齒輪磨棱機結構設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　齒輪作為機械領域重要的機械零件，其加工制造一直受到人們的重視。隨著科學技術的發(fā)展，齒輪的加工要求越來越高，齒輪加工后的去翻邊毛刺已成為齒輪加工的必要工序。齒輪翻邊毛刺的去除對其外觀、傳動精度、再加工和裝配等都有很大的提高。并且能夠降低機械傳動產生的噪音，從而提高齒輪的可靠性、壽命和潤滑效果。</p><p

2、>　　本文對齒輪磨棱技術進行了分析，并提出了齒輪磨棱機的可行性方案。對機床進行了整體工作原理的設計和分析。對機床在工作情況下進行受力分析，設計出傳動方案，并對其傳動件進行設計、計算。得出了較合理的設計方案，解決了大型齒輪磨棱效率低、工時長的問題，設計的磨棱機有較為廣闊的使用前景。</p><p>　　關鍵詞：齒輪加工；機床設計；傳動系統(tǒng)；磨削</p><p><b>　　A

3、bstract</b></p><p>　　Gear as the mechanical field important mechanical parts, the processing and manufacturing has been the subject of much attention. With the development of science and technology, ge

4、ar processing requirements of increasingly high, gear processing to turn over burr has become a necessary step in gear machining. Gear burr removal flanging on the appearance, transmission accuracy, processing and assemb

5、ly are improved greatly. And can reduce the mechanical noise, thereby improving the gear reliability</p><p>　　The gear chamfering technology are analyzed, and puts forward the feasible scheme of gear chamfer

6、ing machine. The working principle of the machine design and analysis. The machine in the condition of force analysis, design of transmission scheme, and the transmission part design, calculation. The more reasonable des

7、ign scheme, solved large gear chamfering low efficiency, long working hours, the design of edge grinding machine has a broad application prospect.</p><p>　　Key words: gear processing; machine tool design;dri

8、ving system; grinding</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　第1章 緒論7</b></p><p>

9、　　1.1 課題背景7</p><p>　　1.2齒輪磨棱機研究目的和意義7</p><p>　　1.3齒輪磨棱機國內外發(fā)展狀況8</p><p><b>　　1.4課題概述9</b></p><p>　　1.4.1 齒輪磨棱的實質和種類9</p><p>　　1.4.2 磨棱的作

10、用10</p><p>　　1.4.3 齒輪磨棱機的分類及工作10</p><p>　　1.5 本課題主要研究內容10</p><p>　　1.6 擬解決的問題11</p><p>　　第2章 隨動系統(tǒng)與齒輪磨棱分析12</p><p>　　2.1 隨動系統(tǒng)12</p><p&

11、gt;　　2.2 磨頭的選擇12</p><p>　　2.3 磨頭的磨削力分析15</p><p>　　2.4 磨頭位置及角度分析16</p><p>　　2.4.1 磨頭位置16</p><p>　　2.4.2 磨棱角度分析17</p><p>　　2.5 磨削過程中力平衡分析及調節(jié)17<

12、;/p><p>　　2.6本章小結18</p><p>　　第3章 機床設計19</p><p>　　3.1 機床總體結構分析及設計思路19</p><p>　　3.1.1 待磨削齒輪的規(guī)格19</p><p>　　3.1.2 預確定齒輪磨棱機床的技術參數(shù)19</p><p>　　

13、3.1.3 機床總體機構分析及設計思路19</p><p>　　3.2 回轉工作臺的設計21</p><p>　　3.2.1 傳動系統(tǒng)的設計22</p><p>　　3.2.2 檢測臺的設計及其它部件的介紹37</p><p>　　3.3 本章小結39</p><p><b>　　結 論

14、40</b></p><p><b>　　致 謝41</b></p><p><b>　　參考文獻42</b></p><p><b>　　CONTENTS</b></p><p>　　Abstract1</p><p>　　Cha

15、pter 1 Introduction7</p><p>　　1.1 Background7</p><p>　　1.2 The research purpose and significance7</p><p>　　1.3 Gear chamfering machine development condition8</p><

16、p>　　1.4 The topic overview9</p><p>　　1.4.1 Gear chamfering essence and types9</p><p>　　1.4.2 Grinding edge effect10</p><p>　　1.4.3 Gear chamfering machine classification a

17、nd work10</p><p>　　1.5 The main research topics10</p><p>　　1.6 Problems to be resolved11</p><p>　　Chapter 2 Servo system and gear grinding edge analysis12</p><p>

18、;　　2.1 Servo system12</p><p>　　2.2 Head choice12</p><p>　　2.3 Grinding head of grinding force analysis15</p><p>　　2.4 Head position and angle analysis16</p><p>

19、　　2.4.1 Head position16</p><p>　　2.4.2 Chamfering angle analysis17</p><p>　　2.5 In the process of grinding force balance analysis and adjustment17</p><p>　　2.6 Chapter summar

20、y18</p><p>　　Chapter 3 Machine tool design19</p><p>　　3.1 Machine tool overall structure analysis and design19</p><p>　　3.1.1 For grinding gear specification19</p><

21、;p>　　3.1.2 Gear chamfering machinetool for confirming the technical</p><p>　　parameters19</p><p>　　3.1.3 Machine tool overall mechanism analysis and design19</p><p>　　3.2 Th

22、e design of rotary working table21</p><p>　　3.2.1 Transmission system design22</p><p>　　3.2.2 Test platform design and other components presented37</p><p>　　3.3 Chapter summar

23、y39</p><p>　　Conclusion40</p><p><b>　　Thanks41</b></p><p>　　Reference42</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景<

24、/b></p><p>　　在大型設備中的齒輪其模數(shù)和齒數(shù)往往都很大，其質量也自然很大，對這樣的齒輪其裝夾和加工通常都很困難，特別是像齒端磨棱這樣的特殊工藝將更為困難。因此目前對于大型齒輪的齒端磨棱國內外還沒有專門的設備進行，因此有必要針對大型齒輪的齒端磨棱的相關原理進行分析并對機床進行設計。</p><p>　　目前由于沒有專用的設備，該工藝都是通過工人的手工進行的。先用磨頭手工粗

25、倒棱，然后用油石拋光，這種做法工人的勞動強度大，工作環(huán)境惡劣，勞動效率低下，對工人的操作要求高，而且加工質量不高。過去，用戶對倒棱的質量要求不高，齒輪倒棱不作為很重要的工藝，并且生產任務量少，手工倒棱可以滿足質量和效率的要求，但是隨著科學技術的發(fā)展和市場的不斷擴大，用戶對產品的質量要求越來越高，齒輪倒棱不再是可粗可精可有可無的工藝，已經成為很重要的生產工藝，甚至因為倒棱質量達不到要求導致產品不合格，并且生產任務量也越來越大，手工生產已滿

26、足不了生產的需要。</p><p>　　因此有必要對齒端倒棱工藝的原理進行分析并設計出相應的機床。以適應現(xiàn)代對齒輪倒棱加工的生產需要。</p><p>　　1.2齒輪磨棱機研究目的和意義</p><p>　　齒輪作為重要的傳動零件，由于毛刺的存在，影響其外觀、傳動精度、再加工和裝配，并產生傳動噪音，以至使齒輪的性能可靠性、壽命和潤滑效果下降，更主要的是降低了齒輪的質

27、量[1]。由于毛刺的存在會導致整個機械系統(tǒng)不能正常工作, 使可靠性、穩(wěn)定性降低。當存在毛刺的機器作機械運動或振動時, 脫落的毛刺會造成機器滑動表面過早磨損、噪音增大。因此我們必須考慮去除齒輪的毛刺。而齒輪磨棱機恰是一種很好的用于給齒輪去除毛刺的設備，他在齒輪生產中是極為重要的[3]。齒輪磨棱機是一種用于給齒輪去翻邊毛刺的自動化機械設備，它采用氣動或電動的高速轉動，帶動砂輪片進行磨削工作，該機床為汽車、摩托車、工程機械、減速器、機器制造等

28、行業(yè)提供了可靠的裝備，極大的提高傳動零件的嚙合精度，有效地降低了傳動噪音。</p><p>　　1.3齒輪磨棱機國內外發(fā)展狀況</p><p>　　隨著生產幾十點發(fā)展和使用要求的提高，齒輪正朝著高精度、高強度、高承載、低噪聲、輕量化及長壽命方向發(fā)展。對齒輪輪齒進行倒棱是控制齒輪噪聲等的一個十分重要的工藝措施，已引起國內外齒輪加工制造杭寅普遍的關注和重視[4]。</p><

29、;p>　　19世紀末，為了磨削插齒刀，在美國創(chuàng)制了大平面砂輪磨齒機。20世紀初，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，德國研制出錐面砂輪磨齒機，美國采用成形砂輪磨削汽車齒輪。1914年，為了提高齒輪精度，瑞士制造出碟形砂輪磨齒機，采取了補償砂輪磨損等措施。30年代后期，瑞士又研制出蝸桿砂輪磨齒機，提高了效率。對美國產齒輪的研究發(fā)現(xiàn)，美國無論是同應公司，還是博格華納、GE、BUCYRUS、AllisonTransmissions、TEREX、CAT等

30、公司，生產地無論是閉塞式與或是開放式的齒輪，均對其進行倒棱。雖然美國商務通移動齒輪倒棱國家標準，但個公司對齒輪倒棱有著相同的共識——必修倒棱，并且按各公司的有關標準進行實施。國外對這一技術的應用十分重視，足以表明齒輪倒棱的重要性和必要性[6]。</p><p>　　中國的齒輪磨床研究制造已有四十余年歷史，從八十年代初至今近二十多年間發(fā)展較快，制造出七個系列60余種規(guī)格的齒輪磨床。其中1997年由秦川機床集團有限公

31、司研制成功的YK7250蝸桿砂輪磨齒機（數(shù)控八軸五聯(lián)動）在國際機床博覽會上被有關專家譽為“具國際水平的機床”，標志著中國齒輪磨床制造技術水平跨入世界先進行列。 隨著科學技術和經濟的發(fā)展，齒輪加工業(yè)對于齒輪加工機床的性能要求不斷提高，反之，齒輪加工機床制造業(yè)對于齒輪加工又具有導向作用，形成有機的聯(lián)動發(fā)展。為此，一批能適應社會科技和經濟發(fā)展節(jié)拍的新產品應運而生[6]。溫嶺市美日機床有限公司、重慶機床有限公司、寶雞虢西磨棱機廠、陜西秦川機床有

32、限公司、天津第一機床總廠等眾多廠家都對齒輪磨棱機研發(fā)和生產。其中寶雞虢西磨棱機廠生產的"YM系列齒輪磨棱倒角機"是由科技人員經多年研發(fā)、精心設計而成，主要應用于各種齒形零件的磨棱倒角加工。該系列機床已有三項技術取得了國家專利，并獲得陜西省優(yōu)秀專利二等獎。</p><p>　　圖1-1 重慶識金實驗檢測設備有限公司生產的SJ-1C2氣動雙磨頭齒輪磨棱倒角機</p><p&g

33、t;<b>　　1.4課題概述</b></p><p>　　1.4.1 齒輪磨棱的實質和種類</p><p>　　倒棱實質上是小倒角，也就是在齒輪的齒形加工后對所有裸露的尖角再倒一個小倒角為了與齒輪兩端的大倒角相區(qū)別，故稱為倒棱。倒棱是沿輪齒斷面的倒角，是防止由于小的磕碰造成齒面突起而產生噪聲和損傷嚙合齒面的一項重要措施。倒棱又分為齒頂?shù)估夂妄X廓倒棱[8]。<

34、/p><p>　　1.4.2 磨棱的作用</p><p>　　1.降低齒輪嚙合時的噪聲；</p><p>　　2.提高齒輪嚙合精度，減少嚙合沖擊；</p><p>　　3.減小扒齒，延長齒輪使用壽命；</p><p>　　4.減少熱處理時的應力集中；</p><p>　　5.避免膠合打齒的危險；&

35、lt;/p><p>　　6.在對硬齒面滾、刮、磨以及滾、刮工藝中有利于刮刀切入，有效地避免打刀和刀刃崩缺；</p><p>　　7.齒輪倒棱后不僅外形美觀，而且比較安全，在齒輪的裝配與調試中，手不易被劃傷[7]。</p><p>　　1.4.3 齒輪磨棱機的分類及工作</p><p>　　磨齒機的工作原理分成形法和展成法(見齒輪加工)兩類。按展

36、成法加工的磨齒機根據(jù)砂輪形狀可分為 4種：①碟形砂輪磨齒機 ②錐面砂輪磨齒機 ③蝸桿砂輪磨齒機　④大平面砂輪磨齒機[4]。</p><p>　　齒輪磨棱機采用錐形砂輪磨齒, 該磨齒是按齒輪齒條嚙合原理進行加工的。 砂輪相當于假想齒條上的一個齒, 工件節(jié)圓沿假想齒條節(jié)線作純滾動。工件通過展成運動鏈, 作展成運動( 往復移動和繞自身軸線的反復轉動)。 移動和轉動必須保持一定的相對關系, 即工件轉1 轉, 其移動長度應

37、等于磨削節(jié)圓圓周的展開長度。這樣就可磨出所需的漸開線齒形。 砂輪倒角是將工件( 齒輪)固定于旋轉軸并與旋轉軸一起旋轉( 如圖1) , 砂輪片由電動機帶動旋轉, 砂輪片由于重力的原因作用于齒輪, 齒輪勻速旋轉, 砂輪片沿著齒輪的邊緣進行切削運動, 將齒輪邊緣的棱邊磨成斜角。由于工件在電機帶動下旋轉, 當磨完一個齒后, 將自動磨下一個齒。這樣只需工件轉一轉, 即可完成加工[10]。</p><p>　　1.5 本課

38、題主要研究內容</p><p>　　1. 根據(jù)基本技術參數(shù)，給出齒輪磨棱機總體結構初步設計方案。</p><p>　　2.進行磨削力，功率，運動行程等方面的計算，確定各個零部件的具體外形尺寸并進行強度校核。完成總裝圖及部分零件圖。</p><p>　　3.根據(jù)工件所要加工的形狀及尺寸要求，進行總體設計。</p><p>　　4.機座、主軸、軸

39、承的設計及校核。</p><p>　　5.生產能力、磨削力、傳送功率的計算。</p><p>　　1.6 擬解決的問題</p><p>　　1.齒輪嚙合的準確性；</p><p>　　2.刀具的選擇及運動軌跡準確性。</p><p>　　第2章 隨動系統(tǒng)與齒輪磨棱分析</p><p><

40、;b>　　2.1 隨動系統(tǒng)</b></p><p>　　隨動系統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，輸出量是機械位移、速度或者加速度。因此隨動系統(tǒng)這一術語，與位置或速度，或加速度控制系統(tǒng)是同義語。在隨動系統(tǒng)中，有一類，它的參考輸入不是時間的解析函數(shù)，如何變化事先并不知道(隨著時間任意變化)?？刂葡到y(tǒng)的任務是在各種情況下保證輸出以一定精度跟隨著參考輸入的變化而變化。 </p><

41、;p>　　微機位置伺服系統(tǒng)概述在自動控制系統(tǒng)中，把輸出量能夠以一定準確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱為隨動系統(tǒng)，亦稱伺服系統(tǒng)。</p><p>　　在控制系統(tǒng)中若給定的輸入信號是預先未知且隨時間變化的并且系統(tǒng)的輸出量隨輸入量的變化而變化這種系統(tǒng)就稱為隨動系統(tǒng)?？焖俑櫤蜏蚀_定位是隨動系統(tǒng)的兩個重要技術指標。</p><p>　　2.2 磨頭的選擇</p><p

42、>　　磨具的選擇一般可按被加工工件的材料和所規(guī)定的加工粗糙度和磨削率來選擇砂輪。砂輪的選擇分為：磨料的選擇，粒度的選擇，硬度的選擇，結合劑的選擇，組織的選擇，形狀的選擇，外徑、厚度、內徑的選擇。</p><p>　　磨具是有許多細小的磨粒用結合劑骨節(jié)成一定尺寸形狀的磨削工具，磨料的種類可分為以下幾種：</p><p>　　剛玉類，主要成分是氧化鋁（Al2O3）。硬度較碳化硅類低，但韌

43、性好，主要用以磨削抗拉強度較大的材料（如鋼料）。又分可分為棕剛玉（代號GZ）及白玉剛（代號GB），棕剛玉呈棕褐色，韌性好而硬度比白剛玉低，適用于磨削碳鋼、合金鋼等材料；白剛玉硬度比棕剛玉稍高，但韌性低，適用于精磨淬火鋼、高速鋼等零件。此外還有單晶剛玉（代號GD），每個顆?；旧隙际菃尉w，呈球狀多面體，這種單晶體是在生產過程中生成的，故沒有一般剛玉因將粗大多晶體機械破碎而在砂粒內形成的傷痕與殘留應力，所以硬度與任性比白剛玉與棕剛玉高，磨

44、削性能較好。適用于磨削不銹鋼，成型磨削與精密磨削。微晶剛玉（代號GW）是在制造時由于迅速冷卻而形成很微細的結晶構造，每個砂粒都有很多微小的切削刃，同時這些微晶又牢固地連接在一起因而這種磨料的韌性高，強度大，又有良好的自銳性，當磨削力較大時，只掉下極小的碎塊而形成刃口，因此砂輪的磨削能力高而砂輪的消耗小，適用于磨削深度大的成型磨削、不銹鋼等特殊鋼材的磨削以及光潔度的磨削。還有一種叫鉻鋼玉，是在冶煉白剛玉時添加1~3%的氧化鉻（Cr2O3）

45、來提高其磨削性能。鉻鋼玉（代號GG）呈玫瑰紅或紫紅色，硬度</p><p>　　碳化硅（SiC）類，比剛玉硬度高但脆性也大，崩碎后，晶面上會分裂出新的尖銳刃口，適用于磨硬而脆的材料，如鑄鐵。碳化硅又分為黑碳化硅（代號為TH）及綠碳化硅（代號為TL）黑碳化硅雜質較多，不如綠碳化硅純，價格也比較便宜，適用于磨削鑄鐵等材料，綠色碳化硅雜質少，硬度比黑色碳化硅稍高，適用于磨削硬質合金等硬度更高比較難磨的脆性材料。<

46、/p><p>　　金剛石類，硬度較高，但價格也最貴，分為天然金剛石（代號為JT）及人造金剛石（代號為JR），由于人口尖銳，硬度非常高，不易磨損，磨削時發(fā)熱少，精度與表面光潔度較高，砂輪壽命非常長。用綠色碳化硅磨硬質合金常易在表面出現(xiàn)裂紋，而用金剛石磨料的砂輪就不會發(fā)生，故特別適合于磨削硬質合金等硬度很高的材料，用來磨鋼鐵時由于金剛石和鋼鐵之間的化學親和力強，磨損較快。</p><p>　　總的

47、來說，磨料的選擇主要是根據(jù)工件材料。根據(jù)設計要求，由于該齒輪磨棱機是對剛剛加工好的齒輪進行再加工，即未淬火的合金鋼，所以選用剛玉類材料，又結合設計要求和經濟性選用棕剛玉，代號：A。</p><p>　　磨料的粒度表示磨料顆粒的尺寸大小，適宜的磨粒形狀和尺寸，能夠保證磨粒具有足夠的切削刃數(shù)和適度的切削刃參數(shù)，以保證足夠相應的切削性能。磨料粒度的選擇，主要與加工表面粗糙度和生產率有關。一般來說，中等粒度的磨具應用最為

48、普遍。細粒度磨具通常指在精磨、研磨和拋光時使用。成批生產時，在滿足工件粗糙度要求的前提下，應盡量選用粒度粗一些的磨具，以提高生產率。而小批量貨單件生產時，一般著重考慮工件的加工質量，所以選用細一些粒度的磨具比較有利。該齒輪磨棱機雖然是對齒輪進行去翻邊、毛刺，但因為齒輪屬于較精密的重要工件，所以磨具粒度應選擇F30—F46之間的粒度號，根據(jù)查表GB/T2484—2006選擇粒度號：F40。</p><p>　　磨具

49、的硬度是指結合劑粘結磨粒的牢固程度，磨具表面上的磨粒在外力作用下從結合劑中脫落的難易程度，磨粒容易脫落的磨具，硬度就低，反之，磨具的硬度就高。磨具硬度與磨料自身的硬度是不同的概念。影響磨具硬度的重要因素是結合劑。磨具硬度對其使用性能又很大的影響。為了適應不同工件材料和磨削加工條件的要求，需要有不同硬度等級的迷局供選擇使用。磨具硬度代號有軟至硬的順序為：</p><p>　　A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H，J，K，

50、L，M，N，P，Q，R，S，T，Y</p><p>　　結合設計要求查表GB/T2484—1994選用中硬度代號：M。</p><p>　　磨具結合劑是主要作用是叫許多細小的磨力黏在一起組成密集，使其具有一定形狀和必要的強度。磨削時，磨粒在結合劑的支持下，可以對工件進行切削。的那個磨力磨鈍時，又能使磨粒及時碎裂或脫落，是磨具保持良好的，磨削性能。磨具結合劑的選擇主要與，磨削方法、磨削速度以

51、及工件表面建工要求等有關。目前磨齒機上用的磨具的結合劑，基本上都是陶瓷結合劑。根據(jù)查表GB/T2484—1994陶瓷結合劑的代號為：V。</p><p>　　磨具的組織是指磨具中磨料、結合劑和氣孔三者之間的體積關系。一般通過配方來控制。磨具組織的表示方法有兩種：一種是用磨具體積中磨粒所占的百分比，也就是通常所說的磨粒率表示：一種是用磨具中氣孔的數(shù)量和大小，也就是用氣孔率表示。按，磨粒率表示的磨具組織共分15個組織

52、號，器劃分的遠著是以62%的磨粒率為0號組織，以后磨粒率每減少2%，組織號增加1好，以此類推。磨具組織號按磨粒率從大到小的順序為：</p><p>　　0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14</p><p>　　組織號小表示磨粒戰(zhàn)友體積百分比數(shù)大，組織緊密，故磨具易被切削堵塞，磨削效率低，但可承受極大的磨削壓力，磨具廓形易于保持不變，磨削表面的粗糙度較小。一般

53、來說，緊密組織的磨具適用于磨削精度較高和磨具對工件壓力大的，中等組織的磨具進行一般的磨削，松組織的磨具的砂輪則適用于接觸面積較大及材料較軟的工件，以及磨具對工件壓力較小的情況。根據(jù)設計要求和查表GB/T2484—1994選用組織號為6的組織。</p><p>　　磨具的正確幾何形狀和尺寸，是滿足各種磨削加工形式和保證磨削加工正常進行的主要條件。根據(jù)齒輪磨棱機的工作要求并查表GB/T2484—2006選用圓頭錐磨頭

54、代號為：17b。外徑D=10，厚度T=32，孔徑H=6。</p><p>　　圖2.2 磨頭尺寸視圖</p><p>　　2.3 磨頭的磨削力分析</p><p>　　磨削力是的磨粒切削工件時，作用在磨粒上的力，可以分析成兩個分力即法向力Fv和切向力Fr，并為結合劑橋上的結合力所平衡。在磨削某一材料齒輪，磨棱角度滿足要求的前提下切削力的主要影響因素是磨頭的線速度

55、，其他的屬于次要因素。通過圖2.3分析可得，在磨削是磨棱角度滿足要求的前提下，通過調節(jié)磨頭的線速度和磨頭的受力即可改變磨棱寬度從而達到要求加工的尺寸。</p><p>　　圖2.3 磨頭磨削力分析</p><p>　　2.4 磨頭位置及角度分析</p><p>　　2.4.1 磨頭位置</p><p>　　磨頭的空間布置以滿足齒根和齒頂

56、的磨棱的角度與標準的角的正負差值大致相等為目標。</p><p>　　加工齒根時坐標示意圖如圖2-4：</p><p>　　圖2-4 加工齒根時磨頭切削點的位置</p><p>　　磨頭在磨削齒根時磨頭切削點坐標(X，Y)滿足下式:</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>

57、;　　加工漸開線時的坐標示意圖如圖2-5：</p><p>　　圖2-5 加工齒漸開線時磨頭切削點的位置</p><p>　　磨頭磨削漸開線部分時切削點的作標（X，Y）滿足下式:</p><p><b>　　x=x</b></p><p>　　y=-x （2-2）</p>&l

58、t;p>　　2.4.2 磨棱角度分析</p><p><b>　　磨削角度滿足下式：</b></p><p><b>　　（2-3）</b></p><p>　　式中 —–磨削角度</p><p>　　—–磨頭軸線與齒輪端面的初始角度</p><p>　　—–磨頭軸

59、線與齒輪端面的變化角度</p><p><b>　　—–磨頭的錐角</b></p><p>　　通過上式我們可以看出：磨頭軸線與齒輪端面的角度影響磨棱角度。</p><p>　　磨頭軸線與齒輪端面的角度滿足下式：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>

60、;<b>　　推得：</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　由上式可以看出：磨頭到擺動點的的長度與磨頭位置的比值決定磨頭軸線與齒輪端面的角度，進而影響磨削的角度。</p><p>　　2.5 磨削過程中力平衡分析及調節(jié)</p><p>　　磨頭在進行磨削時磨頭

61、對其固定點主要受工件對磨頭的切向力Ft對磨頭固定點的轉矩，相應的調節(jié)力Ft及其主軸的重力對其固定點的轉矩兩個轉矩的作用。在這兩個轉矩的作用下磨頭在YOZ平面內可以適當?shù)霓D過一定角度而達到力矩平衡，從而實現(xiàn)隨動式的加工。受力分析圖如圖2-7：</p><p>　　圖2-7 磨頭力平衡分析</p><p>　　由上圖受力分析可知， </p><p><b>

62、;　?。?-6）</b></p><p><b>　　（2-7）</b></p><p>　　對于設計好的磨頭來說Lg，Lf都是定值， 只有Ft是可調的，通過調節(jié)Ft可以調節(jié)F從而達到調節(jié)磨削寬度的目的。</p><p><b>　　2.6 本章小結</b></p><p>　　通過理

63、論分析我們可以看出通過合理設計機械的相關尺寸和角度，可以通過磨頭隨動加工出符合角度要求的棱角。通過合理調整切向力Ft，來調節(jié)磨頭的受力，從而達到調節(jié)磨棱寬度的目的。</p><p>　　當然，這只是理論分析，在實際中也存在許多問題值得生產實踐過程中去重視并改進的問題。例如，實際生產中磨頭的受力是受齒輪自轉的影響的，但可以預見在磨頭轉速很高時影響是不大的。但是若齒輪轉速太低對磨頭受力影響還是較大的。</p&g

64、t;<p><b>　　第3章 機床設計</b></p><p>　　3.1 機床總體結構分析及設計思路</p><p>　　3.1.1 待磨削齒輪的規(guī)格</p><p>　　加工齒輪直徑（mm） 200～800mm</p><p>　　加工模數(shù)（mm） 2～16mm<

65、;/p><p>　　預確定齒輪磨棱機床的技術參數(shù)</p><p><b>　　見表3-1</b></p><p>　　3.1.3 機床總體機構分析及設計思路</p><p>　　由第2章的原理分析可知在用這種原理進行加工時，磨頭主軸和齒輪中心孔軸心是接近垂直的。</p><p>　　在機床加工過程中

66、齒輪的寬度是可變的，因此磨頭主軸離齒輪端面的距離必須要求可調，因此機床必須設計成磨頭主軸距離相對與齒輪工作臺面距離可通過人工調節(jié)的形式。</p><p>　　該機床要求加工不同齒數(shù)和模數(shù)的齒輪，這就要求磨頭主軸在機床Y方向具有可調功能，而對于具體的一次加工來說只需調節(jié)一次，因此可用手動調節(jié)。</p><p>　　同時裝齒輪的工作臺要求低速旋轉，而且是在加工過程中持續(xù)轉動并且要求轉速可調，因

67、此選用電動機，為了節(jié)省空間，采用帶輪傳動。</p><p>　　磨頭由于轉速較高功率小，且由于結構和質量限制不能采用調速機構或者變速箱進行調速，因此選用轉速易調的馬達。</p><p>　　綜上分析該機器共需要實現(xiàn)4個運動，其中2個用手輪調節(jié)、1個用電動機、1個用馬達來實現(xiàn)。2手輪均調節(jié)磨頭主軸的空間位置，這樣可以將機床的設計分為兩部分：安裝齒輪的回轉工作臺和安裝磨頭主軸的檢測架兩部分。先

68、分別對這兩部分的結構按預定要求設計出來。這樣可初步確定出機床的大體結構示意圖如圖3-2所示：</p><p>　　表3-1 技術參數(shù)</p><p>　　圖3-2 機床示意圖</p><p>　　3.2 回轉工作臺的設計</p><p>　　回轉工作臺采用電機驅動，電機通過帶輪傳動直接帶動回轉工作臺轉動。其傳動系統(tǒng)圖如圖3-3所示：&l

69、t;/p><p>　　圖3-3 回轉工作臺傳動示意圖</p><p>　　其設計包括傳動系統(tǒng)的設計、工作臺及其它部件的設計。</p><p>　　3.2.1 傳動系統(tǒng)的設計</p><p>　　傳動系統(tǒng)設計主要包括電動機的選定、各級傳動比的確定、齒輪設計計算、帶輪設計計算和蝸輪蝸桿設計計算等。傳動系統(tǒng)如圖3-4所示：</p>&

70、lt;p><b>　　(a)</b></p><p><b>　　(b)</b></p><p>　　傳動系統(tǒng)示意圖3-4</p><p>　　1. 電動機的選定</p><p>　　工作機要求的電動機輸出功率為：</p><p><b>　　其中，<

71、/b></p><p>　　(1) 確定公式中的參數(shù)</p><p>　　磨削過程中磨削力的大小可由經驗公式計算出：</p><p><b>　　F=15</b></p><p>　　磨頭直徑按最大直徑10mm計算，則主軸最高線速度為： </p><p><b>　　V=170m

72、/s</b></p><p>　?。糊X輪傳動效率， =0.97</p><p>　?。何仐U傳動效率， =0.73</p><p>　?。弘x合器傳動效率，=0.99</p><p>　?。簬鲃有?， =0.94</p><p>　　(2) 數(shù)據(jù)代入公式得：</p><p>

73、;　　(3) 選擇電動機</p><p>　　由=3.86，查表得，選擇電動機額定功率為4kw，滿載轉速為720 型號為Y160M1—8籠型三相異步電動機</p><p>　　2. 傳動比的分配</p><p>　　轉動工作臺的轉速范圍為4r/min~10r/min，選定的電動機轉速為720 r/min，則傳動比為。因為圓柱齒輪傳動比小于10，蝸輪蝸桿的傳動比小

74、于80，帶輪的傳動比小于4，所以初步選定，齒輪傳動比=2，蝸桿蝸輪傳動比=25，帶輪傳動比=3,?？伤愕每倐鲃颖龋侠?。</p><p><b>　　3. 齒輪的設計</b></p><p>　　(1) 選擇齒輪的材料、熱處理、精度及齒數(shù)</p><p>　　該齒輪磨棱機速度不高，故選用8級精度（GB/T10095—2000）。</p

75、><p>　　材料選擇。由白哦7-2，選小齒輪材料為45鋼，調質，齒面硬度為230HBS；大齒輪材料為45鋼，正火，齒面硬度為190HBW，硬度相差4HBS，合適。</p><p>　　選小齒輪齒數(shù)=27，則大齒輪齒數(shù)。</p><p>　　齒數(shù)比 ，合理。</p><p>　　由于兩齒輪均為齒面硬度350HBW的軟齒面，故可按chiming

76、疲勞強度計算，然后校核齒根彎曲疲勞強度。</p><p>　　(2) 按齒面接觸疲勞強度進行設計，由式　 </p><p><b>　　（3-6）</b></p><p>　　1) 確定公式中的各個參數(shù)：</p><p>　　----小齒輪傳遞的轉矩，N·m，</p><p><

77、b>　　N·m；</b></p><p>　　----載荷系數(shù)，設計時，因為v值未知，不能確定，故可初選載荷系數(shù).</p><p>　　----齒寬系數(shù)，由[1]表8.6查得，取齒寬系數(shù)；</p><p>　　----彈性系數(shù)，由[1]表8.6查得，；</p><p>　　----區(qū)域系數(shù)，由[1]表8.6查得，=

78、2.5</p><p>　　------齒數(shù)比，</p><p>　　----許用接觸應力， ，其中，MPa</p><p><b>　　應力循環(huán)次數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)，，由[1]查得，K=0.92,K=0.95,取安全系數(shù).</p><p><b>　　所以：</

79、b></p><p><b>　　MPa</b></p><p><b>　　MPa</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　MPa</b></p><p><b>　　代入公

80、式：</b></p><p><b>　　=67.84mm</b></p><p>　　2) 計算圓周速度v；</p><p><b>　　m/s</b></p><p><b>　　3) 計算齒寬b：</b></p><p>　　b==16

81、7.84=67.84</p><p>　　4) 計算齒寬與齒高比：</p><p><b>　　模數(shù)m=mm</b></p><p>　　齒高h=2.25=2.25=5.09mm</p><p>　　5) 計算載荷系數(shù)，根據(jù)v2.56,8ji精度，查表得東載荷系數(shù)為K=1.13;</p><p>

82、<b>　　直齒輪</b></p><p>　　查表7-6得使用系數(shù)；</p><p>　　查表7-8用插值法查得8級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時：</p><p>　　由，查圖7.16得；故載荷系數(shù)</p><p><b>　　K= K=</b></p><p>　　6

83、) 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑得</p><p><b>　　d=d</b></p><p><b>　　7) 計算模數(shù)m：</b></p><p>　　m=,取標準模數(shù)m=2.5</p><p>　　8) 計算分度圓直徑、中心距、齒寬：</p><p><

84、b>　　mm</b></p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　a=mm</b></p><p><b>　　9) 計算齒寬：</b></p><p><b>　　b=mm</b></p><

85、;p>　　取b=65mm，=60mm </p><p>　　(3)校核齒根彎曲疲勞強度</p><p><b>　　校核公式為 </b></p><p>　　1) 確定式中各個參數(shù)</p><p><b>　　載荷系數(shù)：</b></p><p>　　2) 齒形系數(shù)

86、與應力校正系數(shù)為：</p><p><b>　　小齒輪</b></p><p><b>　　大齒輪</b></p><p>　　3) 計算彎曲疲勞許用應力，查圖7.24（b）得小齒輪的彎曲疲勞強度極限430MPa；大齒輪的彎曲疲勞強度極限=380MPa</p><p>　　由圖7.21查得彎曲疲勞壽

87、命系數(shù)</p><p>　　去彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.3，則</p><p>　　4) 小齒輪所受的圓周力：</p><p><b>　　5) 校核計算</b></p><p>　　所以大小齒輪的彎曲疲勞強度均足夠。</p><p><b>　　4. 帶輪設計</b><

88、;/p><p>　　(1) 確定帶型：</p><p>　　由上述的計算可知小帶輪的轉速范圍為14r/min~35r/min。</p><p>　　根據(jù)設計功率kW，確定帶型為B型。</p><p>　　(2) 確定帶輪的基準直徑和：</p><p>　　由于大帶輪要安裝在轉臺的工作臺上的主軸上，由于齒輪較大工作臺直徑

89、較大，主軸內孔直徑很大，按最大齒輪直徑的一半計算為400mm，則大帶輪必須比這一尺寸必須大200mm左右，故取大帶輪的直徑為=700mm，則相應的小帶輪的直徑為=200mm。</p><p>　　(3) 驗算帶的速度：</p><p>　　設計時帶速不宜過高應該滿足，其中m/s。</p><p><b>　?。?-7）</b></p&g

90、t;<p>　　式中 -帶速，m/s；</p><p>　　-小帶輪直徑，mm；</p><p>　　-小帶輪轉速，r/min；</p><p><b>　　m/s</b></p><p><b>　　滿足條件。</b></p><p>　　(4) 確定中心

91、距和V帶基準長度：</p><p>　　中心距小，可以使傳動結構緊湊。但也會因為帶的長度小，使單位時間內繞過帶輪的次數(shù)多，降低帶的壽命。中心距較大則反之。中心距過大，當帶高速時，容易引起帶工作時的抖動。設計時一般下式初步選取中心距.</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　所以， </p>

92、<p>　　630mm1800mm</p><p><b>　　初選mm</b></p><p>　　根據(jù)如下公式計算帶的基準長度</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　查表選擇基準長度mm .</p><p><b>　　實際軸間

93、距：</b></p><p><b>　　mm</b></p><p>　　(5) 計算小帶輪包角</p><p>　　增大小帶輪的包角，可以提高傳動能力，按下式計算小帶輪包角</p><p>　　(6) 確定V帶根數(shù)：</p><p><b>　?。?-9）</b

94、></p><p>　　式中 ----包角修正系數(shù)，考慮包角對傳動能力的影響，由[1]表7.8查得，；</p><p>　　----帶長修正系數(shù)，考慮到帶長不為特定帶長時對使用壽命的影響，由[1]表7.2查得，；</p><p>　　-----單根V帶傳遞功率，由[1]表7.3查得，kW；</p><p>　　----傳動比不等于1時

95、的額定功率增量，由[2]表14.1查得，</p><p><b>　　kW；</b></p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>　　?。?。</b></p><p>　　(7) 確定初拉力：</p><p>　　是保證帶傳動

96、正常工作的重要因素，它影響帶的傳動能力和壽命。過小易出現(xiàn)打滑，傳動能力不易發(fā)揮，過大會使帶的使用壽命降低，且軸承和軸的受力增大。單根普通V帶合適的初拉力可按下式計算</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　式中各符號意義同前，為普通V帶每米長度的質量，由[1]表7.1查得kg/m。</p><p><b>

97、;　　所以：</b></p><p><b>　　N</b></p><p>　　(8) 計算作用在軸上的壓力：</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　式中個符號意義同前 ，所以 </p><p><b>　　N<

98、/b></p><p>　　5. 蝸輪蝸桿傳動設計</p><p>　　蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，它用于傳遞交錯軸之間的回轉運動和動力，通常兩軸交錯角為90°。傳動中一般蝸桿是主動件，蝸輪是從動件。蝸桿傳動廣泛用于各種機器和儀器中。</p><p>　　蝸桿傳動的主要優(yōu)點是能得到很大的傳動比、結構緊湊、傳動平穩(wěn)和噪聲較小等。在分度機構中其傳動比i可

99、達1000；在動力傳動中，通常i=8~80。蝸桿傳動的主要缺點是傳動效率較低；為了減摩耐磨，蝸輪齒圈常需用青銅制造，成本較高。</p><p>　　按形狀的不同，蝸桿可分為：圓柱蝸桿和環(huán)面蝸桿。</p><p>　　圓柱蝸桿按其螺旋面的形狀又分為阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）和漸開線蝸桿（ZI蝸桿）等。</p><p>　　車削阿基米德蝸桿與加工梯形螺紋類似。車刀切削刃夾

100、角2α=40°，加工時切削刃的平面通過蝸桿軸線。因此切出的齒形，在包含軸線的截面內為側邊呈直線的齒條；而在垂直于蝸桿軸線的截面內為阿基米德螺旋線。</p><p>　　漸開線蝸桿的齒形，在垂直于蝸桿軸線的截面內為漸開線，在包含蝸桿軸線的截面內為凸廓曲線。這種蝸桿可以像圓柱齒輪那樣用滾刀銑切，適用于成批生產。</p><p>　　和螺紋一樣，蝸桿有左、右旋之分，常用的是右旋蝸桿。&

101、lt;/p><p>　　對于一般動力傳動，常按照7級精度（適用于蝸桿圓周速度V1<7.5m/s）、8級精度（V1<3m/s）和9級精度V1<1.5m/s）制造。</p><p>　　蝸桿傳動的主要失效形式有膠合、點蝕和磨損等。由于蝸桿傳動在齒面間有較大的相對滑動，產生熱量，使?jié)櫥瑴囟壬叨兿。瑵櫥瑮l件變壞，增大了膠合的可能性。在閉式傳動中，如果不能及時散熱，往往因膠合而影響

102、蝸桿傳動的承載能力。在開式傳動或潤滑密封不良的閉式傳動中，蝸輪輪齒的磨損就顯得突出。</p><p>　　由于蝸桿傳動的特點，蝸桿副的材料不僅要求有足夠的強度，而更重要的是要有良好的減摩耐磨性能和抗膠合的能力。因此常采用青銅做蝸輪的齒圈，與淬硬磨削的鋼制蝸桿相配。</p><p>　　蝸桿一般采用碳素鋼或合金鋼制造，要求齒面光潔并具有較高硬度。對于高速重載的蝸桿常用20Cr，20CrMnT

103、i（滲碳淬火到56～62HRC）；或40Cr、42SiMn，45(表面淬火到45～55 HRC)等，并應磨削。一般蝸桿可采用40、45等碳素鋼調制處理（硬度為220～250HBS）。在低速或人力傳動中，蝸桿可不經熱處理，甚至可采用鑄鐵。</p><p>　　在重要的高速蝸桿傳動中，蝸輪常用10-1錫青銅（ZCuSn10P1）制造，它的抗膠合和耐磨性能好，允許的滑動速度可達25m/s，易于切削加工，但價貴。在滑動速

104、度vs<12m/s的蝸桿傳動中，可采用含錫量低的5-5-5錫青銅（ZCuSn5Pb5Zn5）。10-3鋁青銅（ZCuAl10Fe3）有足夠強度，鑄造性能好、耐沖擊、價廉，但切削性能差、抗膠合性能不如錫青銅，一般用于vs ≤6m/s的傳動。在速度較低的傳動中，可用球墨鑄鐵或灰鑄鐵。蝸輪也可用尼龍或增強尼龍材料制成。</p><p>　　蝸桿絕大多數(shù)和軸制成一體，稱為蝸桿軸。</p><p&

105、gt;　　蝸輪可以制成整體的。但為了節(jié)約貴重的有色金屬，對大尺寸的蝸輪通常采用組合式結構，即齒圈用有色金屬制造，而輪芯用鋼或鑄鐵制成。采用組合結構時，齒圈和輪芯間可用過盈連接，為工作可靠起見，并沿接合面圓周裝上4-8個螺釘。為了便于鉆孔，應將螺孔中心線向材料較硬的一邊偏移2-3mm。這種結構用于尺寸不大而工作溫度變化又較小的地方。輪圈與輪芯也可用鉸制孔用螺栓來連接，由于裝拆方便，常用于尺寸較大或磨損后需要更換齒圈的場合。對于成批制造的蝸

106、輪，常在鑄鐵輪芯上澆鑄出青銅齒圈。</p><p>　　由于蝸桿傳動效率低、發(fā)熱量大，若不及時散熱，會引起箱體內油溫升高、潤滑失效，導致輪齒磨損加劇，甚至出現(xiàn)膠合。因此對連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動要進行熱平衡計算。</p><p><b>　　蝸輪的設計：</b></p><p>　　(1) 初步計算傳動主要尺寸</p><p

107、>　　由于是蝸輪蝸桿傳動，故按齒面接觸疲勞強度進行設計，由式　 </p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　式中 ----蝸輪的轉矩，N·m，</p><p><b>　　N·m；</b></p><p>　　----載荷系數(shù)，設計時，因為v值

108、未知，不能確定，故可初選載荷系數(shù).</p><p>　　----齒寬系數(shù)，由[1]表8.6查得，取齒寬系數(shù)；</p><p>　　----彈性系數(shù)，由[1]表8.6查得，；</p><p>　　----齒數(shù)比，，初選蝸桿頭數(shù)為1，即有，；</p><p>　　----重合度系數(shù)，根據(jù)重合度選取，蝸輪蝸桿可取=1</p><

109、p>　　所以由[1]查得，；</p><p>　　式中 ----許用接觸應力， ，其中MPa，MPa，應力循環(huán)次數(shù)，其中為蝸輪轉一周，同一側齒面嚙合的次數(shù)，為齒輪的工作壽命，所以：</p><p>　　根據(jù)，，由[1]查得，，，取安全系數(shù).</p><p><b>　　所以：</b></p><p><b&

110、gt;　　MPa</b></p><p><b>　　MPa</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　MPa</b></p><p>　　----節(jié)點區(qū)域系數(shù)，由[1]查得；</p><p>　　---

111、-螺旋角系數(shù)，對于蝸輪，所以</p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　=141.33mm</b></p><p>　　(2) 確定傳動尺寸</p><p>　　1) 計算載荷系數(shù)：</p><p><b>　　m/s</b&g

112、t;</p><p><b>　　由[1]查得， </b></p><p><b>　　由[1]查得， </b></p><p><b>　　由[1]查得， </b></p><p><b>　　由[1]查得， </b></p><

113、;p><b>　　所以：</b></p><p>　　2) 因為與相差較大，所以修正，所以：</p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　取=133mm</b></p><p><b>　　3) 確定模數(shù)m：</b><

114、/p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　所以取.15mm</b></p><p>　　對于蝸輪蝸桿不用校核彎曲強度。</p><p><b>　　蝸桿的設計：</b></p><p>　　(3) 選擇材料并確定其許用應力<

115、/p><p>　　蝸桿用45鋼，表面淬火，硬度45~55HRC，由蝸輪設計計算，取MPa</p><p>　　(4) 選擇蝸桿頭數(shù)Z，并估計傳動效率</p><p>　　由i=42，由[4]查得，取Z1 =1，則Z2 =i Z1=42×1=42</p><p>　　由Z1 =1，由[4]查得，估計η=0.75</p>&

116、lt;p>　　(5) 確定蝸輪轉矩T2</p><p><b>　　N·m</b></p><p>　　(6) 確定使用系數(shù)KA，綜合彈性系數(shù)ZE</p><p>　　取KA=1.1，ZE=150</p><p>　　(7) 確定接觸系數(shù)ZP</p><p>　　假定d1/a

117、=0.4，由[4]查得，取ZP=2.8</p><p>　　(8) 計算中心距a</p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　取a=80mm</b></p><p>　　(9) 確定模數(shù)m，蝸輪齒數(shù)Z2，蝸桿齒數(shù)Z1，蝸桿直徑系數(shù)q，蝸桿導程角γ，中心距a，</p

118、><p><b>　　由[4]查得，</b></p><p>　　d1=0.68a0.875=0.68×800.875=31.46mm</p><p>　　m=(2a-d1)/Z2=(2×80-31.46)/42=3.06mm</p><p><b>　　由[4]查得，</b><

119、;/p><p>　　取m=3.15mm，q=17.778，d1=56mm，d2=mZ2=3.15×42=132.2mm，</p><p><b>　　取d2=133mm</b></p><p><b>　　由[4]查得，</b></p><p>　　a=0.5m（q+Z2）=0.5×

120、3.15(17.778+42)=94.15mm</p><p>　　取a=100mm>61.95mm</p><p><b>　　接觸強度足夠。</b></p><p>　　導程角γ=arctan= arctan=3°12′36″</p><p>　　蝸輪蝸桿的常用幾何尺寸如下表3.2所示：</p&

121、gt;<p>　　表3.2 蝸輪蝸桿的常用幾何尺寸</p><p>　　5. 軸承的選用和潤滑</p><p><b>　　(1) 求比值：</b></p><p>　　由[4]表16.11查得，X=1,Y=0,所以當量動載荷N</p><p>　　(2) 計算所需的徑向基本額定動載荷值</p&

122、gt;<p>　　由[4]查得，fp=1.1,ft=1</p><p><b>　　N</b></p><p>　　由[3]查得，蝸桿軸上選用7207C型角接觸球軸承，其中Cr=30500N＞29290N，C0r=20000N，故7207C型角接觸球軸承的,與原估計值接近，適用。</p><p>　　由于齒輪較大，所以主軸回轉工作