Y315滚齿机总体设计【含CAD图纸、说明书】
毕业设计(论文)任务书专业 机械设计制造及其自动化 班级 姓名 题目 Y315 滚齿机设计专题 Y315 滚齿机总体设计主要内容及要求1) 功能:范成法切削齿轮。2) 适应工况:适用于铣削圆柱形直齿轮、斜齿轮、蜗轮及链轮等。3) 技术经济性要求:满足功能的基础上,生产成本和使用成本相对较低,具有较高的市场竞争力。4) 人机工程及安全性要求:机床造型要美观大方具有现代感,色泽应协调,使操作者感到舒适;操作标志要醒目明确不易误操作;操作应省力、方便、准确;工作噪音要低于 7585 分贝,避免渗漏油等可能对环境造成污染的现象。5) 机床加工精度达国家标准 7 级。主要技术参数1) 切削齿轮的最大模数:钢料:8mm。2) 切削圆柱直齿轮的最大直径:500mm。3) 滚刀心轴与齿轮胚轴间距离:最大 330mm,最小:30mm.4) 最大加工宽度:250mm。5) 滚刀的最大垂直行程长度:300mm。6) 由台面到滚刀主轴轴线的距离:235535mm。7) 滚刀的最大直径:160mm。8) 装滚刀的可换心轴直径:22、27、32mm。9) 滚刀轴向移动长度:55mm。10) 后立柱活动支臂行程长度:200mm。11) 滚刀主轴的变速级:6 级。12) 工件每转一转滚刀的垂直进给量:0.44mm。进度及完成的日期3 月 23 4 月 5 日:现场调研明确任务要求、收集查阅资料等,完成实习报告。4 月 6 4 月 19 日:方案设计阶段:完成功能分析、功能原理方案的比较选择;功能分解、功能元求解并作功能原理方案解的方案评价决策,草画总体示意图和传动示意图。计算滚刀的速度和功率,计算原动机功率并选择电机。运动方案综合、评价,确定系统最佳运动方案。4 月 20 5 月 03 日:技术设计阶段:完成构型、选材料、各项计算、确定零部件尺寸、评价,最后确定最佳结构方案。5 月 04 5 月 10 日:总体设计阶段:完成总体布置、人机工程分析及设计、工业美学造型设计、价值优化分析等。5 月 11 6 月 07 日:施工设计阶段:完成零件图、装配图等生产图纸的绘制等工作。6 月 08 6 月 14 日:完成设计说明书的整理及答辩准备等工作。教学院长签字 日 期 教研室主任签字 日 期 指导教师签字 日 期指 导 教 师 评 语指导教师: 年 月 日指 定 论 文 评 阅 人 评 语评阅人: 年 月 日答 辩 委 员 会 评 语指导教师给定成绩 (30%)评阅人给定成绩(30%)答辩成绩(40%) 总 评答辩委员会主席签字评定成绩实习报告我们于 3 月 18 日到 3 月 19 日在青岛海意机床厂实习,报告如下:1.工厂概况:青岛海意机床厂其前身是青岛机床厂,主要生产生产滚齿机和啤酒饮料。现有员工 200 余人,主要生产普通设备 200 余台,稀有专业加工设备及精密加工设备数台。公司每月生产滚齿机约 30 台, ,最高可达 40 台。主要产品有 Y38-1 滚齿机、Y38-1G 滚齿机、Y3150E 滚齿机、CK64200 数控端面车床、LH100A 抽真空平板硫化机、HS100A 回转试验台等。2.国内外齿轮加工设备的概况:按齿轮加工方法的不同,齿轮加工机械分为:刨齿机、铣齿机、镗齿机、滚齿机、磨齿机等,其中滚齿机应用最广,它可以加工齿数 5400 的齿轮,最大齿数可达800。按控制方法的不同,齿轮加工机械可以分为数控齿轮加工和传统齿轮加工。数控滚齿机尽管加工方便但加工精度较难满足要求,因齿轮要求精度高,传统滚齿机加工精度高,而且便于控制,现在仍然被广泛的应用。3.齿轮加工原理: 齿轮加工的方式多种多样,如冷轧、热轧、铸造、模锻、切削加工等,其中比较成熟的是切削加工法。按加工原理来分,有成形法和展成法两种。成形法是采用刀刃形状与被切齿轮的轮槽两侧齿廓形状相同的铣刀逐个齿槽进行切制的。这种方法生产效率低,而且被切齿轮精度差,通常适合于少量的或大模数的加工。展成法是最常用的,如插齿、滚齿、磨齿。它是利用齿廓啮合基本定律,通过假想将一对相啮合的齿轮之一作为刀具,另一个作为轮坯,使它们仍按原传动比传动,同时刀具做切削运动这样就可以在轮坯上加工出与刀具齿廓共轭的齿轮轮廓。用展成法加工齿轮时,如果刀具的模数、压力角与被切齿轮的模数、压力角分别相等,则无论被加工齿轮的齿数多少,都可用同一把刀具来加工。展成法生产效率高,加工的齿轮精度高,应用广泛。4.滚齿机的概况:齿轮传动非常普遍,齿轮加工精度要求高,滚齿机在齿轮加工中应用十分广泛。齿轮是工业生产中的基础零件,齿轮加工的发展趋势实现齿轮加工数控化和自动化、加工和检测的一体化。(2)类型:滚齿机有数控滚齿机和传统滚齿机两种类型。数控滚齿机是利用伺服电机来驱动机器,加工效率高。传统的滚齿机机床机械结构复杂,主电机要驱动数种机构。如果加工不同齿轮,则需要更换挂轮,这样就降低了劳动生产率。但传统滚齿机仍是主要齿轮加工机械。(3)加工原理:展成法加工齿轮,利用刀具的旋转运动,滑板的垂直运动,差动工作台的相对运动轨迹,耦合在一起的齿轮加工方法。5.Y38-1、Y3150E、Y318 滚齿机的特点及区别这三种滚齿机的原理基本类似,结构和尺寸不同,因此加工的齿轮的尺寸和精度不同。以 Y38-1 为例说明:Y代表齿轮机床 3代表机床类型, (或 31)表示滚齿机 8表示加工齿轮的最大直径为800 毫米Y38-1 滚齿机用展成原理加工渐开线齿轮,适用于成批或单件小批生产滚切圆柱直齿齿轮、斜齿轮及蜗杆。特点是结构简单、布局紧凑,操作和维修方便,造价低廉。该滚齿机利用高速钢滚刀或高速钢镀层滚刀进行加工,加工时,可按工件模数大小和精度等级进行一次或数次走刀。可自动停车,刀架滑板能快速移动。Y3150E 滚齿机最大可加工直径为 500 毫米的齿轮,可用齿轮滚刀连续分齿切削圆柱直齿或斜齿齿轮,用蜗轮滚刀切削蜗轮,用花键滚刀加工 6 齿及 6 齿以上的短花键轴。该机床具有良好的刚性,能适用较高速及重负荷切削。可采用顺铣或逆铣的加工方法,通过轴向进给或径向进给加工工件,并且操作使用安全方便,生产效率高,加工同一规格工件只需进行一次调整。Y318 滚齿机适用于铣削圆柱直齿轮、斜齿轮、涡轮及链轮等,与 Y38-1 相比,传动精度提高,整机刚性加强,切削速度及切削齿厚范围得到拓展,工作效率明显提高。6.滚齿机整机及结构组成(1)床身:床身为箱形结构。左上部是方形导轨安放工作台,右上部是固定刀架立柱,床身内部有差动机构,床身后端连出分齿挂轮架,背面为主传动箱左面底盘为冷却箱,右面底盘为润滑油箱。机身上装有主电机和冷却泵。方形导轨中间装有一丝杆供移动工作台用。(2)主传动箱:主传动箱紧固在床身背面,其内装有主传动机构、进给机构、差动机构。在主传动箱的第一根轴端部连接叶片泵。主电机开动后带动叶片泵,为机床输送润滑油及刀架立柱的液压缸压力油。(3)滚刀牙箱:滚刀牙箱固定在刀架滑板上。滚刀主轴孔为莫氏四号锥度,滚刀心轴插入此孔,用拉紧螺栓将心轴牢固拉紧在主轴上。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,调整好后把它拧紧,松开压紧螺钉,摇动手柄,可以使滚刀牙箱转动一定的角度。(4)刀架立柱:立柱紧固在床身右上方,其中有主传动的花键轴、伞齿轮副、垂直进给丝杠,另外还有平衡刀架滑板的液压油缸,后面装有电器柜。刀架滑板置于 V 型导轨上,前面是操纵板,还装有手柄供手动升降刀架滑板用。(5)工作台:工作台为箱型结构,装在床身的矩形导轨上。工作台壳体以其环形表面支撑工作台,并以其锥孔来定工作台中心。分度蜗轮与工作台壳体连在一起,分度蜗杆与工作台座连在一起。壳体内油室是供给装置润滑油,润滑分度蜗轮副。手柄是用以锁紧工作台的。(6)外支架:外支架固定在工作台壳体上,它上面有燕尾形导轨,支承工件心轴的支臂,可沿导轨移动,支臂上有一专用手柄是供支臂夹紧在支架上之用。当使用外支架时最大加工直径为 450 毫米,超过 450 毫米就应取下外支架。7.各传动链的分析计算(1) 速度传动路线及公式传动路线:电动机/变速挂轮滚刀公式:n 刀=n 电(105/192)(27/55)(36/36)(A/B) (24/28)(23/23)(17/17)(20/60)=109(A/B)其中,n 刀滚刀转速n 电电机转速,n 电=1420 转/分A/B变速挂轮传动比因此,i 速度传动比=A/B= n 刀/109 (2) 分齿(分度)传动路线及公式 传动路线:滚刀变速挂轮 工作台公式:滚刀 1 转=(60/20)(17/17)(23/23)(28/24)(42/42)(a/b)(c/d) (e/f) (1/84)=K/Z其中,K滚刀头数Z齿轮齿数 因此, (1/24)(a/b)(c/d) (e/f) =K/Zi 分齿挂轮=(1/24)(a/b)(c/d) (e/f) =K/Z(小于 161 齿)i 分齿挂轮=(a/b)(c/d) (36/36)=24 K/Z(大于 161 齿)i 分齿挂轮=(a/b)(c/d) (24/48)=48 K/Z(3) 垂直进给传动路线及公式 传动路线:工作台 进给挂轮 公式:S 垂直=1(84/1)(2/21)(a1/b1)(c1/d1) (24/48) (22/41) (41/44) (5/30) (10/1)即 S 垂直=(10/3)(a1/b1)(c1/d1)i 垂直传动比=(a1/b1)(c1/d1)=(3/10)S 垂直(4) 滚螺旋齿轮传动路线及公式(差动)传动路线: 差动挂轮 分度挂轮 工作台公式:(T/t)(30/5) (44/41)(41/22)(48/24)(25/38)(38/25)(a2/b2)(c2/d2) (2/30)(1/2)(48K/Z)(1/84)=1注:滚刀垂直移动一个导程 T(即齿轮附加一圈的行程距离)时,丝杠需要转(T/t)圈。T=(mZ/cos)/tan=(mZ)/sin即(1/1050)(mZ)/sin(48K/Z)(a2/b2)(c2/d2)=1i 差动=(a2/b2)(c2/d2)=(1050sin)/(mZ48K)=(6.96301 sin)/(mK)(5) 加工大质数齿轮差动传动路线及公式传动路线: 差动挂轮 分度挂轮 工作台公式:(S 垂直/t)(30/5) (44/41)(41/22)(48/24)(25/38)(38/25)(a2/b2)(c2/d2) (2/30)(1/2)(48K/Z)(1/84)=(Z Z)/Z即(a2/b2)(c2/d2) (S 垂直/1050)(48K/Z ) =(Z Z)/Zi 差动=(a2/b2)(c2/d2)= (Z Z)/Z (1050Z/ S 垂直48K)=(175/8)/ (S 垂直K)(Z Z)分齿,即 i 分齿=(48K)/(Z Z)四、实习感悟:为期两天的实习让我进一步接触到了滚齿机,明白了齿轮的加工原理,了解了传统滚齿机床的重要性。对整个滚齿机的系统有了更加直观的认识。为以后的毕业设计奠定了基础。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,机床主要由床身、大立柱、工作台、小立柱、传动箱、刀架等几部分组成。其床身为箱体结构,内部分隔开两个箱、一个液压箱、一个冷却箱,其右上部的导轨为 V平导轨,工作台壳体置于其上,可以沿导轨做直线运动。大立柱坚固在床身的左上方,刀架滑板装在大立柱的双 V 导轨上,其上装有挡块,滚切工作时可根据工件的需求,将撞块调到适当位置,当进刀到位撞下挡块时,可使机床自动停车。本论文结合 Y315 滚齿机的基本要求和特点,重点对滚齿机的总体设计和后立柱设计计算进行了介绍。主要工作有一下几个方面:1.绪论部分主要是介绍了 Y315 滚齿机的组成、工作原理和传统滚齿机的生存空间2.方案设计主要是采用功能分析法分析 Y315 滚齿机的各功能并求解,确定最佳方案并进行分析3.技术设计主要是计算绘图所需要的主要尺寸,并且对主要零件:后立柱链轮和连轮轴进行计算,校核4.总体设计和人机工程设计主要是着重介绍合理利用人机工程进行 Y215 滚齿机的总体设计关键词:滚齿机;总体设计;人机工程IAbstractGear hobbing is a gear hob special processing machine tools, gear processing in the most widely, primarily by machine bed, the column, table, small column, transmission boxes, tool carrier, such as a few parts. As the bed box structure, separating the two parts of me, a hydraulic box, a cooling box, the upper right of the guide rail for the V-level, working platforms under its shell, it can be along the rail do linear motion. Large column of solid in the upper left corner bed, slide tool carrier mounted on a large column of dual-V rail, which is equipped with a block, the work roll can be cut in accordance with the needs of the workpiece will be transferred into the appropriate location block, when feed into the next block in place, the machine can automatically. In this paper, combined with the basic requirements for hobbing Y315 and characteristics, focusing on the overall design of the hobbing machine and post-column design and calculation are introduced. About the main work areas: 1. Introduction is to introduce some of the major components of the Y315 Hobbing Machine, working principle and the living space of the traditional gear-hobbing machine 2. Program design is the introduction of the functional analysis of the main analysis of the function of Y315 Hobbing and solving to determine the best solution and analysis 3. Technical design is needed to calculate the main drawing size, and the main parts: sprocket and even after the column to calculate axle, checking 4. The overall design and ergonomic design mainly focuses on the rational use of man-machine engineering design for the Y215 Hobbing Machine Key words: hobbing machine;design;man-machine engineeringII目 录摘要 IABSTRACT II目录 .III第一章 绪论 .11.1Y315 滚齿机的主要组成 11.2 传统滚齿机的主要工作原理 .11.3 传统滚齿机的生存空间 .2第二章 方案设计 .42.1 明确总功能 .42.2 功能原理方案的选择 .42.3 功能图分解 .52.4 最佳方案的分析及确定 .142.5 计算滚刀的速度和功率并选择电动机 .18第三章 Y315 滚齿机技术设计 .243.1 后立柱链轮和链的计算 .243.2 轴计算 .323.2.1 小链轮轴的计 算323.2.2 大链轮轴的计算36第四章 总体设计 .404.1 综述 .404.2 总体造型设计 .404.3 各大部件的尺寸设计 .414.3.1 机架设计.414.3.2 导轨的设计.42第五章 人机工程设计 .445.1 机器造型设计 .445.2 工作环境设计 .455.3 机器的色彩设计 .46III参考文献 .49致谢 .50附件 151附件 2550第一章 绪论1.1Y315 滚齿机的主要组成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,机床主要由床身、大立柱、工作台、小立柱、传动箱、刀架等几部分组成。Y315 只是传统滚齿机中的一个型号。其床身为箱体结构,内部分隔开两个箱、一个液压箱、一个冷却箱,其右上部的导轨为 V平导轨,工作台壳体置于其上,可以沿导轨做直线运动。大立柱坚固在床身的左上方,刀架滑板装在大立柱的双 V导轨上,其上装有挡块,滚切工作时可根据工件的需求,将撞块调到适当位置,当进刀到位撞下挡块时,可使机床自动停车。小立柱固定在工作台底座上,其上有双V 导轨。支承工件心轴的支架可在导轨上由液压驱动上下移动。传动箱、进给箱分别紧固在大立柱的后面和侧面,内装有主运动、进给、分齿、差动机构以及调整各个传动链的挂轮架。该机床具有主运动、分齿运动、垂直进给运动、径向进给运动及加工斜齿轮的差动运动。1.2 传统滚齿机的主要工作原理Y315 滚齿机是利用展成原理加工渐开线齿轮,适用于成批单件小批量生产中滚切圆柱直齿齿轮,斜齿齿轮及蜗轮。本机床还可用花键滚刀加工 6 齿以及 6 齿以上的短花键轴。本机床特别适用于批量加工齿轮,当工件首件调整好并加工完后,液压工作台,可以将工件快速撤离刀具,当第二个工件安放在工作台上后,液压工作台又可以将工件不再找正的快速推进到原来已经找好的工位上去开机加工,故可以用于大批量生产加工各种齿轮。而且本机的特点是结构简单,布局紧凑,操作和维修方便,造价低廉。在工程中,齿轮加工的方法很多,如铸造、精锻、热轧、粉末冶金、切削加工等,但最基本的是切削加工方法,按其切齿原理可分为成型法和范成法两类。成型法是指用与被切齿轮齿间形状相符的成型刀具,直接切出齿形的加工方法,如铣齿,成型法磨齿等。由于成型法加工齿轮需要专用的成型刀具,制造费用高,并不适合多类型齿轮加工,所以大多数加工使用范成法加工,范成法又称展成法或包络法,是利用其共轭齿廓互为包络的原理进行齿轮加工。其刀具有齿轮插刀、齿条插刀和滚刀。1315 滚齿机的工作原理是利用范成法来加工齿轮的,其主要工作工程有:1.切削运动(主运动)即滚刀的旋转运动,其切削速度由变速齿轮的传动比决定。2分齿运动即工件的旋转运动,其运动的速度必须和滚刀的旋转速度保持齿轮与齿条的啮合关系。其运动关系由分齿挂轮的传动比来实现。对于单线滚刀,当滚刀每转一转时,齿坯需转过一个齿的分度角度,即 1/z 转(z 为被加工齿轮的齿数)。3垂直进给运动 即滚刀沿工件轴线自上而下的垂直移动,这是保证切出整个齿宽所必须的运动,由进给挂轮的传动比再通过与滚刀架相连接的丝杆螺母来实现。在滚齿时,必须保持滚刀刀齿的运动方向与被切齿轮的齿向一致,然而由于滚刀刀齿排列在一条螺旋线上,刀齿的方向与滚刀轴线并不垂直。所以,必须把刀架扳转一个角度使之与齿轮的齿向协调。滚切直齿轮时,扳转的角度就是滚刀的螺旋升角。滚切斜齿轮时,还要根据斜齿轮的螺旋方向,以及螺旋角的大小来决定扳转角度的大小及扳转方向。1.3 传统滚齿机的生存空间传统的机械传动式滚齿机,其特征为哥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涡轮副驱动作螺旋运动;刀架可沿立柱导轨垂直移动,还可以绕水平轴线调整一个角度。工件安装在工件轴上,由分度涡轮副带动的附加运动。工作台可沿床身导轨移动,以适应不同工件直径和径向进给。随着科学技术的发展,美国于 1952 年发明了数控机床。此后的几十年中,数控技术一直不断发展,bing 且不断完善。数控滚齿机通过取消传统滚齿机中的传动机构,实现了电机与滚刀主轴以及电机与工作台的直联,大大缩短了传动链,减少了传动元件的制造误差以及间隙和装配误差对齿轮加工的影响。所以在注重效率和效益的前提下,数控技术应用越来越广泛。但是,尽管滚齿机向数控方向发展是大势所趋,传统滚齿机传统滚齿机凭借着自身廉价成本的优势还是仍占据着一定的市场份额。首先,我国人口众多,劳动力廉价,传统滚齿机易于操作,维护简单,而且价格便宜,厂家使用会获得更多的利润,因此,仍有不少厂家使用此类滚齿机。其次,数控滚齿机造价高昂,对操作的技术工人的素质要求高,需经过专门的培训,这将使使用成本大大的提高。对于一2些资金比较紧张的中小型企业来说是很难使用如此高端的产品的。第三,根据数控机床的特点可知:数控机床适合于单件小批量和形状比较复杂的产品,若用数控机床进行大批量生产,不但使产品生产成本增加,也会使数控机床的加工精度降低。同时,对于一般精度要求的产品,普通机床就能满足其精度要求,若用高精度机床或者数控机床加工不但会使成本增加,而且还会使机床的精度降低。所以传统滚齿机完全退出江湖在当前社会劳动力发展水平下还是不现实的。也就是说,传统滚齿机的生存空间还会维持较长一段时间。3第二章 方案设计2.1 明确总功能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。机床主要由床身、大立柱、工作台、小立柱、传动箱、刀架等几部分组成。Y3150E 型滚齿机主要用于滚切直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮。此外,使用涡轮滚刀时,还可以用手动径向进给法滚切涡轮。也可用于加工花键轴。图 2-1 Y315 功能分析黑箱图通过对输入、输出的转换,我们可以获得所需要的零件,所以得到机床的总功能是在一定的驱动力驱动下,通过控制和辅助操作,将齿轮毛胚加工成齿轮。机床的主要系统应该由动力系统,切削系统,控制系统,润滑系统和冷却系统来完成将齿轮毛坯加工成齿轮的功能。2.2 功能原理方案的选择(1)成形法成型法就是直接使用齿轮成型铣刀将齿谷铣出,用与被加工的齿轮齿槽形状相同的成型刀具切削齿轮。齿轮的表面是渐开线柱面。形成母线的方法是成型法,不需要表面成行运动。形成导线的方法是相切法,需要两个成形运动。一个是盘形铣刀的的旋转,一个是齿坯的轴向移动。两个都是简单运动。铣完一个齿槽后,退回原处。齿坯做分度运动转过 360Z(Z 是被加工齿轮的齿数) 。加工模数较大的齿轮时,常用指状齿轮铣刀。所需运动与用盘铣刀相同。齿轮的齿廓形状决定于基圆直径,从公式 d=mzcos 可以看出,即使齿轮的模数相同,对于不同的齿数,齿形还是不一样的。实际上,不可能每种齿数都用一把刀,而是采用 84把一套或 15 把一套的齿轮铣刀。每把铣刀可以切几个齿数的齿轮,而刀具齿形是按刀号能切的最小齿数制造的,若用来切其它齿数的齿轮,就会产生误差。这种刀具的优点是在铣床上就能获得齿轮,在设备受限制的情况下考虑.缺点不少,为了减少刀具的数量而将齿数分段,在一段齿数内用一把刀,从而齿型会带来系统误差.这种方法的加工精度不高,生产效率也低。但可以用通用机床加工,多用于对精度要求不高的修配行业。(2)展成法展成法是利用刀具和齿轮形成展成运动,来加工齿轮.主要有滚齿和插齿,滚齿是模拟蜗杆齿轮啮合来加工的。展成法加工齿轮运用齿轮啮合原理。切齿过程中,模拟某种齿轮副的切齿过程,如交错轴齿轮副、齿轮-齿轮副、齿轮-齿条幅等。把其中的一个作为刀具来加工另外一个。被加工齿的齿廓表面是在刀具和工件包络过程中,由刀具切削刃的位置连续变化形成的。范成法加工齿轮的优点是只要模数和压力角相同,一把刀具可以加工任意齿数的齿轮。生产效率和加工精度都比较高。因此在齿轮加工中,范成法应用最为广泛。2.3 功能图分解(1)功能分解总功能范成切齿进给 差动 主传动动力 分齿总功能分解5动力电机 内燃机 其它交流电动机 直流电动机 风能 水能 太阳能动力系统功能系统分析分齿定传动比 变传动比机械传动 电轴机械传动数控分齿 液压控制 分齿挂轮分齿系统功能分析进给定传动比进给 变传动比进给机械进给 数控进给 液压进给 挂轮进给进给系统功能分析6差动差动合成 差动传动差动系统功能分析主传动定传动比传动变传动比传动定轴轮系 复合轮系 周转轮系 有级变速 无级变速主传动系统功能分析(2) 、功能元求解方案 1 方案 2 方案 3 方案 4 方案 5 备注主传动定轴轮系 周转轮系 复合轮系 带传动塔轮钢球锥轮无级变速分齿 定轴轮系 周转轮系 分齿挂轮 液压控制 分齿挂轮进给 定轴轮系 周转轮系 周转轮系 液压进给 挂轮进给差动 圆柱齿轮差动圆锥齿轮差动涡轮蜗杆差动圆柱齿轮差动圆锥齿轮差动动力 交流电动机 直流电动机交流电动机内燃机 交流电动机图 47(3)功能元求解方案分析1)主传动:方 案 简 图 方 案 说 明方案1定轴轮系:由两个或者两个以上的齿轮组成的系统。传动时各齿轮的几何轴线位置不变,图示为三级齿轮减速器采用的定轴轮系方案2周转轮系:该机构有一固定的太阳轮,自由度为 1,其传动比计算方法与差动轮系相同。方案3复合轮系:由定轴轮系和周转轮系或者几个周转轮系组成,如图示,该轮系用于较大的传动比,适当的选配各齿轮的齿数,可以获得结构紧凑的大传动比机构。复合轮系多用于变速器。方 带传动塔轮:主轴8案4I 上的塔轮与从动轴 II 上的塔轮其装置方向恰相反,各级带轮直径的选取,都以统一带长为基准。通过改变不同带轮接触,即可使从动轴获得不同的转速。该变速机构结构简单,可用于两轴间距较大的场合。方案5塔齿轮有级变速:在轴 I 上装有宝塔齿轮(由少到多的7 个齿轮) ,通过齿轮 2,3,3驱动从动轮 4,操作手柄 M 使齿轮 2 依次与宝塔轮上的每个齿轮啮合,从动轮4 可以得到 7 种转速9方案6钢球锥轮式无级变速:将钢球 3 紧压在主、从动锥轮1、2 上,通过摩擦力传动。钢球 3 可以在轴 III 上自由转动,改变轴 III的倾斜角,即可以改变锥齿轮 1、2的传动半径R1、R2 实现无级变速。该机构机构简单,传动平稳,相对滑动小,体积小,但是钢球精度要求高。 、常用机床,电影机械中。2)分齿方 案 简 图 方 案 说 明方案1分齿挂轮:此机构结构紧凑,空间占地少,传动平稳,操作简单,易实现较大范围、较多级别的变速。且易加工、易安装,所以成本低10方案2主、从动轴轴线垂直相交,滚子 1 与平盘2 经弹簧 3 压紧,依靠摩擦力传动,移动滚子 1 即可实现无级变速。该机构简单,但几何滑动大,磨损快,多用于仪表机构和某些轻机械中。3)进给方 案 简 图 方 案 说 明方案 1液压进给:传动范围大,易用于机床。并且传动平稳,噪音小,易于维护,结构简单经济性好114)差动方 案 简 图 方 案 说 明方案1弧锥环盘式无级变速器:动弧锥环盘 1 的运动经过中间环盘 2,依靠摩擦力传递给从动弧锥环盘 3.中间环盘 2绕 O 点传动即可实现改变主、从动弧锥盘的运动半径,实现无级变速。该机构传动平稳,相对滑动小,效率高,但是制造困难。常用于机床、拉丝机械中。方案2圆柱齿轮差动:太阳轮1、4 分别与轴 A、B 固结,行星轮 2、3 为一二联齿轮,分别与太阳轮 1、4 啮合,并可绕轴 C 自传,同时随H 绕 A、B 轴线公转,系杆H做成箱体形。当 A、B 轴以相同转速相同方向转动时,太阳轮 1、4 将使系杆 H 以相同转速回转,若 A、B 轴转速不等,则系杆 H 转度为:13242413Hzznn其中 是齿轮131、2、3、4、的齿数,12是太阳轮 1、4 和系14Hn杆 H 的转速方案3圆锥齿轮差动:太阳轮4、5 尺寸相同,与行星轮3 和系杆 H 组成差动轮系,系杆 H 与齿轮 2 固结,其运动由主运动锥齿轮 1 输入。当锥齿轮 1 转速已知时太阳轮 4、5 的转度与主运动轮1 转速的关系为: 1452znn其中 齿轮 1、2 的齿数1太阳轮 1、4 和系杆45nH 的转速方案4连杆差动合成:此机构多用于刹车系统。将操纵杆 1 向左拉,通过差动连杆机构使杆 4、6 上的制动块均衡的施加作用力,这样,就可以使车轮轴上不会受到附加的刹车力。132.4 最佳方案的分析及确定为了实现形成渐开线的范成运动,在机床的传动中,包括一条确定它的轨迹(渐开线) ,属于“内联系”传动性质的传动链,称为范成运动传动链。以及另一条确定速度的,属于“外联系”传动性质的传动链,称为主运动传动链。为了能够考虑到各评价目标的重要程度,可以采用有效值法的总分记分方法。首先是确定了六项评价目标,按重要程度依次为功能满足程度、经济性、使用可靠性、可操作性和维护性、外观及环保。按判别表法定各评价目标的加权系数。1)加权系数判别计算表比较目标评价目标功能满足度经济性 使用可靠性可操作性维护性 外观及环保得分 ik加权系数 = ig1nik功能满足度2 2 3 3 4 14 0.233经济性 2 1 2 2 3 10 0.167使用可靠性2 3 2 2 3 12 0.200可操作性1 2 2 2 2 9 0.150维护性 1 2 2 2 2 9 0.150外观及环保0 1 1 2 2 6 0.100=60 =11nik1nig14经以上判别表可得,个评判目标的加权系数为:评价目标 功能满足度经济性 使用可靠性可操作性 维修性 外观及环保加权系数 0.233 0.167 0.200 0.150 0.150 0.1002)最佳方案的选择a.主传动传动方案比较功能得分 ip轮系功能满足程度得分经济性得分使用可靠性得分可操作性得分维护性得分外观及环保得分N =1nipg定轴轮系3 4 4 4 4 3 3.667周转轮系3 4 4 4 3 3 3.517复合轮系4 3 4 4 3 3 3.583塔齿轮变速3 4 4 3 4 3 3.583带传动塔轮3 4 4 3 4 3 3.583钢球锥轮式无级变速3 3 4 4 4 3 3.500b.分齿传动方案比较功能得分 ip功能满足程度经济性得分使用可靠性得可操作性得分维护性得分外观及环保得N =15分齿 得分 分 分 1nipg挂轮变速4 5 4 4 5 4 4.317数控分齿5 2 5 5 1 5 3.899三轴滑移齿轮变速4 4 4 4 4 4 4.000液压分齿4 3 2 3 3 4 3.133c.进给传动方案比较功能得分 ip进给功能满足程度得分经济性得分使用可靠性得分可操作性得分维护性得分外观及环保得分N =1nipg挂轮变速5 5 5 4 5 4 4.750数控进给5 2 4 5 3 5 3.999液压进给4 3 3 4 4 4 3.63316d.差动传动方案比较功能得分 ip差动功能满足程度得分经济性得分使用可靠性得分可操作性得分维护性得分外观及环保得分N =1nipg挂轮变速5 5 4 4 5 4 4.550无级变速器4 4 3 3 4 4 3.650数控变速5 2 4 5 3 5 3.849圆柱齿轮差动轮系4 4 5 4 5 4 4.350圆锥齿轮差动轮系5 4 5 4 5 5 4.683涡轮蜗杆差动轮系3 5 2 3 3 3 3.134数控差动轮系5 2 4 5 2 5 3.849e.动力传动方案比较功能得分 ip动力功能满足程度得分经济性得分使用可靠性得分可操作性得分维护性得分外观及环保得分N =1nipg电动机 5 4 5 5 5 4 4.733内燃机 4 3 4 3 4 3 3.583由以上图表得出变传动比传动部分的最佳方案:17主传动采用:定轴轮系;分齿采用:变速挂轮、三轴滑移齿轮变速;进给:变速挂轮;差动合成:圆锥齿轮差动合成;动力:电动机。3)最佳方案的组合与选择a.最佳方案的组合方案组合 方案说明方案 1定轴轮系+ 变速挂轮+圆锥齿轮差速器+电动机此方案采用挂轮系统来实现变速,充分体现了挂轮系统的要点:结构紧凑,传动平稳,操作简单,变速范围广,价格低廉,易于维修。方案 2定轴轮系+ 三轴滑移齿轮系+ 圆锥齿轮差速器+电动机此系统采用三轴滑移齿轮来实现变速,充分体现了滑移齿轮变速的特点:不需要改变传动路线,可省去移换机构和简化操作。也可用于按等差或等比级数排列的变速箱内。但设计计算较复杂。b.最佳方案的选择功能得分 ip动力功能满足程度得分经济性得分使用可靠性得分可操作性得分维护性得分外观及环保得分N =1nipg方案 1 5 5 4 4 5 3 4.450方案 2 5 4 4 4 4 3 4.133由此可得,方案 1 为最佳的设计方案,所以我们将按照方案 1 进行设计计算。182.5 计算滚刀的速度和功率并选择电动机(1)滚刀转速的计算由于 Y315 滚齿机加工齿轮模数 m8mm,查参考文献1知:当齿轮毛坯材料为钢材时,应将计算分为 1.56mm 和 726mm 两个范围来计算,但是考虑到 Y315 滚齿机的最大加工模数小于 8mm,故将第二个范围修改为 78mm;当齿轮毛坯为灰铸铁时,只有一个计算范围,即:1.526mm,同样考虑到此次设计的要求,修改为1.58mm。a当齿轮毛坯材料为钢材时若被加工齿轮模数为 1.56mm:查参考文献1得:(21)5.032.67.081fTkVv查参考文献1可以确定切削速度修正系数 1.0,耐用度 21600。vT查参考文献2可得进给量 ,0.4fmr将 、 、 带入公式(21)计算得:vkTf I0.670.320.583791.01V ms( 4)若被加工齿轮模数为 78mm:查参考文献1得:(22)0.67.320.51vkVTf查参考文献1可以确定切削速度修正系数 1.0,耐用度 21600。vT查参考文献2可得进给量 , 78mm,0.4fmr将 、 、 、 带入公式(22)计算得:vkTfm0.670.30.50.1178V( 4) ( )19 II0.371.824/ms比较 I、 II 可知:在计算滚刀最高转速时应取 V=1.1730m/s查参考文献2可知滚刀最大直径 160dm则滚刀的最高转速应为: 6010.734.2in.146vrndb当齿轮毛坯材料为铸铁时查参考文献1得:(23)16.03.2.08.67mfTkVv切削速度修正系数 1.0,耐用度 57600。vk查参考文献2得 ,0.4fr将 、 、 带入(23)得:vkT0.80.0.3.1617290.7465(4)8V ms此时滚刀的最低转速为.minvrnd因此,为了使滚刀既能满足加工模数 的钢料齿轮的转速,又能满足加工模8数 m8mm 的灰铸铁齿轮的转速,滚刀的转速范围应为: 。410/minnr(2)滚刀切削功率的计算a 当齿轮毛坯材料为钢材时查参考文献1得:(2-4)mpmkdVfP037.19.246功率修正系数 1.pk查参考文献2得: ,模数 ,滚刀的最大直径04fr8。016dm根据前面的滚齿刀具的速度计算,切削速度取 0.30791.1730m/s。为满足大功率要求,所以要取 较大者, 的大小取决于 的大小。因此mpmp0.9fv20只要比较 与 ,然后取较大者即可。0.91fv0.92f因为 4173.5420.90.92.0fv得 0.91fv.92f因此取 0.907ff将以上结果代入公式 IV 得:0.917362482598mPkwb 当齿轮毛坯材料为铸铁时查参考文献1得:(2-5)mpmkdVfP037.19.62功率修正系数 1.pk查参考文献2得: ,模数 ,滚刀的最大直径.4fr8。016dm根据前面的滚齿刀具的速度计算,切削速度取 0.30791.1730m/s。为满足大功率要求,所以要取 较大者, 的大小取决于 的大小,然mpmp0.9fv后取 与 较大的值即可。0.91fv0.92f因为 4360.1590.90.9272.fv得 .1f0.9fv因此取 0.9.2.51v21将以上结果代入公式 V 得:0.91.73624862.017mPkw因为大功率能满足小功率的要求,所以取加工钢料和铸铁料中功率较大者,因此,得出滚刀的切削功率为 。.59mk(3)选择电动机a电动机功率根据功率传动原理: (2-6)MwaP, 、 、 分别是带传动、齿轮传动(包括轴承损失)的效率7123a123和其它传动进给系统的功率。取 , , ,10.920.97530.8则 ,代入公式 VI 得:861a.3.450MwaPkw查参考文献3得,选择电机功率为 4kw 的相应电机。b计算电动机转速已知滚刀的转速范围为: ,根据滚刀的转速范围粗略取滚410/minnr刀刀主轴的变速级为:44,64,84,104,124,140。为了使速度主传动中的变速挂轮传动平稳,挂轮的尺寸不至过大,取 B/A=0.41.8。查参考文献4得:(2-7)15272820643AnB刀 电将 VII 变换得:15272820刀电40.1.3( ) 418r/min查参考文献3选择电机转速为 1440r/min 的相应电机。c选择电动机22根据所求得的电机的功率和转速范围,查参考文献3选型号为 Y112M-4 的电机,该电机的具体参数如表 2-15。 表 2-15型号额定功率kw转 速 1minr电流 A效率(%)功率因数cos堵 转 电 流额 定 转 矩 堵 转 转 矩额 定 转 矩 最 大 转 矩额 定 转 矩重量/kgY112M-4 4 1440 8.77 84.5 0.82 7.0 2.2 2.3 4723第三章 Y315 滚齿机技术设计3.1 后立柱链轮和链的计算查参考资料6得成人功率 P=0.15kw,转动手轮一般转速 n=40r/min,即小链轮的转速 =n=40r/min 1n现估算支臂的体积:根据支臂零件图上所标注的尺寸对支臂的体积 V 估计如下:V= 2154603817034257029470621 +238135062.m支臂材料为灰铸铁,从参考文献 16 中可查得其密度为 。370mkg支臂质量: kgV8.43062.7(1)选择链轮齿数取小链轮齿数 大链轮的齿数13z21.6934.5zi(2)确定链轮功率查参考文献5得: )13(PKzAca,将 带入 I 计算功率得:06.2,.1zAKAZkwca 39.5P单排链的计算功率 工况系数 主动链轮齿数系数AZK(3)选择链条型号和节距选择单排链链条,虽然多排链能减小链轮直径,传动更平稳,噪声小,但是价格贵,并且此处设计并不要求必须用小尺寸链轮,从经济型和满足功能性的角度看,我们选择单排链。24根据 和 =40r/min 查参考文献7 得:caP0.39kw1n可以选择 TG127。相应的链条节距 p=12.70mm(4)计算链节数和中心距查参考文献5得初选中心距公式 0(35)ap)2-(3将 p=12.70mm 带入 II 计算得0a(35)12.70386m取 400mm。查参考文献5得链长节数公式: )3-()2(20110 apzzpaL将 400mm, , ,p=12.70mm 带入 III 计算得:01350pL241.72()8.3.740取链长节数 =87 节p查参考资料6得到中心距计算系数 10.2489f链传动的最大中心距公式: (3-4)112()pafLz将 、p=12.70mm、 =87、 、 带入 IV 计算得:10.2489f35a.78(35)97.6498mm (5)计算链速,确定润滑方式查参考文献6得链速计算公式: (3-5)160nzpv将 =40r/mi、 、p=12.70mm 带入 V 计算得:1n13z25v40132.7/0.1/6mss根据 和链号 TG127,查参考资料7 可知应该采用人工定期脂润滑。.(6)计算压轴力查参考资料6得有效圆周力计算公式: 7)-(3610eFpKvp链轮垂直布置时的压轴力系数 .5p将 P=0.15kw 和 v=0.11m/s 带入 VI 计算得:eF0.15364N将 、 带入 VII 计算得:.pKeF1.05364132N(7)查参考资料7得 TG127 链条的主要参数(12B-1-87 GB/T 12431997):连接销轴最低破断载荷Q(kfg)链号节距p(mm)滚子直径dmax内链节内宽b1min销轴直径dzmax内链板高度 h外链节外宽b2L1 L2过渡销轴L3每米重量q(kgf/m)A级B级TG12712.708.517.754.5512.0 14.048.109.7020.530.7 18001800(8)计算链轮尺寸
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