靠模凸轮轴磨床的传动机构设计【含22张CAD图纸、说明书】

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on the camshaft of the process conducted in-depth analysis and research.Established by the model with the profiling.Convex contour shape of calculated and pulled down the processing of the cam profile are discussed and made applicable to the processing method of the engine camshaft.Keywords: engine; camshaft; Process Analysis目 录摘 要IIAbstractIII绪 论1一、关于凸轮轴磨床国内外的成长和概述。21.1、关于外洋靠模凸轮轴磨床绪述21.2、有关海内靠模凸轮轴磨床绪述3二、凸轮轴磨床与其他磨床之间的比较和优缺点32.1、外圆磨床的特色简述32.2、靠模式凸轮轴磨床体系简述。42.3、外圆磨床和凸轮轴磨床的机能比力5三、机器产物总体设计73.1、专用机床计划的基本要求73.2、凸轮轴磨床构成的部分73.3、靠模式凸轮轴磨床传动机构体系的理论剖析83.3.1、凸轮轴磨床X轴传动机构体系的计划83.4、凸轮轴磨床Z轴传动机构系统的设计203.4.1、主轴误差分析203.5、凸轮轴磨床砂轮机构的阐发21四、工作成果总结22五、致谢23参考文献24IV压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985绪 论凸轮轴不仅是汽车发动机中的核心部件，甚至在飞机发动机装备中也有着举足轻重的地位，一个在结构和质量上优秀的凸轮轴，将会直接提高发动机的工作能力。凸轮轴有几个重要的作用：它能掌握内燃机进气门开启与关闭时间，以及排气门开启与关闭的时间。在功能上，凸轮轴的性能和使用范围一直也没有什么大的改动和创新。因为加工它有许多的难处，就目前而言只有几个国家能够完成对精密凸轮轴的加工和制造，自从通过气门控制的内燃机出世以来，直到今天凸轮轴都是使用的曲轴转速半运转的形式服务于发动机。但是，凸轮轴的加工和制造工艺上却从来没有停止研究过，就现代机械装置的发动机中，凸轮轴的位置已经从下置式改变成了上置式。上置式的凸轮轴是经由过程圆柱式齿轮、拔杆、链条、摇臂来驱动顶置式气门。不仅如此，由于现在的发动机大多采用的是多气门式的，所以每台内燃机凸轮轴的数量也就增加了。在凸轮轴布局的质料选择和制造工艺方式也发生了很多的转变。这十几年的快速发展，因为空气污染严重的加剧，国家慢慢意识到环境问题，所以响预保护环境的必要，正在试图开辟一种在将来可以下降油耗、低污染的汽车发动机。这也是我国一向存在的环境问题。为了解决这一急剧的问题，这就要求发动机能实现高转速、高输出功率的目标，为了实现这样的目标，我国科学研究者设计出让汽车发动机采用多气门及配气相位、气门升程可变的结构，这就在一定程度上大大增加了气门弹簧的载荷。与此同时，为了降低石油耗损和工件之间的摩擦损耗，轮和摇臂之间采用的是滚子结构，减少摩擦力，让凸轮和滚子的接触面之间形成高压力区。此外，为了汽车轻型化、低成本化，在不影响每个零件性质要求的前提下，设计人员应该让零件设计尽可能的简化、通用质量比较轻的材料，防止质量过重。为实现上述的方针，那就要使发动机部件，尤其是凸轮轴的机构和尺寸得到慎重的思量，要求凸轮轴结构紧凑、质量轻巧，能够承载高强度的接触压力，更好的耐磨损的能力。不仅如此，在配气装置中，凸轮轴每个部位需要承载的性能也是不一样的。就用凸轮来讲，要求耐磨机能好、不容易胶着、点蚀机能强；对于轴颈要求滑动性能好；对于传动轴本身的特点要求刚性够、抗弯曲能力强、扭转性能良好。一般凸轮轴的加工方法是铸造或者锻造，它每个部位的金属性能几乎都是相同的。这样由单一金属构造构成的凸轮轴质料是很难达到发动机质量请求的。是以，质量好、加工成本低、公道质料应用的装配式凸轮轴遭到机械行业里专家们的正视。今朝在汽车行业领先的国度，装配式凸轮轴的制造计艺已应用于生产中。渐渐的步入了人们的生活中。一、关于凸轮轴磨床国内外的成长和概述。1.1、关于外洋靠模凸轮轴磨床绪述当今社会，科学技术发展迅猛，尤其体现的是各式机床的改进和自动化程度的提高，工序集中化发展，自动化发展，半自动化发展是一个必然的方向发展和趋势，凸轮轴磨床作为数控机床内的一个种类当然也不例外，相比于其他的机床，由于凸轮轴磨床使用的局限性和使用范围，所以发展的稍微慢了点。80年代初，欧美和日本等一些国家开发了一种数控无靠模凸轮轴磨床，因为相对来说，它有精度高，效率高等优点，所以到了90年代就实行了商业化。现在就以英国的一家公司的数控凸轮轴磨床为例来谈谈国外凸轮轴磨床的使用情况和发展。像这种凸轮轴靠模式磨床的几个主轴部分都是使用了数控技术，这就使得凸轮轴磨床在出产凸轮轴时有了一个质的提高，此数控凸轮轴磨床中凸轮的形状是由X节轴和由C轴控制的工件回转角度来控制的，X轴与C轴之间互相调和位置，彼此插补，在砂轮和工件的接触位置产生所需要的凸轮型廓，同时由Z轴上的滚珠丝杠节制凸轮与砂轮之间的位置，然后依托靠模与砂轮内圆的接触和相对运动，从而达到磨削凸轮的作用，这种磨床具有一些特色，如具有较高的静态和动态稳定性，在X轴体系上使用的是预滚珠导轮，在Z轴体系上使用的是概况涂塑料的导轨，与此同时使用的是高精密的滚珠丝杠和高分辨率的位移测量体系，上述装置之间的调和互助使得磨床在X轴和Z轴的平移和滑动上取得较高的位置精度，大大的进步了凸轮轴的精度要求，X轴和Z轴传动驱动上使用的是精度高，刚度高，寿命长，并且具有良好动力机能的三相伺伏电机，同时使用频率发生器能对砂轮的转动线速度进行补偿，即使砂轮的直径发生了变化，线速度也不会变，这就保证了凸轮表面轮廓的尺寸情求，此数控凸轮轴磨床采用多处理机数控系统，主要由硬件和软件系统构成，其中硬件系统包罗微型计算机和可编程控制器PLC，软件系统是加工凸轮特定编制的操作系统，程序是经由磁盘读入，通过微型计算机对加工过程进行监制、指令编排、砂轮半径补偿和自动修正等，这种数控靠模式凸轮轴磨床就具备了精度高，自动化程度较高，加工效率高的优点，使得机械加工制造业步入了一个崭新的领域。141.2、有关海内靠模凸轮轴磨床绪述相比于国外的凸轮轴磨床，由于投入经费少，起步较晚，所以一直处于较低的地位。但是就国内大学而言，由于我国的科技人员的努力，在数控靠模式凸轮轴磨床上也取得了一些惊人的成绩，如湖南大学磨削技术研究院，在学院在国内的机床研究上一直处于领先的地位，所以研制出的先进凸轮轴磨床，在国内一直是该领域的佼佼者，所以通过研究湖南大学的磨削理论和实践，就能看出我国凸轮轴磨削技术的发展状况。80年代初，湖南大学的师生们研制出了一种高速凸轮轴磨床，这种类型的磨床主要也是用来加工凸轮轴的，它采用的传统样板、导论磨制成型面、通过电器和显视装置实现自动控制，手动输入机床的X轴进给机构系统和砂轮系统的修补参数。使用特定进程磨削方式来保证零件的表面粗糙度和加工精度。之后，湖南大学的师生在此磨床的基础上又进行了改造和深入的研究，终于又研制出了一种叫做MKS8312的数控高速凸轮轴磨床，这种凸轮轴磨床是在原来的基础上添加了一些新的功能，所以磨床的特点有：工件的头架可以进行恒线速度变速旋转，可是由于硬件无法同步于软件的发展，这就使得硬件功能相对落后，就无法实现各点的横线速度转动，但是相比于液压，半自动机械磨床已经有很大的改进，并且突显出了一些优点，如：加工精度高，维修方便，生产效率高等。随着我国汽车行业的迅速发展，汽车市场对凸轮轴的质量要求越来越高，为了迎合市场需求，国家磨削技术研发中心和湖大海制造技术有限公司出产了我国的第一台数控高速旋转凸轮轴磨床，此磨床不仅仅吸收了国外的先进技术，而且是结合中国国情自主研发的，无论在哪一方面的进步相比于之前的磨床都有质的飞跃。15 第2章讲述了凸轮轴磨床与其他磨床之间的比较和优缺点二、凸轮轴磨床与其他磨床之间的比较和优缺点2.1、外圆磨床的特色简述21世纪是个伟大的时代，我们很多的生活模式都发生了变化，在此之前经历了两次重大的工业革命，又经历了改革开放，这些事情都导致了我们社会的进步，也都是我们社会进步的象征。在机械领域中，高质量的产品不仅仅是各个企业的强大需求，而是整个市场的需求。磨床的发展，伴随而来的是磨削的时代，一种高精度的生产方式，一种用来磨削的工具，磨床是机械行业机床的一种形式，它与其他用刀具加工零件的机床不一样，它是通过砂轮与毛坯的相互接触，通过两者之间的相互运动加工工件，由于磨床砂轮磨粒的刃口半径小，能切下一层极薄的材料；又由于砂轮表面上的磨粒多，磨削速度高（3035m/s），同时参加切削的磨粒很多，在工件表面上形成细小而致密的网络磨痕，这也就是可以获得较高加工精度和表面粗糙度的原因，所以磨削加工一直制造行业提高加工精度的一个及其重要的加工方法。此中利用最普遍的便是外圆磨床。它的这类广泛应用首要是因为加工磨削物体外轮廓和端面外侧的。这类磨床的呈现最先是在18世纪，是经历了两次工业革命的产物，外圆磨床的产生是为了制造那时的钟表、自行车和缝纫机等一些家庭用品零件的。其实最早外圆磨床的外形结构是非常简单的，刚度很低，对操作人员的技术要求比较高，使用性能较低。随着21世纪科技的发展，现在的外圆磨床增加了许多的功能，总的来说是取得了较大的进步如：可以加工硬度很大的材质毛坯、使用的范围和涉及到的领域也越来越广，在外圆磨床具备了上述优点的同时也存在了一些缺点，如：自动化程度相对较低，对工作人员的要求还是较高的，无法实现生产的完全自动化，也无法实现操作人员的普遍化。2.2、靠模式凸轮轴磨床体系简述。凸轮轴磨床是用来专门加工凸轮的磨床。大部分的凸轮轴磨床还是采用的是靠模式加工方法，凸轮轴作为汽车、飞机、拖拉机等发动机的核心部件。它的磨削加工精度及其表面粗糙度是影响发动机性能的两个重要因素，那是因为使用的凸轮轴磨床生产的凸轮形状是桃外形的，由基圆，二次曲线，三次曲线及圆弧构成的生成曲线偏差将直接影响发动机气缸内燃料燃烧质量，从而会影响发动机的工作机能。从自动化程度上区分，凸轮轴磨床大致的可以分为非数控靠模式磨床、半自动化数控靠模磨床、全自动化数控磨床，其中全自动化数控磨床的自动化程度最高，加工效率最高，磨削精度高，但是系统建立和制造的技术难度也最大，所以从理论上来讲也就不容易实现完全自动化。在数控技术还不是很发达的之前，传统加工凸轮轴的方式是靠模机器仿型式加工，它的加工方式主要是：凸轮轴的外形部分和靠模装置在一起，绕头架主轴中间实现同步展转，在靠模的驱动下，摇架、摇架上的工件、靠模三个部分均绕着摆动中间做往复运动，砂轮则做切入式活动，然后反转和摆动活动合成，也就生成为了凸轮的形状。如图2.1如图2.22.3、外圆磨床和凸轮轴磨床的机能比力 外圆磨床作为使用最广泛的机床之一，主要是由于其加工工具是刀具改成了砂轮，磨削加工是提高加工精度和凸轮轴轮廓型面表面粗糙度的重要方法。外圆磨床如果是加工回转体工件的，它必要外圆磨床满足下面请求：磨床主轴恒转速转动，一般由床头箱内的齿轮组节制，砂轮必然可以实现X轴方向上的移动，砂轮转速有伺服电机节制，再配上一些辅助的部件，如切削液体统，照明体统，散热体统等，外圆磨床就能实现回转轴的加工。凸轮轴的外形是由基圆段，缓冲段，加减速段，顶圆部分构成。各个段位的形状不一样，所以就需要砂轮与工件的距离在不同的时间段的接触距离不断改变，这就需要砂轮箱体内的系统不仅仅可以实现X轴的移动还要实现Y方向的移动，结合C轴的转动就能完成凸轮轴的加工。18 第3章机器产物总体设计 三、机器产物总体设计 3.1、专用机床计划的基本要求机床的设计力求达到体积小，重量轻，质量好，运动精度高，结构尽可能的简单，方便维修，如果有这个必要可以让机床的每一个部件上的零件都具有互换性能。要想达到上述的机床指标，那就必须要考虑机床的核心技术，经济效益，比如加工精度，表面粗糙度，机床的使用范围和加工范围，生产率，工艺性能等。而且这些指标和性能都是相互影响着的，所以在进行总体设计之前应该系统的考虑这些问题，结合必要的实践和实验达到理想中的参数。3.2、凸轮轴磨床构成的部分就一样平常的机床来说，其组成部分包罗：床身，主轴箱，工作台，托板和尾架，本文其中一个根本目的就是革新外圆磨床为凸轮轴磨床，所以根据外圆磨床的布局，可以初步的指定凸轮轴磨床的组成部分为：床身，主轴箱，工作台，X轴的传动系统，Z轴的传动系统、砂轮的传动系统。驱动主轴箱、砂轮的移动（转动）和工作台移动都是利用的伺服电机。摇架使用的是固定件或者焊接的方式固定，工件一端是主轴的卡盘，一端是顶尖，随着电机带动主轴旋转，主轴又带动工件的旋转。X轴的传动系统主要砂轮的转速是基于伺服电机的控制，砂轮的X方向的移动是手轮控制的丝杠传动。Z轴标是手轮控制的顶尖的进出和丝杠节制的尾架的Z轴标的移动。对于一般的机床来说，其中的传动布局体统是主要的部件，一般机床的加工精度和核心技术都在这个地方。就大体方向而言，凸轮轴磨床的技术指标如表3.2。表3.2凸轮轴磨床技术指标磨床技术指标X轴体统（线性）0400mm速度10m/minZ轴体统（线性）01200mm速度10m/minC轴体统（扭转）0360度转速200r/min主轴砂轮线速度3560m/min金刚轮的转速5002000r/min3.3、靠模式凸轮轴磨床传动机构体系的理论剖析3.3.1、凸轮轴磨床X轴传动机构体系的计划传统机床的传动系统主要分为两种，一种是数控技术引导的丝杠传动，这种传动方式，由于是在数控技术的基础上使用起来的，所以它有着传动精度高、传动性能好等优点，但是也伴随着一些缺点，如滚珠丝杠不容易加工，精度要求不容易达到。第二种就是齿轮组的传动，这种传动方式是在第一次工业革命发展下的一种最普通的传动方式，该种方式，传动精度低，加工精度低，但是可以实现变速传动，加工效率可以任意的调节，而且由于齿轮已被标准化，所以维修方便。1.砂轮的转速计算凸轮轴磨床的砂轮必须要根据主轴转速不同情况下的变速转动，这也是凸轮轴磨床的关键参数之一。几种常见的几种变速机构：滑移齿轮变速机构、离合器变速机构、交换齿轮变速机构、公用齿轮变速机构、背轮变速机构、多速电动机变速机构。根据综合因素的考虑，凸轮轴磨床的砂轮变速采用滑移齿轮组的转速。2.恒速电动机的选择电动机的选择一般有三个性能指标：电动机功率、电动机型号、电动机转速。因为电动机的各项性能指标已经被标准化，所以当我们选择电动机时应该根据实际需求选择电动机的型号、功率和转速。1电动机的类型选择电动机一般分为交流电动机和直流电动机，三相交流电相对于其他类型的电动机有着好多的长处，如：布局简单，节质成本和质料，在电能转换成机械能方面性能好，所以在工厂里一般是采用三相交流电，不仅如此，就是在电能消耗，输出功率方面也比其他的电动机节制质料。工厂里电机的使用要求：长期运转，环境温度，湿度，转矩，散热情况所以工厂使用的一般是交流电动机，电动机的分类复杂，但是就大体分类而言。交流电动机又存在异步电动机和同步电动机之分，异步电动机又能够划分为笼型和绕线型两种，由于Y系列自扇冷式笼型三相异步电动机有着布局简略，启动性能好，工作可靠，价格低廉，维护方便，不易爆、无腐蚀性气体等优点，所以现在使用最多的就是它。在电动机中有一个非常重要的物理量，那就是额定功率，假如负荷达到额定功率时的电动机转速称为满载转速。一般的电动机上都会标上额定功率和满载转速，这样是为了方便使用人员的安全。为了满足不同传动轴要求和安装需要，同一种类型的电动机不仅仅能设计成多种安装结构形式，而且还可以用不同的机座号来区分。各个型号电动机有许多的技术参数，例如如额定功率、满载转速、起动转矩和额定转矩之比、最大转矩和额定转矩之比，外形及安装尺寸等。2.电动机的功率选择工厂里的电动机一般是用于持久连续运转的，载荷稳定或很少转变的电动机。选择这类电动机时，只要使电动机的额定功率PE稍大于电动机的工作功率PD,即PEPD，只有这样电动机在工作时就不会产生过热现象，然后选取相应电动机的型号。1）电动机的输出功率是 PD=PE/NPW工作机构所需要输入功率，KW；N电动机到主传动轴的总效率。2）电动机输入功率的计算：PW=Fv/1000NW或PW=Tn/9550式中：F主轴的工作阻力，N；V转动轴的线速度，m/s；T转动轴的阻力矩，N.m；N主轴的的转速，r/min；NW工作机构的总效率。3）电动机到所有传动装置的总效率NW是 NW=N1N2N3Nn；其中N1、N2、N3、Nn分别为传动装置中各传动副各自的效率，由此可知，应该选择联轴器、轴承类型、齿轮精度等级、以便确定各部分的效率。3.电动机转速的选择即使是同一种类型，同一种额定功率的电动机也会有不同的转速。对于低转速电动机来说，它有着如下的特点：外廓的尺寸和质量偏大、级数数目多、价格较贵、但是却可以使传动装置的总传动比和尺寸减小，高转速电动机则与其相反。设计时综合考虑各个方面因素选取适当的电动机转速。三相异步电动机有四种转速。其中最低的转速是750r/min,但是一般的不会选择低于750r/min的转速。如何确定一个电动机的转速可以从两个方向来确定，它们分别是传动机构的合理传动比范围和工作机构的转速要求，即NV=（i1、i2、i3in）NW；式中 NV电动机转速范围；i1、i2、in分别是各级传动装置的合理传动比范围； 可以由实际选用的电动机类型、结构、容量和转速查出电动型号，并记录其型号、额定功率、满载转速、中心高、轴伸尺寸、键连接尺寸等。 设计传动装置时，转速取满载转速NM，输出功率PD就根据实际需要的电动机来确定。4.传动装置和动力参数计算设计计算传动轴时，需要知道各轴的转速、转矩或功率。一般是由电动机到工件之间的传动路线推算出各轴的运动和转矩或者功率。按传递的路线表示出各轴为I 、II、 III轴等，转速分别为n1、n2、n3、功率分别为P1、P2、P3，转矩分别为T1、T2、T3。1）轴的设计各轴的转速N1=NM/ib；N2=n1/ih=nm/ibih；N3=n2/i1=nm/ibihi1；公式中 NM电动机的满载转速，r/min； ib、ih、i1分别为传动轴，传动齿轮等传动副的传动比； n1、n2、n3分别为1、2、3轴的转速，r/min。轴的输入功率P1=PD*N1P2=P1*N12=Pd*N1*N12P3=P2*N23=PD*N1*N1*N12*N23公式中 PD电动机的输出功率（KW）；P1、P2、P3分别为1、2、3轴的输入功率，KW；N1、N2、N3分别为电动机与1轴、1轴与2轴、2轴与3轴间的传动效率。轴的输入转矩T=9550XP/N公式中 P轴的输入功率，KW； N轴的转速，r/min； T轴传递的转矩，N.m。5.传动零件的设计计算5.1、齿轮的设计在设计功能健全的传动机构时，首先必须先计算各级传动零件的参数，确定其尺寸和结构，这样对于一个整体的装配图来说就有了基本的参数，由外向内，先设计装配图外部的结构，再设计内部的尺寸，如：对于凸轮轴磨床的传动方式采用的是齿轮组的变速，那么首先要对齿轮的参数、结构等确定，其次就是传动轴的计算和设计。2）齿轮的设计计算齿轮的传动是机械传动的重要传动方式之一，因为它有着传动效率高，结构紧凑，工作可靠和使用的寿命长，传动比稳定而且可以根据不同齿轮进行稳定的变速等优点，所以齿轮传动用途广泛。3）齿轮参数设计计算一般齿轮的主要参数有选定齿轮类型、弯曲强度、精度等级、材料、耐磨性、齿宽系数、模数等。该磨床的传动方式首先选择直齿圆柱齿轮组，精度等级选择7级，根据机械设计表和具体情况小齿轮使用情况，小齿轮的材料为45号钢，调质是235HBS ,大齿轮使用的材料也是45号钢，硬度是190HBS。 假设选择齿数Z小齿轮=25,大齿轮齿数Z大齿轮=i*Z小齿轮=252=50,u=2；4）按齿面接触强度计算d1t2.32相关参数表1、载荷系数Kt1.32、小齿轮转矩T1=T=15.71Nm=1.571104Nmm3、齿宽系数d14、材料弹性影响系数ZE189.85、小齿轮接触疲劳强度极限Hlim1=550Mpa6、大齿轮接触疲劳强度极限Hlim2=390Mpa7、接触疲劳寿命系数KHN1=0.9KHN2=0.918、计算应力循环次数N1=60n1jLh=6029001(108260)=3.62109N2=N1/u=3.62X109/2=1.811095）计算接触疲劳许用应力：失效概率取1%，安全系数取S=1；H1=KHN1Hlim1/S=0.9550MPa=495MPa H2=KHN2Hlim2/S=0.91390MPa=354.9MPa6）小齿轮分度圆直径：d1t2.32=47.83mm7） 圆周速度v=d1tn1/601000=3.1447.832900/60000=7.26m/s由v2m/s ，所以传动方式选择直齿圆柱齿轮。52、选齿轮齿数、材料及精度等级参数等如下表1：齿轮参数选择1精度等级7级材料45号钢硬度190HBS小齿轮齿数Z124大齿轮齿数Z248螺旋角=1）根据齿面接触强度计算：d1t齿轮参数选择2载荷系数Kt1.6区域系数ZH2.4331=0.7652=0.89=1+2=1.6552）许用接触应力：H= H1+H2/2=495+354.9/2=424.95Mpa其它尺寸与上述的直齿圆柱齿轮相同3）计算齿轮分度圆直径d1t=37.75mm4）计算圆周速度v=d1tn1/601000=3.1437.752900/60000=5.73m/s5）计算齿宽b及模数mntb= dd1t =137.75=37.75mm mnt=d1tcos/Z1=37.75cos/24=1.526mmh=2.25 mnt=3.436）b/h=37.75/3.43=10.9937）计算纵向重合度=0.318dZ1tan=0.318124tan=1.9038）计算载荷系数K由机械设计教材选KA=1.25,由v=5.73m/s,7级精度，选择动载荷系数KV=1.36,KH=1.342,由表10-3查得KH=KF=1.4，由图10-13查得KF=1.4,所以载荷系数K=KAKVKHKH=1.251.361.41.342=3.1949）根据实际的载荷系数校正分度圆直径d1=d1t=37.75=47.53mm10）模数计算mnmn= d1cos/Z1=47.53cos/24=1.9225.3、齿根的弯曲强度计算mn载荷系数K=KAKVKFKF=1.251.351.41.4=3.332纵向重合度=1.903Y=0.88当量齿数ZV1=Z1/cos3=24/cos3=26.258ZV2=Z2/cos3=48/cos3=52.516齿形系数YFa1=2.590 YFa2=2.42应力校正系数YSa1=1.598 YSa2=1.708小齿轮弯曲疲劳强度极限FE1410Mpa大齿轮弯曲疲劳强度极限FE2245Mpa1）弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数S=1.4, F1= KFN1FE1/S=0.83410/1.4=243.07MpaF2= KFN2FE2/S=0.89245/1.4=155.75Mpa2）比较大齿轮与小齿轮=0.071,=0.0265大齿轮的数值大3） 理论设计 mn=1.322mm通过比较计算齿面接触疲劳强度计算的法面模数和齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数知道，前者是大于后者的。只要mn取的是1.5，就能实现凸轮轴的弯曲强度的合理计算，但又要同时满足接触疲劳强度，就必须用接触疲劳强度算的的分度圆的直径d1=47.52mm计算齿数。所以：Z1= d1cos/mn=47.53cos=30.745，数值取整数Z1=30，则Z2=uZ1=605.4、几何尺寸计算1）计算中心距a=(Z1+Z2)mn/2cos=(30+60)1.5/2cos=69.588mm，取a=70mm2）根据中心距修正螺旋角：=arccos=arccos=3)大齿轮小齿轮分度圆直径计算：d1=Z1mn/cos=301.5/cos=46.667mmd2=Z2mn/cos=601.5/cos=93.333mm4)计算齿轮宽度b=dd1=146.667=46.667mm，数值取整b=47mm。则B2=47mm,B1=52mm因由于Z1、Z2、d1、b、发生了改变,所以相应的参数也必须修改，然之后再依据修该好的结论，从新计算齿轮的强度，判断齿轮强度是否足够。经过修正后的数值显示齿轮强度是足够的，因此只需要使用原来的数值。齿轮传动尺寸的结论如表2：表2 齿轮传动尺寸齿轮参数计算公式结论法面模数mn1.5法面压力角n螺旋角齿数Z130Z260传动比i2分度圆直径d146.667mmd293.333mm齿顶圆直径da1=d1+2ha*mn49.667mmda2=d2+2ha*mn96.333mm齿根圆直径df1=d1-2(ha*+c*) mn42.167mmdf2=d2-2(ha*+*) mn88.833mm中心距a=mn(Z1+Z2)/2cos70mm齿宽B152mmB247mm5.5、齿轮的结构设计通过齿轮传动强度的计算，也仅仅是初步的确定齿轮的大概尺寸，例如：螺旋角、齿数、齿宽、分度圆的半径、模数，其中根据强度计算的这些尺寸只是个大体的框架，后续还要根据总体的设计方案而定装配图。但是齿轮传动系统中的轮辐、齿圈、轮觳等的结构和尺寸，就要通过布局设计而定了。齿轮的理论参数结构设计和齿轮的几何尺寸、毛坯的质料、使用的要求、乃至经济性能等因素干系很大。当设计人员实行齿轮的结构设计时，一定要综合的斟酌每个方面的因素。这样的齿轮结构才安全和可靠。小齿轮的半径尺寸小，只需采用齿轮轴结构就能满足要求。大齿轮的齿顶圆半径是小于80mm的，可以做成实心结构的齿轮模式。5.6、轴的设计轴的设计和理论阐发包罗两方面的参数内容：轴的结构设计和轴的工作能力。轴的结构设计主要是设计轴上零件的装配工艺、定位方式和轴的制造工艺等，确定轴合适的结构和尺寸。如果轴的结构设计不合适，会直接影响轴在工作时性能和装配在轴上零件的工作可靠性。与此同时，还会增加轴的生产工艺成本和轴体零件装配的难度。所以轴的结构分析是轴设计过程中的最重要的内容。轴的工作能力主要指的有三个参数分别是：轴的强度、轴的刚度、轴工作时的振动稳定性。在普遍情况下，轴的工作能力指的就是轴的强度。因为轴在工作时，承受着巨大的弯矩和转矩，其中弯矩最不容忽视，这时候只需要考虑轴的强度计算，为了防止断裂或者塑性变形。但相对于刚度要求比较高的细轴甚至受力程度大的细长轴，就要同时进行刚度和强度计算，以防传动轴工作时出现较大的弹性变形。5.7、轴的最小直径估计及其轴的材料选择 轴的材料普遍是碳钢或者合金钢。钢轴的毛坯材料普遍是用轧制钢和锻件，有的是直接用圆钢。因为碳钢比合金钢便宜，而且碳钢的对应力集中的敏感性相对较低低，与此同时，还可以使用热处理或者化学热处理的方法增加其耐磨性和抗疲劳强度，所以采用碳钢中的45号钢作为轴的材料就特别的广泛。根据由于条件限制，故只选择轴的材料是45号钢，然后通过调质处理。对最小直径进行估算。即：dmin=A0。开始选择计算轴径时，假设最小轴径段之处开有一个键槽，那么必须还要考虑键槽对轴强度的影响。假设轴段截面上有一个键槽，那么d就要增大百分之5到百分之7，假设有两个键槽，那么d就增大百分之10至百分之15。A0值是通过查表来确定的，高速轴A01=126,低速轴A02=120。高速轴：d1min=A01=126=14.873mm因为此轴的最小轴径之处安装了联轴器，有一个键槽存在，所以d就选择增大7%，通过此可以算得此轴的最小轴径d1min=15.915mm,取整数可得d1min=16mm。低速轴：d2min=A02=120=17.542mm，取整的d2min=18mm输入轴普遍的是高速轴，在高速轴的最小轴径之处安装联轴器，一般是为了使轴径和联轴器的孔径相互适应，因为必须同时选择联轴器的型号。联轴器的计算转矩是Tca=KAT入，通过查表可得：因为考虑到转矩的变化小，所以取KA=1.3。那么Tca=KAT入=1.315.71=20.423Nm。根据转矩的计算必要小于公称转矩，是以通过查表可以晓得，选用TL3型弹性套柱销联轴器，它的公称转矩是31Nm，联轴器的孔径是d11=20mm，联轴器的长度是L=52mm，联轴器与轴配合的縠孔长度是L1=38mm。5.8、轴的结构设计轴的布局设计包罗两部分的内容：轴的外形和全部布局尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：轴在机械中安装位置和形式的确定、轴上安装的零件类型、轴的尺寸设计、数量及确定轴连接的方式；载荷大小、方向及分布情况安排；轴的加工工艺等。因为影响轴结构的因素比较多，而且结构形式又要随着轴安装位置的具体情况而定，所以轴是一个非标准的结构形式。也就是说没有标准件，在设计的时候，必须要具体情况具体分析。但不管何种前提下，轴的布局都应知足如下前提：轴和装在轴上的零件都要有准确的位置；轴上的零件应该便于装拆和调整维修；轴应该具备良好的工艺性。5.9、高速轴结构设计各轴段直径的确定d11：最小轴径之处，联轴器的轴段 d11=20mm；d12：密封处轴段，定位轴肩的高度h=(0.070.1)d11，取h=0.1d11，则 h=0.1d11=0.120=2mm，故d12=d11+2h=20+4=24mm,取d12=25mm；d13：滚动轴承之处轴段 d13=30mm，查表，滚动轴承型号取30206，尺寸是dDTB=306217.2516mm；d14：过度轴段 取d14=36mm；d15：d15=d14=36mm；d16：d16=d13=30mm。各轴段长度的确定l11：联轴器和配合縠孔长度是L1=38mm，为了保证轴端挡圈 只压在联轴器上不压在轴端面上，故l11略短于L1，取l11=36mm；l12：根据与轴承端盖的配合关系 l12=50mm；l13：由滚动轴承装配关系 l13=17mm；l14：l14=40mm；l15：由小齿轮齿宽决定 l15=52mm；l16：l16=40mm；l17：由滚动轴承装配关系 l17=17mm。低速轴的结构设计各轴段直径的确定d21：与滚动轴承配合 由机械设计课程设计表12-4选滚动轴承的型号为30207，其尺寸为dDTB=357218.2517mm,因此取d21=35mm；d22：过度轴段 d22=40mm；d23：低速齿轮段 d23=46mm；d24：轴环 d24=54mm；d25：过度轴段 d25=46mm；d26：与滚动轴承配合 d26=35mm；d27：d27=30mm；各轴段长度的确定l21：由滚动轴承装配关系确定 l21=17mm；l22：l22=44.5mm；l23：略短于齿轮宽度 l23=45mm；l24：轴环 l24=10mm；l25：l25=32.5mm；l26：由滚动轴承装配关系 l26=17mm；l27：l27=50mm；l28：圆锥轴段 l28=50mm；l29：l29=20mm。轴的校核轴的校核参数主要有两方面内容：强度校核、刚度校核。举行轴的强度校核计算时，应当根据轴的详细的受载和应力情况，采纳相应的计算方式。对于仅仅承受扭矩的轴，应按扭转强度计算；对于只承受弯矩的轴，应按曲折强度计算，必要时还应按疲劳强度条件举行切确校核。 轴在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形。若变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至会丧失机器应有的工作性能。因此，在设计有刚度要求的轴时，必须进行刚度的校核计算。这里以低速轴为例。齿轮对轴的力作用点按简化原则应在齿轮宽度的中点，是以可决定低速轴上齿轮力的作用点的位置。轴上安装的30206轴承，从查表可知，它的负荷作用中间到轴承外端面的间隔a=15mm，故可计算出支点跨距和轴上各力作用点的相互位置尺寸。支点跨距=135mm。据此可计算出轴上的作用力、支反力，从而来进行弯曲合成强度校核。计算轴上的作用力圆周力：Ft=2T2/d2=215.71103/93.333=336.64N径向力：Fr=Fttann /cos=336.64tan/cos=127.07N轴向力：Fa=Fttan=336.64tan=92.47N3.4、凸轮轴磨床Z轴传动机构系统的设计凸轮轴磨床的Z轴的传动部分主要的用来支撑工件并且完成一定的传动扭矩和承载一定工作载荷的主轴，一般主轴又是主轴、支撑轴承、安装在主轴上的传动部件。主要参数有转速，误差值的计算，这就要在设计主轴时让主轴完成具备一定的要求。3.4.1、主轴误差分析主轴的偏差主要有扭转进度、静刚度、抗振性、热变形。扭转精度：当主轴旋转时，线速度为零的线，在理想情况下该与其几何中心线重合的，但是现实主轴在运转时，情况不是这样的，旋转中心线与几何中心线之间的扭转偏差是存在的，我们可以把这个偏差分解为径向圆跳动、轴向窜动、和角度摆角。如果想要测量这个误差就可以测量这三个变量之和。静刚度：刚度具体指的是主轴的伸出量在外载荷的作用下，抵抗变形的能力，主要分为径向方向，轴向方向，当然还有一部分主轴的末端的扭矩M。假如主轴端部的扭矩变形作用下的扭转角刚度叫做扭转刚度K，则：K=M/Ca/L=ML/CA,式中 M作用的扭矩，N.m；L扭矩的距离，m；CA扭转角（度数）；K扭转刚度；对于轴向刚度和扭转角刚度来说，径向的刚度是主要的。只要不是精度特别高的情况下，只要能满足径向刚度的要求就足够了。抗振性：主轴的抗振性主要指的是主轴在机床运动的情况下能够保持主轴平稳性的能力，主轴的平稳性一般会影响工件的表面粗糙度，轴承的寿命，而且如果主轴的平稳性不够，那么在刀具对工件进行切削时接触点的速度是随着时间变化的，这也就是影响刀具寿命的一个重要原因。热变形：热变形指的是由于工件运动自身产生的热度和工件与工件之间的相互摩擦产生的热度对主轴的影响，温度的影响在机械和电子行业显得特别的重要，因为温度会使零件的形状和组织发生变化，而这种变化就会在装配和产品使用上体现出来，甚至在一些精密的仪器中往往会导致产品的报废和失效。主轴组件的热变形会使主轴伸长，使主轴间隙发生变化，轴心位置偏移等。所以如何控制热变形，一直是个值得关注的话题。3.5、凸轮轴磨床砂轮机构的阐发刀具的磨削加工，不仅仅可以提高效率，而且能够提高加工精度，这是机械行业里永恒不变的话题。但是在体现优点的同时也还有许多的缺点，主要的缺点两个：一、砂轮的质量，主要是砂轮要有非常好形廓保持性，二、砂轮的修补技术，即高校也能很经济的获得砂轮的形廓和锐度，就国外的现在采用的是高精度的金刚石滚轮，而且开发了新的工艺。磨削加工只是以取得如此高的精度和表面粗糙度首要的是因为磨料粒度很小。但是由于磨料的内聚性，使在现今技术没法制造出偏差很小，平均同等的细粒度砂轮。这也是砂轮导致精度误差的原因之一，随着技术的慢慢发现，一种应用电泳沉积超细粒度磨料形成磨料粒呈现了，低压化学气相沉积金刚石膜，成长的很是敏捷。为了能够生产出更高质量的砂轮，减少加工误差，各国的工程技术人员都在改进传统的粘结剂，主要为了生产出能满足不同要求的CBN砂轮。36 第4章工作成果总结四、工作成果总结本设计主要是针对外圆磨床的一些弊端和局限性改装它为凸轮轴磨床，凸轮轴的加工一直机械行业的焦点，因为凸轮轴的加工一直是汽车和航空行业的心脏，凸轮轴的质量也就决定了发动机的质量。就主要的性能来看，外圆磨床与凸轮轴磨床有许多相似的地方，所以就想到把外圆磨床改成凸轮轴磨床。在凸轮轴磨床的改良和计划中，首要用到了、机械设计、三维建模、力学分析、和机床设计参数等知识。通过参考相关的期刊和专著文献，学习了解了凸轮轴磨床相关知识，对其传动结构设计（标准件除外），使得加工凸轮轴无论在加工精度和加工效力上都有一个质的奔腾。设计主要做的工作是：1、 了解外圆磨床的传动结构和主要的技术参数，为凸轮轴磨床的设计和改造奠定基础。2、 领会凸轮轴的几种加工方式和加工工艺的特色。3、 肯定凸轮轴磨床的首要技术参数和一般参数，画出草图。4、 根据机床机构的一般组成，主要设计凸轮轴磨床的X轴、Z轴和砂轮系统的传动结构，画出三维模型。凸轮轴作为汽车和航空发动机的首要零部件，它的质量决定了发动机的好坏，作为加工凸轮轴的主要加工工具，凸轮轴磨床的结构、加工精度、和加工效率会一直成为该领域的无尽的话题，因为人类对于科学的探索和对制造业的需求是无尽的。 第5章致谢五、致谢首先感谢我的指导老师在百忙之中对我毕业论文的悉心指导，从选题开始，指导老师对我们的课题就非常的关注，老师先让我们自己选题，课题可以自己定，选用自己感兴趣的课题，主要的目的就是让我们可以发挥我们自己的创造力，从我们的兴趣出发，这样写出来的论文才有它的价值。从选题开始到答辩结束，指导老师每隔一段时间就会让我们到办公室聚在一起，主要的谈谈我的在写论文当中遇到的问题，每一个问题老师都给了解决，但是不是给予直接的答案，而是给予答案的解决途径，这样对我们学习知识变得更主动化，问题又能解决。第二个就是查看一下我们的完成进度情况。在老师的指导中我能深刻到老师渊博的知识面，和幽默的讨论风格。所以我想说：老师，谢谢您。时光飞逝，转眼间，我的大学时光已经快要结束了，在指导老师的带领下，我们完成了学生时光的最后一项工作（毕业设计），我的指导老师是当时教我机械制图的老师，他在学生们的心目中影响一直很好，所以我们平时如果有什么问题，也会常常去请教他。在学校的两年时间，我收获的不仅仅是知识，还结识到了许多的良师益友，不管是在学习上还是在生活中，都给予我极大的帮助。让我在一个非常温馨的环境中度过了我的大学时光。千言万语，我就想说声谢谢。最后感谢我的室友们，我从的家乡来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。两年的时间，说长不长，说短不短，仿佛就在昨天。两年的时间里，我们有时争吵，有时可能会因为一些小事而闹得不愉快，但是每一次我们都能很好的解决。我们的大学时光已经结束了，意味着我们要各奔前程，有的考研继续深造，有的参加工作，挥师北上。这些都是我们自己选择的路。希望我们在以后的各自道路上都能发挥自己的优势和特长，活出自己的人生价值。 参考文献参考文献1 关治等编 数值计算方法 清华大学出版社，1997 2 李友庆.凸轮磨削振痕的解析与改进，机床1985，（1）18-20 3 陆金贵编.凸轮制造技术，机械工业出版社，1986 4 孙恒. 机械原理M. 北京：高等教育出版社2001. 5 濮良贵，纪名刚机械设计M北京：高等教育出版社2001312-316 6 贾振元 郭东明等摇摆式凸轮轴数控磨削插补算法及控制策略研究，机械工程学报2001,037（002）：70-73 7 王昆机械设计、机械设计基础课程设计J北京：高等教育出版社，1996 8 机械零件设计手册（第二版）M北京：冶金工业出版社，1980-11：20-60 9 现代实用气动技术（第三版）J，SMC（中国）有限公司北京：机械工业出版社，2008-2 10 陈华章。联邦德国FN3 CNC凸轮轴磨床结构简介。磨床与磨削1991.（4）52-54 11 李春梅 崔凤奎.机械系统设计J.机械加工与自动化，2004.（10） 12 沈敏德 冯培恩。基于力学效应的机械传动原理设计知识库的结构研究J工程设计学报. 13 陆元章现代机械设备设计手册(2)M.北京：机械工业出版社，199610-35 14 成大先.机械设计图册.第一卷.北京：化学工业出版社，2000 15 路长厚 艾兴 国内外砂轮平衡技术发展状况 磨床与磨削 1997（3）