基于CAXA的二级减速器优化设计及加工

目 录前 言 .3第一章 减速器的设计要求 .3第二章 减速器相关参数的计算 .32.1 选择电动机的类型 32.2 选择电动机的功率 32.3 计算减速器的总传动比和分配各级传动比 32.4 计算减速器各轴的转速，输入功率和转速 32.4.1 各轴转速 .32.4.2 各轴的输入功率 32.4.3 各轴的转矩 32.5 计算各齿轮的参数 32.5.1 材料的选择 32.5.2 初选小齿轮的齿数 32.5.3 按接触面强度计算 .32.5.4 计算小齿轮分度圆直径 td1.32.5.5 按齿根弯曲强度设计 .32.5.6 二级齿轮的参数设计 .32.6 设计计算轴 .32.6.1 I 轴的设计 .32.6.2 II 轴的设计 32.6.3 III 轴的设计 3第三章 轴承的润滑与密封 .33.1 脂润滑 33.2 油润滑 33.2.1 飞溅润滑 33.3 密封 3第四章 齿轮的加工方法 .34.1.无切削加工 .34.2切削加工 34.2.1 成形法 .34.2.2 展成法 .34.3 齿轮加工方案选择 3第五章 润滑油的选择 .35.1 对润滑剂的要求 .35.2 润滑油的选用 .35.2.1 润滑油性能指标的选定 .35.3 润滑油的使用状态监控 .35.3.1 监控的方法 35.3.2 润滑油的更换 3第六章 轴承 .36.1 滚针轴承 .36.2 调心球轴承 .36.3 调心滚针轴承 .36.4 推力轴承 .3第七章 键的选择 .37.1 平键 37.2 半圆键 .37.3 楔键 37.4 切向键 .3结 论 .3致谢 3参考文献 3附 录 .3基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工1前 言减速器是一种动力传达机构，是利用齿轮的速度转换器，将电动机的回转数减速到工作所需要的回转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速器的应用范围是相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的运用，从交通工具的船舶、汽车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等.其应用从大动力的传输工作，到小负荷，精确的角度传输都可以见到减速器的应用，且在工业应用上，减速器具有减速及增加转矩功能。因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。减速器是一种相对精密的机械，使用它的目的主要是降低转速，增加转矩。它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途。按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器；按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。20 世纪 7080 年代，世界上减速器技术有了很大的发展，且与新技术革命的发展紧密结合。通用减速器的发展趋势如下：高水平、高性能。圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿，承载能力可以提高 4 倍以上，且体积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高。 积木式组合设计。基本参数采用优先数，尺寸规格整齐，零件通用性和互换性强，系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。 型式多样化，变型设计多。摆脱了传统的单一的底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速器一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。20 世纪 60 年代的减速器大多是参照苏联 20 世纪 4050 年代的技术制造的，后来虽然有所发展，但受限于当时的设计、工艺水平及装备条件，其总体水平与国际水平有较大差距。改革开放以来，我国引进一批先进的加工装备，通过引进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关，逐步掌握了各种高速和低速基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工2重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度也均有较大提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从 JB17960 的 89 级提高到 GB1009588 的 6 级，高速齿轮的制造精度可稳定在 45 级。部分减速器采用硬齿面后，体积和质量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了较大的提高，对节能和提高主机的总体水平起到很大的作用。 在国外，齿轮减速器系列无国家标准，只有企业自己的系列产品和标准，各企业的产品及标准基本上是 5 年更新一次。以 FLENDER、SEW 为代表的减速器制造商，其最新的产品均具有以下特点：（1）齿轮采用含 Ni 的优质低碳合金钢，磨齿，齿轮精度高于 GB6 级，且进行修形（修缘） ；（2）采用模块化设计，互换程度高，减少齿轮的库存，缩短供货周期；（3）可多面安装；（4）输出型式种类多（有圆柱轴伸、法兰盘、空心轴、带胀紧盘的空心轴等）（5）选用方法更加细化。由此看来，我国与世界先进水平还有很大的差距，而且传统的减速器设计/ 制造主要依赖于手工作业, 效率低; 近些年来, 随着计算机技术的快速发展, 在减速器的设计方面, 引入了许多绘图软件, 例如 AutoCAD,UG,Pro/E,CAXA 等，使减速器设计与制造质量和效率得到根本的改观。CAXA 是北航海尔开发出的中国第一款完全自主研发的 CAD 产品，拥有完全自主知识产权的系列化 CAD、CAPP、CAM、DNC、EDM、PDM、MES、MPM 等 PLM 软件产品和 解决方案，覆盖了制造业信息化设计、工艺、制造和管理四大领域，产品广泛应用于装备制造、电子电器、汽车、国防军工、航空航天、工程建设、教育等各个行业。CAXA 可以完成绘图设计、加工代码生成、连机通讯等功能，解决任意参数的齿轮加工问题，即输入任意的模数、齿数等齿轮相关参数，由软件自动生成齿轮、花键的加工代码，集图纸设计和代码编程于一体。 这些功能有利于减基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工3速器的设计及优化，使复杂的工作简化，并使机械的工作原理一目了然。CAXA 具有以下特点：(1) 设 计 、 编 程 集 成 化 。 “CAXA 线 切 割 xp”可 以 完 成 绘 图 设 计 、 加 工代 码 生 成 、连 机 通 讯 等 功 能 ， 集 图 纸 设 计 和 代 码 编 程 于 一 体 。(2) 更 完 善 的 数 据 接 口 。 “CAXA 线切割 xp”可直接读取 EXB 格式文件、DWG 格式文件、任意版本的 DXF 格式文件以及 IGES 格式、DAT 格式等各种类型的文件，使得所有 CAD 软件生成的图形都能直接读入“CAXA 线切割 xp”，这样不管用户的数据来自何方，均可利用“CAXA 线切割 xp”完成加工编程，生成加工代码。(3) 图 纸 、 代 码 的 打 印 。 “CAXA 线 切 割 xp”可 在 软 件 内 直 接 从 打 印 机 上输 出 图 纸 和 生 成 的 代 码 。 其 中 代 码 还 允 许 用 户 进 行 排 版 、 修 改 等 操 作 ， 加 强了 图 纸 、 代 码 的 管 理 功 能 。(4) 互 交 式 的 图 像 矢 量 化 功 能 。 位 图 矢 量 化 一 直 是 用 户 很 欢 迎 的 一 个 实用 功 能 ， 新 版 本 对 它 也 进 行 了 加 强 和 改 进 ， 新 的 位 图 矢 量 化 功 能 能 够 接 受 的图 形 格 式 更 多 、 更 常 见 ， 它 可 以 适 用 于 BMP、 GIF、 JPG、 PNG 等 格 式 的 图 形 ，而 且 在 矢 量 化 后 您 可 以 调 出 原 图 进 行 对 比 ， 在 原 图 的 基 础 上 对 矢 量 化 后 的 轮廓 进 行 修 正 。(5) 齿 轮 、 花 键 加 工 功 能 。 解决任意参数的齿轮加工问题。输入任意的模数、齿数等齿轮相关参数，由软件自动生成齿轮、花键的加工代码。(6) 完 善 的 通 讯 方 式 。 可 以 将 电 脑 与 机 床 直 接 连 机 ， 将 加 工 代 码 发 送到 机 床 的 控 制 器 。 “CAXA 线 切 割 V2”提 供 了 电 报 头 通 讯 、 光 电 头 通 讯 、 串 口通 讯 等 多 种 通 讯 方 式 ， 能 与 国 产 的 所 有 机 床 连 接 。(7) 附 送 电 子 图 板 。 “CAXA 线 切 割 xp”包 含 了 “CAXA 电 子 图 板 xp”的 全 部 功 能 ， 相 当 于 您 同 时 拥 有 了 一 套 电 子 图 板 ， 除 了 用 于 线 切 割 ， 您 还 可以 用 它 设 计 零 件 和 管 理 图 纸 。CAXA 的 产 品 有 ： CAXA 电 子 图 版 、 CAXA 实 体 设 计 、 CAXA 制 造 工 程 师 、CAXA 数 控 车 等 等 。基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工41.CAXA 电 子 图 板 提 供 强 大 的 图 形 绘 制 和 编 辑 工 具 ， 除 提 供 基 本 图 元 绘制 功 能 外 ， 还 提 供 孔 /轴 、 齿 轮 、 公 式 曲 线 以 及 样 条 曲 线 等 复 杂 曲 线 的 生 成功 能 ； 同 时 提 供 智 能 化 标 注 方 式 ， 具 体 标 注 的 所 有 细 节 均 由 系 统 自 动 完 成 ；提 供 诸 如 尺 寸 驱 动 、 局 部 放 大 图 等 工 具 ， 系 统 自 动 捕 捉 您 的 设 计 意 图 ， 轻 松实 现 设 计 过 程 “所 见 即 所 得 ”主 要 功 能 和 特 点 ：(1) 支 持 Unicode 编 码 ， 全 面 兼 容 AutoCAD 的 数 据 结 构 。(2) 基 于 全 新 平 台 开 发 的 用 户 界 面 ， 可 自 由 定 制 、 扩 展 快 速 启 动 栏 和 面板 。(3) 提 供 了 智 能 捕 捉 、 栅 格 、 导 航 、 正 交 、 极 轴 和 三 视 图 导 航 等 辅 助 绘图 方 式 。(4) 基 本 的 曲 线 绘 图 及 模 块 化 绘 图 工 具 ， 可 迅 速 生 成 复 杂 工 程 曲 线 。(5) 系 统 自 动 识 别 标 注 对 象 特 征 。(6) 可 以 快 速 设 置 图 纸 尺 寸 、 调 入 图 框 、 标 题 栏 、 参 数 栏 、 技 术 要 求 库等 信 息 。(7) 提 供 符 合 最 新 国 标 的 参 量 化 图 库 和 构 件 库 。(8) 支 持 主 流 的 Windows 驱 动 打 印 机 和 绘 图 仪 。(9) 支 持 转 换 专 业 化 明 细 表 和 标 题 栏 。2.CAXA 实 体 设 计 是 一 套 既 支 持 全 参 数 化 的 工 程 建 模 方 式 ， 又 具 备 独 特的 创 新 模 式 ， 并 且 无 缝 集 成 了 专 业 二 维 工 程 图 模 块 的 功 能 全 面 的 CAD 软 件 。集 成 ACIS 和 Parasolid 双 内 核 ， 与 其 它 三 维 CAD 协 作 交 流 无 障 碍 ； 随 心 所欲 的 产 品 设 计 能 力 ， 符 合 主 流 习 惯 的 专 业 二 维 工 程 图 。 打 造 完 美 数 字 样 机 。主 要 功 能 和 特 点 ：(1) 打 破 传 统 3D 软 件 单 一 设 计 思 维 的 制 约 ， 既 支 持 协 同 创 新 设 计 ， 支持 工 程 设 计 。(2) 无 缝 集 成 CAXA 电 子 图 板 作 为 2D 设 计 环 境 ， 在 三 维 设 计 环 境 中 可 直接 读 取 工 程 图 数 据 。(3) 领 先 的 数 据 交 互 能 力 ， 兼 容 各 种 主 流 的 3D 软 件 。基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工5(4) 独 特 的 三 维 球 工 具 为 各 种 三 维 对 象 的 各 种 复 杂 变 换 提 供 了 灵 活 、便 捷 的 操 作 方 式 。(5) 直 接 用 鼠 标 拖 动 设 计 元 素 进 行 设 计 操 作 。(6) 供 了 丰 富 的 符 合 新 国 标 的 零 件 库 。(7) 知 识 重 用 设 计 库 可 将 设 计 完 成 的 零 件 /装 配 特 征 装 入 自 建 的 零 件 库中 。(8) 结 合 照 片 工 作 室 场 景 生 成 逼 真 的 产 品 仿 真 效 果 。3 CAXA 制 造 工 程 师 是 具 有 卓 越 工 艺 性 的 数 控 编 程 软 件 。 是 数 控 加 工 编程 精 品 ， 具 有 精 （ 精 品 风 范 、 顶 尖 利 器 ） 、 稳 （ 稳 定 可 靠 、 百 炼 成 金 ） 、 易（ 工 艺 卓 越 、 易 学 易 用 ） 、 快 （ 事 半 功 倍 、 高 效 快 捷 ） 等 特 性 。 它 为 数 控 加工 行 业 提 供 了 从 造 型 、 设 计 到 加 工 代 码 生 成 、 加 工 仿 真 、 代 码 校 验 等 一 体 化的 解 决 方 案 ， 是 数 控 机 床 真 正 的 “大 脑 ”。基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工6基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工第一章 减速器的设计要求1如下图 1.1 所示运输机的传动方案。已知运输带的有效拉力 F=2000N,卷筒的直径 D=400mm,运输速度 v=1.6m/s,卷筒的效率为 0.98，工作寿命为 15年，每年工作 300 天，两班制。图 1-1 减速器运输机示意图基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工7第二章 减速器相关参数的计算2.1 选择电动机的类型按已知的工作条件，选择 Y 型全封闭笼型三相异步电动机2.2 选择电动机的功率工作所需的电动机输出功率为10FvPd432124 式中 98.0,7.,98.0,. 4321 ，分别代表弹性联轴器，滚子轴承，齿轮传动，卷筒的效率。 97.08.9.0242KWPd6.3.1卷筒的工作转速为 min/39.7640.160rDvnw 综合考虑电动机和和传动装置的尺寸，重量以及传动比，选定的电动的型号为 32MY。电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如下表 2-1 所示表 2-1 61电动机参数中心高H132基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工8外型尺寸HDACL2/ 515345315底脚安装尺寸 B216178地脚螺栓孔直径D12轴伸尺寸 E3880装键部位尺寸 GDF10412.3 计算减速器的总传动比和分配各级传动比选定的电动机的满载转速为 mn和卷筒的转速 wn的比值就是总传动比56.1239.70wi对于一般的展开式二级圆柱齿轮减速器，建议高速级传动比 215.3ii，所以取 92.,3.41ii， 2.4 计算减速器各轴的转速，输入功率和转速2.4.1 各轴转速 min/39.763rnwi/90i/0.2.212rnim式中 3,21n分别代表第一,二,三轴的转速。基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工92.4.2 各轴的输入功率 kWPd82.39.06116782.32 k4523P39045.1 筒式中 3,21分别代表第一,二,三轴的输入功率， 筒P代表卷筒的输入功率。2.4.3 各轴的转矩 MNnPTmdd 40.3896.5091.43811i 7.5.0.22 NT 2439027533 M6.8.412筒2.5 计算各齿轮的参数2.5.1 材料的选择小齿轮的材料为 40Cr(调质） ，硬度为 280HBS。大齿轮的材料为 45 钢（调质） ，硬度为 240HBS，二者的差为 40HBS。2.5.2 初选小齿轮的齿数基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工10初步选择小齿轮的齿数 241Z,所以 9612Zi。2.5.3 按接触面强度计算（1）试选载荷系数 3.1tK。（2）转矩 MNnpT451 1089。（3）齿宽系数 d。（4）由文献14查得材料的弹性影响系数 218.9aEPZ。（5）按齿面硬度查文献15得小齿轮接触疲劳强度极限为 MPaH60lim。（6）按齿面硬度查文献15得大齿轮接触疲劳强度极限为 52li（7）应力循环次数 91 147.)3082(196060 hnjLN92.3.47（8）由文献16查得接触疲劳寿命系数 0.1HNK， 95.2HN。（9）计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%，安全系数 S。MPaSKHNH54069.0lim.22li2 。2.5.4 计算小齿轮分度圆直径 td1（1）代入 H中的较小值 mZuTKdHEdtt 629.4)(132. 21 （2）计算圆周速度 v基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工11smndvt/34.2106（3）计算齿宽 btd 941（4）计算齿宽与齿高之比 4.126.1Zmtt mht 37952.0.4b（5）计算载荷系数 k根据 smv/34.2，7 级精度，由文献17查表得，动载系数 1.VK, 1FHK, 使用系数 1AK， 417.H, 4.F，所以载荷系数58. HVA（6）实际载荷系数校正所算得分度圆直径 1dmKdtt54.931。（7）计算模数06.24.1Z2.5.5 按齿根弯曲强度设计（1）由文献18查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPaFE501，由文献19查得大齿轮的弯曲疲劳强度极限 FE382（2）弯曲疲劳寿命系数 84.01FNK, 87.02FN基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工12（3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 4.1S，MPaKFENF301, MPaSKFENF14.2362（4）计算载荷系数 K 5.1 FVA（5）由文献20查表得，齿形系数 65.21FaY， 8.2Fa（6）由文献20查表得，应力校正系数.1sa， 79.12sa（7） 01396.1FSaY ， 065.2FSY 取二者之中较大数值，则 mZKTmFSad 5.1062.418.3232311 圆整为 2mm（8）齿数 254.91mdZ， 107253.42Z（9）齿轮直径0211， mmd4212（10）中心距 a321（11）齿宽 mdb501， B51 ， m5022.5.6 二级齿轮的参数设计同理可求得，二级齿轮的参数（1）模数 5.2m，基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工13（2）齿数 mZ30， Z84，（3）齿轮直径 d75， md20（4）中心距 a.12，（5）齿宽 B803， 42.6 设计计算轴2.6.1 I 轴的设计（1）列出轴上的功率，转速和转矩 kWP82.31, min/9601r， mNT01.38（2）初步确定轴的最小直径选取轴的材料为 45 钢，经过调质，选取 20A, 则nAd02.1930min，所以初选最小直径为 22mm。（3）轴的最小直径是安装联轴器的地方，如下图 2-1 最右侧。（4）轴的最左侧是安装轴承的地方，选择的轴承代号为 6005，其内径 d=25mm，外径 D=47mm，宽度 B=12mm。（5）键的公称尺寸 mhb78（6）使用 CAXA 电子图版画出 I 轴的二维平面图，如图 2-1 所示。（7）使用 CAXA 数控车对 I 轴加工首先打开 CAXA 数控车，由于该软件是模拟数控车的切削加工过程，所以只需画出轴的一半图形，而且是先加工右侧部分，然后加工左侧部分。如下图 2-2 所示，然后点击“数控车”选择“轮廓粗车” ，选择车削时的参数。进行如图2-3，图 2-4，图 2-5，图 2-6 所示选择之后将生成刀具轨迹，在“数控车”中选择“轨迹仿真”就会动态的模拟车刀切割过程，如图 2-7 所示。最后生成 G代码。基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工14图 2-1 I 轴二维图图 2-2 I 轴粗车示意图图 2-3 粗车加工参数基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工15图 2-4 粗车进退刀方式图 2-5 粗车切削用量基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工16图 2-6 粗车刀具选图 2-7 生成粗车轨迹选择基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工172.6.2 II 轴的设计（1）列出轴上的功率，转速和转矩 kWP63.2, min/06.23rn， mNT37.152（2）初步确定轴的最小直径选取轴的材料为 45 钢，经过调质，选取 0A, 则nPd39.320min，所以初选最小的直径为 35mm。（3）轴的两侧安装轴承，其代号为 6007，内径 d=35mm，D=62mm，宽度B=14mm，（4）轴上的两个键的安装尺寸 mhb812（5）使用 CAXA 电子图版画出 II 轴的二维平面图，如图 2-8 所示。（6）使用 CAXA 数控车对 II 轴的加工方法与 I 轴相同。基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工18图 2-8 II 轴二维图2.6.3 III 轴的设计（1）列出轴上的功率，转速和转矩 kWP45.3， min/39.76rn， mNT27.431（2）初步确定轴的最小直径选取轴的材料为 45 钢，经过调质，选取 0A, 则nPd75.4230min，（3）轴的最小直径是安装联轴器的地方，如下图最右侧。（4）轴的最左侧是安装轴承的地方，选择的轴承代号为 6011，其内径d=55mm，外径 D=90mm，宽度 B=18mm。（5）轴左侧键的公称尺寸为 mhb18，右侧键的公称尺寸mhb914（6）使用 CAXA 电子图版画出 III 轴的二维平面图，如图 2-9 所示。（8）使用 CAXA 数控车对 III 轴的加工与 I 轴相同。基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工19图 2-9 III 轴二维图基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工20第三章 轴承的润滑与密封3.1 脂润滑 当浸油齿轮的圆周速度小于 2m/s 或 min/1025rdn（d 为轴承的内径，n 为转速）时，宜采用脂润滑。为防止箱体内的浸入轴承与润滑脂混合，防止润滑脂流失，应在箱体内侧装挡油环，挡油环的装填量不应超过轴承空间的1/3 到 1/2。3.2 油润滑 当浸油齿轮的圆周速度大于 2m/s 或 min/1025rdn时，宜采用油润滑。油润滑通常有三种方式：3.2.1 飞溅润滑 传动件的转动带其润滑油直接溅入轴承内，或先溅到箱壁上，顺着内壁流入箱体的油沟里，再沿油沟流入轴承内。此时端盖端部必须开槽，并将端盖端部的直径取小些，以免油路堵塞。当传动件直径较小时，或者传动件是斜齿轮或蜗杆时，会使过多的润滑油冲向轴承而增加轴承的阻力，这种情况下应在轴承的前装置挡油板。3.2.2 浸油润滑 将轴承直接浸入箱内油中进行润滑。这种润滑方式常用于置式蜗杆减速器蜗杆轴承的润滑，油面高度不应超过轴承最低滚动体的中心，以免加大搅油损失。若传动件直径小于轴承滚动体中心分布圆直径时，可在轴上装设溅油轮并使其浸入油中，传动件不接触油面而靠溅油润滑，轴承仍为浸油润滑。3.2.3 刮油润滑 当传动件圆周速度很低（基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工21smv/2）时，可利用装在箱体内的刮油板刮油润滑轴承，刮油板和传动件之间应留 0.1-0.5mm 的间隙。3.3 密封 轴伸端密封方式有接触式和非接触式两种。橡胶油封是接触式密封中的一种，密封效果较好。橡胶油封中常用的油封有 V 形橡胶油封、U 形橡胶油封、Y形橡胶油封、L 形橡胶油封和 J 形橡胶油封等几种。其中较为常见的是 J 形橡胶油封，可用于脂润滑和油润滑的轴承中。安装时应注意油封的安装方向，当以防漏油为主时，油封的唇边对着箱内；当以防外界灰尘、杂质为主时，唇边对着箱外；当两油封相背放置时，防漏防尘效果都好。毡圈密封是接触式密封中寿命较低、密封效果相对较差的一种，但其结构简单、价格低廉，适用于脂润滑轴承中。毡圈的效果为矩形工作时将毡圈嵌入剖面为梯形的环形槽中并压紧在轴上，以得密封效果。毡圈密封的接触面易磨损，一般用于圆周速度小于 4-5m/s 的场合。为避免磨损可采用非接触式密封，隙缝密封是其中常用的一种。它是利用充满润滑脂的环形间隙来达到密封效果。隙缝密封结构简单、成本低，但不够可靠，适用于脂润滑的轴承中。若要求更高的密封性能，可采用迷宫式的转动件和固定件之间存在着曲折的轴 隙利用其间充满的润滑脂来达到密封效果，可用于脂润滑和油润滑。 基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工22第四章 齿轮的加工方法齿形加工方法很多，按加工中有无切削，可分为无切削加工和有切削加工两大类。4.1.无切削加工 无切削加工包括热轧齿轮、冷轧齿轮、精锻、粉末冶金等新工艺。无切削加工具有生产率高，材料消耗少、成本低等一系列的优点，目前已推广使用。但因其加工精度较低，工艺不够稳定，特别是生产批量小时难以采用，这些缺点限制了它的使用。4.2切削加工 齿形的切削加工，具有良好的加工精度，目前仍是齿形的主要加工方法。按其加工原理可分为成形法和展成法两种。4.2.1 成形法成形法的特点是所用刀具的切削刃形状与被切齿轮轮槽的形状相同，用成形原理加工齿形的方法有：用齿轮铣刀在铣床上铣齿、用成形砂轮磨齿、用齿轮拉刀拉齿等方法。这些方法由于存在分度误差及刀具的安装误差，所以加工精度较低，一般只能加工出 9-10 级精度的齿轮。此外，加工过程中需作多次不连续分齿，生产率也很低。因此，主要用于单件小批量生产和修配工作中加工精度不高的齿轮。4.2.2 展成法展成法是应用齿轮啮合的原理来进行加工的，用这种方法加工出来的齿形轮廓是刀具切削刃运动轨迹的包络线。齿数不同的齿轮，只要模数和齿形角相同，都可以用同一把刀具来加工。用展成原理加工齿形的方法有：滚齿、插齿、基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工23剃齿、珩齿和磨齿等方法。其中剃齿、珩齿和磨齿属于齿形的精加工方法。展成法的加工精度和生产率都较高，刀具通用性好，所以在生产中应用十分广泛。（1）滚齿滚齿是齿形加工方法中生产率较高、应用最广的一种加工方法。在滚齿机上用齿轮滚刀加工齿轮的原理，相当于一对螺旋齿轮作无侧隙强制性的啮合。滚齿加工的通用性较好,既可加工圆柱齿轮，又能加工蜗轮；既可加工渐开线齿形，又可加工圆弧、摆线等齿形；既可加工大模数齿轮，大直径齿轮。滚齿可直接加工 8-9 级精度齿轮，也可用作 7 级以上齿轮的粗加工及半精加工。滚齿可以获得较高的运动精度，但因滚齿时齿面是由滚刀的刀齿包络而成，参加切削的刀齿数有限，因而齿面的表面粗糙度较粗。为了提高滚齿的加工精度和齿面质量，宜将粗精滚齿分开。（2）插齿从插齿过程的原理上分析，插齿刀相当于一对轴线相互平行的圆柱齿轮相啮合。插齿刀实质上就是一个磨有前后角并具有切削刃的齿轮。插齿的主要运动有：1）切削运动 插齿刀的上、下往复运动。2）分齿展成运动 插齿刀与工件之间应保持正确的啮合关系。插齿刀往复一次，工件相对刀具在分度圆上转过的弧长为加工时的圆周进给量，故刀具与工件的啮合过程也就是圆周进给过程。3）径向进给运动插齿时，为逐步切至全齿深，插齿刀应有径向进给量 fr。4）让刀运动 插齿刀作上下往复运动时，向下是切削行程。为了避免刀具擦伤已加工的齿面并减少刀齿的磨损，在插齿刀向上运动时，工作台带动工件退出切削区一段距离（径向） 。插齿刀工作行程时，工作台再恢复原位。插齿的工艺特点基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工241）插齿的齿形精度比滚齿高 滚齿时，形成齿形包络线的切线数量只与滚刀容屑槽的数目和基本蜗杆的头数有关，它不能通过改变加工条件而增减；但插齿时，形成齿形包络线的切线数量由圆周进给量的大小决定，并可以选择。此外，制造齿轮滚刀时是近似造型的蜗杆来替代渐开线基本蜗杆，这就有造形误差。而插齿刀的齿形比较简单，可通过高精度磨齿获得精确的渐开线齿形。所以插齿可以得到较高的齿形精度。2）插齿后齿面的粗糙度比滚齿细。这是因为滚齿时，滚刀在齿向方向上作间断切削，而插齿时插齿刀沿齿向方向的切削是连续的，所以插齿时齿面粗糙度较细。 3）插齿的运动精度比滚齿差。这是因为插齿机的传动链比滚齿机多了一个刀具蜗轮副，即多了一部分传动误差。另外，插齿刀的一个刀齿相应切削工件的一个齿槽，因此，插齿刀本身的周节累积误差必然会反映到工件上。而滚齿时，因为工件的每一个齿槽都是由滚刀相同的 23 圈刀齿加工出来，故滚刀的齿距累积误差不影响被加工齿轮的齿距精度，所以滚齿的运动精度比插齿高。4）插齿的齿向误差比滚齿大。插齿时的齿向误差主要决定于插齿机主轴回转轴线与工作台回转轴线的平行度误差。由于插齿刀工作时往复运动的频率高，使得主轴与套筒之间的磨损大，因此插齿的齿向误差比滚齿大。所以就加工精度来说，对运动精度要求不高的齿轮，可直接用插齿来进行齿形精加工，而对于运动精度要求较高的齿轮和剃前齿轮（剃齿不能提高运动精度） ，则用滚齿较为有利。（3）剃齿剃齿加工是根据一对螺旋角不等的螺旋齿轮啮合的原理，剃齿刀与被切齿轮的轴线空间交叉一个角度，在啮合传动中，由于轴线交叉角“”的存在，齿面间沿齿向产生相对滑移，此滑移速度 v 切=(vt2-vt1)即为剃齿加工的切削速度。剃齿刀的齿面开槽而形成刀刃，通过滑移速度将齿轮齿面上的加工余量基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工25切除。由于是双面啮合，剃齿刀的两侧面都能进行切削加工，但由于两侧面的切削角度不同，一侧为锐角，切削能力强；另一侧为钝角，切削能力弱，以挤压擦光为主，故对剃齿质量有较大影响。为使齿轮两侧获得同样的剃削条件，则在剃削过程中，剃齿刀做交替正反转运动。（4）珩齿珩齿原理与剃齿相似，珩轮与工件类似于一对螺旋齿轮呈无侧隙啮合，利用啮合处的相对滑动，并在齿面间施加一定的压力来进行珩齿。珩齿时的运动和剃齿相同。即珩轮带动工件高速正、反向转动，工件沿轴向往复运动及工件径向进给运动。与剃齿不同的是开车后一次径向进给到预定位置，故开始时齿面压力较大，随后逐渐减小，直到压力消失时珩齿便结束。珩轮由磨料（通常 80180粒度的电刚玉）和环氧树脂等原料混合后在铁芯浇铸而成。珩齿是齿轮热处理后的一种精加工方法。与剃齿相比较，珩齿具有以下工艺特点：1）珩轮结构和磨轮相似，但珩齿速度甚低（通常为 13m/s），加之磨粒粒度较细，珩轮弹性较大，故珩齿过程实际上是一种低速磨削、研磨和抛光的综合过程。2）珩齿时，齿面间隙沿齿向有相对滑动外，沿齿形方向也存在滑动，因而齿面形成复杂的网纹，提高了齿面质量，其粗糙度可从 Ra1.6m 降到Ra0.80.4m。3）珩轮弹性较大，对珩前齿轮的各项误差修正作用不强。因此，对珩轮本身的精度要求不高，珩轮误差一般不会反映到被珩齿轮上。4）珩轮主要用于去除热处理后齿面上的氧化皮和毛刺。珩齿余量一般不超过0.025mm，珩轮转速达到 1000 r/min 以上，纵向进给量为 0.05 0.065mm/r。5）珩轮生产率甚高，一般一分钟珩一个，通过 35 次往复即可完成。（5）磨齿磨齿是目前齿形加工中精度最高的一种方法。它既可磨削未淬硬齿轮，也可磨削淬硬的齿轮。磨齿精度 46 级，齿面粗糙度为 Ra0.8 0.2m。对齿轮误差及热处理变形有较强的修正能力。多用于硬齿面高精度齿轮及插齿刀、基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工26剃齿刀等齿轮刀具的精加工。其缺点是生产率低，加工成本高，故适用于单件小批生产。根据齿面渐开线的形成原理，磨齿方法分为仿形法和展成法两类。仿形法磨齿是用成形砂轮直接磨出渐开线齿形，目前应用甚少；展成法磨齿是将砂轮工作面制成假想齿条的两侧面，通过与工件的啮合运动包络出齿轮的渐开线齿面。常用的磨齿方法：锥面砂轮磨齿和双片蝶形砂轮磨齿。4.3 齿轮加工方案选择齿轮加工方案的选择，主要取决于齿轮的精度等级、生产批量和热处理方法等。下面提出齿轮加工方案选择时的几条原则，以供参考：（1）对于 8 级及 8 级以下精度的不淬硬齿轮，可用铣齿、滚齿或插齿直接达到加工精度要求。（2）对于 8 级及 8 级以下精度的淬硬齿轮，需在淬火前将精度提高一级，其加工方案可采用：滚（插）齿齿端加工齿面淬硬修正内孔。（3）对于 6 7 级精度的不淬硬齿轮，其齿轮加工方案：滚齿剃齿。（4）对于 5 级及 5 级精度以上的齿轮，一般采用磨齿方案。（5）对于大批量生产，用滚（插）齿冷挤齿的加工方案，可稳定地获得 7 级精度齿轮。基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工27第五章 润滑油的选择润滑油是用在各种类型机械上以减少摩擦，保护机械及加工件的液体润滑剂，主要起润滑、冷却、防锈、清洁、密封和缓冲等作用。5.1 对润滑剂的要求（1）减摩抗磨，降低摩擦阻力以节约能源，减少磨损以延长机械寿命，提高经济效益； （2）冷却，要求随时将摩擦热排出机外； （3） 密封，要求防泄漏、防尘、防窜气； （4） 抗腐蚀防锈，要求保护摩擦表面不受油变质或外来侵蚀； （5） 清净冲洗，要求把摩擦面积垢清洗排除； （6） 应力分散缓冲，分散负荷和缓和冲击及减震； 5.2 润滑油的选用 润滑油选用是润滑油使用的首要环节，是保证设备合理润滑和充分发挥润滑油性能的关键。 选用润滑油应综合考虑以下三方面的要素： (1) 机械设备实际使用时的工作条件 ； (2) 机械设备制造厂商说明书的指定或推荐； (3) 润滑油制造厂商的规定或推荐。 5.2.1 润滑油性能指标的选定 (1) 粘度 基于 CAXA 的二级减速器优化设计及加工28粘度是各种润滑油分类分级的指标，对质量鉴别和确定有决定性意义。设备用润滑油粘度选定依设计或计算数据查有关图表来确定。 （2）倾点 倾点是间接表示润滑油贮运和使用时低温流动性的指标。经验证明一般润滑油的使用温度必须比倾点高 510 。 （3）闪点 闪点主要是润滑油贮运及使用是安全的指标，同时也作为生产时控制润滑油馏分和挥发性的指标。润滑油闪点指标规定的原则是按安全规定留 1/2 安全系数，即比实际使用温度高昂 1/2 。如内燃机油底壳油温最高不超过 120 ，因而规定内燃机油闪点最低 180 。 (4) 性能指标的选定 性能指标比较多，不同品种差距悬殊，应综合设备的工况、制造厂要求和油品说明及介绍合理决定。努力做到既满足润滑技术要求又经济合理。5.3 润滑油的使用状态监控 润滑油在使用过程中会逐步老化变质这是必然的规律。老化变质有两种情况：一种是正常的老化变质；另一种为因受水污染等异常因素的异常变质。进行润滑油使用状态监控，可及时掌握油品的技术状态，预防设备润滑事故发生，延长油品使用寿命。 5.3.1 监控的方法 (1) 抽查操作人员执行设备润滑“五定”规范标致。 (2) 采样观察油品的外观情况，检查油品的颜色、透明度、气味等情况。 (3) 定期进行粘度、闪点、水份、酸値 ( 或碱值 ) 等能反映油品质量变化的关键理化指标。 (4) 没有试验室的可以进行水份爆音试验和斑迹试验等。