齿轮磨床分度机构设计

齿轮磨床分度机构设计总计：毕业论文： 46 页表 格： 1 表插 图： 16 幅指导教师：评 阅 人：完成时间：摘 要随 着 科 学 技 术 的 不 断 发 展 和 产 品 市 场 竞 争 的 加 强 ， 齿 轮 加 工 的 精 度 要 求 越 来越 高 。 而 齿 轮 的 加 工 中 使 用 齿 轮 磨 床 对 齿 轮 进 行 范 成 法 加 工 是 最 主 要 的 齿 轮 加工 方 式 。 在 使 用 齿 轮 磨 床 加 工 的 时 候 ， 定 位 分 度 装 置 的 精 度 ， 直 接 影 响 到 齿 轮加 工 的 精 度 。 所 以 定 位 分 度 机 构 可 以 对 工 件 进 行 精 加 工 ， 在 现 代 工 业 中 必 不 可少 。本 次 毕 业 设 计 任 务 是 设 计 一 款 实 用 的 齿 轮 磨 床 分 度 定 位 机 构 ， 选 用 了 典 型 的双 砂 轮 磨 齿 机 Y7063 系 列 磨 齿 机 为 例 设 计 齿 轮 磨 床 分 度 定 位 机 构 。 本 文 主 要 讲述 通 过 查 阅 资 料 了 解 Y7063 系 列 齿 轮 磨 床 的 参 数 和 加 工 方 法 ， 进 而 对 其 分 度定 位 机 构 的 结 构 进 行 设 计 并 绘 制 图 纸 ， 明 确 其 工 作 原 理 ， 画 出 原 理 图 和 装 配 图 。然 后 通 过 查 阅 资 料 、 复 习 相 关 教 材 ， 掌 握 相 关 知 识 ， 对 其 中 的 主 要 分 度 定 位 零件 进 行 强 度 刚 度 计 算 并 确 定 尺 寸 ， 分 别 设 计 以 及 选 用 了 齿 轮 、 轴 承 和 主 轴 ， 并且 对 这 些 零 件 进 行 强 度 校 核 。 此 外 还 通 过 分 析 比 较 后 选 用 了 合 适 的 电 机 和 液 压泵 作 为 该 装 置 的 动 力 源 。 然 后 将 这 些 零 件 组 装 成 分 度 定 位 机 构 ， 之 后 分 析 计 算定 位 误 差 ， 确 定 装 置 的 可 行 性 。该 装 置 还 能 够 应 用 于 其 他 机 床 和 设 备 ， 对 这 些 机 床 和 设 备 的 加 工 精 度 和 加 工效 率 都 能 够 有 显 著 的 提 高 ， 在 现 代 工 业 中 占 重 要 地 位 。关键字：齿轮、齿轮磨床、分度定位机构、加工精度ABSTRACTWith the high-speed development of science and technology and the strengthening of product market competition, the requirement of the machining precision of gear become higher and higher. Generating Method is the most important way of gear processing during all methods. In the use of gear grinding machine for processing, the positioning precision indexing device can directly affect the precision of gear machining. So the positioning indexing mechanism can be used to finish machining, so it is essential in the modern industry.The graduation design task is to design a practical gear grinding machine indexing mechanism, selected a typical double grinding wheel grinding machine Y7063 series grinding machine as an example design gear grinding machine positioning mechanism. This paper mainly discusses the process of understanding the parameters and processing methods of Y7063 series gear grinding machine by consulting the information, and then designs and draws the drawings of its indexing mechanism, clarifies its working principle, draws the schematic diagram and assembly drawing.And then through the access to information, review the relevant materials, master the relevant knowledge, do the calculation of the strength and the stiffness of the main sub-positioning parts .Designed and selected gears, bearings and spindles, and checked the strength of these parts. In addition, selected a suitable motor and hydraulic pump as the power source of the device through the analysis and comparison.And then these parts assembled into indexing positioning mechanism, and then analyze the calculation of positioning error, determine the feasibility of the device.The device can also be applied to other machine tools and equipment, these machines and equipment processing accuracy and processing efficiency can be significantly improved,which occupies an important position in the modern industry.Key word: Gear, gear grinding machine, indexing mechanism, machining accuracyI目 录摘 要 IABSTRACT I1. 绪论 31.1 课题的意义 31.2 课题背景 31.3 本课题研究的内容 52. 分度定位机构的设计 62.1 磨床型号的含义 62.2 Y7063 齿轮磨床设计参数 62.3 Y7063 齿轮磨床分度机构 93. Y7063齿轮磨床的其他分度装置的设计 213.1 Y7063A 齿轮磨床分度机构 .213.2 无中间浮动块的反靠分度定位机构 233.3 工作台可抬起的多吃盘定位机构 244. 回转工作台回转角度与初始加工位置的确定 .275. 环保分析 .296. 结论 .30参 考 文 献 31致 谢 .32附录 1：外文翻译 33附录 2：外文原文 41齿轮磨床分度机构设计- 2 -1. 绪论1.1 课题的意义齿轮传动是机械传动的主要形式。齿轮是机器的基本组成部分,齿轮的品质、性能、寿命在很大程度上决定了机构的性能和技术经济指标。同时齿轮制造水平在很大程度上能够反映一个国家机械工业的水准,因为齿轮的形态多样、技术问题也比较多,因此加工难度较大。为了提高齿轮传动的载荷和效率,如何优化齿轮的设计和制造,越来越受到企业的重视。磨齿是齿轮精加工的主要方法,齿轮的精度与磨齿机的精度有直接关系。而在诸如展成运动精度、分度精度、磨削进给量以及砂轮质量等等这些影响磨齿精度的因素当中,分度精度的影响最为突出。所以,设计一个高精度的齿轮磨床分度定位机构至关重要。1.2 课题背景课题的背景从齿轮的加工方法、齿轮磨床的种类和发展趋势和分度定位机构的种类三部分介绍。1.2.1 齿轮的加工方法齿轮的加工方法大致可以分为:磨齿机磨齿,刨齿机刨齿 ,滚齿机滚齿,铣床铣齿,插床插齿,冷打机打齿, 压铸机铸齿,剃齿机,精密铸齿。其中齿轮磨床所使用的方法是齿轮机磨齿的方法,这种方法可以使齿轮的加工范围加大,加工精度提高。成型法加工的特点是所有的刀具的切削刃形状与被切齿轮轮槽的形状相同。采用成形法形成齿轮齿形的方法有:用齿轮拉刀拉齿、用齿轮铣刀铣齿 ,用成形砂轮磨齿等【22】 。这些加工的方法的加工精度容易受刀具的安装精度影响,因此加工精度比较低。加工中需要应对多次不连续齿加工时候,生产力很低,不实用。运用的齿轮之间相互啮合的原理制造出的齿轮轮廓是刀具切削刃运行轨迹的包络线的方法即为展成法。齿数不同的齿轮也可以用一把刀具进行加工,前提是模数相同。用展成法加工齿轮的机床有: 磨齿机,插齿机, 滚齿机 ,剃齿机和珩齿机等。展成法所加工的齿轮精度高,生产率高,不同的齿轮也可以用相同的道具加工,因此应用最为广泛。展成法是一种对齿轮的精加工,其工作效率较低,一般使用齿轮磨床进行加工。其中齿轮磨床的分度定位机构对于齿轮加工精度有着很大的影响。直接影响到齿轮的精度等级与加工误差。齿轮磨床分度机构设计- 3 -1.2.2 齿轮磨床的种类和发展趋势随着机械行业对产品精度、可靠性和质量的要求不断的提升加上多种新材料的开发与利用,磨削加工技术已向着超硬度磨料磨具、精密和超精密磨削的开发和研究制成高精度、高刚度、多轴等自动化磨床等目标发展 【4】 。本课题中经历了近百年发展历史的齿轮磨床,如今已由单一品种发展成规格繁多的多种系列,有锥形砂轮系列,蝶形双砂轮系列,蜗杆砂轮系列等,从原始的机械磨床到先进的数控磨床,随着 CBN 砂轮逐渐替代氧化铝砂轮 ,磨床的精度,性能和加工效率都有了显著的提高,而且操作过程也趋向于简单化,更方便人们操作。在我国齿轮磨床的发展历史也已长达四十多年,研发出了多系列多规格的齿轮磨床。伴随着经济和科技的日益发展,齿轮加工工业对于齿轮的精度和表面粗糙度的要求日益提高,同时齿轮的样式和材料也有新产品产生,由于磨床加工的特性,使的齿轮磨床在现在工业的齿轮加工中有着重要的地位。在此之外,磨床的环保要求也有所提高,封闭式罩壳已经应用在大部分的磨床当中,使切削所剩余料和切削液不会外溅。这种环保型磨床,使工作的环境更加优越,同时又降低了由于溅出物对操作者带来的伤害。这也反映出现代工业生产对环保要求的不断提高。1.2.3 定位分度机构的种类机械的运动形式很多。当加工若干个完全相同的均匀分布的表面时,为使表面成形运动得以周期地连续进行的运动叫做分度运动。分度运动的形式由分度机构和定位机构两部分组成,在传动运动的带动下时动时停。常见的分度机构有:扇形齿轮分度机构、拉杆分度机构、槽轮分度机构、欠齿链轮分度机构。常见的定位机构:单定位机构,复式定位机构。分度定位机构在磨床中也常常被使用。随着精加工和超精加工在现代工业生产中越来越广泛地被运用,同时伴随着新材料和高硬度材料的使用,齿轮磨床在齿轮加工中被应用的更加广泛,因此分度定位装置也应用更加广泛,基于此分度定位机构的精度和刚度需要提高。本次设计选取采用展成法对齿轮精加工的 Y7063 系列齿轮磨床。因此该磨床中的分度定位系统的定位精度直接影响齿轮的加工精度.该齿轮磨床采用了齿轮传动的方法进行定位.应用了超越离合器,使得该机床在定位时候,定位机构不会逆向转动,保证了定齿轮磨床分度机构设计- 4 -位精度.同时对分度机构的分度交换齿轮的齿数模数以及加工精度的要求,直接影响到对零件加工精度.因此在该齿轮磨床中,定位分度机构至关重要.1.3 本课题研究的内容本次设计题目为齿轮磨床分度机构设计,选取经典的双蝶形砂轮成型磨齿机 Y7063系列齿轮磨床为研究对象设计分度定位机构,本次设计需要重点解决分度定位机构的设计,计算,绘制总体装配图,定位分度机构的装配图和零件图,原理图等。然后撰写设计说明书。按照要求,明确课题的目的,通过阅读大量与其有关的文献和期刊,教材以及参考资料,利用专业知识和手头的资料,对 Y7063 系列齿轮磨床的分度定位机构进行设计 ,根据题目要求将其各部分结构设计完成。将其画出草图,最后对方案的可行性进行分析验证。齿轮磨床分度机构设计- 5 -2. 分度定位机构的设计2.1 磨床型号的含义按 GB/T15375-1994，以牌号 Y7063A 为例，Y指磨床中的齿轮磨床，读作“牙”。7平面及断面磨床。0蝶形砂轮。63可加工工件最大分度圆直径为 630mm。A第一次重大改进。2.2 Y7063齿轮磨床设计参数表 2.1 Y7063 齿轮磨床具体参数技术规格 Y7063 双砂轮磨齿机工件的节圆直径/mm 70630工件的模数/mm 212（法向）工件的齿数 10180工件的螺旋角 45工件的宽度（直齿轮）/mm 工作台最大行程/mm:纵向横向500工作台纵向进给速度/（mm/min） 100900工作台直径/mm 砂轮尺寸/mm:外径内径22028040图 2-1 Y7063 齿轮磨床实物图齿轮磨床分度机构设计- 6 -图 2-2 Y7063 齿轮磨床装配图3床身 4导轨软带 7X 交流伺服电机 11主轴 16Z 交流伺服电机 19主轴电机22V 型动导轨 24Y 交流伺服电机（如图所示，图 2-1 为 Y7063 齿轮磨床照片。图 2-2 为 Y7063 齿轮磨床装配图。）磨床由床身,砂轮架,工作台,床头箱,尾架组成的。砂轮架上按有砂轮,Y7063 系列齿轮磨床是双砂轮磨齿机,如图 2-3 两个蝶形砂轮倾斜固定的角度,形成假想齿轮的两个齿的外侧面,同时对齿轮进行磨削,它的工作原理跟锥面砂轮磨齿机很相近,所以两个砂轮可以同时磨削同一个齿的两个侧面或者不同齿的间的不同侧面。齿轮磨床分度机构设计- 7 -图 2-3 用两个蝶形砂轮磨齿Y7063 系列齿轮磨床是两个平行面被两个磨头的砂轮断面同时进行加工 ,被分为卧轴和立轴两种类型.工件通过直线式或旋转式送料装置运送经过砂轮.这种磨床效率比较高,适合生产大批量齿轮等工件。齿轮磨床分度机构设计- 8 -2.3 Y7063齿轮磨床分度机构2.3.1 Y7063 齿轮磨床分度机构原理图 2-4 Y7063 齿轮磨床分度机构原理图1圆柱弹簧 2单齿离合器 3液压缸 4杠杆 6活塞 7、8、9、10圆柱直齿轮 11直齿条 12超越离合器 13涡轮 14蜗杆 15角接触球轴承该机构是用液压控制的,如图 2-4 所示,运行时时,压力油进入油缸右腔,推动活塞经杠杆脱开单齿定位离合器。同时,消除分度系统间隙的油缸复位。随后压力油进入分度油缸下腔,推动活塞齿条带动齿轮和转动,再经齿轮,分度交换齿轮a,b,c,d,带动蜗杆,涡轮 转动,使工件转过 1/Z 转 (Z工件齿数),实现分度。随后压力油进入油缸左腔,单齿离合器在弹簧作用下重新啮合定位。油缸带动单向超越离合器的齿轮,消除分度系统的间隙。最后 ,分度油缸活塞齿条 复位,由于齿轮内带有超越离合器,因此蜗杆不会回转。分度交换齿轮计算式为: Zdba56c齿轮磨床分度机构设计- 9 -根据公式，该分度机构在实际生产中，虽然定位精确性上比较高，但是在使用时候比较繁琐，由于一组分度交换齿轮只能加工一种类型的齿轮，而对其他齿数的齿轮则无法加工，使得该装置在实际加工上有很大的局限性。在对一种齿轮进行加工时加工效率和精度上比较高，在对多种齿数齿轮进行加工时，由于需要对分度交换齿轮进行不断的更换，使得工作效率和机械加工的效率降低，同时因为不断更换分度交换齿轮，对分度机构的磨损也比较严重，因此该机构的优缺点都在不同环境下暴露出来。图 2-5 Y7063 齿轮磨床分度定位机构1圆柱弹簧 2单齿离合器 3液压缸 4杠杆 6活塞 a,b,c,d圆柱直齿轮 11直齿条 12超越离合器 13涡轮 14蜗杆 15角接触球轴承如图 2-5 所示，为 Y7063 系列齿轮磨床的分度定位机构的组成：从上至下四个轴分别定义成 1 轴、2 轴、3 轴、4 轴，在这些轴上分别装有齿轮，轴承，离合器等零件。其中 4 轴与动力源链接，并且以 1:3 的传动比将动力传递到 1 轴，下面以 1 轴为例进行齿轮磨床分度机构设计- 10 -计算。由于该定位机构在轴向不受弯矩或力的作用,在设计的时候只需要对其扭矩和径向力进行校核.由于轴的间距已经确定,在选择分度交换齿轮的时候,需要考虑的是齿数和模数,以保证齿轮的机械强度。图 2-6 Y7063 齿轮磨床分度机构轴装配图1圆柱直齿轮 2角接触球轴承 3超越离合器 4主轴（1）分度机构中齿轮设计该分度机构中，利用齿轮传动的方式来实现工件的分度，因此齿轮的传动比直接影响到所加工齿轮的齿数。同时所加工齿轮齿数的不同，根据公式 * = 可以得出相对应的一套分度交换齿轮。但是齿轮的强度和刚度同时也要符合机械设计手册才可以实际使用。如图 2-6 所示，为分度机构中从上至下第 3 跟轴，以该轴上齿轮为例进行计算，由于该齿轮为渐开线标准圆柱直齿轮，因此采用其强度校核公式进行计算，并登出相应齿轮的具体尺寸。齿面接触强度计算：d 1=Jd齿根弯曲强度计算：m=12.5d1齿轮分度圆直径（mm）m端面模数（mm）T1齿轮额定转矩（Nm）Z1齿轮齿数 a、 b、 m齿宽系数， a=b/a， b=b/d1， m=b/m齿轮磨床分度机构设计- 11 - HP许用接触应力（MPa），可取 HP Hlim/SHmin， Hlim 可以查表得300400（MPa），可取接触强度计算的最小安全系数 SHmin1.1 FP许用弯曲应力（MPa），可取值为 FP=1.6 Flim， Flim 是实验齿轮的弯曲疲劳极限，查表的 375（MPa）YFS力作用于齿顶时的复合齿形系数，查表得其为 4.0K载荷系数，常数 K=1.22.2。原动机出力均匀，工作机载荷平稳，齿宽系数小，轴承对称分布，轴有着较大刚性，精度高的齿轮，低速的圆轴转动时取小值，反之，取大值Ja、J d计算系数，查表得为 401、636将以上数值带入公式进行计算，得出起 m=2.5mm，d=125mm由于齿轮在工作过程中会发生损坏甚至齿会发生断裂，因此对所确定的齿轮尺寸进行抗疲劳承载能力校核计算。因为抗疲劳强度计算的公式都是由强度计算公式得来，因此只需要对特殊点进行校核即可。所以齿轮的抗疲劳承载能力的校核计算只需要对齿面接触疲劳强度计算和齿根弯曲疲劳强度计算。计算得出，在该尺寸下，都满足其超过许用应力值，所以该齿轮确定的尺寸是可以的。其余齿轮同理可以计算出各个相应的尺寸，并可以计算出齿轮传动的传动比。其他齿轮同理可以得出其相应的尺寸并用同样的方法进行校核，从而得出整套装置的齿轮尺寸，可见装配图所示。该分度机构主要是依靠齿轮传动装置来实现分度的，但是由于加工的齿轮不同，起分度交换齿轮的尺寸参数是不确定的，为了更加直观的确定每个分度交换齿轮的具体参数，因此对所需要加工的齿轮齿数做一个确定的值来确定其分度交换齿轮的具体尺寸。取所要加工的齿轮的齿数为 45根据以上公式进行计算可以得出：A 齿轮 d=160 z1=64 m=2.5B 齿轮 d=80 z2=32 m=2.5C 齿轮 d=70 z3=28 m=2.5D 齿轮 d=112.5 z4=45 m=2.5其传动比等于齿数的反比,等于 45：562分度机构中轴承的设计在该分度机构中使用到了滚动轴承。在现代工业中滚动轴承是一种被广泛应用的部件，传动元件间是靠滚动轴承间的滚动接触所支撑的 【6】 。滚动轴承有着摩擦阻力小，功率消耗少，起动容易等优点被用于现代机械工业中。轴承装置的设计包括：选择轴承类型，确定轴承尺寸和正确设计轴承装置。齿轮磨床分度机构设计- 12 -选择轴承类型以图 2-6 中所示的轴承为例进行计算由于该结构中，轴承所受的载荷主要是由轴转动带来的径切向载荷，但是在径向上没有其他载荷或者其他载荷较小可以忽略不计。同时因为转速较低，这些因素不成为选择轴承类型的依据。由于径向承载能力比较良好，轴向单向承载能力良好，调心性和调隙性都要求比较良好，同时要求有较低的摩擦系数来减少功率损失，根据以上条件选择角接触球轴承，其性价比也高达 2.1.角接触球轴承的类型代号为 7确定轴承尺寸计算滚动轴承基本额定寿命公式：（轴承的工作转速为 n，以小时数为单位的基本额定寿命）L10h=L10h失效 10%时轴承的基本额定寿命（ 106r）C基本额定动载荷（N）P当量动载荷（ N）寿命指数、由于是球轴承所以取值为 3L10L hLh为要求的滚动轴承的额定寿命，经查表得 1200020000hCC ,=P根据该公式计算出 Cor=48.0,Cr=68.2 都满足公式需求。滚动轴承需将工作载荷转化为当量动载荷进行寿命计算,在此条件下,轴承使用寿命跟实际受载下轴承使用寿命是相同的。当量动载荷计算：P=f d(XFr+YFa)Fr径向载荷（N）Fa轴向载荷（N）X，Y径向系数和轴向系数fd冲级载荷系数查手册得 X=1，Y=0，e=0.5 ，F a/C0=0.170，载荷 Pr 0.08C r角接触轴承的支反力作用在载荷作用中心 o 处，它的位置为各个滚动体载荷矢量与轴线的交点。齿轮磨床分度机构设计- 13 -将以上的数值带入公式进行计算，得出起轴承的基本尺寸d=50mm，D=110mm,B=27mm 等，其轴承代号为 7310B轴承装置设计轴承的安装主要考虑的公差配合，由于本轴承为轻载的，因此轴承的轴公差带为k5，轴承的外壳孔公差带为 J7。由于这个轴承为低速轴承因此采用，且 dn 小于 16，所以采用脂润滑。（3）分度机构中轴的设计在该分度机构中所使用的轴都为传动轴。在这机构中，轴转动，带动起周上的零件一起旋转，同时还起到固定各个零件间的距离，使他们之间的距离保持不变。而且还对整个机构有支撑作用。轴的设计包括结构设计和强度校核两方面。结构设计主要是根据轴上零件的安装,定位和轴加工工艺来确定的。功能计算主要是对轴的刚度，强度等方面的计算。如图 5 所示，以此轴为例进行计算，其他轴同理可得轴的结构设计首先拟定轴向的安装方案，该轴的安装方案为：轴承、套筒、齿轮、套筒、轴承、轴承端盖、套筒、齿轮、弹性挡圈。起安装方法是，将这些零件从右到左依次安装。然后对轴上的零件进行定位，该轴上的零件的定位，分别使用了定位轴肩，套筒，轴承端盖，弹性挡圈来定位。经查表得，该轴上属于机床齿轮和轴公差配合，中载齿轮和轴公差配合，所以采用了 的配合代号。由配合代号可以看出，此配合为过渡配合，不需键、花键销等周向定位零件，各个零件的安装只需要用手锤轻轻打入即可。最后对各个轴段的直径和长度进行确定。由于该轴上零件的的尺寸已经确定,再根据起所采用的配合代号,可以初步确定各个轴段的最小轴径,然后根据此轴在最小直径dmin 各个定位零件的直径。对该轴的各个轴段进行长度确定,使得结构更加紧凑,同时还要考虑零件间配合间隙和调整空间,还要考虑该轴在分度机构中的位置和用途,得出各个轴段的尺寸如图 2-7 所示。齿轮磨床分度机构设计- 14 -图 2-7 Y7063 齿轮磨床分度机构轴零件图 对轴功能计算强度校核计算，由于此轴在工作时，只受扭转力矩的作用，而其受的弯矩很小，可以忽略不记。因此在可以按照扭转强度条件计算 T= T T扭转切应力，MPaT轴所受的扭矩，NmmWT轴的抗扭截面系数，mn轴的转速，r/min，可以根据动力源的转速和齿轮传动比得出其值为 4n0P轴传递功率， kWd计算截面处轴直径 T许用扭转切应力，MPa，查表可得起范围为 2035（MPa ）dA 0查表可得 A0 的取值范围是 135112,由于只受扭矩作用 ,载荷平稳,无轴向载荷,轴在工作时单向旋转,因此T取较大值,A0 取较小值。经过讲以上确定的各个轴段的直径代入公式计算,符合其强度要求,强度校核合格。轴的刚度校核计算由于该轴所受弯矩较小可以忽略不计,因此可以只按扭转强度进行校核计算。因为此轴为阶梯轴,因此查得公式为:=5.73 G轴所用材料的剪切弹性模量，单位 PMa，钢材的 G=8.1104MPaL阶梯轴中受到扭矩作用的长度，mmIp轴截面的极惯性矩，单位为 mm4,圆轴的 Ip=Ti、 li、I pi分别代表阶梯轴第 i 段上所受的扭矩、长度以及极惯性矩，单位同上z阶梯轴受到扭矩作用的轴段数，查得为 2是每米轴长的允许扭转角。由轴的使用场合决定。根据该题目的要求其取值范围是 0.250.5/m齿轮磨床分度机构设计- 15 -（4）分度机构中离合器的设计在该分度机构设计中,由于分度装置要进行分度,因此需要离合器。离合器在机械运转中可以将系统在任意时间分开或者连接。离合器选择的基本要求:平稳的接合,快速彻底的分离 ;方便修理和调节;外壳尺寸小;质量轻;耐磨性能好和有足够的散热能力;操作方便简洁。离合器大致可以分为牙嵌式和摩擦式两种。牙嵌式离合器由两个带有牙的齿形离合器啮合而成,在主轴上固定一个半齿形离合器,另外一半离合器则于从动轴连接起来,并可有操作机构使其轴向移动,从而使离合器断开和连接。在该分度机构中需要实现进步间隙和精确定位的分度功能，当两个齿形半离合器发生相对运动或者相对转动使得离合器分开或者啮合，而本机构按超运转速度，所以选择超越离合器。由于该分度定位机构定位精度要求比较高，因此选择棘轮型超越离合器。在工业生产中主要功能：间歇送进、制动、转位、超越离合。而荆棘轮式的超越离合器,主要用于间歇、送进、制动、转位、分度。超越离合器的用途：变化速度：在运动连接始终不分离的状态下，能够使从动件获得快慢两种不同速度防止逆转：使用单向超越离合器只有在一个方向转动时传递转矩，而当反方向转动时空转，不传递扭矩。间歇运动：通过将单向离合器和双向离合器的适当配合，能够使从动部分完成某种规律的间歇运动。因为超越离合器是通过荆棘轮进行分度的，其优点为：较高的定位精度，可达3；。能够自动定心，定位的精度不受轴承间隙和正反转的影响（也称自由定心）。定位精度受齿轮的磨损程度影响较小，通过长期使用，轮齿之间咬合的不断磨合，可以改善定位精度。因此有良好的精度保持性。具有较强的载荷能力。定位的刚性也较好。能够加工复杂的高精度齿盘的齿形;分度、定位时, 动齿盘要升降,同时要有夹紧装置。齿轮磨床分度机构设计- 16 -在齿的种类选择上，应该选择正三角形齿，其齿数应该与所需要加工的齿轮齿数相同，这样对于工件的加工精度有所提高。（5）分度机构动力源的设计该分度机构的动力源，采用了电机和液压泵电机的设计在该分度机构中使用到电机的地方有 2 个，应该分别进行设计对于图 4 原理图中，分别在和的地方使用了电机，由于需要对进入油缸的油量进行控制，而且还需要控制起输出功率和转速，因此应该选用控制电机。在处，为了使其左侧油缸内加入液压油，使超越离合器分离开，而对精度要求不高，因此可以选择交流异步电动机。异步电动机具有以下特点:结构简单,维修方便 ,工作效率高,重量轻,成本低,负载特性硬等。此类电动机是各种类型电动机中应用最广,需要最多的种类。适用于对驱动没有特殊要求的机械装备。在该分度机构处同样需要电动机,来时其液压油进入起下端的液压缸内,拖动活塞,使齿条向上运动,带动整个齿轮机构转动,因为该处与定位分度有关,所以其电机的定位精度与转动角度需要精确定位,因此选用步进电动机。利用电磁铁磁场相互作用原理的步进电机将电脉冲信号转换为线位移或者角位移的电动机。计算机依据已知的数据和要求运算,将运算所得结果转变为脉冲信号,计算机每次发出一个脉冲信号,步进电动机就转动相应的角度,一次这个分度装置就可以转动相对比较小的角度,这样使定位更加精确。步进电动机选择可通过一下几点：步进电动机转矩的选择；步进电动机转速的选择；步进电动机在空载时候选择启动的频率；步进电动机的相数选择；步进电动机在不同的环境使用选择；步进电动机的特性：无需反馈系统，操作简单；与计算机的连接，速度控制，以及驱动电路都比较简单；角度累积误差被消除；停止转动时可以保持转矩没有转向器等机械部件，使得保养费用较低；齿轮磨床分度机构设计- 17 -无需传感器，定位精度高；在脉冲信号给定的条件下，可以以任意转速转动；在获得较大转矩时比较困难；不宜在高速环境下使用；体积重量较为笨重，功率效率上比较低；电机在超出过载运行时会损坏，出振动和噪音会在电机高速运行发出。根据以上要求和 Y7063 系列齿轮磨床定位分度机构中各种重要零件的参数，可以选出其步进电机的型号为：MT57STH52-2804A。其扭矩为：1.01N.M,向电流为:2.8A液压泵的设计：液压泵的工作原理：就像我们平时见到的注射器一样，再配以自动配流装置即可。在这里我们选择外啮合齿轮泵。因为外啮合齿轮泵的结构简单,重量轻,体积小,工作可靠,一般应用于磨床上,大都使用外啮合齿轮泵。根据要求了解主机的功能、功率和工况,选择液压泵的种类,而后再根据压力和流量的要求确定具体规格。(1) 液压泵的类型选择液压泵中的齿轮泵、叶片泵、螺杆泵、柱塞泵的优缺点和价格,应根据性能要求选择主机种类及性能、功率大小和系统特征,同时也要考虑定量亦或是变量 ,动力源的类型、转速、容积效率、总效率、自吸能力、噪声等因素。(2) 液压泵的工作压力在使用定量泵(排量不可变)负载时候切忌跟压力控制阀串连, 只要保证泵转速不变,负载压力能够决定泵的压力,泵的输出流量不受压力变化的影响。在使用变量泵(排量可变) 油缸负载时候切忌串联压力控制阀, 当液压控制系统内采用了负荷传感系统或功率控制系统,这样,负载压力泵的输出流量会类似成反比,具体以压力流量特性曲线为准。(3) 液压泵的流量a. 对于设计更新液压系统。在实际中屡次实践,最终选用先进的优先阀跟负荷传感全液压转向器配合的形式,在满足转向要求的前提下,新系统会优先对它调配流量,能够在绝大多数情况下都能满足液压油的供应,其余的液压油则可供给工作装置回路,避免了因为液压油过多粘稠使得功率下降,优化了此液压系统的工作效率,减轻了油缸的工作压力。齿轮磨床分度机构设计- 18 -b. 改良设计动臂油缸和液压泵外形,减轻系统工作压力。通过改良计算,动臂油缸采用标准系列 80/4。泵体的排量从原先 10ml/r 调整到了 14ml/r,把系统压力调到 14MPa,以满足动臂油缸的抬举力与速度的需求。c. 在使用过程中要做到正确使用装载机以及时常维护,使用一段时候后要对液压油进行更换,以免液压油污染,定期的检查与维护也是必不可少的。液压系统的优点:a.可以轻松地做到大范围的无级变速；b.相比同等输出功率的传动装置,液压传动装置的占用空间小,质量轻,动态功能好。c.使用液压系统传动具有传动平稳无间隙的特点。d.在实际生产中有自我的过载保护和自动循环的过程,而在运动时液压缸处于液压油环境中得到更好的润滑使得磨损降低,e.液压元件都是标准化、系列化的产品，便于设计、制造和推广应用。2.3.3 定位误差分析定位误差产生的原因:基准不重合误差,定位基准跟设计基准不统一产生的加工误差, 以及基于工序基准与定位基准不同而产生的一批工件中尺寸相对工序基准产生的偏差都叫做基准不重合误差。基准位移误差,一批工件定位基准相对于定位元件的位置最大变动量称为基准位移误差. 因定位基准自身的外形和尺寸偏差以及定位基准跟定位元件之间的间隙而导致的一批产品定位基准在加工尺寸方向的最大偏移,叫做定位基准位移误差,用 Y 表示。上述两类误差之和即为定位误差，可得计算公式 D=Y+B在计算过程中还需对其中的多个组成环进行计算。例如 Y 中除间隙跟几何形状外，夹具定位组件的位置误差也要计算在内。在计算定位误差的时候,首先要分别计算基准不重合误差和基准位移误差,然后根据要求将两者合成定位误差。基准不重合误差和基准位移误差并非必然出现,要根据要求计算,当基准重合且不变时,用调整法加工同一批零件时才会出现定位误差。试切法加工被使用时,就不会出现定位误差。加工过程中,为确保加工位置正确,以防加工时工件因受外力影响,使工件的位置发现偏转从未产生定位误差,须夹紧工件。在加工过程中,有很多地方可以产生误差,定位误差只是在加工工件过程中各种误差的一种,为了保证能够得到符合精度的齿轮,通常条件下,规定不得超过零件加工公差 T的 1/51/3 作为定位误差,即 D(1/5 1/3)T齿轮磨床分度机构设计- 19 -式中 D定位误差，单位为 mm；T 工件的加工时公差，单位为 mm。造成定位误差的原因有两个：1.定位基准和工序基准不统一而引起的基准不重合误差;2.定位基准和限位基准不统一而引起的基准位移误差。定位误差的计算：定位基准和限位基准重合,为齿轮的下表面为定位基准面。定位的误差为的计算公式为： +DBr 01T所以该分度交换齿轮定位的误差为： +DBr 1=0.1+0=0.1 因此这种方式的定位误差已超过工件公差的 2/3，不合格，需要提高工序尺寸的要求。 +DBr =0.02+0=0.02 01T此时定位误差小于工件误差的三分之一,即: （式中: 为工件要求的公差.）03.13gD gT所以定位误差符合要求齿轮磨床分度机构设计- 20 -3. Y7063齿轮磨床的其他分度装置的设计根据工作原理分类分度机构可分为度盘分度头、孔盘分度头、蜗杆副分度头、端齿盘分度头、槽盘分度头以及其他分度机构。分度头是机床的重要部件,主要由传动部分、分度定位部分、夹持部分组成。按分度方法和功用可分为 3 种。等分分度头:它的等分盘上一般有 24 个等分的孔或槽,可实现 2、3、4、6、8、12、24 等分的分度。通用分度头的所能达到的精度为60。万能分度头:顾名思义它的用途比较广泛。主轴可在空间内与水平面和铅垂面成任意角度。分度机构由其上有许多不同等分定位孔的分度盘跟涡轮蜗杆副组成。转动跟蜗杆相连的手柄直至定位销插入预设的定位孔中,就完成了一次分度,分度盘上的分度孔不够分度使用时,可以改变主轴跟涡轮之间的传动比来扩大分度范围。在铣床上可使万能分度头的交换齿轮连接在铣床的进给丝杠上,使被加工零件的轴向进给和回转运动相结合,铣削出一定形状的螺旋沟槽。半万能分度头:结构与万能分度头相似,但不是使用分度交换齿轮,而使用分度盘进行分度,不能连接铣床工作台。组成机器的组件很多,分度机构和定位机构就是其中之一,这种机构广泛应用于实际。机械的运动形式有很多种,有规律的间歇运动叫做分度运动。分度运动是由分度机械机构和定位机构在传动运动的带动下作间歇运动所形成。3.1 Y7063A齿轮磨床分度机构图 2-8 单槽定位盘示意图齿轮磨床分度机构设计- 21 -图 2-9 Y7063A 齿轮磨床分度机构轴装配图该分度机构由液压控制。如图 2-8 所示为单槽定位盘示意图，如图 2-9 所示为该装置的装配图剖面图。该分度机构的原理为：分度时候，活塞 19 在压力油作用下顶起杠杆 2，使得定位块 4 与单槽定位盘 21 分离。然后压力油进入油缸 10 下腔，活塞和蜗杆 9 上移，松开超越离合器 7，将蜗杆 8 和轴 18 脱开连接，而锥形摩擦离合器 16 啮合。此时压力油被压入分度油缸的 a 腔，活塞齿条 11 左移，经齿轮 23、22、12、17 交换齿轮a、b、c、d 和轴 18，传动工作台蜗杆、涡轮，使工件进行分度。当分度油缸活塞齿条11 左移到预定位置后，活塞 19 退回，杠杆 2 被弹簧 5 拉回，定位齿块在单槽计数盘齿轮磨床分度机构设计- 22 -14 表面上滑动。直到盘 14 转一圈后，单槽定位盘 21 真好转三圈，此时他们的槽也是正好对准，定位齿块 4 插入齿槽而定位，至此分度循环结束。单槽计数盘和单槽定位盘如图所示。该装置内的零件的选择和计算可以与 2.2 中计算同理，并且一一得出其中零件的尺寸，并对该定位分度机构，误差计算，明确其实际中可靠性。该分度装置的优点：可以对加工工件进行任一齿数的加工；在分度装置上，比前者分度定位更加精确；避免出现齿轮误差；使得分度角度更加灵活化，可以得到自己想要的角度；操作简单，再变化加工工件时无需更换分度交换齿轮；分度交换齿轮等零件磨损降低，使各个零件上的载荷减小。3.2 无中间浮动块的反靠分度定位机构齿轮磨床分度机构设计- 23 -图 2-10 无中间浮动块的反靠定位机构如图 2-10 所示该机构是用于机械动力滑台通用的电气机械进给传动机构来实现分度回转的，并用双速电机驱动。当蜗杆涡轮传动台面 4 以快速行程进入下一个位置时候，工作台上相应的固定当铁 1 越过弹簧定位销 2 后，定位销 2 复位，使行程开关动作，工作台慢速反靠回转，知道固定挡铁 1 和定位销 2 贴合为止。该装置内的零件的选择和计算可以与 2.2 中计算同理，并且一一得出其中零件的尺寸，并对该机构进行计算误差，明确其可行性。该机构设计上比较简单，也具有一定可行性，但是该机构在其结构和功能上还存在一定的欠缺：不能做到对所有需要加工的齿轮齿数进行加工；无法确定加工零件最后终止的地方，在最后没有自锁装置；此机构在定位时候存在冲击载荷，对机构使用寿命有影响；此机构中定位销和工作台间的滑动，增加磨损。3.3 工作台可抬起的多吃盘定位机构图 2-11 工作台抬起的多齿盘定位机构示意图齿轮磨床分度机构设计- 24 -图 2-12 工作台抬起的多齿盘定位机构剖面图如图 2-12 所示，分度时，液压油进入液压缸 2 的 A 腔，工作台 4 被抬起，定位多齿盘 3 脱开，同时离合器 M 咬合。这时分度油缸的齿条活塞 1 带动齿轮使工作台分度回转。分度过程结束后，压力油进入液压缸 2 的 B 腔内，工作台 4 下降，定位多吃盘啮合定位并且自锁，齿形离合器 M 分开，分度油缸中液压油退出，齿条活塞返回原处，循环结束 【5】 。该装置内的零件的选择和计算可以与 2.2 中计算同理，并且一一得出其中零件的尺寸，并对该机构进行计算误差，明确可行性分析。多齿盘啮合的特点：齿轮磨床分度机构设计- 25 -定位精度较高，可达3；。能自动定心，定位精度不受轴承间隙和正反转的影响（也称自由定心）。具有很强的承载能力。定位的刚性也较好。齿数的所有因数都可作为分度工位数；容易得到不等分分度。加工复杂的高精度齿盘的齿形；转位、定位时，动齿盘要升降，并要有夹紧装置。齿轮磨床分度机构设计- 26 -4. 回转工作台回转角度与初始加工位置的确定起工作台的初始位置对分度定位机构的精度也有很大的影响。将磨头固定不动，砂轮绕沟槽圆弧中心旋转进入沟槽对圆弧沟槽的磨削。下面依靠 CAD 用绘图的方法确定。让工件的中心线与磨头的中心线平行，如图：2-13图 2-13 工件中心线与磨头中心线平行示意图当工件绕回转中心旋转后的结果如 2-14 图图 2-14 工件绕回转中心旋转后示意图齿轮磨床分度机构设计- 27 -图 2-15 出现干涉示意图注意图 2-15 中的圆圈处，此时砂轮跟工件出现干涉，因此加工的起点位置不能采用传统的位置。通过计算，决定改变工作时的起点位置，另砂轮进入沟槽里面，从里向外打磨，结束时工件一共旋转了 65，这样成功地消除了干涉的现象。增加旋转角度以避免在开始和结束时砂轮碰撞工件。结果如图 2-16图 2-16 工件加工的初始位置