轴和轴承间过大的间隙。 我的课题主要内容是滚齿机刀架系统设计 ：以 8对滚齿机刀架进行设计，拟定总体方案，进行结构设计，对主要的零件进行设计计算和强度校核。使设计的刀架可用于齿轮加工，最后用 关键词 ：滚齿机、刀架、 齿轮 2 he is it is be it is of is on of is on In to on it of to be to of is as as mm of to of of be AD to 3 第一章 绪论 题的依据及课题意义 机械制造业为整个国民经济提供技术装备，其发展水平是国家工业化程度的主要标志之一，是国家重要的支柱产业。滚齿机基于齿轮广泛应用于汽车、拖拉机、机床、工程机械、矿山机械、冶金机械、石油、仪表、飞机航天器等各种机械制造业。它的发展不仅影响整个机械制造业的发展，而且对国民经济各部门的技 术进步有很大的直接影响。 17世纪末，出现能正确传动的轮齿。 18 世纪，欧洲的工业革命进一步推广了齿轮传动的应用。 20 世纪随着汽车和航空工业的发展，渐开线齿轮已在应用中占于优势。齿轮在机械制造中的作用尤为重要，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、承载能力、使用寿命和工作精度等。齿轮的加工技术和加工能力反映一个国家的工业水平。而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。 随着机械制造业的的飞速发展，机械自动化的 技术改造和技术进步步伐的加快，机械加工水平直接影响着国家经济的发展，从而齿轮加工的要求更加严密精确。对产品的要求更加苛刻。为了最大化的提高产品质量和利益获得，要求齿轮加工机床具有高速、精确、自动化等特点。 在现代机电产品中，虽然数控技术和液压电气传动技术占有主导的发展地位。但是由于齿轮传动的传动效率高、传动比准确，在高速重载条件下工作，齿轮传动体积小，所以应用仍然很广泛。随着科学技术的发展和机电产品精度的不断提高，相应要求滚齿机的设计也应符合 高效率、高精度、低能耗 ，适应可持续发展道路，充分解放劳动力的要求。 内外滚齿机的研究发展状况 早在公元前 400 年，中国古代齿轮用手工修锉已成型。 1540 年，意大利的 1835 年，英国的 1858 年， 后几经改进，直至 1897 年德国人 圆满解决了加工斜齿轮的问题。 制成齿轮形插齿刀后，美国费洛斯于 1858 年制成了插齿机。 20世纪初，由于齿轮需求量迅速发展，特别是为了满足汽车工业的生产需 4 要，又先后出现了插齿机、刨 齿机、铣齿机、磨齿机、剃齿机和珩齿机。经过半个世纪的发展，形成了滚、插、剃、珩、磨的齿轮加工基础。 在当前的齿轮制造业中，各家公司的齿轮加工工艺大致相同。汽车齿轮大多数采用滚齿剃齿热处理珩齿工艺，少数企业和部分轿车企业采用滚齿热处理磨齿工艺，而重载齿轮传动业则普遍采用滚齿热处理磨齿工艺。滚齿在汽车齿轮加工方面占据了 70%以上的份额，可见滚齿在齿轮加工领域的作用不可替代。 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。 随着数控技术的发展，出现了 1 3 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。格里森凤凰牌 125三代数控滚齿机于 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 办了司， 100 多年来， 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 司。通过技术的强强联手，第三代数控滚齿机 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 。 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 30H，这也是当今世界上唯一的第四代数控滚齿机。 30H 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， 30H 还应用了快速上下料机构、 5 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。 我国滚齿机及其自动线总体技术水平比发达国家要相对落后 ,国内所需的一些高水平组合机床及自 动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大 ,并使产品生产成本提高。因此 ,市场要求我们不断开发新技术、新工艺 ,研制新产品 ,由过去的“刚性”机床结构 ,向“柔性”化方向发展 ,满足用户需求 ,真正成为刚柔兼备的自动化装备。 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 。 6 第二章 滚齿机总体设计 齿机的工作原理 滚齿 加工是依照交错轴螺旋齿轮啮合原理进行的。用齿轮滚刀加工的过程，就相当于一对螺旋齿轮啮合的过程。 如图 2.1(a)所示。 将其中的一个齿轮的齿数减少到一个或几个，螺旋角增大到很大，呈螺杆状， 就成了蜗杆传动。如图 2.1(b)所示。 再 将蜗杆 开槽并铲背，使其具有切削性能，就成了齿轮滚刀。 如图 2.1(c)所示。 滚齿加工是根据展成法原理来加工齿轮轮齿的 ，成形滚刀旋转运动和工件旋转运动组成的复合运动就是展成运动，再加上滚刀沿工件轴线垂直方向的进给运动，就可切出整个齿长。 图 齿原理图 齿机的结构设计 本次所设计的 滚齿机，它主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮，也可用于手动径向进给加工蜗轮 。 图 示是 滚齿机床的外形图。 机床由床身、立柱、刀架溜板、刀架、后立柱和工作台等组成。刀架溜板带动滚刀刀架可沿立柱导轨作垂直进给运动和快速移动；安装滚刀的滚刀杆装在刀架的主轴上；刀架连同滚刀一起可沿刀具溜板的圆形导轨在 240范围内调整安装角度。工件安装在工作台的工件心轴上或直接安装在工作台上，随同工作台一起作旋转运动。工作台安和后立柱装在同一溜板上，并沿床身的水平导轨作水 平调整移动，以调整工件的径向位置或作手动径向进给运动。后立柱上的支架可通过轴套或顶尖工件心轴的上端，以提高工件心轴的刚度，使滚切工作平稳。 7 图 齿 机床外形 图 齿机的传动方案设计 滚齿机传动系统中共有 6 条传动链，它们分别是主运动链、展成运动链、轴向进给运动链、附加运动链、工作台的水平送进运动链和快速移动刀架的运动链。 其主要四条传动链的表达式如下： 1) 主运动传动链：电动机 (M) 1 2 置换结构 ( 3 4 滚刀，是一 条将电动机与滚刀相联系的外联系传动链。 其中 置换机构用以变换滚刀的转速。 2) 展成运动传动链：滚刀 4 5 置换结构 ( 6 7 工作台，是内联系传动链，实现渐开线齿廓的复合成形运动。其中 置换 机构用于适应工件齿数和滚刀头数的变化，其传动比的要求很精确。 3) 轴向进给运动传动链：工件 7 8 置换结构 ( 9 10 刀架升降丝杠，是一条外 联系 传动链，实现齿宽方向直线形齿形的运动。其中， 置换 机构用于调整轴向进给量的大小和方向，以适应不同加工表面粗糙度的要求 。加工直齿圆柱齿轮时，它需具有以上三条传动链。 图 示为 滚切直齿圆柱齿轮的传动原理 图 。 8 图 切直齿圆柱齿轮的传动原理图 4)附加运动传动链：刀架升降 丝杠 12 13 置换结构 ( 14 15 I 合成 6 7 置换结构（ 8 9 工件 ， 加工斜齿轮时的进给运动是一个螺旋运动，是一个复合运动。实现滚切斜齿轮所需成形运动的传动原理图如图 示。其中，主运动、展成运动以及轴向运动传动链与加工直齿轮时相同，只是在刀架与工作台之间增加了 此附加运动链。 图 切斜齿圆柱齿轮的传动原理图 9 传动方案的评定与选择 对于同一个系统，可以有不一样的传动方案 择传动系统，不仅要考虑方案的可行性，还要考虑加工工件的经济性等等。所以就下面关于各部分系统的传动选择与评定，并且列出最优方案。 表 方案简图 方案说明 方 案 一 定 轴 轮 系 定轴轮系方案：由设计题目的主要技术参数知，滚刀主轴的变速级为6 级，又依据经验，该传动为降速传动。越接近电动机的转动件转速越高，在电动机功率一定的情况下，传动件和传动轴的几何尺寸就越小。 定轴轮系结构简单、传动结构紧凑、传动效率较高，制造和操作都比较方便，价格低廉。在此处若用定轴轮系，会是进给系统的变数技术较小。本系统只 适用于变速级数较小的场合，当变速级数较大时，会使其结构庞大。 方 案 二 周 转 轮 系 周转轮系有多种类型，类型选择主要依据不同类型轮系适用的 传动比范围以及对该轮系效率的估算 传动比较大，在以传递运动为主时，可选择转化轮系为正号机构的行星轮系。 传动比较大，且以传递动力为主时，应该选用转化轮系为负号机构的行星轮系。但因为负号机构传动比不能很大，可以将多个基本型行星轮系串联起来，或与定轴轮系组成混合轮系，以获得较大的传动比和较高的效率。 10 方 案 三 挂 轮 由设计题目的主要技术参数知，滚刀主轴的变速级为 6 级，又依据经验，该传动为降速传动，需要六组不同传动比的挂轮。 该变速系统原理简单，结构紧凑，制造和维护比较方便，但操作比较复杂。用于不同转速 时需要不同的挂轮。在变速级数较多，变化频率较高时，所需挂轮数目就较多，一台机床就得配带同样数目的挂轮，很麻烦。但可给据不同的传动比要求更换不同的齿轮。 方案四带传动塔轮变速 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。 依据表 示，最佳传动方案为方案三，置换结构为挂轮时，变速系统原理简单，制造和维护比较方便。可给据不同的传动比要求更换不 同的齿轮。 11 动机的选择 滚齿切削的最大扭矩 1 . 7 5 0 . 6 5 0 . 8 1 0 . 2 6 0 . 2 7m a x 1 2 30 . 9 1 ( k g f m )M m f A V Z k k k（ 2 1 . 7 5 0 . 6 5 0 . 8 1 0 . 2 6 0 . 2 71 2 30 . 4 1 k g f mM m f A V Z k k k平 均（ 2 式中： A 切削深度系数是切削深度 a 和齿高的比值， ； Z 所要加工齿轮的齿数； 1k 工件材料修正系数； 2k 齿轮螺距角修正系数； 3k 为硬度修正系数。 当切削铸铁时，模数 m=8给量取 f=3， A=削速度 60 m / m ，Z=100，查得 k ， k ， k，代入式 (2得： 1 . 7 5 0 . 6 5 0 . 8 1 0 . 2 6 0 . 2 7m a x 0 . 9 1 8 0 . 2 5 1 5 6 0 3 0 0 . 4 8 1 . 1 1 1 . 2 3 k g f 1 1 9 k g f m 根据滚刀直径 d=160 机床电动机的功率 主轴箱工作台等传动系统的传动效率为 取效率 ， 7 总，选电动机功率 3为满足转速和滚齿机结构的要求选择电动机的转速为 1 4 3 0 r/ m ，查机械设计手册，选择的电动机的型号为： 12 齿机的技术规格 其设计依据如下： 加工 圆柱形 直齿轮最大直径 有外支架 450无外支架 800工圆柱形斜齿轮最大直径 螺 旋角为 30时 500旋角为 60时 190大加工 模数 钢材 6铁 8 最大工件直 径 500 最大 安装刀具 直径 长度 160 160 滚刀的 最大垂直行程长度 300 滚刀 转数范围 40250r/ 轴向进给量范围 mm/r 主电动机功率 3电动机转速 1430r/13 第三章 刀架结构设计 刀刀架 的结构 介绍 图 3150E 滚齿机滚刀刀架 滚齿机刀架结构如图 滚刀刀架由刀架体和刀具溜板两部分组成。滚刀刀架用于支承滚刀主轴，并带动安装在主轴上的滚刀作垂直运动。滚刀主轴由两个推力球轴承和内锥外圆滑动轴承，支撑在前轴承座内。轴承磨损后可以修磨垫片，经调整后就可恢复主轴的回转精度。 刀架体 1 通过六个螺栓 4 固定在刀架溜板的环形 T 形槽上 (图中未示出 )。刀架体可相对刀架溜板搬动一定的角度，以调整滚刀安 装角。安装滚刀的刀杆 18(见图 端用莫氏锥体与主轴 14 的莫氏锥孔相配合，并用方头螺杆 7经主轴通孔从后端拉紧，刀杆的左端支承在后支架 16 的滑动轴承 17 内。主轴与刀杆的径向圆跳动允差为 度允差为 配合部位的接触面积 14 应大于 85%。后支架 16可在刀架体上沿主轴轴线方向调整，并用压板将其固定在所需的位置上。 主轴 14 的前端 (左端 )用内锥外圆的前滑动轴承 13 支承，以承受径向力。该轴承为双层金属结构，采用钢料为底层，面衬青铜。其中 1： 20 的锥孔用作滚刀主轴的轴线定位基准。由于对主 轴部件的回转精度要求很高，除要求前滑动轴承内孔与外圆柱面有较高的同轴度外，还必须保证主轴与前滑动轴承的配合间隙保持在 。该轴承在结构上设计有油孔和油槽，通过润滑系统供给清洁、充足的润滑油。前轴承 13、推力球轴承 11安装在轴承座 15 内，经螺栓 2 通过两块压板将轴承座 15紧固在刀架体上。主轴的轴向力由两个推力球轴承11 来承受。主轴由后 (右 )端的花键轴通过铜套 8、花键套筒 9 支承在两个圆锥滚子轴承 6 上，由齿轮 5 带动旋转，为卸荷式主轴结构。 为调整滚刀的轴向位置 (常称为串刀 )，可通过串刀机构 进行调整。调整时，应先松开压板螺栓 2，用手柄转动方头轴 3，经小齿轮及轴承座 15上的齿条，带动轴承座 15、滚刀主轴一起轴向移动。调整合适后，应将压板螺栓拧紧。 架结构 的设计计算 齿轮的设计 已知滚刀的最低转数为 传动效率为 ，选用直齿圆柱齿轮传动选大齿轮齿数 1Z =80，传动比为418020 。 3 2112 F 13 (1)确定公式中的各 计算数 值 1） 试 取载荷系数 56.1计算 大齿轮 传递 的转矩 总 1 23 51 T 小齿轮传递的转矩 22 3） 由表 10取齿宽系数 1d。 15 4） 由表 10齿面硬度查得 大小齿轮的 接触疲劳强度极限 M P 02 5） 由图 10得大小齿轮的 弯曲疲劳强度极限 M P 6） 由式 33 计算 应 力循环次数 考虑到工作条件工作环境以及总体设 计取齿轮寿命为十年，每年 300个工作日，每个工作日安 8 个小时计算得 1 60 33 式中 n ：齿轮的转速，单位为 j ：齿轮每转一圈时同一齿面的啮合的次数； 轮的工作寿命，单位为 h 。 71 N 再由传动比41得： 812 由图 10 弯曲疲劳寿命系数： 计算 弯曲疲劳 许用弯曲应力 。 取弯曲疲劳安全系数 ，由式 43 得 11 43 M P P9） 查取齿形系数 由表 10得 查取 应力校正系数 由表 10得 6 11） 计算大小齿轮的 加以比较 0 1 6 0 4 1 F Y 0 1 7 7 4 2 F Y 因为 2 22 1 11故取 2Z 进行齿根弯曲疲劳强度计算。 （ 2） 设计计算 1) 试计算齿轮模数5 017 2) 设计圆周速度 v s/ 0 060 o 0 060 22 53 3) 计算载荷系数 由 表 10得使用系数 根据 ， 7 级精度， 由图 10得动载系数 K。 直 齿轮取 1K; 由 得 K。则载荷系数 A 63 式中： 使用系数； 73 则取 7 算 计算 分度圆直径 080311 n 83 n 93 计算齿轮宽度 b 12211 103 查图 10接触疲劳寿命系数1 2 计算许用接触应力 取安全系数 1则 31 1 7 l i 113 25 5 l i 123 M P 32/21 节点区域系数 Z 材料系数 Z 校核计算得接触疲劳强度满足要求。 刀心轴的结构设计 图 刀心轴装配图 18 轴的结构主要取决于轴在机器中的安装位置及形式；轴的毛坯种类；轴上作用力的大小和分布情况；轴上零件的布置及固定方式；轴承类型及位置；轴的加工工艺及其它要求。不论具体情况如何，轴的结构一般满足以下几个方面的 要求： 零件应便于装拆和调整； 利于提高强度和刚度； 轻重量； 轴上零件布置得是否合理，直接关系到轴的外形、结构、尺寸及受力状况以及材料的选择。拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提。装配方案是指轴上零件的装配方向、顺序和相互关系。轴上零件可以从轴的左端、右端或从轴的两端依次装配。在此选择从左端开始装配。轴的左端固定是通过锁紧螺帽和圆螺母固定的。然后套在工件心轴底座上，工件心轴 底座通过六角螺钉和内螺纹孔锥销与工作台圆盘固定在一起，蜗杆和蜗轮的旋转带动了工作台圆盘的转动，这样工件心轴底座和心轴一起旋转。工件套在工件心轴上，通过六角螺帽和两个垫圈进行固定。具体结构如上图所示。工件的安装和固定有一定的要求。工件本身的准确性及安装的正确性直接影响着铣出的齿轮的好坏，因此，要提高工件的固定精度。此外，应当使工件与工作台中心同心，在夹紧力的作用下不会产生变形，可用千分表紧固在刀架上来检查工件安装的情况。 失效形式主要有： a 因疲劳强度不足而产生疲劳断裂； b 因静强度不足而产生塑性变形或脆性断裂 ； c 因刚度不足而产生过大弯曲及扭转变形； d 高速时发生共振破坏等。 拟定轴上零件的装配方案如图 3刀心轴装配图所示： 如图所示滚刀心轴上所需要定位的只有滚刀和心轴。所以对于滚刀的径向定位采用平键定位即可。对于滚刀的轴向定位，左侧采用采用轴肩或套筒，右端 采用 用轴套或轴肩即可。将滚刀安装在心轴上后，心轴的左端插入的滚刀主轴的空心轴中，右端则采用安装轴套后在安装在滚刀架上，使心轴与主轴转动。 心轴尺寸参数的拟定： 如下如 图 示 ，可用的滚刀及心轴直径有 22、 27、 32，其长度为 4010519 所以初步拟定从心轴左端到右端的长度和直径如图 3示 选择轴的材料为 45号调质钢。 材料的安全弯曲应力为 弯曲应力 133 式中， M 为弯矩， W 为抗弯截面系数 。 其中， 31.0 。 图 轴受弯曲应力作用时简图 图 轴结构示意图 由于在工作中心轴外面装有齿轮滚刀，齿轮滚刀是加工直齿和斜齿的最常用的展成法刀具，利用螺旋齿轮啮合原理来加工齿轮。它加工范围广，模数从 齿轮均可使用滚齿加工。 滚刀一般常用的是齿轮滚刀，其外形相当与一个蜗杆。为了能使这个蜗杆能起到切削作用，需要在其圆周上开出几个容屑槽，形成很短的刀齿。 在工作过程中滚刀受到切削力的作用。根据总体设计中求出的切削力和所取的最小直径 再由下列近似关系： F 143 F 153 查 10，取F F 出 公式 222 163 20 其中： 求出合力 。 根据心轴的固定位置，取心轴的中点作为受力点，则 由公式 ， 得 1 2 5 62 5 0 0 M P 9 12 5 0 3 。 则 1 强度足够。 1 第四章 滚刀箱及其余部件设计 刀箱的设计 滚刀箱的结构形状主要取决于其功能要求，以及箱体在床身上的安装连接要求。滚刀箱首先应该满足运动方面的要求，如滚刀箱的旋转、步进等。此外，还要求具有较高的传动效率，保证传动件具有足够的强度或刚度，降低噪音，提高 抗振性和耐磨性，操作方便，并有良好的工艺性，便于检修，成本较低，防尘、防漏，外形美观等。 图 刀箱 图 示 为滚刀箱的结构示意图。 滚刀箱内装有传动轴和齿轮，滚刀箱的绝大多数传动轴上都装有滚动轴承。传动轴的轴承以圆锥滚子轴承为主。因为圆锥滚子轴承价格较低，噪 音和发热量较小，且装配方便，承载能力较大，还可以承载部分轴向力。滚刀箱作为滚齿机的重要组成部分，要求传动精确，并且工作稳定。滚刀箱为箱形，装在刀架立柱上的滚刀滑板上，由刀架立柱的丝杠来调节滚刀箱的运动。滚刀心轴上装有齿轮滚刀，由滚刀的旋转与垂直运动来切削工件。而滚刀箱通过螺栓固定在刀架立柱上，并由刀架立柱的锥齿轮通过主运动传动链传递过来的力来驱动滚刀心轴的运动。 22 壁厚的大小取决于产品需要承受的外力、是否作为其他零件的支撑、承接数量、伸出部分的多少以及选用的材料而定。一般的铸铁材料以 10 到 15 毫米为准。滚 刀箱的箱体主要是定位轴以及固定零件之用。从经济角度来看，过厚的产品不但增加物料成本，延长生产过程的冷却时间，增加生产成本；从产品设计角度来看，过大的壁厚将增加产生空穴和气孔的可能性，大大削弱产品的刚性及强度。 最理想的壁厚分布是在任何一个地方都是均匀一致的，但为了满足功能上的需求以致壁厚有所改变总是无可避免的。在此情形，有大的转角的地方应尽可能平滑。因为太突然的壁厚转变会导致应力集中和产生不稳定问题。 壁厚均一的原则在转角的地方也同样需要，在有大的转角的地方应尽量运用倒角和圆角。因为在大转角处通常会 导致部件有缺陷及应力集中，应力集中的地方会在受负载或撞击的时候破裂。较大的圆角提供了这种缺点的解决方法，减低了应力集中的程度。建议的最小圆角半径是壁厚的 25%，适当地增大圆角半径 能明显地减少应力集中现象的发生。 刀牙箱设计 滚刀牙箱固定在刀架滑板上，滚刀主轴孔为莫氏 5 号锥度，滚刀心轴插入此孔，用拉紧螺栓将心轴固牢拉紧在主轴上。为了保证主轴与前轴承的适当间隙，将前轴承做成外锥并开口。调整轴承上的两个螺母，可以使前轴承座轴向移动，使前轴承孔收缩便可消除主轴与轴承间过大的间隙。 后轴承可与主轴 一起沿着轴线移动 40毫米，以便在滚刀工作部分磨钝时，把锋利的部分移到切削部分来工作。移动后轴承是利用与后轴承相连的钳在滚刀牙箱壳体上的调整紧锁螺栓进行的，因为牙箱上套装后轴承的孔是开口的。调整时应首先将拉紧开口的锁紧螺栓松开，调整好后并把它拧紧。
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